WO2014203998A1 - 増幅用マルチコア光ファイバデバイスおよびマルチコア光ファイバ増幅器 - Google Patents

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幸寛 土田
繁弘 高坂
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Definitions

  • the present invention relates to a multicore optical fiber device for amplification and a multicore optical fiber amplifier using the same.
  • a multi-core optical fiber in which a plurality of core parts are formed in one clad part has been studied.
  • This multi-core optical fiber has an outer diameter equivalent to that of a single-core optical fiber in which one core part is formed in one cladding part, but performs so-called spatial multiplexing communication that propagates signal light in a plurality of core parts. It is used for the purpose. If such spatial multiplexing communication is used, the transmission capacity per optical fiber as a transmission path can be increased.
  • a signal optical amplifier for compensating for transmission loss in the transmission line is used in the same manner as when a single-core optical fiber is used as a transmission line. I need it.
  • Several optical amplifiers for amplifying signal light transmitted through a plurality of core portions in a multi-core optical fiber have been proposed (see Non-Patent Documents 1 to 3).
  • a multi-core optical fiber amplifier using a rare-earth-doped multi-core optical fiber having a plurality of cores doped with a rare-earth metal as an amplification medium has a good affinity with the multi-core optical fiber constituting the multi-core optical fiber transmission line.
  • This technology is being studied for introduction into transmission systems.
  • a WDM (Wavelength Division Multiplexing) transmission technique for multiplexing and transmitting a plurality of signal lights having different wavelengths can be used as in the conventional optical transmission system.
  • a multi-core optical fiber amplifier used when performing spatial multiplexing communication using a multi-core optical fiber transmission line it is desirable that the output power of signal light from each core part is equal.
  • the reason is that if there is a difference in the intensity of the signal light transmitted between each core part of the multi-core optical fiber transmission line, there will be a difference in the quality of the signal light between the core parts. This is because the light is preferably transmitted, but in another core part, the deterioration of the signal light becomes severe.
  • optical amplification using a multicore optical fiber for amplification using a rare earth metal as an amplification medium there may be a deviation in amplification gain in each core portion. The reason for this is that in an amplification multicore optical fiber, there are variations in the amount of rare earth metal added to each core portion and the power of pumping light input to each core portion due to manufacturing errors and the like. It is.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an amplifying multicore optical fiber device in which a deviation in amplification gain in each core portion is suppressed, and a multicore optical fiber amplifier using the same. .
  • an amplification multicore optical fiber device includes a plurality of core portions to which an amplification medium is added and a clad portion formed on the outer periphery of the plurality of core portions.
  • the core portions are connected to each other so as to suppress a deviation in amplification gain between the connected core portions.
  • connection portion suppresses a deviation between average core gain coefficients in the entire length of the core portions connected to each other between the connected core portions. Further, the core portions are connected to each other.
  • the connecting portion directly connects the two multicore optical fibers for amplification among the plurality of multicore optical fibers for amplification by rotating around a central axis. It is characterized by comprising.
  • the amplification multi-core optical fiber device is the multi-core optical fiber device according to the invention, wherein the connection portion includes a single core portion and a clad portion formed on an outer periphery of the single core portion.
  • the core portions of the multi-core optical fiber for amplification are connected to each other through the single-core optical fiber.
  • the amplification multi-core optical fiber device is characterized in that, in the above-described invention, the single core optical fiber is inserted with an optical loss portion.
  • the multi-core optical fiber device for amplification according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the single-core optical fiber has an amplification medium added to the one core portion.
  • a multi-core optical fiber amplifier includes an amplifying multi-core optical fiber device according to the invention, and a pumping light source that outputs pumping light to be input to a core portion of the amplifying multi-core optical fiber included in the amplifying multi-core optical fiber device. And an optical multiplexer that inputs the pumping light into a core portion of the multi-core optical fiber for amplification.
  • the present invention it is possible to realize an amplifying multi-core optical fiber device in which a deviation in amplification gain in each core portion is suppressed and a multi-core optical fiber amplifier using the same.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an amplification multi-core optical fiber device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the amplification multi-core optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an amplification multi-core optical fiber device according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an amplification multicore optical fiber device according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the optical fiber bundle shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an amplification multi-core optical fiber device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a multi-core optical fiber amplifier according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an amplification multi-core optical fiber device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the amplification multi-core optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an a
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the multicore optical fiber for amplification shown in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the optical multiplexer shown in FIG.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of another configuration example of the optical multiplexer.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of still another configuration example of the optical multiplexer.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a multi-core optical fiber amplifier according to the sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a multi-core optical fiber amplifier according to the seventh embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a multi-core optical fiber amplifier according to a comparative example.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the amplification gain of the multi-core optical fiber amplifier according to the comparative example.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the amplification gain of the multi-core optical fiber amplifier according to the comparative example.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the amplification gain of the multi-core optical fiber amplifier according to the embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the amplification gain deviation of the multicore optical fiber amplifiers according to the comparative example and the example.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram of an amplification multicore optical fiber device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of the amplification multi-core optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 20 is a schematic configuration diagram of an amplification multicore optical fiber device according to the ninth embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of the amplification multicore optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 22 is a schematic configuration diagram of an amplification multicore optical fiber device according to the tenth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an amplification multi-core optical fiber device according to the first embodiment.
  • the amplifying multicore optical fiber device 100 according to the first embodiment includes an amplifying multicore optical fiber 10, an amplifying multicore optical fiber 20, and a connection for connecting the amplifying multicore optical fiber 10 and the amplifying multicore optical fiber 20. Part 30.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the amplification multi-core optical fibers 10 and 20 shown in FIG. 2A shows a cross section of the amplifying multi-core optical fiber 10, and FIG. 2B shows a cross section of the amplifying multi-core optical fiber 20.
  • the multi-core optical fiber for amplification 10 includes seven core portions 11 to 17 and a clad portion 18 formed on the outer periphery of the core portions 11 to 17.
  • the core portion 11 is disposed on the substantially central axis of the amplification multicore optical fiber 10.
  • the core parts 12 to 17 are arranged so as to form a regular hexagon around the core part 11 around the core part 11.
  • the core parts 11 to 17 are made of quartz glass, to which a rare earth metal that is an amplification medium and an additive for adjusting the refractive index are added.
  • the rare earth metal is, for example, erbium (Er) or ytterbium (Yb).
  • the additive for adjusting the refractive index is, for example, germanium (Ge).
  • the core portions 11 to 17 may contain an additive such as aluminum (Al) for improving the amplification characteristics of the amplification medium.
  • the clad portion 18 is made of a material having a lower refractive index than the core portions 11 to 17, and is made of, for example, quartz glass that does not contain a refractive index adjusting additive.
  • the amplifying multi-core optical fiber 20 includes seven core portions 21 to 27 and a clad portion 28 formed on the outer periphery of the core portions 21 to 27.
  • the core portion 21 is disposed on the substantially central axis of the amplification multicore optical fiber 20.
  • the core portions 22 to 27 are arranged so as to form a regular hexagon around the core portion 21 around the core portion 21.
  • the core portions 21 to 27 are made of quartz glass, to which a rare earth metal that is an amplification medium and an additive for adjusting the refractive index are added.
  • the rare earth metal is, for example, erbium (Er) or ytterbium (Yb).
  • the additive for adjusting the refractive index is, for example, germanium (Ge).
  • the core portions 21 to 27 may contain an additive such as aluminum (Al) for improving the amplification characteristics of the amplification medium.
  • the clad portion 28 is made of a material having a lower refractive index than the core portions 21 to 27, and is made of, for example, quartz glass that does not contain a refractive index adjusting additive.
  • connection unit 30 connects any one of the core units 11 to 17 of the amplification multi-core optical fiber 10 and any one of the core units 21 to 27 of the amplification multi-core optical fiber 20 to each other.
  • the core portions 11 to 17 of the amplifying multicore optical fiber 10 and the core portions 21 to 27 of the amplifying multicore optical fiber 20 have excitation light having a wavelength capable of optically exciting the added amplification medium (for example, the amplification medium is Er).
  • the amplification medium is Er
  • the amplification medium is in an optically excited state and is in a state capable of optical amplification.
  • signal light having a wavelength that the amplification medium can optically amplify (for example, signal light having a wavelength of 1550 nm when the amplification medium is Er) is input to the core portions 11 to 17 and 21 to 27,
  • the units 11 to 17 and 21 to 27 optically amplify the input signal light.
  • each signal light is transmitted to each core.
  • the optical signals are propagated while being optically amplified by the optical fiber unit, and are input to the core units 21 to 27 that are in an optically amplifiable state of the multicore optical fiber 20 for amplification connected to each of the core units 11 to 17 via the connection unit 30.
  • Each signal light propagates while being further optically amplified in each core part, and is output from one end on the right side of the multi-core optical fiber 20 for amplification.
  • the amplification gain characteristic of the amplification optical fiber can generally be expressed using the following propagation equation.
  • dP ( ⁇ , z) / dz ⁇ g * ( ⁇ ) ⁇ n 2 (z) ⁇ ( ⁇ ) ⁇ n 1 (z) ⁇ ⁇ P ( ⁇ , z)
  • P ( ⁇ , z) is the power of the light of wavelength ⁇ at the longitudinal position z of the optical fiber for amplification
  • g * ( ⁇ ) is the gain coefficient at wavelength ⁇ of the optical fiber for amplification
  • n 2 (z) is the density of the amplification medium in the excited state at the position z
  • n 1 (z) is the density of the amplification medium in the ground state at the position z.
  • g * ( ⁇ ) and ⁇ ( ⁇ ) are parameters inherent to the amplification optical fiber.
  • n 2 (z) and n 1 (z) are quantities
  • the multicore optical fibers for amplification 10, 20 there is a deviation in the amplification gains of the core portions 11-17, 21-27. For example, there is a deviation of about 0.15 dB / m in the amplification gain per unit length in a predetermined excitation state and a predetermined wavelength. Therefore, assuming that the length of the amplification multicore optical fibers 10 and 20 is 5 m, the amplification gain of the total length connecting the amplification multicore optical fiber 10 and the amplification multicore optical fiber 20 is about 1.5 dB. Deviations can occur.
