申请/专利权人：日本电信电话株式会社

申请日：2017-10-25

公开（公告）日：2021-01-12

公开（公告）号：CN109952686B

主分类号：H01S3/10(20060101)

分类号：H01S3/10(20060101);H01S3/067(20060101)

优先权：["20161101 JP 2016-214532"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.12#授权;2019.07.23#实质审查的生效;2019.06.28#公开

摘要：本公开的光放大器具备：光谐振器，具有能够对包括1个以上的传播模式的信号光进行放大的放大用光纤，使由所述放大用光纤放大后的信号光所包括的至少1个传播模式谐振；激发光源，输出对所述放大用光纤进行激发的激发光；以及合波器，将所述信号光和所述激发光合波，所述光谐振器具有增益钳制设定部，所述增益钳制设定部对在所述光谐振器内谐振的多个传播模式之中的至少1个所述传播模式设定增益钳制。

主权项：1.一种光放大器，其中，具备：光谐振器，具有能够对包括1个以上的传播模式的信号光进行放大的放大用光纤，使由所述放大用光纤放大后的信号光所包括的至少1个传播模式谐振；激发光源，输出对所述放大用光纤进行激发的激发光；以及合波器，将所述信号光和所述激发光合波，所述光谐振器具有增益钳制设定部，所述增益钳制设定部对在所述光谐振器内谐振的至少1个所述传播模式设定增益钳制。

