(57)【要約】【課題】マルチコア光増幅器の構成部品の点数を削減する。【解決手段】波長配置が互いに異なる複数のWDM信号を合分波する少なくとも２組のインターリーバ(9)と、インターリーバからの複数のWDM信号と励起光源(4)からの励起光とを合分波する少なくとも２組の合分波器(5)と、希土類イオンを添加した複数のコアを備えた増幅用マルチコアファイバ(3)と、少なくとも２組の合分波器(5)の各組の合分波器の各々を、増幅用マルチコアファイバ(3)の複数のコアのうちの１つに接続する１組のファンアウト(8)とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長配置が互いに異なる複数のWDM信号を入力とする少なくとも１組のインターリーバと、
前記インターリーバからの複数のWDM信号と励起光とを合分波する少なくとも1組の合分波器と、
希土類イオンを添加した少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバと
を備え、
前記少なくとも１組の合分波器の各組の合分波器の各々を、前記増幅用ファイバの少なくとも１つのコアのうちの１つに接続するように構成されたことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記少なくとも１組のインターリーバおよび前記少なくとも１組の合分波器の組数は、２以上であり、
前記少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバのコア数は、複数であり、
前記少なくとも１組の合分波器の各組の合分波器の各々を、前記増幅用ファイバの複数のコアのうちの１つに接続する１組のファンアウト
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記増幅用ファイバの前記コア数が、該光増幅器の入／出力に接続されるマルチコアファイバのコア数より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記増幅用ファイバの複数のコアのうちの隣接するコアにおいて信号光の伝搬方向が反対となるように、前記少なくとも１組の合分波器の各々が前記１組のファンアウトに接続されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の光増幅器。
【請求項５】
２つのWDM信号が前記増幅用ファイバの同一コアにおいて互いに反対向きに伝搬し増幅されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項６】
光中継器として請求項１乃至５のいずれかに記載の前記光増幅器を備え、複数のコアを備えたマルチコアファイバを伝送路として備え、前記マルチコアファイバの隣接するコアにおいて、波長配置が異なる波長分割多重信号を伝送することを特徴とするマルチコア光伝送システム。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の前記光増幅器用の部品であって、
前記少なくとも１組のインターリーバと、前記少なくとも１組の合分波器とを石英系平面光波回路またはシリコン光集積回路に集積したことを特徴とする光増幅部品。
【請求項８】
信号光と励起光とを合分波する少なくとも１組の合分波器と、希土類イオンを添加した少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバとを備えた光増幅器において、
前記少なくとも１組の合分波器で、波長配置が互いに異なる複数のWDM信号と前記励起光とを合波することと、
前記増幅用ファイバの少なくとも１のコア毎に、前記励起光と合波された前記複数のWDM信号を入力し増幅することと、
を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチコア光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】
光伝送システムの伝送容量を飛躍的に増大するために１本のファイバに複数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、それぞれ異なる情報を伝送する波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing: WDM）信号を伝搬させることで、従来の１本に１コアを有するファイバを伝送路とする場合と比較して、飛躍的に伝送容量を増大させることができる。
【０００３】
長距離のマルチコア光伝送システムでは、従来の単一コアファイバを伝送路とする光伝送システムと同様に伝送中に強度が小さくなった信号光を増幅するため、マルチコアファイバ増幅器は必要不可欠である。
【０００４】
従来のマルチコアファイバ増幅器は、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を有する増幅用マルチコアファイバへ、ファンイン／ファンアウトを使用して信号光と励起光をコア毎に入力することで、７つのコアにそれぞれ独立に入力する信号光を同時に増幅している（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】H. Takahashi et al., “First demonstration of MC-EDFA-repeatered SDM transmission of 40 x 128-Gbit/s PDM-QPSK signals per core over 6,160-km 7-core MCF,” in Proc. ECOC2012, Postdeadline papers, Th.3.C.3, 2012
