(57)【要約】【課題】好適な特性を有するマルチコア光増幅ファイバ、ならびにこれを用いたマルチコア光ファイバ増幅器および光通信システムを提供すること。【解決手段】マルチコア光増幅ファイバは、希土類元素を添加した複数のコア部と、前記複数のコア部のそれぞれの外周に位置し、各コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する内側クラッド部と、前記内側クラッド部の外周に位置し、前記内側クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部と、を備え、カットオフ波長が前記希土類元素の光増幅波長帯以下の波長となるように前記コア部が設計されており、前記光増幅波長帯において、前記複数のコア部のうち前記内側クラッド部の外縁に最も近いコア部の漏れ損失が０．１ｄＢ／１００ｍ以下となるクラッド厚を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素を添加した複数のコア部と、
前記複数のコア部のそれぞれの外周に位置し、各コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する内側クラッド部と、
前記内側クラッド部の外周に位置し、前記内側クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部と、
を備え、カットオフ波長が前記希土類元素の光増幅波長帯以下の波長となるように前記コア部が設計されており、前記光増幅波長帯において、前記複数のコア部のうち前記内側クラッド部の外縁に最も近いコア部の漏れ損失が０．１ｄＢ／１００ｍ以下となるクラッド厚を有することを特徴とするマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項２】
前記光増幅波長帯において、直径５０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｍよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項３】
長手方向に垂直な断面における前記複数のコア部のそれぞれの間の離間距離が、前記光増幅波長帯においてコア間クロストークが−３０ｄＢ／１００ｍ以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項４】
前記複数のコア部のそれぞれの間の離間距離が、前記光増幅波長帯においてコア間クロストークが−４０ｄＢ／１００ｍ以下となるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項５】
前記複数のコア部のそれぞれの間の離間距離が、前記光増幅波長帯においてコア間クロストークが−５０ｄＢ／１００ｍ以下となるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項６】
長手方向に垂直な断面における、前記内側クラッド部の断面積に対する前記複数のコア部の合計断面積の比が１．４６０％よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項７】
前記カットオフ波長は、前記光増幅波長帯の最短波長から１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項８】
前記希土類元素はエルビウムを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項９】
前記希土類元素はエルビウムのみを含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項１０】
前記内側クラッド部の断面が非円であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項１１】
前記内側クラッド部は、前記複数のコア部のそれぞれの外周に位置するトレンチ部を有し、前記トレンチ部の屈折率は前記内側クラッド部の他の部分の屈折率よりも低い屈折率を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のマルチコア光増幅ファイバ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載のマルチコア光増幅ファイバと、
前記マルチコア光増幅ファイバの前記希土類元素を光励起する励起光を出力する励起光源と、
前記励起光を前記内側クラッド部に光学結合させる光結合器と、
を備えることを特徴とするマルチコア光ファイバ増幅器。
【請求項１３】
請求項１２に記載のマルチコア光ファイバ増幅器を備えることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチコア光増幅ファイバ、マルチコア光ファイバ増幅器および光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、海底光通信等の用途において、光増幅器としてマルチコアＥＤＦＡ（Erbium-Doped  optical  Fiber  Amplifier）を用いることによって、光増幅器の消費電力が削減されることが期待されている。
【０００３】
マルチコアＥＤＦＡについては、マルチコア光増幅ファイバとしてダブルクラッド型のマルチコアＥＤＦを用いて、クラッド励起方式によってコア部に含まれる希土類元素であるエルビウム（Ｅｒ）を光励起する構成が知られている（非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Kazi  S  Abedin  et  al,  “Multimode  Erbium  Doped  Fiber  Amplifiers  for  Space  Division  Multiplexing  Systems”,  JOURNAL  OF  LIGHTWAVE  TECHNOLOGY,VOL.32,NO.16,AUGUST  15,2014  pp.2800-2808.
