CN102144341B - 多包层光纤、光纤模块、光纤激光器及光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本发明的多包层光纤，其具备传播信号光的平均折射率为n1的纤芯和包层，该包层由形成于该纤芯的周围的平均折射率为n2的内侧包层、形成于该内侧包层的周围的平均折射率为n3的中间包层和用于将激发光封闭在中间包层的内侧的且形成于中间包层的周围的平均折射率为n4的外侧包层构成，在该多包层光纤中，所述n1至n4满足n1＞n2＞n3＞n4的关系，在所述信号光的波长下，在所述纤芯中存在两个以上轴对称模，所述两个以上轴对称模是基模和比该基模高次的轴对称模即高次模，在被以规定的弯曲直径弯曲时，所述纤芯中的所述高次模利用与所述内侧包层模之间的耦合向所述内侧包层中扩散，实质上仅所述基模在所述纤芯中传播。

Description

多包层光纤、光纤模块、光纤激光器及光纤放大器

技术领域

本发明涉及适用于大功率光的传输等的多包层光纤、以及具有该光纤的光纤模块、光纤激光器及光纤放大器。

本申请主张于2009年6月17日向日本国申请的日本特愿2009-144630号的优先权，并在这里援引其内容。

背景技术

近年来，光纤放大器和光纤激光器的高输出化的进展备受瞩目。伴随着这些高输出化的进展，对于以应用于光纤放大器或光纤激光器中的添加稀土类光纤为代表的各种光纤型部件，要求提高对大功率光的耐受性。这样，在考虑光纤到对大功率光的耐受性，减少光损伤和非线性光学效应所造成的影响是十分重要的。光损伤和非线性光学效应都是在光的功率密度(每单位导光截面积的光功率)高的情况下产生的现象。所以，为了在抑制光损伤或非线性光学效应的产生并且获得高输出光，只要降低光的功率密度即可。此外，为了不降低输出功率而降低功率密度，只要增大光所通过的截面积(导光截面积)即可。通常来说，作为导光截面积的指标，可以利用以下述式(1)定义的有效纤芯截面积(A_eff)这样的概念。

[数1]

$A_{\mathrm{eff}}=\frac{2\mathrm{\π}{\left[{\∫}_0^{\∞}{\left|E\left(r\right)\right|}^2\mathrm{rdr}\right]}^2}{{\∫}_0^{\∞}{\left|E\left(r\right)\right|}^4\mathrm{rdr}}....\left(1\right)$

式(1)中，E(r)表示光纤内的光的电场分布，r表示从光纤的轴中心算起的半径方向的距离。

根据上述观点，近年来正在积极地研究扩大有效纤芯截面积的方法。

例如，在非专利文献1中，公开有通过改变光纤的纤芯的折射率分布形状来扩大有效纤芯截面积的方法。

在非专利文献2中公开有如下的方法：即使是存在高次模的光纤，也可以通过将光纤弯曲地使用来使其在高次模中产生弯曲损耗，用有效纤芯截面积大的多模光纤在实质上实现单模传播。

在非专利文献3及4中，分别公开有利用了光子晶体光纤的扩大有效纤芯截面积的方法、通过减小相对折射率差实现扩大有效纤芯截面积的方法。根据这些方法，可以实现有效纤芯截面积的扩大。

在非专利文献5中，公开有利用了泄漏光纤的扩大有效纤芯截面积的方法。

在非专利文献6～8中，公开有在纤芯的周围仅使高次模耦合除去而在实质上实现单模传播的方法。

非专利文献1：Proc.of SPIE vol.5335，p.132-139(2004)

非专利文献2：Opt.Lett.，vol.25，p.442-444(2000)

非专利文献3：Opt.Express，14，p.2715-2720(2006)

非专利文献4：Proc.of ECOC 2008，Th.3.C.1(2008)

非专利文献5：Proc.of CLEO/QELS 2008，CPDB6(2008)

非专利文献6：Proc.of OFC/NFOEC 2008，OWU2(2008)

非专利文献7：Opt.Express，13，p.3477-3490(2005)

非专利文献8：Proc.of ECOC2008，Mo.4.B.4(2008)

但是，非专利文献1中公开的方法中，随着有效纤芯截面积的扩大，截止波长变长，从而会有在为了维持光束品质而必需的单模传播与有效纤芯截面积扩大之间存在折衷的问题。另外，在非专利文献1中公开的光纤的折射率分布中，在将光纤弯曲使用时，还会有有效纤芯截面积大幅度减小的问题(关于弯曲时的有效纤芯截面积的变化，在Opt.Express，14，p.69-81(2006)中给出详细的研究结果)。

另外，虽然在非专利文献2中公开的方法迄今为止被比较广泛地使用，但像Proc.of OFC/NFOEC 2008，OtuJ2(2008)(以下简记为非专利文献9)中记载的那样，受到被弯曲时的有效纤芯截面积缩小的影响，在有效纤芯截面积的扩大方面存在界限，无法充分地扩大有效纤芯截面积，如果考虑弯曲时，则存在纤芯的外径实质上被限制为25μm(如果换算为有效纤芯截面积则为320μm²)左右的问题。

另外，非专利文献3及4中公开的方法中，由于光纤对弯曲的耐受性弱，因此无法弯曲地使用，存在无法实现紧凑的光纤放大器或光纤激光器的问题。

非专利文献5中公开的方法在泄漏光纤对弯曲耐受性弱的方面，与非专利文献3及4中公开的方法相同，另外，由于在原理上传输损耗大，因此还有难以提高激光器的激发效率或放大器的放大效率的问题。

非专利文献6～8中公开的方法虽然可以有效地除去高次模，然而其折射率分布或结构非常复杂，而且需要非常高精度的控制，存在制造难、成本高、成品率低的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够以简单的结构实现实质上的单模传播和有效纤芯截面积的扩大的光纤。

(1)为了解决上述问题，本发明是如下的多包层光纤，其具备传播信号光的平均折射率为n1的纤芯和包层，该包层由形成于该纤芯的周围的平均折射率为n2的内侧包层、形成于该内侧包层的周围的平均折射率为n3的中间包层和用于将激发光封闭在中间包层的内侧的且形成于中间包层的周围的平均折射率为n4的外侧包层构成，在该多包层光纤中，上述n1至n4满足n1＞n2＞n3＞n4的关系；在上述信号光的波长下，在上述纤芯中存在两个以上轴对称模；上述两个以上轴对称模是基模和比该基模高次的轴对称模即高次模；在被以规定的弯曲直径弯曲时，上述纤芯中的上述高次模利用与上述内侧包层模之间的耦合向上述内侧包层中扩散，实质上仅上述基模在上述纤芯中传播。

