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JP7188085B2 - マルチコア光ファイバ増幅器およびマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法 - Google Patents

マルチコア光ファイバ増幅器およびマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法 Download PDF

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Description

本発明は、マルチコア光ファイバ増幅器およびマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法に関し、特に、光通信システムや装置間光接続システムに用いられるマルチコア光ファイバ増幅器およびマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法に関する。
光ファイバ通信システムにおいては、通信容量の拡大に対応するため、光ファイバのコアを伝送する光信号を時間多重化または波長多重化する技術が研究開発されてきた。近年、コアあたりの光信号パワーの限界が顕在化しつつあり、さらなる通信容量の拡大に向けて、空間多重化技術への取り組みが活発化している。
空間多重化技術には、クラッド中に複数のコアが形成されたマルチコア光ファイバが用いられる。複数のコアのそれぞれにより光信号を伝送することによって、光ファイバあたりの信号伝送容量を高めることが可能になる。
マルチコア光ファイバを利用する光通信システムを実現するためには、これに対応した光増幅器が必要となる。このような光増幅器として、マルチコア光ファイバの複数のコアにエルビウム（Ｅｒ）などの希土類元素をドープして光励起を行う光増幅器が提案されている。増幅媒体が添加された複数のコアを光励起する励起方法として、励起光をコアに個別に入射するコア励起法と、励起光をクラッドに入射し複数のコアを一括して光励起するクラッド励起法ある。このクラッド励起法によれば、励起光源は１台だけとすることができ、また、励起光の横モードを多モード化することにより発光部の幅を拡大して発熱を抑制することができる。そのため、低消費電力の光増幅器を実現することが可能である。
上述したクラッド励起法とコア励起法を併用したマルチコア光ファイバ増幅器の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された関連するマルチコア光ファイバ増幅器は、増幅用マルチコアファイバ、クラッド励起部、コア励起部、および利得等化器を有する。
増幅用マルチコアファイバは、ダブルクラッド構造で構成されるとともにエルビウムイオンを添加した複数のコアを有する。クラッド励起部は、マルチコア光ファイバ増幅器の入力端に接続された第１の伝送用マルチコアファイバと増幅用マルチコアファイバとの間に設けられている。コア励起部は、マルチコア光ファイバ増幅器の出力端に接続された第２の伝送用マルチコアファイバと増幅用マルチコアファイバとの間に設けられている。利得等化器は、コア励起部と第２の伝送用マルチコアファイバとの間に設けられ、利得を平坦化する。
関連するマルチコア光ファイバ増幅器においては、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号の主な励起をクラッド励起部が行う。そして、増幅用マルチコアファイバの各コアに入射されるＷＤＭ信号の信号数の変化によって生じた出力パワー及び利得の波長依存性に対応するように各コア励起部でコア励起用光源をそれぞれ独立に制御して励起光を補う構成としている。このような構成としたことにより、関連するマルチコア光ファイバ増幅器によれば、利得の平坦性を実現することができるとしている。
また、関連技術としては、特許文献２および３に記載された技術がある。
特開２０１６－２１９７５３号公報 特開平５－２０６５５７号公報 特開２０１６－１２７２４１号公報
マルチコア光ファイバを用いた伝送路においては、全てのコアに信号光が常に入射されるとは限らない。そのため、複数のコアの一部にのみ信号光が入射され、それ以外のコアには信号光が入射されず無信号光となっている場合が生じえる。この場合、励起光をクラッドに入射し複数のコアを一括して光励起するクラッド励起法によるマルチコア光ファイバ増幅器においては、無信号光の状態では信号光による誘導放出が生じないため、強い反転分布が形成される。
このように光ファイバ増幅器において強い反転分布が形成されている状態で信号光を入射する場合について、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。図７Ａに示したような入力波形を有する信号光を、強い反転分布が形成されている光ファイバ増幅器に入射すると、図７Ｂに示すように、数１００マイクロ秒（μｓ）程度の間、光強度が極めて大きい光パルスが発生する。このような光パルスは光サージと呼ばれる。光サージが発生すると、光ファイバ増幅器の出力側に位置している光部品や光受信器は損傷を受けることになる。
信号光を入射した後に励起光の入射を開始する構成とすれば、強い反転分布が形成されることはないので光サージは発生しない。すなわち、励起光の入射を一旦中止し、信号光が入射されていないコアに信号光を新たに入射し、その後に励起光の入射を再度開始することとすれば、光サージは発生しない。しかし、励起光をクラッドに入射し複数のコアを一括して光励起する構成とした場合、信号光が既に入射されているコアにおける利得も、このような励起光強度の変更動作によって大きく変動することになる。
