JPWO2006112071A1 - 光ファイバ及びその製造方法並びに光増幅器 - Google Patents

光ファイバ及びその製造方法並びに光増幅器

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Abstract

希土類イオンが添加された第１コア部（１）と、第１コア部（１）の外周部に設けられ、希土類イオンが添加されるとともに第１コア部（１）よりも屈折率が低い第２コア部（２）と、第２コア部（２）の外周部に設けられ、第２コア部（２）よりも屈折率が低いクラッド部（３）とをそなえ、第２コア部（２）に添加される希土類イオンの濃度が第１コア部（１）に添加される希土類イオンの濃度よりも高濃度となるように構成する。これにより、濃度消光による効率劣化を軽減しつつ、ファイバ長を短尺化して光増幅におけるＦＷＭクロストーク量を抑圧できるようにする。

Description

本発明は、光ファイバ及びその製造方法並びに光増幅器に関し、特に、容量の拡大を目的として従来よりも信号間の波長間隔を狭くした波長多重伝送システムに用いて好適な技術に関する。
光通信システムの大容量化の実現手段として、１本の光ファイバ中に異なる波長の信号光を伝送する波長多重（ＷＤＭ：WavelengthDivisionMultiplex）伝送方式が実用化されている。ＷＤＭ伝送システムのキーデバイスとしては、ファイバでの光損失を補償する光増幅器が挙げられ、Ｃバンド帯（１５２９−１５６３ｎｍ）の信号光に対応した光増幅器としては、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ：ErbiumDopedFiber）を増幅媒体とするエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）が用いられている。その後、Ｃバンド帯の長波長側に位置するＬバンド帯（１５７０−１６０８ｎｍ）の信号光を増幅するＬバンドＥＤＦＡが登場し、従来のＣバンドＥＤＦＡと併用することにより、光伝送システムの更なる大容量化が実現した。
従来、増幅媒体として用いられる一般的なＥＤＦは、図２０に示すようにコア部２２とクラッド部２３とで構成されている。コア部２２の屈折率は、クラッド部２３の屈折率よりも大きく、このため大部分の信号光や励起光は、コア部２２で全反射を繰り返しながらファイバ中を伝播する。また、信号光の増幅に寄与するエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）は、コア部２２の全体または一部に添加されており、エルビウムイオンが励起光から吸収して得たエネルギーを、信号光が得ることにより信号光が増幅される。
ここで、上記のＬバンドＥＤＦＡは、増幅媒体であるＥＤＦの単位長さ当りの利得が小さいという特徴があり、増幅器として十分な利得を得るためには、ＥＤＦ長を長くすることが必要である。一方、ＥＤＦ長が長くなると、ＥＤＦ中で発生する非線形現象である四光波混合（ＦＷＭ：FourWaveMixing）によるクロストークの影響が大きくなり、伝送性能の劣化を招くという課題があった。
そこで、光増幅器の伝送性能を高める方法が既にいくつか提案されている。例えば、特開２００４−４７７２号公報（特許文献１）、特開平３−２３８８８３号公報（特許文献２）に記載された技術がある。
特許文献１の技術によると、第１コア部と、この第１コア部の外周側に設けられて前記第１コア部より屈折率が小さい第２コア部と、この第２コア部の外周側に設けられて前記第２コア部より屈折率が小さいクラッド部とを有し、前記第１コア部と前記第２コア部にそれぞれ少なくとも一種類の希土類元素が添加され、さらに、その屈折率分布にＤＳＣ（DualShapeCores fiber）型屈折率プロファイルを用いることにより、ＦＷＭ等の非線形現象を抑制することができる。
また、特許文献２の技術によると、第１コア部と、この第１コア部の周りを囲み第１コア部よりも低屈折率でその屈折率差が０．２〜１．０％の第２コア部と、この第２コア部の周りを囲み第２コア部より低屈折率でその屈折率差が０．３〜２．０％のクラッド部とを有する石英系ファイバであり、前記第１コア部が希土類元素をドープしてなる石英系ガラスであることを特徴とする光増幅用ファイバを用いることで、励起光が、石英系ガラスであるために低損失である第２コア部を長距離に渡って伝播することができ、増幅器の利得効率を高めることが可能となる。
特開２００４−４７７２号公報 特開平３−２３８８８３号公報
上記特許文献１の技術では、一般的なＥＤＦ構造の課題を解決するため、図２１に示すように、第１コア部２４と、第２コア部２５と、クラッド部２６とを設けることによって、ＥＤＦ設計の自由度を増し、図２０に示す従来のファイバ構造よりもＥＤＦ２０の波長分散の値を大きくすることができ、ＦＷＭの抑圧を可能としており、また、上記特許文献２の技術では、励起光の効率的な利用を図ることにより、増幅器の利得効率の向上を可能としている。
しかしながら、ＦＷＭは、ＷＤＭ信号間の波長間隔が狭いほどその効果が大きくなるため、容量の拡大を目的として従来よりも信号間の波長間隔を狭くした例えば２５ＧＨｚ間隔の伝送システムにおいて、ＦＷＭの更なる抑圧が必要となる。
これを解決するには、ＦＷＭの作用長としてのＥＤＦ長を短くすることが重要となる。一方で、光増幅器として所望の利得を得るためにはＥＤＦの濃度長さ積（エルビウムイオン濃度×ＥＤＦ長）を維持する必要があり、従って、ＥＤＦ長を短くするとともにエルビウムイオン濃度を大きくする必要がある。ここで、濃度長さ積を一定とし、ＥＤＦ長を変化させたときのＦＷＭクロストーク量を計算した結果を図２２に示す。この図２２に示すように、ＥＤＦ長を短くするほど、たしかにＦＷＭが抑圧されていることが分かる。
しかし、もう１つの問題として、エルビウムイオンの濃度を大きくし過ぎても濃度消光と呼ばれる現象によってＥＤＦＡの利得効率が劣化することが知られており（図２３参照）、上述の方法を用いても、濃度消光による効率劣化は回避できず、ＦＷＭの抑圧を目的としたＥＤＦ長の短尺化には、その利得効率の維持に限界が生じるという課題がある。
ここで、図２４を用いて濃度消光の原理を説明する。図２４は、エルビウムイオンのエネルギー準位図であり、図中の黒丸は、各エネルギー準位に存在するエルビウムイオンを示している。この図２４から分かるように、ドナーとしてのエルビウムイオンから、アクセプタとしてのエルビウムイオンへとエネルギーが移動して、ドナー側ではエネルギー準位が下がり、アクセプタ側ではエネルギー準位が上がっている。しかし、その後、アクセプタ側では、エネルギーが放出され元のエネルギー準位に戻っている。このようなエルビウムイオン間で行われる、増幅に寄与しないエネルギー交換のことを非輻射エネルギー交換と呼ぶ。
この非輻射エネルギー交換は、ＥＤＦ中のエルビウムイオン濃度が大きくなり、エルビウムイオン間の距離が小さくなるほど頻繁に発生し、したがって増幅に寄与するエルビウムイオンの割合が小さくなるため、ＥＤＦの増幅効率が低下することとなる。このような原理で濃度消光が発生するのである。
本発明は、上記の課題に鑑み創案されたものであり、濃度消光による利得効率の劣化を軽減しつつ、増幅媒体の長さを短尺化して、増幅媒体中でのＦＷＭ発生量を抑圧できるようにすることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の光増幅器は、希土類イオンが添加された第１コア部と、第１コア部より高濃度の希土類イオンが添加され第１コア部より低屈折率であり第１コア部の外周に設けられた第２コア部と、第２コア部より低屈折率であり第２コア部の外周に設けられたクラッド部とを有する光ファイバと、光ファイバの入力端より９８０ｎｍ帯の第１前方励起光および１４８０ｎｍ帯の第２前方励起光を入力する前方励起部と、光ファイバの出力端より１４８０ｎｍ帯の後方励起光を入力する後方励起部とを備え、第１前方励起光と第２前方励起光との強度比を制御することにより上記光ファイバの第１および第２コア部における反転分布率を制御することを特徴としており（請求項１）、さらに、第２コア部の反転分布率が０．６以下となるように前記強度比を調整してもよい（請求項２）。
また、上記の目的を達成するために、本発明の光ファイバは、希土類イオンが添加された第１コア部と、第１コア部の外周部に設けられ、第１コア部よりも屈折率が低く第１コア部よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア部と、第２コア部の外周部に設けられ、第２コア部よりも屈折率が低いクラッド部と、をそなえたことを特徴としており（請求項３）、さらに、第１コア部が、複数種類の波長帯の励起光が伝播するときのビームプロファイルの波長依存性によって反転分布率が高くなる傾向にある領域であり、第２コア部が、前記励起光のビームプロファイルの波長依存性によって前記反転分布率が第１コア部よりも低くなる傾向にある領域であってもよい（請求項４）。
また、前記励起光として、第１コア部への閉じ込め効果の高いビームプロファイルを有する第１波長帯の励起光と、当該第１波長帯の励起光よりも第１コア部への閉じ込め効果の低いビームプロファイルを有する第２波長帯の励起光とが伝播するときに、前記第２波長帯の励起光による第２コア部の反転分布率の変化に対する寄与度が支配的となるように、第１コア部及び第２コア部の各コア径が設定されていてもよく（請求項５）、さらに、第１コア部及び該第２コア部の各コア径が、前記第１波長帯の励起光がシングルモードで伝播する範囲で、前記第２波長帯の励起光による第２コア部の反転分布率の変化に対する寄与度が最大となる組み合わせに設定されていてもよい（請求項６）。
