WO2021059440A1 - 光増幅器 - Google Patents

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青笹　真一
泰志 坂本
中島　和秀
雅樹 和田
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to an optical amplifier arranged in an optical communication system using spatial multiplexing (multi-core or multi-mode) optical fiber.
  • Non-Patent Document 1 In a single-mode optical fiber optical communication system, an optical amplifier that amplifies an optical signal as it is without converting it into electricity has been put into practical use. Similarly, in an optical communication system using a spatial multiplexing optical fiber, a spatial multiplexing optical amplifier is expected (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • clad excitation configuration As an optical amplifier for spatial multiplexing, a configuration in which excitation light is individually supplied to the amplification core (core excitation configuration) and a configuration in which the excitation light is supplied to the cladding (clad excitation configuration) are known.
  • the clad excitation configuration can simultaneously amplify a plurality of spatial channels propagating in the clad, and the configuration can be simplified as compared with the core excitation configuration.
  • the clad excitation configuration is expected to reduce power consumption as compared with the configuration using an optical amplifier for core excitation for the number of spatial channels (see, for example, Non-Patent Document 2).
  • a multimode LD can be used as the light source, and the photoelectric conversion efficiency can be improved as compared with the core excitation configuration in which a single mode laser diode (LD) must be adopted as the light source.
  • LD single mode laser diode
  • the clad excitation configuration has a problem that the excitation light incident on the clad that is not bonded to the core is not used for amplifying the optical signal, and the amplification efficiency is inferior to that of the core excitation configuration.
  • the signal light output intensity is 32 mW per core with respect to the excitation light of 10.6 W
  • the optical conversion efficiency is only about 2%.
  • an object of the present invention is to provide an optical amplifier having a core excitation configuration that improves amplification efficiency in order to solve the above problems.
  • an optical fiber type excitation optical converter is arranged in front of the optical fiber for optical amplification, and the multi is incident on the cladding of the optical fiber by the excitation optical converter. It was decided to absorb the excitation light of the mode into the core and convert it into the excitation light of the optical fiber for optical amplification.
  • the optical amplifier according to the present invention is An excitation light conversion fiber that takes in the first excitation light of the first wavelength propagating through the cladding and emits the spontaneous emission light of the second wavelength into the core.
  • An oscillator that reflects the spontaneously emitted light by two reflectors and reciprocates in the core of the excitation light conversion fiber to oscillate the second excitation light of the second wavelength by laser.
  • An amplification fiber that is connected to the excitation light conversion fiber and photo-amplifies the signal light with the second excitation light supplied from the excitation light conversion fiber to the core. To be equipped.
  • This optical amplifier wavelength-converts the excitation light in the cladding that propagates in multimode and converts it into the excitation light in the core. Therefore, this optical amplifier can have a core excitation configuration using a multimode LD having high photoelectric conversion efficiency as a light source, and the amplification efficiency is improved as compared with a general clad excitation configuration. In addition, this optical amplifier has an excitation light conversion unit inside the amplifier, and can suppress excessive loss due to external connection of signal light and excitation light.
  • the present invention can provide an optical amplifier having a core excitation configuration that improves amplification efficiency.
  • the optical amplifier according to the present invention has the following variations.
  • the amplification fiber of the optical amplifier according to the present invention may be arranged between the two reflectors of the oscillator.
  • the optical amplifier according to the present invention is connected in series in the propagation direction of the signal light so that one amplification fiber is sandwiched between the two excitation light conversion fibers.
  • the oscillator may be arranged for each of the two excitation light conversion fibers, and the two reflectors of the oscillator may be arranged at both ends of the respective excitation light conversion fibers.
  • Two amplification fibers of the optical amplifier according to the present invention may be arranged outside the two reflectors of the oscillator.
  • the excitation optical conversion fiber and the amplification fiber of the optical amplifier according to the present invention may be a multi-core fiber or a multi-mode fiber.
  • the present invention can provide an optical amplifier having a core excitation configuration that improves amplification efficiency.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an optical amplifier 301 of the present embodiment.
  • the optical amplifier 301 Excitation light conversion fiber 11 that takes in the first excitation light L1 of the first wavelength propagating through the cladding and emits the spontaneous emission light of the second wavelength into the core.
