(57)【要約】【課題】励起光のパワーを低減することができる増幅用ファイバを提供する。【解決手段】ダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１１は、軸線Ｊに直交する断面視において最密充填された複数のコア１と、複数のコア１を全て包含する第１クラッド２と、屈折率が第１クラッド２より低く、かつ第１クラッド２を包含する第２クラッド４と、を備えている。複数のコア１のうち最外殻に配置された複数の最外殻コア１Ｒのうちの少なくとも一つの最外殻コア１Ｆは前記断面視において基点Ｂとの間隔が他の最外殻コア１Ｓよりも長い。第１クラッド２の中心Ｃ２は、複数の最外殻コア１Ｒのうち、前記断面視において最も互いに離間している最外殻コア１Ｘ，１Ｙの各々との距離が等しくなる位置に配置されている。【選択図】図１
2018198287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に直交する断面視において最密充填された複数のコアと、
前記複数のコアを全て包含する第１クラッドと、
屈折率が前記第１クラッドより低く、かつ前記第１クラッドを包含する第２クラッドと、
を備え、
前記複数のコアのうち最外殻に配置された複数の最外殻コアのうちの少なくとも一つの最外殻コアは前記断面視において基点との間隔が他の最外殻コアよりも長く、
前記第１クラッドの中心は、前記複数の最外殻コアのうち、前記断面視において最も互いに離間している最外殻コアとの距離が等しくなる位置に配置されていることを特徴とする増幅用ファイバ。
【請求項２】
前記複数のコアの総数をＮとし、
前記断面視において、前記第一クラッドに仮想的に最密充填され、且つ前記第一クラッドの中心及び該中心の一以上の同一円上で仮想的に複数配置された第一仮想コアの総数をＭ１とし、
前記第一仮想コアの総数より多い総数で、前記断面視において、前記第一クラッドに仮想的に最密充填され、且つ前記第一クラッドの中心及び該中心の二以上の同一円上で仮想的に複数配置された第二仮想コアの総数をＭ２としたとき、
Ｍ１＜Ｎ＜Ｍ２の関係が成り立ち、
Ｎが次に示す（１）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の増幅用ファイバ。
【数１】
2018198287.tif 000006
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ増幅器の内部等で使用される増幅用ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムの伝送容量を飛躍的に増大させるために、１本のファイバに複数のコアが設けられた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（ＷＤＭ）信号を伝搬させることで、従来のように１本のファイバに１つのコアが設けられた単一コアファイバを伝送路とする場合と比べて、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が必要不可欠である。
【０００４】
マルチコアファイバ増幅器の構成の一例として、ダブルクラッド希土類添加ファイバと、１台の高出力マルチモード励起光源とを用いたマルチコア光増幅（すなわち、クラッド励起マルチコアファイバ増幅器）が挙げられる。ダブルクラッド希土類添加ファイバは、希土類イオンを添加した複数のコアと、ダブルクラッド構造（即ち、内側の第１クラッド、及び外側の第２クラッド）と、を有する。ダブルクラッド希土類添加ファイバでは、第１クラッドの材質（ガラス）の屈折率がコアの材質（ガラス）の屈折率より小さく、且つ第２クラッドの材質（ガラス）の屈折率より大きい。
【０００５】
クラッド励起マルチコアファイバ増幅器で使用される増幅用ファイバとしては、例えば、ダブルクラッド７コアエルビウム添加ファイバ（非特許文献１参照）、ダブルクラッド１２コアエルビウム／イッテリビウム添加ファイバ（非特許文献２参照）が知られている。
【０００６】
図７は、ダブルクラッド７コアエルビウム添加ファイバ１０１の断面図である。図７に示すように、ダブルクラッド７コアエルビウム添加ファイバ１０１では、最密充填された７個のエルビウム添加コア１を包含するように第１クラッド２が配置されている。第２クラッド４は、第１クラッド２の外周部に配置されている。また、最外殻の６個のコア１Ｂは、中心のコア１Ａを中心とする同一円上に配置されている。このような配置では、信号光の強度分布がコア領域より広がるので、ファイバが曲げられた場合、信号光が第１クラッド２の外部に漏洩し、光損失となる。このような光損失を避けるために、最外殻の６個のコア１の外側と第１クラッド２の外側との間には、一定の厚さ（すなわち、クラッド厚）が確保されている。
【０００７】
図７のダブルクラッド７コアエルビウム添加ファイバ１０１と同様のコア配置で、さらにコアの総数を増加させた場合は、図８に示す断面を有するダブルクラッド１９コアエルビウム添加ファイバ１０２となる。図８に示すように、ダブルクラッド１９コアエルビウム添加ファイバ１０２では、中心のコア１Ａに対して６個のコア１Ｂが配置された同一円よりも大きい半径の同一円上に最外殻の１２個のコア１Ｃが配置され、最密充填された１９個のエルビウム添加コア１Ａ，１Ｂ，１Ｃを包含するように第１クラッド２が配置されている。このように、最密充填されたコア配置、且つ製造が容易な円形の第１クラッド２と整合性のよいコア配置を採用すると、７コア及び１９コア、さらにコアの総数を増加させた３７コア、６１コアのダブルクラッドエルビウム添加ファイバが得られる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Y. Mimura, et al., “Batch multicore amplification with cladding-pumped multicore EDF,” Proc. ECOC2012, paper Tu.4.F.1.
