JP2006058912A - ドープファイバ、そのスプライシング方法及び光増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】
増幅帯域の効果的な拡大が可能なドープファイバを提供することである。
【解決手段】 ドープファイバにおいて、第１のガラス組成からなるコアと、コアを囲む第２のガラス組成からなるクラッドとを備え、コア及びクラッドは光導波構造を提供するために断面方向に屈折率分布を有し、第１のガラス組成は、屈折率を高めるための第１のドーパントと、光ポンピングにより増幅帯域を提供するための第２のドーパントと、該増幅帯域を拡大するための第３のドーパントとを含み、第２のガラス組成は、第３のドーパントの濃度と同程度の濃度の第４のドーパントを含む拡散領域を上記コアの近傍に有する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、一般的に、光ポンピングにより増幅帯域を提供するための希土類元素（そのイオン及び化合物を含む）がドープされたドープファイバ及びその応用技術に関し、更に詳しくは、ドープファイバの構造とドープファイバのスプライシング方法とドープファイバを備えた光増幅器とに関する。

光ファイバ通信システムにおける伝送容量が増大している。波長が互いに異なる複数のチャネルの信号光を伝送するための波長分割多重（ＷＤＭ）は、１つの光ファイバ伝送路における伝送容量を増大するための技術として有力である。

一方、ドープファイバを光増幅媒体として用いるＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）等の光増幅器が実用化レベルにある。この種の光増幅器をＷＤＭに適用するために、光増幅器の増幅帯域の拡大が要望されている。ここで、「増幅帯域の拡大」というのは、増幅帯域の半値全幅を拡大することを含み、更に利得の波長特性におけるゲインチルトを平坦化することを含む意味で使用される。

第１端及び第２端を有するドープファイバを用いた光増幅器が知られている。ドープファイバには、その第１端及び第２端のいずれか一方から増幅すべき信号光が入力する。

ドープファイバは光ポンピング型の光増幅媒体であるから、ポンプ光を出力するポンプ光源が用いられる。ポンプ光はドープファイバにその第１端及び第２端の少なくともいずれか一方から供給される。

与えられた信号光の波長に対して、ドーパントの適切な選択とポンプ光波長の適切な設定とによって、この光増幅器は増幅帯域を有するようになる。例えば、波長１．５５μｍ帯の信号光に対しては、ドーパントとしてエルビウム（Ｅｒ）が適しており、この場合ポンプ光の波長は０．９８μｍ帯又は１．４８μｍ帯が有力である。

ドープファイバは、コアと、コアを囲むクラッドとを備えており、コア及びクラッドは光導波構造を提供するために断面方向に適切な屈折率分布を有している。即ち、一般的には、コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも高い。

ドープファイバの主成分がシリカである場合、コアの屈折率を高めるための第１のドーパントは望ましくはゲルマニウム（Ｇｅ）であり、光ポンピングにより増幅帯域を提供するための第２のドーパントとしては、エルビウムがよく知られている。また、増幅帯域を拡大するための第３のドーパントとして、アルミニウム（Ａｌ）が知られている。

本発明の目的は、増幅帯域の効果的な拡大が可能なドープファイバを提供することにある。

本発明の他の目的は、ドープファイバに適したスプライシング方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、そのスプライシング方法に適用可能なドープファイバを提供することにある。

本発明の別の目的は、このようなドープファイバを備えた光増幅器を提供することにある。

本発明の側面によると、第１のガラス組成からなるコアと、該コアを囲む第２のガラス組成からなるクラッドとを備え、該コア及び該クラッドは光導波構造を提供するために断面方向に屈折率分布を有し、上記第１のガラス組成は、屈折率を高めるための第１のドーパントと、光ポンピングにより増幅帯域を提供するための第２のドーパントと、該増幅帯域を拡大するための第３のドーパントとを含み、上記第２のガラス組成は、上記第３のドーパントの濃度と同程度の濃度の第４のドーパントを含む拡散領域を上記コアの近傍に有しているドープファイバが提供される。

本発明の側面によるドープファイバは、本発明のスプライシング方法に適している。このスプライシング方法は、ドープファイバ及び他のファイバを端面同士突き合わせるステップと、ドープファイバ及び他のファイバの端面近傍の部分を局部的に加熱してこれらを接続するステップとを備えている。

