特許 6794310 マルチコアエルビウムドープファイバアンプ

(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】6794310

(24)【登録日】2020年11月13日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】マルチコアエルビウムドープファイバアンプ

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20201119BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20201119BHJP

   G02B 6/255 20060101ALI20201119BHJP

   G02B 6/28 20060101ALI20201119BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/067

   G02B6/02 461

   G02B6/255

   G02B6/28 T

   H01S3/10 D

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-91751(P2017-91751)

(22)【出願日】2017年5月2日

(62)【分割の表示】特願2014-547415(P2014-547415)の分割

【原出願日】2012年12月13日

(65)【公開番号】特開2017-188689(P2017-188689A)

(43)【公開日】2017年10月12日

【審査請求日】2017年5月2日

【審判番号】不服2019-2173(P2019-2173/J1)

【審判請求日】2019年2月18日

(31)【優先権主張番号】61/569,939

(32)【優先日】2011年12月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】509094034

【氏名又は名称】オーエフエス ファイテル，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(72)【発明者】

【氏名】チュー，ベニヤン

【合議体】

【審判長】 瀬川 勝久

【審判官】 山村 浩

【審判官】 近藤 幸浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１３３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 味村裕、他，”マルチコア光増幅技術の展望と課題”，２０１１年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会 通信講演論文集１，２０１１年 ９月，通信講演論文集１，ｐ．ＳＳ−５９〜６０

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01S 1/00-4/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）マルチコア（ＭＣ）エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ（ＥＤＦ）であって、
（ａ１）ＭＣ−ＥＤＦモードフィールド直径（ＭＦＤ）と、
（ａ２）ＭＣ−ＥＤＦコアピッチと、
（ａ３）ＭＣ−ＥＤＦクラッド直径を持つＭＣ−ＥＤＦクラッドと、を有するＭＣ−ＥＤＦ、ここで前記ＭＣ−ＥＤＦのコアは、アンプ入力と比べてより小さいモードフィールド直径であるととともにコア間隔が接近している、と、
（ｂ）励起光を光信号と結合させるためのＭＣテーパー信号励起ファイバ結合器（ＴＦＣ）であって、
（ｂ１）ＭＣ−ＴＦＣ非テーパー端と、
（ｂ２）コア整合融着接続によって前記ＭＣ−ＥＤＦに光学的に結合されたＭＣ−ＴＦＣテーパー端であって、テーパー状にする比率によって前記ＭＣ−ＥＤＦ ＭＦＤに整合されたＭＣ−ＴＦＣ ＭＦＤと、テーパー状にする比率によって前記ＭＣ−ＥＤＦコアピッチに整合されたＭＣ−ＴＦＣコアピッチと、テーパー状にする比率によって前記ＭＣ−ＥＤＦクラッド直径に整合されたＭＣ−ＴＦＣクラッド直径を持つＭＣ−ＴＦＣクラッドとを有するＭＣ−ＴＦＣテーパー端と、を有するＭＣ−ＴＦＣと、
（ｃ）前記ＭＣ−ＴＦＣ非テーパー端から伸びるマルチコアファイバ（ＭＣＦ）であって、前記光信号を前記ＭＣ−ＴＦＣに結合させるためのＭＣＦと
を有する光ファイバアンプに関するシステム。

【請求項2】

（ａ）マルチコア（ＭＣ）ゲインドープファイバであって、
（ａ１）ファイバクラッド直径を持つファイバクラッドと、
（ａ２）ファイバコアピッチと、
（ａ３）ファイバモードフィールド直径（ＭＦＤ）と、を有するＭＣゲインドープファイバ、ここで前記ＭＣゲインドープファイバのコアは、アンプ入力と比べてより小さいファイバモードフィールド直径であるととともにコア間隔が接近している、と、
（ｂ）励起光を光信号と結合させるためのＭＣテーパー信号励起ファイバ結合器（ＴＦＣ）であって、コア整合融着接続によって前記ＭＣゲインドープファイバに光学的に結合されており、更に、
（ｂ１）テーパー状にする比率によって前記ファイバクラッド直径に整合されたＴＦＣクラッド直径を持つＭＣクラッドを有するＭＣテーパー端と、
（ｂ２）テーパー状にする比率によって前記ファイバコアピッチに整合されたＴＦＣコアピッチと、
（ｂ３）テーパー状にする比率によって前記ファイバＭＦＤに整合されたＴＦＣ ＭＦＤと、を有するＭＣ−ＴＦＣと、
（ｃ）光信号を前記ＭＣ−ＴＦＣに結合させるためのマルチコアファイバ（ＭＣＦ）であって、前記ＭＣ−ＴＦＣの非テーパー端から伸びるＭＣＦと
を有する光ファイバアンプに関するシステム。

【請求項3】

前記ＭＣゲインドープファイバはおよそ１２μｍのコア直径を有する、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記ＭＣゲインドープファイバを双方向励起するように前記ＭＣ−ＴＦＣが構成されている、請求項２に記載のシステム。

【請求項5】

前記ＭＣゲインドープファイバがコアと内部クラッドとを有し、各コアが内部クラッドに対しておよそ０．０８〜およそ０．１７の間の開口数を有する、請求項２に記載のシステム。

【請求項6】

前記ＭＣゲインドープファイバが内部クラッドを有し、前記ＭＣゲインドープファイバは更に前記内部クラッドを取り囲む外部クラッドを有する、請求項２に記載のシステム。

【請求項7】

前記外部クラッドが軟質ポリマーである、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記外部クラッドがエアークラッドである、請求項６に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本出願は、２０１１年１２月１３日に出願され、“Ｄｏｕｂｌｅ−Ｃｌａｄ Ｐｕｍｐｅｄ Ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓｕｃｈ”と題するＺｈｕによる米国仮特許出願第６１／５６９，９３９号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、全体として、光ファイバアンプおよび、さらに具体的には、マルチコアエルビウムドープ光ファイバアンプに関係するシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0003】

デジタルネットワークはあらゆるところからアクセスできるようになり、それらのネットワークにおける大容量に対する要求が増大している。光ネットワークにおける増大したデータ容量に対する要求は、それら光ネットワークにおけるデータ容量を増加するための継続した努力を生じてきた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願第１３／６２１，３７６号

