WO2022039073A1 - 光増幅ファイバ、光ファイバ増幅器および光通信システム - Google Patents

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WO2022039073A1
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optical
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繁弘 高坂
幸一 前田
景一 相曽
慎一 荒井
和則 武笠
幸寛 土田
正典 高橋
隆一 杉崎
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古河電気工業株式会社
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    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form

Definitions

  • the present invention relates to an optical amplification fiber, an optical fiber amplifier, and an optical communication system.
  • the power consumption of the optical amplifier will be reduced by using the multi-core EDFA (Erbium-Doped optical Fiber Amplifier) as the optical amplifier.
  • EDFA Erbium-Doped optical Fiber Amplifier
  • Non-Patent Document a configuration is known in which a double-clad type multi-core EDF is used as a multi-core optical amplification fiber and erbium (Er), which is a rare earth element contained in the core portion, is photoexcited by a clad excitation method (Non-Patent Document). See 1 and 2).
  • Kazi S Abedin et al “Multimode Erbium Doped Fiber Amplifiers for Space Division Multiplexing Systems", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.32, NO.16, AUGUST 15, 2014 pp.2800-2808.
  • Kazi S Abedin et al "Cladding-pumped erbium-doped multicore fiber amplifier”, OPTICS EXPRESS Vol.20, No.18 27 August 2012 pp.20191-20200.
  • the excitation efficiency of the multi-core optical fiber amplifier can be improved, it is preferable from the viewpoint of reducing the power consumption of the multi-core optical fiber amplifier.
  • the excitation efficiency is expressed by, for example, the ratio of the energy of the excitation light used for optical amplification to the energy of the excitation light input to the multi-core optical amplification fiber. It should be noted that the improvement of the excitation efficiency is beneficial not only in the multi-core optical amplification fiber but also in the single-core optical amplification fiber.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical amplification fiber having improved excitation efficiency, and an optical fiber amplifier and an optical communication system using the same.
  • one aspect of the present invention surrounds at least one core portion to which a rare earth element is added and the at least one core portion, and has a maximum refractive index of each core portion.
  • the inner clad portion also comprises an inner clad portion having a low refractive index and an outer clad portion that surrounds the inner clad portion and has a refractive index lower than the refractive index of the inner clad portion. Is an optical amplification fiber containing a different refractive index region having a different refractive index.
  • the different refractive index region is made of quartz glass containing a dopant for adjusting the refractive index, and the dopant for adjusting the refractive index is fluorine (F), germanium (Ge), phosphorus (P), boron (B), and alkali. It may be metal, chlorine (Cl), or aluminum (Al).
  • the inner clad portion may have two or more layers in the different refractive index region in the radial direction in a cross section orthogonal to the axial direction of the optical amplification fiber.
  • the different refractive index region may exist at a position separated from the core portion by a core diameter or more in a cross section orthogonal to the axial direction of the optical amplification fiber.
  • the different refractive index region may be located at a rotationally symmetric position about the center of the optical amplification fiber.
  • the different refractive index region may be located at the position of the grid point when the hexagonal close-packed grid is defined in the cross section orthogonal to the axial direction of the optical amplification fiber.
  • the different refractive index region is a circle having a radius of 1/2 or less of the distance between lattice points centered on a certain lattice point when a hexagonal close-packed lattice is defined in a cross section orthogonal to the axial direction of the optical amplification fiber. It may exist in a ring shape.
  • the plurality of different refractive index regions may be dispersed in the inner clad portion.
  • the total cross-sectional area of the plurality of different refractive index regions with respect to the cross-sectional area of the inner clad portion may be 0.1% or more and 30% or less.
  • the diameter of the different refractive index region may be 1/2000 times or more and 2 times or less the wavelength of the light propagating in the inner clad portion.
  • the different refractive index region may exist in an annular region separated from the core portion by a core diameter or more in a cross section orthogonal to the axial direction of the optical amplification fiber.
  • the different refractive index region may be distributed substantially uniformly in the radial direction of each core portion of the optical amplification fiber.
  • the different refractive index region may be distributed substantially uniformly in the axial direction of the optical amplification fiber.
  • the different refractive index region may be substantially uniformly distributed in the axial direction of each core portion of the optical amplification fiber.
  • the different refractive index is provided on the inner and outer sides of a circular tubular boundary having a plurality of the core portions and passing through the core portion most distant from the center of the plurality of core portions with the center of the optical amplification fiber as the axis.
  • the regions may have different abundance densities.
  • the rare earth element may contain erbium.
  • the clad absorption rate is 0.05 dB /. It may be m or more.
  • One aspect of the present invention includes an optical amplifier fiber, an excitation light source that outputs excitation light that photoexcites the rare earth element of the optical amplification fiber, and an optical coupler that optically couples the excitation light to the inner clad portion. It is an optical fiber amplifier equipped with.
  • a plurality of the core portions may be provided, and the gain difference between the plurality of core portions may be 3 dB or less.
  • One aspect of the present invention is an optical communication system including the optical fiber amplifier.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of a method for manufacturing a multi-core optical amplifier fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of an example of a method for manufacturing a multi-core optical amplifier fiber according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber shown in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the seventh embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the multi-core optical fiber amplifier according to the eighth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of an absorption spectrum of a multi-core optical amplifier fiber.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of the optical communication system according to the twelfth embodiment.
  • the cutoff wavelength is referred to as ITU-T (International Telecommunication Union) G.I. It means the cable cutoff wavelength defined in 650.1. In addition, for other terms not specifically defined in this specification, G.I. 650.1 and G.M. The definition and measurement method in 650.2 shall be followed.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the first embodiment, and shows a cross section perpendicular to the axial direction of the multi-core optical amplifier fiber.
  • the multi-core optical amplification fiber 1 has a double clad including seven core portions 1a as a plurality of core portions, an inner clad portion 1b surrounding the core portion 1a, and an outer clad portion 1c surrounding the inner clad portion 1b. It is a type and 7-core type multi-core optical fiber.
  • the core portion 1a is arranged in a triangular lattice shape that realizes a close-packed state. That is, one core portion 1a is arranged at the center of the inner clad portion 1b or in the vicinity of the center.
  • the six core portions 1a are arranged around the core portion 1a so as to be at the corners of a regular hexagon. It can also be said that the core portion 1a is located at the position of the grid point when the hexagonal close-packed grid is defined in the cross section orthogonal to the axial direction of the multi-core optical amplification fiber 1.
  • the core portion 1a contains, for example, germanium (Ge) or aluminum (Al) as a refractive index adjusting dopant that enhances the refractive index.
  • the core portion 1a contains erbium (Er) as a rare earth element which is an amplification medium.
  • Er is added at a concentration such that the peak of the absorption coefficient near the wavelength of 1530 nm is 2.5 dB / m to 11 dB / m. Further, for example, the addition concentration is 250 ppm to 2000 ppm. However, the absorption coefficient and the addition concentration are not particularly limited. Al also has a function of suppressing the concentration quenching of Er.
  • the inner clad portion 1b has a refractive index lower than the maximum refractive index of each core portion 1a.
  • the refractive index profile of each core portion 1a and the inner clad portion 1b is, for example, a step index type.
  • the inner clad portion 1b may have a trench portion located on the outer periphery of each core portion 1a.
  • the trench portion is made of quartz glass to which a refractive index adjusting dopant such as fluorine (F) is added, and the refractive index of the trench portion is lower than the refractive index of other portions of the inner clad portion 1b.
  • F fluorine
  • the refractive index profile of each core portion 1a and the inner clad portion 1b is a trench type.
  • the inner clad portion 1b has a circular cross section, an inner region 1ba surrounding the core portion 1a, an annular and layered different refractive index region 1bb surrounding the inner region 1ba, and an annular and layered annular and layered region surrounding the different refractive index region 1bb. It includes an annular and layered different refractive index region 1bd surrounding the different refractive index region 1bc, an annular and layered different refractive index region 1be surrounding the different refractive index region 1bd, and an annular and layered different refractive index region 1be.
  • the different refractive index regions 1bb, 1bc, 1bd, and 1be are regions having different refractive indexes from the adjacent regions.
  • the different refractive index region 1bb has a different refractive index from the inner region 1ba and the different refractive index region 1bc, which are adjacent regions.
  • the different refractive index region 1bc has a different refractive index from the different refractive index region 1bb and the different refractive index region 1bd, which are adjacent regions.
  • the different refractive index region 1bd has a different refractive index from the different refractive index region 1bc and the different refractive index region 1be which are adjacent regions.
  • the inner region 1ba is made of, for example, pure quartz glass that does not contain a dopant for adjusting the refractive index
  • the different refractive index regions 1bb, 1bc, 1bd, and 1be are made of quartz glass that contains, for example, a dopant for adjusting the refractive index.
  • the dopant for adjusting the refractive index is, for example, F, Ge, phosphorus (P), boron (B), alkali metals such as sodium (Na) and potassium (K), chlorine (Cl), Al and the like.
  • One or more dopants selected from these dopants are added to the different refractive index regions 1bb, 1bc, 1bd, 1be.
  • the difference in the refractive index between the different refractive index regions 1bb, 1bc, 1ed, and 1ee is better as the absolute value of the specific refractive index difference with respect to the other is larger, but for example, at 0.3% or more. Yes, more preferably 0.7% or more.
  • the layer thickness of the different refractive index regions 1bb, 1bc, 1ed, and 1ee is at least several times the wavelength of the propagating light, the difference in the refractive index tends to occur as an average value on the wavelength order.
  • the inner clad portion 1b propagates excitation light having a wavelength capable of photoexciting Er, for example, excitation light having a wavelength band of 900 nm such as 976 nm, and therefore a layer thickness of at least 1 ⁇ m or more is preferable.
  • the layer thickness can be appropriately set according to the outer diameter of the inner clad portion 1b.
  • the inner clad portion 1b has four layers having two or more layers in the different refractive index region in the radial direction.
  • the core ⁇ of each core portion 1a is substantially equal, for example, 0.35% to 2% at a wavelength of 1550 nm. ..
  • the core diameter of the core portion 1a is preferably set so as to realize a cutoff wavelength shorter than the optical amplification wavelength band in which the rare earth element can be optically amplified in relation to the core ⁇ .
  • the optical amplification wavelength band is, for example, 1530 nm to 1565 nm, which is called a C band, or 1565 nm to 1625 nm, which is called an L band.
  • the core diameter is, for example, about 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the outer clad portion 1c has a refractive index lower than that of the inner clad portion 1b, and is made of, for example, a resin.
  • the refractive index of the outer clad portion 1c may be higher than the refractive index of the trench portion, but the refractive index of the other portion of the inner clad portion 1b may be higher. It is lower than the refractive index and the average refractive index of the inner clad portion 1b.
  • each core portion 1a can optically amplify the signal light input to each core portion 1a.
  • the multi-core optical amplification fiber 1 is configured so that the clad excitation method can be applied.
  • an interface having a different refractive index at the interface in the inner region 1ba, the different refractive index region 1bb, 1bc, 1bd, and 1be (hereinafter, may be referred to as a different refractive index interface) is provided. , Scatters the excitation light propagating in the inner clad portion 1b. As a result, among the excitation light propagating in the inner clad portion 1b, a large amount of components reach the core portion 1a.
  • a skew component S that normally propagates so as not to reach the core portion 1a.
  • unused components such as the skew component S are scattered by the different refractive index interface, and a part of the unused components reaches the core portion 1a and can be used for photoexcitation of Er.