ドープファイバのコアの直径は、増幅効率を高めるために通常他のファイバのコアの直径よりも小さくされる。このため、スプライシングによる接続損失が大きくなる。

本発明のスプライシング方法では、ドープファイバの拡散領域の採用によって、接続損失を小さくすることができる。

本発明の側面によるドープファイバが用いられている場合には、接続損失が小さい光増幅器の提供が可能になる。

本発明のある側面によると、増幅帯域の効果的な拡大が可能なドープファイバの提供が可能になるという効果が生じる。

本発明の他の側面によると、ドープファイバに適したスプライシング方法の提供が可能になるという効果が生じる。

本発明の更に他の側面によると、本発明のスプライシング方法に適用可能なドープファイバの提供が可能になるという効果が生じる。

本発明の別の側面によると、本発明のドープファイバを備えた高性能な光増幅器の提供が可能になるという効果が生じる。

以下、本発明の望ましい実施の形態を添付図面に沿って詳細に説明する。以下の説明では、本発明の具体的な把握を容易にするために、コア及びクラッドの主成分はシリカ（ＳｉＯ₂ ）であり、屈折率を高めるためのドーパントは主としてゲルマニウム（Ｇｅ）であり、光ポンピングにより増幅帯域を提供するためのドーパントはエルビウム（Ｅｒ）であり、増幅帯域を拡大するためのドーパントはアルミニウム（Ａｌ）であるとする。

コア及び／又はクラッドの主成分はフッ化物等のハロゲン化物であってもよい。また、光ポンピングにより増幅帯域を提供するためのドーパントはネオジム（Ｎｄ）等の他の希土類元素であってもよい。

更に、本願明細書において「ファイバ」或いは「ドープファイバ」というときには、一般に光ファイバとその製造プロセスの中間媒体であるプリフォームとは相似な断面構造を有していることに鑑み、プリフォームを含むものとして理解すべきである。

図１の（Ａ）及び図１の（Ｂ）を参照すると、従来のドープファイバの横断面構造及び屈折率分布がそれぞれ示されている。全図を通して、図面の明瞭さを確保するために、横断面図におけるハッチングは省略されている。

このドープファイバは、コア１と、コア１を囲むクラッド２とを備えている。コア１には、Ｇｅ，Ｅｒ及びＡｌがドープされている。コア１の屈折率はＧｅのドープによりクラッド２の屈折率よりも高く、これにより光導波構造が提供されている。コア１及びクラッド２の直径はそれぞれ例えば２．７μｍ及び１２５μｍである。

このドープファイバにおいては、コア１にＡｌが均一にドープされてしまい、Ａｌを高濃度にすることができず、増幅帯域が効果的に拡大されないという問題がある。Ａｌを均一に高濃度にドープすると、アルミニウム酸化物の結晶化による白濁が生じ、ファイバの構造損失が実用的でないレベルにまで大きくなる。

図２の（Ａ）及び図２の（Ｂ）を参照すると、従来の他のドープファイバの横断面構造及び屈折率分布がそれぞれ示されている。このドープファイバは、コア１１と、コア１１を囲むクラッド１２とを備えている。

コア１１のガラス組成は、クラッド１２により囲まれてＧｅがドープされる第１の領域１３と、領域１３により囲まれＥｒ及びＡｌがドープされる第２の領域１４とを有している。

第１の領域１３の屈折率はクラッド１２の屈折率よりも十分に高く、これにより光導波構造が提供されている。第２の領域１４の屈折率はクラッド１２の屈折率よりもわずかに高い。

コア１１においては、Ａｌが比較的狭い領域（領域１４）にドープされているので、一見するとＡｌを高濃度にすることができそうである。

しかしながら、発明者らの分析によると、領域１３及び１４の界面近傍において相互拡散が生じ、Ａｌが低濃度になっていることが明らかになった。

図３及び図４はそれぞれコア１１の第２領域１４（図２参照）にドープされたＡｌが多いとき及び少ないときのドーパント（Ｇｅ及びＡｌ）の直径方向における濃度分布を示す図である。ドーパントの検出には、ＥＰＭＡ（エレクトロンプローブマイクロアナライザ）によるプリフォームの直径方向についての線分析が用いられた。図３及び図４において、縦軸にはそれぞれＧｅＯ₂ 及びＡｌ₂ Ｏ₃のｗｔ％の目盛が付されている。