全文数据：光放大器技术领域本公开涉及模式复用传输中的光放大器。本申请基于在2016年11月01日向日本申请的日本特愿2016-214532号要求优先权，并将其内容引用于此。背景技术近年，由于服务的多样化而因特网业务量还在持续增加，由于利用传输速度的高速化或波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing：WDM）技术的波长复用数量的增加而飞跃性地提高了传输容量。此外，近年，由于热烈进行讨论的数字相干技术而预想了进一步的传输容量的扩大。在数字相干传输系统中，通过使用多值相位调制信号来提高频率利用效率，但是，需要更高的信噪比。可是，在以往的使用了单模光纤（Singlemodefiber，SMF）的传输系统中，除了理论的界限之外，还由于起因于非线性效果的输入功率限制，预想传输容量以100Tbitsec为界饱和，进一步的大容量化是困难的。今后，为了进一步增加传输容量，需要实现革新的传输容量扩大的介质。因此，使用了通过将光纤中的多个传播模式用作信道而能够期待信噪比和空间利用效率的提高的、多模光纤（Multimodefiber，MMF）的模式复用传输受到注目。至今为止，在光纤中传播的高次的模式是信号劣化的主要原因，但是，在数字信号处理或合分波技术等的发展中讨论了积极的利用。此外，还进行了面向模式复用传输的长距离化的讨论，完成了使用了Er3+添加型光放大器的基模的LP01模式和作为第四高次LP模式的LP02模式的放大所有关的报告。在进行模式复用传输的长距离化之上，为了保持全部模式的传输品质，在光放大器中存在使传播模式间增益差（DefferentialModalGain，DMG）变小的必要性。然而，在EDF（Er-dopedfiber，掺饵光纤）中传播的光具有按每个模式不同的电场分布，因此，通常得到不同的增益。利用由入射到放大用光纤的激发光的电场分布・稀土类元素添加分布决定的激发元素数量分布和信号光的电场分布的重叠来决定各模式的增益。在仅对作为基模的LP01模式进行放大的以往的光放大器中，在放大用光纤的稀土类元素添加区域中在芯整体中添加稀土类元素的阶跃折射率型构造和仅在芯的中心部中添加稀土类元素的中央掺杂型构造等为主要的构造。可是，还提出了在需要考虑高次模式的增益的多模式传输用的放大用光纤中将稀土类添加分布较多地掺杂到光纤芯的边缘那样的构造。此外，为了动态地控制模式间增益差，提出了在向放大用光纤入射的激发光的传播模式中使用高次模式的手法。作为使激发光的模式从基模向高次模式变换的手法，提出了在将激发光向光放大用光纤入射时轴偏离激励的方法（例如非专利文献1）、或通过使用相位滤波器使激发光向任意的模式变换并向光放大用光纤入射来进行每个传播模式的增益调整的方法（例如非专利文献2）。现有技术文献非专利文献非专利文献1：Y.Yungetal.“Firstdemonstrationofmultimodeamplifierforspatialdivisionmultiplexedtransmissionsystems”ECOC2011paperTh.13.K.4；非专利文献2：Y.Jungetal.“Few-modeEDFASupporting5SpatialModeswithReconfigurableDifferentialModalGainControl”ECOC2011paperWe.4.A.2；非专利文献3：須藤著「エルビウム添加光ファイバ増幅器」、第２部２章１節、オプトロニクス社；非专利文献4：鈴木他、「光増幅器を用いたＰＯＮシステムの伝送距離拡大法利得クランプＰＤＦＡを用いた１．３μｍ帯バースト光増幅器の検討」、信学技報，vol.104,no.721,cs2004-252.2005；非专利文献5：K.Shibaharaetal.“DenseSDM（12-Core×3-Mode）TransmissionOver527kmWith33.2-nsMode-DispersionEmployingLow-ComplexityParallelMIMOFrequency-DomainEqualization,”J.Lightw.Technol.,vol.34,no.1（2016）。发明内容发明要解决的课题目的在于，在动态地控制模式间增益差时不需要入射的激发光的模式比率的微细的控制。用于解决课题的方案本公开的光放大器具备：光谐振器，具有能够对包括1个以上的传播模式的信号光进行放大的放大用光纤，使由所述放大用光纤放大后的信号光所包括的至少1个传播模式谐振；激发光源，输出对所述放大用光纤进行激发的激发光；以及合波器，将所述信号光和所述激发光合波，所述光谐振器具有增益钳制设定部，所述增益钳制设定部对在所述光谐振器内谐振的多个传播模式之中的至少1个所述传播模式设定增益钳制。所述增益钳制设定部也可以具备：模式选择器，从在所述光谐振器中谐振的所述传播模式之中选择性地传播设定所述增益钳制的所述传播模式；以及光衰减器，使由所述模式选择器选择出的所述传播模式的光强度衰减。在此，所述模式选择器是单模光纤也可。所述增益钳制设定部也可以具备：模式分波器，将在所述光谐振器中谐振的所述传播模式按每个模式分离；光衰减器，能够调整由所述模式分波器模式分波出的各端口的光强度；以及模式合波器，将通过所述光衰减器后的各光合波。在本公开中，所述光谐振器也可以具备：光源，生成与信号光不同的波长的光；以及光耦合器，用于将来自所述光源的光在所述光谐振器中合波。