CN100504466C - 光放大用光纤,光纤放大器和光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光放大用光纤，可以将信号光波长带的吸收系数保持为较大值，同时降低噪声指数。本发明的光放大用光纤(11、12、13)具有由位于中心，被均匀添加了稀土类元素(例如，铒或者其它稀土类元素)的芯子(稀土类元素的添加密度一样的芯子)，包围该芯子的第一包层，包围该第一包层的第二包层构成W-seg型的折射率分布。

Description

光放大用光纤，光纤放大器和光通信系统

技术领域

本发明涉及主要应用于光通信系统的光放大器，具体涉及应用于光放大器的光放大用光纤，利用了该光放大用光纤的光纤放大器和光通信系统。

背景技术

在近年的光通信系统领域，通信系统的大容量化所必需的WDM(Wavelength Division Multiplexing)传输，以及以构筑利用了该WDM传输的光通信网为目标的研究开发被推进。

在石英系列光纤的芯子中添加了稀土类元素铒(Er：Erbium)的铒掺杂光纤(EDF：Erbium-Doped Fiber)在与石英系列光纤的最低损失波长带相同的1.55μm波长带中具有放大频带，而且，因为可以具有与传输光纤基本相同的材料和相同的结构，所以在与传输光纤的连接中，可以实现低连接损失。因此，EDF作为光放大用光纤被广泛应用。

进而，利用了该EDF的铒掺杂光纤放大器(EDFA：EDF Amplifier)是可以原样将高激励光密度的激励光和信号光交迭(overlap)地在长距离维持的高效率、高增益的进行波形放大器，作为WDM传输系统的关键的装置，担负重大的作用。

近年来，通过WDM传输技术的确立，WDM传输方式对海底光缆、光加入者等长距离、大容量光通信系统的导入变得活跃，其传输容量日益增大。在这样的WDM传输中，报告了传输速度超过兆兆位的实验结果。在这种长距离、高速度、大容量通信网络中应用EDFA等光放大用光纤时，需要高质量的光放大用光纤。

作为表示与光放大用光纤的光放大有关的品质的重要参数有噪声特性。根据噪声指数(NF：Noise Figure)评价该噪声特性。

作为减少NF的方法，如专利文献1记载的那样，有增大激励光波长带的吸收系数αp与信号光波长带的吸收系数αs的比率αp/αs的方法。该方法通过增大αp/αs，使反转分布率增加，从而谋求降低NF。

这里，作为一般的光放大用光纤的折射率分布，举出图3、图4所示的阶跃折射率(step index)型。而且，与添加稀土类元素的区域有关，已知有图3所示，在芯子1整体内添加稀土类元素的阶跃折射率型结构(以后称为阶跃折射率型)，以及图4所示的仅在芯子1的中心部(稀土类元素添加区域5)中添加稀土类元素的中心掺杂型(以后称为中心掺杂型)。而且，图3、图4中的斜线部表示稀土类元素添加区域。而且，图3、图4和以下说明的图5中，省略包层4(在图5中特别称为第三包层4)的外周部的记载。在专利文献1记载的方法中，主要使用中心掺杂型。

〔专利文献1〕特开2002-151772号公报

但是，在上述现有技术中，存在以下的问题。

在上述专利文献1公开的方法中，为了增大αp/αs值，在中心掺杂型中，需要缩窄稀土类添加区域。

但是，如果缩窄稀土类添加区域，则光放大用光纤的吸收系数(单位长度的吸收系数)变小，所以产生使用的光放大用光纤的长度必须变长的问题。

进而，在中心掺杂型中，难以进行芯子中稀土类添加部和无添加部的折射率的调整，产生难以制造的问题。

发明内容

本发明的课题是将光放大用光纤的信号光波长带的吸收系数保持为较大值，同时实现NF的降低。

为了解决上述的课题，技术方案1中记载的发明是一种光放大用光纤，其形成以下结构：芯子，添加至少一种稀土类元素；第一包层，包围所述芯子，具有比该芯子的折射率小的折射率；第二包层，包围所述第一包层，具有比该第一包层的折射率大、并且比所述芯子的折射率小的折射率；以及第三包层，包围所述第二包层，具有比该第二包层的折射率小的折射率。在将激励光波长带的吸收系数设为αp，将信号光波长带的吸收系数设为αs时，则这两个吸收系数αp、αs满足以下条件式：