(2)上述(1)中记载的多包层光纤也可以被以规定的弯曲直径弯曲。

(3)上述(1)或(2)中记载的多包层光纤也可以是，上述内侧包层的外径为上述纤芯的外径的2倍以上。

(4)上述(3)中记载的多包层光纤也可以是，上述内侧包层的外径为上述纤芯的外径的5倍以下，并且为130μm以下。

(5)上述(4)中记载的多包层光纤也可以是，上述纤芯的外径为25～50μm，上述纤芯与上述内侧包层之间的相对折射率差为0.05～0.13％。

(6)上述(1)或(2)中记载的多包层光纤也可以是，作为上述轴对称模，仅存在LP₀₁模及比上述LP₀₁更高次的LP₀₂模，不存在作为比上述LP₀₂模更高次的模即LP₀₃模以上的高次模。

(7)上述(6)中记载的多包层光纤也可以是，上述内侧包层的外径为上述纤芯的外径的2倍以上。

(8)上述(7)中记载的多包层光纤也可以是，上述内侧包层的外径为上述纤芯的外径的5倍以下，并且为130μm以下。

(9)上述(8)中记载的多包层光纤也可以是，上述纤芯的外径为35～50μm，上述纤芯与上述内侧包层之间的相对折射率差为0.05～0.10％。

(10)上述(8)中记载的多包层光纤也可以是，上述纤芯的外径为25～35μm，上述纤芯与上述内侧包层之间的相对折射率差为0.07～0.13％。

(11)上述(1)或(2)中记载的多包层光纤也可以是，作为上述轴对称模，存在LP₀₁模、比上述LP₀₁更高次的LP₀₂模以及比上述LP₀₂模更高次的LP₀₃模，上述LP₀₂模利用与内侧包层模之间的耦合向上述内侧包层中扩散，上述LP₀₃模因弯曲损耗而向上述内侧包层中扩散。

(12)上述(11)中记载的多包层光纤也可以是，上述内侧包层的外径是上述纤芯的外径的2倍以上。

(13)上述(12)中记载的多包层光纤也可以是，上述内侧包层的外径是上述纤芯的外径的5倍以下，并且是130μm以下。

(14)上述(13)中记载的多包层光纤也可以是，上述纤芯的外径为35～50μm，上述纤芯与上述内侧包层之间的相对折射率差为0.08～0.13％。

(15)上述(1)～(14)任意一项中记载的多包层光纤也可以是，上述规定的弯曲直径是80～200mm。

(16)上述(1)～(15)任意一项中记载的多包层光纤也可以是，在上述纤芯中添加有荧光元素。

(17)上述(16)中记载的多包层光纤也可以是，上述荧光元素是稀土类元素。

(18)本发明的光纤模块是由上述(1)～(17)任意一项中记载的多包层光纤缠绕而成的。

(19)本发明的光纤激光器或光纤放大器具有上述(1)～(17)任意一项中记载的多包层光纤或上述(18)中记载的光纤模块。

发明效果

根据本发明，可以提供一种可以用简单的结构实现实质上的单模传播和有效纤芯截面积的扩大的光纤。另外，通过使用此种光纤，可以提供光学特性良好的光纤模块、光纤激光器及光纤放大器。

附图说明

图1A是例示以往的光纤的折射率分布的图。

图1B是例示将具有图1A所示的折射率分布的光纤弯曲时的等效直线波导路的折射率分布的图。

图2A是例示本发明的多包层光纤的折射率分布的图。

图2B是例示将图2A所示的本发明的多包层光纤被弯曲时的等效直线波导路的折射率分布的图。

图3A是示意性地表示本发明的多包层光纤的一个实施方式的图。

图3B是例示本发明的多包层光纤的折射率分布曲线的图。

图4是表示具有图3B所示的折射率分布曲线的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图5是例示纤芯的外径为30μm、内侧包层的外径为90μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图6是例示纤芯的外径为30μm、内侧包层的外径为100μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图7是例示纤芯的外径为30μm、内侧包层的外径为110μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图8是例示纤芯的外径为30μm、内侧包层的外径为120μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图9是例示纤芯的外径为35μm、内侧包层的外径为80μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图10是例示纤芯的外径为35μm、内侧包层的外径为90μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图11是例示纤芯的外径为35μm、内侧包层的外径为100μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图12是例示纤芯的外径为35μm、内侧包层的外径为110μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图13是例示纤芯的外径为40μm、内侧包层的外径为90μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图14是例示纤芯的外径为40μm、内侧包层的外径为100μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图15是例示纤芯的外径为40μm、内侧包层的外径为110μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图16是例示纤芯的外径为40μm、内侧包层的外径为120μm时的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图17是例示内侧包层的外径与产生与最低次(1st)的包层模的模耦合的弯曲直径的关系的曲线的图。

图18是例示纤芯与内侧包层之间的相对折射率差为0.10％的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图19是例示纤芯与内侧包层之间的相对折射率差为0.11％的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图20是例示纤芯与内侧包层之间的相对折射率差为0.12％的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图21是例示纤芯与内侧包层之间的相对折射率差为0.13％的本发明的多包层光纤的Γ值与弯曲直径的关系的曲线的图。

图22是例示内侧包层具有折射率分布的本发明的多包层光纤的折射率分布的图。

图23是表示实施例1的实心化后的光纤的纤芯、内侧包层及中间包层的折射率分布的图。

具体实施方式

下面，对本发明进行详细说明。

<多包层光纤>

图3A是示意性地表示本发明的多包层光纤1(以下有时简称为光纤1或光纤维1)的一个实施方式的图。本发明的多包层光纤1至少具备：传播信号光的平均折射率为n1的纤芯a；和由形成于该纤芯a的周围的平均折射率为n2的内侧包层b、形成于该内侧包层b的周围的平均折射率为n3的中间包层c、将激发光封闭在中间包层c的内侧的形成于中间包层c的周围的平均折射率为n4的外侧包层d构成的包层e。另外，本发明的多包层光纤1中，上述n1～n4满足n1＞n2＞n3＞n4的关系，在信号光的波长下，在上述纤芯a中存在两个以上的轴对称模(即，存在基模和比该基模高次的轴对称模(高次模))，在以规定的弯曲直径弯曲时，上述纤芯a中的高次模利用与内侧包层模的耦合向包层e中扩散，实质上仅基模在纤芯a中传播。

本发明的多包层光纤1至少具备内侧包层b、中间包层c以及一层外侧包层d，它们的平均折射率需要满足n1＞n2＞n3＞n4的关系。这样，可以以规定的弯曲直径弯曲而使用，存在于纤芯a中的两个以上的轴对称模当中，仅基模在纤芯a中传播，从而可以实现实质上的单模传播。

本发明的多包层光纤1例如也可以如图22所示，内侧包层b具有折射率分布(内侧包层b为多层)，中间包层c和/或外侧包层d也可以具有折射率分布，也可以具有分段纤芯型的纤芯a。像这样，在这些各部a～d的至少任意一个中具有折射率分布的光纤的情况下，各部a～d的折射率只要纤芯a、内侧包层b、中间包层c及外侧包层d各自的平均折射率满足n1＞n2＞n3＞n4的关系即可。

纤芯a、内侧包层b、中间包层c及外侧包层d可以用公知的材质制作。通常来说，纤芯a、内侧包层b及中间包层c优选用玻璃制作。外侧包层d既可以用聚合物制作，也可以用多孔包层等玻璃制作。

