(57)【要約】【課題】入力信号光パワーが急激に変化しても、利得を急激に変化させない、又は利得の変化を抑圧可能な増幅用ファイバを提供する。【解決手段】エルビウムイオンが添加されたコアと、コアを囲み、コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を備え、コアとクラッドとの比屈折率差Δｎ５１は、コアの半径ａに関する所定の式で表される比屈折率差Δｎ１及びコアの半径ａに関する所定の式で表される比屈折率差Δｎ２のうち小さい方の値以下である。【選択図】図２
2020126973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エルビウムイオンが添加されたコアと、
前記コアを囲み、前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、
を備え、
前記コアと前記クラッドとの比屈折率差は、以下の（１）式で表される第１比屈折率差及び（２）式で表される第２比屈折率差のうち小さい方の値以下である、
増幅用ファイバ。
【数１】
2020126973.tif 000013
【数２】
2020126973.tif 000014
なお、上述の（１）及び（２）において、ａは前記コアの半径［μｍ］を表し、Δｎ１は前記第１比屈折率差［％］を表し、Δｎ２は前記第２比屈折率差［％］を表す。
【請求項２】
前記コアは互いに間隔をあけて複数設けられ、
複数の前記コアと前記クラッドとの各比屈折率差は、前記第１比屈折率差及び前記第２比屈折率差のうち小さい方の値以下であり、
前記コアの半径は（５）式を満たす、
請求項１に記載の増幅用ファイバ。
【数３】
2020126973.tif 000015
【請求項３】
前記第１比屈折率差及び前記第２比屈折率差のうち小さい方の値が２．８％より大きくなる前記コアの半径の領域では、前記コアと前記クラッドとの比屈折率差は２．８％以下である、
請求項１または２に記載の増幅用ファイバ。
【請求項４】
エルビウムイオンが添加されたコアと、
前記コアを囲み、前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、
を備え、
前記コアと前記クラッドとの比屈折率差は、以下の（３）式で表される第３比屈折率差及び以下の（４）式で表される第４比屈折率差のうち小さい方の値以下である、
増幅用ファイバ。
【数４】
2020126973.tif 000016
【数５】
2020126973.tif 000017
なお、上述の（３）及び（４）において、ａは前記コアの半径［μｍ］を表し、Δｎ３は前記第３比屈折率差［％］を表し、Δｎ４は前記第４比屈折率差［％］を表す。
【請求項５】
前記コアは互いに間隔をあけて複数設けられ、
複数の前記コアと前記クラッドとの各比屈折率差は、前記第３比屈折率差及び前記第４比屈折率差のうち小さい方の値以下であり、
前記コアの半径は（５）式を満たす、
請求項４に記載の増幅用ファイバ。
【数６】
2020126973.tif 000018
【請求項６】
前記第３比屈折率差及び前記第４比屈折率差のうち小さい方の値が２．８％より大きくなる前記コアの半径の領域では、前記コアと前記クラッドとの比屈折率差は２．８％以下である、
請求項４または５に記載の増幅用ファイバ。
【請求項７】
前記クラッドは、
複数の前記コアを囲み、前記コアの屈折率より低い屈折率を有する第１クラッドと、
前記第１クラッドを囲み、前記第１クラッドの屈折率より低い屈折率を有する第２クラッドと、
を有する、
請求項２，３，５，６のいずれか一項に記載の増幅用ファイバ。
【請求項８】
ボビンに巻き取られ、
前記ボビンに接着されている、
請求項１から７のいずれか一項に記載の増幅用ファイバ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の増幅用ファイバと、
前記増幅用ファイバに入力する励起光を発する半導体レーザ光源と、
前記増幅用ファイバに入力される信号光及び前記増幅用ファイバから出力される信号光のパワーに応じて検出される利得から前記半導体レーザ光源に供給する電流を発生させるフィードバック回路と、
を備える、
光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ増幅器の増幅媒体として適用可能な増幅用ファイバ及び光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の光伝送システムでは、１本のファイバに互いに異なる複数の波長の信号光を多重して伝送する波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）伝送方式が採用されている。長距離のＷＤＭ伝送では、エルビウム添加ファイバ増幅器（Erbium Doped optical Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）が光中継装置に用いられ、伝送波長帯として１．５μｍ帯が用いられている。
【０００３】
