JP7115050B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ増幅器に関する。

特許文献１には、希土類添加光ファイバと光ファイバ型カプラとの接続部において、信号光波長及び励起光波長でのモードフィールド径（以下、「ＭＦＤ」とも略す）の差による接続損失を低減した光増幅器の一例が開示されている。この光増幅器では、信号光波長及び励起光波長の両波長において両ファイバのＭＦＤが整合するように両ファイバのコア内に熱拡散ドーパントを添加して、接続部でドーパントの拡散によりコアを拡径させて、両ファイバのＭＦＤを整合させている。

特開２００４－１２０００２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＴＥＣ処理（加熱によるコア径の拡大処理）は、光ファイバの中心軸上に１つのコアのみがあるシングルコアファイバに主に用いられるものである。このため、特許文献１に記載の光増幅器の構成を、中央コアとその周りの外周コアとを有するマルチコアファイバ（以下、「ＭＣＦ」とも略す）での光増幅にそのまま適用することは困難である。即ち、ＭＣＦにＴＥＣ処理を適用しようとした場合、すべてのコアに対して均一にドーパントを拡散させる必要があるが、ＭＣＦには中央コア以外のコアもあるため、均一なドーパントの拡散は困難である。そこで、ＭＣＦに適用した場合であっても接続損失を低減できる光ファイバ増幅器が望まれている。

そこで、本発明は、ＭＣＦに適用した場合であっても接続損失を低減できる光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光ファイバ増幅器は、複数のコアと当該複数のコアを覆うクラッドとを有し、信号光を伝送するように構成された第１の光ファイバと、第１の光ファイバの出射面に対向して配置される第１のレンズと、複数のコアと当該複数のコアを覆うクラッドとを有し、希土類元素が添加され、内部を伝搬する信号光を励起光により増幅する第２の光ファイバと、第２の光ファイバの入出射面に対向してそれぞれが配置される第２のレンズと、第２の光ファイバでの信号増幅に用いられる励起光を伝送する第３の光ファイバと、第３の光ファイバの出射面に対向して配置される第３のレンズと、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの光路上に配置され、第１の光ファイバから出射される信号光を透過又は反射により第２の光ファイバに入射させる第１のフィルタと、第３の光ファイバと第２の光ファイバとの光路上に配置され、第３の光ファイバから出射される励起光を反射又は透過により第２の光ファイバに入射させる第２のフィルタと、を備えている。第１の光ファイバ、第１のレンズ、第１のフィルタ、第２のレンズの一方、及び、第２の光ファイバは、第１の光ファイバから出射される信号光が第１のレンズ、第１フィルタ及び第２のレンズの一方を介して第２の光ファイバに入射されるように、配置される。第３の光ファイバ、第３のレンズ、第２のフィルタ、第２のレンズの一方又は他方、及び、第２の光ファイバは、第３の光ファイバから出射される励起光が第３のレンズ、第２のフィルタ及び第２のレンズの一方又は他方を介して第２の光ファイバに入射されるように、配置される。第１の光ファイバの各コアと第２の光ファイバの各コアとは、少なくとも周方向に沿った外周コアの配置が互いに相似している。第１の光ファイバの各コアは、信号光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ１ｓとコアピッチＰ１とを有し、第１のレンズは、信号光を透過させる際の焦点距離ｆ１ｓを有する。第２の光ファイバの各コアは、信号光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ２ｓとコアピッチＰ２とを有し、第２のレンズは、信号光を透過させる際の焦点距離ｆ２ｓを有する。第１の光ファイバの各コアのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｓ×（Ｐ１／Ｐ２）の±２５％以内の値であり、且つ、第１の光ファイバの各コアのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｓ×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ）の±２５％以内の値である。

上記の一態様によれば、ＭＣＦに適用した場合であっても接続損失を低減できる光ファイバ増幅器を提供できる。

図１は、第１実施形態に係る光ファイバ増幅器の概略構成を示す図である。 図２は、伝送用の光ファイバと増幅用の光ファイバとの間での光結合の基本原理を説明するための模式図である。 図３は、伝送用の光ファイバと増幅用の光ファイバとの間での光結合の際に生じる光路のオフセットについて説明するための図である。 図４は、第２実施形態に係る光ファイバ増幅器の概略構成を示す図である。 図５は、第３実施形態に係る光ファイバ増幅器の概略構成を示す図である。 図６は、変形例に係る光ファイバ増幅器の概略構成を示す模式図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。本発明の一態様に係る光ファイバ増幅器は、複数のコアと当該複数のコアを覆うクラッドとを有し、信号光を伝送するように構成された第１の光ファイバと、第１の光ファイバの出射面に対向して配置される第１のレンズと、複数のコアと当該複数のコアを覆うクラッドとを有し、希土類元素が添加され、内部を伝搬する信号光を励起光により増幅する第２の光ファイバと、第２の光ファイバの入出射面に対向してそれぞれが配置される第２のレンズと、第２の光ファイバでの信号増幅に用いられる励起光を伝送する第３の光ファイバと、第３の光ファイバの出射面に対向して配置される第３のレンズと、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの光路上に配置され、第１の光ファイバから出射される信号光を透過又は反射により第２の光ファイバに入射させる第１のフィルタと、第３の光ファイバと第２の光ファイバとの光路上に配置され、第３の光ファイバから出射される励起光を反射又は透過により第２の光ファイバに入射させる第２のフィルタと、を備えている。第１の光ファイバ、第１のレンズ、第１のフィルタ、第２のレンズの一方、及び、第２の光ファイバは、第１の光ファイバから出射される信号光が第１のレンズ、第１フィルタ及び第２のレンズの一方を介して第２の光ファイバに入射されるように、配置される。第３の光ファイバ、第３のレンズ、第２のフィルタ、第２のレンズの一方又は他方、及び、第２の光ファイバは、第３の光ファイバから出射される励起光が第３のレンズ、第２のフィルタ及び第２のレンズの一方又は他方を介して第２の光ファイバに入射されるように、配置される。第１の光ファイバの各コアと第２の光ファイバの各コアとは、少なくとも周方向に沿った外周コアの配置が互いに相似している。第１の光ファイバの各コアは、信号光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ１ｓとコアピッチＰ１とを有し、第１のレンズは、信号光を透過させる際の焦点距離ｆ１ｓを有する。第２の光ファイバの各コアは、信号光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ２ｓとコアピッチＰ２とを有し、第２のレンズは、信号光を透過させる際の焦点距離ｆ２ｓを有する。第１の光ファイバの各コアのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｓ×（Ｐ１／Ｐ２）の±２５％以内の値であり、且つ、第１の光ファイバの各コアのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｓ×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ）の±２５％以内の値である。

この光ファイバ増幅器では、信号光用の第１の光ファイバの外周コアの配置と増幅用の第２の光ファイバの外周コアの配置とが相似していると共に、第１の光ファイバと第２の光ファイバとがレンズ等の空間光学系によって所定の倍率で光結合されている。そして、第１の光ファイバの各コアのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｓ×（Ｐ１／Ｐ２）の±２５％以内の値であり、且つ、第１の光ファイバの各コアのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｓ×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ）の±２５％以内の値である。この構成によれば、信号光を伝送する第１の光ファイバがＭＣＦであっても、第１及び第２の光ファイバの各コア間を好適に光結合して、ファイバ間での光増幅の際の接続損失を低減することができる。即ち、ＭＣＦ用の光増幅器において、ＭＦＤが異なる各光ファイバ間でも光結合効率を高くすることができる。また、空間光学系により第１及び第２の光ファイバを結合するため、複数のコアを一括して結合でき、構成や作業をシンプルなものとすることができる。なお、第１の光ファイバの各コアのＭＦＤ１ｓ及び第２の光ファイバの各コアのＭＦＤ２ｓは、コア設計が同一の場合には、各光ファイバにおいて共通する値になる一方、コア設計が異なる場合には、各光ファイバにおいて相互に異なる値となる。また、コア設計が異なる場合、第１の光ファイバの各コアのＭＦＤ１ｓ及び第２の光ファイバの各コアのＭＦＤ２ｓをそれぞれＭＦＤ１ｓ（Ｎ）及びＭＦＤ２ｓ（Ｎ）と表すこともある（Ｎは１以上の整数であり、Ｎ＝１，２，３，…、Ｎと表すこともできる）。

