(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送および増幅システムであって、
複数の個々の伝送コアを備えるマルチコア伝送ファイバを含むマルチチャンネル伝送径間、
前記マルチコア伝送ファイバの前記複数の伝送コアと複数の対応する個々の伝送リードとの間の接続性を提供する第一の先細マルチコアカプラ、
少なくとも１つのポンプコアと複数の増幅器コアとを含む複数の個々のコアを備えるファイバ増幅器、及び、
前記ファイバ増幅器の増幅器コアと複数の対応する増幅器リードとの間、および前記少なくとも１つのポンプコアと対応するポンプリードとの間の接続性を提供する第二の先細マルチコアカプラとを備え、
前記複数の個々の伝送リードが前記対応する増幅器リードに接続され、前記マルチコア伝送ファイバの前記個々のコアが前記ファイバ増幅器の前記対応する増幅器コアに接続され、そして、前記ポンプリードがポンピング光源に接続されており、さらに、
前記ファイバ増幅器が前記少なくとも１つのポンプコアと前記増幅器コアとの間のモード結合を提供するように構成され、増幅が前記増幅器コアを通して伝播するそれぞれの光信号に提供される、伝送および増幅システム。
【請求項２】
前記マルチコア伝送ファイバは、尾部端面とリード端面とを備え、
前記マルチコア伝送ファイバの前記リード端面が前記第一の先細マルチコアカプラの接合端面に接続され、そして、
前記マルチコア伝送ファイバの前記尾部端面が複数の伝送装置に接続され、前記個々の伝送コアが対応する前記伝送装置に接続される、請求項１に記載の伝送および増幅システム。
【請求項３】
前記個々の伝送コアと前記対応する伝送装置との間の接続性を提供する第三の先細マルチコアカプラをさらに含む、請求項１に記載の伝送および増幅システム。
【請求項４】
前記個々の伝送コアと前記対応する増幅コアとの間の接続性を提供するブリッジマルチコアファイバをさらに含み、
前記ブリッジマルチコアファイバのコアが、前記伝送マルチコアファイバのコアのモードフィールド直径と前記増幅器マルチコアファイバの対応するコアのモードフィールド直径との間のモードフィールド直径を有する、請求項１に記載の伝送および増幅システム。
【請求項５】
前記第一の先細マルチコアカプラが、先細カプラ胴体に共に結合される複数のファイバリードを備え、
前記複数のファイバリードが、前記先細カプラ胴体を通して結合端面まで延びる対応する複数のコアを備え、そして、
前記結合端面が、前記マルチコアリード端面の構成に整合する外側直径とコア構成とを備え、前記マルチコア伝送ファイバの個々のコアが前記結合端面で対応するコアと一列に整列され、前記結合端面と前記マルチコアファイバリードの端面とが互いに接続可能である、請求項１に記載の伝送および増幅システム。
【請求項６】
前記第二の先細マルチコアカプラが、前記複数の増幅器ファイバリードと、前記先細カプラ胴体に共に結合される前記少なくとも１つのポンプファイバリードとを備え、
前記複数のファイバリードが、前記先細カプラ胴体を通して結合端面まで延びる対応する複数のコアを備え、そして、
前記結合端面が、前記ファイバ増幅器リード端面の構成に整合する外側直径とコア構成とを備え、前記ファイバ増幅器の個々のコアが前記結合端面で対応するコアと一列に整列され、前記結合端面と前記増幅器ファイバリードの端面とが互いに接合可能であり、
前記増幅器リードが前記第一の先細マルチコアカプラの対応する伝送ファイバリードに接続され、
前記少なくとも１つのポンプ光リードが前記少なくとも１つのポンプリードに接続される、請求項５に記載の伝送および増幅システム。
【請求項７】
伝送および増幅システムであって、
複数の個々の伝送コアを備えるマルチコア伝送ファイバを含むマルチチャンネル伝送径間、
前記マルチコア伝送ファイバの前記複数の伝送コアと複数の対応する個々の伝送リードとの間の接続性を提供する第一の先細マルチコアカプラ、
少なくとも１つのポンプコア、および複数の増幅器コアを含む複数の個々のコアを備えるファイバ増幅器、
前記複数の増幅器入力リードと前記増幅器ファイバの入力端面における前記複数の対応する増幅器コアとの間の接続性を提供する第二の先細マルチコアカプラ、及び、
前記増幅器ファイバの出力端面において、複数の増幅器出力リードと前記複数の対応する増幅器コアとの間、および前記ポンプコアのリードと前記増幅器ポンプコアとの間の接続性を提供する第三の先細マルチコアカプラを備え、
前記複数の個々の伝送リードが対応する増幅器入力リードに接続され、前記マルチコア伝送ファイバの個々のコアが前記ファイバ増幅器の前記対応する増幅器コアに接続され、かつ前記ポンプリードがポンピング光源に接続され、そして、
前記ファイバ増幅器が前記ポンプコアと増幅器コアとの間のモード結合を提供するように構成され、増幅が前記増幅器コアを通して伝播するそれぞれの光信号に提供される、伝送および増幅システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は以下の米国仮出願特許の優先権の利益を請求し、その仮出願特許は本発明の出願の譲受人によって保有され、かつそのすべてが参照のためにここに引用される。２０１０年３月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／３１４，１８１号。