ＷＤＭ伝送方式を用いた光ネットワークでは、光ノード間距離の差によるスパンロスの差異があるだけではなく、ファイバへの接触、経年変化等によりスパンロスが変動し、光パス切り替え、設備の増設又は撤去、光通信ノードの障害等によりチャネル数が変更される。スパンロスの変動やチャネル数の変更は、光ネットワーク内で使用されるＥＤＦＡの入力信号光パワーを変化させる。ＷＤＭ伝送で使用されるＥＤＦＡは、複数の波長の信号光を各々等しい利得で増幅させる必要があるので、伝送波長帯において利得の波長依存性が平坦になるように設計される。しかし、ある信号光の入力信号光パワーで利得の波長依存性が平坦である場合に、ＥＤＦＡの入力信号光パワーが変化すると、ＥＤＦＡの利得の波長依存性は平坦ではなくなり、利得チルトが生じる。利得チルトが生じると、十分な利得が得られない信号光や、利得が大きくなりすぎる信号光が生じ、光ネットワークの伝送特性が劣化する。したがって、ＷＤＭ伝送方式を用いた光ネットワークで使用されるＥＤＦＡは、入力信号光パワーの変化に対して常に一定の利得で且つ利得の波長依存性が平坦であるように利得制御される必要がある。
【０００４】
ＥＤＦＡの利得制御の方法の１つに、入力信号光パワーの増減に対して励起光パワーを増減し、入力信号光パワーに変化があっても常に利得の波長依存性を平坦な状態に保つ励起光パワー制御法がある。ＥＤＦＡでは、励起光源として半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）が用いられる。励起光パワーの増減は、フィードバック制御回路によってＬＤへの注入電流（ＬＤ駆動回路の駆動電流）を増減することによって行われる。
【０００５】
特に、ＷＤＭ信号の波長数変化による入力信号光パワー変化に対しては、高速に励起光パワーを調整して、利得を高速に制御する必要がある。例えば、図１３には、時間ｔ＝０でＥＤＦＡの入力信号光パワーが減少したとき、励起光パワーが一定である条件下である場合のＥＤＦＡ利得の過渡応答（図１３の破線）と、励起光パワー制御法による利得制御時の過渡応答（図１３の実線）の数値計算例を示す。図１３の破線で示すように、励起光パワーが一定である条件下では、急激な入力信号光パワーの減少により、ＥＤＦＡの利得（図１３の利得変化）は急激に増加する。一方、励起光パワー制御を行うことにより、ＥＤＦＡの利得の急激な変化は、ある程度抑圧される。ところが、フィードバック制御回路とＬＤ駆動回路は、有限の応答時間を有するため、入力信号光パワーの減少直後のＥＤＦＡの利得は急激に増加する。入力信号光パワーが急激に増加した場合は、ＥＤＦＡの利得は急激に減少する。このようなＥＤＦＡの利得の急激な変化は、信号光パワーに急激な変化をもたらし、光ネットワークの伝送特性の劣化の原因となる。
【０００６】
例えば、非特許文献１に開示されている伝送システムでは入力信号光パワーの減少は１５ｄＢ（即ち、３２波→１波の変化）であり、非特許文献２に開示されている伝送システムでは入力信号光パワーの減少は１６ｄＢ（即ち、４０波→１波の変化）である。入力信号光パワーの減少量は互いに異なるが、非特許文献１，２に開示されている伝送システムでのＥＤＦＡの利得の変化は、１．０ｄＢ程度である。実現性の高いＬＤ駆動回路のスループットは帯域１ＭＨｚ且つ数タップで数１００ｋＨｚといわれており、このようなスループットに対応するためには、ＥＤＦＡの利得変化速度が０．２ｄＢ／μｓ程度を下回る必要がある。
【０００７】
光伝送システムの伝送容量を飛躍的に増大させるために、１本のファイバに複数のコアを有するマルチコアファイバを伝送路に用いたマルチコア光伝送システムの開発が進められている。マルチコアファイバの各コアに互いに異なる情報を伝送するＷＤＭ信号を伝搬させることによって、従来のように１本に１つのコアを有する単一コアファイバを伝送路として用いる場合に比べて、飛躍的に伝送容量を増大させることができる。長距離のマルチコア光伝送システムでは、伝送中に強度が低下した信号光を増幅するため、従来の単一コアファイバを伝送路として用いる光伝送システムと同様にマルチコアファイバＥＤＦＡが用いられている。
【０００８】
例えば、非特許文献３には、エルビウムイオンを添加した複数のコアと、径方向の内側の第１クラッドとその外側の第２クラッドとを有するダブルクラッド構造を備えたクラッド励起マルチコアファイバＥＤＦＡが開示されている、非特許文献３に開示されているクラッド励起マルチコアファイバＥＤＦＡでは、第１クラッドの屈折率がコアの屈折率より小さくなっている。また、非特許文献３に開示されているクラッド励起マルチコアファイバＥＤＦＡは、第２クラッドの屈折率より大きいダブルクラッドエルビウム添加ファイバと、１台の高出力マルチモード励起光源とを備えている。クラッド励起マルチコアファイバＥＤＦＡでは、単純にマルチモード励起光源の出力光パワーを調整しても、前述のような入力信号光パワーの変化時の利得制御が行えない。即ち、あるコアの入力信号光パワーが変化したとしても、他のコアの入力信号光パワーがあるコアの入力信号光パワーと同様に変化するとは限らない。そのため、非特許文献３に開示されているクラッド励起マルチコアファイバＥＤＦＡでは、あるコアの入力信号光パワーの変化に対して、マルチモード励起光源の出力光パワーを調整すると、入力信号光パワーが変化していないコアの利得が変化してしまうという問題があった。この問題を解決するために、例えば、非特許文献４には、クラッド励起用のマルチモード励起光源だけではなく、コア毎に信号光と励起光とを合波してエルビウムイオンを励起するためのコア励起光源を備えたクラッド励起マルチコアファイバＥＤＦＡが提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「高速制御機能付き小型アンプ」, 古河電工時報, 第116号, pp. 79-80 (平成17年7月).
