特許 5946196 ファイバおよびファイバ増幅器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5946196

(24)【登録日】2016年6月10日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】ファイバおよびファイバ増幅器

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20160621BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20160621BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/067

   G02B6/036 301

   G02B6/02 481

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-75816(P2014-75816)

(22)【出願日】2014年4月1日

(65)【公開番号】特開2015-198177(P2015-198177A)

(43)【公開日】2015年11月9日

【審査請求日】2014年4月1日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、独立行政法人情報通信研究機構、「革新的光通信インフラの研究開発 課題ア マルチコア光増幅技術」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(73)【特許権者】

【識別番号】505127721

【氏名又は名称】公立大学法人大阪府立大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小野 浩孝

(72)【発明者】

【氏名】松尾 昌一郎

(72)【発明者】

【氏名】竹永 勝宏

(72)【発明者】

【氏名】市井 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】山田 誠

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５４３６４２６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 国際公開第０１／００１１７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０６２４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０７７９８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−１８５０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５３５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０３／０６７７２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０４１５３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 M.Kasahara, et al.，"Design of Three-Spatial-Mode Ring-Core Fiber"，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，２０１４年 ２月 ５日，Vol.32, No.7，p.1337-1343

【文献】 笠原 基幹 Motoki Kasahara，"３モードリングコアファイバに関する検討"，電子情報通信学会２０１３年通信ソサイエティ大会講演論文集２ PROCEEDINGS OF THE 2013 IEICE COMMUNICATIONS SOCIETY CONFERENCE，２０１３年 ９月，p.385

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／０６７

Ｈ０１Ｓ ３／１０

Ｇ０２Ｂ ６／０２

Ｇ０２Ｂ ６／０３６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

増幅用ファイバであって、
コア部と、
前記コア部の外周にそって設けられ、断面視においてリング状に形成されているリングコア部と、
前記リングコア部の外周にそって設けられたクラッド部とを備え、
前記クラッド部、前記リングコア部および前記コア部の屈折率をそれぞれｎ_cl、ｎ_rc、ｎ_icとすると、ｎ_cl<ｎ_rc≧ｎ_icとなり、
前記リングコア部には、増幅用のイオンが添加されていることを特徴とするファイバ。

【請求項2】

前記リングコア部を伝搬する信号光のモードが複数であることを特徴とする請求項１に記載のファイバ。

【請求項3】

前記イオンは、前記リングコア部に対して濃度が一定となるように添加されていることを特徴とする請求項１または２に記載のファイバ。

【請求項4】

前記リングコア部に対して添加されるイオンは、信号光のパワーモード分布が当該イオン分布と重なるように添加されることを特徴とする請求項１または２に記載のファイバ。

【請求項5】

前記リングコア部および前記コア部をそれぞれ複数有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のファイバ。

【請求項6】

前記複数のリングコア部の中心位置は、断面視で同一または異なる位置にあることを特徴とする請求項５に記載のファイバ。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項のファイバと、
前記ファイバへの励起光を発生する励起光源と、
前記励起光と信号光を合波して前記ファイバに入力する合分波器と、
前記合分波器と接続される光アイソレータと
を備えたことを特徴とするファイバ増幅器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチモード光伝送に用いられるファイバおよびファイバ増幅器に関する。

【0002】

近年、通信サービスの高速化・大容量化に起因する幹線系伝送システムのトラフィックの爆発的な増大により、光伝送システムの容量を飛躍的に増大する技術の一つとしてモード多重光伝送技術の研究が急速に進んでいる。長距離用の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を用いて増幅するマルチモード光ファイバ増幅器が必要となる（非特許文献1）。

【0003】

従来のマルチモード用の光ファイバ増幅器では、伝搬する光モードの強度分布が異なる（非特許文献２）。

【0004】

図１は、従来のファイバ断面におけるLP_０１モードとLP_１１モードとにおけるパワー強度の分布であって、（ａ）はLP_０１モードの場合、（ｂ）はLP_１１モードの場合、を示す。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】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 Proc.ECOC2011, PDP, Th.13.C.2.

