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(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】
(24)【登録日】2025-04-21
(45)【発行日】2025-04-30
(54)【発明の名称】光増幅器および光通信システム
(51)【国際特許分類】
H01S 3/067 20060101AFI20250422BHJP
H04B 10/291 20130101ALI20250422BHJP
【ＦＩ】
H01S3/067
H04B10/291
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021111469
(22)【出願日】2021-07-05
(65)【公開番号】P2023008146
(43)【公開日】2023-01-19
【審査請求日】2024-05-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】大塚 節文
【審査官】村井 友和
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１５－５１０２５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１５１３１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０７５４５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０２８６８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／２０８０４８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１１／１１５２７５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０３－０５４５２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１８００８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９７３４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１６３０７２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０
Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれが一または複数のコアを含む一または複数の希土類元素添加光ファイバと、前記希土類元素添加光ファイバに添加されている希土類元素を励起させる励起光を駆動電流に応じて発し、前記希土類元素添加光ファイバの前記コア一つあたり一つを超える数の励起光源と、
前記コア一つあたり一つを超える数の前記励起光源それぞれにより発せられた前記励起光を合成する合成部と、を備え、
前記コアは合計二つ以上あり、
前記コアそれぞれに対し、前記コア一つあたり一つを超える数の前記励起光源により発せられた前記励起光が合成されて導入され、
前記コア一つあたり一つを超える数の前記励起光源は、直列に接続されている複数の駆動回路から供給される駆動電流によって駆動される、光増幅器。
【請求項2】
それぞれが一または複数のコアを含む一または複数の希土類元素添加光ファイバと、
前記希土類元素添加光ファイバに添加されている希土類元素を励起させる励起光を駆動電流に応じて発し、前記希土類元素添加光ファイバの前記コア一つあたり一つを超える数の励起光源と、
前記コア一つあたり一つを超える数の前記励起光源それぞれにより発せられた前記励起光を合成する合成部と、を備え、
前記コアは合計二つ以上あり、
前記コアそれぞれに対し、前記コア一つあたり一つを超える数の前記励起光源により発せられた前記励起光が合成されて導入され、
前記合成部は、偏波合成方式、光注入同期方式、複合共振器方式および主発振器出力増幅器方式のうち、少なくとも一つの方式により、前記コア一つあたり一つを超える数の前記励起光源それぞれにより発せられた前記励起光を合成し、
前記偏波合成方式は、偏波素子を用いて複数の異なる偏波を合成する方式であり、
前記光注入同期方式は、自ら発振している半導体レーザに外部から発振波長に近い波長を有する光が入射することにより、入射する光の波長に前記半導体レーザの発振波長が引き込まれる光注入同期現象を利用して複数の異なる光を合成する方式であり、
前記複合共振器方式とは、複数の共振器が接続されている複合共振器を用いて複数の異なる光を合成する方式であり、
前記主発振器出力増幅器方式は、主発振器出力増幅器を用いて複数の異なる光を合成する方式であり、
前記主発振器出力増幅器は、第１の発振器および第２の発振器それぞれにより発せられた光が合成された光を前記第２の発振器側から取り出す、光増幅器。
【請求項3】
前記合成部は、偏波合成方式、光注入同期方式、複合共振器方式および主発振器出力増幅器方式のうち、少なくとも一つの方式により、前記コア一つあたり一つを超える数の前記励起光源それぞれにより発せられた前記励起光を合成し、前記偏波合成方式は、偏波素子を用いて複数の異なる偏波を合成する方式であり、
前記光注入同期方式は、自ら発振している半導体レーザに外部から発振波長に近い波長を有する光が入射することにより、入射する光の波長に前記半導体レーザの発振波長が引き込まれる光注入同期現象を利用して複数の異なる光を合成する方式であり、
前記複合共振器方式とは、複数の共振器が接続されている複合共振器を用いて複数の異なる光を合成する方式であり、
前記主発振器出力増幅器方式は、主発振器出力増幅器を用いて複数の異なる光を合成する方式であり、
前記主発振器出力増幅器は、第１の発振器および第２の発振器それぞれにより発せられた光が合成された光を前記第２の発振器側から取り出す、請求項１に記載の光増幅器。
【請求項4】
前記コア一つあたり一つを超える数の前記励起光源は、直列に接続されている複数の半導体レーザを含む半導体レーザ群を少なくとも一部に含み、前記半導体レーザ群に含まれている前記複数の半導体レーザは、共通する前記駆動電流により駆動される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項5】
前記希土類元素添加光ファイバは、複数の前記コアが単一のクラッドで覆われたマルチコア光ファイバである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項6】
前記複数のコアのうち、隣接するコア間のパワー結合係数は、１０［／ｍ］以上である、請求項５に記載の光増幅器。
【請求項7】
光信号を伝送する一または複数の光ファイバと、前記光ファイバにより伝送される前記光信号を増幅する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光増幅器と、を備える、光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光増幅器および光通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
非特許文献１には、光海底ケーブルと、陸揚げ局舎に設置された給電装置から給電線を通して電力供給される光増幅器と、を備える光通信システムが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【文献】ＮＥＣ技報、２００９、Ｖｏｌ．６２、Ｎｏ４、ｐ．２０－２３、３２－３５、４４－４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、非特許文献１に記載の光増幅器は動作電流が大きく、光通信システムの抵抗損が光増幅器の動作電流に応じて大きくなる。そのため、動作電流が小さい光増幅器が求められている。
【0005】
そこで、本開示は、動作電流が小さい光増幅器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】
【0006】
本開示の光増幅器Ｇは、それぞれが一または複数のコアＣｅを含む一または複数の希土類元素添加光ファイバＥＦと、希土類元素添加光ファイバＥＦに添加されている希土類元素を励起させる励起光を動作電流に応じて発し、希土類元素添加光ファイバＥＦのコアＣｅ一つあたり一つを超える数の励起光源Ｌと、コアＣｅ一つあたり一つを超える数の励起光源Ｌそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを合成する合成部ＰＢと、を備え、コアＣｅは合計二つ以上あり、コアＣｅそれぞれに対し、コアＣｅ一つあたり一つを超える数の励起光源Ｌにより発せられた励起光Ｌｐが合成されて導入される。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、動作電流が小さい光増幅器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る光通信システムの給電構成を例示する等価回路図である。
【図2】第１実施形態に係る光増幅器の構成を例示する図である。
【図3】エルビウム添加光ファイバの構成を例示する断面図である。
【図4】第１実施形態に係る光増幅器の半導体レーザ駆動回路の等価回路図である。
【図5】光増幅器の動作電流と光通信システムの消費電力等および供給電圧との関係の第１例を示す図である。
【図6】光増幅器の動作電流と光通信システムの消費電力および供給電圧との関係の第２例を示す図である。
【図7】変形例に係る光増幅器の構成を例示する図である。
【図8】第２実施形態に係る光増幅器の構成を例示する図である。
【図9】第３実施形態に係る光増幅器の半導体レーザ駆動回路の等価回路図である。
【図10】第４実施形態に係る光増幅器における半導体レーザを例示する図である。