【非特許文献２】増田, “ハイブリッド波長・空間多重システム構成法の検討，” 2012年電子情報通信学会総合大会B-10-81
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来のマルチコア光増幅器では、励起光源、励起光と信号光を合波する合波器をコア毎に持ち、伝送用マルチコアファイバと同数のコアをもつ増幅用ファイバ（エルビウム添加マルチコアファイバ）を用いており、構成部品点数が多くなるという課題がある。
【０００７】
また、マルチコア光増幅器では、増幅用マルチコアファイバの各コアを伝搬する信号間が他のコアへ漏れることにより、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。さらに、また、L帯（1565〜1625 nm）の信号光を増幅するマルチコア光増幅器は、C帯（1530〜1565 nm）の信号光を増幅するマルチコア光増幅器より増幅用マルチコアファイバの所要長が長くなるため、非線形光学効果、特に四光波混合（Four Wave Mixing: FWM）によるクロストークにより伝送劣化が生じることがある。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、光増幅器の構成部品の点数を削減すると共に、コア間の漏れ光や非線形光学効果によるクロストークを抑制が可能な光増幅器とその光増幅器を用いるマルチコア光伝送システム、ならびに上記効果を可能とする光増幅用部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、光増幅器であって、波長配置が互いに異なる複数のWDM信号を入力とする少なくとも１組のインターリーバと、前記インターリーバからの複数のWDM信号と励起光とを合分波する少なくとも1組の合分波器と、希土類イオンを添加した少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバとを備え、前記少なくとも１組の合分波器の各組の合分波器の各々を、前記増幅用ファイバの少なくとも１つのコアのうちの１つに接続するように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光増幅器であって、前記少なくとも１組のインターリーバおよび前記少なくとも１組の合分波器の組数は、２以上であり、前記少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバのコア数は、複数であり、前記少なくとも１組の合分波器の各組の合分波器の各々を、前記増幅用ファイバの複数のコアのうちの１つに接続する１組のファンアウトをさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光増幅器であって、前記増幅用ファイバの前記コア数が、該光増幅器の入／出力に接続されるマルチコアファイバのコア数より小さいことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の光増幅器であって、前記増幅用ファイバの複数のコアのうちの隣接するコアにおいて信号光の伝搬方向が反対となるように、前記少なくとも１組の合分波器の各々が前記１組のファンアウトに接続されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光増幅器であって、２つのWDM信号が前記増幅用ファイバの同一コアにおいて互いに反対向きに伝搬し増幅されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、マルチコア光伝送システムであって、光中継器として請求項１乃至５のいずれかに記載の前記光増幅器を備え、複数のコアを備えたマルチコアファイバを伝送路として備え、前記マルチコアファイバの隣接するコアにおいて、波長配置が異なる波長分割多重信号を伝送することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の前記光増幅器用の部品であって、前記少なくとも１組のインターリーバと、前記少なくとも１組の合分波器とを石英系平面光波回路またはシリコン光集積回路に集積したことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、信号光と励起光とを合分波する少なくとも１組の合分波器<5,105>と、希土類イオンを添加した少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバ<3,30,103>とを備えた光増幅器における方法であって、前記少なくとも１組の合分波器で、波長配置が互いに異なる複数のWDM信号と前記励起光とを合波することと、前記増幅用ファイバの少なくとも１のコア毎に、前記励起光と合波された前記複数のWDM信号を入力し増幅することと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の光増幅用部品を用いた光増幅器を光中継器とするマルチコア光伝送システムは、構成部品点数を削減し、コア間の漏れ光や非線形光学効果によるクロストークの抑制を可能とする利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明のマルチコア光伝送システム及び光増幅器の構成を説明するブロック図である。