【非特許文献2】Y. Jung, et al., “First demonstration and detailed characterization of a multimode amplifier for space division multiplexed transmission systems,” Optics Express, vol.19, no.26, pp.B952-957, 2011.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の光ファイバ増幅器では、ファイバを伝搬する光モード間の強度分布が異なり、モード間に利得偏差が生じるという問題があった。利得偏差により、伝搬する信号光のパワーも偏差を有し、このため、モード間の伝送特性が異なる。そのため、結果として、モード多重光伝送システムの設計が難しくなる。

【0007】

本発明は、上記の状況下においてなされたものであり、モード間の利得偏差を抑制することができる光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。また、本発明は、モード間の利得偏差を抑制することができるファイバを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するためのファイバであって、コア部と、前記コア部の外周にそって設けられ、断面視においてリング状に形成されているリングコア部と、前記リングコア部の外周にそって設けられたクラッド部とを備え、前記クラッド部、前記リングコア部および前記コア部の屈折率をそれぞれｎ_cl、ｎ_rc、ｎ_icとすると、ｎ_cl<ｎ_rc≧ｎ_icとなり、前記リングコア部には、増幅用のイオンが添加されているものである。

【0009】

前記リングコア部を伝搬する信号光のモードが複数であるようにしてもよい。

【0010】

前記イオンは、前記リングコア部に対して濃度が一定となるように添加するようにしてもよい。

【0011】

前記リングコア部に対して添加されるイオンは、信号光のパワーモード分布が当該イオン分布と重なるように添加されるようにしてもよい。

【0012】

前記リングコア部および前記コア部をそれぞれ複数有するようにしてもよい。この場合、前記複数のリングコア部の中心位置は、断面視で同一または異なる位置に設定してもよい。

【0013】

上記の課題を解決するためのファイバ増幅器は、前記ファイバと、前記ファイバへの励起光を発生する励起光源と、前記励起光と信号光を合波して前記ファイバに入力する合分波器と、前記合分波器と接続される光アイソレータとを備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、モード間の利得偏差が従来よりも小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】従来のマルチモード光ファイバ増幅器における２つのモードのパワー強度の分布を示す図である。

【図2】第１〜第４実施形態の光ファイバ増幅器に用いられるファイバの断面例を示す図である。

【図3】第１〜第４実施形態のファイバにおける２つのモードのパワー強度の分布を示す図である。

【図4】第１〜第４実施形態のファイバにおいて、偏波が直交する２つのモードが縮退している場合の各モードのパワー強度の分布を示す図である。

【図5】第１実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。

【図6】第１実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器において、２つのモードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを説明するための図である。

【図7】従来のマルチモード光ファイバ増幅器において、２つのモードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを説明するための図である。

【図8】第２実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器において、３モードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを説明するための図である。

【図9】ファイバの径方向のエルビイオン分布を示す図である。

【図10】第３実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器において、２つのモードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを説明するための図である。

【図11】第４実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器において、２つのモードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを説明するための図である。

【図12】第５実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。

【図13】第５実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器に用いられるマルチモードエルビウム添加ファイバの断面例を示す図である。

【図14】第５実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器において、３モードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを説明するための図である。

【図15】第６実施形態のマルチモード光ファイバ増幅器に用いられるマルチモードエルビウム添加ファイバの断面例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明のマルチモード光ファイバ増幅器（以下、「ファイバ増幅器」と略記する。）の各実施形態について説明する。

【0017】

[ファイバの構成]
先ず、ファイバ増幅器に用いられるファイバ１１の構成について図２を参照して説明する。図２は増幅用ファイバ１１の断面例を示す図である。

【0018】

このファイバ１１は、クラッド部１０１、リングコア部１０２、および内側コア部１０３とから構成される。クラッド部１０１、リングコア部１０２および内側コア部１０３の屈折率をそれぞれ