【非特許文献２】杉本亮, 宮内秀徳, 島研介, 姫野邦治, 細谷英行, 堀内嘉明, 田中祥顕, 及川陽一, 志賀代康, 長枝浩, フジクラ技報, Vol. 1, No. 116, pp. 1-5, (2009年7月).
【非特許文献３】Y. Mimura, et al., “Batch Multicore Amplification with Cladding-Pumped Multicore EDF,” ECOC 2012 Technical Digest, paper Tu.4.F.1 (2012).
【非特許文献４】M. Yamada et al., “Gain Control in Multi-Core Erbium/Ytterbium-Doped Fiber Amplifier with Hybrid Pumping,” Proc. OECC 2016, paper WC1-2 (2016).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献４に開示されているクラッド励起マルチコアファイバＥＤＦＡによれば、利得制御が可能になるが、前述のＬＤ駆動回路が有限の応答時間を有するために生じる利得の急激な変化が生じてしまうという課題は依然として残っている。
【００１１】
上述のように、従来の光ファイバ増幅器では、ＷＤＭ信号の波長数の変化による入力信号光パワーの変化に対して、高速に励起光パワーを調整し、利得を高速に制御する必要があった。しかしながら、このようなＥＤＦＡの利得の急激な変化は、信号光パワーに急激な変化をもたらし、光ネットワークの伝送特性の劣化の原因となる。特に、近年開発されたマルチコアファイバＥＤＦＡでは、ＬＤ駆動回路が有限の応答時間を有するために生じる利得の急激な変化によって、入力信号光パワー変化時の利得制御が行えないという課題があった。また、カットオフ波長が信号光の波長近傍或いは信号光波長より長い場合、ファイバが送風の影響で揺れると、ファイバのコアで伝搬する光信号も揺らいでしまうという課題があった。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、入力信号光パワーが急激に変化しても、利得を急激に変化させない、又は利得の変化を抑圧可能な増幅用ファイバ及び光増幅器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の増幅用ファイバは、エルビウムイオンが添加されたコアと、前記コアを囲み、前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を備え、前記コアと前記クラッドとの比屈折率差は、以下の（１）式で表される第１比屈折率差及び以下の（２）式で表される第２比屈折率差のうち小さい方の値以下である。
【００１４】
【数１】
2020126973.tif 000003
【００１５】
【数２】
2020126973.tif 000004
【００１６】
なお、上述の（１）及び（２）において、ａは前記コアの半径［μｍ］を表し、Δｎ１は前記第１比屈折率差［％］を表し、Δｎ２は前記第２比屈折率差［％］を表す。
【００１７】
本発明の増幅用ファイバでは、前記コアは互いに間隔をあけて複数設けられ、複数の前記コアと前記クラッドとの各比屈折率差は、前記第１比屈折率差及び前記第２比屈折率差のうち小さい方の値以下であり、前記コアの半径は（５）式を満たしてもよい。
【００１８】
【数３】
2020126973.tif 000005
【００１９】
本発明の増幅用ファイバでは、前記第１屈折率差及び前記第２比屈折率差のうち小さい方の値が２．８％より大きくなる前記コアの半径の領域では、前記コアと前記クラッドとの比屈折率差は２．８％以下であってもよい。
【００２０】
本発明の増幅用ファイバは、エルビウムイオンが添加されたコアと、前記コアを囲み、前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を備え、前記コアと前記クラッドとの比屈折率差は、以下の（３）式で表される第３比屈折率差及び以下の（４）式で表される第４比屈折率差のうち小さい方の値以下である。
【００２１】
【数４】
2020126973.tif 000006
【００２２】
【数５】
2020126973.tif 000007
【００２３】
なお、上述の（３）及び（４）において、ａは前記コアの半径［μｍ］を表し、Δｎ３は前記第３比屈折率差［％］を表し、Δｎ４は前記第４比屈折率差［％］を表す。
【００２４】
本発明の増幅用ファイバでは、前記コアは互いに間隔をあけて複数設けられ、複数の前記コアと前記クラッドとの各比屈折率差は、前記第３比屈折率差及び前記第４比屈折率差のうち小さい方の値以下であり、前記コアの半径は（５）式を満たしてもよい。
【００２５】
【数６】
2020126973.tif 000008