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

ここで開示されるのは、ファイバアンプシステムのいくつかの実施形態である。ある実施形態において、ファイバアンプは、マルチコア（ＭＣ）の信号励起テーパーファイバ結合器（ＴＦＣ）と、ゲインドープシングルモードファイバとを有し、各々のゲインドープシングルモードファイバがＭＣ−ＴＦＣにコア整合接続される。他の実施形態は、内部クラッドにより取り囲まれるゲインドープコアを有するファイバを含む。

【0006】

本開示の多くの特徴は、以下の図面を参照することでより良く理解することができる。図面における部品は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、本開示の原理を明瞭に説明することに重きを置いている。さらに、図面において、同じ符号はいくつかの図を通して対応する部品を示している。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】図１Ａは、ダブルクラッド（ＤＣ）マルチコア（ＭＣ）のエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）の一実施形態の断面を示す略図である。

【図1B】図１Ｂは、図１ＡのＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦの屈折率プロファイルを示す略図である。

【図2A】図２Ａは、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦの一実施形態における例となるパラメーターの表を示す。

【図2B】図２Ｂは、図２ＡのＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦについてシングルモード動作の領域を開口数とコア直径の関数として示したものである。

【図3】図３は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦに接続された、ＭＣの信号励起テーパーファイバ結合器（ＴＦＣ）の一実施形態を示す略図である。

【図4】図４は、製造過程の間におけるＭＣ−ＴＦＣの一実施形態の様々な断面を示す略図である。

【図5A】図５Ａは、テーパー状にする前のペデスタルファイバの一実施形態の屈折率プロファイルを示す略図である。

【図5B】図５Ｂは、テーパー状にされた後の図５Ａのペデスタルファイバの屈折率プロファイルを示す略図である。

【図6】図６は、図５Ｂのペデスタルファイバを使った、コア直径の関数としてのモードフィールド径（ＭＦＤ）のシミュレーション結果を示す略図である。

【図7】図７は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦアンプ（ＥＤＦＡ）の一実施形態を示す略図である。

【図8】図８は、ＤＣサイドポンプ（ＳＰ）配置の一実施形態を示す略図である。

【図9A】図９Ａは、一つの励起ファイバとの光学的接触におけるＭＣ−ＥＤＦの一実施形態を示す略図である。

【図9B】図９Ｂは、二つの励起ファイバとの光学的接触におけるＭＣ−ＥＤＦの一実施形態を示す略図である。

【図10】図１０は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡを採用したシステムの一実施形態を示す略図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

デジタルネットワークはあらゆるところからアクセスできるようになり、これらのネットワークにおける、より大容量化の要求が増大している。マルチコア（ＭＣ）ファイバを使った空間分割多重（ＳＤＭ）伝送は、光ネットワークにおけるそれらの要求を満たすための見込みある解決法である。そのようなシステムは高いレベルの光集積化をもたらし、よって、光ハードウェア量において同じような増減を要求することなく、帯域幅を増減することができる。ＭＣ光アンプは、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）を使ったＳＤＭ高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）方式の長距離多重スパン伝送においては、ある程度、普及してきた。しかしながら、ＭＣＦ光アンプの設計および製造には、厄介な技術的課題がある。これらの課題が生じるのは、ＭＣＦにおけるコアは間隔が接近しており、ＭＣ光アンプにおける信号の増幅は、光信号利得が各コアで発生させられるというように、励起エネルギーが各コアで信号光と効率良く結合されることを必要とするからである。

【0009】

ファンインファンアウト（fan-in-out）デバイスを使ったＭＣアンプが知られているが、それらのデバイスは、あまり魅力的でなく、あまり費用効果がない。なぜなら、各コアの分離を必要とし、各コアは通常、それぞれ個々の励起光源によって別々に励起されることを必要とするからである。そのような構造は、空間的に多重化されたシステムを推進する基本的な要因である集積をもたらさない。さらに、個々の信号各々をＭＣＦの各コアに結合し戻すため、しばしば、追加的ファンインファンアウトデバイスが要求される。したがって、ＭＣＦを使った多重スパンＳＤＭ−ＤＷＤＭ伝送のためのＭＣ光アンプは、これまでのところ報告されていない。

【0010】

集積されたマルチコアファイバアンプ（ＭＣＦＡ）をもたらすために、特定の設計基準が考察されるべきである。まずは、モード変換をもたらすと同時に各信号コアと励起光を結合することができる励起信号多重変換装置の望ましさであり、それによって、アンプ入力とＭＣ−ＥＤＦのコア（通常、より小さいモードフィールド径（ＭＦＤ）を有し、間隔がより接近している）との間での低損失結合を可能にすることである。他の考察は、広帯域利得での信号のシングルモード動作である。その上、設計は、度々、高い達成可能な利得、高いパワー交換効率、低ノイズ、高い飽和出力パワー、低クロストーク、短尺な増幅ファイバ、等の考察を伴う。

【0011】

これらの考察全てを考慮すると、ダブルクラッド励起（ＤＣ）マルチコア（ＭＣ）のエルビウムドープファイバアンプ（ＥＤＦＡ）を設計することにおける一つの問題は、相応にファイバ長を増加する励起光の低吸収である。これは、より高パワーで重要となるであろう非線形効果だけでなく、ファイバにおける無視できないバックグラウンド減衰のため、弊害をもたらす。イッテルビウム（Ｙｂ）およびリン（Ｐ）とのエルビウム（Ｅｒ）の共ドーピングは、通常、励起吸収を増加するため、ＤＣ励起アンプに使用される。しかしながら、このリンの共ドーピングはＥｒの断面スペクトルを変更し、波長分割多重（ＷＤＭ）信号の増幅に、特に短波長において、悪影響を与える。ＷＤＭシステムにおける良い利得平坦性のためには、しばしば、低濃度またはゼロ濃度のリンを有することが望ましく、増幅の広帯域な利得スペクトルを得るために、ファイバがＡｌを共ドープしたＹｂフリーであることを要求する。