  • each connection of the amplification gain in the entire length of the core portions of the amplifying multicore optical fibers 10 and 20 connected to each other is connected to the connection portion 30.
  • the core portions are connected to each other so as to suppress the deviation between the core portions.
  • the core part 11 and the core part 21 are connected, the core part 12 and the core part 22 are connected,..., The core part 17 and the core part 27 are connected, the amplification multi-core optical fiber 10 and It is assumed that a deviation of about 1.5 dB can occur at a certain wavelength in the amplification gain of the entire length connecting the amplification multi-core optical fiber 20.
  • the connecting portion 30 is a combination of the core portion 11 and the core portion 22, the core portion 12 and the core portion 24,... Connect each other.
  • the amplification multicore optical fiber device 100 in which the deviation of the amplification gain inherent in the amplification multicore optical fibers 10 and 20 is suppressed is realized.
  • the average gain coefficient of the entire length of the core portions connected to each other is set between the connected core portions. It is preferable to connect the core portions so as to suppress a deviation in the case.
  • the amplification gain in the entire length of the core parts connected to each other is between the connected core parts.
  • the core portions may be connected so as to suppress the deviation.
  • the core having the maximum average gain coefficient (or amplification gain) on the amplification multi-core optical fiber 10 side and the average gain coefficient (or amplification gain) on the amplification multi-core optical fiber 20 side are provided. May be connected to the core portion with the smallest.
  • the core portion with the smallest average gain coefficient (or amplification gain) is connected to the core portion with the smallest average gain coefficient (or amplification gain) on the amplification multi-core optical fiber 10 side. May be.
  • core portions of both the amplification multicore optical fiber 10 and the amplification multicore optical fiber 20 core portions having an average gain coefficient (or amplification gain) closest to the median value in the same optical fiber are connected to each other. Also good.
  • the value of the deviation of the amplification gain after suppression is preferably small, but the preferable value varies depending on the specifications required for the multi-core optical fiber device 100 for amplification, and is preferably within 1 dB, for example, within 0.5 dB. It is more preferable that it is within 0.1 dB.
  • the wavelength or wavelength band for suppressing the deviation of the amplification gain corresponds to the wavelength or wavelength band of the signal light to be input in the use state.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an amplifying multi-core optical fiber device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the amplification multicore optical fiber device 100A according to the second embodiment has a configuration in which the connection unit 30 is replaced with the connection unit 30A in the configuration of the amplification multicore optical fiber device 100 according to the first embodiment.
  • the connecting portion 30A is configured by rotating the amplification multicore optical fiber 10 and the amplification multicore optical fiber 20 around the central axis and directly connecting them by fusion splicing or the like.
  • the multi-core optical fiber device 100A from the state where the core part 11 and the core part 21 face each other, the core part 12 and the core part 22 face each other, the core part 17 and the core part 27 face each other, The multi-core optical fiber is rotated by 60 degrees around the central axis, and the core part 11 and the core part 21 are connected, the core part 12 and the core part 23 are connected, and the core part 17 and the core part 22 are connected. . As a result, the deviation of the amplification gain over the entire length connecting the amplification multicore optical fiber 10 and the amplification multicore optical fiber 20 is suppressed.
  • an amplification multicore optical fiber device is realized in which the deviation of the amplification gain inherent in each of the amplification multicore optical fibers 10 and 20 is suppressed.
  • the rotation angle is not limited to 60 degrees, and may be any rotation angle that suppresses the deviation of the amplification gain over the entire length connecting the amplification multicore optical fiber 10 and the amplification multicore optical fiber 20.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an amplification multi-core optical fiber device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the amplification multicore optical fiber device 100B according to the third embodiment has a configuration in which the connection unit 30 is replaced with the connection unit 30B in the configuration of the amplification multicore optical fiber device 100 according to the first embodiment.
  • the connection unit 30B is composed of optical fiber bundles 31B and 32B.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the optical fiber bundle 32B.
  • the optical fiber bundle 32B includes one single core portion and a clad portion formed on the outer periphery of the single core portion, and includes seven single core optical fibers 32Ba and a bundle portion that bundles the seven single core optical fibers 32Ba. 32Bb.
  • the bundle portion 32Bb bundles seven single core optical fibers 32Ba in a state where six single core optical fibers are arranged so as to form a regular hexagon around one single core optical fiber.
  • the core portions of the seven single core optical fibers 32Ba are connected to the core portions 21 to 27 of the multi-core optical fiber 20 for amplification, respectively.
  • the optical fiber bundle 31B has the same configuration as the optical fiber bundle 32B.
  • the core portions of the seven single-core optical fibers included in the optical fiber bundle 31B are connected to the core portions 11 to 17 of the amplification multi-core optical fiber
  • the single core optical fiber which optical fiber bundle 31B has, and the single core optical fiber which optical fiber bundle 32B has are connected.
  • the amplification gains in the entire lengths of the core parts connected to each other through the single core optical fibers of the amplification multi-core optical fibers 10 and 20 are controlled so as to suppress a deviation between the connected core parts.
  • the connection is made.
  • the amplification multicore light is increased in descending order from the core portion having the largest average gain coefficient (or amplification gain) on the amplification multicore optical fiber 10 side.
  • the average gain coefficient (or amplification gain) may be connected in correspondence from the smallest core portion in ascending order.
  • the combination of the connection between the single core optical fiber included in the optical fiber bundle 31B and the single core optical fiber included in the optical fiber bundle 32B can be arbitrarily selected with a high degree of freedom. it can. Therefore, an amplification multicore optical fiber device is realized in which the deviation of the amplification gain over the entire length connecting the amplification multicore optical fiber 10 and the amplification multicore optical fiber 20 is further suppressed.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an amplification multi-core optical fiber device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • An amplification multicore optical fiber device 100C according to the fourth embodiment has a configuration in which the connection unit 30B is replaced with a connection unit 30C in the configuration of the amplification multicore optical fiber device 100B according to the third embodiment.
  • connection part 30C in the configuration of the connection part 30B, a certain single core optical fiber included in the optical fiber bundle 31B and a certain single core optical fiber included in the optical fiber bundle 32B are inserted by the optical loss part 33C. Connected in the connected state.
  • the optical loss device 33C further suppresses the deviation of the amplification gain in the entire length where the multicore optical fiber for amplification 10 and the multicore optical fiber for amplification 20 are connected.
  • the optical loss unit 33 ⁇ / b> C is interposed between single core optical fibers that connect core units having high gain coefficients among the core units of the amplification multi-core optical fibers 10 and 20.
  • the maximum value of the core portion having a high amplification gain over the entire length is reduced, so that the deviation of the amplification gain can be further suppressed.
  • the optical loss unit 33C may be realized by connecting the single core optical fibers to be connected to the optical fiber bundles 31B and 32B in a state where the connection loss is adjusted.
  • Such connection can be realized by, for example, fusion-connecting single core optical fibers with their optical axes shifted by a predetermined amount.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a multi-core optical fiber amplifier according to Embodiment 5 of the present invention.
  • a multi-core optical fiber amplifier 1000 according to the fifth embodiment includes an amplifying multi-core optical fiber device 100D, a pumping light source 200, and an optical multiplexer 300.
  • the amplifying multicore optical fiber device 100D includes an amplifying multicore optical fiber 40, an amplifying multicore optical fiber 50, and a connecting portion 30A that connects the amplifying multicore optical fiber 50 and the amplifying multicore optical fiber 40.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the amplification multi-core optical fibers 40 and 50 shown in FIG.
  • FIG. 8A shows a cross section of the amplification multicore optical fiber 40
  • FIG. 8B shows a cross section of the amplification multicore optical fiber 50.
  • the amplification multi-core optical fiber 40 includes seven core portions 41 to 47, an inner cladding portion 48 formed on the outer periphery of the core portions 41 to 47, and an outer periphery of the inner cladding portion 48. And an outer clad portion 49 formed on the outer surface.
  • the core portion 41 is disposed on the substantially central axis of the amplification multicore optical fiber 40.
  • the core portions 42 to 47 are arranged so as to form a regular hexagon around the core portion 41 around the core portion 41.
  • the core portions 41 to 47 are made of quartz glass, and are added with a rare earth metal that is an amplification medium and a refractive index adjusting additive.
  • the inner cladding portion 48 is made of a material having a lower refractive index than the core portions 41 to 47, and is made of, for example, quartz glass that does not contain a refractive index adjusting additive.
  • the outer cladding portion 49 is made of a material having a refractive index lower than that of the inner cladding portion 48, and is made of, for example, resin.
  • the amplification multicore optical fiber 50 includes seven core portions 51 to 57, an inner cladding portion 58 formed on the outer periphery of the core portions 51 to 57, and an inner cladding portion. 58 and an outer clad portion 59 formed on the outer periphery of 58.
  • the core portion 51 is disposed on the substantially central axis of the amplification multicore optical fiber 50.
  • the core parts 52 to 57 are arranged so as to form a regular hexagon around the core part 51 around the core part 51.
  • the core portions 51 to 57 are made of quartz glass, and are added with a rare earth metal that is an amplification medium and a refractive index adjusting additive.
  • the inner cladding portion 58 is made of a material having a lower refractive index than the core portions 51 to 57, and is made of, for example, quartz glass that does not contain a refractive index adjusting additive.
  • the outer cladding part 59 is made of a material having a lower refractive index than the inner cladding part 58, and is made of, for example, resin.
  • the amplification multi-core optical fibers 40 and 50 have a so-called double clad structure.
  • the connecting portion 30A connects any one of the core portions 41 to 47 of the amplification multicore optical fiber 40 and any one of the core portions 51 to 57 of the amplification multicore optical fiber 50 to each other.
  • the connection unit 30A rotates the amplifying multicore optical fiber 40 and the amplifying multicore optical fiber 50 with respect to each other around the central axis, and performs fusion splicing or the like. It is configured by connecting directly.
  • This rotation angle may be any rotation angle that suppresses a deviation in amplification gain over the entire length of the connection between the amplification multicore optical fiber 40 and the amplification multicore optical fiber 50.
  • the excitation light source 200 includes, for example, a semiconductor laser element, and outputs excitation light P1 to be input to the core portions 41 to 47 and 51 to 57 of the amplification multicore optical fibers 40 and 50 included in the amplification multicore optical fiber device 100D. To do.
