JP6571562B2 - 増幅用光ファイバの設計方法 - Google Patents
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Description
Δ2/Δ1とa1/a2の座標平面において、
任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるDMG領域と、
伝送路用光ファイバとの接続による基本モードの損失が他の伝搬モードの損失以下となるLOSS領域と
が重複する領域にΔ1、Δ2、a1及びa2が設定されていることを特徴とする。
前記増幅用光ファイバと、
前記励起光を出力する励起用光源と、
前記伝送路用光ファイバ、前記励起用光源及び前記増幅用光ファイバを接続し、前記励起用光源からの前記励起光を任意の伝搬モードで前記増幅用光ファイバに結合するモード合波用光カプラと、
を備える。
1つの所望伝搬モード間のモード間利得差が前記閾値以下となる、前記励起光の伝搬モード毎の領域が重複する第1領域、
前記励起光の1つの伝搬モードにおける、モード間利得差が前記閾値以下となる、所望伝搬モード間毎の領域が重複する第2領域、
あるいは、第1領域と第2領域とが重複した領域であることを特徴とする。
0.15+0.018×(Δ2/Δ1)≦a1/a2
≦0.091+0.69exp(−(Δ2/Δ1−0.35)/0.48)
であることを特徴とする。
L帯の波長(1565〜1625nm)のLP21モードのDMGを3dB以下とすることができる。
0.31−0.075×(Δ2/Δ1)≦a1/a2
≦0.14+0.64exp(−(Δ2/Δ1−0.14)/0.26)
であることを特徴とする。
L帯の波長(1565〜1625nm)のLP21モードのDMGを1dB以下とすることができる。
0.083+0.24exp(−((a1/a2−0.46)/0.24)2)
≦Δ2/Δ1≦1
であることを特徴とする。
LP21モード以下の各モードのモード間損失差をほぼ一定にすることができ、3LPモードの伝送品質を保つことができる。
図4は、本実施形態のEDFの比屈折率分布とエルビウム添加分布を説明する図である。本EDFは、コア中心からの距離a1、比屈折率差Δ2の内環部と、比屈折率差Δ1、コア中心からの距離a2の外環部を有する。本構造を用いて励起光のモードに依存の小さくなる領域を求める。
L帯の増幅においては非特許文献8にあるように、吸収された励起光がASEを介することによって、モードの情報を維持することが困難となることがわかっている。そこで励起光のモードが利得に影響を与えにくいEDFとすることでL帯におけるDMG低減を実現する。本例では、a2は9μmと設定し、a1/a2を1/9から8/9、Δ2/Δ1を1/7から6/7まで変化させて計算を行った。信号光の伝搬モードについてはLP01、LP11、LP21モード、励起光のモードについてはLP01モード及びLP21モードを用いて議論を行う。DMGの小さくなる領域は、LP01モードと伝搬させる最高次モードをそれぞれ励起光および信号光としたときの結果より求める。
(数式1)
0.31−0.075×(Δ2/Δ1)≦a1/a2
≦0.14+0.64exp(−(Δ2/Δ1−0.14)/0.26)
となる。
(数式2)
0.15+0.018×(Δ2/Δ1)≦a1/a2
≦0.091+0.69exp(−(Δ2/Δ1−0.35)/0.48)
となる。
次に、伝送用ファイバとの接続特性の評価を行う。図9にa1/a2が5/9であるときのΔ2/Δ1と接続損失の関係を示す。伝送用ファイバは、コア半径=12.5μm、比屈折率差Δ=0.6%、α=2.0のGIファイバである。Δ2/Δ1が小さい領域では、LP01モードの接続損失が大きくなることが確認できる。一方、Δ2/Δ1が0.37以上の領域では、LP01モードの接続損失がLP11モードの接続損失を下回るとともに、他のモード(LP01及びLP21)の接続損失との差(モード間損失差)が一定となっていることが確認できる。他のa1/a2でもLP01モードの接続損失が他のモードの接続損失を下回るとモード間損失差が一定となる。このため、LP01モードの接続損失が他のモードの接続損失を下回る点をモード間損失差が一定となるポイントと設定する。
(数式3)
0.083+0.24exp(−((a1/a2−0.46)/0.24)2)
≦Δ2/Δ1≦1
を満たす領域でいずれの伝搬モードもEDFと伝送用ファイバとの接続損失が低くなる。
Δ2/Δ1とa1/a2の座標平面において、
任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるDMG領域を計算し、
伝送路用光ファイバとの接続による基本モードの損失が他の伝搬モードの損失以下となるLOSS領域を計算し
DMG領域とLOSS領域が重複する領域にΔ1、Δ2、a1及びa2を設定する。
1つの所望伝搬モード間のモード間利得差が前記閾値以下となる、前記励起光の伝搬モード毎の領域が重複する第1領域、
前記励起光の1つの伝搬モードにおける、モード間利得差が前記閾値以下となる、所望伝搬モード間毎の領域が重複する第2領域、