  • the skew component S may also propagate at various angles. When these various skew components S are scattered by the different refractive index interface, a part of them reaches the core portion 1a and can be easily used for photoexcitation of Er.
  • the different refractive index interface scatters the excitation light propagating through the inner clad portion 1b, so that a large amount of the excitation light reaches the core portion 1a. Efficiency is improved. Further, the effect of the different refractive index interface can be adjusted by adjusting the number and thickness of the layers in the different refractive index region and the difference in the refractive index in the radial direction. For example, the layers in the different refractive index region can be appropriately designed to be one or more layers each, for a total of two or more layers.
  • the multi-core optical amplification fiber 1 can be manufactured by using a known multi-core fiber manufacturing method such as a stacking method or a perforation method.
  • a glass rod in which seven holes extending in parallel in the axial direction are formed in the base metal rod, and each hole includes a portion to be a core portion 1a and a portion to be a part of an inner region 1ba.
  • the core rod is inserted to form the base metal. Subsequently, this base material is drawn to form the outer clad portion 1c.
  • the base metal rod used in the above method can be manufactured by, for example, a VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method, an OVD (Outside Vapor Deposition) method, a MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) method, or a plasma CVD method. ..
  • the base metal rod has a soot layer having an inner region of 1ba, a soot layer having a different refractive index region 1bb, a soot layer having a different refractive index region 1bc, and a different refractive index region 1bd as a soot layer made of glass fine particles.
  • a soot layer and a soot layer having a different refractive index region of 1 be are deposited and dehydrated and vitrified by heat treatment to form the soot layer.
  • the base rod used in the above method can also be manufactured by the jacket method.
  • the jacket tubes which are the different refractive index regions 1bb, 1bc, 1bd, and 1be, are inserted into the glass rod, which is the inner region 1ba, so as to sequentially cover the glass rods, and are integrally formed by heat treatment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the second embodiment.
  • the multi-core optical amplifier fiber 2 has a configuration in which the inner clad portion 1b is replaced with the inner clad portion 1d in the multi-core optical amplifier fiber 1 according to the first embodiment shown in FIG.
  • the different refractive index regions 1bb, 1bc, 1bd, and 1be of the inner clad portion 1b are replaced with regions of the same constituent material as the inner region 1ba, and a plurality of different refractive index regions 1da having a circular cross section are provided.
  • the number of different refractive index regions 1 da is 6, but the number is not limited.
  • the different refractive index region 1da has a different refractive index from the adjacent region in the inner clad portion 1d. Further, the different refractive index region 1da is located on the outer peripheral side of the regular hexagon formed by the core portion 1a. Further, the different refractive index region 1da is located at a rotationally symmetric position about the center of the multi-core optical amplification fiber 2 and is at a six-fold rotationally symmetric position in the present embodiment. Further, each different refractive index region 1da is located at the position of the grid point when the hexagonal close-packed grid is defined in the cross section orthogonal to the axial direction of the multi-core optical amplification fiber 2.
  • the excitation efficiency is improved by the effect of the different refractive index interface of the different refractive index region 1da as in the multi-core optical amplification fiber 1.
  • the effect of the different refractive index interface can be adjusted by adjusting the position of the different refractive index region 1da and the rotational symmetry.
  • the rotational symmetry may be 2-fold rotational symmetry or 3-fold rotational symmetry.
  • the different refractive index region 1da may be located on the inner peripheral side or the same circumference of the regular hexagon formed by the core portion 1a.
  • the multi-core optical amplification fiber 2 can be manufactured by using a known method for manufacturing a multi-core fiber. For example, the case of the drilling method will be described with reference to FIG.
  • the core rod 22 is a glass rod including a core portion 22a that becomes the core portion 1a and a clad portion 22b that surrounds the core portion 22a and becomes a part of the inner clad portion 1d. Subsequently, this base material is drawn to form the outer clad portion 1c.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the third embodiment.
  • the multi-core optical amplifier fiber 3 has a configuration in which the inner clad portion 1d is replaced with the inner clad portion 1e in the multi-core optical amplifier fiber 2 according to the second embodiment shown in FIG.
  • the inner clad portion 1e has a configuration in which the different refractive index region 1da in the inner clad portion 1d is deleted and a plurality of different refractive index regions 1ea having a circular cross section are provided.
  • the number of different refractive index regions 1ea is 12, but the number is not limited.
  • the different refractive index region 1ea is located on the outer peripheral side of the regular hexagon formed by the core portion 1a. Further, the different refractive index region 1ea is in a rotationally symmetric position about the center of the multi-core optical amplification fiber 3, and in the present embodiment, it is in a rotationally symmetric position 6 times. Further, each different refractive index region 1ea is located at the position of the grid point when the hexagonal close-packed grid is defined in the cross section orthogonal to the axial direction of the multi-core optical amplification fiber 3. Further, in the present embodiment, each core portion 1a and each different refractive index region 1ea are located at the same hexagonal close-packed lattice point.
  • the excitation efficiency is improved by the effect of the different refractive index interface of the different refractive index region 1ea, as in the case of the multi-core optical amplification fibers 1 and 2. Further, the effect of the different refractive index interface can be adjusted by adjusting the position and number of the different refractive index region 1ea and the rotational symmetry.
  • the different refractive index interface may be located on the inner peripheral side or the same circumference of the regular hexagon formed by the core portion 1a. Further, the number of different refractive index regions 1ea may be appropriately increased or decreased from 12.
  • the multi-core optical amplification fiber 3 can be manufactured by using a known method for manufacturing a multi-core fiber. For example, the case of the stack method will be described with reference to FIG.
  • each core rod 22 is stacked in a glass tube 31 that is a part of the inner clad portion 1e.
  • 12 glass rods 32 having a different refractive index region 1 ea are stacked in the gap 33 between the core rod 22 and the glass tube 31 to form a base material.
  • the diameters of the core rod 22 and the glass rod 32 equal to each other, it is possible to form a structure in which each core portion 1a and each different refractive index region 1ea are located at the same hexagonal close-packed lattice point.
  • a glass rod that is a part of the inner clad portion 1e and is made of the same material as the clad portion 22b is also stacked in the remaining portion of the gap 33. Subsequently, this base material is drawn to form the outer clad portion 1c. In order to reduce the number of different refractive index regions 1ea from 12, one or more of the 12 glass rods 32 may be replaced with glass rods made of the same material as the clad portion 22b.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the fourth embodiment.
  • the direction perpendicular to the drawing is the axial direction Dz of the multi-core optical amplifier fiber 4.
  • the radial direction Dr and the axial direction Dt of the multi-core optical amplification fiber 4 are defined.
  • the axial direction Dz, the radial direction Dr, and the axial direction Dt can be similarly defined as in FIG.
  • the multi-core optical amplifier fiber 4 has a configuration in which the inner clad portion 1d is replaced with the inner clad portion 1f in the multi-core optical amplifier fiber 2 according to the second embodiment shown in FIG.
  • the inner clad portion 1f has a configuration in which the different refractive index region 1da in the inner clad portion 1d is deleted and a plurality of different refractive index regions 1fa are provided.
  • the different refractive index region 1fa is dispersed inside the inner clad portion 1f.
  • the different refractive index region 1fa is composed of, for example, microcrystals and clusters dispersed in quartz glass.
  • the different refractive index region 1fa is composed of, for example, Al, Ge, or an alkali metal. The larger the difference in refractive index between the different refractive index region 1fa and the surrounding glass material, the better.
  • the excitation efficiency is improved by the effect of the different refractive index interface of the different refractive index region 1fa, as in the case of the multi-core optical amplification fibers 1 to 3. Further, the effect of the different refractive index interface can be adjusted by adjusting the size and the abundance density of the different refractive index region 1fa.
  • the different refractive index region 1fa does not exist in the region near the boundary between the inner clad portion 1f and the outer clad portion 1c.
  • the scattering of the skew component S is appropriately adjusted, and it is possible to suppress the generation of scattered light traveling away from the core portion 1a in the vicinity of the boundary between the inner clad portion 1f and the outer clad portion 1c.
  • the total cross-sectional area of the plurality of different refractive index regions 1fa with respect to the cross-sectional area of the inner clad portion 1f is taken as the cross-sectional area ratio.
  • the cross-sectional area ratio is, for example, preferably 0.1% or more and 30% or less, and more preferably 1% or more.
  • the cross-sectional area ratio is 0.1% or more, the effect of improving the excitation efficiency by the plurality of different refractive index regions 1fa is likely to be exhibited, and when it is 1% or more, the effect of improving the excitation efficiency is likely to be further exhibited.
  • the cross-sectional area ratio is 30% or less, it is easy to manufacture the multi-core optical amplification fiber 4 with desired optical characteristics (amplification characteristics and the like). Further, when the cross-sectional area ratio is larger than 30%, the effect of scattering the excitation light becomes too strong, and the propagation loss of the excitation light in the inner clad portion 1f may increase. In this case, the effect of improving the excitation efficiency by scattering the excitation light in the different refractive index region 1fa may outweigh the effect of deteriorating the excitation efficiency by increasing the propagation loss.
  • the diameter of the different refractive index region 1fa in the cross section as shown in FIG. 6 is preferably 1/2000 times or more and twice or less the wavelength of the light (excitation light) propagating in the inner clad portion 1b.
  • the diameter of the different refractive index region 1fa which is a scatterer, is 1/20 times or more and 2 times or less the wavelength of the excitation light
  • the light scattering by the different refractive index region 1fa is mainly Mie scattering.
  • the diameter of the different refractive index region 1fa is 1/2000 times or more and 1/20 times or less the wavelength of the excitation light
  • the light scattering by the different refractive index region 1fa is mainly Rayleigh scattering.
  • the type of scattering differs depending on the size of the light wave.
  • Mie scattering is mainly forward scattering
  • Rayleigh scattering is isotropic scattering, but both scatterings are considered to contribute to the improvement of excitation efficiency.
  • the different refractive index regions 1fa having different diameters are spatially distributed according to the arrangement of the core portion 1a and the electric field distribution of the excitation light in the inner clad portion 1f. Therefore, the degree of improvement in excitation efficiency may be increased.
  • Rayleigh scattering contributes significantly to the improvement of excitation efficiency when it is more effective to change the propagation direction significantly.
  • the diameter of the different refractive index region 1fa may be defined as the diameter of a circle equal to the cross-sectional area of the different refractive index region 1fa.
  • the excitation light scattering effect tends to act uniformly on each core portion 1a, which is preferable.
  • the fact that a plurality of different refractive index regions 1fa are randomly present in the inner clad portion 1f means that the distribution of the different refractive index regions 1fa is not biased in the inner clad portion 1f and is distributed substantially uniformly. In other words. Therefore, for example, it is preferable that the different refractive index region 1fa is distributed substantially uniformly in the axial direction Dz.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplification fiber 4 shown in FIG. 6 in a cross section different from that of FIG.
  • the cross section shown in FIG. 7 is, for example, at a position moved from the cross section shown in FIG. 6 in the axial direction Dz by a small distance with respect to the length, which is about 1% to 5% of the length of the multi-core optical amplification fiber 4. It is a cross section of.
  • the existence position of the different refractive index region 1fa is different from the cross section shown in FIG. 6 only by slightly moving in the axial direction Dz. In this way, the existence position of the different refractive index region 1fa may be different for each cross section.