上述n1～n4可以利用构成纤芯a或各包层b～d的材质、添加成分的种类等适当地调整。

本发明的光纤1在技术上应当称作在多包层光纤中将有效纤芯截面积扩大后的实质上的单模光纤。

作为计算将光纤以相同的曲率半径同样地弯曲时的光纤的各个特性的方法，已知有几种方法，然而这里作为最容易直观地理解的方法，基于将波导路的弯曲的影响变换为等效直线波导路来进行计算的方法(例如参照Opt.Express，14，p.69-81(2006))，对本发明的光纤进行说明。

在将具有如图1A所示的某种折射率分布的光纤弯曲时，该光纤的等效直线波导路的折射率分布如图1B所示，成为沿一个方向倾斜的分布。另一方面，将像本发明的具有内侧包层和中间包层的多包层光纤(具有如图2A所示的折射率分布的多包层光纤)弯曲时的等效直线波导路的折射率分布如图2B所示。但是，这里所示的是示意图，不一定反映出实际尺寸比例。在将光纤以某个规定的直径(弯曲直径)弯曲时，在内侧包层的最外部，出现与周围的包层相比折射率高的部位(高折射率部、图2B中以符号A表示的部位)。本发明与如下的情况相同，即，通过将弯曲直径设定为某个合适的范围，而利用包层波导结构仅将比纤芯的基模高次的轴对称模(高次模)除去(例如参照Opt.Express，13，p.3477-3490(2005))，是基于该高折射率部A具有仅将纤芯a的高次模有效地除去的作用的新的见解完成的。将利用图3B所示的折射率分布曲线计算出各轴对称模的功率在纤芯区域内存在的比率(Γ值)的弯曲直径依赖性的结果表示于图4中。图4中，“1st”表示最低次的包层模(第一包层模)，“2nd”表示仅次于最低次的高次的包层模(第二包层模)。这在以后的图中也是相同的。在计算中，应用圆筒坐标全矢量有限元法(例如参照“Opt.Express，14，p.11128-11141(2006)”)。另外，计算波长为1064nm。这里，Γ值是以下述式(2)定义的值。而且，具有图3B所示的折射率分布曲线的多包层光纤1的平均折射率为n1的纤芯a与平均折射率为n2的内侧包层b之间的相对折射率差是0.1％，平均折射率为n2的内侧包层b与平均折射率为n3的中间包层c之间的相对折射率差是0.3％，平均折射率为n3的中间包层c与平均折射率为n4的外侧包层d之间的相对折射率差是大约5.5％。另外，纤芯a的外径是30μm，内侧包层b的外径是90μm，中间包层c的外径是400μm，外侧包层d的外径是440μm。

[数2]

$\mathrm{\&Gamma;}=\frac{{\&Integral;}_{\mathrm{core}}{\left|\mathrm{\&phi;}(x,y)\right|}^2\mathrm{dxdy}}{\&Integral;{\left|\mathrm{\&phi;}(x,y)\right|}^2\mathrm{dxdy}}....\left(2\right)$

式(2)中，φ(x，y)表示光纤的直径方向截面中的任意的点(x，y)处的主要电场。图4中，在作为基模的LP₀₁中，Γ值相对于弯曲直径单调地变化，这意味着光功率因弯曲损耗而被泄漏。另一方面，在作为比基模高次的轴对称模(高次模)的LP₀₂中，例如在弯曲直径约130mm附近和约95mm附近，存在Γ值急剧减少的区域。这意味着纤芯模(这里是LP₀₂模)与因弯曲而产生的包层波导结构所造成的包层模发生共振耦合(光功率的模间的移动、模耦合)(图2B中，以符号B表示的直线部分)。已知在模耦合中，在发生耦合的模之间的传播常数接近的情况下，会有效地引起功率的移动，例如，这里可以推定，在弯曲直径约130mm附近和约95mm附近，纤芯a的LP₀₂模与包层模的传播常数基本上一致。由此，在该弯曲直径附近就会引起模耦合，仅纤芯a中的LP₀₂模(高次模)向包层e中泄漏。对于纤芯a中的LP₀₁模(基模)，由于在计算出的弯曲直径的范围内未出现传播常数一致的包层模，因此在弯曲损耗以外基本上不引起向包层e中的功率的泄漏。另外，从图4可以清楚地看到，在弯曲直径约130mm附近和约95mm附近，由于基模的单调的Γ值的降低也足够小，因此如果是该程度的弯曲，则由弯曲造成的基模的泄漏小到可以忽略的程度。所以，仅纤芯a中的高次模向包层e中泄漏，基模残留于纤芯a中，因而例如如果光纤长度为1m以上，则可以在实质上实现利用单模的传播。如果可以将传播光设为单模，则例如在使用该光纤1来构成光纤激光器或光纤放大器的情况下，可以将所输出的光束也设为单模，因此光束品质良好，可以获得能够将光束直径缩小得很小的输出光。这样，例如就可以提高输出光的功率密度而有效地对物品进行加工，或微细地加工。

本发明的多包层光纤1通过弯曲而首先诱发出包层波导结构，在这一点上例如与Opt.Express，13，p.3477-3490(2005)中记载的光纤不同。该文献中记载的光纤由于将包层波导结构作为折射率分布来提供，因此虽然具有无论有无光纤的弯曲都可以除去高次模的优点，然而包层波导结构需要严格地设计、制造，存在因制造时的形状、折射率等的偏差而无法容易地制造的问题。另外，由于在弯曲时包层波导结构发生变化，因此还有特性随着弯曲直径变化的问题。与之不同，本发明的多包层光纤1由于折射率结构很简单，因此可以容易制造。此外，即使因制造时的形状、折射率等的偏差，在模耦合条件中也产生偏移，由于可以通过调节实际使用时的弯曲直径来获得所需的特性，因此也可以以自由度高的使用方法来自由使用宽范围品质的产品，制造上和使用上的容许性高。此外，由于还可以在长度方向上有意地使弯曲直径阶段性或分布性地变化而弯曲，因此制造上及使用上的容许性更高。像这样，本发明的多包层光纤1可以作为扩大了有效纤芯截面积的实质上的单模光纤廉价地提供。这里，所谓实质上是单模光纤是指，在实际使用环境中，信号光波长下的纤芯a的轴对称的基模与轴对称的高次模的比率为19.3dB以上。这意味着，虽然使用(测定)环境或作为对象的高次模不同，然而与ITU-T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)建议G.650.1中记载的判定基准是同等的。

但是，上述的实质上的单模的定义由于不仅受向光纤射入光的激发条件、光纤中的(借助稀土类等荧光元素的)增益的模依赖性等光纤的波导结构本身的性质影响，而且还受其他的要因影响，因此存在难以观测上述比率的问题。所以，有时以上述定义为基础，将“在以某个弯曲直径将光纤弯曲时的轴对称高次模(例如LP₀₂模等)的封闭在损耗在某个值以上”作为实质上的单模的条件，有时还表述作为光纤的波导结构本身的性质的单模特性(例如参照2006年电子信息通信学会综合大会，C-3-86(2006))。本发明中，将“在以某个弯曲直径弯曲时的轴对称高次模(例如LP₀₂模等)的封闭在损耗为1dB/turn以上”作为实质上的单模的条件。对于封闭在损耗为1dB/turn，以Γ值计就是约0.80以下(根据分贝与功率比率的关系，对于本领域技术人员是公知的)，如果以图4说明，则在弯曲直径约130mm附近和约95mm附近可以实现该Γ值。