【図11】第５実施形態に係る光増幅器の半導体レーザ駆動回路の等価回路図である。
【図12】第６実施形態に係る光増幅器の構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。本開示の一態様に係る光増幅器は、それぞれが一または複数のコアを含む一または複数の希土類元素添加光ファイバと、希土類元素添加光ファイバに添加されている希土類元素を励起させる励起光を駆動電流に応じて発し、希土類元素添加光ファイバのコア一つあたり一つを超える数の励起光源と、コア一つあたり一つを超える数の励起光源それぞれにより発せられた励起光を合成する合成部と、を備え、コアは合計二つ以上あり、コアそれぞれに対し、コア一つあたり一つを超える数の励起光源により発せられた励起光が合成されて導入される。
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。本開示の一態様に係る光増幅器は、それぞれが一または複数のコアを含む一または複数の希土類元素添加光ファイバと、希土類元素添加光ファイバに添加されている希土類元素を励起させる励起光を駆動電流に応じて発し、希土類元素添加光ファイバのコア一つあたり一つを超える数の励起光源と、コア一つあたり一つを超える数の励起光源それぞれにより発せられた励起光を合成する合成部と、を備え、コアは合計二つ以上あり、コアそれぞれに対し、コア一つあたり一つを超える数の励起光源により発せられた励起光が合成されて導入される。
【0010】
コア一つあたり一つを超える数をＫとすると、上記の光増幅器は、Ｋ個の励起光源それぞれにより発せられた光が合成されて一つのコアに導入され、該コアを励起させる。この構成により、該コアを励起させる光パワーを得るために要求される励起光源の駆動電流を略１／Ｋにできるため、動作電流が小さい光増幅器を提供できる。
【0011】
光増幅器とは、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅する増幅器をいう。また、それぞれが一または複数のコアを含む一または複数の希土類元素添加光ファイバには、一つのコアを含む一つの希土類元素添加光ファイバ、複数のコアを含む一つの希土類元素添加光ファイバ、それぞれが一つのコアを含む複数の希土類元素添加光ファイバおよびそれぞれが複数のコアを含む複数の希土類元素添加光ファイバ等が含まれる。複数のコアを含む希土類元素添加光ファイバには、結合型マルチコア光ファイバ、数モード光ファイバおよび非結合型マルチコア光ファイバ等が含まれる。以下説明の用語において「マルチコア光ファイバ」は、結合型マルチコア光ファイバ、数モード光ファイバおよび非結合型マルチコア光ファイバの少なくとも一つを意味するものとする。
【0012】
コア一つあたり一つを超える数は、整数または小数を意味する。例えば上記の光増幅器がコア二つあたりに四つの励起光源を備える場合には、コア一つあたり一つを超える数は２である。上記の光増幅器がコア二つあたりに三つの励起光源を備える場合には、コア一つあたり一つを超える数は１．５である。
【0013】
光増幅器の動作電流とは、所望の増幅率を得るために光増幅器を動作させるための電流をいう。励起光源を駆動させるための駆動電流は、光増幅器の動作電流のうちの少なくとも一部である。駆動電流が小さくなるに従って、光増幅器の動作電流は小さくなる。
【0014】
上記の光増幅器では、コア一つあたり一つを超える数の励起光源は、直列に接続されている複数の駆動回路から供給される駆動電流によって駆動されてもよい。例えば、Ｋ個の励起光源に駆動電流を供給する場合に、Ｋ個の駆動回路が並列に接続されていると、Ｋ個の駆動回路一つずつに略等しい駆動電流Ｉを供給する必要があるため、合計Ｋ×Ｉの駆動電流が必要となって光増幅器の動作電流が増大する。Ｋ個の駆動回路が直列に接続されていることにより、Ｋ個の駆動回路全体を駆動電流Ｉにより駆動させることができ、Ｋ個の駆動回路が並列に接続されている場合と比較して、駆動電流を略１／Ｋにできる。
【0015】
上記の光増幅器では、合成部は、偏波合成方式、光注入同期方式、複合共振器方式および主発振器出力増幅器（Master Oscillator Power Amplifier：ＭＯＰＡ）方式のうち、少なくとも一つの方式により、コア一つあたり一つを超える数の励起光源それぞれにより発せられた励起光を合成してもよい。上記の光増幅器は、各方式によって、あるいは各方式の組合せによって、コア一つあたり一つを超える数の励起光源それぞれにより発せられた励起光を合成できる。
【0016】
偏波合成方式とは、偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter：ＰＢＳ）等の偏波素子を用いて複数の異なる偏波を合成する方式をいう。偏波とは、電場および磁場の振動方向が規則的な光または電波等の電磁波のことをいう。光注入同期方式とは、光注入同期現象を利用して複数の異なる光を合成する方式をいう。光注入同期現象とは、自ら発振している半導体レーザに外部から発振波長に近い波長を有する光が入射することにより、入射する光の波長に該半導体レーザの発振波長が引き込まれる現象をいう。
【0017】
複合共振器方式とは、複合共振器を用いて複数の異なる光を合成する方式をいう。複合共振器とは、複数の共振器が所定方向に沿って接続されている共振器をいう。主発振器出力増幅器方式とは、主発振器出力増幅器を用いて複数の異なる光を合成する方式をいう。主発振器出力増幅器は、第１主発振器（または種光）と、高出力な第２の発振器と、を独立に制御し、第１の発振器および第２の発振器それぞれにより発せられた光が合成された高出力な光を第２の発振器側から取り出す。
【0018】
上記の光増幅器では、コア一つあたり一つを超える数の励起光源は、直列に接続されている複数の半導体レーザを含む半導体レーザ群を少なくとも一部に含み、該半導体レーザ群に含まれている複数の半導体レーザは、共通する駆動電流により駆動されてもよい。上記の「半導体レーザ群を少なくとも一部に含む」には、コア一つあたり一つを超える数の励起光源が、複数の該半導体レーザ群により構成されている場合と、該半導体レーザ群を一部に含んで構成されている場合の、両方が含まれる。
【0019】
例えば、励起光源を駆動させる駆動回路が電流源を備える場合には、電流源は抵抗を含むため、駆動回路の数が増えるほど電圧降下が大きくなり、光増幅器の動作電流が増大する。これに対し、上記の光増幅器は、半導体レーザ群に含まれている複数の半導体レーザを共通する駆動電流により駆動させることによって、半導体レーザ群の数に対応して駆動回路の数を減らすことができる。これにより、電圧降下を抑制し、光増幅器の動作電流を小さくすることができる。また上記の光増幅器は、駆動回路の数を減らすことにより、駆動回路が配置される面積を小さくすることができる。
【0020】
上記の光増幅器では、希土類元素添加光ファイバは、複数のコアが単一のクラッドで覆われたマルチコア光ファイバであることが好ましい。光増幅器が備えるマルチコア光ファイバを備えることにより、光増幅器が備えるコアの数が増え、コアの数が増えるにつれで、一つのコアあたりにおける光増幅器の動作電流を抑制する効果が大きくなるためである。
【0021】
希土類元素添加光ファイバが結合型マルチコア光ファイバである場合には、複数のコアのうち、隣接するコア間のパワー結合係数は、１０［／ｍ］以上であることが好ましい。実用的な特性を有する希土類元素添加光ファイバを備える光増幅器では、希土類元素添加光ファイバの長さは略１０［ｍ］以上となる。この場合には、隣接するコア間のパワー結合係数が１０［／ｍ］以上の結合型マルチコア光ファイバを用いることにより、モード依存利得（Mode Dependent Gain：ＭＤＧ）を十分に抑制できる。ＭＤＧを抑制することによって得られる冗長性により、上記の光増幅器は、コアそれぞれに導入される励起光の光パワーが最適な状態から大きく外れた場合にも、モード間における利得の差を低減できる。
【0022】
パワー結合係数とは、所定の導波モードが単位長さを伝搬する際に別の導波モードに結合する成分におけるパワーの比率をいい、パワー結合方程式の係数として定義される。［ｍ］はメートルを意味する単位を表し、［／ｍ］はメートルの逆数を意味する単位を表す。以下においては、［］を付して表記する英字は単位を意味するものとする。
【0023】
また、本開示の光通信システムは、光信号を伝送する一または複数の光ファイバと、光ファイバにより伝送される光信号を増幅する上記の光増幅器と、を備える光通信システムである。この光通信システムでは、上記の光増幅器を備えることにより、光増幅器の動作電流を小さくでき、光通信システムの抵抗損を小さくすることができる。また光増幅器における励起光源やパワートランジスタ等の素子の温度が上昇することを抑え、各素子の寿命を長くすることができる。
【0024】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光増幅器の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示され、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。また説明において、同一要素また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、重複する説明は適宜省略する。
本開示の実施形態に係る光増幅器の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示され、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。また説明において、同一要素また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、重複する説明は適宜省略する。
【0025】
［実施形態］