さらに、上述の光ファイバにおいて、第１コア部における希土類イオンの濃度および第２コア部における希土類イオンの濃度は、それぞれの濃度変化に対する前記各励起光による利得効率の変化の度合いとの関係に基づいて決定されてもよく（請求項７）、また、前記反転分布率が低くなる傾向にある第２コア部における希土類イオンの濃度が、その濃度変化に対する前記各励起光による利得効率が増加傾向から減少傾向へ転じる領域の値に設定されてもよい（請求項８）。
さらに、第１コア部における希土類イオンの濃度および第２コア部における希土類イオンの濃度は、一定濃度からの濃度増加に対する利得効率の低下がほぼ均等となるような、上記一定濃度からの増加分をそれぞれ有するように構成されてもよく（請求項９）、第１コア部および第２コア部に添加される希土類イオンには、少なくともエルビウムイオンが含まれていてもよい（請求項１０）。
また、第１コア部又は第２コア部に、イッテルビウム，イットリウム，ランタンおよびガドリニウムのうちの少なくとも一つの希土類元素が更に添加されていてもよく（請求項１１）、前記第１波長帯が、９８０ｎｍ帯であり、前記第２波長帯が１４８０ｎｍ帯であってもよい（請求項１２）。
さらに、上記の目的を達成するために、本発明の光ファイバは、コア部とクラッド部とを有しコア部に希土類イオンが添加された光ファイバであって、コア部において、複数種類の波長帯の励起光が伝播するときのビームプロファイルの波長依存性によって反転分布率が低くなる傾向にある領域ほど、希土類イオンの濃度が高く設定されていることを特徴としており（請求項１３）、さらに、前記反転分布率が低くなる傾向にある前記領域の希土類イオンの濃度が、その濃度変化に対する前記各励起光による利得効率が増加傾向から減少傾向へ転じる領域の値に設定されてもよく（請求項１４）、また、前記複数種類の波長帯として、少なくとも９８０ｎｍ帯及び１４８０ｎｍ帯を含んでもよい（請求項１５）。
さらに、上記の目的を達成するために、本発明の光増幅器は、希土類イオンが添加された第１コア部と、第１コア部の外周部に設けられ、希土類イオンが添加されるとともに第１コア部よりも屈折率が低く第１コア部よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア部と、第２コア部の外周部に設けられ、第２コア部よりも屈折率が低いクラッド部と、をそなえた光ファイバからなる増幅媒体と、増幅媒体に対して第１コア部への閉じ込め効果の高い波長と第１コア部への閉じ込め効果の低い波長の光を励起光として供給するための励起光源と、をそなえて構成されていることを特徴としており（請求項１６）、上記の各波長の波長差が３００ｎｍ以上であってもよく（請求項１７）、また、励起光源が、上記各波長の光をいずれも前方励起光として供給すべく構成されてもよく（請求項１８）、また、励起光源が上記各波長の光の一方を前方励起光として、もう一方を後方励起光として供給すべく構成されてもよく(請求項１９)、さらに、励起光源が、少なくとも、９８０ｎｍ帯の光と１４８０ｎｍ帯の光とを上記励起光として供給すべく構成されてもよい（請求項２０）
また、上記の目的を達成するために、本発明の光ファイバの製造方法は、棒状のガラス管を用いて希土類イオンが添加された第１コア層のための第１プリフォームを作成し、クラッドとなる中空のガラス管の内層に、第１プリフォームに添加される希土類イオンの濃度よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア層を形成することより、第２プリフォームを作成し、第１プリフォームを第２プリフォームに挿入するとともに中実化させることを特徴としており（請求項２１）、さらに、第１プリフォームが、棒状のガラス管に二酸化珪素を堆積させて第１ガラス多孔質体を形成するとともに、第１ガラス多孔質体に上記希土類イオンを添加することにより作成されるとともに、第２プリフォームが、中空のガラス管の内層に二酸化珪素を堆積させて第２ガラス多孔質体を形成するとともに、第２ガラス多孔質体に上記希土類イオンを添加することにより作成されてもよい（請求項２２）。
また、第２ガラス多孔質体の気泡比率を、第１ガラス多孔質体の気泡比率よりも大きくしてもよく（請求項２３）、さらに、第２プリフォームの作成において、第２コア層を形成した後に、第２コア層よりも更に内層に二酸化珪素による層を形成しておいてもよい（請求項２４）。
（１）上記本発明によれば、希土類イオンが添加された第１コア部と、この第１コア部の外周に設けられ、希土類イオンが添加されるとともに第１コア部よりも低屈折率の第２コア部と、この第２コア部の外周に、第２コア部よりも低屈折率のクラッド部とを設けることにより、ファイバの自由な設計が可能となる。従って、ビーム径等のパラメータを変更することで、最も大きい増幅効率を設定することができる。
（２）加えて、第２コア部に添加する希土類イオン濃度を第１コア部よりも大きくすることで、ファイバ長を短くしても濃度長さ積を一定に保つことができるため、増幅利得を維持したまま、ＦＷＭの作用長としてのファイバ長を短くしてその発生量を抑制することが可能となり、ファイバ全体としての増幅性能を向上させることができる。
（３）さらに、第１コア部における希土類イオンの濃度および第２コア部における希土類イオンの濃度を、それぞれの濃度変化に対する利得効率の変化の度合いとの関係に基づいて、特に、第１コア部における希土類イオンの濃度および第２コア部における希土類イオンの濃度を、一定濃度からの濃度増加に対するそれぞれの利得効率の低下がほぼ均等になるような濃度とすることで、コア部に添加する希土類イオンの濃度を最適化することができ、従って、濃度消光による利得効率劣化を最低限に抑えることが可能となる。
（４）加えて、第１コア部又は第２コア部に、イッテルビウム、イットリウム、ランタンおよびガドリニウムのうちの少なくとも一つの希土類元素が更に添加されることにより、エルビウムイオン間の距離が長くなり、エルビウムイオンの分散性を大きくすることができる。即ち、濃度消光による利得効率劣化を更に抑制することが可能となる。
（５）また、上記本発明の光増幅器において、この増幅媒体に対して、第１コア部への閉じ込め効果の高い波長と第１コア部への閉じ込め効果の低い波長の光を励起光として用いることで、励起光の出力制御により所望のビームプロファイルが得られ、ファイバ構造を変更することなく希土類イオンの励起状態（反転分布率）を容易に制御可能となる。例えば、波長差が３００ｎｍ以上の２種類の光を励起光として供給することで上記制御を容易に行なうことができる。
（６）さらに、励起光源が、上記各波長の光をいずれも前方励起光として供給することにより、第１コア部および第２コア部における反転分布率の制御を効率的に行なうことができる。
（７）特に、本発明の光ファイバに添加された希土類イオンがエルビウムイオンである場合、この前方励起光を、９８０ｎｍ帯の光と、１４８０ｎｍ帯の光とすることにより、エルビウムイオンは励起状態になり、ここに信号光を入射することにより誘導放出が生じ、信号光の増幅が可能となる。
（８）このように、濃度消光による利得効率の劣化を抑えつつ、光増幅器の増幅性能を向上させることで、光通信システムの大容量化に必要なキーデバイスとして好適な光増幅器を提供することができるとともに、信号光の増幅に必要な励起光のパワーを従来よりも抑えることが可能となり、光増幅器のコスト削減に大きく貢献することができる。
（９）また、上記光ファイバの製造方法を、棒状のガラス管を用いて希土類イオンが添加された第１コア層のための第１プリフォームを作成し、クラッドとなる中空のガラス管の内層に、第１プリフォームに添加される希土類イオンの濃度よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア層を形成することより、第２プリフォームを作成し、第１プリフォームを第２プリフォームに挿入するとともに中実化させる製造方法とすることで、容易に本発明のファイバを製造することができる。
（１０）さらに、第１プリフォームを、ガラス管に二酸化珪素を堆積させて第１ガラス多孔質体を形成するとともに、この第１ガラス多孔質体に希土類イオンを添加することにより作成し、第２プリフォームを、ガラス管の内層に二酸化珪素を堆積させて第２ガラス多孔質体を形成するとともに、この第２ガラス多孔質体に希土類イオンを添加することにより作成することで、前記第１ガラス多孔質体および第２多孔質体の気泡比率を制御することができ、従って、第２ガラス多孔質体に添加される希土類イオンの濃度を、第１ガラス多孔質体に添加される希土類イオンの濃度よりも容易に大きくすることが可能となる。
（１１）また、第２プリフォームの作成において、第２コア層を形成した後に、この第２コア層よりも更に内層に二酸化珪素による層を形成することで第１コア部と第２コア部との間での希土類イオンの拡散を防止することができる。