【図２】伝送用マルチコアファイバの断面構造の一例を示す図である。
【図３】増幅用マルチコアファイバの断面構造の一例を示す図。
【図４】本願発明のマルチコア光伝送システム及び光増幅器におけるWDM信号の波長配置(周波数配置)を説明する図であり、（ａ）および（ｂ）は伝送用マルチコアファイバのコアそれぞれを伝搬するWDM信号の波長配置(周波数配置)を示す図であり、（ｃ）は増幅用マルチコアファイバのコアを伝搬するWDM信号の波長配置(周波数配置)を示す図である。
【図５】本願発明のマルチコア光伝送システム及び１つのコアを有する増幅用ファイバを用いた光増幅器の構成を説明するブロック図である。
【図６】本願発明において、増幅用マルチコアファイバの隣接コア間で信号光伝搬を反対に設定したときのマルチコア光伝送システム及び光増幅器の構成を説明するブロック図である。
【図７】本願発明において、インターリーブするWDM信号を対向増幅する構成を説明するブロック図である。
【図８】本発明本願発明の第１の実施形態のマルチコア光伝送システム及び光増幅器の構成を説明するブロック図である。
【図９】本願発明の第１の実施形態における伝送用マルチコアファイバの断面構造を示す図である。
【図１０】本願発明の第１の実施形態における増幅用マルチコアファイバの断面構造を示す図である。
【図１１】本願発明の第２の実施形態のマルチコア光伝送システム及び光増幅器の構成を説明するブロック図である。
【図１２】本願発明の第３の実施形態のマルチコア光伝送システム及び光増幅器の構成を説明するブロック図である。
【図１３】本願発明の第４の実施形態のマルチコア光伝送システム及び光増幅器の構成を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のマルチコア光伝送システム、光増幅器、及び光増幅用部品は以下の特徴を有する。
・マルチコア光伝送システム
- 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とする。
- マルチコアファイバの隣接するコアで伝送されるWDM信号の波長配置（周波数配置）が異なる。
- 波長配置（周波数配置）が異なる複数のWDM信号が合波されたWDM信号を増幅する光増幅器によって光中継される。
・光増幅器
- 波長配置（周波数配置）が異なる複数のWDM信号を合分波するインターリーバを備える。
- １つのコアまたは隣接コアにおいて信号光を反対に伝搬させて光増幅を行う。
・光増幅用部品
- インターリーバと励起光と信号光を合分波する励起／信号合分波器とを石英系平面光波回路またはシリコン光集積回路に集積した光増幅部品である。
【００２０】
（作用）
図１に本願発明のマルチコア光伝送システムの光中継部分のブロック図を示す。図１において、１は伝送用マルチコアファイバ、２は光増幅器である。光増幅器２は、増幅用ファイバ３と、励起光源４と、励起光と信号光を合波する励起／信号合分波器５と、光アイソレータ６と、ファンアウト７及び８と、インターリーバ９とを備える。
【００２１】
図２及び図３は、マルチコアファイバ伝送路に用いる伝送用マルチコアファイバ１及び増幅用ファイバ３として用いることができる増幅用マルチコアファイバの断面構造をそれぞれ示す。
【００２２】
図２に示す伝送用マルチコアファイバ１は、１本のファイバに４つのコアを有するマルチコアファイバである。４つのコアのうちコア１１には、図４（ａ）に示した波長配置（周波数配置）のWDM信号-1が伝搬され、コア１２には、図４（ｂ）に示した波長配置（周波数配置）のWDM信号-2が伝搬される。WDM信号-1及びWDM信号-2は、共に周波数間隔SのWDM信号であるが、波長（周波数）配置がS/2だけ互いにずれたWDM信号となっている。
【００２３】
一方、図３に示す増幅用マルチコアファイバは、１本のファイバに２つのコアを有するマルチコアファイバであり、コアには光増幅のための希土類イオン（例えばErイオン）や遷移金属イオン（例えばCrイオン）が添加されている。
【００２４】
光増幅器２に備えられたインターリーバ９は、入力したWDM信号-1とWDM信号-2とを、励起／信号合分波器５の入力に接続する。図１に示す構成では、インターリーバ９は、入力したWDM信号-1とWDM信号-2を合波し図４（ｃ）に示した波長配置（周波数配置）のWDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）を出力したり、或いは反対に、図３に示す波長配置のWDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）を入力して、図３（ａ）に示すWDM信号-1と図３（ｂ）に示すWDM信号-1とに分波したりする機能を有する。
【００２５】
光増幅器２の入力部（例えば、図面の左側）において、ファンアウト７は、入力側の伝送用マルチコアファイバ１の２つのコア１１をそれぞれ異なるインターリーバ９の入力へ、２つのコア１２をそれぞれ異なるインターリーバ９の入力へ接続する。インターリーバ９は、合波されたWDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）の各々を別々の光アイソレータ６の入力へ接続する。
【００２６】
光アイソレータ６は、WDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）を励起／信号合分波器５の入力へ接続する。
【００２７】