【0019】

【数1】

【0020】

とすると、各屈折率の関係は、下記式（１）によって表される。

【0021】

【数2】

【0022】

図２において、信号光及び励起光は、リングコア部１０２を伝搬する。各部１０１〜１０３の材料は、式（１）の関係が満たされていれば、全てがガラス、一部がガラスで他がポリマー、全てがポリマー、など様々な形態を取ることができる。

【0023】

図３は、ファイバ１１における異なるモードの信号光のパワーモード分布を示す図であって、（ａ）はLP_０１モードの場合、（ｂ）はLP_１１モードの場合、を示す。図３において、ファイバ中、白色（ハッチ部分を含む）から黒色に変化するほどパワーが大きいことを示している。

【0024】

図１に示した従来のものと異なり、図３のファイバ１１では、LP_０１及びLP_１１の両モードのパワーが大きい部分はいずれもリングコア部１０２に存在し、オーバーラップが大きくなる。上述した両モードのオーバーラップは、偏波が直交する２つのLP_１１モード(LP_１１ｘ、LP_１１ｙ)が縮退しているときに顕著となる。これを図４に示す。

【0025】

図４は、ファイバ１１において、偏波が直交する２つのモードが縮退している場合の各モードのパワー強度の分布を示す図である。

【0026】

図４に示すように、LP_０１及びLP_１１の両モードにおけるパワーモード分布は類似するようになる。リングコア部１０２における励起光パワーモード分布に角度依存性がなければ（つまり、リングコア部１０２の周回方向に励起光パワーモード分布がなければ）、LP_０１及びLP_１１の両モードは、ほぼ等しい励起光パワー密度で励起された増幅用イオンによって増幅されることになり、その結果、モード間利得偏差を抑制できる。

【0027】

＜第1実施形態＞
次に、第１実施形態のファイバ増幅器１について図２および図５を参照して説明する。

【0028】

［ファイバ増幅器の構成］
図５は、第1実施形態のファイバ増幅器１を示すブロック図である。図５において、ファイバ増幅器１は、マルチモードエルビウム添加ファイバ１１のエルビウムイオンを励起
する励起光源１２ａ．１２ｂ、励起光と信号光を合波してファイバ１１に入力する合分波器１３ａ，１３ｂ、および光アイソレータ１４ａ，１４ｂを備える。

【0029】

ファイバ１１は、図２に示したようなファイバ断面構造を有する。本実施形態では、一例として、リングコア部１０２の外径を14.0μｍ、リングコア部１０２の内径（内側コア直径）を5.6μｍ、クラッド部１０１の外径を125μｍとする。

【0030】

クラッド部１０１と内側コア部１０３の屈折率は同じである。リングコア部１０２とクラッド部１０１（または内側コア部１０２)との比屈折率の差を0.45 ％とする。

【0031】

エルビウムイオンは、リングコア部１０２に濃度がほぼ均一となるように添加されている。マルチモードエルビウム添加ファイバ１１において、信号光及び励起光はリングコア部１０２を伝搬する。安定的に伝搬する信号光のモードは、LP_０１及LP_１１の２モードであり、LP_１１より高次のモードは、カットオフされる。

【0032】

励起光の伝搬モードも複数あるが、ファイバ１１へ入力する励起光のモードを制御することで、若干のモード変換により所望のモード以外の励起光モードも伝搬するが、所望のモードの励起光のみを支配的に伝搬させることができる。

【0033】

励起光源１２ａ，１２ｂは、シングルモードの980 nm帯半導体レーザ（LD）モジュールであり、クラッドと同心円の円形コアを有する従来のシングルモードファイバから励起光が出力される。

【0034】

合波器１３ａ，１３ｂの信号光入出力ポートのファイバは、ファイバ１１と同じ断面構造のクラッド部１０１、リングコア部１０２および内側コア部１０３を有するファイバであり、LP_０１及びLP_１１の両モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_１１より高次もモードはカットオフされる。