図３及び図４でＧｅの濃度分布を比較すると、Ａｌが少ないときに比べてＡｌが多いときの方が、Ｇｅの第１の領域１３から第２の領域１４への拡散が顕著である。また、Ａで示されるコア１１とクラッド１２の界面近傍においては、Ｇｅの拡散が極めて小さい。

これらからすると、Ｇｅがドープされている領域１３にクラッドよりもドーパント濃度の高い領域１４が密接していることにより、Ｇｅが高濃度領域１４へ拡散しやすくまたＡｌが高濃度領域１４から領域１３へ拡散しやすくなり、Ａｌが低濃度になっているものと考察される。

従って、図２の構造によっても増幅帯域を効果的に拡大することができない。

図５の（Ａ）及び図５の（Ｂ）を参照すると、それぞれ本発明の第１実施形態におけるドープファイバの横断面構造及び屈折率分布が示されている。このドープファイバはコア２１とコア２１を囲むクラッド２２とを備えている。

コア２１のガラス組成は、クラッド２２により囲まれＧｅがドープされる第１の領域２３と、領域２３により囲まれＥｒ及びＡｌがドープされる第２の領域２４と、領域２３及び２４間に介在しドーパントを含まず低い不純物濃度の第３の領域２５とを有している。第３の領域２５には、クラッド２２と同様ドーパントは予定されていない。

コア２１の第１の領域２３の屈折率は、クラッド２２の屈折率よりも十分に高いので、これにより光導波構造が得られている。第２の領域２４の屈折率は、Ｅｒ及びＡｌの適切なドーピングによって、第３の領域２５及びクラッド２２の屈折率よりもわずかに高い。

コア２１のガラス組成においては、クラッド２２と同等の不純物濃度の第３の領域２５が、第１の領域２３と第２の領域２４との間に介在しているので、ドープファイバ又はそのプリフォームの製造プロセスにおいて、Ｇｅの領域２３から領域２４への拡散及びＡｌの領域２４から領域２３への拡散が阻止され、Ｅｒ及びＡｌを狭い領域に閉じこめることができる。その結果、増幅帯域の効果的な拡大が可能なドープファイバの提供が可能になる。

図６及び図７は、本発明の第１実施形態によるドープファイバのそれぞれ吸収及び放射の波長特性を図１の従来のドープファイバと比較して示す図である。図６において、縦軸は最大吸収量を１としたときの吸収量の規格値を示しており、横軸は波長を示している。

図７において、縦軸は最大放射量を１としたときの放射量の規格値を示しており、横軸は波長を示している。図７の放射は、波長０．９８μｍ帯のポンピング光をドープファイバに供給したときのＡＳＥ光（増幅された自然放出光）についてのものである。

図６において、符号１０２は図１のドープファイバの特性を示しており、符号１０４は本発明の第１実施形態によるドープファイバの特性を示している。図７において、符号１０６は図１のドープファイバの特性を示しており、符号１０８は本発明の第１実施形態によるドープファイバの特性を示している。

一般に、吸収及び放射の波長特性は、ドープファイバの小信号利得の波長特性を反映する。

従って、図６及び図７から、本発明の第１実施形態によって、増幅帯域が広がっていることがわかる。

Ａｌのドープ濃度を高めるのに従って増幅帯域が拡大されることが明らかになった。

図８は放射の半値幅（ｎｍ）とＡｌのドープ濃度（ｗｔ％）との関係を示すグラフである。Ａｌのドープ濃度が高くなるに従って、放射の半値幅が大きくなっており、増幅帯域が効果的に拡大されていることが明らかである。

図９を参照すると、第１実施形態におけるＡｌのドープ濃度の分布が示されている。縦軸はＡｌ₂ Ｏ₃ のｗｔ％によるＡｌドープ濃度を示しており、横軸はプリフォームの直径方向における位置を示している。