αs≥2

αp/αs≥-0.0697×αs+1.30。

而且，图5中的斜线部分表示稀土类元素添加区域。

进而，如技术方案2中记载的发明那样，在技术方案1中记载的发明中，在所述芯子中，作为所述稀土类元素，最好至少添加铒(Erbium)。

进而，如技术方案3中记载的发明那样，在技术方案1或2记载的发明中，最好所述芯子的直径(例如图5所示的芯子直径a3)和所述第一包层的直径(例如图5所示的第一包层直径b)的比率大于或等于0.5。

进而，如技术方案4中记载的发明那样，在技术方案1至3记载的任意一个发明中，最好所述芯子的直径与所述第二包层的直径(例如图5所示的第二包层直径c)的比率大于或等于0.2。

进而，如技术方案5中记载的发明那样，在技术方案1至4记载的任意一个发明中，最好在将激励光波长带的吸收系数设为αp(例如，波长980nm的吸收系数α₉₈₀)，将信号光波长带的吸收系数设为αs(例如，波长1530nm的吸收系数α₁₅₃₀)时，这两个吸收系数αp、αs满足以下条件式：

αs≥2

αp/αs≥-0.0697×αs+1.30

这里，例如α₁₅₃₀在实际测量时，相对于1530nm附近的吸收系数α的值为峰值的波长的该吸收系数α的实际的值。以下，在本说明书中，以此为准。

进而，技术方案6中记载的发明那样，在技术方案1至5记载的任意一个发明中，光纤截止波长λc小于或等于1100nm。

进而，为了解决上述课题，技术方案7中记载的发明的特征是：在将激励光波长带的吸收系数设为αp(例如，波长980nm中的吸收系数α₉₈₀)，将信号光波长带的吸收系数设为αs(例如，波长1530nm中的吸收系数α₁₅₃₀)时，这两个吸收系数αp、αs满足以下条件式：

αs≥2

αp/αs≥-0.0697×αs+1.30

并且，光纤截止波长λc小于或等于1100nm。

进而，为了解决上述课题，技术方案8中记载的发明的特征是：将技术方案1至7的任意一项所述的光放大用光纤作为光放大介质使用。

进而，为了解决上述课题，技术方案9中记载的发明的特征是包括：输出信号光的发送器(例如图2所示的发送器21a)；传输所述被输出的信号光的光纤(例如图2所示的光纤传输路径22)；以及对所述被传输的信号光进???行放大的如技术方案8所述的光纤放大器(例如图2所示的光纤放大器10)。

按照本发明，可以使反转分布率增加而不伴随激励光波长带中的吸收系数的大幅度降低，由此，NF的大幅度降低成为可能。

即，即使对在应用于以往使用的阶跃折射率型，或者中心掺杂型的情况的稀土类元素添加浓度和截止波长进行应用，激励光波长带(例如将980nm附近设为峰值的波长频带)的吸收系数αp和信号光波长带(例如将1530nm附近设为峰值的波长频带)的吸收系数αs的比率αp/αs可能变大，随之NF可能降低，所以，作为结果，可以实现大幅度改善噪音特性的光放大用光纤。

而且，因为可以增大αp/αs而不使信号光波长带的吸收系数αs降低，所以即使在利用了以往的阶跃折射率型或者中心掺杂型的情况下，也可以缩短光放大用光纤的长度，从而可以实现光纤放大器的成本降低和小型化。