  • the different refractive index region 1fa is substantially uniformly distributed in the radial direction Dr. Further, it is preferable that the different refractive index region 1fa is substantially uniformly distributed in the radial direction of each core portion 1a. Further, for example, the different refractive index region 1fa is preferably distributed substantially uniformly in the axial direction Dt. In this case, the existing position of the different refractive index region 1fa in the range of 0 to 60 degrees from the reference angle position in the axial direction Dt and the existing position of the different refractive index region 1fa in the range of 60 degrees to 120 degrees are It may be different. Further, it is preferable that the different refractive index region 1fa is substantially uniformly distributed in the axial direction of each core portion 1a.
  • the multi-core optical amplification fiber 4 can be manufactured by using a known method for manufacturing a multi-core fiber.
  • the different refractive index region 1fa can be formed by adding the constituent material of the different refractive index region 1fa to the base material when forming the portion to be the inner clad portion 1f and aggregating the portion by heat treatment.
  • fine particles containing the different refractive index region 1fa may be used.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the fifth embodiment, and shows a cross section perpendicular to the axial direction of the multi-core optical amplifier fiber.
  • the multi-core optical amplifier fiber 5 is different from the multi-core optical amplifier fiber 4 according to the fourth embodiment in that a region R1 surrounding each core portion 1a exists in the inner clad portion 1f.
  • Each region R1 is a concentric region with each core portion 1a, has a diameter of, for example, three times or more the core diameter of the surrounding core portion 1a, and is a circle extending in the axial direction Dz along each core portion 1a. It is a tubular area.
  • the different refractive index region 1fa is not included in this region R1.
  • the different refractive index region 1fa is separated from each core portion 1a by a core diameter or more, for example, a core diameter in a cross section orthogonal to the axial Dz of the multi-core optical amplification fiber 5. It exists at a position separated by 3 times or more.
  • the excitation efficiency is improved as in the case of the multi-core optical amplification fibers 1 to 4.
  • the different refractive index region 1fa is relatively far from each core portion 1a, it is possible to suppress the influence on the light propagation characteristics of each core portion 1a.
  • the multi-core optical amplification fiber 5 can be manufactured by using a known method for manufacturing a multi-core fiber.
  • the core rods which are seven glass rods including the portion to be the core portion 1a and the portion to be the region R1
  • the glass rod including the different refractive index region 1fa and becoming a part of the inner clad portion 1f is stacked in the gap between the core rod and the glass tube to form a base material.
  • this base material is drawn to form the outer clad portion 1c.
  • the base metal rod which is a glass rod having a relatively large diameter including the different refractive index region 1fa, which is a part of the inner clad portion 1f.
  • a core rod is inserted into each hole to form a base material.
  • this base material is drawn to form the outer clad portion 1c.
  • the different refractive index region 1fa may not be formed on the glass rod from the beginning, and may be formed by aggregating the dopant by, for example, heat treatment in the manufacturing process.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the sixth embodiment, showing a cross section perpendicular to the axial direction of the multi-core optical amplifier fiber.
  • the multi-core optical amplifier fiber 6 is different from the multi-core optical amplifier fiber 4 according to the fourth embodiment in that the regions R2 and R3 are present in the inner clad portion 1f. Note that FIG. 9 omits the illustration of the different refractive index region.
  • the region R2 is a cylindrical region extending in the axial direction Dz through the center of the six core portions 1a arranged so as to be at the positions of the regular hexagonal corners in the inner clad portion 1f.
  • the region R3 is a circular tubular region located on the outer peripheral side of the region R2 in the inner clad portion 1b and extending in the axial direction Dz.
  • the boundary between the region R2 and the region R3 is an example of a circular tubular boundary passing through the core portion 1a farthest from the center of the multi-core optical amplification fiber 6.
  • the axis of the boundary is the center of the multi-core optical amplifier fiber 6.
  • the abundance density of the different refractive index region is different between the region R2 inside the boundary and the region R3 outside the boundary.
  • the abundance density in the region R2 is higher than the abundance density in the region R3.
  • the abundance density in the region R2 is lower than the abundance density in the region R3.
  • the excitation efficiency is improved as in the case of the multi-core optical amplifier fibers 1 to 5.
  • the degree of generation of scattered light is different between the region R2 in which the core portion 1a mainly exists and the region R3 in which the skew component is relatively large on the outer edge side of the inner clad portion 1f.
  • the abundance density of the different refractive index region in the region R2 may be increased to generate a large amount of scattering in the region R2 in which the core portion 1a is mainly present, or the abundance density of the different refractive index region in the region R3 may be increased. Then, a large amount of scattering of skew components may be generated.
  • the design of the abundance density in each region can be appropriately set according to the design of the multi-core optical amplification fiber 6 and the required characteristics.
  • the multi-core optical amplification fiber 6 can be manufactured by using a known method for manufacturing a multi-core fiber.
  • a base material rod that is a part of the inner clad portion 1f is formed so that the abundance density of the different refractive index region differs depending on the location.
  • Such a base material rod can be manufactured by, for example, a jacket method.
  • seven holes extending in parallel in the axial direction are formed in the base material rod, and the core rod is inserted into each hole to form the base material.
  • this base material is drawn to form the outer clad portion 1c.
  • the core rod is stacked in the glass tube which is a part of the inner clad portion 1f.
  • a glass rod including a different refractive index region and a part of the inner clad portion 1f is stacked in the gap between the core rod and the glass tube to form a base material.
  • the abundance density in the different refractive index region can be made different depending on the location.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical amplifier fiber according to the seventh embodiment, and shows a cross section perpendicular to the axial direction of the multi-core optical amplifier fiber.
  • the multi-core optical amplifier fiber 7 is different from the multi-core optical amplifier fiber 4 according to the fourth embodiment in that a region R4 exists in the inner clad portion 1f and a different refractive index region exists only in the region R4.
  • the illustration of the different refractive index region is omitted.
  • Each region R4 is a concentric region with each core portion 1a, and is a circular tubular region extending in the axial direction Dz along each core portion.
  • Each region R4 may exist in an annular region separated from each core portion 1a by a core diameter or more in a cross section orthogonal to the axial direction Dz of the multi-core optical amplification fiber 7.
  • the different refractive index region is a grid centered on a certain grid point when a hexagonal close-packed grid having each core portion 1a as a grid point is defined in a cross section orthogonal to the axial direction of the multi-core optical amplification fiber 4. It can be said that it exists in an annular shape with a radius of 1/2 or less of the distance between points.
  • the distance between grid points is the distance between centers between adjacent core portions 1a.
  • the excitation efficiency is improved as in the case of the multi-core optical amplifier fibers 1 to 6. Further, in the multi-core optical amplification fiber 7, it is possible to suppress the re-scattering of the excitation light and to suppress the influence of the different refractive index region on the light propagation characteristics of each core portion 1a. Further, if the abundance densities of the different refractive index regions in the region R4 with respect to each core portion 1a are set to different values, the effect of the different refractive index regions on each core portion 1a can be adjusted to a different degree.
  • the multi-core optical amplification fiber 7 can be manufactured by using a known method for manufacturing a multi-core fiber. For example, in the case of the drilling method, seven holes extending in parallel in the axial direction are formed in the base metal rod, and a core rod inserted in a glass tube including a different refractive index region is inserted into each hole, and the base metal is inserted. To form. Subsequently, this base material is drawn to form the outer clad portion 1c.
  • the glass tube including the different refractive index region may have a structure in which the different refractive index regions concentrically form a plurality of layers as in the different refractive index regions 1bb, 1bc, 1bd, and 1be in FIG. 1.
  • the glass tube including such a different refractive index region can be manufactured with a diameter larger than that of the hole to be inserted, and can be made into a similar shape by stretching to have an outer diameter that can be inserted into the hole. Therefore, for example, by first forming a glass tube having a large diameter and having a multi-layer structure and then stretching the glass tube, it is possible to easily realize a multi-layer and fine refractive index distribution.
  • a normal refractive index region is not included.
  • the clad absorption rate of the multi-core optical amplification fiber is about 0.02 dB / m.
  • the clad absorptivity is 0.05 dB / m or more regardless of which of the multi-core optical amplification fibers 1 to 7 is used.
  • Clad absorption rate -10 ⁇ log ((excitation light power (W) emitted through the multi-core optical amplification fiber) / (excitation light power (W) incident on the inner clad portion of the multi-core optical amplification fiber)) / Length of multi-core optical amplification fiber (m) It is calculated by.
  • the wavelength of the excitation light is 976 nm ⁇ 2 nm.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the multi-core optical fiber amplifier according to the eighth embodiment.
  • the multi-core optical fiber amplifier may be simply referred to as an optical amplifier.
  • the optical amplifier 100 includes seven optical isolators 110, an optical fiber fan-in (FAN IN) 120, a semiconductor laser 130, an optical coupler 140, a multi-core optical amplification fiber 1 according to the first embodiment, a pump stripper 150, and an optical fiber fan-out. It is equipped with (FAN OUT) 160 and seven optical isolators 170.
  • the symbol "x" in the figure indicates the fusion splicing point of the optical fiber.
  • the optical fiber fan-in 120 includes seven bundled single-mode optical fibers and one multi-core fiber having seven core portions, and each core of the seven single-mode optical fibers at the coupling portion. The portions are configured to be optically coupled to each core portion of the multi-core fiber.
  • the seven single-mode optical fibers are, for example, ITU-TG. It is a standard single-mode optical fiber defined in 652, each of which is provided with an optical isolator 110.
  • the optical isolators 110 and 170 allow light to pass in the direction indicated by the arrow and block the passage of light in the opposite direction.
  • the multi-core fiber of the optical fiber fan-in 120 is connected to the optical coupler 140.
  • the end faces of the seven bundled single-mode optical fibers and multi-core fibers that are optically coupled are processed diagonally with respect to the optical axis to suppress reflection, but may be perpendicular to the optical axis. ..
  • an optical isolator having a configuration in which a plurality of (seven in this embodiment) single-mode optical fibers are integrated may be used.
  • the multi-core fiber of the optical fiber fan-in 120 is located on the outer periphery of each core portion and seven core portions arranged in a triangular lattice pattern, and is based on the maximum refractive index of each core portion. Also has a clad portion with a low refractive index.
  • each optical isolator 110 passes each signal light, and each core portion of the multi-core fiber propagates each signal light.
  • the semiconductor laser 130 which is an excitation light source, is a horizontal multimode semiconductor laser and outputs excitation light.
  • the wavelength of the excitation light is 976 nm, which is substantially the same as the wavelength of the absorption peak in the 900 nm wavelength band of Er. As a result, the excitation light can photoexcitate the erbium ion.
  • the semiconductor laser 130 outputs excitation light from a multimode optical fiber.
  • This multimode optical fiber is a step index type having a core diameter / clad diameter of, for example, 105 ⁇ m / 125 ⁇ m, and has an NA of, for example, 0.16 or 0.22.
  • the optical coupler 140 includes a main optical fiber and an optical fiber for supplying excitation light.
  • the main optical fiber is located on the outer periphery of each core portion and seven core portions arranged in a triangular lattice like the core portion of the multi-core fiber of the optical fiber fan-in 120, and is based on the maximum refractive index of each core portion.
  • Is also a double clad type optical fiber having an inner clad portion having a low refractive index and an outer clad portion located on the outer periphery of the inner clad portion and having a lower refractive index than the inner clad portion.
  • the core portion and the inner clad portion are made of quartz glass, and the outer clad portion is made of resin.
  • the optical fiber for supplying excitation light is a multimode optical fiber of the same type in which another end is connected to the multimode optical fiber of the semiconductor laser 130, and is a step index type having a core diameter / clad diameter of, for example, 105 ⁇ m / 125 ⁇ m.