  • An oscillator 12 that reflects the spontaneously emitted light by two reflectors 15 and reciprocates in the core of the excitation light conversion fiber 11 to oscillate the second excitation light L2 of the second wavelength by laser.
  • An amplification fiber 13 that is connected to the excitation light conversion fiber 11 and photoamplifies the signal light with the second excitation light L2 supplied from the excitation light conversion fiber 11 to the core. To be equipped.
  • the optical amplifier 301 absorbs the combiner 20 that combines the signal light Ls and the first excitation light L1, a light source that generates the first excitation light L1 (not shown), and the first excitation light L1 and has different wavelengths of excitation light.
  • the signal light Ls is amplified by supplying the excitation light conversion fiber 11 that generates L2, the two reflectors 15 arranged before and after the excitation light conversion fiber 11 to resonate the excitation light L2, and the second excitation light L2. It is composed of an amplification fiber 13.
  • the excitation light conversion unit 10 is configured to include the excitation light conversion fiber 11 and two reflectors 15 arranged before and after the excitation light conversion fiber 11.
  • the amplification fiber 13 is, for example, an erbium-added multi-core fiber (EDF).
  • the excitation light conversion fiber 11 is, for example, a ytterbium (Yb) -added multi-core fiber.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a cross section of the excitation light conversion fiber 11. 11a is a clad and 11b is a core.
  • FIG. 5B is a diagram for explaining the Yb concentration distribution of the excitation light conversion fiber 11. The vertical axis shows the position in the radial direction, and the horizontal axis shows the concentration of Yb.
  • a multi-core optical fiber will be described, but the same applies to a multi-mode optical fiber.
  • the optical fiber of the optical amplifier according to the present invention is not limited to the type of ions added. Further, the excitation optical conversion fiber 11, the amplification fiber 13, and the optical fiber connecting them may have a solid structure or a vacant structure such as a photonic crystal fiber bandgap fiber.
  • the excitation light conversion fiber 11 has a two-stage clad structure so that the first excitation light L1 can propagate in the clad.
  • the light source is a multi-mode LD that outputs the first excitation light L1 (for example, wavelength 0.92 ⁇ m) in multi-mode.
  • the combiner 20 combines the first excitation light L1 output from the light source and the signal light Ls and enters the excitation light conversion fiber 11.
  • the first excitation light L1 is incident on the cladding of the excitation light conversion fiber 11, and the signal light Ls is incident on the respective cores of the excitation light conversion fiber 11.
  • the excitation light conversion fiber 11 absorbs the first excitation light L1 into the core, the naturally emitted light in the 1 ⁇ m band is emitted into each core.
  • the optical amplifier 301 arranges the reflector 15 before and after the excitation light conversion fiber 11 to reflect the naturally emitted light emitted to the core of the excitation light conversion fiber 11, and laser oscillates the light having a wavelength of 0.98 ⁇ m.
  • the reflector 15 is realized by forming a Bragg grating or a spatial filter that reflects only light of a specific wavelength in the core of the optical fiber. Further, the reflectance of the reflector 15 in the rear stage (amplification fiber 13 side) is lower than that in the reflector 15 in the front stage (combiner 20 side).
  • the light having a wavelength of 0.98 ⁇ m laser-oscillated in the core is output to each core of the amplification fiber 13 as the second excitation light L2 for exciting the amplification fiber 13 in the subsequent stage.
  • the signal light Ls is also output from each core of the excitation light conversion fiber 11 to each core of the amplification fiber 13.
  • the optical amplifier 301 can use the light from the multimode LD of the light source used for the clad excitation configuration with good photoelectric conversion efficiency as the excitation light of the core excitation configuration with high amplification efficiency. Therefore, the optical amplifier 301 can improve the amplification efficiency even though it has a clad excitation configuration.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another form of the optical amplifier 301.
  • the amplification fiber 13 of this embodiment is arranged between two reflectors 15 of the oscillator 12.
  • the optical amplifier 301 of FIG. 2 is different from the optical amplifier 301 of FIG. 1 in that the position of the reflector 15 in the subsequent stage is arranged after the amplification fiber 13.
  • the above-mentioned effect can also be obtained with the optical amplifier 301 having the configuration as shown in FIG.
