JP6645952B2 - Optical fiber amplifier - Google Patents

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Description

本発明は、モード分割多重光伝送で用いられる光ファイバ増幅器に関する。   The present invention relates to an optical fiber amplifier used in mode division multiplex optical transmission.

通信サービスの高速化・大容量化に起因する幹線系光伝送システムで伝送されるトラフィックの爆発的な増大に対して、光伝送システムの伝送容量を飛躍的に増大する技術の1つとしてモード分割多重光伝送技術の研究が近年急速に進んでいる。長距離モード多重光伝送システムでは、各々異なる直線偏波(LP:Linearly Polarized)モードの複数の信号光を多重しまた変調し、出力端ではモード毎に分離している。このため、長距離モード多重光伝送システムでは、複数の異なるモードの信号光を1本の増幅用ファイバで増幅するマルチモード光ファイバ増幅器が必要となり、この研究開発が進められている(非特許文献1)。   Mode division is one of the technologies to dramatically increase the transmission capacity of the optical transmission system in response to the explosion of traffic transmitted in the trunk optical transmission system due to the increase in speed and capacity of communication services. Research on multiplex optical transmission technology has been rapidly advancing in recent years. In a long-distance mode multiplexed optical transmission system, a plurality of signal lights of different linearly polarized (LP) modes are multiplexed and modulated, and separated at the output end for each mode. For this reason, the long-distance mode multiplexing optical transmission system requires a multi-mode optical fiber amplifier that amplifies a plurality of different modes of signal light with a single amplification fiber, and this research and development has been advanced (Non-patent document). 1).

マルチモード光ファイバ増幅器においてモード間利得差があると、光ファイバ増幅器を多中継光ファイバ伝送へ適用した光伝送システムでは、光中継の度にモード間の光パワー差が生じてこれが累積する結果、受信端でモード間に光信号対雑音比(光SNR)の差が発生し、モード間で伝送特性が異なってしまう。このため、マルチモード光ファイバ増幅器ではモード間利得差の低減が重要となる。   When there is a gain difference between modes in a multimode optical fiber amplifier, in an optical transmission system in which an optical fiber amplifier is applied to multi-repeater optical fiber transmission, an optical power difference between modes occurs each time optical relay is performed, and as a result, this accumulates. At the receiving end, a difference in optical signal-to-noise ratio (optical SNR) occurs between modes, and transmission characteristics differ between modes. For this reason, it is important to reduce the gain difference between modes in a multimode optical fiber amplifier.

マルチモード光ファイバ増幅器の利得は、励起された増幅用イオン(例えばエルビウムイオン)の分布と信号光強度の分布との重なりに関係する。重なりが大きい程、利得が大きくなりやすい。上述したモード間利得差を低減するためには、この励起されたエルビウムイオン分布と信号光強度分布との重なりを、信号光モード間で小さくすることが必要となる。   The gain of the multimode optical fiber amplifier is related to the overlap between the distribution of the excited amplification ions (eg, erbium ions) and the distribution of the signal light intensity. The gain is likely to increase as the overlap increases. In order to reduce the above-described gain difference between modes, it is necessary to reduce the overlap between the excited erbium ion distribution and the signal light intensity distribution between the signal light modes.

例えば、非特許文献2では、コア直径をやや大きくして導波路の伝搬モード数を必要モード数より大きくする一方で、全信号光モード(伝搬モード数より少ない)の光強度分布が、エルビウムイオンが添加されたコア内に十分閉じこめられるように設計したダブルクラッドエルビウム添加マルチモードファイバを用いている。このエルビウム添加マルチモードファイバにおいて、クラッド励起を用いてコア内エルビウムイオンを均一に励起することで、信号光強度分布の異なる各モードの信号光が励起エルビウムイオン分布とほぼ等しく重なる。この結果、非特許文献2の技術によれば、各信号光モードの利得をほぼ等しくすることができ、モード間利得差を低減できることが示されている。   For example, in Non-Patent Document 2, while the core diameter is made slightly larger to make the number of propagation modes of the waveguide larger than the required number of modes, the light intensity distribution of all signal light modes (less than the number of propagation modes) is reduced by erbium ion A double-clad erbium-doped multimode fiber designed to be sufficiently confined in a core doped with is used. In this erbium-doped multimode fiber, by uniformly exciting the erbium ions in the core using cladding excitation, the signal light of each mode having a different signal light intensity distribution overlaps the excitation erbium ion distribution almost equally. As a result, according to the technique of Non-Patent Document 2, it is shown that the gain of each signal light mode can be made substantially equal and the gain difference between modes can be reduced.

