JPWO2012172996A1 - マルチコア増幅光ファイバ - Google Patents

Abstract

希土類元素が添加された複数のコア部と、前記複数のコア部の外周に位置し、該複数のコア部の屈折率よりも低い屈折率を有する内部クラッド部と、前記内部クラッド部の外周に位置し、該内部クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外部クラッド層と、を備え、前記内部クラッド部は、前記複数のコア部のうちの少なくとも一つのコア部を含む領域を有し、該領域は、前記少なくとも一つのコア部に向かって屈折率が増加する屈折率分布形状を有するマルチコア増幅光ファイバ。これによって、各コア部の光増幅特性のばらつきが抑制される。

Description

本発明は、マルチコア増幅光ファイバに関するものである。

近年の急速な伝送容量の増大に対応する為に、一本の光ファイバのクラッド内に複数のコア部を配置した、いわゆるマルチコア光ファイバを用いたマルチコア光伝送路の開発が活発に行われている。これに伴い、マルチコア光伝送路中を伝搬した信号光を増幅するための希土類添加光ファイバ増幅器の開発が求められている。

たとえば、特許文献１には、クラッド内に複数の希土類添加コア部を配置した、光ファイバレーザ用のマルチコア増幅光ファイバが開示されている。また、特許文献２には、マルチコア光伝送路を伝搬してきた信号光を一括して増幅するためのマルチコア光ファイバ増幅器が開示されている。

ところで、光ファイバの中心軸付近にコア部が１つ配置された従来の希土類添加増幅光ファイバにおいては、ダブルクラッド構造を採用したものがある。ダブルクラッド構造において、内部クラッドの断面形状を円形にした場合は、励起光のうち、コア部に到達しないために励起に寄与しない成分（スキュー成分）が発生するため、励起効率が悪いことが知られている。そこで、スキュー成分を乱し、これをコア部に効率よく吸収させる目的で、内部クラッドの断面形状を花形や、多角形や、Ｄ型とする方法が用いられている（特許文献３参照）。

特許２００５−１９５３９号公報 特開平１０−１２５９８８号公報 特開２００３−２２６５４０号公報

マルチコア増幅光ファイバにおいては、スキュー成分等の影響によって、複数存在する各コア部を励起する光の量にばらつきが生じるため、各コア部の光増幅特性にもばらつきが生じるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各コア部の光増幅特性のばらつきが抑制されたマルチコア増幅光ファイバを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、希土類元素が添加された複数のコア部と、前記複数のコア部の外周に位置し、該複数のコア部の屈折率よりも低い屈折率を有する内部クラッド部と、前記内部クラッド部の外周に位置し、該内部クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外部クラッド層と、を備え、前記内部クラッド部は、前記複数のコア部のうちの少なくとも一つのコア部を含む領域を有し、該領域は、前記少なくとも一つのコア部に向かって屈折率が増加する屈折率分布形状を有することを特徴とする。

また、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、希土類元素が添加された複数のコア部と、前記複数のコア部の外周に位置し、該複数のコア部の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記複数のコア部を囲むように配置された複数の空孔と、が形成されたクラッド部と、を備え、前記内部クラッド部は、前記複数のコア部のうちの少なくとも一つのコア部を含む領域を有し、該領域は、前記少なくとも一つのコア部に向かって屈折率が増加する屈折率分布形状を有することを特徴とする。

また、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、上記の発明において、前記少なくとも一つのコア部は、当該マルチコア増幅光ファイバの断面において中心軸付近に位置することを特徴とする。

また、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、上記の発明において、前記内部クラッド部は、外周側から前記少なくとも一つのコア部に向かって屈折率が増加する屈折率分布を有することを特徴とする。

また、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、上記の発明において、前記内部クラッド部は、前記領域を二つ以上有することを特徴とする。

また、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、上記の発明において、前記複数のコア部は、当該マルチコア増幅光ファイバの断面において、三角格子の格子点からずれた位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、各コア部の光増幅特性のばらつきが抑制されたマルチコア増幅光ファイバを実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面および屈折率分布を示す図である。 図２は、従来のマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面、屈折率分布、および励起光のスキュー成分の様子を示す図である。 図３は、図１に示すマルチコア増幅光ファイバにおける励起光のスキュー成分の様子を示す図である。 図４は、実施の形態２に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面および屈折率分布を示す図である。 図５は、実施の形態３に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。 図６は、実施の形態４に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。

