JP2021163833A - 光ファイバ、光ファイバ母材、光ファイバ共振器、光ファイバレーザ装置、及び光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】せん断応力に関する機械的強度が高い構造を有する光ファイバを提供すること。【解決手段】光ファイバは、希土類元素が添加されたコア１と、前記コアの外側に位置する内側クラッド２と、前記内側クラッドの内側に前記コアに接することなく配置され前記光ファイバ母材の長手方向に延びる、励起光の閉じ込めが可能な少なくとも１つの励起光閉じ込め領域３とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、光ファイバ、光ファイバ母材、光ファイバ共振器、光ファイバレーザ装置、及び光ファイバ増幅器に関する。

特許文献１には、希土類元素が添加された光ファイバ部と励起光が導波される光ファイバ部とが互いに長手方向に沿って隣接するように配置され、これらの光ファイバ部が同一の樹脂からなる共通被膜で覆われた光ファイバの配置構造が開示されている。これらの光ファイバ部が近接する部位は光学的に結合されており、励起光が導波されるファイバから希土類が添加されたファイバのクラッドヘ励起光を移行させることができる。したがって、特許文献１の技術によれば、希土類元素が添加された光ファイバ部の側面から励起することができる。しかしながら、特許文献１に開示されたファイバ構造によれば、両光ファイバ部が互いに直接接するため、ファイバ製造時にファイバの表面に傷が付いてファイバの機械的強度が低下するという懸念がある。

特許文献２はこのような懸念を払拭するための技術を開示する文献であり、希土類元素が添加された光ファイバ（増幅用光ファイバ）と励起光ファイバとの間に中間樹脂部が設けられることが教示されている。このような中間樹脂部を設けることにより増幅用光ファイバと励起光ファイバが互いに直接接触することを防止できるので、ファイバの表面に傷が付いてファイバの機械的強度が低下することを抑制できる。

米国特許第６，８２６，３３５号明細書 特開２０１８−１８６２３９号公報

しかしながら、特許文献１、２のいずれにおいても、並べられた２本の光ファイバ（光ファイバ部）が樹脂で覆われた構造となっているので、２本の光ファイバの接合部分に強いせん断応力がかかると、２本の光ファイバが引き裂かれる場合がある。このように、従来の光ファイバには、せん断応力に関する機械的強度の面で改善の余地がある。

本開示の実施形態は以上で説明したような従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、本開示の実施形態の一側面は、複数のファイバ又はファイバ部を近接配置することによる機械的損傷の発生を抑制するとともに、せん断応力に関する機械的強度が高い構造を有する光ファイバ及び光ファイバ母材を提供することを目的とする。また、本開示は、そのような光ファイバを備えた光ファイバ共振器、光ファイバレーザ装置、及び光ファイバ増幅器を提供することも目的とする。

本開示の実施形態による光ファイバの一側面は、希土類元素が添加されたコアと、前記コアの外側に位置する内側クラッドとを備えた光ファイバであって、前記内側クラッドの内側に前記コアに接することなく配置され前記光ファイバの長手方向に延びる、励起光の閉じ込めが可能な少なくとも１つの励起光閉じ込め領域を備える。

本開示の実施形態による光ファイバ母材の一側面は、希土類元素が添加されたコアと、前記コアの外側に位置する内側クラッドとを備えた光ファイバ母材であって、前記内側クラッドの内側に前記コアに接することなく配置され前記光ファイバ母材の長手方向に延びる、励起光の閉じ込めが可能な少なくとも１つの励起光閉じ込め領域を備える。

本開示の実施形態による光ファイバ共振器、光ファイバレーザ装置、又は光ファイバ増幅器の一側面は、前記光ファイバを備える。

このように、本開示の実施形態による光ファイバ又は光ファイバ母材の一側面によれば、増幅を行うコアと励起光を導波する励起光閉じ込め部とが、１本の光ファイバ又は光ファイバ母材内に収容される。したがって、増幅用と励起光用に別々のファイバ又はファイバ部を用意する必要がないので、複数のファイバ又はファイバ部を近接配置する必要性が存在しない。したがって、複数のファイバ又はファイバ部を近接配置することによる機械的損傷の発生という問題が生じない。

また、コアと励起光閉じ込め部との間の領域全体にわたって内側クラッドが介されているので、光ファイバ又は光ファイバ母材に生じるせん断応力を極力抑えることができる。したがって、せん断応力に関する機械的強度を高めることができる。

本開示の実施形態による光ファイバ共振器、光ファイバレーザ装置、又は光ファイバ増幅器の一側面は、前記光ファイバを備えているので、前記光ファイバと同様の効果を奏する。

図１は、実施形態１による光ファイバ母材ＢＭ１の横断面図である。 図２は、光ファイバ母材ＢＭ１を線引きして得られる光ファイバを備える光ファイバ１０の横断面図である。 図３は、光ファイバ１０の一変形例である光ファイバ２０の横断面図である。 図４は、光ファイバ１０の他の変形例による光ファイバ３０の横断面図である。 図５は、実施形態２による光ファイバ母材ＢＭ２の横断面図である。 図６は、光ファイバ母材ＢＭ２を線引きして得られる光ファイバを備える光ファイバ４０の横断面図である。 図７は、光ファイバ４０の一変形例による光ファイバ５０の横断面図である。 図８は、光ファイバ４０の一変形例による光ファイバ６０の横断面図である。 図９は、図３の光ファイバ２０の励起光閉じ込め部３ｅの曲げ損失特性を示す図である。 図１０は、本開示による光ファイバを、光ファイバ共振器１２０又は光ファイバレーザ装置１００に適用した適用例を示す図である。 図１１は、開口数と出力比の関係を示す図である。

以下、本開示の光ファイバ母材又は光ファイバを実施するための実施形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１１において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図１１において、容易に理解できるように、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

１． 実施形態１
１．１ 光ファイバ母材の構成
まず、図１を参照して、実施形態１による光ファイバ母材ＢＭ１の構成について説明する。図１は、光ファイバ母材ＢＭ１の軸方向に対して垂直な面で切って取得された光ファイバ母材ＢＭ１の横断面図である。

図１に示すように、光ファイバ母材ＢＭ１は、コア１１と、コア１１の周囲にコア１１と接しないように配置された４つの励起光閉じ込め部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄと、コア１１と励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄを包囲する内側クラッド１２ａとを備える。

コア１１は、信号光を伝搬するための部材である。コア１１は主にシリカ（ＳｉＯ_２）から形成されたシリカガラスであり、励起光を吸収して発光する希土類元素が添加されている。希土類元素には、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、及びツリウム（Ｔｍ）が含まれる。用途に応じて、添加される希土類元素が選択される。例えば、この光ファイバ母材ＢＭ１から得られる光ファイバを金属加工用のハイパワーレーザにおいて用いる場合は、利得の大きさ等から大出力化が可能なポテンシャルを有するＹｂが、通信用レーザとして用いる場合は通信で用いられる波長の光を放出するＥｒが添加される。

