JP2015088530A - Multi-core optical fiber for optical amplification and optical amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファイバ内で光増幅を行う光増幅用光ファイバに関し、さらに詳細には、光信号を伝送するための信号コアが複数本設けられたマルチコアファイバを用いたマルチコア光増幅用光ファイバに関する。 The present invention relates to an optical amplification optical fiber that performs optical amplification in a fiber, and more particularly, to an optical fiber for multicore optical amplification using a multicore fiber provided with a plurality of signal cores for transmitting optical signals. .
光ファイバ通信では、通信情報量の増加に伴い、これまで時分割多重、波長分割多重を組み合わせることにより通信容量の拡大が図られてきた。しかしながら、光ファイバの利用可能波長帯域幅から計算される理論限界値に近づいてきている。この限界を超えるために、1本の光ファイバ中に信号を伝送するための信号コアを複数本設けたマルチコアファイバの開発と、それを利用したマルチコア光伝送技術の開発が進展している。 In optical fiber communication, with an increase in the amount of communication information, the communication capacity has been expanded by combining time division multiplexing and wavelength division multiplexing. However, it is approaching the theoretical limit calculated from the available wavelength bandwidth of the optical fiber. In order to exceed this limit, development of a multi-core fiber having a plurality of signal cores for transmitting signals in one optical fiber and development of a multi-core optical transmission technology using the same are progressing.
マルチコアファイバを用いた光伝送技術においては、複数本の信号コアのすべてに励起光(増幅用の光電力)を供給して信号光の光増幅を行う必要がある。
光増幅を行う際に、信号コアごとに個別に励起光を供給する方法が開示されている(例えば非特許文献1参照)。この方法によれば増幅効率の高い光増幅が行える。しかし信号コアの本数と同数の励起光源や光カプラが必要になり、部品点数が増大する結果、コンパクトな構成にすることが困難になり、しかも光増幅装置全体として高価格なものになってしまう。
In an optical transmission technique using a multi-core fiber, it is necessary to perform optical amplification of signal light by supplying pumping light (amplification optical power) to all of a plurality of signal cores.
A method of supplying excitation light individually for each signal core when performing optical amplification is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1). According to this method, optical amplification with high amplification efficiency can be performed. However, the same number of pumping light sources and optical couplers as the number of signal cores are required, and as a result of increasing the number of parts, it becomes difficult to make a compact configuration, and the optical amplifier as a whole becomes expensive. .
そこで、1本の光ファイバ内に、信号コアとは別に、励起光を供給するための励起用コアを1本設け、ここから励起光を入力し、複数本の信号コアに対して一括して光増幅を行うマルチコア光増幅用光ファイバを用いた光増幅装置が考案されている(特許文献1参照)。以下、この文献に記載された従来例について簡単に説明する。
図8に示すように、光増幅装置100は、マルチコアファイバ101と励起光源102とを備えている。マルチコアファイバ101は、クラッド層110と、励起用コア111と、光増幅媒体であるEr3+が添加されている複数の信号コア112−1〜112−n(個々を特定しないときは112と記載する)とからなる。励起用コア111はマルチコアファイバ101の中心(クラッド層110の中心)に配置され、信号コア112は励起用コア111の周囲で互いに一定間隔離れた位置に配置される。励起用コア111および信号コア112の周囲はクラッド層110で覆われている。
信号コア112では、コア内を通過する信号光の光パワーがコア内で閉じ込められるように、クラッド層110に対する屈折率を十分に高くしてある。一方、励起用コア111では、通過する励起光の光パワーがコア内に完全には閉じ込められていない状態になるように、屈折率は信号コア112よりは低く、クラッド層110より高くしてある。
Therefore, in addition to the signal core, one excitation core for supplying the excitation light is provided in one optical fiber, and the excitation light is input from this to the plurality of signal cores in a lump. An optical amplifying apparatus using a multi-core optical amplifying optical fiber that performs optical amplification has been devised (see Patent Document 1). Hereinafter, a conventional example described in this document will be briefly described.
