JP6571562B2 - 増幅用光ファイバの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、モード多重伝送における増幅用光ファイバ及び光増幅器に関する技術である。

近年、サービスの多様化によりインターネットトラヒックは未だ増加し続けており、伝送速度の高速化や波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）技術による波長多重数の増加により飛躍的に伝送容量を伸ばしてきた。また近年、検討が盛んに行われているデジタルコヒーレント技術によって更なる伝送容量の拡大が予想されている。デジタルコヒーレント伝送システムでは多値位相変調信号を用いることにより周波数利用効率を向上させてきたが、より高い信号雑音比が必要となってくる。しかし従来のシングルモードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ：ＳＭＦ）を用いた伝送システムでは、理論的な限界に加え非線形効果に起因する入力パワー制限のため伝送容量は１００Ｔｂｉｔ／ｓｅｃを境に飽和することが予想されており、更なる大容量化は困難となってきている。

今後さらに伝送容量を増やしていくためには革新的な伝送容量拡大を実現する媒体が必要とされている。そこで、光ファイバ中の複数の伝搬モードをチャネルとして用いることで信号雑音比と空間利用効率の向上が期待できるマルチモードファイバ（Ｍｕｌｔｉ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ：ＭＭＦ）を用いたモード多重伝送が注目を集めている。これまでファイバ中を伝搬する高次のモードは信号劣化の要因であったが、デジタル信号処理や合分波技術などの発展で積極的な利用が検討されている（例えば、非特許文献１，２を参照。）。

またモード多重伝送の長距離化に向けた検討も行われており、Ｅｒ^３＋添加型光ファイバ（ＥＤＦ）を備える光増幅器を用いた基本モードのＬＰ０１モードと高次モードであるＬＰ０２モードの増幅に関する報告がなされている（例えば非特許文献３を参照。）。

モード多重伝送の長距離化を行う上で、すべてのモードの伝送品質を保つためには光増幅器において伝搬モード依存利得の差（モード間利得差、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｍｏｄａｌ ｇａｉｎ：ＤＭＧ）を小さくする必要性がある。しかしながらＥＤＦ中を伝搬する光はモード毎に異なる電界分布を有するため一般的に異なる利得を得ることとなる（例えば非特許文献４を参照。）。

各モードの利得は、増幅用光ファイバに入射する励起光の電界分布・希土類元素添加分布により決まる励起元素数分布と信号光の強度分布の重なりによって決定する。従来、増幅用ファイバの希土類元素添加領域はコア全体に希土類元素を添加するステップインデックス型構造とコアの中心部のみに希土類元素を添加するセンタードープ型構造等が主な構造である。しかし高次モードの利得を考慮に入れる必要がある多モード伝送用の増幅用光ファイバでは希土類添加分布をファイバコアのエッジに多くドープするような構造も提案されている（例えば非特許文献５を参照。）。

現状の報告では、空間光学素子を用いた光増幅器の構成が主流であり励起光を光増幅用ファイバへ入射する際に軸ずれ励振する方法（例えば非特許文献６を参照。）や位相フィルタを用いて励起光を任意のモードへ変換し光増幅用ファイバへ入射することで伝搬モード毎の利得調整をする方法が提案されている（例えば非特許文献７を参照。）。

また、モード多重伝送の伝送帯域の拡大に向けたＬ帯光増幅技術の検討も近年行われ始めている（例えば非特許文献８を参照。）。従来のシングルモード伝送においてはＣ帯にて用いられるＥＤＦと比べ長尺なものを利用することで実現してきた。一般的に、ＥＤＦを用いたＬ帯光増幅は、ＥＤＦに入射する励起光がファイバ前方でＣ帯のＡＳＥ光を発生させ、このＡＳＥ光がファイバ後方で吸収されることで実現する。シングルモードのＬ帯ＥＤＦＡにおいては、発生するＡＳＥ光もＥＤＦをＬＰ０１モードとして伝搬していたが、マルチモードのＥＤＦにおいては、非特許文献８で示唆されているように、発生するＡＳＥが伝搬するモードはＬＰ０１モードだけではなく高次のモードにもなり得る。そこで、ＡＳＥの伝搬するモードによってモード毎に利得が発生しにくい構造としてリング形状の屈折率およびエルビウム添加分布を有するＥＤＦの提案がされている。

