(57)【要約】【課題】モード結合によりコア間クロストークを抑圧した実用的なマルチコア伝送用光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】２以上のコアを有するマルチコアファイバと、入力された２以上の信号光と励起光とを合波し、前記コアの第１の端面に入射する増幅器入力部と、を含み、前記第１の端面に入射された前記信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記マルチコアファイバの前記コアの第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きである。【選択図】図６
2014116466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上のコアを有するマルチコアファイバと、
入力された２以上の信号光と励起光とを合波し、前記コアの第１の端面に入射する増幅器入力部と、を含み、
前記第１の端面に入射された前記信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記マルチコアファイバの前記コアの第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、
前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、
前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きであることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
２以上のコアを有するマルチコアファイバと、
励起光を前記コアの第２の端面に入射する増幅器出力部と、を含み、
前記コアの第１の端面に入射された信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、
前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、
前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きであることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】
２以上のコアを有するマルチコアファイバと、
入力された２以上の信号光と第１の励起光とを合波し、前記コアの第１の端面に入射する増幅器入力部と、
第２の励起光を前記コアの第２の端面に入射する増幅器出力部と、を含み、
前記第１の端面に入射された前記信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、
前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、
前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きであることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項４】
前記第１のコアの光軸が、
前記第２のコアに隣接する複数のコアのうち、前記第２のコアの光軸から最も近い距離に位置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記コアの総数が、偶数であり、
前記コアが、等間隔に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
前記コアが、正方格子上に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバ増幅器。
【請求項７】
２以上の増幅用光ファイバを有する増幅用バンドルファイバと、
入力された２以上の信号光と励起光とを合波し、前記増幅用光ファイバのコアの第１の端面に入射する増幅器入力部と、を含み、
前記第１の端面に入射された前記信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記コアの第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、
前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、
前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きであることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチコア伝送で用いられる光ファイバ増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信で用いられる光ファイバにおいて、１つのコアだけでは物理的な伝送容量限界を迎えつつある。そこで、光ファイバ通信システムの伝送容量を飛躍的に増大するためにマルチコア伝送が盛んに研究されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載のマルチコア伝送技術は、１本のファイバに複数のコアを有するマルチコア伝送用の光ファイバを用いて伝送容量を飛躍的に増大する技術である。
【０００３】
図１に、非特許文献２に記載された従来技術であって、現在報告されているマルチコア伝送の伝送路として開発された光ファイバの断面写真を示す。なお、図１におけるコア数は7であり、黒く見えるマルは位置合わせ用のマーカーである。
【０００４】
図２は、従来技術における、伝送信号を増幅する増幅用マルチコアファイバを説明する図である。実用的なマルチコア伝送システムを実現するため、伝送される信号光を増幅するマルチコアファイバ増幅器は必要不可欠であり、図２に示す増幅用マルチコアファイバが開発された。
【０００５】
非特許文献３に記載の技術は、図２に示す増幅用マルチコアファイバを用いている。非特許文献３に記載の技術では、複数の希土類元素の一つであるErイオンを添加した各々のコア（コア数：7）を有する増幅用マルチコアファイバへ、信号光と励起光を入射することで、7個の信号光を同時に増幅することが可能なマルチコア伝送用の光ファイバ増幅器を実現している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Morioka, “New generation optical infrastructure technologies: "EXAT initiative" towards 2020 and beyond,” OECC2009, FT-4, 2009年.
【非特許文献２】K. Mukasa, K. Imamura, and R. Sugizaki,“Multi-core fibers for space-division-multiplexing,” Korea-Japan Workshop on Beyond 100G, ThB4, Jeju Grand Hotel, Korea, 2011年.
【非特許文献３】K. S. Abedin, T. F. Taunay, M. Fishteyn, M. F. Yan, B. Zhu, J. M. Fini, E. M. Monberg, F. V. Dimarcello, and P. W. Wisk, “Amplification and noise properties of an erbium-doped multicore fiber amplifier,” Optics Express, Vol. 19, pp. 16715-16721, 2011年.