As shown in FIG. 8, the
In the signal core 112, the refractive index with respect to the
このような光増幅装置100の励起用コア111に、光カプラ等を介して励起光源102から励起光が入力されると、励起光の大半は励起用コア111内にとどまるが、励起光の一部が励起用コア111の外部へ染み出して伝播するようになる。この励起用コア111の外側を伝播する一部の励起光は、励起用コア111から径方向へ等方的に伝播し、その一部が信号コア112の位置まで到達するようになり、信号コア112に添加されているEr3+イオンを励起することで、信号コア112を流れる信号光が光増幅される。
When pumping light is input from the
上述した特許文献1に記載のマルチコアファイバを用いた光増幅技術では、励起光を励起用コア111に入力すれば複数の信号コア112を一括して光増幅できる。それゆえ励起光源や光カプラの部品点数が減って光増幅装置100の構成をコンパクトにすることができ、装置価格も抑えることができる。
In the optical amplification technique using the multi-core fiber described in Patent Document 1 described above, a plurality of signal cores 112 can be optically amplified in a lump by inputting excitation light to the
しかしながら、励起用コア111に入力された励起光の大半は励起用コア111内にとどまり、励起光の一部がクラッド層110を介して信号コア112に伝播するだけであって、励起用コア111からクラッド層110に伝播された光についても等方的に伝播することになるので、信号コア112にまで到達して光増幅に利用される光パワーの比率は小さく、光増幅の効率は決して高くなかった。
However, most of the excitation light input to the
そこで本発明は、従来技術では決して得られなかった高い効率での光増幅を行うことができるマルチコア光増幅用光ファイバおよびこれを用いた光増幅装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multicore optical amplification optical fiber capable of performing optical amplification with high efficiency never obtained in the prior art and an optical amplification apparatus using the same.
上記課題を解決するためになされた本発明のマルチコア光増幅用光ファイバは、励起光を増幅するための増幅媒体が添加された少なくとも3本の信号コア、および、当該信号コアを覆うクラッド層を有するマルチコアファイバからなり、前記信号コアは前記マルチコアファイバの中心から偏心した位置に同心状に配置されるようにして、前記信号コアで囲まれた前記マルチコアファイバの中心近傍がクラッド層からなる励起光を供給するための励起光供給領域となるように構成されるとともに、前記各信号コアの外周にはクラッド層よりも屈折率が低いトレンチが形成された構造を有するマルチコア光増幅用光ファイバであって、前記信号コアの増幅媒体によって定まる励起波長に対する前記トレンチと前記信号コアとに基づく信号コア側の等価屈折率と、前記励起波長に対する前記励起光供給領域の等価屈折率とが一致するように、信号コア側または励起光供給領域のいずれかまたは両方の等価屈折率が調整され、前記励起光供給領域に入力した励起光パワーをモード結合による共振を利用して信号コア側が吸収するようにして光増幅を行うようにしてある。 An optical fiber for multi-core optical amplification according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes at least three signal cores to which an amplification medium for amplifying pumping light is added, and a cladding layer covering the signal cores. Pumping light in which the signal core is concentrically arranged at a position eccentric from the center of the multicore fiber, and the vicinity of the center of the multicore fiber surrounded by the signal core is formed of a cladding layer. A multi-core optical amplifying optical fiber having a structure in which a trench having a refractive index lower than that of the cladding layer is formed on the outer periphery of each signal core. A signal core side based on the trench and the signal core for an excitation wavelength determined by the amplification medium of the signal core. The equivalent refractive index of either the signal core side or the excitation light supply region or both is adjusted so that the valence refractive index matches the equivalent refractive index of the excitation light supply region with respect to the excitation wavelength, and the excitation light supply Optical amplification is performed such that the pumping light power input to the region is absorbed by the signal core side using resonance due to mode coupling.
また、別の観点から本発明は、前記マルチコア光増幅用光ファイバと、当該光ファイバの励起光供給領域に励起波長の励起光を照射する励起光源とを備えた光増幅装置とすることができる。 From another point of view, the present invention can be an optical amplifying apparatus comprising the multi-core optical amplification optical fiber and an excitation light source that irradiates an excitation light supply region of the optical fiber with excitation light having an excitation wavelength. .
