CN115735305A - 光放大光纤、光纤放大器以及光通信系统 - Google Patents

Abstract

光放大光纤具备：至少一个纤芯部，其添加了稀土类元素；内侧包层部，其包围所述纤芯部，具有比各纤芯部的最大折射率低的折射率；和外侧包层部，其包围所述内侧包层部，具有比所述内侧包层部的折射率低的折射率，所述内侧包层部包含折射率与相邻的区域不同的不同折射率区域。

Description

光放大光纤、光纤放大器以及光通信系统

技术领域

本发明涉及光放大光纤、光纤放大器以及光通信系统。

背景技术

例如，在海底光通信等用途中，通过作为光放大器而使用多纤芯EDFA(Erbium-Doped optical Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)，期待削减光放大器的消耗电力。

关于多纤芯EDFA，已知如下结构：使用双包层型的多纤芯EDF作为多纤芯光放大光纤，通过包层激发方式将纤芯部中所含的作为稀土类元素的铒(Er)光激发(参照非专利文献1、2)。

在先技术文献

非专利文献

非专利文献1：Kazi S Abedin et al，“Multimode Erbium Doped Fi berAmplifiers for Space Division Multiplexing Systems”，JOURNAL O F LIGHTWAVETECHNOLOGY，VOL.32，NO.16，AUGUST 15，2014 pp.2800-2808.

非专利文献2：Kazi S Abedin et al，“Cladding-pumped erbium-dop edmulticore fiber amplifier”，OPTICS EXPRESS Vol.20，No.18 27 Au gust 2012pp.20191-20200.

发明内容

-发明要解决的课题-

由于通信流量总是在增加，因此，为了通信容量的增量，也谋求进一步适合多纤芯光放大光纤的特性的方案。

特别是，若能改善多纤芯光放大光纤的激发效率，则出于削减多纤芯光纤放大器的消耗电力的观点是优选的。在此，所谓激发效率，例如以使用在光放大中的激发光的能量相对于输入到多纤芯光放大光纤的激发光的能量的比率来表征。另外，激发效率的改善并不限于多纤芯光放大光纤，在单纤芯的光放大光纤中也是有益。

本发明鉴于上述而提出，目的在于，提供改善了激发效率的光放大光纤、和利用其的光纤放大器以及光通信系统。

-用于解决课题的手段-

为了解决上述的课题，达成目的，本发明的一方式是光放大光纤，具备：至少一个纤芯部，其添加了稀土类元素；内侧包层部，其包围所述至少一个纤芯部，具有比各纤芯部的最大折射率低的折射率；和外侧包层部，其包围所述内侧包层部，具有比所述内侧包层部的折射率低的折射率，所述内侧包层部包含折射率与相邻的区域不同的不同折射率区域。

也可以，所述不同折射率区域含有包含折射率调整用的掺杂剂的石英玻璃，所述折射率调整用的掺杂剂是氟(F)、锗(Ge)、磷(P)、硼(B)、碱金属、氯(Cl)或铝(Al)。

也可以，在所述内侧包层部，在与所述光放大光纤的轴向正交的截面，在径向上存在2层以上的所述不同折射率区域的层。

所述不同折射率区域在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中存在从所述纤芯部离开纤芯直径以上的位置。

也可以，所述不同折射率区域位于以所述光放大光纤的中心为轴的旋转对称的位置。

也可以，在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中规定了密排六方晶格的情况下，所述不同折射率区域位于其晶格点的位置。

也可以，在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中规定了密排六方晶格的情况下，所述不同折射率区域圆环状地存在，其中该圆环以某晶格点为中心，半径为晶格点间距离的1/2以下。

也可以，多个所述不同折射率区域分散存在于所述内侧包层部内。

也可以，在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中，相对于所述内侧包层部的截面积的所述多个不同折射率区域的截面积的总计为0.1％以上且30％以下。

也可以，所述不同折射率区域的直径为在所述内侧包层部中传播的光的波长的1/2000倍以上且2倍以下。

也可以，所述不同折射率区域在与所述光放大光纤的轴向正交的截面存在从所述纤芯部离开纤芯直径以上的圆环状的区域。

也可以，所述不同折射率区域在所述光放大光纤的各纤芯部的径向上大致均匀地分布。

也可以，所述不同折射率区域在所述光放大光纤的轴向上大致均匀地分布。

也可以，所述不同折射率区域在所述光放大光纤的各纤芯部的绕轴方向上大致均匀地分布。

也可以，具备多个所述纤芯部，在通过所述多个纤芯部当中的以所述光放大光纤的中心为轴最远离所述中心的纤芯部的圆管状的边界的内侧和外侧，所述不同折射率区域的存在密度不同。

也可以，所述稀土类元素包含铒。

也可以，将激发光的波长设为976nm±2nm，在定义为包层吸收率＝-10×log((透过具备多个所述纤芯部的所述光放大光纤出来的激发光功率(W))/(入射到具备多个所述纤芯部的所述光放大光纤的所述内侧包层部的激发光功率(W)))/所述光放大光纤的长度(m)的情况下，包层吸收率为0.05dB/m以上。

本发明的一方式是光纤放大器，具备：所述光放大光纤；激发光源，其输出将所述光放大光纤的所述稀土类元素光激发的激发光；和光耦合器，其所述激发光在所述内侧包层部光学耦合。