而且，因为在芯子中均匀地添加稀土类元素，所以不需要使稀土类添加区域和非添加区域的折射率匹配，容易制造。

而且，在应用了大幅度改善NF的本发明的光放大用光纤的光通信系统中，可以减少接收端的错误，实现高质量的信号光的长距离传输。

附图说明

图1是本实施方式的光纤放大器的结构图。

图2是表示具有图1所示的光纤放大器的光通信系统的结构的图。

图3是示意地表示阶跃折射率型的光放大用光纤的图。图3(a)表示折射率分布，图3(b)表示横截面图。

图4是示意地表示中心掺杂型的光放大用光纤的图。图4(a)表示折射率分布，图4(b)表示横截面图。

图5是示意地表示W-seg型光放大用光纤的图。图5(a)表示折射率分布，图5(b)表示横截面图。

图6是表示阶跃折射率型和中心掺杂型的α₉₈₀/α₁₅₃₀的截止波长λc依存性的曲线图。

图7是表示W-seg型中的α₉₈₀/α₁₅₃₀的Δb(＝Δ2/Δ1)，Δc(＝Δ3/Δ1)产生的截止波长λc依存性的曲线图。

图8是表示W-seg型中的Ra(＝a/b)产生的α₉₈₀/α₁₅₃₀的截止波长λc依存性的曲线图。

图9是表示W-seg型中的α₉₈₀/α₁₅₃₀的Ra(＝a/b)依存性的曲线图。

图10是表示W-seg型中的Rc(＝a/c)产生的α₉₈₀/α₁₅₃₀的截止波长λc依存性的曲线图。

图11是表示W-seg型中的α₉₈₀/α₁₅₃₀的Rc(＝a/c)依存性的曲线图。

图12是阶跃折射率型、中心掺杂型、W-seg型的光放大用光纤中的吸收系数α₁₅₃₀和α₉₈₀/α₁₅₃₀的变动的曲线图。

具体实施方式

对应用了本发明的光放大用光纤11、12、13进行说明。光放大用光纤11、12、13被设置在如图1所示的光纤放大器10中，该光纤放大器10被设置在图2所示的光通信系统20中。

光纤放大器10用于将输入的信号光放大后输出，如图1所示，具有：输入信号光的输入端16a，输出光放大后的信号光的输出端16b，用于将信号光的前进方向调齐的光隔离器17a、17b，提供激励光的激励光源19a、19b，用于将激励光源19a、19b提供的激励光合波在信号光上的WDM耦合器18a、18b，以及光放大用光纤11(或者光纤12、13)。而且，光通信系统20用于长距离传输信号光，如图2所示，光通信系统20包括：发送信号光的发送器21a，接收传输后的信号光的接收器21b，传输信号光的光纤传输路径22，以及用于对传输中的信号光进行光放大的光纤放大器10。

以下，首先说明基于数值模拟的光放大用光纤11、12、13的折射率分布的特定，接着，说明对基于该折射率分布而制作的光放大用光纤11、12、13的性能评价。

(基于数值模拟的光放大用光纤的折射率分布的特定)

对于光放大用光纤11、12、13的折射率分布，根据以下说明的数值模拟1～6的结果而被特定。

首先，为了对光放大用光纤11的折射率分布进行特定，由下述算式1求出吸收系数α(λ)。

〔算式1〕

$\text{\α}\left(\mathrm{\λ}\right)={\mathrm{\ρ}}_0{\mathrm{\σ}}_a\left(\mathrm{\λ}\right)\frac{2}{\mathrm{\ω}}\∫\frac{\mathrm{\ρ}\left(r\right)}{{\mathrm{\ρ}}_0}\mathrm{\ψ}\left(r\right)\mathrm{rdr}$

这里，ρ₀是Er密度，ρ(r)是稀土类元素密度分布，σ_a(λ)是吸收断面积，ω是模式功率(mode power)半径，ψ(r)是模式分布。而且，稀土类元素密度分布假定为在芯子内被均匀添加，将模式分布用高斯分布来近似，则上式可以简化为以下那样。

〔算式2〕

$\mathrm{\α}\left(\mathrm{\λ}\right)={\mathrm{\ρ}}_0{\mathrm{\σ}}_a\left(\mathrm{\λ}\right)[1-\exp (-\frac{a^2}{{\mathrm{\ω}}^2})]$

a是图3～图5所示的各芯子直径(芯子的直径，以下相同)a1～a3中的任意一个值(以下，将芯子直径a1～a3统称为芯子直径a)。这里，在图3中，对表示以往的阶跃折射率型的模式图进行了显示，在图4中，对表示以往的中心掺杂型的模式图进行显示。在图5中，对被用于光放大用光纤11、12、13的W-seg型的折射率分布的模式图进行显示。以后，将具有W-seg型的折射率分布的光放大用光纤称为W-seg型。