本発明は、基本的に光ファイバ伝送、および増幅システム、特に、改良されたマルチコア伝送と増幅器ファイバの分野、および信号と増幅器ポンプ光の両方を発射し、かつ制御する仕組みに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
マルチコア光ファイバ伝送システムの発展には絶え間なく大きな関心がもたれている。特に長距離の信号搬送について対処されねばならないひとつの技術的な問題は、マルチコアファイバ径間によって搬送されるマルチチャンネル伝送のための増幅をいかに最良の状態で提供するかである。一般的にいえば、従来の仕組みは、それらの独特の幾何学的形状のためにそのようなシステムにおける使用に適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の態様は、複数の個々の伝送コアを備える一本のマルチコア伝送ファイバを含むマルチチャンネル伝送径間からなる伝送、および増幅システムを提供する。第一の先細マルチコアカプラが、マルチコアファイバの複数の伝送コアと対応する複数の個々の伝送リードとの間の接続性を提供する。ファイバ増幅器は、少なくともひとつのポンプコア、および複数の増幅器コアを含む複数の個別のコアを備えて提供される。第二の先細マルチコアカプラが、ファイバ増幅器の増幅器コアと、対応する複数の増幅器リードとの間、および少なくともひとつのポンプコアと対応するポンプリードとの間の接続を提供する。複数の個々の伝送リードが対応する増幅器リードに接続されて、マルチコアファイバの個々のコアが対応するファイバ増幅器の増幅器コアに接続され、かつポンプリードがポンピング光源に接続される。ファイバ増幅器は少なくともひとつのポンプコアと増幅器コアとの間にモード結合を提供するように構成されて、増幅器コアを通して伝播するそれぞれの光信号に増幅が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の態様による伝送、および増幅システムの簡単なダイアグラムを示す。
【図２】図１に示される伝送マルチコアファイバのコア、およびファイバ増幅器への接続性を提供するために使われる構造の等角図法を示す。
【図３】図１に示される伝送マルチコアファイバのコア、およびファイバ増幅器への接続性を提供するために使われる構造の等角図法を示す。
【図４Ａ】図４Ａ−４Ｃは、本発明の更なる態様によるマルチコアファイバ増幅器の３つの代表的な断面幾何学的形状のダイアグラムである。
【図４Ｂ】図４Ａ−４Ｃは、本発明の更なる態様によるマルチコアファイバ増幅器の３つの代表的な断面幾何学的形状のダイアグラムである。
【図４Ｃ】図４Ａ−４Ｃは、本発明の更なる態様によるマルチコアファイバ増幅器の３つの代表的な断面幾何学的形状のダイアグラムである。
【図５】本発明の更なる態様によるマルチコアファイバ増幅器、および先細増幅器マルチコアカプラの等角図法を示し、マルチコア増幅器の一部はポンプコアと増幅器コアとの間でモード結合を行わせるために先細にされる。
【図６】モードフィールド直径とコア直径との間の関係を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の態様による先細化の前の増幅器コア、およびクラッドの屈折率プロファイルと先細化の後の増幅器コア、およびクラッドの屈折率プロファイルを示す。
【図７Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の態様による先細化の前の増幅器コア、およびクラッドの屈折率プロファイルと先細化の後の増幅器コア、およびクラッドの屈折率プロファイルを示す。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、本発明による先細化の前のポンプコア、およびクラッドの屈折率プロファイルと先細化の後のポンプコア、およびクラッドの屈折率プロファイルを示す。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、本発明による先細化の前のポンプコア、およびクラッドの屈折率プロファイルと先細化の後のポンプコア、およびクラッドの屈折率プロファイルを示す。
【図９Ａ】図９Ａおよび９Ｂは、図７Ａ−７Ｂ、および８Ａ−８Ｂに示される屈折率プロファイルの４つの代表的な値を設定している表である。
【図９Ｂ】図９Ａおよび９Ｂは、図７Ａ−７Ｂ、および８Ａ−８Ｂに示される屈折率プロファイルの４つの代表的な値を設定している表である。
【図１０】本発明の更なる態様によるファイバ増幅器の代表的なコア構成を示す。
【図１１Ａ】増幅器コアの中心から指定されたファイバ半径位置の外側に配される１５５０ｎｍにおけるパワー部分を示すグラフである。
【図１１Ｂ】ポンプコアの中心から指定された半径位置の外側に配される１５５０ｎｍにおけるパワー部分を示すグラフである。
【図１２】本発明の更なる態様による後方ポンプファイバ増幅器システムの例の出力端のダイアグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
マルチコアファイバを採用する光伝送径間が、例えば、米国特許出願第１３／０４４，８５９号明細書、および同１３／０４５，０６４号明細書に述べられていて、それは本発明の譲受人に保有され、参照のため、そのすべてがここに引用される。
