JP7221855B2

JP7221855B2 - 光増幅器

Info

Publication number: JP7221855B2
Application number: JP2019218312A
Authority: JP
Inventors: 逸郎森田; 英憲高橋; 剛宏釣谷
Original assignee: KDDI Research Inc
Current assignee: KDDI Research Inc
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: JP2021089917A

Description

本発明は、光通信システムにおいて光増幅を行う光増幅器に関する。

信号光及びポンプ光の両方をエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）において伝搬させることにより信号光の増幅を行う光増幅技術が光通信システムにおいて広く使用されている。また、光ファイバの伝送容量を増加させるため、１本の光ファイバ内に複数のコアを設けたマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）が使用されている。なお、ＭＣＦには、非結合型（ＵＣ）と結合型（ＣＣ）が存在する。ＵＣ－ＭＣＦとは、コア間の結合を抑える様に構成されたＭＣＦである。つまり、あるコアを伝搬する信号光の成分が他のコアに漏れ出すことを抑える様に構成されたＭＣＦである。一方、ＣＣ－ＭＣＦとは、コア間の結合を抑える様に構成されていないＭＣＦである。ＣＣ－ＭＣＦにおいて、各コアを伝搬する信号光の成分は、他のコアに漏れ出すため、光受信装置があるコアから受信する信号光は、送信側において各コアに送信した信号光が混ざったものとなる。したがって、ＣＣ－ＭＣＦを使用する光通信システムにおいては、ＣＣ－ＭＣＦの全コアから受信する信号光に対するＭｕｌｔｉ－Ｉｎｐｕｔ－Ｍｕｌｔｉ－Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）処理を光受信装置において行うことが必要となる。しかしながら、ＣＣ－ＭＣＦは、ＵＣ－ＭＣＦと比較して、そのサイズを小さくすることができ、かつ、コストも低くなる。

また、ＭＣＦの複数のコアを伝搬する信号光を一括して増幅するため、ＭＣ－ＥＤＦ（マルチコア－エルビウム添加ファイバ）が使用される。ＭＣ－ＥＤＦにおいては、ＭＣ－ＥＤＦへのポンプ光の入射構成が簡易なクラッド励起が利用される。クラッド励起とは、ポンプ光をＥＤＦのクラッド部分に入射させ、ＥＤＦ内においてクラッドからコアに伝搬するポンプ光により信号光を増幅する方式である。なお、ＭＣ－ＥＤＦも、非結合型と結合型が存在する。以下、非結合型のＭＣ－ＥＤＦをＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦと表記し、結合型のＭＣ－ＥＤＦをＣＣ－ＭＣ－ＥＤＦと表記する。ＭＣ－ＥＤＦにおいても、ＣＣ－ＭＣ－ＥＤＦは、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦよりそのサイズを小さくでき、かつ、コストも低くなる。なお、ＭＣ－ＥＤＦでは、上述した様に、クラッド励起が主に使用されるが、コア間の間隔を短くできるＣＣ－ＭＣ－ＥＤＦは、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦよりクラッド励起における増幅効率が高くなる。

非特許文献１は、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦにより、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦのコア数より少ないコア数のＵＣ－ＭＣＦで伝搬される信号光を一括して増幅する構成を開示している。図１は、非特許文献１概念の範疇として、ＵＣ－ＭＣＦのコア数の４倍以上のコア数を具備するＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦを用いて、４つのＵＣ－ＭＣＦで伝搬される信号光を一括して増幅する構成を示している。なお、図１においては、シングルコア光ファイバ（ＳＣＦ）を点線の矢印で示し、ＭＣＦを実線の矢印で示している。ＵＣ－ＭＣＦ１１～ＵＣ－ＭＣＦ１４は、それぞれ、４つのコアを有する。ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦ４は、１６個以上のコアを有する。ＵＣ－ＭＣＦ７１～ＵＣ－ＭＣＦ７４は、それぞれ、４つのコアを有する。ファンアウト（Ｆａｎ－ｏｕｔ）２１～２４は、ＵＣ－ＭＣＦ１１～ＵＣ－ＭＣＦ１４の各コアで伝搬される信号光をＳＣＦに出力する。ファンイン（Ｆａｎ－ｉｎ）３は、４つのファンアウト２１～２４が出力する計１６個の信号光それぞれをＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦ４の異なるコアに入力する。

ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦ４は、図示しない光源からクラッド励起により入力されるポンプ光を用いて各コアを伝搬する１６個の信号光を増幅する。ファンアウト５は、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦ４が伝搬する１６個の信号光をＳＣＦに出力する。ファンイン６１～６４は、それぞれ、ファンアウト５が出力する計１６個の信号光の内の４つをＵＣ－ＭＣＦ７１～ＵＣ－ＭＣＦ７４の各コアに出力する。なお、ＵＣ－ＭＣＦ１１からの４つの信号光はＵＣ－ＭＣＦ７１に入力される。また、ＵＣ－ＭＣＦ１２からの４つの信号光はＵＣ－ＭＣＦ７２に入力される。さらに、ＵＣ－ＭＣＦ１３からの４つの信号光はＵＣ－ＭＣＦ７３に入力される。さらに、ＵＣ－ＭＣＦ１４からの４つの信号光はＵＣ－ＭＣＦ７４に入力される。

Ｄ．Ｓｏｍａ，ｅｔ．ａｌ．，ＥＣＯＣ２０１８，Ｍｏ３Ｇ２，２０１８年

上述した様に、結合型は、サイズ及びコストの点で非結合型より有利であるため、図１の構成において結合型のＭＣＦを使用することを考える。まず、ＵＣ－ＭＣＦ１１～ＵＣ－ＭＣＦ１４とＵＣ－ＭＣＦ７１～ＵＣ－ＭＣＦ７４をＣＣ－ＭＣＦに置換することは可能である。この場合、例えば、ＭＣＦ７１に接続される光受信装置においては４×４のＭＩＭＯ処理により信号光を分離することになる。ＭＣＦ７２～ＭＣＦ７４に接続される光受信装置においても同様である。しかしながら、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦ４を、ＣＣ－ＭＣ－ＥＤＦにすることはできない。これは、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦ４を、ＣＣ－ＭＣ－ＥＤＦにすると、例えば、ＭＣＦ７１に入力される各信号光は、ＭＣＦ１１からの４つの信号光のみならず、ＭＣＦ１２～ＭＣＦ１４からの計１２個の信号光の成分も含む様になり、ＭＣＦ７１に接続される光受信装置においては、これら１２個の信号光の成分を除去できないからである。

このため、複数のＣＣ－ＭＣＦで伝送される信号光を１つのＭＣ－ＥＤＦにおいて一括して増幅する場合、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦを使用する必要がある。しかしながら、ＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦを使用することによりクラッド励起による増幅効率が劣化し、かつ、コストも高くなる。

本発明は、結合型マルチコア光ファイバを使用する光通信システムにおいて、複数の結合型マルチコア光ファイバの信号光を一括して増幅するための光増幅器を提供するものである。

本発明の一態様によると、光増幅器は、クラッド内に配置された複数のコアを有し、各コアを伝搬する信号光をポンプ光により増幅し、前記複数のコアは、複数のグループにグループ化されており、前記複数のグループそれぞれは、１つのマルチコア光ファイバに対応し、１つのグループに含まれる複数のコアは、当該１つのグループに対応する前記１つのマルチコア光ファイバの複数のコアからの信号光を増幅し、異なるグループのコア間の結合率は、同じグループのコア間の結合率より小さいことを特徴とする。

本発明によると、複数の結合型マルチコア光ファイバの信号光を一括して増幅することができる。

背景技術による光増幅器の構成図。一実施形態による光増幅器の構成図。一実施形態によるＭＣ－ＥＤＦの断面図。一実施形態によるＭＣ－ＥＤＦの断面図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第一実施形態＞
図２は、本実施形態による光増幅器の構成図である。なお、図２の構成は、基本的には、図１の構成と同様であるため、以下では、相違点のみを説明する。図１のＵＣ－ＭＣＦ１１～ＵＣ－ＭＣＦ１４は、それぞれ、ＣＣ－ＭＣＦ８１～ＣＣ－ＭＣＦ８４に置換される。図１のＵＣ－ＭＣＦ７１～ＵＣ－ＭＣＦ７４は、それぞれ、ＣＣ－ＭＣＦ９１～ＣＣ－ＭＣＦ９４に置換される。また、図１のＵＣ－ＭＣ－ＥＤＦ４は、ＭＣ－ＥＤＦ１００に置換される。