コア１１は光ファイバ母材ＢＭ１の長手方向に沿って延びている。コア１１の横断面形状は、図１では真円をしているが、楕円であってもよい。また、コア１１は光ファイバ母材ＢＭ１の中心に位置していても、中心からずれていてもよい。

また、図１の光ファイバ母材ＢＭ１は、単一のコア１１を備えるシングルコア構造として示されているが、複数のコアを備えるマルチコア構造であってもよい。マルチコア構造の場合、一例として、複数のコアの全て又は一部を包囲するように複数の励起光閉じ込め部１３ｘ（１３ａ、１３ｂ、・・・）が配置され、内側クラッド１２ａはこれらの全てを包囲するように変形される。また、マルチコア構造とする場合、複数のコアのそれぞれにおいて均一に励起が出来るように、又は複数のコアの励起密度を均一とするように、励起光閉じ込め部１３ｘの配置及び／又は構造が設計される。

コア１１の屈折率を調整するため、コア１１には屈折率を調整するためのドーパントが適宜添加される。コア１１はシリカからできているので、シリカの屈折率よりも高い屈折率を有するドーパントを添加すればコア１１の屈折率は上昇し、シリカの屈折率よりも低い屈折率を有するドーパントを添加すればコア１１の屈折率は減少する。シリカの屈折率を高くするためのドーパントとしては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や五酸化二リン（Ｐ_２Ｏ_５）がある。シリカの屈折率を低くするためのドーパントとしては、例えば、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）やフッ素（Ｆ）がある。本実施形態では、コア１１に屈折率を調整するためのドーパントを添加することにより、コア１１の屈折率ｎ_１は、内側クラッド１２ａの屈折率ｎ_２よりも高くなるように設定される。すなわち、ｎ_１＞ｎ_２となるように、屈折率が調節される。

さらに、内側クラッド１２ａに対するコア１１の比屈折率差Δ_１２は０．０８％から０．３％の範囲をとるように屈折率を調節してもよい。比屈折率差Δ_１２が小さすぎると、コア１１に光を閉じ込めにくくなくなるので、光ファイバに期待される機能（伝搬、増幅、又は発振）を実現しにくくなるが、Δ_１２＝０．０８％以上であれば、所望の動作が可能である。逆に、比屈折率差Δ_１２が大き過ぎると、規格化周波数が大きくなり信号光の高次モード成分が増えるためコア径を小さくする必要が生じる。コア径を小さくすることにより非線形光学効果の一種である誘導ラマン散乱が生じ、希土類添加ファイバとしてのポテンシャルが落ちてしまう。比屈折率差Δ_１２の上限を０．３％とすることで、誘導ラマン散乱の発生を抑制した希土類添加ファイバを実現することができる。したがって、比屈折率差Δ_１２が０．０８％から０．３％の範囲をとるように屈折率を調節することにより、光ファイバに期待される機能（伝搬、増幅、又は発振）を実現できるとともに、誘導ラマン散乱の発生を抑制できる希土類添加ファイバを実現できる。

内側クラッド１２ａは、例えば純粋なシリカからなるシリカガラスであってもよく、あるいは純シリカに塩素（Ｃｌ_２）が添加されたものであってもよい。内側クラッド１２ａは、コア１１と励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄのすべてに接するように設けられている。マルチコア構造の場合、内側クラッド１２ａは、複数のコアのすべてに接するように設けられる。

励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄは、光ファイバ母材ＢＭ１の長手方向に沿って延びる形状をした、励起光の閉じ込め又は放出をするための領域である。コア１１と励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄが共通の内側クラッド１２ａにより包囲されることにより、コア１１、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄ及び内側クラッド１２ａは一体的に１本の光ファイバ母材ＢＭ１を構成する。

励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄは、図１に示されているように、コア１１と接しないように、且つ互いに接しないように配置される。励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄは、図１では、コア１１に対して軸対称で、かつ周方向に等間隔でコア１１を包囲するように配置されているが、他の配置形態であってもよい。たとえば、２つ以下の又は５つ以上の励起光閉じ込め部を設け、励起光閉じ込め部がコア１１に対して回転対称となるように配置されていてもよい。また、励起光閉じ込め部は、コア１１に対して対称性無く配置されていてもよい。励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄの断面形状は、図１では真円をしているが、楕円であってもよい。

内側クラッド１２ａに入射される励起光を励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄ内に閉じ込め可能とするため、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄは二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ_２）が添加されたシリカでできている。すなわち、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄの屈折率をｎ_３とし、内側クラッド１２ａの屈折率をｎ_２とすると、ｎ_３＞ｎ_２の関係がある。

なお、クラッド内側クラッド１２ａに屈折率を下げるためのドーパントを添加することにより、ｎ_３＞ｎ_２となるようにしてもよい。この場合、後述する式（１）の関係を満たすようにするため、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄにも屈折率を下げるためのドーパントを添加してもよい。

図９に関して後述するように、光ファイバ母材ＢＭ１に曲げを加えることにより、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄは閉じ込めた励起光を放出することができる。励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄから放出される励起光を、コア１１内の希土類元素の励起に使用できるようにするため、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄの屈折率ｎ_３とコア１１の屈折率ｎ_１の関係は、ｎ_１＞ｎ_３となるように設定される。

さらに、内側クラッド１２ａに対する励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄの比屈折率差Δ_３２は０．０２％〜０．２％の範囲をとるように屈折率を調節してもよい。Δ_３２が０．０２％以上であれば、励起光を励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄ内に閉じ込めやすくなる。また、Δ_３２が０．２％以下であれば、励起光を励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄから取り出して励起を行いやすくなる。したがって、Δ_３２が０．０２％〜０．２％の範囲内の数値を取るようにすれば、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄ内に適度に励起光を閉じ込めることができるとともに、曲げを加えることにより適度に励起光を励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄの外に取り出すことができる。

パラメータについてまとめると、以下のとおりである。まず、一態様では、コア１１の屈折率ｎ_１、内側クラッド１２ａの屈折率ｎ_２、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄの屈折率ｎ_３は次の式（１）を満たす。
ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２ （１）

一態様では、内側クラッド１２ａに対するコア１１の比屈折率差Δ_１２は次の式（２）を満たす。
０．０８≦Δ_１２≦０．３［％］ （２）

一態様では、内側クラッド１２ａに対する励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄの比屈折率差Δ_３２は次の式（３）を満たす。
０．０２≦Δ_３２≦０．２［％］ （３）

なお、以上の説明では、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄはすべて同一の屈折率ｎ_３を有するものとして説明したが、異なる屈折率を有していてもよい。異なる屈折率の場合、式１と式３は全ての励起光閉じ込め部について満たされることが望ましいが、少なくとも１つの励起光閉じ込め部について満たされればよい。なお、励起光閉じ込め部１３ａ〜１３ｄについて、屈折率ｎ_３が同一の場合は、コア１１の励起を均一にすることができるので有利である。