バリア領域２５（図５の（Ａ）参照）の存在によって、Ａｌが比較的高濃度で領域２４に閉じこめられていることがわかる。領域２４におけるＡｌのドープ濃度は約１０％に達しており、これにより増幅帯域の効果的な拡大が可能になっていることがわかる。また、領域２４において比較的均一なドープ濃度が得られていることがわかる。

本発明のドープファイバの製造プロセスは、ＭＣＶＤ法及び含浸法を組み合わせてプリフォームを製造するステップと、このプリフォームを加熱して線引きするステップとを含む。

ＭＣＶＤ法では、原料ガスとして、室温で気化する反応物質が用いられる。例えば、主成分のＳｉＯ₂ を得るためにＳｉＣｌ₄ が用いられ、屈折率を高めるためのＧｅＯ₂ を得るためにＧｅＣｌ₄ が用いられる。

含浸法は、室温で十分に気化する適当な反応物質を得ることができないＥｒ及びＡｌのドーピングに適用される。例えば、これらのドーパントの化合物を溶質とした水溶液或いはアルコール溶液が用いられる。

図１０は本発明のドープファイバの製造に適用可能なプリフォームの製造装置を示す図である。符号１１２は石英反応管１１４を回転可能に支持するガラス製造用の旋盤を示している。反応管１１４は、その長手方向に沿って往復動作するバーナ１１６により外側から加熱される。

バーナ１１６に供給されるＯ₂ 及びＨ₂ の流量は、温度制御装置１１８により調整される。

ガラス旋盤１１２は反応管１１４の両端を支持するためのコネクタ１２０を有している。コネクタ１２０にはガス供給管１２２が接続されており、この供給管１２２を介して原料ガスやＯ₂ 等が反応管１１４の内部に送り込まれる。

符号１２４はＳｉＣｌ₄ ，ＧｅＣｌ₄ 等の原料ガスの供給器であり、その供給量は、マスフローメータ１２６を介して送り込まれるＯ₂ 等のキャリアガスの流量によって制御される。

図５のドープファイバの製造方法を具体的に説明する。反応管１１４（図１０参照）がそのままクラッドになるようにして、その内壁にコア層を堆積させてもよいが、クラッドのコア近傍の部分の純度を高めて低損失化を図る場合には、まず、反応管１１４の内壁にクラッド層を堆積させる。

即ち、まず原料ガス（ＳｉＣｌ₄ ）及びキャリアガスが送り込まれている反応管１１４を回転させながら、バーナ１１６により反応管１１４を外部から加熱すると、反応管１１４内にはＳｉＯ₂ を主成分とするクラッドになるべき酸化物ガラス微粉末が堆積し、この微粉末はバーナ１１６による加熱によって即座にガラス化される。バーナ１１６の往復動作を複数回行うことによって、予め定められた屈折率を有するクラッドガラスが反応管１１４の内壁に一様に形成される。

次いで、原料ガスにＧｅＣｌ₄ を加えて同じようにバーナ１１６の往復動作を複数回行うと、Ｇｅがドープされたコア２１の第１の領域２３が形成される。

その後、原料ガスを再びＳｉＣｌ₄ だけにして、不純物濃度の低い第３の領域２５を形成する。

そして、第３の領域２５が形成された後、原料ガスは同じくＳｉＣｌ₄ にしたままで、バーナ１１６による加熱温度を下げ、バーナ１１６の往復動作を複数回行う。このとき、第３の領域２５の内側に堆積した酸化物ガラス微粉末は、加熱温度が比較的低いことにより、完全に透明ガラス化はせずに多孔質状（スート状）になる。

この多孔質層にＥｒの化合物及びＡｌの化合物を溶質とする溶液を含浸させる。含浸の後、溶液の溶媒は加熱等により除去される。ＥｒのドーピングとＡｌのドーピングは別のプロセスで行ってもよい。各溶質の化合物は例えばそれぞれ塩化物である。

溶媒が除去された後、Ｅｒ及びＡｌがドープされた層を加熱して完全にガラス化させ、最後に更に高温で反応管１１４を加熱してコラプスを行う。これによりプリフォームが得られる。多孔質層のガラス化とコラプスとを同時に行ってもよい。

このプリフォームの製造プロセスでは、第１の領域２３と第３の領域２５とを完全にガラス化させた後に含浸のための多孔質層を形成しているので、この多孔質層のガラス化或いはコラプスを行うに際して第３の領域２５がバリア層として作用し、Ｇｅ及びＡｌの相互拡散が防止されている。