  • the excitation light P1 is excitation light having a wavelength capable of optically exciting the amplification medium added to the core portions 41 to 47 and 51 to 57.
  • the optical multiplexer 300 inputs the pumping light P1 to the core portions 41 to 47 of the amplification multi-core optical fiber 40 and inputs the signal light group S1 including seven signal lights input from the outside to the core portions 41 to 47.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of Configuration Example 1 of the optical multiplexer shown in FIG.
  • the optical multiplexer 300 is an optical fiber bundle having seven single core optical fibers 301, one single core optical fiber 302, and a bundle unit 303 that bundles the single core optical fibers 301 and 302. .
  • the bundle part 303 is formed around a bundle of seven single-core optical fibers 301 bundled in a state where six single-core optical fibers are arranged so as to form a regular hexagon around one single-core optical fiber.
  • a single core optical fiber 302 is bundled in an arranged state.
  • Each core part of the seven single-core optical fibers 301 is connected to core parts 41 to 47 of the multi-core optical fiber 40 for amplification.
  • One single core optical fiber 302 is optically connected to the inner cladding 48 of the amplification multicore optical fiber 40.
  • the excitation light source 200 outputs excitation light P1.
  • the optical multiplexer 300 receives the input of the excitation light P1 and the signal light group S1.
  • each of the seven single-core optical fibers 301 inputs each signal light included in the signal light group S1 to each of the core portions 41 to 47.
  • one single-core optical fiber 302 inputs the excitation light P ⁇ b> 1 from the excitation light source 200 to the inner cladding portion 48.
  • the pumping light P1 is first propagated through the inner cladding portion 48 by the refractive index difference between the inner cladding portion 48 and the outer cladding portion 49 in the amplifying multi-core optical fiber 40.
  • the amplification medium added to the core portions 41 to 47 is optically excited to make the core portions 41 to 47 in a state capable of optical amplification.
  • the pumping light P1 is input to the amplifying multi-core optical fiber 50 through the connection portion 30A, and propagates through the inner cladding portion 58 due to the refractive index difference between the inner cladding portion 58 and the outer cladding portion 59, while the core portion 51.
  • the amplification medium added to the cores 51 to 57 is optically excited, and the cores 51 to 57 are in a state capable of optical amplification.
  • the multi-core optical fiber amplifier 1000 is a clad excitation type optical fiber amplifier.
  • each signal light included in the signal light group S1 propagates while being optically amplified in the input core section, and is connected to each of the core sections 41 to 47 via the connection section 30A.
  • the signals 50 are input to the cores 51 to 57 in the optically amplifiable state of the fiber 50, and each signal light propagates while being further optically amplified in each core part. From the right end of the multi-core optical fiber 50 for amplification, The amplified signal light group S2 is output.
  • the multi-core optical fiber amplifier 1000 is a forward pumping type optical fiber amplifier in which pumping light and signal light propagate in the same direction.
  • connection part 30A of the amplification multicore optical fiber device 100D is connected to the amplification multicore optical fibers 40 and 50 as shown in the second embodiment.
  • the core parts are connected to each other so as to suppress the deviation between the connected core parts in the amplification gain over the entire length of the core parts.
  • the deviation in amplification gain is suppressed as compared with the deviation in amplification gain inherent in each of the amplification multi-core optical fibers 40 and 50.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of another configuration example of the optical multiplexer.
  • the optical multiplexer 300A includes a multi-core optical fiber 301A, lenses 302A and 303A, and an optical filter 304A.
  • the multi-core optical fiber 301A has six core portions arranged so as to form a regular hexagon around one core portion, similarly to the multi-core optical fiber 40 for amplification. However, each core part has no amplification medium added thereto.
  • the lenses 302A and 303A are arranged in series between the multicore optical fiber 301A and the amplification multicore optical fiber 40.
  • the optical filter 304A is disposed between the lens 302A and the lens 303A, and has a wavelength characteristic that reflects the excitation light P1 and transmits the signal light group S1.
  • the multi-core optical fiber 301A guides and outputs each signal light included in the signal light group S1 input from the outside in each core part.
  • FIG. 10 only three of the seven signal lights included in the signal light group S1 are shown.
  • the lenses 302 ⁇ / b> A and 303 ⁇ / b> A optically couple each signal light included in the signal light group S ⁇ b> 1 output from the multi-core optical fiber 301 ⁇ / b> A to a predetermined core portion of the amplification multi-core optical fiber 40.
  • the optical filter 304A transmits the signal light group S1, and reflects the excitation light P1 output from the excitation light source 200 to the lens 303A side.
  • the lens 303 ⁇ / b> A optically couples the excitation light P ⁇ b> 1 to the inner cladding portion 48 of the amplification multicore optical fiber 40.
  • the optical multiplexer 300A is a spatially coupled optical multiplexer.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of still another configuration example of the optical multiplexer.
  • the optical multiplexer 300B has a configuration in which the WDM optical multiplexer 304B is added to the configuration of the optical multiplexer 300 shown in FIG.
  • the WDM optical multiplexer 304B is provided in each of the seven single core optical fibers 301.
  • the excitation light source 200 is composed of a semiconductor laser element connected to each WDM optical multiplexer 304B.
  • each WDM optical multiplexer 304B includes each signal light that is included in the signal light group S1 input from the outside and propagates through each of the seven single-core optical fibers 301, and the excitation light source 200.
  • the pumping light (for example, single mode) output from each semiconductor laser element which comprises is multiplexed. Therefore, the combined signal light and pumping light are input to each of the core portions 41 to 47 of the amplification multicore optical fiber 40.
  • Such an optical multiplexer 300B can be used when configuring a so-called end face pump type multi-core optical fiber amplifier.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a multi-core optical fiber amplifier according to Embodiment 6 of the present invention.
  • a multi-core optical fiber amplifier 1000A according to the sixth embodiment replaces the amplifying multi-core optical fiber device 100D with the amplifying multi-core optical fiber device 100E in the configuration of the multi-core optical fiber amplifier 1000 according to the fifth embodiment, and further pumps the light source. It has the structure which added 200.
  • the amplifying multicore optical fiber device 100E has a configuration in which the connecting portion 30B is replaced with a connecting portion 30D in the configuration of the amplifying multicore optical fiber device 100B shown in FIG.
  • the connection unit 30D has a configuration in which the optical fiber bundle 32B of the connection unit 30B is replaced with the optical multiplexer 300 shown in FIG.
  • An additional pumping light source 200 is connected to the optical multiplexer 300.
  • the amplification multi-core optical fibers 40 and 50 are configured to be forward-pumped by the pumping light P1 output from the pumping light source 200 via the optical multiplexers 300 connected thereto.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a multi-core optical fiber amplifier according to the seventh embodiment.
  • the multi-core optical fiber amplifier 1000B according to the seventh embodiment has a configuration in which an optical multiplexer 300 and a pumping light source 200 are further added to the configuration of the multi-core optical fiber amplifier 1000 according to the fifth embodiment.
  • the additional optical multiplexer 300 and the excitation light source 200 are provided on the amplification multicore optical fiber 50 side of the amplification multicore optical fiber device 100D.
  • the additional pumping light source 200 outputs the pumping light P1 and inputs the pumping light P1 to the amplifying multicore optical fiber 50 via the additional optical multiplexer 300.
  • the amplification multi-core optical fibers 40 and 50 are pumped forward and backward, respectively, by the pump light P1 output from the pump light source 200 via the optical multiplexer 300 connected thereto.
  • the connecting portion 30A may be replaced with the connecting portion 30B shown in FIG. 4 or the connecting portion 30C shown in FIG.
  • the multi-core optical fiber amplifiers of Comparative Examples and Examples of the present invention were manufactured, and their optical amplification characteristics were measured.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a multi-core optical fiber amplifier according to a comparative example.
  • This multi-core optical fiber amplifier 2000 is the same as the multi-core optical fiber amplifier 1000 shown in FIG. 7, except that the amplifying multi-core optical fiber device 100D is replaced with a single amplifying multi-core optical fiber 40, and is shown in FIG. It has a configuration using the optical multiplexer 300B.
  • the distance between each core part of the amplification multi-core optical fiber 40 is 45 ⁇ m, and each core part has the following characteristics.
  • the length of the multi-core optical fiber for amplification 40 was 8 m.
  • the excitation light source 200 is composed of a semiconductor laser element that outputs excitation light P1 having a wavelength of 980 nm.
  • the intensity of the pumping light P1 input to each core portion of the amplification multi-core optical fiber 40 is set to 500 mW, and seven signal lights (hereinafter referred to as signals of 1ch to 7ch) from the optical multiplexer 300B as the signal light group S1.
  • Signal was input to each of the core portions 41 to 47 of the amplifying multicore optical fiber 40 and optically amplified, and the amplification gain was measured.
  • the multi-core optical fiber amplifier As the multi-core optical fiber amplifier according to the example, a multi-core optical fiber amplifier having the same configuration as the multi-core optical fiber amplifier 1000A shown in FIG.
  • the optical multiplexer 300B shown in FIG. 11 was used as the optical multiplexer 300.
  • the amplification multi-core optical fiber 40 of the comparative example and the amplification multi-core optical fibers 40 and 50 of the example were used by dividing the continuous amplification multi-core optical fiber drawn from the same optical fiber preform. .
  • the lengths of the amplifying multi-core optical fibers 40 and 50 in the example are equal and both are 4 m.
  • corresponding core portions for example, the core portion 41 and the core portion 51, the core portion 42 and the core portion 52, etc.
  • the gain coefficient differs between the core portions (for example, the core portion 41 and the core portion 42). Therefore, in the multi-core optical fiber device for amplification of the multi-core optical fiber amplifier according to the embodiment, the connection gain 30D configured by the optical fiber bundle is used to make the amplification gains at the seven core portions more uniform as follows. The core part was connected to.
  • the intensity of the pumping light P1 input to each core portion of the amplification multi-core optical fiber 40 is set to 500 mW, and seven signal lights (hereinafter referred to as signals of 1ch to 7ch) from the optical multiplexer 300B as the signal light group S1.