以下に、図面を参照して本発明に係るマルチコア増幅光ファイバの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図１に示すように、マルチコア増幅光ファイバ１０は、中心軸付近および中心軸を囲むように略正六角形を形成するように配置された合計７つのコア部１１と、コア部１１の外周に位置する内部クラッド部１２と、内部クラッド部１２の外周に位置する外部クラッド層１３とを備えている。

内部クラッド部１２は、コア部１１の屈折率よりも低い屈折率を有している。外部クラッド層１３は、内部クラッド部１２の屈折率よりも低い屈折率を有している。コア部１１は、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を高めるドーパントを添加した石英系ガラスからなる。外部クラッド層１３は、たとえば光学樹脂からなる。光学樹脂の屈折率はたとえば１．１〜１．４２である。

また、図１では、Ａ−Ａ線断面における屈折率分布を示している。分布Ｐ１はコア部１１の屈折率分布であり、分布Ｐ２は内部クラッド部１２の屈折率分布である。分布Ｐ２が示すように、内部クラッド部１２は、断面の領域全体において、中心軸付近に位置するコア部１１に向かって屈折率が増加する、いわゆるグレーデッドインデックス型の屈折率分布を有する。このような屈折率分布は、内部クラッド部１２を、屈折率を高めるドーパントを屈折率分布に対応した濃度分布で含む石英系ガラスで構成することによって実現できる。

コア部１１は、希土類元素が添加されている。添加される希土類元素は、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ツリウム（Ｔｍ）等である。希土類元素の添加量は、たとえばＥｒの場合は５０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍである。また、コア部１１は、コア径が１μｍ〜５μｍであり、コア部１１に隣接している領域の内部クラッド部１２に対する比屈折率差が０．５％〜２．０％である。コア部１１のコア径や比屈折率差は互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。

また、コア部１１は三角格子の格子点上に配置されている。コア部１１のうち隣接するコア間の距離は、コア間の光のクロストークがコア部１１の光学特性に悪影響を及ぼさない程度の距離であり、たとえば消光比が−３０ｄＢ以下となるようなコア間距離に設定されている。コア部１１が、上述したようにコア径１μｍ〜５μｍであり、内部クラッド部１２に対する比屈折率差が０．５％〜２．０％である場合は、コア間距離は３０μｍ以上が好ましい。また、コア間距離が６０μｍ以下であれば、ファイバ外径があまり大きくならず、内部クラッド部１２の外径として、１２５μｍ〜２５０μｍ程度にできるので好ましい。

このマルチコア増幅光ファイバ１０は、ダブルクラッド構造を有しており、コア部１１に希土類元素の光増幅帯域（たとえばＥｒの場合は１．５μｍ帯）の波長の信号光を伝搬させながら、内部クラッド部１２に希土類元素の励起帯域（たとえばＥｒの場合は０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯）の波長の励起光を入力すると、励起光は内部クラッド部１２に閉じ込められて伝搬しながらコア部１１に添加された希土類元素を励起する。これによって希土類元素は光増幅作用を発揮し、コア部１１を伝搬する光を増幅する。

このマルチコア増幅光ファイバ１０では、内部クラッド部１２が、中心軸付近に位置するコア部１１に向かって屈折率が増加する屈折率分布を有するので、各コア部１１を励起する光の量のばらつきが抑制されている。

以下、具体的に説明する。図２は、従来のマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面、屈折率分布、および励起光のスキュー成分の様子を示す図である。マルチコア増幅光ファイバ１０Ａは、中心軸付近および中心軸を囲むように略正六角形を形成するように配置された合計７つのコア部１１Ａと、コア部１１Ａの外周に位置する内部クラッド部１２Ａと、内部クラッド部１２Ａの外周に位置する外部クラッド層（不図示）とを備えている点で、図１に示すマルチコア増幅光ファイバ１０と同様である。

ここで、図２では、Ｂ−Ｂ線断面における屈折率分布を示している。分布Ｐ３はコア部１１Ａの屈折率分布であり、分布Ｐ４は内部クラッド部１２Ａの屈折率分布である。分布Ｐ４が示すように、内部クラッド部１２Ａは、断面内で一様の屈折率を有する点が、マルチコア増幅光ファイバ１０の内部クラッド部１２とは異なる。

図２のマルチコア増幅光ファイバ１０Ａにおいて、内部クラッド部１２Ａを伝搬する励起光に含まれるスキュー成分ＳＬ１は、いくつかのコア部１１Ａには到達しない光路を進行している。