【０００６】
長距離伝送の径間は数百ｋｍ、あるいは数千ｋｍの長ささえもある。これらの距離全般にわたって許容可能な信号レベルを保持するために、伝送される光を周期的に増幅することが必要である。一般に、増幅は適当な間隔、例えば５０から１００ｋｍで伝送径間中に増幅器を接続することによって達成される。
【０００７】
以下により詳細に述べられるように、本発明の態様がマルチコアファイバ伝送径間での使用のためのマルチコアファイバ増幅器を提供する。本発明の更なる態様は、マルチコアファイバ増幅器とポンピング光源との間の接続性だけでなく、マルチコアファイバ増幅器とマルチコア伝送ファイバとの間のコア対コアの接続性も提供する。
【０００８】
本説明の記述は以下のように構成される：
１．システム概観
２．ＭＣＦ伝送ファイバと増幅器との間の接続性の提供
３．マルチコアファイバ増幅器の断面幾何学的形状
４．ポンプコアと増幅器コアとの間の結合
５．ポンプコアと増幅器コアの屈折率プロファイル、および間隔
６．後方ポンピング
７．追加的な用途
８．結論
【０００９】
１．システム概観
図１は、寸法どおりではないが、本発明の態様による伝送、および増幅システム２０の簡単なダイアグラムを示す。システム２０は以下の構成要素を備える：伝送用マルチコアファイバ（ＭＣＦ）３０、伝送用先細モードカプラ（Ｔ−ＴＭＣ）４０、増幅器用先細モードカプラ（Ａ−ＴＭＣ）５０、ファイバ増幅器６０、およびポンピング光源７０。これらの構成要素はマルチチャンネル光入力８０を受けるために結合し、これらから増幅されたマルチチャンネル出力９０を生成する。
【００１０】
目下の例においては、ＭＣＦ３０は６コアのマルチコアファイバからなる。ＭＣＦコア３２の代表的な構成が挿入図３０ａに図解される。ＭＣＦコアはシングルモードコア、あるいはマルチモードコアであってよい。本発明の実践には、ＭＣＦ３０は光コアネットワーク、あるいは同等のものにおいて６チャンネル伝送径間の構成要素として含まれる。
【００１１】
増幅器６０は７コアの増幅器用ファイバを備える。増幅器用コアの代表的な構成が挿入図６０ａに図解される。６つの増幅器用コア６２がＭＣＦ３０の対応する個々のコア３２に対応し、それらはシングルモードコア、あるいはマルチモードコアであってよい。さらに、ファイバ増幅器６０は、ポンピング光源７０からのポンピング光を伝送するために使われる中心部のポンプコア６４を含む。ファイバ増幅器は、動作波長の増幅窓内でエネルギーをポンピング光から信号光に変換させることにより増幅を行うためにドープされる。
【００１２】
Ｔ−ＴＭＣ４０は伝送ＭＣＦの個々のコアと、「伝送リード」としてここに参照される複数の対応するファイバリード４２との間の接続性を提供する。第二の形式の先細マルチコアカプラは「増幅用先細マルチコアカプラ」（Ａ−ＴＭＣ）としてここに参照され、増幅器の個々のコアと複数の対応するファイバリード５２、５４との間の接続性を提供する。増幅器コアへのリードは「増幅器用リード」５２としてここに参照され、ポンプコアへのリードは「ポンプリード」５４としてここに参照される。
【００１３】
目下の説明の目的で、マルチコア伝送ファイバ、および増幅器はそれぞれ尾部端面３４、６６、およびリード端面３６、６８を備え、伝送された光信号はそれぞれの装置の尾部端面３４、６６からそのリード端面３６、６８の方向に伝播するとして述べられる。提示される図において、光信号は左から右方向に伝播する。
【００１４】
図１に示されるように、Ｔ−ＴＭＣ伝送リード４２はＡ−ＴＭＣ増幅器リード５２に接続される。さらにＡ−ＴＭＣポンプリード５４はポンピング光源７０に接続される。
【００１５】
運用時には、伝送用マルチコアファイバ３０の尾部端面３４は複数のトランスミッタ、あるいは類似の伝送装置に接続され、マルチコア伝送ファイバの個々のコアは対応する伝送装置に接続される。複数の伝送装置からの出力はマルチチャンネル平行入力として伝送ＭＣＦ３０に与えられる。
【００１６】
光は、ＭＣＦ３０、Ｔ−ＴＭＣ４０、伝送リード４２、増幅器用リード５２、Ａ−ＴＭＣ５０、および増幅器６０によって規定される複数の平行経路の中をシステム２０の長さ方向に伝播する。増幅器のポンプコアは光源７０からのポンピング光を受けて、増幅されたマルチチャンネル出力９０をもたらす。
【００１７】
システム２０は技術的に知られた実践によって、（図示されない）追加の構成要素を含んでよい。そのような追加の構成要素は、例えば、フィルタ、光アイソレータ、および類似のものを含んでよく、かつ、グレーティング、波長分割多重装置（ＷＤＭ）、および類似の構造のものを使って実施されてよい。
【００１８】
図１に示されるシステム２０に関連して、現行のカプラ方式は６つの標準的なポンプ−信号波長分割多重装置（ＷＤＭ）、および６つの個々のポンプの使用を必要とすることが注目されるべきである。ここに述べられるように、本発明の態様を採用することにより、６つのＷＤＭ、およびポンプを単一のＡ−ＴＭＣ５０に置き換えることが可能となる。
【００１９】
上記の構成要素、およびそれによる追加の態様が以下に詳細に述べられる。
【００２０】
２．ＭＣＦ伝送ファイバと増幅器との間の接続性の提供
図２および３は、図１に示されるシステム２０の伝送ＭＣＦ３０のコア、およびファイバ増幅器６０への接続性を提供するために使われる構造の等角図法を示す。