E. Ip et al., "88×3×112-Gb/s WDM Transmission over 50 km of Three-Mode Fiber with Inline Few-Mode Fiber Amplifier", in The 37th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2011) Technical Digest, PDP, Th.13.C.2.E. Ip et al., "88 × 3 × 112-Gb / s WDM Transmission over 50 km of Three-Mode Fiber with Inline Few-Mode Fiber Amplifier", in The 37th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2011) Technical Digest, PDP, Th.13.C.2. N. Fontaine et al., "Multi-mode Optical Fiber Amplifier Supporting over 10 Spatial Modes", in Optical Fiber Communication Conference (OFC), 2016, PDP, Th5A.4.N. Fontaine et al., "Multi-mode Optical Fiber Amplifier Supporting over 10 Spatial Modes", in Optical Fiber Communication Conference (OFC), 2016, PDP, Th5A.4.

しかしながら、非特許文献2では次の2つの課題がある。第1に、コアの伝搬モード数が信号光モード数より大きいことから、エルビウム添加マルチモードファイバを信号光が伝搬するうちにモード結合によって必要以上の高次モードが励振されることが問題となる。励振された必要以上の高次モード光は不要な光のため、必要以上の高次モード光が増幅される分、信号光の増幅利得を減少させる結果、光増幅器の利得効率を劣化させ、且つ必要以上の高次モード光が信号光と結合することにより、雑音として悪影響も及ぼす。第2に、励起光源の信頼性が問題となる。エルビウム添加マルチモードファイバをクラッド励起する際に使用する励起光源はマルチモード半導体レーザであるが、主にファイバレーザ用途に開発されたものであるため、通信用信頼性の確保に課題がある。   However, Non-Patent Document 2 has the following two problems. First, since the number of propagation modes of the core is larger than the number of signal light modes, there is a problem that an unnecessary higher-order mode is excited by mode coupling while the signal light propagates through the erbium-doped multimode fiber. . Since the excited higher-order mode light is unnecessary light, the amplification gain of the signal light is reduced as much as the higher-order mode light is amplified, thereby deteriorating the gain efficiency of the optical amplifier, and When the higher-order mode light than necessary is combined with the signal light, it also has an adverse effect as noise. Second, the reliability of the excitation light source becomes a problem. The pumping light source used when the erbium-doped multimode fiber is clad-excited is a multimode semiconductor laser. However, since it has been developed mainly for fiber laser applications, there is a problem in securing communication reliability.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高い通信用信頼性が確保された状態で、光ファイバ増幅器における利得効率や雑音特性の劣化を抑制できるようにすることを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to suppress deterioration of gain efficiency and noise characteristics in an optical fiber amplifier while ensuring high communication reliability. The purpose is to:

本発明に係る光ファイバ増幅器は、基本モードの励起光を生成する励起光源と、励起光源より生成される励起光のモードを基本モードから高次モードに変換する変換部と、変換部が変換した高次モードの励起光と入力される信号光とを合波する合波部と、合波部が合波した合波光を入射して光増幅するエルビウムがドープされた増幅用光ファイバと、増幅用光ファイバより出射された出射光を高次モードの励起光と増幅された信号光とに分波する分波部とを備え、増幅用光ファイバは、伝送可能な直線偏波のモードが信号光のモードと同じとされ、変換部は、増幅用光ファイバが伝送可能なモードLPlmのmが最大となるモードLP0mの高次モードに基本モードの励起光を変換する。 The optical fiber amplifier according to the present invention, the pump light source that generates the pump light of the fundamental mode, a conversion unit that converts the mode of the pump light generated by the pump light source from the fundamental mode to a higher-order mode, A multiplexing section for multiplexing the higher-order mode pump light and the input signal light; an erbium-doped amplification optical fiber for multiplexing the multiplexed light that is multiplexed by the multiplexing section and amplifying the multiplexed light; A demultiplexing unit for demultiplexing the output light emitted from the optical fiber into a higher-order mode pump light and an amplified signal light. is the same as that of the optical mode, the converting unit converts the excitation light in the fundamental mode to higher modes mode LP 0 m to m of the amplification optical fiber capable of transmitting mode LP lm is maximized.

