光増幅装置およびマルチコアファイバ
【課題】回路規模を縮小化することが可能になる。
【解決手段】光増幅装置は、マルチコアファイバおよび励起光源を備える。マルチコアファイバは、励起用コアと信号光用コアを含む光ファイバである。励起用コアは、励起光源から発出された励起光が入力されるコアである。信号光用コアは、光増幅用の活性物質が添加されて、信号光が入力されるコアである。励起用コアから信号光用コアに伝搬した励起光で、信号光用コアに添加されている活性物質を励起して、信号光用コアを流れる信号光を増幅する。
【解決手段】光増幅装置は、マルチコアファイバおよび励起光源を備える。マルチコアファイバは、励起用コアと信号光用コアを含む光ファイバである。励起用コアは、励起光源から発出された励起光が入力されるコアである。信号光用コアは、光増幅用の活性物質が添加されて、信号光が入力されるコアである。励起用コアから信号光用コアに伝搬した励起光で、信号光用コアに添加されている活性物質を励起して、信号光用コアを流れる信号光を増幅する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅を行う光増幅装置および複数のコアを有するマルチコアファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、伝送トラフィックの増加に伴い、光伝送システムの大容量化の需要が益々高まっている。波長多重伝送（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）においては、１波長の伝送容量を増加するため、多値位相変調やデジタルコヒーレント受信などが導入されており、１波長あたり１００Ｇｂｐｓ級の光伝送技術が開発されている。
【０００３】
一方、１波長あたりの伝送容量の増加とは異なる観点で、光ファイバ１本あたりの伝送容量を増やす技術として、マルチコアファイバを使用した光伝送技術が注目されている。
一般的な光ファイバは、１本の光ファイバ内に１つのコアを有して、単一コアで信号光を伝送するものである。これに対し、マルチコアファイバは、１本の光ファイバ内に複数のコアを設け、各コアに信号光を伝送することにより、光ファイバ１本あたりの伝送容量をコア数分増加させることを可能にしている。
【０００４】
従来技術として、マルチコアファイバを用いた光増幅技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−００２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、マルチコアファイバを用いて光増幅を行う、従来の光ファイバ増幅器では、コア毎に励起を行うために、マルチコアのコア数分だけ励起光源を設ける必要があった。このため、光ファイバ増幅器の部品点数が増加し、光ファイバ増幅器のサイズが大きくなって、回路規模が増大するといった問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、回路規模の縮小化を図った光増幅装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、光増幅の回路規模の縮小化を可能にしたマルチコアファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、光増幅装置が提供される。光増幅装置は、励起光を発出する励起光源と、前記励起光が入力される励起用コアと、光増幅用の活性物質が添加されて、信号光が入力される信号光用コアとを含むマルチコアファイバとを備え、前記励起用コアから前記信号光用コアに伝搬した前記励起光で、前記信号光用コアに添加されている前記活性物質を励起して、前記信号光用コアを流れる前記信号光を増幅する。
【発明の効果】
【０００９】
回路規模を縮小化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図２】光ファイバ増幅器の構成例を示す図である。
【図３】マルチコアＥＤＦの断面を示す図である。
【図４】屈折率分布を示す図である。
【図５】信号光用コアの光パワー分布を示す図である。
【図６】励起用コアの光パワー分布を示す図である。
【図７】励起光の径方向への伝搬状態を示す図である。
【図８】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図９】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図１０】カプラの構成例を示す図である。
【図１１】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図１２】励起光の流れを示す図である。
【図１３】カプラの構成例を示す図である。
【図１４】ＥＤＦＡの反転分布率をパラメータとした相対利得係数を示す図である。
【図１５】ＥＤＦＡの構成例を示す図である。
【図１６】光フィルタの特性を示す図である。
【図１７】光フィルタの特性を示す図である。
【図１８】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図１９】コーナーキューブミラーの動作を説明するための図である。
【図２０】ミラーの配置構成を示す図である。
【図２１】信号光の流れを示す図である。
【図２２】ＥＤＦＡの構成例を示す図である。
【図２３】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図２４】ミラーの配置構成を示す図である。
【図２５】信号光の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１は、マルチコアファイバ１０および励起光源２１を備える。
マルチコアファイバ１０は、励起用コア１１と、複数の信号光用コア１２−１〜１２−ｎを含む光ファイバである。
【００１２】
励起用コア１１は、励起光源２１から発出された励起光が入力されるコアである。信号光用コア１２−１〜１２−ｎは、光増幅用の活性物質（希土類元素イオンなど）が添加されて、信号光が入力されるコアである。
【００１３】
ここで、励起用コア１１から径方向に伝搬した励起光によって、信号光用コア１２−１〜１２−ｎに添加されている光増幅用の活性物質を励起して（図の例では後方励起を行っている）、信号光用コア１２−１〜１２−ｎを流れる信号光を増幅する。なお、励起用コア１１から励起光が径方向に伝搬する状態については図７で後述する。
【００１４】
このように、光増幅装置１では、励起用コア１１から径方向に伝搬した励起光で、複数の信号光用コア１２−１〜１２−ｎに添加されている光増幅用の活性物質を一括して励起して、信号光用コア１２−１〜１２−ｎを流れる全信号光を一括して増幅する構成とした。
【００１５】
このため、複数の信号光用コア１２−１〜１２−ｎのそれぞれに励起光源を設けて励起光を個々に供給するのではなく、信号光用コア１２−１〜１２−ｎに対して、励起光の供給元を励起用コア１１で共通化することができる。これにより、励起光源の台数を削減することができ、回路規模を縮小化することが可能になる。
【００１６】
次にマルチコアファイバを用いた従来の光ファイバ増幅器の構成について説明する。図２は光ファイバ増幅器の構成例を示す図である。従来の光ファイバ増幅器６０は、マルチコアファイバ６１、６２、マルチコアＥＤＦ（Erbium Doped Fiber）６３、励起光源６ａ−１〜６ａ−３、６ｂ−１〜６ｂ−３、カプラｃ１−１〜ｃ１−３、ｃ２−１〜ｃ２−３および光アイソレータ６４、６５を備える。
【００１７】
なお、マルチコアファイバ６１は、３本のコア６１−１〜６１−３を含み、マルチコアファイバ６２は、３本のコア６２−１〜６２−３を含むとする。
また、光ファイバ増幅器６０は、マルチコアＥＤＦ６３に対して、前方および後方の双方向から励起を行う双方向励起方式の構成を有するものとする。
【００１８】
コア６１−１〜６１−３に対し、コア６１−１を流れる信号光ｓ１と、コア６１−２を流れる信号光ｓ２と、コア６１−３を流れる信号光ｓ３とは、光アイソレータ６４を通過する。
【００１９】
なお、光アイソレータは、単一方向（図の場合、左から右方向）へ信号光を通し、逆方向に流れる光を阻止するデバイスであり、光コネクタ等の反射の影響を抑える等の理由で用いられる。
【００２０】
コア６１−１には、カプラｃ１−１が接続している。カプラｃ１−１は、励起光源６ａ−１から発出された励起光ｐａ−１を、信号光ｓ１の進行方向と同一方向に向けて、コア６１−１に入力する。
【００２１】
また、コア６１−２には、カプラｃ１−２が接続している。カプラｃ１−２は、励起光源６ａ−２から発出された励起光ｐａ−２を、信号光ｓ２の進行方向と同一方向に向けて、コア６１−２に入力する。
【００２２】
さらに、コア６１−３には、カプラｃ１−３が接続している。カプラｃ１−３は、励起光源６ａ−３から発出された励起光ｐａ−３を、信号光ｓ３の進行方向と同一方向に向けて、コア６１−３に入力する。
【００２３】
その後、コア６１−１〜６１−３を流れる信号光ｓ１〜ｓ３は、マルチコアＥＤＦ６３に入力される。また、励起光源６ａ−１〜６ａ−３から発出された励起光ｐａ−１〜ｐａ−３も、マルチコアＥＤＦ６３に入力される。
【００２４】
マルチコアＥＤＦ６３内のコアには、Ｅｒ3+イオン（エルビウムイオン）が添加されている。信号光ｓ１と励起光ｐａ−１が入力するマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐａ−１によってＥｒ3+イオンが励起する。そして、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ１が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ１の光パワーが増幅する。
【００２５】
また、信号光ｓ２と励起光ｐａ−２が入力するマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐａ−２によってＥｒ3+イオンが励起する。そして、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ２が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ２の光パワーが増幅する。
【００２６】
さらに、信号光ｓ３と励起光ｐａ−３が入力するマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐａ−３によってＥｒ3+イオンが励起する。そして、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ３が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ３の光パワーが増幅する。
【００２７】
一方、コア６２−１には、カプラｃ２−１が接続している。カプラｃ２−１は、励起光源６ｂ−１から発出された励起光ｐｂ−１を、信号光ｓ１の進行方向の逆方向に向けて、コア６２−１に入力する。
【００２８】
また、コア６２−２には、カプラｃ２−２が接続している。カプラｃ２−２は、励起光源６ｂ−２から発出された励起光ｐｂ−２を、信号光ｓ２の進行方向の逆方向に向けて、コア６２−２に入力する。
【００２９】
さらに、コア６２−３には、カプラｃ２−３が接続している。カプラｃ２−３は、励起光源６ｂ−３から発出された励起光ｐｂ−３を、信号光ｓ３の進行方向の逆方向に向けて、コア６２−３に入力する。
【００３０】
そして、励起光源６ｂ−１〜６ｂ−３から発出された励起光ｐｂ−１〜ｐｂ−３は、マルチコアＥＤＦ６３に入力される。
励起光ｐｂ−１が入力されたマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐｂ−１によってＥｒ3+イオンが励起し、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ１が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ１の光パワーが増幅する。
【００３１】
また、励起光ｐｂ−２が入力されたマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐｂ−２によってＥｒ3+イオンが励起され、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ２が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ２の光パワーが増幅する。
【００３２】
さらに、励起光ｐｂ−３が入力されたマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐｂ−３によってＥｒ3+イオンが励起され、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ３が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ３の光パワーが増幅する。
【００３３】
前方励起および後方励起が行われて光増幅された信号光ｓ１〜ｓ３は、光アイソレータ６５を通過して後段処理部へ出力される。
上記のように、マルチコアファイバを用いて光増幅を行う、従来の光ファイバ増幅器６０の構成では、マルチコアのコア数分だけ励起光源を設けることになる。このため、光ファイバ増幅器６０の部品点数が増加し、光ファイバ増幅器６０のサイズが大きくなって、回路規模が増大してしまう。
【００３４】
本技術はこのような点に鑑みてなされたものであり、マルチコアファイバを用いた光増幅の回路規模の縮小化を図った光増幅装置および光増幅の回路規模の縮小化を可能にしたマルチコアファイバを提供するものである。
【００３５】
次にマルチコアファイバ１０の構成例について説明する。なお、以降では、希土類元素イオンとしてＥｒ3+イオンが添加されているものとして、図１のマルチコアファイバをマルチコアＥＤＦと表記する。