  • the NA is, for example, 0.16 or 0.22.
  • the excitation light is input from the semiconductor laser 130, and the excitation light is supplied to the main optical fiber.
  • the inner clad portion propagates the excitation light.
  • One end of the main optical fiber of the optical coupler 140 is connected to the multi-core fiber of the optical fiber fan-in 120.
  • Each core portion of the multi-core fiber is connected to each core portion of the main optical fiber. Therefore, each signal light propagating through each core portion of the multi-core fiber is optically coupled to each core portion when input to the main optical fiber.
  • Each core portion propagates each signal light. The excitation light and the signal light are output from the main optical fiber to the multi-core optical amplification fiber 1.
  • One end of the multi-core optical amplification fiber 1 is connected to the main optical fiber of the optical coupler 140.
  • Each core portion 1a of the multi-core optical amplification fiber 1 is connected to each core portion of the main optical fiber.
  • the inner clad portion 1b of the multi-core optical amplification fiber 1 is connected to the inner clad portion of the main optical fiber. Therefore, when the signal light and the excitation light propagating in the main optical fiber are input to the multi-core optical amplification fiber 1, they propagate in the same direction in each core portion 1a and the inner clad portion 1b, respectively.
  • the excitation light photoexcites Er in each core portion 1a while propagating through the inner clad portion 1b.
  • Each signal light propagating in each core portion 1a is optically amplified by the action of stimulated emission of Er.
  • the multi-core optical amplification fiber 1 outputs each light amplified signal light and excitation light that does not contribute to optical amplification.
  • the pump stripper 150 is a known device that eliminates excitation light that did not contribute to optical amplification.
  • the pump stripper 150 for example, a part of the outer clad of the double clad type multi-core fiber having seven cores is removed, and the excitation light is taken out from the surface of the inner clad part of the removed part and used as a heat radiating plate or the like. It has a configuration in which it is irradiated and absorbed, and the energy of the excitation light is converted into heat energy to dissipate heat.
  • the pump stripper 150 propagates each signal light by the multi-core fiber and reduces the excitation light to a power that does not cause any problem even if it is output from the optical amplifier 100.
  • the optical fiber fan-out 160 includes seven bundled single-mode optical fibers and one multi-core fiber having seven core portions, and has seven at the coupling portion. Each core portion of the single-mode optical fiber of the book is configured to be optically coupled to each core portion of the multi-core fiber. Each single-mode optical fiber is provided with an optical isolator 170. The multi-core fiber is connected to the pump stripper 150. The end faces of the seven bundled single-mode optical fibers and multi-core fibers that are optically coupled are processed diagonally with respect to the optical axis to suppress reflection, but may be perpendicular to the optical axis. ..
  • each signal light When signal light is input from each core portion of the multi-core fiber of the pump stripper 150 to each core portion of the optical fiber fan-out 160, each signal light propagates through each core portion of each single mode optical fiber and passes through the optical isolator 170. Output.
  • the gain difference at a certain wavelength in the amplification band between the core portions 1a of the multi-core optical amplification fiber 1 is preferably 3 dB or less.
  • the gain difference can be adjusted by changing the characteristics of the multi-core optical amplification fiber 1, for example, the length.
  • any one of the multi-core optical amplification fibers 2 to 7 may be used instead of the multi-core optical amplification fiber 1.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of an absorption spectrum of a multi-core optical amplification fiber, and is an absorption spectrum for a certain core portion.
  • the absorption peak value is about 3.1 dB / m.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of the optical communication system according to the ninth embodiment.
  • the optical communication system 1000 includes an optical transmission device 1010, an optical reception device 1020, an optical amplifier 100 according to the eleventh embodiment, and optical transmission fibers 1031 to 1037 and 1041 to 1047, which are 14 single-core optical fibers. I have.
  • the optical transmitter 1010 includes seven transmitters 1011 to 1017.
  • the transmitters 1011 to 1017 each transmit signal light.
  • the seven optical transmission fibers 1031 to 1037 transmit the signal light output from each of the transmitters 1011 to 1017 and input the signal light to the optical amplifier 100.
  • the optical amplifier 100 collectively optically amplifies the seven signal lights input from the optical transmission fibers 1031 to 1037 and outputs them to each of the seven optical transmission fibers 1041 to 1047.
  • the optical transmission fibers 1041 to 1047 transmit the amplified signal light and input it to the optical receiving device 1020.
  • the optical receiver 1020 includes seven receivers 1021 to 1027. The receivers 1021 to 1027 receive the amplified signal light transmitted by the optical transmission fibers 1041 to 1047 and convert it into an electric signal.
  • the optical communication system 1000 uses an optical amplifier 100 with reduced power consumption to obtain the same amplification characteristics, it is possible to realize optical communication with reduced power consumption.
  • the optical transmission fiber is seven single-core optical fibers, but an optical transmission fiber composed of one 7-core type multi-core fiber may be used.
  • the optical amplifier 100 can be used as a repeater amplifier, a preamplifier, or a booster amplifier. If the optical communication system 1000 is a network system using a ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer), the optical amplifier 100 can be used for loss compensation.
  • ROADM Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer
  • the core portion of the multi-core optical amplification fiber contains only Er as a rare earth element, but may contain only a rare earth element other than Er, for example, ytterbium (Yb), or both Er and Yb. It may be included.
  • Yb ytterbium
  • the core portion of the multi-core optical amplification fiber is arranged in a triangular lattice pattern, but it may be arranged in a square lattice pattern.
  • the number of core portions in the multi-core optical amplification fiber is not particularly limited as long as it is plural.
  • the optical amplification fiber is a multi-core optical amplification fiber, but as an embodiment, a single-core type optical amplification fiber having only one core portion surrounded by an inner clad portion may be used.
  • the present invention is not limited by the above embodiment.
  • the present invention also includes a configuration in which the above-mentioned components are appropriately combined. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
  • Multi-core optical amplification fiber 1a Core part 1b, 1d, 1e, 1f Inner clad part 1ba Inner region 1c Outer clad part 1bb, 1bc, 1bd, 1be, 1da, 1ea, 1fa Different Refraction Rate Region 21 Base Rod 21a, 21b Hole 22 Core Rod 22a Core 22b Clad 23, 32 Glass Rod 31 Glass Tube 33 Gap 110, 170 Optical Isolator 120 Optical Fiber Fan-in 130 Semiconductor Laser 140 Optical Coupler 150 Pump Stripper 160 Optical fiber fan out 100 Optical amplifier 1000 Optical communication system 1010 Optical transmitter 1020 Optical receiver 1011 to 1017 Transmitters 1021 to 1027 Receivers 1031 to 1037, 1041 to 1047 Optical transmission fiber Dr Radial direction Dt Axial direction Dz Axial direction R1, R2, R3, R4 region S skew component

Landscapes

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Abstract

光増幅ファイバは、希土類元素を添加した少なくとも一つのコア部と、前記コア部を取り囲み、各コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する内側クラッド部と、前記内側クラッド部を取り囲み、前記内側クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部と、を備え、前記内側クラッド部は、隣接する領域とは屈折率が異なる異屈折率領域を含む。

Description

光増幅ファイバ、光ファイバ増幅器および光通信システム
　本発明は、光増幅ファイバ、光ファイバ増幅器および光通信システムに関するものである。
　例えば、海底光通信等の用途において、光増幅器としてマルチコアＥＤＦＡ（Erbium-Doped　optical　Fiber　Amplifier）を用いることによって、光増幅器の消費電力が削減されることが期待されている。
　マルチコアＥＤＦＡについては、マルチコア光増幅ファイバとしてダブルクラッド型のマルチコアＥＤＦを用いて、クラッド励起方式によってコア部に含まれる希土類元素であるエルビウム（Ｅｒ）を光励起する構成が知られている（非特許文献１、２参照）。
Kazi　S　Abedin　et　al,　"Multimode　Erbium　Doped　Fiber　Amplifiers　for　Space　Division　Multiplexing　Systems",　JOURNAL　OF　LIGHTWAVE　TECHNOLOGY,　VOL.32,　NO.16,　AUGUST　15,　2014　pp.2800-2808. Kazi　S　Abedin　et　al,　"Cladding-pumped　erbium-doped　multicore　fiber　amplifier",　OPTICS　EXPRESS　Vol.20,　No.18　27　August　2012　pp.20191-20200.