【非特許文献４】岡本勝就, “光導波路の基礎,” コロナ社, p. 150, 1992年.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２に示す従来技術における増幅用マルチコアファイバの構成は、励起光と各々合波させた7つの信号光を、増幅用マルチコアファイバ１１の各々のコア（図２では左端）に入射させてマルチコア増幅を実現する構成となっている。
【０００８】
しかし従来技術では、増幅用マルチコアファイバの各コアを伝搬する信号間のモード結合によりコア間クロストークが生じて、伝送特性を劣化させることがある。クロストークを低減するためには、コア間隔をある一定以上に保たなくてはならない。例えば図２に示す増幅用マルチコアファイバでは、クロストークによる伝送特性の劣化を抑えて、 -25 dB以下を得るため、最近接のコア間隔40.9 μmが設定される。ここで最近接のコア間隔とは、隣り合う複数のコア間の距離のうち、最も短い距離をいう。また、最近接するコアとは、最近接のコア間隔に設定された複数のコアをいう。クロストークによる伝送特性の劣化を抑えつつコア間隔が最小限になる最近接のコア間隔が設定された結果、増幅用光ファイバのクラッド直径は従来のファイバのクラッド直径125 μmより大きい148 μmとなっている。すなわち、モード結合によるコア間クロストークを抑圧するために、増幅用光ファイバのクラッド直径を大きくさせる必要が生じる。従って、増幅用マルチコアファイバのクラッド直径が大きくなると、機械的強度の観点から増幅用光ファイバの曲げ半径が大きくなり、増幅器が大型化する問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、モード結合によりコア間クロストークを抑圧した実用的なマルチコア伝送用光ファイバ増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
図３は、本発明の実施形態と従来技術とを比較し、本発明の実施形態の基本概念を説明する第１の図であり、図３（ａ）は、従来技術で使用する増幅用マルチコアファイバを説明する図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施形態で使用する増幅用マルチコアファイバを説明する図である。図３（ａ）に示す従来技術では、増幅用マルチコアファイバ１２の一方のファイバ端（図３（ａ）では左端）より全ての信号光を入射し、他方のファイバ端（図３（ａ）では右端）に増幅された信号光を出力していた。図３（ｂ）に示す本発明の実施形態では、コア内の信号光の伝搬方向をコア毎に設定する。図３（ｂ）の本発明の実施形態の例ではコア数が4つの増幅用マルチコアファイバ１３の場合を示す。コア端１ｃ、コア端３ｃへの信号光は一方のファイバ端（図３（ｂ）では左端）から入射し、コア端２ｄ、コア端４ｄへの信号光は他方のファイバ端（図３（ｂ）では右端）から入射する。
【００１１】
図４は本発明の実施形態の基本概念を説明する第２の図であり、コア数2（１ｅ、２ｅ）の場合について示している。2つのコア（１ｅ、２ｅ）を有する光ファイバ１４のコア間クロストークは、各々のコアを伝搬する光信号の結合状態を表すモード結合定数χで考察できる。モード結合定数χが大きいとクロストークが大きくなるため、モード結合定数χを低減することが重要である。非特許文献４の記載に示すように、モード結合定数χは各々のコアを伝搬する光信号のモードがHE11の場合、以下のように表される。
【００１２】
【数１】
2014116466.tif 000003
【００１３】
ここで、Dはコア間隔、aはコア半径、Δはコアの比屈折率差、uはコア中の正規化横方向伝搬定数、w はクラッド中の正規化横方向減衰定数、K1(w) は1次の第2種変形ベッセル関数、vはファイバv値を示す。また、（式１）はコア１ｅとコア２ｅが同一の形状で同一の屈折率を有する場合を示す。（式１）で示すように、モード結合定数χはコア間隔D を大きくすることで低減できることが分かる。信号光の伝搬方向について考察すると、信号光の伝搬方向が同一方向（例えば+z方向とする）のコアの間には信号光のモード結合が発生するが、一方のコアを伝搬する信号光が+z方向であって、もう一方のコアを伝搬する信号光が-z方向の場合、信号光同士のモード結合は発生しないことになる。ここでグレーティング構造がある特別な場合は、+z方向と-z方向を伝搬する信号間の結合があるが、本発明の実施形態の増幅用マルチコアファイバでは、グレーティング構造はとらない。すなわち、最近接するコアにおいて、信号光の伝搬方向をそれぞれ異なるようにすることでコア間クロストークを避けることが可能となる。
【００１４】
図５は本発明の実施形態の基本概念を説明する第３の図であり、4つのコアを半径raの同心円状に配置した場合を示している。従来技術では伝送特性を劣化させるクロストークの影響を考慮しなくてはならないコア組合せは主に、コア１ｆと２ｆ、２ｆと３ｆ、３ｆと４ｆ、１ｆと４ｆの4つであり、従来技術の場合のクロストークを考慮しなくてはならない最近接のコア間隔はDa となる。一方、本発明の実施形態でクロストークの影響を考慮しなくてはならないコア組合せは、コア１ｆと３ｆ、および２ｆと４ｆの2つであり、本発明の実施形態の場合のクロストークを考慮しなくてはならない最近接のコア間隔はDbとなる。最近接のコア間隔DaおよびDbは半径raを用いて以下のように表され、本発明の実施形態では、クロストークの影響を考慮する必要のある最近接のコア間隔が従来技術の最近接のコア間隔より大きくなる。