【００３６】
図３はマルチコアＥＤＦの断面を示す図である。マルチコアＥＤＦ１０ａは、励起用コア１１、信号光用コア１２−１、１２−２およびクラッド１３を備える。図中、信号光用コアは２本としているが、任意の複数本設けることができる。
【００３７】
励起用コア１１は、光ファイバ中心に配置される。信号光用コア１２−１、１２−２は、励起用コア１１の周囲に一定間隔離れた位置に配置される。励起用コア１１と、信号光用コア１２−１、１２−２との周囲は、クラッド１３で覆われている。
【００３８】
また、励起用コア１１のコア径は、励起光を径方向に伝搬して信号光用コア１２−１、１２−２に到達させるために、信号光用コア１２−１、１２−２のコア径よりも大きく設計されている。
【００３９】
信号光用コア１２−１、１２−２には、光増幅用の活性物質として、Ｅｒ3+イオンが添加されている。光増幅時において、信号光は、信号光用コア１２−１、１２−２に入力され、励起光は、励起用コア１１に入力される。
【００４０】
次に励起用コア１１、信号光用コア１２−１、１２−２およびクラッド１３それぞれの屈折率について説明する。図４は屈折率分布の一例を示す図である。グラフｇ０は、励起用コア１１、信号光用コア１２−１、１２−２およびクラッド１３の屈折率を示している。縦軸は、屈折率であり、横軸は、励起用コア１１のコア中心０からの距離である（単位は、任意単位（ａ．ｕ．：arbitrary unit））。
【００４１】
信号光用コア１２−１、１２−２の屈折率ｒ３は、信号光用コア１２−１、１２−２内に信号光を閉じ込めるような屈折率とし、励起用コア１１の屈折率ｒ２およびクラッド１３の屈折率ｒ１よりも高く設計される。信号光は、信号光用コア１２−１、１２−２内に閉じこめられた状態で伝送される。
【００４２】
また、励起用コア１１の屈折率ｒ２は、励起用コア１１内から径方向に伝搬するような屈折率とし、信号光用コア１２−１、１２−２の屈折率ｒ３よりも低く、クラッド１３の屈折率ｒ１よりも高く設計される。
【００４３】
このような屈折率とすることで、励起用コア１１を流れる励起光は、励起用コア１１内に完全に閉じ込められた状態とはならずに、クラッド１３を通じて、励起用コア１１から径方向に対して、伝搬する（染み出す）ことができる。
【００４４】
次に信号光用コア１２−１、１２−２および励起用コア１１の光パワー分布について説明する。図５は信号光用コアの光パワー分布を示す図である。波形ｇ１は、信号光用コア１２−１、１２−２を流れる信号光の光パワー分布を示している。
【００４５】
縦軸は、光パワー分布であり、横軸は、信号光用コア１２−１、１２−２のコア中心０からの距離である。信号光用コア１２−１、１２−２のコア径をａとしている（単位はａ．ｕ．）。
【００４６】
信号光用コア１２−１、１２−２における信号光（波長が例えば、１５５０ｎｍ）の伝送時、信号光用コア１２−１、１２−２のコア中心０が、最も信号光の光パワーが高く、コア中心０から離れるにつれて光パワーは弱くなる。
【００４７】
また、信号光用コア１２−１、１２−２のコア中心０からの距離をｄとすると、距離ｄが、−ａ≦ｄ≦ａの範囲内では、信号光用コア１２−１、１２−２内に信号光が閉じこめられた状態であるので、信号光の光パワーが顕著に分布することになる。一方、信号光用コア１２−１、１２−２のコア中心０からの距離ｄが、ｄ＜−ａおよびａ＜ｄの範囲では、信号光の光パワーがほぼゼロに近くなり、光はほとんど分布していない。
【００４８】
図６は励起用コアの光パワー分布を示す図である。波形ｇ２は、励起用コア１１を流れる励起光の光パワー分布を示している。縦軸は、光パワー分布であり、横軸は、励起用コア１１のコア中心０からの距離である（単位はａ．ｕ．）。励起用コア１１のコア径をｂとしている。
【００４９】
励起用コア１１における励起光（波長が例えば、１４８０ｎｍ）の伝送時、励起用コア１１のコア中心０が最も励起光の光パワーが高く、コア中心０から離れるにつれて光パワーは弱くなる。
【００５０】
また、励起用コア１１のコア中心からの距離ｄが、ｄ＜−ａおよびａ＜ｄの範囲では、励起用コア１１を流れる励起光は、励起用コア１１内に完全に閉じ込められていない状態であるので、励起光の光パワーは、ゼロ近傍には分布せずに、ある程度高いレベルで分布している。
【００５１】
ｄ＜−ａおよびａ＜ｄの範囲に存在している光パワーを持つ励起光は、励起用コア１１から径方向に等方的に伝搬し（等しく伝搬し）、励起用コア１１の周囲に配置されている信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを励起する。
【００５２】
次に励起光の径方向への伝搬状態について説明する。図７は励起光の径方向への伝搬状態を示す図である。励起用コア１１の屈折率は、上述したように、励起用コア１１から励起光を径方向に伝搬させるため、励起用コア１１内で低く設計されている。
【００５３】
このため、光増幅時には、励起用コア１１を流れる励起光は、励起用コア１１の外部へ、クラッド１３を介して、径方向に等方的に伝搬して（図中、点線矢印）、信号光用コア１２−１、１２−２に到達する（励起用コア１１からクラッド１３を介して励起光が染み出して、信号光用コア１２−１、１２−２に到達するイメージである）。信号光用コア１２−１、１２−２に到達した励起光は、信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを励起する。
【００５４】
そして、Ｅｒ3+イオンが励起された状態で、信号光用コア１２−１、１２−２を信号光が進行することによって誘導放出が生じ、信号光用コア１２−１、１２−２を流れる信号光が増幅される。
【００５５】
なお、図に示すように、マルチコアＥＤＦ１０ａは、励起用コア１１を光ファイバの中心に配置し、信号光用コア１２−１、１２−２を、励起用コア１１の周囲に配置する構成とした。
【００５６】
このような構成でマルチコアＥＤＦ１０ａを形成することで、励起光は、励起用コア１１から径方向に等方的に伝搬するため、各信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを等しく励起することが可能になる。
【００５７】
次に双方向励起方式の光増幅装置１の構成について説明する。図８は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１ａは、マルチコアＥＤＦ１０ａ、マルチコアファイバ３１、３２、励起光源２１−１、２１−２およびカプラ２２−１、２２−２を備える（光アイソレータなどのデバイスの図示は省略する）。
【００５８】
光増幅装置１ａは、マルチコアＥＤＦ１０ａに対して、前方および後方の双方向から励起を行って光増幅を行う装置である。図中、信号光は、左から右方向へ流れるとする。
マルチコアファイバ３１は、２本のコア３１−１、３１−２を含み、マルチコアファイバ３２は、２本のコア３２−１、３２−２を含む。
【００５９】
信号光ｓ１、ｓ２は、マルチコアファイバ３１内のコア３１−１、３１−２をそれぞれ流れ、カプラ２２−１に入力する。励起光源２１−１から発出された励起光（以下、前方励起光）ｐ１は、カプラ２２−１に入力する。
【００６０】
カプラ２２−１は、信号光ｓ１、ｓ２と前方励起光ｐ１を合波する。合波光の内、信号光ｓ１、ｓ２は、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２−１、１２−２にそれぞれ入力する。また、前方励起光ｐ１は、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【００６１】
励起用コア１１を流れる前方励起光ｐ１は、励起用コア１１の外部へ、クラッド１３を介して径方向に伝搬して、信号光用コア１２−１、１２−２に到達する。信号光用コア１２−１、１２−２に到達した前方励起光ｐ１は、信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを励起する。
【００６２】
そして、前方励起光ｐ１によって、Ｅｒ3+イオンが励起された状態にある信号光用コア１２−１中を、信号光ｓ１が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ１の光パワーが増幅する。
【００６３】
同様に、前方励起光ｐ１によって、Ｅｒ3+イオンが励起された状態にある信号光用コア１２−２中を、信号光ｓ２が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ２の光パワーが増幅する。
【００６４】
カプラ２２−２は、励起光源２１−２から発出された励起光（以下、後方励起光）ｐ２をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
励起用コア１１を流れる後方励起光ｐ２は、励起用コア１１の外部へ、クラッド１３を介して径方向に伝搬して、信号光用コア１２−１、１２−２に到達する。信号光用コア１２−１、１２−２に到達した後方励起光ｐ２は、信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを励起する。
【００６５】
そして、後方励起光ｐ２によって、Ｅｒ3+イオンが励起された状態にある信号光用コア１２−１中を、信号光ｓ１が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ１の光パワーが増幅する。
【００６６】
同様に、後方励起光ｐ２によって、Ｅｒ3+イオンが励起された状態にある信号光用コア１２−２中を、信号光ｓ２が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ２の光パワーが増幅する。
【００６７】
カプラ２２−２は、マルチコアＥＤＦ１０ａで双方向励起によって光増幅された後の信号光ｓ１、ｓ２を、マルチコアファイバ３２内のコア３２−１、３２−２にそれぞれ入力する。光増幅された信号光ｓ１、ｓ２は、マルチコアファイバ３２内を伝送し、後段処理部へ出力される。
【００６８】
図９は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１ａ−１は、マルチコアＥＤＦ１０ａ、マルチコアファイバ３１、３２、光ファイバ３３−１、３３−２、励起光源２１−１、２１−２およびカプラ２２−１、２２−２を備える。
【００６９】
カプラ２２−１には、マルチコアファイバ３１と光ファイバ３３−１が接続し、カプラ２２−２には、マルチコアファイバ３２と光ファイバ３３−２が接続する。
なお、光増幅装置１ａ−１は、図８の光増幅装置１ａと基本的な構成は同じであるが、マルチコアファイバ３１、３２のそれぞれのコアの本数を６本とし、マルチコアＥＤＦ１０ａの信号光用コアの本数を６本としている。
【００７０】
以降、マルチコアファイバ３１内の複数のコアをまとめて、コア３１ｇと表記し、マルチコアファイバ３２内の複数のコアをまとめて、コア３２ｇと表記する。また、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の複数の信号光用コアをまとめて、信号光用コア１２ｇと表記する。
【００７１】
マルチコアファイバ３１のコア３１ｇを通じて入力された複数の信号光は、カプラ２２−１に入力される。励起光源２１−１から発出された前方励起光は、光ファイバ３３−１を通じて、カプラ２２−１に入力される。
【００７２】
カプラ２２−１は、入力した各信号光をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇに入力し、前方励起光をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
前方励起光は、励起用コア１１から径方向に伝搬し、信号光用コア１２ｇに到達する。信号光用コア１２ｇに到達した前方励起光は、信号光用コア１２ｇに添加されているＥｒ3+イオンを励起し、このとき生じる誘導放出により、信号光用コア１２ｇを進行する複数の信号光を一括して増幅する。
【００７３】
一方、励起光源２１−２から発出された後方励起光は、光ファイバ３３−２を通じて、カプラ２２−２に入力される。カプラ２２−２は、後方励起光をマルチコアＥＤＦ１０ａの励起用コア１１に入力する。
【００７４】
後方励起光は、励起用コア１１から径方向に伝搬し、信号光用コア１２ｇに到達する。信号光用コア１２ｇに到達した後方励起光は、信号光用コア１２ｇに添加されているＥｒ3+イオンを励起し、このとき生じる誘導放出により、信号光用コア１２ｇを進行する複数の信号光を一括して増幅する。
【００７５】
カプラ２２−２は、マルチコアＥＤＦ１０ａで双方向励起によって光増幅された後の信号光を、マルチコアファイバ３２内のコア３２ｇに入力する。光増幅された信号光は、マルチコアファイバ３２内を伝送し、後段処理部へ出力される。
【００７６】
なお、上記の構成において、Ｅｒ3+イオンを添加した信号光用コア１２ｇでは、信号光の波長は例えば、１５５０ｎｍである。また、励起光の波長は例えば、１４８０ｎｍを用いる。
【００７７】
さらに、上記では、前方および後方から励起光を入力して双方向励起を行うとしたが、前方のみから励起光を入力する前方励起、または後方のみから励起光を入力する後方励起のどちらか一方だけを行う構成にしてもよい。
【００７８】
次にカプラ２２−１、２２−２の構成について説明する。図１０はカプラの構成例を示す図である。カプラ２２は、テーパファイバ２２ａ−１、２２ａ−２、マイクロレンズアレイ２２ｂ−１、２２ｂ−２、マイクロレンズ２２ｃおよびダイクロイックミラー（dichroic mirror）２２ｄを備える。
【００７９】
テーパファイバ２２ａ−１に入力した信号光は、テーパファイバ２２ａ−１によってコア毎の信号光に分けられ、信号光毎にマイクロレンズアレイ２２ｂ−１に入力される。
マイクロレンズアレイ２２ｂ−１を透過した信号光は、ダイクロイックミラー２２ｄへ向かい、ダイクロイックミラー２２ｄを透過する。一方、光ファイバ３３で伝送された励起光は、マイクロレンズ２２ｃを透過後、ダイクロイックミラー２２ｄへ向かい、ダイクロイックミラー２２ｄで反射される。