これに対して、図３は、図１に示すマルチコア増幅光ファイバ１０における励起光のスキュー成分の様子を示す図である。図３に示すように、マルチコア増幅光ファイバ１０では、内部クラッド部１２が、中心軸付近に位置するコア部１１に向かって屈折率が増加する屈折率分布を有する。これによって、励起光に含まれるスキュー成分ＳＬ２がマルチコア増幅光ファイバ１０の中心に集まり、各コア部１１を励起する励起光の量のばらつきが抑制される。特に、従来スキュー成分が到達しにくかった中心軸付近のコア部１１も十分に励起される。これによって、マルチコア増幅光ファイバ１０では、各コア部１１の光増幅特性のばらつきが抑制される。その結果、各コア部１１の光増幅特性がより均一化される。

なお、内部クラッド部１２の屈折率分布は、内部クラッド部１２の最外周側に対する内部クラッド部１２の中心部の比屈折率差が、０．５％より大きく３．５％以下であり、αが１〜１０であることが好ましい。ここで、αとは、グレーデッドインデックス型屈折率分布の形状を表すα値と呼ばれる周知のパラメータである。

なお、上記実施の形態１では、内部クラッド部１２の断面の領域全体がグレーデッドインデックス型の屈折率分布であったが、内部クラッド部１２のうち、７つのコア部１１を含む領域が、中心軸付近に位置するコア部１１に向かって屈折率が増加するグレーデッドインデックス型の屈折率分布形状であればよく、その領域の外周側には屈折率が均一な領域があってもよい。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図４に示すように、マルチコア増幅光ファイバ２０は、マルチコア増幅光ファイバ１０と同様に、中心軸付近および中心軸を囲むように略正六角形を形成するように配置された合計７つのコア部２１と、コア部２１の外周に位置する内部クラッド部２２と、内部クラッド部２２の外周に位置する外部クラッド層２３とを備えている。

コア部２１および外部クラッド層２３の各特性、たとえば構成材料、サイズ、コア間距離または屈折率の関係等は、実施の形態１の対応する要素と同様である。

ここで、図４では、Ｃ−Ｃ線断面における屈折率分布を示している。分布Ｐ５はコア部２１の屈折率分布であり、分布Ｐ６は内部クラッド部２２の屈折率分布である。分布Ｐ６が示すように、内部クラッド部２２は、Ｃ−Ｃ断面に含まれる各コア部２１を中心に含む各領域が、各コア部２１に向かって屈折率が増加するグレーデッドインデックス型の屈折率分布形状を有する。さらに、Ｃ−Ｃ断面に含まれない各コア部２１についても、これを中心に含む各領域が、各コア部２１に向かって屈折率が増加するグレーデッドインデックス型の屈折率分布形状を有する。

これによって、励起光に含まれるスキュー成分がマルチコア増幅光ファイバ２０の各コア部２１に集まり、各コア部２１を励起する励起光の量のばらつきが抑制される。その結果、各コア部２１の光増幅特性がより均一化される。

各コア部２１を含む各領域における屈折率分布形状は、各コア部２１の光増幅特性のばらつきが抑制されるようにスキュー成分の集中を生じさせるように、各領域ごとにα値や比屈折率差を適宜設定することが好ましい。また、グレーデッドインデックス型の屈折率分布形状を設ける領域は、マルチコア増幅光ファイバに含まれるコア部のすべてに対してでなくてもよく、少なくとも一つのコア部に対して設けることが好ましい。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図５に示すように、マルチコア増幅光ファイバ３０は、７つのコア部３１と、コア部３１の外周に位置する内部クラッド部３２と、内部クラッド部３２の外周に位置する外部クラッド層３３とを備えている。

コア部３１、内部クラッド部３２、および外部クラッド層３３の各特性、たとえば構成材料、サイズ、コア間距離、屈折率分布形状または屈折率の関係等は、実施の形態１の対応する要素と同様である。

ここで、７つのコア部３１は、三角格子Ｌの格子点ＬＰからずれた位置に配置されている。このように、コア部は、必ずしも三角格子の格子点上に配置されていなくてもよく、ずれていてもよい。コア部の配置を、対称性が低い配置にすることによって、内部クラッド部の屈折率分布形状によるスキュー成分を集める効果との相乗効果で、各コア部の光増幅特性のばらつきを抑制することができる。