【００２６】
本発明の増幅用ファイバでは、前記第３屈折率差及び前記第４比屈折率差のうち小さい方の値が２．８％より大きくなる前記コアの半径の領域では、前記コアと前記クラッドとの比屈折率差は２．８％以下であってもよい。
【００２７】
本発明の増幅用ファイバでは、前記クラッドは、複数の前記コアを囲み、前記コアの屈折率より低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲み、前記第１クラッドの屈折率より低い屈折率を有する第２クラッドと、を有してもよい。
【００２８】
本発明の増幅用ファイバは、ボビンに巻き取られ、前記ボビンに接着されていてもよい。
【００２９】
本発明の光増幅器は、上述の増幅用ファイバと、前記増幅用ファイバに入力する励起光を発する半導体レーザ光源と、前記増幅用ファイバに入力される信号光及び前記増幅用ファイバから出力される信号光のパワーに応じて検出される利得から前記半導体レーザ光源に供給する電流を発生させるフィードバック回路と、を備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、入力信号光パワーが急激に変化しても、利得を急激に変化させない、又は利得の変化を抑圧可能な増幅用ファイバ及び光増幅器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の増幅用ファイバの断面図である。
【図２】図１に示す増幅用ファイバのコア及び比屈折率差が満たす領域を示すためのコアの半径と比屈折率差との関係を表すグラフである。
【図３】図１に示す増幅用ファイバのコア及び比屈折率差が満たす領域を示すためのコアの半径と比屈折率差との関係を表す別のグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態の光増幅器の概略図である。
【図５】図４に示す光増幅器での経過時間に対する利得変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態の増幅用ファイバの断面図である。
【図７】図６に示す増幅用ファイバの変形例を示す断面図である。
【図８】図６又は図７に示す増幅用ファイバを備えた光増幅器の概略図である。
【図９】コアの半径と従来のＥＤＦＡに対する図８に示す光増幅器の消費電力比との関係を示すグラフである。
【図１０】図６又は図７に示す増幅用ファイバのコア及び比屈折率差が満たす領域を示すためのコアの半径と比屈折率差との関係を表すグラフである。
【図１１】図６又は図７に示す増幅用ファイバのコア及び比屈折率差が満たす領域を示すためのコアの半径と比屈折率差との関係を表す別のグラフである。
【図１２】図８に示す光増幅器での経過時間に対する利得変化を示すグラフである。
【図１３】従来の光増幅器での経過時間に対する利得変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の増幅用ファイバ及び光増幅器の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【００３３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態の増幅用ファイバ５１は、例えば光ファイバ増幅器の増幅媒体として用いられる。図１に示すように、増幅用ファイバ５１は、１個のコア６１と、コア６１を囲むクラッド６５とを備え、所謂シングルコア・エルビウム添加ファイバである。コア６１には、エルビウムイオンが添加されている。
【００３４】
コア６１とクラッド６５との比屈折率差Δｎ５１は、図２又は図３において網掛けで図示されている領域内に制限されている。図２のグラフは、増幅用ファイバ５１をＣ帯の信号光の増幅に適用する場合を想定して数値計算された、コアの半径と比屈折率差Δｎ５１［％］との関係を表している。図３のグラフは、増幅用ファイバ５１をＬ帯の信号光の増幅に適用する場合を想定して数値計算された、コアの半径と比屈折率差との関係を表している。上述のＣ帯は１５３０ｎｍ以上１５６５ｎｍ以下の波長帯を表し、Ｌ帯は１５６５ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長帯を表す。なお、半径ａが１μｍより小さくなると、エルビウム添加ファイバの増幅に必要なファイバ長が極端に長くなる。このことから、１μｍより半径ａが小さいエルビウム添加ファイバは略使用されないため、図２及び図３のグラフでは半径ａが１μｍ以下である場合は図示されていない。
【００３５】