本発明の一実施形態に係る希土類イオン添加光ファイバの断面構成および屈折率分布を示す図である。 本実施形態に係るエルビウムイオンの反転分布率とＥＤＦの利得効率との関係を示す図である。 本実施形態に係るＥＤＦにおけるビームプロファイルを示す図である。 本実施形態に係るコア部に添加されるエルビウムイオン濃度とＥＤＦの利得効率との関係を示す図である。 図１に示すＥＤＦを用いたＥＤＦＡの構成を示す図である。 本実施形態に係るＥＤＦのパラメータを定義した図である。 従来のＥＤＦＡと本実施形態のＥＤＦＡとの性能比較に用いられる各ＥＤＦのパラメータ値を示すテーブルである。 従来のＥＤＦおよび本実施形態のＥＤＦの（Ｎｔ×Γ）値の波長特性を示す図である。 ＥＤＦＡに求められる利得効率の一例を示す図である。 従来のＥＤＦおよび本実施形態のＥＤＦのＦＷＭクロストーク量の波長特性を示す図である。 本実施形態のＥＤＦで最もＦＷＭクロストーク量が大きくなった波長における、従来のＥＤＦと本実施形態のＥＤＦとのＦＷＭクロストーク量を比較して示す図である。 図１に示すＥＤＦの製造方法の第１工程におけるガラス多孔質体の形成方法を示す図である。 図１に示すＥＤＦの製造方法の第１工程におけるガラス多孔質体へのエルビウムイオン添加方法を示す図である。 図１に示すＥＤＦの製造方法の第２工程におけるガラス多孔質体の形成方法を示す図である。 図１に示すＥＤＦの製造方法の第２工程におけるガラス多孔質体へのエルビウムイオン添加方法を示す図である。 図１に示すＥＤＦの製造方法の第３工程におけるコア部形成過程を示す図である。 図１に示すＥＤＦの製造方法の第３工程におけるプリフォームの中実化方法を示す図である。 図１に示すＥＤＦの変形例を示す図である。 図１８に示すＥＤＦの第１コア部と第２コア部との間に設けられる二酸化珪素層の製造過程を示す図である。 単一のコア部をそなえた従来のＥＤＦの断面構成とその屈折率分布とを示す図である。 第１コア部と第２コア部とをそなえた従来のＥＤＦの断面構成とその屈折率分布とを示す図である。 ＥＤＦのＥＤＦ長とＦＷＭクロストーク量との関係を示す図である。 ＥＤＦのコア部に添加されるエルビウムイオン濃度とＥＤＦの利得効率との関係を示す図である。 濃度消光の原理を示す図である。 本発明の一実施形態に係るファイバ中のビームプロファイルの波長依存性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＤＦのコア径とパラメータηの関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＤＦのパラメータの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＤＦにおける第２コア部のエルビウムイオン濃度と単位長さあたりの利得および濃度消光量との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＤＦにおける第２コア部のエルビウムイオン濃度と利得効率との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＤＦにおける第２コア部のエルビウムイオン濃度に対するＥＤＦ長および所要励起パワーを示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＤＦにおける反転分布率の距離特性を示す図である。
符号の説明
１ 第１コア部
２ 第２コア部
３，２３，２６ クラッド部
４ 入力信号光
５ａ，５ｂ 光アイソレータ
６ａ，６ｂ １４８０ｎｍ励起光源
７ ９８０ｎｍ励起光源
８ａ，８ｂ １４８０／１５９０ｎｍＷＤＭカプラ
９ ９８０／１５９０ｎｍＷＤＭカプラ
１０，１０ａ ＥＤＦ
１１ 出力信号光
１２ ガラス管
１３ ガラス多孔質体
１４ 石英ガラス管
１５ ガラス多孔質体
１６ 第１プリフォーム
１７ 第２プリフォーム
１９ 二酸化珪素層
２０ 従来のＥＤＦ
２２，２４ 第１コア部
２５ 第２コア部
〔Ａ〕ＥＤＦの説明
図１は、本発明の一実施形態に係る希土類イオン添加光ファイバの断面構成および屈折率分布を示す図である。この図１に示すように、本実施形態の希土類イオン添加光ファイバ１０は、第１コア部１と、この第１コア部１の外周に設けられた第２コア部２と、さらに第２コア部２の外周に設けられたクラッド部３とをそなえて構成される。
また、第１コア部１は、第２コア部２およびクラッド部３よりも屈折率が大きく、且つ、第２コア部２は、第１コア部１よりも屈折率は小さいが、クラッド部３よりも屈折率が大きく、さらに、クラッド部３は、第１コア部１および第２コア部２よりも屈折率が小さく構成される。このため、ファイバの自由な設計が可能となり、例えば、ビーム径等のパラメータを変更することで、最も大きい増幅効率を設定することができる。
さらに、第１コア部１および第２コア部２にはエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）が添加されており、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）１０を増幅媒体とするエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）において、信号光の増幅に作用する。また、その濃度は、後述する決定方法により、第１コア部１のエルビウムイオン濃度よりも第２コア部２のエルビウムイオン濃度の方が大きく設定される。このため、ファイバ中の平均エルビウムイオン濃度を従来のファイバの場合よりも大きくすることができるので、ファイバ長を短くしても濃度長さ積は一定に保つことが可能となり、増幅効率を維持することができる。さらには、ＦＷＭの作用長としてのファイバ長を短くしてＦＷＭの発生量を抑制することが可能となるので、ファイバ全体としての増幅性能をさらに向上させることができる。
なお、第１コア部１および第２コア部２のいずれか、またはその両方にエルビウムイオンに加えて、イッテルビウム（Ｙｂ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）およびガドニウム（Ｇｄ）のうち、少なくとも１つの希土類元素を添加してもよいものとする。これにより、各コア部１，２に添加されるエルビウムイオン間に、上記のエルビウムイオン以外の希土類元素が挿入されることとなり、エルビウムイオン間の距離を大きくすることが可能となるので、コア中のエルビウムイオンの分散性を大きくすることができる。即ち、エルビウムイオン同士でのエネルギー交換（非輻射エネルギー交換）を抑制し、濃度消光による利得効率の劣化を抑制することが可能となる。
また、ＥＤＦ１０の励起光には、コア部１とコア部２とで異なるビームプロファイルをもつ光を用いるのが好ましく、さらに好ましくは、波長差が３００ｎｍ以上の２種類の光を用いるのがよい。例えば、後述する反転分布率の制御方法においては、少なくとも９８０ｎｍ帯および１４８０ｎｍ帯の２種類の光を使用するのが好適である。これにより、エルビウムイオンを効率的に励起状態にすることが可能となる。特に、９８０ｎｍ帯の光は第１コア部１への閉じ込め効果が高く、一方、１４８０ｎｍ帯の光は第１コア部１への閉じ込め効果が低いという特徴を持つため、各励起光のパワー（パワー比）を制御することにより、各励起光の所望のビームプロファイルを得られ、ファイバ構造を変更することなく所望のエルビウムイオンの励起状態（反転分布率）の制御が容易に可能となる。ただし、第１コア部１への閉じ込め効果が大きい波長帯の励起光と、第１コア部１への閉じ込め効果が前記波長帯の励起光よりも小さい波長帯の励起光であれば、反転分布率を容易に制御することが可能であり、そのような複数の励起光を用いても本実施例は実施することができる。
ここで、ＥＤＦの反転分布率と濃度消光による利得効率劣化との関係に着目する。反転分布率は、２準位系の上準位に相当するエネルギーを持つエルビウムイオン数の全体に対する割合を示し、ＥＤＦの励起状態を表すパラメータとして用いられるものである。この反転分布率とＥＤＦの利得効率について測定を行った結果、図２に示すような反転分布率とＥＤＦの利得効率の関係が得られた。この図２によると、濃度消光による利得効率の劣化を抑圧するためには、ＥＤＦを０．６以下の反転分布率で動作させることが重要であることが分かる。
一般的に、ＥＤＦによるＬバンド帯の光増幅では、平均として低い反転分布率（０．４以下）の領域が使用されるが、ファイバの長手方向では局所的に高い反転分布率（０．８以下）で動作している領域があり、この領域で濃度消光による利得効率の劣化が生じることが分かっている。即ち、図３１に示すファイバ長手方向の反転分布率プロファイルの一例からも分かるように、ファイバ入力側において反転分布率がファイバの他の領域に比べて特に大きくなっており、ファイバの入力側で主に濃度消光による利得効率の劣化が生じている。なお、この図３１は、増幅媒体であるＥＤＦに１４８０ｎｍの励起光を前方および後方から入射し、Ｌバンド帯での光増幅を試みた場合の、ファイバ中のエルビウムイオンの反転分布率をファイバ長手方向を横軸として表したものである。
ここで、図１により上述した屈折率分布を有するＥＤＦ１０を用いると、図３に示す信号光および励起光のビームプロファイルの波長依存性からも分かるように、第１コア部１は９８０ｎｍ帯の励起光のパワーが集中し（符号３１参照）、反転分布率が高くなる傾向にある領域であり、一方、第２コア部２は、主に１４８０ｎｍ帯の励起光の染み出し（符号３３で示すビームプロファイルの裾野部分）によって励起されるため、励起光のパワー密度が第１コア部１よりも小さく、反転分布率についても第１コア部１よりも低くなる傾向にある領域である。つまり、第１コア部１では第２コア部２よりも、濃度消光による利得効率の劣化が生じやすいということになる。なお、符号３２は信号光（波長１５９０ｎｍ）のビームプロファイルを示している。