本実施形態のＭＣ－ＥＤＦ１００は１６個のエルビウムが添加されたコアを有する。図３は、ＭＣ－ＥＤＦ１００の長手方向に直交する断面図を示している。本実施形態において、ＭＣ－ＥＤＦ１００の１６個のコアは、図３に示す様に、それぞれが４つのコアを含むグループ４１～４４にグループ化される。例えば、グループ４１の４つのコアには、ＣＣ－ＭＣＦ８１の４つのコアで伝搬された信号光が入力される。また、グループ４１の４つのコアで増幅された信号光は、ＣＣ－ＭＣＦ９１の４つのコアに入力される。同様に、グループ４２の４つのコアには、ＣＣ－ＭＣＦ８２の４つのコアで伝搬された信号光が入力され、グループ４２の４つのコアで増幅された信号光は、ＣＣ－ＭＣＦ９２の４つのコアに入力される。同様に、グループ４３の４つのコアには、ＣＣ－ＭＣＦ８３の４つのコアで伝搬された信号光が入力され、これら増幅された信号光は、ＣＣ－ＭＣＦ９３の４つのコアに入力される。同様に、グループ４４の４つのコアには、ＣＣ－ＭＣＦ８４の４つのコアで伝搬された信号光が入力され、これら増幅された信号光は、ＣＣ－ＭＣＦ９４の４つのコアに入力される。

各グループ内の４つのコアは結合率が高くても良く、互いに近接した位置に配置することができる。一方、異なるグループのコア間の結合率は、ＵＣ－ＭＣＦの様に小さくする。このため、異なるグループのコア間の距離は、結合率が所定値より小さくなる様に長くする。この所定値は、同じグループのコア間の結合率より小さい値である。つまり、同じグループ内のコア間の結合特性は、結合型と同様とし、異なるグループのコア間の結合特性は非結合型と同様とする。この構成により、例えば、ＣＣ－ＭＣＦ９１が搬送する信号光に、ＣＣ－ＭＣＦ８２～８４が搬送する信号光の成分が混入することを防ぐ。よって、ＣＣ－ＭＣＦ９１～９４それぞれに接続される光受信装置は、４×４ＭＩＭＯ処理により信号光を取り出すことができる。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、グループ間の距離を調整することにより、異なるグループのコア間の結合特性を非結合型と同様にしていた。本実施形態では、図４に示す様に、異なるグループの間に、点線の丸で示す空孔を設ける。屈折率が非常に低い空孔をグループ間に設けることで、異なるグループのコア間の結合率を低くすることができる。なお、空孔ではなく、グループ間に低屈折率の領域、例えばフッ素濃度を高くした領域を設ける構成とすることもできる。

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第一実施形態及び第二実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態におけるＭＣ－ＥＤＦ１００の断面図は図３と同様である。コア間の結合率は、コアの伝搬定数を異ならせることで低くなる。したがって、本実施形態では、同じグループのコアの伝搬定数については同じとするが、グループが異なれば、そのコアの伝搬定数を異なるものとする。この構成により、第一実施形態より異なるグループのコア間の距離を短くしても、異なるグループのコア間の結合率を小さくすることができる。

＜その他実施形態＞
なお、第一実施形態から第三実施形態の構成は、それぞれ、任意に組み合わせることができる。また、上記各実施形態では、各グループのコア数を同じとしたが、各グループのコア数を同じにする必要はない。さらに、上記各実施形態では、ＭＣ－ＥＤＦ１００（光増幅器）のグループ数を４としたが、例示であり、本発明の光増幅器に設けるグループ数は２以上の任意の数とすることができる。また、コア数については、各グループに少なくとも１つのコアを設け、かつ、少なくとも１つのグループには２以上のコアを設ける構成とすることができる。なお、光増幅器に設けるグループ数は、増幅を行うＣＣ－ＭＣＦの数以上とし、光増幅器に設けるコア数は増幅する信号光の数以上とする。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

４１～４３：グループ

Claims

クラッド内に配置された複数のコアを有し、各コアを伝搬する信号光をポンプ光により増幅する光増幅器であって、
前記複数のコアは、複数のグループにグループ化されており、前記複数のグループそれぞれは、１つのマルチコア光ファイバに対応し、１つのグループに含まれる複数のコアは、当該１つのグループに対応する前記１つのマルチコア光ファイバの複数のコアからの信号光を増幅し、
異なるグループのコア間の結合率は、同じグループのコア間の結合率より小さいことを特徴とする光増幅器。
異なるグループのコア間の結合率は、所定値以下であることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
異なるグループのコア間の結合率が前記所定値以下となる様に、前記複数のコア間の距離が決定されていることを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
異なるグループのコア間の結合率を、同じグループのコア間の結合率より小さくするために、異なるグループ間のコア間には、前記クラッドより屈折率の低い領域が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光増幅器。
前記クラッドより屈折率の低い領域は、空孔であることを特徴とする請求項４に記載の光増幅器。
同じグループのコアの伝搬定数は同じであり、
異なるグループのコアの伝搬定数は異なることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅器。