（光通信システム１００の構成）
本開示の実施形態に係る光増幅器Ｇを備える光通信システム１００について説明する。光通信システム１００は、例えば、太平洋を横断して設けられている光海底ケーブルを用いて、日本と米国との間等において長距離光通信を行う光海底ケーブルシステムである。光通信システム１００は、光信号を伝送する一または複数の光ファイバと、該光ファイバにより伝送される光信号を増幅する光増幅器Ｇと、を備えている。
（光通信システム１００の構成）
本開示の実施形態に係る光増幅器Ｇを備える光通信システム１００について説明する。光通信システム１００は、例えば、太平洋を横断して設けられている光海底ケーブルを用いて、日本と米国との間等において長距離光通信を行う光海底ケーブルシステムである。光通信システム１００は、光信号を伝送する一または複数の光ファイバと、該光ファイバにより伝送される光信号を増幅する光増幅器Ｇと、を備えている。
【0026】
一または複数の光ファイバは、光海底ケーブル内に設けられている。光通信システム１００では、光ファイバにより伝送される光信号の伝送損失を補償するために、該光ファイバによる伝送路途中の海底に複数の中継器が配置されている。光増幅器Ｇは、この複数の中継器それぞれに設けられている。
【0027】
図１は、光通信システム１００において複数の中継器それぞれに電力を供給する給電系の構成を例示する等価回路図である。光通信システム１００は、給電系の構成として、第１給電装置１０と、第２給電装置２０と、給電線ＰＬ１から給電線ＰＬＮ＋１と、を備えている。なお、Ｎは自然数であり、給電線ＰＬ１および給電線ＰＬＮ＋１等における添え字（下付き文字）は、Ｎ＋１個の給電線それぞれを区別するために付したものである。以下の説明においては、Ｎ＋１個の給電線を特に区別しない場合には、添え字を省略して給電線ＰＬと総称表記する場合がある。この点は、以下の説明において添え字を用いて表記する中継器Ｔ、光増幅器Ｇ、半導体レーザＬ、駆動回路Ｄおよびエルビウム添加光ファイバＥＦ等においても同様とする。
【0028】
光通信システムでは、給電系の信頼性を向上させるため、必要な電力を給電可能な給電装置が複数の陸揚げ局それぞれに設置される。陸揚げ局とは、海底に設置されてきた光海底ケーブルを地上に引き揚げる拠点をいう。
【0029】
光通信システム１００では、第１給電装置１０は、第１陸揚げ局（例えば日本）に設けられており、直流電流源Ａｉから中継器に対して直流の定電流を供給する。第２給電装置２０は、第２陸揚げ局（例えば米国）に設けられており、直流電流源Ａｏから中継器に対して直流の定電流を供給する。第１給電装置１０および第２給電装置２０は、それぞれ海中アースがなされている。光通信システム１００は、第１陸揚げ局および第２陸揚げ局により電力供給を分担する両局給電を行うことができる。
【0030】
給電線ＰＬ１から給電線ＰＬＮ＋１は、第１給電装置１０および第２給電装置２０のそれぞれから供給される電力を、直列に接続されている中継器Ｔ１から中継器ＴＮ＋１それぞれに送電する送電路である。
【0031】
電圧Ｖsは、中継器Ｔ１から中継器ＴＮ＋１全体に供給される電圧を表している。電圧ＶＬ１から電圧ＶＬＮ＋１は、中継器Ｔ１から中継器ＴＮ＋１のそれぞれに対をなして供給される電圧を表している。抵抗Ｒ１から抵抗ＲＮ＋１は、給電線ＰＬ１から給電線ＰＬＮ＋１のそれぞれに対をなす電気抵抗を表している。
【0032】
光通信システム１００等の光海底ケーブルシステムでは、抵抗Ｒ１から抵抗ＲＮ＋１等の抵抗によって抵抗損が生じる。抵抗損は電流の２乗に比例するため、供給される電流を小さくすることが好ましい。しかしながら、光海底ケーブルシステムでは、中継器に直流で給電するために電圧と電流との比率調整に制限があり、中継器で必要とされる電流を給電線に流すことが求められる。従って、中継器に含まれている光増幅器には、光海底ケーブルシステムの抵抗損を小さくするために、動作電流が小さいものが求められる。
【0033】
［第１実施形態］
（光増幅器Ｇの構成）
図２および図３を参照して、光増幅器Ｇの構成について説明する。図２は、光通信システム１００の中継器Ｔに含まれている光増幅器Ｇの構成を例示する図である。図３は、光増幅器Ｇが備えているエルビウム添加光ファイバＥＦの構成を例示する断面図である。図３の断面図は、エルビウム添加光ファイバＥＦを光の伝送方向と略直交する平面で切断した場合に、光の伝送方向側からエルビウム添加光ファイバＥＦを視た図に対応する。
（光増幅器Ｇの構成）
図２および図３を参照して、光増幅器Ｇの構成について説明する。図２は、光通信システム１００の中継器Ｔに含まれている光増幅器Ｇの構成を例示する図である。図３は、光増幅器Ｇが備えているエルビウム添加光ファイバＥＦの構成を例示する断面図である。図３の断面図は、エルビウム添加光ファイバＥＦを光の伝送方向と略直交する平面で切断した場合に、光の伝送方向側からエルビウム添加光ファイバＥＦを視た図に対応する。
【0034】
図２に示すように、中継器Ｔは、光増幅器Ｇ１と、光増幅器Ｇ２と、光増幅器ＧＭと、を含むＭ個の光増幅器Ｇを備えている。なお、図１に示した中継器Ｔ１から中継器ＴＮ＋１は、いずれも図２に示す構成と同じ構成を備えている。Ｍは、第１陸揚げ局から第２陸揚げ局への上り方向または第２陸揚げ局から第１陸揚げ局への下り方向のいずれかの方向において、光信号を伝送する光ファイバに含まれている、光信号を伝送するコア（以下、「信号コア」という。）の数を表す自然数である。本実施形態では、Ｍは８である。但し、これに限定されるものではなく、Ｍの値は適宜変更可能である。
【0035】
中継器Ｔには、第１陸揚げ局側から第２陸揚げ局側に向けて光信号を伝送する上り光ファイバＦｕと、第２陸揚げ局側から第１陸揚げ局側に向けて光信号を伝送する下り光ファイバＦｄと、がそれぞれ接続している。上り光ファイバＦｕは、信号コアＣｓ１、信号コアＣｓ３および信号コアＣｓ２Ｍ－１（奇数番目の信号コアＣｓ）を含む８個の信号コアＣｓが単一のクラッドで覆われたマルチコア光ファイバである。下り光ファイバＦｄは、信号コアＣｓ２、信号コアＣｓ４および信号コアＣｓ２Ｍ（偶数番目の信号コアＣｓ）を含む８個の信号コアＣｓが単一のクラッドで覆われたマルチコア光ファイバである。上り光ファイバＦｕおよび下り光ファイバＦｄは、例えば波長が略１５５０［ｎｍ］である信号光Ｌｓを光信号として伝送する。但し、信号光Ｌｓの波長は、略１５５０［ｎｍ］に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【0036】
光増幅器Ｇは、上り光ファイバＦｕを通して第１陸揚げ局側から中継器Ｔに入射してきた信号光Ｌｓを増幅し、増幅された信号光Ｌｓを、上り光ファイバＦｕを通して第２陸揚げ局側に出射させる。また光増幅器Ｇは、下り光ファイバＦｄを通して第２陸揚げ局側から中継器Ｔに入射してきた信号光Ｌｓを増幅し、増幅された信号光Ｌｓを、下り光ファイバＦｄを通して第１陸揚げ局側に出射させる。
【0037】
図２において、光増幅器Ｇは、エルビウム添加光ファイバＥＦと、半導体レーザＬと、偏波素子ＰＢと、を備えている。より詳しくは、光増幅器Ｇ１は、エルビウム添加光ファイバＥＦ１と、エルビウム添加光ファイバＥＦ２と、半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ４の四つの半導体レーザＬと、偏波素子ＰＢ１からＰＢ２の二つの偏波素子ＰＢと、を備えている。光増幅器Ｇ２は、エルビウム添加光ファイバＥＦ３と、エルビウム添加光ファイバＥＦ４と、半導体レーザＬ５から半導体レーザＬ８の四つの半導体レーザＬと、偏波素子ＰＢ３からＰＢ４の二つの偏波素子ＰＢと、を備えている。光増幅器ＧＭは、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍ－１と、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍと、半導体レーザＬ４Ｍ－３から半導体レーザＬ４Ｍの四つの半導体レーザＬと、偏波素子ＰＢ２Ｍ－１からＰＢ２Ｍの二つの偏波素子ＰＢと、を備えている。
【0038】
エルビウム添加光ファイバＥＦは、それぞれが一または複数のコアを含む一または複数の希土類元素添加光ファイバの一例である。希土類元素添加光ファイバにおいて信号光が増幅されるコア（以下、「励起コア」という）Ｃｅは、希土類元素添加光ファイバに含まれている一または複数のコアの一例である。
【0039】
図３に例示するように、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍ－１およびエルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍは、それぞれ８個の励起コアＣｅが単一のクラッドＣＬで覆われたマルチコア光ファイバである。なお、エルビウム添加光ファイバＥＦ１からエルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍのエルビウム添加光ファイバＥＦは、いずれも同じ構成である。
【0040】
本実施形態では、上り光ファイバＦｕおよび下り光ファイバＦｄも、８個の信号コアＣｓが単一のクラッドＣＬで覆われたマルチコア光ファイバである。本実施形態では、信号コアＣｓの数と励起コアＣｅの数が等しい構成を例示するが、両者の数は必ずしも等しくなくてもよい。
【0041】
エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍ－１は、励起コアＣｅ１からＣｅ２Ｍ－１の８個の励起コアＣｅを備えており、奇数番目の信号コアＣｓ１から信号コアＣｓ２Ｍ－１それぞれを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅する。エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍは、励起コアＣｅ２からＣｅ２Ｍの８個の励起コアＣｅを備えており、偶数番目の信号コアＣｓ２から信号コアＣｓ２Ｍそれぞれを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅する。エルビウム添加光ファイバＥＦとして結合型マルチコア光ファイバを用いる場合には、複数の励起コアＣｅのうち、隣接する励起コアＣｅ間のパワー結合係数は、１０［／ｍ］以上であることが好ましい。