１．２ 光ファイバの構成
次に、図２を参照して、光ファイバ母材ＢＭ１から作製することができる光ファイバ１０の構成について説明する。図２は、光ファイバ１０の横断面図である。

図２に示されているように、光ファイバ１０は、コア１と、コア１の周囲にコア１と接しないように配置された４つの励起光閉じ込め部３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、コア１と励起光閉じ込め部３ａ〜３ｄを包囲する内側クラッド２ａと、内側クラッド２ａの外周を覆う外側クラッド４ａと、外側クラッド４ａの外周を覆う被覆５と、被覆５の外周を覆う被覆６とを備える。光ファイバ１０のコア１、励起光閉じ込め部３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄ、及び内側クラッド２ａは、それぞれ上述した光ファイバ母材ＢＭ１のコア１１、励起光閉じ込め部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄ、及び内側クラッド１２ａに対応するものである。

外側クラッド４は、熱硬化型シリコーン樹脂から形成されたポリマークラッドである。外側クラッド４の屈折率をｎ_４とすると、ｎ_２＞ｎ_４となるように屈折率が調節される。したがって、光ファイバ１０は、次の式（４）を満たす。
ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２＞ｎ_４ （４）

このように屈折率が調節されることにより、光ファイバ１０は、内側クラッド２ａと外側クラッド４ａを備えたダブルクラッド構造となり、効果的に励起を行うことができる。

被覆５は、熱硬化型シリコーン樹脂から形成された保護層である。被覆５の屈折率をｎ_５とすると、ｎ_５＞ｎ_１であってもよいが、ｎ_４＞ｎ_５であってもよい。ｎ_４＞ｎ_５とすることにより、トリプルクラッド構造とすることができるので、励起光がファイバの外部に漏れ出ることを抑制することができる。

被覆６は、熱硬化型シリコーン樹脂を主成分とする保護層である。被覆６の屈折率をｎ_６とすると、ｎ_６＞ｎ_１であってもよいが、ｎ_５＞ｎ_６であってもよい。ｎ_５＞ｎ_６とすることにより、クワトロクラッド構造とすることができるので、励起光がファイバの外部に漏れ出ることをさらに抑制することができる。

１．３ 変形例
次に、図３及び図４を参照して、光ファイバ１０の変形例の構成について説明する。なお、以下の説明では光ファイバ１０の変形例としての光ファイバ２０、３０について説明するが、これらの変形例にはこれらの光ファイバ２０、３０に対応して光ファイバ母材ＢＭ１を変形することが包含される。

１．３．１ 変形例１−１
図２の光ファイバ１０は４つの励起光閉じ込め層を有するが、光ファイバ１０を変形して、図３のように、単一の励起光閉じ込め部３ｅを備える光ファイバ２０としてもよい。このような変形に伴い、内側クラッド２ａの形状は、内側クラッド２ｂのように変形される。

図３のように励起光閉じ込め部が単一の場合であっても、入射される励起光の一部を励起光閉じ込め部に閉じ込めることができるので、端面又はその付近での発熱を抑えることができる。

また、図示は省略するが、後述する図４の内側クラッド２ｃのように、内側クラッド２ｂの外形を多角形としてもよい。

１．３．２ 変形例１−２
図２の光ファイバ１０の内側クラッド２ａの外形は断面視で円形であるが、光ファイバ１０を変形して、図４のように、断面視で外形が多角形の内側クラッド２ｃを備える光ファイバ３０としてもよい。図４の内側クラッド２ｃは正七角形であるが、他の多角形であってもよい。

一例として、コア１の径は５０μｍ、内側クラッド２ｃの径は多角形内接円径で５５０μｍ、多角形外接円径で５７５μｍ、励起光閉じ込め部３ａ〜３ｄの径は１８０μｍである。

このように、内側クラッドの外形を多角形とすることにより、励起光のスキューモードを抑えることができる。したがって、励起光を効率よく用いることができる。

１．４ 動作
次に、実施形態１の光ファイバ母材又は光ファイバの動作について、図３の構造を有する光ファイバ２０を例として、図９を参照しつつ説明する。

１．４．１ ハイブリッド励起
光ファイバ２０は、一例として、光ファイバ２０の内側クラッド２ｂと同径もしくは同等のMFD（Mode Field Diameter）のコアを有する励起光ファイバと融着して用いられる。光ファイバ２０には、不図示の励起光源から発振された励起光が励起光ファイバを介して入射される。具体的には、光ファイバ２０の内側クラッド２ｂの断面全体に対して励起光が入射される。入射された励起光の内、コア１に入射した励起光はコア１内の希土類元素を励起する。励起光閉じ込め部３ｅに入射した励起光は、ｎ_３＞ｎ_２の関係があるので、特定の開口数を有する励起光は励起光閉じ込め部３ｅ内に閉じ込められたまま導波される。式１の関係より、内側クラッド２ｂの部分に入射した励起光の一部はコア１に向かってコア１内の希土類元素を励起し、他の一部は励起光閉じ込め部３ｅに向かって励起光閉じ込め部３ｅ内に閉じ込められて導波される。

図９は、光ファイバ２０に対して曲げを加えた際の励起光閉じ込め部３ｅの曲げ損失を示す図である。より詳しくは、図９は、励起光閉じ込め部３ｅの直径が１８０μｍ、内側クラッド２ｂの直径が５５０μｍ、励起光閉じ込め部３ｅの内側クラッド２ｂに対する比屈折率差Δ_３２が０．０７％の場合において、励起光の波長が９７５ｎｍのときの励起光閉じ込め部３ｅの曲げ損失を示す。

図９から分かるように、曲げ直径１０００ｍｍの曲げを加えた場合、曲げ損失は４．３２×１０^−９ｄＢ/ｍ程度である。図９の特性図のとおり、光ファイバ２０が直線的に設けられている場合、励起光は励起光閉じ込め部３ｅから殆ど漏れ出ることなく導波される。このように、緩い曲げの場合、曲げ損失は非常に小さいので、励起光閉じ込め部３ｅは大きな励起光閉じ込め効果を有する。したがって、励起光が入射される端面又はその付近でのコア１における励起光の密度を下げることが可能となるので、励起光が入射される端面又はその付近での発熱を抑えることができる。