  • the optical amplifier 301 has a structure that enhances the amplification efficiency in the spatial multiplex optical fiber, and can realize long-distance and large-capacity transmission with low power consumption as compared with the conventional optical amplifier for the spatial multiplex optical fiber. it can.
  • the optical light conversion efficiency of the optical amplifier 301 is 60% of the conversion efficiency of the first excitation light L1 (915 nm) in the excitation light conversion fiber 11 to the second excitation light L2 (980 nm), and the conversion efficiency in the amplification fiber 13. Is assumed to be 50%, which is 30%. That is, the optical conversion efficiency of the optical amplifier 301 is much higher than the optical conversion efficiency (2%) of the optical amplifier having the conventional clad excitation configuration.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the optical amplifier 302 of the present embodiment.
  • the optical amplifier 302 differs from the optical amplifier 301 of FIG. 1 in the following points.
  • the optical amplifier 302 is connected in series in the propagation direction of the signal light Ls so that one amplification fiber 13 is sandwiched between the two excitation light conversion fibers 11, and the oscillator 12 is provided for each of the two excitation light conversion fibers 11.
  • the oscillator 12 is provided for each of the two excitation light conversion fibers 11.
  • two reflectors 15 of the oscillator 12 are arranged at both ends of the respective excitation light conversion fibers 11.
  • the optical amplifier 302 connects the combiner 20, the excitation light conversion unit 10-1 in the front stage, the amplification fiber 13-1 and the excitation light conversion unit 10-2 in the rear stage in order in the propagation direction of the signal light Ls. ..
  • the parts of the combiner 20, the excitation light conversion unit 10-1, and the amplification fiber 13-1 are the same as those of the optical amplifier 301 in FIG.
  • the excitation light conversion unit 10-2 has a combiner 20 between the two reflectors 15.
  • the excitation light conversion unit 10-2 converts the first excitation light L1 propagating in the cladding into the second excitation light L2 by adjusting the reflectances of the two reflectors 15, and each of the amplification fibers 13-1. It is incident on the core. That is, the optical amplifier 302 supplies the second excitation light L2 from each of the two excitation light conversion units (10-1, 10-2) to each core of the amplification fiber 13-1, and amplifies the signal light Ls. Can be done.
  • the optical amplifier 302 may further connect the amplification fiber 13-2 to the subsequent stage of the excitation light conversion unit 10-2.
  • the excitation light conversion unit 10-2 adjusts the reflectances of the two reflectors 15 to obtain the second excitation light L2 not only in each core of the amplification fiber 13-1 but also in each of the amplification fibers 13-2. It can also enter the core.
  • the optical amplifier 302 can amplify the signal light Ls with two amplification fibers (13-1, 13-2).
  • the excitation light conversion unit 10-2 is output to the second excitation light L2 and the amplification fiber 13-2, which are output to the amplification fiber 13-1 side, by arbitrarily changing the reflectances of the two reflectors 15.
  • the intensity ratio with the second excitation light L2 can be adjusted.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the optical amplifier 303 of the present embodiment.
  • the optical amplifier 303 is different from the optical amplifier 301 of FIG. 1 in the following points.
  • two amplification fibers 13 are arranged outside the two reflectors 15 of the oscillator 12. That is, the optical amplifier 303 supplies the second excitation light L2 to both of the amplification fibers (13-1, 13-2) on both sides of which the excitation light conversion unit 10 is located, and the amplification fibers (13-1, 13-). 2) can be excited at the same time.
  • the first excitation light L1 from the light source is incident on one end of the excitation light conversion fiber 11 from the combiner 21.
  • the structure of the excitation light conversion unit 10 is the same as that of the excitation light conversion unit 10 included in the optical amplifier 301 of FIG.
  • the first excitation light L1 incident on the excitation light conversion fiber 11 is converted into the second excitation light L2 and output from both ends of the excitation light conversion fiber 11.
  • the output second excitation light L2 is combined with the signal light L2 by the combiner 22, and is incident on each core of the amplification fiber (13-1, 13-2).
  • This optical amplifier It consists of an optical amplifier that amplifies signal light and an excitation light generator that generates excitation light.