下面，对用于获得上述功能的优选的参数的数值范围，依次进行说明。

本发明中，内侧包层b的外径优选为纤芯a的外径的2倍以上。对于其理由说明如下。

图5～8是在分别将纤芯a的外径固定为30μm，将纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差固定为0.1％，将内侧包层b与中间包层c之间的相对折射率差固定为0.3％，使内侧包层b的外径变化时，表示弯曲直径与Γ值的关系的曲线的图。而且，图7～8中，“3rd”表示仅次于“2nd”的高次的包层模(第三包层模)。这在以后的图中也是相同的。从这些曲线的图中可以清楚地看到，随着内侧包层b的外径变小，产生模耦合的弯曲直径变小。该关系例如在纤芯a的外径为35μm及40μm的情况下也是相同的。图9～12是在分别将纤芯a的外径固定为35μm，将纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差固定为0.1％，将内侧包层b与中间包层c之间的相对折射率差固定为0.3％，使内侧包层b的外径变化时，表示弯曲直径与Γ值之间的关系的曲线的图。另外，图13～16是在分别将纤芯a的外径固定为40μm，将纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差固定为0.1％，将内侧包层b与中间包层c之间的相对折射率差固定为0.3％，使内侧包层b的外径变化时，表示弯曲直径与Γ值的关系的曲线的图。随着纤芯a的外径变大，如图9～16所示，产生模耦合的弯曲直径有变小的倾向。图17是例示按每种纤芯a的外径计算内侧包层b的外径与产生模耦合时的弯曲直径的关系时的结果的曲线的图，上述模耦合是比纤芯a中的基模更高次的轴对称模(高次模(LP₀₂模)与第一包层模所产生的。从图17中也可以清楚地看到，随着纤芯a的外径变大，产生模耦合的弯曲直径有变小的倾向。

在使用本光纤1之类的需要高输出及高光束品质的光纤激光器等应用中，激发光量大是必需的。这里，传播激发光的包层(中间包层c)的外径被要求为250μm以上。此种条件下，优选根据由光纤1表面的弯曲应力引起的光纤1的断裂的概率的容许上限值来决定光纤1的容许弯曲直径的下限值。如果将光纤1的可靠性水平设想为100ppm/m/10年，则在普遍使用的玻璃制的光纤中，所容许的弯曲直径的下限值从有效性上看约为80mm。

在弯曲直径的下限值为80mm的情况下，内侧包层b的外径的下限值可以根据图17求出。可知对于模耦合时的弯曲直径达到80mm的内侧包层b的外径，在纤芯a的外径为30μm时约为65μm，在纤芯a的外径为35μm时约为75μm，在纤芯a的外径为40μm时约为83μm。即，内侧包层b的外径的下限值与纤芯a的外径成正比例，达到纤芯a的外径的大约2倍。所以，内侧包层b的外径优选为纤芯a的外径的2倍以上。

另一方面，内侧包层b的外径优选为纤芯a的外径的5倍以下。这是因为，使内侧包层b的外径大于纤芯a的外径的5倍在实用上没有特别的好处。

另外，内侧包层b的外径优选为130μm以下。对于其理由说明如下。

如果对图4～16进行详细研究，则可以得出如下的结论。

(1)如果着眼于同一个包层模(例如第一包层模)下的弯曲直径与Γ值的关系，则在使纤芯a的外径或内侧包层b的外径变化的情况下，纤芯a的外径越小，或内侧包层b的外径越小，Γ值变小的弯曲直径的范围就越宽。这里所说的“Γ值变小的弯曲直径的范围”例如是指“Γ值达到0.6以下的弯曲直径的范围”。对于纤芯a的外径越小则Γ值变小的弯曲直径的范围就越宽，例如可以将作为内侧包层b的外径相同而纤芯a的外径不同的情况下的计算结果的图5与图10进行比较，根据如下的结果来理解，即，在纤芯a中的比基模更高次的轴对称模(高次模(LP₀₂模))与第一包层模的耦合下Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度在图5中约为6mm(图5中以箭头表示的幅度W1)，在图10中约为2.5mm(图10中以箭头表示的幅度W2)。另一方面，对于内侧包层b的外径越小则Γ值变小的弯曲直径的范围就越宽，例如可以比较图6和图7，根据如下的结果来理解，即，在LP₀₂模与第一包层模之间的耦合下Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度在图6中(内侧包层b的外径为100μm时的计算)约为3.5mm(图6中以箭头表示的幅度W3)，在图7中(内侧包层b的外径为110μm时的计算)约为2.0mm(图7中以箭头表示的幅度W4)。

(2)对于纤芯a中的比基模更高次的轴对称模(高次模)与第二包层模之间的耦合，Γ值变小的弯曲直径的范围窄。这例如可以如下的结果来理解，即，在图7的纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模(LP₀₂模))与第一包层模之间的耦合下，Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度约为2.0mm(图7中以箭头表示的幅度W4)，在LP₀₂模与第二包层模之间的耦合下，Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度约为1.5mm(图7中以箭头表示的幅度W5)，在LP₀₂模与第三包层模之间的耦合下，Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度约为6.0mm(图7中以箭头表示的幅度W6)。

(3)纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与高次的包层模之间的耦合是在相对较小的弯曲直径下产生的。这例如可以根据如下的结果来理解，即，图7中，在弯曲直径约180mm附近、140mm附近、120mm附近分别产生在纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模(LP₀₂模))与第一包层模之间的耦合、LP₀₂模与第二包层模之间的耦合、LP₀₂模与第三包层模之间的耦合。另外，在高次的包层模中，也是纤芯a的外径越小，或内侧包层b的外径越小，则Γ值变小的弯曲直径的范围就越宽。对于纤芯a的外径越小则Γ值变小的弯曲直径的范围就越宽，例如可以将作为内侧包层b的外径相同而纤芯a的外径不同时的计算结果的图7与图12进行比较，根据如下的结果来理解，即，对于在LP₀₂模与第三包层模之间的耦合下Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度，在图7中约为6.0mm(图7中以箭头表示的幅度W6)，在图12中约为2.5mm(图12中以箭头表示的幅度W7)。另一方面，对于内侧包层的外径越小则Γ值变小的弯曲直径的范围就越宽，例如可以将图6与图7进行比较，根据如下的结果来理解，即，对于在LP₀₂模与第二包层模之间的耦合下Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度，在图6中约为3.0mm(图6中以箭头表示的幅度W8)，在图7中约为1.5mm(图7中以箭头表示的幅度W5)。