【非特許文献２】Kazi  S  Abedin  et  al,  “Cladding-pumped  erbium-doped  multicore  fiber  amplifier”,  OPTICS  EXPRESS  Vol.20,No.18  27  August  2012  pp.20191-20200.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、通信トラフィックは常に増加しているので、通信容量の増量のためにも、マルチコア光増幅ファイバの特性にはさらに好適なものが求められている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、好適な特性を有するマルチコア光増幅ファイバ、ならびにこれを用いたマルチコア光ファイバ増幅器および光通信システム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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、希土類元素を添加した複数のコア部と、前記複数のコア部のそれぞれの外周に位置し、各コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する内側クラッド部と、前記内側クラッド部の外周に位置し、前記内側クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部と、を備え、カットオフ波長が前記希土類元素の光増幅波長帯以下の波長となるように前記コア部が設計されており、前記光増幅波長帯において、前記複数のコア部のうち前記内側クラッド部の外縁に最も近いコア部の漏れ損失が０．１ｄＢ／１００ｍ以下となるクラッド厚を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、前記光増幅波長帯において、直径５０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｍよりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、長手方向に垂直な断面における前記複数のコア部のそれぞれの間の離間距離が、前記光増幅波長帯においてコア間クロストークが−３０ｄＢ／１００ｍ以下となるように設定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、前記複数のコア部のそれぞれの間の離間距離が、前記光増幅波長帯においてコア間クロストークが−４０ｄＢ／１００ｍ以下となるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、前記複数のコア部のそれぞれの間の離間距離が、前記光増幅波長帯においてコア間クロストークが−５０ｄＢ／１００ｍ以下となるように設定されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、長手方向に垂直な断面における、前記内側クラッド部の断面積に対する前記複数のコア部の合計断面積の比が１．４６０％よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、前記カットオフ波長は、前記光増幅波長帯の最短波長から１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、前記希土類元素はエルビウムを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、前記希土類元素はエルビウムのみを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、前記内側クラッド部の断面が非円であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様に係るマルチコア光増幅ファイバは、前記内側クラッド部は、前記複数のコア部のそれぞれの外周に位置するトレンチ部を有し、前記トレンチ部の屈折率は前記内側クラッド部の他の部分の屈折率よりも低い屈折率を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様に係るマルチコア光ファイバ増幅器は、前記マルチコア光増幅ファイバと、前記マルチコア光増幅ファイバの前記希土類元素を光励起する励起光を出力する励起光源と、前記励起光を前記内側クラッド部に光学結合させる光結合器と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の一態様に係る光通信システムは、前記マルチコア光ファイバ増幅器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、好適な特性を有するマルチコア光増幅ファイバを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。
【図２】図２は、コアΔとコア径との関係の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。
【図４】図４は、その他の実施形態に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施形態３に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示す模式図である。
【図６】図６は、実施形態４に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示す模式図である。
【図７】図７は、実施形態５に係る光通信システムの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長を意味する。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＧ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図であり、マルチコア光増幅ファイバの長手方向に垂直な断面を示している。マルチコア光増幅ファイバ１は、７個のコア部１ａａ、１ａｂと、各コア部１ａａ、１ａｂの外周に位置する内側クラッド部１ｂと、内側クラッド部１ｂの外周に位置する外側クラッド部１ｃと、を備えているダブルクラッド型かつ７コア型のマルチコア光ファイバである。