本例のＥＤＦは濃度消光の影響を低減するため、上述のビームプロファイルの波長依存性を利用し、２種類の波長（９８０ｎｍ、１４８０ｎｍ）の励起光を制御することによって第２コア部２の反転分布率を最適化する。このとき、第２コア部２の反転分布率の制御性を向上させるには第２コア部２への９８０ｎｍの励起光の染み出しを１４８０ｎｍの励起光の染み出しよりも少なくし、１４８０ｎｍの励起光によって第２コア部２の反転分布率が決定するように第１コア部１と第２コア部２のコア径を設計することが必要となる。
一般的には、例えば複数の励起光が第１コア部１および第２コア部２に入射される場合には、第１コア部１への閉じ込め効果の高いビームプロファイルを有する波長帯の励起光よりも第１コア部１への閉じ込め効果の低いビームプロファイルを有する波長帯の励起光による第２コア部２の反転分布率の変化に対する寄与率が支配的となるように第１コア部１と第２コア部２のコア径を設計するようにする。
そこで、図２５を用いてコア径の決定方法を説明する。図２５は、信号光[波長１５９０ｎｍ（符号３６参照）]および励起光[波長９８０ｎｍ（符号３４参照）、波長１４８０ｎｍ（符号３５参照）]の本例のファイバ中におけるビームプロファイルを示している。波長の短い９８０ｎｍの励起光は、ファイバ中の閉じ込めが強くビームプロファイルの広がりが小さい。それに対して、波長の長い１４８０ｎｍおよび１５９０ｎｍのビームプロファイルの広がりは大きい。
ここで、第１コア部１のコア径をａ，第２コア部２のコア径をｂとすると、第１コア部１および第２コア部２での波長λのビームプロファイルの重なり率は以下の式（１），（２）のように表せる。


ただし、ｆ（λ，ｒ）はビームプロファイル関数、ｒはコア径方向の位置である。ここで、９８０ｎｍ励起光と１４８０ｎｍ励起光の第２コア部２への閉じ込めの比を表すパラメータηを以下の式（３）に示すように定義する。
本例では、ηが大きいほど第２コア部２の反転分布率への１４８０ｎｍの励起光の寄与率が大きく、第２コア部２の反転分布率の制御性が向上する。以下にηの設計例を示す。
例えば、第１コア部１の比屈折率差Δ１を１．６％、第２コア部２の比屈折率差Δ２を０．１％としたとき、第１コア部１のコア径ａおよび第２コア部２のコア径ｂとηの関係は図２６に示すようになる。この図２６中では、コア径ａ，ｂに対応するηの値を表しているが、×＊で表した箇所は信号光のモードがないため不適であることを表し、また、×＊＊で表した箇所は信号光のモードがマルチモードであるため不適であることを表している。即ち、第１コア部１および第２コア部２の各コア径ａ，ｂが、第１コア部１への閉じ込め効果の高いビームプロファイルを有する波長帯の励起光（ここでは９８０ｎｍの励起光）がシングルモードで伝播する範囲で、前記波長帯の励起光よりも第１コア部１への閉じ込め効果の低いビームプロファイルを有する波長帯の励起光（ここでは１４８０ｎｍの励起光）による第２コア部２の反転分布率の変化に対する寄与度、つまり上記パラメータηが最大となるコア径ａ，ｂの組み合わせに設定されることが必要となり、この図２６から、ａが３μｍ、ｂが９μｍのときにηが最大となることが分かるので、このようにして最適なコア径を決定することができる。
次に、図２７に示すパラメータを有するファイバ構成を一例として第１コア部１と第２コア部２のエルビウムイオン濃度の最適化方法を検討する。このとき、第１コア部１のエルビウムイオン濃度を１５００ｐｐｍに固定し、第２コア部２のエルビウムイオン濃度を０〜７５００ｐｐｍまで変化させ、増幅特性を測定した。
図２８に増幅特性の測定結果を示す。この図２８において、◆印は単位長さあたりの利得を示し、■印は濃度消光量を示している。図２８から分かるように、第２コア部２のエルビウムイオン濃度が増加すると、ファイバ全体のエルビウムイオン濃度が増加し、単位長さあたりの利得が大きくなることが分かる。一方、第２コア部２のエルビウムイオン濃度が増加すると、濃度消光量も大きくなり、濃度消光の効果も大きくなることが分かる。したがって、第２コア部２のエルビウムイオン濃度を大きくすると、所定の利得を得るのに必要なＥＤＦ長が短くなりＦＷＭの影響を低減することができるものの、濃度消光の効果が増加し、効率劣化が大きくなる。
そこで、図２９を用いて利得効率について示す。図２９は、横軸に第２コア部２のエルビウムイオン濃度、縦軸にファイバの利得効率を表し、両者の関係を表したものである。
この図２９からＥＤＦの利得効率は第２コア部２のエルビウムイオン濃度の増加に伴って増加するが、エルビウムイオン濃度が一定量を超えると利得効率が劣化しており、利得効率が最適となる第２コア部２のエルビウムイオン濃度が存在することが分かる。これは、第２コア部２のエルビウムイオン濃度が少ないと所定の利得を得るのに必要なＥＤＦ長が長くなり、ファイバの過剰損失によって利得効率が劣化し、一方、第２コア部２のエルビウムイオン濃度が増加すると、第２コア部２の濃度消光の効果が大きくなり、利得効率が劣化するからである。この図２９から、第２コア部２におけるエルビウムイオン濃度を、利得効率が増加傾向から減少傾向へ転じる領域の値に設定するとよいことが分かる。
ここで、第１コア部１のエルビウムイオン濃度を１５００ｐｐｍ、第２コア部２のエルビウムイオン濃度を０ｐｐｍ、４５００ｐｐｍ、７５００ｐｐｍとし、入力パワーが−１６．４ｄＢｍ／ｃｈ、８０波の信号を利得２０．５ｄＢで増幅したときに必要なＥＤＦ長および所要励起パワーを図３０に示す。この図３０から分かるように、第２コア部２のエルビウムイオン濃度を大きくするほど、ＥＤＦ長を短くすることができるが、第２コア部２に添加するエルビウムイオン濃度を大きくしすぎると、励起に必要なパワーが大きくなってくる。したがって、ＥＤＦを設計する際には、ＥＤＦ長と所要励起パワーとの優先度を考慮して、第２コア部２に添加する最適なエルビウムイオン濃度を選択することが必要となる。
上記のような光ファイバでは、コア部において複数種類の波長帯の励起光が伝播するときのビームプロファイルの波長依存性によって反転分布率が低くなる傾向にある領域ほど、エルビウムイオン濃度が高く設定されていることになり、利得効率を向上させることができる。
一例として、反転分布率をパラメータとしたときの、本実施形態のＥＤＦ１０の第１コア部１および第２コア部２のエルビウムイオン濃度と利得効率との関係を図４に示す。反転分布率が大きいほど、前述のように、濃度消光による利得効率の劣化が生じやすいため、エルビウムイオン濃度の増加分に対する利得効率の劣化度合いは大きくなる。従って、第１コア部１のエルビウムイオン濃度と利得効率の関係は、●の記号のように従い、一方、第２コア部２は、反転分布率が小さいため、エルビウムイオン濃度と利得効率の関係は、◆の記号のように従う。つまり、第１コア部１の方が第２コア部２よりもエルビウムイオン濃度に対する利得効率劣化量の傾斜が大きい。
ここで、本実施形態のＥＤＦ１０における第１コア部１および第２コア部２に添加するエルビウムイオン濃度を決定する方法を説明するために、図４において、第１コア部１および第２コア部２の各エルビウムイオン濃度における状態を表す点、Ａ０、Ｂ０、Ａ１、Ｂ１を設定する。各点の座標は、各状態におけるエルビウムイオン濃度と利得効率とを示しており、その座標値はそれぞれ、Ａ０（α００，α０１）、Ｂ０（β００，β０１）、Ａ１（α１０，α１１）、Ｂ１（β１０，β１１）とする（ただし、０＜α００＜α１０、０＜α１１＜α０１、０＜β００＜β１０、０＜β１１＜β０１）。
このとき、第１コア部１のエルビウムイオン濃度と第２コア部２のエルビウムイオン濃度とが等しい点Ａ０および点Ｂ０を基準として（α００＝β００）、第１コア部１および第２コア部２のエルビウムイオン濃度を大きくしていったときの利得効率の劣化量を見る。
次に、点Ａ１を適当に決定すると、第１コア部１のエルビウムイオン濃度の変化による利得効率の劣化量（α０１−α１１）が得られる。
これによって、第２コア部２について、この第１コア部１のエルビウムイオン濃度の変化による利得効率の劣化量（α０１−α１１）と第２コア部２のエルビウムイオン濃度の変化による利得効率の劣化量（β０１−β１１）とが等しくなるような点Ｂ１を決定することができる。
このときの点Ａ１および点Ｂ１におけるエルビウムイオン濃度α１０およびβ１０を、それぞれ第１コア部１および第２コア部２に添加すべきエルビウムイオンの濃度値とすることで、本実施形態のＥＤＦ１０におけるエルビウムイオン濃度を決定する。
つまり、第１コア部１および第２コア部２における利得効率の劣化量が等しくなるようにエルビウムイオンを添加することにより、従来のＥＤＦよりも第２コア部２に添加されるエルビウムイオン濃度を大きくして全体としてのエルビウムイオン濃度の平均値を高くすることができ、従って、従来のＥＤＦと同等の利得効率を保ちつつ、ＥＤＦを短尺化することが可能となり、後述するごとくＦＷＭクロストークを従来よりも低減することができるのである。
〔Ｂ〕ＥＤＦを用いたＥＤＦＡの説明