也可以，具备多个所述纤芯部，所述多个纤芯部之间的增益差为3dB以下。

本发明的一方式是具备所述光纤放大器的光通信系统。

-发明效果-

根据本发明，能实现改善了激发效率的光放大光纤。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。

图2是实施方式2所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。

图3是实施方式2所涉及的多纤芯光放大光纤的制造方法的一例的说明图。

图4是实施方式3所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。

图5是实施方式3所涉及的多纤芯光放大光纤的制造方法的一例的说明图。

图6是实施方式4所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。

图7是图6所示的多纤芯光放大光纤的与图6不同的截面中的示意性截面图。

图8是实施方式5所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。

图9是实施方式6所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。

图10是实施方式7所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。

图11是表示实施方式8所涉及的多纤芯光纤放大器的结构的示意图。

图12是表示多纤芯光放大光纤的吸收光谱的一例的图。

图13是表示实施方式12所涉及的光通信系统的结构的示意图。

具体实施方式

以下参照附图来说明实施方式。另外，并不通过本实施方式来限定本发明。此外，在附图的记载中，对相同或对应的要素适宜标注相同附图标记。此外，附图是示意性的，需要留意的是，各要素的尺寸的关系、各要素的比率等有时与现实不同。在附图的相互间，也有时包含相互的尺寸的关系、比率不同的部分。此外，在本说明书中，所谓截止波长，是指在ITU-T(国际电信联盟)G.650.1中定义的线缆截止波长。此外，除此以外，关于本说明书中未特别定义的用语，遵循G.650.1以及G.650.2中的定义、测定方法。

(实施方式1)

图1是实施方式1所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图，表示与多纤芯光放大光纤的轴向垂直的截面。多纤芯光放大光纤1是双包层型且7纤芯型的多纤芯光纤，具备：作为多个纤芯部的7个纤芯部1a；包围纤芯部1a的内侧包层部1b；和包围内侧包层部1b的外侧包层部1c。

纤芯部1a配置成实现最密填充状态的三角晶格状。即，1个纤芯部1a配置在内侧包层部1b的中心或中心的近旁。6个纤芯部1a以该纤芯部1a为中心，配置得成为正六边形的角的位置。纤芯部1a在与多纤芯光放大光纤1的轴向正交的截面中规定了密排六方晶格的情况下，还能位于该晶格点的位置。纤芯部1a例如包含锗(Ge)、铝(Al)，作为提高折射率的折射率调整用掺杂剂。此外，纤芯部1a包含铒(Er)，作为是放大媒介的稀土类元素。Er例如以使得波长1530nm附近的吸收系数的峰值成为2.5dB/m～11dB/m的浓度添加。此外，例如添加浓度是250ppm～2000ppm。其中，吸收系数、添加浓度并没有特别限定。另外，Al还具有抑制Er的浓度猝灭的功能。

内侧包层部1b具有比各纤芯部1a的最大折射率低的折射率。各纤芯部1a和内侧包层部1b的折射率剖面例如是阶跃型。另外，内侧包层部1b可以具有位于各纤芯部1a各自的外周的沟槽部。在该情况下，沟槽部含有添加了氟(F)等降低折射率的折射率调整用掺杂剂的石英玻璃，沟槽部的折射率具有比内侧包层部1b的其他部分的折射率低的折射率。在该情况下，各纤芯部1a和内侧包层部1b的折射率剖面成为沟槽型。

内侧包层部1b具备：截面为圆形且包围纤芯部1a的内侧区域1ba；包围内侧区域1ba的圆环状且层状的不同折射率区域1bb；包围不同折射率区域1bb的圆环状且层状的不同折射率区域1bc；包围不同折射率区域1bc的圆环状且层状的不同折射率区域1bd；和包围不同折射率区域1bd的圆环状且层状的不同折射率区域1be。不同折射率区域1bb、1bc、1bd、1be是折射率与相邻的区域不同的区域。具体地，不同折射率区域1bb与作为相邻的区域的内侧区域1ba、不同折射率区域1bc折射率不同。不同折射率区域1bc与作为相邻的区域的不同折射率区域1bb、不同折射率区域1bd折射率不同。不同折射率区域1bd与作为相邻的区域的不同折射率区域1bc、不同折射率区域1be折射率不同。

内侧区域1ba例如含有不含折射率调整用的掺杂剂的纯石英玻璃，不同折射率区域1bb、1bc、1bd、1be例如含有包含折射率调整用的掺杂剂的石英玻璃。折射率调整用的掺杂剂例如是F、Ge、磷(P)、硼(B)、钠(Na)、钾(K)等碱金属、氯(Cl)、或Al等。将从这些掺杂剂选出的1个或多个掺杂剂添加到不同折射率区域1bb、1bc、1bd、1be。通过改变所添加的掺杂剂的种类、量，能构成不同折射率区域1bb、1bc、1ed、1ee之间的折射率的差异。内侧区域1ba、不同折射率区域1bb、1bc、1ed、1ee之间的折射率的差异是一方相对于另一方的相对折射率差的绝对值越大越好，例如是0.3％以上，更优选是0.7％以上。此外，不同折射率区域1bb、1bc、1ed、1ee的层厚若至少有所传播的光的波长的数倍程度，则易于出折射率的差异，作为波长阶数的平均值。内侧包层部1b由于如后述那样传播能将Er光激发的波长的激发光、例如976nm等900nm波长带的激发光，因此，优选至少1μm以上的层厚。此外，层厚能对应于内侧包层部1b的外径适宜设定。

在多纤芯光放大光纤1中，根据不同折射率区域1bb、1bc、1bd、1be，在内侧包层部1b，在径向上存在2层以上即4层不同折射率区域的层。

若将各纤芯部1a相对于内侧区域1ba的玻璃的相对折射率差设为纤芯Δ，则在本实施方式中，各纤芯部1a的纤芯Δ大致相等，例如在波长1550nm下是0.35％～2％。纤芯部1a的纤芯直径优选在与纤芯Δ的关系下设定，以使得稀土类元素实现比能进行光放大的光放大波长带短的截止波长。光放大波长带在Er的情况下，是被称作C带的例如1530nm～1565nm、被称作L带的例如1565nm～1625nm。纤芯直径例如是5μm～10μm程度。