这里，对Γ值变小的弯曲直径的范围窄的问题进行说明。

在制造光纤或将其以某个直径缠绕的情况下，都需要将产生偏差的情况考虑在内。

在制造光纤的情况下，图3所例示的折射率分布只不过是非常理想的分布，在实际上，各层间的交界处的折射率变化比图3更为平缓，例如，有时也会在纤芯中央出现被称作倾角(dip)或棱角的折射率变化部。此外，这些现实的光纤中的折射率分布在光纤的长度方向上也是微妙地变化的。考虑到以上的情况，产生所需的模耦合的弯曲直径的容许范围尽可能得宽。另外，在缠绕光纤的情况下，因作业的偏差或实际的收纳上的限制，在现实上难以完全均匀地缠绕，产生所需的模耦合的弯曲直径的容许范围越宽越好。实用上的产生模耦合的弯曲直径的容许范围最好作为幅度确保在2mm以上。

根据此种条件和上述(1)～(3)，至少可以得出以下的结论。

(a)在利用纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与第一包层模之间的耦合的情况下，内侧包层b的外径的上限值即使是某个纤芯a的外径，也在110μm以下。当内侧包层b的外径超过110μm时，则Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度就会比2mm窄。

(b)在实用上无法利用纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与第二包层模之间的耦合。

(c)在利用纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与第三包层模之间的耦合的情况下，内侧包层b的外径的上限值随着纤芯a的外径而不同，但为130μm以下。当内侧包层b的外径超过130μm时，则在纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与第三包层模之间的耦合中，Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度就会比2mm窄。

根据以上情况，为了利用纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与第一包层模～第三包层模的至少一个模之间的耦合，内侧包层b的外径优选为130μm以下。

本发明中，纤芯a的外径优选为25μm以上。这是因为，本发明的目的之一在于，扩大有效纤芯截面积。所以，例如在像非专利文献9中记载的那样，可以利用以往的方法实现的纤芯a的外径小于25μm的光纤中，体现不出应用本发明的方法的好处。

另一方面，纤芯a的外径优选为50μm以下。

图4～16中，在内侧外径b的外径相同的情况下，如果增大纤芯a的外径，则可以看到产生模耦合的弯曲直径变小的倾向，另外，还可以看到产生模耦合的弯曲直径的容许范围变窄的倾向。根据该情况，如果将所容许的弯曲直径的下限值设为80mm，将产生模耦合的弯曲直径的容许范围设为±1mm以上，采用这样的实用上的限制，则可以认为，在应用了本发明的方法的情况下的有效纤芯截面积的扩大方面，存在有上限值。这样，如果关注于纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与第三包层模之间的耦合来计算，则纤芯a的外径的上限值为50μm。如果纤芯a的外径超过50μm，则产生纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与第三包层模(或第一包层模)之间的耦合的弯曲直径的容许范围就会比±1mm窄。

本发明中，纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差优选为0.13％以下。其理由如下所示。

将使纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差从0.10％变化到0.13％时的Γ值与弯曲直径的关系的计算结果表示于图18～21中。而且，在这里，纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差以外的参数与具有图3B所示的折射率分布曲线的多包层光纤1的情况相同。随着纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差变大，产生模耦合的弯曲直径变小，另外产生模耦合的弯曲直径的容许范围变窄。这与增大纤芯a的外径的情况相同，是不够理想的。所以，在纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差的上限值中，也有由所容许的弯曲直径和产生模耦合的弯曲直径的容许范围造成的限制，其上限值约为0.13％。如图21所示，在纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差为0.13％的情况下，在纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与第一包层模之间的耦合下，Γ值达到0.6以下的弯曲直径的幅度W为2mm(±1mm)左右，即，产生模耦合的弯曲直径的容许范围为2mm左右。如果纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差大于0.13％，则产生模耦合的弯曲直径的容许范围就会比2mm窄，因而不够理想。

另一方面，纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差优选为0.05％以上。

纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差的下限值是由可以稳定地维持相对折射率差地制造的光纤的制造适应性决定的。在利用VAD(Vapor phase axial deposition)法、MCVD(Modified chemical vapordeposition)法、PCVD(Plasma chemical vapor deposition)法、OVD(outside vapor deposition)法、DND(Direct nanoparticle deposition)法等制造光纤的情况下，大致上0.05％是可以稳定地制造的下限值。

本发明中，中间包层c与内侧包层b之间的相对折射率差优选为0.10％以下。在中间包层c与内侧包层b之间的相对折射率差为0.10％以上0.20％以下的情况下，就会在内侧包层b与中间包层c之间产生模耦合。由此，需要将中间包层模的性质包含于计算中，从而使得分析变得复杂。但是，如果中间包层c与内侧包层b之间的相对折射率差为0.10～0.20％的范围，则虽然计算变得复杂，然而会起到本发明的效果。另外，如果该相对折射率差小于0.10％，则基本上无法获得通过设置内侧包层b而得到的效果。所以，有效的中间包层c与内侧包层b之间的相对折射率差的下限值为0.10％。

此外，中间包层c与内侧包层b之间的相对折射率差更优选大于0.20％。在中间包层c与内侧包层b之间的相对折射率差大于0.20％的情况下，即使中间包层c与内侧包层b之间的相对折射率差发生变化，也不会特别地显现出光纤的特性上的差异，可以起到本发明的效果，此外光纤的设计也会变得容易。

下面，对本发明的多包层光纤1使用时的弯曲条件进行说明。

弯曲直径的下限值如上所述，由脆性破坏来决定，为80mm。

另一方面，弯曲直径的上限值优选为200mm以下。从图4～21中可以清楚地看到，产生具有在实际中可以使用的弯曲直径容许幅度的耦合的是200mm之前的区域。另外，如果考虑实用性，则弯曲直径大时，设置空间就会变大，在这一点上不够理想。

根据以上情况，本发明的多包层光纤1优选以80～200mm的范围的弯曲直径缠绕而使用。

下面，以所要除去的高次模的状况分类，对更为具体的实施方式进行说明。

作为应当除去的纤芯的轴对称的高次模，在仅为LP₀₂模的情况下，只要利用此前所说明的纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与包层模之间的耦合，使LP₀₂模向包层e中扩散，将其除去即可。

此时，在纤芯a的外径为35～50μm的范围的情况下，纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差优选为0.05～0.10％。其理由如下所示。

如果对轴对称的高次模只有LP₀₂模的光纤的折射率结构进行考虑，则在简单的单峰型的纤芯中，模数基本上由纤芯的外径、和纤芯与内侧包层之间的相对折射率差决定(例如参照非专利文献9)。一般来说在纤芯的外径大的情况下，为了减少模数，需要使纤芯与内侧包层之间的相对折射率差小。从图9～16中可以清楚地看到，在纤芯a的外径为35μm时，在纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差为0.10％的情况下，不存在LP₀₃模，而在纤芯a的外径为40μm时，在内侧包层b的外径为90μm、以及100μm时就会存在LP₀₃模(尽管Γ值非常小)。所以，在纤芯的外径大的情况下，具体来说，在纤芯的外径为35～50μm的范围的情况下，纤芯与内侧包层之间的相对折射率差优选为0.05～0.10％。如果相对折射率差超过0.10％，则必须除去的纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)数就会增加。