このように、クラッド励起法によるマルチコア光ファイバ増幅器においては、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することが困難であるという問題があった。
本発明の目的は、上述した課題を解決するマルチコア光ファイバ増幅器およびマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法を提供することにある。
本発明のマルチコア光ファイバ増幅器は、希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体と、マルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、複数のコアにそれぞれ導入するための信号光導入手段と、マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するための励起光を、クラッドに導入するための励起光導入手段と、複数のコアに制御光をそれぞれ導入するための制御光導入手段、とを有し、制御光導入手段は、複数のコアのうち信号光が導入されていない無信号コアに対しては、励起光が導入されている場合だけ、制御光を導入する。
本発明のマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法は、希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、複数のコアの少なくとも一に導入し、マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためにクラッドに導入する励起光を生成し、複数のコアに導入する制御光を生成し、複数のコアのうち信号光が導入されていない無信号コアに対しては、励起光が導入されている場合だけ、制御光を導入する。
本発明のマルチコア光ファイバ増幅器によれば、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
本発明のマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法によれば、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
本発明の第１の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器の別の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。 光ファイバ増幅器で発生し得る光サージ効果について説明する図であって、光ファイバ増幅器の入力光の波形を示す図である。 光ファイバ増幅器で発生し得る光サージ効果について説明する図であって、光ファイバ増幅器の出力光の波形を示す図である。
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器１００の構成を示すブロック図である。
マルチコア光ファイバ増幅器１００は、マルチコア光ファイバ増幅媒体１１０、信号光導入部（信号光導入手段）１２０、励起光導入部（励起光導入手段）１３０、および制御光導入部（制御光導入手段）１４０を有する。
マルチコア光ファイバ増幅媒体１１０は、希土類元素が添加された複数のコア１１１をクラッド１１２内に備える。ここで、希土類元素として、典型的にはエルビウム（Ｅｒ）を用いることができる。これにより、マルチコア光ファイバ増幅媒体１１０は、光通信システムで用いられる波長が１．５５マイクロメートル（μｍ）帯の信号光を増幅することが可能である。また、クラッド１１２は、二層化したダブルクラッド構造とすることができる。
信号光導入部１２０は、マルチコア光ファイバ増幅媒体１１０の利得帯域に含まれる波長の信号光１１を、複数のコア１１１にそれぞれ導入するように構成されている。
励起光導入部１３０は、マルチコア光ファイバ増幅媒体１１０を励起するための励起光１２を、クラッド１１２に導入するように構成されている。ここで、希土類元素としてエルビウム（Ｅｒ）をコア１１１に添加（ドープ）した場合、励起光１２として、波長が０．９８マイクロメートル（μｍ）または１．４８マイクロメートル（μｍ）であるレーザ光を用いることができる。
制御光導入部１４０は、複数のコア１１１に制御光１３をそれぞれ導入するように構成されている。ここで、制御光導入部１４０は、複数のコア１１１のうち信号光１１が導入されていない無信号コアに対しては、励起光１２が導入されている場合だけ、制御光１３を導入する。
このように、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器１００においては、励起光１２が導入されている場合だけ、制御光１３が無信号コアに導入される。そのため、制御光１３が増幅されることにより励起光１２による強い反転分布の形成は回避される。このとき、複数のコア１１１のうち信号光１１が導入されている信号コアの利得は、励起光１２が導入されているので、変動することはない。
上述したように、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器１００によれば、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
次に、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法について説明する。
本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法においては、まず、希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、複数のコアの少なくとも一に導入する。このマルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためにクラッドに導入する励起光を生成する。また、複数のコアに導入する制御光を生成する。そして、複数のコアのうち信号光が導入されていない無信号コアに対しては、励起光が導入されている場合だけ、制御光を導入する。