  • a signal optical combiner for incidenting signal light on the signal light amplification unit, and It is provided with an excitation light combiner for incidenting the first excitation light on the excitation light generating portion and a reflecting portion for reflecting the second excitation light newly generated in the excitation light generating portion.
  • the reflector is installed on the input / output side of the excitation light generator.
  • the optical amplifier unit and the excitation light generation unit are connected (via a reflector).
  • the optical amplifier of (1) above is The optical amplifier unit and the excitation light generation unit are connected to each other, and a reflection unit is installed so as to sandwich the optical amplifier unit.
  • the optical amplifiers (1) and (2) above are It is characterized in that at least one or more of the excitation light generating unit and the second excitation light source are arranged in the middle stage of two or more signal light amplification fibers.
  • the optical amplifiers (1) to (3) above are The signal optical amplification fiber is an erbium-added fiber optical amplifier.
  • the optical amplifiers (1) to (4) above are The wavelength conversion unit is characterized by being an optical fiber to which ytterbium is added.
  • the optical amplifiers (1) to (5) above are The reflecting portion is characterized by being a fiber Bragg grating or a multilayer filter that reflects a specific wavelength.
  • the optical amplifiers (1) to (6) above are The wavelength conversion unit and the signal light amplification fiber are multi-core or multi-mode fibers.
  • the optical amplifiers (1) to (7) above are The wavelength of the incident light on the excitation light generating portion is 900 to 960 nm, and the wavelength of the second excitation light is 965 to 1010 nm.
  • the optical amplifier of (7) above is The excitation light combiner is designed so that the propagation of the first excitation light to the excitation light generation portion is a clad region, and the second excitation light is provided in a plurality of waveguides in which a plurality of signals propagate in the excitation light generation portion. Is characterized by the occurrence of.
  • This optical amplifier has the following effects and features.