【0042】
図２において、半導体レーザＬは、エルビウム添加光ファイバＥＦに添加されているエルビウムを励起させる励起光Ｌｐを駆動電流に応じて発する励起光源の一例である。半導体レーザＬは、例えば、エルビウムを励起可能な略１４８０［ｎｍ］あるいは略９８０［ｎｍ］の波長を有する励起光Ｌｐを発する。但し、励起光源は半導体レーザＬに限定されるものではなく、エルビウムを励起可能な波長を有する励起光を発することができれば、他の光源であってもよい。
【0043】
本実施形態では、光増幅器Ｇは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬを備えている。具体的には、上り光ファイバＦｕと下り光ファイバＦｄとに含まれる合計１６個の信号コアＣｓそれぞれを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅するために、光増幅器Ｇは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅを１６個備えている。また光増幅器Ｇは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ一つあたり二つで、合計３２個の半導体レーザＬを備えている。
【0044】
半導体レーザＬ１および半導体レーザＬ２は、励起コアＣｅ１に添加されているエルビウムを励起させる。半導体レーザＬ３および半導体レーザＬ４は、励起コアＣｅ２に添加されているエルビウムを励起させる。半導体レーザＬ５および半導体レーザＬ６は、励起コアＣｅ３に添加されているエルビウムを励起させる。半導体レーザＬ７および半導体レーザＬ８は、励起コアＣｅ４に添加されているエルビウムを励起させる。半導体レーザＬ４Ｍ－３および半導体レーザＬ４Ｍ－２は、励起コアＣｅ２Ｍ－１に添加されているエルビウムを励起させる。半導体レーザＬ４Ｍ－１および半導体レーザＬ４Ｍは、励起コアＣｅ２Ｍに添加されているエルビウムを励起させる。
【0045】
光増幅器Ｇ１において、半導体レーザＬ１および半導体レーザＬ２により発せられた励起光Ｌｐは、それぞれ偏波素子ＰＢ１に入射する。偏波素子ＰＢ１は、励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬ１および半導体レーザＬ２それぞれにより発せられた励起光Ｌｐを合成する合成部の一例である。偏波素子ＰＢ１により励起光Ｌｐを合成させる方式は偏波合成方式に対応する。
【0046】
偏波素子ＰＢ１は、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する光学面を含む偏光ビームスプリッタである。偏波素子ＰＢ１は、例えば、半導体レーザＬ１により発せられたＰ偏光の直線偏光である励起光Ｌｐを透過し、半導体レーザＬ２により発せられたＳ偏光の直線偏光である励起光Ｌｐを反射することによって両者を合成する。偏波素子ＰＢ１は、偏光を利用することにより、半導体レーザＬ１および半導体レーザＬ２それぞれにより発せられた励起光Ｌｐを効率的に合成できる。半導体レーザＬにより発せられる励起光Ｌｐは直線偏光に限定されるものではなく楕円偏光等であってもよいが、光損失を抑制する観点では直線偏光が好適である。
【0047】
同様に、半導体レーザＬ３および半導体レーザＬ４により発せられた励起光Ｌｐは、それぞれ偏波素子ＰＢ２に入射し、偏波素子ＰＢ２によって合成される。
【0048】
偏波素子ＰＢ１により合成された励起光Ｌｐ、並びに偏波素子ＰＢ２により合成された励起光Ｌｐは、それぞれ３ＤＢカプラＢ１に入射する。３ＤＢカプラＢ１は、入射してきた二つの光を合成した後、分岐比が略１対１になるように二つに分岐させる受動光素子である。３ＤＢカプラＢ１により分岐された励起光Ｌｐのうちの一方は、ポンプ合流器Ｐ１に向けて導光された後、ポンプ合流器Ｐ１に入射する。
【0049】
ポンプ合流器Ｐ１は、例えば波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）カプラである。３ＤＢカプラＢ１により分岐された励起光Ｌｐのうちの一方は、ポンプ合流器Ｐ１の作用により信号コアＣｓ１を通して伝送されてきた信号光Ｌｓと合流し、該信号光Ｌｓと共にエルビウム添加光ファイバＥＦ１の励起コアＣｅ１に入射する。
【0050】
換言すると、半導体レーザＬ１および半導体レーザＬ２の二つの半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐは、偏波素子ＰＢ１に合成された後、ポンプ合流器Ｐ１を介して励起コアＣｅ１に対して導入される。
【0051】
エルビウム添加光ファイバＥＦ１は、入射してきた励起光Ｌｐにより励起コアＣｅ１に添加されているエルビウムが励起されることによって反転分布を形成する。エルビウム添加光ファイバＥＦ１は、反転分布状態にあるエルビウムイオンにより、エルビウム添加光ファイバＥＦ１を通して伝送される信号光Ｌｓを誘導放出させて増幅させる。増幅された信号光Ｌｓは、第２陸揚げ局側に向けて信号コアＣｓ１を通して再び伝送される。
【0052】
一方、３ＤＢカプラＢ１により分岐された励起光Ｌｐのうちの他方は、ポンプ合流器Ｐ２に入射し、信号コアＣｓ２を通して伝送されてきた信号光Ｌｓと合流した後、該信号光Ｌｓと共にエルビウム添加光ファイバＥＦ２の励起コアＣｅ２に入射する。
【0053】
エルビウム添加光ファイバＥＦ２は、入射してきた励起光Ｌｐにより励起コアＣｅ２に添加されているエルビウムが励起されることによって反転分布を形成する。エルビウム添加光ファイバＥＦ２は、反転分布状態にあるエルビウムイオンにより、エルビウム添加光ファイバＥＦ２を通して伝送される信号光Ｌｓを誘導放出させて増幅させる。増幅された信号光Ｌｓは、第１陸揚げ局側に向けて信号コアＣｓ２を通して再び伝送される。
【0054】
光増幅器Ｇ１は、上り光ファイバＦｕに含まれる信号コアＣｓ１を通して伝送される信号光Ｌｓと、下り光ファイバＦｄに含まれる信号コアＣｓ２を通して伝送される信号光Ｌｓと、を対にして増幅させることにより、中継器Ｔによる中継接続を冗長化している。つまり、光増幅器Ｇ１は、半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ４のうちの一部が故障等により励起光Ｌｐを発せられなくなった場合にも、その影響を分散させ、上り光ファイバＦｕおよび下り光ファイバＦｄを通して伝送される光信号の一部が増幅されなくなることを防ぐことができる。
【0055】
同様に、光増幅器Ｇ２は、半導体レーザＬ５から半導体レーザＬ８の各半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐによって、信号コアＣｓ３および信号コアＣｓ４を通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。光増幅器ＧＭは、半導体レーザＬ４Ｍ－３から半導体レーザＬ４Ｍの各半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐによって、信号コアＣｓ２Ｍ－１および信号コアＣｓ２Ｍを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。
【0056】
光増幅器Ｇ２から光増幅器ＧＭは、光増幅対象となる信号コアＣｓが異なる点を除き、構成および機能は光増幅器Ｇ１と同じである。
【0057】
（半導体レーザＬの駆動回路Ｄの構成例）
図４は、光増幅器Ｇに含まれている半導体レーザＬを駆動させる駆動回路Ｄの構成を例示する等価回路図である。光増幅器Ｇは、半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ４Ｍ（Ｍ＝８）の３２個の半導体レーザＬを駆動させるために、駆動回路Ｄ１から駆動回路Ｄ４Ｍの３２個の駆動回路Ｄを備えている。駆動回路Ｄ１から駆動回路Ｄ４Ｍは直列に接続されている。駆動回路Ｄ１から駆動回路Ｄ４Ｍは、第１給電装置１０から供給される動作電流Ｓの少なくとも一部である駆動電流Ｉに応じて、半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ４Ｍの各半導体レーザＬを発光駆動させる。電圧ＶＬは中継器Ｔに供給される電圧を表している。
図４は、光増幅器Ｇに含まれている半導体レーザＬを駆動させる駆動回路Ｄの構成を例示する等価回路図である。光増幅器Ｇは、半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ４Ｍ（Ｍ＝８）の３２個の半導体レーザＬを駆動させるために、駆動回路Ｄ１から駆動回路Ｄ４Ｍの３２個の駆動回路Ｄを備えている。駆動回路Ｄ１から駆動回路Ｄ４Ｍは直列に接続されている。駆動回路Ｄ１から駆動回路Ｄ４Ｍは、第１給電装置１０から供給される動作電流Ｓの少なくとも一部である駆動電流Ｉに応じて、半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ４Ｍの各半導体レーザＬを発光駆動させる。電圧ＶＬは中継器Ｔに供給される電圧を表している。
【0058】
図４において、駆動回路Ｄ１は、定電圧回路Ｃｖ１と、定電流回路Ｃｉ１と、を備えている。定電圧回路Ｃｖ１は、ツェナーダイオードＺ１を含み、駆動回路Ｄ１にかかる基準電圧Ｖｒが略一定になるように定電圧制御する。
【0059】