【００２４】
コア部１ａａ、１ａｂは、最密充填状態を実現する三角格子状に配置されている。コア部１ａａは、内側クラッド部１ｂの中心近傍に配置されている。６個のコア部１ａｂは、コア部１ａａの周囲に正六角形の角の位置となるように配置されている。コア部１ａａ、１ａｂは、屈折率を高める屈折率調整用ドーパントとして、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む。また、コア部１ａａ、１ａｂは、増幅媒体である希土類元素として、Ｅｒを含む。Ｅｒは、たとえば波長１５３０ｎｍ付近の吸収係数のピークが２．５ｄＢ／ｍ〜１１ｄＢ／ｍとなる濃度で添加されているが、吸収係数は特に限定されない。なお、ＡｌはＥｒの濃度消光を抑制する機能も有する。
【００２５】
内側クラッド部１ｂは、各コア部１ａａ、１ａｂの最大屈折率よりも低い屈折率を有する。内側クラッド部１ｂは、たとえば屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。これにより各コア部１ａａ、１ａｂと内側クラッド部１ｂとの屈折率プロファイルはステップインデックス型となる。なお、内側クラッド部１ｂが、各コア部１ａａ、１ａｂのそれぞれの外周に位置するトレンチ部を有していてもよい。この場合、トレンチ部はフッ素（Ｆ）などの屈折率を低める屈折率調整用ドーパントが添加された石英ガラスからなり、トレンチ部の屈折率は、純石英ガラスからなる内側クラッド部１ｂの他の部分の屈折率よりも低い屈折率を有する。この場合、各コア部１ａａ、１ａｂと内側クラッド部１ｂとの屈折率プロファイルはトレンチ型となる。
【００２６】
内側クラッド部１ｂに対する各コア部１ａａ、１ａｂの比屈折率差をコアΔとする。本実施形態では各コア部１ａａ、１ａｂのコアΔは略等しい。
【００２７】
外側クラッド部１ｃは、内側クラッド部１ｂの屈折率よりも低い屈折率を有しており、たとえば樹脂からなる。なお、内側クラッド部１ｂがトレンチ部を有している場合、外側クラッド部１ｃの屈折率はトレンチ部の屈折率よりも高くてもよいが、内側クラッド部１ｂの他の部分の屈折率および内側クラッド部１ｂの平均屈折率よりも低い。
【００２８】
図１の断面におけるコア部１ａａ、１ａｂのそれぞれの間の離間距離をピッチＰ１とする。ピッチＰ１は三角格子の１辺の長さに相当する。また、内側クラッド部１ｂの外径（クラッド径）をクラッド径Ｄｃ１とする。また、コア部１ａａ、１ａｂのうち、内側クラッド部１ｂの外縁に最も近いコア部は、６個のコア部１ａｂのいずれかであるが、本実施形態では、６個のコア部１ａｂのいずれもが内側クラッド部１ｂの外縁から等距離にあるとする。６個のコア部１ａｂのいずれかの中心から内側クラッド部１ｂの外縁までの最短距離をクラッド厚Ｔｃ１とする。
【００２９】
内側クラッド部１ｂに、Ｅｒを光励起できる波長の励起光、たとえば９００ｎｍ波長帯の励起光が入力されると、励起光は内側クラッド部１ｂの内部を伝搬しながら、各コア部１ａａ、１ａｂに添加されたＥｒを光励起する。これにより、各コア部１ａａ、１ａｂは、各コア部１ａａ、１ａｂに入力された信号光を光増幅可能となる。光増幅可能な光増幅波長帯は、Ｅｒの場合、Ｃバンドと呼ばれるたとえば１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍや、Ｌバンドと呼ばれるたとえば１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍである。
【００３０】
マルチコア光増幅ファイバ１では、カットオフ波長が、Ｅｒの光増幅波長帯以下の波長となるように各コア部１ａａ、１ａｂが設計されている。すなわち、カットオフ波長は、光増幅帯域がＣバンドを含む場合、たとえば１５３０ｎｍ以下の波長に設定されている。カットオフ波長は１５３０ｎｍでもよい。また、マルチコア光増幅ファイバ１の製造誤差を考慮して、たとえば１５００ｎｍ付近に設定してもよい。なお、マルチコア光増幅ファイバ１でＬバンドの信号光のみを増幅させる場合は、カットオフ波長は、たとえば１５６５ｎｍ以下の波長に設定される。また、マルチコア光増幅ファイバ１の製造誤差を考慮して、たとえば１５３５ｎｍ付近に設定してもよい。これにより、マルチコア光増幅ファイバ１は、各コア部１ａａ、１ａｂにてＥｒの光増幅波長帯の信号光をシングルモードで伝搬することができる。このようなカットオフ波長に各コア部１ａａ、１ａｂを設計するには、各コア部１ａａ、１ａｂのコアΔとコア径２ａとを適宜組み合わせて設定すればよい。
【００３１】
たとえば、図２は、カットオフ波長が１５００ｎｍとなる場合のコアΔとコア径との関係の一例を示す図である。図２は、屈折率プロファイルがステップインデックス型の場合のコア径を示している。このように、所定のカットオフ波長を実現するためには、コアΔとコア径との組み合わせを適切にすればよい。なお、屈折率プロファイルがトレンチ型の場合についても、そのカットオフ波長に応じてコアΔとコア径との関係が求められるので、その関係応じてコアΔとコア径との組み合わせを適切にすればよい。
【００３２】
また、マルチコア光増幅ファイバ１において、クラッド厚Ｔｃ１を適正にすることが、好適な特性を実現するために重要である。すなわち、クラッド厚Ｔｃ１が薄いと、内側クラッド部１ｂの外縁に最も近いコア部１ａｂに対して光閉じ込めの作用が小さくなり、漏れ損失が生じ、増幅効率が低下するからである。一方、クラッド厚Ｔｃ１を厚くしすぎると、マルチコア光増幅ファイバ１の断面積が過剰に大きくなる。
【００３３】
マルチコア光増幅ファイバ１は、光増幅波長帯においてコア部１ａｂの漏れ損失が０．１ｄＢ／１００ｍ以下となるクラッド厚Ｔｃ１を有する。これにより、漏れ損失による光エネルギーの損失が許容程度に抑制されるので、増幅効率の低下も抑制できる。
【００３４】