【００２１】
目下の例において、図２に示されるように、第一のＴ−ＴＭＣ４０ａはその尾部端面３４で伝送ＭＣＦ３０のコアへの接続性を提供するために使われ、第二のＴ−ＴＭＣ４０ｂはそのリード端面３６で伝送ＭＣＦ３０のコアへの接続性を提供するために使われる。
【００２２】
第一のＴ−ＴＭＣ４０ａは伝送ＭＣＦの個々のコア３２と対応する複数のトランスミッタ８２、あるいは類似の伝送装置との間の接続性を提供するために使われる。そのような接続性を提供するために他の技術が使われてもよい。例えば、結合技術が米国仮出願特許番号６１／３１４，１８３に述べられていて、それは本発明の譲受人に保有され、参照のため、そのすべてがここに引用される。その技術において、ＭＣＦは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、あるいは類似の装置の配列の上に直接突き合せ接続される。第二のＴ−ＴＭＣ４０ｂは、伝送ＭＣＦの個々のコア３２と増幅器６０との間の接続性を提供するために使われる。
【００２３】
図２に図解されるように、Ｔ−ＴＭＣは、伝送リード４２ａ、４２ｂの対応するコア４６ａ、４６ｂの分離を維持するカプラ胴体４４ａ、４４ｂにおいて共に結合される複数の個々の伝送リード４２ａ、４２ｂからなる。コアはカプラ胴体を通って延び、接合端面４８ａ、４８ｂにおいて終端する。接合端面４８ａ、４８ｂにおけるコアの構成はＭＣＦの端面３４、３６におけるコアの構成に整合する。したがって、接合端面４８ａ、４８ｂはＭＣＦの端面３４、３６に直接接続が可能であり、個々のＭＣＦコア３２のそれぞれが伝送リード４２ａ、４２ｂの対応するコアと一列に並べられる。先細のマルチコアカプラを設計し、製造するための技術は米国仮特許出願第６１／３１４，１８２号明細書に述べられていて、それは本発明の譲受人に保有され、参照のため、そのすべてがここに引用される。個々のコア、あるいは端面３４、３６におけるコアの方向を識別するための適当な方法が、ＭＣＦ構造、あるいはＭＣＦ設計の特徴として提供され得る。これらは幾何学的形状の特徴、空孔、あるいは適当な励起状態にあるフッ素をドープした他のガラス領域、あるいはクラッド表面へのマーカー、あるいは類似のものの含有物を含むことが出来る。幾何学的形状の特徴が、例えば、米国仮特許出願第６１／３１４，１６５号明細書に述べられていて、それは本発明の譲受人に保有され、参照のため、そのすべてがここに引用される。
【００２４】
図３はＡ−ＴＭＣ５０の等角図法であって、７コアＭＣＦ増幅器６０への接続性を提供するために使われる。ＭＣＦ増幅器６０において、６コアは、ＭＣＦ伝送ファイバ３０の６つの個々のコア３２に対応する希土類をドープしたコア（例えば、Ｅｒ、あるいはＥｒ／Ｙｂをドープしたコア）、ラマン増幅器コア、あるいはパラメトリック増幅器コアのような増幅器コア６２である。７番目のコア６４はポンプコアであって、それはポンプ光を搬送するために使われる。代表的なファイバ増幅器の場合、７つのコア６２、６４は六角形に配置され、増幅器コア６２は六角形の頂点に位置付けされ、ポンプコア６４は六角形の中心に位置付けされる。増幅器の長さは多くの考慮すべき事項に依存する。目下の例において、増幅器は５ｍから２００ｍの範囲の長さを備えることが期待される。増幅器は、異なる幾何学的形状、寸法、コアのドーパント、コアの数、その他類似のことの採用を含む、その他の形式の構成によって実行されてもよいということが評価されるであろう。
【００２５】
図３に図解されるように、Ａ−ＴＭＣ５０は、複数の個々の増幅器リード５１、およびリード５１、５２の対応するコア５４の分離を維持する先細のカプラ胴体５３において共に結合される少なくともひとつのポンプリード５２とを備える。コア５４はカプラ胴体５３を通って延び、接合端面５５において終端する。接合端面５５におけるコアの構成は、増幅器コア６２、６４のコアの構成に整合する。したがって、Ａ−ＴＭＣの端面５５は増幅器リードの端面６６に直接接続が可能であり、個々の増幅器コア６２、６４が増幅器、およびポンプリード５１、５２の対応するコア５４と一列に並べられる。
【００２６】
Ｔ−ＴＭＣ４０ｂ、およびＡ−ＴＭＣ５０からのリードは、図１に示されるように扇型に広げられ、接続される。それぞれの増幅器リードは対応する伝送リードに接続される。ポンプリードはポンピング光源７０に接続される。
【００２７】
本発明の更なる実践により、マルチコア伝送ファイバとマルチコア増幅器ファイバとの間の接続、あるいは接合損失を低減するためにブリッジマルチコアファイバを使うことが可能であり、その場合、それらの対応するモードフィール径（ＭＦＤ）には著しい違いがある。
【００２８】
例として、伝送ＭＣＦのコアがモードフィールド径ＭＦＤＴ＝１０μｍであり、増幅器ＭＣＦのコアがモードフィールド径ＭＦＤＡ＝５μｍであると仮定しよう。伝送、および増幅器ＭＣＦが直接接続されるならば、接合損失は以下のように計算されて約１．８ｄＢであろう。
【数１】
0005643418.tif 000002
【００２９】
しかし、モードフィール径がＭＦＤＢであるブリッジＭＣＦが伝送ＭＣＦと増幅器ＭＣＦとの間の中間接続をするために使われるとき、全接合損失は以下の式のようになるであろう。
【数２】
0005643418.tif 000003
【００３０】