　通信トラフィックは常に増加しているので、通信容量の増量のためにも、マルチコア光増幅ファイバの特性にはさらに好適なものが求められている。
　特に、マルチコア光増幅ファイバの励起効率を改善できれば、マルチコア光ファイバ増幅器の消費電力の削減の観点から好ましい。ここで、励起効率とは、たとえば、マルチコア光増幅ファイバに入力された励起光のエネルギーに対する、光増幅に使用された励起光のエネルギーの比率で表される。なお、励起効率の改善は、マルチコア光増幅ファイバに限らず、シングルコアの光増幅ファイバにおいても有益である。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、励起効率が改善された光増幅ファイバ、ならびにこれを用いた光ファイバ増幅器および光通信システム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、本発明の一態様は、希土類元素を添加した少なくとも一つのコア部と、前記少なくとも一つのコア部を取り囲み、各コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する内側クラッド部と、前記内側クラッド部を取り囲み、前記内側クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部と、を備え、前記内側クラッド部は、隣接する領域とは屈折率が異なる異屈折率領域を含む光増幅ファイバである。
　前記異屈折率領域は、屈折率調整用のドーパントを含む石英ガラスからなり、前記屈折率調整用のドーパントは、フッ素（Ｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、アルカリ金属、塩素（Ｃｌ）、またはアルミニウム（Ａｌ）であるものでもよい。
　前記内側クラッド部には、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において、径方向において前記異屈折率領域の層が２層以上存在するものでもよい。
　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において、前記コア部から、コア径以上離間した位置に存在するものでもよい。
　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの中心を軸とした回転対称の位置にあるものでもよい。
　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において六方最密格子を規定した場合に、その格子点の位置にあるものでもよい。
　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において六方最密格子を規定した場合に、或る格子点を中心とし、格子点間距離の１／２以下の半径の円環状に存在するものでもよい。
　複数の前記異屈折率領域が、前記内側クラッド部内に分散して存在してもよい。
　前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において、前記内側クラッド部の断面積に対する前記複数の異屈折率領域の断面積の総計が０．１％以上３０％以下であるものでもよい。
　前記異屈折率領域の直径は前記内側クラッド部を伝搬する光の波長の１／２０００倍以上２倍以下であるものでもよい。
　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において、前記コア部から、コア径以上離間した円環状の領域に存在するものでもよい。
　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの各コア部の径方向において、略一様に分布しているものでもよい。
　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向において、略一様に分布しているものでもよい。
　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの各コア部の軸回り方向において、略一様に分布しているものでもよい。
　複数の前記コア部を備え、前記複数のコア部のうち、前記光増幅ファイバの中心を軸として前記中心から最も離間したコア部を通る円管状の境界の内側と外側とで、前記異屈折率領域の存在密度が異なるものでもよい。
　前記希土類元素はエルビウムを含むものでもよい。
　励起光の波長を９７６ｎｍ±２ｎｍとし、クラッド吸収率＝－１０×ｌｏｇ（（複数の前記コア部を備える前記光増幅ファイバを透過して出てきた励起光パワー（Ｗ））／（複数の前記コア部を備える前記光増幅ファイバの前記内側クラッド部に入射した励起光パワー（Ｗ））)／前記光増幅ファイバの長さ（ｍ）、と定義した場合に、クラッド吸収率が０．０５ｄＢ／ｍ以上であるものでもよい。
　本発明の一態様は、前記光増幅ファイバと、前記光増幅ファイバの前記希土類元素を光励起する励起光を出力する励起光源と、前記励起光を前記内側クラッド部に光学結合させる光結合器と、を備える光ファイバ増幅器である。
　複数の前記コア部を備え、前記複数のコア部の間の利得差が３ｄＢ以下であるものでもよい。
　本発明の一態様は、前記光ファイバ増幅器を備える光通信システムである。
　本発明によれば、励起効率が改善された光増幅ファイバを実現できる。
図１は、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。 図２は、実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。 図３は、実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバの製造方法の一例の説明図である。 図４は、実施形態３に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。 図５は、実施形態３に係るマルチコア光増幅ファイバの製造方法の一例の説明図である。 図６は、実施形態４に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。 図７は、図６に示すマルチコア光増幅ファイバの図６とは別の断面における模式的な断面図である。 図８は、実施形態５に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。 図９は、実施形態６に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。 図１０は、実施形態７に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。 図１１は、実施形態８に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示す模式図である。 図１２は、マルチコア光増幅ファイバの吸収スペクトルの一例を示す図である。 図１３は、実施形態１２に係る光通信システムの構成を示す模式図である。
　以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、ＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長を意味する。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＧ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。
（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図であり、マルチコア光増幅ファイバの軸方向に垂直な断面を示している。マルチコア光増幅ファイバ１は、複数のコア部としての７個のコア部１ａと、コア部１ａを取り囲む内側クラッド部１ｂと、内側クラッド部１ｂを取り囲む外側クラッド部１ｃと、を備えているダブルクラッド型かつ７コア型のマルチコア光ファイバである。
　コア部１ａは、最密充填状態を実現する三角格子状に配置されている。すなわち、１個のコア部１ａが、内側クラッド部１ｂの中心または中心の近傍に配置されている。このコア部１aを中心に、６個のコア部１ａは、正六角形の角の位置となるように配置されている。コア部１ａは、マルチコア光増幅ファイバ１の軸方向に直交する断面において六方最密格子を規定した場合に、その格子点の位置にあるということもできる。コア部１ａは、屈折率を高める屈折率調整用ドーパントとして、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む。また、コア部１ａは、増幅媒体である希土類元素として、エルビウム（Ｅｒ）を含む。Ｅｒは、たとえば波長１５３０ｎｍ付近の吸収係数のピークが２．５ｄＢ／ｍ～１１ｄＢ／ｍとなる濃度で添加されている。また、たとえば、添加濃度は２５０ｐｐｍ～２０００ｐｐｍである。ただし、吸収係数や添加濃度は特に限定されない。なお、ＡｌはＥｒの濃度消光を抑制する機能も有する。
　内側クラッド部１ｂは、各コア部１ａの最大屈折率よりも低い屈折率を有する。各コア部１ａと内側クラッド部１ｂとの屈折率プロファイルはたとえばステップインデックス型である。なお、内側クラッド部１ｂが、各コア部１ａのそれぞれの外周に位置するトレンチ部を有していてもよい。この場合、トレンチ部はフッ素（Ｆ）などの屈折率を低める屈折率調整用ドーパントが添加された石英ガラスからなり、トレンチ部の屈折率は内側クラッド部１ｂの他の部分の屈折率よりも低い屈折率を有する。この場合、各コア部１ａと内側クラッド部１ｂとの屈折率プロファイルはトレンチ型となる。
　内側クラッド部１ｂは、断面が円形でありコア部１ａを取り囲む内側領域１ｂａと、内側領域１ｂａを取り囲む円環状かつ層状の異屈折率領域１ｂｂと、異屈折率領域１ｂｂを取り囲む円環状かつ層状の異屈折率領域１ｂｃと、異屈折率領域１ｂｃを取り囲む円環状かつ層状の異屈折率領域１ｂｄと、異屈折率領域１ｂｄを取り囲む円環状かつ層状の異屈折率領域１ｂｅと、を備えている。異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅは、隣接する領域とは屈折率が異なる領域である。具体的には、異屈折率領域１ｂｂは、隣接する領域である内側領域１ｂａや異屈折率領域１ｂｃとは屈折率が異なる。異屈折率領域１ｂｃは、隣接する領域である異屈折率領域１ｂｂや異屈折率領域１ｂｄとは屈折率が異なる。異屈折率領域１ｂｄは、隣接する領域である異屈折率領域１ｂｃや異屈折率領域１ｂｅとは屈折率が異なる。
　内側領域１ｂａは、たとえば屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなり、異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅは、たとえば屈折率調整用のドーパントを含む石英ガラスからなる。屈折率調整用のドーパントは、たとえば、Ｆ、Ｇｅ、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）などのアルカリ金属、塩素（Ｃｌ）、またはＡｌなどである。これらのドーパントから選ばれる１または複数のドーパントが、異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅに添加される。添加するドーパントの種類や量を変えることで、異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｅｄ、１ｅｅの間の屈折率の違いを構成することができる。内側領域１ｂａ、異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｅｄ、１ｅｅの間の屈折率の違いは、一方の他方に対する比屈折率差の絶対値が大きければ大きいほどよいが、たとえば０．３％以上であり、より好ましくは０．７％以上である。また、異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｅｄ、１ｅｅの層厚は、少なくとも、伝搬する光の波長の数倍程度あると、波長オーダーの平均値として屈折率の違いがでやすい。内側クラッド部１ｂは、後述するようにＥｒを光励起できる波長の励起光、たとえば９７６ｎｍなどの９００ｎｍ波長帯の励起光が伝搬するので、少なくとも１μｍ以上の層厚が好ましい。また、層厚は、内側クラッド部１ｂの外径に応じて適宜設定できる。
　マルチコア光増幅ファイバ１では、異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅによって、内側クラッド部１ｂには、径方向において異屈折率領域の層が２層以上である４層存在することとなる。
　内側領域１ｂａのガラスに対する各コア部１ａの比屈折率差をコアΔとすると、本実施形態では各コア部１ａのコアΔは略等しく、たとえば波長１５５０ｎｍにて０．３５％～２％である。コア部１ａのコア径は、コアΔとの関係で、希土類元素が光増幅可能な光増幅波長帯よりも短いカットオフ波長を実現するように設定されることが好ましい。光増幅波長帯は、Ｅｒの場合、Ｃバンドと呼ばれるたとえば１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍや、Ｌバンドと呼ばれるたとえば１５６５ｎｍ～１６２５ｎｍである。コア径は、たとえば５μｍ～１０μｍ程度である。
　外側クラッド部１ｃは、内側クラッド部１ｂの屈折率よりも低い屈折率を有しており、たとえば樹脂からなる。なお、内側クラッド部１ｂがコア部１ａに対するトレンチ部を有している場合、外側クラッド部１ｃの屈折率はトレンチ部の屈折率よりも高くてもよいが、内側クラッド部１ｂの他の部分の屈折率および内側クラッド部１ｂの平均屈折率よりも低い。