  • Light is input from the core portions 41 to 47 side of the amplification multicore optical fiber 40, and is optically amplified by the core portions 41 to 47 and 51 to 57 of the amplification multicore optical fibers 40 and 50. Gain was measured.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the amplification gain of the multi-core optical fiber amplifier according to the comparative example.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the amplification gain of the multi-core optical fiber amplifier according to the embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing the wavelength dependence of the amplification gain deviation of the multi-core optical fiber amplifiers according to the comparative example and the example.
  • FIG. 17 shows the deviation between the channels with the largest difference in amplification gain at each wavelength.
  • the deviation of the amplification gain in the seven core portions was 1.5 dB or more at the maximum, and about 0.6 dB at the minimum.
  • the deviation of the amplification gain in the seven core portions was suppressed to 0.6 dB or less.
  • the amplification multi-core optical fiber has the amplification medium added to all the core parts, but the amplification medium may be added to only some of the core parts.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram of an amplifying multi-core optical fiber device according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the amplifying multicore optical fiber device 100G has a configuration in which the amplifying multicore optical fiber 20 is replaced with an amplifying multicore optical fiber 60 in the configuration of the amplifying multicore optical fiber device 100 shown in FIG.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of the amplifying multi-core optical fiber 60 shown in FIG.
  • the amplification multi-core optical fiber 60 includes seven core portions 61 to 67 and a clad portion 68 formed on the outer periphery of the core portions 61 to 67.
  • the core portion 61 is disposed on the substantially central axis of the amplification multicore optical fiber 60.
  • the core parts 62 to 67 are arranged so as to form a regular hexagon around the core part 61 around the core part 61.
  • the core portions 62, 64, 66, and 67 are made of quartz glass, and are added with a rare earth metal that is an amplifying medium and a refractive index adjusting additive.
  • the core portions 61, 63, and 65 are made of quartz glass, and the refractive index adjusting additive is added, but the amplification medium is not added.
  • the clad portion 68 is made of a material having a lower refractive index than the core portions 61 to 67, and is made of, for example, quartz glass that does not contain a refractive index adjusting additive.
  • the amplification medium is not added to a part of the core portion of the amplification multicore optical fiber 60 constituting the amplification multicore optical fiber device 100G.
  • the core portions are connected to each other so as to suppress a deviation between the connected core portions in the overall gain of the 60 connected core portions. Thereby, the deviation of the amplification gain between the core portions in the entire length of the amplification multi-core optical fiber device 100G is suppressed.
  • the core portions 62, 64, 66, and 67 to which the amplification medium of the amplification multicore optical fiber 60 is added are connected to the core portion having a small gain coefficient.
  • FIG. 20 is a schematic configuration diagram of an amplification multi-core optical fiber device according to Embodiment 9 of the present invention.
  • the amplification multicore optical fiber device 100H has a configuration in which an amplification multicore optical fiber 80 is interposed between two amplification multicore optical fibers 10 and the core portions of the amplification multicore optical fiber devices 100H are connected by the connection portion 30.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of the amplification multi-core optical fiber 80 shown in FIG.
  • the amplification multi-core optical fiber 80 includes seven core portions 81 to 87 and a clad portion 88 formed on the outer periphery of the core portions 81 to 87.
  • the core portion 81 is disposed on the substantially central axis of the amplification multicore optical fiber 80.
  • the core portions 82 to 87 are arranged so as to form a regular hexagon around the core portion 81 around the core portion 81.
  • the core part 82 is made of quartz glass, and is added with a rare earth metal that is an amplification medium and an additive for adjusting the refractive index.
  • the core portions 81 and 83 to 87 are made of quartz glass and have a refractive index adjusting additive added thereto, but no amplification medium is added.
  • the clad portion 88 is made of a material having a lower refractive index than the core portions 81 to 87, and is made of, for example, quartz glass that does not contain an additive for adjusting the refractive index.
  • the amplification medium is not added to a part of the core of the amplification multicore optical fiber 80 constituting the amplification multicore optical fiber device 100H.
  • 80, 10 are connected to each other so as to suppress the deviation of the gain between the connected core portions in the entire length of the connected core portions.
  • the deviation of the amplification gain between the core portions in the entire length of the amplification multi-core optical fiber device 100H is suppressed.
  • the deviation of the amplification gain between the core portions in the entire length of the amplification multi-core optical fiber device 100H is suppressed.
  • the deviation of the amplification gain between the core parts of the amplification multi-core optical fiber 10 can be adjusted more finely.
  • FIG. 22 is a schematic configuration diagram of an amplifying multi-core optical fiber device according to Embodiment 10 of the present invention.
  • This amplifying multi-core optical fiber device 100I has a configuration in which the core portions of the two amplifying multi-core optical fibers 10 are connected by a connecting portion 30D.
  • the connection unit 30D is composed of optical fiber bundles 31D and 32D.
  • the optical fiber bundles 31D and 32D have the same configuration as the optical fiber bundles 31B and 32B shown in FIGS. 4 and 5, and the single-core optical fiber included in the optical fiber bundle 31D and the single fiber optical fiber bundle 32D include.