ＭＦＤＢがＭＦＤＴとＭＦＤＡとの間の中間の値を備えるように選択されるとき、正味の接合損失が低減できる。例えば、ＭＦＤＢが７．１μｍであるように選択されるとき、全接合損失αＳｐｌｉｃｅＴＢＡは約１．０ｄＢであり、すなわち上述のようにαＳｐｌｉｃｅＴＡ．＝１．８ｄＢよりも著しく小さいであろう。
【００３１】
さらに伝送、および増幅器ＭＣＦとの間の接合損失を低減するために、さらに、ひとつ以上のブリッジＭＣＦを使うことが可能である。熱的に拡大したコア、およびファイバ、およびコア径の物理的な先細化のような、異なるモードフィールド径のモードをサポートするファイバコア間の断熱遷移を生成するための追加的な方法がよく知られている。
【００３２】
３．マルチコア増幅器の可能な断面幾何学的形状
図４Ａ−４Ｃはマルチコアファイバ増幅器の３つの代表的な断面幾何学的形状のダイアグラムである。
【００３３】
設計Ａ−Ｃにおいて、それぞれ描かれた増幅器６０ａ−ｃは、６つの増幅器コア６２ａ−ｃ、および正六角形の頂点に配され、周囲を取り囲むクラッド６３ａ−ｃを備える。増幅器コア６２ａ−ｃは、それぞれの増幅器コアが活性利得媒質を備えるように、適当な希土類ドーパント、あるいは類似の材料でドープされる。
【００３４】
それぞれの増幅器６０ａ−ｃはさらにポンプコア６４ａ−ｃ、および増幅器コア６２ａ−ｃの中心に位置する周囲を取り囲むクラッド６５ａ−ｃを備える。
【００３５】
設計パラメータは以下を含む：
ポンプクラッド直径  Ｄｐｃｌａｄ；
増幅器クラッド直径  Ｄａｃｌａｄ；
ポンプクラッド直径Ｄｐｃｌａｄと増幅器クラッド直径Ｄａｃｌａｄの間の比Ｒ；
ポンプコアとそれぞれの増幅器コアの間の中心−中心の距離Ｄｐ−ａ
（描かれている設計のすべての増幅器コアについて等しいと仮定）；
隣接する増幅器コアの間の中心−中心の距離Ｄａ−ａ
（描かれている設計の隣接する増幅器コアのすべての対について等しいと仮定）。
【００３６】
設計Ａ（図４Ａに示される）：７つのコアのすべては同一のクラッド直径を備える。さらに、隣接する増幅器コアの間、およびポンプと増幅器コアの間の中心−中心の間隔はクラッド直径と同じである、すなわち
Ｄａ−ａ＝Ｄｐ−ａ＝Ｄｐｃｌａｄ＝Ｄａｃｌａｄ
【００３７】
設計Ｂ（図４Ｂに示される）：ポンプクラッド直径Ｄｐｃｌａｄは増幅器クラッド直径ＤａｃｌａｄのＲ倍である。ポンプコアと増幅器コアとの間の中心−中心距離Ｄｐ−ａ、および隣接する増幅器コアとの間の中心−中心距離Ｄａ−ａは、両方とも（Ｒ＋１）Ｄ／２に等しい。したがって
Ｄｐｃｌａｄ＝Ｒ・Ｄａｃｌａｄ
かつ
Ｄａ−ａ＝Ｄｐ−ａ＝（Ｒ＋１）・Ｄａｃｌａｄ／２
【００３８】
設計Ｃ（図４Ｃに示される）：増幅器コア６２ｃ、およびクラッド６３ｃは少なくとも部分的にポンプクラッド６５ｃの中に埋め込まれている。設計Ｃ用のプリフォームは多くの方法によって製造出来る。例えば、適切にドープされたコア材料の周囲にクラッド管を縮径することによってポンプコア−クラッド棒を形成することが可能であろう。次いで、ポンプコア−クラッド棒の外周に適切に形成される溝を削りだすことによりポンプクラッドの中に増幅器コアが埋め込まれる。その結果得られる組立体がそれから縮径され、ファイバに引き落とされる。
【００３９】
４．ポンプと希土類をドープされたコアとの結合
図５は、本発明の更なる態様によるマルチコアファイバ増幅器１６０、およびＡ−ＴＭＣ１５０の等角図法を示し、マルチコア増幅器１６１の一部は、中心部のコア内のポンプ光と周囲を囲む６つの増幅器コアの間でモード結合を行わせるために先細にされる。特に、一般的には約１０ｍｍから５０ｍｍであるマルチコア増幅器ファイバの短い部分は、ポンプ光が容易に増幅器コアに結合されるように、コアおよびクラッド直径を低減するために先細にされる。
【００４０】
５．ポンプと増幅器コアの屈折率プロファイル、および間隔
伝送信号はファイバ増幅器のコア中を伝播するので、増幅器コア中のクロストークを低く保持することが重要である。さらに、増幅器コアは、高いポンプ効率と大きな利得係数のために必要とされる高いコア屈折率と小さな有効断面積を備えるべきである。
【００４１】
モードフィールド径（ＭＦＤ）は、クロストークファイバ中の隣接するコアの間の予想されるクロストークの量に関する有用な指標である。したがって、本発明の態様により、増幅器コア、およびポンプコアは、所与の動作波長において許容できる低いレベルのクロストークとなるモードフィールド径を備えるように構成される。許容されるクロストークの量は特定の用途に依存する。一般的に言えば、−２０ｄＢのオーダーのクロストークレベルが実行可能であるが、しかし−４０ｄＢがもっと望ましいかもしれない。
【００４２】
さらに、増幅器コア、およびポンプコアは選択される先細率、例えば１：２の全体にわたって保持されるモードフィールド径となるそれぞれの屈折率差、および直径を備えるように構成される。
【００４３】
（ａ）増幅器コア屈折率プロファイル
図６は、モードフィールド径とコア直径との間の関係を示すグラフ２００である。上側の曲線２０２はΔｎ＝０．０２に対応し、下側の曲線２０３はΔｎ＝０．０３に対応する。ここで使われるとき、用語Δｎは屈折率差、すなわち所与のコア領域の屈折率とクラッド材料の屈折率の差のことを言う。図５から、コア直径にかなり大きな部分的変化の後であっても、許容範囲内でモードフィールド直径（ＭＦＤ）が変わらないままであるようにコア直径が選択可能であることが見られる。