上述したように、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法によれば、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２に、本発明の第２の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器２００の構成を示す。
本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器２００は、マルチコア光ファイバ増幅媒体としての増幅用光ファイバ２２２、励起光導入手段としてのクラッド励起導入部２４１、信号光導入部２２１、および制御光導入手段としてのダミー光導入部２２５を有する。
増幅用光ファイバ２２２は、図２に示した例では例えば７個のコアＣ０１～Ｃ０７を有するマルチコア光ファイバに希土類元素がドープされた構成である。希土類元素として、典型的にはエルビウム（Ｅｒ）を用いることができる。これにより、増幅用光ファイバ２２２は、光通信システムで用いられる波長が１．５５マイクロメートル（μｍ）帯の信号光を増幅することが可能である。
クラッド励起導入部２４１は、クラッド励起光源２３０から出力されたクラッド励起光２４０を増幅用光ファイバ２２２のクラッドに入力する。信号光導入部（信号光導入手段）２２１は、増幅用光ファイバ２２２のそれぞれのコアに信号光２０１～２０７を入力する。ダミー光導入部２２５は、ダミー光源２５１～２５７から出力されたダミー光２６１～２６７をそれぞれのコアに入力する。ここで、ダミー光（制御光）は、波長が増幅用光ファイバ２２２の利得帯域に含まれる。
クラッド励起導入部２４１およびダミー光導入部２２５として、典型的には光ファイバカプラ等の光合波器を用いることができる。
さらに、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器２００は、増幅用光ファイバ２２２を伝搬した後の信号光である伝搬後信号光２１１～２１７をそれぞれのコアから出力する信号光出力部２２３を備えた構成とした。
次に、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器２００の動作について説明する。ここでは、信号光２０１～２０６はマルチコア光ファイバ増幅器２００に入力されているが、信号光２０７は入力されていない状態、すなわち、コアＣ０７は無信号光状態である場合を例として説明する。
マルチコア光ファイバ増幅器２００は励起光源２３０をオン状態とし、励起光２４０が増幅用光ファイバ２２２のクラッドに入力される。この光励起により信号光２０１～２０６は増幅される。また、コアＣ０１～Ｃ０７には、ダミー光源２５１～２５７からダミー光２６１～２６７が入力される。これにより、無信号光状態のコアＣ０７においては、ダミー光源２５７からのダミー光２６７が入力されて増幅されるので、強い反転分布が形成されるのを回避することができる。そのため、この状態でコアＣ０７への信号光２０７の入力を開始する場合には、光サージ効果が生じることを抑制することができる。
このとき、信号光２０１～２０６が導入されているコアＣ０１～Ｃ０６の利得は、励起光２４０が導入されているので、変動することはない。
このように、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器２００においては、励起光をクラッドに入射し複数のコアを一括して光励起している状態で無信号光状態にあるコアへ信号光を入力する際に、ダミー光を用いて強い反転分布状態の形成を回避する。これにより、光サージ効果が抑制される。すなわち、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器２００によれば、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３に、本発明の第３の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器３００の構成を示す。第２の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器２００と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。
本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器３００は、マルチコア光ファイバ増幅媒体としての増幅用光ファイバ２２２、励起光導入手段としてのクラッド励起導入部２４１、信号光導入部２２１、および制御光導入手段としてのコア励起光導入部３２４を有する。
増幅用光ファイバ２２２は、図３に示した例では例えば７個のコアＣ０１～Ｃ０７を有するマルチコア光ファイバに希土類元素がドープされた構成である。希土類元素として、典型的にはエルビウム（Ｅｒ）を用いることができる。
クラッド励起導入部２４１は、クラッド励起光源２３０から出力されたクラッド励起光２４０を増幅用光ファイバ２２２のクラッドに入力する。信号光導入部２２１は、増幅用光ファイバ２２２のそれぞれのコアに信号光２０１～２０７を入力する。
コア励起光導入部３２４は、励起光源としてのコア励起光源３３１～３３７から出力されたコア励起光３４１～３４７をそれぞれのコアに入力する。ここで、コア励起光源３３１～３３７は、制御光であって、増幅用光ファイバ２２２を励起するためのコア励起光を生成する。
