CN103262367A - 放大用光纤和使用了该光纤的光纤放大器以及谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在高次模被激励的情况下，也能够输出良好的光束质量的光的放大用光纤、以及使用了该光纤的光纤放大器。放大用光纤（50）具有纤芯（51）、包覆纤芯（51）的包层52，纤芯（51）将规定波长的光至少以LP01模、LP02模以及LP03模传播，在纤芯（51）中且在将LP01模、LP02模以及LP03模以功率标准化时的、LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域的至少一部分，被以比纤芯的中心部高的浓度添加活性元素。

Description

放大用光纤和使用了该光纤的光纤放大器以及谐振器

技术领域

本发明涉及放大用光纤和使用了该光纤的光纤放大器以及谐振器，尤其涉及能够提高光束质量的放大用光纤和使用了该光纤的光纤放大器以及谐振器。

背景技术

作为在加工机、医疗设备等中所使用的光纤激光装置之一，已知一种将利用激光振荡器（MO：Master Oscillator）等种子光源而产生的光用放大器（PA：Power Amplifier）放大并输出的MO－PA（MasterOscillator－Power Amplifier）型的光纤激光装置。作为该放大器所使用的放大器之一，已知一种通过放大用光纤来放大光的光纤放大器。

对于该放大用光纤，一般而言，使用在纤芯中添加有稀土类元素等活性元素的双包层光纤。对于该双包层光纤而言，存在纤芯仅传播单模光的双包层光纤、和纤芯传播多模光的双包层光纤。并且，纤芯仅传播单模光的双包层光纤由于纤芯的截面的面积小，所以若要获得高输出的激光输出则会存在在纤芯中传播的光的密度过高的情况。该情况下，存在由于非线性光学效应导致光能移至不希望的波长，而不能获得所期待的激光输出的情况。因此，伴随着近来年的光纤放大器的高输出化的要求，正着眼于使用了纤芯传播多模光的双包层光纤的光纤放大器。

此外，从使输出的光的光束质量提高的观点出发，优选在光纤放大器中，放大传播的光中的LP01模，不被放大其他高次模。在下述专利文献中记载了这样的光纤放大器的一个例子。在该光纤放大器中，示出了通过配设仅激励光的LP01模那样的模转换器，从而即使在传播多模光的放大用双包层光纤中也能够以LP01模为中心进行放大。并且，在专利文献1中，给出了下述启示，即：通过使用在双包层光纤的纤芯的中心部添加有活性元素，在纤芯的外周部未添加有活性元素的放大用光纤，从而由于增益导波的效果，LP01模与高次模相比被有效地放大。

另外，在专利文献2中记载了通过使用在双包层光纤的纤芯的中心部添加有活性元素，另外还在纤芯的外周部中添加有吸收光的吸收元素的放大用光纤，来使不必要的高次模减衰的构思。

专利文献1:美国专利第5，818，630号说明书

专利文献2:美国专利第5，121，460号说明书

但是，若将能够传播多模光的双包层光纤用作放大用光纤，则在传播的光中除了LP01模（基本模）以外，LP02模等高次模也被激励。这样的高次模的存在会导致所输出的光变得不易被聚光等、使所输出的光的光束质量降低的情况。

另外，使用在专利文献1中记载的模转换器，为了仅激励LP01模，需要使输入的种子光的模场的形状与在放大用双包层光纤中传播的光的LP01模的模场的形状一致。根据本发明的发明人们的见解，即使在高次模中，不使作为非对称模的LP11模激励是比较容易的，但是作为轴对称模的LP02模、LP03模容易被激励。另外，发明人们还发现了LP02模、LP03模等高次模即使在输入时为很少的功率的情况下、在放大用光纤中产生的情况下，一般而言，与LP01模相比，被放大的比率高，因此在输出的光中占较高的比率。另外，还可知光的放大率越高，则高次模被放大的比率越高，输出的光的光束质量有降低的趋势。

另外，若使用如专利文献2中记载的那样的光纤放大器，则即使在轴对称的高次模被激励的情况下，虽然可预料模减衰的情况，但是由于放大介质中添加有减衰物质，所以LP01模的增益降低，而存在不能获得足够的输出这样的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种即使在高次模被激励的情况下，也能够输出良好的光束质量的光的放大用光纤和使用了该光纤的光纤放大器以及谐振器。

本发明的发明人们专心研究了在包括LP01模、LP02模以及LP03模的光在光纤的纤芯中传播的情况下，LP01模、LP02模以及LP03模怎样在纤芯的径向上分布及放大的情况。其结果，发现了LP02模、LP03模在纤芯的中心部比LP01模的强度强。因此，若对纤芯的径向均匀地添加活性元素、或在纤芯的中心部以高浓度添加活性元素，则如上述那样，LP02模、LP03模被以高的放大率放大。因此，得到输出光的光束质量变差这样的结论。鉴于此，本发明的发明人们，进一步反复专心研究而得到本发明。

即，本发明的放大用光纤是具有纤芯、包覆上述纤芯的包层的放大用光纤，其特征在于，上述纤芯至少以LP01模、LP02模以及LP03模传播规定波长的光，在上述纤芯中，在将上述LP01模、上述LP02模以及上述LP03模以功率标准化时、上述LP01模的强度比上述LP02模以及上述LP03模的至少一方的强度强的区域的至少一部分，被以比上述纤芯的中心部高的浓度添加受激辐射出上述规定波长的光的活性元素，满足下述式1以及式2的至少一方。

[数1]

${\∫}_0^{b}n\left(r\right)\×\{I_{01}\left(r\right)-I_{02}\left(r\right)\}\mathrm{rdr}>0$ ···式1

${\∫}_0^{b}n\left(r\right)\×\{I_{01}\left(r\right)-I_{03}\left(r\right)\}\mathrm{rdr}>0$ ···式2

（其中，r是上述纤芯的径向上距离中心的距离，I₀₁（r）是上述LP01模的上述纤芯的径向上距离中心为距离r处的强度，I₀₂（r）是上述LP02模的上述纤芯的径向上距离中心为距离r处的强度，I₀₃（r）是上述LP03模的上述纤芯的径向上距离中心为距离r处的强度，n（r）是上述纤芯的径向上距离中心为距离r处的活性元素的添加浓度，b为上述纤芯的半径。）

在本发明中，在LP01模比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域中，被以比纤芯的中心部高的浓度添加活性元素。在使该活性元素以比纤芯的中心部高的浓度添加的区域中，光被以比纤芯的中心部高的放大率放大。这样，在与LP02模以及LP03模的强度高于LP01模的强度的纤芯的中心部相比，LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域中，光以高的放大率被放大，从而能够将LP01模以至少比LP02模以及LP03模的一方高的放大率放大。并且，由于满足上述式1以及式2的至少一方，所以作为光纤全体，能够将LP01模以比LP02模以及LP03模的一方高的放大率放大，因此能够使得输出的光的光束质量良好。