なお、マルチコア光増幅ファイバ１を用いてマルチコア光ファイバ増幅器を構成する場合、マルチコア光増幅ファイバ１は、その吸収係数に応じて、要求される利得や光出力に適した長さ、たとえば１〜１００ｍに調整されて、ボビンなどに巻回された状態で筐体に収容される場合が多い。そのため、巻回による曲げ損失が小さい方が好ましい。たとえば、マルチコア光増幅ファイバ１は、光増幅波長帯において直径５０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｍよりも小さい方が好ましい。コアΔが低いと曲げ損失が増加する傾向があるため、マルチコア光増幅ファイバ１については、０．１ｄＢ／１００ｍよりも小さい曲げ損失を実現するようにコアΔを設定することが好ましい。
【００３５】
また、通信システムでは、光ファイバ伝送路が長く、また中継器の数もその伝送距離に応じて増加するので、光ファイバ伝送路の途中に挿入される光学要素のそれぞれにおけるクロストークが累積して通信品質に影響する。したがって、光通信システムに使用されるマルチコア光ファイバ増幅器用のマルチコア光増幅ファイバ１としても、光増幅波長帯においてコア間クロストークが小さいことが好ましい。
【００３６】
ここで、コア間クロストークとは、コア部１ａａ、１ａｂのうちいずれかのコア部に所定のパワーの信号光を入力し、伝搬させたときに、信号光のパワーの一部が他のコア部に漏洩する場合、たとえば以下のように規定される。
（コア間クロストーク）
＝（他のコア部に漏洩した信号光のパワー）／（入力された信号光のパワー）
【００３７】
マルチコア光増幅ファイバ１は、好ましくは、コア間クロストークが−３０ｄＢ／１００ｍ以下となるようにピッチＰ１が設定されている。コア間クロストークが−３０ｄＢ／１００ｍ以下であれば、マルチコア光増幅ファイバ１は、たとえば伝送距離が数１００ｋｍの光通信システムに使用されるマルチコア光ファイバ増幅器に好適に用いることができる。
【００３８】
また、マルチコア光増幅ファイバ１は、コア間クロストークが−４０ｄＢ／１００ｍ以下となるようにピッチＰ１が設定されていれば、たとえば伝送距離が数１０００ｋｍの光通信システムに使用されるマルチコア光ファイバ増幅器に好適に用いることができる。
【００３９】
また、マルチコア光増幅ファイバ１は、コア間クロストークが−５０ｄＢ／１００ｍ以下となるようにピッチＰ１が設定されていれば、たとえば太平洋を横断するような伝送距離が１００００ｋｍの光通信システムに使用されるマルチコア光ファイバ増幅器に好適に用いることができる。
【００４０】
なお、上述したコア間クロストークの値は例示であり、限定されるものではない。
【００４１】
さらに、本発明者らの鋭意検討によれば、マルチコア光増幅ファイバ１の長手方向に垂直な断面における、内側クラッド部１ｂの断面積に対する、コア部１ａａ、１ａｂの合計断面積の比（以下、コア／クラッド面積比と記載する場合がある）が比較的大きい方が、励起光のパワーのうちコア部１ａａ、１ａｂにおいて光増幅に寄与する割合が大きくなり、励起効率が高くなる。
【００４２】
公知の７コア型のマルチコア光増幅ファイバでは、コア／クラッド面積比は１％程度であるが、本発明者らの鋭意検討によれば、コア／クラッド面積比は１．４６０％より大きいことが好ましく、２％以上がより好ましい。
【００４３】
ただし、内側クラッド部１ｂのクラッド径Ｄｃ１の値を固定した状態でコア／クラッド面積比を大きくすると、クラッド厚Ｔｃ１が小さくなって漏れ損失が大きくなったり、ピッチＰ１が小さくなってコア間クロストークが大きくなったりするので、マルチコア光増幅ファイバ１に要求される諸特性を勘案した上でコア／クラッド面積比を設定することが好ましい。
【００４４】
ここで、マルチコア光増幅ファイバ１の設計方法の一例を説明する。まず、ステップ１として、用途等に応じて、マルチコア光増幅ファイバにおけるコア部の数と配置を設定する。マルチコア光増幅ファイバ１ではコア部の数は７個であり、三角格子状に配置する。このとき、コア部の屈折率プロファイルも設定してもよい。
【００４５】
つづいて、ステップ２として、光増幅波長帯に応じたカットオフ波長を設定する。上述したように、カットオフ波長は、光増幅波長帯の信号光をシングルモードで伝搬することができるように設定する。また、上述したように、コア／クラッド面積比が大きい方が、励起効率が高くなるので、コア径を大きくできるように、カットオフ波長を比較的長くしてもよい。たとえば、光増幅波長帯の最短波長から１００ｎｍの範囲内にしてもよい。たとえば、光増幅波長帯がＣバンドを含む場合は、カットオフ波長を、１５３０ｎｍから１００ｎｍの範囲内の１４３０ｎｍ以上としてもよい。
【００４６】
このようにカットオフ波長を設定すると、たとえば図２に示すようなコアΔとコア径との関係が定まる。
【００４７】
つづいて、ステップ３として、所望の曲げ損失を実現するように、コアΔとコア径とを設定する。これによりコアΔの下限およびコア径の上限が定まる。たとえば、曲げ損失は、光増幅波長帯において直径５０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｍよりも小さい値に設定する。曲げ損失は波長が長い程大きいので、光増幅波長帯の最大波長での曲げ損失が所望値となるように設定すれば十分である。たとえば、光増幅波長帯がＬバンドを含む場合、波長１６２５ｎｍでの曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｍよりも小さくなるコアΔとコア径とを設定すればよい。
【００４８】
つづいて、ステップ４として、所望のコア間クロストークを設定する。コア間クロストークはマルチコア光増幅ファイバ１の用途等に応じて設定される。コア間クロストークを設定することにより、これを実現するためのピッチＰ１が定まる。
【００４９】
つづいて、ステップ５として、コア部１ａａ、１ａｂに対する漏れ損失をたとえば０．１ｄＢ／１００ｍ以下に設定する。漏れ損失は波長が長い程大きいので、光増幅波長帯の最大波長での漏れ損失が所望値となるように設定すれば十分である。これより、内側クラッド部１ｂの外縁に最も近いコア部１ａｂの漏れ損失が設定した値となるクラッド厚Ｔｃ１が定まる。さらにピッチＰ１とクラッド厚Ｔｃ１とが定まることによってクラッド径Ｄｃ１が定まる。さらにはコア／クラッド面積比が定まる。