这里，将被添加的稀土类元素设为Er，根据折射率分布，通过实际的数值运算求出模式功率半径ω，将该模式功率半径ω应用于算式2，算出λ＝980nm、1530nm的各吸收系数α₉₈₀、α₁₅₃₀。以下将激励光波长设为980nm、将信号光波长设为1530nm。作为EDF的激励光波长带，一般使用980nm频带、1480nm频带，但是已知噪音特性对激励光波长带依存较大的980nm频带激励为低噪音。因此，在数值模拟1～6中，将激励光波长设为980nm。

数值模拟1：

首先，对于以往的阶跃折射率型(参照图3)、中心掺杂型(参照图4)的光放大用光纤，使芯子直径a变化，对激励光波长带中的吸收系数α₉₈₀和信号光波长带中的吸收系数α₁₅₃₀的比率α₉₈₀/α₁₅₃₀的截止波长λc依存性进行数值模拟。这时，将添加的稀土类元素设为Er，将Er添加浓度设为1000ppm。而且，将芯子直径a相对于包层的相对折射率差Δ1设为1.0％，中心掺杂型中的Er添加区域直径d和芯子直径a的比率d/a设为0.2、0.4、0.6、0.8四个水平。而且，设包层实际上由SiO₂构成。这里，所谓实际上由SiO₂构成的意思是不包含F和Ge等使折射率较大变化的掺杂剂。(这里，所谓截止波长λc意味着ITU-T(国际电气通信联合)G.650中定义的光纤截止波长λc。另外，对于以下记载的用语，也按照ITU-T G.650中的定义、测试方法)。图6表示数值模拟1产生的结果。

这里，该数值模拟1中使用的稀土类元素添加区域直径d和芯子直径a在实际的测量中，相对于在图3中为相对折射率差Δ1的1/2的折射率的位置上的直径。

进而相对折射率差Δ1通过下述算式3定义。

〔算式3〕

Δ1＝{(n_c1-n_c)/n_c1}·100

这里，n_c1是芯子的最大折射率，n_c是包层的折射率。

根据图6所示的结果，可知与阶跃折射率型相比，中心掺杂型的α₉₈₀/α₁₅₃₀大。而且，d/a小，即，可知Er添加区域相对狭窄的一方，得到更大的α₉₈₀/α₁₅₃₀。进而，在截止波长λc位于短波长侧时，α₉₈₀/α₁₅₃₀变大，特别是在截止波长λc小于或等于1100nm时，可知α₉₈₀/α₁₅₃₀急剧变大。

数值模拟2：

接着，通过模拟来研究图5所示的W-seg型的α₉₈₀/α₁₅₃₀值的截止波长λc依存性。

首先，将芯子直径a和第一包层b的比率Ra(＝a/b)，以及芯子直径a和第二包层直径c的比率Rc(＝a/c)一起设为一定(Ra＝0.80，Rc＝0.48)，使芯子相对于第三包层的相对折射率差Δ1和第一包层相对于第三包层的相对折射率差Δ2的比率Δb(＝Δ2/Δ1)，以及芯子相对于第三包层的相对折射率差Δ1和第二包层相对于第三包层的相对折射率差Δ3的比率Δc(＝Δ3/Δ1)变化，研究α₉₈₀/α₁₅₃₀和截止波长λc的关系。

这时，芯子相对于第三包层的相对折射率差Δ1设定为1.0％，进而，设定将Er添加浓度作为1000pm在芯子内均匀添加。而且，设第三包层实质上由SiO₂构成。

这里相对折射率差Δ1、相对折射率差Δ3在实际测量时，相对于最大相对折射率差，相对折射率差Δ2在实际测量时，相当于最小相对折射率差。

而且，在图5所示的W-seg型的折射率分布中，在实际测量时，芯子直径a相当于在芯子和第一包层的边界中，连接成为Δ1的1/2的折射率的位置的线的长度，第一包层直径b相当于在第一包层和第二包层的边界中，连接成为Δ2的1/2的折射率的位置的线的长度，第二包层直径c相当于在第二包层和第三包层的边界中，连接成为Δ3的1/10的折射率的位置的线的长度。