Ｎ．Ｈａｎｚａｗａ ｅｔ ａｌ．， "Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ １０ ｋｍ Ｔｗｏ−ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ｍｏｄｅ Ｃｏｕｐｌｅｒ" ＯＦＣ２０１１， ｐａｐｅｒ ＯＷＡ４ Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．， "Ｍｏｄａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｌｏｎｇ−ｈａｕｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｆｅｗ−ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ＳＩＭＯ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ" ＥＣＯＣ２０１１， Ｗｅ．１０．Ｐ１．８２ Ｙ． Ｊｕｎｇ ｅｔ ａｌ． "Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｍｏｄａｌ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａ Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ ＥＤＦＡ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ Ｓｉｘ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｏｄｅｓ" ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ ｖｏｌ．２６， ｎｏ． １１ （２０１４）． Ａ． Ｌｉ ｅｔ ａｌ． "Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ Ｆｕｓｅｄ Ｍｏｄｅ Ｃｏｕｐｌｅｒ ｆｏｒ Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ" ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２０１３ ＯＴｕ３Ｇ．４ Ｍ． Ｓａｌｓｉ ｅｔ ａｌ． "Ｉｎ−ｌｉｎｅ Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ Ｅｒｂｉｕｍ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｔｕｎｅｄ ｔｏ Ｓｕｐｐｏｒｔ ＬＰ０１， ＬＰ１１ ａｎｄ ＬＰ２１ Ｍｏｄｅ Ｇｒｏｕｐｓ" ＥＣＯＣ ２０１２ Ｔｕ．３．Ｆ．１ Ｙ．Ｙｕｎｇ ｅｔ ａｌ． "Ｆｉｒｓｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ" ＥＣＯＣ２０１３ ｐａｐｅｒ Ｔｈ．１３．Ｋ．４ Ｙ． Ｊｕｎｇ ｅｔ ａｌ． "Ｆｅｗ−ｍｏｄｅ ＥＤＦＡ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ５ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＭｏｄａｌ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ" ＥＣＯＣ２０１３ ｐａｐｅｒ Ｗｅ．４．Ａ．２． Ｍ． Ｗａｄａ， Ｔ． Ｓａｋａｍｏｔｏ， Ｓ． Ａｏｚａｓａ， Ｔ． Ｍｏｒｉ， Ｔ． Ｙａｍａｍｏｔｏ ａｎｄ Ｆ． Ｙａｍａｍｏｔｏ．， "Ｌ−ｂａｎｄ ２−ＬＰ ｍｏｄｅ ＥＤＦＡ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｍｏｄａｌ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｇａｉｎ，"ＯＦＣ２０１５， Ｔｕ３Ｃ．３．

非特許文献８では、図１に示すような、屈折率、及びエルビウム添加プロファイルがリング形状となっている。図１の構造を用いてＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１モードの利得を計算した結果を図２に示す。図２には励起光のモードをそれぞれＬＰ０１モード（実線）及びＬＰ１１モード（破線）とした時の結果を示している。ここで信号光は１６００ｎｍ、励起光波長は１４８０ｎｍとしている。ＥＤＦの構造としては内側半径ａ１、比屈折率差０の内側コアと外径ａ２、比屈折率差Δ１の外側コアを備え、Δ１＝０．７％、ａ２＝９μｍを用いている。ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの２ＬＰモードのみを考慮した際は励起光のモードに依らず１ｄＢ以下のＤＭＧをａ１／ａ２＞０．２の領域で実現できていることが確認できる。一方で、信号光ＬＰ２１モードまで含めるとＤＭＧが１ｄＢ以下となる領域はａ１／ａ２＞０．４とシフトすることが確認できる。

しかしながらａ１／ａ２が大きくなる領域では、屈折率分布形状が特異となるため増幅器におけるＤＭＧだけではなく、伝送路用光ファイバとの接続特性も併せて考慮する必要がある。モード多重伝送システム用の伝送路は、受信部でのデジタル信号処理量の低減のため非特許文献９に示されているようなグレーデッドインデックス型（ＧＩ）のファイバが多く提案されている。ここでは伝送路ファイバをＧＩファイバと仮定した際の接続特性について述べる。図３にａ１／ａ２を変数とした際のＥＤＦとＧＩ型ファイバの接続損失の計算結果を示す。ａ１／ａ２＜０．２の領域では接続損失が低いことがわかるが、ａ１／ａ２＞０．４の領域では１か所の接続損失が１．５ｄＢ以上と上昇していく傾向が確認できる。光増幅器においては伝送路の損失に加え、上記のような接続損失も補償する必要があり、利得特性に加え伝送路との整合性も考慮する必要がある。