  • A The high-power multimode excitation light from the light source is wavelength-converted and taken from the clad to the core. Therefore, a core excitation configuration can be realized by using a light source for clad excitation.
  • B Assuming that a Yb-added fiber is used as the wavelength conversion fiber for generating the second excitation light having a wavelength of 980 nm, a light source that outputs light having a wavelength of about 900-960 nm is used.
  • C The light absorbed by the core by the wavelength conversion fiber propagates through the core as light having a wavelength of 980 nm and excites the EDF of the amplification fiber.
  • Excitation light converter 11 Wavelength conversion fiber 11a: Clad 11b: Core 12: Oscillator 13, 13-1, 13-2: Amplification fiber 15: Reflectors 20, 21, 22 : Oscillator 301-303: Optical amplifier

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Abstract

増幅効率を向上させるコア励起構成の光増幅器を提供することを目的とする。　本発明に係る光増幅器は、クラッドを伝搬する第１波長の第１励起光Ｌ１を取り込み、第２波長の自然放出光をコア内に放出する励起光変換ファイバ１１と、２つの反射器１５で前記自然放出光を反射して励起光変換ファイバ１１のコア内を往復させ、第2波長の第２励起光Ｌ２をレーザ発振させる発振器１２と、励起光変換ファイバ１１と接続され、励起光変換ファイバ１１からコアに供給された第２励起光Ｌ２で信号光を光増幅する増幅用ファイバ１３と、を備える。

Description

光増幅器
　本開示は、空間多重（マルチコア又はマルチモード）光ファイバを用いた光通信システムに配置される光増幅器に関する。
　シングルモード光ファイバの光通信システムでは光信号を電気に変換することなく、光信号のまま増幅を行う光増幅器が実用化されている。空間多重光ファイバを用いた光通信システムにおいても、同様に空間多重型の光増幅器が期待されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
　空間多重用の光増幅器として励起光を増幅用のコアに個別に供給する構成（コア励起構成）と、クラッドに供給する構成（クラッド励起構成）が知られている。クラッド励起構成は、クラッド内を伝搬する複数の空間チャネルを同時に増幅することができ、コア励起構成に比べ構成を簡易にすることができる。さらに、クラッド励起構成は、コア励起用の光増幅器を空間チャネル数分用いる構成に比べ消費電力の抑制も期待されている（例えば、非特許文献２を参照。）。また、クラッド励起構成は、光源としてマルチモードＬＤを使用することができ、光源としてシングルモードレーザダイオード（ＬＤ）を採用しなければならないコア励起構成より光電変換効率を高めることができる。
Ｍ．　Ｗａｄａ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｒｅｃｅｎｔ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　ＳＤＭ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，"　Ｗｅ１Ｅ．３，　Ｐｒｏｃ．　ＥＣＯＣ，　（２０１８）． Ｓ．　Ｊａｉｎ　ｅｔ　ａｌ．，　"３２－ｃｏｒｅ　ｅｒｂｉｕｍ／ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ　ｄｏｐｅｄ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｆｏｒ　ｎｅｘｔ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｐａｃｅ－ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，"　Ｏｐｔｉｃｓ　ｅｘｐｒｅｓｓ，　２５（２６），　（２０１７）． Ｋ．　Ｓ．　Ａｂｅｄｉｎ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｃｌａｄｄｉｎｇ－ｐｕｍｐｅｄ　ｅｒｂｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ　ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，"　Ｏｐｔｉｃｓ　ｅｘｐｒｅｓｓ，　２０（１８），　（２０１２）．