励起／信号合分波器５の各々は、WDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）と励起光源４からの励起光とを合波し、増幅用ファイバ３の両端に接続された一方のファンアウト８の入力へ接続する。
【００２８】
ファンアウト８は、励起光と合波されたWDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）をそれぞれ、増幅用ファイバ３のうちの１つのコア（コア２１又はコア２２）へ接続する。増幅用ファイバ３は、コアを伝搬したWDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）を他方のファンアウト８へ接続する。
【００２９】
光増幅器２の出力部（例えば、図面の右側）において、ファンアウト８（他のファンアウト）は、入力部と同様に、WDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）の各々を、別々の励起／信号合分波器５の入力へ接続する。
【００３０】
励起／信号合分波器５の各々は、吸収されずに透過した残留励起光を終端する機能を有し、WDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）を光アイソレータ６の入力へ接続する。
【００３１】
光アイソレータ６の各々は、励起光と合波されたWDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）をインターリーバ９の入力へ接続する。
【００３２】
インターリーバ９の各々は、WDM信号-1とWDM信号-2とを分波し、ファンアウト７の入力へ接続する。
【００３３】
光増幅器２の出力部（例えば、図面の右側）において、ファンアウト７は、入力部と同様に、出力側の伝送用マルチコアファイバ１の２つのコア１１をそれぞれ異なるインターリーバ９の出力へ、２つのコア１２をそれぞれ異なるインターリーバ９の出力へ接続する。
【００３４】
これにより、増幅用ファイバ３のコア２１及びコア２２は共に、WDM信号-1＋WDM信号-2のWDM信号を増幅することができるようになる。すなわち、増幅用ファイバ３のうちの１つコアで伝送用マルチコアファイバ１の２つのコアを伝搬するWDM信号（WDM信号-1＋WDM信号-2）を増幅でき、コア毎に有する励起光源４、励起／信号合分波器５、光アイソレータ６の数を1/2に減らすことができ、光増幅器のサイズの低減が可能となる。また、増幅用ファイバ３は、伝送用マルチコアファイバ１と比較して、ファイバ１本当たりに収容するコア数が1/2となるため、ファイバの直径を小さくすることが可能となり、ファイバ自体の体積も小さくなると共に、曲げに対する機械的強度も大きくなる結果、増幅用ファイバ３を巻き取るボビン直径を小さくできることも光増幅器のサイズの低減に寄与する。
【００３５】
なお、増幅用ファイバ３のコア数は伝送用マルチコアファイバ１のコア数の1/2とは限らず、このコア数比はインターリーバ９が合分波するWDM信号の数によって決まる。例えば、周波数間隔Sで互いにS/4周波数だけ信号周波数が異なる４つのWDM信号を合分波数するインターリーバを用いることにより、増幅用ファイバ３のコア数は伝送用マルチコアファイバのコア数の1/4となる。
【００３６】
さらに、伝送用マルチコアファイバのコア数が２の場合にも本願発明を適用することができる。この場合は、２つのWDM信号を合波したWDM信号を増幅するために必要となる増幅用ファイバのコア数は１つでよい。
【００３７】
図５に、伝送用マルチコアファイバのコア数が２の場合に適した光増幅器２０の構成を示す。光増幅器２０の構成は、励起光源４からの励起光と信号光を合波する１組の励起／信号合分波器５が１つのコアを有する増幅用ファイバ３０に接続されている点で、図１に示す光増幅器２の構成と異なる。図５に示す構成では、伝送用マルチコアファイバの２つのコアを伝搬した互いに波長配置（周波数配置）の異なるWDM信号-1とWDM信号-2とは、光増幅器２０の入力側のファンアウト７により合波され、励起／信号合分波器５により合波されたWDM信号（WDM信号-1とWDM信号-2）と励起光と合波されて増幅用ファイバ３０の１つのコアへ入力される。これによりマルチコアファイバ１の各コアを伝搬する複数のＷＤＭ信号を増幅用ファイバの１つのコアで増幅することができる。
【００３８】
ところで、上述したように伝送用マルチコアファイバ１において、隣接するコアで異なる波長配置のWDM信号を伝搬することは、非特許文献２に示されているように、コア間クロストークを低減する効果がある。
【００３９】
一方で、増幅用マルチコアファイバ３の各コアは同じ波長配置のWDM信号を増幅することになるが、増幅用ファイバ３の長さは数m〜数百mであり、数十kmとなる伝送用マルチコアファイバ１と比較してファイバ長が著しく短いため、隣接するコアで同じ波長配置のWDM信号を増幅してもほとんどの場合でコア間クロストークは問題とはならない。
【００４０】
しかし、増幅用ファイバ３で隣接コア間クロストークの低減が必要となる場合は、図６に示したように、コア２１とコア２２とで信号伝搬方向を反対にすることで、コア間クロストークを低減できる。
【００４１】
図６に示す構成では、光増幅器２の入力部側の２つの励起／信号合分波器５の出力のうちの一方を増幅用ファイバ３の両端に接続された一方のファンアウト８（光増幅器２の入力部側のファンアウト８）へ接続し、２つの励起／信号合分波器５の出力のうちの他方を光増幅器２の他方のファンアウト８（光増幅器２の出力部側のファンアウト８）に接続している。