外侧包层部1c具有比内侧包层部1b的折射率低的折射率，例如含有树脂。另外，在内侧包层部1b具有针对纤芯部1a的沟槽部的情况下，外侧包层部1c的折射率可以比沟槽部的折射率高，但比内侧包层部1b的其他部分的折射率以及内侧包层部1b的平均折射率低。

若对内侧包层部1b输入能将Er光激发的波长的激发光例如976nm等900nm波长带的激发光，激发光就在内侧包层部1b的内部传播的同时，将在各纤芯部1a添加的Er光激发。由此，各纤芯部1a能将输入到各纤芯部1a的信号光光放大。如此地，多纤芯光放大光纤1构成为能运用包层激发方式。

在多纤芯光放大光纤1中，内侧区域1ba、不同折射率区域1bb、1bc、1bd、1be处的以界面为边界而折射率不同的界面(以下有时记载为不同折射率界面)使在内侧包层部1b传播的激发光散射。其结果，在内侧包层部1b中传播的激发光当中的到达纤芯部1a的分量变多。例如，在多纤芯光放大光纤1这样的包层激发方式的情况下，通常存在传播得不到达纤芯部1a的偏斜分量S这样的不对激发做出贡献的未使用分量。但在多纤芯光放大光纤1中，偏斜分量S等未使用分量由于不同折射率界面而散射，从而其一部分到达纤芯部1a，能使用在Er的光激发中。另外，由于激发光在内侧包层部1b中以多模进行传播，因此偏斜分量S也能有以种种角度进行传播的模式。通过这些种种偏斜分量S由于不同折射率界面而散射，其一部分到达纤芯部1a，能易于使用在Er的光激发中。

在以上那样构成的多纤芯光放大光纤1中，由于通过不同折射率界面使在内侧包层部1b中传播的激发光散射，激发光当中的到达纤芯部1a的分量变多，因此改善了激发效率。此外，通过径向上不同折射率区域的层的数量、厚度、折射率差的调整，能调整不同折射率界面的效果。例如，能适宜设计不同折射率区域的层，以使得分别成为1层以上、合计2层以上。

多纤芯光放大光纤1例如能利用堆叠法、穿孔法等公知的多纤芯光纤的制造方法来制造。例如，在穿孔法的情况下，在母材棒形成7个在轴向上平行延伸的孔，在各孔插入包含成为纤芯部1a的部分和成为内侧区域1ba的一部分的部分的玻璃棒即芯棒，形成母材。接着，间该母材拉丝，形成外侧包层部1c。

上述方法中所用的母材棒例如能使用VAD(Vapor-phase Axial Deposition，气相轴向沉积)法、OVD(Outside Vapor Deposition，外部气相沉积)法、MCVD(ModifiedChemical Vapor Deposition，改进的化学气相沉积)法或等离子CVD法来制作。这时，沉积成为内侧区域1ba的SOOT层、成为不同折射率区域1bb的SOOT层、成为不同折射率区域1bc的SOOT层、不成为同折射率区域1bd的SOOT层、成为不同折射率区域1be的SOOT层，作为含有玻璃微粒子的SOOT层，通过热处理进行脱水、玻璃化，来形成母材棒。

上述方法中所用的母材棒还能用封套法制作。在该情况下，进行插入，以使得在成为内侧区域1ba的玻璃棒依次覆盖上分别成为不同折射率区域1bb、1bc、1bd、1be的封套管，通过热处理进行一体化，从而形成。

(实施方式2)

图2是实施方式2所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。该多纤芯光放大光纤2具有在图1所示的实施方式1所涉及的多纤芯光放大光纤1中将内侧包层部1b置换成内侧包层部1d的结构。内侧包层部1d具有如下结构：将内侧包层部1b的不同折射率区域1bb、1bc、1bd、1be置换成与内侧区域1ba相同构成材料的区域，并且设有多个截面为圆状的不同折射率区域1da。在本实施方式中，不同折射率区域1da的数量是6个，但其数量并没有限定。

不同折射率区域1da与在内侧包层部1d中相邻的区域折射率不同。此外，不同折射率区域1da位于纤芯部1a所形成的正六边形的外周侧。此外，不同折射率区域1da位于以多纤芯光放大光纤2的中心为轴的旋转对称的位置，在本实施方式中，位于6次旋转对称的位置。此外，各不同折射率区域1da在与多纤芯光放大光纤2的轴向正交的截面中规定了密排六方晶格的情况下，位于该晶格点的位置。

在以上那样构成的多纤芯光放大光纤2中，与多纤芯光放大光纤1同样，通过不同折射率区域1da的不同折射率界面的效果，改善了激发效率。此外，通过不同折射率区域1da的位置、旋转对称性的调整，能调整不同折射率界面的效果。例如，旋转对称也可以是2次旋转对称、3次旋转对称。

另外，不同折射率区域1da可以位于纤芯部1a所形成的正六边形的内周侧或相同周上。

多纤芯光放大光纤2能利用公知的多纤芯光纤的制造方法制造。例如，在穿孔法的情况下，参照图3进行说明。

即，如图3所示那样，在成为内侧包层部1d的一部分的母材棒21形成与轴向平行延伸的7个孔21a、6个孔21b。然后，在孔21a插入芯棒22，在孔21b插入成为不同折射率区域1da的玻璃棒23，形成母材。另外，芯棒22是玻璃棒，具备：成为纤芯部1a的纤芯部22a；和包围纤芯部22a且成为内侧包层部1d的一部分的包层部22b。接着，将该母材拉丝，形成外侧包层部1c。

(实施方式3)