【0012】

ＤＣファイバの励起吸収係数は、コア領域に対する内部クラッド領域の割合に反比例するので、内部クラッド直径を減少することは、励起吸収を増加する。しかしながら、より小さい内部クラッド直径は、より小さいコアピッチを必要とし、それはＭＣ−ＥＤＦにおけるコア間でのクロストークの原因になり得る。より大きいコア直径は、より高い励起吸収係数を可能にするが、より大きいコア直径は、マルチモード動作または過度の曲げ損失を引き起こすかもしれず、長距離通信への利用にとっては望ましくない。高吸収は、ペア誘起消光、および、または９８０ｎｍでの高励起を使った励起状態吸収（ＥＳＡ）といった効果のせいで、Ｅｒ濃度の増加によって任意に増加することができない。したがって、ＤＷＤＭ利用における実際のＭＣ−ＥＤＦＡを設計することは、他のマルチコアファイバ設計を考慮しても、些細でも自明でもないということを、当業者は十分理解するであろう。本開示のＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡの様々な実施形態は、少なくともこれら矛盾する利益を念頭において設計される。

【0013】

ここに記載されているＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡのいくつかの実施形態は、各コア内に生じた光信号利得を有する、ある長さのＤＣ−ＭＣエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を有する。ある実施形態において、光信号はＭＣの信号励起テーパーファイバ結合器（ＭＣ−ＴＦＣ）によってＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦに結合される。励起エネルギーも、ＭＣ−ＴＦＣを通して、ＭＣ−ＥＤＦに結合される。いくつかの実施形態において、光信号は、さらに、ＭＣ−ＴＦＣを通してＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦの外に伝送される。励起は、共伝搬配列、対向伝搬励起配列、または、共伝搬および対向伝搬配列の両方によってもたらされる。ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡは、ＭＣ−ＴＦＣとＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦをコアとコアを整合させた接続によって形成される。他の実施形態では、光信号および励起は、サイドポンプ配列によって結合される。

【0014】

全体として、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡの記載されたいくつかの実施形態を以って、図面において説明された実施形態の記述に詳しく言及される。いくつかの実施はこれらの図面に関連して記載されているが、ここに記載された実施形態に対する開示を制限する意図はない。それどころか、その意図は、全ての代替手段、変更、および同等のものに及ぶ。

【0015】

マルチコア（ＭＣ）エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
図１Ａは、一つの実施形態であるダブルクラッド励起（ＤＣ）のマルチコア（ＭＣ）エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）の断面を示す略図である。図１Ａの実施形態において、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００は、７つの希土類元素ドープコア１０５ａ〜１０５ｇ（一括で、１０５）を有している。この特定の実施形態の場合、希土類元素ドーパントはエルビウム（Ｅｒ）である。しかし、当然のことながら、アルミニウム（Ａｌ）、ランタン（Ｌａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）等といった追加の共ドーパント、またはこれら共ドーパントのあらゆる組み合わせが使用できる。Ｅｒドープコア１０５は、より低い屈折率の内部クラッド１１０によって取り囲まれ、その内部クラッド１１０は、さらに低い屈折率の外部クラッド１１５（例えば、ガラス、軟質ポリマー、もしくは、大気、または他の適切な材料、等）によって取り囲まれる。コア１０５は、コア直径ｄ１、ピッチｗ１、および内部クラッドに対して開口数ＮＡ１を有し、内部クラッド１１０は、直径ｄ２および外部クラッド１１５に対して開口数ＮＡ２を有し、それに対して、外部クラッド直径はｄ３と表示される。光学クロストークを避けるための異なる伝搬定数といった望ましい光学特性をもたらすよう、コア１０５は同一、または異なるであろう。図１Ａの実施形態では、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦは、高いエルビウム（Ｅｒ）濃度および、または他のドーパントを有するコア１０５のＤＣファイバである。

【0016】

図１Ｂは、図１ＡのＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦの屈折率プロファイルを示す略図である。いくつかの実施形態において、マルチモード（ＭＭ）励起光は内部クラッド１１０によって導波される一方、他の実施形態においてＭＭ励起光がコア１０５によっても導波される。通常シングルモードである信号光は、各コア１０５によって導波される。一つ、またはそれ以上のＭＭ励起光源からの光は、ファイバの内部クラッド１１０に沿って伝送される。励起光は各コア１０５と交差する、または重なるので、希土類元素ドーパントによって吸収され、誘導放出のかなりの部分が各コア１０５で生成され、その結果、各コア１０５それぞれにおいて信号の増幅利得を生じる。

【0017】

選択肢として、内部クラッド１１０は、各コア１０５それぞれで、信号との励起光の相互作用を増加し、それ故、励起光吸収を向上するために非円形の凸凹な外形（例えば、図１Ａに示された星形）に構成されるであろう。この構成において、各コアでの信号のアクティブゲインは共通励起光によって生成され、ＤＣ励起は低コストのＭＭ励起の使用をも可能にする。そのようにして、従来の単一コアのコア励起ＥＤＦＡの構成と比べて、大幅なエネルギー節約が実現される。

【0018】

図２Ａは、一実施形態であるＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦにおけるパラメーター例の表を示す。言い換えれば、単純ステップインデックス設計を有するＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦのいくつかの主要なファイバパラメーターが、図２Ａの表に示されている。図２Ａに示されるとおり、約１００μｍの直径を有する内部クラッドは、市販のマルチモード（ＭＭ）ダイオードのピグテールファイバ（１０５／１２５μｍ、ＮＡ＝０．１５）を整合させるのと同時に高パワー効率を可能にする。比較的大きい信号コア直径（約１２μｍ）は、励起吸収の増加を促進し、一方で基本モード（シングルモード）でのファイバの動作条件を保持する。これは、シングルモードファイバの基準、π×ＮＡ１×ｄ１／λ＜Ｖｃを満たすよう、コア屈折率とコア直径を選択することで成し遂げられる。ここで、λは動作波長、ＮＡ１は内部クラッドに対するコア１０５（図１Ａ）の開口数、ｄ１はコア１０５（図１Ａ）の直径、Ｖｃはカットオフ波長（ステップインデックスファイバにおいてＶｃ＝２．４０５）である。