増幅用ファイバ５１における入力信号光パワーの変化に対して、利得の変化を０．２ｄＢ未満に抑えるためには、入力信号光パワーの変化直後の利得変化速度が０．２ｄＢ／μｓ未満である必要がある。このことは、フィードバック制御回路及びＬＤ駆動回路の帯域が概ね１ＭＨｚであることによる。利得変化速度は、コア６１の半径ａ［μｍ］と比屈折率差Δｎ５１によって異なる。増幅用ファイバ５１がＣ帯の信号光の増幅に適用されるとき、図２に示すように、半径ａが１μｍから増加していくと、利得変化速度が０．２ｄＢ／μｓとなる比屈折率差（第１比屈折率差）Δｎ１は、次に示す（１）式で表される境界線１−１より小さい領域となる。
【００３６】
【数７】
2020126973.tif 000009
【００３７】
同様に、増幅用ファイバ５１がＬ帯の信号光の増幅に適用されるとき、図３に示すように、半径ａが１μｍから増加していくと、利得変化速度が０．２ｄＢ／μｓとなる比屈折率差（第３比屈折率差）Δｎ３の境界線１−２は、次に示す（３）式で表される境界線１−１より小さい領域となる。
【００３８】
【数８】
2020126973.tif 000010
【００３９】
Ｃ帯において比屈折率差Δｎ５１が比屈折率差Δｎ１より小さい領域、及びＬ帯において比屈折率差Δｎ５１が後述する比屈折率差Δｎ２より小さい領域では、利得変化速度は略０．２ｄＢ／μｓとなる。比屈折率差Δｎ５１を固定して半径ａを増大させた場合、所定の半径より半径ａが大きくなると、コア６１の許容モードが高次モードとなり、モード結合によってシングルモードの信号光増幅の増幅効率が低下する。前述の所定の半径は、比屈折率差Δｎ５１によって変動する。しかしながら、増幅用ファイバ５１と光増幅器を構成するピグテイルファイバ（図示略）との融着接続において、コア６１の中心とピグテイルファイバのコアの中心とを合わせるように融着接続することにより、増幅用ファイバ５１の入力端で高次モード光の励振が抑えられる。
【００４０】
また、増幅用ファイバ５１はボビンにコイル状に巻き付けられ、接着剤等でボビンに接着及び固定されている。このことによって、例えば送風による増幅用ファイバ５１の振動等の機械的擾乱が回避される。このようにしてシングルモードの信号光が増幅用ファイバ５１を伝搬中に高次モードにモード変換されることを抑圧することによって、カットオフ波長が２μｍ以下であるときには増幅用ファイバ５１を実効的にシングルモードファイバ（Single Mode Fiber：ＳＭＦ）として取り扱うことができる。
【００４１】
半径ａが前述の所定の半径より大きい領域において、増幅用ファイバ５１がＣ帯の信号光の増幅に適用されるとき、図２に示すように、増幅用ファイバ５１のカットオフ波長が２μｍとなる比屈折率差（第２比屈折率差）Δｎ２の境界線２−１は、次に示す（２）式で表される。
【００４２】
【数９】
2020126973.tif 000011
【００４３】
同じく、半径ａが前述の所定の半径より大きい領域において、増幅用ファイバ５１がＬ帯の信号光の増幅に適用されるとき、図３に示すように、増幅用ファイバ５１のカットオフ波長が２μｍとなる比屈折率差（第４比屈折率差）Δｎ４の境界線２−２は、次に示す（４）式で表される。
【００４４】
【数１０】
2020126973.tif 000012
【００４５】
図２からわかるように、増幅用ファイバ５１がＣ帯の信号光の増幅に適用されるとき、比屈折率差Δｎ５１は、比屈折率差Δｎ１及び比屈折率差Δｎ２のうち小さい方の値以下になっている。同様に、図３からわかるように、増幅用ファイバ５１がＬ帯の信号光の増幅に適用されるとき、比屈折率差Δｎ５１は、比屈折率差Δｎ３及び比屈折率差Δｎ４のうち小さい方の値以下になっている。なお、比屈折率差Δｎ１と比屈折率差Δｎ２が互いに同一の値になる場合、及び比屈折率差Δｎ３と比屈折率差Δｎ４が互いに同一の値になる場合は、前述の「小さい方の値」は、互いに同一になった値を意味する。
【００４６】
上述の増幅用ファイバ５１によれば、比屈折率差Δｎ５１が図２及び図３のそれぞれにおいて網掛けで図示されている領域内に制限されていることによって、半径ａ及び比屈折率差Δｎ５１の相関関係は、入力信号光パワーの変化の際に利得変化値が所定の基準値を満たす値となる領域に制限される。ここで、所定の基準値とは、光ネットワークの伝送特性を劣化させない基準値を意味し、例えば０．２ｄＢ未満である。半径ａ及び比屈折率差Δｎ５１の相関関係が前述のように制限されることによって、ＷＤＭ信号光の波長数の変化による入力信号光パワーの変化に対して、フィードバック制御による利得制御を行った際に、利得変化を０．２ｄＢ未満に抑えることができる。
【００４７】
なお、図３では、境界線１−２と境界線２−２はΔｎ＞２．８％の領域で交わる。しかしながら、石英ガラスや石英ガラスより高い屈折率を有するガラスであるテルライトガラスまたは酸化ビスマスガラスを用いたとしても、ガラスファイバでΔｎ５１＞２．８％は実現困難である。このことから、増幅用ファイバ５１の実用性を考慮すると、境界線１−２と境界線２−２がΔｎ＞２．８％で交わる半径ａの領域では、比屈折率差Δｎ５１は、２．８％以下になっている。図２及び図３には、Δｎ＝２．８％との条件が満たすべき比屈折率Δｎ５の境界線３−１，３−２として図示されている。