另外，在上述放大用光纤中，优选在上述纤芯中，在将上述LP01模、上述LP02模以及上述LP03模以功率标准化时的、上述LP01模的强度比上述LP02模的强度强的区域的至少一部分以及上述LP01模的强度比上述LP03模的强度强的区域的至少一部分，被以比上述纤芯的中心部高的浓度添加上述活性元素，同时满足上述式1以及上述式2。

在这样的放大用光纤中，在LP01模的强度比LP02模的强度强的区域中，LP01模与LP02模相比被放大得大，另外，在LP01模的强度比LP03模的强度强的区域中，LP01模与LP03模相比被放大得高。另外，通过满足上述式1以及式2，整体而言，LP01模被以同时比LP02模以及LP03模双方高的放大率放大。这样，能够进一步使得光束质量良好。

另外，在上述放大用光纤中，优选在上述纤芯中，在将上述LP01模、上述LP02模以及上述LP03模以功率标准化时、上述LP01模的强度比上述LP02模的强度以及上述LP03模的强度强的区域的至少一部分，被以比上述纤芯的中心部高的浓度添加上述活性元素。

根据这样的放大用光纤，在LP01模的强度比LP02模以及LP03模双方的强度强的区域的至少一部分，添加活性元素即可，因此，能够按照LP01模被比LP02模以及LP03模双方高的放大率放大的方式高效地添加活性元素。

此外，在上述放大用光纤中，优选在上述纤芯中，在将上述LP01模、上述LP02模以及上述LP03模以功率标准化时、上述LP01模的强度比上述LP02模的强度以及上述LP03模的强度强的区域的全部，被以比上述纤芯的中心部高的浓度添加上述活性元素。

根据这样的放大用光纤，能够使得光束质量更加良好。

另外，在上述放大用光纤中，优选在上述纤芯中，在将上述LP01模、上述LP02模以及上述LP03模以功率标准化时、上述LP01模的强度比上述LP02模以及上述LP03模的至少一方的强度强的区域的全部，被以比上述纤芯的中心部高的浓度添加上述活性元素，同时满足上述式1以及上述式2。

根据这样的光纤，在LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方强的区域的全部，LP01模被以更高放大率放大。因此，能够使得输出的光的光束质量更加良好。

另外，在上述放大用光纤中，优选在上述纤芯的上述中心部未被添加上述活性元素。

根据这样的放大用光纤，在LP02模、LP03模的强度比LP01模的强度强的纤芯的中心部，光未被放大，因此能够使得输出的光的光束质量更加良好。

另外，在上述放大用光纤中，优选在上述纤芯的外周部，上述活性元素的浓度比被以高于上述纤芯的中心部的浓度添加活性元素的区域低。

本发明的发明人们在上述研究中进一步发现了LP02模、LP03模在纤芯的外周部，比LP01模的强度强。因此，根据这样的放大用光纤，在LP02模以及LP03模的强度比LP01模的强度强的外周部，能够将LP02模、LP03模的放大率抑制得比LP01模的放大率低，因此能够使输出的光的光束质量更加良好。

另外，在上述放大用光纤中，优选在上述纤芯的上述外周部，未被添加活性元素。

根据这样的放大用光纤，能够使得输出的光的光束质量更加良好。

另外，在上述放大用光纤中，优选夹着上述纤芯的一对应力施加部被设置在上述包层内。

通过设置这样的应力施加部，能够使在纤芯中传播的光成为单一偏振波。

另外，本发明的光纤放大器的特征在于，包括：上述放大用光纤、使包括LP01模的种子光输入至上述放大用光纤的种子光源、以及输出激励上述放大用光纤的上述活性元素的激励光的激励光源。

根据这样的光纤放大器，即使在LP02模、LP03模被激励的情况下，也能够将LP01模以更高放大率放大，因此能够输出良好的光束质量的光。

另外，在上述光纤放大器中，优选输入至上述放大用光纤的种子光仅激发上述放大用光纤的轴对称的模。

根据这样的光纤放大器，在放大用光纤中，由于非轴对称的高次模不传播，所以不会放大并输出非轴对称的高次模，因此能够输出容易进行聚光的良好的光束质量的光。

另外，在上述光纤放大器中，优选输入至上述放大用光纤的种子光是单模光。

根据这样的光纤放大器，在传播多模光的放大用光纤中，由于不易激励非轴对称的高次模、高次模的光，所以能够输出容易进行聚光的良好的光束质量的光。

另外，本发明的谐振器的特征在于，具备：上述记载的放大用光纤、输出激励上述放大用光纤的上述活性元素的激励光的激励光源、设置于上述放大用光纤的一侧，将由上述激励光激励出的上述活性元素释放出的光的至少一部分波长的光反射的第1FBG（Fiber Bragg Grating）、设置于上述放大用光纤的另一侧，将于上述第1FBG反射的光相同波长的光以比上述第1FBG低的反射率反射的第2FBG。

根据这样的谐振器，在光的谐振中，当光在放大用光纤的纤芯中传播时，由于LP01模被放大得比LP02模以及LP03模强，所以与使用活性元素的浓度在纤芯中被均匀添加的光纤的情况相比，LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强，能够输出良好的光束质量的光。

如上述那样，根据本发明，能够提供一种即使在高次模被激励的情况下，也能够输出良好的光束质量的光的放大用光纤和使用了该光纤的光纤放大器以及谐振器。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的光纤放大器的图。

图2是表示与图1的放大用光纤的长度方向垂直的截面的构造的图。

图3是表示图2的放大用光纤的纤芯的样子的图。

图4是表示本发明的第2实施方式的放大用光纤的纤芯的样子的图。

图5是表示本发明的第3实施方式的放大用光纤的纤芯的样子的图。

图6是表示本发明的第4实施方式的放大用光纤的纤芯的样子的图。

图7是表示本发明的第5实施方式的谐振器的图。

图8是表示第1实施方式的放大用光纤的变形例的图。

图9是表示实施例1、2以及比较例1中的输出光的光束质量的图。

图10是表示实施例3、4以及比较例2中的输出光的光束质量的图。

图11是表示实施例5、6以及比较例3中的输出光的光束质量的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的放大用光纤和光纤放大器以及谐振器的优选实施方式详细进行说明。

（第1实施方式）

图1是表示本发明的第1实施方式的光纤放大器的图。

如图1所示，本实施方式中的光纤放大器1具备输出成为种子光的光的种子光源10、输出激励光的激励光源20、供种子光以及激励光输入的光合束器30、和供被从光合束器30输出的种子光以及激励光输入，且添加有被激励光激励的活性元素的放大用光纤50作为主要的构成。

种子光源10例如由半导体激光装置、法布里珀罗型、光纤环型的光纤激光装置构成。该种子光源10以将包括LP01模的光从光纤输出的方式构成。另外，从种子光源10输出的种子光只要是包括LP01模的光，就没有特别限制，但波长是能够受激辐射在放大用光纤50中的活性元素的波长，例如，在将活性元素设为镱（Yb）的情况下，波长为1070nm的激光。

另外，种子光源10的输出光从由纤芯、和包覆纤芯的包层构成的单模光纤15被输出。该单模光纤15将从种子光源10输出的光作为LP01模的单模光传播。该单模光纤15的构成没有特别限制，例如，在种子光的波长如上述那样为1070nm的情况下，使纤芯的直径为10μm，并使纤芯与包层的相对折射率差为0．13％。