【0019】

主要な問題の一つは、シングルモード動作を維持しクロストークを低く保持すると同時に、Ｅｒドープの領域を最大限にすることと思われ、通常はコア直径を最大限にすることにより達せられる。ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦを設計するにあたり、ファイバの実効カットオフに対する曲げの影響を考慮すべきである。ファイバは、通常、コイル状にされる、またはスプールに巻きつけられるため、ファイバの曲げは、カットオフをより低い波長へと強いて、より小さい曲げ直径で観測されるよりも、より高いモードの効率的な除去をもたらす。そのような曲げは、実際には別の数モードのファイバを作るであろう。それ故、大きいコア領域と低いカットオフを維持すると同時に、より高いモードを除去することは、屈折率トレンチでコアを取り囲むことにより成し遂げられる。

【0020】

図２Ｂは、図２ＡのＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦにおける開口数とコア直径の関数として、シングルモード動作領域を示した略図である。具体的には、図２Ｂは、コア直径ｄ１の関数として、従来の遠距離通信での応用に適した１５２０ｎｍのカットオフ波長におけるＮＡ１を示す。シングルモード動作は、基本モードのみを選択的に励起するように信号光を慎重に入射することでも達成される。さらには、より複雑なコア設計は、シングルモード動作を保持しつつコア領域を増加するのに利用される。これらは、より高次のモードを抑制するため、低屈折率トレンチおよび、または高屈折率リングの利用を含む。いくつかの実施形態において、トレンチはドープされる領域の最大化を許し、同時に、良好な曲げ損失特性およびシングルモード動作も維持する。これらの好都合な特性は、参照することによりその全体が明確に記されるように本書に組み込まれる、２０１２年８月２９日に出願されたＴａｕｎａｙ他による“Ｄｏｕｂｌｅ−ｃｌａｄ， Ｇａｉｎ−Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｆｉｂｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｗｈｉｌｅ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ”と題する米国仮特許出願第１３／６２１，３７６号により詳しく記載されている。

【0021】

そのような３０ｄＢ／ｍのＥｒ吸収ピークを有するＭＣ−ＥＤＦの設計により、Ａ（クラッド）：Ａ（コア）の面積比は、約６５：１〜約７０：１である。これは、約０．４〜約０．５ｄＢ／ｍのクラッド吸収係数をもたらす。９０％の励起吸収を仮定すると、約５０ｍの長さにおける効率の良いアンプ（例えば、利得＞２０ｄＢ）を構築するのに、これらの吸収係数は十分高い。ここで留意すべきは、Ｅｒ濃度が標準的なアンプで使用されるよりも高く、光学的効率において無視できないほどの障害をもたらすであろうという事実にも関わらず、従来のコア励起アンプと比較して、このファイバ長は比較的長い。これらの点は、ＭＣ−ＥＤＦの設計が困難な代償を要求するということを説明している。

【0022】

Ａ（クラッド）：Ａ（コア）＝約５０：１というような低い面積比は、より短いファイバ長でさえ可能にする。約１００ｋｍ〜何万ｋｍという伝送距離と比較して、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡにおけるＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦの長さが比較的短い（１０ｍ単位の範囲で）あろうことから、２２μｍ程度〜２５μｍ程度のコアピッチは、コア間のクロストークを十分に低くし、その結果、動作波長における伝送ペナルティを大部分は免れるであろう。これは、内部クラッド径の減少、さらにはファイバ長の減少を可能にする。さらに、これは、ノイズを最小にすることにおいて重要な要因である励起強度増加という利点がある。

【0023】

ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦにおいて十分に高い励起吸収を獲得するのに加え、その他の問題は、十分に高い励起強度を実現して、動作領域の有効な利得帯域全体にわたって、高利得および低ノイズのための反転分布レベルを生成することができるかどうかである。エルビウム（Ｅｒ）の場合、５０％反転分布の励起強度しきい値は、Ｉｔｈ＝ｈν／στで与えられ、およそ１０ｋＷ／ｃｍ^２である。ここで、ｈνは光子エネルギー、９８０ｎｍでのσ＝２×１０^−２１ｃｍ^２は吸収断面、τ（およそ１０ｍｓ）は上準位寿命である。

【0024】

約１００μｍの内部クラッド直径の場合、これは、５０％反転分布を獲得するため、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦにおいて、９８０ｎｍの励起波長で約７８５ｍＷの励起パワーをもたらす。アンプにおける高利得と低ノイズ性能を実現するため、約７５％より大きい反転分布が通常は望ましく、Ｉｔｈのおよそ３〜４倍、または、およそ４０ｋＷ／ｃｍ^２の励起強度に相当する。これは、約１００μｍのクラッド直径を有するＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦにおいて、約３Ｗの局所的な励起パワーに相当する。

【0025】

効率の良いアンプでは、ほぼ完全な励起光吸収を可能にするためにファイバは十分に長くなければならないので、局所的な励起強度は、共励起アンプにおける位置の関数としておおよそ指数関数的に減少し、アンプの前端から遠ざかるにしたがって、局所的反転分布における減少を引き起こす。さらに、励起パワーについてのもう一つの考察は、ＭＣ−ＥＤＦ内の他のコアにおける吸収が原因で生じるであろう喪失（depletion）である。それらの要因のため、励起パワーは、上記で算出された値の約２倍または３倍で、より大きくなりがちである。そのため、２５ｄＢよりも大きい利得を有するＤＣ７コアＥＤＦＡを構成するためには、６Ｗ〜９Ｗの総パワーが望ましいであろう。

【0026】

今のところ、１０Ｗより大きい出力パワーを有する低コストの９８０ｎｍマルチモードダイオードは、市販されている。ファイバ長に沿った励起強度の変化を減らすため、アンプは、後の図７で示されるとおり、双方向励起であってもよい。いくつかの実施形態では、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦは、さらに、後の図７の右側にあるＭＣ−ＴＦＣ２１０ｂのみを採用することで逆励起されてもよい。利得、ノイズ、および飽和出力パワーを向上させるため、多段のアンプも使用することもできる。開示された実施形態において、約５〜７ｄＢのノイズフロアが予想され、４ｄＢ未満のノイズフロアを達成するのはむずかしいかもしれない。しかしながら、約５〜７ｄＢのノイズフロアは、長距離の二地点間伝送システムの多重増幅されたスパンにおけるインラインおよびパワーブースターアンプにとっては、十分良好である。