上記の光ファイバ増幅器では、第３の光ファイバは、複数のコアと当該複数のコアを覆うクラッドとを有してもよい。第３の光ファイバの各コアと第２の光ファイバの各コアとは、少なくとも周方向に沿った外周コアの配置が互いに相似している。第２の光ファイバの各コアは、励起光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ２ｐを有し、第２のレンズは、励起光を透過させる際の焦点距離ｆ２ｐを有する。第３の光ファイバの各コアは、励起光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ３ｐとコアピッチＰ３とを有し、第３のレンズは、励起光を透過させる際の焦点距離ｆ３ｐを有する。第３の光ファイバの各コアのＭＦＤ３ｐのそれぞれは、第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｐ×（Ｐ３／Ｐ２）の±２５以内％以内の値であり、且つ、第３の光ファイバの各コアのＭＦＤ３ｐのそれぞれは、第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｐ×（ｆ３ｐ／ｆ２ｐ）の±２５％以内の値であってもよい。この構成によれば、励起光を伝送する第３の光ファイバがＭＣＦであっても、第３及び第２の光ファイバの各コア間を好適に光結合して、ファイバ間での光増幅の際の接続損失を低減することができる。即ち、ＭＣＦ用の光増幅器において、ＭＦＤが異なる各光ファイバ間でも光結合効率を高くすることができる。また、空間光学系により第３及び第２の光ファイバを結合するため、複数のコアを一括して結合でき、構成や作業をシンプルなものとすることができる。なお、第３の光ファイバの各コアのＭＦＤ３ｐ及び第２の光ファイバの各コアのＭＦＤ２ｐは、コア設計が同一の場合には、各光ファイバにおいて共通する値になる一方、コア設計が異なる場合には、各光ファイバにおいて相互に異なる値となる。また、コア設計が異なる場合、第３の光ファイバの各コアのＭＦＤ３ｐ及び第２の光ファイバの各コアのＭＦＤ２ｐをそれぞれＭＦＤ３ｐ（Ｎ）及びＭＦＤ２ｐ（Ｎ）と表すこともある（Ｎは１以上の整数であり、Ｎ＝１，２，３，…、Ｎと表すこともできる）。

上記の光ファイバ増幅器では、第２の光ファイバの１のコアは、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コアであってもよく、第３の光ファイバの１のコアは、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コアであってもよい。この場合に、第２の光ファイバは、第３の光ファイバの中央コアから出射され第２の光ファイバの中央コアに入射された励起光が第２の光ファイバの外周コアにモード結合して励起光を分配するように、構成されてもよい。この構成によれば、第３の光ファイバから第２の光ファイバに励起光を入射するのが容易になる。また、励起光を生成するための発光素子（例えばレーザーダイオード（ＬＤ））の数を減らすことができる。

上記の光ファイバ増幅器では、第２の光ファイバの１のコアは、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コアであってもよく、第３の光ファイバは、当該光ファイバの中心軸上に配置されるコアと当該コアを覆うクラッドとを有するシングルコアファイバであってもよい。この場合に、第２の光ファイバは、第３の光ファイバの単一のコアから出射され第２の光ファイバの中央コアに入射された励起光が第２の光ファイバの外周コアにモード結合して励起光を分配するように、構成されてもよい。この構成によれば、第３の光ファイバから第２の光ファイバに励起光を入射するのが容易になる。また、励起光を生成するための発光素子（例えばレーザーダイオード（ＬＤ））の数を減らすことができる。

上記の光ファイバ増幅器では、第１の光ファイバは、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コアを有していなくてもよく、また、第１の光ファイバの中心軸上に配置される中央コアに信号光を通さないように構成されていてもよい。この場合、第２の光ファイバの中央コアを、励起光を通す専用のコアとして利用することができる。

上記の光ファイバ増幅器は、円筒形状を有し、第１の光ファイバのファイバ端を保持する第１のフェルールと、円筒形状を有し、第２の光ファイバのファイバ端を保持する第２のフェルールと、円筒形状を有し、第３の光ファイバのファイバ端を保持する第３のフェルールと、を更に備えてもよい。この場合において、第１のフェルールの先端に接続される第１のレンズがＧＲＩＮレンズであり、第２のフェルールの先端に接続される第２のレンズがＧＲＩＮレンズであり、第３のフェルールの先端に接続される第３のレンズがＧＲＩＮレンズであり、第１、第２及び第３のフェルールの外径と各フェルールに対応する各ＧＲＩＮレンズの外径とが等しくてもよい。この構成によれば、各光ファイバと各レンズとの調心を容易に行うことができる。

上記の光ファイバ増幅器では、第１のレンズは、第１の光ファイバのファイバ端に融着されるＧＲＩＮレンズであり、第２のレンズは、第２の光ファイバのファイバ端に融着されるＧＲＩＮレンズであり、第３のレンズは、第３の光ファイバのファイバ端に融着されるＧＲＩＮレンズであってもよい。この場合において、第１、第２及び第３の光ファイバの外径と各光ファイバに対応する各ＧＲＩＮレンズの外径とが等しくてもよい。この構成によれば、各光ファイバと各レンズとの調心を容易に行うことができる。

上記の光ファイバ増幅器では、第１、第２及び第３の光ファイバの少なくとも１の光ファイバは、当該光ファイバの中心軸線上に配置された中央コアに信号光又は励起光を通さないように構成される、又は、当該中央コアを有しないように構成されてもよい。この構成によれば、光の反射防止のためにレンズ端に対して斜め研磨等を施さなくてもよくなり、例えば、ＡＲコート等の反射防止だけで光の反射を十分に抑制することができる。

上記の光ファイバ増幅器では、第１、第２及び第３の光ファイバの各コアは、各ファイバの中心軸を中心とした直径０．１ｍｍ以内にすべて配置されていてもよい。この構成によれば、光がフィルタを透過等する際に発生する光路のオフセットを抑制することができ、光路のオフセットに伴って生じる光結合効率の低下を抑制することができる。

上記の光ファイバ増幅器では、第２の光ファイバの外周コアは、第１の光ファイバの外周コアよりも中心軸に近くなるように配置されていてもよい。増幅用の第２の光ファイバのＭＦＤは他の光ファイバのＭＦＤに比べて小さくすることが多く、回転角度ずれによる軸ずれの影響を受けやすいが、上記構成のように中央寄りに配置することで、回転角度ずれによる軸ずれ量を相対的に小さくすることができる。その結果、第２の光ファイバでの接続損失を更に低減することができる。

上記の光ファイバ増幅器では、第１及び第２のフィルタは、１の波長分割多重フィルタから構成されてもよい。この場合、この１の波長多分分割フィルタにより、第１の光ファイバから出射される信号光を透過又は反射により第２の光ファイバに入射させ、且つ、第３の光ファイバから出射される励起光を反射又は透過により第２の光ファイバに入射させることにより、前方励起の光ファイバ増幅器を構成することができる。また、第２のフィルタは、１の波長分割多重フィルタから構成されてもよい。この場合、後方励起の光ファイバ増幅器を構成することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光ファイバ増幅器の概略構成を示す図である。図１に示すように、光ファイバ増幅器１は、信号伝送用の光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ、コリメートレンズ１２，１４、信号増幅用の光ファイバ２０、一対のコリメートレンズ２２，２４、励起光用の光ファイバ３０、コリメートレンズ３２、波長分割多重フィルタ（以下、「ＷＤＭフィルタ」とも記す）４０、及び、利得等価フィルタ４２、を備えている。図１では、各光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０の上方又は横に各光ファイバの断面構成を示している。