  • One core optical fiber is connected.
  • an amplification medium is added to the core portion of a certain single core optical fiber 32Da constituting the optical fiber bundle 32D.
  • the amplification gain due to the amplification medium added to the core portion of the single-core optical fiber 32Da is added, whereby the amplification gain deviation between the core portions of the amplification multi-core optical fiber 10 is increased. Is suppressed.
  • the number of amplification multi-core optical fibers to be connected is 2 or 3, but the number is not particularly limited.
  • the amplification multi-core optical fiber to be connected has any of the seven core portions arranged at the apex of the regular hexagon and the center thereof, but the number and arrangement of the core portions are not particularly limited. .
  • the amplification multicore optical fiber in which the amplification medium is added to all of the core portions is connected to the amplification multicore optical fiber in which the amplification medium is added to a part of the core portions.
  • amplification multi-core optical fibers in which an amplification medium is added to a part of the core portion may be connected.
  • the amplification medium is added to at least a part of the length of each core portion in the longitudinal direction, and the connection is preferably performed so as to have an amplification gain.
  • the multicore optical fiber device for amplification and the multicore optical fiber amplifier according to the present invention are useful for optical transmission systems, and are particularly suitable for WDM transmission systems.
  • Multi-core optical fiber for amplification 11 to 17, 21 to 27, 41 to 47, 51 to 57, 61 to 67, 81 to 87 Core section 18, 28, 68, 88 Clad section 30, 30A, 30B, 30C, 30D Connection part 31B, 32B, 31D, 32D Optical fiber bundle 32Ba, 32Da, 301, 302 Single core optical fiber 32Bb Bundle part 33C Optical loss part 48, 58 Inner cladding part 49, 59 Outer part Clad part 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100G, 100H, 100I Multi-core optical fiber device for amplification 200 Excitation light source 300, 300A, 300B Optical multiplexer 301A Multi-core optical fiber 302A, 303A Lens 303 Bundle part 304A Optical filter 304B WDM optical multiplexer 1000, 1000A, 1000B Multi-core optical fiber amplifier P1 Pumping light S1, S2 Signal light group

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Abstract

　増幅媒体が添加された複数のコア部と前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部とを備える、複数の増幅用マルチコア光ファイバと、前記複数の増幅用マルチコア光ファイバのコア部同士を互いに接続する接続部と、を備え、前記接続部は、互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、前記コア部同士を接続する。これによって、各コア部における増幅利得の偏差が抑制された増幅用マルチコア光ファイバデバイスおよびこれを用いたマルチコア光ファイバ増幅器を提供する。

Description

増幅用マルチコア光ファイバデバイスおよびマルチコア光ファイバ増幅器
　本発明は、増幅用マルチコア光ファイバデバイスおよびこれを用いたマルチコア光ファイバ増幅器に関するものである。
　一つのクラッド部中に複数のコア部が形成されたマルチコア光ファイバが研究されている。このマルチコア光ファイバは、一つのクラッド部中に一つのコア部が形成された単一コア光ファイバと同等な外径でありながら、複数のコア部において信号光を伝搬させる、いわゆる空間多重通信をする目的で用いられる。このような空間多重通信を用いれば、伝送路としての１本の光ファイバ当たりの伝送容量を増加させることができる。このようなマルチコア光ファイバを用いたマルチコア光ファイバ光伝送システムを構築する際、単一コア光ファイバを伝送路として用いる場合と同様に、伝送路での伝送損失を補償するための信号光増幅器が必要になる。マルチコア光ファイバ中の複数のコア部で伝送された信号光を増幅する光増幅器は幾つか提案されている（非特許文献１～３参照）。
　この中でも、増幅媒体として希土類金属を添加した複数のコアを持つ希土類添加マルチコア光ファイバを用いたマルチコア光ファイバ増幅器は、マルチコア光ファイバ伝送路を構成するマルチコア光ファイバとの親和性の良さから、光伝送システムへの導入が検討されている技術である。なお、マルチコア光ファイバ光伝送システムでも、従来の光伝送システムと同様に、波長の異なる複数の信号光を多重して伝送するＷＤＭ（Wavelength　Division　Multiplexing）伝送技術を用いることが出来る。
K.S.　Abedin　et　al.,　"Amplification　and　noise　properties　of　an　erbium　doped　multicore　fiber　amplifier",　Optics　Express,　vol.　19,　no.　17,　pp.　16715,　2011. Y.　Mimura　et　al.,　"Batch　Multicore　Amplification　with　Cladding-Pumped　Multicore　EDF",　in　Proc.ECOC2012,　Tu.4.F.1,　(2012) Y.　Tsuchida　et　al.,　"Simultaneous　7-Core　Pumped　Amplification　in　Multicore　EDF　through　Fibre　Based　Fan-In/Out,"　in　Proc.ECOC2012,　Tu.　4.　F.　2　(2012)
　マルチコア光ファイバ伝送路を用いて空間多重通信を行う際に使用するマルチコア光ファイバ増幅器においては、各コア部からの信号光の出力パワーが等しいことが望ましい。その理由は、マルチコア光ファイバ伝送路の各コア部間で伝送する信号光に強度の差が生じると、コア部間において信号光の品質の変化に差が生じ、その結果、あるコア部では信号光が好適に伝送されるが、別のコア部では信号光の劣化が激しくなる状況となってしまうからである。一方、希土類金属を増幅媒体とした増幅用マルチコア光ファイバを用いた光増幅では、各コア部における増幅利得に偏差がある場合がある。その理由は、増幅用マルチコア光ファイバにおいて、製造誤差等の理由で、各コア部中に添加される希土類金属の添加量のばらつきや、各コア部に入力する励起光のパワーのばらつきがあるからである。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各コア部における増幅利得の偏差が抑制された増幅用マルチコア光ファイバデバイスおよびこれを用いたマルチコア光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスは、増幅媒体が添加された複数のコア部と前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部とを備える、複数の増幅用マルチコア光ファイバと、前記複数の増幅用マルチコア光ファイバのコア部同士を互いに接続する接続部と、を備え、前記接続部は、互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、前記コア部同士を接続していることを特徴とする。
　本発明に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスは、上記発明において、前記接続部は、互いに接続されたコア部の全長における平均の利得係数の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、前記コア部同士を接続していることを特徴とする。
　本発明に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスは、上記発明において、前記接続部は、前記複数の増幅用マルチコア光ファイバの内の２つの増幅用マルチコア光ファイバを中心軸回りに回転させて直接接続することによって構成されていることを特徴とする。
　本発明に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスは、上記発明において、前記接続部は、１つのコア部と前記１つのコア部の外周に形成されたクラッド部とを備える、複数の単一コア光ファイバを有し、前記増幅用マルチコア光ファイバのコア部は前記単一コア光ファイバを介して互いに接続していることを特徴とする。
　本発明に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスは、上記発明において、前記単一コア光ファイバは、光損失部が介挿されていることを特徴とする。
　本発明に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスは、上記発明において、前記単一コア光ファイバは、前記１つのコア部に増幅媒体が添加されていることを特徴とする。
　本発明に係るマルチコア光ファイバ増幅器は、上記発明の増幅用マルチコア光ファイバデバイスと、前記増幅用マルチコア光ファイバデバイスに含まれる増幅用マルチコア光ファイバのコア部に入力させる励起光を出力する励起光源と、前記励起光を前記増幅用マルチコア光ファイバのコア部に入力させる光合波器と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、各コア部における増幅利得の偏差が抑制された増幅用マルチコア光ファイバデバイスおよびこれを用いたマルチコア光ファイバ増幅器を実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。 図２は、図１に示す増幅用マルチコア光ファイバの模式的な断面図である。 図３は、実施の形態２に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。 図４は、実施の形態３に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。 図５は、図４に示す光ファイババンドルの模式的な構成図である。 図６は、実施の形態４に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。 図７は、実施の形態５に係るマルチコア光ファイバ増幅器の模式的な構成図である。 図８は、図７に示す増幅用マルチコア光ファイバの模式的な断面図である。 図９は、図７に示す光合波器の模式図である。 図１０は、光合波器の別の構成例の模式図である。 図１１は、光合波器のさらに別の構成例の模式図である。 図１２は、実施の形態６に係るマルチコア光ファイバ増幅器の模式的な構成図である。 図１３は、実施の形態７に係るマルチコア光ファイバ増幅器の模式的な構成図である。 図１４は、比較例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の模式的な構成図である。 図１５は、比較例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の増幅利得の波長依存性を示す図である。 図１６は、実施例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の増幅利得の波長依存性を示す図である。 図１７は、比較例および実施例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の増幅利得偏差の波長依存性を示す図である。 図１８は、実施の形態８に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。 図１９は、図１８に示す増幅用マルチコア光ファイバの模式的な断面図である。 図２０は、実施の形態９に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。 図２１は、図２０に示す増幅用マルチコア光ファイバの模式的な断面図である。 図２２は、実施の形態１０に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスおよびマルチコア光ファイバ増幅器の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。本実施の形態１に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００は、増幅用マルチコア光ファイバ１０と、増幅用マルチコア光ファイバ２０と、増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０とを接続する接続部３０とを備える。
