WO2024201650A1 - 光ファイバ及び光増幅器 - Google Patents

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泰志 坂本
雅樹 和田
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航平 大本
太郎 岩屋
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/032—Optical fibres with cladding with or without a coating with non solid core or cladding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers

Definitions

  • This disclosure relates to optical fibers and optical amplifiers.
  • Non-Patent Document 1 discloses a rare-earth doped fiber in which a rare-earth element is added to the core region in order to amplify the signal light propagating through the core region.
  • pumping light is introduced into the cladding region and excites rare-earth ions in all core regions contained in the rare-earth doped fiber. Therefore, multiple signal lights can be amplified simultaneously with a single pumping light source.
  • the pumping light has a uniform light intensity distribution in the cladding region, and there is pumping light that does not overlap with the core region. Since the pumping light that does not overlap with the core region does not contribute to the amplification of the signal light propagating through the core region, there is a problem in that the pumping efficiency decreases.
  • the present disclosure has been made in consideration of the above problems. Its purpose is to provide an optical fiber and an optical amplifier that can reduce the pumping light that does not overlap the core region and improve the pumping efficiency so that the pumping light contributes to the amplification of the signal light propagating through the core region.
  • an optical fiber comprises a core region doped with rare earth ions, a plurality of holes having a central axis parallel to the central axis of the core region and arranged to surround the core region, and a cladding region arranged to contain the core region and the plurality of holes therein and having a refractive index lower than that of the core region.
  • An optical amplifier includes the optical fiber described above, an excitation light source that emits excitation light that excites rare earth ions, an optical coupler that introduces the signal light and excitation light into one end of the optical fiber, and an optical splitter that splits the signal light from the light output from the other end of the optical fiber.
  • the present disclosure it is possible to reduce the amount of pump light that does not overlap the core region, thereby improving pump efficiency, so that the pump light contributes to the amplification of the signal light propagating through the core region.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an optical fiber according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of an optical fiber according to a modified example of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the intensity distribution of pump light in an optical fiber that does not include holes.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the intensity distribution of excitation light in an optical fiber according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the intensity distribution of excitation light when the contribution of the photonic crystal structure is taken into account in an optical fiber according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical amplifier according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an optical fiber according to an embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view showing the structure of an optical fiber according to a modified example of the present disclosure.
  • Figs. 1 and 2 show cross-sectional views of a cross section perpendicular to the extending direction (direction of the central axis) of the optical fiber FB.
  • the optical fiber FB includes a core region 10, holes 20, and a cladding region 30.
  • the core region 10 is doped with rare earth ions.
  • rare earth ions that may be doped into the core region 10 of the optical fiber FB include, but are not limited to, Er 3+ , Pr 3+ , Tm 3+ , Yb 3+ , Nd 3+ , and Dy 3+ .
  • the rare earth ions are selected according to the band of the signal light to be amplified. Multiple types of rare earth ions may be doped.
  • the number and arrangement of the core regions 10 in the optical fiber FB are not limited to the examples shown in Figs. 1 and 2.
  • the optical fiber FB may have any number of core regions 10.
  • the multiple core regions 10 may be arranged in a circular ring shape, or in a square or hexagonal close-packed arrangement.
  • the air holes 20 have a central axis parallel to the central axis of the core region 10 and are arranged to surround the core region 10.
  • a plurality of air holes 20 are arranged in the optical fiber FB.
  • a photonic crystal structure can be obtained by regularly arranging the air holes 20 in the cladding region 30.
  • FIG. 1 shows a 54-hole structure as the photonic crystal structure, in which seven holes near the center of a row of hexagonally close-packed holes 20 are missing.
  • FIG. 2 shows a 54-hole structure as the photonic crystal structure, in which one hole near the center of a row of hexagonally close-packed holes 20 is missing.
  • the photonic crystal structure is not limited to the examples given here, and may be a hexagonally close-packed or square arrangement.
  • an excitation light guide region RA is formed near the core region 10.
  • the excitation light guide region RA is a part of the cladding region 30, and is a region surrounded by the air holes 20.
  • the photonic crystal structure limits the mode of the excitation light propagating in the excitation light guide region RA.
  • rare earth ions can be excited in all of the core regions 10 arranged in the excitation light guide region RA.
  • the pumping light can be concentrated in the pumping light guide region RA so that the pumping light contributes to the amplification of the signal light propagating through the core region 10.
  • the pumping light that does not overlap the core region 10 can be reduced, and the pumping efficiency by the optical fiber FB can be improved.