以上説明したように、本発明によれば、励起光源より生成される基本モードの励起光を、増幅用光ファイバで伝送可能な直線偏波のモードLPlmのmが最大となるモードLP0mの高次モードに変換部で変換するようにしたので、高い通信用信頼性が確保された状態で、光ファイバ増幅器における利得効率や雑音特性の劣化を抑制できるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the fundamental mode generated from the excitation light source excitation light, m modes LP lm of transmittable linear polarization in the amplification optical fiber is mode LP 0 m to a maximum Since the conversion to the higher-order mode is performed by the conversion unit, an excellent effect that deterioration of gain efficiency and noise characteristics in the optical fiber amplifier can be suppressed in a state where high communication reliability is secured is obtained.

図1は、本発明の実施の形態における光ファイバ増幅器の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical fiber amplifier according to an embodiment of the present invention. 図2は、増幅用光ファイバ104の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the amplification optical fiber 104. 図3は、信号光許容モードが6−LPモードである増幅用光ファイバ104を伝搬する各信号光モードの光強度分布を示す分布図である。FIG. 3 is a distribution diagram showing a light intensity distribution of each signal light mode propagating through the amplification optical fiber 104 whose signal light allowable mode is the 6-LP mode. 図4は、LP11、LP21、LP31、LP12の各モードについて直交する奇モードと偶モードにおける光強度分布を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the light intensity distribution in the odd mode and the even mode orthogonal to each of the LP 11 , LP 21 , LP 31 , and LP 12 modes. 図5は、リングコアエルビウム添加マルチモードファイバより増幅用光ファイバ104を構成した実施の形態における光ファイバ増幅器の利得スペクトルを示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a gain spectrum of the optical fiber amplifier according to the embodiment in which the amplifying optical fiber 104 is constituted by the ring core erbium-doped multimode fiber. 図6は、リングコアエルビウム添加マルチモードファイバより増幅用光ファイバ104を構成した光ファイバ増幅器において、励起光のモードをLP01とした場合の利得スペクトルを示す特性図である。Figure 6 is an optical fiber amplifier configured to amplify optical fiber 104 than the ring core erbium doped multimode fiber is a characteristic diagram showing a gain spectrum in the case where the mode of the excitation light was set to LP 01. 図7は、円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバより増幅用光ファイバ104を構成した実施の形態における光ファイバ増幅器の利得スペクトルを示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a gain spectrum of the optical fiber amplifier according to the embodiment in which the amplifying optical fiber 104 is composed of a circular core erbium-doped multimode fiber. 図8は、円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバより増幅用光ファイバ104を構成した光ファイバ増幅器において励起光のモードをLP01とした場合の利得スペクトルを示す特性図である。Figure 8 is a characteristic diagram showing a gain spectrum in the case where the mode of the excitation light in the optical fiber amplifier configured to amplify optical fiber 104 from the erbium doped multimode fiber of circular core was LP 01.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における光ファイバ増幅器の構成を示す構成図である。この光ファイバ増幅器は、励起光源101、変換部102、合波部103、増幅用光ファイバ104、分波部105を備える。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical fiber amplifier according to an embodiment of the present invention. This optical fiber amplifier includes an excitation light source 101, a conversion unit 102, a multiplexing unit 103, an amplification optical fiber 104, and a demultiplexing unit 105.

励起光源101は、基本モードの励起光を生成する。変換部102は、励起光源101より生成される励起光のモードを基本モードから高次モードに変換する。合波部103は、変換部102が変換した高次モードの励起光と入力される信号光とを合波する。合波部103は、光アイソレータ106を経由して入力された信号光と励起光とを合波する。   The pump light source 101 generates pump light of a fundamental mode. The converter 102 converts the mode of the excitation light generated from the excitation light source 101 from the fundamental mode to a higher-order mode. The multiplexing unit 103 multiplexes the higher-order mode pump light converted by the conversion unit 102 and the input signal light. The multiplexing unit 103 multiplexes the signal light and the pump light input via the optical isolator 106.