【００１５】
【数２】
2014116466.tif 000004
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、２以上のコアを有するマルチコアファイバと、入力された２以上の信号光と励起光とを合波し、前記コアの第１の端面に入射する増幅器入力部と、を含み、前記第１の端面に入射された前記信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記マルチコアファイバの前記コアの第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きであることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、２以上のコアを有するマルチコアファイバと、励起光を前記コアの第２の端面に入射する増幅器出力部と、を含み、前記コアの第１の端面に入射された信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きであることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、２以上のコアを有するマルチコアファイバと、入力された２以上の信号光と第１の励起光とを合波し、前記コアの第１の端面に入射する増幅器入力部と、第２の励起光を前記コアの第２の端面に入射する増幅器出力部と、を含み、前記第１の端面に入射された前記信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きであることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバ増幅器であって、前記第１のコアの光軸が、前記第２のコアに隣接する複数のコアのうち、前記第２のコアの光軸から最も近い距離に位置することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバ増幅器であって、前記コアの総数が、偶数であり、前記コアが、等間隔に配置されることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバ増幅器であって、前記コアが、正方格子上に配置されることを特徴とする。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、２以上の増幅用光ファイバを有する増幅用バンドルファイバと、入力された２以上の信号光と励起光とを合波し、前記増幅用光ファイバのコアの第１の端面に入射する増幅器入力部と、を含み、前記第１の端面に入射された前記信号光を増幅して２以上の増幅信号光を生成し、前記増幅信号光を前記コアの第２の端面から出射する光ファイバ増幅器であって、前記コアのうち少なくとも２つは、第１のコアおよび第２のコアであり、前記第１のコア内を伝搬する第１の増幅信号光の伝搬方向は、前記第２のコア内を伝搬する第２の増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きであることを特徴とする。
【００２３】
なお、本発明の実施形態では、最近接するコア間で信号光入力端を互いに異なるようにするが、図３（ｂ）の左端および右端で示すように信号入力端は偶数であるため、増幅用マルチコアファイバのコア数は偶数であることが望ましい（例外的にコア数が奇数の場合があるが、詳細は後述する）。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、複数のコア毎或いはファイバ毎に信号光を入射するファイバ端をそれぞれ個別に設定し、最近接するコア間（またはファイバ間）で信号光入力端を互いに異なるようにすることで、コア間のモード結合定数を低減できる。したがって、複数のコアを有する光ファイバのコア間クロストークを大きく低減できると共に、増幅用マルチコアファイバのクラッド直径の細径化が可能であるため、実用的なマルチコア光ファイバ増幅器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】マルチコア伝送の伝送路として開発された光ファイバの従来技術の一例の断面写真を示す図である。
【図２】従来技術における、伝送信号を増幅する増幅用マルチコアファイバを説明する図である。
【図３】本発明の実施形態と従来技術とを比較し、本発明の実施形態の基本概念を説明する第１の図であり、（ａ）は、従来技術で使用する増幅用マルチコアファイバを説明する図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態で使用する増幅用マルチコアファイバを説明する図である。
【図４】本発明の実施形態の基本概念を説明する第２の図である。