定電流回路Ｃｉ１は、電流源Ａ１１と、電流源Ａ２１と、を含み、駆動回路Ｄ１に流れる電流が略一定になるように定電流制御する。電流源Ａ１１は、半導体レーザＬ１に直列接続されており、半導体レーザＬ１に流れる駆動電流Ｉ１が略一定になるように電流を供給する。電流源Ａ１２は、半導体レーザＬ１に並列接続されており、駆動回路Ｄ１における半導体レーザＬ１以外を流れる電流Ｉｓ１が略一定になるように電流を供給する。駆動電流Ｉ１、電流Ｉｓ１および定電圧回路Ｃｖ１を流れた基準電流Ｉｒは、駆動回路Ｄ１を流れた後に合流して、駆動回路Ｄ２に動作電流Ｓとして供給される。基準電流Ｉｒと駆動電流Ｉ１と電流Ｉｓ１の和は、動作電流Ｓに略等しい。
【0060】
駆動回路Ｄ２から駆動回路Ｄ４Ｍの構成および機能は、駆動対象となる半導体レーザＬが異なる点を除き、駆動回路Ｄ１と同じである。
【0061】
（光増幅器Ｇの作用効果）
以上説明したように、本実施形態に係る光増幅器Ｇは、８個の励起コアＣｅ（コア）を含む一つのエルビウム添加光ファイバＥＦ（希土類元素添加光ファイバ）と、エルビウム添加光ファイバＥＦに添加されているエルビウム（希土類元素）を励起させる励起光Ｌｐを駆動電流に応じて発し、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬ（励起光源）と、を備える。また光増幅器Ｇは、励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを合成する偏波素子ＰＢ（合成部）を備える。励起コアＣｅは合計８個あり、８個の励起コアＣｅそれぞれに対し、励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐが合成されて導入される。
以上説明したように、本実施形態に係る光増幅器Ｇは、８個の励起コアＣｅ（コア）を含む一つのエルビウム添加光ファイバＥＦ（希土類元素添加光ファイバ）と、エルビウム添加光ファイバＥＦに添加されているエルビウム（希土類元素）を励起させる励起光Ｌｐを駆動電流に応じて発し、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬ（励起光源）と、を備える。また光増幅器Ｇは、励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを合成する偏波素子ＰＢ（合成部）を備える。励起コアＣｅは合計８個あり、８個の励起コアＣｅそれぞれに対し、励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐが合成されて導入される。
【0062】
光増幅器Ｇは、駆動電流Ｉによって二つの半導体レーザＬを共に駆動させ、二つの半導体レーザＬそれぞれによる励起光Ｌｐが合成された励起光Ｌｐによって一つの励起コアＣｅを励起させる。そのため、光増幅器Ｇは、一つの半導体レーザからの励起光により一つの励起コアを励起させる場合と比較して駆動電流Ｉを略１／２にできる。駆動電流Ｉを減少させることによって、動作電流が小さい光増幅器を提供できる。
【0063】
ここで、図５および図６は、光増幅器の動作電流と、光通信システムの消費電力および光通信システムへの供給電圧との関係を示すシミュレーション結果を説明する図である。図５は、励起コアＣｅが４個の場合を示し、図６は、励起コアＣｅが８個の場合を示している。
【0064】
図５および図６の横軸は光増幅器の動作電流［Ａ］を示し、縦軸は消費電力［ｋＷ］および供給電圧［ｋＶ］を示している。また図５および図６における破線のグラフは供給電圧を表し、実線のグラフは消費電力を表している。
【0065】
図５において、消費電力Ｇｐ１Ｘは、比較例に係る光増幅器ＧＸの消費電力を示し、供給電圧Ｇｖ１Ｘは、比較例に係る光増幅器ＧＸの供給電圧を示している。比較例は、非特許文献１に記載されている数値条件に基づいてシミュレーションを行った結果である。消費電力Ｇｐ１は、本実施形態に係る光増幅器Ｇの消費電力を示し、供給電圧Ｇｖ１は、本実施形態に係る光増幅器Ｇの供給電圧を示している。
【0066】
同様に、図６おいて、消費電力Ｇｐ２Ｘは、比較例に係る光増幅器ＧＸの消費電力を示し、供給電圧Ｇｖ２Ｘは、比較例に係る光増幅器ＧＸの供給電圧を示している。消費電力Ｇｐ２は、本実施形態に係る光増幅器Ｇの消費電力を示し、供給電圧Ｇｖ２は、本実施形態に係る光増幅器Ｇの供給電圧を示している。
【0067】
光増幅器ＧＸの動作電流は約１．１［Ａ］であるのに対し、光増幅器Ｇの動作電流は約半分である０．５［Ａ］程度である。図５の例では、動作電流の減少に伴って、消費電力Ｇｐ１Ｘの約１２［ｋＷ］に対し、消費電力Ｇｐ１が６［ｋＷ］程度にまで減少した。また供給電圧Ｇｖ１Ｘの約１１［ｋＶ］に対し、供給電圧Ｇｖ１は、９［ｋＶ］程度にまで減少した。
【0068】
図６の例では、消費電力Ｇｐ２Ｘの約１５［ｋＷ］に対し、消費電力Ｇｐ２が９［ｋＷ］程度まで減少した。また供給電圧Ｇｖ２Ｘの約１４［ｋＶ］に対し、供給電圧Ｇｖ１は１５［ｋＶ］程度で、約１［ｋＶ］増加した。
【0069】
これらの結果から、本実施形態に係る光増幅器Ｇを備えることにより、光通信システムの抵抗損が小さくなり、光通信システムの消費電力が比較例に対して半分程度に抑制できることが分かった。また供給電圧は比較例に対して減少するか、あるいは増加してもわずかな増加であることが分かった。
【0070】
（変形例）
変形例に係る光増幅器Ｇａについて説明する。なお、第１実施形態と同一要素また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、重複する説明は適宜省略する。この点は、以降で説明する他の実施形態においても同様とする。
変形例に係る光増幅器Ｇａについて説明する。なお、第１実施形態と同一要素また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、重複する説明は適宜省略する。この点は、以降で説明する他の実施形態においても同様とする。
【0071】
本変形例では、光増幅器Ｇａは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ二つあたり三つの半導体レーザＬを備えている。
【0072】
図７は、中継器Ｔａに含まれている光増幅器Ｇａの構成を例示する図である。図７において、光増幅器Ｇａ１は、エルビウム添加光ファイバＥＦ１と、エルビウム添加光ファイバＥＦ２と、半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ３の三つの半導体レーザＬと、偏波素子ＰＢ１からＰＢ３の三つの偏波素子ＰＢと、を備えている。光増幅器Ｇａ２は、エルビウム添加光ファイバＥＦ３と、エルビウム添加光ファイバＥＦ４と、半導体レーザＬ４から半導体レーザＬ６の三つの半導体レーザＬと、偏波素子ＰＢ４からＰＢ６の三つの偏波素子ＰＢと、を備えている。光増幅器ＧａＭは、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍ－１と、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍと、半導体レーザＬ３Ｍ－２から半導体レーザＬ３Ｍの三つの半導体レーザＬと、偏波素子ＰＢ３Ｍ－２からＰＢ３Ｍの三つの偏波素子ＰＢと、を備えている。
【0073】
上り光ファイバＦｕと下り光ファイバＦｄとに含まれる合計１６個の信号コアＣｓそれぞれを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅するために、光増幅器Ｇａは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅを１６個備えている。また光増幅器Ｇａは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ二つあたり三つで、合計２４個の半導体レーザＬを備えている。
【0074】
光増幅器Ｇａ１において、半導体レーザＬ１により発せられた励起光Ｌｐは偏波素子ＰＢ１に入射する。半導体レーザＬ２により発せられた励起光Ｌｐは偏波素子ＰＢ２に入射する。半導体レーザＬ３により発せられた励起光Ｌｐは偏波素子ＰＢ３に入射する。
【0075】
半導体レーザＬ２による励起光Ｌｐのうち、偏波素子ＰＢ２により偏波分離された一部と、半導体レーザＬ１による励起光Ｌｐと、が合成されて３ＤＢカプラＢ１に入射する。同様に、半導体レーザＬ２による励起光Ｌｐのうち、偏波素子ＰＢ２により偏波分離された一部と、半導体レーザＬ３による励起光Ｌｐと、が合成されて３ＤＢカプラＢ１に入射する。
【0076】
半導体レーザＬ２により発せられた励起光Ｌｐは、偏波素子ＰＢ２によって略均等な光パワーにより偏波分離されることが好ましく、それぞれの偏波の光パワーの差異は１［ｄＢ］以下であることが特に好ましい。
【0077】
３ＤＢカプラＢ１は、入射してきた二つの励起光Ｌｐを合成した後、分岐比が略１対１になるように二つに分岐させる。３ＤＢカプラＢ１により分岐された励起光Ｌｐのうちの一方は、ポンプ合流器Ｐ１に入射し、信号コアＣｓ１を通して伝送されてきた信号光Ｌｓと合流して、該信号光Ｌｓと共にエルビウム添加光ファイバＥＦ１の励起コアＣｅ１に入射する。エルビウム添加光ファイバＥＦ１は、励起光Ｌｐにより励起されたエルビウムによって反転分布を形成し、エルビウム添加光ファイバＥＦ１を通る信号光Ｌｓを増幅させる。
【0078】
一方、３ＤＢカプラＢ１により分岐された励起光Ｌｐのうちの他方は、ポンプ合流器Ｐ２に入射し、信号コアＣｓ２を通して伝送されてきた信号光Ｌｓと合流して、該信号光Ｌｓと共にエルビウム添加光ファイバＥＦ２の励起コアＣｅ２に入射する。エルビウム添加光ファイバＥＦ２は、励起光Ｌｐにより励起されたエルビウムにより反転分布を形成し、エルビウム添加光ファイバＥＦ２を通る信号光Ｌｓを増幅させる。
【0079】