本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器３００は、さらに、クラッド励起光源２３０およびコア励起光源３３１～３３７の動作を制御する第１の制御部（第１の制御手段）３７１を有する。そして、第１の制御部３７１は、複数のコアＣ０１～Ｃ０７のうち信号光が導入されている信号コアにのみコア励起光が導入されている状態で、クラッド励起光２４０のクラッドへの導入を中止するように、クラッド励起光源２３０およびコア励起光源３３１～３３７を制御する。すなわち、第１の制御部３７１は、無信号光状態にあるコアに信号光を入力する際に、クラッド励起光源２３０およびコア励起光源３３１～３３７の制御を行う。
クラッド励起導入部２４１およびコア励起光導入部３２４として、典型的には光ファイバカプラ等の光合波器を用いることができる。
なお、図３には、増幅用光ファイバ２２２を伝搬した後の信号光である伝搬後信号光２１１～２１７をそれぞれのコアから出力する信号光出力部２２３を備えた構成を示す。
次に、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器３００の動作について説明する。ここでは、信号光２０１～２０６はマルチコア光ファイバ増幅器３００に入力されているが、信号光２０７は入力されていない状態、すなわち、コアＣ０７は無信号光状態である場合を例として説明する。
マルチコア光ファイバ増幅器３００が備える第１の制御部３７１は、励起光源２３０をオン状態とする。これにより、励起光２４０が増幅用光ファイバ２２２のクラッドに入力される。この光励起により信号光２０１～２０６は増幅される。
この状態において、信号光２０７の入力を開始する場合、第１の制御部３７１はコア励起光源３３１～３３６をオン状態とし、コア励起光源３３７はオフ状態とする。この後、第１の制御部３７１は、クラッド励起光源２３０を一旦オフ状態にする。これによりクラッド励起光２４０はクラッドに入力されなくなる。しかし、コアＣ０１～Ｃ０６にはそれぞれ、コア励起光３４１～３４６が入力されているので、信号光２０１～２０６に対する増幅動作は維持される。
第１の制御部３７１は、コアＣ０７に信号光２０７が入力された後、クラッド励起光源２３０を再びオン状態とする。このとき、コア励起光源３３７もオン状態として、コア励起光３４７およびコア励起光３４１～３４６の光パワーを制御することにより、増幅用光ファイバ２２２による利得の複数のコア間における差を減少させることができる。
上述した第１の制御部３７１の動作により、信号光２０７の入力を開始する際における、光サージ効果を抑制することができる。
次に、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法について説明する。
本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法においては、まず、希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、複数のコアの少なくとも一に導入する。このマルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためにクラッドに導入する励起光を生成する。また、複数のコアに導入する制御光を生成する。そして、複数のコアのうち信号光が導入されていない無信号コアに対しては、励起光が導入されている場合だけ、制御光を導入する。
ここで、上記の制御光は、マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためのコア励起光である。そして、複数のコアのうち信号光が導入されている信号コアにのみコア励起光が導入されている状態で、励起光のクラッドへの導入を中止する。
上述したように、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器３００およびマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法においては、励起光をクラッドに入射し複数のコアを一括して光励起している状態で無信号光状態にあるコアへ信号光を入力する。このとき、各励起光源の動作を制御する構成としている。これにより、光サージ効果を抑制することが可能になる。すなわち、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図４に、本発明の第４の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器４００の構成を示す。第２の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器２００および第３の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器３００と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。
本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器４００は、マルチコア光ファイバ増幅媒体としての増幅用光ファイバ２２２、励起光導入手段としてのクラッド励起導入部２４１、信号光導入部２２１、および信号光出力部２２３を有する。
増幅用光ファイバ２２２は、図４に示した例では例えば７個のコアＣ０１～Ｃ０７を有するマルチコア光ファイバに希土類元素がドープされた構成である。希土類元素として、典型的にはエルビウム（Ｅｒ）を用いることができる。