　図２は、図１に示す増幅用マルチコア光ファイバ１０、２０の模式的な断面図である。図２（ａ）は増幅用マルチコア光ファイバ１０の断面を示し、図２（ｂ）は増幅用マルチコア光ファイバ２０の断面を示している。
　図２（ａ）に示すように、増幅用マルチコア光ファイバ１０は、７つのコア部１１～１７と、コア部１１～１７の外周に形成されたクラッド部１８とを備えている。クラッド部１８内において、コア部１１は増幅用マルチコア光ファイバ１０の略中心軸に配置されている。コア部１２～１７は、コア部１１の周囲にコア部１１を中心とした正六角形を形成するように配置されている。
　コア部１１～１７は、石英系ガラスからなり、増幅媒体である希土類金属と、屈折率調整用添加物が添加されている。希土類金属はたとえばエルビウム（Ｅｒ）やイッテルビウム（Ｙｂ）である。屈折率調整用添加物はたとえばゲルマニウム（Ｇｅ）である。コア部１１～１７には増幅媒体の増幅特性を改善するためのアルミニウム（Ａｌ）等の添加物が添加されていてもよい。クラッド部１８は、コア部１１～１７よりも屈折率が低い材料で構成されており、たとえば屈折率調整用添加物を含まない石英ガラスからなる。
　同様に、図２（ｂ）に示すように、増幅用マルチコア光ファイバ２０は、７つのコア部２１～２７と、コア部２１～２７の外周に形成されたクラッド部２８とを備えている。クラッド部２８内において、コア部２１は増幅用マルチコア光ファイバ２０の略中心軸に配置されている。コア部２２～２７は、コア部２１の周囲にコア部２１を中心とした正六角形を形成するように配置されている。
　コア部２１～２７は、石英系ガラスからなり、増幅媒体である希土類金属と、屈折率調整用添加物が添加されている。希土類金属はたとえばエルビウム（Ｅｒ）やイッテルビウム（Ｙｂ）である。屈折率調整用添加物はたとえばゲルマニウム（Ｇｅ）である。コア部２１～２７には増幅媒体の増幅特性を改善するためのアルミニウム（Ａｌ）等の添加物が添加されていてもよい。クラッド部２８は、コア部２１～２７よりも屈折率が低い材料で構成されており、たとえば屈折率調整用添加物を含まない石英ガラスからなる。
　接続部３０は、増幅用マルチコア光ファイバ１０のコア部１１～１７のいずれかと、増幅用マルチコア光ファイバ２０のコア部２１～２７のいずれか同士を、互いに接続する。
　接続部３０についてより具体的に説明する。まず、増幅用マルチコア光ファイバ１０のコア部１１～１７、および、増幅用マルチコア光ファイバ２０のコア部２１～２７は、添加された増幅媒体を光励起できる波長の励起光（たとえば増幅媒体がＥｒである場合は９８０ｎｍ帯や１４８０ｎｍ帯の波長の励起光）が入力されると、増幅媒体が光励起状態となり、光増幅可能な状態となる。この状態で、コア部１１～１７、２１～２７に、増幅媒体が光増幅できる波長の信号光（たとえば増幅媒体がＥｒである場合は１５５０ｎｍ帯の波長の信号光）が入力されると、コア部１１～１７、２１～２７は入力された信号光を光増幅する。
　この増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００において、増幅用マルチコア光ファイバ１０の紙面左側の一端から、光増幅可能な状態とされたコア部１１～１７にそれぞれ信号光を入力すると、各信号光は各コア部で光増幅されながら伝搬し、接続部３０を介して、コア部１１～１７の各々に接続された増幅用マルチコア光ファイバ２０の光増幅可能な状態とされたコア部２１～２７に入力し、各信号光は各コア部でさらに光増幅されながら伝搬し、増幅用マルチコア光ファイバ２０の紙面右の一端から出力される。
　なお、増幅用光ファイバの増幅利得特性は、一般に次の伝搬方程式を用いて表すことができる。
　ｄＰ（λ、ｚ）／ｄｚ＝｛ｇ＊（λ）・ｎ２（ｚ）－α（λ）・ｎ１（ｚ）｝・Ｐ（λ、ｚ）
　ここで、Ｐ（λ、ｚ）は波長λの光の、増幅用光ファイバの長手方向の位置ｚにおけるパワー、ｇ＊（λ）は増幅用光ファイバの波長λにおける利得係数、α（λ）は増幅用光ファイバの波長λにおける吸収係数、ｎ２（ｚ）は位置ｚにおける励起状態にある増幅媒体の密度、ｎ１（ｚ）は位置ｚにおける基底状態にある増幅媒体の密度である。ｇ＊（λ）およびα（λ）は増幅用光ファイバに固有のパラメータである。ｎ２（ｚ）、ｎ１（ｚ）は増幅用光ファイバの励起状態や動作状態等に依存する量である。
　ここで、上述したように、増幅用マルチコア光ファイバ１０、２０において、コア部１１～１７、２１～２７の増幅利得には偏差がある。たとえば、所定の励起状態、所定の波長において、単位長さ当たりの増幅利得に０．１５ｄＢ／ｍ程度の偏差がある。したがって、増幅用マルチコア光ファイバ１０、２０の長さがそれぞれ５ｍであるとすると、増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０とを接続した全長の増幅利得には、１．５ｄＢ程度の偏差が生じうる。
　これに対して、本実施の形態１に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００では、接続部３０が、増幅用マルチコア光ファイバ１０、２０の互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、コア部同士を接続している。
　たとえば、コア部１１とコア部２１同士、コア部１２とコア部２２同士、・・・、コア部１７とコア部２７同士を接続した場合には、上述したように増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０とを接続した全長の増幅利得には、或る波長において１．５ｄＢ程度の偏差が生じうるとする。この場合に、接続部３０は、たとえばコア部１１とコア部２２同士、コア部１２とコア部２４同士、・・・のように、全長での増幅利得の偏差が抑制される組み合わせでコア部同士を接続する。これによって、増幅用マルチコア光ファイバ１０、２０がそれぞれ本来有している増幅利得の偏差が抑制された増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００が実現される。
　なお、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００におけるコア部１１～１７とコア部２１～２７の接続の組み合わせとしては、互いに接続されたコア部の全長における平均の利得係数の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、前記コア部同士を接続することが好ましい。あるいは、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００の光ファイバ増幅器内での使用時の励起状態や動作状態を勘案して、互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、コア部同士を接続してもよい。これを実現するものとして、たとえば、増幅用マルチコア光ファイバ１０側において平均の利得係数（あるいは増幅利得）が最大のコア部に、増幅用マルチコア光ファイバ２０側において平均の利得係数（あるいは増幅利得）が最小のコア部を接続してもよい。また、増幅用マルチコア光ファイバ１０側において平均の利得係数（あるいは増幅利得）が最小のコア部に、増幅用マルチコア光ファイバ２０側において平均の利得係数（あるいは増幅利得）が最大のコア部を接続してもよい。また、増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０の双方のコア部として、平均の利得係数（あるいは増幅利得）が同一光ファイバ内における中央値に一番近いコア部同士を接続してもよい。
　なお、抑制後の増幅利得の偏差の値は小さいことが好ましいが、好ましい値は増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００に要求される仕様等によって異なり、たとえば１ｄＢ以内であることが好ましく、０．５ｄＢ以内であることがより好ましく、０．１ｄＢ以内であることがさらに好ましい。また、増幅利得の偏差を抑制する波長または波長帯域は、使用状態において入力させるべき信号光の波長または波長帯域に対応させることが好ましい。
（実施の形態２）
　図３は、本発明の実施の形態２に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。本実施の形態２に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ａは、実施の形態１に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００の構成において、接続部３０を接続部３０Ａに置き換えた構成を有する。
　接続部３０Ａは、増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０とを、互いに中心軸回りに回転させて、融着接続等によって直接接続することによって構成されている。
　この増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ａでは、コア部１１とコア部２１同士、コア部１２とコア部２２同士、・・・、コア部１７とコア部２７同士が対向した状態から、一方の増幅用マルチコア光ファイバを中心軸回りに６０度だけ回転させて、コア部１１とコア部２１同士、コア部１２とコア部２３同士、・・・、コア部１７とコア部２２同士が接続されている。これによって、増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０とを接続した全長での増幅利得の偏差が抑制される。その結果、増幅用マルチコア光ファイバ１０、２０がそれぞれ本来有している増幅利得の偏差が抑制された増幅用マルチコア光ファイバデバイスが実現される。なお、回転角度については、６０度に限られず、増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０とを接続した全長での増幅利得の偏差が抑制される回転角度であればよい。
（実施の形態３）
　図４は、本発明の実施の形態３に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。本実施の形態３に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｂは、実施の形態１に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００の構成において、接続部３０を接続部３０Ｂに置き換えた構成を有する。
　接続部３０Ｂは、光ファイババンドル３１Ｂ、３２Ｂで構成されている。図５は、光ファイババンドル３２Ｂの模式的な構成図である。光ファイババンドル３２Ｂは、１つのコア部と該１つのコア部の外周に形成されたクラッド部とを備える、７つの単一コア光ファイバ３２Ｂａと、７つの単一コア光ファイバ３２Ｂａを束ねるバンドル部３２Ｂｂとを有している。バンドル部３２Ｂｂは、７つの単一コア光ファイバ３２Ｂａを、１つの単一コア光ファイバの周囲に６つの単一コア光ファイバが正六角形を形成するように配置された状態で束ねている。７つの単一コア光ファイバ３２Ｂａの各コア部は増幅用マルチコア光ファイバ２０のコア部２１～２７にそれぞれ接続している。なお、光ファイババンドル３１Ｂも光ファイババンドル３２Ｂと同様の構成を有する。光ファイババンドル３１Ｂが有する７つの単一コア光ファイバの各コア部は、増幅用マルチコア光ファイバ１０のコア部１１～１７にそれぞれ接続している。
　そして、光ファイババンドル３１Ｂが有する単一コア光ファイバと、光ファイババンドル３２Ｂが有する単一コア光ファイバとが接続されている。この接続は、増幅用マルチコア光ファイバ１０、２０の、単一コア光ファイバを介して互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、接続が成されている。ここで、例えば、各コア部間の組合せとして、上述したように、たとえば、増幅用マルチコア光ファイバ１０側において平均の利得係数（あるいは増幅利得）が最大のコア部から大きい順に、増幅用マルチコア光ファイバ２０側において平均の利得係数（あるいは増幅利得）を最小のコア部から小さい順に対応させて接続してもよい。
　増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｂでは、光ファイババンドル３１Ｂが有する単一コア光ファイバと、光ファイババンドル３２Ｂが有する単一コア光ファイバとの接続の組み合わせは、高い自由度で任意に選択することができる。したがって、増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０とを接続した全長での増幅利得の偏差がさらに抑制された増幅用マルチコア光ファイバデバイスが実現される。
（実施の形態４）
　図６は、本発明の実施の形態４に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。本実施の形態４に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｃは、実施の形態３に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｂの構成において、接続部３０Ｂを接続部３０Ｃに置き換えた構成を有する。