激励光源20由多个激光二极管21构成，激光二极管21在本实施方式中例如，为将GaAs系半导体作为材料的法布里珀罗型半导体激光器，其输出中心波长为915nm的光。另外，激励光源20的每一个激光二极管21均与多模光纤22连接，从激光二极管21输出的激励光在多模光纤22中作为多模光传播。

连接多模光纤22和单模光纤15的光合束器30通过以单模光纤15为中心并在该单模光纤15的周围配置了多模光纤的部分被熔融延伸并进行一体化而构成，光合束器30与放大用光纤50光学连接。

图2是表示与放大用光纤50的长度方向垂直的截面的构造的图。如图2所示，放大用光纤50由纤芯51、包覆纤芯51的包层52、和包覆包层52的外部包层53构成。设为包层52的折射率比纤芯51的折射率低、且外部包层53的折射率比包层52的折射率低。例如，在本实施方式中，纤芯51与包层52的相对折射率差为0．32％。另外，纤芯51的直径例如为30μm，包层52的外径例如为420μm，外部包层53的外径例如为440μm。另外，作为构成纤芯51的材料例如，举例出了添加有使石英的折射率上升的铝等元素的石英，在纤芯51的至少一部分区域中，添加有通过从激励光源20输出的激励光而成为激励状态的活性元素亦即镱（Yb）。此外，作为这样的活性元素，除了镱（Yb）以外，还能够举出例如钕（Nd）、铒（Er）等稀土类元素。并且，作为活性元素，除了稀土类元素以外，还举出了铋（Bi）、铬（Cr）等。另外，作为构成包层52的材料，例如举出了未添加掺杂剂的石英，作为构成外部包层53的材料例如举出了紫外线固化树脂。

利用如上述的那样的纤芯51与包层52的折射率差，来自种子光源的规定波长的光被限制在纤芯51中来传播。作为在该纤芯51中传播的光的模，除了基本模亦即LP01模以外，还存在作为高次的模的LP02模、LP03模。在本实施方式涉及的放大用光纤50中，按照不传播LP04以上的高次模的方式来设定种子光源的光的波长、纤芯51和包层52的尺寸以及纤芯51与包层52的相对折射率差。为了这样按LP04模以上的高次模不被传播的方式进行设定，例如，如上述那样，使种子光的波长为1070nm，纤芯51的直径为30μm，纤芯51与包层52的相对折射率差为0．32％即可。

接下来，进一步对放大用光纤50的纤芯51详细地进行说明。图3是表示图2所示的放大用光纤50的纤芯51的样子的图。具体而言，图3的A是表示与放大用光纤50的长度方向垂直的截面上的纤芯51的构造的图。另外，图3的B是表示在纤芯51中传播的LP01模、LP02模以及LP03模的、标准化后的每单位面积的强度的分布的图。另外，图3的C是表示将在纤芯51中传播的LP01模、LP02模以及LP03模的强度用面积积分，标准化后的功率的分布的图。另外，图3的D是表示在纤芯51中添加的活性元素的浓度分布的样子的图。

如图3的B所示，各个模在纤芯51的中心具有最强的强度分布。该中心处的强度为，LP03模最大，其次为LP02模，LP01模的强度最小。并且，若从纤芯51的中心向径向偏离，则LP01模的强度变得比LP03模的强度大。这里，如图3所示，将从纤芯51的中心到LP01模的强度变得比LP03模的强度大为止的径向上的区域设为区域A。另外，若进一步从纤芯51的中心向径向偏离，则LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模的强度大。这里，将在区域A的外周侧LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模的强度大之前的区域设为区域B。另外，若再进一步从纤芯51的中心向径向偏离，则LP03模的强度一度变得比LP01模的强度大。这里，将在区域B的外周侧LP03模的强度一度变得比LP01模的强度大之前的区域设为区域C，将LP03模的强度一度变得比LP01模的强度大的区域设为区域D。另外，若进一步从纤芯51的中心向径向偏离，则在区域D的外周侧，LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模的强度大。将在该区域D的外周侧LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模的强度大的区域设为区域E。进而在区域E的外周侧，LP02模的强度变得比LP01模的强度大，在再进一步的外周侧，LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模的强度小。将在该区域E的外周侧，LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模的强度小之前的区域设为区域F，将区域F的外周侧的区域设为区域G。

在如这样分别定义各区域的情况下，对于区域A而言，与纤芯51的长度方向垂直的截面的形状为圆形，其他区域B～G分别分布为环状。另外，纤芯51的直径例如，如上述那样为30μm的情况下，从中心到区域A与区域B的边界为止的距离约为3μm，从中心到区域B与区域C的边界为止的距离约为4μm，从中心到区域C与区域D的边界为止的距离约为7μm，从中心到区域D与区域E的边界为止的距离约为8．5μm，从中心到区域E与区域F的边界为止的距离约为10μm，从中心到区域F与区域G的边界为止的距离约为12μm。

另外，在区域A以及区域G中，LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模的强度小。此外，在区域B、区域C、区域F中，LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模的强度中的一方大。另外，在区域C以及区域E中，LP01模的强度变得比LP02模以及LP03模大。

这样的LP01模、LP02模、LP03模的强度的关系在图3的C所示的分布中也相同。

另外，在纤芯51中，在将LP01模、LP02模以及LP03模以功率标准化时、LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域的至少一部分，被以比纤芯的中心部高的浓度添加活性元素。换句话说，在上述区域的B～F的至少一部分的环状的区域中，被以比纤芯51的中心部高的浓度添加活性元素之一的Yb。

另外，该活性元素的添加按照还满足下式1以及式2中的任意一个的方式添加。

[数2]

${\∫}_0^{b}n\left(r\right)\×\{I_{01}\left(r\right)-I_{02}\left(r\right)\}\mathrm{rdr}>0$ ···式1

${\∫}_0^{b}n\left(r\right)\×\{I_{01}\left(r\right)-I_{03}\left(r\right)\}\mathrm{rdr}>0$ ···式2

其中，r为纤芯51的径向上距离中心的距离，I₀₁（r）为图3的B所示的LP01模的纤芯51的径向上距离中心为距离r处的强度，I₀₂（r）为图3的B所示的LP02模的纤芯51的径向上距离中心为距离r处的强度，I₀₃（r）为图3的B所示的LP03模的纤芯51的径向上距离中心为距离r处的强度，n（r）为纤芯51的径向上距离中心为距离r处的活性元素的添加浓度，b为纤芯51的半径。此外，r的单位为（m），I₀₁（r）、I₀₂（r）I₀₃（r）的单位为（W／m2），n（r）的单位为（个／m³），b的单位为（m）。

另外，在本实施方式中如图3的A所示，在包含纤芯51中心的中心区域55中，将活性元素Yb添加8×10²⁵（个／m³），在该中心区域55的外侧的外周区域57中，将活性元素Yb添加16×10²⁵（个／m³）。该中心区域55与外周区域57的边界包含在区域C中。