クラッド励起導入部２４１は、クラッド励起光源２３０から出力されたクラッド励起光２４０を増幅用光ファイバ２２２のクラッドに入力する。信号光導入部２２１は、増幅用光ファイバ２２２のそれぞれのコアに信号光２０１～２０７を入力する。また、信号光出力部２２３は、増幅用光ファイバ２２２を伝搬した後の信号光である伝搬後信号光２１１～２１７をそれぞれのコアから出力する。
マルチコア光ファイバ増幅器４００は、さらに、ダミー光用光源としてのダミー光源２５１～２５７、コア励起光源３３１～３３７、および制御光導入部（制御光導入手段）を備える。ダミー光源２５１～２５７は、制御光であって、波長が増幅用光ファイバ２２２の利得帯域に含まれるダミー光２６１～２６７を生成する。コア励起光源３３１～３３７は、制御光であって、増幅用光ファイバ２２２を励起するためのコア励起光３４１～３４７を生成する。そして、制御光導入部は、ダミー光２６１～２６７およびコア励起光３４１～３４７を複数のコアにそれぞれ導入するように構成されている。
制御光導入部は、具体的には例えば、図４に示したように、第１の制御光導入部（第１の制御光導入手段）４２５および第２の制御光導入部（第２の制御光導入手段）４２４を含む構成とすることができる。ここで、第１の制御光導入部４２５は、ダミー光２６１～２６７を複数のコアＣ０１～Ｃ０７にそれぞれ導入するように構成されている。また、第２の制御光導入部４２４は、コア励起光３４１～３４７を複数のコアＣ０１～Ｃ０７にそれぞれ導入するように構成されている。第１の制御光導入部４２５および第２の制御光導入部４２４として、典型的には光ファイバカプラ等の光合波器を用いることができる。
次に、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器４００の動作について説明する。ここでは、信号光２０１～２０６はマルチコア光ファイバ増幅器４００に入力されているが、信号光２０７は入力されていない状態、すなわち、コアＣ０７は無信号光状態である場合を例として説明する。
マルチコア光ファイバ増幅器４００は励起光源２３０をオン状態とする。これによって、励起光２４０が増幅用光ファイバ２２２のクラッドに入力される。この光励起により信号光２０１～２０６は増幅される。このとき、コア励起光源３３１～３３６をオン状態とし、コア励起光３４１～３４６の光パワーを制御することにより、増幅用光ファイバ２２２による利得の複数のコア間における差を減少させることができる。
また、コアＣ０１～Ｃ０７のうち少なくともコアＣ０７には、ダミー光源２５７からダミー光２６７が入力されている。すなわち、無信号光状態であるコアＣ０７においては、ダミー光源２５７からのダミー光２６７が入力されて増幅されるので、強い反転分布が形成されるのを回避することができる。そのため、この状態でコアＣ０７への信号光２０７の入力を開始する場合には、光サージ効果が生じることを抑制することができる。
このとき、信号光２０１～２０６が導入されているコアＣ０１～Ｃ０６の利得は、励起光２４０およびコア励起光３４１～３４６が導入されているので、変動することなく一定に保つことが可能である。
コアＣ０７に信号光２０７が入力された後、ダミー光源２５７はオフ状態にされる。このとき、コア励起光源３３７をオン状態とし、コア励起光３４７の光パワーも制御することにより、増幅用光ファイバ２２２による利得の複数のコア間における差を減少させることができる。
このように、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器４００においては、励起光をクラッドに入射し複数のコアを一括して光励起している状態で無信号光状態にあるコアへ信号光を入力する際に、ダミー光を用いて強い反転分布状態の形成を回避する。これにより、光サージ効果が抑制される。すなわち、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器４００によれば、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
上記説明では、制御光導入部は、第１の制御光導入部４２５および第２の制御光導入部４２４を含む構成とした。しかし、これに限らず、図５に示したマルチコア光ファイバ増幅器４０１のように、第１の制御光導入部４２５および第２の制御光導入部４２４に替えて、制御光導入部としての一の合成制御光導入部４２６を備えた構成としてもよい。マルチコア光ファイバ増幅器４０１は、さらに、合成部４８１～４８７および光源制御部４７２を備える。
ここで、合成部４８１～４８７はそれぞれ、ダミー光２６１～２６７およびコア励起光３４１～３４７を合成し、合成制御光４９１～４９７を生成する。合成部４８１～４８７は、典型的には合波器により構成される。合成制御光導入部４２６は、合成制御光４９１～４９７を複数のコアＣ０１～Ｃ０７にそれぞれ導入するように構成されている。合成制御光導入部４２６として、典型的には光ファイバカプラ等の光合波器を用いることができる。光源制御部４７２は上述したように、各コアＣ０１～Ｃ０７に入力される信号光２０１～２０７の有無に応じて、コア励起光源３３１～３３７およびダミー光源２５１～２５７のオンオフ制御を行う。
このような構成としたマルチコア光ファイバ増幅器４０１によっても、上述したマルチコア光ファイバ増幅器４００と同様の動作をすることにより、光サージ効果を抑制することができる。さらに、マルチコア光ファイバ増幅器４０１においては、ダミー光２６１～２６７およびコア励起光３４１～３４７をそれぞれ増幅用光ファイバ２２２に入力するために、合成制御光導入部４２６を共通に用いる構成としている。そのため、マルチコア光ファイバ増幅器４０１によれば、装置構造を簡単化し、小型化することが可能になる。
次に、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法について説明する。