各相对折射率差Δ2、Δ3通过下述算式4、5被定义。Δ1根据前述的算式3定义。但是，这时n_c是第三包层的折射率。

〔算式4〕

Δ2＝{(n_c2-n_c)/n_c2}·100

〔算式5〕

Δ3＝{(n_c3-n_c)/n_c3}·100

这里n_c2是第一包层的最小折射率，n_c3是第二包层的最大折射率，n_c是第三包层的折射率。

将各相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3产生的α₉₈₀/α₁₅₃₀的截止波长λc依存性作为数值模拟2的结果显示在图7上。

根据图7所示的结果，可读取在与图6所示的结果相同，截止波长λc位于短波长侧时，α₉₈₀/α₁₅₃₀变大，特别是在截止波长λc小于或等于1100nm时，α₉₈₀/α₁₅₃₀急剧变大。这里，为了增大α₉₈₀/α₁₅₃₀，将截止波长λc设计在短波长侧比较有效。

但是，如果截止波长λc被设定为极度靠近短波长侧，则因为芯子的实际折射率变小，所以不能将光封闭在芯子内，存在不能作为光纤工作的问题。因此，通过将截止波长λc设定在短波长侧来放大α₉₈₀/α₁₅₃₀存在限度。

另一方面，Δc越大α₉₈₀/α₁₅₃₀也越大，与改变Δb相比，改变Δc可以读取α₉₈₀/α₁₅₃₀较大变化。这样，在W-seg型的折射率分布中，可以调整各相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3，因此，如果适当地调整各相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3(例如，将Δc调整为大于或等于0.36)，则即使为同样的截止波长λc，与中心掺杂型相比，读取α₉₈₀/α₁₅₃₀可以增大的情况。

数值模拟3：

接着，对与图5所示的W-seg型中的芯子直径a和第一包层直径b的比率Ra(＝a/b)，以及芯子直径2和第二包层直径c的比率Rc(＝a/c)对应的α₉₈₀/α₁₅₃₀的变化进行数值模拟。

首先，将各相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3和Rc设为一定值(Δb＝0.4，Δc＝0.36，Δ1＝1，Δ2＝-0.4，Δ3＝0.36，Rc＝0.36)，研究了Ra产生的α₉₈₀/α₁₅₃₀的变化。这时，将Er添加浓度作为1000ppm在芯子内均匀添加。而且，设第三包层实际上由SiO₂构成。

在图8中，表示使Ra变化时截止波长λc和α₉₈₀/α₁₅₃₀的关系。如图8所示，即使Ra是任意值，截止波长λc在短波长侧时α₉₈₀/α₁₅₃₀变大，该截止波长依存性根据Ra的变化而较大地改变。

因此，接着，基于对应于将截止波长λc设为900nm时的Ra值的变化的α₉₈₀/α₁₅₃₀的变动，进一步进行数值模拟，将其结果显示在图9上。

这里，根据各样本，将各相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3和Rc设为一定，使Ra的值在0.4～0.9的范围内变化。而且，设Er添加浓度为1000ppm而在芯子内均匀添加。这时，相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3和Rc设定为表1所示的值。

〔表1〕

 

	Rc	Δ1	Δ2	Δ3
					Δb＝0.4Δc＝0.36	0.36	1.0	0.4	0.36
Δb＝0.6Δc＝0.24	0.33	1.0	0.6	0.24
					Δb＝0.1Δc＝0.07	0.25	1.8	0.18	0.13

根据图9所示的结果，读取Ra在0.6时α₉₈₀/α₁₅₃₀增大为峰值的情况。在以往的阶跃折射率型(图3)的情况下，截止波长λc为900nm时的α₉₈₀/α₁₅₃₀为0.87(参照图9的图中标号L1表示的虚线部)。因此，如果将Ra设定为大于或等于0.5，最好设定为大于或等于0.5并且小于或等于0.8时，可以使α₉₈₀/α₁₅₃₀成为比阶跃折射率型更大的值。