【0035】

合波器１３ａ，１３ｂの励起光入力ポートのファイバは、励起光源１２ａ，１２ｂの出力ファイバと同等の断面構造のファイバであり、従来のシングルモードファイバである。入力したLP_０１モードの励起光は合波器１３ａ，１３ｂの内部に備えられた変換器により円コアのLP_０１からリングコアのLP_０１へ変換されて出力ファイバのリングコア部１０２で結合され、ほぼLP_０１モードのパワーモード分布で伝搬する。

【0036】

光アイソレータ１４ａ，１４ｂの入出力ファイバは、ファイバ１１と同じ断面構造のクラッド部１０１、リングコア部１０２および内側コア部１０３を有するファイバであり、LP_０１及びLP_１１の両モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_１１より高次もモードはカットオフされる。

【0037】

ファイバ増幅器１の入力側の光アイソレータ１４ａ，１４ｂの入力ファイバ端、および出力側の光アイソレータ１４ａ，１４ｂの出力側ファイバ端には、それぞれ光コネクタが接続されている。すなわち、本実施形態のファイバ増幅器１は、図２に示した断面構造を有する伝送ファイバと、光コネクタとによって接続される。

【0038】

次に、ファイバ増幅器１におけるLP_０１及びLP_１１モードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルについて図６および図７を参照して説明する。

【0039】

図６は、ファイバ増幅器１におけるLP_０１及びLP_１１モードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを示す図である。図７は、従来のファイバ増幅器におけるLP_０１及びLP_１１モードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを示す図である。

【0040】

このファイバ増幅器１では、入力信号光は両モードとも40波（40 ch）の波長多重（WDM）信号、パワーは−20 dBm/ch、励起光パワーは500 mWとした。また、従来のファイバ増幅器においても、これらの入力信号および励起光の条件と同じ条件に設定した。この場合、従来のファイバ増幅器においても、図５に示したファイバ増幅器１と同様に構成した。また、従来のファイバ増幅器に用いたエルビウム添加ファイバは従来の円コアファイバを採用した。この場合のファイバのコア直径を6.4μｍ、クラッド直径を125μｍとした。エルビウムイオンはコアにほぼ均一に添加した。

【0041】

図６に示すように、ファイバ増幅器１では、モード間の利得偏差が最大で1.1 dBに抑制できることが確認できた。さらに、雑音指数についても、ファイバ増幅器１ではモード間の偏差を0.1 dB未満に抑制できることも併せて確認できた。

【0042】

一方、図７に示すように、従来のファイバ増幅器の場合では、モード間の利得偏差は最大で5.2 dBとなり、図６の場合よりも大きい値となった。また、図７に示すように、雑音指数についても、従来のファイバ増幅器では、モード間偏差が0.3 dB以上となり、図６に示した0.1 dB未満よりも大きい値を示した。

【0043】

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態のファイバ増幅器について図２および図５を参照して説明する。

【0044】

本実施形態のファイバ増幅器が第１実施形態と異なるのは、ファイバ１１のリングコア部１０２と内側コア１０３とのサイズのみであるため、この点を中心に以下説明する。

【0045】

本実施形態におけるファイバは、前述のファイバ１１とは異なり、リングコア部１０２の外径は17.0μｍ、リングコア部１０２の内径（内側コア直径）は5.6μｍ、クラッド部１０１の外径は125μｍである。

【0046】

エルビウムイオンはリングコア部１０２に濃度がほぼ均等となるように添加されている。この実施形態のファイバにおいても、信号光及び励起光はリングコア部１０２を伝搬する。