本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法においては、まず、希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、複数のコアの少なくとも一に導入する。このマルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためにクラッドに導入する励起光を生成する。また、複数のコアに導入する制御光を生成する。そして、複数のコアのうち信号光が導入されていない無信号コアに対しては、励起光が導入されている場合だけ、制御光を導入する。
上記の制御光には、波長がマルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれるダミー光と、マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためのコア励起光が含まれる。ここで、ダミー光を、複数のコアのうち少なくとも信号光が導入されていない無信号コアに導入し、コア励起光を複数のコアのうち信号光が導入されている信号コアに導入する。そして、マルチコア光ファイバ増幅媒体による利得の複数のコア間における差を減少させるように、コア励起光の光パワーを制御する。
上述したように、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器４００、４０１およびマルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法においては、励起光をクラッドに入射し複数のコアを一括して光励起している状態で無信号光状態にあるコアへ信号光を入力する。このとき、ダミー光を用いて強い反転分布状態の形成を回避することにより、光サージ効果を抑制することができる。すなわち、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器４００によれば、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図６に、本発明の第５の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器５００の構成を示す。第２の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器２００および第３の実施形態に係るマルチコア光ファイバ増幅器３００と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。
本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器５００は、マルチコア光ファイバ増幅媒体としての増幅用光ファイバ２２２、励起光導入手段としてのクラッド励起導入部２４１、信号光導入部２２１、および信号光出力部２２３を有する。
増幅用光ファイバ２２２は、図６に示した例では例えば７個のコアＣ０１～Ｃ０７を有するマルチコア光ファイバに希土類元素がドープされた構成である。希土類元素として、典型的にはエルビウム（Ｅｒ）を用いることができる。
クラッド励起導入部２４１は、クラッド励起光源２３０から出力されたクラッド励起光２４０を増幅用光ファイバ２２２のクラッドに入力する。信号光導入部２２１は、増幅用光ファイバ２２２のそれぞれのコアに信号光２０１～２０７を入力する。また、信号光出力部２２３は、増幅用光ファイバ２２２を伝搬した後の信号光である伝搬後信号光２１１～２１７をそれぞれのコアから出力する。
マルチコア光ファイバ増幅器５００は、さらに、ダミー光用光源としてのダミー光源２５１～２５７、コア励起光源３３１～３３７、および制御光導入部（制御光導入手段）を備える。ダミー光源２５１～２５７は、制御光であって、波長が増幅用光ファイバ２２２の利得帯域に含まれるダミー光２６１～２６７を生成する。コア励起光源３３１～３３７は、制御光であって、増幅用光ファイバ２２２を励起するためのコア励起光３４１～３４７を生成する。そして、制御光導入部は、ダミー光２６１～２６７およびコア励起光３４１～３４７を複数のコアにそれぞれ導入するように構成されている。
制御光導入部は、第１の制御光導入部（第１の制御光導入手段）５２５および第２の制御光導入部（第２の制御光導入手段）５２４を含む構成とした。ここで、第１の制御光導入部５２５は、ダミー光２６１～２６７を複数のコアＣ０１～Ｃ０７にそれぞれ導入するように構成されている。また、第２の制御光導入部５２４は、コア励起光３４１～３４７を複数のコアＣ０１～Ｃ０７にそれぞれ導入するように構成されている。第１の制御光導入部５２５および第２の制御光導入部５２４として、典型的には光ファイバカプラ等の光合波器を用いることができる。
本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器５００においては、第１の制御光導入部５２５は、増幅用光ファイバ２２２の信号光２０１～２０７の入力側に位置し、第２の制御光導入部５２４は、出力側に位置する構成とした。ここで、第２の制御光導入部５２４は、増幅用光ファイバ２２２を伝搬した後のダミー光である伝搬後ダミー光を分離するダミー光分離部（ダミー光分離手段）を備えている。
マルチコア光ファイバ増幅器５００はさらに、伝搬後ダミー光の光強度をモニタする光強度モニタ（モニタ手段）５９１～５９７、光強度モニタ５９１～５９７に伝搬後ダミー光を導入する分波部５８１～５８７、および第２の制御部（第２の制御手段）５７３を備える。ここで、第２の制御部５７３は、増幅用光ファイバ２２２による利得の複数のコアＣ０１～Ｃ０７間における差を減少させるように、モニタした光強度に基いてクラッド励起光源２３０およびコア励起光源３３１～３３７の出力光パワーを制御する。