另一方面，在纤芯a的外径为25～35μm的范围的情况下，纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差优选为0.07～0.13％。其理由如下所示。

在纤芯a的外径小的情况下，具体来说，在纤芯a的外径为25～35μm的范围的情况下，纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差即使与纤芯a的外径大的情况相比更大也没有问题(不会有纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)数增加的情况)，上限值被容许至0.13％。另一方面，在纤芯a的外径小，并且纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差小的情况下，具体来说，在小于0.07％的情况下，例如能够以与非专利文献9中记载的光纤同等的弯曲损耗，利用除去高次模的方法来实现单模传播，因此体现不出应用本发明的方法的好处。所以，在纤芯a的外径小的情况下，具体来说，在纤芯a的外径为25～35μm的范围的情况下，纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差优选为0.07～0.13％。

在作为应当除去的轴对称的高次模，具有LP₀₂模和LP₀₃模两个模的情况下，如下所示。

首先，在纤芯a的外径小于35μm的情况下，如果考虑增大有效纤芯截面积的目的，则在采用存在LP₀₃模的折射率分布时没有好处(即，利用仅存在LP₀₂模的折射率就可以充分地达成目的)。

另一方面，在纤芯a的外径为35～50μm、纤芯a与内侧包层b之间的相对折射率差为0.08～0.13％的情况下，存在LP₀₃模，不存在比LP₀₃高次的轴对称模。由于在存在LP₀₃模的情况下，作为不需要的轴对称的高次模，存在LP₀₂模和LP₀₃模，因此需要将这两方的模除去。

作为这些模的除去方法，可以例示出以下两种方法。

作为第一种方法，可以举出将LP₀₂模和LP₀₃模双方用本发明的方法来除去的方法，即，用纤芯a中的比基模高次的轴对称模(高次模)与包层模之间的耦合来除去的方法。但是，例如从图13中可以清楚地看到，一般来说，由于在LP₀₂模和LP₀₃模下，与包层模耦合的弯曲直径不同，因此用本发明的方法将两方的模除去通常来说很困难。

作为第二种方法，可以举出如下的方法，即，利用与包层模之间的耦合使LP₀₂模向包层e中扩散而除去，像非专利文献9等中记载的那样利用弯曲损耗使LP₀₃模向包层e中扩散而除去。对于本领域技术人员来说是显而易见的，随着变为更高次的模，光向纤芯a中的封闭在变弱，因此相同波长、弯曲直径下的弯曲损耗变大。这例如从图13中LP₀₃模的Γ值原本很小也可以清楚地看出。如果利用该性质，则可以在比非专利文献9中记载的情况更大的弯曲直径下将LP₀₃模除去，可以不受由LP₀₁模的弯曲造成的模形状的变形的影响进行除去。另外，通过将此时的弯曲直径设定为LP₀₂模与包层模耦合的弯曲直径，还可以将LP₀₂模除去，从而在实质上实现单模传播。而且，由于LP₀₃模的弯曲损耗随着减小弯曲直径而单调地增加，因此可以将用于除去LP₀₃模的弯曲直径设定为比较大的范围。由此，由于对除去LP₀₂模的弯曲直径的设定不会造成太大的影响，因此可以比较容易地实现两者的兼顾。此种条件在弯曲直径为80～200mm的情况下是可以实现的。

像这样，在利用与包层模的耦合使LP₀₂模向包层e中扩散而除去，像非专利文献9等中记载的那样利用弯曲损耗使LP₀₃向包层e中扩散而除去的方法的情况下，在纤芯的外径为35～50μm的范围内时，纤芯与内侧包层之间的相对折射率差优选为0.08～0.13％。

在具有LP₀₄以上的模的情况下，纤芯的外径优选为50μm以下，纤芯与内侧包层之间的相对折射率差优选为0.13％以下。

在具有LP₀₄以上的模的情况下，与图6～16所示的例子相比，纤芯的外径变得更大，纤芯的相对折射率差变得更大，该情况下，产生LP₀₂模与包层模的耦合的弯曲直径变为80mm以下。这样，在应用本发明的方法的情况下，需要以弯曲直径80mm除去LP₀₂模。如上所述，纤芯的外径越大，及纤芯与内侧包层的相对折射率差越大，则为除去LP₀₂模所必需的光纤1的弯曲直径就越小。所以，实质上纤芯的外径的上限值被限定为约50μm，纤芯与内侧包层之间的相对折射率差的上限值被限定为0.13％左右。即，当纤芯的外径大于50μm时，则为除去LP₀₂模所必需的弯曲直径就小于80mm，从而有可能无法满足上述的光纤1的可靠性水平。在纤芯与内侧包层的相对折射率差超过0.13％的情况下，为除去LP₀₂模所必需的弯曲直径就会小于80mm，也会有相同的可能。

本发明的多包层光纤1并不限于上述光纤，例如，也可以是为了抑制偏斜光(skew light)而对传播激发光的中间包层c的外周进行了多边形加工的光纤或进行了D型加工的光纤。具备此种光纤的光纤激光器或光纤放大器的能量利用效率高，因而更为适用。

另外，本发明的多包层光纤1优选将外侧包层d的外周用保护覆盖层覆盖。保护覆盖层可以是公知的层，例如可以使用紫外线固化性树脂或硅酮树脂等来形成。另外，保护覆盖层也可以由杨氏模量不同的多个层构成，还可以具有着色层。

此外，由于在纤芯a中添加有镱或铒等荧光元素的材料可以作为光放大介质使用，因此优选。作为荧光元素，可以例示出稀土类元素、铋、铬等。作为稀土类元素的优选的例子，可以例示出钬、铥、铽、钕、镨等，更优选铒、镱。特别是添加有镱的材料由于不会引起上转换(up-conversion)，因此可以获得非常高的输出光，本发明的效果得到最为显著地发挥。

本发明的多包层光纤1可以利用MCVD法、VAD法等公知的方法制成。对于采用何种方法，只要根据光纤1的目的等适当地决定即可。

本发明的多包层光纤1与公知的三包层光纤的不同点如下所示。

例如，在美国专利第6941053号说明书中，公开有具备三层包层的光纤。但是，该光纤在纤芯为单模的方面与本发明不同，此外关于具体的光纤结构、弯曲地使用、高次模的除去没有任何的公开。

在日本专利第3298799号说明书中，也公开有具备三层包层的光纤。但是，由于目的与本发明不同，因此纤芯的外径与最内侧包层的外径的比与本发明大大不同，纤芯的外径也不同。此外，由于最内侧包层的径向的截面的形状是非轴对称的，因此依赖于弯曲光纤的方向，所起到的效果不同，无法稳定地获得本发明的效果。

在美国专利第7050686号说明书中，也公开有具备三层包层的光纤。但是，与本发明的目的不同，仅以减小内部与纤芯的相对折射率差为目的，没有本发明的目的，未公开具体的结构，因此例如对于本发明的纤芯模与包层模的耦合中所必需的构成没有任何记载，对于弯曲使用也没有记载。实施例中记载的纤芯直径也为20μm，与本发明不同。