【0027】

その他の関連する設計の特徴は、内部クラッド領域を最小限にすること、必要な励起パワーとファイバ長を最小限にすると同時に励起強度を最大限にすること、および内部クラッドのＮＡを最大限にすることを含む。これらの設計基準に適応するため、ＭＣ−ＥＤＦ内で接近したコア間隔を持つことが望ましい。さらに、ＭＣ−ＭＣＦ（以下に、より詳細に記載されている）は、サイドポンプ配列（以下に、より詳細に記載されている）よりも、これらの設計基準により良く適応するかもしれないということが理解されるであろう。

【0028】

マルチコア（ＭＣ）信号励起テーパーファイバ結合器（ＴＦＣ）
図３は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦに接続されたＭＣ信号励起テーパーファイバ結合器（ＴＦＣ）の一実施形態を示す略図である。ＭＣ光アンプの設計における技術的困難の一つは、低雑音指数で妥当な利得を生成するのに十分な高効率（低光損失）および高パワー強度を持って励起光を各コアの活性媒体に結合することである。図３の実施形態は、励起光２３５をＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００の内部クラッド領域へ効率的に結合するためにＭＣ−ＴＦＣ２１０を使用することにより、この技術的困難を解決しようと試みるものである。

【0029】

図３の実施形態は、励起ピグテールＭＭファイバ２２５の環によって取り囲まれたＭＣＦ２４５を有している。これら励起ピグテールＭＭファイバ２２５は、束の断面２２０に示されたとおり、密集して一緒に束ねられている。束ねられたＭＭファイバとＭＣＦは、その後、コアピッチとコアモードフィールド直径（ＭＦＤ）のＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００への整合を得るよう、融着されテーパー状にされる。テーパー状にされた束は、切断され２０５でＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００に接続される。テーパー状の領域２１５および接続領域は、低屈折率の高分子コーティングといった低屈折率材料で上からコーティング（任意）をすることができる。光信号２４０は、中央のＭＣＦ２４５を通ってＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００に結合され、励起光２３５は、励起ピグテールＭＭファイバ２２５を通ってＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００の内部クラッド領域１１０に結合される。

【0030】

図３の具体的な例において、ＭＣ−ＴＦＣ２１０の中心のＭＣＦ２４５は、他のコア数と配列形状も可能であるが、六角形配列に配置された７つのコアを有している。接続端で低損失にコアを整合させた接続を得るため、ＭＣ−ＴＦＣ２１０のテーパー端でのコアピッチおよびモードフィールド直径（ＭＦＤ）は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００のそれらと整合させられる。非テーパー端でのコアピッチとＭＦＤは、他のファイバスパンのそれらと整合させられるか、または、他のマルチコア部品（例えば、ＭＣアイソレーター、ＭＣ利得平坦化フィルター、等）のそれらと整合させられる。整合される際に、非テーパー端と他のファイバスパン、または、他のマルチコア部品は、一緒に接続されるか、または自由空間光学を使って結合されるであろう。他の例では、ＭＣＦ２４５は別々のファイバの束を有し、各々は光信号２４０を伝送する単一コアを含む。

【0031】

図４は、ＭＣ−ＴＦＣ２１０の一実施形態の製造過程での様々な断面を示す略図である。図４に示されるとおり、コア直径ｄ４、コアピッチｗ２、および外部クラッド径ｄ５を有する７コアのペデスタルファイバからりうるＭＣＦ３０５の単一素線（single strand）は、エッチングされたファイバ３１０を作るため、初めに端部でエッチングされ、コアと各コアのＭＦＤに影響を及ぼすことなしに減少されたクラッド径（ｄ５からｄ５′へ）を有する。ここで、
ｄ５′≧２×ｗ２＋ｄ４
である。ＭＣ−ＴＦＣを作るにあたり、ピッチの整合を得るために、必要ならば、このクラッドの減少が実行される。

【0032】

図４の実施形態に示されるとおり、６本のマルチモードファイバは、クラッド径がｄ５からｄ５′に減少されるようエッチングされた単一の７コアファイバの周りに配置される。各々がコア径ｄ６（例えば１０５μｍ）および開口数ＮＡ３（例えば０．１５）を有するＭＭＦ（断面２３０で示される）の環は、ＭＣＦのエッチングされた端部の周りに側面に沿って配置され、束（断面２２０）（この場合、ｄ６＝ｄ５′）を作る。束は、その後、高温で一つに融着され、その次にテーパーの断面３１５を得るためにテーパー状にされる。融着およびテーパー状にする工程は、束を固定し、束の下のガスバーナー（およそ１０００℃まで束を加熱する炎を有する）といったもので熱を加え、両端を引っ張ることにより成し遂げられるであろう。均一に熱を与えるため、融着およびテーパー状にする工程の間、束は回転されてもよい。信号（各コア内の）および励起（内部クラッドの）の両方にとっての過剰損失を避けるため、この段階でのテーパー状にする比率は、以下のように既定される。

【0033】

初めに、ＭＣ−ＴＦＣ２１０のテーパー端部でのコアピッチｗ２′は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００でのコアピッチｗ１と等しくなるように設定される。次に、テーパー端部での各コアのモードフィールド直径（ＭＦＤ）は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００での各コア１０５のＭＦＤとおおよそ整合するように設定される。ファイバが接続され、結合損失を減少するために既知の接続最適化の方法が使用されるならば、正確な整合は必要でない。その後、ＭＣ−ＴＦＣのテーパー端部での直径は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００の内部クラッド１１０の直径に近くなるよう整合され、優先的に以下のおおよそ目標条件を保持する。
Ｍ（лｄ_６^２）ＮＡ_３≦（лｄ_２^２）ＮＡ_{ｉｎｎｅｒ−ｃｌａｄ}
ここで、ＮＡ_{ｉｎｎｅｒ−ｃｌａｄ}はＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００の内部クラッドの開口数、Ｍは励起ピグテールＭＭファイバ２２５の数である。ＭＣ−ＴＦＣにおける高マルチモードの処理能力（すなわち、励起光の低挿入損失）を得るために、この条件は望ましい。