得られたプリフォームを通常の方法により線引きすることによって、ドープファイバを得ることができる。この線引きのプロセスにおいても、第３の領域２５がバリア層として機能し、Ｇｅ及びＡｌの相互拡散が防止される。

このように、得られたドープファイバにおいては、Ｇｅ及びＡｌの共ドープが防止されているので、このドープファイバを用いて増幅帯域の広い光増幅器を構成することができる。

図１１の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、それぞれ本発明の第２実施形態におけるドープファイバの横断面構造及び屈折率分布が示されている。このドープファイバは、コア３１と、コア３１を囲むクラッド３２とを備えている。

コア３１のガラス組成は、クラッド３２により囲まれＧｅがドープされる第１の領域３３と、領域３３により囲まれＥｒ及びＡｌがドープされる第２の領域３４と、領域３３及び３４間に介在し、ドーパントを含まず不純物濃度が低い第３の領域３５とを有している。

クラッド３２のガラス組成は、Ｅｒ及びＡｌがドープされる第４の領域３６と、第１の領域３３及び第４の領域３６間に介在しドーパントを含まず不純物濃度が低い第５の領域３７とを有している。

第１の領域３３の屈折率はＧｅがドープされていることからクラッド３２の屈折率よりも十分に高く、これにより光導波構造が得られている。

コア３１の各領域の構造的配置は図５の（Ａ）の第１実施形態とほぼ同様であるが、第２の領域３４におけるＥｒ及びＡｌのドープ濃度を図５の（Ａ）の領域２４における同ドープ濃度よりも低くしている。その代わりに、この実施形態では、Ｅｒ及びＡｌがドープされる第４の領域３６をクラッド３２に設けているのである。

ドープファイバがシングルモードタイプである場合、導波される光の電界振幅は一般にコアの中心で最も大きくなり、該中心から離れるのに従って次第に小さくなる。この電界振幅の分布はガウス分布であり、その外縁はクラッドのコア近傍の部分に重複する。

この実施形態では、ガウス分布内の広範囲に渡ってＥｒ及びＡｌを分布させることができるので、Ｅｒ及びＡｌのドープ濃度をそれほど高くすることなしに、増幅作用を生じさせることができる。その結果、ドープファイバの損失が小さくなり、与えられたパワーのポンプ光によってより長いドープファイバのポンピングが可能になり、効率的な光増幅が可能になる。

また、Ｇｅがドープされている領域３３の内側及び外側にそれぞれ不純物濃度が低い領域３５及び３７を設けているので、ドープファイバの製造プロセスにおけるドーパントの拡散を阻止してＧｅ及びＡｌの共ドープを防止することができる。

尚、このドープファイバのプリフォームの製造に際しては、第１実施形態におけるＭＣＶＤ法及び含浸法の順序を変更すれば足りるので、その詳細な説明は省略する。

図１２の（Ａ）及び図１２の（Ｂ）を参照すると、それぞれ本発明の第３実施形態におけるドープファイバの横断面構造及び屈折率分布が示されている。このドープファイバは、コア４１と、コア４１を囲むクラッド４２とを備えている。 コア４１のガラス組成は、Ｇｅを含む。

クラッド４２のガラス組成は、Ｅｒ及びＡｌがドープされる領域４３と、領域４３及びコア４１間に介在しドーパントを含まず不純物濃度が低い領域４４とを有している。

コア４１の屈折率はＧｅがドープされていることからクラッド４２の屈折率よりも十分に高く、これにより光導波構造が得られている。

この実施形態では、導波される光の電界振幅が最も大きい部分にはＥｒ及びＡｌがドープされておらず、電界振幅が比較的小さくなる領域（４３）にだけＥｒ及びＡｌがドープされているので、与えられたパワーのポンプ光によりポンピングすることができるドープファイバの長さを長くすることができる。その結果、効率的なドープファイバの光ポンピングが可能になる。

また、領域４１及び４３間に不純物濃度の低い領域４４を設けているので、ドープファイバの製造プロセスにおいてＧｅ及びＡｌの相互拡散を阻止することができる。その結果、増幅帯域の効率的な拡大が可能になる。