<光纤模块>

本发明的光纤模块是将上述本发明的多包层光纤1缠绕而成的。该光纤模块除了使用本发明的多包层光纤1以外，可以利用与公知的光纤模块的情况相同的方法制造。

多包层光纤1优选以80～200mm的弯曲直径缠绕。

<光纤激光器、光纤放大器>

本发明的光纤激光器或光纤放大器具有上述本发明的多包层光纤1或上述本发明的光纤模块。该光纤激光器或光纤放大器除了使用本发明的多包层光纤1或光纤模块以外，可以利用与公知的光纤激光器或光纤放大器的情况相同的方法制造。

本发明的多包层光纤1结构简单，可以实现实质上的单模传播和有效的纤芯截面积的扩大。具体来说，通过以规定的弯曲直径弯曲，而在维持单模传播的同时，将有效纤芯截面积扩大。此外，光损伤或非线性光学效应的产生得到抑制，因而对大功率光的耐受性优异，特别适于大功率光的传输。具有此种多包层光纤1的光纤模块、光纤激光器及光纤放大器可以利用导入光纤的激发光的诱导放出，将信号光进行放大或激光器激发而输出。

实施例

下面，利用具体的实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是，本发明并不受以下的实施例的任何限定。

[实施例1]

制作出具有如图3B所示的折射率分布和外径的光纤。

首先，利用MCVD法制作出纤芯和内侧包层。以氧氢火焰作为热源，将起始石英管从其外侧加热，向管内供给四氯化硅、四氯化锗、氧及氦而使之反应，在起始石英管的内壁面上形成由具有所需的折射率的添加锗的二氧化硅玻璃的层构成的内侧包层及纤芯。纤芯、内侧包层及中间包层(起始石英管)的相对折射率差是利用纤芯与内侧包层的锗添加量调整的。其后，与上述相同，以氧氢火焰作为热源从管的外侧加热，一边导入氧一边进行坍塌而实心化。将此时的折射率分布表示于图23中。纤芯的外径与内侧包层的外径的比(纤芯的外径：内侧包层的外径)约为1∶3，得到所需的折射率分布。

然后，利用外加工序，按照使中间包层的外径与纤芯的外径的比(中间包层的外径：纤芯的外径)达到所需的值(1∶13.3)的方式，追加中间包层的玻璃，其后按照使光纤的外径达到400μm的方式进行纺丝。此时，通过将折射率低的聚合物材料(OP-38Z、DIC公司制)涂布于上述玻璃的外周，照射紫外线而使之固化，从而形成外侧包层。

继而通过在其外周涂布成为保护材料的紫外线固化性树脂，照射紫外线而使之固化，从而形成保护覆盖层。

对利用以上操作制作的光纤，利用RNFP(Refractive Near FieldPattern)法测定出折射率分布，其结果是，可以确认具有大致上如图3所示的所需的折射率分布。使用2m的该光纤，在波长1064nm下测定出纤芯透过光的弯曲直径依赖性，其结果是，大致上如设计所示，在弯曲直径150mm和105mm附近可以看到纤芯透过光的减少，像预想的那样，可以确认透过纤芯的比基模更高次的轴对称模(高次模)因弯曲而选择性地向纤芯之外泄漏。

另外，因可以将纤芯的外径制成30μm，因而在有效地形成单模条件的弯曲直径下，有效纤芯截面积达到约420μm²。所以，与非专利文献9中记载的借助以往方法的在有效地形成单模条件的弯曲直径下的有效纤芯截面积的上限值320μm²相比，可以将有效纤芯截面积扩大约3成。

[实施例2]

制作出具有与实施例1相同的折射率分布和外径的光纤。

在起始石英管的内壁面上，利用与实施例1相同的方法，形成内侧包层后，进行纤芯部分的淀积，形成多孔玻璃层。然后，将该管的内部在氯化铝和氯化镱的混合水溶液中浸渍数小时后，使之干燥，导入作为纤芯的添加剂的铝和镱，其后一边向管内导入氧、氦及亚硫酰氯，一边以感应加热炉作为热源进行烧结(透明化)及坍塌，将其实心化。此时，对于纤芯与内侧包层的相对折射率差，通过调整铝及镱的添加量而设为所需的值。

然后，在利用管棒(rod-in-tube)法调整中间包层的外径与纤芯的外径的比后，与实施例1的情况相同，进行纺丝、外侧包层的形成、保护覆盖层的形成。而且，纤芯的外径与内侧包层的外径之比、以及中间包层的外径与纤芯的外径之比与实施例1的情况相同。

将利用以上操作制作出的光纤约15m缠绕在约140mm的弯曲直径的金属制卷轴上而模块化(线圈化)，然后作为光纤放大器，确认光输出的光束形状，其结果是，光束品质(M²)约为1.1，可以确认大致上是仅为基模的模分布。

[实施例3]

制作出具有与实施例1相同的折射率分布和外径的光纤。

首先，利用VAD法形成纤芯和内侧包层。纤芯由添加锗的二氧化硅玻璃形成，内侧包层未添加添加剂，由二氧化硅玻璃形成。

然后，利用外加法形成中间包层。此时，在外加部的烧结时，添加氦和四氯化硅，使折射率低于内侧包层地形成。

然后，与实施例1的情况相同，进行纺丝、外侧包层的形成、保护覆盖层的形成。而且，纤芯的外径与内侧包层的外径的比、以及中间包层的外径与纤芯的外径的比与实施例1的情况相同。

对利用以上操作制作出的光纤，测定纤芯透过光的弯曲直径依赖性，其结果是，获得与实施例1大致上同等的特性。

[实施例4]

在起始石英管的内壁面上，利用与实施例1的情况相同的方法，形成内侧包层后，进行纤芯部分的淀积，形成多孔玻璃层。此时，作为热源使用感应加热炉，作为添加剂以气相向管内导入氯化铝。然后，在用氯化镱水溶液将管内浸渍数小时后，使之干燥，用氧氢火焰进行烧结及坍塌，将其实心化。而且，烧结是在将磷酰氯以气相导入管内的同时进行的。利用以上的操作，通过分别调整内侧包层的锗的浓度、以及纤芯的铝、磷及镱的浓度而调整了纤芯与内侧包层的折射率差。

然后，在利用管棒法调整中间包层直径与纤芯直径的比后，将中间包层的外表面切削加工成，径向的截面形状近似成为正七角形。其后，与实施例1的情况相同，进行纺丝、外侧包层的形成、保护覆盖层的形成。