つづいて、ステップ６として、コア／クラッド面積比が所望の値、たとえば１．４６０％より大きいかを判定する。所望の値以上であればステップを終了し、所望の値より小さければ、たとえばカットオフ波長をより長波長に設定したり、曲げ損失やコア間クロストークや漏れ損失の条件を緩和したりなどした上で、上記ステップ２〜５のいずれか一つに戻り、戻ったステップ以降の設定を繰り替えし行う。
【００５０】
以上の設計方法のステップによれば、好適な特性を有するマルチコア光増幅ファイバ１を設計できる。ただし、設計方法は上記に限定されない。たとえば、曲げ損失やコア間クロストークやコア／クラッド面積比については、適宜検討を省略してもよい。
【００５１】
以上説明したように、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバ１は、好適な特性を有する。
【００５２】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図であり、マルチコア光増幅ファイバの長手方向に垂直な断面を示している。マルチコア光増幅ファイバ２は、１９個のコア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃと、各コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃの外周に位置する内側クラッド部２ｂと、内側クラッド部２ｂの外周に位置する外側クラッド部２ｃと、を備えているダブルクラッド型かつ１９コア型のマルチコア光ファイバである。
【００５３】
コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃは、最密充填状態を実現する三角格子状に配置されている。コア部２ａａは、内側クラッド部２ｂの中心近傍に配置されている。６個のコア部２ａｂは、コア部２ａａの周囲に正六角形の角の位置となるように配置されている。１２個のコア部２ａｃは、コア部２ａｂの周囲に正六角形の角または辺の中央の位置となるように配置されている。コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃの組成や屈折率はマルチコア光増幅ファイバ１のコア部１ａａ、１ａｂと同様なので説明を省略する。
【００５４】
内側クラッド部２ｂの組成や屈折率は、内側クラッド部１ｂと同様なので説明を省略する。各コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃと内側クラッド部２ｂとの屈折率プロファイルはステップインデックス型であるが、トレンチ型でもよい。また、外側クラッド部２ｃの組成や屈折率も、外側クラッド部１ｃと同様なので説明を省略する。
【００５５】
図３の断面におけるコア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃのそれぞれの間の離間距離をピッチＰ２とする。また、内側クラッド部２ｂのクラッド径をクラッド径Ｄｃ２とする。また、コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃのうち、内側クラッド部２ｂの外縁に最も近いコア部は、１２個のコア部２ａｃのうち正六角形の角に位置する６個のコア部２ａｃのいずれかであるが、本実施形態では、６個のコア部２ａｃのいずれもが内側クラッド部２ｂの外縁から等距離にあるとする。６個のコア部２ａｃのいずれかの中心から内側クラッド部２ｂの外縁までの最短距離をクラッド厚Ｔｃ２とする。
【００５６】
内側クラッド部２ｂに、Ｅｒを光励起できる波長の励起光が入力されると、励起光は内側クラッド部１ｂの内部を伝搬しながら、各コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃに添加されたＥｒを光励起する。これにより、各コア部コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃは、各コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃに入力された信号光を光増幅可能となる。
【００５７】
マルチコア光増幅ファイバ２では、カットオフ波長が、Ｅｒの光増幅波長帯以下の波長となるように各コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃが設計されている。これにより、マルチコア光増幅ファイバ２は、各コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃにてＥｒの光増幅波長帯の信号光をシングルモードで伝搬することができる。このようなカットオフ波長に各コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃを設計するには、実施形態１と同様に、各コア部２ａａ、２ａｂ、２ａｃのコアΔとコア径２ａとを適宜組み合わせて設定すればよい。
【００５８】
また、マルチコア光増幅ファイバ２では、光増幅波長帯において６個のコア部２ａｃの漏れ損失が０．１ｄＢ／１００ｍ以下となるクラッド厚Ｔｃ２を有する。これにより、漏れ損失による光エネルギーの損失が許容程度に抑制されるので、増幅効率の低下も抑制できる。
【００５９】
また、たとえば、マルチコア光増幅ファイバ２は、光増幅波長帯において直径５０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｍよりも小さい方が好ましい。
【００６０】
また、マルチコア光増幅ファイバ２は、好ましくは、コア間クロストークが−３０ｄＢ／１００ｍ以下、−４０ｄＢ／１００ｍ以下、または−５０ｄＢ／１００ｍ以下となるようにピッチＰ２が設定されている。これにより、マルチコア光増幅ファイバ２は、光通信システムの伝送距離に応じて好適に用いることができる。ただし、コア間クロストークの値は例示であり、限定されるものではない。
【００６１】
また、マルチコア光増幅ファイバ２は、コア／クラッド面積比が１．４６０％より大きいことが好ましく、２％以上がより好ましい。ただし、マルチコア光増幅ファイバ２に要求される諸特性を勘案した上でコア／クラッド面積比を設定することが好ましい。