【非特許文献２】H. Ono et al. “12-core double-clad Er/Yb-doped fiber amplifier employing free-space coupling pump/signal combiner module,” Proc. ECOC2013, paper We4.A.4.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
クラッド励起マルチコアファイバ増幅器の利点は、励起光を第１クラッドに入力し、第１クラッドの内部を伝搬させるため、第１クラッド内の全てのコアを一括して励起し、信号光を増幅できることである。一方、クラッド励起マルチコアファイバ増幅器の課題として、断面積の大きい第１クラッドを励起光がほぼ均一に広がって伝搬するので、十分な利得や低雑音で信号光を増幅するために必要な励起光のパワー密度を確保するために、励起光のパワーを高くしなければならないことが挙げられる。
【００１０】
上述した従来のダブルクラッドエルビウム添加ファイバと同様のコア配置で、７，９，  ３７，…，の間の総数のコアを有するダブルクラッドエルビウム添加ファイバには、例えば、図９に示すように最密充填された最外殻の１２個のコア１Ｃのみを利用するダブルクラッド１２コアエルビウム添加ファイバ１０３や、図１０に示すように中心のコア１Ａと最密充填されたコア１Ｂ，１Ｃのうち一部をなくしたダブルクラッド１６コアエルビウム添加ファイバ１０４がある。なお、エルビウム添加コアをエルビウム／イッテリビウム添加コアとしたダブルクラッド１２コアファイバが非特許文献２に開示されている。しかしながら、ダブルクラッド１２コアエルビウム添加ファイバ１０３やダブルクラッド１６コアエルビウム添加ファイバ１０４では、コアが配置されない領域が広くなるので、必要とされる励起光のパワーが増大するという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、励起光のパワーを低減することができる増幅用ファイバを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の増幅用ファイバは、軸線に直交する断面視において最密充填された複数のコアと、前記複数のコアを全て包含する第１クラッドと、屈折率が前記第１クラッドより低く、かつ前記第１クラッドを包含する第２クラッドと、を備え、前記複数のコアのうち最外殻に配置された複数の最外殻コアのうちの少なくとも一つの最外殻コアは前記断面視において基点との間隔が他の最外殻コアよりも長く、前記第１クラッドの中心は、前記複数の最外殻コアのうち、前記断面視において最も互いに離間している最外殻コアとの距離が等しくなる位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の増幅用ファイバでは、上述の構成において、前記複数のコアの総数をＮとし、前記断面視において、前記第一クラッドに仮想的に最密充填され、且つ前記第一クラッドの中心及び該中心の一以上の同一円上で仮想的に複数配置された第一仮想コアの総数をＭ１とし、前記第一仮想コアの総数より多い総数で、前記断面視において、前記第一クラッドに仮想的に最密充填され、且つ前記第一クラッドの中心及び該中心の二以上の同一円上で仮想的に複数配置された第二仮想コアの総数をＭ２としたとき、Ｍ１＜Ｎ＜Ｍ２の関係が成り立ち、Ｎが次に示す（１）式を満足することを特徴とする。
【００１４】
【数１】
2018198287.tif 000003
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、増幅用ファイバの所要励起光パワーを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るダブルクラッド８コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図２】本発明に係るダブルクラッド１０コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図３】本発明に係るダブルクラッド１２コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図４】本発明に係るダブルクラッド１４コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図５】本発明に係るダブルクラッド１６コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図６】本発明に係るダブルクラッド１８コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図７】従来のダブルクラッド７コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図８】従来のダブルクラッド１９コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図９】従来のダブルクラッド１２コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【図１０】従来のダブルクラッド１６コアエルビウム添加ファイバの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。各実施形態は、可能な限り組み合わせることができる。
【００１８】
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、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの寸法及び比率等は実際のものと同一とは限らない。
【００１９】
図１から図６は、本発明を適用したダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ（増幅用ファイバ）１１，１２，１３，１４，１５，１６の各々の断面図である。ダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１１，１２，１３，１４，１５，１６は、複数のコア１と、複数のコア１を全て包含する第１クラッド２と、屈折率が第１クラッド２より低く、且つ第１クラッド２を包含する第２クラッド４と、を備えている。
【００２０】
複数のコア１は、軸線Ｊ（即ち、ダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１１，１２，１３，１４，１５，１６の各々の中心軸）に直交する断面視において最密充填されており、複数のコア１のうち最外殻に配置された複数の最外殻コア１Ｒは同一円上にはない。また、複数の最外殻コア１Ｒのうちの少なくとも一つの最外殻コア１Ｆは、ある基点Ｂとの間隔が他の最外殻コア１Ｓよりも長い。言い換えれば、ダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１１，１２，１３，１４，１５，１６の各々においては、全ての最外殻コア１Ｒとの間隔が等しくなる点は存在しない。
【００２１】