【００８０】
なお、ダイクロイックミラー２２ｄは、薄膜等による光の干渉を利用して、特定の波長の光を透過し、その他の波長の光を反射する機能を有するミラーである。
ダイクロイックミラー２２ｄを透過した信号光は、マイクロレンズアレイ２２ｂ−２の所定の信号光用のマイクロレンズに入力する。また、ダイクロイックミラー２２ｄを反射した励起光は、マイクロレンズアレイ２２ｂ−２の所定の励起光用のマイクロレンズに入力する。
【００８１】
マイクロレンズアレイ２２ｂ−２を透過した信号光は、テーパファイバの２２ａ−２の信号光用コアに相当する光ファイバに入力する。また、マイクロレンズアレイ２２ｂ−２を透過した励起光は、テーパファイバの２２ａ−２の励起用コアに相当する光ファイバに入力する。そして、テーパファイバ２２ａ−２で信号光および励起光が集約されて出力される。
【００８２】
次に光増幅装置１の変形例について説明する。図１１は光増幅装置の構成例を示す図であり、図１２は励起光の流れを示す図である。第１の変形例の光増幅装置１−１は、マルチコアＥＤＦ１０ａ、マルチコアファイバ３１、３２、光ファイバ３３−１、３３−２、励起光源２１ａ−１、２１ａ−２およびカプラ２３−１、２３−２を備える。
【００８３】
励起光源２１ａ−１は、波長λ１の前方励起光ｐ１を発出し、励起光源２１ａ−２は、波長λ２の後方励起光ｐ２を発出する。波長λ１、λ２は互いに異なる。なお、光増幅装置１−１の動作は、励起光の制御に特徴を有しており、その他の動作は、図８、図９で上述した動作と基本的に同じであるので、励起光の制御を中心に説明する。
【００８４】
図１２において、カプラ２３−１は、信号光と前方励起光ｐ１とを合波し、信号光をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇへ入力し、前方励起光ｐ１をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１へ入力する。
【００８５】
さらに、カプラ２３−１では、励起用コア１１内を信号光の進行方向とは逆方向に流れて出てきた後方励起光ｐ２を反射して、再び励起用コア１１へ入力する。なお、励起用コア１１内を信号光の進行方向とは逆方向に流れ出てきた後方励起光ｐ２は、Ｅｒ3+イオンに吸収しきれずに励起用コア１１から出力した漏れ励起光である。
【００８６】
一方、カプラ２３−２は、後方励起光ｐ２をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１へ入力する。さらに、カプラ２３−２では、励起用コア１１内を信号光の進行方向と同一方向に流れてきた前方励起光ｐ１を反射して、再び励起用コア１１へ入力する。
【００８７】
なお、励起用コア１１内を信号光の進行方向と同一方向に流れ出てきた前方励起光ｐ１は、Ｅｒ3+イオンに吸収しきれずに励起用コア１１から出力した漏れ励起光である。
図１３はカプラの構成例を示す図である。カプラ２３は、テーパファイバ２３ａ−１、２３ａ−２、マイクロレンズアレイ２３ｂ−１、２３ｂ−２、マイクロレンズ２３ｃおよびダイクロイックミラー２３ｄ−１、２３ｄ−２を備える。
【００８８】
ダイクロイックミラー２３ｄ−１は、信号光は透過し、波長λ２の後方励起光ｐ２は反射する。ダイクロイックミラー２３ｄ−２は、信号光および後方励起光ｐ２を透過し、波長λ１の前方励起光ｐ１を反射する。
【００８９】
カプラ２３に入力された信号光は、テーパファイバ２３ａ−１、マイクロレンズアレイ２３ｂ−１、ダイクロイックミラー２３ｄ−１、２３ｄ−２、マイクロレンズアレイ２３ｂ−２およびテーパファイバ２３ａ−２を順に透過して、信号光用コア１２ｇへ出力される。
【００９０】
一方、光ファイバ３３を介して伝送された前方励起光ｐ１は、マイクロレンズ２３ｃを透過後、ダイクロイックミラー２３ｄ−２で反射され、マイクロレンズアレイ２３ｂ−２およびテーパファイバ２３ａ−２を透過して、励起用コア１１へ出力される。
【００９１】
また、後方励起光ｐ２は、テーパファイバ２３ａ−２、マイクロレンズアレイ２３ｂ−２およびダイクロイックミラー２３ｄ−２を透過した後、ダイクロイックミラー２３ｄ−１で反射される。
【００９２】
そして、反射した後方励起光ｐ２は、ダイクロイックミラー２３ｄ−２、マイクロレンズアレイ２３ｂ−２およびテーパファイバ２３ａ−２を順に透過し、励起用コア１１に再入力される。
【００９３】
以上説明したように、光増幅装置１−１では、信号光用コア１２ｇに添加されているＥｒ3+イオンに吸収しきれずに励起用コア１１から出力した漏れ励起光を反射して、励起用コア１１に再入力する構成とした。
【００９４】
このように、マルチコアＥＤＦ１０ａで吸収しきれずにマルチコアＥＤＦ１０ａの両端から出力された前方励起光ｐ１および後方励起光ｐ２を、マルチコアＥＤＦ１０ａに再入力することにより、励起効率を向上させることが可能になる。
【００９５】
次に第２の変形例について説明する。最初に、ＥＤＦＡ（Erbium Doped optical Fiber Amplifier）のＳバンド（Short band：１４６０〜１５３０ｎｍ）の光増幅について説明する。
【００９６】
図１４はＥＤＦＡの反転分布率をパラメータとした相対利得係数を示す図である。縦軸は相対利得係数、横軸は波長（ｎｍ）である。なお、反転分布とは、電子は通常の状態では、エネルギーの低い準位の方が安定なので、通常は低い状態に多く分布するが、励起されることで高い準位に電子の分布が多くなって、分布が反転している状態のことをいう。また、反転分布率は、ＥＤＦの励起状態を表しており、励起光のパワーが大きいと反転分布率が大きくなる。
【００９７】
スペクトルｇ３に示されるように、ＥＤＦＡは、利得波長特性を有しており、同じ励起光パワーであっても、増幅すべき信号光の波長帯域に応じて利得が変化する。
また、ＥＤＦＡで増幅される波長帯域には、Ｓバンド、Ｃバンド（Conventional band：１５３０〜１５６５ｎｍ）、Ｌバンド（Long band：１５６５〜１６２５ｎｍ）などがある。スペクトルｇ３から、ＥＤＦＡの増幅波長帯域の中で、Ｃバンドが含まれる波長帯域の領域では、高い利得が得られるが、Ｓバンドでは、利得が低いことがわかる。
【００９８】
したがって、ある励起光パワーで、Ｃバンドの波長帯域を増幅したときに得られる利得と同じ程度に、Ｓバンドの信号光を増幅させるには、Ｃバンドの波長帯域を増幅したときの励起光パワーよりも大きな励起光パワーをＥＤＦに入力させることになる。
【００９９】
このため、Ｓバンドで十分な利得を得るには、励起光パワーを上げて反転分布率を大きくすることになるが、Ｓバンドの反転分布率を大きくすると、Ｓバンドだけではなく、ＣバンドやＬバンドの利得も上昇してしまう。すると、ＣバンドやＬバンドにおいて雑音光（ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光）の発生が顕著となり、光増幅効率および伝送品質の劣化が生じる。
【０１００】
図１５はＳバンドを増幅するＥＤＦＡの構成例を示す図である。Ｓバンドの信号光の増幅を行う従来のＥＤＦＡ７０は、光アイソレータ７１−１、７１−２、カプラ７２−１、７２−２、励起光源７３−１、７３−２、ＥＤＦ７４−１〜７４−４および光フィルタ７５−１〜７５−３を備える。
【０１０１】
Ｓバンドの信号光は、光アイソレータ７１−１を通過し、カプラ７２−１に入力する。カプラ７２−１は、信号光と、励起光源７３−１から発出された前方励起光とを合波する。合波光は、ＥＤＦ７４−１〜７４−４に入力する。ＥＤＦ７４−１〜７４−４は、前方励起により信号光を増幅する。
【０１０２】
また、カプラ７２−２は、励起光源７３−２から発出された後方励起光をＥＤＦ７４−１〜７４−４に入力する。ＥＤＦ７４−１〜７４−４は、後方励起により信号光を増幅する。
【０１０３】
光フィルタ７５−１〜７５−３は、ＥＤＦで増幅された信号光の光フィルタリングを行う。光フィルタリングとしては、ＣバンドおよびＬバンドのＡＳＥ光の除去、Ｓバンドの利得等化および励起光の透過を行う。
【０１０４】
このように、ＥＤＦＡ７０では、多段のＥＤＦ７４−１〜７４−４に対して、ＣバンドおよびＬバンドのＡＳＥ光の除去およびＳバンドの利得等化を行う光フィルタ７５−１〜７５−３を設けて、光増幅効率を向上させる構成としている。
【０１０５】
図１６、図１７は光フィルタの特性を示す図である。縦軸は損失（ｄＢ）、横軸は波長（ｎｍ）である。図１６のスペクトルｇ４は、ＣバンドおよびＬバンドのＡＳＥ光の除去およびＳバンドの利得等化を行う光フィルタの特性を示している。
【０１０６】
ＣバンドおよびＬバンドの波長帯域ｗ１において、損失特性を大きくしてＡＳＥ光の除去を図っている。また、Ｓバンドの波長帯域ｗ２において、Ｓバンドの利得等化を行っている。
【０１０７】
すなわち、Ｓバンドの波長帯域の利得を平坦化するために、ＥＤＦの利得波長依存性と相反する利得波長特性（ＥＤＦの利得波長依存性と同じ損失波長特性）の光フィルタリングを行っている。
【０１０８】
図１７のスペクトルｇ５は、励起光の透過を行う光フィルタの特性を示している。励起光の波長帯域ｗ３では（図の場合、励起光の波長を９８０ｎｍ前後の値としている）、損失が０となるような光フィルタリングを行って、励起光を透過する。
【０１０９】
上記のように、Ｓバンドの光増幅を行うＥＤＦＡ７０では、複数のＥＤＦ７４−１〜７４−４を設け、それらＥＤＦ間にＣバンドおよびＬバンドのＡＳＥ光を除去する光フィルタ７５−１〜７５−３を挿入して、光増幅効率を向上させる構成としている。
【０１１０】
しかし、複数段のＥＤＦと、複数段のＥＤＦからの出力光のフィルタリングを行う光フィルタとを備えることになるので、部品点数が多くなり、回路規模が増大するといった問題があった。
【０１１１】
次に第２の変形例の構成および動作について説明する。図１８は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１−２は、マイクロレンズ４１−１、４１−２、４２−１、４２−２、ダイクロイックミラー４３−１、４３−２、ミラー４４−１、４４−２、光フィルタ４５−１、４５−２、マイクロレンズアレイ４６−１、４６−２およびマルチコアＥＤＦ１０ａを備える。
【０１１２】
マルチコアファイバｆ１−１を流れてきた信号光は、マイクロレンズ４１−１、ダイクロイックミラー４３−１、ミラー４４−１、光フィルタ４５−１およびマイクロレンズアレイ４６−１を順に透過し、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇに入力する。
【０１１３】
光ファイバｆ２−１を通じて入力された前方励起光は、マイクロレンズ４２−１を透過し、ダイクロイックミラー４３−１で反射し、ミラー４４−１、光フィルタ４５−１およびマイクロレンズアレイ４６−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【０１１４】
光ファイバｆ２−２を通じて入力された後方励起光は、マイクロレンズ４２−２を透過し、ダイクロイックミラー４３−２で反射し、ミラー４４−２、光フィルタ４５−２およびマイクロレンズアレイ４６−２を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【０１１５】
マルチコアＥＤＦ１０ａに入力された信号光は、ミラー４４−１、４４−２によって反射され、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の各信号光用コアを一度ずつ通過する。また、マルチコアＥＤＦ１０ａとミラー４４−１との間に挿入されている光フィルタ４５−１と、マルチコアＥＤＦ１０ａとミラー４４−２との間に挿入されている光フィルタ４５−２とによって、ＡＳＥ光除去等の光フィルタリングが施される。
【０１１６】
なお、ミラー４４−１、４４−２は、例えばコーナーキューブミラーで構成される。コーナーキューブミラーは、３枚のミラーを互いに直角になるように配置して、あらゆる方向から来た光を入射角と同じ角度で反射するミラーである。
【０１１７】
図１９はコーナーキューブミラーの動作を説明するための図である。なお、説明を簡単にするために２枚のミラー４ａ、４ｂで説明する（３枚の場合も同じ原理である）。ミラー４ａに光が入射角θで入射すると、入射角と反射角は等しいという関係があるから、反射角θで反射する。したがって、光は、ミラー４ａによって２θ曲がることになる。
【０１１８】
また、ミラー４ａ、４ｂは直角になるように配置されているから、ミラー４ａの反射光がミラー４ｂに入射する角度は（π／２）−θであり、反射光も（π／２）−θである。したがって、光は、ミラー４ｂによってπ−２θ曲がることになる。
【０１１９】
すなわち、光は、ミラー４ａで２θ曲がり、ミラー４ｂでπ−２θ曲がるから、合計すると２θ＋π−２θ＝π（１８０°）となり、元来た方向へ戻ることになる。
図２０はミラーの配置構成を示す図である。なお、図中の＃１〜＃５は、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の各信号光用コアに付けた番号である。ミラー４４−１は、コア＃２から出力された信号光をコア＃３に入力するように、かつコア＃４から出力された信号光をコア＃５に入力するように配置する。
【０１２０】
また、ミラー４４−２は、コア＃１から出力された信号光をコア＃２に入力するように、かつコア＃３から出力された信号光をコア＃４に入力するように配置する。
図２１は信号光の流れを示す図である。マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、コア＃１に前方から入力した信号光は、マルチコアＥＤＦ１０ａから出力して、マイクロレンズアレイ４６−２を透過し、光フィルタ４５−２で光フィルタリングされ、ミラー４４−２で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ４６−２を透過して、後方からコア＃２に入力する。