【００４２】
また、もう一つの課題である、増幅用ファイバ３中で発生する四光波混合（FWM）によるクロストーク抑制については、光増幅器２を図７に示す光増幅器構成を用いて、同一コアで増幅されるWDM信号-1とWDM信号-2の伝搬方向を反対に設定することにより、それぞれの方向で増幅されるWDM信号光の周波数間隔はSとなり、図１の光増幅器構成における周波数間隔S/2より大きくなる。クロストークとなるFWM光の発生効率はWDM信号の波長数が少ないほど、また、WDM信号の周波数間隔が大きい程小さくなるため、図７に示す光増幅器構成をL帯光増幅器に用いることで、FWMによるクロストークを抑制した光増幅器が可能となる。
【００４３】
図７に示す構成では、光増幅器２の入力部において、４つの光アイソレータ６をファンアウト７とインターリーバ９の間に設置し、４つの光アイソレータ６のうちの２つは、入力側の伝送用マルチコアファイバ１の２つのコア１１を入力側のそれぞれ異なるインターリーバ９の入力へ接続し、残りの２つの光アイソレータ６は、入力側の伝送用マルチコアファイバ１の２つのコア１２を出力側のそれぞれ異なるインターリーバ９の出力へ接続する。光増幅器２の出力部も同様に、ファンアウト７とインターリーバ９とに接続された４つの光アイソレータ６が設置されている。図７の構成では、インターリーバ９及び励起／信号合分波器５を１つの石英系平面光波回路（Planar Lightwave Circuit: PLC）として一体集積することができる。
【００４４】
なお、図５に示す光増幅器２０の構成においても、図７の構成と同様に、ファンアウト７とインターリーバ９とに接続された２つの光アイソレータ６を配置し、当該２つの光アイソレータ６のうち一方が入力側の伝送用マルチコアファイバ１のコア１１を入力側のインターリーバ９の入力へ接続し、光アイソレータ６のうちの他方が入力側の伝送用マルチコアファイバ１のコア１２を出力側のインターリーバ９の出力へ接続するように構成することにより、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
（第１の実施形態）
図８に本願発明の第１の実施形態を示す。伝送用マルチコアファイバ１０１は１２個のコアを有し、コアピッチ40μm、クラッド直径215μmである。各コア周囲の屈折率分布はトレンチ型となっており、隣接コアからのクロストークの影響を低減している。各コアはファンアウト１０７によって１本ファイバに１つのコアを有するシングルコアファイバへ接続される。
【００４６】
図９は、伝送用マルチコアファイバ１０１の断面構造を示す図である。１２個のコアは、1527.22 nm（196.30 THz）から1564.68 nm（191.60 THz）に100 GHz間隔で配置された４８波のWDM信号を伝搬するコア１１１と、1527.60 nm（196.25 THz）から1565.09 nm（191.55 THz）に100 GHz間隔で配置された４８波のWDM信号を伝搬するコア１１２が順番に円環状に配置されている。コア１１１とコア１１２とは、カットオフ波長、モードフィールド直径等のファイバパラメータは同じに設計されている。一対のコア１１１とコア１１２を伝送された２つのWDM信号は、１つのインターリーバ１０９で合波される。増幅用ファイバ１０３は、図１０に示した断面構造のように、円環状に配置された６つのコアを有するマルチコアファイバであり、コアピッチ50μm、クラッド直径160μmである。各コアはインターリーバで合波されたWDM信号（波長配置は1527.22 nm（196.30 THz）から1565.09 nm（191.55 THz）に50 GHz間隔の配置）を増幅する。ファンアウト１０８により６つのインターリーバ１０９と接続された増幅用ファイバ１０３の１つのコアで増幅されたWDM信号は光増幅器１０２の出力側のインターリーバ１０９で100 GHz間隔の２つの異なる波長配置のWDM信号に分波され、伝送用マルチコアファイバ１０３の一対のコア１１１とコア１１２へ入力される。増幅用ファイバ１０３の各コアへはコア毎に励起／信号合分波器１０５によって励起光源１０４である980 nm帯半導体レーザ（LD）が発生する980 nm帯励起光とインターリーバ１０９で合波されたWDM信号がファンアウト１０８を介して入力される。増幅用ファイバ１０３の出力側にファンアウト１０８を介して接続された励起／信号合分波器１０５は、増幅用ファイバ１０３で吸収されずに透過した残留励起光を終端するために配置されている。増幅用ファイバの各コアへはErイオンが添加され、980 nm帯励起光によりErイオンが励起され、波長配置は1527.22 nm （196.30 THz）から1565.09 nm（191.55 THz）に50 GHz間隔のWDM信号が増幅される。Erの添加濃度及びマルチコアファイバパラメータは、1530 nmにおける吸収損失が12 dB/mとなるように設定されている。増幅用ファイバの長さは7.5mとしており、光増幅器の利得は各コア共に22 dB以上である。インターリーバ１０９として、レンズ、プリズム、ミラー、GT（Gires-Tournois）エタロンから構成されるインターリーバを用い、励起／信号合分波器１０５として、レンズ、誘電体多層膜フィルタからなる合波器を用いた。表１に従来技術のマルチコア光増幅器と本実施形態の光増幅器で構成部品数の比較を示す。本実施形態では構成部品数が従来の約2/3に低減できている。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