即，在将LP01模、LP02模以及LP03模以功率标准化时的、LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域亦即区域C以及区域E中的、活性元素Yb的添加浓度比活性纤芯的中心部的中心区域55中的活性元素Yb的添加浓度高。

另外，该中心区域55中的活性元素Yb的添加浓度和外周区域57中的活性元素Yb添加浓度被设定为满足式1以及式2的关系。即、纤芯51内的活性元素的添加浓度分布如果满足式1以及式2的关系，就能够将LP01模以比LP02模以及LP03模高的放大率放大，能够使得输出的光的光束质量良好。

这样，在本发明中，特征点为，为了满足式1以及式2的关系，在将LP01模、LP02模以及LP03模以功率标准化的情况下的、LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域的至少一部分，以比纤芯的中心部高的浓度添加活性元素。

接下来，对光纤放大器1的动作进行说明。

首先，种子光从种子光源10、单模光纤15输出。该种子光的波长例如，如上述那样为1070μm。此时，利用上述的单模光纤15的构成，仅传播LP01模。另外，在单模光纤15中传播的LP01模的光输入至光合束器30。

另外，从激励光源20输出激励被添加在放大用光纤50的纤芯51中的活性元素Yb的激励光。此时的波长如上述那样，例如为915μm的波长。另外，从激励光源20输出的激励光在多模光纤22中传播，并输入至光合束器30。

输入至光合束器30的种子光以及激励光向放大用光纤50输入，种子光在放大用光纤50的纤芯51中传播，激励光在放大用光纤50的包层52与纤芯51中传播。种子光主要输入为LP01模，但放大用光纤50的纤芯51针对种子光的波长的光，能够传播为LP01模以及LP02模以及LP03模，因此，若输入LP01模，则LP02模以及LP03模被激励，则传播为LP01模、LP02模以及LP03模。另外，在激励光通过纤芯51时，添加在纤芯51中的活性元素Yb被激励。被激励的活性元素Yb通过种子光而发生受激辐射，通过该受激辐射，LP01模、LP02模以及LP03模的种子光被放大。

此时，纤芯51的外周区域57中的活性元素Yb的浓度比包含纤芯51的中心部的中心区域55中的活性元素Yb的浓度高，满足上述式1以及式2。因此，作为纤芯51全体，LP01模被以比LP02模以及LP03模高的放大率放大。特别是在LP02模以及LP03模的强度比LP01强度强的区域A中，活性元素Yb被以低的浓度添加，因此抑制了LP02模以及LP03模光的放大。

这样，作为纤芯51全体，LP01模被以比LP02模以及LP03模高的放大率放大后的种子光从放大用光纤50作为输出光而输出。因此，在输出光中，LP02模以及LP03模的功率被抑制得较低，LP01模的功率较高。这样，光束质量的良好的输出光被输出。

如以上说明那样，在本实施方式的放大用光纤50中，在LP02模、LP03模的强度强的纤芯51的中心部，活性元素被以低的浓度添加，因此抑制了LP02模、LP03模的放大。另外，在被以比纤芯51的中心部高的浓度添加活性元素Yb的外周区域57中，光被放大得比纤芯51的中心部的强度强。该光被较强放大的区域更多地包含LP01模比LP02模以及LP03模的至少一方强的区域，对于全体而言，按照满足式1以及式2的方式，设定中心区域与外周区域的边界以及各个区域中的添加浓度分布，因此作为纤芯51全体，LP01模被以比LP02模以及LP03模高的放大率放大。由于这样LP01被以高的放大率放大，所以能够使得输出的光的光束质量良好。

即、本实施方式的放大用光纤50与活性元素Yb的浓度被均匀添加在纤芯51中的光纤比较，LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强，能够输出良好的光束质量的光。因此，从使用了这样的放大用光纤50的本实施方式的光纤放大器1能够输出良好的光束质量的光。

另外，在本实施方式的光纤放大器1中，将由LP01模构成的单模光作为种子光输入至放大用光纤50，因此能够将被激励的LP02模以及LP03模的功率抑制得较小，并能够将LP01模进一步放大。因此，能够输出良好的光束质量的光。

（第2实施方式）

接下来，参照图4对本发明的第2实施方式详细地进行说明。此外，关于与第1实施方式相同或者等同的构成要素，除了特别说明的情况外，赋予相同的附图标记并省略其重复的说明。图4是表示本发明的第2实施方式的放大用光纤的纤芯的样子的图，是与第1实施方式中的图3相当的图。

如图4的A所示，对于本实施方式中的放大用光纤，代替第1实施方式中的放大用光纤50的纤芯51而使用纤芯51a。该纤芯51a与第1实施方式的纤芯51被划为中心区域55、外周区域57同样、被划分成中心区域55a、外周区域57a。另外，外周区域57a如图4的D所示，被以与第1实施方式中的纤芯51的外周区域57同样的浓度添加活性元素。但是，本实施方式的放大用光纤的纤芯51a在中心区域55a中未添加活性元素的点上，与第1实施方式的放大用光纤50的纤芯51不同。另外，纤芯51a的活性元素的添加与第1实施方式同样地按照满足上述式1以及式2的关系的方式而被设定。

在本实施方式的放大用光纤中，由于在纤芯51a的中心区域55a中未添加活性元素，所以在包含LP02模以及LP03模的强度强的区域A的中心区域55a中，LP02模以及LP03模不被放大。另外，与第1实施方式同样，在包括LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域亦即区域C的一部分和区域E、以及LP01模的强度比LP02模及LP03模的一方强的区域亦即区域和区域F的外周区域57a中，光被放大。另外，如上述那样，在纤芯51a中按照满足上述式1以及式2的方式添加有活性元素，因此作为纤芯51a全体，LP01模被以比LP02模以及LP03模高的放大率放大。

根据本实施方式的放大用光纤，由于LP02模以及LP03模的强度强的纤芯的中心部未添加活性元素，所以在纤芯的中心部，LP02模以及LP03模不被放大。因此，作为纤芯51a全体，由于能够将LP01模以与LP02模以及LP03模相比高的放大率放大，所以能够使得输出的光的光束质量更加良好。因此，通过使用本实施方式的放大用光纤，能够实现能够输出光束质量的更加良好的光的光纤放大器。

（第3实施方式）

接下来，参照图5对本发明的第3实施方式详细地进行说明。此外，关于与第1实施方式相同或者等同的构成要素赋予相同的附图标记，除了特别说明的情况下，省略其重复的说明。图5是表示本发明的第3实施方式的放大用光纤的纤芯的样子的图，是与第1实施方式中的图3相当的图。