【０１２１】
コア＃２を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、光フィルタ４５−１で光フィルタリングされ、ミラー４４−１で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、前方からコア＃３に入力する。
【０１２２】
コア＃３を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ４６−２を透過し、光フィルタ４５−２で光フィルタリングされ、ミラー４４−２で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ４６−２を透過して、後方からコア＃４に入力する。
【０１２３】
コア＃４を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、光フィルタ４５−１で光フィルタリングされ、ミラー４４−１で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、前方からコア＃５に入力する。
【０１２４】
コア＃５を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ４６−２を透過し、光フィルタ４５−２で光フィルタリングされる。その後、信号光は、ミラー４４−２には入力せずに、図１８に示したダイクロイックミラー４３−２およびマイクロレンズ４１−２を透過して出力される。
【０１２５】
上記のように、光増幅装置１−２では、ミラー４４−１、４４−２を、信号光用コア１２ｇの両端に設け、一方の信号光用コアから出力した増幅後の信号光を反射し、異なる他方の信号光用コアに対して、反射させた信号光を再入力して、信号光を往復させる。そして、信号光用コア１２ｇとミラー４４−１、４４−２との間に設けた光フィルタ４５−１、４５−２によって、信号光用コア１２ｇから出力された信号光の光フィルタリングを行う構成とした。
【０１２６】
このように、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア（ＥＤＦである）を往復させることにより、従来構成のような複数段のＥＤＦが不要となる。さらに、マルチコアＥＤＦ１０ａの両端に設置された光フィルタによって、信号光が往復する度に、光フィルタに入力されて光フィルタリングが行われる構成としたので、光フィルタの台数も削減することができる。
【０１２７】
したがって、装置全体として部品点数を削減することができ、装置の小型化が可能になる。なお、上記では、光フィルタをマルチコアＥＤＦ１０ａの両端に設置したが、どちらか片方に設置する構成としてもよい。
【０１２８】
次に第３の変形例について説明する。最初に、ＣバンドとＬバンドの波長帯域の信号光を増幅する従来のＥＤＦＡについて説明する。
図２２はＥＤＦＡの構成例を示す図である。従来のＥＤＦＡ８０は、分岐フィルタ８１、ＣバンドＥＤＦＡ８２、ＬバンドＥＤＦＡ８３および合波フィルタ８４を備える。
【０１２９】
ＣバンドＥＤＦＡ８２は、光アイソレータ８２ａ−１、８２ａ−２、カプラ８２ｂ−１、８２ｂ−２、励起光源８２ｃ−１、８２ｃ−２およびＥＤＦ８２ｄを含む。
ＬバンドＥＤＦＡ８３は、光アイソレータ８３ａ−１、８３ａ−２、カプラ８３ｂ−１、８３ｂ−２、励起光源８３ｃ−１、８３ｃ−２およびＥＤＦ８３ｄを含む。
【０１３０】
分岐フィルタ８１は、ＣバンドおよびＬバンドの各波長が多重されている信号光を受信すると、Ｃバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分岐し、Ｃバンドの信号光をＣバンドＥＤＦＡ８２へ送信し、Ｌバンドの信号光をＬバンドＥＤＦＡ８３へ送信する。
【０１３１】
ＣバンドＥＤＦＡ８２において、カプラ８２ｂ−１は、光アイソレータ８２ａ−１から出力されたＣバンドの信号光と、励起光源８２ｃ−１から発出された前方励起光とを合波し、ＥＤＦ８２ｄへ入力する。
【０１３２】
カプラ８２ｂ−２は、励起光源８２ｃ−２から発出された後方励起光をＥＤＦ８２ｄへ入力する。ＥＤＦ８２ｄで増幅されたＣバンドの信号光は、カプラ８２ｂ−２および光アイソレータ８２ａ−２を介して出力される。
【０１３３】
ＬバンドＥＤＦＡ８３において、カプラ８３ｂ−１は、光アイソレータ８３ａ−１から出力されたＬバンドの信号光と、励起光源８３ｃ−１から発出された前方励起光とを合波し、ＥＤＦ８３ｄへ入力する。
【０１３４】
カプラ８３ｂ−２は、励起光源８３ｃ−２から発出された後方励起光をＥＤＦ８３ｄへ入力する。ＥＤＦ８３ｄで増幅されたＬバンドの信号光は、カプラ８３ｂ−２および光アイソレータ８３ａ−２を介して出力される。
【０１３５】
合波フィルタ８４は、ＣバンドＥＤＦＡ８２から出力された増幅後のＣバンドの信号光と、ＬバンドＥＤＦＡ８３から出力された増幅後のＬバンドの信号光とを合波し、合波光を出力する。
【０１３６】
ここで、ＣバンドＥＤＦＡ８２内のＥＤＦ８２ｄのＥＤＦ長と、ＬバンドＥＤＦＡ８３内のＥＤＦ８３ｄのＥＤＦ長は異なり、一般的には同じ特性のＥＤＦを用いた場合には、ＬバンドのＥＤＦ長の方が長くなる。
【０１３７】
このため、従来のＥＤＦＡ８０では、ＣバンドとＬバンドの各波長帯域の信号光を増幅する場合、各々の帯域の光増幅器を別途用意する必要があり、回路規模およびサイズが大きくなるといった問題があった。
【０１３８】
次に第３の変形例の構成および動作について説明する。図２３は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１−３は、マイクロレンズ５１−１、５１−２、５２−１、５２−２、ダイクロイックミラー５３−１、５３−２、ミラー５４−１、５４−２、分岐フィルタ５５、合波フィルタ５６、マイクロレンズアレイ５７−１、５７−２およびマルチコアＥＤＦ１０ａを備える。
【０１３９】
マルチコアファイバｆ１−１を流れてきたＣバンドとＬバンドの信号光は、マイクロレンズ５１−１およびダイクロイックミラー５３−１を透過して、分岐フィルタ５５に入力する。
【０１４０】
分岐フィルタ５５は、受信した信号光を、Ｃバンドの信号光とＬバンドの信号光とに２分岐する。分岐後のＣバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇの所定のコアに入力する。
【０１４１】
また、分岐後のＬバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇの所定のコアに入力する。なお、Ｃバンドの信号光が入力する信号光用コアと、Ｌバンドの信号光が入力する信号光用コアとは異なる。
【０１４２】
光ファイバｆ２−１を通じて入力された前方励起光は、マイクロレンズ５２−１を透過し、ダイクロイックミラー５３−１で反射し、ミラー５４−１およびマイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【０１４３】
光ファイバｆ２−２を通じて入力された後方励起光は、マイクロレンズ５２−２を透過し、ダイクロイックミラー５３−２で反射し、ミラー５４−２およびマイクロレンズアレイ５７−２を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【０１４４】
マルチコアＥＤＦ１０ａに入力されたＣバンドおよびＬバンドの信号光は、マルチコアＥＤＦ１０ａの両端に挿入されたミラー５４−１、５４−２によって信号光用コアをそれぞれ異なる回数通過する。なお、ミラー５４−１、５４−２は、例えばコーナーキューブミラーで構成される。
【０１４５】
図２４はミラーの配置構成を示す図である。なお、図中の＃１〜＃４は、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の各信号光用コアに付けた番号である。ミラー５４−１は、コア＃３から出力された信号光をコア＃４に入力するように配置する。また、ミラー５４−２は、コア＃２から出力された信号光をコア＃３に入力するように配置する。
【０１４６】
図２５は信号光の流れを示す図である。分岐フィルタ５５によって分岐されたＣバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内のコア＃１に入力する。そして、Ｃバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−２を透過して合波フィルタ５６に入力する。
【０１４７】
一方、分岐フィルタ５５によって分岐されたＬバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア＃２に入力する。コア＃２を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ５７−２を透過して、ミラー５４−２で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ５７−２を透過して、後方からコア＃３に入力する。
【０１４８】
コア＃３を出力したＬバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過し、ミラー５４−１で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、前方からコア＃４に入力する。
【０１４９】
コア＃４を出力したＬバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−２を透過して、合波フィルタ５６に入力する。合波フィルタ５６は、Ｃバンドの信号光とＬバンドの信号光とを合波して出力する。
【０１５０】
上記のように、光増幅装置１−３では、ミラー５４−１、５４−２を、信号光用コア１２ｇの両端に設ける。そして、特定の波長帯（例えば、Ｌバンド）の特定信号光（Ｌバンドの信号光）に対し、一方の信号光用コアから出力した増幅後のＬバンドの信号光を反射し、異なる他方の信号光用コアに対して、反射させたＬバンドの信号光を再入力して、Ｌバンドの信号光の信号光用コアの通過回数を可変する構成とした。
【０１５１】
上記の例では、Ｃバンドの信号光を１コア通過させ、Ｌバンドの信号光を３コア通過させている。このように、Ｌバンドの信号光に対して、信号光用コアを異なる回数通過させることで、実効的にＥＤＦ長の異なるＥＤＦを実現することができる。このため、１本のマルチコアＥＤＦ１０ａで、ＣバンドおよびＬバンドの一括増幅を行うことが可能となり、回路規模を縮小化することが可能になる。
【０１５２】
以上説明したように、光増幅装置１では、励起用コア１１から径方向に伝搬した励起光で、複数の信号光用コア１２−１〜１２−ｎの光増幅用の活性物質を一括して励起して、信号光用コア１２−１〜１２−ｎを流れる全信号光を増幅する構成とした。
【０１５３】
これにより、少なくとも１台の励起光源から出力される励起光で、複数の信号光用コアの信号光の光増幅が可能となり、励起光源の台数の削減をすることができ、回路規模の縮小化および装置の小型化が可能になる。
【０１５４】
なお、上記では、光増幅用の活性物質である希土類元素イオンとして、Ｅｒ3+イオンを添加した例を挙げたが、他の希土類元素イオンとして、ツリウム（Ｔｍ）イオン、ネオジム（Ｎｄ）イオン、イットリビウム（Ｙｂ）イオン、プラセオジム（Ｐｒ）イオンなどを用いてもよい。
【０１５５】
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１ 光増幅装置
１０ マルチコアファイバ
１１ 励起用コア
１２−１〜１２−ｎ 信号光用コア
２１ 励起光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅を行う光増幅装置および複数のコアを有するマルチコアファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、伝送トラフィックの増加に伴い、光伝送システムの大容量化の需要が益々高まっている。波長多重伝送（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）においては、１波長の伝送容量を増加するため、多値位相変調やデジタルコヒーレント受信などが導入されており、１波長あたり１００Ｇｂｐｓ級の光伝送技術が開発されている。
【０００３】
一方、１波長あたりの伝送容量の増加とは異なる観点で、光ファイバ１本あたりの伝送容量を増やす技術として、マルチコアファイバを使用した光伝送技術が注目されている。
一般的な光ファイバは、１本の光ファイバ内に１つのコアを有して、単一コアで信号光を伝送するものである。これに対し、マルチコアファイバは、１本の光ファイバ内に複数のコアを設け、各コアに信号光を伝送することにより、光ファイバ１本あたりの伝送容量をコア数分増加させることを可能にしている。
【０００４】
従来技術として、マルチコアファイバを用いた光増幅技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−００２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、マルチコアファイバを用いて光増幅を行う、従来の光ファイバ増幅器では、コア毎に励起を行うために、マルチコアのコア数分だけ励起光源を設ける必要があった。このため、光ファイバ増幅器の部品点数が増加し、光ファイバ増幅器のサイズが大きくなって、回路規模が増大するといった問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、回路規模の縮小化を図った光増幅装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、光増幅の回路規模の縮小化を可能にしたマルチコアファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、光増幅装置が提供される。光増幅装置は、励起光を発出する励起光源と、前記励起光が入力される励起用コアと、光増幅用の活性物質が添加されて、信号光が入力される信号光用コアとを含むマルチコアファイバとを備え、前記励起用コアから前記信号光用コアに伝搬した前記励起光で、前記信号光用コアに添加されている前記活性物質を励起して、前記信号光用コアを流れる前記信号光を増幅する。