【0047】

安定的に伝搬する信号光のモードは、LP_０１、LP_１１、LP_２１の３モードであり、LP_２１より高次のモードはカットオフされる。励起光の伝搬モードも複数あるが、この実施形態のファイバへ入力する励起光のモードを制御することで、若干のモード変換により所望のモード以外の励起光モードも伝搬するが、所望のモードの励起光のみを支配的に伝搬させることができる。

【0048】

本実施形態のファイバ増幅器では、励起光源１２はシングルモードの980 nm帯LDモジュールであり、クラッドと同心円の円形コアとを有する従来のシングルモードファイバから励起光が出力される。

【0049】

本実施形態の合波器１３の信号光入出力ポートのファイバは、図２に示したクラッド部１０１、リングコア部１０２および内側コア部１０３を有するファイバである。LP_０１、LP_１１、LP_２１の３モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_２１より高次のモードはカットオフされる。合波器１３の励起光入力ポートのファイバは、励起光源１２の出力ファイバと同等の断面構造のファイバであり、従来のシングルモードファイバである。

【0050】

入力したLP_０１モードの励起光は、合波器１３の内部に備えられる変換器により円コアのLP_０１からリングコアのLP_０１へ変換されて出力ファイバのリングコア部１０２で結合され、ほぼLP_０１モードのパワーモード分布で伝搬する。

【0051】

光アイソレータ１４の入出力ファイバは、図２に示したクラッド部１０１、リングコア部１０２および内側コア部１０３を有するファイバである。LP_０１、LP_１１、LP_２１の３モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_２１より高次のモードはカットオフされる。ファイバ増幅器の入力側の光アイソレータ１４の入力ファイバ端、および出力側の光アイソレータ１４の出力側ファイバ端には、それぞれ光コネクタが接続されている。

【0052】

図８は、本実施形態のファイバ増幅器における３モードLP_０１、LP_１１、LP_２１の信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを示している。

【0053】

図８では、入力信号光は、すべてのモードで４０波のWDM信号である。パワーは−20 dBm/ch、励起光パワーは500 mWとした。

【0054】

図８から明らかなように、本実施形態のファイバ増幅器では、モード間の利得偏差が1.3 dBに抑制できることが確認できた。さらに、雑音指数についても、本実施形態のファイバ増幅器ではモード間偏差が0.1 dB未満に抑制できることも併せて確認できた。

【0055】

なお、第１〜第２実施形態ではモード数が２または３の場合について説明したが、ファイバ１１のサイズを調整することで、モード数を任意に設定するようにしてもよい。

【0056】

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態のファイバ増幅器について図２および図５を参照して説明する。

【0057】

本実施形態のファイバ増幅器が第１実施形態と異なるのは、ファイバ１１のリングコア部１０２に添加されるエルビウムイオンの濃度分布のみであるため、この点を中心に以下説明する。

【0058】

本実施形態におけるファイバは、第１実施形態のファイバ１１と同様に、リングコア部１０２の外径は14.0μｍ、リングコア部１０２の内径（内側コア直径）は5.6μｍ、クラッド部１０１の外径は125μｍである。このファイバ１１において、信号光及び励起光はリングコア部１０２を伝搬する。

【0059】

安定的に伝搬する信号光のモードはLP_０１、LP_１１の２モードであり、LP_１１より高次のモードはカットオフされる。

【0060】

励起光の伝搬モードも複数あるが、マルチモードエルビウム添加ファイバへ入力する励起光のモードを制御することで、若干のモード変換により所望のモード以外の励起光モードも伝搬するが、所望のモードの励起光のみを支配的に伝搬させることができる。

【0061】

図９は、リングコア部１０２のファイバ径方向のエルビウムイオン分布を示す図である。図９に示すように、エルビウムイオンは、LP_０１及びLP_１１の両モードの信号光のパワーモード分布がほぼ均等にエルビウムイオン分布と重なるように設定されている。

【0062】

本実施形態の励起光源１２ａ，１２ｂは、シングルモードの980 nm帯LDモジュールであり、クラッドと同心円の円形コアを有する従来のシングルモードファイバから励起光が出力される。