光ファイバ１０Ａ，１０Ｂは、光通信用の信号光ｓを伝送するように構成された光ファイバであり、それぞれが、中央コア１０ａと、中央コア１０ａを取り巻くように配置される外周コア１０ｂ～１０ｇと、コア１０ａ～１０ｇを覆うクラッド１１と、を有している。光ファイバ１０Ａ，１０Ｂでは、コア１０ａ～１０ｇの屈折率がクラッド１１の屈折率よりも高く構成されており、これにより、コア１０ａ～１０ｇ内を信号光ｓが伝搬する。光ファイバ１０Ａ，１０Ｂでは各コア１０ａ～１０ｇが同一設計により作成されており、各コア１０ａ～１０ｇは、信号光ｓをその中に伝搬する際のモードフィールド径として共通の「ＭＦＤ１ｓ」を有している。また、各コア１０ａ～１０ｇは、その中心間の距離であるコアピッチ「Ｐ１」が均等になるように配置されている。即ち、外周コア１０ｂ～１０ｇにおいては、隣接するコア間におけるコア中心間の距離がすべて「Ｐ１」であり、中央コア１０ａにおいては、中央コア１０ａと各外周コア１０ｂ～１０ｇとの間のコア中心間の距離がすべて「Ｐ１」である。以下のコアピッチにおける均等も同様の意味である。なお、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂに含まれるコアの数は複数であればよく、中央コア１０ａを有しなくてもよく、又は、中央コア１０ａに信号光ｓを通さないように構成されていてもよい。この場合、コアピッチ「Ｐ１」は、外周コア１０ｂ～１０ｇにおけるコアピッチを意味する。また、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂによって伝送される信号光ｓは、例えば１．５５μｍ帯の波長を有する光である。

コリメートレンズ１２は、増幅前の信号光ｓの入射側において、光ファイバ１０Ａの出射面１０ｈに対向して配置され、光ファイバ１０Ａから入射された光をＷＤＭフィルタ４０に向かって集光する。コリメートレンズ１２は、信号光ｓを透過させる際の焦点距離として「ｆ１ｓ」を有している。コリメートレンズ１４は、増幅後の信号光ｓの出射側において、光ファイバ１０Ｂの入射面１０ｉに対向して配置され、光ファイバ２０で増幅されてフィルタ４２で利得等価された信号光ｓを光ファイバ１０Ｂに向かってコリメートする。コリメートレンズ１４は、コリメートレンズ１２と同様の焦点距離「ｆ１ｓ」を有していてもよい。

光ファイバ２０は、希土類元素（例えばエルビウム）がコア２０ａ～２０ｇに添加され、光ファイバ１０Ａからの信号光ｓを内部で伝搬する際に光ファイバ３０からの励起光ｐによってその信号光ｓを増幅させる光ファイバである。光ファイバ２０は、中央コア２０ａと、中央コア２０ａを取り巻くように配置される外周コア２０ｂ～２０ｇと、コア２０ａ～２０ｇを覆うクラッド２１と、を有している。光ファイバ２０では、コア２０ａ～２０ｇの屈折率がクラッド２１の屈折率より高く構成されており、これにより、コア２０ａ～２０ｇ内を信号光ｓや励起光ｐが伝搬する。光ファイバ２０では、各コア２０ａ～２０ｇが同一設計により作成されており、各コア２０ａ～２０ｇは、信号光ｓをその中に伝搬する際のモードフィールド径として共通の「ＭＦＤ２ｓ」と、励起光ｐをその中に伝搬する際のモードフィールド径として共通の「ＭＦＤ２ｐ」とを有している。また、各コア２０ａ～２０ｇは、その中心間の距離であるコアピッチ「Ｐ２」が均等になるように配置されている。なお、光ファイバ２０に入射される励起光は、例えば０．９８μｍ帯の波長を有する光であってもよく、また、１．４８μｍ帯の波長を有する光であってもよい。

光ファイバ２０では、コア２０ａ～２０ｇは、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂのコア１０ａ～１０ｇの配置に相似するように配置されている。即ち、中央コア１０ａに対応するように中央コア２０ａは光ファイバ２０の中心軸上に配置され、外周コア１０ｂ～１０ｇそれぞれに対応するように外周コア２０ｂ～２０ｇは、外周コア１０ｂ～１０ｇの配置角度と同じ角度で配置される。一例として、外周コア１０ｂ～１０ｇ及び２０ｂ～２０ｇは、隣接する２つのコアと中心軸とを結ぶ角度がそれぞれ均等となるように配置される。一方、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂと光ファイバ２０とでは、ファイバピッチ「Ｐ１」とファイバピッチ「Ｐ２」とが異なり、例えば、ファイバピッチ「Ｐ２」のほうがファイバピッチ「Ｐ１」よりも小さくなるように構成されている。なお、光ファイバ２０に含まれるコアの数は複数であればよく、中央コア２０ａを有しなくてもよく、また、コアの数は上記に限定されず、他の数であってもよいが、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂのコア１０ａ～１０ｇ（又は１０ｂ～１０ｇ）に対応した数のコアであることが好ましい。

コリメートレンズ２２は、光ファイバ２０の入射面２０ｈに対向して配置され、光ファイバ１０Ａから出射されてＷＤＭフィルタ４０で集光された信号光ｓを光ファイバ２０に向かってコリメートする。コリメートレンズ２４は、光ファイバ２０の出射面２０ｉに対向した配置され、光ファイバ２０で増幅されて出射される光をフィルタ４２に向かって集光する。コリメートレンズ２２，２４は、信号光ｓを透過させる際の焦点距離として「ｆ２ｓ」を有し、励起光ｐを透過させる際の焦点距離として「ｆ２ｐ」を有している。

光ファイバ３０は、光ファイバ２０での信号増幅に用いられる励起光ｐを伝送する光ファイバであり、中央コア３０ａと、中央コア３０ａを取り巻くように配置される外周コア３０ｂ～３０ｇと、コア３０ａ～３０ｇを覆うクラッド３１と、を有している。光ファイバ３０では、コア３０ａ～３０ｇの屈折率がクラッド３１の屈折率より高く構成されており、これにより、コア３０ａ～３０ｇ内を励起光ｐが伝搬する。光ファイバ３０では、各コア３０ａ～３０ｇが同一設計により作成されており、各コア３０ａ～３０ｇは、励起光ｐをその中に伝搬する際のモードフィールド径として共通の「ＭＦＤ３ｐ」を有している。また、各コア３０ａ～３０ｇは、その中心間の距離であるコアピッチ「Ｐ３」が均等になるように配置されている。なお、光ファイバ３０で伝送される励起光ｐは、不図示の発光素子（例えばレーザーダイオード（ＬＤ））などから光ファイバ３０の各コア３０ａ～３０ｇに入射される。

光ファイバ３０では、コア３０ａ～３０ｇは、光ファイバ２０のコア２０ａ～２０ｇの配置に相似するように配置されている。即ち、中央コア２０ａに対応するように中央コア３０ａは光ファイバ３０の中心軸上に配置され、外周コア２０ｂ～２０ｇそれぞれに対応するように外周コア３０ｂ～３０ｇは、外周コア２０ｂ～２０ｇの配置角度と同じ角度で配置される。一例として、外周コア２０ｂ～２０ｇ及び３０ｂ～３０ｇは、隣接する２つのコアと中心軸とを結ぶ角度がそれぞれ均等となるように配置される。一方、光ファイバ３０と光ファイバ２０とでは、ファイバピッチ「Ｐ３」とファイバピッチ「Ｐ２」とが異なり、例えば、ファイバピッチ「Ｐ２」のほうがファイバピッチ「Ｐ３」よりも小さくなるように構成されている。このように、光ファイバ２０の各コア２０ａ～２０ｇの配置は、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの各コア１０ａ～１０ｇの配置及び光ファイバ３０の各コア３０ａ～３０ｇの配置の両方に相似している。なお、光ファイバ３０に含まれるコアは中央コアを有しなくてもよく、また、コアの数は上記に限定されず、他の数であってもよい。また、光ファイバ３０は、中央のコアとそれを覆うクラッドのみを備える構成、即ちシングルコアファイバであってもよい。光ファイバ３０がシングルコアファイバの場合、光ファイバ３０からの励起光ｐは、光ファイバ２０の中央コア２０ａのみに入射され、光ファイバ２０において外周コア２０ｂ～２０ｇにモード結合して、増幅に用いられる。