图4是实施方式3所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。该多纤芯光放大光纤3具有在图2所示的实施方式2所涉及的多纤芯光放大光纤2中将内侧包层部1d置换成内侧包层部1e的结构。内侧包层部1e具有如下结构：将内侧包层部1d中的不同折射率区域1da删除，且设有多个截面为圆形状的不同折射率区域1ea。在本实施方式中，不同折射率区域1ea的数量是12，但其数量并没有限定。

不同折射率区域1ea位于纤芯部1a所形成的正六边形的外周侧。此外，不同折射率区域1ea位于以多纤芯光放大光纤3的中心为轴的旋转对称的位置，在本实施方式中位于6次旋转对称的位置。此外，各不同折射率区域1ea在与多纤芯光放大光纤3的轴向正交的截面中规定了密排六方晶格的情况下，位于该晶格点的位置。进而，在本实施方式中，各纤芯部1a以及各不同折射率区域1ea位于相同密排六方晶格的晶格点的位置。

在以上那样构成的多纤芯光放大光纤3中，与多纤芯光放大光纤1、2同样，通过不同折射率区域1ea的不同折射率界面的效果，改善了激发效率。此外，不通过同折射率区域1ea的位置、数量、旋转对称性的调整，能调整不同折射率界面的效果。

另外，不同折射率界面可以位于纤芯部1a所形成的正六边形的内周侧或相同周上。此外，可以使不同折射率区域1ea的数量从12适宜增减。

多纤芯光放大光纤3能利用公知的多纤芯光纤的制造方法制造。例如，参照图5来说明堆叠法的情况。

即，如图5所示那样，将7根芯棒22在成为内侧包层部1e的一部分的玻璃管31中堆叠。与此同时，在芯棒22与玻璃管31之间的间隙33堆叠成为不同折射率区域1ea的12根玻璃棒32，来形成母材。在此，通过使芯棒22和玻璃棒32的直径相等，能做出各纤芯部1a以及各不同折射率区域1ea位于相同密排六方晶格的晶格点的位置的构造。此外，在间隙33的剩余的部分还堆叠含有与包层部22b相同材料的成为内侧包层部1e的一部分的玻璃棒。接着，将该母材拉丝，来形成外侧包层部1c。另外，为了使不同折射率区域1ea的数量从12减少，将12根玻璃棒32当中的1个以上置换成含有与包层部22b相同材料的玻璃棒即可。

(实施方式4)

图6是实施方式4所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图。在图6中，与附图垂直的方向是多纤芯光放大光纤4的轴向Dz。此外，在图6中，规定多纤芯光放大光纤4的径向Dr、绕轴方向Dt。另外，在其他图中，也能与图6同样，来同样地规定轴向Dz、径向Dr、绕轴方向Dt。

该多纤芯光放大光纤4具有在图2所示的实施方式2所涉及的多纤芯光放大光纤2中将内侧包层部1d置换成内侧包层部1f的结构。内侧包层部1f具有如下结构：将内侧包层部1d中的不同折射率区域1da删除，设有多个不同折射率区域1fa。

不同折射率区域1fa分散存在于内侧包层部1f的内部。不同折射率区域1fa例如包含分散存在于石英玻璃中的微晶、晶簇来构成。不同折射率区域1fa例如含有Al、Ge、碱金属。不同折射率区域1fa与其周围的玻璃材料的折射率差越大越好。

在以上那样构成的多纤芯光放大光纤4中，与多纤芯光放大光纤1～3同样，通过不同折射率区域1fa的不同折射率界面的效果，改善了激发效率。此外，通过不同折射率区域1fa的尺寸、存在密度的调整，能调整不同折射率界面的效果。

此外，在多纤芯光放大光纤4中，在内侧包层部1f的与外侧包层部1c的边界近旁的区域不存在不同折射率区域1fa。由此，适度调整偏斜分量S的散射，能在内侧包层部1f的与外侧包层部1c的边界近旁抑制行进得远离纤芯部1a的散射光的产生。

另外，在多纤芯光放大光纤4中，在图6所示那样的与轴向Dz正交的截面，若将相对于内侧包层部1f的截面积的多个不同折射率区域1fa的截面积的总计设为截面积比，则截面积比例如优选0.1％以上且30％以下，进一步优选1％以上。若截面积比为0.1％以上，则易于发挥多个不同折射率区域1fa所带来的激发效率的改善效果，若为1％以上，则易于进一步发挥改善效果。此外，若截面积比为30％以下，则容易以所期望的光学特性(放大特性等)制造多纤芯光放大光纤4。此外，在截面积比比30％大的情况下，使激发光散射的效果变得过强，有时内侧包层部1f中的激发光的传播损失增大。在该情况下，有时由于传播损失的增大而激发效率劣化的效果会超过通过不同折射率区域1fa将激发光散射而改善激发效率的效果。

此外，图6那样的截面中的不同折射率区域1fa的直径优选为在内侧包层部1b中传播的光(激发光)的波长的1/2000倍以上且2倍以下。在作为散射体的不同折射率区域1fa的直径为激发光的波长的1/20倍以上且2倍以下的情况下，不同折射率区域1fa所引起的光的散射主要是米氏散射。在不同折射率区域1fa的直径为激发光的波长的1/2000倍以上1/20倍以下的情况下，不同折射率区域1fa所引起的光的散射主要是瑞利散射。如此地，在粒子状的物质、折射率变化中光波碰撞的情况下，根据其大小而散射的种类不同。在此，在米氏散射中，主要是前方散射，瑞利散射是各向同性散射，但认为不管哪种散射都会贡献于激发效率的改善。例如，也可以利用这些散射的散射方向的特性，对应于纤芯部1a的配置、内侧包层部1f中的激发光的电场分布等，使直径不同的不同折射率区域1fa在空间上分布，来提高激发效率的改善的程度。例如，在使传播方向大幅变更更有效果的情况下，瑞利散射对激发效率的改善的贡献大。