一方、曲げ直径３００ｍｍの曲げを加えた場合、曲げ損失は４．０９×１０^１２ｄＢ/ｍ程度である。このように、曲げ直径が小さくなるほど、曲げ損失は大きくなるため、励起光閉じ込め部３ｅの光閉じ込め効果は著しく弱められる。したがって、励起光閉じ込め部３ｅ内を伝搬してきた励起光の大部分は、励起光閉じ込め部３ｅに束縛されずに励起光閉じ込め部３ｅから漏れ出ることとなる。この漏れ出た励起光が、直接に、又は内側クラッド２ｂと外側クラッド４ａの界面で全反射してコア１に向かう。したがって、コア１における励起光密度を高めることが可能となる。したがって、励起光閉じ込め部３ｅに閉じ込められた励起光を増幅又は発振に用いたい場合は、増幅又は発振させたい位置で、光ファイバ２０を曲げて配置すればよい。実際、融着されたファイバは融着点を含む部分に曲げが加わらないようにして筐体に保管されるので、融着点又はその付近での発熱を抑えることができる。

このように、端面励起により導波された励起光の一部は、励起光閉じ込め部３ｅに閉じ込められて、曲げが加えられた位置で取り出されてコアの側面から側面励起する。したがって、端面励起と側面励起によるハイブリッド励起が可能となる。

以上の例では、光ファイバ２０と、光ファイバ２０の内側クラッド２ｂと同径のコアを有する励起光ファイバとを融着する例に即して説明したが、他の使用方法も考えられる。例えば、光ファイバ２０の励起光閉じ込め部３ｅと同径のコアを有する励起光ファイバを準備し、励起光閉じ込め部３ｅと励起光ファイバが重なるように融着を行う。このようにすれば、端面励起を行うことなく、曲げを加えた位置で励起光を取り出して励起することが可能となるので、側面励起のみによる励起を行うこととなる。

以上では、光ファイバ２０を例にして説明したが、光ファイバ１０又は光ファイバ３０についても原理的に同様である。したがって、光ファイバ２０と同様の方法で用いることができる。

１．５ 効果
以上のように、光ファイバ（１０〜３０）は、希土類元素が添加されたシリカガラスから形成されたコア１と、コア１の外側に位置するシリカガラスから形成された内側クラッド２（内側クラッド２ａ〜２ｃ）と、内側クラッド２の内側にコア１に接することなく配置されて光ファイバの長手方向に延び、励起光の閉じ込めが可能な励起光閉じ込め部３（３ａ〜３ｅ）とを備える。

このような構成を有する光ファイバ（１０〜３０）によれば、増幅を行うコア１と励起光を導波する励起光閉じ込め部３とが、１本の光ファイバ内に収容される。したがって、特許文献１のように増幅用と励起光用に別々のファイバ又はファイバ部を用意する必要がないので、複数のファイバ又はファイバ部を近接配置する必要性が存在しない。したがって、複数のファイバ又はファイバ部を近接配置することによる機械的損傷の発生という問題が生じない。

また、コア１と励起光閉じ込め部３の間の領域全体にわたってシリカガラスでできた１つの内側クラッド２が介されているので、光ファイバに生じ得るせん断応力を極力抑えることができる。したがって、せん断応力に関する機械的強度を高めることができる。

また、コア１の屈折率をｎ_１、内側クラッドの屈折率をｎ_２、励起光閉じ込め部３の屈折率をｎ_３として、ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２となるように屈折率が調節された態様によれば、ハイブリッド励起が可能となる。すなわち、端面励起により入射された励起光の一部を励起光閉じ込め部３に閉じ込めて、閉じ込められた励起光を任意の位置で取り出してコア１の側面から励起する側面励起が可能となる。このようなハイブリッド励起が可能な光ファイバの製造は特に困難を伴わない。そして、このようなハイブリッド励起が可能な構成は、励起光をコア１に入射させずに励起光閉じ込め部３にのみ入射するようにすることにより、端面励起を行わずに側面励起のみによる励起が可能となる。したがって、側面励起方式に適した光ファイバの製造が困難であるという従来技術の問題点を解消することができる。

また、ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２であり、内側クラッドの屈折率ｎ_２が半径方向に沿って一定となったディプレスト構造とすることにより、コア１を伝搬する信号光の高次モード成分を内側クラッド２ａ〜２ｃに逃がすことができるため、信号光のビーム品質を高める効果が得られる。すなわち、高次モードの成分をカットできるように、内側クラッド２ａ〜２ｃの領域をなるべく狭くできる。シングルモードファイバレーザは基本モードＬＰ_０１のみを伝搬することを理想とするが、実際にはＬＰ_１１やＬＰ_２１、ＬＰ_０２、ＬＰ_３１などの高次モードが伝搬されてしまい、ビーム品質を下げる要因となっている。高次なモード程ビームの裾の尾が広いので、ディプレスト構造であると伝搬モードの選択が可能になる。すなわち、ＬＰ_１１をカットするディプレスト構造とすることにより、励起光閉じ込め部３ａ〜３ｅの面積を最大化することができる。

また、内側クラッドに対するコア１の比屈折率差Δ_１２は０．０８％から０．３％の範囲内の数値をとる態様によれば、コア１に信号光を閉じ込めることができるとともに、誘導ラマン散乱の発生を抑制することができる。

また、内側クラッド２に対する励起光閉じ込め領域の比屈折率差Δ_３２は０．０２％から０．２％の範囲内の数値をとる態様によれば、励起光閉じ込め部３に適度に励起光を閉じ込めることができるとともに、曲げを加えることにより適度に励起光を励起光閉じ込め部３の外に取り出すことができる。

また、励起光閉じ込め部３に希土類元素が含まれていない態様によれば、励起光閉じ込め部３の内部で量子欠損による発熱が生じない。したがって、光ファイバの端面又はその付近での量子欠損による発熱を抑えることができる。したがって、コア１に従来よりも多くの希土類を添加することが可能となり、希土類添加ファイバレーザ装置の高出力化に貢献することができる。なお、希土類元素は、励起光閉じ込め部３の何れにも含まれていなくてよい。

また、２つ以上の励起光閉じ込め部３を備える態様によれば、コア１を複数の方向から励起することができるので、効果的な励起を行うことができる。

また、内側クラッド２の外形の横断面視が多角形である態様によれば、励起光のスキューモードを抑えることができるので、励起光を効率よく用いることができる。

１．６ 製法
次に、実施形態１に係る光ファイバ母材ＢＭ１又は光ファイバ１０、２０、３０の製法について説明する。

１．６．１ 光ファイバ母材の作製
一工程において、ＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりコアとクラッドを有するＭＣＶＤ母材を作製する。コアにはＹｂと、Ａｌ、Ｐを添加する。一例として、Ｙｂが２ｗｔ％、Ａｌが４ｗｔ％、Ｐが４ｗｔ％となるようにこれらの元素を添加する。Δ調節のためにＢを添加してもよいが、Ｂは軽元素のため電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）による定性分析は行えない。Ｂの変わりにＦを添加してもよい。また、前記ＭＣＶＤ母材の作製工程とは別工程において、クラッドと同一の屈折率を有する石英管を準備する。