【００４４】
Δｎ＝０．０３に対する曲線２０３に示されるように、１５５０ｎｍにおけるＭＦＤは、コア直径が５．３μｍから２．２μｍまで５０％以上低減されるとき、４．１μｍと５μｍとの間にあり続ける。同様に、曲線２０２に示されるように、Δｎ＝０．０２コアの直径が６μｍから２．８μｍまで低減されるとき、ＭＦＤは５．２μｍと５．８μｍとの間にあり続ける。この解析は、高屈折率増幅器コアはＭＦＤの著しい変化なしに５０％先細に出来るということを示唆している。したがって、図５はファイバ直径を先細にすることが増幅器コア中のクロストークを著しく増加させることはないということを示唆している。
【００４５】
（ｂ）ポンプコア屈折率プロファイル
ポンプコア屈折率プロファイルを設計する場合、増幅器コアとポンプコアとの間で効果的な結合を備えることが望ましい。本発明の態様により、結合の程度が直径の先細化により制御される。
【００４６】
図７Ａ、および７Ｂは、本発明の態様による先細化の前の増幅器コアの屈折率プロファイル２２０と先細化の後の増幅器コアの屈折率プロファイル２３０を示す。プロファイルは中心部コア領域２２２、２３２、および外側クラッド領域２２４、２３４を含む。先細化の前後の増幅器コア２２２、２３２、およびクラッド２２４、２３４の屈折率差Δｎ、および外側半径ｒの代表的な値が図９Ａに示される表に説明される。
【００４７】
目下の例において、使われている先細率は１：２である。したがって、増幅器コアの半径は許容範囲内で、先細化の前後で一定のモードフィールド径を保持するように選択される。目下の例において、増幅器コアの半径は先細化の前で２．８μｍまで、かつ先細化の後で１．４μｍまでであるように選択される。
【００４８】
図８Ａ、および８Ｂは、それぞれ本発明による先細化の前のポンプコアの屈折率プロファイル２４０と、先細化の後のポンプコアの屈折率プロファイル２５０を示す。プロファイルは、中心部コア領域２４２、２５２、コア領域２４２、２５２を取り囲む台座領域２４４、２５４、台座領域２４４、２５４の外側エッジにある環状領域２４６、２５６、および環２４６、２５６を取り囲む落ち込んだ外側領域２４８、２５８を含む。先細化の前後のポンプコア２４２、２５２、台座２４４、２５４、環２４６、２５６、および落ち込んだ外側領域２４８、２５８に対する屈折率差Δｎ、および外側半径ｒの代表的な値が図９Ｂに示される表２に説明される。環２４６、２５６は大きな半径位置におけるパワー分布を増加させ、かつ先細による増幅器コアとのモード結合を強める役目をする。
【００４９】
（ｃ）代表的な屈折率プロファイル、およびコア間隔
図１０は増幅器２６０の代表的な構成を示す。描かれている例では、増幅器コア２６２はポンプコア２６４の周囲の均等に分布した角度位置に置かれる。中心−中心の間隔Ｄはポンプ、および増幅器コアとの間で３０μｍである。この例において、隣接する増幅器コアの間の間隔も３０μｍである。
【００５０】
さらに、ポンプの台座２６６、および環２６８が図１０に示される。増幅器コア２６２は少なくとも部分的に環２６８の中に埋め込まれる。
【００５１】
（ｄ）予想されるパワー分布
ＯＦＳ独自開発のソフトウエアが、上記の代表的な屈折率プロファイルに基づく増幅器、およびポンプコアの予想される導波路特性、および光パワー分布を計算するために使用された。
【００５２】
図１１Ａは、増幅器コアの中心から指定されたファイバ半径位置の外側に配される１５５０ｎｍにおけるパワー部分を示すグラフ２８０である。曲線２８２は非先細増幅器コアに対応し、曲線２８４は５０％先細にされた増幅器コアに対応する。
【００５３】
非先細ファイバの隣接する増幅器コアの間の中心−中心の間隔は３０μｍであり、先細にされたファイバでは１５μｍである。曲線２８４から、５０％先細にされた増幅器コアに対してファイバ半径１５μｍの位置の外側に約５．１×１０−８の光パワーが配されると予想されることが見られる。このことは、隣接する増幅器コアの間でクロストークは−７０ｄＢより少ないということを示唆している。
【００５４】
図１１Ｂは、ポンプコアの中心から指定された半径位置の外側に配される１５５０ｎｍにおけるパワー部分を示すグラフ２９０である。曲線２９２は非先細ポンプコアに対応し、曲線２９４は５０％先細にされたポンプコアに対応する。
【００５５】
非先細ファイバの増幅器コアの間の中心−中心の間隔は３０μｍであり、先細にされたファイバでは１５μｍである。曲線２８４から、５０％先細にされた増幅器コアに対してファイバ半径１５μｍの位置の外側に約５．１×１０−８の光パワーが配されると予想されることが見られる。このことは、隣接する増幅器コアの間でクロストークは−７０ｄＢより少ないということを示唆している。
【００５６】
非先細ファイバのポンプコアと増幅器コアの間の中心−中心の間隔は３０μｍである。曲線２９２から、非先細ポンプコアに対してポンプコアの中心から３０μｍを越えるところに約３．０×１０−９の光パワーが配されることが見られる。このことは、非先細ファイバではポンプと増幅器コアの間ではモード結合はほとんどないであろうということを示唆している。
【００５７】