【0063】

本実施形態の合波器１３ａ，１３ｂの信号光の入出力ポートのファイバは、図２に示したクラッド部１０１、リングコア部１０２および内側コア部１０３を有するファイバである。LP_０１，LP_１１の２モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_１１より高次のモードはカットオフされる。合波器１３の励起光入力ポートのファイバは、励起光源１２ａ，１２ｂの出力ファイバと同等の断面構造のファイバであり、従来のシングルモードファイバである。

【0064】

入力したLP_０１モードの励起光は合波器１３ａ，１３ｂの内部に備えられた変換器により円コアのLP_０１からリングコアのLP_０１へ変換されて出力ファイバのリングコア部１０２で結合され、ほぼLP_０１モードのパワーモード分布で伝搬する。

【0065】

本実施形態の光アイソレータ１４の入出力ファイバは、図２に示したクラッド部１０１、リングコア部１０２および内側コア部１０３を有するファイバである。LP_０１，LP_１１の２モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_１１より高次のモードはカットオフされる。

【0066】

ファイバ増幅器の入力側の光アイソレータ１４の入力ファイバ端、および出力側の光アイソレータ１４の出力側ファイバ端には、それぞれ光コネクタが接続されている。

【0067】

図１０は、本実施形態のファイバ増幅器におけるLP_０１及びLP_１１の各モードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを示している。

【0068】

図１０では、入力信号光は、両モードともに４０波のWDM信号である。パワーは−20 dBm/ch、励起光パワーは500 mWとした。

【0069】

図１０から明らかなように、本実施形態のファイバ増幅器では、モード間の利得偏差および雑音指数の偏差はそれぞれ、0.9 dB以下及び0.1 dB未満となり、第１実施形態の場合よりも抑制できることが確認できた。

【0070】

＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態のファイバ増幅器について図２および図５を参照して説明する。

【0071】

本実施形態のファイバ増幅器が第１実施形態と異なるのは、合波器１３ａ，１３ｂの内部に備えられた変換器のみであるため、この点を中心に以下説明する。

【0072】

本実施形態のファイバ増幅器は、図５に示したものと同様に、ファイバ１１のエルビウムイオンを励起する励起光源１２ａ，１２ｂ、励起光と信号光を合波してファイバ１１に入力する合分波器１３ａ，１３ｂ、および光アイソレータ１４ａ，１４ｂを備える。

【0073】

しかし、第１実施形態のものと異なり、合波器１３ａ，１３ｂの内部に備えられた変換器では、合波器１３ａ，１３ｂの励起光入力ポートに入力したLP_０１モードの励起光が、円コアのLP_０１から任意のパワーモード分布になるよう変換するように構成されている。任意のパワーモード分布を有するLP_０１モードの励起光が出力ファイバのリングコア部１０２で結合され、変換後のパワーモード分布で伝搬する。

【0074】

このことにより、リングコア部１０２に添加された信号光のパワーモードが大きい領域のエルビウムイオンを選択的に励起させることができ、励起効率を増加させることができる。

【0075】

図１１は、本実施形態のファイバ増幅器におけるLP_０１及びLP_１１の各モードの信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを示している。

【0076】

図１１では、入力信号光は、両モードともに４０波のWDM信号である。パワーは−20 dBm/ch、励起光パワーは400 mWとした。

【0077】

図１１から明らかなように、本実施形態のファイバ増幅器では、モード間の利得偏差および雑音指数の偏差はそれぞれ、1.0 dB以下及び0.1 dB となり、第１実施形態の場合よりも抑制できることが確認できた。

【0078】

＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態のファイバ増幅器について図１２を参照して説明する。

【0079】

図１２は、第５実施形態のファイバ増幅器１Ａを示すブロック図である。図１２において、ファイバ増幅器１Ａは、マルチモードのエルビウムが添加されたファイバ２１のエルビウムイオンを励起する励起光源２２ａ，２２ｂ、励起光と信号光とを合波してファイバ２１に入力する合分波器２３ａ，２３ｂ、および光アイソレータ２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂを備える。