あるいは、第1領域と第2領域とが重複した領域としておく。
上記実施例では、励起光をLP01モードとしたときのLP01とLP11モードおよびLP01とLP21モード間のDMG領域(図5、6)、励起光をLP21モードとしたときのLP01とLP11モードおよびLP01とLP21モード間のDMG領域(図7、8)を計算し、図5〜図8のDMG領域が重複する部分を所望のDMG領域としている。
図11は、本実施形態の光増幅器301を説明する図である。光増幅器301は、
数式1又は数式2と数式3との重複領域にΔ1、Δ2、a1及びa2を設定した増幅用光ファイバ30と、
前記励起光を出力する励起用光源10と、
前記伝送路用光ファイバ、前記励起用光源及び前記増幅用光ファイバを接続し、前記励起用光源からの前記励起光を任意の伝搬モードで前記増幅用光ファイバに結合するモード合波用光カプラ20と、
増幅された光信号のみを出力するアイソレータ50と、
を備える。
以下は、本実施形態の光増幅器が備える増幅用光ファイバを説明したものである。
(課題)
複数のモードを用いた伝送において伝搬モード毎の利得調整および伝送距離の長延化を実現することである。
(構成)
そこで本増幅用光ファイバは、内側半径a1、比屈折率差Δ2の内側コアと外径a2、比屈折率差Δ1の外側コアを備え、Δ2はΔ1よりも小さく、a1からa2までの領域にのみエルビウムが添加されている。またLP21モードのカットオフ波長が1625nm以上であることを特徴とし、
上記EDFのa1/a2が
0.31−0.75×(Δ2/Δ1)≦a1/a2
≦0.22+0.45exp(−(Δ2/Δ1−0.18)/0.25)
を満たすことを特徴とする増幅用光ファイバを用いることで解決する。
また、伝送用光ファイバとの接続損失低減のためΔ2/Δ1が
0.083+0.24exp(−((a1/a2−0.46)/0.24)2)
≦Δ2/Δ1≦1
である領域を用いることで解決する。
(効果)
本発明によれば、マルチモード光増幅器におけるモード間利得差低減を実現し、モード多重伝送の広帯域化に貢献する。
20:モード合波用光カプラ
30:多モード増幅用光ファイバ
50:アイソレータ
80:伝送用光ファイバ
301:光増幅器
Claims (5)
- 内側半径a1、比屈折率差Δ2の内側コアと外径a2、比屈折率差Δ1の外側コアを備え、Δ2はΔ1よりも小さく、a1からa2までの領域にエルビウムが添加された増幅用光ファイバの設計方法であって、
Δ2/Δ1とa1/a2の座標平面において、
任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるDMG領域と、
伝送路用光ファイバとの接続による基本モードの損失が他の伝搬モードの損失以下となるLOSS領域と
が重複する領域にΔ1、Δ2、a1及びa2を設定することを特徴とする増幅用光ファイバの設計方法。 - 前記DMG領域は、
1つの所望伝搬モード間のモード間利得差が前記閾値以下となる、前記励起光の伝搬モード毎の領域が重複する第1領域、
前記励起光の1つの伝搬モードにおける、モード間利得差が前記閾値以下となる、所望伝搬モード間毎の領域が重複する第2領域、
あるいは、第1領域と第2領域とが重複した領域であることを特徴とする請求項1に記載の増幅用光ファイバの設計方法。 - 前記DMG領域は、
任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるDMG領域であって、且つ
0.15+0.018×(Δ2/Δ1)≦a1/a2
≦0.091+0.69exp(−(Δ2/Δ1−0.35)/0.48)
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の増幅用光ファイバの設計方法。 - 前記DMG領域は、
任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるDMG領域であって、且つ
0.31−0.075×(Δ2/Δ1)≦a1/a2
≦0.14+0.64exp(−(Δ2/Δ1−0.14)/0.26)
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の増幅用光ファイバの設計方法。 - 前記LOSS領域は、
伝送路用光ファイバとの接続による基本モードの損失が他の伝搬モードの損失以下となるLOSS領域であって、且つ
0.083+0.24exp(−((a1/a2−0.46)/0.24)2)
≦Δ2/Δ1≦1
であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の増幅用光ファイバの設計方法。
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JP2016041506A JP6571562B2 (ja) | 2016-03-03 | 2016-03-03 | 増幅用光ファイバの設計方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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