図１３の（Ａ）及び図１３の（Ｂ）はドープファイバの従来のスプライシング方法を説明するための図である。図１３の（Ａ）において左側に示されるドープファイバは図１の（Ａ）に示されるもので、Ｇｅ，Ｅｒ及びＡｌがドープされた比較的小径なコア１を有している。

図１３の（Ａ）において右側に示されるのはこのドープファイバをスプライシング接続すべき他のファイバを示しており、このファイバは、比較的大径なコア５１とコア５１を囲むクラッド５２とを備えている。

コア１の直径は例えば３μｍよりも小さく、コア５１の直径は通常は５μｍよりも大きい。ドープファイバのコア径を小さくしているのは、ポンプ光パワーを集中して効率的な光増幅を可能にするためである。

このようにコア径に差があると、図１３の（Ｂ）に示されるようにスプライシング接続した後に、コア径が不連続になり、１〜２ｄＢ程度の接続損失が生じる。

図１４の（Ａ）及び図１４の（Ｂ）を参照すると、それぞれ本発明の第４実施形態におけるドープファイバの横断面構造及び屈折率分布が示されている。このドープファイバは、コア６１と、コア６１を囲むクラッド６２とを備えている。

コア６１のガラス組成は、Ｇｅ，Ｅｒ及びＡｌを含んでいる。

クラッド６２のガラス組成は、コア６１のＡｌと同程度のドープ濃度の第４のドーパントを含む拡散領域６３を有している。この実施形態では、拡散領域６３はコア６１のすぐ外側に設けられている。

プリフォームの製造プロセスの簡略化を図るために、第４のドーパントはコア６１で用いられるＡｌであるのが望ましい。

コア６１にＧｅがドープされていることからその屈折率はクラッド６２の屈折率よりも十分に高く、これにより光導波構造が得られている。

このドープファイバは本発明のスプライシング方法の実施に適している。具体的には次の通りである。

図１５の（Ａ）及び図１５の（Ｂ）はドープファイバの本発明のスプライシング方法の実施形態を示す図である。図１５の（Ａ）において左側に示されているのは図１４の（Ａ）のドープファイバであり、右側に示されているのはこのドープファイバをスプライシング接続すべき他のファイバである。ドープファイバのコア６１の直径は右側のファイバのコア５１の直径よりも小さく、ドープファイバの拡散領域６３の直径は右側のファイバのコア５１の直径にほぼ等しい。

まず、図１５の（Ａ）に示されるように両ファイバを端面同士突き合わせる。

次いで、突き合わせた端面近傍の部分を例えばアーク放電により局部的に加熱する。アーク放電は通常のスプライシング装置における対向電極間に発生する。

そして、加熱部分を冷却することにより、図１５の（Ｂ）に示されるようにスプライシング接続が完了する。

端面近傍の部分の局部的な加熱に際しては、ドープファイバが拡散領域６３を有していることにより、接続端面近傍においてはドープファイバの高屈折領域が実質的に拡大し、これにより、ドープファイバのコア６１の直径は接続端面に近付くに従って連続的に増大する。

即ち、ドープファイバのコア６３の先端は概略逆円錐形状をなす。このようになるのは、従来のドープファイバを用いたスプライシング方法と比べて、スプライシングのための加熱によって、屈折率を高めているＧｅがコア６１から拡散領域６３に熱拡散して、コア６１の直径が実質的に拡大するからである。

また、スプライシング接続後においてドープファイバのコア６１の直径が連続的に変化しているのは、局部加熱に際しての加熱中心から離れるのに従って温度が低下するような温度勾配がスプライシングに際して生じているからである。

このように本発明のスプライシング方法によると、接続点においてコア径が不連続になりにくいので、接続損失が小さくなる。本発明の適用によって、接続損失を例えば０．０ｄＢ〜０．４ｄＢにすることができる。

図１６の（Ａ）及び図１６の（Ｂ）を参照すると、本発明の第５実施形態におけるドープファイバの横断面構造及び屈折率分布がそれぞれ示されている。このドープファイバは、コア７１と、コア７１を囲むクラッド７２とを備えている。