次に、石英管をＭＣＶＤ母材にジャケッティングしてクラッドの厚みを調節する。

次に、クラッドの部分に所望の数の開孔を設ける。例えば、図３のように１つ、又は図１のように４つの開孔を設ける。

以上の工程とは別工程において、クラッドに対して比屈折率差Δ＝０．０７％となるように調節した１つ以上のロッドを準備する。例えば、Ｇｅを添加することによりロッドの屈折率を調節する。

次に、クラッドの開孔にロッドを挿入する。これにより、励起光閉じ込め部がクラッド内部に形成される。

次に、ロッドが挿入された光ファイバ母材を加熱して延伸して、母材とロッドを一体化する。この際、開孔とロッドの隙間は減圧しておく。

次に、オプションの工程として、クラッドの外周を所望の形状に加工する。例えば、図４のように正７角形に加工する。

以上の工程より、光ファイバ母材が作製される。

１．６．２ 光ファイバの作製
次に、作製した光ファイバ母材を用いて紡糸を行う。コアへ軸対称性の良い励起を実現するため、作製した光ファイバ母材を回転させながら紡糸を行い、捻じれを加えた光ファイバを作製する。捻じれは励起光のスキューモードを抑える役割も持つ。紡糸工程では、被覆を、例えば３層コーティングする。これにより、光ファイバのクラッドと密着する被覆第１層、被覆第１層の外周を覆う被覆第２層、被覆第２層の外周を覆う被覆第３層を形成する。被覆第１層の材料には光ファイバのクラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有する樹脂材料を用いる。

２． 実施形態２
２．１ 光ファイバ母材の構成
次に、図５を参照して、実施形態２による光ファイバ母材ＢＭ２の構成について説明する。図５は、光ファイバ母材ＢＭ２の軸方向に対して垂直な面で切って取得された光ファイバ母材ＢＭ２の横断面図である。

端的には、図５の光ファイバ母材ＢＭ２は、実施形態１に係る光ファイバ母材ＢＭ１の内側クラッド１２ａが、２つの環状の内側クラッド層に分割され、この分割された２つの環状の内側クラッド層の間に、環状の励起光閉じ込め層が挟まれた構成を有する。このような構成を有する点で光ファイバ母材ＢＭ２は光ファイバ母材ＢＭ１と相違し、その他の点、例えば材料については光ファイバ母材ＢＭ１と同様である。

より詳細には、図５に示されているように、光ファイバ母材ＢＭ２はコア１１を備え、コア１１の外周を覆うように設けられた環状の内側クラッド１２ｄと、内側クラッド１２ｄの外周を覆うように設けられた励起光閉じ込め層１３ｆと、励起光閉じ込め層１３ｆの外周を覆うように設けられた環状の内側クラッド１２ｅとを備える。内側クラッド１２ｄと内側クラッド１２ｅは、一体的に内側クラッド１２を構成する。

環状の内側クラッド１２ｄと環状の内側クラッド１２ｅは、同一の材料から形成されていても、されていなくてもよい。異なる材料からなる場合は、励起光閉じ込め層１３ｆから漏れ出る励起光をコア１１に向かいやすくするため、内側クラッド１２ｄの屈折率が、内側クラッド１２ｅの屈折率よりも高くなるようにしてもよい。

図５に示すような態様とすることにより、光軸を包囲する全方向から対称性良く励起をすることが可能となる。これによりビーム品質の良い信号光を得ることが可能となる。

一態様では、内側クラッド１２ｄ、１２ｅの屈折率は同一でｎ_２であり、コア１１の屈折率ｎ_１、内側クラッド１２ｄ、１２ｅの屈折率ｎ_２、及び励起光閉じ込め層１３ｆの屈折率ｎ_３ｆは次の式（５）を満たす。
ｎ_１＞ｎ_３ｆ＞ｎ_２ （５）

このように、ディプレスト構造とすることにより、コア１１を伝搬する信号光の高次モード成分を内側クラッド１２ｄに逃がすことができるため、信号光のビーム品質を高める効果が得られる。すなわち、高次モードの成分をカットできるように、内側クラッド１２ｄの領域をなるべく狭くできる。シングルモードファイバレーザは基本モードＬＰ_０１のみを伝搬することを理想とするが、実際にはＬＰ_１１やＬＰ_２１、ＬＰ_０２、ＬＰ_３１などの高次モードが伝搬されてしまい、ビーム品質を下げる要因となっている。高次なモード程ビームの裾の尾が広いので、ディプレスト構造であると伝搬モードの選択が可能になる。すなわち、ＬＰ_１１をカットするディプレスト構造とすることにより、励起光閉じ込め層１３ｆの面積を最大化することができる。

一態様では、内側クラッド１２ｄに対するコア１１の比屈折率差Δ_{１１，１２ｄ}は次の式（６）を満たす。
０．０８≦Δ_{１１，１２ｄ}≦０．３［％］ （６）

一態様では、内側クラッド１２ｄ、１２ｅの屈折率は同一でｎ_２であり、内側クラッド１２ｄ、１２ｅに対する励起光閉じ込め層１３ｆの比屈折率差Δ_{１３ｆ，１２}は次の式（７）を満たす。
０．０２≦Δ_{１３ｆ，１２}≦０．２［％］ （７）

一例として、コア１１の径は５０μｍ、内側クラッド１２ｆの径は多角形内接円径で５５０μｍ、多角形外接円径で５７５μｍ、励起光閉じ込め層１３ｆの内径が１０５μｍ、外径が１８５μｍである。

２．２ 光ファイバの構成
次に、図６を参照して、光ファイバ母材ＢＭ２をから作製することができる光ファイバ４０の構成について説明する。図６は、光ファイバ４０の横断面図である。

図６に示されているように、光ファイバ４０は、コア１と、コア１の外周を覆うように設けられた環状の内側クラッド２ｄと、内側クラッド２ｄの外周を覆うように設けられた励起光閉じ込め層３ｆと、励起光閉じ込め層３ｆの外周を覆うように設けられた環状の内側クラッド２ｅと、内側クラッド２ｅの外周を覆う外側クラッド４ａと、外側クラッド４ａの外周を覆う被覆５と、被覆５の外周を覆う被覆６とを備える。光ファイバ４０のコア１、内側クラッド２ｄ、２ｅ、及び励起光閉じ込め層３ｆは、それぞれ上述した光ファイバ母材ＢＭ２のコア１１、内側クラッド１２ｄ、１２ｅ、及び励起光閉じ込め部１３ｆに対応するものである。なお、内側クラッド２ｅは、樹脂から形成されるものであってもよい。

２．３ 変形例
次に、図７を参照して、光ファイバ４０の変形例の構成について説明する。なお、以下の説明では光ファイバ４０の変形例としての光ファイバ５０について説明するが、この変形例には光ファイバ５０に対応して光ファイバ母材ＢＭ２を変形することが包含される。