同様に、光増幅器Ｇａ２は、半導体レーザＬ４から半導体レーザＬ６の各半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐによって、信号コアＣｓ３および信号コアＣｓ４を通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。光増幅器ＧａＭは、半導体レーザＬ３Ｍ－２から半導体レーザＬ３Ｍの各半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐによって、信号コアＣｓ２Ｍ－１および信号コアＣｓ２Ｍを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。
【0080】
光増幅器Ｇａ２から光増幅器ＧａＭは、光増幅対象の信号コアＣｓが異なる点を除き、構成および機能は光増幅器Ｇａ１と同じである。
【0081】
光増幅器Ｇａが備えている半導体レーザＬを駆動させる駆動回路は、半導体レーザＬの数に合わせて数が３Ｍ個になる点を除き、図４に示した駆動回路Ｄと同様である。
【0082】
このように、光増幅器Ｇａは、駆動電流Ｉによって三つの半導体レーザＬを共に駆動させ、三つの半導体レーザＬそれぞれによる励起光Ｌｐが合成された励起光Ｌｐにより二つの励起コアＣｅを励起させる。これにより光増幅器Ｇａは、一つの半導体レーザからの励起光により励起コアを励起させる場合と比較して駆動電流Ｉを略２／３にできる。駆動電流Ｉを減少させることによって、動作電流が小さい光増幅器を提供できる。
【0083】
第１実施形態では、励起コアＣｅ二つあたり四つの半導体レーザＬによる励起光Ｌｐが合成されて導入される構成を例示し、変形例では、励起コアＣｅ二つあたり三つの半導体レーザＬによる励起光Ｌｐが合成されて導入される構成を例示したが、これに限定されるものではない。励起コアが合計二つ以上あり、励起コアそれぞれに対し、コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬにより発せられた励起光が合成されて導入されれば、励起コアＣｅの数と半導体レーザＬに特段の制限はない。
【0084】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る光増幅器Ｇｂについて説明する。本実施形態では、光増幅器Ｇｂは、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを光注入同期方式により合成する。
第２実施形態に係る光増幅器Ｇｂについて説明する。本実施形態では、光増幅器Ｇｂは、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを光注入同期方式により合成する。
【0085】
図８は、中継器Ｔｂに含まれている光増幅器Ｇｂの構成を例示する図である。図８において、光増幅器Ｇｂ１は、エルビウム添加光ファイバＥＦ１と、エルビウム添加光ファイバＥＦ２と、半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ４の四つの半導体レーザＬと、を備えている。半導体レーザＬ１から半導体レーザＬ４のうち、半導体レーザＬ１と半導体レーザＬ２は直列接続しており、また半導体レーザＬ３と半導体レーザＬ４は直列接続している。
【0086】
光増幅器Ｇｂ２は、エルビウム添加光ファイバＥＦ３と、エルビウム添加光ファイバＥＦ４と、半導体レーザＬ５から半導体レーザＬ８の四つの半導体レーザＬと、を備えている。半導体レーザＬ５から半導体レーザＬ８のうち、半導体レーザＬ５と半導体レーザＬ６は直列接続しており、また半導体レーザＬ７と半導体レーザＬ８は直列接続している。
【0087】
光増幅器ＧｂＭは、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍ－１と、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍと、半導体レーザＬ４Ｍ－３から半導体レーザＬ４Ｍの四つの半導体レーザＬと、を備えている。半導体レーザＬ４Ｍ－３から半導体レーザＬ４Ｍのうち、半導体レーザＬ４Ｍ－３と半導体レーザＬ４Ｍ－２は直列接続しており、また半導体レーザＬ４Ｍと半導体レーザＬ４Ｍ－１は直列接続している。
【0088】
上り光ファイバＦｕと下り光ファイバＦｄとに含まれる合計１６個の信号コアＣｓそれぞれを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅するために、光増幅器Ｇｂは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅを１６個備えている。また光増幅器Ｇｂは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ一つあたり二つで、合計３２個の半導体レーザＬを備えている。
【0089】
光増幅器Ｇａ１において、自ら発振している半導体レーザＬ２に対し、半導体レーザＬ１により発せられた励起光Ｌｐを入射させると、入射する励起光Ｌｐの波長に半導体レーザＬ２の発振波長が引き込まれる光注入同期現象が生じると共に、半導体レーザＬ１による励起光Ｌｐと半導体レーザＬ２による励起光Ｌｐとが合成される。合成された励起光Ｌｐは、３ＤＢカプラＢ１に入射する。
【0090】
同様に、自ら発振している半導体レーザＬ３に対し、半導体レーザＬ４により発せられた励起光Ｌｐを入射させると、入射する励起光Ｌｐの波長に半導体レーザＬ３の発振波長が引き込まれる光注入同期現象が生じると共に、半導体レーザＬ４による励起光Ｌｐと半導体レーザＬ３による励起光Ｌｐとが合成される。合成された励起光Ｌｐは、３ＤＢカプラＢ１に入射する。
【0091】
３ＤＢカプラＢ１は、入射してきた二つの励起光Ｌｐを合成した後、分岐比が略１対１になるように二つに分岐させる。分岐された励起光Ｌｐのうちの一方は、ポンプ合流器Ｐ１を介してエルビウム添加光ファイバＥＦ１の励起コアＣｅ１に入射してエルビウムを励起させることにより、信号コアＣｓ１を通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。また分岐された励起光Ｌｐのうちの他方は、ポンプ合流器Ｐ２を介してエルビウム添加光ファイバＥＦ２の励起コアＣｅ２に入射してエルビウムを励起させることにより、信号コアＣｓ２を通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。
【0092】
同様に、光増幅器Ｇｂ２は、半導体レーザＬ５から半導体レーザＬ８の各半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐによって、信号コアＣｓ３および信号コアＣｓ４を通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。光増幅器ＧｂＭは、半導体レーザＬ４Ｍ－３から半導体レーザＬ４Ｍの各半導体レーザＬにより発せられた励起光Ｌｐによって、信号コアＣｓ２Ｍ－１および信号コアＣｓ２Ｍを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。
【0093】
光増幅器Ｇｂ２から光増幅器ＧｂＭは、光増幅対象の信号コアＣｓが異なる点を除き、構成および機能は光増幅器Ｇｂ１と同じである。
【0094】
光増幅器Ｇｂが備えている半導体レーザＬを駆動させる駆動回路は、図４に示した駆動回路Ｄと同様である。
【0095】
以上のように光増幅器Ｇｂは、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを光注入同期方式により合成する。これにより、駆動電流Ｉを減少させ、動作電流が小さい光増幅器を提供できる。
【0096】
［第３実施形態］
第３実施形態に係る光増幅器Ｇｃについて説明する。本実施形態では、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｃは、直列に接続されている複数の半導体レーザＬｃを含む複数の半導体レーザ群ＬＧにより構成されている。該半導体レーザ群ＬＧに含まれている複数の半導体レーザＬｃは、共通する駆動電流により駆動される。なお、半導体レーザ群ＬＧは、複数の半導体レーザ群の総称表記である。
第３実施形態に係る光増幅器Ｇｃについて説明する。本実施形態では、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｃは、直列に接続されている複数の半導体レーザＬｃを含む複数の半導体レーザ群ＬＧにより構成されている。該半導体レーザ群ＬＧに含まれている複数の半導体レーザＬｃは、共通する駆動電流により駆動される。なお、半導体レーザ群ＬＧは、複数の半導体レーザ群の総称表記である。
【0097】
図９は、光増幅器Ｇｃに含まれている半導体レーザＬｃを駆動させる駆動回路Ｄｃの構成を例示する等価回路図である。半導体レーザＬｃ１から半導体レーザＬｃ４Ｍ（Ｍ＝８）の３２個の半導体レーザＬｃは、半導体レーザ群ＬＧ１から半導体レーザ群ＬＧ２Ｍの１６個の半導体レーザ群ＬＧにより構成されている。
【0098】
光増幅器Ｇｃは、半導体レーザ群ＬＧ１から半導体レーザ群ＬＧ２Ｍの１６個の半導体レーザ群ＬＧを駆動させるために、駆動回路Ｄｃ１から駆動回路Ｄｃ２Ｍの１６個の駆動回路Ｄｃを備えている。駆動回路Ｄｃ１から駆動回路Ｄｃ２Ｍは、直列に接続されている。駆動回路Ｄｃ１から駆動回路Ｄｃ２Ｍは、第１給電装置１０から供給される動作電流Ｓの少なくとも一部である駆動電流Ｉに応じて、半導体レーザＬｃ１から半導体レーザＬｃ４Ｍの各半導体レーザＬｃを発光駆動させる。
【0099】
１６個の半導体レーザ群ＬＧそれぞれは、直列に接続されている二つの半導体レーザＬｃを含む。具体的には、半導体レーザ群ＬＧ１は、直列に接続されている半導体レーザＬｃ１および半導体レーザＬｃ２を含む。半導体レーザＬｃ１および半導体レーザＬｃ２は、共通の駆動電流Ｉ１により駆動される。半導体レーザ群ＬＧ２は、直列に接続されている半導体レーザＬｃ３および半導体レーザＬｃ４を含む。半導体レーザＬｃ３および半導体レーザＬｃ４は、共通の駆動電流Ｉ２により駆動される。半導体レーザ群ＬＧ２Ｍは、直列に接続されている半導体レーザＬｃ４Ｍ－１および半導体レーザＬｃ４Ｍを含む。半導体レーザＬｃ４Ｍ－１および半導体レーザＬｃ４Ｍは、共通の駆動電流Ｉ２Ｍにより駆動される。