増幅用光ファイバ104は、合波部103が合波した合波光を入射して光増幅し、光増幅した合波光を出力する。増幅用光ファイバ104は、エルビウムがドープされている。増幅用光ファイバ104は、リングコアエルビウム添加マルチモードファイバである。   The amplification optical fiber 104 receives the multiplexed light multiplexed by the multiplexing unit 103, optically amplifies the multiplexed light, and outputs the optically amplified multiplexed light. The amplification optical fiber 104 is doped with erbium. The amplification optical fiber 104 is a ring core erbium-doped multimode fiber.

増幅用光ファイバ104は、図2の断面図に示すように、リングコア201と、リングコア201の外側に形成されたクラッド202と、リングコア201の内側に形成された内側コア203とを備える。例えば、クラッドガラス屈折率と内側コアガラス屈折率は等しく且つリングコアより小さく、リングコア201の内半径は2.5μm、外半径は7μm、比屈折率差は1%である。この構成とした増幅用光ファイバ104は、信号光波長(1550nm帯)ではLP01、LP11、LP21、LP02、LP31、LP12の6−LPモードが許容モード(伝送可能なモード)となる。 The amplification optical fiber 104 includes a ring core 201, a cladding 202 formed outside the ring core 201, and an inner core 203 formed inside the ring core 201, as shown in the cross-sectional view of FIG. For example, the refractive index of the cladding glass is equal to the refractive index of the inner core glass and smaller than that of the ring core. The inner radius of the ring core 201 is 2.5 μm, the outer radius is 7 μm, and the relative refractive index difference is 1%. In the amplification optical fiber 104 having this configuration, the 6-LP mode of LP 01 , LP 11 , LP 21 , LP 02 , LP 31 , and LP 12 is an allowable mode (transmittable mode) at the signal light wavelength (1550 nm band). Becomes

増幅用光ファイバ104は、伝送可能な直線偏波のモードLPlmが信号光のモードと同じとされているものである。実施の形態では、信号光が、LP01、LP11、LP21、LP02、LP31、LP12を多重したものである。なお、LPlmにおいて、よく知られているように、lは、増幅用光ファイバ104の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数の1/2の数(整数)である。また、mは、増幅用光ファイバ104断面方向における光強度分布の極大値の数(整数)である。 The amplifying optical fiber 104 is one in which the mode LPlm of the linearly polarized wave that can be transmitted is the same as the mode of the signal light. In the embodiment, the signal light is obtained by multiplexing the LP 01, LP 11, LP 21 , LP 02, LP 31, LP 12. In the LP lm , as is well known, 1 is a half (integer) of the number of nodes dividing the light intensity distribution formed in the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104. In addition, m is the number (integer) of the maximum value of the light intensity distribution in the cross section direction of the amplification optical fiber 104.

言い換えると、実施の形態では、6−LPモード信号光が増幅対象となり、この信号光のモードと増幅用光ファイバ104の許容信号光モードLPlmは同一とされている。また、増幅用光ファイバ104における許容モードLPlmのmが最大となるモードは、LP02またはLP12である。この場合、増幅用光ファイバ104においては、LP12モードより高次の信号光モードは励振されず、励起効率や雑音特性の劣化が抑制される。 In other words, in the embodiment, the 6-LP mode signal light is to be amplified, and the mode of the signal light and the allowable signal light mode LPlm of the amplification optical fiber 104 are the same. The mode in which m of the allowance mode LP lm in the amplification optical fiber 104 is maximum is a LP 02 or LP 12. In this case, the amplification optical fiber 104, the higher order signal light mode than LP 12 mode is not excited, the deterioration of pumping efficiency and noise characteristics can be suppressed.

分波部105は、増幅用光ファイバ104より出射された出射光を高次モードの励起光と増幅された信号光とに分波する。分波部105により分波された信号光は、光アイソレータ107を経由して出力される。光アイソレータ106、光アイソレータ107は、例えば、磁気光学素子と、この磁気光学素子を挾んで配置した2つの複屈折素子とから構成され、一方向のみに光を透過させる。   The demultiplexing unit 105 demultiplexes the outgoing light emitted from the amplification optical fiber 104 into higher-order mode excitation light and amplified signal light. The signal light split by the splitter 105 is output via the optical isolator 107. Each of the optical isolators 106 and 107 includes, for example, a magneto-optical element and two birefringent elements disposed so as to sandwich the magneto-optical element, and transmits light in only one direction.