次に、本実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器５００の動作について説明する。ここでは、信号光２０１～２０６はマルチコア光ファイバ増幅器５００に入力されているが、信号光２０７は入力されていない状態、すなわち、コアＣ０７は無信号光状態である場合を例として説明する。
マルチコア光ファイバ増幅器５００が備える第２の制御部５７３は励起光源２３０をオン状態とする。これによって、励起光２４０が増幅用光ファイバ２２２のクラッドに入力される。この光励起により信号光２０１～２０６は増幅される。このとき、コア励起光源３３１～３３６をオン状態とし、コア励起光３４１～３４６の光パワーを制御することにより、増幅用光ファイバ２２２による利得の複数のコア間における差を減少させることができる。
また、コアＣ０１～Ｃ０７には、ダミー光源２５１～２５７からダミー光２６１～２６７が入力されている。すなわち、無信号光状態であるコアＣ０７においては、ダミー光源２５７からのダミー光２６７が入力されて増幅されるので、強い反転分布が形成されるのを回避することができる。そのため、この状態でコアＣ０７への信号光２０７の入力を開始する場合、光サージ効果が生じることを抑制することができる。
このとき、信号光２０１～２０６が導入されているコアＣ０１～Ｃ０６の利得は、励起光２４０およびコア励起光３４１～３４６が導入されているので、変動することなく一定に保つことが可能である。
また、増幅用光ファイバ２２２を伝搬し第２の制御光導入部５２４に到達した伝搬後ダミー光は、第２の制御光導入部５２４が備えるダミー光分離部によって分離され、分波部５８１～５８７を介して光強度モニタ５９１～５９７に導入される。このとき、第２の制御部５７３が、モニタした光強度に基づいて、クラッド励起光源２３０およびコア励起光源３３１～３３７を制御することにより、コアＣ０１～Ｃ０７間の利得差を低減することができる。
上述したように、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器５００においては、励起光をクラッドに入射し複数のコアを一括して光励起している状態で無信号光状態にあるコアへ信号光を入力する際に、ダミー光を用いて強い反転分布状態の形成を回避する。これにより、光サージ効果が抑制される。すなわち、本実施形態のマルチコア光ファイバ増幅器５００によれば、クラッド励起法による場合であっても、信号光が入射されているコアの利得の変動を生じることなく、無信号光状態のコアに信号光を入射することによる光サージの発生を抑制することができる。
さらに、マルチコア光ファイバ増幅器５００においては、コア励起光３４１～３４７を増幅用光ファイバ２２２に入力し、増幅された伝搬後ダミー光を分離するために、第２の制御光導入部５２４を共通に用いる構成としている。そのため、マルチコア光ファイバ増幅器５００によれば、装置構造を簡単化し、小型化することが可能になる。
上述した各実施形態においては、７個のコアＣ０１～Ｃ０７を有するマルチコア光ファイバに希土類元素がドープされた構成である増幅用光ファイバ２２２を例に説明した。しかし、コアの個数はこれに限定されず、異なるコア数の場合であっても、上述した各実施形態によるマルチコア光ファイバ増幅器と同様の効果を得ることができる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１７年１月２３日に出願された日本出願特願２０１７－００９７２５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１００、２００、３００、４００、４０１、５００ マルチコア光ファイバ増幅器
１１０ マルチコア光ファイバ増幅媒体
１１１ コア
１１２ クラッド
１２０ 信号光導入部
１３０ 励起光導入部
１４０ 制御光導入部
２０１～２０７ 信号光
２１１～２１７ 伝搬後信号光
２２１ 信号光導入部
２２２ 増幅用光ファイバ
２２３ 信号光出力部
２２５ ダミー光導入部
２３０ クラッド励起光源
２４０ クラッド励起光
２４１ クラッド励起導入部
２５１～２５７ ダミー光源
２６１～２６７ ダミー光
３２４ コア励起光導入部
３３１～３３７ コア励起光源
３４１～３４７ コア励起光
３７１ 第１の制御部
４２４、５２４ 第２の制御光導入部
４２５、５２５ 第１の制御光導入部
４２６ 合成制御光導入部
４７２ 光源制御部
４８１～４８７ 合成部
４９１～４９７ 合成制御光
５７３ 第２の制御部
５８１～５８７ 分波部
５９１～５９７ 光強度モニタ

Claims (7)

  1. 希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体と、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、前記複数のコアの少なくとも一に導入し、前記複数のコアのうち前記信号光を通過させない無信号コアがある状態も許容するように構成された信号光導入手段と、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するための励起光を、前記クラッドに導入するように構成された励起光導入手段と、
    前記複数のコアに制御光をそれぞれ導入するように構成された制御光導入手段と、
    前記励起光を生成する励起光源と、
    前記制御光導入手段を通過する前記制御光であって、前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためのコア励起光を生成するコア励起光源と、
    前記励起光源および前記コア励起光源の動作を制御する第１の制御手段、を有し、