利用以上操作制作的光纤的纤芯的外径约为35μm，纤芯与内侧包层之间的相对折射率差为0.09％，内侧包层的外径约为110μm，内侧包层与中间包层之间的相对折射率差为0.32％，中间包层的内切圆外径约375μm，外侧包层的外径约为420μm，外侧包层的折射率为1.376(中间包层与外侧包层的相对折射率差约5.5％)。将10m的该光纤收纳于约90mm的弯曲直径的金属制带槽托盘中而模块化(线圈化)，然后作为光纤激光器确认光输出的光束形状，其结果是，光束品质(M²)约1.2，可以确认大致上是仅存在基模的模分布。而且，以约130mm的弯曲直径弯曲而进行激光器激发，其结果是，光束品质为2以上，得到推测存在有高次模的结果。因所制作的上述光纤可以将纤芯的外径制成35μm，因而在有效地形成单模条件的弯曲直径下，有效纤芯截面积达到约580μm²所以，与非专利文献9中记载的借助以往方法的在有效地形成单模条件的弯曲直径下的有效纤芯截面积的上限值320μm²相比，可以将有效纤芯截面积扩大约8成。

[实施例5]

利用与实施例1的情况相同的方法，按照使纤芯的外径达到45μm、内侧包层的外径达到120μm、纤芯与内侧包层的相对折射率差达到0.10％、中间包层的外径达到400μm、内侧包层与中间包层的相对折射率差达到0.3％、外侧包层的外径达到440μm、外侧包层的折射率达到1.376(中间包层与外侧包层的相对折射率差约5.5％)的方式调整制造参数，制作出光纤。

使用2m的该光纤，在波长1064nm下测定纤芯透过光的弯曲直径依赖性，其结果是，大致上如设计所示，在弯曲直径180mm和120mm附近可以看到纤芯透过光的减少，像预想的那样，可以确认透过纤芯的比基模更高次的轴对称模(高次模)因弯曲而选择性地向纤芯之外泄漏。因可以将所制作的上述光纤的纤芯的外径制成45μm，因而在有效地形成单模条件的弯曲直径下，有效纤芯截面积达到约800μm²。所以，与非专利文献9中记载的借助以往方法的在有效地形成单模条件的弯曲直径下的有效纤芯截面积的上限值320μm²相比，可以将有效纤芯截面积扩大约2.5倍。

工业上的利用可能性

本发明的多包层光纤可以作为以焊接、标记、切割等材料加工用途中的高输出光源用激光器介质为首的大功率光的各种传输介质使用。

符号说明：

1  多包层光纤

a  纤芯

b  内侧包层

c  中间包层

d  外侧包层

e  包层

Claims (24)

1.一种多包层光纤，其具备传播信号光的平均折射率为n1的纤芯和包层，该包层由形成于该纤芯的周围的平均折射率为n2的内侧包层、形成于该内侧包层的周围的平均折射率为n3的中间包层和用于将激发光封闭在中间包层的内侧的且形成于中间包层的周围的平均折射率为n4的外侧包层构成，该多包层光纤的特征在于，

所述n1至n4满足n1＞n2＞n3＞n4的关系，

在所述信号光的波长下，在所述纤芯中存在两个以上轴对称模，

所述两个以上轴对称模是基模和比该基模高次的轴对称模即高次模，

在被以规定的弯曲直径弯曲时，所述纤芯中的所述高次模利用与所述内侧包层模之间的耦合向所述内侧包层中扩散，实质上仅所述基模在所述纤芯中传播。

2.根据权利要求1所述的多包层光纤，其特征在于，所述多包层光纤被以规定的弯曲直径弯曲。

3.根据权利要求2所述的多包层光纤，其特征在于，所述内侧包层的外径是所述纤芯的外径的2倍以上。

4.根据权利要求3所述的多包层光纤，其特征在于，所述内侧包层的外径是所述纤芯的外径的5倍以下，并且是130μm以下。

5.根据权利要求4所述的多包层光纤，其特征在于，所述纤芯的外径为25～50μm，所述纤芯与所述内侧包层之间的相对折射率差为0.05～0.13％。

6.根据权利要求2所述的多包层光纤，其特征在于，作为所述轴对称模，仅存在LP₀₁模及比所述LP₀₁更高次的LP₀₂模，不存在比所述LP₀₂模更高次的模即LP₀₃模以上的高次模。

7.根据权利要求6所述的多包层光纤，其特征在于，所述内侧包层的外径是所述纤芯的外径的2倍以上。

8.根据权利要求7所述的多包层光纤，其特征在于，所述内侧包层的外径是所述纤芯的外径的5倍以下，并且是130μm以下。

9.根据权利要求8所述的多包层光纤，其特征在于，所述纤芯的外径为35～50μm，所述纤芯与所述内侧包层之间的相对折射率差为0.05～0.10％。

10.根据权利要求8所述的多包层光纤，其特征在于，所述纤芯的外径为25～35μm，所述纤芯与所述内侧包层之间的相对折射率差为0.07～0.13％。

11.根据权利要求2所述的多包层光纤，其特征在于，作为所述轴对称模，存在LP₀₁模、比所述LP₀₁更高次的LP₀₂模以及比所述LP₀₂模更高次的LP₀₃模，所述LP₀₂模利用与内侧包层模之间的耦合向所述内侧包层中扩散，所述LP₀₃模因弯曲损耗而向所述内侧包层中扩散。

12.根据权利要求11所述的多包层光纤，其特征在于，所述内侧包层的外径是所述纤芯的外径的2倍以上。

13.根据权利要求12所述的多包层光纤，其特征在于，所述内侧包层的外径是所述纤芯的外径的5倍以下，并且是130μm以下。

14.根据权利要求13所述的多包层光纤，其特征在于，所述纤芯的外径为35～50μm，所述纤芯与所述内侧包层之间的相对折射率差为0.08～0.13％。

15.根据权利要求1所述的多包层光纤，其特征在于，所述内侧包层的外径是所述纤芯的外径的2倍以上。

16.根据权利要求1所述的多包层光纤，其特征在于，作为所述轴对称模，仅存在LP₀₁模及比所述LP₀₁更高次的LP₀₂模，不存在比所述LP₀₂模更高次的模即LP₀₃模以上的高次模。

17.根据权利要求1所述的多包层光纤，其特征在于，作为所述轴对称模，存在LP₀₁模、比所述LP₀₁更高次的LP₀₂模以及比所述LP₀₂模更高次的LP₀₃模，所述LP₀₂模利用与内侧包层模之间的耦合向所述内侧包层中扩散，所述LP₀₃模因弯曲损耗而向所述内侧包层中扩散。

18.根据权利要求1～17中任意一项所述的多包层光纤，其特征在于，所述规定的弯曲直径是80～200mm。

19.根据权利要求18所述的多包层光纤，其特征在于，在所述纤芯中添加有荧光元素。

20.根据权利要求19所述的多包层光纤，其特征在于，所述荧光元素是稀土类元素。

21.根据权利要求1～17中任意一项所述的多包层光纤，其特征在于，在所述纤芯中添加有荧光元素。

22.根据权利要求21所述的多包层光纤，其特征在于，所述荧光元素是稀土类元素。

23.一种光纤模块，其特征在于，是由权利要求1～22中任意一项所述的多包层光纤缠绕而成的。

24.一种光纤激光器或光纤放大器，其特征在于，具有权利要求1～22中任意一项所述的多包层光纤或权利要求23所述的光纤模块。

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