上述した構成において、変換部102は、励起光源101が生成する基本モードの励起光(LP01)を、多重されている信号光のいずれかのモードLPlmのmが最大となるモードLP0mの高次モードに変換する。上述の場合、mが最大となるモードは、LP02またはLP12であり、これらの中でl=0となるLP02が、変換部102において採用される高次モードとなる。 In the above-described configuration, the conversion unit 102 converts the fundamental mode pumping light (LP 01 ) generated by the pumping light source 101 into the mode LP 0m in which m of any one of the modes LP lm of the multiplexed signal light is maximum. Convert to higher order mode. If the above, the mode in which m is maximum is LP 02 or LP 12, the LP 02 to be l = 0 Among them, the high-order mode to be employed in the conversion unit 102.

ここで、信号光許容モードが6−LPモードである増幅用光ファイバ104を伝搬する各信号光モードの光強度分布を図3に示す。LP11、LP21、LP31、LP12の各モードについては、直交する奇モードと偶モードを重ね合わせて表示している。図3に示した光強度分布は黒色が濃い程強度が小さく、白くなるにしたがって強度が大きくなることを示している。 Here, FIG. 3 shows the light intensity distribution of each signal light mode propagating through the amplification optical fiber 104 whose signal light allowable mode is the 6-LP mode. For each of the modes LP 11 , LP 21 , LP 31 , and LP 12 , orthogonal odd modes and even modes that are orthogonal to each other are displayed. The light intensity distribution shown in FIG. 3 indicates that the darker the black, the lower the intensity, and the whiter, the higher the intensity.

6つのLPモードのうち、LP01、LP11、LP21、LP31の4モードについては、半径方向の光強度極大値が1つであり、ファイバ断面における光強度分布は1つのリング状となる。また、lが大きくなる程このリング状の光強度分布の広がりは大きくなる。一方、LP02,LP12の2つのモードについては、半径方向の極大値が2つあり、ファイバ断面における光強度分布は2つのリング状となる。 Of the six LP modes, for 4 modes LP 01, LP 11, LP 21, LP 31, is not less one intensity maximum of the radial light intensity distribution in the fiber cross-section is the one ring-shaped . Further, as l increases, the spread of the ring-shaped light intensity distribution increases. On the other hand, for the two modes LP 02 and LP 12 , there are two maximum values in the radial direction, and the light intensity distribution in the cross section of the fiber has two ring shapes.

このように信号光の各モード光強度分布のリング数が異なる場合は、励起光モードの光強度分布はリング数の多いモードの方が有利となる。これは、各信号光モードの利得は、リングコア内に添加されたエルビウムが励起光によって励起されることにより生じる励起エルビウムイオン分布、および信号光の光強度分布の重なりに依存する(重なりが大きいほど利得は大きくなる)が、光強度分布のリング数の多い励起光モードほど各信号光モードの光強度分布に対してより均一にリングコア内のエルビウムイオンを励起できるためである。   As described above, when the number of rings in each mode light intensity distribution of the signal light is different, the light intensity distribution of the pump light mode is more advantageous in the mode having a large number of rings. This is because the gain of each signal light mode depends on the overlap of the excited erbium ion distribution generated by the erbium added in the ring core being excited by the pump light and the light intensity distribution of the signal light (the larger the overlap, the greater the overlap). This is because the pumping light mode having a larger number of rings in the light intensity distribution can more uniformly excite erbium ions in the ring core with respect to the light intensity distribution of each signal light mode.

なお、LP11、LP21、LP31、LP12の各モードについて、直交する奇モードと偶モードにおける光強度分布は、図4に示す状態となる。図4の(a)に示すように、モードLP11は、増幅用光ファイバ104の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数が2である。従って、この場合、l=2×(1/2)=1となる。また、図4の(b)に示すように、モードLP21は、増幅用光ファイバ104の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数が4である。従って、この場合、l=4×(1/2)=2となる。また、図4の(c)に示すように、モードLP31は、増幅用光ファイバ104の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数が6である。従って、この場合、l=6×(1/2)=3となる。 The light intensity distribution in the odd mode and the even mode orthogonal to each other in the LP 11 , LP 21 , LP 31 , and LP 12 modes is as shown in FIG. As shown in (a) of FIG. 4, the mode LP 11, the number of nodes which separate the light intensity distribution formed by the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104 is 2. Therefore, in this case, 1 = 2 × (1 /) = 1. Further, as shown in FIG. 4 (b), the mode LP 21, the number of nodes which separate the light intensity distribution formed by the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104 is four. Therefore, in this case, 1 = 4 × (1 /) = 2. Further, as shown in (c) of FIG. 4, the mode LP 31, the number of nodes which separate the light intensity distribution formed by the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104 is 6. Therefore, in this case, 1 = 6 × (1 /) = 3.