【発明の効果】
【０００９】
回路規模を縮小化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図２】光ファイバ増幅器の構成例を示す図である。
【図３】マルチコアＥＤＦの断面を示す図である。
【図４】屈折率分布を示す図である。
【図５】信号光用コアの光パワー分布を示す図である。
【図６】励起用コアの光パワー分布を示す図である。
【図７】励起光の径方向への伝搬状態を示す図である。
【図８】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図９】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図１０】カプラの構成例を示す図である。
【図１１】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図１２】励起光の流れを示す図である。
【図１３】カプラの構成例を示す図である。
【図１４】ＥＤＦＡの反転分布率をパラメータとした相対利得係数を示す図である。
【図１５】ＥＤＦＡの構成例を示す図である。
【図１６】光フィルタの特性を示す図である。
【図１７】光フィルタの特性を示す図である。
【図１８】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図１９】コーナーキューブミラーの動作を説明するための図である。
【図２０】ミラーの配置構成を示す図である。
【図２１】信号光の流れを示す図である。
【図２２】ＥＤＦＡの構成例を示す図である。
【図２３】光増幅装置の構成例を示す図である。
【図２４】ミラーの配置構成を示す図である。
【図２５】信号光の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１は、マルチコアファイバ１０および励起光源２１を備える。
マルチコアファイバ１０は、励起用コア１１と、複数の信号光用コア１２−１〜１２−ｎを含む光ファイバである。
【００１２】
励起用コア１１は、励起光源２１から発出された励起光が入力されるコアである。信号光用コア１２−１〜１２−ｎは、光増幅用の活性物質（希土類元素イオンなど）が添加されて、信号光が入力されるコアである。
【００１３】
ここで、励起用コア１１から径方向に伝搬した励起光によって、信号光用コア１２−１〜１２−ｎに添加されている光増幅用の活性物質を励起して（図の例では後方励起を行っている）、信号光用コア１２−１〜１２−ｎを流れる信号光を増幅する。なお、励起用コア１１から励起光が径方向に伝搬する状態については図７で後述する。
【００１４】
このように、光増幅装置１では、励起用コア１１から径方向に伝搬した励起光で、複数の信号光用コア１２−１〜１２−ｎに添加されている光増幅用の活性物質を一括して励起して、信号光用コア１２−１〜１２−ｎを流れる全信号光を一括して増幅する構成とした。
【００１５】
このため、複数の信号光用コア１２−１〜１２−ｎのそれぞれに励起光源を設けて励起光を個々に供給するのではなく、信号光用コア１２−１〜１２−ｎに対して、励起光の供給元を励起用コア１１で共通化することができる。これにより、励起光源の台数を削減することができ、回路規模を縮小化することが可能になる。
【００１６】
次にマルチコアファイバを用いた従来の光ファイバ増幅器の構成について説明する。図２は光ファイバ増幅器の構成例を示す図である。従来の光ファイバ増幅器６０は、マルチコアファイバ６１、６２、マルチコアＥＤＦ（Erbium Doped Fiber）６３、励起光源６ａ−１〜６ａ−３、６ｂ−１〜６ｂ−３、カプラｃ１−１〜ｃ１−３、ｃ２−１〜ｃ２−３および光アイソレータ６４、６５を備える。
【００１７】
なお、マルチコアファイバ６１は、３本のコア６１−１〜６１−３を含み、マルチコアファイバ６２は、３本のコア６２−１〜６２−３を含むとする。
また、光ファイバ増幅器６０は、マルチコアＥＤＦ６３に対して、前方および後方の双方向から励起を行う双方向励起方式の構成を有するものとする。
【００１８】
コア６１−１〜６１−３に対し、コア６１−１を流れる信号光ｓ１と、コア６１−２を流れる信号光ｓ２と、コア６１−３を流れる信号光ｓ３とは、光アイソレータ６４を通過する。
【００１９】
なお、光アイソレータは、単一方向（図の場合、左から右方向）へ信号光を通し、逆方向に流れる光を阻止するデバイスであり、光コネクタ等の反射の影響を抑える等の理由で用いられる。
【００２０】
コア６１−１には、カプラｃ１−１が接続している。カプラｃ１−１は、励起光源６ａ−１から発出された励起光ｐａ−１を、信号光ｓ１の進行方向と同一方向に向けて、コア６１−１に入力する。
【００２１】
また、コア６１−２には、カプラｃ１−２が接続している。カプラｃ１−２は、励起光源６ａ−２から発出された励起光ｐａ−２を、信号光ｓ２の進行方向と同一方向に向けて、コア６１−２に入力する。
【００２２】
さらに、コア６１−３には、カプラｃ１−３が接続している。カプラｃ１−３は、励起光源６ａ−３から発出された励起光ｐａ−３を、信号光ｓ３の進行方向と同一方向に向けて、コア６１−３に入力する。
【００２３】
その後、コア６１−１〜６１−３を流れる信号光ｓ１〜ｓ３は、マルチコアＥＤＦ６３に入力される。また、励起光源６ａ−１〜６ａ−３から発出された励起光ｐａ−１〜ｐａ−３も、マルチコアＥＤＦ６３に入力される。
【００２４】
マルチコアＥＤＦ６３内のコアには、Ｅｒ3+イオン（エルビウムイオン）が添加されている。信号光ｓ１と励起光ｐａ−１が入力するマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐａ−１によってＥｒ3+イオンが励起する。そして、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ１が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ１の光パワーが増幅する。
【００２５】
また、信号光ｓ２と励起光ｐａ−２が入力するマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐａ−２によってＥｒ3+イオンが励起する。そして、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ２が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ２の光パワーが増幅する。
【００２６】
さらに、信号光ｓ３と励起光ｐａ−３が入力するマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐａ−３によってＥｒ3+イオンが励起する。そして、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ３が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ３の光パワーが増幅する。
【００２７】
一方、コア６２−１には、カプラｃ２−１が接続している。カプラｃ２−１は、励起光源６ｂ−１から発出された励起光ｐｂ−１を、信号光ｓ１の進行方向の逆方向に向けて、コア６２−１に入力する。
【００２８】
また、コア６２−２には、カプラｃ２−２が接続している。カプラｃ２−２は、励起光源６ｂ−２から発出された励起光ｐｂ−２を、信号光ｓ２の進行方向の逆方向に向けて、コア６２−２に入力する。
【００２９】
さらに、コア６２−３には、カプラｃ２−３が接続している。カプラｃ２−３は、励起光源６ｂ−３から発出された励起光ｐｂ−３を、信号光ｓ３の進行方向の逆方向に向けて、コア６２−３に入力する。
【００３０】
そして、励起光源６ｂ−１〜６ｂ−３から発出された励起光ｐｂ−１〜ｐｂ−３は、マルチコアＥＤＦ６３に入力される。
励起光ｐｂ−１が入力されたマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐｂ−１によってＥｒ3+イオンが励起し、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ１が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ１の光パワーが増幅する。
【００３１】
また、励起光ｐｂ−２が入力されたマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐｂ−２によってＥｒ3+イオンが励起され、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ２が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ２の光パワーが増幅する。
【００３２】
さらに、励起光ｐｂ−３が入力されたマルチコアＥＤＦ６３内のコアでは、励起光ｐｂ−３によってＥｒ3+イオンが励起され、Ｅｒ3+イオンが励起状態にあるコア中を、信号光ｓ３が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ３の光パワーが増幅する。
【００３３】
前方励起および後方励起が行われて光増幅された信号光ｓ１〜ｓ３は、光アイソレータ６５を通過して後段処理部へ出力される。
上記のように、マルチコアファイバを用いて光増幅を行う、従来の光ファイバ増幅器６０の構成では、マルチコアのコア数分だけ励起光源を設けることになる。このため、光ファイバ増幅器６０の部品点数が増加し、光ファイバ増幅器６０のサイズが大きくなって、回路規模が増大してしまう。
【００３４】
本技術はこのような点に鑑みてなされたものであり、マルチコアファイバを用いた光増幅の回路規模の縮小化を図った光増幅装置および光増幅の回路規模の縮小化を可能にしたマルチコアファイバを提供するものである。
【００３５】
次にマルチコアファイバ１０の構成例について説明する。なお、以降では、希土類元素イオンとしてＥｒ3+イオンが添加されているものとして、図１のマルチコアファイバをマルチコアＥＤＦと表記する。
【００３６】
図３はマルチコアＥＤＦの断面を示す図である。マルチコアＥＤＦ１０ａは、励起用コア１１、信号光用コア１２−１、１２−２およびクラッド１３を備える。図中、信号光用コアは２本としているが、任意の複数本設けることができる。
【００３７】
励起用コア１１は、光ファイバ中心に配置される。信号光用コア１２−１、１２−２は、励起用コア１１の周囲に一定間隔離れた位置に配置される。励起用コア１１と、信号光用コア１２−１、１２−２との周囲は、クラッド１３で覆われている。
【００３８】
また、励起用コア１１のコア径は、励起光を径方向に伝搬して信号光用コア１２−１、１２−２に到達させるために、信号光用コア１２−１、１２−２のコア径よりも大きく設計されている。
【００３９】
信号光用コア１２−１、１２−２には、光増幅用の活性物質として、Ｅｒ3+イオンが添加されている。光増幅時において、信号光は、信号光用コア１２−１、１２−２に入力され、励起光は、励起用コア１１に入力される。
【００４０】
次に励起用コア１１、信号光用コア１２−１、１２−２およびクラッド１３それぞれの屈折率について説明する。図４は屈折率分布の一例を示す図である。グラフｇ０は、励起用コア１１、信号光用コア１２−１、１２−２およびクラッド１３の屈折率を示している。縦軸は、屈折率であり、横軸は、励起用コア１１のコア中心０からの距離である（単位は、任意単位（ａ．ｕ．：arbitrary unit））。
【００４１】
信号光用コア１２−１、１２−２の屈折率ｒ３は、信号光用コア１２−１、１２−２内に信号光を閉じ込めるような屈折率とし、励起用コア１１の屈折率ｒ２およびクラッド１３の屈折率ｒ１よりも高く設計される。信号光は、信号光用コア１２−１、１２−２内に閉じこめられた状態で伝送される。
【００４２】
また、励起用コア１１の屈折率ｒ２は、励起用コア１１内から径方向に伝搬するような屈折率とし、信号光用コア１２−１、１２−２の屈折率ｒ３よりも低く、クラッド１３の屈折率ｒ１よりも高く設計される。
【００４３】
このような屈折率とすることで、励起用コア１１を流れる励起光は、励起用コア１１内に完全に閉じ込められた状態とはならずに、クラッド１３を通じて、励起用コア１１から径方向に対して、伝搬する（染み出す）ことができる。
【００４４】
次に信号光用コア１２−１、１２−２および励起用コア１１の光パワー分布について説明する。図５は信号光用コアの光パワー分布を示す図である。波形ｇ１は、信号光用コア１２−１、１２−２を流れる信号光の光パワー分布を示している。
【００４５】
縦軸は、光パワー分布であり、横軸は、信号光用コア１２−１、１２−２のコア中心０からの距離である。信号光用コア１２−１、１２−２のコア径をａとしている（単位はａ．ｕ．）。
【００４６】
信号光用コア１２−１、１２−２における信号光（波長が例えば、１５５０ｎｍ）の伝送時、信号光用コア１２−１、１２−２のコア中心０が、最も信号光の光パワーが高く、コア中心０から離れるにつれて光パワーは弱くなる。
【００４７】
また、信号光用コア１２−１、１２−２のコア中心０からの距離をｄとすると、距離ｄが、−ａ≦ｄ≦ａの範囲内では、信号光用コア１２−１、１２−２内に信号光が閉じこめられた状態であるので、信号光の光パワーが顕著に分布することになる。一方、信号光用コア１２−１、１２−２のコア中心０からの距離ｄが、ｄ＜−ａおよびａ＜ｄの範囲では、信号光の光パワーがほぼゼロに近くなり、光はほとんど分布していない。
【００４８】