なお、コア部を三角格子点からずらす場合は、たとえば、少なくとも一組の近接するコア部同士の距離が、他のコア部同士の距離と異なるように、７つのコア部を配置してもよい。この場合、コア部同士の距離の差は０．５μｍ〜１０μｍが好ましい。

このようにコア部の位置が三角格子点からずれたマルチコア増幅光ファイバを製造する方法としては、たとえば、公知のスタックアンドドロー法におけるスタックするガラスロッドやガラス管の遊びを利用する方法や、外径の異なるガラスロッドやガラス管を用いる方法などがある。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４に係るマルチコア増幅光ファイバの模式的な断面図である。図６に示すように、マルチコア増幅光ファイバ４０は、コア部４１と、コア部４１の外周に位置するクラッド部４２とを備えている。

クラッド部４２には、コア部４１を囲むように配置された複数の空孔４４が形成されている。空孔４４は楕円形であり、円弧状に曲がっている。

このマルチコア増幅光ファイバ４０では、励起光は、エアークラッドとして機能する複数の空孔４４によって、空孔４４に囲まれたクラッド部４２の内部領域４２ａに閉じ込められて伝搬する。

なお、コア部４１、クラッド部４２の各特性、たとえば構成材料、サイズ、コア間距離または屈折率の関係等は、実施の形態１の対応する要素と同様である。たとえば、クラッド部４２は、図１の屈折率分布と同様に、空孔４４を除く断面の全領域において、中心軸付近に位置するコア部４１に向かって屈折率が増加するグレーデッドインデックス型の屈折率分布を有する。

このマルチコア増幅光ファイバ４０では、内部領域４２ａにおいて発生した励起光のスキュー成分が、クラッド部４２の屈折率分布によって中心に集められることによって、各コア部４１の光増幅特性がより均一化される。

なお、上記実施の形態では、マルチコア増幅光ファイバに含まれるコア部の数が７つであるが、コア部の数は複数であれば特に限定されず、たとえば３でもよい。また、内部クラッド部については、断面形状を花形や、多角形や、Ｄ型としてもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態５において、実施の形態２と同様に各コア部に対してグレーデッドインデックス型の屈折率分布形状を有する領域をそれぞれ設けてもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

以上のように、本発明に係るマルチコア増幅光ファイバは、主に光通信の用途に利用して好適なものである。

１０、２０、３０、４０ マルチコア増幅光ファイバ
１１、２１、３１、４１ コア部
１２、２２、３２ 内部クラッド部
１３、２３、３３ 外部クラッド層
４２ クラッド部
４２ａ 内部領域
４４ 空孔
Ｌ 三角格子
ＬＰ 格子点
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６ 分布
ＳＬ１、ＳＬ２ スキュー成分

Claims (6)

1. 希土類元素が添加された複数のコア部と、
   前記複数のコア部の外周に位置し、該複数のコア部の屈折率よりも低い屈折率を有する内部クラッド部と、
   前記内部クラッド部の外周に位置し、該内部クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外部クラッド層と、
   を備え、前記内部クラッド部は、前記複数のコア部のうちの少なくとも一つのコア部を含む領域を有し、該領域は、前記少なくとも一つのコア部に向かって屈折率が増加する屈折率分布形状を有することを特徴とするマルチコア増幅光ファイバ。
2. 希土類元素が添加された複数のコア部と、
   前記複数のコア部の外周に位置し、該複数のコア部の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記複数のコア部を囲むように配置された複数の空孔と、が形成されたクラッド部と、
   を備え、前記内部クラッド部は、前記複数のコア部のうちの少なくとも一つのコア部を含む領域を有し、該領域は、前記少なくとも一つのコア部に向かって屈折率が増加する屈折率分布形状を有することを特徴とするマルチコア増幅光ファイバ。
3. 前記少なくとも一つのコア部は、当該マルチコア増幅光ファイバの断面において中心軸付近に位置することを特徴とする請求項１または２に記載のマルチコア増幅光ファイバ。
4. 前記内部クラッド部は、外周側から前記少なくとも一つのコア部に向かって屈折率が増加する屈折率分布を有することを特徴とする請求項３に記載のマルチコア増幅光ファイバ。
5. 前記内部クラッド部は、前記領域を二つ以上有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のマルチコア増幅光ファイバ。
6. 前記複数のコア部は、当該マルチコア増幅光ファイバの断面において、三角格子の格子点からずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のマルチコア増幅光ファイバ。

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