ここで、「励起光を増幅するための増幅媒体」とは、励起光によって励起される活性物質であり、具体的にはErが好ましいが、Nd、Ho、Tm、Pr、Yb、Eu、Ce等の他の希土類元素を使用してもよい。
例えば、Erは1.55μm帯用の光増幅用ファイバとして用いられることになり、Prは1.3μm帯用、Tmは1.45μm帯用、Ybは1μm帯用の光増幅用ファイバとして用いられることになる。
Here, the “amplification medium for amplifying the excitation light” is an active substance that is excited by the excitation light. Specifically, Er is preferable, but Nd, Ho, Tm, Pr, Yb, Eu, Ce is preferable. Other rare earth elements such as may be used.
For example, Er will be used as an optical amplification fiber for 1.55 μm band, Pr will be used for 1.3 μm band, Tm will be used for 1.45 μm band, and Yb will be used as an optical amplification fiber for 1 μm band. It will be.
本発明のマルチコア光増幅用光ファイバでは、クラッド層の一部である励起光供給領域から励起光の入力が行われる。この励起光供給領域の等価屈折率と、信号コアとその外周にあるトレンチとに基づく信号コア側の等価屈折率とが、励起光の励起波長で一致するように、信号コア側または励起光供給領域側のいずれかまたは両方の等価屈折率を調整するようにして励起波長でモード結合が生じるようにしてある。これにより、モード結合での共振作用によって励起光供給領域に入力された励起光の光パワーが信号コア側に与えられるようになる。モード結合による共振作用が生じると、励起光供給領域からの励起光パワーは従来方法のように等方的に伝播されるのではなく、信号コアの方向に向かって引かれるようにして吸収される。
しかも本発明では、ファイバ内には励起光を入力するための励起用コアは形成されておらず、信号コアの外周にクラッド層よりも低屈折率のトレンチが設けられ、ファイバの中心付近(すなわちクラッド層の中心付近)に励起光が入力される(クラッド層の)励起光供給領域が設けられるようにして、この励起光供給領域を囲むようにトレンチで囲まれた信号コアが配置されるようにしている。これにより、従来は励起用コアの存在により、励起用コアからクラッド層に染み出した一部の励起光だけが信号コアでの光増幅に寄与するだけであったが、ファイバ中心付近のクラッド層に入力された励起光の光パワーの大半が利用可能になり、しかも共振作用によって信号コアに向かうようになるので、高い効率で励起光パワーを信号コア側に移送して光増幅することができるようになる。
In the optical fiber for multicore optical amplification according to the present invention, pumping light is input from a pumping light supply region that is a part of a cladding layer. The signal core side or the pump light supply so that the equivalent refractive index of the pump light supply region and the signal core side equivalent refractive index based on the signal core and the trench on the outer periphery thereof coincide with each other at the pump light pump wavelength. Either one or both of the region-side equivalent refractive indices are adjusted so that mode coupling occurs at the excitation wavelength. As a result, the optical power of the pumping light input to the pumping light supply region is given to the signal core side by the resonance action in the mode coupling. When the resonance effect due to mode coupling occurs, the pumping light power from the pumping light supply region is not propagated isotropically as in the conventional method but is absorbed by being drawn toward the signal core. .
In addition, in the present invention, the excitation core for inputting the excitation light is not formed in the fiber, and a trench having a lower refractive index than that of the cladding layer is provided on the outer periphery of the signal core so that the vicinity of the center of the fiber (ie, A pumping light supply region (of the cladding layer) where pumping light is input (near the center of the cladding layer) is provided, and a signal core surrounded by a trench is disposed so as to surround the pumping light supply region. I have to. Thus, in the past, due to the existence of the excitation core, only a part of the excitation light that oozes out from the excitation core to the cladding layer contributed to the optical amplification in the signal core, but the cladding layer near the center of the fiber. Since most of the optical power of the pumping light input to the signal becomes available and is directed to the signal core by the resonance action, the pumping light power can be transferred to the signal core side with high efficiency and can be amplified. It becomes like this.