　しかしながら、クラッド励起構成は、クラッドに入射した励起光のうちコアに結合しなかった光については光信号の増幅に用いられず、コア励起構成に比べ増幅効率が劣るという課題があった。例えば、非特許文献３の６コアＥＤＦＡでは、励起光１０．６Ｗに対し、信号光出力強度が１コア当たり３２ｍＷであることから、光変換効率は２％程度にすぎない。
　そこで、本発明は、前記課題を解決するために、増幅効率を向上させるコア励起構成の光増幅器を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る光増幅器は、光増幅用光ファイバの前段に光ファイバ型の励起光変換器を配置し、励起光変換器で光ファイバのクラッドへ入射されたマルチモードの励起光をコアに吸収させ、光増幅用光ファイバの励起光に変換することとした。
　具体的には、本発明に係る光増幅器は、
　クラッドを伝搬する第１波長の第１励起光を取り込み、第２波長の自然放出光をコア内に放出する励起光変換ファイバと、
　２つの反射器で前記自然放出光を反射して前記励起光変換ファイバのコア内を往復させ、第2波長の第２励起光をレーザ発振させる発振器と、
　前記励起光変換ファイバと接続され、前記励起光変換ファイバからコアに供給された前記第２励起光で信号光を光増幅する増幅用ファイバと、
を備える。
　本光増幅器は、マルチモード伝搬するクラッド内の励起光を波長変換し、コア内の励起光に変換している。このため、本光増幅器は、光電変換効率の高いマルチモードＬＤを光源としながらコア励起構成とすることができ、一般的なクラッド励起構成に比べ増幅効率が向上する。また、本光増幅器は、励起光の変換部が増幅器内部にあり、外部での信号光や励起光の接続などによる過剰損失を抑制できる。
　従って、本発明は、増幅効率を向上させるコア励起構成の光増幅器を提供することができる。
　本発明に係る光増幅器には、次のようなバリエーションがある。
　本発明に係る光増幅器の前記増幅用ファイバは、前記発振器の前記２つの反射器の間に配置されていることとしてもよい。
　本発明に係る光増幅器は、前記信号光の伝搬方向に、１つの前記増幅用ファイバが２つの前記励起光変換ファイバに挟まれるように直列に接続されており、
　２つの前記励起光変換ファイバ毎に前記発振器が配置され、前記発振器の前記２つの反射器がそれぞれの前記励起光変換ファイバの両端に配置されていることとしてもよい。
　本発明に係る光増幅器の前記増幅用ファイバは、前記発振器の前記２つの反射器の外側に２つ配置されていることとしてもよい。
　本発明に係る光増幅器の前記励起光変換ファイバと前記増幅用ファイバは、マルチコアファイバ又はマルチモードファイバであることとしてもよい。
　なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
　本発明は、増幅効率を向上させるコア励起構成の光増幅器を提供することができる。
本発明に係る光増幅器を説明する図である。 本発明に係る光増幅器を説明する図である。 本発明に係る光増幅器を説明する図である。 本発明に係る光増幅器を説明する図である。 本発明に係る光増幅器の励起光変換ファイバの構造を説明する図である。（Ａ）は励起光変換ファイバの断面構造、（Ｂ）はＹｂ濃度分布を説明する図である。
　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
　図１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、
　クラッドを伝搬する第１波長の第１励起光Ｌ１を取り込み、第２波長の自然放出光をコア内に放出する励起光変換ファイバ１１と、
　２つの反射器１５で前記自然放出光を反射して励起光変換ファイバ１１のコア内を往復させ、第2波長の第２励起光Ｌ２をレーザ発振させる発振器１２と、
　励起光変換ファイバ１１と接続され、励起光変換ファイバ１１からコアに供給された第２励起光Ｌ２で信号光を光増幅する増幅用ファイバ１３と、
を備える。
　光増幅器３０１は、信号光Ｌｓと第１励起光Ｌ１を合波する合波器２０、第１励起光Ｌ１を発生する光源（不図示）、第１励起光Ｌ１を吸収し異なる波長の励起光Ｌ２を発生する励起光変換ファイバ１１、励起光Ｌ２を共振するために励起光変換ファイバ１１の前後に配置された２つの反射器１５、及び第２励起光Ｌ２の供給により信号光Ｌｓを増幅する増幅用ファイバ１３から構成される。励起光変換ファイバ１１とその前後に配置された２つの反射器１５を含む構成を励起光変換部１０とする。
　増幅用ファイバ１３は、例えば、エルビウム添加マルチコアファイバ（ＥＤＦ）である。励起光変換ファイバ１１は、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）添加マルチコアファイバである。図５（Ａ）は励起光変換ファイバ１１の断面を説明する図である。１１ａはクラッド、１１ｂはコアである。図５（Ｂ）は励起光変換ファイバ１１のＹｂ濃度分布を説明する図である。縦軸は半径方向の位置、横軸はＹｂの濃度を示している。なお、本実施形態では、マルチコア光ファイバで説明するが、マルチモード光ファイバでも同様である。