コア７１のガラス組成は、Ｇｅ，Ｅｒ及びＡｌを含んでいる。

クラッド７２のガラス組成は、コア７１をその近傍で囲みＡｌを含む拡散領域７３と、拡散領域７３及びコア７１間に介在し各ドーパントの濃度よりも低い不純物濃度のバリア領域７４とを有している。

コア７１の屈折率は、Ｇｅがドープされていることにより、クラッド７２の屈折率よりも十分に高く、これにより光導波構造が得られている。

望ましくは、バリア領域７４の厚みは、このドープファイバの製造に際してのＭＣＶＤ及び線引きのための加熱によっては拡散領域７３のＡｌがコア７１に到達しない程度に厚く、且つ、このドープファイバの他のファイバとのスプライシングに際しての局部的な加熱によってコア７１のＧｅがコア７１から拡散領域７３に到達する程度に薄く設定される。

このドープファイバを用いて本発明のスプライシング方法を実施することによっても、接続損失を小さくすることができる。バリア領域７４の厚みの２つの条件のうち、前者は、屈折率が高く実質的にコアとして作用する部分の径がドープファイバの設計値と異なるようになるのを防止するための条件であり、後者は、本発明のスプライシング方法の実施による接続損失の低減を効果的にするための条件である。

図１６の（Ａ）に示されるドープファイバにおいては、コア７１に代えて、図５の（Ａ）に示される第１実施形態のコア２１の構造を採用することもできる。

この場合には、コア２１におけるＧｅがドープされる領域２３と拡散領域７３との間にバリア領域７４が介在しているので、本発明のスプライシング方法に適用可能で且つ増幅帯域の効果的な拡大が可能なドープファイバの提供が可能になる。

図１７は本発明の光増幅器の実施形態を示すブロック図である。この光増幅器は、第１端１２８Ａ及び第２端１２８Ｂを有する本発明のドープファイバ１２８と、ポンプ光を出力するポンプ光源１３０と、ＷＤＭ（波長分割多重）用の光カプラ１３２とを備えている。

光カプラ１３２は４つのポートを有しており、１つのポートには波長１．５５μｍ帯の信号光が供給される。他の２つのポートはそれぞれポンプ光源１３０及びドープファイバ１２８の第１端１２８Ａに接続され、残りの１つのポートは無反射終端にされている。

ポンプ光源１３０としてはレーザダイオードが用いられ、ポンプ光の波長は例えば０．９８μｍ帯にある。

信号光は光カプラ１３２を介してドープファイバ１２８にその第１端１２８Ａから入射し、ポンプ光は光カプラ１３２で信号光に結合され、同じく第１端１２８Ａからドープファイバ１２８に入射する。

ポンプ光によりドープファイバ１２８が光ポンピングされている状態で信号光が導波されると、誘導放出の原理に従って信号光は増幅され、増幅された信号光は、ドープファイバ１２８の第２端１２８Ｂから出力される。

増幅された信号光は、光バンドパスフィルタ１３４を通って図示しない光伝送路に送出される。

ドープファイバ１２８が例えば図５の（Ａ）に示される構造を有している場合には、そのドープファイバのメリットにより、広い増幅帯域即ちゲインチルトの小さい光増幅器の提供が可能になる。

一方、ドープファイバ１２８が図１４の（Ａ）に示される構造を有している場合には、第１端１２８Ａ及び／又は第２端１２８Ｂについての接続に本発明のスプライシング方法を適用することによって、接続損失が小さい即ち利得が大きい光増幅器の提供が可能になる。

図１７には、信号光とポンプ光がドープファイバ内を同方向に導波される所謂フォワードポンピングの光増幅器が示されているが、信号光及びポンプ光がドープファイバ内を互いに逆方向に導波されるバックワードポンピングを採用してもよい。