図５に上述したＥＤＦ１０を用いたＥＤＦＡの構成を示す。この図５に示すように、本実施形態のＥＤＦＡは、増幅媒体であるＥＤＦ１０の前段に、ＥＤＦ１０からの光後方散乱を防ぐための光アイソレータ５ａと、前方励起のための励起光として１４８０ｎｍ帯の光および９８０ｎｍ帯の光をそれぞれ供給する１４８０ｎｍ励起光源６ａおよび９８０ｎｍ励起光源７と、信号光（例えば、１５９０ｎｍ帯の光）と前記２種類の励起光（１４８０ｎｍ帯，９８０ｎｍ帯）とをそれぞれ合波するための１４８０／１５９０ｎｍＷＤＭカプラ８ａおよび９８０／１５９０ｎｍＷＤＭカプラ９とをそなえ、さらに、ＥＤＦ１０の後段に、後方励起のための励起光として１４８０ｎｍ帯の光を供給する１４８０ｎｍ励起光源６ｂと、この励起光（１４８０ｎｍ帯）と信号光（１５９０ｎｍ帯）とを合波する１４８０／１５９０ｎｍＷＤＭカプラ８ｂと、反射光を防ぐための光アイソレータ５ｂとをそなえて構成されている。
つまり、本実施形態では、ＥＤＦ１０の反転分布率を効率的に制御するために上記２種類の励起光（１４８０ｎｍ帯，９８０ｎｍ帯）を前方励起光として信号光（１５９０ｎｍ帯）とともに入射し、且つ、励起光の雑音成分を抑制するために長波長側の励起光（１４８０ｎｍ帯）を後方励起光として入射し、全体としては、ＥＤＦ１０の前段と後段に励起光源６ａ、６ｂ、７をそなえた双方向励起の形態をとっている。もっとも、場合によっては、前方向励起、後方向励起および反射形励起などの励起方法を用いてもよい。
上述のごとく構成されたＥＤＦＡでは、まず、入力信号光４は、光アイソレータ５に入射し、その後、１４８０／１５９０ｎｍＷＤＭカプラ８で１４８０ｎｍ帯の励起光と、また、９８０／１５９０ｎｍＷＤＭカプラ９で９８０ｎｍ帯の励起光と合波され、ＥＤＦ１０に入射される。信号光は、ＥＤＦ１０中で前段および後段からの励起光によって励起されたエルビウムイオンからエネルギーを受け取り、増幅される。このとき、信号光とともに雑音成分も増幅されるが、信号光に対する増幅効率の方が大きいため、Ｓ／Ｎ比は改善される。その後、信号光は、後段の光アイソレータ５を通って出力信号光１１として出力される。
このとき、図３に示す励起光のビームプロファイルから分かるように、９８０ｎｍ帯励起光はＥＤＦ１０中の閉じ込め効果が強く、主に第１コア部１を伝播する。一方、波長が長い１４８０ｎｍ帯励起光は９８０ｎｍ帯励起光と比較して、ＥＤＦ１０中の閉じ込め効果が弱いため、第２コア部２への染み出しが大きい。従って、２種類の励起光のパワー比を変更することによって、第１コア部１及び第２コア部２の反転分布率をファイバ構造を変更することなく容易に制御することが可能となり、濃度消光による利得効率劣化を抑圧するため、第２コア部の反転分布率が０．６以下となるように容易に最適化することができる。
次に、本実施形態のＥＤＦ１０によるＦＷＭ抑圧の効果を示す。
ＥＤＦの長さは以下の式（４）によって決定される吸収係数αによって決定され、αが大きいほどＥＤＦ長を短くすることができる。
α＝σａ×Ｎｔ×Γ ・・・（４）
ここで、σａは吸収断面積、Ｎｔは平均エルビウムイオン濃度、Γはオーバーラップ定数である。σａはファイバの組成によって決定される値のため、ここでは一定値とし、ファイバ構造に依存する（Ｎｔ×Γ）について本実施形態のＥＤＦ１０と従来のＥＤＦとの比較を行う。
本実施形態で提案するＥＤＦ１０の一例として、第２コア部２に添加されるエルビウムイオン濃度を、第１コア部１に添加されるエルビウムイオン濃度の３倍としたＥＤＦ１０を考え、従来のＥＤＦとしては、図２１の上段に示されるような第１コア部２４および第２コア部２５に均一にエルビウムイオンが添加され、図２１の下段に示すような屈折率分布を有したＥＤＦ２０を考える。なお、この計算に使用する各パラメータ値は、図６および図７のとおりとし、各コア部に添加するエルビウムイオン濃度以外のパラメータ値は共通とした。この計算結果を、励起光の波長と（Ｎｔ×Γ）の値の関係として図８に示す。図８から分かるように、９８０ｎｍ帯および１４８０ｎｍ帯において、従来構造のＥＤＦ２０よりも本実施形態で提案したＥＤＦ１０の方が（Ｎｔ×Γ）の値を大きくすることができ、従って、利得効率の低下を抑制しながらＥＤＦ長を短くすることが可能となる。
実際に、Ｌバンド帯の入力信号（２５ＧＨｚ間隔、１６０波）に対して図９に示すような増幅特性を実現するために必要なＥＤＦ長を求めると、従来ＥＤＦ２０では４１．１ｍの長さが必要であったのに対し、本例のＥＤＦ１０では２４．８ｍの長さで所望の利得効率を得ることができた。
さらに、これらのＥＤＦ１０，２０を用いたときのＦＷＭ発生量についても計測した。図１０は、それぞれのＥＤＦ１０，２０で発生するＦＷＭクロストーク量の波長特性を示しており、図１１は、本実施形態のＥＤＦ１０におけるＦＷＭクロストーク量が最大値を示した波長での従来ＥＤＦ２０とのＦＷＭクロストーク量の比較結果を示している。
これらの結果から、本実施形態のＥＤＦ１０を用いることで、ＦＷＭクロストーク量の抑制および利得効率の劣化抑制の両方について実現可能であることが分かった。
上述したように、本実施形態によれば、濃度消光による利得効率の劣化を抑えつつ、光増幅器（ＥＤＦＡ）の増幅性能を向上させることで、光通信システムの大容量化に必要なキーデバイスとして好適な光増幅器を提供することができるとともに、信号光の増幅に必要な励起光のパワーを従来よりも抑えることが可能となり、光増幅器のコスト削減に大きく貢献することができる。
〔Ｃ〕ＥＤＦの製造方法の説明
次に、前述のＥＤＦ１０の製造方法に関して説明する。
図１に示すようなＥＤＦ１０のファイバ構造を作成する際には、第１コア部１および第２コア部２に添加するエルビウムイオン濃度を独立して設定できることが必要である。従って、本実施形態におけるＥＤＦ１０の製造方法は、以下に示すような３つの工程を有する。
（１）第１コア部１の作成
第１工程として、図１２に示すように例えばＶＡＤ（Vapor Axial Deposit）法を用いて第１コア部１を作成する。つまり、ガラス棒１２を回転させながら、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）などを、例えばガスバーナーで吹き付け、ガラス棒１２の周囲に二酸化珪素（ＳｉＯ２）を堆積させ、ガラス多孔質体１３を形成する。
次に、このガラス多孔質体１３を、図１３に示すように、例えば塩化エルビウム（ＥｒＣｌ３）のメタノール（ＣＨ３ＯＨ）溶液中につけることによって、第１コア部１に所望の濃度のエルビウムイオンを添加する。なお、エルビウムイオンの添加方法には、他に、気体状の塩化エルビウムを吹き付ける方法などを用いてもよい。また、このとき添加されるエルビウムイオンの濃度は、ガラス多孔質体１３の孔の大きさによって決定するので、ガラス多孔質体１３の形成時に孔の大きさを制御することにより、所望のエルビウムイオン濃度を有した第１プリフォーム１６（図１６参照）を得ることができる。
（２）第２コア部２およびクラッド部３の作成
第２段階では、例えば、図１４に示すように、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法を用いて、第２コア部２およびクラッド部３を作成する。つまり、石英ガラス管１４の内部に四塩化珪素および酸素（Ｏ２）を流し、ガスバーナーなどで加熱し、反応させて二酸化珪素を堆積させることにより、ガラス多孔質体１５を形成する。
次に、図１５に示すように、塩化エルビウム水溶液を石英ガラス管１４の内部に吸入し、ガラス多孔質体１５にエルビウムイオンを添加することにより、第２プリフォーム１７を得ることができる。エルビウムイオンの濃度は第１段階と同様に、ガラス多孔質体１８の孔の大きさを変えることで制御することができる。
なお、石英ガラス管１４は、図１に示すクラッド部３に、石英ガラス管１４の内部に堆積したガラス多孔質体１５は、図１に示す第２コア部２になる。
（３）プリフォームの中実化
最後に、図１６に示すように、第１工程で作成した第１プリフォーム１６を、第２工程で作成した第２プリフォーム１７に挿入し、その後、図１７に示すがごとく外部から圧力を加えることにより、プリフォームの中実化を行なう。
以上の工程により本実施形態のＥＤＦ１０を容易に製造することが可能となる。
なお、上述のように、第１工程および第２工程でガラス多孔質体１３，１５を形成する際に、第１コア部１内の気泡比率と比較して第２コア部２の気泡比率が大きくなるように形成することで、エルビウムイオンの濃度を容易に制御でき、完成したＥＤＦ１０において、第２コア部２のエルビウムイオン濃度を、第１コア部１のエルビウムイオン濃度よりも容易に大きくすることが可能となる。
〔Ｄ〕ＥＤＦの変形例の説明
図１８は、図１に示すＥＤＦ１０の変形例を示す図である。この図１８に示すように、本変形例のＥＤＦ１０ａは、図１に示したＥＤＦ構造に加えて、第１コア部１と２コア部２との間に薄い二酸化珪素層１９を設けて構成される。また、二酸化珪素層１９は、光学面で信号光や励起光に影響を与えない程度に十分な薄さ（例えば信号光波長の１／４以下）を有している。
この二酸化珪素層１９は、第１コア部１と第２コア部２との間のエルビウムイオンの拡散を防ぐために設けられ、従って、各コア部１，２のエルビウムイオン濃度の精度を高くすることが可能となる。
また、この二酸化珪素層１９は、例えば図１９に示すように、上述したＥＤＦ１０の製造方法において、第２コア部２およびクラッド部３の形成後に、ＭＣＶＤ法によって、ガラス管１４内部に上述の薄さを有するように二酸化珪素を堆積させることで形成することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
容量の拡大を目的とした波長分割多重化光伝送システムでＦＷＭによる利得低下を抑制することができ、さらに濃度消光による利得低下をも抑制することが可能となるので、より効率的で、かつ経済的な光伝送システムを具現することができるようになる。
〔Ｅ〕付記