コリメートレンズ３２は、光ファイバ３０の出射面３０ｈに対向して配置され、光ファイバ３０から入射された励起光ｐをＷＤＭフィルタ４０に向かって集光する。コリメートレンズ３２は、励起光ｐを透過させる際の焦点距離として「ｆ３ｐ」を有している。

ＷＤＭフィルタ４０は、光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０との光路上に配置され、光ファイバ１０Ａから出射される信号光ｓを透過により光ファイバ２０に入射させる。この際、ＷＤＭフィルタ４０は、信号光ｓ以外の波長の光は透過させない。また、ＷＤＭフィルタ４０は、光ファイバ３０と光ファイバ２０との光路上に配置され、光ファイバ３０から出射される励起光ｐを反射により光ファイバ２０に入射させる。ＷＤＭフィルタ４０は、光ファイバ１０Ａから出射される信号光ｓを反射により光ファイバ２０に入射させ、光ファイバ３０から出射される励起光ｐを透過により光ファイバ２０に入射させるフィルタであってもよい。

フィルタ４２は、光ファイバ２０と光ファイバ１０Ｂとの光路上に配置され、光ファイバ２０で増幅された信号光ｓを透過させると共に、光ファイバ２０での増幅に使用された励起光ｐ等を反射して戻す利得等価フィルタである。

このような光ファイバ増幅器１では、信号光ｓを光結合するための空間光学系として、光ファイバ１０Ａから出射される信号光ｓをコリメートレンズ１２によって集光し、ＷＤＭフィルタ４０によって信号光ｓの波長の光のみを透過し、コリメートレンズ２２によって透過信号光ｓをコリメートして光ファイバ２０に入射するように、光ファイバ１０Ａ、コリメートレンズ１２、ＷＤＭフィルタ４０、コリメートレンズ２２、及び、光ファイバ２０を配置する。また、励起光ｐを光結合するための空間光学系として、光ファイバ３０から出射される励起光ｐをコリメートレンズ３２によって集光し、ＷＤＭフィルタ４０によって励起光ｐを反射し、コリメートレンズ２２によって反射励起光ｐをコリメートして光ファイバ２０に入射するように、光ファイバ３０、コリメートレンズ３２、ＷＤＭフィルタ４０、コリメートレンズ２２、及び、光ファイバ２０を配置する。

ここで、光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０との光結合、及び、光ファイバ３０と光ファイバ２０との光結合について、図１及び図２を参照して、より詳細に説明する。図２は、伝送用の光ファイバ１０Ａと増幅用の光ファイバ２０との間での光結合の基本原理を説明するための模式図である。図２では、ＷＤＭフィルタ４０は省略している。図２に示すように、光を出射する側の光ファイバ１０Ａと光が入射される光ファイバ２０とは、例えば２つのコリメートレンズ１２，２２といった空間光学系により光結合される。図２に示す例では、光ファイバ１０Ａのコアピッチ「Ｐ１」及びモードフィールド径「ＭＦＤ１ｓ」は光ファイバ２０のコアピッチ「Ｐ２」及びモードフィールド径「ＭＦＤ２ｓ」よりも大きくなっており、また、コリメートレンズ１２の信号光Ｓでの焦点距離「ｆ１ｓ」は、コリメートレンズ２２の信号光Ｓでの焦点距離「ｆ２ｓ」よりも大きくなっている。つまり、光ファイバ１０Ａのコア１０ａ～１０ｇと光ファイバ２０のコア２０ａ～２０ｇとは、互いにその配置が相似形ではあるものの、コアピッチやモードフィールド径が異なっている。このため、光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０とを理想的に（接続損失なく）結合するには、以下の式（１）及び式（２）を満たす必要がある。
レンズ倍率Ｍ１２＝ｆ２ｓ／ｆ１ｓ・・・（１）
レンズ倍率Ｍ１２＝Ｐ２／Ｐ１＝ＭＦＤ２ｓ／ＭＦＤ１ｓ・・・（２）
なお、ここで用いる「Ｍ１２」は、コリメートレンズ１２，２２によるレンズ倍率を示す。また、「ｆ１ｓ」は、信号光ｓ波長でのコリメートレンズ１２の焦点距離であり、「ｆ２ｓ」は、信号光ｓ波長でのコリメートレンズ２２の焦点距離である。「Ｐ２」は、光ファイバ１０のコアピッチであり、「ＭＦＤ１ｓ」は、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの信号光ｓ波長での各コアのモードフィールド径である。「Ｐ２」は、光ファイバ２０のコアピッチであり、「ＭＦＤ２ｓ」は、光ファイバ２０の信号光ｓ波長での各コアのモードフィールド径である。

同様に、光ファイバ３０と光ファイバ２０との光結合についても、光ファイバ３０のコア３０ａ～３０ｇと光ファイバ２０のコア２０ａ～２０ｇとは、互いにその配置が相似形ではあるものの、コアピッチやモードフィールド径が異なっている。このため、光ファイバ３０と光ファイバ２０とを理想的に（接続損失なく）結合するには、以下の式（３）及び式（４）を満たす必要がある。
レンズ倍率Ｍ３２（ｐ）＝ｆ２ｐ／ｆ３ｐ・・・（３）
レンズ倍率Ｍ３２（ｐ）＝Ｐ２／Ｐ３＝ＭＦＤ２ｐ／ＭＦＤ３ｐ・・・（４）
なお、ここで用いる「Ｍ３２」は、コリメートレンズ３２，２２によるレンズ倍率を示す。また、「ｆ２ｐ」は、励起光ｐ波長でのコリメートレンズ２２の焦点距離であり、「ｆ３ｐ」は、励起光ｐ波長でのコリメートレンズ３２の焦点距離である。「ＭＦＤ２ｐ」は、光ファイバ２０の励起光ｐ波長での各コアのモードフィールド径である。「Ｐ３」は、光ファイバ３０のコアピッチであり、「ＭＦＤ３ｐ」は、光ファイバ３０の励起光ｐ波長での各コアのモードフィールド径である。

光ファイバ１０Ａ及び光ファイバ３０と光ファイバ２０との空間光学系による光結合は、理想的には、上述した式（１）（２）（３）（４）の全てを満たすものが好ましいが、本実施形態では、上記関係を満たすものに加え、光ファイバ２０のＭＦＤ２ｓ及びＭＦＤ２ｐに対して、光ファイバ１０Ａ，１０ＢのＭＦＤ１ｓ及び光ファイバ３０のＭＦＤ３ｐの理想値からのズレが±２５％以下のものも含むようにしている。より好適には、光ファイバ２０のＭＦＤ２ｓ及びＭＦＤ２ｐに対して、光ファイバ１０Ａ，１０ＢのＭＦＤ１ｓ及び光ファイバ３０のＭＦＤ３ｐのズレが±２０％以下のものが含まれる。これは、この範囲のズレであれば、ＭＣＦである光ファイバを接続した際の接続損失が許容出来る範囲内であることによる。

より具体的には、光ファイバ増幅器１は、以下の条件（１）～（４）を満たすように構成されている。
＜光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０との光結合＞
条件（１）：光ファイバ１０Ａの各コア１０ａ～１０ｇの信号光ｓでのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、光ファイバ２０において対応するコア２０ａ～２０ｇの信号光ｓでのＭＦＤ２ｓ×（Ｐ１／Ｐ２）の±２５％以内の値である。
条件（２）：光ファイバ１０Ａの各コア１０ａ～１０ｇの信号光ｓでのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、光ファイバ２０において対応するコア２０ａ～２０ｇの信号光ｓでのＭＦＤ２ｓ×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ）の±２５％以内の値である。
＜光ファイバ３０と光ファイバ２０との光結合＞
条件（３）：光ファイバ３０の各コア３０ａ～３０ｇの励起光ｐでのＭＦＤ３ｐのそれぞれは、光ファイバ２０において対応するコア２０ａ～２０ｇの励起光ｐでのＭＦＤ２ｐ×（Ｐ３／Ｐ２）の±２５％以内の値である。
条件（４）：光ファイバ３０の各コア３０ａ～３０ｇの励起光ｐでのＭＦＤ３ｐのそれぞれは、光ファイバ２０において対応するコア２０ａ～２０ｇの励起光ｐでのＭＦＤ２ｐ×（ｆ３ｐ／ｆ２ｐ）の±２５％以内の値である。
なお、光ファイバ２０と光ファイバ１０Ｂとの間での光結合は、光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０との結合の場合と同様である。