如图5的A所示，对于实施方式中的放大用光纤，代替第1实施方式中的放大用光纤50的纤芯51而使用纤芯51b。该纤芯51b相对于第1实施方式的纤芯51被划分为中心区域55和外周区域57，而是在中心区域55b与外周区域57b之间设置中间区域56b。另外，关于中心区域55b，其直径、可添加的活性元素的浓度与第1实施方式的中心区域55相同。因此，中心区域55b与中间区域56b的边界与第1实施方式同样包含在区域C中。另外，中间区域56b如图5的D所示那样，被以与第1实施方式中的纤芯51的外周区域57相同的浓度添加活性元素，中间区域56b与外周区域57b的边界和区域E与区域F的边界大致相等。另外，对于本实施方式的放大用光纤的纤芯51b，外周区域57b的活性元素的添加浓度比第1实施方式的外周区域57的活性元素的添加浓度低。因此，外周区域57b与中间区域56b相比，活性元素的浓度低。此外，在本实施方式中，该外周区域57b中的活性元素的添加浓度与中心区域55b中的活性元素的添加浓度相同。这样，在将LP01模、LP02模以及LP03模以功率标准化的情况下的、LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域亦即区域C以及区域E中的活性元素Yb的添加浓度比活性纤芯的中心部的中心区域55b以及包含纤芯的外周部的外周区域中的活性元素Yb的添加浓度高。

另外，通过这样添加活性元素，即使在本实施方式中，纤芯51b也被按照满足式1以及式2的关系的方式来设定。

在本实施方式的放大用光纤中，LP02模、LP03模比LP01模强的纤芯51b的中心区域55b以及外周区域57b中的活性元素的浓度被抑制得较低，包含LP02模以及LP03模的强度强的区域A以及区域G的中心区域55b以及外周区域57b中，LP02模以及LP03模的放大被抑制。另外，与第1实施方式同样，在包括LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域亦即区域C的一部分和区域E、以及LP01模的强度比LP02模的强度强的区域亦即区域D的中间区域56b中，LP01模被以高的放大率放大。

根据本实施方式的放大用光纤，在中心区域55b以及外周区域57b中，能够抑制LP02模以及LP03模的放大，如上述那样，在纤芯51b中按照满足上述式1以及式2的方式添加活性元素，因此作为纤芯51b全体，能够将LP01模以比LP02模以及LP03模更高的放大率放大，能够使得输出的光的光束质量更加良好。因此，通过使用本实施方式的放大用光纤，能够实现能够输出光束质量的更加良好的光的光纤放大器。

（第4实施方式）

接下来，参照图6对本发明的第4实施方式详细地进行说明。此外，对与第3实施方式相同或者等同的构成要素，赋予相同的附图标记，除了特别说明的情况，省略其重复的说明。图6是表示本发明的第4实施方式的放大用光纤的纤芯的样子的图，是与第1实施方式中的图3相当的图。

如图6的A所示，对于实施方式中的放大用光纤，代替第3实施方式中的放大用光纤的纤芯51b而使用纤芯51c。对于该纤芯51c而言，与第3实施方式的纤芯51b被划分成中心区域55b、中间区域56b、外周区域57b同样，被划分成中心区域55c、中间区域56c和外周区域57c。另外，中间区域56c如图6的D所示，被以与第3实施方式中的纤芯51b的中间区域56b相同的浓度添加活性元素。但是，本实施方式的放大用光纤的纤芯51c在中心区域55c以及外周区域57c中未被添加活性元素的点上，与第3实施方式的纤芯51b不同。因此，在将LP01模、LP02模以及LP03模以功率标准化时的、LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域亦即区域C以及区域E中的活性元素Yb的添加浓度比活性纤芯的中心部的中心区域55b、以及纤芯的外周部亦即外周区域中的活性元素Yb的添加浓度高。

另外，通过这样添加活性元素，即使在本实施方式中，纤芯51c也按照满足式1以及式2的关系的方式被设定。

在本实施方式的放大用光纤中，在LP02模、LP03模比LP01模强的纤芯51c的中心区域55c以及外周区域57c中由于未添加活性元素，所以在包括LP02模以及LP03模的强度强的区域A以及区域G的中心区域55c以及外周区域57c中，LP02模以及LP03模不被放大。另外，与第3实施方式同样地，在包括LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域亦即区域C的一部分以及区域E、以及LP01模的强度比LP02模的强度强的区域亦即区域D的中间区域56c中，LP01模被以高的放大率放大。

根据本实施方式的放大用光纤，在中心区域55c以及外周区域57c中，LP02模以及LP03模不被放大，如上述那样，在纤芯51c中，由于按照满足上述式1以及式2的方式添加活性元素，所以作为纤芯51c全体，能够将LP01模以比LP02模以及LP03模更高的放大率放大，能够使得输出的光的光束质量更加良好。因此，通过使用本实施方式的放大用光纤，能够实现能够输出光束质量的更良好的光的光纤放大器。

（第5实施方式）

接下来，参照图7对本发明的第5实施方式详细地进行说明。此外，对于与第1实施方式相同或者等同的构成要素，赋予相同的附图标记，除了特别说明的情况下，省略其重复的说明。图7是表示本发明的第5实施方式的谐振器的图。

如图7所示，本实施方式的谐振器2具备激励光源20、放大用光纤50、光合束器30、设置在放大用光纤50与光合束器30之间的双包层光纤65、设置于双包层光纤65的第1FBG61、设置于放大用光纤50的与双包层光纤65侧相反侧的多模光纤66、以及设置于多模光纤66的第2FBG62作为主要的构成。

双包层光纤65和与长度方向垂直的截面的构造放大用光纤相同，由纤芯、包覆纤芯的包层、以及包覆包层的外部包层构成。双包层光纤65的纤芯、包层以及外部包层的外径、折射率等虽然与放大用光纤50的纤芯、包层以及外部包层大致相同，但在双包层光纤65的纤芯中未添加活性元素。另外，和在第1实施方式中，放大用光纤50与光合束器30连接同样地，双包层光纤65的一端与光合束器30连接，多模光纤22的纤芯与双包层光纤65的包层光学连接。另外，双包层光纤65的另一端与放大用光纤50连接，双包层光纤65的纤芯与放大用光纤50的纤芯51连接，双包层光纤65的包层与放大用光纤50的包层52连接。

另外，在双包层光纤65的纤芯设置有第1FBG61。这样，第1FBG61被设置在放大用光纤50的一侧。第1FBG61构成为，沿着双包层光纤65的长度方向，折射率以恒定的周期变高的部分重复，通过调整该周期，来将成为激励状态的放大用光纤50的活性元素释放出的光的至少一部分的波长反射。第1FBG61在如上述那样活性元素为Yb的情况下，例如在1070nm中反射率例如为100％。

另外，设置在放大用光纤50的与双包层光纤65侧相反侧的多模光纤66与放大用光纤50同样，设定纤芯的直径、纤芯以及包层的折射率以便传播LP01模、LP02模、LP03模。另外，多模光纤66的一端与放大用光纤50连接，另一端未成为连接状态而为自由端，放大用光纤50的纤芯51与多模光纤66的纤芯连接。

另外，多模光纤66的纤芯设置有第2FBG62。这样，第2FBG62被设置在放大用光纤50的另一侧。第2FBG62构成为，沿着多模光纤66的长度方向，折射率以恒定的周期变高的部分被重复，将与第1FBG61反射的光相同波长的光以比第1FBG61低的反射率反射，例如，构成为将与第1FBG61反射的光相同的波长的光以50％的反射率反射。