  • the diameter of each air hole 20 may be 2 ⁇ m or more. This is because if the diameter of the air hole 20 were shorter than the wavelength of the light passing through the optical fiber FB, the air hole 20 itself would scatter the light passing through the optical fiber FB, increasing the scattering loss. Furthermore, the diameter of the air hole 20 is set to 2 ⁇ m or more in consideration of the controllability of the air hole 20 when forming the optical fiber FB by performing the drawing process (drawing) in which the base material is heated and stretched.
  • the refractive index of the holes 20 may be lower than the refractive index of the cladding region 30. This prevents a decrease in the coupling efficiency (optical amplification efficiency) between the excitation light and the signal light.
  • the cladding region 30 is arranged so as to include the core region 10 and the multiple holes 20 therein, and has a lower refractive index than the core region 10.
  • the core region 10 and the above-mentioned excitation light guide region RA are arranged near the center of the cladding region 30.
  • Fig. 3 is a schematic diagram showing the intensity distribution of pump light in an optical fiber without holes.
  • Fig. 4 is a schematic diagram showing the intensity distribution of pump light in an optical fiber according to an embodiment of the present disclosure.
  • the intensity distribution of the excitation light EL is shown on a straight line along the radial direction of the optical fiber FB.
  • the intensity distribution of the signal light SL is also shown.
  • the pumping light EL spreads throughout the cladding region 30, resulting in pumping light EL that does not overlap with the core region.
  • the pumping light EL that does not overlap with the core region does not contribute to the amplification of the signal light SL propagating through the core region, resulting in reduced pumping efficiency.
  • the pumping light EL is concentrated in the pumping light guide region RA. Therefore, the pumping light EL that does not overlap with the core region 10 is reduced. As a result, the pumping light EL contributes to the amplification of the signal light SL propagating through the core region 10, and the pumping efficiency by the optical fiber FB is improved.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the intensity distribution of the excitation light EL when the contribution of the photonic crystal structure is taken into account in an optical fiber according to an embodiment of the present disclosure.
  • the photonic crystal structure limits the number of modes of the excitation light EL, making it possible to increase the intensity of the excitation light EL in the core region.
  • the pump light EL propagates in the fundamental mode, but the number of modes of the pump light EL may be two or more, i.e., a multimode state.
  • the signal light SL is coupled between the cores.
  • the gain deviation between the cores caused by the non-uniform intensity distribution of the pump light EL can be averaged.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of an optical amplifier according to an embodiment of the present disclosure.
  • the optical amplifier AP includes a pumping light source LD, an isolator TS1, an optical coupler PC, the optical fiber FB described in the above embodiment, and an isolator TS2.
  • the excitation light source LD emits excitation light.
  • the excitation light is light that excites the rare earth ions added to the optical fiber FB.
  • the isolator TS1 introduces the excitation light from the excitation light source LD to the optical coupler PC.
  • the isolator TS1 blocks the light traveling from the optical coupler PC to the excitation light source LD.
  • the optical coupler PC introduces the signal light and the pumping light into one end of the optical fiber FB.
  • the optical coupler PC introduces the signal light into the core region 10 of the optical fiber FB, and introduces the pumping light into the pumping light guide region RA of the cladding region 30, which is surrounded by holes 20.
  • the optical coupler PC may be provided with a position adjustment mechanism (not shown) that adjusts the position at which the excitation light is introduced into the excitation light guide region RA.
  • the position adjustment mechanism may control the position in the cross section of the excitation light guide region RA where the excitation light is coupled, and excite a predetermined number of modes of the excitation light.
  • the signal light input to one end of the optical fiber FB together with the pump light is amplified while traveling through the optical fiber FB and is output from the other end of the optical fiber FB.
  • the isolator TS2 (optical splitter) splits the signal light from the light output from the other end of the optical fiber FB.
  • the split signal light is introduced into the output optical fiber B2.
  • the isolator TS2 blocks the pump light traveling from the optical fiber FB to the output optical fiber B2.
  • the optical fiber according to this embodiment comprises a core region doped with rare earth ions, a plurality of holes having a central axis parallel to the central axis of the core region and arranged so as to surround the core region, and a cladding region arranged so as to contain the core region and the plurality of holes therein, and having a refractive index lower than that of the core region.
  • the optical fiber according to this embodiment may have a photonic crystal structure in which a plurality of holes are regularly arranged in a cross section perpendicular to the central axis of the core region.