また、図4の(d)に示すように、モードLP12は、増幅用光ファイバ104の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数が2であり、増幅用光ファイバ104の断面方向に光強度分布が極大値をとる数が2つある。従って、この場合、l=2×(1/2)=1となり、m=2となる。 As shown in FIG. 4D, the mode LP 12 has two nodes for dividing the light intensity distribution formed in the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104, and the mode LP 12 has a cross-section of the amplification optical fiber 104. There are two numbers where the light intensity distribution has a maximum value in the direction. Therefore, in this case, 1 = 2 × (1 /) = 1 and m = 2.

ここで、曲げなどにより光強度分布は回転が生じるため、励起光モードは方位角依存性のないl=0となるモードの方がよいことになる。また、一般的に励起光波長は信号光波長より短波長となるため、励起光モード数は信号光モード数より多くなるが、信号光モードのうちl=0となる最も高次のモードがLPモードのときに、励起光モードとしてLP0μ+1モードが必ずしも許容となる訳ではないため、励起光モードとしてはLPモードが最も適していることになる。 Here, since the light intensity distribution is rotated due to bending or the like, the excitation light mode is better in the mode where l = 0, which is independent of the azimuth angle. Also, since the pumping light wavelength is generally shorter than the signal light wavelength, the number of pumping light modes is larger than the number of signal light modes, but the highest-order mode in which l = 0 among the signal light modes is LP. In the 0μ mode, the LP 0μ + 1 mode is not always allowable as the pumping light mode, so that the LP mode is most suitable as the pumping light mode.

以上により、6−LPモードのエルビウム添加ファイバを増幅用光ファイバ104に用いた実施の形態における光ファイバ増幅器では、励起光モードとしてLP02が最も適していることになる。 Thus, in the optical fiber amplifier of the embodiment using an erbium-doped fiber of 6-LP mode to the amplification optical fiber 104, so that the LP 02 is most suitable as excitation light mode.

ここで、励起光源101は、例えば、980nm帯の基本モード(LP01モード)の光を発生する半導体レーザである。例えば、基本モード(LP01モード)のみを増幅するエルビウム添加ファイバ増幅器で一般に使用されている、半導体レーザが適している。この半導体レーザは、通信用信頼性が確保されており、この半導体レーザを用いることで高信頼なマルチモード光増幅器を提供することができるようになる。 Here, the excitation light source 101 is, for example, a semiconductor laser for generating light of 980nm band fundamental mode (LP 01 mode). For example, commonly used in the erbium-doped fiber amplifier for amplifying only the fundamental mode (LP 01 mode), a semiconductor laser is suitable. This semiconductor laser has high communication reliability, and by using this semiconductor laser, a highly reliable multi-mode optical amplifier can be provided.

合波部103は、980nm帯の励起光と1550nm帯の信号光とを合波するダイクロイックミラーから構成されている。変換部102は、LP01モード980nm帯の励起光をLP02モードへ変換する位相板から構成されている。この位相板を合波部103に組み込んで、合波部103と変換部102とを一体構造としてもよい。分波部105は、増幅用光ファイバ104より出射した増幅光を、980nm帯の励起光と1550nm帯の信号光とに分波する。 The multiplexing unit 103 is composed of a dichroic mirror that multiplexes the 980 nm band excitation light and the 1550 nm band signal light. Conversion unit 102, and a phase plate that converts the excitation light LP 01 mode 980nm band to LP 02 mode. This phase plate may be incorporated in the multiplexing unit 103, and the multiplexing unit 103 and the conversion unit 102 may be integrated. The splitter 105 splits the amplified light emitted from the amplification optical fiber 104 into 980 nm band excitation light and 1550 nm band signal light.