先細により、ポンプコアと増幅器コアとの間の中心−中心の間隔は１５μｍである。曲線２９４から、先細にされたポンプコアに対してポンプコアの中心から１５μｍを越えるところに約１．２×１０−１の光パワーが配されることが見られる。このことは、ピークポンプパワーのかなりの部分（例えば、−１７ｄＢ）が６つの増幅器コアのそれぞれの中に発射され得るということを示唆している。
【００５８】
図１１Ｂは、ポンプコアの中心から指定半径位置を越えるところに置かれる１５５０μｍにおける光パワー部分を示す。図１０に示されるように、先細にされた増幅器コアの中心がポンプコアの中心から１５μｍのところに配されるとき、約１２．０５％の光パワーが増幅器コアに結合されるであろう。このことは、ピークポンプパワーの−１７ｄＢが６つの増幅器コアのそれぞれの中に発射されるであろうということを示唆している。増幅器コアの直径が有限であることが考慮に入れられねばならないことが注目される。半径１５μｍでポンプ光の一部がコアの間に落ちる。
【００５９】
増幅器コアが中心部ポンプコアに近接して配される、すなわち図４Ｃに示される設計Ｃを用いるとき、増幅器コアはより多くのポンプパワーを受けることが出来る。
【００６０】
例えば、ピークポンプパワーの約−８．７ｄＢが、５０％先細にされたファイバのポンプコア中心部から１２μｍのところに配される６つの増幅器コアのそれぞれに発射されるであろう。このポンプパワーは約０．９３ｄＢ、あるいはこの共有化されたポンピング構成における理論的な限度よりも１９％少ない。このことはポンプパワーが６つの増幅器コアに共有されることによる。したがって、多くても−７．８ｄＢのピークポンプパワーがそれぞれの増幅器コアに向けて発射される。
【００６１】
６．後方ポンピング
上に議論されたファイバ増幅器において、ポンピング光はその入力端から増幅器に供給される。また、後方ポンピング構成を用いてポンピング光が増幅器の出力端から供給されることも可能である。
【００６２】
図１２は、本発明の更なる態様による後方ポンプファイバ増幅器システム３００の例の出力端のダイアグラムを示す。増幅器胴体は、上に議論された増幅器ファイバ６０に対応する７コア増幅器ファイバ３２０を備える。
【００６３】
Ａ−ＴＭＣ３４０が増幅器ファイバの出力端面に接続される。Ａ−ＴＭＣの構造は上に議論されたＡ−ＴＭＣ５０に対応する。Ａ−ＴＭＣ３４０は増幅器ポンプコアの中へのポンプ入力のための接続性、および６つの増幅器コア出力のための接続性をを提供する。したがって、描かれたシステムにおいて、ポンプ光は右から左方向へ発射され、増幅された信号光は左から右へ伝播する。
【００６４】
本発明の更なる態様により、上に述べられた技術によって増幅器ファイバの一部分が先細にされ、ポンプコアと増幅器コアとの間の結合を容易にする。
【００６５】
上に述べられた後方ポンプ増幅器システム、および技術は、異なる数、および構成の増幅器、およびポンプコアを備えるファイバを含むいろいろ他の形式のファイバによって実行可能であることが評価されよう。ＴＭＣ装置は、図１に示されるようにリードで接続された組み合わせで使える、あるいは自由空間カプラ、あるいは撮像装置と結合することが出来る。
【００６６】
ＭＣＦ増幅器の中心部コアは、異なるポンプ波長、例えばエルビウムドープ増幅器コアに対する９８０ｎｍ、および１４８０ｎｍ、あるいはマルチコアラマン増幅器における目標増幅波長以下のひとつのストークス波長におけるポンプ波長で他の６つの増幅器コアを励起（ｐｕｍｐ）するために使うことが出来る。
【００６７】
広帯域増幅は、希土類ファイバ増幅器、およびラマン増幅器の従来技術で知られているように、増幅器コアの適切なドーパント組成を選択することにより達成される。
【００６８】
上に述べられた他の増幅器システムからの態様は、必要に応じ、修正して増幅器システム３００に導入されてもよい。さらに、増幅器システム３００の態様がさらなる開発の主題であってもよい。これらの態様は、例えば、ポンプ起因のクロストーク（ｐｕｍｐ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）、および利得と過渡信号の制御を含む。
【００６９】
７．追加的なＭＣＦ用途
本発明の更なる態様により、上に述べられた構造、および技術は、数多くの異なる用途、および事情の用途に対して修正され、あるいは拡張されてよい。これらの用途、および事情のいくつかが以下に説明される。
【００７０】
（ａ）エルビウム、イッテルビウムが共にドープされたマルチコア増幅器
本発明のこの態様により、現在、９８０ｎｍ用途に使われる形式のエルビウムとイッテルビウムが共にドープされたコア棒を含むプリフォームからマルチコアファイバが線引きされる。次いで、上記の技術により、マルチコアファイバはファイバ増幅器を構築するために使われる。
【００７１】
本発明のこの態様によるエルビウム−イッテルビウムマルチコア増幅器は、エルビウムをドープされたマルチコア増幅器の利得係数よりも高い利得係数、しかしより狭い利得スペクトルを備えると思われる。どちらの光源も適しているが、９００ｎｍから９８０ｎｍの範囲の波長のハイパワーポンプ光源は、ハイパワーの１４８０ｎｍ光源よりもより容易に適用できると予想される。
【００７２】
（ｂ）クラッド−ポンプ構成