  • the photonic crystal structure limits the mode of the excitation light propagating in the excitation light waveguide region. In particular, since the excitation light propagates in a limited mode in the excitation light waveguide region, rare earth ions can be excited in all of the core regions arranged in the excitation light waveguide region.
  • the pump light can be concentrated in the pump light guide region so that the pump light contributes to the amplification of the signal light propagating through the core region. As a result, the amount of pump light that does not overlap the core region can be reduced, improving the pumping efficiency of the optical fiber.
  • the optical fiber according to this embodiment may have a plurality of holes arranged in a square or hexagonal close-packed arrangement in a cross section perpendicular to the central axis of the core region. This makes it possible to effectively concentrate the excitation light in the excitation light guide region. As a result, the excitation light that does not overlap the core region can be reduced, and the excitation efficiency of the optical fiber can be improved.
  • the diameter of each air hole may be 2 ⁇ m or more. This suppresses the air holes themselves from scattering the light passing through the optical fiber, and prevents the installation of air holes from increasing scattering loss. Furthermore, the controllability of the air holes can be maintained during the elongation process in which the base material is heated and elongated.
  • the refractive index of the air holes may be lower than the refractive index of the cladding region. This prevents a decrease in the coupling efficiency (optical amplification efficiency) with the signal light in the optical fiber having air holes.
  • the optical amplifier according to this embodiment includes the optical fiber described above, an excitation light source that emits excitation light that excites rare earth ions, an optical coupler that introduces signal light and excitation light into one end of the optical fiber, and an optical splitter that splits the signal light from the light output from the other end of the optical fiber. This makes it possible to amplify with high efficiency the signal light input to one end of the optical fiber together with the excitation light.