　接続部３０Ｃは、接続部３０Ｂの構成において、光ファイババンドル３１Ｂが有する或る単一コア光ファイバと、光ファイババンドル３２Ｂが有する或る単一コア光ファイバとが、光損失部３３Ｃが介挿された状態で接続されている。
　増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｃでは、光損失部３３Ｃによって、増幅用マルチコア光ファイバ１０と増幅用マルチコア光ファイバ２０とを接続した全長での増幅利得の偏差がさらに抑制された増幅用マルチコア光ファイバデバイスが実現される。たとえば、光損失部３３Ｃは、増幅用マルチコア光ファイバ１０、２０のコア部のうち、利得係数が高いコア部同士を接続する単一コア光ファイバの間に介挿される。これによって、全長での増幅利得が高いコア部の最大値が低減されるので、増幅利得の偏差をさらに抑制することができる。なお、光損失部３３Ｃは、光ファイババンドル３１Ｂ、３２Ｂの接続すべき単一コア光ファイバ同士を、接続損失を調整した状態で接続することによって実現しても良い。このような接続は、たとえば単一コア光ファイバ同士を光軸を所定量だけずらした状態で融着接続することで実現できる。
（実施の形態５）
　図７は、本発明の実施の形態５に係るマルチコア光ファイバ増幅器の模式的な構成図である。本実施の形態５に係るマルチコア光ファイバ増幅器１０００は、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｄと、励起光源２００と、光合波器３００とを備える。
　増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｄは、増幅用マルチコア光ファイバ４０と、増幅用マルチコア光ファイバ５０と、増幅用マルチコア光ファイバ５０と増幅用マルチコア光ファイバ４０とを接続する接続部３０Ａとを備える。
　図８は、図７に示す増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０の模式的な断面図である。図８（ａ）は増幅用マルチコア光ファイバ４０の断面を示し、図８（ｂ）は増幅用マルチコア光ファイバ５０の断面を示している。
　図８（ａ）に示すように、増幅用マルチコア光ファイバ４０は、７つのコア部４１～４７と、コア部４１～４７の外周に形成された内側クラッド部４８と、内側クラッド部４８の外周に形成された外側クラッド部４９とを備えている。内側クラッド部４８内において、コア部４１は増幅用マルチコア光ファイバ４０の略中心軸に配置されている。コア部４２～４７は、コア部４１の周囲にコア部４１を中心とした正六角形を形成するように配置されている。
　コア部４１～４７は、石英系ガラスからなり、増幅媒体である希土類金属と、屈折率調整用添加物が添加されている。内側クラッド部４８は、コア部４１～４７よりも屈折率が低い材料で構成されており、たとえば屈折率調整用添加物を含まない石英ガラスからなる。外側クラッド部４９は、内側クラッド部４８よりも屈折率が低い材料で構成されており、たとえば樹脂からなる。
　同様に、図８（ｂ）に示すように、増幅用マルチコア光ファイバ５０は、７つのコア部５１～５７と、コア部５１～５７の外周に形成された内側クラッド部５８と、内側クラッド部５８の外周に形成された外側クラッド部５９とを備えている。内側クラッド部５８内において、コア部５１は増幅用マルチコア光ファイバ５０の略中心軸に配置されている。コア部５２～５７は、コア部５１の周囲にコア部５１を中心とした正六角形を形成するように配置されている。
　コア部５１～５７は、石英系ガラスからなり、増幅媒体である希土類金属と、屈折率調整用添加物が添加されている。内側クラッド部５８は、コア部５１～５７よりも屈折率が低い材料で構成されており、たとえば屈折率調整用添加物を含まない石英ガラスからなる。外側クラッド部５９は、内側クラッド部５８よりも屈折率が低い材料で構成されており、たとえば樹脂からなる。
　このように、増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０は、いわゆるダブルクラッド構造を有する。
　接続部３０Ａは、増幅用マルチコア光ファイバ４０のコア部４１～４７のいずれかと、増幅用マルチコア光ファイバ５０のコア部５１～５７のいずれか同士を、互いに接続する。具体的には、接続部３０Ａは、実施の形態２の場合と同様に、増幅用マルチコア光ファイバ４０と増幅用マルチコア光ファイバ５０とを、互いに中心軸回りに回転させて、融着接続等によって直接接続することによって構成されている。この回転角度は、増幅用マルチコア光ファイバ４０と増幅用マルチコア光ファイバ５０とを接続した全長での増幅利得の偏差が抑制される回転角度であればよい。
　励起光源２００は、たとえば半導体レーザ素子を備えており、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｄに含まれる増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０のコア部４１～４７、５１～５７に入力させる励起光Ｐ１を出力する。励起光Ｐ１は、コア部４１～４７、５１～５７に添加された増幅媒体を光励起できる波長の励起光である。
　光合波器３００は、励起光Ｐ１を増幅用マルチコア光ファイバ４０のコア部４１～４７に入力させるとともに、外部から入力された７つの信号光を含む信号光群Ｓ１をコア部４１～４７に入力させる。
　図９は、図７に示す光合波器の構成例１の模式図である。光合波器３００は、７つの単一コア光ファイバ３０１と、１つの単一コア光ファイバ３０２と、単一コア光ファイバ３０１、３０２を束ねるバンドル部３０３とを有している光ファイババンドルである。バンドル部３０３は、７つの単一コア光ファイバ３０１を１つの単一コア光ファイバの周囲に６つの単一コア光ファイバが正六角形を形成するように配置された状態で束ねたものの周囲に、１つの単一コア光ファイバ３０２が配置された状態で束ねている。７つの単一コア光ファイバ３０１の各コア部は増幅用マルチコア光ファイバ４０のコア部４１～４７にそれぞれ接続している。１つの単一コア光ファイバ３０２は、増幅用マルチコア光ファイバ４０の内側クラッド部４８に光学的に接続している。
　つぎに、このマルチコア光ファイバ増幅器１０００の動作について説明する。まず、励起光源２００は、励起光Ｐ１を出力する。光合波器３００は、励起光Ｐ１および信号光群Ｓ１の入力を受付ける。
　光合波器３００では、７つの単一コア光ファイバ３０１のそれぞれが、信号光群Ｓ１に含まれるそれぞれの信号光をコア部４１～４７のそれぞれに入力させる。一方、１つの単一コア光ファイバ３０２は、励起光源２００からの励起光Ｐ１を内側クラッド部４８に入力させる。
　増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｄでは、励起光Ｐ１は、まず増幅用マルチコア光ファイバ４０において、内側クラッド部４８と外側クラッド部４９との屈折率差によって内側クラッド部４８を伝搬しながら、コア部４１～４７に入力し、コア部４１～４７に添加された増幅媒体を光励起し、コア部４１～４７を光増幅可能な状態とする。その後、励起光Ｐ１は、接続部３０Ａを介して増幅用マルチコア光ファイバ５０に入力し、内側クラッド部５８と外側クラッド部５９との屈折率差によって内側クラッド部５８を伝搬しながら、コア部５１～５７に入力し、コア部５１～５７に添加された増幅媒体を光励起し、コア部５１～５７を光増幅可能な状態とする。このように、マルチコア光ファイバ増幅器１０００は、クラッド励起型の光ファイバ増幅器である。
　一方、信号光群Ｓ１に含まれるそれぞれの信号光は、入力されたコア部で光増幅されながら伝搬し、接続部３０Ａを介して、コア部４１～４７の各々に接続された増幅用マルチコア光ファイバ５０の光増幅可能な状態とされたコア部５１～５７に入力し、各信号光は各コア部でさらに光増幅されながら伝搬し、増幅用マルチコア光ファイバ５０の紙面右の一端から、光増幅された信号光群Ｓ２として出力される。このように、マルチコア光ファイバ増幅器１０００は、励起光と信号光とが同一方向に伝搬する前方励起型の光ファイバ増幅器である。
　本実施の形態５に係るマルチコア光ファイバ増幅器１０００では、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｄの接続部３０Ａが、実施の形態２に示したように、増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０の互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、コア部同士を接続している。これによって、マルチコア光ファイバ増幅器１０００は、増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０がそれぞれ本来有している増幅利得の偏差に比して増幅利得の偏差が抑制されたものとなる。
　図９に示す光合波器３００は、光ファイババンドルで構成されているが、光合波器の構成はこれに限られない。図１０は、光合波器の別の構成例の模式図である。光合波器３００Ａは、マルチコア光ファイバ３０１Ａと、レンズ３０２Ａ、３０３Ａと、光フィルタ３０４Ａとを有している。
　マルチコア光ファイバ３０１Ａは、増幅用マルチコア光ファイバ４０と同様に１つのコア部の周囲に正六角形を形成するように配置された６つのコア部を有する。ただし、各コア部は増幅媒体が添加されていないものである。レンズ３０２Ａ、３０３Ａは、マルチコア光ファイバ３０１Ａと増幅用マルチコア光ファイバ４０との間に直列に配置されている。光フィルタ３０４Ａは、レンズ３０２Ａとレンズ３０３Ａとの間に配置され、励起光Ｐ１を反射し、信号光群Ｓ１を透過する波長特性を有する。
　この光合波器３００Ａでは、マルチコア光ファイバ３０１Ａは、外部から入力された信号光群Ｓ１に含まれる各信号光を各コア部にて導波して出力する。なお、図１０では、信号光群Ｓ１に含まれる７つの信号光のうち３つのみを示している。レンズ３０２Ａ、３０３Ａは、マルチコア光ファイバ３０１Ａから出力された信号光群Ｓ１に含まれる各信号光を、増幅用マルチコア光ファイバ４０の所定のコア部にそれぞれ光学的に結合させる。
　一方、光フィルタ３０４Ａは、信号光群Ｓ１は透過するとともに、励起光源２００から出力された励起光Ｐ１をレンズ３０３Ａ側に反射する。レンズ３０３Ａは励起光Ｐ１を増幅用マルチコア光ファイバ４０の内側クラッド部４８に光学的に結合させる。このように、光合波器３００Ａは、空間結合型の光合波器である。
　図９、１０に示す光合波器３００、３００Ａは、クラッド励起型用の光合波器であるが、光合波器の構成はこれに限られない。図１１は、光合波器のさらに別の構成例の模式図である。光合波器３００Ｂは、図９に示す光合波器３００の構成において、ＷＤＭ光合波器３０４Ｂを付加し、１つの単一コア光ファイバ３０２を削除した構成を有する。
　ＷＤＭ光合波器３０４Ｂは、７つの単一コア光ファイバ３０１のそれぞれに設けられている。一方、励起光源２００は、各ＷＤＭ光合波器３０４Ｂに接続された半導体レーザ素子で構成されている。この光合波器３００Ｂでは、各ＷＤＭ光合波器３０４Ｂは、外部から入力された信号光群Ｓ１に含まれ、７つの単一コア光ファイバ３０１のそれぞれを伝搬する各信号光と、励起光源２００を構成する各半導体レーザ素子から出力された励起光（たとえばシングルモード）とを合波する。したがって、増幅用マルチコア光ファイバ４０の各コア部４１～４７には、合波された信号光と励起光とが入力される。このような光合波器３００Ｂは、いわゆる端面励起型のマルチコア光ファイバ増幅器を構成する際に使用できる。
（実施の形態６）
　図１２は、本発明の実施の形態６に係るマルチコア光ファイバ増幅器の模式的な構成図である。本実施の形態６に係るマルチコア光ファイバ増幅器１０００Ａは、実施の形態５に係るマルチコア光ファイバ増幅器１０００の構成において、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｄを増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｅに置き換え、さらに励起光源２００を追加した構成を有するものである。
　増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｅは、図４に示す増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｂの構成において、接続部３０Ｂを接続部３０Ｄに置き換えた構成を有する。接続部３０Ｄは、接続部３０Ｂの光ファイババンドル３２Ｂを、図９に示す光合波器３００に置き換えた構成を有する。この光合波器３００には追加した励起光源２００が接続している。
　このマルチコア光ファイバ増幅器１０００Ａでは、増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０は、それぞれに接続された光合波器３００を介して、励起光源２００から出力された励起光Ｐ１によって前方励起される構成を有する。
（実施の形態７）
　図１３は、実施の形態７に係るマルチコア光ファイバ増幅器の模式的な構成図である。本実施の形態７に係るマルチコア光ファイバ増幅器１０００Ｂは、実施の形態５に係るマルチコア光ファイバ増幅器１０００の構成にさらに光合波器３００、励起光源２００を追加した構成を有するものである。
　追加の光合波器３００、励起光源２００は、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｄの増幅用マルチコア光ファイバ５０側に設けられている。追加の励起光源２００は、励起光Ｐ１を出力し、追加の光合波器３００を介して増幅用マルチコア光ファイバ５０に入力する。
　このマルチコア光ファイバ増幅器１０００Ｂでは、増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０は、それぞれに接続された光合波器３００を介して、励起光源２００から出力された励起光Ｐ１によって、それぞれ前方励起、後方励起される構成を有する。なお、接続部３０Ａは、図４に示す接続部３０Ｂや図６に示す接続部３０Ｃに置き換えてもよい。
　ここで、本発明の比較例、実施例のマルチコア光ファイバ増幅器を作製し、その光増幅特性を測定した。
　図１４は、比較例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の模式的な構成図である。このマルチコア光ファイバ増幅器２０００は、図７に示すマルチコア光ファイバ増幅器１０００の構成において、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｄを１つの増幅用マルチコア光ファイバ４０に置き換え、光合波器３００として図１１に示した光合波器３００Ｂを用いた構成を有する。増幅用マルチコア光ファイバ４０の各コア部間の距離は４５μｍであり、各コア部は以下の特性を有する。