図６は励起用コアの光パワー分布を示す図である。波形ｇ２は、励起用コア１１を流れる励起光の光パワー分布を示している。縦軸は、光パワー分布であり、横軸は、励起用コア１１のコア中心０からの距離である（単位はａ．ｕ．）。励起用コア１１のコア径をｂとしている。
【００４９】
励起用コア１１における励起光（波長が例えば、１４８０ｎｍ）の伝送時、励起用コア１１のコア中心０が最も励起光の光パワーが高く、コア中心０から離れるにつれて光パワーは弱くなる。
【００５０】
また、励起用コア１１のコア中心からの距離ｄが、ｄ＜−ａおよびａ＜ｄの範囲では、励起用コア１１を流れる励起光は、励起用コア１１内に完全に閉じ込められていない状態であるので、励起光の光パワーは、ゼロ近傍には分布せずに、ある程度高いレベルで分布している。
【００５１】
ｄ＜−ａおよびａ＜ｄの範囲に存在している光パワーを持つ励起光は、励起用コア１１から径方向に等方的に伝搬し（等しく伝搬し）、励起用コア１１の周囲に配置されている信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを励起する。
【００５２】
次に励起光の径方向への伝搬状態について説明する。図７は励起光の径方向への伝搬状態を示す図である。励起用コア１１の屈折率は、上述したように、励起用コア１１から励起光を径方向に伝搬させるため、励起用コア１１内で低く設計されている。
【００５３】
このため、光増幅時には、励起用コア１１を流れる励起光は、励起用コア１１の外部へ、クラッド１３を介して、径方向に等方的に伝搬して（図中、点線矢印）、信号光用コア１２−１、１２−２に到達する（励起用コア１１からクラッド１３を介して励起光が染み出して、信号光用コア１２−１、１２−２に到達するイメージである）。信号光用コア１２−１、１２−２に到達した励起光は、信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを励起する。
【００５４】
そして、Ｅｒ3+イオンが励起された状態で、信号光用コア１２−１、１２−２を信号光が進行することによって誘導放出が生じ、信号光用コア１２−１、１２−２を流れる信号光が増幅される。
【００５５】
なお、図に示すように、マルチコアＥＤＦ１０ａは、励起用コア１１を光ファイバの中心に配置し、信号光用コア１２−１、１２−２を、励起用コア１１の周囲に配置する構成とした。
【００５６】
このような構成でマルチコアＥＤＦ１０ａを形成することで、励起光は、励起用コア１１から径方向に等方的に伝搬するため、各信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを等しく励起することが可能になる。
【００５７】
次に双方向励起方式の光増幅装置１の構成について説明する。図８は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１ａは、マルチコアＥＤＦ１０ａ、マルチコアファイバ３１、３２、励起光源２１−１、２１−２およびカプラ２２−１、２２−２を備える（光アイソレータなどのデバイスの図示は省略する）。
【００５８】
光増幅装置１ａは、マルチコアＥＤＦ１０ａに対して、前方および後方の双方向から励起を行って光増幅を行う装置である。図中、信号光は、左から右方向へ流れるとする。
マルチコアファイバ３１は、２本のコア３１−１、３１−２を含み、マルチコアファイバ３２は、２本のコア３２−１、３２−２を含む。
【００５９】
信号光ｓ１、ｓ２は、マルチコアファイバ３１内のコア３１−１、３１−２をそれぞれ流れ、カプラ２２−１に入力する。励起光源２１−１から発出された励起光（以下、前方励起光）ｐ１は、カプラ２２−１に入力する。
【００６０】
カプラ２２−１は、信号光ｓ１、ｓ２と前方励起光ｐ１を合波する。合波光の内、信号光ｓ１、ｓ２は、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２−１、１２−２にそれぞれ入力する。また、前方励起光ｐ１は、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【００６１】
励起用コア１１を流れる前方励起光ｐ１は、励起用コア１１の外部へ、クラッド１３を介して径方向に伝搬して、信号光用コア１２−１、１２−２に到達する。信号光用コア１２−１、１２−２に到達した前方励起光ｐ１は、信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを励起する。
【００６２】
そして、前方励起光ｐ１によって、Ｅｒ3+イオンが励起された状態にある信号光用コア１２−１中を、信号光ｓ１が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ１の光パワーが増幅する。
【００６３】
同様に、前方励起光ｐ１によって、Ｅｒ3+イオンが励起された状態にある信号光用コア１２−２中を、信号光ｓ２が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ２の光パワーが増幅する。
【００６４】
カプラ２２−２は、励起光源２１−２から発出された励起光（以下、後方励起光）ｐ２をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
励起用コア１１を流れる後方励起光ｐ２は、励起用コア１１の外部へ、クラッド１３を介して径方向に伝搬して、信号光用コア１２−１、１２−２に到達する。信号光用コア１２−１、１２−２に到達した後方励起光ｐ２は、信号光用コア１２−１、１２−２に添加されているＥｒ3+イオンを励起する。
【００６５】
そして、後方励起光ｐ２によって、Ｅｒ3+イオンが励起された状態にある信号光用コア１２−１中を、信号光ｓ１が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ１の光パワーが増幅する。
【００６６】
同様に、後方励起光ｐ２によって、Ｅｒ3+イオンが励起された状態にある信号光用コア１２−２中を、信号光ｓ２が進行することによって誘導放出が生じて、信号光ｓ２の光パワーが増幅する。
【００６７】
カプラ２２−２は、マルチコアＥＤＦ１０ａで双方向励起によって光増幅された後の信号光ｓ１、ｓ２を、マルチコアファイバ３２内のコア３２−１、３２−２にそれぞれ入力する。光増幅された信号光ｓ１、ｓ２は、マルチコアファイバ３２内を伝送し、後段処理部へ出力される。
【００６８】
図９は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１ａ−１は、マルチコアＥＤＦ１０ａ、マルチコアファイバ３１、３２、光ファイバ３３−１、３３−２、励起光源２１−１、２１−２およびカプラ２２−１、２２−２を備える。
【００６９】
カプラ２２−１には、マルチコアファイバ３１と光ファイバ３３−１が接続し、カプラ２２−２には、マルチコアファイバ３２と光ファイバ３３−２が接続する。
なお、光増幅装置１ａ−１は、図８の光増幅装置１ａと基本的な構成は同じであるが、マルチコアファイバ３１、３２のそれぞれのコアの本数を６本とし、マルチコアＥＤＦ１０ａの信号光用コアの本数を６本としている。
【００７０】
以降、マルチコアファイバ３１内の複数のコアをまとめて、コア３１ｇと表記し、マルチコアファイバ３２内の複数のコアをまとめて、コア３２ｇと表記する。また、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の複数の信号光用コアをまとめて、信号光用コア１２ｇと表記する。
【００７１】
マルチコアファイバ３１のコア３１ｇを通じて入力された複数の信号光は、カプラ２２−１に入力される。励起光源２１−１から発出された前方励起光は、光ファイバ３３−１を通じて、カプラ２２−１に入力される。
【００７２】
カプラ２２−１は、入力した各信号光をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇに入力し、前方励起光をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
前方励起光は、励起用コア１１から径方向に伝搬し、信号光用コア１２ｇに到達する。信号光用コア１２ｇに到達した前方励起光は、信号光用コア１２ｇに添加されているＥｒ3+イオンを励起し、このとき生じる誘導放出により、信号光用コア１２ｇを進行する複数の信号光を一括して増幅する。
【００７３】
一方、励起光源２１−２から発出された後方励起光は、光ファイバ３３−２を通じて、カプラ２２−２に入力される。カプラ２２−２は、後方励起光をマルチコアＥＤＦ１０ａの励起用コア１１に入力する。
【００７４】
後方励起光は、励起用コア１１から径方向に伝搬し、信号光用コア１２ｇに到達する。信号光用コア１２ｇに到達した後方励起光は、信号光用コア１２ｇに添加されているＥｒ3+イオンを励起し、このとき生じる誘導放出により、信号光用コア１２ｇを進行する複数の信号光を一括して増幅する。
【００７５】
カプラ２２−２は、マルチコアＥＤＦ１０ａで双方向励起によって光増幅された後の信号光を、マルチコアファイバ３２内のコア３２ｇに入力する。光増幅された信号光は、マルチコアファイバ３２内を伝送し、後段処理部へ出力される。
【００７６】
なお、上記の構成において、Ｅｒ3+イオンを添加した信号光用コア１２ｇでは、信号光の波長は例えば、１５５０ｎｍである。また、励起光の波長は例えば、１４８０ｎｍを用いる。
【００７７】
さらに、上記では、前方および後方から励起光を入力して双方向励起を行うとしたが、前方のみから励起光を入力する前方励起、または後方のみから励起光を入力する後方励起のどちらか一方だけを行う構成にしてもよい。
【００７８】
次にカプラ２２−１、２２−２の構成について説明する。図１０はカプラの構成例を示す図である。カプラ２２は、テーパファイバ２２ａ−１、２２ａ−２、マイクロレンズアレイ２２ｂ−１、２２ｂ−２、マイクロレンズ２２ｃおよびダイクロイックミラー（dichroic mirror）２２ｄを備える。
【００７９】
テーパファイバ２２ａ−１に入力した信号光は、テーパファイバ２２ａ−１によってコア毎の信号光に分けられ、信号光毎にマイクロレンズアレイ２２ｂ−１に入力される。
マイクロレンズアレイ２２ｂ−１を透過した信号光は、ダイクロイックミラー２２ｄへ向かい、ダイクロイックミラー２２ｄを透過する。一方、光ファイバ３３で伝送された励起光は、マイクロレンズ２２ｃを透過後、ダイクロイックミラー２２ｄへ向かい、ダイクロイックミラー２２ｄで反射される。
【００８０】
なお、ダイクロイックミラー２２ｄは、薄膜等による光の干渉を利用して、特定の波長の光を透過し、その他の波長の光を反射する機能を有するミラーである。
ダイクロイックミラー２２ｄを透過した信号光は、マイクロレンズアレイ２２ｂ−２の所定の信号光用のマイクロレンズに入力する。また、ダイクロイックミラー２２ｄを反射した励起光は、マイクロレンズアレイ２２ｂ−２の所定の励起光用のマイクロレンズに入力する。
【００８１】
マイクロレンズアレイ２２ｂ−２を透過した信号光は、テーパファイバの２２ａ−２の信号光用コアに相当する光ファイバに入力する。また、マイクロレンズアレイ２２ｂ−２を透過した励起光は、テーパファイバの２２ａ−２の励起用コアに相当する光ファイバに入力する。そして、テーパファイバ２２ａ−２で信号光および励起光が集約されて出力される。
【００８２】
次に光増幅装置１の変形例について説明する。図１１は光増幅装置の構成例を示す図であり、図１２は励起光の流れを示す図である。第１の変形例の光増幅装置１−１は、マルチコアＥＤＦ１０ａ、マルチコアファイバ３１、３２、光ファイバ３３−１、３３−２、励起光源２１ａ−１、２１ａ−２およびカプラ２３−１、２３−２を備える。
【００８３】
励起光源２１ａ−１は、波長λ１の前方励起光ｐ１を発出し、励起光源２１ａ−２は、波長λ２の後方励起光ｐ２を発出する。波長λ１、λ２は互いに異なる。なお、光増幅装置１−１の動作は、励起光の制御に特徴を有しており、その他の動作は、図８、図９で上述した動作と基本的に同じであるので、励起光の制御を中心に説明する。
【００８４】
図１２において、カプラ２３−１は、信号光と前方励起光ｐ１とを合波し、信号光をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇへ入力し、前方励起光ｐ１をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１へ入力する。
【００８５】
さらに、カプラ２３−１では、励起用コア１１内を信号光の進行方向とは逆方向に流れて出てきた後方励起光ｐ２を反射して、再び励起用コア１１へ入力する。なお、励起用コア１１内を信号光の進行方向とは逆方向に流れ出てきた後方励起光ｐ２は、Ｅｒ3+イオンに吸収しきれずに励起用コア１１から出力した漏れ励起光である。
【００８６】
一方、カプラ２３−２は、後方励起光ｐ２をマルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１へ入力する。さらに、カプラ２３−２では、励起用コア１１内を信号光の進行方向と同一方向に流れてきた前方励起光ｐ１を反射して、再び励起用コア１１へ入力する。
【００８７】
なお、励起用コア１１内を信号光の進行方向と同一方向に流れ出てきた前方励起光ｐ１は、Ｅｒ3+イオンに吸収しきれずに励起用コア１１から出力した漏れ励起光である。
図１３はカプラの構成例を示す図である。カプラ２３は、テーパファイバ２３ａ−１、２３ａ−２、マイクロレンズアレイ２３ｂ−１、２３ｂ−２、マイクロレンズ２３ｃおよびダイクロイックミラー２３ｄ−１、２３ｄ−２を備える。
【００８８】
ダイクロイックミラー２３ｄ−１は、信号光は透過し、波長λ２の後方励起光ｐ２は反射する。ダイクロイックミラー２３ｄ−２は、信号光および後方励起光ｐ２を透過し、波長λ１の前方励起光ｐ１を反射する。
【００８９】
カプラ２３に入力された信号光は、テーパファイバ２３ａ−１、マイクロレンズアレイ２３ｂ−１、ダイクロイックミラー２３ｄ−１、２３ｄ−２、マイクロレンズアレイ２３ｂ−２およびテーパファイバ２３ａ−２を順に透過して、信号光用コア１２ｇへ出力される。