　内側クラッド部１ｂに、Ｅｒを光励起できる波長の励起光、たとえば９７６ｎｍなどの９００ｎｍ波長帯の励起光が入力されると、励起光は内側クラッド部１ｂの内部を伝搬しながら、各コア部１ａに添加されたＥｒを光励起する。これにより、各コア部１ａは、各コア部１ａに入力された信号光を光増幅可能となる。このようにマルチコア光増幅ファイバ１は、クラッド励起方式を適用可能に構成されている。
　マルチコア光増幅ファイバ１では、内側領域１ｂａ、異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅにおける、界面を境に屈折率が異なるような界面（以下、異屈折率界面と記載する場合がある）が、内側クラッド部１ｂを伝搬する励起光を散乱させる。その結果、内側クラッド部１ｂを伝搬する励起光のうち、コア部１ａに到達する成分が多くなる。たとえは、マルチコア光増幅ファイバ１のようなクラッド励起方式の場合、通常はコア部１ａに到達しないように伝搬するスキュー成分Ｓのような励起に寄与しない未使用成分が存在する。しかしながら、マルチコア光増幅ファイバ１では、スキュー成分Ｓなどの未使用成分が異屈折率界面によって散乱されてその一部がコア部１ａに到達し、Ｅｒの光励起に使用され得る。なお、励起光は内側クラッド部１ｂをマルチモードで伝搬するため、スキュー成分Ｓも様々な角度で伝搬するモードがあり得る。これらの様々なスキュー成分Ｓが異屈折率界面によって散乱されることで、その一部がコア部１ａに到達し、Ｅｒの光励起に使用され易くなり得る。
　以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ１では、異屈折率界面が内側クラッド部１ｂを伝搬する励起光を散乱させることで励起光のうちコア部１ａに到達する成分が多くなるので、励起効率が改善される。また、径方向において異屈折率領域の層の数や厚さや屈折率差の調整によって、異屈折率界面の効果を調整できる。たとえば、異屈折率領域の層は、それぞれ１層以上、合計２層以上となるように適宜設計できる。
　マルチコア光増幅ファイバ１は、たとえばスタック法や穿孔法などの公知のマルチコアファイバの製造方法を利用して製造することができる。たとえば、穿孔法の場合は、母材ロッドに、軸方向に平行に延びる孔を７つ形成し、各孔にコア部１ａとなる部分と内側領域１ｂａの一部となる部分とを含むガラスロッドであるコアロッドを挿入し、母材を形成する。つづいて、この母材を線引きし、外側クラッド部１ｃを形成する。
　上記方法において用いる母材ロッドは、たとえば、ＶＡＤ（Vapor-phase　Axial　Deposition）法、ＯＶＤ（Outside　Vapor　Deposition）法、ＭＣＶＤ（Modified　Chemical　Vapor　Deposition）法、またはプラズマＣＶＤ法を用いて作製することができる。このとき、母材ロッドは、ガラス微粒子からなるスート層として、内側領域１ｂａとなるスート層、異屈折率領域１ｂｂとなるスート層、異屈折率領域１ｂｃとなるスート層、異屈折率領域１ｂｄとなるスート層、異屈折率領域１ｂｅとなるスート層を堆積し、熱処理によって脱水、ガラス化して形成する。
　上記方法において用いる母材ロッドは、ジャケット法でも作製できる。この場合、内側領域１ｂａとなるガラスロッドに、異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅのそれぞれとなるジャケット管が順次覆い被さるように挿入を行い、熱処理によって一体化して形成する。
（実施形態２）
　図２は、実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。このマルチコア光増幅ファイバ２は、図１に示す実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバ１において、内側クラッド部１ｂを内側クラッド部１ｄに置き換えた構成を有する。内側クラッド部１ｄは、内側クラッド部１ｂの異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅを、内側領域１ｂａと同じ構成材料の領域に置き換えるとともに、断面が円状の異屈折率領域１ｄａを複数設けた構成を有する。本実施形態では異屈折率領域１ｄａの数は６であるが、その数は限定されない。
　異屈折率領域１ｄａは、内側クラッド部１ｄにおいて隣接する領域とは屈折率が異なる。また、異屈折率領域１ｄａは、コア部１ａが形成する正六角形の外周側に位置する。また、異屈折率領域１ｄａは、マルチコア光増幅ファイバ２の中心を軸とした回転対称の位置にあり、本実施形態では６回回転対称の位置にある。また、各異屈折率領域１ｄａは、マルチコア光増幅ファイバ２の軸方向に直交する断面において六方最密格子を規定した場合に、その格子点の位置にある。
　以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ２では、マルチコア光増幅ファイバ１と同様に、異屈折率領域１ｄａの異屈折率界面の効果によって、励起効率が改善される。また、異屈折率領域１ｄａの位置や回転対称性の調整によって、異屈折率界面の効果を調整できる。たとえば、回転対称は２回回転対称や３回回転対称でもよい。
　なお、異屈折率領域１ｄａは、コア部１ａが形成する正六角形の内周側または同一周上に位置してもよい。
　マルチコア光増幅ファイバ２は、公知のマルチコアファイバの製造方法を利用して製造することができる。たとえば、穿孔法の場合を、図３を参照して説明する。
　すなわち、図３に示すように、内側クラッド部１ｄの一部となる母材ロッド２１に、軸方向に平行に延びる孔２１ａを７つ、孔２１ｂを６つ形成する。そして、孔２１ａにコアロッド２２を挿入し、孔２１ｂに、異屈折率領域１ｄａとなるガラスロッド２３を挿入し、母材を形成する。なお、コアロッド２２は、コア部１ａとなるコア部２２ａと、コア部２２ａを取り囲み、内側クラッド部１ｄの一部となるクラッド部２２ｂとを備えるガラスロッドである。つづいて、この母材を線引きし、外側クラッド部１ｃを形成する。
（実施形態３）
　図４は、実施形態３に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。このマルチコア光増幅ファイバ３は、図２に示す実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバ２において、内側クラッド部１ｄを内側クラッド部１ｅに置き換えた構成を有する。内側クラッド部１ｅは、内側クラッド部１ｄにおける異屈折率領域１ｄａを削除し、断面が円形状の異屈折率領域１ｅａを複数設けた構成を有する。本実施形態では異屈折率領域１ｅａの数は１２であるが、その数は限定されない。
　異屈折率領域１ｅａは、コア部１ａが形成する正六角形の外周側に位置する。また、異屈折率領域１ｅａは、マルチコア光増幅ファイバ３の中心を軸とした回転対称の位置にあり、本実施形態では６回回転対称の位置にある。また、各異屈折率領域１ｅａは、マルチコア光増幅ファイバ３の軸方向に直交する断面において六方最密格子を規定した場合に、その格子点の位置にある。さらには、本実施形態では、各コア部１ａおよび各異屈折率領域１ｅａが、同じ六方最密格子の格子点の位置にある。
　以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ３では、マルチコア光増幅ファイバ１、２と同様に、異屈折率領域１ｅａの異屈折率界面の効果によって、励起効率が改善される。また、異屈折率領域１ｅａの位置や数や回転対称性の調整によって、異屈折率界面の効果を調整できる。
　なお、異屈折率界面は、コア部１ａが形成する正六角形の内周側または同一周上に位置してもよい。また、異屈折率領域１ｅａの数は１２から適宜増減させてもよい。
　マルチコア光増幅ファイバ３は、公知のマルチコアファイバの製造方法を利用して製造することができる。たとえば、スタック法の場合を、図５を参照して説明する。
　すなわち、図５に示すように、７本のコアロッド２２を、内側クラッド部１ｅの一部となるガラス管３１の中にスタックする。それとともに、コアロッド２２とガラス管３１との間の隙間３３に、異屈折率領域１ｅａとなる１２本のガラスロッド３２をスタックし、母材を形成する。ここで、コアロッド２２とガラスロッド３２との直径を等しくすることによって、各コア部１ａおよび各異屈折率領域１ｅａが、同じ六方最密格子の格子点の位置にある構造とすることができる。また、隙間３３の残りの部分にも、クラッド部２２ｂと同一材料で構成された、内側クラッド部１ｅの一部となるガラスロッドをスタックする。つづいて、この母材を線引きし、外側クラッド部１ｃを形成する。なお、異屈折率領域１ｅａの数を１２から減少させるには、１２本のガラスロッド３２のうちの１以上を、クラッド部２２ｂと同一材料で構成されたガラスロッドに置き換えればよい。
（実施形態４）
　図６は、実施形態４に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図である。図６では、図面に垂直な方向がマルチコア光増幅ファイバ４の軸方向Ｄｚである。また、図６では、マルチコア光増幅ファイバ４の径方向Ｄｒ、軸回り方向Ｄｔが規定されている。なお、その他の図でも、図６と同様に、軸方向Ｄｚ、径方向Ｄｒ、軸回り方向Ｄｔを同様に規定することができる。
　このマルチコア光増幅ファイバ４は、図２に示す実施形態２に係るマルチコア光増幅ファイバ２において、内側クラッド部１ｄを内側クラッド部１ｆに置き換えた構成を有する。内側クラッド部１ｆは、内側クラッド部１ｄにおける異屈折率領域１ｄａを削除し、異屈折率領域１ｆａを複数設けた構成を有する。
　異屈折率領域１ｆａは、内側クラッド部１ｆの内部に分散して存在する。異屈折率領域１ｆａは、たとえば、石英ガラス中に分散して存在する微結晶やクラスターを含んで構成されている。異屈折率領域１ｆａは、たとえば、ＡｌやＧｅやアルカリ金属で構成されている。異屈折率領域１ｆａとその周囲のガラス材料との屈折率差は大きければ大きいほどよい。
　以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ４では、マルチコア光増幅ファイバ１～３と同様に、異屈折率領域１ｆａの異屈折率界面の効果によって、励起効率が改善される。また、異屈折率領域１ｆａのサイズや存在密度の調整によって、異屈折率界面の効果を調整できる。
　また、マルチコア光増幅ファイバ４では、内側クラッド部１ｆの外側クラッド部１ｃとの境界近傍の領域には異屈折率領域１ｆａが存在しない。これにより、スキュー成分Ｓの散乱が適度に調整され、内側クラッド部１ｆの外側クラッド部１ｃとの境界近傍においてコア部１ａから離れるように進行する散乱光の発生を抑制することができる。
　なお、マルチコア光増幅ファイバ４において、図６に示すような軸方向Ｄｚに直交する断面において、内側クラッド部１ｆの断面積に対する複数の異屈折率領域１ｆａの断面積の総計を断面積比とすると、断面積比は、たとえば０．１％以上３０％以下が好ましく、１％以上がさらに好ましい。断面積比が０．１％以上であれば、複数の異屈折率領域１ｆａによる励起効率の改善効果が発揮され易く、１％以上であればさらに改善効果が発揮され易い。また、断面積比が３０％以下であれば、マルチコア光増幅ファイバ４を所望の光学特性（増幅特性など）で製造することが容易である。また、断面積比が３０％より大きい場合は、励起光を散乱させる効果が強くなりすぎ、内側クラッド部１ｆにおける励起光の伝搬損失が増大する場合がある。この場合、異屈折率領域１ｆａが励起光を散乱することにより励起効率が改善される効果を、伝搬損失の増大により励起効率が劣化する効果が上回ることがある。
　また、図６のような断面における異屈折率領域１ｆａの直径は、内側クラッド部１ｂを伝搬する光（励起光）の波長の１／２０００倍以上２倍以下であるが好ましい。散乱体である異屈折率領域１ｆａの直径が励起光の波長の１／２０倍以上２倍以下である場合、異屈折率領域１ｆａによる光の散乱は主にミー散乱である。異屈折率領域１ｆａの直径が励起光の波長の１／２０００倍以上１／２０倍以下である場合、異屈折率領域１ｆａによる光の散乱は主にレイリー散乱である。このように、粒子状の物質や屈折率変化に光波が衝突する場合、その大きさによって散乱の種類が異なる。ここで、ミー散乱では前方散乱が主であり、レイリー散乱は等方散乱であるが、いずれの散乱も励起効率の改善に寄与すると考えられる。たとえば、これらの散乱の散乱方向の特性を利用して、コア部１ａの配置や内側クラッド部１ｆにおける励起光の電界分布等に応じて、直径が異なる異屈折率領域１ｆａを空間的に分布させて、励起効率の改善の度合いを高めてもよい。たとえば、レイリー散乱は、伝搬方向を大きく変更させるほうが効果的な場合は、励起効率の改善に対する貢献が大きい。
　なお、異屈折率領域１ｆａの断面が円形ではない場合、異屈折率領域１ｆａの直径は、その異屈折率領域１ｆａの断面積に等しい円の直径として定義してもよい。
　また、複数の異屈折率領域１ｆａは、内側クラッド部１ｆ内でランダムに存在していれば、励起光散乱効果が各コア部１ａに対して均一に作用し易いので好ましい。複数の異屈折率領域１ｆａが内側クラッド部１ｆ内でランダムに存在しているとは、内側クラッド部１ｆ内で異屈折率領域１ｆａの分布に偏りがなく、略一様に分布していると言い換えることができる。したがって、たとえば、異屈折率領域１ｆａは、軸方向Ｄｚにおいて略一様に分布していることが好ましい。
　図７は、図６に示すマルチコア光増幅ファイバ４の図６とは別の断面における模式的な断面図である。図７に示す断面は、たとえば、図６に示す断面から、軸方向Ｄｚに、マルチコア光増幅ファイバ４の長さの１％～５％程度の、長さに対して小さい距離だけ移動した位置での断面である。図７に示す断面では、軸方向Ｄｚに少し移動しただけで図６に示す断面とは異屈折率領域１ｆａの存在位置が異なる。このように断面毎に異屈折率領域１ｆａの存在位置が異なってもよい。