【0034】

テーパー状にした後、融着された束の端部は、きれいでなめらかな端部をもたらすため、慎重に切断される。このなめらかな端部は、その後、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００にコアを整合させて接続される。これを行うため、ＭＣ−ＴＦＣ２１０の端部はＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００に突合せ結合され、市販の融着接続器で行うことができる。結果として生じる融着接続は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００におけるコア１０５とのＭＣ−ＴＦＣ２１０のコアの複合的な配列を最適化することにより得られる。その後、ＭＣ−ＴＦＣ２１０のコアとＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００のコア１０５が適切な配列に保たれつつ、例えばプラズマアークといった高温の熱源が、接続領域に適用される。ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００に接続された最終のＭＣ−ＴＦＣ２１０は、図式的に図３に示されている。ここでも、既知の接続最適化の方法は、コアＭＦＤの若干の変更を通じて接続損失を向上するのに使用されてもよい。

【0035】

例として、ＭＣ−ＴＦＣ２１０における７コアファイバは、１０μｍのコア直径（ｄ４）、５４μｍのコアピッチ（ｗ２）、および２００μｍの外径（ｄ５）を有する。この７コアファイバのカットオフ波長は、約１５００ｎｍである。７コアファイバの外径（ＯＤ）をｄ５′、約１２５μｍにまでエッチングした後、各々が約１０５μｍのコア直径、約１２５μｍの外径および約０．１５の開口数（ＮＡ）を有する６つのＭＭＦで取り囲む。当然のことながら、ＭＣ−ＴＦＣ２１０が、ＭＭＦの外径と外径ｄ５が整合するように設計されていれば、エッチング段階は省略されてもよい。

【0036】

束は、その後、約１：２．５の割合にまでテーパー状にされ、それによってＭＣ−ＴＦＣ２１０のテーパー端でコアピッチｗ２′をもたらし、約２２μｍで図１Ａのｗ１に整合する。ファイバをテーパー状にすることで、ファイバの屈折率プロファイルは熱拡散のために変化するかもしれず、物理的にテーパー状にすることでコア直径は減少する。結果として、ＭＣＦのコア直径およびコアピッチだけでなく、モードフィールド特性も通常、変化する。ＭＦＤの不整合またはコアピッチの不整合は、しばしば高い接合損失をもたらす。よって、ここでの設計基準は、接続損失を減少するため、（１）ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦとの間でのＭＤＦとコアピッチの整合、および（２）ＭＣ−ＴＦＣ２１０のテーパー端部である。言い換えれば、ＭＦＤは、テーパー状にすることでは実質的には変化しないままでなければならない。ＭＦＤが実質的に変化しないままであることを確かにするため、ファイバの特殊化した設計が、ＭＦＤを操作するのに使用される。ＭＦＤを操作する一例は、ペデスタルファイバを採用することであり、図５Ａおよび図５Ｂを参照してより詳細に記載されている。

【0037】

図５Ａは、一つの実施形態であるテーパー状にする前のペデスタルファイバの屈折率プロファイルを示す略図であり、図５Ｂは、テーパー状にした後の図５Ａのペデスタルファイバの屈折率プロファイルを示す略図である。図３の実施形態の記述から、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００でのコア間隔は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００が結合された伝送ファイバでのコア間隔よりも狭いであろう（時には狭くなければならない）。このことは、より狭いクラッド領域をもたらすが、伝送ファイバと比較してＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦの比較的短い長さにより、信号のクロストークは管理できる範囲内に保たれるので、それでもなお許容可能である。

【0038】

ファイバをテーパー状にすることにより（図５Ａおよび図５Ｂで示されるとおり）、ファイバの屈折率プロファイルは、熱拡散のために変化させられる（４０５から４５５へ）かもしれず、同時にコア直径は、物理的にテーパー状にすることで減少（ｄ４からｄ４′へ）させられる。結果として、ＭＣＦのコア直径およびコアピッチはもちろんモードフィールド特性も変化し、場合によっては接続点でモードフィールドの不整合と高い接続損失を引き起こす。従って、“ペデスタルファイバ”といった特別に設計された屈折率プロファイルは、テーパーファイバへの接続点でＭＦＤを整合するのに使用される。当業者は、ペデスタルを採用する必要なしに、ＭＦＤが整合するようＭＣ−ＴＦＣでのコアを設計することが可能でありうることを十分理解するであろう。それ故、ペデスタルの利用は、数ある中でも、単に一実施形態である。

【0039】

本発明の実施形態において、ペデスタルファイバは、通常、より低い屈折率のペデスタルｄ５によって囲まれるコアｄ４を有する。それ故、ファイバがテーパー状でない４０５の時、クラッドとして振る舞うペデスタルｄ５と共に、光はコアｄ４によって導波される。ファイバがテーパー状４５５の時、ファイバのコアｄ４′はモードを閉じ込めるには小さくなりすぎており、光は主にペデスタル領域ｄ５′によって導波されるようになる。

【0040】

図６は、図５Ａおよび図５Ｂのペデスタルファイバを使用し、コア直径の関数としてのモードフィールド径（ＭＦＤ）のシミュレーション結果を示す略図である。図６に示されたとおり、そのようなファイバのコア径が１１μｍから３μｍまでテーパー状に小さくされたとき、ＭＦＤは実質的には変化していない。ＭＣ−ＴＦＣ２１０において、テーパー状にされた後のＭＦＤおよびコアピッチの両者は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦのそれらと整合させられる。それ故、低損失は、ＭＣ−ＴＦＣ２１０がＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００にコアを整合され接続されたときに得られる。しかしながら、例えば、ＭＣＦのＭＦＤをよりよく整合するため、ＭＣ−ＴＦＣ２１０のテーパー状にされていないコアのＭＦＤは、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００のそれらとは異なるように設計されてもよい。そのような場合、ＭＣ−ＴＦＣ２１０のコアの屈折率プロファイルは、ＭＣ−ＴＦＣ２１０のテーパー端とＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００との間の低接続損失の基準に結果的に合うように設計されなければならない。