第１クラッドの中心Ｃ２は、複数の最外殻コア１Ｒのうち、最も互いに離間している最外殻コア１Ｘと最外殻コア１Ｙの各々との距離が等しくなる位置に配置されている。コア１のピッチが３８．５μｍ、最外殻コア１Ｒの外側と第１クラッド２の外側との最小間隔（クラッド厚）が３０μｍである場合、最外殻コア１Ｘ，１Ｙ同士の距離は、図１のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１１では５６．９μｍ、図２のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１２では５７．８μｍ、図３のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１３では６３．２μｍ、図４のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１４では７９．４μｍ、図５のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１５では７７．２μｍ、図６のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１６では８６．６μｍである。
【００２２】
図１から図６に示す各々のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１１，１２，１３，１４，１５，１６を用いたマルチコア光増幅器において必要とされる励起光のパワーを表１に示す。比較のために、同じ総数のコアを有する従来のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバを用いたマルチコア光増幅器において必要とされる励起光のパワーを示す。なお、表２に示した従来のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバとは、最大１９個のコア１を配置可能な図８の断面構造において、外殻に配置されているコア１Ｂ，１Ｃの一部をなくすことによって、コアの総数をダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１１，１２，１３，１４，１５，１６の各々のコア１の総数（即ち、８，１０，１２，１４，１６，１８）と同一とした断面構造を有するダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバである。
【００２３】
【表１】
2018198287.tif 000004
【００２４】
【表２】
2018198287.tif 000005
【００２５】
表２に示すように、従来のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバでは、コアの総数８〜１８のいずれにおいても第１クラッド２の直径は等しくなるため、必要とされる励起光のパワーはコアの総数に関係なく同じになる。表１と表２の対比から、コアの総数が８，１０，  １２の場合では、本実施形態のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバで必要とされる励起光のパワーは、従来のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバに必要とされる励起光のパワーより低いことがわかる。
【００２６】
具体的には、本発明を適用したダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバのコア１の総数をＮとする。ダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ１１，１２，１３，１４，１５，１６の各々のコアの総数Ｎは、それぞれ８，１０，１２，１４，１６，１８である。ここで、軸線Ｊに直交する断面視において、第一クラッド２に仮想的に最密充填され、且つ第一クラッド２の中心Ｃ２及び中心Ｃ２の一以上の同一円上で仮想的に複数配置された第一仮想コアの総数をＭ１とする。一例として、第一仮想コアは、例えば図７におけるコア１に相当し、Ｍ１＝７である。図７に示す断面構造では、コア１Ａを中心とする一個の同心円上にコア１Ｂが配置されていることになる。
【００２７】
さらに、前述の第一仮想コアの総数Ｍ１より多い総数で、同断面視において、第一クラッド２に仮想的に最密充填され、且つ第一クラッド２の中心Ｃ２及び中心Ｃ２の二以上の同一円上で仮想的に複数配置された第二仮想コアの総数をＭ２とする。一例として、図７に示す断面構造に対し、第二仮想コアは、例えば図８におけるコア１に相当し、Ｍ１＝１９である。図８に示す断面構造では、コア１Ａを中心とし、半径の異なる同心円上の各々にコア１Ｂとコア１Ｃが配置されていることになる。
【００２８】
前述のように第一仮想コアと第二仮想コアを仮定したとき、上述のコア１の総数Ｎ＝８，１０，１２，１４，１６，１８の場合では、Ｍ１＜Ｎ＜Ｍ２の関係が成り立ち、その中でもコア１の総数Ｎ＝８，１０，１２の場合では、前述の（１）式が成り立つ。即ち、コア１の総数ＮがＭ１＜Ｎ＜Ｍ２の関係を満たし、前述の（１）式を満足する条件下においては、従来のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバに比べて必要とされる励起光のパワーが低減される。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態では、上述説明したコアおよび第１クラッドの配置を採用することによって任意の総数のコアを有するダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバにおいて励起光を入力する第１クラッドの面積を最小化することができ、必要とされる励起光のパワーを低減することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、Ｍ１＜Ｎ＜Ｍ２の関係を満たし、前述の（１）式を満足する条件下において、従来のダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバに比べて励起光パワーを低減することができる。
【００３１】
以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的及び効果を達成することができる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれている。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問題はない。本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１…コア
１Ｆ，１Ｒ，１Ｓ，１Ｘ，１Ｙ…最外殻コア
２…第１クラッド
４…第２クラッド
１１，１２，１３，１４，１５，１６…ダブルクラッドマルチコアエルビウム添加ファイバ（増幅用ファイバ）
【図１】
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【図２】
2018198287.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018198287.tif 000011
【図６】
2018198287.tif 000012
【図７】
2018198287.tif 000013
【図８】
2018198287.tif 000014
【図９】
2018198287.tif 000015
【図１０】
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