【００６２】
マルチコア光増幅ファイバ２は、マルチコア光増幅ファイバ１と同様の設計方法にて設計し、クラッド径Ｄｃ２などを定めることができる。
【００６３】
以上説明したように、実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバ２は、好適な特性を有する。
【００６４】
（その他の実施形態）
図４（ａ）〜（ｇ）は、その他の実施形態に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。図４（ａ）〜（ｆ）に示すマルチコア光増幅ファイバ３〜８は、複数、たとえば４個、７個または１９個のコア部、内側クラッド部３ｂ〜８ｂ、および外側クラッド部３ｃ〜８ｃを備えているダブルクラッド型かつマルチコア光ファイバである。コア部については１つのコア部３ａ〜８ａのみを代表して図示してある。
【００６５】
マルチコア光増幅ファイバ３は、複数のコア部の重心が内側クラッド部３ｂの中心に対して偏心している。マルチコア光増幅ファイバ４は、内側クラッド部４ｂがＤ型断面を有する。マルチコア光増幅ファイバ５は、内側クラッド部５ｂが六角形の断面を有する。マルチコア光増幅ファイバ６は、内側クラッド部６ｂが楕円形の断面を有する。マルチコア光増幅ファイバ７は、内側クラッド部７ｂが矩形の断面を有する。マルチコア光増幅ファイバ８は、内側クラッド部８ｂが花びら状の断面を有する。マルチコア光増幅ファイバ３〜８は、複数のコア部の重心が偏心している、または、内側クラッド部の断面が非円であることによって、励起効率を向上させることができる。
【００６６】
図４（ｇ）に示すマルチコア光増幅ファイバ９は、複数、たとえば４個、７個または１９個のコア部、第１内側クラッド部９ｂ、第２内側クラッド部９ｃおよび外側クラッド部９ｄを備えているトリプルクラッド型かつマルチコア光ファイバである。コア部については１つのコア部９ａのみを代表して図示してある。コア部９ａ、第１内側クラッド部９ｂおよび第２内側クラッド部９ｃは石英系ガラスからなり、外側クラッド部９ｄは樹脂からなる。第１内側クラッド部９ｂおよび第２内側クラッド部９ｃは励起光を伝搬する。このように、実施形態に係るマルチコア光増幅ファイバはトリプルクラッド型のマルチコア光ファイバでもよい。
【００６７】
（計算例）
実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバの特性についてシミュレーション計算を行った。本計算では、カットオフ波長が約１５５０ｎｍとなるようにコアΔと２ａとを設定し、かつピッチＰ１を３８．５μｍに固定し、かつ漏れ損失が０．００１ｄＢ／ｋｍ、直径５０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｍよりも小さい、という条件で計算を行った。
【００６８】
計算結果を表１、表２に示す。なお、表１、２において、「ＬＰ０１カットオフ波長」とは、基底伝搬モードであるＬＰ０１モードのカットオフ波長を意味し、Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長である。「ピッチ」はピッチＰ１である。「ＸＴ」はコア間クロストークである。「漏れ損失」および「ＸＴ」は、表１ではＣバンド内の波長１５５０ｎｍでの値であり、表２ではＬバンド内の波長１６２５ｎｍでの値である。
【００６９】
表１に示すように、波長１５５０ｎｍでは、コアΔが０．３５％以上であれば、ＸＴが−３０ｄＢ／１００ｍ以下となり、Δが０．４％以上であれば、ＸＴが−４０ｄＢ／１００ｍ以下となり、Δが０．４５％以上であれば、ＸＴが−５０ｄＢ／１００ｍ以下となることが確認された。また、コアΔが１．２％、２ａが５．１μｍであれば、クラッド厚が１３．６μｍでも−１２６ｄＢ／１００ｍという低いＸＴが得られることが確認された。
【００７０】
また、コアΔが１．２％、２ａが５．１μｍの場合はコア／クラッド面積比は１．５０５％となる。また、コアΔを０．８０％以下とし、２ａを６．３μｍ以上とすれば、コア／クラッド面積比は２．００％以上となる。たとえば、コアΔが０．８５％、２ａが６．１μｍの場合はコア／クラッド面積比は２．０９８％となる。また、コアΔが０．５％、２ａが７．９μｍの場合はコア／クラッド面積比は２．９４１％となる。
【００７１】
したがって、波長１５５０ｎｍにおいては、コアΔが０．３５％以上、０．８０％以下であり、コア径が６．３μｍ以上９．５μｍ以下であれば、ＸＴを−３０ｄＢ／１００ｍ以下、かつコア／クラッド面積比を２％以上とできる。
【００７２】
【表１】
2020161600.tif 000003
【００７３】
また、表２に示すように、波長１６２５ｎｍでは、コアΔが０．３５％以上であれば、ＸＴが−３０ｄＢ／１００ｍ以下となり、Δが０．４５％以上であれば、ＸＴが−４０ｄＢ／１００ｍ以下となり、Δが０．５５％以上であれば、ＸＴが−５０ｄＢ／１００ｍ以下となることが確認された。また、コアΔが１．２％、２ａが５．１μｍであれば、クラッド厚が１５μｍでも−１１２．８ｄＢ／１００ｍという低いＸＴが得られることが確認された。
【００７４】
また、コアΔが１．２％、２ａが５．１μｍの場合はコア／クラッド面積比は１．４６０％となる。また、コアΔを０．８０％以下とし、２ａを６．３μｍ以上とすれば、コア／クラッド面積比は２．００％以上となり好ましい。たとえば、コアΔが０．８５％、２ａが６．１μｍの場合はコア／クラッド面積比は２．０３７％となる。また、コアΔが０．５％、２ａが７．９μｍの場合はコア／クラッド面積比は２．８４４％となる。
【００７５】
したがって、波長１６５０ｎｍにおいては、コアΔが０．３５％以上、０．８０％以下であり、コア径が６．３μｍ以上９．５μｍ以下であれば、れば、ＸＴを−３０ｄＢ／１００ｍ以下、かつコア／クラッド面積比を２％以上とできる。
【００７６】
【表２】
2020161600.tif 000004
【００７７】
（実施形態３）