在这样的谐振器2中，若激励光从激励光源20各个的激光二极管21被输出，则该激励光在光合束器30中，输入至双包层光纤65的包层，并从双包层光纤65的包层输入至放大用光纤50的包层。另外，与第1实施方式同样地，使被添加于放大用光纤50的纤芯51中的活性元素成为激励状态。于是成为激励状态的活性元素释放出特定波长的自然释放光。此时的自然释放光例如是中心波长为1070nm、具有恒定的频带的光。该自然释放光在放大用光纤50的纤芯51中传播，通过设置在双包层光纤65的纤芯中的第1FBG61而被反射，被反射的光在第2FBG62中被反射，产生光的谐振。另外，光在放大用光纤50的纤芯51中传播时被放大，一部分的光透过第2FBG，从多模光纤66输出。

即使在本实施方式中，也在光在放大用光纤50的纤芯51中传播时，LP01模与LP02模的光相比被较强放大，与使用活性元素Yb的浓度被均匀添加在纤芯51中的光纤的情况相比，LP01模光强度比LP02模的光强度强，能够输出良好的光束质量的光。

此外，在本实施方式中，作为放大用光纤，利用使用了第1实施方式的放大用光纤50的例子进行了说明，但也可以使用在第2实施方式～第4实施方式中说明的放大用光纤50。

以上，以第1～第5实施方式为例对本发明进行了说明，但本发明并非局限于这些。

例如，上述的实施方式的放大用光纤为在包层内仅配置有纤芯的构造，但本发明并不局限于此。例如，还可以在第1实施方式的放大用光纤50的包层52内设置一对的应力施加部。图8是表示这样的第1实施方式中的放大用光纤50的变形例的图。其中，对于与第1实施方式相同或者等同的构成要素，赋予相同的附图标记，除了特别说明的情况以外，省略重复的说明。

在图8中，放大用光纤50d与第1实施方式的放大用光纤50不同之处在于：夹着纤芯51的一对应力施加部58被设置在包层52内这点。换句话说，本变形例的放大用光纤50d为偏振波保持光纤（PANDAfiber）。例如，如上述那样，在纤芯51的直径为30μm，纤芯51与包层52的相对折射率差为0．32％的情况下，对于各个应力施加部58，例如直径为35μm，与包层52的相对折射率差为－1％，与纤芯51的外周面隔开5μm的间隔而设置。通过设置这样的应力施加部58，能够使在放大用光纤50d中传播的光成为单一偏振波。这样的放大用光纤50d能够使输入至纤芯51的光与从纤芯51输出的光的偏振波消光比成为20dB左右。

因此，在图1所示的光纤放大器1中，通过代替放大用光纤50而应用放大用光纤50d，能够输出光束质量更加良好的光。

另外，在如图7所示的第5实施方式的谐振器2中，即使代替放大用光纤50而应用放大用光纤51d也能够获得相同的效果。并且，在第2实施方式～第4实施方式的放大用光纤中，即使设置相同的应力施加部，也能够获得相同的效果。

另外，在上述的各个本实施方式中，纤芯内的活性元素的添加浓度分布虽然满足式1以及式2的关系，但是只要是满足式1以及式2的关系中的任意一方，就能够将LP01模以比LP02模以及LP03模中的任意一个高的放大率放大，与以往比较，能够提高LP01模与LP02模以及LP03模的比中的任意一个，因此与在纤芯的全体中被均匀添加活性元素的以往的放大用光纤比较，能够使得输出的光的光束质量良好。

另外，在上述的各个实施方式的放大用光纤50中，在中心区域、中间区域、外周区域中，活性元素Yb添加浓度被设定为2阶段，但只要满足式1以及式2的关系，可以是在2阶段中不同，在3阶段以上变化的分布，也可以是连续变化的分布。

另外，在第3实施方式中，可以不在外周区域57b中添加活性元素、或者在第3实施方式中，不在中心区域55b中添加活性元素。即使在这样构成的情况下，与输入的光中的LP02模以及LP03模相比，LP01模以高的放大率被放大，能够输出良好的光束质量的光。

另外，在第3实施方式中，只要满足式1以及式2的至少一方，可以使添加在中心区域55b以及外周区域57b中的活性元素为相互不同的浓度。

另外，在第1～第5实施方式中，以中心区域55、55a、55b、55c以及中间区域56b、56c以及外周区域57、57a、57b、57c为基准使活性元素的添加的浓度发生了变化。但是，在本发明中例如，在将LP01模、LP02模以及LP03模以功率标准化时的、LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域的至少一部分，被以比纤芯的中心部高的浓度添加活性元素，满足式1以及式2中的至少一方即可。即、只要满足式1以及式2中的至少一方，就在区域B～F的至少一部分中，被以比纤芯的中心高的浓度添加活性元素。即使在这种情况下，LP01模被以比LP02模以及LP03模的至少一方高的放大率放大，因此与纤芯的全体被均匀地添加活性元素的情况相比，能够使得输出的光的光束质量良好。

另外，在本发明中，只要满足上述式1以及式2，可以在纤芯中且在将LP01模以及LP02模以及LP03模以功率标准化时的、LP01模比LP02模以及LP03模双方强度强的区域的全部，被以比纤芯的中心部高的浓度添加活性元素。即、在上述实施方式中，在区域C以及区域E中都可以将活性元素以比纤芯的中心部高的浓度添加。通过这样地添加活性元素，能够将LP01模以比LP02模以及LP03模更高的放大率放大。在这种情况下，可以使LP01模比LP02模以及LP03模双方强度强的区域中的活性元素的浓度比这以外的全部区域中的活性元素的浓度高，并且，可以不在这以外的全部区域中添加活性元素。即、可以使区域C以及区域E中的活性元素的浓度比除区域C以及区域E以外的区域中的活性元素高，并且，可以不在区域C以及区域E以外的区域中添加活性元素。通过这样添加活性元素，LP01模能够以比LP02模以及LP03模更高的放大率放大。因此，能够使输出的光的光束质量更高。

另外，在本发明中，只要满足上述式1以及式2，就可以在纤芯中，在将LP01模、LP02模以及LP03模以功率标准化时、LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域的全部，被以比纤芯的中心部高的浓度添加活性元素。即、在区域B～F的全部中，被以比纤芯的中心高的浓度添加活性元素即可。在这种情况下，可以不在除LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域以外的区域中添加活性元素。即、可以不在区域B～F以外的区域（区域A、区域G）中添加活性元素。通过这样添加活性元素，LP01模能够总是以比LP02模以及LP03模高的放大率放大。因此，能够使得输出的光的光束质量最高。

另外，在第1～第4实施方式中，放大用光纤虽然构成为不传播输入至纤芯的光之中的LP03以上的高次模，但也可以构成为传播LP03模以上的高次模。

另外，在第1～第5实施方式中，虽然说明了将激励光从放大用光纤的与输出端侧相反侧的端面输入的前方激励构成的例子，但还可以是将激励光用的光合束器设置于放大用光纤的输出端侧，将激励光从放大用光纤的输出端侧端面输入的后方激励构成。