つまり、従来の光増幅器には、モード多重伝送の長距離化を図るためにはＥＤＦのａ１／ａ２を大きくしてＤＭＧを小さくすればよいが、ａ１／ａ２を大きくするとＥＤＦと伝送用光ファイバとの接続特性が悪化するというトレードオフの課題があった。そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、所望の伝搬モード間のＤＭＧを低減しつつ、伝送用光ファイバとの接続特性の低下を防ぐことができる増幅用光ファイバ及び光増幅器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る増幅用光ファイバは、リング形状の屈折率およびエルビウム添加分布を有するＥＤＦの内側コアの半径ａ１と比屈折率差Δ２、及び外側コアの外径ａ２と比屈折率差Δ１を所望の仕様となるように調整することとした。

具体的には、本発明に係る増幅用光ファイバは、内側半径ａ１、比屈折率差Δ２の内側コアと外径ａ２、比屈折率差Δ１の外側コアを備え、Δ２はΔ１よりも小さく、ａ１からａ２までの領域にエルビウムが添加された増幅用光ファイバであって、
Δ２／Δ１とａ１／ａ２の座標平面において、
任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるＤＭＧ領域と、
伝送路用光ファイバとの接続による基本モードの損失が他の伝搬モードの損失以下となるＬＯＳＳ領域と
が重複する領域にΔ１、Δ２、ａ１及びａ２が設定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光増幅器は、
前記増幅用光ファイバと、
前記励起光を出力する励起用光源と、
前記伝送路用光ファイバ、前記励起用光源及び前記増幅用光ファイバを接続し、前記励起用光源からの前記励起光を任意の伝搬モードで前記増幅用光ファイバに結合するモード合波用光カプラと、
を備える。

本発明は、前記ＤＭＧ領域と前記ＬＯＳＳ領域とが重複する領域にΔ１、Δ２、ａ１及びａ２を設定するため、所望の伝搬モード間のＤＭＧを低減しつつ、伝送用光ファイバとの接続特性の低下を防ぐことができる増幅用光ファイバ及び光増幅器を提供することができる。

本発明に係る増幅用光ファイバの前記ＤＭＧ領域は、
１つの所望伝搬モード間のモード間利得差が前記閾値以下となる、前記励起光の伝搬モード毎の領域が重複する第１領域、
前記励起光の１つの伝搬モードにおける、モード間利得差が前記閾値以下となる、所望伝搬モード間毎の領域が重複する第２領域、
あるいは、第１領域と第２領域とが重複した領域であることを特徴とする。

モード多重伝送させる高次モード全てのＤＭＧを閾値以下とするＤＭＧ領域を見出しているので、全てのモードの伝送品質を保つことができる。

本発明に係る増幅用光ファイバの前記ＤＭＧ領域は、
０．１５＋０．０１８×（Δ２／Δ１）≦ａ１／ａ２
≦０．０９１＋０．６９ｅｘｐ（−（Δ２／Δ１−０．３５）／０．４８）
であることを特徴とする。
Ｌ帯の波長（１５６５〜１６２５ｎｍ）のＬＰ２１モードのＤＭＧを３ｄＢ以下とすることができる。

本発明に係る増幅用光ファイバの前記ＤＭＧ領域は、
０．３１−０．０７５×（Δ２／Δ１）≦ａ１／ａ２
≦０．１４＋０．６４ｅｘｐ（−（Δ２／Δ１−０．１４）／０．２６)
であることを特徴とする。
Ｌ帯の波長（１５６５〜１６２５ｎｍ）のＬＰ２１モードのＤＭＧを１ｄＢ以下とすることができる。

本発明に係る増幅用光ファイバの前記ＬＯＳＳ領域は、
０．０８３＋０．２４ｅｘｐ（−（（ａ１／ａ２−０．４６）／０．２４）^２）
≦Δ２／Δ１≦１
であることを特徴とする。
ＬＰ２１モード以下の各モードのモード間損失差をほぼ一定にすることができ、３ＬＰモードの伝送品質を保つことができる。