【００４８】
図４に示す光増幅器１０１は、上述の増幅用ファイバ５１に加えて、ＬＤ光源（半導体レーザ光源）１２−１，１２−２、合分波器１３−１，１３−２、光分岐器１４−１，１４−２、光検出器１５−１，１５−２、利得等化器１６、フィードバック回路１７を備えている。ＬＤ光源１２−１，１２−２は、増幅用ファイバ５１に入力する励起光を発する。合分波器１３−１，１３−２は、不図示の光アイソレータを内蔵し、信号光と励起光とを合波又は分波する。光分岐器１４−１，１４−２は、入力された光の一部を分岐する。光検出器１５−１，１５−２は、光分岐器１４−１，１４−２によって分岐された光をその光のパワーに応じて電流又は電圧に変換する。利得等化器１６は、増幅用ファイバ５１の利得の波長依存性を等化する。フィードバック回路１７は、光検出器１５−１，１５−２での検出結果を用いて利得を演算し、演算結果からＬＤ光源１２−１，１２−２に供給する調整電流（電流）を発生させる。
【００４９】
光増幅器１０１における利得制御は、入力信号光パワーが変化したときに、光検出器１５−１，１５−２のそれぞれの検出値から演算される利得が一定となるように、フィードバック回路１７がＬＤ光源１２−１，１２−２のそれぞれへの駆動電流を調整することによって、行われる。
【００５０】
図５の実線は、半径ａが２μｍ、比屈折率差Δｎ５１が０．８％であって、信号光がＣ帯であると想定した光増幅器１０１において、信号光の波長数が４０から１に変化したときの、残った１波長の利得制御の様子を示している。図５の破線は、参照として、増幅用ファイバ５１に替えて、半径ａが２μｍ、比屈折率差Δｎが１．５％のエルビウム添加ファイバを用いて、その他の条件は実線で表されている様子と同様にした光増幅器１０１の利得制御の様子を示している。半径ａが２μｍ且つ比屈折率差Δｎ５１が０．８％であるという条件は図２の網掛けされた領域内にあるが、半径ａが２μｍ且つ仮に比屈折率差Δｎ５１が１．５％であるという条件は図２の網掛けされた領域外にある。図５の実線で示すように、半径ａが２μｍ且つ比屈折率差Δｎ５１が０．８％である増幅用ファイバ５１を用いた場合、利得変化の最大値が０．２ｄＢを下回っている。一方、半径ａが２μｍ、比屈折率差Δｎが１．５％のエルビウム添加ファイバを用いた場合は利得変化が最大で約０．３５ｄＢに達することがわかる。この結果から、増幅用ファイバ５１によれば、ＷＤＭ信号光の波長数の変化による入力信号光パワーの変化に対して、フィードバック制御による利得制御を行った際に、利得変化を０．２ｄＢ未満に抑えられることを確認できる。
【００５１】
また、光増幅器１０１において信号光がＣ帯である構成において、図２で網掛された領域内にある条件を満たし、半径ａが３．５μｍ、比屈折率差Δｎ５１が０．８％である増幅用ファイバ５１を用いた場合と、半径ａが３．５μｍ、比屈折率差Δｎが１．５％であるエルビウム添加ファイバを用いた場合に、利得２５ｄＢに必要な励起光パワーを比較した。その結果、半径ａが３．５μｍ、比屈折率差Δｎ５１が０．８％である増幅用ファイバ５１では、半径ａが３．５μｍ、比屈折率差Δｎが１．５％であるエルビウム添加ファイバの９倍の励起光パワーが必要となり、カットオフ波長が２μｍを超えた。
【００５２】
さらに、半径ａが３．５μｍ、比屈折率差Δｎ５１が０．８％である増幅用ファイバ５１をボビンに巻き付けだけでは、１ｍ／ｓの送風環境下において利得が正常値から（＋−）０．８ｄＢ程、時間的に変動した。前記（＋−）は、プラスマイナスの記号を表している。これに対し、上述の増幅用ファイバ５１をボビンに巻き付けてボビンに接着及び固定した場合は、利得が正常値から変化しないことが確認された。
【００５３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態の増幅用ファイバ５２は、図６に示すように、互いに等間隔をあけて配置された７個のコア６１と、これらのコア６１を囲むクラッド６５とを備えている。クラッド６５は、７個のコア６１を隙間なく囲む第１クラッド（クラッド）６２と、第１クラッド６２を囲む第２クラッド６３と、を備えている。
【００５４】
第１クラッド６２の屈折率は、コア６１の屈折率より低い。第１クラッド６２は、励起光を伝搬し、その励起光により全てのコア６１に添加されたエルビウムイオンを一括して励起できる。第２クラッド６３の屈折率は、第１クラッド６２の屈折率より低い。増幅用ファイバ５２は、ダブルクラッド構造のマルチコア・エルビウム添加ファイバである。増幅用ファイバ５２，５３の比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３はそれぞれ、コア６１と第１クラッド６２との比屈折率差を意味する。
【００５５】