  • the optical coupler may introduce the signal light into the core region and introduce the pump light into a pump light guide region in the cladding region that is surrounded by holes. This makes it possible to increase the intensity of the pump light in the core region. Furthermore, the position in the cross section of the pump light guide region where the pump light is coupled can be controlled, making it possible to excite a predetermined number of modes of the pump light. Furthermore, it is possible to average out the gain deviation between cores caused by the non-uniform intensity distribution of the pump light.

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Abstract

光ファイバは、希土類イオンを添加したコア領域と、コア領域の中心軸に対して平行な中心軸を有し、コア領域を囲むように配置された複数の空孔と、コア領域及び複数の空孔を内部に含むように配置され、コア領域よりも低い屈折率を有するクラッド領域と、を備える。

Description

光ファイバ及び光増幅器
　本開示は、光ファイバ及び光増幅器に関する。
　非特許文献１には、コア領域を伝搬する信号光を増幅させるために、コア領域に希土類元素を添加した希土類添加ファイバが開示されている。クラッド励起型の希土類添加ファイバにおいて、励起光はクラッド領域に導入され、希土類添加ファイバに内包されるすべてのコア領域にて希土類イオンを励起する。そのため、１台の励起光の光源で複数の信号光を一括で増幅することができる。
　非特許文献１に開示される光ファイバによれば、励起光はクラッド領域内で均一な光強度分布となってしまい、コア領域にオーバーラップしない励起光が存在する。コア領域にオーバーラップしない励起光はコア領域を伝搬する信号光の増幅に寄与しないため、励起効率が低下してしまうという問題がある。
　本開示は、上記問題に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、コア領域を伝搬する信号光の増幅に励起光が寄与するよう、コア領域にオーバーラップしない励起光を減少させ、励起効率を向上させることが可能な、光ファイバ及び光増幅器を提供することにある。
　上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係る光ファイバは、希土類イオンを添加したコア領域と、コア領域の中心軸に対して平行な中心軸を有し、コア領域を囲むように配置された複数の空孔と、コア領域及び複数の空孔を内部に含むように配置され、コア領域よりも低い屈折率を有するクラッド領域と、を備える。
　本開示の一態様に係る光増幅器は、上述の光ファイバと、希土類イオンを励起させる励起光を出射する励起光源と、信号光及び励起光を光ファイバの一端に導入する光結合器と、光ファイバの他端から出力される光から信号光を分波する光分波器と、を備える。
　本開示によれば、コア領域を伝搬する信号光の増幅に励起光が寄与するよう、コア領域にオーバーラップしない励起光を減少させ、励起効率を向上させることができる。
図１は、本開示の実施形態に係る光ファイバの構造を示す断面図である。 図２は、本開示の変形例に係る光ファイバの構造を示す断面図である。 図３は、空孔を含まない場合における、光ファイバ内の励起光の強度分布を示す模式図である。 図４は、本開示の実施形態に係る光ファイバ内の励起光の強度分布を示す模式図である。 図５は、本開示の実施形態に係る光ファイバ内において、フォトニッククリスタル構造の寄与を考慮した場合の励起光の強度分布を示す模式図である。 図６は、本開示の実施形態に係る光増幅器の構成を示す模式図である。
　次に、図面を参照して、本開示の実施の形態を詳細に説明する。説明において、同一のものには同一符号を付して重複説明を省略する。
　［光ファイバの構成］
　図１は、本開示の実施形態に係る光ファイバの構造を示す断面図である。図２は、本開示の変形例に係る光ファイバの構造を示す断面図である。図１，２では、光ファイバＦＢの延在する方向（中心軸の方向）に直交する断面での断面図が示されている。光ファイバＦＢは、コア領域１０と、空孔２０と、クラッド領域３０と、を備える。
　コア領域１０は、希土類イオンが添加されている。光ファイバＦＢのコア領域１０に添加される希土類イオンとしては、Ｅｒ３＋，Ｐｒ３＋，Ｔｍ３＋，Ｙｂ３＋，Ｎｄ３＋，Ｄｙ３＋などがあるがこれらに限らない。増幅したい信号光の帯域に応じて希土類イオンを選択する。複数種類の希土類イオンを添加してもよい。
　なお、光ファイバＦＢが有するコア領域１０の数、及び、配置は、図１，２に示す例に限定されない。例えば、光ファイバＦＢは、任意の個数のコア領域１０を有するものであってもよい。また、光ファイバＦＢにおいて、複数のコア領域１０は、円環状に配置されていてもよいし、正方配置あるいは六方最密配置で配置されていてもよい。
　空孔２０は、コア領域１０の中心軸に対して平行な中心軸を有し、コア領域１０を囲むように配置される。空孔２０は、光ファイバＦＢに複数配置される。クラッド領域３０に空孔２０を規則的に配置することでフォトニッククリスタル構造を得ることができる。