在此，在本公开中，所述增益钳制设定部具有模式变换器，所述模式变换器将来自所述光源的光变换为设定所述增益钳制的所述传播模式，所述模式变换器被设置在所述光源与所述光耦合器之间也可。在本公开中，所述光谐振器还可以具备：多个光源，生成与所述信号光不同的波长的光；以及光耦合器，用于将来自所述多个光源的光在所述光谐振器中合波，所述增益钳制设定部具备：模式变换器，被插入在所述多个光源的至少任一个与所述光耦合器之间，将来自所述多个光源的光变换为设定增益钳制的传播模式；以及光衰减器，被插入到所述光谐振器内，使由所述模式变换器变换后的至少1个传播模式的光强度衰减。所述光谐振器是所述信号光所包括的各所述传播模式能够在光传播路径上旋转的环形谐振器也可。再有，上述各公开能够尽可能地组合。发明效果根据本公开，能够在不进行入射的激发光的模式比率的微细的控制的情况下实现多模式光放大器中的模式间增益差的控制。附图说明图1是公开的具有环形谐振器的多模式光放大器的概略图。图2是在光谐振器内具有单模光纤的第1实施方式的光放大器的概略图。图3是激发强度与增益和DMG的关系的一个例子。图4是在光谐振器内具有模式合分波器和光衰减器的第2实施方式的光放大器的概略图。图5是在光谐振器内具有模式选择器的第3实施方式的光放大器的概略图。图6是具有使用了外部光源的环形谐振器的第4实施方式的光放大器的概略图。图7是具有使用了外部光源和模式变换器的环形谐振器的第5实施方式的光放大器的概略图。图8是示出第5实施方式的光放大器的另一方式的概略图。具体实施方式以下，一边参照附图一边对本公开的实施方式详细地进行说明。再有，本公开不限定于以下所示的实施方式。这些实施方式只不过是例示，本公开能够以基于本领域技术人员的知识而施行各种变更、改良后的方式进行实施。再有，在本说明书和附图中，附图标记相同的结构要素示出彼此相同的结构要素。在本公开中，为了控制模式间增益差，示出使用增益的钳制的方法来作为新的手法。该手法在光谐振器之中设置放大用光纤11而使任意的波长激光振荡。当在期望的谐振波长处为激光阈值以上时，不管激发强度而增益与光谐振器内的损失均衡。此时，放大用光纤11的反转分布状态被锁定，增益为固定，因此，该现象被称为增益钳制（clamp）。这是由于以下情况而产生的：在放大器中由于激发强度的增大而反转分布变大，利用谐振光的受激辐射（stimulatedemission）而使反转分布变小直到增益与损失相同。作为单模下的钳制型光放大器的结构例，存在非专利文献3、非专利文献4等的报告。关于光放大器中的增益钳制，已知有非专利文献3所示那样的利用从放大用光纤11产生的自发辐射光（spontaneousemissionlight）的自激式、或者非专利文献4所示那样的从外部光源供给光的外部供给型。在这些方法中，除了将激发光和信号光合波的光耦合器以外，还需要用于将任意的波长区域合分波的光耦合器或用于使振荡阈值发生变化的光衰减器等。至今为止的讨论全部是单模光纤下的讨论，被谐振的波长为1个波长，并且谐振模式仅是作为基模的LP01模式。然而，在多模式光放大器中，不仅LP01模式被传播、放大，而且进而高次模式被传播、放大。因此，预想：即使在光放大器内发生根据谐振模式的反转分布状态的锁定，与在谐振模式以外的模式下被锁定的反转分布状态的重叠的大小也不同，因此，钳制的做法也不同。据此，在本公开中，通过任意地设定增益钳制的模式来控制每个模式的增益和模式间增益差。图1是公开的光放大器100的方式的概略图。图1是包括用于生成被钳制的增益的光谐振器的、多模式光放大器100。光谐振器具备：放大用光纤11、带通滤波器12、用于对光谐振器的振荡阈值进行调整的光衰减器13、以及用于使钳制光谐振的光耦合器14A、14B。放大用光纤11被由激发光源15生成的激发光激发。信号光的频带例如是1530~1565nm的C带或1565~1620nm的L带。此外，关于激发光，在放大用光纤11为添加了铒的光纤时优选980nm带或1480nm带。光耦合器16作为用于将信号光LS和激发光LE合波的合波器发挥作用。本实施方式使用了自激式，在所述自激式中，作为光谐振器而使用环形谐振器，使用处于放大用光纤11前后的光耦合器14A、14B来取出从放大用光纤11辐射的自发辐射光的一部分并使其谐振。此外，关于光谐振器，即使不是环形谐振器，也只要是例如光纤光栅（fibergrating）型等能够在光放大器内形成光谐振器的结构即可。取出的自发辐射光的频带为了也不会对信号光LS造成影响而优选使用用作信号光LS的频带外。在图1的结构中，1个以上的模式能进行振荡，因此，不能控制钳制光的传播模式。因此，本实施方式的光放大器在环形谐振器内具备用于对钳制光的传播模式进行控制的增益钳制设定部。增益钳制设定部具有对在光谐振器中谐振的至少1个传播模式设定增益钳制的功能。（第1实施方式）在图2中示出在光谐振器内对LP01模式进行钳制的结构例。本实施方式的光放大器101具备：具有增益钳制设定部20的光谐振器17、激发光源15和光耦合器16。本实施方式的增益钳制设定部20对在光谐振器17内谐振的至少1个传播模式设定增益钳制。增益钳制设定部20具备高次模式滤波器21和光衰减器13。高次模式滤波器21截断（cutoff）高次模式的自发辐射光。关于高次模式滤波器21，例如能够例示单模光纤或单模器件等仅传播单模的光部件、光隔离器。在本实施方式中，高次模式的自发辐射光被高次模式滤波器21截断，因此，仅LP01模式被谐振。也就是说，被增益钳制的LP01模式的增益为固定，但是，高次的模式被钳制的程度不同，因此，通过调整激发强度或光谐振器内的光衰减器13，从而能够对谐振模式以外的模式控制增益。