図７に示す増幅用ファイバ５３は、増幅用ファイバ５２の変形例であり、互いに等間隔をあけて配置された１９個のコア６１と、これらのコア６１を囲むクラッド６５とを備えている。
【００５６】
図８に示す光増幅器１０２は、増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３に加えて、ＬＤ光源１２−１，１２−２、合分波器１３−１，１３−２、光分岐器１４−１，１４−２、光検出器１５−１，１５−２、利得等化器１６、フィードバック回路１７を備えている。但し、フィードバック回路１７は、光検出器１５−１，１５−２での検出結果を用いて利得を演算するが、後述するように演算結果からＬＤ光源１２−２に供給する調整電流のみを発生させる。
【００５７】
光増幅器１０２は、ファンイン部品１８−１及びファンアウト部品１８−２をさらに備えている。ファンイン部品１８−１は、合分波器１３−１と光分岐器１４−１との間に設けられ、シングルコアファイバからマルチコアへ変換する。ファンアウト部品１８−２は、増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３の合分波器１３−１とは反対側の端部と合分波器１３−２との間に設けられ、マルチコアからシングルコアファイバへ変換する。ＬＤ光源１２−１はマルチモードＬＤである。ＬＤ光源１２−１の励起光は、合分波器１３−１を介して増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３の第１クラッド６２に結合し、クラッド励起光として用いられる。一方、ＬＤ光源１２−２は、シングルモードＬＤである。ＬＤ光源１２−２の励起光は、合分波器１３−２によって信号光と合波され、増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３のコア６１に入力され、コア励起光として用いられる。利得制御は、入力信号光パワーが変化したときに、光検出器１５−１，１５−２の検出値から演算される利得が一定となるようにフィードバック回路１７がＬＤ光源１２−２への駆動電流のみを調整することによって、行われる。このとき、ＬＤ光源１２−１の駆動電流は、一定に保持される。
【００５８】
クラッド励起を用いたマルチコアＥＤＦＡは、クラッド励起の光源が１つで済むため、光増幅器の消費電力を低下できる低消費電力効果を奏する。しかしながら、この低消費電力効果はエルビウム添加ファイバのコアの半径が所定の半径より小さくなると得られない。これは、コアの半径が小さいと、コアに添加されたエルビウムイオンが第１クラッドを伝搬する励起光を十分に吸収することができず、増幅に使用されない励起光パワーが増大し、光増幅器の消費電力を上昇させることによる。低消費電力効果の有無を決める境界のコアの半径は、２．３μｍとなる。図９は、低消費電力効果の有無の境界が半径ａ＝２．３μｍにあることの根拠を示している。
【００５９】
図９に示すように、従来のＥＤＦＡに対する消費電力比をコア半径に対してプロットしたものである。従来のＥＤＦＡに対する消費電力比は、クラッド励起を用いたマルチコアＥＤＦＡとしての増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３の消費電力を、同等の増幅特性を有するシングルコアＥＤＦＡの消費電力×マルチコアＥＤＦＡのコア数で除算することで算出した。図９の実線は、増幅用ファイバ５２の消費電力について算出した結果を示す。図９の破線は、増幅用ファイバ５３の消費電力について算出した結果を示す。図９の実線と破線は、互いに略重なっている。増幅用ファイバ５２，５３の従来のＥＤＦＡに対する消費電力比は共に、半径ａが２．３μｍ以上で１を下回っている。半径ａが２．３μｍ以上であるときに、増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３が低消費電力効果を奏することになる。
【００６０】
したがって、増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３において、０．２ｄＢ／μｓの利得変化速度が得られる半径ａと比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３の制限領域は、図２及び図３で網掛けされた領域から、図１０及び図１１に示すように、さらに半径ａが２．３μｍ以上の制限を受ける。即ち、図１０は、増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３がＣ帯の信号光の増幅に適用される場合の半径ａと比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３の制限領域を表している。図１１は、増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３がＬ帯の信号光の増幅に適用される場合の半径ａと比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３の制限領域を示している。図１１に示すように、増幅用ファイバ５２又は増幅用ファイバ５３がＬ帯の信号光の増幅に適用される場合、境界線１−２は半径ａが２．３μｍ未満の領域にあり、網掛けの制限領域には現れない。