上述したリングコアエルビウム添加マルチモードファイバより増幅用光ファイバ104を構成した実施の形態における光ファイバ増幅器の利得スペクトルを図5に示す。図5に示すように、LP02モード励起光により励起した場合の最大のモード間利得差は1dBであった。一方、図6には参照データとして、励起光のモードをLP01とした場合の光ファイバ増幅器の利得スペクトルを示す。図6に示すように、LP01モード励起光により励起した場合、最大のモード間利得差は、LP02モード励起光により励起した場合より大きく、5dBであった。図5と図6との比較から明らかなように、LP01モード励起光を用いるよりLP02励起光を用いた方がモード間利得差を小さくすることができることがわかる。 FIG. 5 shows a gain spectrum of the optical fiber amplifier according to the embodiment in which the amplification optical fiber 104 is constituted by the above-described ring core erbium-doped multimode fiber. As shown in FIG. 5, the maximum inter-mode gain difference when excited by LP 02 mode excitation light was 1 dB. On the other hand, as the reference data in Figure 6 shows the gain spectrum of the optical fiber amplifier when the mode of the excitation light was set to LP 01. As shown in FIG. 6, when excited by LP 01 mode excitation light, the gain difference between the maximum mode is greater than when excited by LP 02 mode excitation light was 5 dB. As is clear from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, it is understood that the gain difference between the modes can be reduced by using the LP02 pumping light rather than by using the LP01 mode pumping light.

同様に参照データとして、励起光のモードをLP11とした場合、モード間利得差は4dBとなった。励起光のモードをLP21とした場合、モード間利得差は3.5dBとなった。励起光のモードをLP31とした場合、モード間利得差は3.4dBとなった。励起光のモードをLP12とした場合、モード間利得差は4.5dBとなった。これらの結果より、6−LPモードのエルビウム添加ファイバを増幅用光ファイバ104に用いた実施の形態における光ファイバ増幅器では、励起光のモードをLP02とすることで、モード間利得差を最小化できることが示された。 As Likewise reference data, if the mode of the excitation light was set to LP 11, the gain difference between modes became 4dB. If the mode of the excitation light was set to LP 21, the gain difference between modes became 3.5 dB. If the mode of the excitation light was set to LP 31, the gain difference between modes became 3.4 dB. If the mode of the excitation light was set to LP 12, the gain difference between modes became 4.5 dB. From these results, the optical fiber amplifier of the embodiment using an erbium-doped fiber of 6-LP mode to the amplification optical fiber 104, the mode of the excitation light by a LP 02, minimize the gain difference between modes It was shown that it could be done.

以上の説明では、増幅用光ファイバ104を、6−LPモードのリングコアエルビウム添加マルチモードファイバから構成した場合を例に説明したが、これに限るものではない。任意のモード数の光ファイバであっても同様である。また、円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバの場合も同様である   In the above description, the case where the amplifying optical fiber 104 is composed of the ring core erbium-doped multimode fiber of the 6-LP mode has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The same applies to an optical fiber having an arbitrary number of modes. The same applies to the case of an erbium-doped multimode fiber having a circular core.

以下、6−LPモードの円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバから増幅用光ファイバ104を構成した場合について説明する。円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバは、コア半径は10μm、比屈折率差は1%である。   Hereinafter, a case where the amplification optical fiber 104 is formed from a 6-LP mode circular core erbium-doped multimode fiber will be described. The erbium-doped multimode fiber having a circular core has a core radius of 10 μm and a relative refractive index difference of 1%.

この円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバより増幅用光ファイバ104を構成した実施の形態における光ファイバ増幅器の利得スペクトルを図7に示す。図7に示すように、LP02モード励起光により励起した場合の最大のモード間利得差は2dBであった。 FIG. 7 shows a gain spectrum of the optical fiber amplifier according to the embodiment in which the amplification optical fiber 104 is formed of the circular core erbium-doped multimode fiber. As shown in FIG. 7, the maximum inter-mode gain difference when pumped by the LP02 mode pump light was 2 dB.

一方、図8には参照データとして、励起光のモードをLP01とした場合の光ファイバ増幅器の利得スペクトルを示す。図8に示すように、LP01モード励起光により励起した場合、最大のモード間利得差は、LP02モード励起光により励起した場合より大きく、7dBであった。図7と図8との比較から明らかなように、円形コアの場合でも、LP01モード励起光を用いるよりLP02励起光を用いた方がモード間利得差を小さくすることができることがわかる。 On the other hand, as the reference data in FIG. 8 shows the gain spectrum of the optical fiber amplifier when the mode of the excitation light was set to LP 01. As shown in FIG. 8, when excited by LP 01 mode excitation light, the gain difference between the maximum mode is greater than when excited by LP 02 mode excitation light was 7 dB. As is clear from the comparison between FIG. 7 and FIG. 8, even in the case of the circular core, it is found that the gain difference between the modes can be reduced by using the LP02 pumping light rather than by using the LP01 mode pumping light.