（第２の実施形態）
図１１に本願発明の第２の実施形態を示す。本実施形態における光増幅器１０２は、増幅用ファイバ１０３のコア１２１とコア１２２における信号光（WDM信号）の伝搬方向を反対にしている。図１１に示す構成では、光増幅器１０２の入力部側の６つの励起／信号合分波器１０５のうちの２つに着目すると、励起／信号合分波器１０５の出力のうちの一方を増幅用ファイバ１０３の両端に接続された一方のファンアウト１０８（光増幅器１０２の入力部側のファンアウト１０８）へ接続し、２つの励起／信号合分波器１０５の出力のうちの他方を光増幅器１０２の他方のファンアウト１０８（光増幅器１０２の出力部側のファンアウト１０８）に接続している。
【００４９】
このように信号光伝搬方向を設定することで、増幅用ファイバ１０３の６つのコアのうち最隣接コア間（コア１２１とコア１２２）ではクロストークが発生しないため、最近接コア１２１間及び最近接コア１２２間でのクロストークを考慮すればよいことになる。すなわち、最近接コア１２１間及び最近接コア１２２間のコアピッチを第１の実施形態の増幅用ファイバと同じの50 μmに設定できる。このとき、クラッド直径は118 μm（クラッド厚は第１及び第２の実施形態の増幅用ファイバにおいてほぼ等しい）であり、増幅用ファイバの断面積を46%低減できた。また、Erの添加濃度及びマルチコアファイバパラメータは、第１の実施形態と同様に1530 nmにおける吸収損失が12 dB/mとなるように設定されており、所要ファイバ長も等しいことから、増幅用ファイバの体積も46%低減できた。表２に従来技術のマルチコア光増幅器と本実施形態の光増幅器で構成部品数の比較を示す。本実施形態では構成部品数が従来の約2/3に低減できている。
【００５０】
【表２】
2014236210.tif 000004
【００５１】
（第３の実施形態）
図１２に、本願発明の第３の実施形態を示す。本実施形態におけるマルチコア光増幅器１０２は、インターリーバ１０９で1568.77 nm（191.10 THz）から1608.33 nm（186.40 THz）に100 GHz間隔で配置された４８波のWDM信号（WDM信号-L1）と1569.18 nm（191.05 THz）から1608.76 nm（186.35 THz）に100 GHz間隔で配置された４６波のWDM信号（WDM信号-L2）を合分波し、増幅用ファイバ１０３の各コアで増幅する。ただし、光増幅器１０２の入力側に配置されたインターリーバ１０９は増幅用コアファイバ１０３へ入力するWDM信号-L1と増幅用ファイバ１０３から出力されるWDM信号-L2を合波し、光増幅器１０２の出力側に配置されたインターリーバ１０９は増幅用ファイバ１０３から出力されるWDM信号-L1と増幅用ファイバ１０３へ入力するWDM信号-L2を合波する。この構成により、WDM信号-L1とWDM信号-L2は増幅用ファイバ１０３をそれぞれ反対向きに伝搬して増幅される。このため、増幅用ファイバ１０３の一方向を伝搬するWDM信号の波長数は第１の実施形態の半分となる上、周波数間隔は２倍に広がる。このため、FWMによるクロストークが抑制される。増幅用ファイバとして、Erの添加濃度及びマルチコアファイバパラメータは、1530 nmにおける吸収損失が12 dB/mとなるように設定されているファイバを80m用いて本実施形態の光増幅器と第１の実施形態の光増幅器における最大FWMクロストークを比較した結果、第１の実施形態の光増幅器では、FWMクロストークが-38 dBであったのに対し、本実施形態の光増幅器ではFWMクロストークが-43 dBとなり、クロストーク抑制の効果が確認できた。また、本実施形態の光増幅器が光増幅器サイズ低減に有効であることがわかる。表３に従来技術のマルチコア光増幅器と本実施形態の光増幅器で構成部品数の比較を示す。本実施形態では構成部品数が従来の約84%に低減できている。
【００５２】
【表３】
2014236210.tif 000005
【００５３】
（第４の実施形態）
図１３に、本願発明の第４の実施形態を示す。本実施形態の光増幅器１０２では、入出力部のインターリーバ１０９が励起／信号合分波器１０５と接続されている。光増幅器１０２の入力側及び出力側それぞれ設けられた６個のインターリーバ１０９及び６個の励起／信号合分波器１０５は、一つの石英系平面光波回路（Planar Lightwave Circuit: PLC）として一体集積されている。インターリーバ１０９及び合分波器１０５をPLCに一体集積させるため、光アイソレータ１０６はファンアウト１０７とインターリーバ１０９の間に配置されている。伝送用マルチコアファイバ１０１、増幅用ファイバ１０３、励起光源１０４、ファンアウト１０７及び１０８は第１の実施形態と同じである。本実施形態では、インターリーバと合分波器をPLCに一体集積することにより、第１の実施形態の光増幅器で用いられているインターリーバと励起／信号合分波器よりも小型化が容易となる。さらに、シリコン光集積回路により一体集積されたインターリーバと励起／信号合分波器を用いることで、さらに小型化も可能となる。また、インターリーバと励起／信号合分波器の集積は、導波路への集積には限らず、インターリーバの構成部品（例えば、レンズ、プリズム、ミラー、GTエタロンなど）と励起／信号合分波器の構成部品（例えば、レンズ、誘電体多層膜フィルタなど）を一つのパッケージに収納した部品も、個別部品使用の場合に必要となるピグテイルファイバ接続が省略できるため、バルク部品の集積も効果がある。表４に従来技術のマルチコア光増幅器と本実施形態の光増幅器で構成部品数の比較を示す。本実施形態では構成部品数が従来の約1/2に低減できている。