従来のドープファイバを示す図である。 従来の他のドープファイバを示す図である。 Ａｌが多いときのドーパント濃度の分布を示す図である。 Ａｌが少ないときのドーパント濃度の分布を示す図である。 本発明のドープファイバの第１実施形態を示す図である。 ドープファイバの吸収の波長特性を示す図である。 ドープファイバの放射の波長特性を示す図である。 放射の半値幅とＡｌ濃度の関係を示す図である。 Ａｌのプリフォーム直径方向の濃度分布を示す図である。 プリフォームの製造装置を示す図である。 本発明のドープファイバの第２実施形態を示す図である。 本発明のドープファイバの第３実施形態を示す図である。 ドープファイバのスプライシング方法（従来技術）を示す図である。 本発明のドープファイバの第４実施形態を示す図である。 本発明のスプライシング方法の実施形態を示す図である。 本発明のドープファイバの第５実施形態を示す図である。 本発明の光増幅器の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１ コア
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２ クラッド
１１４ 石英反応管
１２８ ドープファイバ
１３０ ポンプ光源

Claims (9)

1. 第１のガラス組成からなるコアと、
   該コアを囲む第２のガラス組成からなるクラッドとを備え、
   該コア及び該クラッドは光導波構造を提供するために断面方向に屈折率分布を有し、
   上記第１のガラス組成は、屈折率を高めるための第１のドーパントと、光ポンピングにより増幅帯域を提供するための第２のドーパントと、該増幅帯域を拡大するための第３のドーパントとを含み、
   上記第２のガラス組成は、上記第３のドーパントの濃度と同程度の濃度の第４のドーパントを含む拡散領域を上記コアの近傍に有しているドープファイバ。
2. 上記第１及び第２のガラス組成の主成分はシリカであり、
   上記第１、第２及び第３のドーパントはそれぞれゲルマニウム、エルビウム及びアルミニウムである請求項１に記載のドープファイバ。
3. 上記第４のドーパントはアルミニウムである請求項２に記載のドープファイバ。
4. 上記第１のガラス組成は、
   上記クラッドにより囲まれ上記第１のドーパントを含む第１の領域と、
   該第１の領域により囲まれ上記第２及び第３のドーパントを含む第２の領域と、
   該第１及び第２の領域間に介在し上記第１乃至第３のドーパントの濃度よりも低い不純物濃度の第３の領域とを有する請求項１に記載のドープファイバ。
5. 上記第２のガラス組成は、上記拡散領域及び上記コア間に介在し上記第１乃至第４のドーパントの濃度よりも低い不純物濃度のバリア領域を更に有する請求項１に記載のドープファイバ。
6. 請求項５に記載のドープファイバであって、
   上記バリア領域は予め定められた厚みを有し、
   該予め定められた厚みは、該ドープファイバの製造に際しての加熱によっては上記第４のドーパントが上記コアに到達しない程度に厚く、且つ、該ドープファイバの他のファイバとのスプライシングに際しての加熱によって上記第１のドーパントが上記コアから上記拡散領域に到達する程度に薄く設定されるドープファイバ。
7. そのいずれか一方から信号光を供給される第１端及び第２端を有するドープファイバと、
   ポンプ光を出力するポンプ光源と、
   該ポンプ光源並びに上記ドープファイバの第１端及び第２端の少なくともいずれか一方に動作的に接続され上記ポンプ光を上記ドープファイバに供給する光結合手段とを備え、
   上記ドープファイバは請求項１乃至６のいずれかに記載のものである光増幅器。
8. ドープファイバ及び他のファイバを端面同士突き合わせるステップと、
   該ドープファイバ及び該他のファイバの端面近傍の部分を局部的に加熱してこれらを接続するステップとを備えたドープファイバのスプライシング方法であって、
   上記ドープファイバは、
   第１のガラス組成からなる第１のコアと、
   該第１のコアを囲む第２のガラス組成からなる第１のクラッドとを備え、
   該第１のコア及び該第１のクラッドは光導波構造を提供するために断面方向に屈折率分布を有し、
   上記第１のガラス組成は、屈折率を高めるための第１のドーパントと、光ポンピングにより増幅帯域を提供するための第２のドーパントと、該増幅帯域を拡大するための第３のドーパントとを含み、
   上記第２のガラス組成は、上記第３のドーパントの濃度と同程度の濃度の第４のドーパントを含む拡散領域を上記コアの近傍に有しており、
   上記他のファイバは、第２のコアと、該第２のコアを囲む第２のクラッドとを備え、
   上記第１のコアの直径は上記第２のコアの直径よりも小さい方法。
9. 上記拡散領域の外径は上記第２のコアの直径にほぼ等しい請求項８に記載の方法。

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