【図５】本発明の実施形態の基本概念を説明する第３の図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の光ファイバ増幅器構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態で使用する増幅用マルチコアファイバを説明する断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態で説明する光ファイバ増幅器の出力スペクトルを示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の増幅用マルチコアファイバの別の例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の光ファイバ増幅器構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態で使用する増幅用バンドルファイバを説明する図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態で説明する光ファイバ増幅器の出力スペクトルを示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を説明する概念図である。
【図１４】本発明の実施形態で、Er以外のイオン添加の例としてBiを添加した増幅用光ファイバを用いた光増幅器の出力スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に図面を参照し本発明の実施形態をより具体的に詳述するが、以下に開示する実施形態は本発明の単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を何等限定しない。
【００２７】
（第１の実施形態）
図６、図７は本発明の第１の実施形態を説明する図であり、図６は光ファイバ増幅器構成を示すブロック図であり、図７は第１の実施形態に使用する増幅用マルチコアファイバを説明する図である。
【００２８】
本発明の第１の実施形態において、光ファイバ増幅器１００は、Erイオンを添加した６つのコア１ｇから６ｇを有する増幅用マルチコアファイバ１５に、６つのマルチコア光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６と６つのマルチコア光ファイバ増幅器出力部３０−１〜３０−６とが光学的に結合されている構造である。マルチコア光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６とマルチコア光ファイバ増幅器出力部３０−１〜３０−６は励起光と信号光を合波する合波器４０−１、４０−２と励起光を発生する励起レーザおよび励起レーザの駆動回路を含んだ励起光源５０−１、５０−２、光アイソレータ６０−１、６０−２から構成される。本実施形態のコア配置において、図６に示すように、コア１ｇ、３ｇ、５ｇはファイバ左端から、コア２ｇ、４ｇ、６ｇはファイバ右端から信号光を入射する構成としている。つまり、コア１ｇからコア６ｇが交互にマルチコア光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６およびマルチコア光ファイバ増幅器出力部３０−１〜３０−６に光学的に結合されている。図６では、６つのコアのうち３つのコアに図６の左側から入力され、３つのコアに図６の右側から入力されているがこれに限らない。例えば、６つのコアのうち２つのコアに図６の左側から入力され、４つのコアに図６の右側から入力されても良い。つまり、マルチコアファイバの２つ以上のコアのうち少なくとも２つ（第１のコアおよび第２のコアとする）については、第１のコア内を伝搬する増幅された信号光の伝搬方向は、第２のコア内を伝搬する増幅された増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きとなる。
【００２９】
本実施形態では励起光源５０−１、５０−２における励起光レーザとして1480 nm帯半導体レーザを用いた。図７に示すようにErイオンを添加したコア部を有する増幅用マルチコアファイバ１４のファイバ直径は125 μmで、コアを半径13 μmの同心円状に均等間隔で6個を配置している。各コアを伝搬する信号光のモードフィールド直径は6.5 μm（波長1550 nm）、カットオフ波長は1.1 μm、ファイバ長は11 mである。また、コアに添加するErは、1550 nmにおける吸収損失が11.2 dB/mとなる添加濃度とした。
【００３０】
増幅用マルチコアファイバ１５は従来一般的に使われているコアを1個だけ有する光ファイバのクラッド直径と同等であるため、機械的強度を考慮した光ファイバの曲げ半径が従来の光ファイバ増幅器の曲げ半径と同等となり、増幅器が大型化する等の課題を解決できる。
【００３１】
最近接する各コアの入力端と出力端をファイバ端面上に交互に配置することで、本発明の実施形態でクロストークの影響を考慮しなくてはならないコア間隔（例えばコア１ｇとコア３ｇとの間）は22.5 μmとなる。従来技術のクロストークの影響を考慮しなくてはならない最近接するコア間隔13 μmと比較して、本発明の実施形態でクロストークの影響を考慮しなくてはならないコア間隔は長くなり、コア間クロストークを抑圧できる。
【００３２】