另外，作为与种子光源10连接的光纤，可以使用多模光纤，向放大用光纤输入多模光。此时，光合束器的种子光传播用的光纤使用多模光纤，使与种子光源连接的多模光纤的中心轴与光合束器的种子光传播用的光纤的中心轴大致一致后熔接连接。通过这样做，该多模光纤传播轴对称的模，输入至放大用光纤的种子光为由轴对称的模构成的光。通过这样做，输入至放大用光纤的种子光除了LP01模以外仅为轴对称的高次模。因此，与输入至放大用光纤的种子光中包含非轴对称的高次模的情况相比，能够输出容易进行聚光的良好的光束质量的光。作为这样的多模光纤的一个例子，举出了传播LP01模、LP02模以及LP03模，且不传播LP04模以上的高次模的多模光纤。作为这样的多模光纤，在纤芯中传播的光为1070μm的情况下，使纤芯的直径成为30μm，使纤芯与包层的相对折射率差为0．32％即可。

此外，能够将在上述实施方式中说明的光纤放大器1、谐振器2直接作为光纤激光装置使用。

实施例

以下，例举了实施例以及比较例对本发明的内容进一步具体地进行说明，但本发明并不局限于此。

（实施例1）

为了通过仿真进行所输出的光束质量的验证，假定与第2实施方式相同的放大用光纤。本实施例中的放大用光纤，其纤芯的直径为30μm，包层的外径为420μm，外部包层的外径为440μm。另外，纤芯与包层的相对折射率差为0．32。此外，通过以后的实施例，设定了各个放大用光纤的长度，以使得在最大的激励光功率条件下放大效率变最高。

另外，与第2实施方式同样地，在纤芯的径向分为以纤芯的中心为中心的直径为10μm的中心区域、和包围中心区域到外周面为止的外周区域，在外周区域中将Yb添加16×10²⁵（个／m³），在中心区域中不添加任何活性元素。

接下来，假定向该放大用光纤入射光的单模光纤。在该单模光纤中，纤芯的直径为10μm，纤芯Δ为0．16％，包层的外径为125μm。在这样的单模光纤中传播的光中的各模的功率的比率如下：LP01模为62％，LP02模为31．5％，LP03模为6．5％。

另外，从该单模光纤向放大用光纤入射光。此时的LP01模、LP02模以及LP03模的概况与图4的B、C大致相同。因此，添加了Yb的中间区域以及外周区域包含LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域。并且，该放大用光纤满足了上述的式1以及式2的关系。

（实施例2）

除了与第4实施例同样在纤芯的径向上，分为与第1实施方式相同的中心区域、包围中心区域且外径为20μm的中间区域、以及从中间区域到外周面为止的外周区域，在中间区域中将Yb添加16×10²⁵（个／m³），中心区域以及外周区域中不添加任何活性元素以外，还假定与实施例1的放大用光纤相同的放大用光纤，另外，还假定与实施例1的单模光纤相同的单模光纤。

此外，与第1实施方式同样，从单模光纤向放大用光纤入射光。此时的LP01模、LP02模以及LP03模的概况与第1实施方式相同，因此，添加了Yb的中间区域包含LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域。并且，该放大用光纤满足了上述的式1以及式2的关系。

（比较例1）

除了对纤芯全体均匀地将Yb添加16×10²⁵（个／m³）以外，还假定与实施例1相同的放大用光纤，另外，还假定与实施例1的单模光纤相同的单模光纤。

然后，与实施例1同样地，从单模光纤向放大用光纤入射光。该放大用光纤未满足上述的式1以及式2的关系。

接下来，将从实施例1、实施例2以及比较例1的单模光纤向放大用光纤输入的光的功率设为200mW的强度，向放大用光纤的包层输入激励光，通过计算求出使该激励光的功率变化为10W、30W、50W、70W时的输出光的输出功率以及光束质量M²。对于该光束质量M²，使用波长λ以及输出光的扩展角Θ，以及光束直径D如下式那样定义。

[数3]

$M^2=\frac{\mathrm{\Θ}\×D\×\mathrm{\π}}{4\×\mathrm{\λ}}$

其结果如图9所示。如图9所示，实施例1示出，无论在怎样的激励光的功率中，表示光束质量的M²均为低于比较例1的数值，良好的光束质量的光被输出。另外，实施例2得到更加良好的光束质量的光被输出的结果。此外，无论在怎样的激励光的功率中，在实施例1、2以及比较例1中输出功率均未产生差。

（实施例3）

假定与实施例1的放大用光纤相同的放大用光纤，另外，代替实施例1中的单模光纤而假定纤芯的直径为15μm，纤芯Δ为0．07％，包层的外径为125μm的单模光纤。在这样的单模光纤中传播的光中的各模的功率的比率如下：LP01模为89．8％，LP02模为9．8％，LP03模为0．4％。

此外，与实施例1同样地，从单模光纤向放大用光纤入射光。此时的LP01模、LP02模以及LP03模的概况与图4的B、C大致相同。因此，添加了Yb的外周区域包含LP01模的强度比LP02模以及LP03模的至少一方的强度强的区域。并且，该放大用光纤满足了上述的式1以及式2的关系。

（实施例4）

假定与实施例2的放大用光纤相同的放大用光纤，另外还代替实施例2中的单模光纤而假定与实施例3的单模光纤相同的单模光纤。

另外，与实施例2同样地，从单模光纤向放大用光纤入射光。此时的LP01模、LP02模以及LP03模的概况与实施例3大致相同。因此，添加了Yb的中间区域包含LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域。并且，该放大用光纤满足了上述的式1以及式2的关系。

（比较例2）

除了对纤芯全体均匀地将Yb添加16×10²⁵（个／m³）以外，还假定与实施例3相同的放大用光纤，假定与实施例3的单模光纤相同的单模光纤。

另外，与实施例3同样地，从单模光纤向放大用光纤入射了光。该放大用光纤未满足上述的式1以及式2的关系。

接下来，将从实施例3、实施例4以及比较例2的单模光纤输入至放大用光纤的光的功率设为200mW的强度，向放大用光纤的包层输入激励光，通过计算求出使该激励光的功率变化为10W、30W、50W、70W时的输出光的输出功率以及光束质量（M²）。

其结果如图10所示。如图10所示，实施例3示出，无论在怎样的激励光的功率中，表示光束质量的M²均为低于比较例2的数值，从而输出良好的光束质量的光。另外，实施例4得到输出更加良好的光束质量的光的结果。此外，无论在怎样的激励光的功率中，在实施例3、实施例4以及比较例2中输出功率均未产生差。

（实施例5）

假定与实施例1的放大用光纤相同的放大用光纤，并且，代替实施例1中的单模光纤而假定纤芯的直径为20μm、纤芯Δ为0．04％、包层的外径为125μm的单模光纤。在这样的单模光纤中传播的光中的各模的功率的比率如下：LP01模为99．4％，LP02模为0．4％，LP03模为0．2％。