（付記１）
希土類イオンが添加された第１コア部と、該第１コア部より高濃度の該希土類イオンが添加され該第１コア部より低屈折率であり該第１コア部の外周に設けられた第２コア部と、該第２コア部より低屈折率であり該第２コア部の外周に設けられたクラッド部とを有する光ファイバと、
該光ファイバの入力端より９８０ｎｍ帯の第１前方励起光および１４８０ｎｍ帯の第２前方励起光を入力する前方励起部と、
該光ファイバの出力端より１４８０ｎｍ帯の後方励起光を入力する後方励起部とを備え、
該第１前方励起光と該第２前方励起光との強度比を制御することにより該光ファイバの該第１および第２コア部における反転分布率を制御することを特徴とする、光増幅器。
（付記２）
該第２コア部の反転分布率が０．６以下となるように前記強度比を調整することを特徴とする、付記１記載の光増幅器。
（付記３）
希土類イオンが添加された第１コア部と、
該第１コア部の外周部に設けられ、該第１コア部よりも屈折率が低く該第１コア部よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア部と、
該第２コア部の外周部に設けられ、該第２コア部よりも屈折率が低いクラッド部と、をそなえたことを特徴とする、光ファイバ。
（付記４）
該第１コア部が、複数種類の波長帯の励起光が伝播するときのビームプロファイルの波長依存性によって反転分布率が高くなる傾向にある領域であり、
該第２コア部が、前記励起光のビームプロファイルの波長依存性によって前記反転分布率が第１コア部よりも低くなる傾向にある領域であることを特徴とする、付記３記載の光ファイバ。
（付記５）
前記励起光として、該第１コア部への閉じ込め効果の高いビームプロファイルを有する第１波長帯の励起光と、当該第１波長帯の励起光よりも該第１コア部への閉じ込め効果の低いビームプロファイルを有する第２波長帯の励起光とが伝播するときに、前記第２波長帯の励起光による該第２コア部の反転分布率の変化に対する寄与度が支配的となるように、該第１コア部及び該第２コア部の各コア径が設定されていることを特徴とする、付記４記載の光ファイバ。
（付記６）
該第１コア部及び該第２コア部の各コア径が、前記第１波長帯の励起光がシングルモードで伝播する範囲で、前記第２波長帯の励起光による該第２コア部の反転分布率の変化に対する寄与度が最大となる組み合わせに設定されていることを特徴とする、付記５記載の光ファイバ。
（付記７）
該第１コア部における希土類イオンの濃度および該第２コア部における希土類イオンの濃度は、それぞれの濃度変化に対する前記各励起光による利得効率の変化の度合いとの関係に基づいて決定されていることを特徴とする、付記４〜６のいずれか１項に記載の光ファイバ。
（付記８）
前記反転分布率が低くなる傾向にある該第２コア部における希土類イオンの濃度が、その濃度変化に対する前記各励起光による利得効率が増加傾向から減少傾向へ転じる領域の値に設定されていることを特徴とする、付記７記載の光ファイバ。
（付記９）
該第１コア部における希土類イオンの濃度および該第２コア部における希土類イオンの濃度は、一定濃度からの濃度増加に対する利得効率の低下がほぼ均等となるような、上記一定濃度からの増加分をそれぞれ有するように構成されていることを特徴とする、付記７記載の光ファイバ。
（付記１０）
該第１コア部および該第２コア部に添加される希土類イオンには、少なくともエルビウムイオンが含まれていることを特徴とする、付記３記載の光ファイバ。
（付記１１）
該第１コア部又は該第２コア部に、イッテルビウム，イットリウム，ランタンおよびガドリニウムのうちの少なくとも一つの希土類元素が更に添加されていることを特徴とする、付記１０記載の光ファイバ。
（付記１２）
前記第１波長帯が、９８０ｎｍ帯であり、前記第２波長帯が１４８０ｎｍ帯であることを特徴とする、付記５記載の光ファイバ。
（付記１３）
コア部とクラッド部とを有し該コア部に希土類イオンが添加された光ファイバであって、
該コア部において、複数種類の波長帯の励起光が伝播するときのビームプロファイルの波長依存性によって反転分布率が低くなる傾向にある領域ほど、該希土類イオンの濃度が高く設定されていることを特徴とする、光ファイバ。
（付記１４）
前記反転分布率が低くなる傾向にある前記領域の希土類イオンの濃度が、その濃度変化に対する前記各励起光による利得効率が増加傾向から減少傾向へ転じる領域の値に設定されていることを特徴とする、付記１３記載の光ファイバ。
（付記１５）
前記複数種類の波長帯として、少なくとも９８０ｎｍ帯及び１４８０ｎｍ帯を含むことを特徴とする、付記４又は１２に記載の光ファイバ。
（付記１６）
希土類イオンが添加された第１コア部と、該第１コア部の外周部に設けられ、希土類イオンが添加されるとともに該第１コア部よりも屈折率が低く該第１コア部よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア部と、該第２コア部の外周部に設けられ、該第２コア部よりも屈折率が低いクラッド部と、をそなえた光ファイバからなる増幅媒体と、
該増幅媒体に対して該第１コア部への閉じ込め効果の高い波長と該第１コア部への閉じ込め効果の低い波長の光を励起光として供給するための励起光源と、をそなえて構成されていることを特徴とする、光増幅器。
（付記１７）
上記の各波長の波長差が３００ｎｍ以上であることを特徴とする、付記１６記載の光増幅器。
（付記１８）
該励起光源が、上記各波長の光をいずれも前方励起光として供給すべく構成されたことを特徴とする、付記１６又は付記１７に記載の光増幅器。
（付記１９）
該励起光源が、上記各波長の光の一方を前方励起光として、もう一方を後方励起光として供給すべく構成されたことを特徴とする、付記１６又は付記１７に記載の光増幅器。
（付記２０）
該励起光源が、少なくとも、９８０ｎｍ帯の光と１４８０ｎｍ帯の光とを上記励起光として供給すべく構成されたことを特徴とする、付記１６〜１９のいずれか１項に記載の光増幅器。
（付記２１）
棒状のガラス管を用いて希土類イオンが添加された第１コア層のための第１プリフォームを作成し、
クラッドとなる中空のガラス管の内層に、該第１プリフォームに添加される希土類イオンの濃度よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア層を形成することより、第２プリフォームを作成し、
該第１プリフォームを該第２プリフォームに挿入するとともに中実化させることを特徴とする、光ファイバの製造方法。
（付記２２）
該第１プリフォームが、該棒状のガラス管に二酸化珪素を堆積させて第１ガラス多孔質体を形成するとともに、該第１ガラス多孔質体に上記希土類イオンを添加することにより作成されるとともに、
該第２プリフォームが、該中空のガラス管の内層に二酸化珪素を堆積させて第２ガラス多孔質体を形成するとともに、該第２ガラス多孔質体に上記希土類イオンを添加することにより作成されることを特徴とする、付記２１記載の光ファイバの製造方法。
（付記２３）
該第２ガラス多孔質体の気泡比率を、該第１ガラス多孔質体の気泡比率よりも大きくすることを特徴とする、付記２２記載の光ファイバの製造方法。
（付記２４）
該第２プリフォームの作成において、該第２コア層を形成した後に、該第２コア層よりも更に内層に二酸化珪素による層を形成しておくことを特徴とする、付記２２記載の光ファイバの製造方法。
さらに、第１コア部における希土類イオンの濃度および第２コア部における希土類イオンの濃度は、一定濃度からの濃度増加に対する利得効率の低下がほぼ均等となるような、上記一定濃度からの増加分をそれぞれ有するように構成されてもよく（請求項９）、第１コア部および第２コア部に添加される希土類イオンには、少なくともエルビウムイオンが含まれていてもよい。
また、第１コア部又は第２コア部に、イッテルビウム，イットリウム，ランタンおよびガドリニウムのうちの少なくとも一つの希土類元素が更に添加されていてもよく、前記第１波長帯が、９８０ｎｍ帯であり、前記第２波長帯が１４８０ｎｍ帯であってもよい（請求項１０）。
さらに、上記の目的を達成するために、本発明の光ファイバは、コア部とクラッド部とを有しコア部に希土類イオンが添加された光ファイバであって、コア部において、複数種類の波長帯の励起光が伝播するときのビームプロファイルの波長依存性によって反転分布率が低くなる傾向にある領域ほど、希土類イオンの濃度が高く設定されていることを特徴としており（請求項１１）、さらに、前記反転分布率が低くなる傾向にある前記領域の希土類イオンの濃度が、その濃度変化に対する前記各励起光による利得効率が増加傾向から減少傾向へ転じる領域の値に設定されてもよく（請求項１２）、また、前記複数種類の波長帯として、少なくとも９８０ｎｍ帯及び１４８０ｎｍ帯を含んでもよい（請求項１３）。
さらに、上記の目的を達成するために、本発明の光増幅器は、希土類イオンが添加された第１コア部と、第１コア部の外周部に設けられ、希土類イオンが添加されるとともに第１コア部よりも屈折率が低く第１コア部よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア部と、第２コア部の外周部に設けられ、第２コア部よりも屈折率が低いクラッド部と、をそなえた光ファイバからなる増幅媒体と、増幅媒体に対して第１コア部への閉じ込め効果の高い波長と第１コア部への閉じ込め効果の低い波長の光を励起光として供給するための励起光源と、をそなえて構成されていることを特徴としており（請求項１４）、上記の各波長の波長差が３００ｎｍ以上であってもよく（請求項１５）、また、励起光源が、上記各波長の光をいずれも前方励起光として供給すべく構成されてもよく（請求項１６）、また、励起光源が上記各波長の光の一方を前方励起光として、もう一方を後方励起光として供給すべく構成されてもよく(請求項１７)、さらに、励起光源が、少なくとも、９８０ｎｍ帯の光と１４８０ｎｍ帯の光とを上記励起光として供給すべく構成されてもよい。