【0041】

周囲を取り囲むファイバは、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）であり、各々が、ＭＭの光源からＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００の内部クラッド１１０へ光を結合することができる。それらは、ＭＭのダイオードのピグテールファイバと似ている、または同じであってもよく、通常、より低い屈折率のフッ素（Ｆ）がドープされたクラッドによって取り囲まれた純石英コアを有する。この点において、注目すべきは、図４、図７および図１０は多重励起ポートを示すが、励起が十分な励起強度を有する限り、アンプは単一励起によって動作させることができる。設計目標は励起強度を最大限にすることなので、いくつかの実施形態では、励起ポートの数を減らすのが望ましい場合がある。アンプを動作させるのに使用される励起ポートの数に関係なく、注目すべきは、ＭＣ−ＥＤＦのコアとＭＣ−ＴＦＣのコアとの間での接続において、間隔とモードフィールドは、整合されなければならないということである。

【0042】

ダブルクラッド（ＤＣ）励起マルチコア（ＭＣ）エルビウムドープファイバアンプ（ＥＤＦＡ）
図７は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡの一実施形態を示した略図である。図７の実施形態に示されるとおり、コアは、市販のＭＭポンプ２３５ａ、２３５ｂ（一括で、２３５）の励起光源を共有する。いくつかの実施形態において、これら励起のＭＭポンプ２３５は９８０ｎｍで操作される。エルビウムアンプは、１４８０ｎｍ付近でも、または、実際にエルビウムが共鳴吸収帯を有するいかなる波長でも、励起されうる。

【0043】

ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡは、一つ（または二つ）のＭＣ−ＴＦＣ２１０ａ、２１０ｂ（一括で、２１０）への接続においてコア整合された、ある長さのＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００を有している。ＭＣ−ＴＦＣ２１０は、その中央に一つのマルチコア“パッシブ”ファイバ２４５を有し、一つ、またはそれ以上の励起ピグテールＭＭファイバ（図３に示されている）と結合されている。励起は、共伝搬配列、対向伝搬励起配列、または共伝搬および対向伝搬配列の両方によってもたらされる。ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００およびＭＣ−ＴＦＣ２１０は、例えば、偏波保持（ＰＭ）ファイバ接続器を使ってコアを調整することによって、または個々のコアまたはコアの位置を示す目印の監視を可能にする他の方法によって、一つにコア整合接続される。ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡの入力および出力は、ＭＣＦ２４５またはマルチコアアイソレーターやＭＣ利得平坦化フィルター（ＧＦＦ）（図１０に示されるように）といったＭＣ−ＤＣＦＡに必要となりうる他のマルチコア光学部品に、コア整合融着接続される（または結合される）であろう。

【0044】

図７の実施形態の利点の一つは、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡにおける各コアでの入力および出力信号は、ＭＣＦ２４５での各コアと結合するために分離される必要がないということである。図７の実施形態のもう一つの利点は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦは、共通の励起パワーを共有するということであり、その結果、低コストでよりエネルギー効率の良い取り組みをもたらす。

【0045】

さらに、ＤＣアンプファイバにおいて、長さはコア領域ではなくドープ領域によって決まるので、クラッド領域までドーピングを拡大することが可能である。これは、賢明に行われなければならない、すなわち、ドーパントは、信号強度が極端に低い領域にまで拡大するべきでない。これが生じた場合、高い自然放射増幅光（ＡＳＥ）および非効率的な利得抽出が生じる場合がある。さらに、クラッド領域はより低い共ドープ濃度を有しているので、クラッド領域は、濃度消光やペア誘起消光といった有害な効果が生じやすい。それ故、エルビウム（Ｅｒ）のクラッド濃度は、より高濃度にドープされたコア領域でのそれよりも低いであろう。

【0046】

具体的には、濃度、ドーパント、および導波路特性の性能に対する影響を考察しトレードオフすることにより、図１Ａ、図１Ｂ、図３、図４および図７の実施形態は、賢明にＥｒ濃度を増加することでコアの吸収ピークを向上させたイッテルビウム（Ｙｂ）フリーのＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦを示す。これは、ＤＣ励起配列における十分な吸収をもたらし、同時に濃度消光および励起状態吸収（ＥＳＡ）といった影響を、適正に小さく保つ。コアの吸収ピークは、局所的なＥｒイオン濃度の指標として利用でき、望ましくは、１５３０ｎｍにおいて５ｄＢ／ｍより大きく、さらに望ましくは１０ｄＢ／ｍより大きい。いくつかの事例において、内部クラッド領域に対するドープ領域の割合によるが（以下に述べられるとおり）、２５ｄＢ／ｍ程度の吸収ピークを有することが望ましい場合があるが、望ましくは５０ｄＢ／ｍよりは少ない。

【0047】

ダブルクラッド（ＤＣ）サイドポンプ（ＳＰ）配列
図８は、ＤＣサイドポンプ（ＳＰ）配列の一実施形態を示す略図であり、一つの励起光ファイバ８１０ａ、または二つの励起光ファイバ８１０ａ、８１０ｂ（一括で、８１０）がＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００に接触している。それ故、励起光ファイバ８１０およびＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００は、少なくともそれらの長さの一部に亘り光学的に接しており、共通の外部クラッドを形成している。

【0048】

ＤＣ−ＳＰ配列はさらに、励起光効率を向上する。なぜなら、励起ファイバ８１０およびＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００との間での光学接触は、励起ファイバ８１０の表面に近い領域で伝搬する光が、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００の各コアに浸透することを可能にするからである。ファイバ８００、８１０は共通の外部クラッド層を有するので、ＭＭダイオード８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ、８０５ｄ（一括で、８０５）からのマルチモード励起光は、ＭＣ−ＥＤＦ８００の内部クラッドへ結合する。

【0049】

いくつかの実施形態において、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００でのコア間隔は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００が結合される伝送ファイバでのコア間隔よりも小さくなければならない、ということは明らかである。これは、より小さいクラッド領域をもたらすが、それでもなお、許される。なぜなら、比較的非常に長い伝送ファイバと比べて、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００の比較的短い長さにより、信号クロストークは管理できる範囲内に保たれるからである。