次に、光ファイバ増幅器１の一例について、以下の表１を参照して説明する。表１は、信号光ｓを波長１．５５μｍ帯の光とし、励起光ｐを０．９８μｍ帯の光とした場合のＭＦＤ、コアピッチ、焦点距離をまとめたものである。

＜光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０との光結合＞
上記の例の場合、光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０との光結合では、レンズ等の空間光学系により、条件（１）に関しては、コア１０ａ～１０ｇのＭＦＤ１ｓが１０μｍであるのに対し、（ＭＦＤ２ｓ×（Ｐ１／Ｐ２））の±２５％以内の値が６．３μｍ以上１０．５μｍ以下の値になっており、条件（１）を満たしている。また、条件（２）に関しては、コア１０ａ～１０ｇのＭＦＤ１ｓが１０μｍであるのに対し、（ＭＦＤ２ｓ×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ））の±２５％以内の値が６．３μｍ以上１０．５μｍ以下の値になっており、条件（２）を満たしている。

＜光ファイバ３０と光ファイバ２０との光結合＞
上記の例の場合、光ファイバ３０と光ファイバ２０との光結合では、レンズ等の空間光学系により、条件（３）に関しては、コア３０ａ～３０ｇのＭＦＤ３ｐが５．５μｍであるのに対し、（ＭＦＤ２ｐ×（Ｐ３／Ｐ２））の±２５％以内の値が４．１２５μｍ以上６．８７５μｍの値になっており、条件（３）を満たしている。また、条件（４）に関しては、コア３０ａ～３０ｇのＭＦＤ３ｐが５．５μｍであるのに対し、（ＭＦＤ２ｐ×（ｆ３ｐ／ｆ２ｐ））の±２５％以内の値が４．１２５μｍ以上６．８７５μｍ以下の値になっており、条件（４）を満たしている。

以上、本実施形態に係る光ファイバ増幅器１では、信号光ｓを伝送する光ファイバ１０Ａ，１０Ｂと信号光ｓを増幅する光ファイバ２０とがコリメートレンズ１２，２２及びＷＤＭフィルタ４０等の空間光学系によって光結合されており、しかも、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂのコア１０ａ～１０ｇと光ファイバ２０のコア２０ａ～２０ｇとの配置が互いに相似している。そして、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの各コア１０ａ～１０ｇのＭＦＤ１ｓのそれぞれは、光ファイバ２０において対応するコア２０ａ～２０ｇのＭＦＤ２ｓ×（Ｐ１／Ｐ２）の±２５％以内の値であり、且つ、光ファイバ２０において対応するコア２０ａ～２０ｇのＭＦＤ２ｓ×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ）の±２５％以内の値になっている。このような構成によれば、信号光ｓを伝送する光ファイバ１０Ａ，１０ＢがＭＣＦであっても、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂと光ファイバ２０との各コア間を好適に光結合して、ファイバ間での光増幅の際の接続損失を低減することができる。即ち、ＭＣＦ用の光増幅器において、ＭＦＤが異なる各光ファイバ間でも光結合効率を高くすることができる。また、空間光学系により光ファイバ１０Ａ，１０Ｂと光ファイバ２０とを結合するため、複数のコアを一括して結合でき、構成や作業をシンプルなものとすることができる。

光ファイバ増幅器１では、光ファイバ３０の各コア３０ａ～３０ｇと光ファイバ２０の各コア２０ａ～２０ｇとは、各コアの配置が互いに相似している。そして、光ファイバ３０の各コア３０ａ～３０ｇのＭＦＤ３ｐのそれぞれは、光ファイバ２０において対応するコア２０ａ～２０ｇのＭＦＤ２ｐ×（Ｐ３／Ｐ２）の±２５％以内の値であり、且つ、光ファイバ２０において対応するコア２０ａ～２０ｇのＭＦＤ２ｐ×（ｆ３ｐ／ｆ２ｐ）の＋２５％以内の値である。この構成によれば、励起光ｐを伝送する光ファイバ３０がＭＣＦであっても、光ファイバ２０，３０の各コア間を好適に光結合して、ファイバ間での光増幅の際の接続損失を低減することができる。即ち、ＭＣＦ用の光増幅器において、ＭＦＤが異なる各光ファイバ２０，３０間でも光結合効率を高くすることができる。また、空間光学系により光ファイバ２０，３０を結合するため、複数のコアを一括して結合でき、構成や作業をシンプルなものとすることができる。

なお、光ファイバ増幅器１では、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０の各コア１０ａ～１０ｇ，２０ａ～２０ｇ及び３０ａ～３０ｇは、各ファイバの中心軸を中心とした直径０．１ｍｍ以内にすべて配置されていてもよい。図３の（ａ）～（ｄ）に示すように、例えば、光ファイバ１０Ａからの信号光ｓがＷＤＭフィルタ４０を通過する際、空気とフィルタとの屈折率差により光路のオフセットが発生しやすい。図３の（ａ）は、光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０との光結合例を示し、図３の（ｂ）は、中央コア１０ａからの信号光ｓのＷＤＭフィルタ４０の透過状態（オフセット少）を示し、図３の（ｃ）及び（ｄ）は、外周コア１０ｂ～１０ｇからの信号光ｓのＷＤＭフィルタ４０の透過状態（オフセット大）を示す。このような光路上でのオフセットが大きいと、光ファイバ２０に光結合する際に軸ずれとなり、光結合効率が低下する。そこで、好適には、各光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０の外周コアを、各ファイバの中心軸を中心とした直径０．１ｍｍ以内にすべて配置することにより、光路のオフセットを小さくして、その影響を低減することが可能である。この構成によれば、信号光ｓ等の光がＷＤＭフィルタ４０を透過等する際に発生する光路のオフセットを抑制することができ、これにより、光路のオフセットに伴って生じる光結合効率の低下を抑制することができる。なお、フィルタ４２においても同様である。

また、光ファイバ増幅器１では、光ファイバ２０の外周コア２０ｂ～２０ｇは、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの外周コア１０ｂ～１０ｇよりも中心軸に近くなるように配置されていてもよい。増幅用の光ファイバ２０のＭＦＤは他の光ファイバのＭＦＤに比べて小さく構成することが多く、回転角度ずれによる軸ずれの影響を受けやすいが、本構成のように中央寄りに配置することで、回転角度ずれによる軸ずれ量を相対的に小さくすることができる。その結果、光ファイバ２０での接続損失を更に低減することができる。

また、光ファイバ増幅器１では、変形例として、光ファイバ３０の中央コア３０ａから出射され光ファイバ２０の中央コア２０ａに入射された励起光ｐが光ファイバ２０において外周コア２０ｂ～２０ｇにモード結合して励起光ｐを分配するように、光ファイバ２０が構成されてもよい。この構成によれば、励起光ｐについては、中央コア３０ａ，２０ａ間での光結合のみとなるため、光ファイバ３０から光ファイバ２０に励起光ｐを入射するのが容易になる。また、励起光ｐを生成するための発光素子（例えばレーザーダイオード（ＬＤ）、不図示）の数を減らすことができる。

また、光ファイバ増幅器１では、変形例として、光ファイバ３０は、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コア３０ａと当該中央コア３０ａを覆うクラッド３１とを有するシングルコアファイバであってもよい。この場合、光ファイバ３０の中央コア３０ａから出射され光ファイバ２０の中央コア２０ａに入射された励起光ｐを光ファイバ２０の外周コア２０ｂ～２０ｇにモード結合して励起光を分配するように、光ファイバ２０を構成してもよい。この構成によれば、上記の変形例と同様に、光ファイバ３０から光ファイバ２０に励起光を入射するのが容易になる。また、励起光ｐを生成するための発光素子（例えばレーザーダイオード（ＬＤ））の数を減らすことができる。