【００９０】
一方、光ファイバ３３を介して伝送された前方励起光ｐ１は、マイクロレンズ２３ｃを透過後、ダイクロイックミラー２３ｄ−２で反射され、マイクロレンズアレイ２３ｂ−２およびテーパファイバ２３ａ−２を透過して、励起用コア１１へ出力される。
【００９１】
また、後方励起光ｐ２は、テーパファイバ２３ａ−２、マイクロレンズアレイ２３ｂ−２およびダイクロイックミラー２３ｄ−２を透過した後、ダイクロイックミラー２３ｄ−１で反射される。
【００９２】
そして、反射した後方励起光ｐ２は、ダイクロイックミラー２３ｄ−２、マイクロレンズアレイ２３ｂ−２およびテーパファイバ２３ａ−２を順に透過し、励起用コア１１に再入力される。
【００９３】
以上説明したように、光増幅装置１−１では、信号光用コア１２ｇに添加されているＥｒ3+イオンに吸収しきれずに励起用コア１１から出力した漏れ励起光を反射して、励起用コア１１に再入力する構成とした。
【００９４】
このように、マルチコアＥＤＦ１０ａで吸収しきれずにマルチコアＥＤＦ１０ａの両端から出力された前方励起光ｐ１および後方励起光ｐ２を、マルチコアＥＤＦ１０ａに再入力することにより、励起効率を向上させることが可能になる。
【００９５】
次に第２の変形例について説明する。最初に、ＥＤＦＡ（Erbium Doped optical Fiber Amplifier）のＳバンド（Short band：１４６０〜１５３０ｎｍ）の光増幅について説明する。
【００９６】
図１４はＥＤＦＡの反転分布率をパラメータとした相対利得係数を示す図である。縦軸は相対利得係数、横軸は波長（ｎｍ）である。なお、反転分布とは、電子は通常の状態では、エネルギーの低い準位の方が安定なので、通常は低い状態に多く分布するが、励起されることで高い準位に電子の分布が多くなって、分布が反転している状態のことをいう。また、反転分布率は、ＥＤＦの励起状態を表しており、励起光のパワーが大きいと反転分布率が大きくなる。
【００９７】
スペクトルｇ３に示されるように、ＥＤＦＡは、利得波長特性を有しており、同じ励起光パワーであっても、増幅すべき信号光の波長帯域に応じて利得が変化する。
また、ＥＤＦＡで増幅される波長帯域には、Ｓバンド、Ｃバンド（Conventional band：１５３０〜１５６５ｎｍ）、Ｌバンド（Long band：１５６５〜１６２５ｎｍ）などがある。スペクトルｇ３から、ＥＤＦＡの増幅波長帯域の中で、Ｃバンドが含まれる波長帯域の領域では、高い利得が得られるが、Ｓバンドでは、利得が低いことがわかる。
【００９８】
したがって、ある励起光パワーで、Ｃバンドの波長帯域を増幅したときに得られる利得と同じ程度に、Ｓバンドの信号光を増幅させるには、Ｃバンドの波長帯域を増幅したときの励起光パワーよりも大きな励起光パワーをＥＤＦに入力させることになる。
【００９９】
このため、Ｓバンドで十分な利得を得るには、励起光パワーを上げて反転分布率を大きくすることになるが、Ｓバンドの反転分布率を大きくすると、Ｓバンドだけではなく、ＣバンドやＬバンドの利得も上昇してしまう。すると、ＣバンドやＬバンドにおいて雑音光（ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光）の発生が顕著となり、光増幅効率および伝送品質の劣化が生じる。
【０１００】
図１５はＳバンドを増幅するＥＤＦＡの構成例を示す図である。Ｓバンドの信号光の増幅を行う従来のＥＤＦＡ７０は、光アイソレータ７１−１、７１−２、カプラ７２−１、７２−２、励起光源７３−１、７３−２、ＥＤＦ７４−１〜７４−４および光フィルタ７５−１〜７５−３を備える。
【０１０１】
Ｓバンドの信号光は、光アイソレータ７１−１を通過し、カプラ７２−１に入力する。カプラ７２−１は、信号光と、励起光源７３−１から発出された前方励起光とを合波する。合波光は、ＥＤＦ７４−１〜７４−４に入力する。ＥＤＦ７４−１〜７４−４は、前方励起により信号光を増幅する。
【０１０２】
また、カプラ７２−２は、励起光源７３−２から発出された後方励起光をＥＤＦ７４−１〜７４−４に入力する。ＥＤＦ７４−１〜７４−４は、後方励起により信号光を増幅する。
【０１０３】
光フィルタ７５−１〜７５−３は、ＥＤＦで増幅された信号光の光フィルタリングを行う。光フィルタリングとしては、ＣバンドおよびＬバンドのＡＳＥ光の除去、Ｓバンドの利得等化および励起光の透過を行う。
【０１０４】
このように、ＥＤＦＡ７０では、多段のＥＤＦ７４−１〜７４−４に対して、ＣバンドおよびＬバンドのＡＳＥ光の除去およびＳバンドの利得等化を行う光フィルタ７５−１〜７５−３を設けて、光増幅効率を向上させる構成としている。
【０１０５】
図１６、図１７は光フィルタの特性を示す図である。縦軸は損失（ｄＢ）、横軸は波長（ｎｍ）である。図１６のスペクトルｇ４は、ＣバンドおよびＬバンドのＡＳＥ光の除去およびＳバンドの利得等化を行う光フィルタの特性を示している。
【０１０６】
ＣバンドおよびＬバンドの波長帯域ｗ１において、損失特性を大きくしてＡＳＥ光の除去を図っている。また、Ｓバンドの波長帯域ｗ２において、Ｓバンドの利得等化を行っている。
【０１０７】
すなわち、Ｓバンドの波長帯域の利得を平坦化するために、ＥＤＦの利得波長依存性と相反する利得波長特性（ＥＤＦの利得波長依存性と同じ損失波長特性）の光フィルタリングを行っている。
【０１０８】
図１７のスペクトルｇ５は、励起光の透過を行う光フィルタの特性を示している。励起光の波長帯域ｗ３では（図の場合、励起光の波長を９８０ｎｍ前後の値としている）、損失が０となるような光フィルタリングを行って、励起光を透過する。
【０１０９】
上記のように、Ｓバンドの光増幅を行うＥＤＦＡ７０では、複数のＥＤＦ７４−１〜７４−４を設け、それらＥＤＦ間にＣバンドおよびＬバンドのＡＳＥ光を除去する光フィルタ７５−１〜７５−３を挿入して、光増幅効率を向上させる構成としている。
【０１１０】
しかし、複数段のＥＤＦと、複数段のＥＤＦからの出力光のフィルタリングを行う光フィルタとを備えることになるので、部品点数が多くなり、回路規模が増大するといった問題があった。
【０１１１】
次に第２の変形例の構成および動作について説明する。図１８は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１−２は、マイクロレンズ４１−１、４１−２、４２−１、４２−２、ダイクロイックミラー４３−１、４３−２、ミラー４４−１、４４−２、光フィルタ４５−１、４５−２、マイクロレンズアレイ４６−１、４６−２およびマルチコアＥＤＦ１０ａを備える。
【０１１２】
マルチコアファイバｆ１−１を流れてきた信号光は、マイクロレンズ４１−１、ダイクロイックミラー４３−１、ミラー４４−１、光フィルタ４５−１およびマイクロレンズアレイ４６−１を順に透過し、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇに入力する。
【０１１３】
光ファイバｆ２−１を通じて入力された前方励起光は、マイクロレンズ４２−１を透過し、ダイクロイックミラー４３−１で反射し、ミラー４４−１、光フィルタ４５−１およびマイクロレンズアレイ４６−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【０１１４】
光ファイバｆ２−２を通じて入力された後方励起光は、マイクロレンズ４２−２を透過し、ダイクロイックミラー４３−２で反射し、ミラー４４−２、光フィルタ４５−２およびマイクロレンズアレイ４６−２を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【０１１５】
マルチコアＥＤＦ１０ａに入力された信号光は、ミラー４４−１、４４−２によって反射され、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の各信号光用コアを一度ずつ通過する。また、マルチコアＥＤＦ１０ａとミラー４４−１との間に挿入されている光フィルタ４５−１と、マルチコアＥＤＦ１０ａとミラー４４−２との間に挿入されている光フィルタ４５−２とによって、ＡＳＥ光除去等の光フィルタリングが施される。
【０１１６】
なお、ミラー４４−１、４４−２は、例えばコーナーキューブミラーで構成される。コーナーキューブミラーは、３枚のミラーを互いに直角になるように配置して、あらゆる方向から来た光を入射角と同じ角度で反射するミラーである。
【０１１７】
図１９はコーナーキューブミラーの動作を説明するための図である。なお、説明を簡単にするために２枚のミラー４ａ、４ｂで説明する（３枚の場合も同じ原理である）。ミラー４ａに光が入射角θで入射すると、入射角と反射角は等しいという関係があるから、反射角θで反射する。したがって、光は、ミラー４ａによって２θ曲がることになる。
【０１１８】
また、ミラー４ａ、４ｂは直角になるように配置されているから、ミラー４ａの反射光がミラー４ｂに入射する角度は（π／２）−θであり、反射光も（π／２）−θである。したがって、光は、ミラー４ｂによってπ−２θ曲がることになる。
【０１１９】
すなわち、光は、ミラー４ａで２θ曲がり、ミラー４ｂでπ−２θ曲がるから、合計すると２θ＋π−２θ＝π（１８０°）となり、元来た方向へ戻ることになる。
図２０はミラーの配置構成を示す図である。なお、図中の＃１〜＃５は、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の各信号光用コアに付けた番号である。ミラー４４−１は、コア＃２から出力された信号光をコア＃３に入力するように、かつコア＃４から出力された信号光をコア＃５に入力するように配置する。
【０１２０】
また、ミラー４４−２は、コア＃１から出力された信号光をコア＃２に入力するように、かつコア＃３から出力された信号光をコア＃４に入力するように配置する。
図２１は信号光の流れを示す図である。マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、コア＃１に前方から入力した信号光は、マルチコアＥＤＦ１０ａから出力して、マイクロレンズアレイ４６−２を透過し、光フィルタ４５−２で光フィルタリングされ、ミラー４４−２で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ４６−２を透過して、後方からコア＃２に入力する。
【０１２１】
コア＃２を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、光フィルタ４５−１で光フィルタリングされ、ミラー４４−１で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、前方からコア＃３に入力する。
【０１２２】
コア＃３を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ４６−２を透過し、光フィルタ４５−２で光フィルタリングされ、ミラー４４−２で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ４６−２を透過して、後方からコア＃４に入力する。
【０１２３】
コア＃４を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、光フィルタ４５−１で光フィルタリングされ、ミラー４４−１で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ４６−１を透過して、前方からコア＃５に入力する。
【０１２４】
コア＃５を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ４６−２を透過し、光フィルタ４５−２で光フィルタリングされる。その後、信号光は、ミラー４４−２には入力せずに、図１８に示したダイクロイックミラー４３−２およびマイクロレンズ４１−２を透過して出力される。
【０１２５】
上記のように、光増幅装置１−２では、ミラー４４−１、４４−２を、信号光用コア１２ｇの両端に設け、一方の信号光用コアから出力した増幅後の信号光を反射し、異なる他方の信号光用コアに対して、反射させた信号光を再入力して、信号光を往復させる。そして、信号光用コア１２ｇとミラー４４−１、４４−２との間に設けた光フィルタ４５−１、４５−２によって、信号光用コア１２ｇから出力された信号光の光フィルタリングを行う構成とした。
【０１２６】
このように、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア（ＥＤＦである）を往復させることにより、従来構成のような複数段のＥＤＦが不要となる。さらに、マルチコアＥＤＦ１０ａの両端に設置された光フィルタによって、信号光が往復する度に、光フィルタに入力されて光フィルタリングが行われる構成としたので、光フィルタの台数も削減することができる。
【０１２７】
したがって、装置全体として部品点数を削減することができ、装置の小型化が可能になる。なお、上記では、光フィルタをマルチコアＥＤＦ１０ａの両端に設置したが、どちらか片方に設置する構成としてもよい。
【０１２８】
次に第３の変形例について説明する。最初に、ＣバンドとＬバンドの波長帯域の信号光を増幅する従来のＥＤＦＡについて説明する。
図２２はＥＤＦＡの構成例を示す図である。従来のＥＤＦＡ８０は、分岐フィルタ８１、ＣバンドＥＤＦＡ８２、ＬバンドＥＤＦＡ８３および合波フィルタ８４を備える。
【０１２９】
ＣバンドＥＤＦＡ８２は、光アイソレータ８２ａ−１、８２ａ−２、カプラ８２ｂ−１、８２ｂ−２、励起光源８２ｃ−１、８２ｃ−２およびＥＤＦ８２ｄを含む。
ＬバンドＥＤＦＡ８３は、光アイソレータ８３ａ−１、８３ａ−２、カプラ８３ｂ−１、８３ｂ−２、励起光源８３ｃ−１、８３ｃ−２およびＥＤＦ８３ｄを含む。
【０１３０】