另外，在不同折射率区域1fa的截面不是圆形的情况下，可以将不同折射率区域1fa的直径定义为与该不同折射率区域1fa的截面积相等的圆的直径。

此外，多个不同折射率区域1fa若在内侧包层部1f内随机存在，则由于激发光散射效果易于对各纤芯部1a均匀地作用，因而优选。所谓多个不同折射率区域1fa在内侧包层部1f内随机存在，换言之能说是在内侧包层部1f内在不同折射率区域1fa的分布中没有偏倚而大致均匀地分布。因此，例如，不同折射率区域1fa优选在轴向Dz上大致均匀地分布。

图7是图6所示的多纤芯光放大光纤4的与图6不同的截面中的示意性截面图。图7所示的截面例如是从图6所示的截面在轴向Dz上移动多纤芯光放大光纤4的长度的1％～5％程度的相对于长度小的距离的位置处的截面。在图7所示的截面中，仅在轴向Dz上稍微移动，不同折射率区域1fa的存在位置就与图6所示的截面不同。也可以如此地按每个截面而不同折射率区域1fa的存在位置不同。

此外，同样地，例如，不同折射率区域1fa优选在径向Dr上大致均匀地分布。此外，不同折射率区域1fa优选在各纤芯部1a的径向上大致均匀地分布。此外，例如，不同折射率区域1fa优选在绕轴方向Dt上大致均匀地分布。在该情况下，可以绕轴方向Dt上基准角度位置起0度～60度的范围内的不同折射率区域1fa的存在位置和60度～120度的范围内的不同折射率区域1fa的存在位置不同。此外，不同折射率区域1fa优选在各纤芯部1a的绕轴方向上大致均匀地分布。

多纤芯光放大光纤4能利用公知的多纤芯光纤的制造方法来制造。另外，在母材甜茶制作成为内侧包层部1f的部分时成为不同折射率区域1fa的构成材料，通过热处理使其凝集，由此能形成不同折射率区域1fa。

此外，在利用微粒子的方法中，例如可以利用包含不同折射率区域1fa的微粒子。

(实施方式5)

图8是实施方式5所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图，示出与多纤芯光放大光纤的轴向垂直的截面。多纤芯光放大光纤5与实施方式4所涉及的多纤芯光放大光纤4比较，在内侧包层部1f中存在包各纤芯部1a的区域R1，这点不同。

各区域R1是与各纤芯部1a同心圆状的区域，是具有所包围的纤芯部1a的纤芯直径的例如3倍以上的直径、沿着各纤芯部1a在轴向Dz上伸长的圆管状的区域。并且，在该区域R1中不含不同折射率区域1fa。

在以上那样构成的多纤芯光放大光纤5中，不同折射率区域1fa在与多纤芯光放大光纤5的轴向Dz正交的截面中存在于与各纤芯部1a分离纤芯直径以上例如分离纤芯直径的3倍以上的位置。其结果，在多纤芯光放大光纤5中，与多纤芯光放大光纤1～4同样地，改善了激发效率。进而，能抑制一度通过不同折射率区域1fa散射而前往纤芯部1a的激发光通过纤芯部1a的近旁的不同折射率区域而再度散射。此外，进而，由于不同折射率区域1fa比较远离各纤芯部1a，因此还能抑制给各纤芯部1a的光传播特性带来影响。

多纤芯光放大光纤5能利用公知的多纤芯光纤的制造方法来制造。例如，在堆叠法的情况下，将包含成为纤芯部1a的部分和成为区域R1的部分的7根玻璃棒即芯棒在成为内侧包层部1f的一部分的玻璃管中堆叠。接着，在芯棒与玻璃管之间的间隙堆叠包含不同折射率区域1fa且成为内侧包层部1f的一部分的玻璃棒，形成母材。接着，将该母材拉丝，形成外侧包层部1c。此外，在穿孔法的情况下，在成为内侧包层部1f的一部分的包含不同折射率区域1fa的比较粗径的玻璃棒即母材棒形成7个与轴向平行延伸的孔，在各孔插入芯棒，形成母材。接着，将该母材拉丝，形成外侧包层部1c。另外，不同折射率区域1fa也可以并非最初形成为玻璃棒，例如可以通过制造工序中的热处理使掺杂剂凝集来形成。

(实施方式6)

图9是实施方式6所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图，示出与多纤芯光放大光纤的轴向垂直的截面。多纤芯光放大光纤6与实施方式4所涉及的多纤芯光放大光纤4比较，在内侧包层部1f存在区域R2、R3，这点不同。另外，在图9中省略不同折射率区域的图示。

区域R2是在内侧包层部1f通过配置得成为正六边形的角的位置的6个纤芯部1a的中心且在轴向Dz上伸长的圆筒状的区域。区域R3是在内侧包层部1b中位于区域R2的外周侧且在轴向Dz上伸长的圆管状的区域。区域R2与区域R3的边界是通过最远离多纤芯光放大光纤6的中心的纤芯部1a的圆管状的边界的一例。另外，边界的轴是多纤芯光放大光纤6的中心。

多纤芯光放大光纤6在边界的内侧的区域R2和边界的外侧的区域R3而不同折射率区域的存在密度不同。例如，区域R2中的存在密度比区域R3中的存在密度高。此外，例如，区域R2中的存在密度比区域R3中的存在密度低。