本発明の実施形態の有効性を確認するために、コア１ｇに1547 nm、コア２ｇに1548 nm、コア３ｇに1549 nm、コア４ｇに1550 nm、コア５ｇに1551 nm、コア６ｇに1552 nmに信号光を入射し、増幅器から出力される信号光のスペクトルを観測した。観測の際、励起は前方励起状態となるように、マルチコア光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６に搭載した励起レーザのみを駆動した。加えて、各コアへの入射信号光パワー-14 dBmに対して各コアにおける利得が14 dBになるように励起レーザの駆動電流を調整して測定した。
【００３３】
図８に、本発明の第１の実施形態で説明する光ファイバ増幅器のコア１ｇの出力信号光スペクトルを示す。図８において、実線は本実施形態の光増幅器の出力光スペクトルを、点線は従来技術の増幅器構成のように、コア１ｇ〜６ｇ全てに対して、同一のファイバ端（図６において左端）から信号光を入力した場合の出力スペクトル示している。コア間クロストークは、従来技術の -29 dBから 本実施形態では-34 dBに低減できることが確認され、本発明の有効性が明らかとなった。
【００３４】
（コア数が奇数の場合）  
図９は、本発明の第１の実施形態の増幅用マルチコアファイバの別の例を示す断面図である。図９にファイバ断面を示したコアを正方格子上に配置した増幅用マルチコアファイバ１６の場合、コア数が奇数でも最近接するコア間で信号光入力端を互いに異なるようにすることができる。すなわち、図９で白丸のコア１ｈと斜線の丸のコア２ｈとで信号光入力端を互いに異なるようにすることができ、図７に示す実施形態におけるコアの配置によるコア間クロストーク抑圧効果と同様の効果が得られる。
【００３５】
図９では、２１つのコアのうち、１０つのコアと１１つのコアとで信号光入力端を互いに異なっているがこれに限らない。例えば、２１つのコアのうち１３つのコアが図９の白丸のコアであって、８つのコアが図９の斜線の丸のコアであっても良い。つまり、マルチコアファイバの２つ以上のコアのうち少なくとも２つ（第３のコアおよび第４のコアとする）については、第３のコア内を伝搬する増幅された信号光の伝搬方向は、第４のコア内を伝搬する増幅された増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きとなる。
【００３６】
（第２の実施形態）  
図１０、図１１は本発明の第２の実施形態を説明する図であり、図１１は光ファイバ増幅器構成を示すブロック図、図１１は増幅用バンドルファイバを説明する図である。図１０に示す光ファイバ増幅器２００において、バンドル光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６、バンドル光ファイバ増幅器出力部３０−１〜３０−６、合波器４０−１、４０−２、励起光源５０−１、５０−２、光アイソレータ６０−１、６０−２の配置、構成は図６に示す第１の実施形態と同じである。
【００３７】
本発明の第２の実施形態において、光ファイバ増幅器２００は、６つの増幅用光ファイバ８−１〜８−６をバンドルした増幅用バンドルファイバ１７と、６つのバンドル光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６と、６つのバンドル光ファイバ増幅器出力部３０−１〜３０−６とを含む構造である。各増幅用光ファイバ８−１〜８−６はバンドル光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６およびバンドル光ファイバ増幅器出力部３０−１〜３０−６に接続されている。増幅用バンドルファイバ１７はクラッド直径40 μmの増幅用光ファイバ6本をバンドルした（または同時に巻き取った）。
【００３８】
本実施形態のコア配置において、図１０に示すように、増幅用光ファイバのコア１ｉ、２ｉ、５ｉはファイバ左端から、増幅用光ファイバのコア３ｉ、４ｉ、６ｉはファイバ右端から信号光を入射する構成としている（詳細は後述する）。つまり、増幅用光ファイバのコア１ｉ〜コア６ｉがそれぞれ任意のバンドル光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６およびバンドル光ファイバ増幅器出力部３０−１〜３０−６に光学的に結合されている。6本の増幅用光ファイバは同一のボビン１０に被覆が付いた状態で巻かれており、ファイバ端ではそれぞれの被覆は除去された上、ジャケットガラス（またはフェルール）９内に収容される。6本の増幅用光ファイバはジャケットガラス（またはフェルール）９空洞外壁に接するように配置され、中心にはスペーサー７０となるファイバが配置される。図１０では、６つのコアのうち３つのコアに図１０の左側から入力され、３つのコアに図１０の右側から入力されているがこれに限らない。例えば、６つのコアのうち２つのコアに図１０の左側から入力され、４つのコアに図１０の右側から入力されても良い。つまり、バンドルファイバの２つ以上の増幅用光ファイバのコアのうち少なくとも２つ（第５のコアおよび第６のコアとする）については、第５のコア内を伝搬する増幅された信号光の伝搬方向は、第６のコア内を伝搬する増幅された増幅信号光の伝搬方向の向きと反対の向きとなる。
【００３９】