図６の光ファイバ４０の環状の内側クラッド２ｅの外形は円形であるが、光ファイバ４０を変形して、図７のように、外形が多角形の環状の内側クラッド２ｆを備える光ファイバ５０としてもよい。図５の環状の内側クラッド２ｆは正七角形であるが、他の多角形であってもよい。

このように、内側クラッド２ｆの外形を多角形とすることにより、励起光のスキューモードを抑えることができる。したがって、励起光を効率よく励起に用いることができる。

次に、図８を参照して、光ファイバ４０の変形例の構成について説明する。なお、以下の説明では光ファイバ４０の変形例としての光ファイバ６０について説明するが、この変形例には光ファイバ６０に対応して光ファイバ母材ＢＭ２を変形することが包含される。

図６の光ファイバ４０は外側クラッド４ａを備えているが、この外側クラッド４ａを省略して図８のような構成としてもよい。このような構成とすることにより、励起光閉じ込め層３ｆよりも広い断面積を有する励起光閉じ込め層３ｇを備えることができる。なお、励起光閉じ込め層３ｆを励起光閉じ込め層３ｇとしたことに伴い、図６の内側クラッド２ｅに対応するものが図８の内側クラッド２ｇとなる。なお、この内側クラッド２ｇは、樹脂から形成されるものであってもよい。

２．４ 動作
実施形態２の光ファイバ母材又は光ファイバの動作は、実施形態１の光ファイバ母材又は光ファイバと同様に動作する。

２．５ 効果
以上のように、光ファイバ（４０、５０、６０）は、希土類元素が添加されたコア１と、コア１の外側に位置する内側クラッド２（内側クラッド２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ）と、内側クラッド２の内側にコア１に接することなく配置され前記光ファイバ母材の長手方向に延びる、励起光の閉じ込めが可能な励起光閉じ込め領域３（励起光閉じ込め層３ｆ、３ｇ）とを備える。

したがって、実施形態１に係る光ファイバ（１０〜３０）と同様の効果を奏することができる。

また、第２実施形態に係る光ファイバ（４０、５０、６０）によれば、内側クラッド２は、環状の形状をした内側クラッド２ｄ（第１のクラッド層）と、環状の形状をした内側クラッド２ｅ、２ｆ、又は２ｇ（第２のクラッド層）とを備え、励起光閉じ込め領域３は環状の形状をした単一の励起光閉じ込め層３ｆ又は３ｇである。そして、環状の内側クラッド２ｄはコア１の外周に接して取り囲むように配置され、励起光閉じ込め層３ｆ又は３ｇは内側クラッド２ｄの外周に接して取り囲むように配置され、内側クラッド２ｅ、２ｆ、又は２ｇは励起光閉じ込め層３ｆ又は３ｇの外周に接して取り囲むように配置されている。このように、コア１の外周全体を覆うように、励起光閉じ込め層３ｆ又は３ｇが備えられているので、励起光閉じ込め層３ｆ又は３ｇ内に閉じ込められた励起光による励起を軸対称性良く行うことができる。

また、内側クラッド２ｆのように第２のクラッド層の外形の横断面視が多角形である態様によれば、励起光のスキューモードを抑えることができるので、励起光を効率よく用いることができる。

２．６ 製法
次に、実施形態２に係る光ファイバ母材ＢＭ２又は光ファイバ４０、５０、６０の製法について説明する。

２．６．１ 光ファイバ母材の作製
一工程において、ＭＣＶＤ法によりコアとクラッドを有するＭＣＶＤ母材を作製する。コアにはＹｂと、Ａｌ、Ｐを添加する。一例として、Ｙｂが１ｗｔ％、Ａｌが２ｗｔ％、Ｐが２ｗｔ％となるようにこれらの元素を添加する。Δ調節のためにＢ又はＦを添加してもよい。また、前記ＭＣＶＤ母材の作製工程とは別工程において、ＭＣＶＤ法により石英管内面にＧｅ層を有する２層構造の石英管を準備する。外側の石英管層はＭＣＶＤ母材のクラッドと同一又はこれ未満の屈折率を有する。内側のＧｅ層はＭＣＶＤ母材のクラッドに対してΔ０．０７％となる屈折率を有する。

次に、２層構造の石英管を、ＭＣＶＤ母材にジャケッティングする。これにより、励起光閉じ込め層が、ＭＣＶＤ母材のクラッド（内側クラッド１２ｄ）と外側の石英管層（例えば図５の内側クラッド１２ｅ）との間に形成される。また、外側の石英管層の厚みを調節する。

次に、オプションの工程として、外側の石英管層の外周を所望の形状に加工する。例えば、図７のように正７角形に加工する。

以上の工程より、光ファイバ母材が作製される。

２．６．２ 光ファイバの作製
次に、作製した光ファイバ母材を用いて紡糸を行う。実施形態１の場合と異なり、実施形態２による光ファイバによればコアへ軸対称性の良い励起を行うことが可能であるので、軸対称性の良い励起を実現するためにファイバに捻じれを加える必要はない。しかしながら、捻じれを加えることにより励起光のスキューモードを抑制することができるので、光ファイバ母材を回転させながら紡糸を行う。

紡糸工程では、被覆を、例えば３層コーティングする。これにより、光ファイバのクラッドと密着する被覆第１層、被覆第１層の外周を覆う被覆第２層、被覆第２層の外周を覆う被覆第３層を形成する。被覆第１層の材料にはファイバのクラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有する樹脂材料を用いる。コーティングは２層であってもよい。３層のコーティングを形成した場合には光ファイバ４０又は５０が、２層のコーティングを形成した場合には光ファイバ６０が得られる。

３． 光ファイバ共振器、光ファイバレーザ装置、及び光ファイバ増幅器
３．１ 構成
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の光ファイバを適用した光ファイバ共振器、光ファイバレーザ装置、及び光ファイバ増幅器の実施形態について説明する。図１０は、光ファイバ１０〜６０を、光ファイバ共振器１２０又は光ファイバレーザ装置１００に適用した適用例を示す図である。図１１は、開口数と出力比の関係を示す図である。

図１０に示されているとおり、光ファイバレーザ装置１００は、例えば双方向励起型の光ファイバレーザ装置であり、前方励起部１１０Ｆと、後方励起部１１０Ｂと、光ファイバ共振器１２０と、デリバリ部１３０とを備える。

前方励起部１１０Ｆと後方励起部１１０Ｂの各々は、複数の半導体レーザ光源１１１と、各半導体レーザ光源１１１に接続された励起光ファイバ１１２と、各励起光ファイバ１１２に接続され、複数の半導体レーザ光源１１１からの励起光を合波するコンバイナ１１３とを備える。コンバイナ１１３は合波された励起光を、ＦＢＧファイバ１２１を介して光ファイバ共振器１２０に送る。