【0080】

図１３は、ファイバ２１の断面構造を示している。図１３の例では、ファイバ２１は、２つのクラッド、すなわち第１クラッド部２０２および第２クラッド部２０１を持つダブルクラッド構造を有する。第１クラッド部２０２内には、複数のリングコア部２０３，２０４を持つファイバ断面構造を有している。

【0081】

なお、複数の異なるリングコア部２０３，２０４の中心位置（中心軸）は、クラッド部２０１，２０２内で同一である。

【0082】

本実施形態では、一例として、第1リングコア部２０３の外径を14.0μｍ、第1リングコア部２０３の内径（内側コア２０６の直径）を5.6μｍ、第２リングコア部２０４の外径を19.0μｍ、第２リングコア部２０４の内径を15.0μｍとする。また、第１クラッド部２０２の外径を30μｍ、第２クラッド部２０１の外径を125μｍとする。

【0083】

エルビウムイオンは各リングコア部２０３，２０４において、濃度がほぼ均等となるように添加されている。ファイバ２１において、信号光及び励起光は２つのリングコア部を伝搬する。

【0084】

第１リングコア部２０３を安定的に伝搬する信号光のモードは、LP_０１及びLP_１１の２モードであり、LP_１１より高次のモードはカットオフされる。

【0085】

第２リングコア部２０４を安定的に伝搬する信号光のモードは、LP_０１、LP_１１、LP_２１及びLP_０２の４モードであり、LP_０２より高次のモードはカットオフされる。

【0086】

第1クラッド部２０３の屈折率は、第２クラッド部２０４の屈折率より大きく設定されており、励起光は第1クラッド部２０３を複数のモード(マルチモード)で伝搬する。所望のモードの励起光のみを支配的に伝搬させることができる。

【0087】

励起光源２２ａ，２２ｂは、マルチモードの980 nm帯のLDモジュールであり、マルチモードファイバから励起光が出力される。

【0088】

合波器２３ａ，２３ｂの信号入出力ファイバ２３０，２３１はそれぞれ、図１３に示したものと同様に、２つのクラッド部とリングコア部と内側コア部とを有するファイバである。この場合、ファイバ２３０，２３１では、各コア部のサイズが異なる。すなわち、ファイバ２３０のリングコアはLP_０１及びLP_１１の２モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_１１より高次のモードはカットオフされる。

【0089】

ファイバ２１のリングコア部は、LP_０１、LP_１１、LP_２１及びLP_０２の４モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_２１より高次のモードはカットオフされる。

【0090】

合波器２３ａ，２３ｂの信号入出力ファイバ２３２は、図１３に示したダブルクラッド構造を有する構成を有する。すなわち、第１クラッド部内に複数のリングコア部を持つファイバ断面構造を有している。第1のリングコア部は、LP_０１及びLP_１１の２モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_１１より高次のモードはカットオフされる。

【0091】

第２リングコア部は、LP_０１、LP_１１、LP_２１及びLP_０２の４モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_２１より高次のモードはカットオフされる。

【0092】

合波器２３ａ，２３ｂの励起光用の入力ポートのファイバは、励起光源２２ａ，２２ｂの出力ファイバと同等の断面構造のファイバであり、マルチモードモードファイバである。入力したマルチモードモードの励起光は、ファイバ２１の第1クラッド部２０３で結合され、マルチモードモードで伝搬する。

【0093】

光アイソレータ２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂの入出力ファイバは、図１３に示したものと同様に、それぞれ２つのクラッド部、リングコア部および内側コア部を有するファイバである。この場合、光アイソレータ２４ａ，２４ｂの入出力ファイバと光アイソレータ２５ａ，２５ｂの入出力ファイバとでは、各コア部のサイズが異なる。すなわち、光アイソレータ２４ａ，２４ｂの入出力ファイバのリングコアは、LP_０１及びLP_１１の２モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_１１より高次のモードはカットオフされる。