本発明は、所望の伝搬モード間のＤＭＧを低減しつつ、伝送用光ファイバとの接続特性の低下を防ぐことができる増幅用光ファイバ及び光増幅器を提供することができる。

屈折率およびエルビウム添加分布がリング形状のエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）を説明する図である。 屈折率およびエルビウム添加分布がリング形状のＥＤＦにてコア径比率（ａ１／ａ２）を変化させたときの、ＬＰ０１モード並びにＬＰ１１モード励起によるＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、及びＬＰ２１モードの利得の計算結果である。 屈折率およびエルビウム添加分布がリング形状のＥＤＦにてコア径比率（ａ１／ａ２）と伝送路光ファイバとの接続損失の関係を説明する図である。 本発明に係るＥＤＦの比屈折率分布およびエルビウム添加分布を説明する図である。 ＬＰ０１モード励起時のａ１／ａ２およびΔ２／Δ１とＤＭＧ（ＬＰ０１−ＬＰ１１）の関係を説明する図である。 ＬＰ０１モード励起時のａ１／ａ２およびΔ２／Δ１とＤＭＧ（ＬＰ０１−ＬＰ２１）の関係を説明する図である。 ＬＰ２１モード励起時のａ１／ａ２およびΔ２／Δ１とＤＭＧ（ＬＰ０１−ＬＰ１１）の関係を説明する図である。 ＬＰ２１モード励起時のａ１／ａ２およびΔ２／Δ１とＤＭＧ（ＬＰ０１−ＬＰ２１）の関係を説明する図である。 ａ１／ａ２が５／９であるときのΔ２／Δ１と接続損失の関係を説明する図である。 接続損失が一定になる領域をａ１／ａ２とΔ２／Δ１の座標平面に示した図である。 本発明に係る光増幅器を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図４は、本実施形態のＥＤＦの比屈折率分布とエルビウム添加分布を説明する図である。本ＥＤＦは、コア中心からの距離ａ１、比屈折率差Δ２の内環部と、比屈折率差Δ１、コア中心からの距離ａ２の外環部を有する。本構造を用いて励起光のモードに依存の小さくなる領域を求める。

［ＤＭＧの検討］
Ｌ帯の増幅においては非特許文献８にあるように、吸収された励起光がＡＳＥを介することによって、モードの情報を維持することが困難となることがわかっている。そこで励起光のモードが利得に影響を与えにくいＥＤＦとすることでＬ帯におけるＤＭＧ低減を実現する。本例では、ａ２は９μｍと設定し、ａ１／ａ２を１／９から８／９、Δ２／Δ１を１／７から６／７まで変化させて計算を行った。信号光の伝搬モードについてはＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１モード、励起光のモードについてはＬＰ０１モード及びＬＰ２１モードを用いて議論を行う。ＤＭＧの小さくなる領域は、ＬＰ０１モードと伝搬させる最高次モードをそれぞれ励起光および信号光としたときの結果より求める。

図５、図６に励起光をＬＰ０１モードとしたときのそれぞれＬＰ０１とＬＰ１１モードおよびＬＰ０１とＬＰ２１モード間のＤＭＧの計算結果を示す。図７、図８に励起光をＬＰ２１モードとしたときのそれぞれＬＰ０１とＬＰ１１モードおよびＬＰ０１とＬＰ２１モード間のＤＭＧの計算例を示す。ＤＭＧの値はａ１／ａ２とΔ２／Δ１上に等高線で示している。

図５、図６、図７、図８における結果よりＤＭＧが１ｄＢ以下となる領域をフィッティングを行い求めると、ａ１／ａ２が
（数式１）
０．３１−０．０７５×（Δ２／Δ１）≦ａ１／ａ２
≦０．１４＋０．６４ｅｘｐ（−（Δ２／Δ１−０．１４）／０．２６)
となる。

また、同様にフィッティングを行いＤＭＧが３ｄＢ以下となる領域はａ１／ａ２が
（数式２）
０．１５＋０．０１８×（Δ２／Δ１）≦ａ１／ａ２
≦０．０９１＋０．６９ｅｘｐ（−（Δ２／Δ１−０．３５）／０．４８）
となる。