在以上那样构成的多纤芯光放大光纤6中，与多纤芯光放大光纤1～5同样，改善了激发效率。此外，在多纤芯光放大光纤6中，能在纤芯部1a所主要存在的区域R2、和在内侧包层部1f的外缘侧偏斜分量比较多的区域R3，使散射光产生的程度不同。例如，可以提高区域R2中的不同折射率区域的存在密度，来在纤芯部1a所主要存在的区域R2使散射大量产生，也可以提高区域R3中的不同折射率区域的存在密度，来使偏斜分量的散射大量产生。各区域中的存在密度的设计能对应于多纤芯光放大光纤6的设计、要求特性适宜设定。

多纤芯光放大光纤6能利用公知的多纤芯光纤的制造方法来制造。例如，在穿孔法的情况下，形成成为内侧包层部1f的一部分的母材棒，以使得不同折射率区域的存在密度根据场所而不同。这样的母材棒例如能通过封套(jacket)法制作。接着，在该母材棒形成7个与轴向平行延伸的孔，在各孔插入芯棒，形成母材。接着，将该母材拉丝，形成外侧包层部1c。此外，在堆叠法的情况，将芯棒在成为内侧包层部1f的一部分的玻璃管中堆叠。接着，在芯棒与玻璃管之间的间隙堆叠包含不同折射率区域且成为内侧包层部1f的一部分的玻璃棒，形成母材。这时，通过对应于进行堆叠的场所使用不同折射率区域的存在密度不同的玻璃棒，能使得不同折射率区域的存在密度根据场所而不同。

(实施方式7)

图10是实施方式7所涉及的多纤芯光放大光纤的示意性截面图，示出与多纤芯光放大光纤的轴向垂直的截面。多纤芯光放大光纤7与实施方式4所涉及的多纤芯光放大光纤4比较，在内侧包层部1f存在区域R4，仅在区域R4存在不同折射率区域，这点不同。另外，在图10中，省略不同折射率区域的图示。

各区域R4是与各纤芯部1a同心圆状的区域，是沿着各纤芯部在轴向Dz上伸长的圆管状的区域。各区域R4可以在与多纤芯光放大光纤7的轴向Dz正交的截面中存在从各纤芯部1a离开纤芯直径以上的圆环状的区域。此外，在与多纤芯光放大光纤4的轴向正交的截面中规定了以各纤芯部1a为晶格点的密排六方晶格的情况下，不同折射率区域能说是存在于以某晶格点为中心、晶格点间距离的1/2以下的半径的圆环状。晶格点间距离是相邻的纤芯部1a之间的中心间距离。

在以上那样构成的多纤芯光放大光纤7中，与多纤芯光放大光纤1～6同样，改善了激发效率。此外，在多纤芯光放大光纤7中，能抑制激发光的再度的散射，并且能抑制不同折射率区域给各纤芯部1a的光传播特性带来影响。此外，若将针对各纤芯部1a的区域R4处的不同折射率区域的存在密度设为相互不同的值，就能将针对各纤芯部1a的不同折射率区域的效果调正常不同的程度。

多纤芯光放大光纤7能利用公知的多纤芯光纤的制造方法来制造。例如，在穿孔法的情况下，在母材棒形成7个与轴向平行延伸的孔，在各孔插入在包含不同折射率区域的玻璃管插入的状态的芯棒，形成母材。接着，将该母材拉丝，形成外侧包层部1c。包含不同折射率区域的玻璃管可以如图1的不同折射率区域1bb、1bc、1bd、1be那样是不同折射率区域同心圆状形成多个层的构造。这样的包含不同折射率区域的玻璃管以比应插入的孔粗径制作，通过延伸加工来使其相似形地变细，从而为能插入孔的程度的外径。因此，例如通过首先以粗径多层构造地形成玻璃管，之后进行延伸加工，由此能容易地实现多层且细的折射率分布。

另外，在作为多纤芯光放大光纤而使用双包层型的多纤芯EDF、通过包层激发方式将纤芯部中所含作为稀土类元素的铒(Er)光激发的结构中，不含不同折射率区域的通常的多纤芯光放大光纤的包层吸收率为0.02dB/m程度。

与此相对，使用多纤芯光放大光纤1～7的哪一者，包层吸收率都成为0.05dB/m以上。

在此，以包层吸收率＝-10×log((透过多纤芯光放大光纤出来的激发光功率(W))/(入射到多纤芯光放大光纤的内侧包层部的激发光功率(W)))/多纤芯光放大光纤的长度(m)进行计算。

激发光的波长为976nm±2nm。

(实施方式8)

图11是表示实施方式8所涉及的多纤芯光纤放大器的结构的示意图。以下有时将多纤芯光纤放大器仅记载为光放大器。光放大器100具备7个光隔离器110、光纤扇入(FANIN)120、半导体激光器130、光耦合器140、实施方式1所涉及的多纤芯光放大光纤1、泵浦剥离器150、光纤扇出(FAN OUT)160以及7个光隔离器170。另外，图中“×”的记号表示光纤的熔接连接点。

光纤扇入120具备打捆的7根单模光纤和具有7个纤芯部的1根多纤芯光纤，构成为在耦合部将7根单模光纤的各纤芯部与多纤芯光纤的各纤芯部光学耦合。另外，7根单模光纤例如是在ITU-TG.652定义的标准的单模光纤，分别设有光隔离器110。光隔离器110、170使光在箭头所示的方向上通过，将向相反方向的光的通过阻断。光纤扇入120的多纤芯光纤与光耦合器140连接。另外，打捆的7根单模光纤以及多纤芯光纤的进行光学耦合的端面为了反射抑制而相对于光轴被斜向加工，但也可以与光轴垂直。另外，也可以取代7个光隔离器110、170，而是使用将多个(本实施方式中7根)单模光纤集成的结构的光隔离器。