数值模拟4：

接着，将各相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3和Ra设为一定值(Δb＝0.4，Δc＝0.36，Δ1＝1，Δ2＝-0.4，Δ3＝0.36，Ra＝0.9)，模拟使Rc变化时的α₉₈₀/α₁₅₃₀的变化的样子。图10表示数值模拟4的结果，即表示使Rc变化时的截止波长λc和α₉₈₀/α₁₅₃₀的关系的曲线图。

如图10所示，即使Rc是任意值，如果截止波长λc在短波长侧，则α₉₈₀/α₁₅₃₀变大，但是如果Rc变小(即，使第二包层直径c相对于芯子a变大)，则α₉₈₀/α₁₅₃₀成为大的值。而且，如果和图6所示的中心掺杂型的情况相比较，则通过将Rc设定为适当的值(例如，使Rc成为小于0.48的值)，则可知W-seg型与中心掺杂型相比，可以使α₉₈₀/α₁₅₃₀增大。

数值模拟5：

根据数值模拟4的结果，进而对与将截止波长λc设为900nm时的Rc值的变化对应的α₉₈₀/α₁₅₃₀的变动进行数值模拟。这里，将各相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3设为一定(Δb＝0.11，Δc＝0.07，Δ1＝1.8，Δ2＝-0.2，Δ3＝0.12，Ra＝0.70)，使Rc的值在0.14～0.5的范围内变化。设Er添加浓度为1000ppm并且在芯子内均匀地添加。图11表示该数值模拟5的结果。

根据图11所示的结果，如果减小Rc则α₉₈₀/α₁₅₃₀变大，但是相反，α₁₅₃₀成为非常小的值。

在阶跃折射率型的情况下，将截止波长λc设为900nm时的吸收系数α₁₅₃₀为5～6的程度，但是如果将Rc设为小于或等于0.2，则成为该阶跃折射率型的吸收系数α₁₅₃₀(5～6的程度的值)的一半以下的值。这时，因为使用的EDF变长，所以不好。为了将EDF作为光纤放大器的放大介质而适当地使用，吸收系数α₁₅₃₀最好大于或等于2。在折射率封闭的设计中，考虑到必需考虑α₉₈₀/α₁₅₃₀和吸收系数α₁₅₃₀两方面的值，所以Rc大于或等于0.2较好，大于或等于0.3更好。

数值模拟6：

在以往的中心掺杂型的情况下，为了增大α₉₈₀/α₁₅₃₀，需要缩窄Er添加区域。但是，如果Er添加区域变窄，则信号光波长中的吸收系数α₁₅₃₀变小。

因此，接着，在W-seg型中，对α₉₈₀/α₁₅₃₀和吸收系数α₁₅₃₀的变动进行数值模拟。这时，为了比较，也对以往的中心掺杂型和阶跃折射率型的各光放大用光纤中的α₉₈₀/α₁₅₃₀和吸收系数α₁₅₃₀的变动进行数值模拟。

这里，阶跃折射率型、中心掺杂型、W-seg型的各光放大用光纤中，将截止波长λc设为共同的值900nm，将Er添加浓度也设为共同的值1000ppm。而且，芯子的相对折射率差Δ1在这三个光放大用光纤中也设为共同的值(Δ1＝1.0)。而且，在中心掺杂型的情况下，将Er添加区域设为0.2、0.4、0.6、0.8四个水平。而且，在W-seg型的情况下，将Δb设定在0.2～0.6、将Δc设定在0.12～0.48，将Ra设定在0.6～0.9，将Rc设定在0.35～0.54的各范围内。而且，设包层和第三包层实际是由SiO₂构成。

因此，根据数值模拟6的结果，在图12中表示对各折射率分布的各参数值(Δb、Δc、Ra、Rc)中的各吸收系数α₁₅₃₀，以及这时的α₉₈₀/α₁₅₃₀分别进行绘图的曲线图。