【００５４】
【表４】
2014236210.tif 000006
【符号の説明】
【００５５】
１，１０１  伝送用マルチコアファイバ
２，２０，１０２  光増幅器
３，３０，１０３  増幅用ファイバ
４，１０４  励起光源
５，１０５  励起／信号合分波器
６，１０６  光アイソレータ
７，８，１０７，１０８  ファンアウト
９，１０９  インターリーバ
１１，１２，２１，２３，１１１，１１２，１２１，１２２  コア
【図１】
2014236210.tif 000007
【図２】
2014236210.tif 000008
【図３】
2014236210.tif 000009
【図４】
2014236210.tif 000010
【図５】
2014236210.tif 000011
【図６】
2014236210.tif 000012
【図７】
2014236210.tif 000013
【図８】
2014236210.tif 000014
【図９】
2014236210.tif 000015
【図１０】
2014236210.tif 000016
【図１１】
2014236210.tif 000017
【図１２】
2014236210.tif 000018
【図１３】
2014236210.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月29日(2014.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
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、光中継器としての光増幅器と、伝送路としての複数のコアを備えた伝送用マルチコアファイバとを備え、前記伝送用マルチコアファイバの隣接する複数のコアにおいて、Ｃ帯およびＬ帯のいずれか一方における波長配置が互いに異なる複数のWDM信号を伝送するマルチコア光伝送システムであって、前記光増幅器は、前記伝送用マルチコアファイバの隣接するコアの内の異なるコアをそれぞれ伝搬する前記波長配置が互いに異なる複数のWDM信号を入力して合波とするインターリーバを含む少なくとも１組のインターリーバと、前記インターリーバからの前記合波された複数のWDM信号と励起光とを合波する合分波器を含む少なくとも1組の合分波器と、希土類イオンを添加した少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバとを備え、前記少なくとも１組の合分波器の各組の合分波器の各々を、前記増幅用ファイバの少なくとも１つのコアのうちの１つに接続するように構成されたことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマルチコア光伝送システムであって、前記少なくとも１組のインターリーバおよび前記少なくとも１組の合分波器の組数は、２以上であり、前記少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバのコア数は、複数であり、前記光増幅器は、前記少なくとも１組の合分波器の各組の合分波器の各々を、前記増幅用ファイバの複数のコアのうちの１つに接続する１組のファンアウトをさらに備えたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のマルチコア光伝送システムであって、前記増幅用ファイバの前記コア数が、該光増幅器の入／出力に接続される前記伝送用マルチコアファイバのコア数より小さいことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のマルチコア光伝送システムであって、前記増幅用ファイバの複数のコアのうちの隣接するコアにおいて信号光の伝搬方向が反対となるように、前記少なくとも１組の合分波器の各々が前記１組のファンアウトに接続されたことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチコア光伝送システムであって、２つのWDM信号が前記増幅用ファイバの同一コアにおいて互いに反対向きに伝搬し増幅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】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
（第１の参考形態）
図１２に、本願発明の第１の参考形態を示す。本参考形態におけるマルチコア光増幅器１０２は、インターリーバ１０９で1568.77 nm（191.10 THz）から1608.33 nm（186.40 THz）に100 GHz間隔で配置された４８波のWDM信号（WDM信号-L1）と1569.18 nm（191.05 THz）から1608.76 nm（186.35 THz）に100 GHz間隔で配置された４６波のWDM信号（WDM信号-L2）を合分波し、増幅用ファイバ１０３の各コアで増幅する。ただし、光増幅器１０２の入力側に配置されたインターリーバ１０９は増幅用コアファイバ１０３へ入力するWDM信号-L1と増幅用ファイバ１０３から出力されるWDM信号-L2を合波し、光増幅器１０２の出力側に配置されたインターリーバ１０９は増幅用ファイバ１０３から出力されるWDM信号-L1と増幅用ファイバ１０３へ入力するWDM信号-L2を合波する。この構成により、WDM信号-L1とWDM信号-L2は増幅用ファイバ１０３をそれぞれ反対向きに伝搬して増幅される。