本発明によれば、マルチコアファイバを用いて、そのファイバ中心付近のクラッド層からなる励起光供給領域に励起光を入力し、モード結合による共振作用を利用して光増幅を行うようにしたので、従来に比べて格段に高い効率で励起光を信号コアに吸収させることができ、高効率の光増幅が可能になる。しかも、マルチコアファイバを用いているためコンパクトかつ低価格な光増幅が可能になる。 According to the present invention, the multi-core fiber is used to input the pumping light to the pumping light supply region composed of the cladding layer near the center of the fiber, and the optical amplification is performed using the resonance action by the mode coupling. The pumping light can be absorbed by the signal core with much higher efficiency than in the past, and highly efficient optical amplification becomes possible. In addition, since a multi-core fiber is used, compact and low-cost optical amplification becomes possible.
以下、本発明のマルチコア光増幅用光ファイバの構造および動作について図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、屈折率に関して「屈折率」「等価屈折率」「比屈折率差」との用語を使用している。厳密な説明は省略するが、「屈折率」は個々の物質の材料特性に依存する屈折率をいい、例えば「コア」の屈折率であればコアの材質による屈折率をいう。
「等価屈折率」は、例えば光ファイバのように複数の物質で構成された構造体中を光が伝播する際に光が感じる屈折率であり、概略、各物質の屈折率を光のパワー分布で加重平均したものである。
「比屈折率差」は物質1の屈折率をn1、物質2の屈折率をn2とすると、比屈折率差Δ≒(n1−n2)/n1で与えられる。
Hereinafter, the structure and operation of the optical fiber for multicore optical amplification of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description, the terms “refractive index”, “equivalent refractive index”, and “relative refractive index difference” are used for the refractive index. Although a strict description is omitted, the “refractive index” refers to a refractive index that depends on the material characteristics of each substance.
"Equivalent refractive index" is a refractive index that light senses when light propagates through a structure composed of a plurality of materials such as an optical fiber. For example, the refractive index of each material is roughly divided into the power distribution of light. Is a weighted average.
The “relative refractive index difference” is given by a relative refractive index difference Δ≈ (n1−n2) / n1, where n1 is the refractive index of the substance 1 and n2 is the refractive index of the substance 2.
<マルチコア光増幅用光ファイバの構造>
図1は本発明の一実施形態であるマルチコア光増幅用光ファイバFAの構成を示す模式的断面図である。
マルチコア光増幅用光ファイバFAは断面が円形のファイバ本体10からなり、ファイバ本体10内は6本の信号コア12と、信号コア12の外周に形成されたトレンチ13と、トレンチ13を含めて信号コア12を覆うクラッド層11とにより構成されている。
<Structure of optical fiber for multi-core optical amplification>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a multi-core optical fiber FA for amplification according to an embodiment of the present invention.
The multi-core optical fiber FA for amplification includes a
6本の信号コア12はファイバ本体10の中心付近を避けるようにして同心状に配置され、ファイバ本体10の中心付近には信号コア12に取り囲まれたクラッド層11からなる領域が形成されるようにしてある。この領域(図1において一点鎖線で示した領域)を特に「励起光供給領域14」と呼ぶ。図8の従来例と同様に、励起光供給領域14には外部の励起光源から光カプラ等を介して励起光が入力される。
このように励起光供給領域14を取り囲むように信号コア12を配置する理由は、励起光供給領域14を信号コア12で取り囲むことによって、モード結合の生じにくい方向(すなわち信号コア12が近くに存在しない方向)をなくして励起光供給領域14の周囲全体(全方位)でモード結合を生じさせるためである。これによりモード結合が発生することなくファイバ本体10の外部に消失する励起光を激減させることができる。
The six
The reason why the
なお、図1の実施形態では、6本の信号コア12を同心状で等間隔に配置して励起光供給領域14を示しているが、3本の信号コア12を同心状で等間隔に配置すれば励起光供給領域14を取り囲むことができるので、本発明では、少なくとも3本以上の信号コアを設ける必要がある。
In the embodiment of FIG. 1, the six
一方、光増幅の効率とは別の問題ではあるが、信号コア12間の距離が接近し過ぎると信号光の相互干渉(クロストーク)が生じるため、相互干渉が生じない程度に離隔させる必要から信号コア12の配置可能な最大本数が制限されることになる。トレンチ13を設けることにより相互干渉を抑える効果があるが、それでも45μm程度まで近づくと相互干渉の影響が出ることになる。
それゆえ実用的には相互干渉が生じない信号コア間の距離が確保できるように、一般的なファイバ径(例えば125μm)のものでは3本〜12本程度で信号コアの本数が選択されるようにしている。
また、モード結合での光増幅の際に各信号コア12が均等に光増幅されるようにするため、同心状で周方向に等間隔で離隔するように配置してある。
On the other hand, although it is a problem different from the efficiency of optical amplification, since the mutual interference (crosstalk) of signal light occurs when the distance between the
Therefore, in order to secure a distance between signal cores where no mutual interference occurs practically, the number of signal cores is selected with about 3 to 12 for a general fiber diameter (for example, 125 μm). I have to.