根据图12所示的结果，读取在上述各参数的范围内，在W-seg型的情况下，对于相同吸收系数α₁₅₃₀的α₉₈₀/α₁₅₃₀比阶跃折射率型、以及中心掺杂型的情况下大的状态。

而且，在中心掺杂型的情况下，求出α₉₈₀/α₁₅₃₀和α₁₅₃₀的关系式为；α₉₈₀/α₁₅₃₀＝-0.0697×α₁₅₃₀+1.25(图12的图中标号L2所示的虚线部)。因此，α₉₈₀/α₁₅₃₀和α₁₅₃₀最好满足α₉₈₀/α₁₅₃₀>-0.0697×α₁₅₃₀+1.30并且α₁₅₃₀≥²。

〔利用了光放大用光纤11、12、13的实际测量结果〕

接着，通过实际测量，用W-seg型的光放大用光纤11、12、13来验证上述数值模拟1～6的结果。在表2中表示这时的实际测量结果。这时，为了比较，还一起记载以往的对于阶跃折射率型光放大用光纤14、中心掺杂型的光放大用光纤15的实际测量结果。

实际上，具有W-seg型的折射率分布的光纤的制造，可以通过在比第三包层折射率高的芯子和第二包层中掺杂Ge等提高折射率的掺杂剂，在比第三包层的折射率低的第一包层中掺杂F等降低折射率的掺杂剂来实现。

而且，通过使掺杂Ge或者F的量变化，可以调整该折射率。一般来说，包层以及第三包层不包含Ge或者F等使折射率较大变化的掺杂剂，实际上由SiO₂构成。在本实施例中，假设包层和第三包层实际上由SiO₂构成。但是，本发明并不限于此。

〔表2〕

 

	光放大用光纤14	光放大用光纤15	光放大用光纤11	光放大用光纤12	光放大用光纤13
						光纤的构造	阶跃折射率型	中心掺杂型	W-seg型	W-seg型	W-seg型
芯子的组成	Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-GeO<sub>2</sub>-SiO<sub>2</sub>	Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-GeO<sub>2</sub>-SiO<sub>2</sub>	Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-GeO<sub>2</sub>-SiO<sub>2</sub>	Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-GeO<sub>2</sub>-SiO<sub>2</sub>	Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-GeO<sub>2</sub>-SiO<sub>2</sub>
						Δ1[％]	1.0	1.0	1.0	1.5	1.0
Δ2[％]	-	-	-0.4	-0.55	0
						Δ3[％]	-	-	0.36	0.50	0.1
a(＝Er分布直径)〔μm〕	3.40	1.36	2.40	2.30	2.70
						b〔μm〕	-	-	2.66	2.99	5.40
c〔μm〕	-	-	5.33	5.06	10.8
						d〔μm〕	-	3.40	-	-	-
Ra	-	-	0.90	0.77	0.50
						Rc	-	-	0.45	0.45	0.25
截止波长λc〔μm〕	901.5	901.5	891.2	917.3	917.2
						Er添加浓度〔m<sup>-3</sup>〕	8.90×10<sup>24</sup>	8.90×10<sup>24</sup>	8.90×10<sup>24</sup>	8.90×10<sup>24</sup>	8.90×10<sup>24</sup>
吸收系数α<sub>1530</sub>〔dB/m〕	5.725	1.116	2.372	3.088	2.601
						α<sub>980</sub>/α<sub>1530</sub>	0.867	1.184	1.215	1.246	1.515
NF〔dB〕	4.03	3.96	3.92	3.89	3.86

光放大用光纤14、15以及光放大用光纤11、12、13是各自的截止波长λc大致为900nm而制造的光纤。Er在阶跃折射率型的光放大用光纤14和W-seg型的光放大用光纤11、12、13的情况下，被添加到芯子全域。而且，光放大用光纤14、15和光放大用光纤11、12、13的各Er添加密度大致相同地均等。

而且，对光放大用光纤14、15和光放大用光纤11、12、13实际上测试了NF(噪声指数)，但是作为这时的NF测试条件，假设利用从LD(LaserDiode)输出的波长980nm的前方激励光，并且具有测试光纤长度一定的吸收长度积(1530nm中的吸收系数×长度)。