　また、同様に、たとえば、異屈折率領域１ｆａは、径方向Ｄｒにおいて略一様に分布していることが好ましい。また、異屈折率領域１ｆａは、各コア部１ａの径方向において略一様に分布していることが好ましい。また、たとえば、異屈折率領域１ｆａは、軸回り方向Ｄｔにおいて略一様に分布していることが好ましい。この場合、軸回り方向Ｄｔにおいて基準角度位置から０度～６０度の範囲での異屈折率領域１ｆａの存在位置と、６０度～１２０度の範囲での異屈折率領域１ｆａの存在位置とが異なってもよい。また、異屈折率領域１ｆａは、各コア部１ａの軸回り方向において略一様に分布していることが好ましい。
　マルチコア光増幅ファイバ４は、公知のマルチコアファイバの製造方法を利用して製造することができる。なお、異屈折率領域１ｆａは、母材に内側クラッド部１ｆとなる部分を作製する際に異屈折率領域１ｆａの構成材料を添加し、熱処理によって凝集させることで形成することができる。
　また、微粒子を用いる方法において、たとえば、異屈折率領域１ｆａを含む微粒子を用いてもよい。
（実施形態５）
　図８は、実施形態５に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図であり、マルチコア光増幅ファイバの軸方向に垂直な断面を示している。マルチコア光増幅ファイバ５は、実施形態４に係るマルチコア光増幅ファイバ４と比較して、内側クラッド部１ｆに、各コア部１ａを取り囲む領域Ｒ１が存在する点で異なる。
　各領域Ｒ１は、各コア部１ａと同心円状の領域であり、取り囲むコア部１ａのコア径のたとえば３倍以上の直径を有し、各コア部１ａに沿って軸方向Ｄｚに伸びている円管状の領域である。そして、この領域Ｒ１には異屈折率領域１ｆａは含まれていない。
　以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ５では、異屈折率領域１ｆａは、マルチコア光増幅ファイバ５の軸方向Ｄｚに直交する断面において、各コア部１ａから、コア径以上離間、たとえばコア径の３倍以上離間した位置に存在する。その結果、マルチコア光増幅ファイバ５では、マルチコア光増幅ファイバ１～４と同様に、励起効率が改善される。さらに、一度異屈折率領域１ｆａによって散乱されてコア部１ａに向かった励起光がコア部１ａの近傍の異屈折率領域によって再度散乱されてしまうことを抑制することができる。また、さらには、異屈折率領域１ｆａが、各コア部１ａから比較的離れているので、各コア部１ａの光伝搬特性に影響を与えることを抑制することもできる。
　マルチコア光増幅ファイバ５は、公知のマルチコアファイバの製造方法を利用して製造することができる。たとえば、スタック法の場合は、コア部１ａとなる部分と領域Ｒ１となる部分を含む７本のガラスロッドであるコアロッドを、内側クラッド部１ｆの一部となるガラス管の中にスタックする。つづいて、コアロッドとガラス管との間の隙間に、異屈折率領域１ｆａを含み、内側クラッド部１ｆの一部となるガラスロッドをスタックし、母材を形成する。つづいて、この母材を線引きし、外側クラッド部１ｃを形成する。また、穿孔法の場合は、内側クラッド部１ｆの一部となる、異屈折率領域１ｆａを含む比較的太径のガラスロッドである母材ロッドに、軸方向に平行に延びる孔を７つ形成し、各孔にコアロッドを挿入し、母材を形成する。つづいて、この母材を線引きし、外側クラッド部１ｃを形成する。なお、異屈折率領域１ｆａは、ガラスロッドに最初から形成されていなくてもよく、たとえば製造工程における熱処理によって、ドーパントを凝集させて形成してもよい。
（実施形態６）
　図９は、実施形態６に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図であり、マルチコア光増幅ファイバの軸方向に垂直な断面を示している。マルチコア光増幅ファイバ６は、実施形態４に係るマルチコア光増幅ファイバ４と比較して、内側クラッド部１ｆに領域Ｒ２、Ｒ３が存在している点で異なる。なお、図９では、異屈折率領域の図示を省略している。
　領域Ｒ２は、内側クラッド部１ｆにおいて、正六角形の角の位置となるように配置されている６個のコア部１ａの中心を通り、軸方向Ｄｚに伸びている円筒状の領域である。領域Ｒ３は、内側クラッド部１ｂにおいて、領域Ｒ２の外周側に位置し、軸方向Ｄｚに伸びている円管状の領域である。領域Ｒ２と領域Ｒ３との境界は、マルチコア光増幅ファイバ６の中心から最も離間したコア部１ａを通る円管状の境界の一例である。なお、境界の軸はマルチコア光増幅ファイバ６の中心である。
　マルチコア光増幅ファイバ６は、境界の内側の領域Ｒ２と、境界の外側の領域Ｒ３とで異屈折率領域の存在密度が異なる。たとえば、領域Ｒ２における存在密度は、領域Ｒ３における存在密度よりも高い。またたとえば、領域Ｒ２における存在密度は、領域Ｒ３における存在密度よりも低い。
　以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ６では、マルチコア光増幅ファイバ１～５と同様に、励起効率が改善される。また、マルチコア光増幅ファイバ６では、コア部１ａが主に存在する領域Ｒ２と、内側クラッド部１ｆの外縁側でスキュー成分が比較的多い領域Ｒ３とで、散乱光の発生の程度を異ならせることができる。たとえば、領域Ｒ２における異屈折率領域の存在密度を高くして、コア部１ａが主に存在する領域Ｒ２で散乱を多数発生させてもよいし、領域Ｒ３における異屈折率領域の存在密度を高くして、スキュー成分の散乱を多数発生させてもよい。各領域における存在密度の設計は、マルチコア光増幅ファイバ６の設計や要求特性に応じて適宜設定することができる。
　マルチコア光増幅ファイバ６は、公知のマルチコアファイバの製造方法を利用して製造することができる。たとえば、穿孔法の場合は、異屈折率領域の存在密度が場所によって異なるように、内側クラッド部１ｆの一部となる母材ロッドを形成する。このような母材ロッドは、たとえばジャケット法によって作製することができる。つづいて、この母材ロッドに、軸方向に平行に延びる孔を７つ形成し、各孔にコアロッドを挿入し、母材を形成する。つづいて、この母材を線引きし、外側クラッド部１ｃを形成する。また、スタック法の場合は、コアロッドを、内側クラッド部１ｆの一部となるガラス管の中にスタックする。つづいて、コアロッドとガラス管との間の隙間に、異屈折率領域を含み、内側クラッド部１ｆの一部となるガラスロッドをスタックし、母材を形成する。この際、スタックする場所に応じて、異屈折率領域の存在密度が異なるガラスロッドを用いることで、異屈折率領域の存在密度が場所によって異なるようにできる。
（実施形態７）
　図１０は、実施形態７に係るマルチコア光増幅ファイバの模式的な断面図であり、マルチコア光増幅ファイバの軸方向に垂直な断面を示している。マルチコア光増幅ファイバ７は、実施形態４に係るマルチコア光増幅ファイバ４と比較して、内側クラッド部１ｆに領域Ｒ４が存在し、領域Ｒ４にのみ異屈折率領域が存在している点で異なる。なお、図１０では、異屈折率領域の図示を省略している。
　各領域Ｒ４は、各コア部１ａと同心円状の領域であり、各コア部に沿って軸方向Ｄｚに伸びている円管状の領域である。各領域Ｒ４は、マルチコア光増幅ファイバ７の軸方向Ｄｚに直交する断面において、各コア部１ａから、コア径以上離間した円環状の領域に存在してもよい。また、異屈折率領域は、マルチコア光増幅ファイバ４の軸方向に直交する断面において、各コア部１ａを格子点とする六方最密格子を規定した場合に、或る格子点を中心とし、格子点間距離の１／２以下の半径の円環状に存在するといえる。格子点間距離は、隣接するコア部１ａの間の中心間距離である。
　以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ７では、マルチコア光増幅ファイバ１～６と同様に、励起効率が改善される。また、マルチコア光増幅ファイバ７では、励起光の再度の散乱を抑制できるとともに、異屈折率領域が各コア部１ａの光伝搬特性に影響を与えることを抑制することができる。また、各コア部１ａに対する領域Ｒ４での異屈折率領域の存在密度を互いに異なる値とすれば、各コア部１ａに対する異屈折率領域の効果を異なる程度に調整できる。
　マルチコア光増幅ファイバ７は、公知のマルチコアファイバの製造方法を利用して製造することができる。たとえば、穿孔法の場合は、母材ロッドに、軸方向に平行に延びる孔を７つ形成し、各孔に、異屈折率領域を含むガラス管に挿入した状態のコアロッドを挿入し、母材を形成する。つづいて、この母材を線引きし、外側クラッド部１ｃを形成する。異屈折率領域を含むガラス管は、図１の異屈折率領域１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅのように、異屈折率領域が同心円状に複数の層を成している構造でもよい。このような異屈折率領域を含むガラス管は、挿入すべき孔よりも太径で作製し、延伸加工することによって相似形に細くして孔に挿入できる程度の外径とできる。したがって、たとえばまずは太径で多層構造にガラス管を形成し、その後延伸加工することで、多層かつ細かな屈折率分布を容易に実現できる。
　なお、マルチコア光増幅ファイバとしてダブルクラッド型のマルチコアＥＤＦを用いて、クラッド励起方式によってコア部に含まれる希土類元素であるエルビウム（Ｅｒ）を光励起する構成において、異屈折率領域を含まない、通常のマルチコア光増幅ファイバのクラッド吸収率は０．０２ｄＢ／ｍ程度である。
　これに対して、マルチコア光増幅ファイバ１～７のいずれを使ってもクラッド吸収率は０．０５ｄＢ／ｍ以上になる。
　ここで、
　クラッド吸収率＝－１０×ｌｏｇ（（マルチコア光増幅ファイバを透過して出てきた励起光パワー（Ｗ））／（マルチコア光増幅ファイバの内側クラッド部に入射した励起光パワー（Ｗ）)）／マルチコア光増幅ファイバの長さ（ｍ）
で計算される。励起光の波長は９７６ｎｍ±２ｎｍである。
（実施形態８）
　図１１は、実施形態８に係るマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示す模式図である。以下、マルチコア光ファイバ増幅器を単に光増幅器と記載する場合がある。光増幅器１００は、７個の光アイソレータ１１０、光ファイバファンイン（FAN　IN）１２０、半導体レーザ１３０、光結合器１４０、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバ１、ポンプストリッパ１５０、光ファイバファンアウト（FAN　OUT）１６０、および７個の光アイソレータ１７０、を備えている。なお、図中「×」の記号は光ファイバの融着接続点を示している。
　光ファイバファンイン１２０は、束ねられた７本のシングルモード光ファイバと、７個のコア部を有する１本のマルチコアファイバとを備えており、結合部において７本のシングルモード光ファイバの各コア部がマルチコアファイバの各コア部に光学結合するように構成されている。なお、７本のシングルモード光ファイバは、たとえばＩＴＵ－ＴＧ．６５２に定義される標準のシングルモード光ファイバであり、それぞれ光アイソレータ１１０が設けられている。光アイソレータ１１０、１７０は矢印が示す方向に光を通過させ、逆方向への光の通過を遮断する。光ファイバファンイン１２０のマルチコアファイバは光結合器１４０に接続されている。なお、束ねられた７本のシングルモード光ファイバおよびマルチコアファイバの光学結合する端面は、反射抑制のため光軸に対して斜めに加工されているが、光軸に対して垂直であってもよい。なお、７個の光アイソレータ１１０、１７０に換えて、複数（本実施形態では７本）のシングルモード光ファイバが集積された構成の光アイソレータを用いてもよい。
　光ファイバファンイン１２０のマルチコアファイバは、マルチコア光増幅ファイバ１と同様に、三角格子状に配置された７個のコア部と、各コア部の外周に位置し、各コア部の最大屈折率よりも屈折率が低いクラッド部とを備えている。光ファイバファンイン１２０の各シングルモード光ファイバに信号光を入力すると、各光アイソレータ１１０は各信号光を通過させ、マルチコアファイバの各コア部は各信号光を伝搬する。
　励起光源である半導体レーザ１３０は、横マルチモード半導体レーザであり、励起光を出力する。励起光の波長は、Ｅｒの９００ｎｍ波長帯における吸収ピークの波長と略同一な９７６ｎｍである。これにより、励起光はエルビウムイオンを光励起できる。半導体レーザ１３０は、マルチモード光ファイバから励起光を出力する。このマルチモード光ファイバは、コア径／クラッド径が例えば１０５μｍ／１２５μｍのステップインデックス型であり、ＮＡが例えば０．１６や０．２２である。
　光結合器１４０は、主光ファイバと、励起光供給用光ファイバとを備えている。主光ファイバは、光ファイバファンイン１２０のマルチコアファイバのコア部と同様に三角格子状に配置された７個のコア部と、各コア部の外周に位置し、各コア部の最大屈折率よりも屈折率が低い内側クラッド部と、内側クラッド部の外周に位置し、内側クラッド部よりも屈折率が低い外側クラッド部とを備えるダブルクラッド型の光ファイバである。コア部と内側クラッド部とは石英系ガラスからなり、外側クラッド部は樹脂からなる。
　励起光供給用光ファイバは、別の一端が半導体レーザ１３０のマルチモード光ファイバと接続された同種のマルチモード光ファイバであり、コア径／クラッド径が例えば１０５μｍ／１２５μｍのステップインデックス型であり、ＮＡが例えば０．１６や０．２２である。励起光供給用光ファイバは、励起光が半導体レーザ１３０から入力され、この励起光を主光ファイバに供給する。内側クラッド部は励起光を伝搬する。