　なお、図１では、フォトニッククリスタル構造として、六方最密配置の空孔２０の列から中心付近の７孔分を欠乏させた５４孔構造が示されている。また、図２では、フォトニッククリスタル構造として、六方最密配置の空孔２０の列から中心付近の１孔分を欠乏させた５４孔構造が示されている。フォトニッククリスタル構造は、ここに挙げた例に限定されず、六方最密配置であってもよいし、正方配置であってもよい。
　コア領域１０を囲むようにコア領域１０が配置されることで、コア領域１０の付近に励起光導波領域ＲＡが形成される。励起光導波領域ＲＡは、クラッド領域３０の一部であって、空孔２０によって囲まれた領域である。
　フォトニッククリスタル構造により、励起光導波領域ＲＡを伝搬する励起光のモードが限定される。特に、励起光導波領域ＲＡにおいて限定されたモードで励起光が伝搬するため、励起光導波領域ＲＡに配置されている全てのコア領域１０において、希土類イオンを励起することができる。
　さらに、光ファイバＦＢの設計段階でフォトニッククリスタル構造を適宜変更することで、光ファイバＦＢ内での電界強度分布を選択することができる。つまり、コア領域１０を伝搬する信号光の増幅に励起光が寄与するよう、励起光導波領域ＲＡに励起光を集中させることができる。その結果、コア領域１０にオーバーラップしない励起光を減少させ、光ファイバＦＢによる励起効率を向上させることができる。
　なお、１つの空孔２０の直径は２μｍ以上であってもよい。これは、空孔２０の直径が光ファイバＦＢを通過する光の波長よりも短くなってしまうと、空孔２０自体が光ファイバＦＢを通過する光を散乱してしまい、散乱損失が増大してしまうためである。さらに、母材を加熱して引き延ばす延伸工程（線引き）を行って光ファイバＦＢを形成する際の、空孔２０の制御性を考慮して、空孔２０の直径を２μｍ以上としている。
　また、空孔２０の屈折率は、クラッド領域３０の屈折率よりも低いものであってもよい。これにより、励起光の信号光との結合効率（光増幅効率）が低下することが抑制される。
　クラッド領域３０は、コア領域１０及び複数の空孔２０を内部に含むように配置され、コア領域１０よりも低い屈折率を有する。なお、コア領域１０及び上述の励起光導波領域ＲＡは、クラッド領域３０の中心付近に配置される。
　［励起光の分布］
　次に、クラッド領域３０における空孔２０の配置の有無に起因する励起光の分布の変化を説明する。図３は、空孔を含まない場合における、光ファイバ内の励起光の強度分布を示す模式図である。図４は、本開示の実施形態に係る光ファイバ内の励起光の強度分布を示す模式図である。
　図３，４は、いずれも、光ファイバＦＢの径方向に沿った直線上での励起光ＥＬの強度分布が示されている。参考のため、信号光ＳＬの強度分布も合わせて示されている。
　図３に示されるように、空孔２０が配置されていないクラッド領域３０では、励起光ＥＬがクラッド領域３０の全体に広がってしまい、コア領域にオーバーラップしない励起光ＥＬが生じる。コア領域にオーバーラップしない励起光ＥＬはコア領域を伝搬する信号光ＳＬの増幅に寄与しないため、励起効率が低下してしまう。
　一方、図４に示されるように、空孔２０が配置されているクラッド領域３０では、励起光ＥＬが励起光導波領域ＲＡに集中する。そのため、コア領域１０にオーバーラップしない励起光ＥＬは減少する。その結果、コア領域１０を伝搬する信号光ＳＬの増幅に励起光ＥＬが寄与するようになり、光ファイバＦＢによる励起効率が向上する。
　図５は、本開示の実施形態に係る光ファイバ内において、フォトニッククリスタル構造の寄与を考慮した場合の励起光ＥＬの強度分布を示す模式図である。フォトニッククリスタル構造により励起光ＥＬのモード数が限定され、コア領域における励起光ＥＬの強度を増加させることができる。
　なお、図５では、一例として励起光ＥＬが基本モードで伝搬する例を示したが、励起光ＥＬのモード数は２以上のマルチモード状態でも構わない。なお、コア領域１０の間の距離を２５μｍ以下にすることで、信号光ＳＬはコア間で結合する。その結果、励起光ＥＬの不均一な強度分布に起因するコア間の利得偏差を平均化することができる。
　［光増幅器の構成］
　次に、上述した実施形態で説明した光ファイバＦＢを用いた光増幅器ＡＰを説明する。図６は、本開示の実施形態に係る光増幅器の構成を示す模式図である。光増幅器ＡＰは、励起光源ＬＤと、アイソレータＴＳ１と、光結合器ＰＣと、上述した実施形態で説明した光ファイバＦＢと、アイソレータＴＳ２と、を備える。
　励起光源ＬＤは、励起光を出射する。励起光は光ファイバＦＢに添加された希土類イオンを励起する光である。
　アイソレータＴＳ１は、励起光源ＬＤからの励起光を光結合器ＰＣに導入する。なお、アイソレータＴＳ１は、光結合器ＰＣから励起光源ＬＤに向かう光を遮断する。
　光結合器ＰＣは、信号光及び励起光を光ファイバＦＢの一端に導入する。なお、光結合器ＰＣは、信号光を光ファイバＦＢのコア領域１０に導入し、励起光を、クラッド領域３０のうち、空孔２０によって囲まれた励起光導波領域ＲＡに導入する。
　光結合器ＰＣは、励起光が励起光導波領域ＲＡに導入される位置を調整する位置調整機構（不図示）を備えるものであってもよい。位置調整機構は、励起光が結合する励起光導波領域ＲＡの断面内の位置を制御し、所定の励起光のモード数を励振するものであってもよい。
　励起光と共に光ファイバＦＢの一端に入力された信号光は、光ファイバＦＢを伝達する間に増幅され、光ファイバＦＢの他端から出射される。
　アイソレータＴＳ２（光分波器）は、光ファイバＦＢの他端から出力される光から信号光を分波する。分波された信号光は、出力側光ファイバＢ２に導入される。なお、アイソレータＴＳ２は、光ファイバＦＢから出力側光ファイバＢ２に向かう励起光を遮断する。
　［実施形態の効果］