Further, in order to uniformly amplify the
信号コア12には光増幅媒体であるEr3+が添加されており、励起波長が980nm、または、1480nmの励起用レーザ光(励起光)が信号コア12内に入り込むとEr3+が励起され、信号コア12内を信号光が進行することにより誘導放出が生じて光増幅されるようにしてある。なお、Er元素以外の光増幅媒体ではそれぞれの種類に応じて励起波長が選択される。
Er 3+ that is an optical amplification medium is added to the
トレンチ13は、屈折率をクラッド層11よりも低くした環状領域である。図2は図1のA−A’線、すなわち、ファイバ本体10の中心と信号コア12の中心とを結ぶ線での径方向の比屈折率差分布を示す図であり、横軸はファイバ中心からの径方向の位置、縦軸はクラッド層11の屈折率に対する比屈折率差である。
The
従来のマルチコアファイバでは、トレンチは、専ら信号コア間の相互干渉(クロストーク)を抑制する目的で形成されている。しかし、本発明では相互干渉を抑制する目的だけではなく、励起波長(すなわち980nmあるいは1480nm)におけるトレンチ13と信号コア12とに基づく等価屈折率(「信号コア12側の等価屈折率」という)の調整手段の一つとして利用することもできる。すなわち、トレンチ13の比屈折率差や径方向の幅(厚さ)をパラメータとして調整することで、実質的に信号コア12側の励起波長での等価屈折率を変化させることができる。
In the conventional multi-core fiber, the trench is formed only for the purpose of suppressing mutual interference (crosstalk) between signal cores. However, in the present invention, not only the purpose of suppressing mutual interference but also the equivalent refractive index based on the
そして本発明では、上述した構造のファイバ本体10において、励起波長にてモード結合を生じさせるため、励起光供給領域14の励起波長での等価屈折率と、信号コア12側の励起波長での等価屈折率とが一致するように、励起光供給領域14の等価屈折率、信号コア12側の等価屈折率のいずれか、あるいは両方を調整するようにしてある。
In the present invention, in the fiber
図3は屈折率を増減させる効果を有する添加物の添加量をパラメータとして変化させたときの信号コア12および励起光供給領域14の等価屈折率(伝播定数βに比例)の波長依存性について説明する図である。
ここでは信号コア12の径が、励起光供給領域14の径(信号コア12により囲まれた領域の平均径)よりも十分に小さい形状であることを前提として等価屈折率を算出している。具体的には図1の構造で信号コア12の径を8μm、励起光供給領域の平均径を70μmとして数値解析を行うことにより算出している。
FIG. 3 illustrates the wavelength dependence of the equivalent refractive index (proportional to the propagation constant β) of the
Here, the equivalent refractive index is calculated on the assumption that the diameter of the
両者の径の相違(形状的な相違)によって、径が小さい信号コア12側の等価屈折率は、径が大きな励起光供給領域14の等価屈折率よりも、信号波長の増加に対し急峻に減少する屈折率曲線となる傾向がある。よって2つの屈折率曲線の交差位置では等価屈折率を一致させることができることになる。
Due to the difference in diameter (difference in shape) between them, the equivalent refractive index on the side of the
一般に石英系ファイバ材料にGe,Al等を添加すると、屈折率曲線を上側にシフトさせることができ、フッ素等を添加すると屈折率曲線を下側にシフトさせることができる。そこで図3では励起光供給領域14、信号コア12のいずれか、あるいは両方に、これらの添加物を適量添加することで等価屈折率を上下にシフトさせる。そして交差位置が励起波長(例えば1480nm)にくるように調整したときに、その励起波長でモード結合を生じさせることができることになる。
In general, when Ge, Al or the like is added to a silica-based fiber material, the refractive index curve can be shifted upward, and when fluorine or the like is added, the refractive index curve can be shifted downward. Therefore, in FIG. 3, the equivalent refractive index is shifted up and down by adding an appropriate amount of these additives to either or both of the excitation
以上は、屈折率を増減させる効果を有する添加物を励起光供給領域14、信号コア12へ添加することによる調整方法について説明したが、既述のように、トレンチ13のクラッド層11に対する比屈折率差や径方向の幅(厚さ)をパラメータとして等価屈折率を調整することもできるので、いずれかあるいは両方の方法で等価屈折率を調整すればよい。
The adjustment method by adding an additive having the effect of increasing or decreasing the refractive index to the excitation
<モード結合による光増幅の動作>
次に、マルチコア光増幅用光ファイバFAによる光増幅の動作について説明する。