このため、増幅用ファイバ１０３の一方向を伝搬するWDM信号の波長数は第１の実施形態の半分となる上、周波数間隔は２倍に広がる。このため、FWMによるクロストークが抑制される。増幅用ファイバとして、Erの添加濃度及びマルチコアファイバパラメータは、1530 nmにおける吸収損失が12 dB/mとなるように設定されているファイバを80m用いて本参考形態の光増幅器と第１の実施形態の光増幅器における最大FWMクロストークを比較した結果、第１の実施形態の光増幅器では、FWMクロストークが-38 dBであったのに対し、本参考形態の光増幅器ではFWMクロストークが-43 dBとなり、クロストーク抑制の効果が確認できた。また、本参考形態の光増幅器が光増幅器サイズ低減に有効であることがわかる。表３に従来技術のマルチコア光増幅器と本参考形態の光増幅器で構成部品数の比較を示す。本参考形態では構成部品数が従来の約84%に低減できている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
【表３】
2014236210.tif 000020
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
（第３の実施形態）
図１３に、本願発明の第３の実施形態を示す。本実施形態の光増幅器１０２では、入出力部のインターリーバ１０９が励起／信号合分波器１０５と接続されている。光増幅器１０２の入力側及び出力側それぞれ設けられた６個のインターリーバ１０９及び６個の励起／信号合分波器１０５は、一つの石英系平面光波回路（Planar Lightwave Circuit: PLC）として一体集積されている。インターリーバ１０９及び合分波器１０５をPLCに一体集積させるため、光アイソレータ１０６はファンアウト１０７とインターリーバ１０９の間に配置されている。伝送用マルチコアファイバ１０１、増幅用ファイバ１０３、励起光源１０４、ファンアウト１０７及び１０８は第１の実施形態と同じである。本実施形態では、インターリーバと合分波器をPLCに一体集積することにより、第１の実施形態の光増幅器で用いられているインターリーバと励起／信号合分波器よりも小型化が容易となる。さらに、シリコン光集積回路により一体集積されたインターリーバと励起／信号合分波器を用いることで、さらに小型化も可能となる。また、インターリーバと励起／信号合分波器の集積は、導波路への集積には限らず、インターリーバの構成部品（例えば、レンズ、プリズム、ミラー、GTエタロンなど）と励起／信号合分波器の構成部品（例えば、レンズ、誘電体多層膜フィルタなど）を一つのパッケージに収納した部品も、個別部品使用の場合に必要となるピグテイルファイバ接続が省略できるため、バルク部品の集積も効果がある。表４に従来技術のマルチコア光増幅器と本実施形態の光増幅器で構成部品数の比較を示す。本実施形態では構成部品数が従来の約1/2に低減できている。
【手続補正１２】
【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】
光中継器としての光増幅器と、伝送路としての複数のコアを備えた伝送用マルチコアファイバとを備え、前記伝送用マルチコアファイバの隣接する複数のコアにおいて、Ｃ帯およびＬ帯のいずれか一方における波長配置が互いに異なる複数のWDM信号を伝送するマルチコア光伝送システムであって、
前記光増幅器は、
前記伝送用マルチコアファイバの隣接するコアの内の異なるコアをそれぞれ伝搬する前記波長配置が互いに異なる複数のWDM信号を入力して合波するインターリーバを含む少なくとも１組のインターリーバと、
前記インターリーバからの前記合波された複数のWDM信号と励起光とを合波する合分波器を含む少なくとも1組の合分波器と、
希土類イオンを添加した少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバと
を備え、
前記少なくとも１組の合分波器の各組の合分波器の各々を、前記増幅用ファイバの少なくとも１つのコアのうちの１つに接続して前記合波された複数のWDM信号を増幅するように構成されたことを特徴とするマルチコア光伝送システム。
【請求項２】
前記少なくとも１組のインターリーバおよび前記少なくとも１組の合分波器の組数は、２以上であり、
前記少なくとも１つのコアを備えた増幅用ファイバのコア数は、複数であり、
前記光増幅器は、
前記少なくとも１組の合分波器の各組の合分波器の各々を、前記増幅用ファイバの複数のコアのうちの１つに接続する１組のファンアウト
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光伝送システム。
【請求項３】
前記増幅用ファイバの前記コア数が、該光増幅器の入／出力に接続される前記伝送用マルチコアファイバのコア数より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチコア光伝送システム。
【請求項４】
前記増幅用ファイバの複数のコアのうちの隣接するコアにおいて信号光の伝搬方向が反対となるように、前記少なくとも１組の合分波器の各々が前記１組のファンアウトに接続されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のマルチコア光伝送システム。
【請求項５】
２つのWDM信号が前記増幅用ファイバの同一コアにおいて互いに反対向きに伝搬し増幅されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチコア光伝送システム。