図５は、実施形態３に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示す模式図である。以下、マルチコア光ファイバ増幅器を単に光増幅器と記載する場合がある。光増幅器１００は、７個の光アイソレータ１０、光ファイバファンイン（FAN  IN）２０、半導体レーザ３０、光結合器４０、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバ１、ポンプストリッパ５０、光ファイバファンアウト（FAN  OUT）６０、７個の光アイソレータ７０、を備えている。なお、図中「×」の記号は光ファイバの融着接続点を示している。
【００７８】
光ファイバファンイン２０は、束ねられた７本のシングルモード光ファイバと、７個のコア部を有する１本のマルチコアファイバとを備えており、結合部において７本のシングルモード光ファイバの各コア部がマルチコアファイバの各コア部に光学結合するように構成されている。なお、７本のシングルモード光ファイバは、たとえばＩＴＵ−ＴＧ．６５２に定義される標準のシングルモード光ファイバであり、それぞれ光アイソレータ１０が設けられている。光アイソレータ１０、７０は矢印が示す方向に光を通過させ、逆方向への光の通過を遮断する。光ファイバファンイン２０のマルチコアファイバは光結合器４０に接続されている。なお、束ねられた７本のシングルモード光ファイバおよびマルチコアファイバの光学結合する端面は、反射抑制のため光軸に対して斜めに加工されているが、光軸に対して垂直であってもよい。なお、７個の光アイソレータ１０、７０に換えて、複数（本実施形態では７本）のシングルモード光ファイバが集積された構成の光アイソレータを用いてもよい。
【００７９】
光ファイバファンイン２０のマルチコアファイバは、マルチコア光増幅ファイバ１と同様に、三角格子状に配置された７個のコア部と、各コア部の外周に位置し、各コア部の最大屈折率よりも屈折率が低いクラッド部とを備えている。光ファイバファンイン２０の各シングルモード光ファイバに信号光を入力すると、各光アイソレータ１０は各信号光を通過させ、マルチコアファイバの各コア部は各信号光を伝搬する。
【００８０】
励起光源である半導体レーザ３０は、横マルチモード半導体レーザであり、励起光を出力する。励起光の波長は、Ｅｒの９００ｎｍ波長帯における吸収ピークの波長と略同一な９７５ｎｍである。これにより、励起光はエルビウムイオンを光励起できる。半導体レーザ３０は、マルチモード光ファイバから励起光を出力する。このマルチモード光ファイバは、コア径/クラッド径が例えば１０５μｍ／１２５μｍのステップインデックス型であり、ＮＡが例えば０．１６や０．２２である。
【００８１】
光結合器４０は、主光ファイバと、励起光供給用光ファイバとを備えている。主光ファイバは、光ファイバファンイン２０のマルチコアファイバのコア部と同様に三角格子状に配置された７個のコア部と、各コア部の外周に位置し、各コア部の最大屈折率よりも屈折率が低い内側クラッド部と、内側クラッド部の外周に位置し、内側クラッド部よりも屈折率が低い外側クラッド部とを備えるダブルクラッド型の光ファイバである。コア部と内側クラッド部とは石英系ガラスからなり、外側クラッド部は樹脂からなる。
【００８２】
励起光供給用光ファイバは、別の一端が半導体レーザ３０のマルチモード光ファイバと接続された同種のマルチモード光ファイバであり、コア径/クラッド径が例えば１０５μｍ／１２５μｍのステップインデックス型であり、ＮＡが例えば０．１６や０．２２である。励起光供給用光ファイバは、励起光が半導体レーザ３０から入力され、この励起光を主光ファイバに供給する。内側クラッド部は励起光を伝搬する。
【００８３】
光結合器４０の主光ファイバは、一端が光ファイバファンイン２０のマルチコアファイバに接続されている。マルチコアファイバの各コア部は主光ファイバの各コア部に接続されている。したがって、マルチコアファイバの各コア部を伝搬した各信号光は、主光ファイバに入力すると、各コア部に光学結合する。各コア部は各信号光を伝搬する。励起光と信号光とは、主光ファイバからマルチコア光増幅ファイバ１へと出力される。
【００８４】
マルチコア光増幅ファイバ１は、一端が光結合器４０の主光ファイバに接続されている。マルチコア光増幅ファイバ１の各コア部１ａａ、１ａｂは主光ファイバの各コア部に接続されている。また、マルチコア光増幅ファイバ１の内側クラッド部１ｂは主光ファイバの内側クラッド部に接続されている。したがって、主光ファイバを伝搬した各信号光および励起光は、マルチコア光増幅ファイバ１に入力すると、それぞれ各コア部１ａａ、１ａｂと内側クラッド部１ｂとを同一方向に伝搬する。励起光は内側クラッド部１ｂを伝搬しながら各コア部１ａａ、１ａｂ内のＥｒを光励起する。各コア部１ａａ、１ａｂを伝搬する各信号光はＥｒの誘導放出の作用により光増幅される。マルチコア光増幅ファイバ１は、光増幅された各信号光と、光増幅に寄与しなかった励起光とを出力する。
【００８５】
ポンプストリッパ５０は、光増幅に寄与しなかった励起光を排除する公知のデバイスである。ポンプストリッパ５０は、例えば、７個のコアを有するダブルクラッド型マルチコアファイバの外側クラッドの一部が除去されており、除去された部分の内側クラッド部の表面から励起光を取り出して放熱板などに照射し、吸収させて励起光のエネルギーを熱エネルギーに変換して放熱する構成を有する。ポンプストリッパ５０はマルチコアファイバによって各信号光を伝搬させるとともに、励起光を、光増幅器１００から出力されても問題の無い程度のパワーまで低減させる。
【００８６】
光ファイバファンアウト６０は、光ファイバファンイン２０と同様に、束ねられた７本のシングルモード光ファイバと、７個のコア部を有する１本のマルチコアファイバとを備えており、結合部において７本のシングルモード光ファイバの各コア部がマルチコアファイバの各コア部に光学結合するように構成されている。各シングルモード光ファイバには、それぞれ光アイソレータ７０が設けられている。マルチコアファイバはポンプストリッパ５０に接続されている。なお、束ねられた７本のシングルモード光ファイバおよびマルチコアファイバの光学結合する端面は、反射抑制のため光軸に対して斜めに加工されているが、光軸に対して垂直であってもよい。
【００８７】
ポンプストリッパ５０のマルチコアファイバの各コア部から光ファイバファンアウト６０の各コア部に信号光が入力すると、各信号光は各シングルモード光ファイバの各コア部を伝搬し、光アイソレータ７０を通って出力する。