    前記第１の制御手段は、前記複数のコアのうち前記信号光が導入されている信号コアにのみ前記コア励起光が導入されている状態で、前記励起光の前記クラッドへの導入を中止するように、前記励起光源および前記コア励起光源を制御する
    マルチコア光ファイバ増幅器。
  2. 希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体と、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、前記複数のコアの少なくとも一に導入し、前記複数のコアのうち前記信号光を通過させない無信号コアがある状態も許容するように構成された信号光導入手段と、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するための励起光を、前記クラッドに導入するように構成された励起光導入手段と、
    前記複数のコアに制御光をそれぞれ導入するように構成された制御光導入手段と、
    前記制御光導入手段を通過する前記制御光であって、波長が前記マルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれるダミー光を生成するダミー光用光源と、
    前記制御光導入手段を通過する前記制御光であって、前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためのコア励起光を生成するコア励起光源、を有し、
    前記制御光導入手段は、
    前記複数のコアのうち前記信号光が導入されていない無信号コアに対しては、前記励起光が導入されている場合だけ、前記ダミー光を導入し、
    前記コア励起光を前記複数のコアのうち前記信号光が導入されている信号コアに導入するように構成されている
    マルチコア光ファイバ増幅器。
  3. 請求項２に記載したマルチコア光ファイバ増幅器において、
    前記ダミー光および前記コア励起光を合成し、合成制御光を生成する合成手段をさらに有し、
    前記制御光導入手段は、前記合成制御光を前記複数のコアにそれぞれ導入するように構成されている
    マルチコア光ファイバ増幅器。
  4. 請求項２に記載したマルチコア光ファイバ増幅器において、
    前記制御光導入手段は、第１の制御光導入手段と第２の制御光導入手段を含み、
    前記第１の制御光導入手段は、前記ダミー光を前記複数のコアにそれぞれ導入するように構成され、
    前記第２の制御光導入手段は、前記コア励起光を前記複数のコアにそれぞれ導入するように構成されている
    マルチコア光ファイバ増幅器。
  5. 請求項４に記載したマルチコア光ファイバ増幅器において、
    前記第１の制御光導入手段は、前記マルチコア光ファイバ増幅媒体の前記信号光の入力側に位置し、
    前記第２の制御光導入手段は、前記マルチコア光ファイバ増幅媒体の前記信号光の出力側に位置し、
    前記第２の制御光導入手段は、前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を伝搬した後の前記ダミー光である伝搬後ダミー光を分離するダミー光分離手段を備え、
    前記伝搬後ダミー光の光強度をモニタするモニタ手段と、
    前記励起光を生成する励起光源と、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体による利得の前記複数のコア間における差を減少させるように、前記光強度に基いて前記励起光源および前記コア励起光源の出力光パワーを制御する第２の制御手段、をさらに有する
    マルチコア光ファイバ増幅器。
  6. 希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、前記複数のコアの少なくとも一に導入し、前記複数のコアのうち前記信号光を通過させない無信号コアがある状態も許容し、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するために前記クラッドに導入する励起光を生成し、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためのコア励起光を生成し、
    前記複数のコアのうち前記信号光が導入されている信号コアにのみ前記コア励起光が導入されている状態で、前記励起光の前記クラッドへの導入を中止する
    マルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法。
  7. 希土類元素が添加された複数のコアをクラッド内に備えたマルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれる波長の信号光を、前記複数のコアの少なくとも一に導入し、前記複数のコアのうち前記信号光を通過させない無信号コアがある状態も許容し、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するために前記クラッドに導入する励起光を生成し、
    波長が前記マルチコア光ファイバ増幅媒体の利得帯域に含まれるダミー光を生成し、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体を励起するためのコア励起光を生成し、
    前記ダミー光を、前記無信号コアに導入し、
    前記コア励起光を前記複数のコアのうち前記信号光が導入されている信号コアに導入し、
    前記マルチコア光ファイバ増幅媒体による利得の前記複数のコア間における差を減少させるように、前記コア励起光の光パワーを制御する
    マルチコア光ファイバ増幅媒体を用いた光増幅方法。
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