光纤扇入120的多纤芯光纤与多纤芯光放大光纤1同样地具备：三角晶格状配置的7个纤芯部；和位于各纤芯部的外周、且比各纤芯部的最大折射率折射率低的包层部。若对光纤扇入120的各单模光纤入射信号光，各光隔离器110就使各信号光通过，多纤芯光纤的各纤芯部就传播各信号光。

作为激发光源的半导体激光器130是横多模半导体激光器，输出激发光。激发光的波长是与Er的900nm波长带中的吸收峰值的波长大致相同的976nm。由此，激发光能将铒离子光激发。半导体激光器130从多模光纤输出激发光。该多模光纤使纤芯直径/包层直径例如是105μm/125μm的阶跃型，NA例如是0.16、0.22。

光耦合器140具备主光纤和激发光供给用光纤。主光纤是具备如下要素的双包层型的光纤：与光纤扇入120的多纤芯光纤的纤芯部同样地三角晶格状配置的7个纤芯部；配置于各纤芯部的外周且比各纤芯部的最大折射率折射率低的内侧包层部；位于内侧包层部的外周且比内侧包层部折射率低的外侧包层部。纤芯部和内侧包层部含有石英系玻璃，外侧包层部含有树脂。

激发光供给用光纤是另一端与半导体激光器130的多模光纤连接的同种的多模光纤，纤芯直径/包层直径例如是105μm/125μm的阶跃型，NA例如是0.16、0.22。激发光供给用光纤被从半导体激光器130输入激发光，将该激发光供给到主光纤。内侧包层部传播激发光。

光耦合器140的主光纤使一端与光纤扇入120的多纤芯光纤连接。多纤芯光纤的各纤芯部与主光纤的各纤芯部连接。因此，在多纤芯光纤的各纤芯部中传播的各信号光若输入到主光纤，就在各纤芯部进行光学耦合。各纤芯部传播各信号光。激发光和信号光从主光纤向多纤芯光放大光纤1输出。

多纤芯光放大光纤1使一端与光耦合器140的主光纤连接。多纤芯光放大光纤1的各纤芯部1a与主光纤的各纤芯部连接。此外，多纤芯光放大光纤1的内侧包层部1b与主光纤的内侧包层部连接。因此，在主光纤中传播的各信号光以及激发光若输入到多纤芯光放大光纤1，在二分部在各纤芯部1a和内侧包层部1b中向相同方向传播。激发光在内侧包层部1b中传播的同时将各纤芯部1a内的Er光激发。在各纤芯部1a中传播的各信号光通过Er的受激发射的作用而被光放大。多纤芯光放大光纤1输出被光放大的各信号光和未贡献于光放大的激发光。

泵浦剥离器150是将未贡献于光放大的激发光排除的公知的器件。泵浦剥离器150例如具有如下结构：具有7个纤芯的双包层型多纤芯光纤的外侧包层的一部分被除去，从除去的部分的内侧包层部的表面将激发光去除并照射到散热板等，使其吸收来将激发光的能量变换成热能，进行散热。泵浦剥离器150使得通过多纤芯光纤传播各信号光，并且使激发光减少至即使从光放大器100输出也没有问题的程度的功率。

光纤扇出160与光纤扇入120同样地具备打捆的7根单模光纤和具有7个纤芯部的1根多纤芯光纤，构成为在耦合部，7根单模光纤的各纤芯部与多纤芯光纤的各纤芯部光学耦合。在各单模光纤分别设有光隔离器170。多纤芯光纤与泵浦剥离器150连接。另外，打捆的7根单模光纤以及多纤芯光纤的进行光学耦合的端面为了反射抑制而相对于光轴斜向加工，但也可以与光轴垂直。

若从泵浦剥离器150的多纤芯光纤的各纤芯部对光纤扇出160的各纤芯部输入信号光，各信号光就在各单模光纤的各纤芯部传播，经过光隔离器170而输出。

该光放大器100由于使用改善了激发效率的多纤芯光放大光纤1进行光放大，因此，能削减用于得到相同放大特性的半导体激光器130的消耗电力。另外，多纤芯光放大光纤1的纤芯部1a之间的放大频带的某波长中的增益差优选3dB以下。增益差能通过变更多纤芯光放大光纤1的特性例如长度来进行调整。

另外，在光放大器100中，也可以取代多纤芯光放大光纤1而使用多纤芯光放大光纤2～7的任一者。

(多纤芯光放大光纤的吸收光谱的示例)

图12是表示多纤芯光放大光纤的吸收光谱的一例的图，是与某1个纤芯部相关的吸收光谱。在图12所示的示例中，吸收峰值为约3.1dB/m。

(实施方式9)

图13是表示实施方式9所涉及的光通信系统的结构的示意图。光通信系统1000具备光发送装置1010、光接收装置1020、实施方式11所涉及的光放大器100和作为14根单纤芯光纤的光传输光纤1031～1037、1041～1047。

光发送装置1010具备7个发送器1011～1017。发送器1011～1017分别发送信号光。7根光传输光纤1031～1037传输从发送器1011～1017分别输出的信号光，使其输入到光放大器100。光放大器100将从光传输光纤1031～1037输入的7个信号光一并进行光放大，分别输出到7根光传输光纤1041～1047。光传输光纤1041～1047传输放大的信号光，使其输入到光接收装置1020。光接收装置1020具备7个接收器1021～1027。接收器1021～1027接收光传输光纤1041～1047所传输的放大的信号光，将其变换成电信号。

光通信系统1000由于使用削减了用于得到相同放大特性的消耗电力的光放大器100，因此能实现削减了消耗电力的光通信。另外，在本实施方式中，光传输光纤是7根单纤芯光纤，但也可以使用含有1根7纤芯型多纤芯光纤的光传输光纤。