同様に、円形コアの場合の参照データとして、励起光のモードをLP11とした場合、モード間利得差は6.5dBとなった。励起光のモードをLP21とした場合、モード間利得差は6dBとなった。励起光のモードをLP31とした場合、モード間利得差は3.5dBとなった。励起光のモードをLP12とした場合、モード間利得差は5dBとなった。これらの結果より、円形コアの場合も、励起光のモードをLP02とすることで、モード間利得差を最小化できることが示された。 Similarly, as reference data in the case of a circular core, if the mode of the excitation light was set to LP 11, the gain difference between modes became 6.5 dB. If the mode of the excitation light was set to LP 21, the gain difference between modes became 6 dB. If the mode of the excitation light was set to LP 31, the gain difference between modes became 3.5 dB. If the mode of the excitation light was set to LP 12, the gain difference between modes became 5 dB. From these results, in the case of a circular core, the mode of the excitation light by the LP 02, have been shown to be capable of minimizing the gain difference between modes.

以上に説明したように、本発明によれば、励起光源より生成される基本モードの励起光を、増幅用光ファイバで伝送可能な直線偏波のモードLPlmのmが最大となるモードLP0mの高次モードに変換部で変換するようにしたので、高い通信用信頼性が確保された状態で、光ファイバ増幅器における利得効率や雑音特性の劣化を抑制できるようになる。 As described above, according to the present invention, the mode LP 0m in which m of the linearly-polarized mode LP lm in which the pumping light of the fundamental mode generated by the pumping light source can be transmitted through the amplification optical fiber is maximized. Since the conversion to the higher-order mode is performed by the conversion unit, it is possible to suppress the deterioration of the gain efficiency and noise characteristics of the optical fiber amplifier in a state where the high communication reliability is secured.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications and combinations can be made by those having ordinary knowledge in the art without departing from the technical concept of the present invention. That is clear.

101…励起光源、102…変換部、103…合波部、104…増幅用光ファイバ、105…分波部、106…光アイソレータ、107…光アイソレータ。   Reference numeral 101 denotes an excitation light source, 102 denotes a conversion unit, 103 denotes a multiplexing unit, 104 denotes an amplification optical fiber, 105 denotes a demultiplexing unit, 106 denotes an optical isolator, and 107 denotes an optical isolator.

Claims (1)

基本モードの励起光を生成する励起光源と、
前記励起光源より生成される励起光のモードを基本モードから高次モードに変換する変換部と、
前記変換部が変換した高次モードの励起光と入力される信号光とを合波する合波部と、
前記合波部が合波した合波光を入射して光増幅する、エルビウムがドープされた増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバより出射された出射光を高次モードの励起光と増幅された前記信号光とに分波する分波部と
を備え、
前記増幅用光ファイバは、伝送可能な直線偏波のモードが前記信号光のモードと同じとされ、
前記変換部は、前記増幅用光ファイバが伝送可能なモードLPlmのmが最大となるモードLP0mの高次モードに基本モードの励起光を変換する
ことを特徴とする増幅用光ファイバ増幅器。
An excitation light source that generates an excitation light in a fundamental mode;
A conversion unit that converts a mode of the excitation light generated from the excitation light source from a fundamental mode to a higher-order mode,
A multiplexing unit that multiplexes the higher-order mode pump light converted by the conversion unit and the input signal light,
The multiplexing unit amplifies the multiplexed light by combining the multiplexed light, and amplifies the erbium-doped optical fiber.
A demultiplexing unit that demultiplexes outgoing light emitted from the amplification optical fiber into higher-order mode pumping light and the amplified signal light.
The amplification optical fiber, the mode of the linearly polarized wave that can be transmitted is the same as the mode of the signal light,
The conversion unit, an amplification optical fiber amplifier, characterized in that said amplifying optical fiber converts the excitation light in the fundamental mode to higher modes mode LP 0 m to m of transmittable mode LP lm is maximized.
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