また、光ファイバ増幅器１では、変形例として、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの中央コア１０ａが当該光ファイバに配置されていなくてもよい。また、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの中心軸上に配置される中央コア１０ａに信号光ｓを通さないように構成してもよい。この場合、光ファイバ２０の中央コア２０ａを励起光ｐを通す専用のコアとして利用することができる。

また、光ファイバ増幅器１では、変形例として、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０の少なくとも１つ又はすべての光ファイバは、当該光ファイバの中心軸線上に配置された中央コアに信号光又は励起光を通さないように構成されてもよく、又は、当該中央コアを有しないように構成されてもよい。この構成によれば、光の反射防止のためにレンズ端に対して斜め研磨等を施さなくてもよくなり、例えば、ＡＲコート等の反射防止だけで光の反射を十分に抑制することができる。

また、光ファイバ増幅器１では、ＷＤＭフィルタ４０は、光ファイバ１０Ａと光ファイバ２０との光路上かつ光ファイバ３０と光ファイバ２０との光路上に共通して配置され、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂから出射される信号光ｓを透過により光ファイバ２０に入射させる機能と、光ファイバ３０から出射される励起光ｐを反射により光ファイバ２０に入射させる機能とを有している。このような配置構成により、前方励起の光ファイバ増幅器を構成することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る光ファイバ増幅器１ａについて、図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る光ファイバ増幅器１ａの概略構成を示す図である。図４に示すように、光ファイバ増幅器１ａは、第１実施形態と略同様に、信号伝送用の光ファイバ５０Ａ，５０Ｂ、コリメートレンズ５２，５４、信号増幅用の光ファイバ６０、一対のコリメートレンズ６２，６４、励起光用の光ファイバ７０、コリメートレンズ７２、ＷＤＭフィルタ４０、及び、利得等価フィルタ４２、を備えている。光ファイバ増幅器１ａは、第１実施形態に係る光ファイバ増幅器１と略同様の構成を有しているが、各光ファイバ５０Ａ，５０Ｂ，６０，７０内の各コアの設計が同一でなく、各コアのモードフィールド径が異なる点で相違する。以下では、光ファイバ増幅器１と相違する点について主に説明し、同様な部分の説明は省略することがある。

光ファイバ５０Ａ，５０Ｂは、光通信用の信号光ｓを伝送する光ファイバであり、中央コア５０ａと、外周コア５０ｂ～５０ｄと、コア５０ａ～５０ｄを覆うクラッド５１と、を有している。光ファイバ５０Ａ，５０Ｂでは各コア５０ａ～５０ｄが異なる設計により作成されており、各コア５０ａ～５０ｄは、信号光ｓをその中に伝搬する際のモードフィールド径として相互に異なる「ＭＦＤ１ｓ（Ｎ）（Ｎは１以上の整数であり、本実施形態では１～４）」を有している。各コア５０ａ～５０ｄは、その中心間の距離であるコアピッチ「Ｐ１」が均等になるように配置されている。

コリメートレンズ５２は、光ファイバ５０Ａの出射面５０ｈに対向して配置され、光ファイバ５０Ａから入射された光をＷＤＭフィルタ４０に向かって集光する。コリメートレンズ５２は、信号光ｓを透過させる際の焦点距離として「ｆ１ｓ」を有している。コリメートレンズ５４は、増幅後の信号光ｓの出射側において、光ファイバ１０Ｂの入射面５０ｉに対向した配置され、光ファイバ６０で増幅されてフィルタ４２で集光された信号光ｓを光ファイバ５０Ｂに向かってコリメートする。

光ファイバ６０は、希土類元素がコア６０ａ～６０ｄに添加され、光ファイバ５０からの信号光ｓを内部で伝搬する際に光ファイバ７０からの励起光ｐによってその信号光ｓを増幅させる光ファイバである。光ファイバ６０は、中央コア６０ａと、外周コア６０ｂ～６０ｄと、コア６０ａ～６０ｄを覆うクラッド６１と、を有している。光ファイバ６０では、各コア６０ａ～６０ｄが異なる設計により作成されており、各コア６０ａ～６０ｄは、信号光ｓをその中に伝搬する際のモードフィールド径として相互に異なる「ＭＦＤ２ｓ（Ｎ）（Ｎは１以上の整数であり、本実施形態では１～４）」と、励起光ｐをその中に伝搬する際のモードフィールド径として共通の「ＭＦＤ２ｐ（Ｎ）（Ｎは１以上の整数であり、本実施形態では１～４）」」とを有する。光ファイバ６０のコア６０ａ～６０ｄは、光ファイバ５０Ａ，５０Ｂのコア５０ａ～５０ｄの配置、及び、後述する光ファイバ７０のコア７０ａ～７０ｄの配置に相似するように配置されている。各コア６０ａ～６０ｄは、その中心間の距離であるコアピッチ「Ｐ２」が均等になるように配置されている。

コリメートレンズ６２は、光ファイバ６０の入射面６０ｈに対向して配置され、光ファイバ５０Ａから出射されてＷＤＭフィルタ４０で集光された信号光ｓを光ファイバ６０に向かってコリメートする。コリメートレンズ６４は、光ファイバ６０の出射面６０ｉに対向した配置され、光ファイバ６０で増幅されて出射される光をフィルタ４２に向かって集光する。コリメートレンズ６２，６４は、信号光ｓを透過させる際の焦点距離として「ｆ２ｓ」を有し、励起光ｐを透過させる際の焦点距離として「ｆ２ｐ」を有している。

光ファイバ７０は、光ファイバ６０での信号増幅に用いられる励起光ｐを伝送する光ファイバであり、中央コア７０ａと、外周コア７０ｂ～７０ｄと、コア７０ａ～７０ｄを覆うクラッド７１と、を有している。光ファイバ７０では、各コア７０ａ～７０ｄが異なる設計により作成されており、各コア７０ａ～７０ｄは、励起光ｐをその中に伝搬する際のモードフィールド径として共通の「ＭＦＤ３ｐ（Ｎ）（Ｎは１以上の整数であり、本実施形態では１～４）」を有している。各コア７０ａ～７０ｄは、その中心間の距離であるコアピッチ「Ｐ３」が均等になるように配置されている。

コリメートレンズ７２は、光ファイバ７０の出射面７０ｈに対向して配置され、光ファイバ７０から入射された励起光ｐをＷＤＭフィルタ４０に向かって集光する。コリメートレンズ７２は、励起光ｐを透過させる際の焦点距離として「ｆ３ｐ」を有している。

ＷＤＭフィルタ４０は、光ファイバ５０Ａと光ファイバ６０との光路上に配置され、光ファイバ５０Ａから出射される信号光ｓを透過により光ファイバ６０に入射させる。また、ＷＤＭフィルタ４０は、光ファイバ７０と光ファイバ６０との光路上に配置され、光ファイバ７０から出射される励起光ｐを反射により光ファイバ６０に入射させる。フィルタ４２は、光ファイバ６０と光ファイバ５０Ｂとの光路上に配置され、光ファイバ６０で増幅された信号光ｓを透過させると共に、光ファイバ６０での増幅に使用された励起光ｐを反射して戻す利得等価フィルタである。