　なお、本発明に係る光増幅器の光ファイバは、添加されるイオンの種類に限定されない。また、励起光変換ファイバ１１、増幅用ファイバ１３、及びこれらを接続する光ファイバは充実型構造であってもフォトニック結晶ファイババンドギャップファイバなどの空孔型構造であっても構わない。なお、励起光変換ファイバ１１はクラッド内を第１励起光Ｌ１が伝搬できるように２段クラッド構造である。
　光源は、第１励起光Ｌ１（例えば波長０．９２μｍ）をマルチモードで出力するマルチモードＬＤである。また、合波器２０は、光源から出力された第１励起光Ｌ１と信号光Ｌｓとを合波して励起光変換ファイバ１１に入射する。第１励起光Ｌ１は励起光変換ファイバ１１のクラッドへ、信号光Ｌｓは励起光変換ファイバ１１のそれぞれのコアへ入射される。励起光変換ファイバ１１は、第１励起光Ｌ１をコアに吸収するときに１μｍ帯の自然放出光を各コア内に放出する。
　光増幅器３０１は、反射器１５を励起光変換ファイバ１１の前後に配置して励起光変換ファイバ１１のコアに放出された自然放出光を反射させ、波長０．９８μｍの光をレーザ発振する。反射器１５は光ファイバのコア内にブラッググレーティングや特定の波長の光のみを反射する空間フィルタを形成することによって実現する。また、後段（増幅用ファイバ１３側）の反射器１５の反射率を前段（合波器２０側）の反射器１５に比べ下げておく。このように設定することで、コア内でレーザ発振された波長０．９８μｍの光は後段の増幅用ファイバ１３を励起する第２励起光Ｌ２として増幅用ファイバ１３の各コアに出力される。このとき、信号光Ｌｓも励起光変換ファイバ１１の各コアから増幅用ファイバ１３の各コアに出力される。
　光増幅器３０１は、上述のようにクラッド励起構成に用いられる光源の光電変換効率の良いマルチモードＬＤからの光を増幅効率の高いコア励起構成の励起光として使用できる。従って、光増幅器３０１は、クラッド励起構成でありながら増幅効率を向上させることができる。
　図２は、光増幅器３０１の他の形態を説明する図である。本形態の増幅用ファイバ１３は、発振器１２の２つの反射器１５の間に配置されている。図２の光増幅器３０１は、後段の反射器１５の位置が増幅用ファイバ１３の後に配置されている点が図１の光増幅器３０１との相違点である。図２のような構成の光増幅器３０１でも上述のような効果を得ることができる。
　光増幅器３０１は、空間多重光ファイバにおける増幅効率を高める構造を有しており、従来の空間多重光ファイバ用の光増幅器に比べて低消費電力で長距離且つ大容量な伝送を実現することができる。例えば、光増幅器３０１の光光変換効率は、励起光変換ファイバ１１における第１励起光Ｌ１（９１５ｎｍ）から第２励起光Ｌ２（９８０ｎｍ）への変換効率を６０％、増幅用ファイバ１３における変換効率を５０％と仮定すると３０％となる。つまり、光増幅器３０１の光光変換効率は、従来のクラッド励起構成の光増幅器の光光変換効率（２％）よりはるかに高い。
（実施形態２）
　図３は、本実施形態の光増幅器３０２を説明する図である。光増幅器３０２は、次の点が図１の光増幅器３０１と異なる部分である。光増幅器３０２は、信号光Ｌｓの伝搬方向に、１つの増幅用ファイバ１３が２つの励起光変換ファイバ１１に挟まれるように直列に接続されており、２つの励起光変換ファイバ１１毎に発振器１２が配置され、発振器１２の２つの反射器１５がそれぞれの励起光変換ファイバ１１の両端に配置されている。
　光増幅器３０２は、信号光Ｌｓの伝搬方向に、順に、合波器２０、前段の励起光変換部１０－１、増幅用ファイバ１３－１、及び後段の励起光変換部１０－２を接続する。合波器２０、励起光変換部１０－１、および増幅用ファイバ１３－１の部分は図１の光増幅器３０１と同じである。励起光変換部１０－２は、２つの反射器１５の間に合波器２０を有している。励起光変換部１０－２は、２つの反射器１５の反射率を調整することで、クラッドを伝搬する第１励起光Ｌ１を第２励起光Ｌ２に変換して増幅用ファイバ１３－１の各コアに入射する。つまり、光増幅器３０２は、２つの励起光変換部（１０－１、１０－２）それぞれから第２励起光Ｌ２を増幅用ファイバ１３－１の各コアに供給し、信号光Ｌｓを増幅することができる。
　また、光増幅器３０２は、励起光変換部１０－２の後段に増幅用ファイバ１３－２をさらに接続してもよい。励起光変換部１０－２は、２つの反射器１５の反射率を調整することで、第２励起光Ｌ２を増幅用ファイバ１３－１の各コアだけでなく、増幅用ファイバ１３－２の各コアにも入射できる。この構成では、光増幅器３０２は、２つの増幅用ファイバ（１３－１、１３－２）で信号光Ｌｓを増幅することができる。励起光変換部１０－２は、２つの反射器１５の反射率を任意に変えることによって、増幅用ファイバ１３－１側へ出力される第２励起光Ｌ２と増幅用ファイバ１３－２へ出力される第２励起光Ｌ２との強度比率を調整することができる。
（実施形態３）
　図４は、本実施形態の光増幅器３０３を説明する図である。光増幅器３０３は、次の点が図１の光増幅器３０１と異なる部分である。光増幅器３０３は、増幅用ファイバ１３が、発振器１２の２つの反射器１５の外側に２つ配置されている。つまり、光増幅器３０３は、励起光変換部１０が両側にある増幅用ファイバ（１３－１、１３－２）の双方に第２励起光Ｌ２を供給し、増幅用ファイバ（１３－１、１３－２）を同時に励起することができる。