【００８８】
この光増幅器１００は、好適な特性を有するマルチコア光増幅ファイバ１を用いて光増幅を行うので、好適な光増幅を実現できる。
【００８９】
（実施形態４）
図６は、実施形態４に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示す模式図である。光増幅器１００Ａは、光増幅器１００の構成において、光結合器４０を光結合器４０Ａに置き換え、光結合器８０と励起光回収用光ファイバ９０とを追加した構成を有する。
【００９０】
光結合器４０Ａは、光結合器４０の構成を変更し、励起光回収用光ファイバ９０が接続されるように変更された構成を有する。
【００９１】
光結合器８０は、光結合器４０と同様の構成を有しており、励起光回収用光ファイバ９０が接続されるように変更された構成を有する。
【００９２】
励起光回収用光ファイバ９０は、たとえば商用のステッインデックス型光ファイバやグレーデッドインデックス型の光ファイバからクラッドを除去し、コアのみで構成されたものである。励起光回収用光ファイバ９０は、光結合器８０と光結合器４０とを光学的に接続している。
【００９３】
この光増幅器１００Ａでは、半導体レーザ３０から出力され、光結合器４０を介してマルチコア光増幅ファイバ１に供給された励起光のうち、マルチコア光増幅ファイバ１において光励起に寄与しなかった励起光の少なくとも一部が、光結合器８０によって回収される。回収された励起光は、励起光回収用光ファイバ９０を通って光結合器４０に入力されて励起光として回生され、再びマルチコア光増幅ファイバ１に供給される。これにより、光増幅器１００Ａにおける励起効率を向上することができる。
【００９４】
（実施形態５）
図７は、実施形態５に係る光通信システムの構成を示す模式図である。光通信システム１０００は、光送信装置１０１０と、光受信装置１０２０と、実施形態３に係る光増幅器１００と、１４本のシングルコア光ファイバである光伝送ファイバ１０３１〜１０３７、１０４１〜１０４７と、を備えている。  
【００９５】
光送信装置１０１０は、７個の送信器１０１１〜１０１７を備えている。送信器１０１１〜１０１７は、それぞれ、信号光を送信する。７本の光伝送ファイバ１０３１〜１０３７は、送信器１０１１〜１０１７のそれぞれから出力された信号光を伝送し、光増幅器１００に入力させる。光増幅器１００は、光伝送ファイバ１０３１〜１０３７から入力された７つの信号光を一括して光増幅し、７本の光伝送ファイバ１０４１〜１０４７のそれぞれに出力する。光伝送ファイバ１０４１〜１０４７は、増幅された信号光を伝送し、光受信装置１０２０に入力させる。光受信装置１０２０は、７個の受信器１０２１〜１０２７を備えている。受信器１０２１〜１０２７は、光伝送ファイバ１０４１〜１０４７が伝送した、増幅された信号光を受信し、電気信号に変換する。
【００９６】
光通信システム１０００は、好適な光増幅を実現できる光増幅器１００を用いているので、好適な光通信を実現できる。なお、本実施形態では、光伝送ファイバは７本のシングルコア光ファイバであるが、１本の７コア型マルチコアファイバからなる光伝送ファイバを用いてもよい。
【００９７】
光通信システム１０００が長距離通信システムなどであれば、光増幅器１００をリピータアンプ、プリアンプ、またはブースターアンプとして利用できる。光通信システム１０００がＲＯＡＤＭ（Reconfigurable  Optical  Add/Drop  Multiplexer）を用いたネットワークシステムなどであれば、光増幅器１００を損失補償に利用できる。
【００９８】
なお、上記実施形態３では、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバ１を用いて光増幅器を構成しているが、実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバ２やその他の実施形態に係るマルチコア光増幅ファイバを用いて光増幅器を構成してもよい。また、上記実施形態で１、２は、マルチコア光増幅ファイバは希土類元素としてＥｒのみを含むが、Ｅｒ以外の希土類元素、たとえばイッテルビウム（Ｙｂ）のみを含んでいてもよいし、Ｅｒ、Ｙｂの両方を含んでいてもよい。
【００９９】
また、上記実施形態１、２では、マルチコア光増幅ファイバにおけるコア部は三角格子状に配置されているが、正方格子状に配置されていてもよい。マルチコア光増幅ファイバにおけるコア部の数も、複数であれば特に限定されない。
【０１００】
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２、３、４、５、６、７、８、９  マルチコア光増幅ファイバ
１ａａ、１ａｂ、２ａａ、２ａｂ、２ａｃ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａ、９ａ  コア部
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ  内側クラッド部
１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ、６ｃ、７ｃ、８ｃ、９ｄ  外側クラッド部
９ｂ  第１内側クラッド部
９ｃ  第２内側クラッド部
１０、７０  光アイソレータ
２０  光ファイバファンイン
３０  半導体レーザ
４０、４０Ａ、８０  光結合器
５０  ポンプストリッパ
６０  光ファイバファンアウト
９０  励起光回収用光ファイバ
１００、１００Ａ  光増幅器
１０００  光通信システム
１０１０  光送信装置
１０２０  光受信装置
１０１１〜１０１７  送信器
１０２１〜１０２７  受信器
１０３１〜１０３７、１０４１〜１０４７  光伝送ファイバ
【図１】
2020161600.tif 000005
【図２】
2020161600.tif 000006
【図３】
2020161600.tif 000007
【図４】
2020161600.tif 000008
【図５】
2020161600.tif 000009
【図６】
2020161600.tif 000010
【図７】
2020161600.tif 000011