図4は、励起波長でモード結合が生じるように調整されたマルチコア光増幅用光ファイバFAの励起光供給領域14および信号コア12側における等価屈折率(伝播定数βに比例)の波長依存性について説明する図である。このマルチコア光増幅用光ファイバFAでは、励起波長を1480nmに定め、この励起波長において両者の等価屈折率が一致するように調整してある。
<Operation of optical amplification by mode coupling>
Next, the operation of optical amplification by the multi-core optical amplification optical fiber FA will be described.
FIG. 4 shows the wavelength dependence of the equivalent refractive index (proportional to the propagation constant β) on the pumping
マルチコア光増幅用光ファイバFAでは、励起光供給領域14と信号コア12とが近接して配置されている。励起波長(1480nm)から十分に離れた波長域では光の結合が疎であり独立した光伝送路として働いている。
In the optical fiber FA for multi-core optical amplification, the excitation
励起波長から離れた波長である信号光は光結合が疎であるため、励起光供給領域14と信号コア12との間の光パワーの移動量は小さい。それゆえ信号光については信号コア12内にとどまり、両者間の信号の間でのクロストークは小さい。
Since the signal light having a wavelength away from the excitation wavelength has a sparse optical coupling, the amount of movement of the optical power between the excitation
一方、励起波長近傍ではモード結合が生じ、励起光供給領域14の光パワーは、モード結合による共振作用によって信号コア12側に移動できるようになる。また、信号コア12側の光パワーについてもモード結合による共振作用によって励起光供給領域14に移動できるようになる。
On the other hand, mode coupling occurs in the vicinity of the pumping wavelength, and the optical power in the pumping
図5は図1のマルチコア光増幅用光ファイバFAのモード結合による共振状態の電界分布を模式的に示した図である。モード結合が生じているときの光パワーの移動は電界分布に影響されるので、励起光供給領域14から光パワーが全周方向に向けて放射状に均等に移動するのではなく、信号コア12の存在する方向に向けて引かれるようにして光パワーが集中的に移動するようになる。そのためモード結合を利用していない場合に比べて効率の高い光パワーの移動が行われることになる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an electric field distribution in a resonance state due to mode coupling of the multi-core optical fiber for amplification FA shown in FIG. Since the movement of the optical power when mode coupling occurs is affected by the electric field distribution, the optical power does not move from the pumping
信号コア12と励起光供給領域14とのモード結合での光吸収がともに微弱である場合には、信号コア12から励起光供給領域14への移動と、その逆である励起光供給領域14から信号コア12への移動とでは、同量の光パワーが移動することになる。
しかし信号コア12には光増幅媒体であるEr3+(あるいはその他の希土類元素)が添加されているので、励起光供給領域14に比べて大きな光パワーの吸収が発生する。そのため、励起光供給領域14に入力された光パワーが信号コア12側へ向けて一方的に移動するようになり、高い効率で光増幅が行われるようになる。
When light absorption in mode coupling between the
However, since Er 3+ (or other rare earth element) that is an optical amplification medium is added to the
図6は図1のマルチコア光増幅用光ファイバFAの軸方向のファイバ長さ(すなわち光パワーの移動が行われるファイバ長さ)と、信号コア12へ移動する光パワーの比率との関係を示す図である。増幅媒体(Er)による光の吸収係数αは0.3cm−1とした。
計算は、SYNOPSYS社の伝搬解析ソフト「BeamPROP(登録商標)」を用いて行っている。
励起光供給領域14内での光パワーは、軸方向に光が進行した距離とともに減少し、50mmで20%、100mmでは2.5%に達していることから、ロスがほとんどないとして(実際にモード結合でのロスは非常に小さい)、50mmで80%、100mmでは97.5%と、ほとんどの光パワーが信号コア12に移動することになる。
FIG. 6 shows the relationship between the fiber length in the axial direction of the multi-core optical fiber FA for amplification in FIG. 1 (that is, the fiber length at which the optical power is moved) and the ratio of the optical power moving to the
The calculation is performed using the propagation analysis software “BeamPROP (registered trademark)” of SYNOPSYS.