このように、各ファイバのコアの設計が異なり、各コアのモードフィールド径が異なる場合であっても、各ファイバの各コアのそれぞれが第１実施形態で示した式（１）～（４）及び条件（１）～（４）を満たすことにより、光ファイバを増幅器に接続する部分での光接続損失を低減することができる。つまり、第２実施形態に係る光ファイバ増幅器１ａでは、信号光ｓを伝送する光ファイバ５０Ａ，５０Ｂと信号光ｓを増幅する光ファイバ６０とがコリメートレンズ５２，６２及びＷＤＭフィルタ４０等の空間光学系によって光結合されており、しかも、光ファイバ５０Ａ，５０Ｂのコア５０ａ～５０ｄと光ファイバ６０のコア６０ａ～６０ｄとの配置が互いに相似している。そして、光ファイバ５０Ａ，５０Ｂの各コア５０ａ～５０ｄのＭＦＤ１ｓ（Ｎ）のそれぞれは、光ファイバ６０において対応するコア６０ａ～６０ｄのＭＦＤ２ｓ（Ｎ）×（Ｐ１／Ｐ２）の±２５％以内の値であり、且つ、光ファイバ６０において対応するコア６０ａ～６０ｄのＭＦＤ２ｓ（Ｎ）×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ）の±２５％以内の値になっている。このような構成によれば、信号光ｓを伝送する光ファイバ５０Ａ，５０ＢがＭＣＦであっても、光ファイバ５０Ａ，５０Ｂと光ファイバ６０との各コア間を好適に光結合して、ファイバ間での光増幅の際の接続損失を低減することができる。即ち、ＭＣＦ用の光増幅器において、ＭＦＤが異なる（特に各ファイバにおいてもＭＦＤが異なる）各光ファイバ間でも光結合効率を高くすることができる。また、空間光学系により光ファイバ５０Ａ，５０Ｂと光ファイバ６０とを結合するため、複数のコアを一括して結合でき、構成や作業をシンプルなものとすることができる。

また、光ファイバ増幅器１ａでは、第１実施形態と同様に、光ファイバ７０の各コア７０ａ～７０ｄと光ファイバ６０の各コア６０ａ～６０ｄとは、各コアの配置が互いに相似している。そして、光ファイバ７０の各コア７０ａ～７０ｄのＭＦＤ３ｐ（Ｎ）のそれぞれは、光ファイバ６０において対応するコア６０ａ～６０ｄのＭＦＤ２ｐ（Ｎ）×（Ｐ３／Ｐ２）の±２５％以内の値であり、且つ、光ファイバ６０において対応するコア６０ａ～６０ｄのＭＦＤ２ｐ（Ｎ）×（ｆ３ｐ／ｆ２ｐ）の＋２５％以内の値である。この構成によれば、励起光ｐを伝送する光ファイバ７０がＭＣＦであっても、光ファイバ６０，７０の各コア間を好適に光結合して、ファイバ間での光増幅の際の接続損失を低減することができる。即ち、ＭＣＦ用の光増幅器において、ＭＦＤが異なる各光ファイバ６０，７０間でも光結合効率を高くすることができる。また、空間光学系により光ファイバ６０，７０を結合するため、複数のコアを一括して結合でき、構成や作業をシンプルなものとすることができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る光ファイバ増幅器１ｂについて、図５を参照して説明する。図５は、第３実施形態に係る光ファイバ増幅器１ｂの概略構成を示す図である。光ファイバ増幅器１ｂは、図５に示すように、第１実施形態と略同様に、信号伝送用の光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ、ＧＲＩＮレンズ１２ａ，１４ａ、信号増幅用の光ファイバ２０、一対のＧＲＩＮレンズ２２ａ，２４ａ、励起光用の光ファイバ３０、ＧＲＩＮレンズ３２ａと、ＷＤＭフィルタ４０、及び、利得等価フィルタ４２、を備えている。光ファイバ増幅器１ｂは、第１実施形態に係る光ファイバ増幅器１と略同様の構成を有しているが、各ファイバのファイバ端末を保持するフェルール１６，１８，２６，２８，３４を更に備えている点と、コリメートレンズ１２，１４，２２，２４，３２がＧＲＩＮレンズ１２ａ，１４ａ，２２ａ，２４ａ、３２ａである点で相違する。以下では、光ファイバ増幅器１と相違する点について主に説明し、同様な部分の説明は省略することがある。

フェルール１６，１８は、円筒形状を有し、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの各ファイバ端末を保持する。フェルール１６，１８の先端に接続されるＧＲＩＮレンズ１２ａ，１４ａは、フェルール１６，１８の外径と等しい外径を有している。フェルール２６，２８は、円筒形状を有し、光ファイバ２０の両ファイバ端末を保持する部材である。フェルール２６，２８の先端に接続されるＧＲＩＮレンズ２２ａ，２４ａは、フェルール２６，２８の外径と等しい外径を有している。フェルール３４は、円筒形状を有し、光ファイバ３０のファイバ端末を保持する部材である。フェルール３４の先端に接続されるＧＲＩＮレンズ３２ａは、フェルール３４の外径と等しい外径を有している。なお、各ＧＲＩＮレンズ１２ａ，１４ａ，２２ａ，２４ａ，３２ａの光学的な機能は、第１実施形態におけるコリメートレンズ１２，１４，２２，２４，３２と同様である。

以上、第３実施形態に係る光ファイバ増幅器１ｂでは、第１実施形態と同様に、信号光ｓを伝送する光ファイバ１０Ａ，１０Ｂと信号光ｓを増幅する光ファイバ２０とがＧＲＩＮレンズ１２ａ，２２ａ等の空間光学系によって光結合されており、しかも、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂのコア１０ａ～１０ｇと光ファイバ２０のコア２０ａ～２０ｇとが相似しており、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの各コア１０ａ～１０ｇのＭＦＤ１ｓのそれぞれが（ＭＦＤ２ｓ×（Ｐ１／Ｐ２））の±２５％以内の値であり、且つ、（ＭＦＤ２ｓ（Ｎ）×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ））の±２５％以内の値になっている。この構成によれば、信号光ｓを伝送する光ファイバ１０Ａ，１０ＢがＭＣＦであっても、増幅ファイバ等への接続損失を低減することができる。なお、光ファイバ３０と光ファイバ２０との光結合においても、第１実施形態と同様である。

また、光ファイバ増幅器１ｂは、各光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０のファイバ端末を保持するフェルール１６，１８，２６，２８，３４を有し、各フェルール１６，１８，２６，２８，３４の外径と各フェルール１６，１８，２６，２８，３４に対応する各ＧＲＩＮレンズ１２ａ，１４ａ，２２ａ，２４ａ，３２ａの外径とが等しくなっている。この構成によれば、各光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０と各ＧＲＩＮレンズ１２ａ，１４ａ，２２ａ，２４ａ，３２ａとを外径による機械的な位置合わせにより調心することができるので、調心作業を容易にすることができる。

また、光ファイバ増幅器１ｂは、その変形例として、各光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０のファイバ端末に接続されるＧＲＩＮレンズ１２ａ，１４ａ，２２ａ，２４ａ，３２ａに変えて、ＧＲＩＮレンズの役割を果たすＧＩファイバを各光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０の先端に融着してもよい。この場合において、各光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０の外径と各光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０に対応する各ＧＩファイバレンズ（融着されるＧＲＩＮレンズ）の外径とが等しくてもよい。この構成によれば、各光ファイバと各レンズとの調心を容易に行うことができる。なお、ＧＩファイバレンズは、反射戻り光（ＲＬ）対策として研磨すると、レンズとしての性能が劣化することから、その面は垂直のままとしておくことが好ましい。また、光ファイバ増幅器１ｂでは、ＭＣＦを用いており、外周コアが軸中心からオフセットしているため、斜め研磨を施さなくても反射戻り光を低減することができる。但し、この場合には、中央コアを設けない、中央コアに信号光を入射しない、又は、中央コアにはＡＲコード等を施すといったことが好ましい。

以上、本実施形態に係る光ファイバ増幅器について説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の変形を適用することができる。例えば、上記実施形態では、前方励起の光ファイバ増幅器１，１ａ，１ｂを例示したが、図６に示すような後方励起の光ファイバ増幅器１ｃであってもよい。後方励起の光ファイバ増幅器１ｃでは、図６に示すように、増幅用の光ファイバ２０の信号光ｓの入射（端面２０ｈ）側では、利得等価フィルタであるフィルタ４２を介して光ファイバ１０Ａが光結合されており、励起光用の光ファイバ３０が光ファイバ２０に光結合されていない。一方、光ファイバ２０の信号光ｓの出射（端面２０ｉ）側において、光ファイバ３０は、ＷＤＭフィルタ４０を介して光ファイバ２０に光結合されており、ＷＤＭフィルタ４０を介して励起光ｐが光ファイバ２０の端面２０ｉ側から入射されて、信号光ｓが増幅される。後方励起の光ファイバ増幅器１ｃでの増幅方法については、当業者には自明であり、ここではその詳細な説明を省略するが、光ファイバ増幅器１，１ａ，１ｂと同様に、上述した式（１）～（４）及び条件（１）～（４）を満たす限り、ＭＣＦの接続に伴う接続損失を低減することが可能である。