　直径：３μｍ、クラッド部に対するコア部の比屈折率差（Δ）：１．４％、Ｅｒ濃度：１５００ｗｔｐｐｍ、Ａｌ濃度：１．６ｗｔ％　増幅用マルチコア光ファイバ４０の長さは８ｍとした。また、励起光源２００は波長９８０ｎｍの励起光Ｐ１を出力する半導体レーザ素子で構成した。そして、このとき増幅用マルチコア光ファイバ４０の各コア部に入力させる励起光Ｐ１の強度を５００ｍＷに設定し、光合波器３００Ｂから信号光群Ｓ１として７つの信号光（以下、１ｃｈ～７ｃｈの信号光とする）を増幅用マルチコア光ファイバ４０の各コア部４１～４７に入力して光増幅し、その増幅利得を測定した。
　一方、実施例に係るマルチコア光ファイバ増幅器としては、図１２に示すマルチコア光ファイバ増幅器１０００Ａと同様の構成のマルチコア光ファイバ増幅器を作製した。なお、光合波器３００として図１１に示した光合波器３００Ｂを用いた。ここで、比較例の増幅用マルチコア光ファイバ４０、および実施例の増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０は、同一の光ファイバ母材から線引きされた連続した増幅用マルチコア光ファイバを分割して使用した。実施例における増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０の長さは等しく、いずれも４ｍとした。従って、実施例の増幅用マルチコア光ファイバ４０と５０では、対応するコア部（たとえばコア部４１とコア部５１、コア部４２とコア部５２など）は略同一の利得係数を有しているが、コア部間（たとえばコア部４１とコア部４２）とでは利得係数が異なる。そこで、実施例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の増幅用マルチコア光ファイバデバイスでは、光ファイババンドルで構成された接続部３０Ｄによって、７つのコア部での増幅利得がより均等になるように、以下のようにコア部を接続した。すなわち、コア部４１とコア部５４、コア部４２とコア部５７、コア部４３とコア部５６、コア部４４とコア部５１、コア部４５とコア部５５、コア部４６とコア部５３、コア部４７とコア部５２、をそれぞれ接続した。そして、このとき増幅用マルチコア光ファイバ４０の各コア部に入力させる励起光Ｐ１の強度を５００ｍＷに設定し、光合波器３００Ｂから信号光群Ｓ１として７つの信号光（以下、１ｃｈ～７ｃｈの信号光とする）を増幅用マルチコア光ファイバ４０の各コア部４１～４７側から入力して、増幅用マルチコア光ファイバ４０、５０の各コア部４１～４７、５１～５７で光増幅し、その増幅利得を測定した。
　図１５は、比較例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の増幅利得の波長依存性を示す図である。図１６は、実施例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の増幅利得の波長依存性を示す図である。また、図１７は、比較例および実施例に係るマルチコア光ファイバ増幅器の増幅利得偏差の波長依存性を示す図である。なお、図１７は、各波長において、増幅利得の差が最大のｃｈ間の偏差を示している。
　図１７に示すように、比較例の場合には、７つのコア部における増幅利得の偏差が最大で１．５ｄＢ以上であり、最小でも約０．６ｄＢであった。これに対して、実施例の場合には、７つのコア部における増幅利得の偏差が０．６ｄＢ以下に抑制された。
（実施の形態８）
　上記実施の形態では、増幅用マルチコア光ファイバはすべてのコア部に増幅媒体が添加されているが、一部のコア部のみに増幅媒体が添加されていてもよい。
　図１８は、本発明の実施の形態８に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。この増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｇは、図１に示す増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００の構成において、増幅用マルチコア光ファイバ２０を増幅用マルチコア光ファイバ６０に置き換えた構成を有する。
　図１９は、図１８に示す増幅用マルチコア光ファイバ６０の模式的な断面図である。増幅用マルチコア光ファイバ６０は、７つのコア部６１～６７と、コア部６１～６７の外周に形成されたクラッド部６８とを備えている。クラッド部６８内において、コア部６１は増幅用マルチコア光ファイバ６０の略中心軸に配置されている。コア部６２～６７は、コア部６１の周囲にコア部６１を中心とした正六角形を形成するように配置されている。
　ここで、コア部６２、６４、６６、６７は、石英系ガラスからなり、増幅媒体である希土類金属と、屈折率調整用添加物が添加されている。一方、コア部６１、６３、６５は、石英系ガラスからなり、屈折率調整用添加物が添加されているが、増幅媒体は添加されてないものである。なお、クラッド部６８は、コア部６１～６７よりも屈折率が低い材料で構成されており、たとえば屈折率調整用添加物を含まない石英ガラスからなる。
　このように、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｇでは、これを構成する増幅用マルチコア光ファイバ６０の一部のコア部に増幅媒体が添加されていないが、接続部３０は、増幅用マルチコア光ファイバ１０、６０の互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、コア部同士を接続している。これによって、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｇの全長におけるコア部間の増幅利得の偏差が抑制される。たとえば、増幅用マルチコア光ファイバ１０のコア部１１～１７のうち、利得係数が小さいコア部に、増幅用マルチコア光ファイバ６０の増幅媒体が添加されたコア部６２、６４、６６、６７が接続するように構成することで、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｇの全長におけるコア部間の増幅利得の偏差が抑制される。
（実施の形態９）
　図２０は、本発明の実施の形態９に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。この増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｈは、２つの増幅用マルチコア光ファイバ１０の間に増幅用マルチコア光ファイバ８０を介挿して、互いのコア部を接続部３０にて接続した構成を有する。
　図２１は、図２０に示す増幅用マルチコア光ファイバ８０の模式的な断面図である。増幅用マルチコア光ファイバ８０は、７つのコア部８１～８７と、コア部８１～８７の外周に形成されたクラッド部８８とを備えている。クラッド部８８内において、コア部８１は増幅用マルチコア光ファイバ８０の略中心軸に配置されている。コア部８２～８７は、コア部８１の周囲にコア部８１を中心とした正六角形を形成するように配置されている。
　ここで、コア部８２は、石英系ガラスからなり、増幅媒体である希土類金属と、屈折率調整用添加物が添加されている。一方、コア部８１、８３～８７は、石英系ガラスからなり、屈折率調整用添加物が添加されているが、増幅媒体は添加されてないものである。なお、クラッド部８８は、コア部８１～８７よりも屈折率が低い材料で構成されており、たとえば屈折率調整用添加物を含まない石英ガラスからなる。
　このように、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｈは、これを構成する増幅用マルチコア光ファイバ８０の一部のコア部に増幅媒体が添加されていないが、接続部３０は、増幅用マルチコア光ファイバ１０、８０、１０の互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、コア部同士を接続している。これによって、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｈの全長におけるコア部間の増幅利得の偏差が抑制される。たとえば、増幅用マルチコア光ファイバ１０のコア部１１～１７のうち、利得係数が小さいコア部に、増幅用マルチコア光ファイバ８０の増幅媒体が添加されたコア部８２が接続するように構成することで、増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｈの全長におけるコア部間の増幅利得の偏差が抑制される。
　このような１つのコア部８２のみに増幅媒体を添加した増幅用マルチコア光ファイバ８０を用いることで、増幅用マルチコア光ファイバ１０のコア部間の増幅利得の偏差をより細かく調整できる。
（実施の形態１０）
　図２２は、本発明の実施の形態１０に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスの模式的な構成図である。この増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｉは、２つの増幅用マルチコア光ファイバ１０の互いのコア部を接続部３０Ｄにて接続した構成を有する。
　接続部３０Ｄは、光ファイババンドル３１Ｄ、３２Ｄで構成されている。光ファイババンドル３１Ｄ、３２Ｄは、図４、５に示した光ファイババンドル３１Ｂ、３２Ｂと同様の構成をしており、光ファイババンドル３１Ｄが有する単一コア光ファイバと、光ファイババンドル３２Ｄが有する単一コア光ファイバとが接続されている。しかしながら、光ファイババンドル３２Ｄを構成する或る単一コア光ファイバ３２Ｄａのコア部には増幅媒体が添加されている。この増幅用マルチコア光ファイバデバイス１００Ｉでは、単一コア光ファイバ３２Ｄａのコア部に添加された増幅媒体による増幅利得が加算されることによって、増幅用マルチコア光ファイバ１０のコア部間の増幅利得の偏差が抑制されている。
　なお、上記実施の形態では、接続される増幅用マルチコア光ファイバの数は２または３であるが、その数に特に制限はない。なお、上記実施の形態では、接続される増幅用マルチコア光ファイバはいずれの７つのコア部が正六角形の頂点およびその中心の位置に配置されているが、コア部の数や配置は特に限定されない。
　また、上記実施の形態９、１０では、コア部のすべてに増幅媒体が添加された増幅用マルチコア光ファイバと、コア部の一部に増幅媒体が添加された増幅用マルチコア光ファイバとを接続しているが、コア部の一部に増幅媒体が添加された増幅用マルチコア光ファイバ同士を接続してもよい。この場合、いずれのコア部も、接続した全長ではその長手方向の少なくとも一部では増幅媒体が添加されており、増幅利得を有するように接続を行うことが好ましい。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係る増幅用マルチコア光ファイバデバイスおよびマルチコア光ファイバ増幅器は、光伝送システムに有用であり、特にＷＤＭ伝送システムに適している。
　１０、２０、４０、５０、６０、８０　増幅用マルチコア光ファイバ
　１１～１７、２１～２７、４１～４７、５１～５７、６１～６７、８１～８７　コア部
　１８、２８、６８、８８　クラッド部
　３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ　接続部
　３１Ｂ、３２Ｂ、３１Ｄ、３２Ｄ　光ファイババンドル
　３２Ｂａ、３２Ｄａ、３０１、３０２　単一コア光ファイバ
　３２Ｂｂ　バンドル部
　３３Ｃ　光損失部
　４８、５８　内側クラッド部
　４９、５９　外側クラッド部
　１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｇ、　１００Ｈ、１００Ｉ　増幅用マルチコア光ファイバデバイス
　２００　励起光源
　３００、３００Ａ、３００Ｂ　光合波器
　３０１Ａ　マルチコア光ファイバ
　３０２Ａ、３０３Ａ　レンズ
　３０３　バンドル部
　３０４Ａ　光フィルタ
　３０４Ｂ　ＷＤＭ光合波器
　１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ　マルチコア光ファイバ増幅器
　Ｐ１　励起光
　Ｓ１、Ｓ２　信号光群

Claims (7)

  1. 　増幅媒体が添加された複数のコア部と前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部とを備える、複数の増幅用マルチコア光ファイバと、
    　前記複数の増幅用マルチコア光ファイバのコア部同士を互いに接続する接続部と、
    　を備え、前記接続部は、互いに接続されたコア部の全長における増幅利得の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、前記コア部同士を接続していることを特徴とする増幅用マルチコア光ファイバデバイス。
  2. 　前記接続部は、互いに接続されたコア部の全長における平均の利得係数の、各接続されたコア部間での偏差を抑制するように、前記コア部同士を接続していることを特徴とする請求項１に記載の増幅用マルチコア光ファイバデバイス。
  3. 　前記接続部は、前記複数の増幅用マルチコア光ファイバの内の２つの増幅用マルチコア光ファイバを中心軸回りに回転させて直接接続することによって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の増幅用マルチコア光ファイバデバイス。
  4. 　前記接続部は、１つのコア部と前記１つのコア部の外周に形成されたクラッド部とを備える、複数の単一コア光ファイバを有し、前記増幅用マルチコア光ファイバのコア部は前記単一コア光ファイバを介して互いに接続していることを特徴とする請求項１または２に記載の増幅用マルチコア光ファイバデバイス。
  5. 　前記単一コア光ファイバは、光損失部が介挿されていることを特徴とする請求項４に記載の増幅用マルチコア光ファイバデバイス。
  6. 　前記単一コア光ファイバは、前記１つのコア部に増幅媒体が添加されていることを特徴とする請求項４に記載の増幅用マルチコア光ファイバデバイス。
  7. 　請求項１～６のいずれか一つに記載の増幅用マルチコア光ファイバデバイスと、
    　前記増幅用マルチコア光ファイバデバイスに含まれる増幅用マルチコア光ファイバのコア部に入力させる励起光を出力する励起光源と、
    　前記励起光を前記増幅用マルチコア光ファイバのコア部に入力させる光合波器と、
    　を備えることを特徴とするマルチコア光ファイバ増幅器。
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