　光源からの第１励起光Ｌ１は、合波器２１から励起光変換ファイバ１１の一端に入射される。励起光変換部１０の構造は図１の光増幅器３０１が備える励起光変換部１０と同じである。励起光変換ファイバ１１に入射された第１励起光Ｌ１は、第２励起光Ｌ２に変換され、励起光変換ファイバ１１の両端から出力される。出力された第２励起光Ｌ２は、合波器２２で信号光Ｌ２と合波され、増幅用ファイバ（１３－１、１３－２）の各コアに入射される。２台の反射器１５の反射比率を任意に変えることで、増幅用ファイバ（１３－１、１３－２）への第２励起光Ｌ２の出力強度比を調整することができる。
［付記］
　以下は、本実施形態の光増幅器を説明したものである。
（１）：本光増幅器は、
　信号光を増幅する光増幅部と励起光を発生する励起光発生部からなり、
　信号光を前記信号光増幅部に入射するための信号光合波器と、
　第１励起光を前記励起光発生部に入射するための励起光合波器と、励起光発生部において新たに発生する第２励起光を反射する反射部を備え、
　前記反射器が前記励起光発生部の入出力側に設置されており、
　前記光増幅部と前記励起光発生部が（反射器を介して）接続されている
　ことを特徴とする。
（２）：上記（１）の光増幅器は、
　前記光増幅部と前記励起光発生部が接続されており、これらを挟み込むように反射部が設置されていることを特徴とする。
（３）：上記（１）と（２）の光増幅器は、
　前記励起光発生部及び第二の励起光源を２つ以上の信号光増幅用ファイバの中段に少なくとも１つ以上配置していることを特徴とする。
（４）：上記（１）～（３）の光増幅器は、
　前記信号光増幅用ファイバがエルビウム添加ファイバ光増幅器であることを特徴とする。
（５）：上記（１）～（４）の光増幅器は、
　前記波長変換部はイッテルビウムを添加した光ファイバであることを特徴とする。
（６）：上記（１）～（５）の光増幅器は、
　前記反射部はファイバブラッググレーティングもしくは特定の波長を反射する多層膜フィルタであることを特徴とする。
（７）：上記（１）～（６）の光増幅器は、
　前記波長変換部及び信号光増幅用ファイバがマルチコアもしくはマルチモードファイバであることを特徴とする。
（８）：上記（１）～（７）の光増幅器は、
　前記励起光発生部への入射波長が９００～９６０ｎｍであって、第２励起光の波長が９６５～１０１０ｎｍであることを特徴とする。
（９）：上記（７）の光増幅器は、
　前記励起光発生部への第１励起光の伝搬がクラッド領域となるよう励起光合波器が設計されており、前記励起光発生部において複数の信号が伝搬する複数の導波路において第２励起光が発生することを特徴とする。
　本光増幅器は、次のような効果及び特徴を持つ。
（ａ）光源からの高出力のマルチモード励起光を波長変換し、クラッドからコアへ取り込む。このため、クラッド励起用の光源を利用してコア励起構成を実現できる。
（ｂ）波長が９８０ｎｍの第２励起光を発生するための波長変換ファイバとしてＹｂ添加ファイバを用いるとすると、９００－９６０ｎｍ程度の波長の光を出力する光源を用いる。
（ｃ）波長変換ファイバでコアに吸収された光は波長９８０ｎｍの光としてコアを伝搬し、増幅用ファイバのＥＤＦを励起する。
１０、１０－１、１０－２：励起光変換部
１１：波長変換ファイバ
１１ａ：クラッド
１１ｂ：コア
１２：発振器
１３、１３－１、１３－２：増幅用ファイバ
１５：反射器
２０、２１、２２：合波器
３０１～３０３：光増幅器

Claims (5)

  1. 　クラッドを伝搬する第１波長の第１励起光を取り込み、第２波長の自然放出光をコア内に放出する励起光変換ファイバと、
    　２つの反射器で前記自然放出光を反射して前記励起光変換ファイバのコア内を往復させ、第2波長の第２励起光をレーザ発振させる発振器と、
    　前記励起光変換ファイバと接続され、前記励起光変換ファイバからコアに供給された前記第２励起光で信号光を光増幅する増幅用ファイバと、
    を備える光増幅器。
  2. 　前記増幅用ファイバは、前記発振器の前記２つの反射器の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  3. 　前記信号光の伝搬方向に、１つの前記増幅用ファイバが２つの前記励起光変換ファイバに挟まれるように直列に接続されており、
    　２つの前記励起光変換ファイバ毎に前記発振器が配置され、前記発振器の前記２つの反射器がそれぞれの前記励起光変換ファイバの両端に配置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  4. 　前記増幅用ファイバは、前記発振器の前記２つの反射器の外側に２つ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  5. 　前記励起光変換ファイバと前記増幅用ファイバは、マルチコアファイバ又はマルチモードファイバ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光増幅器。
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