また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…光ファイバ増幅器、１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０，５０Ａ，５０Ｂ，６０，７０…光ファイバ、１０ａ，２０ａ，３０ａ，５０ａ，６０ａ，７０ａ…中央コア、１０ｂ～１０ｇ，２０ｂ～２０ｇ，３０ｂ～３０ｇ，５０ｂ～５０ｄ，６０ｂ～６０ｄ，７０ｂ～７０ｄ…外周コア、１１，２１，３１，５１，６１，７１…クラッド、１２，１４，２２，２４，３２…コリメートレンズ、１２ａ，１４ａ，２２ａ，２４ａ，３２ａ…ＧＲＩＮレンズ、１６，１８，２６，２８，３４…フェルール、４０…ＷＤＭフィルタ、４２…フィルタ、ｐ…励起光、ｓ…信号光。

Claims (10)

1. 複数のコアと当該複数のコアを覆うクラッドとを有し、信号光を伝送するように構成された第１の光ファイバと、
   前記第１の光ファイバの出射面に対向して配置される第１のレンズと、
   複数のコアと当該複数のコアを覆うクラッドとを有し、希土類元素が添加され、内部を伝搬する前記信号光を励起光により増幅する第２の光ファイバと、
   前記第２の光ファイバの入出射面に対向してそれぞれが配置される第２のレンズと、
   前記第２の光ファイバでの信号増幅に用いられる前記励起光を伝送する第３の光ファイバと、
   前記第３の光ファイバの出射面に対向して配置される第３のレンズと、
   前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの光路上に配置され、前記第１の光ファイバから出射される前記信号光を透過又は反射により前記第２の光ファイバに入射させる第１のフィルタと、
   前記第３の光ファイバと前記第２の光ファイバとの光路上に配置され、前記第３の光ファイバから出射される前記励起光を反射又は透過により前記第２の光ファイバに入射させる第２のフィルタと、
   円筒形状を有し、前記第１の光ファイバのファイバ端を保持する第１のフェルールと、
   円筒形状を有し、前記第２の光ファイバのファイバ端を保持する第２のフェルールと、
   円筒形状を有し、前記第３の光ファイバのファイバ端を保持する第３のフェルールと、
   を備え、
   前記第１の光ファイバ、前記第１のレンズ、前記第１のフィルタ、前記第２のレンズの一方、及び、前記第２の光ファイバは、前記第１の光ファイバから出射される前記信号光が前記第１のレンズ、前記第１のフィルタ及び前記第２のレンズの一方を介して前記第２の光ファイバに入射されるように、配置され、
   前記第３の光ファイバ、前記第３のレンズ、前記第２のフィルタ、前記第２のレンズの一方又は他方、及び、前記第２の光ファイバは、前記第３の光ファイバから出射される前記励起光が前記第３のレンズ、前記第２のフィルタ及び前記第２のレンズの一方又は他方を介して前記第２の光ファイバに入射されるように、配置され、
   前記第１の光ファイバの各コアと前記第２の光ファイバの各コアとは、少なくとも周方向に沿った外周コアの配置が互いに相似しており、
   前記第１の光ファイバの各コアは、前記信号光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ１ｓとコアピッチＰ１とを有し、
   前記第１のレンズは、前記信号光を透過させる際の焦点距離ｆ１ｓを有し、
   前記第２の光ファイバの各コアは、前記信号光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ２ｓとコアピッチＰ２とを有し、
   前記第２のレンズは、前記信号光を透過させる際の焦点距離ｆ２ｓを有し、
   前記第１の光ファイバの各コアの前記ＭＦＤ１ｓのそれぞれが、前記第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｓ×（Ｐ１／Ｐ２）の±２５％以内であり、且つ、
   前記第１の光ファイバの各コアの前記ＭＦＤ１ｓのそれぞれが、前記第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｓ×（ｆ１ｓ／ｆ２ｓ）の±２５％以内であり、
   前記第１のフェルールの先端に接続される前記第１のレンズがＧＲＩＮレンズであり、
   前記第２のフェルールの先端に接続される前記第２のレンズがＧＲＩＮレンズであり、
   前記第３のフェルールの先端に接続される前記第３のレンズがＧＲＩＮレンズであり、
   前記第１、第２及び第３のフェルールの外径と前記各フェルールに対応する前記各ＧＲＩＮレンズの外径とが等しい、光ファイバ増幅器。
2. 前記第３の光ファイバは、複数のコアと当該複数のコアを覆うクラッドとを有し、
   前記第３の光ファイバの各コアと前記第２の光ファイバの各コアとは、少なくとも周方向に沿った外周コアの配置が互いに相似しており、
   前記第２の光ファイバの各コアは、前記励起光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ２ｐを有し、
   前記第２のレンズは、前記励起光を透過させる際の焦点距離ｆ２ｐを有し、
   前記第３の光ファイバの各コアは、前記励起光を伝搬する際のモードフィールド径ＭＦＤ３ｐとコアピッチＰ３とを有し、
   前記第３のレンズは、前記励起光を透過させる際の焦点距離ｆ３ｐを有し、
   前記第３の光ファイバの各コアの前記ＭＦＤ３ｐのそれぞれが、前記第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｐ×（Ｐ３／Ｐ２）の±２５％以内であり、且つ、
   前記第３の光ファイバの各コアの前記ＭＦＤ３ｐのそれぞれが、前記第２の光ファイバにおいて対応するコアのＭＦＤ２ｐ×（ｆ３ｐ／ｆ２ｐ）の±２５％以内である、
   請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
3. 前記第２の光ファイバの１のコアは、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コアであり、
   前記第３の光ファイバの１のコアは、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コアであり、
   前記第２の光ファイバは、前記第３の光ファイバの中央コアから出射され前記第２の光ファイバの中央コアに入射された前記励起光が前記第２の光ファイバの外周コアにモード結合して前記励起光を分配するように、構成される、
   請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ増幅器。
4. 前記第２の光ファイバの１のコアは、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コアであり、
   前記第３の光ファイバは、当該光ファイバの中心軸上に配置されるコアと当該コアを覆うクラッドとを有するシングルコアファイバであり、
   前記第２の光ファイバは、前記第３の光ファイバのコアから出射され前記第２の光ファイバの中央コアに入射された前記励起光が前記第２の光ファイバの外周コアにモード結合して前記励起光を分配するように、構成される、
   請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
5. 前記第１の光ファイバは、当該光ファイバの中心軸上に配置される中央コアを有していない、又は、前記第１の光ファイバの中心軸上に配置される中央コアに前記信号光を通さないように構成されている、
   請求項１～請求項４の何れか１項に記載の光ファイバ増幅器。
6. 前記第１、第２及び第３の光ファイバの少なくとも１の光ファイバは、当該光ファイバの中心軸線上に配置された中央コアに前記信号光又は前記励起光を通さないように構成される、又は、当該中央コアを有しないように構成される、
   請求項１～請求項５の何れか１項に記載の光ファイバ増幅器。
7. 前記第１、第２及び第３の光ファイバの各コアは、各ファイバの中心軸を中心とした直径０．１ｍｍ以内にすべて配置されている、
   請求項１～請求項６の何れか１項に記載の光ファイバ増幅器。
8. 前記第２の光ファイバの外周コアは、前記第１の光ファイバの外周コアよりも中心軸に近くなるように配置されている、
   請求項１～請求項７の何れか１項に記載の光ファイバ増幅器。
9. 前記第１及び第２のフィルタは、１の波長分割多重フィルタから構成される、
   請求項１～請求項８の何れか１項に記載の光ファイバ増幅器。
10. 前記第２のフィルタは、１の波長分割多重フィルタから構成される、
    請求項１～請求項８の何れか１項に記載の光ファイバ増幅器。

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