［接続特性の検討］
次に、伝送用ファイバとの接続特性の評価を行う。図９にａ１／ａ２が５／９であるときのΔ２／Δ１と接続損失の関係を示す。伝送用ファイバは、コア半径＝１２．５μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％、α＝２．０のＧＩファイバである。Δ２／Δ１が小さい領域では、ＬＰ０１モードの接続損失が大きくなることが確認できる。一方、Δ２／Δ１が０．３７以上の領域では、ＬＰ０１モードの接続損失がＬＰ１１モードの接続損失を下回るとともに、他のモード（ＬＰ０１及びＬＰ２１）の接続損失との差（モード間損失差）が一定となっていることが確認できる。他のａ１／ａ２でもＬＰ０１モードの接続損失が他のモードの接続損失を下回るとモード間損失差が一定となる。このため、ＬＰ０１モードの接続損失が他のモードの接続損失を下回る点をモード間損失差が一定となるポイントと設定する。

図１０は、ａ１／ａ２とΔ２／Δ１を変化させてモード間損失差が一定になる領域をフィッティングした結果である。この結果より
（数式３）
０．０８３＋０．２４ｅｘｐ（−（（ａ１／ａ２−０．４６）／０．２４）^２）
≦Δ２／Δ１≦１
を満たす領域でいずれの伝搬モードもＥＤＦと伝送用ファイバとの接続損失が低くなる。

そして、数式１又は２で示される領域と数式３で示される領域の重複部分にａ１／ａ２とΔ２／Δ１を設定すれば、所望の伝搬モード間のＤＭＧを低減しつつ、伝送用光ファイバとの接続特性の低下を防ぐことができる増幅用光ファイバを設計できる。つまり、内側半径ａ１、比屈折率差Δ２の内側コアと外径ａ２、比屈折率差Δ１の外側コアを備え、Δ２はΔ１よりも小さく、ａ１からａ２までの領域にエルビウムが添加された増幅用光ファイバの設計方法は、
Δ２／Δ１とａ１／ａ２の座標平面において、
任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるＤＭＧ領域を計算し、
伝送路用光ファイバとの接続による基本モードの損失が他の伝搬モードの損失以下となるＬＯＳＳ領域を計算し
ＤＭＧ領域とＬＯＳＳ領域が重複する領域にΔ１、Δ２、ａ１及びａ２を設定する。

ここで、増幅対象の全ての伝搬モードについてモード間利得差を低減するため、前記ＤＭＧ領域は、
１つの所望伝搬モード間のモード間利得差が前記閾値以下となる、前記励起光の伝搬モード毎の領域が重複する第１領域、
前記励起光の１つの伝搬モードにおける、モード間利得差が前記閾値以下となる、所望伝搬モード間毎の領域が重複する第２領域、
あるいは、第１領域と第２領域とが重複した領域としておく。
上記実施例では、励起光をＬＰ０１モードとしたときのＬＰ０１とＬＰ１１モードおよびＬＰ０１とＬＰ２１モード間のＤＭＧ領域（図５、６）、励起光をＬＰ２１モードとしたときのＬＰ０１とＬＰ１１モードおよびＬＰ０１とＬＰ２１モード間のＤＭＧ領域（図７、８）を計算し、図５〜図８のＤＭＧ領域が重複する部分を所望のＤＭＧ領域としている。

具体的には、上記３ＬＰモード（ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１）であれば、モード間利得差を３ｄＢ以下に抑える場合、前記ＤＭＧ領域は数式１で表される。また、モード間利得差を１ｄＢ以下に抑える場合、前記ＤＭＧ領域は数式２で表される。

そして、増幅用光ファイバを伝送用光ファイバに接続したとき、上記３ＬＰモードのモード間損失差が一定になる前記ＬＯＳＳ領域は数式３で表される。

数式１又は数式２と数式３との重複領域にΔ１、Δ２、ａ１及びａ２を設定すれば、３ＬＰモードが増幅可能である光増幅器において、励起光のモードに依存しない領域においても低いＤＭＧおよび伝送路用光ファイバとの良好な接続特性を実現することができる。

（実施形態２）
図１１は、本実施形態の光増幅器３０１を説明する図である。光増幅器３０１は、
数式１又は数式２と数式３との重複領域にΔ１、Δ２、ａ１及びａ２を設定した増幅用光ファイバ３０と、
前記励起光を出力する励起用光源１０と、
前記伝送路用光ファイバ、前記励起用光源及び前記増幅用光ファイバを接続し、前記励起用光源からの前記励起光を任意の伝搬モードで前記増幅用光ファイバに結合するモード合波用光カプラ２０と、
増幅された光信号のみを出力するアイソレータ５０と、
を備える。