另外，与实施例1同样地，从单模光纤向放大用光纤入射了光。此时的LP01模、LP02模以及LP03模的概况与图4的B、C大致相同。因此，添加了Yb的外周区域包含LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域。并且，该放大用光纤满足了上述的式1以及式2的关系。

（实施例6）

假定与实施例2的放大用光纤相同的放大用光纤，并且，代替实施例2中的单模光纤而假定与实施例5的单模光纤相同的单模光纤。

另外，与实施例2同样，从单模光纤向放大用光纤入射了光。此时的LP01模、LP02模以及LP03模的概况与实施例5大致相同。因此，添加了Yb的中间区域包含LP01模的强度比LP02模以及LP03模的强度强的区域。并且，该放大用光纤满足上述的式1以及式2的关系。

（比较例3）

除了对纤芯全体均匀地将Yb添加16×10²⁵（个／m³）以外,还假定与实施例5的放大用光纤相同的放大用光纤，假定与实施例5的单模光纤相同的单模光纤。

另外，与实施例5同样地，从单模光纤向放大用光纤入射光。该放大用光纤未满足上述的式1以及式2的关系。

接下来，将从实施例5、实施例6以及比较例3的单模光纤输入至放大用光纤的光的功率设为200mW的强度，向放大用光纤的包层输入激励光，通过计算求出使该激励光的功率变化为10W、30W、50W、70W时的输出光的输出功率以及光束质量（M²）。

其结果如图11所示。如图11所示，实施例5示出，无论在如何的激励光的功率下，表示光束质量的M²均为低于比较例3的数值，从而输出良好的光束质量的光。另外，实施例6获得输出更加良好的光束质量的光的结果。此外，无论在怎样的激励光的功率中，在实施例5、实施例6以及比较例3中输出功率均未产生差。

根据以上的结果可知，采用如本发明那样在LP02模、LP03模的强度强的纤芯51的中心处，未添加活性元素，满足上述式1以及上述式2的放大用光纤，则LP02模以及LP03模的放大被抑制，LP01模被以高的放大率放大，因此能使得输出的光的光束质量良好。另外还可知，在外周部未添加活性元素的放大用光纤中能够使得光的光束质量更加良好。

工业上的可利用性

根据本发明，提供了即使在高次模被激励的情况下，也能够输出良好的光束质量的光的放大用光纤、使用了该光纤的光纤放大器以及谐振器。

附图标记的说明

1···光纤放大器；2···谐振器；10···种子光源；11···激光二极管；13···稀土类添加光纤；15···单模光纤；20···激励光源；21···激光二极管；22···多模光纤；30···光合束器；50···放大用光纤；51、51a、51b、51c···纤芯；52···包层；53···外部包层；55、55a、55b、55c···中心区域；56b、56c···中间区域；57、57a、57b、57c···外周区域；61···第1FBG；62···第2FBG。

Claims (13)

1.一种放大用光纤，是具有纤芯、包覆所述纤芯的包层的放大用光纤，其特征在于，

所述纤芯至少以LP01模、LP02模以及LP03模传播规定波长的光，

在所述纤芯中，在将所述LP01模、所述LP02模以及所述LP03模以功率标准化时、所述LP01模的强度比所述LP02模以及所述LP03模中的至少一方的强度强的区域的至少一部分，被以比所述纤芯的中心部高的浓度添加受激辐射出所述规定波长的光的活性元素，

满足下面式1以及式2中的至少一方，

${\∫}_0^{b}n\left(r\right)\×\{I_{01}\left(r\right)-I_{02}\left(r\right)\}\mathrm{rdr}>0$ ···式1

${\∫}_0^{b}n\left(r\right)\×\{I_{01}\left(r\right)-I_{03}\left(r\right)\}\mathrm{rdr}>0$ ···式2

其中，r是所述纤芯径向上距离中心的距离，I01（r）是所述LP01模的所述纤芯径向上距离中心为距离r处的强度，I02（r）是所述LP02模的所述纤芯径向上距离中心为距离r处的强度，I03（r）是所述LP03模的所述纤芯径向上距离中心为距离r处的强度，n（r）是所述纤芯径向上距离中心为距离r处的活性元素的添加浓度，b为所述纤芯的半径。

2.根据权利要求1所述的放大用光纤，其特征在于，

在所述纤芯中，在将所述LP01模、所述LP02模以及所述LP03模以功率标准化时、所述LP01模的强度比所述LP02模的强度强的区域的至少一部分以及所述LP01模的强度比所述LP03模的强度强的区域的至少一部分，被以比所述纤芯的中心部高的浓度添加所述活性元素，

同时满足所述式1以及所述式2。

3.根据权利要求2所述的放大用光纤，其特征在于，

在所述纤芯中，在将所述LP01模、所述LP02模以及所述LP03模以功率标准化时、所述LP01模的强度比所述LP02模的强度以及所述LP03模的强度强的区域的至少一部分，被以比所述纤芯的中心部高的浓度添加所述活性元素。

4.根据权利要求3所述的放大用光纤，其特征在于，

在所述纤芯中，在将所述LP01模、所述LP02模以及所述LP03模以功率标准化时、所述LP01模的强度比所述LP02模的强度以及所述LP03模的强度强的区域的全部，被以比所述纤芯的中心部高的浓度添加所述活性元素。

5.根据权利要求1所述的放大用光纤，其特征在于，

在所述纤芯中，在将所述LP01模、所述LP02模以及所述LP03模以功率标准化时、所述LP01模的强度比所述LP02模以及所述LP03模中的至少一方的强度强的区域的全部，被以比所述纤芯的中心部高的浓度添加所述活性元素，

同时满足所述式1以及所述式2。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的放大用光纤，其特征在于，

在所述纤芯的所述中心部，未被添加所述活性元素。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的放大用光纤，其特征在于，

在所述纤芯的外周部，所述活性元素的浓度比被以比所述纤芯的中心部高的浓度添加活性元素的区域低。

8.根据权利要求7所述的放大用光纤，其特征在于，

在所述纤芯的所述外周部，未被添加活性元素。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的放大用光纤，其特征在于，

夹着所述纤芯的一对应力施加部被设置在所述包层内。

10.一种光纤放大器，其特征在于，具备：

权利要求1至9中任意一项所述的放大用光纤；

使包括LP01模的种子光输入至所述放大用光纤的种子光源；以及

输出激励所述放大用光纤的所述活性元素的激励光的激励光源。

11.根据权利要求10所述的光纤放大器，其特征在于，

输入至所述放大用光纤的种子光仅激发所述放大用光纤的轴对称的模。

12.根据权利要求11所述的光纤放大器，其特征在于，

输入至所述放大用光纤的种子光是单模光。

13.一种谐振器，其特征在于，具备：

权利要求1至9中任意一项所述的放大用光纤；

激励光源，其输出激励所述放大用光纤的所述活性元素的激励光；

第1FBG，其设置于所述放大用光纤的一侧，将由所述激励光激励出的所述活性元素释放出的光的至少一部分波长的光反射；以及

第2FBG，其设置于所述放大用光纤的另一侧，将与所述第1FBG反射的光相同波长的光以比所述第1FBG低的反射率反射。

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