【0100】
半導体レーザＬｃの構成以外の駆動回路Ｄｃの構成および機能は、第１実施形態で説明した駆動回路Ｄと同じである。
【0101】
光増幅器Ｇｃは、二つの半導体レーザＬｃを共通する駆動電流Ｉにより駆動させることによって、第１実施形態に係る光増幅器Ｇと比較して、励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬｃを駆動させる駆動回路Ｄｃの数を減らし、電流源Ａ１の数を減らすことができる。これにより光増幅器Ｇｃは、電圧降下を抑制し、光増幅器Ｇｃの動作電流を小さくすることができる。また光増幅器Ｇｃは、駆動回路Ｄｃの数を減らすことにより、駆動回路Ｄｃの配置面積を小さくすることができる。これら以外の効果は、第１実施形態と同様である。
【0102】
半導体レーザ群ＬＧを構成する半導体レーザＬｃの数は二つに限定されるものではなく、三つ以上であってもよい。また駆動回路Ｄｃは、光増幅器Ｇａおよび光増幅器Ｇｂそれぞれにも適用可能である。駆動回路Ｄｃを光増幅器Ｇａに適用する場合には、例えば、一つの駆動回路Ｄｃには三つの半導体レーザＬｃが設けられる。
【0103】
［第４実施形態］
第４実施形態に係る光増幅器Ｇｄについて説明する。本実施形態では、光増幅器Ｇｄは、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｄそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを複合共振器方式により合成する。
第４実施形態に係る光増幅器Ｇｄについて説明する。本実施形態では、光増幅器Ｇｄは、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｄそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを複合共振器方式により合成する。
【0104】
図１０は、光増幅器Ｇｄに含まれている複数の半導体レーザＬｄのうち、半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２を例示する図である。
【0105】
図１０に示すように、半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２は、共振方向５０に沿って縦続接続しており、複合共振器を構成している。半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２は、上面電極５１と、下面電極５２と、上面電極５１側に電流ブロック層５３と、を備えている。また半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２は、半導体レーザＬｄ１と半導体レーザＬｄ２とが向き合うそれぞれの端面に、反射防止膜５４を備えている。半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２それぞれにおいて、半導体レーザＬｄ１と半導体レーザＬｄ２とが向き合う端面に対し、反対側の端面には反射面が設けられている。上面電極５１は、配線５５を介して電流源Ａ１１に接続している。
【0106】
駆動電流Ｉ１は、電流源Ａ１１から配線５５および上面電極５１を通って半導体レーザＬｄ１に供給される。駆動電流Ｉ１は、半導体レーザＬｄ１を流れた後、配線５６を通って半導体レーザＬｄ２に供給される。つまり、半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２には共通の駆動電流Ｉ１が供給される。
【0107】
半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２は、それぞれの活性層５７に駆動電流Ｉ１が流れることにより発光した光を活性層５７内で共振方向５０に沿って往復させ、誘導放出によりレーザ光を発振する。半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２は、それぞれにより発せられたレーザ光が合成されたレーザ光を、励起光Ｌｐとして出力方向５８側に出力させる。
【0108】
電流ブロック層５３は、例えば、活性層５７内に光を閉じ込めるために設けられている。反射防止膜５４は、例えば、共振方向５０に沿って光が活性層５７内を往復する際に、半導体レーザＬｄ１と半導体レーザＬｄ２との境界面での反射を防止し、レーザ光の発振効率を高めるために設けられている。
【0109】
光増幅器Ｇｄにおける駆動回路には、図９の駆動回路Ｄｃを適用できる。この場合には、図１０における半導体レーザＬｄ１は、図９における半導体レーザＬｃ１に対応し、図１０における半導体レーザＬｄ２は、図９における半導体レーザＬｃ２に対応する。
【0110】
光増幅器Ｇｄに含まれている複数の半導体レーザＬｄのうち、半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２以外の半導体レーザＬｄにおいても、構成および機能は半導体レーザＬｄ１および半導体レーザＬｄ２と同じである。
【0111】
以上のように光増幅器Ｇｄは、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｄそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを複合共振器方式により合成する。これにより、駆動電流Ｉを減少させ、動作電流が小さい光増幅器を提供できる。
【0112】
また光増幅器Ｇｄは、共通する駆動電流Ｉにより二つの半導体レーザＬｄを駆動させることによって、第１実施形態に係る光増幅器Ｇと比較して、励起コアＣｅ一つあたり二つの半導体レーザＬｄに駆動電流を供給する駆動回路Ｄｃの数を減らし、電流源Ａ１の数を減らすことができる。これにより光増幅器Ｇｄは、電圧降下を抑制し、光増幅器Ｇｄの動作電流を小さくすることができる。また光増幅器Ｇｄは、駆動回路の数を減らすことにより、駆動回路の配置面積を小さくすることができる。これら以外の効果は、第１実施形態と同様である。
【0113】
本実施形態では、複合共振器方式による励起光Ｌｐの合成について例示したが、主発振器出力増幅器方式を適用してもよい。主発振器出力増幅器方式の場合には、図１０において、半導体レーザＬｄ１は、第１の発振器に対応し、半導体レーザＬｄ２は第２の発振器に対応する。第１発振器は、例えば高品位ビーム発生用の高安定な発振器である。第２発振器は、例えば高出力な発振器である。半導体レーザＬｄ１による励起光Ｌｐと、半導体レーザＬｄ２による励起光Ｌｐと、が合成された高出力な励起光Ｌｐは、出力方向５８に沿って半導体レーザＬｄ２側から取り出される。
【0114】
［第５実施形態］
第５実施形態に係る光増幅器Ｇｅについて説明する。本実施形態では、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｅは、直列に接続されている複数の半導体レーザＬｅを含む半導体レーザ群ＬＧを一部に含んで構成されている。該半導体レーザ群ＬＧに含まれている複数の半導体レーザＬｅは、共通する駆動電流により駆動される。
第５実施形態に係る光増幅器Ｇｅについて説明する。本実施形態では、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｅは、直列に接続されている複数の半導体レーザＬｅを含む半導体レーザ群ＬＧを一部に含んで構成されている。該半導体レーザ群ＬＧに含まれている複数の半導体レーザＬｅは、共通する駆動電流により駆動される。
【0115】
光増幅器Ｇｅの構成には、図７に示した中継器Ｔａに含まれている光増幅器Ｇａと同じ構成を適用できる。
【0116】
図１１は、光増幅器Ｇｅに含まれている半導体レーザＬｅを駆動させる駆動回路Ｄｅの構成を例示する等価回路図である。駆動回路Ｄｅ１から駆動回路Ｄｅ２Ｍは直列に接続されている。駆動回路Ｄｅ１から駆動回路Ｄｅ２Ｍは、第１給電装置１０から供給される動作電流Ｓの少なくとも一部である駆動電流Ｉに応じて、半導体レーザＬｅ１から半導体レーザＬｅ４Ｍの各半導体レーザＬｃを発光駆動させる。
【0117】
駆動回路Ｄｅ１から駆動回路Ｄｅ２Ｍのうち、奇数番目の駆動回路Ｄｅには、一つの半導体レーザＬｅが設けられている。偶数番目の駆動回路Ｄｅには、直列に接続されている二つの半導体レーザＬｅを含む半導体レーザ群ＬＧが設けられている。
【0118】
具体的には、駆動回路Ｄｅ１には、一つの半導体レーザＬｅ１が設けられている。駆動回路Ｄｅ２には、直列に接続されている半導体レーザＬｅ２および半導体レーザＬｅ３を含む半導体レーザ群ＬＧ２が設けられている。半導体レーザＬｅ２および半導体レーザＬｅ３は、共通の駆動電流Ｉ２により駆動される。駆動回路Ｄｅ２Ｍには、直列に接続されている半導体レーザＬｅ３Ｍ－１および半導体レーザＬｅ３Ｍを含む半導体レーザ群ＬＧ２Ｍが設けられている。半導体レーザＬｅ３Ｍ－１および半導体レーザＬｅ３Ｍは、共通の駆動電流Ｉ２により駆動される。
【0119】
半導体レーザＬｅの構成以外の駆動回路Ｄｅの構成および機能は、第１実施形態で説明した駆動回路Ｄと同じである。
【0120】
以上のように、光増幅器Ｇｅは、三つの半導体レーザＬｅを駆動電流Ｉにより共に駆動させ、三つの半導体レーザＬｅそれぞれによる励起光Ｌｐが合成された励起光Ｌｐによって二つの励起コアＣｅを励起させる。これにより光増幅器Ｇｅは、一つの半導体レーザからの励起光により励起コアを励起させる場合と比較して、駆動電流Ｉを略２／３にできる。駆動電流Ｉを減少させることにより、動作電流が小さい光増幅器を提供できる。
【0121】