光増幅器３０１は、実施形態１で説明した増幅用光ファイバ３０を備えるため、複数のモードを用いた伝送において伝搬モード毎の利得調整および伝送距離の長延化を実現することができる。

［付記］
以下は、本実施形態の光増幅器が備える増幅用光ファイバを説明したものである。
（課題）
複数のモードを用いた伝送において伝搬モード毎の利得調整および伝送距離の長延化を実現することである。
（構成）
そこで本増幅用光ファイバは、内側半径ａ１、比屈折率差Δ２の内側コアと外径ａ２、比屈折率差Δ１の外側コアを備え、Δ２はΔ１よりも小さく、ａ１からａ２までの領域にのみエルビウムが添加されている。またＬＰ２１モードのカットオフ波長が１６２５ｎｍ以上であることを特徴とし、
上記ＥＤＦのａ１／ａ２が
０．３１−０．７５×（Δ２／Δ１）≦ａ１／ａ２
≦０．２２＋０．４５ｅｘｐ（−（Δ２／Δ１−０．１８）／０．２５）
を満たすことを特徴とする増幅用光ファイバを用いることで解決する。
また、伝送用光ファイバとの接続損失低減のためΔ２／Δ１が
０．０８３＋０．２４ｅｘｐ（−（（ａ１／ａ２−０．４６）／０．２４）^２）
≦Δ２／Δ１≦１
である領域を用いることで解決する。
（効果）
本発明によれば、マルチモード光増幅器におけるモード間利得差低減を実現し、モード多重伝送の広帯域化に貢献する。

本実施形態ではＬ帯においても低いＤＭＧを実現する増幅用光ファイバを説明しており、Ｃ帯の増幅用光ファイバと比較してより狭い設計範囲となっている。Ｃ帯用の増幅用光ファイバであれば、数式１〜３の領域より広い設計範囲を持つことになる。

１０：励起用光源
２０：モード合波用光カプラ
３０：多モード増幅用光ファイバ
５０：アイソレータ
８０：伝送用光ファイバ
３０１：光増幅器

Claims (5)

1. 内側半径ａ１、比屈折率差Δ２の内側コアと外径ａ２、比屈折率差Δ１の外側コアを備え、Δ２はΔ１よりも小さく、ａ１からａ２までの領域にエルビウムが添加された増幅用光ファイバの設計方法であって、
   Δ２／Δ１とａ１／ａ２の座標平面において、
   任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるＤＭＧ領域と、
   伝送路用光ファイバとの接続による基本モードの損失が他の伝搬モードの損失以下となるＬＯＳＳ領域と
   が重複する領域にΔ１、Δ２、ａ１及びａ２を設定することを特徴とする増幅用光ファイバの設計方法。
2. 前記ＤＭＧ領域は、
   １つの所望伝搬モード間のモード間利得差が前記閾値以下となる、前記励起光の伝搬モード毎の領域が重複する第１領域、
   前記励起光の１つの伝搬モードにおける、モード間利得差が前記閾値以下となる、所望伝搬モード間毎の領域が重複する第２領域、
   あるいは、第１領域と第２領域とが重複した領域であることを特徴とする請求項１に記載の増幅用光ファイバの設計方法。
3. 前記ＤＭＧ領域は、
   任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるＤＭＧ領域であって、且つ
   ０．１５＋０．０１８×（Δ２／Δ１）≦ａ１／ａ２
   ≦０．０９１＋０．６９ｅｘｐ（−（Δ２／Δ１−０．３５）／０．４８）
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の増幅用光ファイバの設計方法。
4. 前記ＤＭＧ領域は、
   任意の伝搬モードの励起光による所望伝搬モード間のモード間利得差が閾値以下となるＤＭＧ領域であって、且つ
   ０．３１−０．０７５×（Δ２／Δ１）≦ａ１／ａ２
   ≦０．１４＋０．６４ｅｘｐ（−（Δ２／Δ１−０．１４）／０．２６)
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の増幅用光ファイバの設計方法。
5. 前記ＬＯＳＳ領域は、
   伝送路用光ファイバとの接続による基本モードの損失が他の伝搬モードの損失以下となるＬＯＳＳ領域であって、且つ
   ０．０８３＋０．２４ｅｘｐ（−（（ａ１／ａ２−０．４６）／０．２４）^２）
   ≦Δ２／Δ１≦１
   であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の増幅用光ファイバの設計方法。

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