本実施形態において、励起光レーザとして1480 nm帯半導体レーザを用いた。各増幅用光ファイバは、信号光のモードフィールド直径は6.2 μm（波長1550 nm）、カットオフ波長は0.9 μm、ファイバ長は5 mである。また、コアに添加するErは、1550 nmにおける吸収損失が12.8 dB/mとなる添加濃度とした。
【００４０】
本増幅用バンドルファイバ１７で使用した増幅用光ファイバ８−１〜８−６はクラッド直径が従来一般的に使われている増幅用光ファイバのクラッド直径より小さいため、機械的強度を考慮した光ファイバの曲げ半径が従来の光ファイバ増幅器よりも小さくすることができ、増幅器が大型化する等の課題を解決しつつ、更なる小型化が可能となる。
【００４１】
本実施形態の増幅用バンドルファイバ１７では、各増幅用光ファイバはボビン１０にランダム配置で巻き取られているため、図１１で隣接するファイバ間におけるクロストークが大きくなる訳ではない。したがって、予めファイバ間クロストークを測定した。そして測定結果から図６に示すように、増幅用光ファイバ８−１、８−２、８−５はファイバ左端から、増幅用光ファイバ８−３、８−４、８−６はファイバ右端から信号光を入射する構成とした。各増幅用光ファイバへの信号光入力端を独立に設定することで、ファイバ間クロストークを抑圧できる。
【００４２】
本発明の有効性を確認するために、増幅用光ファイバ８−１に1547 nm、増幅用光ファイバ８−２に1548 nm、増幅用光ファイバ８−３に1549 nm、増幅用光ファイバ８−４に1550 nm、増幅用光ファイバ８−５に1551 nm、増幅用光ファイバ８−６に1552 nmに信号光を入射し、増幅器から出力される信号光のスペクトルを観測した。観測の際、励起は前方励起状態となるように、バンドル光ファイバ増幅器入力部２０−１〜２０−６に搭載した励起レーザのみを駆動したうえで、各コアへの入射信号光パワー-14 dBmに対して各増幅用光ファイバにおける利得が14 dBになるように励起レーザの駆動電流を調整して測定した。増幅用光ファイバ８−１の出力信号光スペクトルを図１２に示す。図１２において、実線は本実施形態の光増幅器の出力光スペクトルを、点線は従来技術の増幅器と同様に、増幅用光ファイバ８−１〜８−６全てに対して、同一のファイバ端（図６において左端）から信号光を入力した場合の出力スペクトル示している。ファイバ間クロストークは、従来技術の -33 dBから 本発明の実施形態では-39 dBに低減できることが確認され、本発明の有効性が明らかとなった。
【００４３】
（第３の実施形態）  
図１３は本発明の第３の実施形態の基本概念を説明する図である。本実施形態で使用する増幅用マルチコアファイバ１８の各コアに添加されるEr濃度は均一である。なお、図１３中の増幅用マルチコアファイバ１８のコア部１ｋは、説明がしやすいようにコアが平面上に配置されているように便宜上描いている。また、コア数は９本の場合を示している。C帯の信号光に対しては、1本のコアを通過させることで光ファイバ増幅が実現できる（図１３ではC帯の信号光の組数は６であって、それぞれのC帯の信号光の入射方向は第１の実施形態と同様に交互となっている）。一方L帯の信号光に対しては、図１３に示すように、増幅用マルチコアファイバ１８の複数のコアを折り返して光増幅することで光増幅が実現できる（図１３では3本のコアを折り返して1組のＬ帯信号光増幅に使用）。よって、本実施形態の増幅用マルチコアファイバ１８を用いた光ファイバ増幅器は、C帯信号光のみを増幅する場合と、C帯信号光とL帯信号光が混在する信号光を増幅する場合に対して共通で使用できるため、光増幅器のコスト削減に大きな効果が期待できる。
【００４４】
第１、第２および第３の実施形態で説明したように、それぞれコア数およびファイバ数6の場合に対して示したが、それぞれコア数およびファイバ数を変えた場合も同様に、従来技術よりクロストークが抑圧できることは自明である。また、増幅用マルチコアファイバ、および増幅用バンドルファイバで使用される増幅用光ファイバのコアへ添加するイオンをEr以外（例えばPr、Tm、Nd、Bi）とした増幅用光ファイバでも本発明が有効であることは自明である。
【００４５】
例えば、図１４にコアにBiを添加したマルチコアファイバを用いた光増幅器（光増幅器構成は図６と、コア配置は図７と同様）のコア１ｇの出力信号光スペクトルを示す。励起光レーザとして806 nm帯半導体レーザを用いた。各増幅用光ファイバは、信号光のモードフィールド直径は4.9 μm（波長1550 nm）、カットオフ波長は1.2 μm、ファイバ長は5 mである。また、コアに添加するBiは、0.1 mol%とした。
【００４６】
コア１ｇに1306 nm、コア２ｇに1308 nm、コア３ｇに1310 nm、コア４ｇに1312 nm、コア５ｇに1316 nm、コア６ｇに1320 nmに信号光を入射し、増幅器から出力される信号光のスペクトルを観測した。観測の際、励起は前方励起状態となるように、マルチコア光ファイバ増幅器入力部２０―１〜２０−６に搭載した励起レーザのみを駆動したうえで、各コアへの入射信号光パワー-14 dBmに対して各コアにおける利得が14 dBになるように励起レーザの駆動電流を調整している。図１４において、実線は本実施形態の光増幅器の出力光スペクトルを、点線は従来技術の増幅器構成のように、コア１ｇ〜６ｇ全てに対して、同一のファイバ端（図６において左端）から信号光を入力した場合の出力スペクトル示している。コア間クロストークは、従来技術の -29 dBから 本発明の実施形態では-34 dBに低減できることが確認できる。