针对谐振模式以外的传播模式的增益控制的幅度根据放大用光纤11中的反转分布状态而不同。示出使用能够传播2个LP模式的图2的系统来在实验上进行工作的确认后的例子。在此，放大用光纤11使用在芯中呈台阶形状地添加铒后的EDF，激发光LE在LP01模式下为波长1480nm，在环形内谐振的波长为1570nm，被放大的信号光LS的波长为1530nm。此外，在图3中示出LP01模式、LP11模式的增益和DMG与激发强度的关系。从结果能够确认：相对于激发强度，LP01模式的增益大体上固定，相对于此，LP11模式的增益增加了3.5dB左右。据此，已知：当在环形谐振器内使LP01模式谐振时，LP01模式的增益谱被钳制，但是，LP11模式与LP01模式相比较钳制的程度较弱，能够根据激发强度控制增益值。（第2实施方式）在第1实施方式中示出了对LP01模式进行增益钳制的实施方式，但是，在第2实施方式的光放大器102中示出了增益钳制设定部20不仅对基模进行增益钳制还对高次模式进行增益钳制的例子。在图4中示出用于按每个传播模式控制光谐振器17内的损失的系统。在光谐振器内具有模式分波器22、在各分波后的端口处的光衰减器13、模式合波器23。模式分波器22将在光谐振器中谐振的传播模式按每个模式分离。具体而言，模式分波器22将入射的光分离为LP01模式、LP11a模式、LP11b模式。光衰减器13具备对由模式分波器22模式分波出的LP01模式的光强度进行调整的光衰减器13a、对LP11a模式的光强度进行调整的光衰减器13b、以及对LP11b模式的光强度进行调整的光衰减器13c。此外，通过各光衰减器13a、13b、13c后的光通过各带通滤波器18a、18b、18c，入射到模式合波器23。模式合波器23将通过带通滤波器18a、18b、18c后的各光合波。像这样，本实施方式能够通过在模式分波后对想要衰减的传播模式提供损失来按每个模式调整光谐振器内的损失。再有，在本实施方式中，关于光谐振器17，使用逆时针地传播光的环形谐振器来进行了说明，但是，也可以使用顺时钟地传播光的环形谐振器。在该情况下，为模式分波器22和模式合波器23的配置相反而光从光耦合器14B向增益钳制设定部20入射的结构。（第3实施方式）在第3实施方式的光放大器103中，如图5所示那样，在光谐振器17内插入了能够仅选择性地传播特定的模式的模式选择器24。利用该结构，能够对特定的模式进行钳制。例如通过使用在非专利文献5中使用那样的空间光学元件来实现这样的模式选择器24。例如，在2个LP模式光放大器中使LP11模式谐振，由此，能够与在图3中LP01模式被增益钳制的例子同样地调整模式间增益差。（第4实施方式）也可以为使用了外部光源（光源）的光谐振器而不是在前述的第1实施方式~第3实施方式中使在放大用光纤11中产生的自发辐射光谐振的自激式。在图6中示出第4实施方式的光放大器104。能够通过在光谐振器17内使从外部光源（光源）25产生的光耦合来钳制特定的模式。外部光源25生成与信号光LS不同的波长。光耦合器14A、14B使不是信号光波长带的光在谐振器内耦合，因此，外部光源25优选与信号光的波长频带不同的波长区域。此外，在光谐振器中谐振的传播模式能够通过设置第1实施方式~第3实施方式的任意的增益钳制设定部20来实现。虽然在图6中未图示，但是，在本实施方式中，也可以在光谐振器17内配置带通滤波器12。（第5实施方式）在使用了外部光源25的光谐振器的情况下，使任意的模式谐振，因此，在第5实施方式的光放大器105中，如图7所示那样，在外部光源25的后级设置有模式变换器27。即，在本实施方式的光谐振器17中配置的增益钳制设定部20具备模式变换器27和光衰减器13。模式变换器27将来自外部光源25的光变换为所设定的传播模式。由此，能够控制期望的模式的增益值。模式变换器27被插入到外部光源25与光耦合器26之间的光路是优选的。为了使复数n（n为2以上的正数）个传播模式在谐振器内谐振，能够通过设置多个外部光源25＃n和模式变换器27＃n来实现。在该情况下，光衰减器13使由模式变换器27模式变换且在光谐振器内耦合后的光的至少任一个的光强度衰减。但是，光衰减器13衰减的传播模式不限定于1个。例如，通过设定光衰减器13的衰减特性来进行多个模式间增益差的控制也可。此外，虽然在图7中未图示，但是，在本实施方式中，也可以在光谐振器内配置带通滤波器12。在本实施方式的光放大器106中光谐振器17的增益钳制设定部20中，也可以如图8所示那样具备在第2实施方式中说明那样的结构，所述结构具有按每个传播模式控制光谐振器17内的损失的模式分波器22、光衰减器13、模式合波器23。在该情况下，在模式分波器22分离的传播模式中包括由模式变换器27模式变换后的传播模式。以上，说明了本发明的优选的实施方式，但是，本发明不限定于这些实施方式及其变形例。能够在不偏离本发明的主旨的范围内进行结构的附加、省略、置换和其他的变更。此外，本发明不被前述的说明限定，仅被所附的权利要求书限定。产业上的可利用性根据本公开的光放大器，能够在使用了多个模式的传输中实现每个传播模式的增益调整和传输距离的延长化。附图标记的说明11：放大用光纤12：带通滤波器13：光衰减器14A、14B、16、26：光耦合器15：激发光源17：光谐振器20：增益钳制设定部21：高次模式滤波器22：模式分波器23：模式合波器24：模式选择器25：外部光源（光源）27：模式变换器101、102、103、104、105、106：光放大器。