【0094】

光アイソレータ２５ａ，２５ｂの入出力ファイバのリングコア部は、LP_０１、LP_１１、LP_２１及びLP_０２の４モードの信号光のみが安定的に伝搬し、LP_２１より高次のモードはカットオフされる。

【0095】

ファイバ増幅器１Ａの入力側の光アイソレータ２５ａ，２５ｂの入力ファイバ端、及び出力側の光アイソレータ２５ａ，２５ｂの出力側のファイバ端には、それぞれ光コネクタが接続されている。

【0096】

図１４は、本実施形態のファイバ増幅器１ＡにおけるモードLP_０１，LP_１１，LP_２１，LP_０２の信号光に対する利得および雑音指数スペクトルを示している。

【0097】

図１４では、入力信号光は、すべてのモードは４０波のWDM信号である。パワーは−20 dBm/ch、励起光パワーは2000 mW（２W）とした。

【0098】

図１４から明らかなように、本実施形態のファイバ増幅器１Ａでは、光アイソレータ２４ａ，２４ｂに入力するモードLP_０１，LP_１１の信号光は、モード間の利得偏差が1.0 dB以下、モード間雑音指数偏差が0.1 dB未満となった。また、光アイソレータ２５ａ，２５ｂに入力するモードLP_０１，LP_１１，LP_２１，LP_０２の信号光は、モード間利得偏差が1.3 dB以下、モード間雑音指数偏差が0.1 dB未満になり、いずれも抑制できることが確認できた。

【0099】

＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態のファイバについて図１５を参照して説明する。

【0100】

図１５は、第６実施形態のファイバの断面構造を示している。本実施形態のファイバは、一つのクラッド部１０１において、複数組のリングコア部１０２と内側コア部１０３とを有する。

【0101】

なお、複数のリングコア部１０２の中心位置（中心軸）は、クラッド部１０１内で異なる位置にある。

【0102】

それぞれのリングコア部１０２と内側コア部１０３とは、サイズがほぼ等しい。図１５の例では、リングコア部１０２の外径を14.0μｍ、リングコア部１０２の内径（内側コア直径)を5.6μｍ、クラッド部１０１の外径を125μｍとする。

【0103】

エルビウムイオンは、各リングコア部１０２において、濃度がほぼ均等となるように添加されている。本実施形態のファイバにおいて、信号光及び励起光は各リングコア部１０２を伝搬する。

【0104】

安定的に伝搬する信号光のモードは、LP_０１及LP_１１の２モードであり、LP_１１より高次のモードはカットオフされる。

【0105】

励起光の伝搬モードも複数あるが、本実施形態のファイバへ入力する励起光のモードを制御することで、若干のモード変換により所望のモード以外の励起光モードも伝搬するが、所望のモードの励起光のみを支配的に伝搬させることができる。

【0106】

本実施形態のファイバの各リングコア部１０２の利得・雑音指数の特性は、第１実施形態のものとほぼ同等になる。本実施形態のファイバ増幅器では、異なるリングコア部１０２を伝搬する信号に対して異なる情報を載せた信号光を同時に増幅することができる。

【0107】

以上、各実施形態について詳述してきたが、各実施形態の中で個別に述べたファイバ等は、任意の実施形態のファイバ増幅器と組み合わせて実施することができる。

【0108】

また、具体的な構成は各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども可能である。例えば、各実施形態で例示したファイバのサイズは、適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0109】

１， １Ａ ファイバ増幅器
１１，２１ ファイバ
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ 励起光源
１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ 合分波器
１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ 光アイソレータ
１０１ クラッド部
１０２ リングコア部
１０３ 内側コア部

【図2】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図1】

【図3】

【図4】