光ファイバ共振器１２０は、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）１２２が形成されたＦＢＧファイバ１２１と、増幅用光ファイバ１２３と、ＦＢＧ１２５が形成されたＦＢＧファイバ１２４とを備える。本開示の実施形態１又は実施形態２による光ファイバ１０〜６０は、増幅用光ファイバ１２３として用いられる。

増幅用光ファイバ１２３の一端はＦＢＧファイバ１２１に融着接続され、他端はＦＢＧファイバ１２４に融着接続される。増幅用光ファイバ１２３に対し、増幅用光ファイバ１２３の内側クラッドの外径と同径のコアを有するＦＢＧファイバ１２１、１２４が融着接続される。

ＦＢＧは、光の進行方向に屈折率の高い部分と低い部分が交互に繰り返された構造を有するグレーティングであり、Ｇｅドープファイバのコアに紫外線を照射することにより形成される。ＦＢＧは、屈折率の周期的変化に対応した特定波長の光だけを反射することができる。ＦＢＧファイバ１２１に設けられるＦＢＧ１２２は高反射率、ＦＢＧファイバ１２４に設けられるＦＢＧ１２５は低反射率を有するように、それぞれ形成される。ＦＢＧ１２２、１２５と増幅用光ファイバ１２３により共振器が構成される。

光ファイバ共振器１２０により生成されたレーザ光はＦＢＧ１２５から出射される。出射されたレーザ光は、後方励起部１１０Ｂのコンバイナ１１３を介してデリバリ部１３０に送られる。

光ファイバ共振器１２０からＦＢＧ１２２、１２５を除去して、光ファイバアンプを構成してもよい。

デリバリ部１３０は光を導波するデリバリファイバ１３１を備え、光ファイバ共振器１２０から供給される増幅された信号光又はレーザ光を所望の位置まで導波する。

３．２ 動作
次に、光ファイバ共振器１２０及び光ファイバレーザ装置１００の動作について説明する。

複数の半導体レーザ光源１１１から例えば９７６ｎｍの波長で発振されたレーザ光が励起光ファイバ１１２を介してコンバイナ１１３に導波され、コンバイナ１１３は複数のレーザ光を合波した励起光を、光ファイバ共振器１２０に提供する。

励起光により増幅用光ファイバ１２３内の希土類元素、例えばＹｂが励起される。励起された希土類元素が基底準位に遷移する際に放出された自然放出光の内、ＦＢＧ１２２、１２５により選択的に反射される特定波長の光、例えば１０７０ｎｍの光が、光ファイバ共振器１２０内で増幅と反射を繰り返し、増幅が損失を上回ることにより発振する。

光ファイバ共振器１２０により生成されたレーザ光は低反射率のＦＢＧ１２５から出射される。出射されたレーザ光はデリバリ部１３０に送られる。

３．３ 効果
以下、本開示の光ファイバレーザ装置の最大での発熱量の抑制効果を説明するため、増幅用光ファイバ１２３として、図８の光ファイバ６０に即して説明する。

光ファイバ６０において、コア１の直径を４５μｍ、内側クラッド２ｄの外径を１４５μｍ、励起光閉じ込め層３ｇの外径を５５０μｍとする。コア１の内側クラッド２ｄに対する比屈折率差Δは０．１３であり、コア１の実効断面積Ａｅｆｆは１，０００μｍ^２である。励起光閉じ込め層３ｇの内側クラッド２ｄに対する比屈折率差Δを０．０７％とし、屈折率ｎ_３＝１．４６とすると、励起光閉じ込め層３ｇの開口数ＮＡは、式（８）より０．０５５となる。

光ファイバ６０の両端は、コア径が５５０μｍ、Ａｅｆｆが１，０００μｍ^２のＦＢＧファイバ１２１、１２４と、図１０のように融着接続される。

ＦＢＧファイバ１２１のＮＡの出力割合を図１１に示す。励起光閉じ込め層３ｇが受光でき、さらに導波できる０．０５５％のＮＡは、図１１よりＦＢＧファイバ１２１から供給される励起光の３０％に相当する。また、励起光閉じ込め層３ｇの外径は５５０μｍであるので、励起光閉じ込め層３ｇの断面積が光ファイバ母材の断面積に占める割合は９３％となる。したがって、励起光閉じ込め層３ｇに閉じ込め可能な励起パワーは、３０％×９３％＝２８％となる。つまり、励起光入射端面における発熱量を最大で２８％抑制することが可能となる。

このように、本開示による光ファイバレーザ装置によれば励起光入射端面における発熱量を抑制することができるので、従来よりも多くの希土類元素をコアに添加して更なる高出力化を図ることができる。

４． 付記
以下、本開示の実施形態について、その一部を整理する。
＜付記１＞
付記１による光ファイバは、希土類元素が添加されたコア（１）と、前記コアの外側に位置する内側クラッド（２）とを備えた光ファイバであって、前記内側クラッドの内側に前記コアに接することなく配置され前記光ファイバの長手方向に延びる、励起光の閉じ込めが可能な少なくとも１つの励起光閉じ込め領域（３）とを備える。
＜付記２＞
付記２による光ファイバは、付記１に記載の光ファイバであって、前記コアの屈折率をｎ_１、前記内側クラッドの屈折率をｎ_２、前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域の屈折率をｎ_３として、次式を満たす。
（式） ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２
＜付記３＞
付記３による光ファイバは、付記２に記載の光ファイバであって、前記第１のクラッド層の屈折率は半径方向に沿って一定である。
＜付記４＞
付記３による光ファイバは、付記１から３の何れか１つに記載の光ファイバであって、前記内側クラッドに対する前記コアの比屈折率差Δ_１２は次式を満たす。
（式） ０．０８≦Δ_１２≦０．３ ［％］
＜付記５＞
付記５による光ファイバは、付記１から４の何れか１つに記載の光ファイバであって、前記内側クラッドに対する前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域の比屈折率差Δ_３２は次式を満たす。
（式） ０．０２≦Δ_３２≦０．２ ［％］
＜付記６＞
付記６による光ファイバは、付記１から５の何れか１つに記載の光ファイバであって、前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域は希土類元素を含んでいない。全ての励起光閉じ込め領域は希土類元素を含んでいなくてもよい。
＜付記７＞
付記７による光ファイバは、付記１から６の何れか１つに記載の光ファイバであって、前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域は２つ以上の励起光閉じ込め部（３ａ〜３ｄ）を備える。
＜付記８＞
付記８による光ファイバは、付記７に記載の光ファイバであって、前記２つ以上の励起光閉じ込め部は前記コアに対して軸対象又は回転対象に配置されている。
＜付記９＞
付記９による光ファイバは、付記１から６の何れか１つに記載の光ファイバであって、前記内側クラッドは、横断面視で環状の形状をした第１のクラッド層（２ｄ）と、横断面視で環状の形状をした第２のクラッド層（２ｅ、２ｆ）とを備え、前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域は、横断面視で環状の形状をした単一の励起光閉じ込め層（３ｆ）であり、前記環状の第１のクラッド層は前記コアの外周に接して取り囲むように配置され、前記単一の励起光閉じ込め層は前記第１のクラッド層の外周に接して取り囲むように配置され、前記第２のクラッド層は前記単一の励起光閉じ込め層の外周に接して取り囲むように配置されている。
＜付記１０＞
付記１０による光ファイバ母材は、希土類元素が添加されたコア（１）と、前記コアの外側に位置する内側クラッド（２）とを備えた光ファイバであって、前記内側クラッドの内側に前記コアに接することなく配置され前記光ファイバの長手方向に延びる、励起光の閉じ込めが可能な少なくとも１つの励起光閉じ込め領域（３）とを備える。
＜付記１１＞