また、上記の目的を達成するために、本発明の光ファイバの製造方法は、棒状のガラス管を用いて希土類イオンが添加された第１コア層のための第１プリフォームを作成し、クラッドとなる中空のガラス管の内層に、第１プリフォームに添加される希土類イオンの濃度よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア層を形成することより、第２プリフォームを作成し、第１プリフォームを第２プリフォームに挿入するとともに中実化させることを特徴としており（請求項１８）、さらに、第１プリフォームが、棒状のガラス管に二酸化珪素を堆積させて第１ガラス多孔質体を形成するとともに、第１ガラス多孔質体に上記希土類イオンを添加することにより作成されるとともに、第２プリフォームが、中空のガラス管の内層に二酸化珪素を堆積させて第２ガラス多孔質体を形成するとともに、第２ガラス多孔質体に上記希土類イオンを添加することにより作成されてもよい（請求項１９）。
また、第２ガラス多孔質体の気泡比率を、第１ガラス多孔質体の気泡比率よりも大きくしてもよく（請求項２０）、さらに、第２プリフォームの作成において、第２コア層を形成した後に、第２コア層よりも更に内層に二酸化珪素による層を形成しておいてもよい（請求項２１）。

Claims (24)

  1. 希土類イオンが添加された第１コア部と、該第１コア部より高濃度の該希土類イオンが添加され該第１コア部より低屈折率であり該第１コア部の外周に設けられた第２コア部と、該第２コア部より低屈折率であり該第２コア部の外周に設けられたクラッド部とを有する光ファイバと、
    該光ファイバの入力端より９８０ｎｍ帯の第１前方励起光および１４８０ｎｍ帯の第２前方励起光を入力する前方励起部と、
    該光ファイバの出力端より１４８０ｎｍ帯の後方励起光を入力する後方励起部とを備え、
    該第１前方励起光と該第２前方励起光との強度比を制御することにより該光ファイバの該第１および第２コア部における反転分布率を制御することを特徴とする、光増幅器。
  2. 該第２コア部の反転分布率が０．６以下となるように前記強度比を調整することを特徴とする、請求項１記載の光増幅器。
  3. 希土類イオンが添加された第１コア部と、
    該第１コア部の外周部に設けられ、該第１コア部よりも屈折率が低く該第１コア部よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア部と、
    該第２コア部の外周部に設けられ、該第２コア部よりも屈折率が低いクラッド部と、をそなえたことを特徴とする、光ファイバ。
  4. 該第１コア部が、複数種類の波長帯の励起光が伝播するときのビームプロファイルの波長依存性によって反転分布率が高くなる傾向にある領域であり、
    該第２コア部が、前記励起光のビームプロファイルの波長依存性によって前記反転分布率が第１コア部よりも低くなる傾向にある領域であることを特徴とする、請求項３記載の光ファイバ。
  5. 前記励起光として、該第１コア部への閉じ込め効果の高いビームプロファイルを有する第１波長帯の励起光と、当該第１波長帯の励起光よりも該第１コア部への閉じ込め効果の低いビームプロファイルを有する第２波長帯の励起光とが伝播するときに、前記第２波長帯の励起光による該第２コア部の反転分布率の変化に対する寄与度が支配的となるように、該第１コア部及び該第２コア部の各コア径が設定されていることを特徴とする、請求項４記載の光ファイバ。
  6. 該第１コア部及び該第２コア部の各コア径が、前記第１波長帯の励起光がシングルモードで伝播する範囲で、前記第２波長帯の励起光による該第２コア部の反転分布率の変化に対する寄与度が最大となる組み合わせに設定されていることを特徴とする、請求項５記載の光ファイバ。
  7. 該第１コア部における希土類イオンの濃度および該第２コア部における希土類イオンの濃度は、それぞれの濃度変化に対する前記各励起光による利得効率の変化の度合いとの関係に基づいて決定されていることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  8. 前記反転分布率が低くなる傾向にある該第２コア部における希土類イオンの濃度が、その濃度変化に対する前記各励起光による利得効率が増加傾向から減少傾向へ転じる領域の値に設定されていることを特徴とする、請求項７記載の光ファイバ。
  9. 該第１コア部における希土類イオンの濃度および該第２コア部における希土類イオンの濃度は、一定濃度からの濃度増加に対する利得効率の低下がほぼ均等となるような、上記一定濃度からの増加分をそれぞれ有するように構成されていることを特徴とする、請求項７記載の光ファイバ。
  10. 該第１コア部および該第２コア部に添加される希土類イオンには、少なくともエルビウムイオンが含まれていることを特徴とする、請求項３記載の光ファイバ。
  11. 該第１コア部又は該第２コア部に、イッテルビウム，イットリウム，ランタンおよびガドリニウムのうちの少なくとも一つの希土類元素が更に添加されていることを特徴とする、請求項１０記載の光ファイバ。
  12. 前記第１波長帯が、９８０ｎｍ帯であり、前記第２波長帯が１４８０ｎｍ帯であることを特徴とする、請求項５記載の光ファイバ。
  13. コア部とクラッド部とを有し該コア部に希土類イオンが添加された光ファイバであって、
    該コア部において、複数種類の波長帯の励起光が伝播するときのビームプロファイルの波長依存性によって反転分布率が低くなる傾向にある領域ほど、該希土類イオンの濃度が高く設定されていることを特徴とする、光ファイバ。
  14. 前記反転分布率が低くなる傾向にある前記領域の希土類イオンの濃度が、その濃度変化に対する前記各励起光による利得効率が増加傾向から減少傾向へ転じる領域の値に設定されていることを特徴とする、請求項１３記載の光ファイバ。
  15. 前記複数種類の波長帯として、少なくとも９８０ｎｍ帯及び１４８０ｎｍ帯を含むことを特徴とする、請求項４又は１２に記載の光ファイバ。
  16. 希土類イオンが添加された第１コア部と、該第１コア部の外周部に設けられ、希土類イオンが添加されるとともに該第１コア部よりも屈折率が低く該第１コア部よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア部と、該第２コア部の外周部に設けられ、該第２コア部よりも屈折率が低いクラッド部と、をそなえた光ファイバからなる増幅媒体と、
    該増幅媒体に対して該第１コア部への閉じ込め効果の高い波長と該第１コア部への閉じ込め効果の低い波長の光を励起光として供給するための励起光源と、をそなえて構成されていることを特徴とする、光増幅器。
  17. 上記の各波長の波長差が３００ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項１６記載の光増幅器。
  18. 該励起光源が、上記各波長の光をいずれも前方励起光として供給すべく構成されたことを特徴とする、請求項１６又は請求項１７に記載の光増幅器。
  19. 該励起光源が、上記各波長の光の一方を前方励起光として、もう一方を後方励起光として供給すべく構成されたことを特徴とする、請求項１６又は請求項１７に記載の光増幅器。
  20. 該励起光源が、少なくとも、９８０ｎｍ帯の光と１４８０ｎｍ帯の光とを上記励起光として供給すべく構成されたことを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の光増幅器。
  21. 棒状のガラス管を用いて希土類イオンが添加された第１コア層のための第１プリフォームを作成し、
    クラッドとなる中空のガラス管の内層に、該第１プリフォームに添加される希土類イオンの濃度よりも高濃度の希土類イオンが添加された第２コア層を形成することより、第２プリフォームを作成し、
    該第１プリフォームを該第２プリフォームに挿入するとともに中実化させることを特徴とする、光ファイバの製造方法。
  22. 該第１プリフォームが、該棒状のガラス管に二酸化珪素を堆積させて第１ガラス多孔質体を形成するとともに、該第１ガラス多孔質体に上記希土類イオンを添加することにより作成されるとともに、
    該第２プリフォームが、該中空のガラス管の内層に二酸化珪素を堆積させて第２ガラス多孔質体を形成するとともに、該第２ガラス多孔質体に上記希土類イオンを添加することにより作成されることを特徴とする、請求項２１記載の光ファイバの製造方法。
  23. 該第２ガラス多孔質体の気泡比率を、該第１ガラス多孔質体の気泡比率よりも大きくすることを特徴とする、請求項２２記載の光ファイバの製造方法。
  24. 該第２プリフォームの作成において、該第２コア層を形成した後に、該第２コア層よりも更に内層に二酸化珪素による層を形成しておくことを特徴とする、請求項２２記載の光ファイバの製造方法。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7280730B2 (en) 2004-01-16 2007-10-09 Imra America, Inc. Large core holey fibers