希土類をドープされたコアを含むマルチコアファイバはクラッド−ポンプ構成とすることができる。これは、（非円形ポンプガイド、星型、”モード混合”、および空気クラッド構造の使用を含む）低吸収ポンプモードを避ける特徴と同様に、（上に議論されたＥｒ−Ｙｂドーピングを含む）高いバルク吸収率を提供するドーパントの使用を含む。クラッドポンプファイバは、クラッド中をポンプ光を導くための低屈折率の被覆、あるいは内側のクラッド中をポンプ光を導くための（空気−クラッドを含む）二重クラッド構造で線引きされてよい。本発明のこの態様によって、マルチコアファイバは７つの希土類を含むコアを備えるように構成される。クラッド−ポンプ配列の潜在的な利点は、いくつのコア、あるいはどんなコア配置であってもすべてのコアのポンプ吸収と両立できることである。エルビウム−イッテルビウムの濃度、および内側、および外側コアの屈折率プロファイルは、クラッド−ポンプパワーの半径方向の分布に関わる一様な利得を達成するように設計される。
【００７３】
さらに、面積比（つまり、ポンプが導かれる面積／吸収される面積）がＥｒ単独のクラッド−ポンプファイバを可能にするように小さくすることが出来る。
【００７４】
（ｃ）先細にしたファイバ束
本発明の更なる態様が、マルチコアファイバ増幅システムを提供し、その場合において、１９コアのファイバ増幅器が７コアのマルチコアファイバ径間によって搬送されるマルチチャンネルパラレル伝送に対して増幅を行うために使われる。
【００７５】
２つの形式の先細ファイバ束（ＴＦＢ）が接続性を提供する。ＴＦＢの第一の形式は、７本のファイバリード、およびマルチコアファイバ径間の７つのそれぞれ個々のコアへの接続性を提供するために対応するコアを備える形式ＡのＴＦＢである。ＴＦＢの第二の形式は、１９本のファイバリード、および対応するコアを備える形式ＢのＴＦＢである。これら７本のリードは形式ＡのＴＦＢの対応するファイバリードに接続され、マルチコアファイバ径間の７つの個々のコアと、７つの希土類をドープされた増幅器コアとの間の接続性を提供する。残りの１２本のリードはマルチコア増幅器のクラッド領域に９８０ｎｍのポンプパワーを発射するために使われる。
【００７６】
先に述べられたファイバ増幅器の構造、および実践に関して上に述べられた変形は、本発明のこの最新の態様と同時に使われてもよい。これらの変形は、例えば、増幅器の先細部分の使用、後方ポンピング構成の使用、および類似のことを含む。
【００７７】
（ｄ）マルチコア分散補償ファイバ
本発明の更なる態様により、上に述べられた構造、および技術は、マルチコア分散補償ファイバ（ＤＣＦ）としての使用に適用可能である。一般にマルチコアＤＣＦは比較的長いファイバ長を備えることが注目されるべきである。マルチコアＤＣＦの個々のコアは従来のシングル−コアＤＣＦに似た特性、すなわち分散の制御、分散勾配、大曲げ、および微小曲げ損失、モードフィールド面積、および接合性を提供するであろう。
【００７８】
８．結論
これまでの記述は、当業者が本発明を実施することを可能にする詳細を含むものであるが、記述は事実上は例示的なものであり、それらによる多くの修正、および変形がこれらの教えの利益を享受する当業者には明らかであろうということが認識されるべきである。したがって、この発明はここに添付される請求の範囲によってのみ規定され、かつ請求の範囲は従来の技術によって許される限り広く解釈されるものであると意図されている。
【符号の説明】
【００７９】
２０  伝送、および増幅システム
３０  伝送用マルチコアファイバ（ＭＣＦ）
３２  ＭＣＦコア
３４  ＭＣＦ尾部端面
３６  ＭＣＦ尾部端面
４０  伝送用先細モードカプラ（Ｔ−ＴＭＣ）
４２  Ｔ−ＴＭＣ伝送リード
４４  カプラ胴体
４８  接合端面
５０  増幅器用先細モードカプラ（Ａ−ＴＭＣ）      
５１  増幅器用コア
５２  Ａ−ＴＭＣ増幅器リード
５３  カプラ胴体
５４  ポンプリード
５５  接合端面
６０  ファイバ増幅器
６２  増幅器用コア
６３  クラッド
６４  ポンプコア
６５  ポンプクラッド
６６  尾部端面
６８  リード端面
７０  ポンピング光源
８０  マルチチャンネル光入力
８２  トランスミッタ
９０  増幅されたマルチチャンネル出力
１５０  Ａ−ＴＭＣ
１６０  マルチコアファイバ増幅器
１６１  マルチコア増幅器の一部
２２２  中心部コア領域
２２４  クラッド
２３２  中心部コア領域
２３４  クラッド
２４２  中心部コア領域
２４４  台座領域
２４６  環状領域
２４８  落ち込んだ外側領域
２５２  中心部コア領域
２５４  台座領域
２５６  環状領域
２５８  落ち込んだ外側領域
２６０  増幅器
２６２  増幅器コア
２６４  ポンプコア
２６６  ポンプの台座
２６８  ポンプの環
３００  後方ポンプファイバ増幅器システム
３２０  ７コア増幅器ファイバ
３４０  Ａ−ＴＭＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0005643418.tif 000008
【図４Ｃ】
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【図５】
0005643418.tif 000010
【図６】
0005643418.tif 000011
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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