　以上詳細に説明したように、本実施形態に係る光ファイバは、希土類イオンを添加したコア領域と、コア領域の中心軸に対して平行な中心軸を有し、コア領域を囲むように配置された複数の空孔と、コア領域及び複数の空孔を内部に含むように配置され、コア領域よりも低い屈折率を有するクラッド領域と、を備える。
　これにより、コア領域を伝搬する信号光の増幅に励起光が寄与するよう、コア領域にオーバーラップしない励起光を減少させ、励起効率を向上させることができる。
　また、本実施形態に係る光ファイバは、コア領域の中心軸に垂直な断面において、複数の空孔が規則的に配置されてフォトニッククリスタル構造を形成しているものであってもよい。フォトニッククリスタル構造により、励起光導波領域を伝搬する励起光のモードが限定される。特に、励起光導波領域において限定されたモードで励起光が伝搬するため、励起光導波領域に配置されている全てのコア領域において、希土類イオンを励起することができる。
　さらに、光ファイバの設計段階でフォトニッククリスタル構造を適宜変更することで、光ファイバ内での電界強度分布を選択することができる。つまり、コア領域を伝搬する信号光の増幅に励起光が寄与するよう、励起光導波領域に励起光を集中させることができる。その結果、コア領域にオーバーラップしない励起光を減少させ、光ファイバによる励起効率を向上させることができる。
　さらに、本実施形態に係る光ファイバは、コア領域の中心軸に垂直な断面において、複数の空孔が正方配置又は六方最密配置されているものであってもよい。これにより、効果的に、励起光導波領域に励起光を集中させることができる。その結果、コア領域にオーバーラップしない励起光を減少させ、光ファイバによる励起効率を向上させることができる。
　また、本実施形態に係る光ファイバにおいて、１つの空孔の直径は２μｍ以上であってもよい。これにより、空孔自体が光ファイバを通過する光を散乱することが抑制され、空孔の設置によって散乱損失が増加することを防ぐことができる。さらに、母材を加熱して引き延ばす延伸工程における、空孔の制御性を維持できる。
　さらに、本実施形態に係る光ファイバにおいて、空孔の屈折率はクラッド領域の屈折率よりも低いものであってもよい。これにより、空孔を有する光ファイバにおける、信号光との結合効率（光増幅効率）が低下することが抑制される。
　また、本実施形態に係る光増幅器は、上述の光ファイバと、希土類イオンを励起させる励起光を出射する励起光源と、信号光及び励起光を光ファイバの一端に導入する光結合器と、光ファイバの他端から出力される光から信号光を分波する光分波器と、を備える。これにより、励起光と共に光ファイバの一端に入力された信号光を高効率で増幅することができる。
　さらに、本実施形態に係る光増幅器において、光結合器は、信号光をコア領域に導入し、励起光を、クラッド領域のうち、空孔によって囲まれた励起光導波領域に導入するものであってもよい。これにより、コア領域における励起光の強度を増加させることができる。さらには、励起光が結合する励起光導波領域の断面内の位置が制御され、所定の励起光のモード数を励振することができる。そして、励起光の不均一な強度分布に起因するコア間の利得偏差を平均化することができる。
　以上、実施形態に沿って本開示の内容を説明したが、本開示はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。この開示の一部をなす論述および図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
　本開示はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本開示の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
　１０　　コア領域
　２０　　空孔
　３０　　クラッド領域
　ＲＡ　　励起光導波領域
　ＡＰ　　光増幅器
　Ｂ１　　入力側光ファイバ
　Ｂ２　　出力側光ファイバ
　ＦＢ　　光ファイバ
　ＬＤ　　励起光源
　ＰＣ　　光結合器
　ＴＳ１，ＴＳ２　アイソレータ（光分波器）

Claims (7)

  1. 　希土類イオンを添加したコア領域と、
    　前記コア領域の中心軸に対して平行な中心軸を有し、前記コア領域を囲むように配置された複数の空孔と、
    　前記コア領域及び複数の前記空孔を内部に含むように配置され、前記コア領域よりも低い屈折率を有するクラッド領域と、
    を備える光ファイバ。
  2. 　前記コア領域の中心軸に垂直な断面において、複数の前記空孔は、規則的に配置されてフォトニッククリスタル構造を形成している、請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記断面において、複数の前記空孔は、正方配置又は六方最密配置されている、請求項２に記載の光ファイバ。
  4. 　１つの前記空孔の直径は２μｍ以上である、請求項１に記載の光ファイバ。
  5. 　前記空孔の屈折率は前記クラッド領域の屈折率よりも低い、請求項１に記載の光ファイバ。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の光ファイバと、
    　前記希土類イオンを励起させる励起光を出射する励起光源と、
    　信号光及び前記励起光を前記光ファイバの一端に導入する光結合器と、
    　前記光ファイバの他端から出力される光から前記信号光を分波する光分波器と、
    を備える光増幅器。
  7. 　前記光結合器は、
    　　前記信号光を前記コア領域に導入し、
    　　前記励起光を、前記クラッド領域のうち、前記空孔によって囲まれた励起光導波領域に導入する、請求項６に記載の光増幅器。
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