US7787729B2 (en) 2005-05-20 2010-08-31 Imra America, Inc. Single mode propagation in fibers and rods with large leakage channels
US7450813B2 (en) 2006-09-20 2008-11-11 Imra America, Inc. Rare earth doped and large effective area optical fibers for fiber lasers and amplifiers
CN103246014B (zh) 2007-09-26 2015-12-23 Imra美国公司 玻璃大芯径光纤
EP2374034A1 (en) 2008-12-04 2011-10-12 Imra America, Inc. Highly rare-earth-doped optical fibers for fiber lasers and amplifiers
JP5744380B2 (ja) * 2009-03-26 2015-07-08 株式会社フジクラ 光ファイバ
JP2011133105A (ja) 2009-11-25 2011-07-07 Nippon Densan Corp 動圧軸受およびそれを用いたスピンドルモータ
WO2012132664A1 (ja) 2011-03-31 2012-10-04 株式会社フジクラ 増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及び共振器
JP2014059009A (ja) 2012-09-18 2014-04-03 Nippon Densan Corp 軸受装置、スピンドルモータ、およびディスク駆動装置
CN111129927A (zh) * 2019-12-30 2020-05-08 大族激光科技产业集团股份有限公司 光纤激光器以及激光发射装置
WO2023135944A1 (ja) * 2022-01-11 2023-07-20 住友電気工業株式会社 マルチコア光ファイバの製造方法及びマルチコア光ファイバ

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03238883A (ja) * 1990-02-15 1991-10-24 Shin Etsu Chem Co Ltd 光増幅用ファイバ
JPH0421532A (ja) * 1990-05-16 1992-01-24 Mitsubishi Cable Ind Ltd 希土類元素ドープｄｓｃ型光ファイバ母材の製造方法
JPH05121818A (ja) * 1991-04-08 1993-05-18 Alcatel Nv エルビウムをドープした光フアイバを用いた光増幅器
JPH09129948A (ja) * 1995-10-30 1997-05-16 Fujitsu Ltd 複数の波長信号を一括して増幅する多波長一括光増幅器
JPH09269432A (ja) * 1996-04-01 1997-10-14 Sumitomo Electric Ind Ltd シングルモード光ファイバおよびその製造方法
JPH10261826A (ja) * 1997-03-17 1998-09-29 Fujitsu Ltd 光増幅器及び該光増幅器に適用可能な光ファイバ
JPH11121839A (ja) * 1997-10-17 1999-04-30 Fujitsu Ltd 光増幅用ファイバ及び光ファイバ増幅器
JP2000252558A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 光増幅用光ファイバおよびその製造方法
US20030147620A1 (en) * 2001-12-31 2003-08-07 3M Innovative Properties Company Germanuim-free silicate waveguide compositoins for enhanced L-band and S-band emission
JP2004004772A (ja) * 2002-04-19 2004-01-08 Furukawa Electric Co Ltd:The 光ファイバ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9016181D0 (en) * 1990-07-24 1990-09-05 British Telecomm Optical waveguide amplifier
JP3244579B2 (ja) * 1993-12-17 2002-01-07 富士通株式会社 光ファイバ増幅器
JP2816097B2 (ja) * 1994-07-27 1998-10-27 日立電線株式会社 希土類元素添加マルチコア光ファイバ、その製造方法、およびその光ファイバを利用した光増幅器
JP3773575B2 (ja) * 1996-01-12 2006-05-10 富士通株式会社 ドープファイバ、そのスプライシング方法及び光増幅器
US6236496B1 (en) * 1996-12-11 2001-05-22 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical fiber amplifier and optical amplification method
JP3238883B2 (ja) 1997-06-12 2001-12-17 節男 北岡 水槽の水の殺菌装置
US6243196B1 (en) * 1999-05-20 2001-06-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber for optical amplifier and fiber optic amplifier
WO2002047219A1 (en) * 2000-12-07 2002-06-13 Kigre, Inc. Method of transferring energy in an optical fiber laser structure using energy migration
JP2002289949A (ja) * 2001-03-26 2002-10-04 Sony Corp 光ファイバ、光増幅発振装置、レーザ光発生装置、レーザディスプレイ装置およびカラーレーザディスプレイ装置
KR100668289B1 (ko) * 2004-12-14 2007-01-16 한국전자통신연구원 광섬유

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03238883A (ja) * 1990-02-15 1991-10-24 Shin Etsu Chem Co Ltd 光増幅用ファイバ
JPH0421532A (ja) * 1990-05-16 1992-01-24 Mitsubishi Cable Ind Ltd 希土類元素ドープｄｓｃ型光ファイバ母材の製造方法
JPH05121818A (ja) * 1991-04-08 1993-05-18 Alcatel Nv エルビウムをドープした光フアイバを用いた光増幅器
JPH09129948A (ja) * 1995-10-30 1997-05-16 Fujitsu Ltd 複数の波長信号を一括して増幅する多波長一括光増幅器
JPH09269432A (ja) * 1996-04-01 1997-10-14 Sumitomo Electric Ind Ltd シングルモード光ファイバおよびその製造方法
JPH10261826A (ja) * 1997-03-17 1998-09-29 Fujitsu Ltd 光増幅器及び該光増幅器に適用可能な光ファイバ
JPH11121839A (ja) * 1997-10-17 1999-04-30 Fujitsu Ltd 光増幅用ファイバ及び光ファイバ増幅器
JP2000252558A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 光増幅用光ファイバおよびその製造方法
US20030147620A1 (en) * 2001-12-31 2003-08-07 3M Innovative Properties Company Germanuim-free silicate waveguide compositoins for enhanced L-band and S-band emission
JP2004004772A (ja) * 2002-04-19 2004-01-08 Furukawa Electric Co Ltd:The 光ファイバ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6009060949, 宿南宣文、稲垣真也、岡村浩司, "リングドープＥＤＦによる多波長一括増幅特性についての検討", 電子情報通信学会総合大会講演論文集, 19960311, エレクトロニクス（１）, ｐｐ．３２８ *

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