根据表2所示的结果，可知W-seg型的光纤放大器11、12、13比具有以往的折射率分布的光放大用光纤14、15的α₉₈₀/α₁₅₃₀大。进而，在W-seg型的光纤放大器11、12、13中，可以增大α₉₈₀/α₁₅₃₀而不伴随吸收系数α₁₅₃₀的降低。而且，与此对应，可以大幅度改善NF。

如以上说明的那样，在本实施方式中的光纤放大器11、12、13如图5所示，具有由均匀添加Er的芯子，包围该芯子形成的第一包层，还有包围该第一包层形成的第二包层构成的W-seg型折射率分布。因此，可以使反转分布率增加而不伴随激励光波长带中的吸收系数α₁₅₃₀的大幅度降低，由此，可以大幅度降低NF。

即，通过成为W-seg型，即使对于应用于阶跃折射率型、中心掺杂型的情况下的以往的稀土类元素添加浓度和截止波长λc，也可以增大α₉₈₀/α₁₅₃₀，随之可以减少NF，所以，作为结果可以实现大幅度改善噪声特性的EDFA。

而且，因为可以增大α₉₈₀/α₁₅₃₀而不使信号光波长带的吸收系数α₁₅₃₀的值降低，所以与以往的利用阶跃折射率型和中心掺杂型的情况相比，可以缩短EDF的长度，所以可以实现EDFA的成本降低和小型化。

而且，在光放大用光纤11、12、13那样的W-seg型的折射率分布的情况下，稀土类元素被均匀地添加到芯子中，所以不需要调整稀土类元素添加区域和非添加区域的折射率，制造变得容易。

而且，在利用了大幅度改善了NF的光放大用光纤11、12、13的光通信系统20中，接收端的错误被降低，可以长距离传输高质量的信号光。

而且，在本实施方式中的叙述，表示本发明的光放大用光纤、光纤放大器、光通信系统的一例，但并不限制于此。对应本实施方式中的光放大用光纤11、12、13，光纤放大器10，光通信系统20的细节结构以及详细的动作等，可在不超出本发明的宗旨的范围内进行适当的变化。

例如，作为稀土类添加物，虽然以Er进行了说明，但是，并不限于此，将其它的稀土类作为添加物也可以，与Er并用也可以。

Claims (8)

1、一种光放大用光纤，其特征在于，形成以下结构：

芯子，添加至少一种稀土类元素；

第一包层，包围所述芯子，具有比该芯子的折射率小的折射率；

第二包层，包围所述第一包层，具有比该第一包层的折射率大、并且比所述芯子的折射率小的折射率；以及

第三包层，包围所述第二包层，具有比该第二包层的折射率小的折射率，

在将激励光波长带的吸收系数设为αp，将信号光波长带的吸收系数设为αs时，则这两个吸收系数αp、αs满足以下条件式：

αs≥2

αp/αs≥-0.0697×αs+1.30。

2、如权利要求1所述的光放大用光纤，其特征在于：

在所述芯子中，作为所述稀土类元素，至少添加铒。

3、如权利要求1所述的光放大用光纤，其特征在于：

所述芯子的直径和所述第一包层的直径的比率大于或等于0.5。

4、如权利要求1所述的光放大用光纤，其特征在于：

所述芯子的直径与所述第二包层的直径的比率大于或等于0.2。

5、如权利要求1所述的光放大用光纤，其特征在于：

所述芯子相对于所述第三包层的相对折射率差Δ1和所述第二包层相对于所述第三包层的相对折射率差Δ3的比率Δc大于或等于0.36。

6、如权利要求1所述的光放大用光纤，其特征在于：

光纤截止波长λc小于或等于1100nm。

7、一种光纤放大器，其特征在于：该光纤放大器将权利要求1所述的光放大用光纤作为光放大介质使用。

8、一种光通信系统，其特征在于，该系统包括：

输出信号光的发送器；

传输所述被输出的信号光的光纤；以及

对所述被传输的信号光进行光放大的权利要求7所述的光纤放大器。

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