また光増幅器Ｇｅは、三つの半導体レーザＬｅのうち、二つの半導体レーザＬｅを共通する駆動電流Ｉにより駆動させることによって、第１実施形態に係る光増幅器Ｇと比較して、励起コアＣｅ二つあたり三つの半導体レーザＬｅに駆動電流を供給する駆動回路Ｄｅの数を減らし、電流源Ａ１の数を減らすことができる。これにより光増幅器Ｇｅは、電圧降下を抑制し、光増幅器Ｇｅの動作電流を小さくすることができる。また光増幅器Ｇｅは、駆動回路Ｄｅの数を減少させることにより、駆動回路Ｄｅの配置面積を小さくすることができる。これら以外の効果は、第１実施形態と同様である。
【0122】
［第６実施形態］
第６実施形態に係る光増幅器Ｇｆについて説明する。本実施形態では、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｆは、直列に接続されている複数の半導体レーザＬｆを含む半導体レーザ群ＬＧを含んで構成されている。該半導体レーザ群ＬＧに含まれている複数の半導体レーザＬｆは、共通する駆動電流により駆動される。またエルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ二つあたり三つの半導体レーザＬｆを備えており、三つの半導体レーザＬｆそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを、光注入同期方式により合成する。
第６実施形態に係る光増幅器Ｇｆについて説明する。本実施形態では、励起コアＣｅ一つあたり一つを超える数の半導体レーザＬｆは、直列に接続されている複数の半導体レーザＬｆを含む半導体レーザ群ＬＧを含んで構成されている。該半導体レーザ群ＬＧに含まれている複数の半導体レーザＬｆは、共通する駆動電流により駆動される。またエルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ二つあたり三つの半導体レーザＬｆを備えており、三つの半導体レーザＬｆそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを、光注入同期方式により合成する。
【0123】
図１２は、中継器Ｔｆに含まれている光増幅器Ｇｆの構成を例示する図である。
【0124】
図１２において、光増幅器Ｇｆ１は、エルビウム添加光ファイバＥＦ１と、エルビウム添加光ファイバＥＦ２と、半導体レーザＬｆ１から半導体レーザＬｆ３の三つの半導体レーザＬｆと、を備えている。半導体レーザＬｆ１から半導体レーザＬｆ３は直列接続している。
【0125】
光増幅器Ｇｆ２は、エルビウム添加光ファイバＥＦ３と、エルビウム添加光ファイバＥＦ４と、半導体レーザＬｆ４から半導体レーザＬｆ６の三つの半導体レーザＬｆと、を備えている。半導体レーザＬｆ４から半導体レーザＬｆ６は直列接続している。
【0126】
光増幅器ＧｆＭは、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍ－１と、エルビウム添加光ファイバＥＦ２Ｍと、半導体レーザＬｆ３Ｍ－２から半導体レーザＬｆ３Ｍの三つの半導体レーザＬｆと、を備えている。半導体レーザＬｆ３Ｍ－２から半導体レーザＬｆ３Ｍは直列接続している。
【0127】
光増幅器Ｇｆは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅを１６個備えている。また光増幅器Ｇｆは、エルビウム添加光ファイバＥＦの励起コアＣｅ二つあたり三つで、合計２４個の半導体レーザＬｆを備えている。
【0128】
光増幅器Ｇｆ１において、自ら発振している半導体レーザＬｆ１に対し、半導体レーザＬｆ２により発せられた励起光Ｌｐを入射させると、半導体レーザＬｆ１の発振波長が入射する励起光Ｌｐの波長に引き込まれる光注入同期現象が生じると共に、半導体レーザＬｆ２による励起光Ｌｐと半導体レーザＬｆ１による励起光Ｌｐとが合成される。合成された励起光Ｌｐは、３ＤＢカプラＢ１に入射する。
【0129】
同様に、自ら発振している半導体レーザＬｆ３に対し、半導体レーザＬｆ２により発せられた励起光Ｌｐを入射させると、半導体レーザＬｆ３の発振波長が入射する励起光Ｌｐの波長に引き込まれる光注入同期現象が生じると共に、半導体レーザＬｆ２による励起光Ｌｐと半導体レーザＬｆ３による励起光Ｌｐとが合成される。合成された励起光Ｌｐは、３ＤＢカプラＢ１に入射する。
【0130】
半導体レーザＬｆ２から半導体レーザＬｆ１および半導体レーザＬｆ３のそれぞれに入射される光パワーは略均等であることが好ましく、両者間での光パワーの差異は１［ｄＢ］以下であると特に好ましい。
【0131】
３ＤＢカプラＢ１は、入射してきた二つの励起光Ｌｐを合成した後、分岐比が略１対１になるように二つに分岐させる。分岐された励起光Ｌｐのうちの一方は、ポンプ合流器Ｐ１を介してエルビウム添加光ファイバＥＦ１の励起コアＣｅ１に入射する。分岐された励起光Ｌｐのうちの他方は、ポンプ合流器Ｐ２を介してエルビウム添加光ファイバＥＦ２の励起コアＣｅ２に入射する。光増幅器Ｇｆ１は、励起光Ｌｐによりエルビウムを励起させることにより、信号コアＣｓ１および信号コアＣｓ２を通してそれぞれ伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。
【0132】
同様に、光増幅器Ｇｆ２は、半導体レーザＬｆ４から半導体レーザＬｆ６の各半導体レーザＬｆにより発せられた励起光Ｌｐにより、信号コアＣｓ３および信号コアＣｓ４を通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。光増幅器ＧｆＭは、半導体レーザＬｆ３Ｍ－３から半導体レーザＬｆ３Ｍの各半導体レーザＬｆにより発せられた励起光Ｌｐにより、信号コアＣｓ２Ｍ－１および信号コアＣｓ２Ｍを通して伝送される信号光Ｌｓを増幅させる。
【0133】
光増幅器Ｇｆ２から光増幅器ＧｆＭは、光増幅対象の信号コアＣｓが異なる点を除き、構成および機能は光増幅器Ｇｆ１と同じである。
【0134】
光増幅器Ｇｆが備えている半導体レーザＬｆを駆動させる駆動回路は、図１１に示した駆動回路Ｄｅを適用できる。
【0135】
以上のように光増幅器Ｇｆは、励起コアＣｅ二つあたり三つの半導体レーザＬｆそれぞれにより発せられた励起光Ｌｐを光注入同期方式により合成することによって、駆動電流Ｉを減少させ、動作電流が小さい光増幅器を提供できる。また光増幅器Ｇｆは、電圧降下を抑制し、光増幅器Ｇｅの動作電流を小さくすると共に、駆動回路Ｄｅの配置面積を小さくすることができる。
【0136】
本実施形態では光注入同期方式を例示したが、複合共振器方式または主発振器出力増幅器方式を適用することもできる。また光増幅器Ｇｆは、偏波合成方式、光注入同期方式、複合共振器方式または主発振器出力増幅器方式を組み合わせて、励起光Ｌｐを合成してもよい。
【0137】
以上、各実施形態および変形例を説明してきたが、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。
【0138】
上述した実施形態では、光通信システムとして光海底ケーブルシステムを例示したが、これに限定されるものではない。実施形態は、光海底ケーブルシステム以外の光通信システムにも適用可能である。
【0139】
実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
【符号の説明】
【0140】
１００…光通信システム、
１０…第１給電装置、
２０…第２給電装置、
５０…共振方向、
５１…上面電極、
５２…下面電極、
５３…電流ブロック層、
５４…反射防止膜、
５５，５６…配線、
５７…活性層、
５８…出力方向、
Ｍ…信号コアの数、
Ａｉ，Ａｏ…直流電流源、
Ｔ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｆ…中継器、
ＰＬ…給電線、
Ｒ…抵抗、
Ｖ，Ｖｓ，ＶＬ…電圧、
Ｇ，Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｇｆ…光増幅器、
Ｌ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ…半導体レーザ（励起光源）、
ＰＢ…偏波素子（合成部）、
Ｂ…３ＤＢカプラ、
Ｐ…ポンプ合流器、
ＥＦ…エルビウム添加光ファイバ（希土類元素添加光ファイバ）、
Ｆｕ…上り光ファイバ、
Ｆｄ…下り光ファイバ、
Ｌｐ…励起光、
Ｌｓ…信号光、
Ｃｓ…信号コア、
Ｃｅ…励起コア（コア）、
ＣＬ…クラッド、
Ｃｖ…定電圧回路、
Ｃｉ…定電流回路、
Ｉ…駆動電流、
Ｉｓ…電流、
Ｖｒ…基準電圧、
Ｉｒ…基準電流、
Ａ１，Ａ２…電流源、
Ｇｖ１，Ｇｖ１Ｘ，Ｇｖ２，Ｇｖ２Ｘ…供給電圧、
Ｇｐ１，Ｇｐ１Ｘ， Ｇｐ２，Ｇｐ２Ｘ…消費電力。
１０…第１給電装置、
２０…第２給電装置、
５０…共振方向、
５１…上面電極、
５２…下面電極、
５３…電流ブロック層、
５４…反射防止膜、
５５，５６…配線、
５７…活性層、
５８…出力方向、
Ｍ…信号コアの数、
Ａｉ，Ａｏ…直流電流源、
Ｔ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｆ…中継器、
ＰＬ…給電線、
Ｒ…抵抗、
Ｖ，Ｖｓ，ＶＬ…電圧、
Ｇ，Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｇｆ…光増幅器、
Ｌ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ…半導体レーザ（励起光源）、
ＰＢ…偏波素子（合成部）、
Ｂ…３ＤＢカプラ、
Ｐ…ポンプ合流器、
ＥＦ…エルビウム添加光ファイバ（希土類元素添加光ファイバ）、
Ｆｕ…上り光ファイバ、
Ｆｄ…下り光ファイバ、
Ｌｐ…励起光、
Ｌｓ…信号光、
Ｃｓ…信号コア、
Ｃｅ…励起コア（コア）、
ＣＬ…クラッド、
Ｃｖ…定電圧回路、
Ｃｉ…定電流回路、
Ｉ…駆動電流、
Ｉｓ…電流、
Ｖｒ…基準電圧、
Ｉｒ…基準電流、
Ａ１，Ａ２…電流源、
Ｇｖ１，Ｇｖ１Ｘ，Ｇｖ２，Ｇｖ２Ｘ…供給電圧、
Ｇｐ１，Ｇｐ１Ｘ， Ｇｐ２，Ｇｐ２Ｘ…消費電力。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】