分岐フィルタ８１は、ＣバンドおよびＬバンドの各波長が多重されている信号光を受信すると、Ｃバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分岐し、Ｃバンドの信号光をＣバンドＥＤＦＡ８２へ送信し、Ｌバンドの信号光をＬバンドＥＤＦＡ８３へ送信する。
【０１３１】
ＣバンドＥＤＦＡ８２において、カプラ８２ｂ−１は、光アイソレータ８２ａ−１から出力されたＣバンドの信号光と、励起光源８２ｃ−１から発出された前方励起光とを合波し、ＥＤＦ８２ｄへ入力する。
【０１３２】
カプラ８２ｂ−２は、励起光源８２ｃ−２から発出された後方励起光をＥＤＦ８２ｄへ入力する。ＥＤＦ８２ｄで増幅されたＣバンドの信号光は、カプラ８２ｂ−２および光アイソレータ８２ａ−２を介して出力される。
【０１３３】
ＬバンドＥＤＦＡ８３において、カプラ８３ｂ−１は、光アイソレータ８３ａ−１から出力されたＬバンドの信号光と、励起光源８３ｃ−１から発出された前方励起光とを合波し、ＥＤＦ８３ｄへ入力する。
【０１３４】
カプラ８３ｂ−２は、励起光源８３ｃ−２から発出された後方励起光をＥＤＦ８３ｄへ入力する。ＥＤＦ８３ｄで増幅されたＬバンドの信号光は、カプラ８３ｂ−２および光アイソレータ８３ａ−２を介して出力される。
【０１３５】
合波フィルタ８４は、ＣバンドＥＤＦＡ８２から出力された増幅後のＣバンドの信号光と、ＬバンドＥＤＦＡ８３から出力された増幅後のＬバンドの信号光とを合波し、合波光を出力する。
【０１３６】
ここで、ＣバンドＥＤＦＡ８２内のＥＤＦ８２ｄのＥＤＦ長と、ＬバンドＥＤＦＡ８３内のＥＤＦ８３ｄのＥＤＦ長は異なり、一般的には同じ特性のＥＤＦを用いた場合には、ＬバンドのＥＤＦ長の方が長くなる。
【０１３７】
このため、従来のＥＤＦＡ８０では、ＣバンドとＬバンドの各波長帯域の信号光を増幅する場合、各々の帯域の光増幅器を別途用意する必要があり、回路規模およびサイズが大きくなるといった問題があった。
【０１３８】
次に第３の変形例の構成および動作について説明する。図２３は光増幅装置の構成例を示す図である。光増幅装置１−３は、マイクロレンズ５１−１、５１−２、５２−１、５２−２、ダイクロイックミラー５３−１、５３−２、ミラー５４−１、５４−２、分岐フィルタ５５、合波フィルタ５６、マイクロレンズアレイ５７−１、５７−２およびマルチコアＥＤＦ１０ａを備える。
【０１３９】
マルチコアファイバｆ１−１を流れてきたＣバンドとＬバンドの信号光は、マイクロレンズ５１−１およびダイクロイックミラー５３−１を透過して、分岐フィルタ５５に入力する。
【０１４０】
分岐フィルタ５５は、受信した信号光を、Ｃバンドの信号光とＬバンドの信号光とに２分岐する。分岐後のＣバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇの所定のコアに入力する。
【０１４１】
また、分岐後のＬバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア１２ｇの所定のコアに入力する。なお、Ｃバンドの信号光が入力する信号光用コアと、Ｌバンドの信号光が入力する信号光用コアとは異なる。
【０１４２】
光ファイバｆ２−１を通じて入力された前方励起光は、マイクロレンズ５２−１を透過し、ダイクロイックミラー５３−１で反射し、ミラー５４−１およびマイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【０１４３】
光ファイバｆ２−２を通じて入力された後方励起光は、マイクロレンズ５２−２を透過し、ダイクロイックミラー５３−２で反射し、ミラー５４−２およびマイクロレンズアレイ５７−２を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の励起用コア１１に入力する。
【０１４４】
マルチコアＥＤＦ１０ａに入力されたＣバンドおよびＬバンドの信号光は、マルチコアＥＤＦ１０ａの両端に挿入されたミラー５４−１、５４−２によって信号光用コアをそれぞれ異なる回数通過する。なお、ミラー５４−１、５４−２は、例えばコーナーキューブミラーで構成される。
【０１４５】
図２４はミラーの配置構成を示す図である。なお、図中の＃１〜＃４は、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の各信号光用コアに付けた番号である。ミラー５４−１は、コア＃３から出力された信号光をコア＃４に入力するように配置する。また、ミラー５４−２は、コア＃２から出力された信号光をコア＃３に入力するように配置する。
【０１４６】
図２５は信号光の流れを示す図である。分岐フィルタ５５によって分岐されたＣバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内のコア＃１に入力する。そして、Ｃバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−２を透過して合波フィルタ５６に入力する。
【０１４７】
一方、分岐フィルタ５５によって分岐されたＬバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、マルチコアＥＤＦ１０ａ内の信号光用コア＃２に入力する。コア＃２を出力した信号光は、マイクロレンズアレイ５７−２を透過して、ミラー５４−２で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ５７−２を透過して、後方からコア＃３に入力する。
【０１４８】
コア＃３を出力したＬバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過し、ミラー５４−１で反射する。そして、反射信号光は、マイクロレンズアレイ５７−１を透過して、前方からコア＃４に入力する。
【０１４９】
コア＃４を出力したＬバンドの信号光は、マイクロレンズアレイ５７−２を透過して、合波フィルタ５６に入力する。合波フィルタ５６は、Ｃバンドの信号光とＬバンドの信号光とを合波して出力する。
【０１５０】
上記のように、光増幅装置１−３では、ミラー５４−１、５４−２を、信号光用コア１２ｇの両端に設ける。そして、特定の波長帯（例えば、Ｌバンド）の特定信号光（Ｌバンドの信号光）に対し、一方の信号光用コアから出力した増幅後のＬバンドの信号光を反射し、異なる他方の信号光用コアに対して、反射させたＬバンドの信号光を再入力して、Ｌバンドの信号光の信号光用コアの通過回数を可変する構成とした。
【０１５１】
上記の例では、Ｃバンドの信号光を１コア通過させ、Ｌバンドの信号光を３コア通過させている。このように、Ｌバンドの信号光に対して、信号光用コアを異なる回数通過させることで、実効的にＥＤＦ長の異なるＥＤＦを実現することができる。このため、１本のマルチコアＥＤＦ１０ａで、ＣバンドおよびＬバンドの一括増幅を行うことが可能となり、回路規模を縮小化することが可能になる。
【０１５２】
以上説明したように、光増幅装置１では、励起用コア１１から径方向に伝搬した励起光で、複数の信号光用コア１２−１〜１２−ｎの光増幅用の活性物質を一括して励起して、信号光用コア１２−１〜１２−ｎを流れる全信号光を増幅する構成とした。
【０１５３】
これにより、少なくとも１台の励起光源から出力される励起光で、複数の信号光用コアの信号光の光増幅が可能となり、励起光源の台数の削減をすることができ、回路規模の縮小化および装置の小型化が可能になる。
【０１５４】
なお、上記では、光増幅用の活性物質である希土類元素イオンとして、Ｅｒ3+イオンを添加した例を挙げたが、他の希土類元素イオンとして、ツリウム（Ｔｍ）イオン、ネオジム（Ｎｄ）イオン、イットリビウム（Ｙｂ）イオン、プラセオジム（Ｐｒ）イオンなどを用いてもよい。
【０１５５】
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１ 光増幅装置
１０ マルチコアファイバ
１１ 励起用コア
１２−１〜１２−ｎ 信号光用コア
２１ 励起光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発出する励起光源と、
前記励起光が入力される励起用コアと、光増幅用の活性物質が添加されて、信号光が入力される信号光用コアとを含むマルチコアファイバと、
を備え、
前記励起用コアから前記信号光用コアに伝搬した前記励起光で、前記信号光用コアに添加されている前記活性物質を励起して、前記信号光用コアを流れる前記信号光を増幅する、
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記励起光を反射する反射部をさらに備え、
前記反射部は、前記励起用コアから出力した前記励起光である漏れ励起光を反射して、前記漏れ励起光を前記励起用コアに再入力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記信号光を反射する反射部と、前記信号光の光フィルタリングを行う光フィルタとをさらに備え、
前記反射部は、前記信号光用コアの両端に設けられ、一方の前記信号光用コアから出力した増幅後の前記信号光を反射し、異なる他方の前記信号光用コアに対して、反射させた前記信号光を再入力して、前記信号光を往復させ、
前記光フィルタは、前記信号光用コアと前記反射部との間に設けられ、前記信号光用コアから出力された前記信号光の光フィルタリングを行う、
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記信号光を反射する反射部をさらに備え、
前記反射部は、前記信号光用コアの両端に設けられ、特定の波長帯の前記信号光である特定信号光に対し、一方の前記信号光用コアから出力した増幅後の前記特定信号光を反射し、異なる他方の前記信号光用コアに対して、反射させた前記特定信号光を再入力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記マルチコアファイバは、前記励起用コアが光ファイバの中心に配置され、複数の前記信号光用コアが、前記励起用コアの周囲に配置されることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項６】
前記励起用コアは、前記励起用コア内で前記励起光が径方向に伝搬するような屈折率を有し、前記励起用コアの屈折率は、前記信号光用コアの屈折率よりも低く、クラッドの屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項７】
励起光が入力される励起用コアと、
光増幅用の活性物質が添加されて、信号光が入力される信号光用コアと、
を備え、
前記励起用コアから前記励起光が径方向に伝搬し、前記信号光用コアに添加されている前記活性物質を励起して、前記信号光用コアを流れる前記信号光を増幅する、
ことを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項１】
励起光を発出する励起光源と、
前記励起光が入力される励起用コアと、光増幅用の活性物質が添加されて、信号光が入力される信号光用コアとを含むマルチコアファイバと、
を備え、
前記励起用コアから前記信号光用コアに伝搬した前記励起光で、前記信号光用コアに添加されている前記活性物質を励起して、前記信号光用コアを流れる前記信号光を増幅する、
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記励起光を反射する反射部をさらに備え、
前記反射部は、前記励起用コアから出力した前記励起光である漏れ励起光を反射して、前記漏れ励起光を前記励起用コアに再入力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記信号光を反射する反射部と、前記信号光の光フィルタリングを行う光フィルタとをさらに備え、
前記反射部は、前記信号光用コアの両端に設けられ、一方の前記信号光用コアから出力した増幅後の前記信号光を反射し、異なる他方の前記信号光用コアに対して、反射させた前記信号光を再入力して、前記信号光を往復させ、
前記光フィルタは、前記信号光用コアと前記反射部との間に設けられ、前記信号光用コアから出力された前記信号光の光フィルタリングを行う、
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記信号光を反射する反射部をさらに備え、
前記反射部は、前記信号光用コアの両端に設けられ、特定の波長帯の前記信号光である特定信号光に対し、一方の前記信号光用コアから出力した増幅後の前記特定信号光を反射し、異なる他方の前記信号光用コアに対して、反射させた前記特定信号光を再入力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記マルチコアファイバは、前記励起用コアが光ファイバの中心に配置され、複数の前記信号光用コアが、前記励起用コアの周囲に配置されることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項６】
前記励起用コアは、前記励起用コア内で前記励起光が径方向に伝搬するような屈折率を有し、前記励起用コアの屈折率は、前記信号光用コアの屈折率よりも低く、クラッドの屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項７】
励起光が入力される励起用コアと、
光増幅用の活性物質が添加されて、信号光が入力される信号光用コアと、
を備え、
前記励起用コアから前記励起光が径方向に伝搬し、前記信号光用コアに添加されている前記活性物質を励起して、前記信号光用コアを流れる前記信号光を増幅する、
ことを特徴とするマルチコアファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１３−５８６５１（Ｐ２０１３−５８６５１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６６４５（Ｐ２０１１−１９６６４５）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]