权利要求：1.一种光放大器，其中，具备：光谐振器，具有能够对包括1个以上的传播模式的信号光进行放大的放大用光纤，使由所述放大用光纤放大后的信号光所包括的至少1个传播模式谐振；激发光源，输出对所述放大用光纤进行激发的激发光；以及合波器，将所述信号光和所述激发光合波，所述光谐振器具有增益钳制设定部，所述增益钳制设定部对在所述光谐振器内谐振的多个传播模式之中的至少1个所述传播模式设定增益钳制。2.根据权利要求1所述的光放大器，其中，所述增益钳制设定部具备：模式选择器，从在所述光谐振器中谐振的所述多个传播模式之中选择性地传播设定所述增益钳制的所述传播模式；以及光衰减器，使由所述模式选择器选择出的所述传播模式的光强度衰减。3.根据权利要求2所述的光放大器，其中，所述模式选择器是单模光纤。4.根据权利要求1所述的光放大器，其中，所述增益钳制设定部具备：模式分波器，将在所述光谐振器中谐振的所述传播模式按每个模式分离；光衰减器，能够调整由所述模式分波器模式分波出的各端口的光强度；以及模式合波器，将通过所述光衰减器后的各光合波。5.根据权利要求1至权利要求4的任一项所述的光放大器，其中，所述光谐振器具备：光源，生成与信号光不同的波长的光；以及光耦合器，用于将来自所述光源的光在所述光谐振器中合波。6.根据权利要求5所述的光放大器，其中，所述增益钳制设定部具有模式变换器，所述模式变换器将来自所述光源的光变换为设定所述增益钳制的所述传播模式，所述模式变换器被设置在所述光源与所述光耦合器之间。7.根据权利要求1所述的光放大器，其中，在所述光谐振器的内部还具备：多个光源，生成与所述信号光不同的波长的光；以及光耦合器，用于将来自所述多个光源的光在所述光谐振器中合波，所述增益钳制设定部具备：模式变换器，被插入在所述多个光源的至少任一个与所述光耦合器之间，将来自所述多个光源的光变换为设定增益钳制的传播模式；以及光衰减器，被插入到所述光谐振器内，使由所述模式变换器变换后的至少1个传播模式的光强度衰减。8.根据权利要求1至权利要求7的任一项所述的光放大器，其中，所述光谐振器是所述信号光所包括的各所述传播模式能够在光传播路径上旋转的环形谐振器。

百度查询： 日本电信电话株式会社 光放大器

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