The optical power in the pumping
参考のため、同様の計算を、励起用コアを有するマルチコア光増幅用光ファイバ(図8のマルチコア光増幅用光ファイバ)で行った場合には、光パワーの移動する効率が悪い結果となり、一桁長い1000mmの長さに換算した場合でも1%以下程度しか信号コア側に移動しなかった。この差は励起用コアの存在と、モード結合による光パワーの移動とに起因している。 For reference, when the same calculation is performed with a multi-core optical amplification optical fiber having a pumping core (multi-core optical amplification optical fiber in FIG. 8), the result is that the efficiency of moving optical power is poor. Even when converted to a length of 1000 mm, it was only moved to the signal core side by about 1% or less. This difference is due to the presence of the excitation core and the movement of optical power due to mode coupling.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものでなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and changed within the scope of achieving the object and not departing from the scope of the claims. Is possible.
(変形実施例)
図1に示したマルチコア光増幅用光ファイバFAの実施形態では、モード結合を生じさせるとともに、励起光の入力を励起用コアではなくクラッド層11から入力するようにした結果、光増幅の効率を格段に高めることができるようになった。
これらのうち、モード結合を生じさせるための等価屈折率の調整だけを単独で行った場合でも、光増幅の効率を高めることができるかについても確認した。
(Modified Example)
In the embodiment of the optical fiber FA for multi-core optical amplification shown in FIG. 1, the mode coupling is generated and the pumping light is input from the
Of these, it was also confirmed whether the efficiency of optical amplification can be increased even when only the adjustment of the equivalent refractive index for causing mode coupling is performed alone.
すなわち、図1で説明した実施形態ではファイバ本体10内のクラッド層11は全体が均質であり、したがって励起光供給領域14となるファイバ中心付近のクラッド層と、それより外側のクラッド層の屈折率とは同じ値であった。
これに対し、変形実施例として、励起光供給領域14の屈折率を、それより外側のクラッド層の屈折率よりも少し高く調整し、擬似的に励起用コアと類似の構造を持たせた。ただし、トレンチ13を設けた点と、この擬似的な励起用コアの等価屈折率と信号コアの等価屈折率とを励起波長で一致させている点とは図1の例と同じである。
That is, in the embodiment described with reference to FIG. 1, the
On the other hand, as a modified embodiment, the refractive index of the pumping
そして、図6と同様の計算を行った結果を図7に示す。図7は擬似的な励起用コアを持たせたマルチコア光増幅用光ファイバFAにおける軸方向のファイバ長さ(すなわち光パワーの移動が行われるファイバ長さ)と、信号コア12へ移動する光パワーの比率との関係を示す図である。増幅媒体(Er)による光の吸収係数αは0.5cm−1とした。
その結果、励起光供給領域14の光パワー量は50mmの進行距離で75%に減少し、モード結合による光パワーの移動のためロスがほとんどないものとして、25%の光パワーが信号コア12に移動することになる。そして同じ結合率で励起光供給領域14の光パワーが信号コア12に移行するとして、100mmの進行距離では光パワーの94%が信号コア12側に移動することになる。
よって、擬似的な励起用コアを持たせたマルチコア光増幅用光ファイバであっても、モード結合を利用すれば、光増幅の効率を格段に向上できることが判明した。
And the result of having performed the calculation similar to FIG. 6 is shown in FIG. FIG. 7 shows the fiber length in the axial direction of the multi-core optical fiber FA with a pseudo excitation core (that is, the fiber length at which the optical power is moved) and the optical power moving to the
As a result, the amount of optical power in the pumping
Therefore, it has been found that even in the case of a multi-core optical amplification optical fiber having a pseudo excitation core, the efficiency of optical amplification can be remarkably improved by using mode coupling.