【0050】

伝送ファイバまたは他の光学部品とのコア整合接続を作るため、もし必要ならば、ＤＣ−ＳＰ−ＭＣ−ＥＤＦＡの入力および、または出力において、テーパー状のＭＣＦ８１５ａ、８１５ｂ（一括で、８１５）が使用される。上記のペデスタルファイバは、そのようなテーパー状のＭＣＦ８１５の設計に使用されてもよい。さらに、テーパー状のＭＣＦ８１５のＭＦＤおよびコア間隔は、一つの端部でのＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００のＭＦＤおよびコア間隔と、そして、他方の端部での伝送ファイバのＭＦＤおよびコア間隔と整合させられなければならず、その結果、光信号２４０ａ、２４０ｂ（一括で、２４０）がＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００の各コアへ、および各コアから結合されることを可能にする。光信号利得は、各コアで発生させられる。ＭＭダイオード８０５からの励起光は、励起ファイバ８１０を通り、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００の内部クラッドに結合することができる。ＤＣ−ＳＰ−ＭＣ−ＥＤＦＡは、共伝搬励起配列、対向伝搬励起配列、またはその両方で構成される。

【0051】

図９Ａは、ＳＰ−ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ９００の一実施形態の断面を示す略図であり、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００が一つの励起ファイバ８１０ｅと光学的に接触している。図９Ｂは、ＳＰ−ＭＣ−ＥＤＦ９５０の一実施形態の断面を示す略図であり、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００は、二つの励起ファイバ８１０ｆ、８１０ｇと光学的に接触している。ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００の断面は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００が六角形の配列に配置されるいくつかのコアを有するのを示す。ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ８００および励起ファイバ８１０は、図９Ａおよび図９Ｂに示されるとおり、共通の外部クラッドを形成するよう低屈折率のコーティング材９１０によって取り囲まれている。コーティング材は、内部クラッド材料の屈折率より低い屈折率を有する軟質ポリマーがあり得る。

【0052】

設計の一例は、励起ファイバ８１０が、ＭＭダイオードにおける市販のピグテールファイバと互換性のある１０５μｍのコア直径（ｄｐ）およびＮＡを有するというものである。ＭＣ−ＥＤＦ８００は、約１２〜１５μｍのコア直径と約２５〜３０μｍのコアピッチを有する。これらのコアは、少なくともエルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）で共ドープされ、約３０〜３５ｄＢ／ｍの吸収ピークを有し、約１０５μｍの内部クラッド直径ｄ_ＥＤＦを有する。ＭＣ−ＥＤＦ８００におけるコアと内部クラッドとの間のＮＡは、およそ０．０８〜０．１７である。内部クラッドと外部クラッド（低屈折率のポリマーまたはシリコーン樹脂であろう）との間のＮＡは、およそ０．１８〜０．４７の範囲にあり、コーティング材によって決まり、励起光の光度条件によって選択される。信号は、また、単一のＭＣＦを採用するよりは、むしろ多段の別々の単一コアファイバからもたらされるということを十分理解すべきである。

【0053】

この配列において、励起吸収効率は、ＭＣ−ＴＦＣを使った先の配列（上記に示された）よりも高く、もし励起強度がより高ければ、増幅長は短くなる。あるいは、Ｅｒ濃度は、ファイバ長の犠牲によって減少されうる。これが生じるのは、サイドポンプ配列が、図３、図４および図７で示された対称的な設計よりも、より少ない励起ファイバの使用を可能にするからである。

【0054】

ＳＰ配列は、ＭＣ−ＥＤＦ８００のノイズを減少する。なぜなら、ＭＣ−ＥＤＦ８００に沿った反転分布は、ＭＣ−ＴＦＣを使用したエンド励起配列（図３、図４および図７を参照）でのそれより、比較的に高いからである。それに応じて、数本のダミーファイバがあり、ただ一つまたは二つの励起ダイオードが実質的には必要とされるところでは、励起光効率もまた、ＭＣ−ＴＦＣを使ったものより高い。

【0055】

増幅システム
図１０は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡ１１０５を採用するシステムの一実施形態を示す略図である。ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡ１１０５の実施形態は、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００、一対のＭＣ−ＴＦＣ２１０ａ、２１０ｂ、一対のＭＣファイバアイソレーター１１１０ａ、１１１０ｂ、およびＭＣ利得平坦化フィルター（ＧＦＦ）１１１５を有している。これらの部品は、コア整合接続で一つにまとめられる。ＭＣ−ＴＦＣ２１０およびＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００が上記で詳細に述べられている範囲において、それらの部品の更なる考察は、図１０に関しては省略される。加えて、コア整合接続の工程もすでに記載されているので、コア整合接続の更なる考察は図１０に関しては省略される。

【0056】

図１〜図１０に示されるとおり、ＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦＡ１１０５およびＤＣ−ＭＣ−ＥＤＦ１００の様々な実施形態は、光ネットワークにおける、より大容量への増え続ける要求と関連する課題に対処している。上記の実施形態は、マルチコア（ＭＣ）ファイバを使用した空間分割多重伝送（ＳＤＭ）を可能にし、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）を使用したＳＤＭ高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）の長距離多重スパン伝送を可能にする。

【0057】

例となる実施形態が示され記載されてきたが、記載された本開示への複数の変更、改良、または修正を行いうるということは、当業者には明らかである。励起光は、単一の励起ダイオード光源、または複数のダイオードから導入されてもよく、冗長性によってあるレベルの構造安定性をもたらすように形状が決められている。例えば、励起は、さらに、異なるアンプや利得段において共有されてもよい。ポンプは、さらに、ラマンレーザーといった他のレーザータイプや、およそ１４８０ｎｍまたは利得媒体の吸収帯域内のいずれかでの出力を有するアンプであってもよい。さらに、信号光は、ＭＣ−ＴＳＣの設計および組み立てへの適切な変更と共に、単一のＭＣファイバからというよりはむしろ複数の個々の単一コアファイバを通じて、ＭＣ−ＥＤＦに結合されてもよい。そのような変更、改良、および修正の全ては、それ故、本開示の範囲内であると見なされるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】