付記１１による光ファイバ母材は、付記１０に記載の光ファイバ母材であって、前記コアの屈折率をｎ_１、前記内側クラッドの屈折率をｎ_２、前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域の屈折率をｎ_３として、次式を満たす。
（式） ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２
＜付記１２＞
付記１２による光ファイバ共振器（１２０）は、付記１から９の何れか１つに記載の光ファイバと、前記光ファイバの両端部に備えられ、前記希土類元素が放出する光を反射する光反射部（１２２、１２５）とを備える。
＜付記１３＞
付記１３による光ファイバ共振器は、付記１２に記載の光ファイバ共振器であって、前記光反射部はＦＢＧ（１２２、１２５）である。
＜付記１４＞
付記１４による光ファイバレーザ装置（１００）は、レーザ光を出射する励起光源（１１１）と、付記１２又は１３に記載の光ファイバ共振器であって、前記励起光源が出射するレーザ光が入射可能な光ファイバ共振器とを備える。
＜付記１５＞
付記１５による光ファイバ増幅器は、付記１から９の何れか１つに記載の光ファイバと、レーザ光を出射する励起光源（１１１）と、前記光ファイバと前記励起光源を光学的に接続する接続部（１１３）と、を備える。

１：コア
２ａ〜２ｃ：内側クラッド
２ｄ：内側クラッド（第１のクラッド層）
２ｅ〜２ｇ：内側クラッド（第２のクラッド層）
３ａ〜３ｅ：励起光閉じ込め部（励起光閉じ込め領域）
３ｆ、３ｇ：励起光閉じ込め層（励起光閉じ込め領域）
４ａ、４ｂ：外側クラッド（第１の被覆）
５：被覆（第２の被覆）
６：被覆（第３の被覆）
１０〜６０：光ファイバ
１１：コア
１２ａ、１２ｄ、１２ｅ：内側クラッド
１３ａ〜１３ｂ：励起光閉じ込め部
１３ｆ：励起光閉じ込め層
１００：光ファイバレーザ装置
１１０Ｆ：前方励起光部
１１０Ｂ：後方励起光部
１１１：半導体レーザ光源（励起光源）
１１２：励起光ファイバ
１１３：コンバイナ（接続部）
１２０：光ファイバ共振器
１２１：ＦＢＧファイバ
１２２：ＦＢＧ（光反射部）
１２３：増幅用光ファイバ
１２４：ＦＢＧファイバ
１２５：ＦＢＧ（光反射部）
１３０：デリバリ部
１３１：デリバリファイバ

Claims (15)

1. 希土類元素が添加されたコアと、前記コアの外側に位置する内側クラッドとを備えた光ファイバであって、
   前記内側クラッドの内側に前記コアに接することなく配置され前記光ファイバの長手方向に延びる、励起光の閉じ込めが可能な少なくとも１つの励起光閉じ込め領域を備えた光ファイバ。
2. 前記コアの屈折率をｎ_１、前記内側クラッドの屈折率をｎ_２、前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域の屈折率をｎ_３として、次式を満たす、請求項１に記載の光ファイバ。
   ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２
3. 前記内側クラッドの屈折率は半径方向に沿って一定である、請求項２に記載の光ファイバ。
4. 前記内側クラッドに対する前記コアの比屈折率差Δ_１２は次式を満たす、請求項１から３の何れか１項に記載の光ファイバ。
   ０．０８≦Δ_１２≦０．３ ［％］
5. 前記内側クラッドに対する前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域の比屈折率差Δ_３２は次式を満たす、請求項１から４の何れか１項に記載の光ファイバ。
   ０．０２≦Δ_３２≦０．２ ［％］
6. 前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域は希土類元素を含んでいない、請求項１から５の何れか１項に記載の光ファイバ。
7. 前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域は２つ以上の励起光閉じ込め部を備える、請求項１から６の何れか１項に記載の光ファイバ。
8. 前記２つ以上の励起光閉じ込め部は前記コアに対して軸対称又は回転対称に配置されている、請求項７に記載の光ファイバ。
9. 前記内側クラッドは、横断面視で環状の形状をした第１のクラッド層と、横断面視で環状の形状をした第２のクラッド層とを備え、
   前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域は、横断面視で環状の形状をした単一の励起光閉じ込め層であり、
   前記環状の第１のクラッド層は、前記コアの外周に接して取り囲むように配置され、
   前記単一の励起光閉じ込め層は、前記第１のクラッド層の外周に接して取り囲むように配置され、
   前記第２のクラッド層は、前記単一の励起光閉じ込め層の外周に接して取り囲むように配置された、請求項１から６の何れか１項に記載の光ファイバ。
10. 希土類元素が添加されたコアと、前記コアの外側に位置する内側クラッドとを備えた光ファイバ母材であって、
    前記内側クラッドの内側に前記コアに接することなく配置され前記光ファイバ母材の長手方向に延びる、励起光の閉じ込めが可能な少なくとも１つの励起光閉じ込め領域を備えた光ファイバ母材。
11. 前記コアの屈折率をｎ_１、前記内側クラッドの屈折率をｎ_２、前記少なくとも１つの励起光閉じ込め領域の屈折率をｎ_３として、次式を満たす、請求項１０に記載の光ファイバ母材。
    ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２
12. 請求項１から９の何れか１項に記載の光ファイバと、
    前記光ファイバの両端部に備えられ、前記希土類元素が放出する光を反射する光反射部と、
    を備えた光ファイバ共振器。
13. 前記光反射部はＦＢＧである、請求項１２に記載の光ファイバ共振器。
14. レーザ光を出射する励起光源と、
    請求項１２又は１３に記載の光ファイバ共振器であって、前記励起光源が出射するレーザ光が入射可能な光ファイバ共振器と、
    を備えた光ファイバレーザ装置。
15. 請求項１から９の何れか１項に記載の光ファイバと、
    レーザ光を出射する励起光源と、
    前記光ファイバと前記励起光源を光学的に接続する接続部と、
    を備えた光ファイバ増幅器。

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