【００６１】
図１２の実線は、半径ａが２．４μｍであり、且つ比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３が１．７％である増幅用ファイバ５２，５３を用いた光増幅器１０２で信号光がＣ帯であるとした場合、信号光の波長数が４０から１に変化したときの残った１波長の利得制御の様子を示している。図１２の破線は、参照として、増幅用ファイバ５２，５３に替えて、半径ａが２．４μｍであり、且つ比屈折率差Δｎが２．０％のエルビウム添加ファイバを用いた場合の利得制御の様子を示している。半径ａが２．４μｍであり、且つ比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３が１．７％であるという条件は、図１０に示す網掛けの領域内にある。しかしながら、半径ａが２．４μｍであり、且つ比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３が２．０％であるという条件は、図１０に示す網掛けの領域外にある。図１２に実線で示すように、増幅用ファイバ５２，５３を用いた場合は利得変化の最大値が０．２ｄＢを下回っている。一方、図１２に破線で示すように、半径ａが２．４μｍであり、且つ比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３が２．０％のエルビウム添加ファイバを用いた場合は利得変化の最大値が約０．３ｄＢになり、０．２ｄＢを上回っている。この結果から、増幅用ファイバ５２，５３によれば、ＷＤＭ信号光の波長数の変化による入力信号光パワーの変化に対して、フィードバック制御による利得制御を行った際に、利得変化を０．２ｄＢ未満に抑えられることがわかる。
【００６２】
光増幅器１０２の構成において、図１０に示す網掛けの領域内の半径ａが３．５μｍ、且つ比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３が０．８％である増幅用ファイバ５２，５３を用いた場合と、半径ａが３．５μｍ、且つ比屈折率差Δｎが１．５％であるエルビウム添加ファイバを用いた場合に、２５ｄＢの利得変化に必要なコア励起光パワーを比較した。その結果、半径ａが３．５μｍ、且つ比屈折率差Δｎが１．５％であるエルビウム添加ファイバでは、半径ａが３．５μｍ、且つ比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３が０．８％である増幅用ファイバ５２，５３の７倍ものコア励起光パワーが必要になり、カットオフ波長が２μｍを超えた。さらに、半径ａが３．５μｍ、且つ比屈折率差Δｎ５２，Δｎ５３が０．８％である増幅用ファイバ５２，５３をボビンに巻き付けだけでは、１ｍ／ｓの送風環境下において利得が正常値から±０．８ｄＢ程、時間的に変動した。これに対し、上述の増幅用ファイバ５２，５３をボビンに巻き付け、ボビンに接着及び固定したものを用いた場合には、利得が正常値から変化しなかった。第１実施形態の増幅用ファイバ５１と同様に、増幅用ファイバ５２，５３をボビンに巻き付けてボビンに接着及び固定した場合は、利得の変化が抑えられることが確認された。
【００６３】
上述のように、第１実施形態及び第２実施形態の増幅用ファイバ５１，５２，５３及び光増幅器１０１，１０２によれば、入力信号光パワーが急激に変化しても、利得を急激に変化させず、利得の変化を０．２ｄＢ以下に抑圧できる。
【００６４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。本発明の構成は、上述の目的及び効果を達成できる範囲内で変更可能である。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
５１，５２，５３…増幅用ファイバ
６１…コア
６２…第１クラッド（クラッド）
６５…クラッド
１０１，１０２…光増幅器
ａ…半径
Δｎ５１，Δｎ５２，Δｎ５３…比屈折率差
【図１】
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【図２】
2020126973.tif 000020
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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