【００４７】
以上説明したように、本発明の実施形態では、複数のコア毎或いはファイバ毎に信号光を入射するコア或いはファイバ端をそれぞれ個別に設定し、最近接するコア間（またはファイバ間）で信号光入力端を互いに異なるようにすることで、コア間のモード結合定数χを低減できる。低減した結果、複数のコアを有する光ファイバのコア間クロストークを大きく低減できる。また、本発明を用いることで、クロストークの影響を受けない最近接するコア対の間隔の距離を小さくすることができるため、増幅用マルチコアファイバのクラッド直径の細径化が可能である。したがって、実用的なマルチコア光ファイバ増幅器の実現に大きく貢献できる。
【符号の説明】
【００４８】
１ａ〜４ａ、１ｂ〜４ｂ、１ｃ〜４ｃ、１ｄ〜４ｄ  コア端
１ｅ、２ｅ、１ｆ〜４ｆ、１ｇ〜６ｇ、１ｈ、２ｈ、１ｉ〜６ｉ  コア
１ｋ  コア部
２  クラッド
８−１〜８−６  増幅用光ファイバ
９  ジャケットガラスまたはフェルール
１０  ボビン
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１８  増幅用マルチコアファイバ
１７  増幅用バンドルファイバ
２０−１〜２０−６  光ファイバ増幅器入力部
３０−１〜３０−６  光ファイバ増幅器出力部
４０−１、４０−２  合波器
５０−１、５０−２  励起光源
６０−１、６０−２  光アイソレータ
７０  スペーサー
１００、２００  光ファイバ増幅器
【図３】
2014116466.tif 000005
【図４】
2014116466.tif 000006
【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】
2014116466.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2014116466.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１】
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【図２】
2014116466.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月10日(2014.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、希土類イオンを添加した２以上のコアを有するマルチコアファイバと、１の信号光と１の励起光とを合波し、１のコアに入射する増幅器入力部であって、前記２以上のコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器入力部とを含み、前記信号光を増幅して増幅信号光を前記２以上のコアのそれぞれから出射する光ファイバ増幅器であって、前記２以上のコアのうち第１のコアは、前記マルチコアファイバの第１の端面から前記信号光が入射され、前記第１のコアと最近接する第２のコアの全ては、前記第１の端面と対向する第２の端面から前記信号光が入射されることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項２に記載の発明は、希土類イオンを添加した２以上のコアを有するマルチコアファイバと、１のコアに１の信号光を入射した端面と対向する端面に１の励起光を入射する増幅器出力部であって、前記２以上のコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器出力部とを含み、前記信号光を増幅して増幅信号光を前記２以上のコアのそれぞれから出射する光ファイバ増幅器であって、前記２以上のコアのうち第１のコアは、前記マルチコアファイバの第１の端面から前記信号光が入射され、前記第１のコアと最近接する第２のコアの全ては、前記第１の端面と対向する第２の端面から前記信号光が入射されることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項３に記載の発明は、希土類イオンを添加した２以上のコアを有するマルチコアファイバと、１の信号光と第１の励起光とを合波し、１のコアに入射する増幅器入力部であって、前記２以上のコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器入力部と、第２の励起光を前記１の信号光を入射した端面と対向する端面に入射する増幅器出力部であって、前記２以上のコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器出力部とを含み、前記信号光を増幅して増幅信号光を前記２以上のコアのそれぞれから出射する光ファイバ増幅器であって、前記２以上のコアのうち第１のコアは、前記マルチコアファイバの第１の端面から前記信号光が入射され、前記第１のコアと最近接する第２のコアの全ては、前記第１の端面と対向する第