　光結合器１４０の主光ファイバは、一端が光ファイバファンイン１２０のマルチコアファイバに接続されている。マルチコアファイバの各コア部は主光ファイバの各コア部に接続されている。したがって、マルチコアファイバの各コア部を伝搬した各信号光は、主光ファイバに入力すると、各コア部に光学結合する。各コア部は各信号光を伝搬する。励起光と信号光とは、主光ファイバからマルチコア光増幅ファイバ１へと出力される。
　マルチコア光増幅ファイバ１は、一端が光結合器１４０の主光ファイバに接続されている。マルチコア光増幅ファイバ１の各コア部１ａは主光ファイバの各コア部に接続されている。また、マルチコア光増幅ファイバ１の内側クラッド部１ｂは主光ファイバの内側クラッド部に接続されている。したがって、主光ファイバを伝搬した各信号光および励起光は、マルチコア光増幅ファイバ１に入力すると、それぞれ各コア部１ａと内側クラッド部１ｂとを同一方向に伝搬する。励起光は内側クラッド部１ｂを伝搬しながら各コア部１ａ内のＥｒを光励起する。各コア部１ａを伝搬する各信号光はＥｒの誘導放出の作用により光増幅される。マルチコア光増幅ファイバ１は、光増幅された各信号光と、光増幅に寄与しなかった励起光とを出力する。
　ポンプストリッパ１５０は、光増幅に寄与しなかった励起光を排除する公知のデバイスである。ポンプストリッパ１５０は、例えば、７個のコアを有するダブルクラッド型マルチコアファイバの外側クラッドの一部が除去されており、除去された部分の内側クラッド部の表面から励起光を取り出して放熱板などに照射し、吸収させて励起光のエネルギーを熱エネルギーに変換して放熱する構成を有する。ポンプストリッパ１５０はマルチコアファイバによって各信号光を伝搬させるとともに、励起光を、光増幅器１００から出力されても問題の無い程度のパワーまで低減させる。
　光ファイバファンアウト１６０は、光ファイバファンイン１２０と同様に、束ねられた７本のシングルモード光ファイバと、７個のコア部を有する１本のマルチコアファイバとを備えており、結合部において７本のシングルモード光ファイバの各コア部がマルチコアファイバの各コア部に光学結合するように構成されている。各シングルモード光ファイバには、それぞれ光アイソレータ１７０が設けられている。マルチコアファイバはポンプストリッパ１５０に接続されている。なお、束ねられた７本のシングルモード光ファイバおよびマルチコアファイバの光学結合する端面は、反射抑制のため光軸に対して斜めに加工されているが、光軸に対して垂直であってもよい。
　ポンプストリッパ１５０のマルチコアファイバの各コア部から光ファイバファンアウト１６０の各コア部に信号光が入力すると、各信号光は各シングルモード光ファイバの各コア部を伝搬し、光アイソレータ１７０を通って出力する。
　この光増幅器１００は、励起効率が改善されたマルチコア光増幅ファイバ１を用いて光増幅を行うので、同一の増幅特性を得るための半導体レーザ１３０の消費電力を削減できる。なお、マルチコア光増幅ファイバ１のコア部１ａの間の、増幅帯域の或る波長における利得差は、３ｄＢ以下が好ましい。利得差は、マルチコア光増幅ファイバ１の特性、たとえば長さの変更によって調整することができる。
　なお、光増幅器１００において、マルチコア光増幅ファイバ１に換えてマルチコア光増幅ファイバ２～７のいずれかを用いてもよい。
（マルチコア光増幅ファイバの吸収スペクトルの例）
　図１２は、マルチコア光増幅ファイバの吸収スペクトルの一例を示す図であって、或る１つのコア部に関する吸収スペクトルである。図１２に示す例では、吸収ピーク値は約３．１ｄＢ／ｍである。
（実施形態９）
　図１３は、実施形態９に係る光通信システムの構成を示す模式図である。光通信システム１０００は、光送信装置１０１０と、光受信装置１０２０と、実施形態１１に係る光増幅器１００と、１４本のシングルコア光ファイバである光伝送ファイバ１０３１～１０３７、１０４１～１０４７と、を備えている。
　光送信装置１０１０は、７個の送信器１０１１～１０１７を備えている。送信器１０１１～１０１７は、それぞれ、信号光を送信する。７本の光伝送ファイバ１０３１～１０３７は、送信器１０１１～１０１７のそれぞれから出力された信号光を伝送し、光増幅器１００に入力させる。光増幅器１００は、光伝送ファイバ１０３１～１０３７から入力された７つの信号光を一括して光増幅し、７本の光伝送ファイバ１０４１～１０４７のそれぞれに出力する。光伝送ファイバ１０４１～１０４７は、増幅された信号光を伝送し、光受信装置１０２０に入力させる。光受信装置１０２０は、７個の受信器１０２１～１０２７を備えている。受信器１０２１～１０２７は、光伝送ファイバ１０４１～１０４７が伝送した、増幅された信号光を受信し、電気信号に変換する。
　光通信システム１０００は、同一の増幅特性を得るための消費電力が削減された光増幅器１００を用いているので、消費電力が削減された光通信を実現できる。なお、本実施形態では、光伝送ファイバは７本のシングルコア光ファイバであるが、１本の７コア型マルチコアファイバからなる光伝送ファイバを用いてもよい。
　光通信システム１０００が長距離通信システムなどであれば、光増幅器１００をリピータアンプ、プリアンプ、またはブースターアンプとして利用できる。光通信システム１０００がＲＯＡＤＭ（Reconfigurable　Optical　Add/Drop　Multiplexer）を用いたネットワークシステムなどであれば、光増幅器１００を損失補償に利用できる。
　なお、上記実施形態では、マルチコア光増幅ファイバのコア部は希土類元素としてＥｒのみを含むが、Ｅｒ以外の希土類元素、たとえばイッテルビウム（Ｙｂ）のみを含んでいてもよいし、Ｅｒ、Ｙｂの両方を含んでいてもよい。
　また、上記実施形態では、マルチコア光増幅ファイバにおけるコア部は三角格子状に配置されているが、正方格子状に配置されていてもよい。マルチコア光増幅ファイバにおけるコア部の数も、複数であれば特に限定されない。また、上記実施形態では、光増幅ファイバはマルチコア光増幅ファイバであるが、実施形態としては、内側クラッド部に囲まれたコア部を１つだけ有するシングルコア型の光増幅ファイバでもよい。
　また、上記実施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。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。
１、２、３、４、５、６、７　マルチコア光増幅ファイバ
１ａ　　　コア部
１ｂ、１ｄ、１ｅ、１ｆ　　　内側クラッド部
１ｂａ　　　内側領域
１ｃ　　　外側クラッド部
１ｂｂ、１ｂｃ、１ｂｄ、１ｂｅ、１ｄａ、１ｅａ、１ｆａ　　　異屈折率領域
２１　　　母材ロッド
２１ａ、２１ｂ　　　孔
２２　　　コアロッド
２２ａ　　　コア部
２２ｂ　　　クラッド部
２３、３２　　　ガラスロッド
３１　　　ガラス管
３３　　　隙間
１１０、１７０　光アイソレータ
１２０　　　光ファイバファンイン
１３０　　　半導体レーザ
１４０　　　光結合器
１５０　　　ポンプストリッパ
１６０　　　光ファイバファンアウト
１００　　光増幅器
１０００　光通信システム
１０１０　光送信装置
１０２０　光受信装置
１０１１～１０１７　送信器
１０２１～１０２７　受信器
１０３１～１０３７、１０４１～１０４７　光伝送ファイバ
Ｄｒ　　　径方向
Ｄｔ　　　軸回り方向
Ｄｚ　　　軸方向
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４　領域
Ｓ　　　　スキュー成分

Claims (20)

  1. 　希土類元素を添加した少なくとも一つのコア部と、
    　前記少なくとも一つのコア部を取り囲み、各コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する内側クラッド部と、
    　前記内側クラッド部を取り囲み、前記内側クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部と、
    　を備え、前記内側クラッド部は、隣接する領域とは屈折率が異なる異屈折率領域を含む
    　光増幅ファイバ。
  2. 　前記異屈折率領域は、屈折率調整用のドーパントを含む石英ガラスからなり、前記屈折率調整用のドーパントは、フッ素（Ｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、アルカリ金属、塩素（Ｃｌ）、またはアルミニウム（Ａｌ）である
    　請求項１に記載の光増幅ファイバ。
  3. 　前記内側クラッド部には、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において、径方向において前記異屈折率領域の層が２層以上存在する
    　請求項１または２に記載の光増幅ファイバ。
  4. 　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において、前記コア部から、コア径以上離間した位置に存在する
    　請求項１～３のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  5. 　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの中心を軸とした回転対称の位置にある
    　請求項１～４のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  6. 　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において六方最密格子を規定した場合に、その格子点の位置にある
    　請求項１～５のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  7. 　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において六方最密格子を規定した場合に、或る格子点を中心とし、格子点間距離の１／２以下の半径の円環状に存在する
    　請求項１～６のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  8. 　複数の前記異屈折率領域が、前記内側クラッド部内に分散して存在する
    　請求項１に記載の光増幅ファイバ。
  9. 　前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において、前記内側クラッド部の断面積に対する前記複数の異屈折率領域の断面積の総計が０．１％以上３０％以下である
    　請求項８に記載の光増幅ファイバ。
  10. 　前記異屈折率領域の直径は前記内側クラッド部を伝搬する光の波長の１／２０００倍以上２倍以下である
    　請求項８または９に記載の光増幅ファイバ。
  11. 　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面において、前記コア部から、コア径以上離間した円環状の領域に存在する
    　請求項８～１０のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  12. 　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの各コア部の径方向において、略一様に分布している
    　請求項８～１１のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  13. 　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの軸方向において、略一様に分布している
    　請求項８～１２のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  14. 　前記異屈折率領域は、前記光増幅ファイバの各コア部の軸回り方向において、略一様に分布している
    　請求項８～１３のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  15. 　複数の前記コア部を備え、前記複数のコア部のうち、前記光増幅ファイバの中心を軸として前記中心から最も離間したコア部を通る円管状の境界の内側と外側とで、前記異屈折率領域の存在密度が異なる
    　請求項８～１４のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  16. 　前記希土類元素はエルビウムを含む
    　請求項１～１５のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  17. 　励起光の波長を９７６ｎｍ±２ｎｍとし、
    　クラッド吸収率＝－１０×ｌｏｇ（（複数の前記コア部を備える前記光増幅ファイバを透過して出てきた励起光パワー（Ｗ））／（複数の前記コア部を備える前記光増幅ファイバの前記内側クラッド部に入射した励起光パワー（Ｗ））)／前記光増幅ファイバの長さ（ｍ）、
    　と定義した場合に、
    　クラッド吸収率が０．０５ｄＢ／ｍ以上である
    　請求項１～１６のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。
  18. 　請求項１～１７のいずれか一つに記載の光増幅ファイバと、
    　前記光増幅ファイバの前記希土類元素を光励起する励起光を出力する励起光源と、
    　前記励起光を前記内側クラッド部に光学結合させる光結合器と、
    　を備える
    　光ファイバ増幅器。
  19. 　複数の前記コア部を備え、前記複数のコア部の間の利得差が３ｄＢ以下である
    　請求項１８に記載の光ファイバ増幅器。
  20. 　請求項１８または１９に記載の光ファイバ増幅器を備える
    　光通信システム。
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