若光通信系统1000是长距离通信系统等，就能将光放大器100作为中继放大器、前级放大器或辅助放大器来利用。若光通信系统1000是利用了ROADM(ReconfigurableOptical Add/Drop Multiplexer，可重新配置的光分插复用器)的网络系统等，就能将光放大器100利用在损失补偿中。

另外，在上述实施方式中，多纤芯光放大光纤的纤芯部仅包含Er作为稀土类元素，但也可以仅包含Er以外的稀土类元素例如镱(Yb)，也可以包含Er、Yb两方。

此外，在上述实施方式中，多纤芯光放大光纤中的纤芯部三角晶格状配置，但也可以正方晶格状配置。多纤芯光放大光纤中的纤芯部数量只要是多个，就没有特别限定。此外，在上述实施方式中，光放大光纤是多纤芯光放大光纤，但作为实施方式，也可以是仅具有1个被内侧包层部包围的纤芯部的单纤芯型的光放大光纤。

此外，并不通过上述实施方式来限定本发明。适宜组合上述的各构成要素而构成的方案也含在本发明中。此外，进一步的效果、变形例能由本领域技术人员容易地导出。因而，本发明的更宽泛的方式并不限定于上述的实施方式，能进行种种变更。

-符号说明-

1、2、3、4、5、6、7多纤芯光放大光纤

1a纤芯部

1b、1d、1e、1f内侧包层部

1ba内侧区域

1c外侧包层部

1bb、1bc、1bd、1be、1da、lea、1fa不同折射率区域

21母材棒

21a、21b孔

22芯棒

22a纤芯部

22b包层部

23、32玻璃棒

31玻璃管

33间隙

110、170光隔离器

120光纤扇入

130半导体激光器

140光耦合器

150泵浦剥离器

160光纤扇出

100光放大器

1000光通信系统

1010光发送装置

1020光接收装置

1011～1017发送器

1021～1027接收器

1031～1037、1041～1047光传输光纤

Dr径向

Dt绕轴方向

Dz轴向

R1、R2、R3、R4区域

S偏斜分量。

Claims (20)

1.一种光放大光纤，其特征在于，包含：

至少一个纤芯部，其添加了稀土类元素；

内侧包层部，其包围所述至少一个纤芯部，具有比各纤芯部的最大折射率低的折射率；和

外侧包层部，其包围所述内侧包层部，具有比所述内侧包层部的折射率低的折射率，

所述内侧包层部包含折射率与相邻的区域不同的不同折射率区域。

2.根据权利要求1所述的光放大光纤，其特征在于，

所述不同折射率区域含有包含折射率调整用的掺杂剂的石英玻璃，所述折射率调整用的掺杂剂是氟F、锗Ge、磷P、硼B、碱金属、氯Cl或铝Al。

3.根据权利要求1或2所述的光放大光纤，其特征在于，

在所述内侧包层部，在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中，在径向上存在2层以上的所述不同折射率区域的层。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

所述不同折射率区域在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中位于从所述纤芯部离开纤芯直径以上的位置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

所述不同折射率区域位于以所述光放大光纤的中心为轴的旋转对称的位置。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中规定了密排六方晶格的情况下，所述不同折射率区域位于其晶格点的位置。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中规定了密排六方晶格的情况下，所述不同折射率区域圆环状地存在，其中该圆环以某晶格点为中心，半径为晶格点间距离的1/2以下。

8.根据权利要求1所述的光放大光纤，其特征在于，

多个所述不同折射率区域在所述内侧包层部内分散存在。

9.根据权利要求8所述的光放大光纤，其特征在于，

在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中，相对于所述内侧包层部的截面积的所述多个不同折射率区域的截面积的总计是0.1％以上且30％以下。

10.根据权利要求8或9所述的光放大光纤，其特征在于，

所述不同折射率区域的直径是在所述内侧包层部中传播的光的波长的1/2000倍以上且2倍以下。

11.根据权利要求8～10中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

所述不同折射率区域在与所述光放大光纤的轴向正交的截面中，存在于从所述纤芯部离开纤芯直径以上的圆环状的区域。

12.根据权利要求8～11中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

所述不同折射率区域在所述光放大光纤的各纤芯部的径向上大致均匀地分布。

13.根据权利要求8～12中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

所述不同折射率区域在所述光放大光纤的轴向上大致均匀地分布。

14.根据权利要求8～13中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

所述不同折射率区域在所述光放大光纤的各纤芯部的绕轴方向上大致均匀地分布。

15.根据权利要求8～14中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

所述光放大光纤具备多个所述纤芯部，

在通过所述多个纤芯部当中的以所述光放大光纤的中心为轴最远离所述中心的纤芯部的圆管状的边界的内侧和外侧，所述不同折射率区域的存在密度不同。

16.根据权利要求1～15中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

所述稀土类元素包含铒。

17.根据权利要求1～16中任一项所述的光放大光纤，其特征在于，

在将激发光的波长设为976nm±2nm、定义为包层吸收率＝-10×log((透过具备多个所述纤芯部的所述光放大光纤出来的激发光功率W)/(入射到具备多个所述纤芯部的所述光放大光纤的所述内侧包层部的激发光功率W))/所述光放大光纤的长度m的情况下，包层吸收率为0.05dB/m以上，

其中，激发光功率的单位为W，光放大光纤的长度的单位为m。

18.一种光纤放大器，其特征在于，具备：

权利要求1～17中任一项所述的光放大光纤；

激发光源，其输出将所述光放大光纤的所述稀土类元素光激发的激发光；和

光耦合器，其使所述激发光与所述内侧包层部光学耦合。

19.根据权利要求18所述的光纤放大器，其特征在于，

所述光纤放大器具备多个所述纤芯部，所述多个纤芯部之间的增益差为3dB以下。

20.一种光通信系统，其特征在于，

具备18或19所述的光纤放大器。

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