２の端面から前記信号光が入射されることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバ増幅器であって、前記２以上のコアの総数が、偶数であり、前記２以上のコアが、等間隔に配置されることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバ増幅器であって、前記２以上のコアが、正方格子上に配置されることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項６に記載の発明は、希土類イオンを添加したコアを有する２以上の増幅用光ファイバを備える増幅用バンドルファイバと、１の信号光と１の励起光とを合波し、１の増幅用光ファイバのコアに入射する増幅器入力部であって、前記２以上の増幅用光ファイバのコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器入力部とを含み、前記信号光を増幅して増幅信号光を前記２以上の増幅用光ファイバのコアのそれぞれから出射する光ファイバ増幅器であって、前記２以上の増幅用光ファイバのコアのうち第１のコアは、前記増幅用バンドルファイバの第１の端面から前記信号光が入射され、前記第１のコアと最近接する第２のコアの全ては、前記第１の端面と対向する第２の端面から前記信号光が入射されることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類イオンを添加した２以上のコアを有するマルチコアファイバと、
１の信号光と１の励起光とを合波し、１のコアに入射する増幅器入力部であって、前記２以上のコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器入力部とを含み、
前記信号光を増幅して増幅信号光を前記２以上のコアのそれぞれから出射する光ファイバ増幅器であって、
前記２以上のコアのうち第１のコアは、前記マルチコアファイバの第１の端面から前記信号光が入射され、
前記第１のコアと最近接する第２のコアの全ては、前記第１の端面と対向する第２の端面から前記信号光が入射されることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
希土類イオンを添加した２以上のコアを有するマルチコアファイバと、
１のコアに１の信号光を入射した端面と対向する端面に１の励起光を入射する増幅器出力部であって、前記２以上のコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器出力部とを含み、
前記信号光を増幅して増幅信号光を前記２以上のコアのそれぞれから出射する光ファイバ増幅器であって、
前記２以上のコアのうち第１のコアは、前記マルチコアファイバの第１の端面から前記信号光が入射され、
前記第１のコアと最近接する第２のコアの全ては、前記第１の端面と対向する第２の端面から前記信号光が入射されることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】
希土類イオンを添加した２以上のコアを有するマルチコアファイバと、
１の信号光と第１の励起光とを合波し、１のコアに入射する増幅器入力部であって、前記２以上のコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器入力部と、
第２の励起光を前記１の信号光を入射した端面と対向する端面に入射する増幅器出力部であって、前記２以上のコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器出力部とを含み、
前記信号光を増幅して増幅信号光を前記２以上のコアのそれぞれから出射する光ファイバ増幅器であって、
前記２以上のコアのうち第１のコアは、前記マルチコアファイバの第１の端面から前記信号光が入射され、
前記第１のコアと最近接する第２のコアの全ては、前記第１の端面と対向する第２の端面から前記信号光が入射されることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項４】
前記２以上のコアの総数が、偶数であり、
前記２以上のコアが、等間隔に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記２以上のコアが、正方格子上に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
希土類イオンを添加したコアを有する２以上の増幅用光ファイバを備える増幅用バンドルファイバと、
１の信号光と１の励起光とを合波し、１の増幅用光ファイバのコアに入射する増幅器入力部であって、前記２以上の増幅用光ファイバのコアのそれぞれに光学的に結合された２以上の増幅器入力部とを含み、
前記信号光を増幅して増幅信号光を前記２以上の増幅用光ファイバのコアのそれぞれから出射する光ファイバ増幅器であって、
前記２以上の増幅用光ファイバのコアのうち第１のコアは、前記増幅用バンドルファイバの第１の端面から前記信号光が入射され、
前記第１のコアと最近接する第２のコアの全ては、前記第１の端面と対向する第２の端面から前記信号光が入射されることを特徴とする光ファイバ増幅器。