なお、上記変形実施例では励起光の電界分布が中心に偏在するため、同じ供給率を達成するために必要なファイバの長さは長くなるが、等価屈折率の整合が容易になるという特徴を持っている。 In the above modified embodiment, the electric field distribution of the excitation light is unevenly distributed in the center, so that the length of the fiber necessary to achieve the same supply rate becomes long, but the matching of the equivalent refractive index becomes easy. have.
したがって、本発明によれば、モード結合による光パワーの移動を利用した光増幅を行うことにより、モード結合が生じない場合に比べて、大きな効果を得られることが確認された。 Therefore, according to the present invention, it has been confirmed that a large effect can be obtained by performing optical amplification using the movement of optical power by mode coupling as compared with the case where mode coupling does not occur.
本発明は光ファイバ通信における光増幅に用いるマルチコア光増幅用光ファイバとして利用することができる。 The present invention can be used as an optical fiber for multi-core optical amplification used for optical amplification in optical fiber communication.
10: ファイバ本体
11: クラッド層
12: 信号コア(Er添加)
13: トレンチ
14: 励起光供給領域(ファイバ中心付近のクラッド層)
FA: マルチコア光増幅用光ファイバ
10: Fiber body 11: Clad layer 12: Signal core (Er addition)
13: Trench 14: Pumping light supply region (clad layer near the center of the fiber)
FA: Optical fiber for multi-core optical amplification
Claims (6)
前記信号コアは前記マルチコアファイバの中心から偏心した位置に同心状に配置されるようにして、前記信号コアで囲まれた前記マルチコアファイバの中心近傍がクラッド層からなる励起光を供給するための励起光供給領域となるように構成されるとともに、前記各信号コアの外周にはクラッド層よりも屈折率が低いトレンチが形成された構造を有するマルチコア光増幅用光ファイバであって、
前記信号コアの増幅媒体によって定まる励起波長に対する前記トレンチと前記信号コアとに基づく信号コア側の等価屈折率と、前記励起波長に対する前記励起光供給領域の等価屈折率とが一致するように、信号コア側または励起光供給領域のいずれかまたは両方の等価屈折率が調整され、
前記励起光供給領域に入力した励起光パワーをモード結合による共振を利用して信号コア側が吸収するようにして光増幅を行うことを特徴とするマルチコア光増幅用光ファイバ。 A multi-core fiber having at least three signal cores to which an amplification medium for amplifying the excitation light is added, and a clad layer covering the signal cores;
The signal core is arranged concentrically at a position eccentric from the center of the multicore fiber, and pumping is performed to supply pumping light in the vicinity of the center of the multicore fiber surrounded by the signal core. A multi-core optical amplification optical fiber having a structure in which a trench having a refractive index lower than that of a cladding layer is formed on an outer periphery of each signal core, and configured to be a light supply region,
The signal core side equivalent refractive index based on the trench and the signal core with respect to the excitation wavelength determined by the amplification medium of the signal core matches the equivalent refractive index of the excitation light supply region with respect to the excitation wavelength. The equivalent refractive index of either the core side or the excitation light supply region or both is adjusted,
An optical fiber for multi-core optical amplification in which optical amplification is performed such that pumping light power input to the pumping light supply region is absorbed by a signal core side using resonance due to mode coupling.
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|---|---|---|---|---|
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2013
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