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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-171296(P2016-171296A)
(43)【公開日】2016年9月23日
(54)【発明の名称】増幅用光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器
(51)【国際特許分類】
H01S 3/10 20060101AFI20160826BHJP
H01S 3/067 20060101ALI20160826BHJP
G02B 6/036 20060101ALI20160826BHJP
【ＦＩ】
H01S3/10 D
H01S3/067
G02B6/036 301
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2015-161365(P2015-161365)
(22)【出願日】2015年8月18日
(31)【優先権主張番号】特願2015-46331(P2015-46331)
(32)【優先日】2015年3月9日
(33)【優先権主張国】JP
【新規性喪失の例外の表示】申請有り
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、国立研究開発法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／革新的光通信インフラの研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(71)【出願人】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】505127721
【氏名又は名称】公立大学法人大阪府立大学
(74)【代理人】
【識別番号】100143764
【弁理士】
【氏名又は名称】森村 靖男
(74)【代理人】
【識別番号】100129296
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 博昭
(72)【発明者】
【氏名】細川 宰
(72)【発明者】
【氏名】市井 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】竹永 勝宏
(72)【発明者】
【氏名】松尾 昌一郎
(72)【発明者】
【氏名】小野 浩孝
(72)【発明者】
【氏名】山田 誠
【テーマコード（参考）】
2H150
5F172
【Ｆターム（参考）】
2H150AB04
2H150AB05
2H150AB10
2H150AD03
2H150AD13
2H150AD15
2H150AD22
2H150AD33
2H150AD34
2H150AE15
2H150AE29
2H150AH33
2H150AH50
5F172AF03
5F172AM02
5F172AM03
5F172AM04
5F172AM08
5F172BB23
5F172BB88
5F172BB94
(57)【要約】
【課題】 ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を容易に抑制することができる増幅用光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】 増幅用光ファイバは、内側コア１１ｉと、内側コア１１ｉの外周面を囲む外側コア１１ｏとを有するコアを備える。内側コア１１ｉのクラッド１２に対する比屈折率差Δnciは、外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差Δncoよりも小さく、外側コア１１ｏの全体にエルビウムが添加され、ＬＰ１１モードの光の理論カットオフ波長は１５６５ｎｍ以上とされ、ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下とされ、ＬＰ０２モードの光の理論カットオフ波長が９８０ｎｍ以下とされる。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内側コアと、前記内側コアの外周面を囲む外側コアとを有するコアを備え、
前記内側コアのクラッドに対する比屈折率差は、前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差よりも小さく、
前記外側コアの全体にエルビウムが添加され、
ＬＰ１１モードの光の理論カットオフ波長は１５６５ｎｍ以上とされ、
ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下とされ、
ＬＰ０２モードの光の理論カットオフ波長が９８０ｎｍ以下とされる
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
前記内側コアのクラッドに対する比屈折率差は、前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差よりも小さく、
前記外側コアの全体にエルビウムが添加され、
ＬＰ１１モードの光の理論カットオフ波長は１５６５ｎｍ以上とされ、
ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下とされ、
ＬＰ０２モードの光の理論カットオフ波長が９８０ｎｍ以下とされる
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項2】
前記内側コアの直径をＤ１とし、前記外側コアの外径をＤ２とする場合にＤ１／Ｄ２が０．５以上とされ、
前記内側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔnciとし、前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔncoとする場合に、Δnci／Δncoが０．１以下とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の増幅用光ファイバ。
前記内側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔnciとし、前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔncoとする場合に、Δnci／Δncoが０．１以下とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の増幅用光ファイバ。
【請求項3】
Ｄ１／Ｄ２が０．６以上とされる
ことを特徴とする請求項２に記載の増幅用光ファイバ。
ことを特徴とする請求項２に記載の増幅用光ファイバ。
【請求項4】
Ｄ１／Ｄ２が０．８以下とされる
ことを特徴とする請求項２または３に記載の増幅用光ファイバ。
ことを特徴とする請求項２または３に記載の増幅用光ファイバ。
【請求項5】
Δnci／Δncoが０以上とされる
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の増幅用光ファイバ。
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の増幅用光ファイバ。
【請求項6】
ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１４３０ｎｍ以上とされる
ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の増幅用光ファイバ。
ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の増幅用光ファイバ。
【請求項7】
ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１４５０ｎｍ以上とされる
ことを特徴とする請求項６に記載の増幅用光ファイバ。
ことを特徴とする請求項６に記載の増幅用光ファイバ。
【請求項8】
請求項１から７のいずれか１項に記載の増幅用光ファイバと、
前記コアに入射する波長９８０ｎｍ帯の励起光を出射する励起光源と、
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
前記コアに入射する波長９８０ｎｍ帯の励起光を出射する励起光源と、
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光通信に用いられる増幅用光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器に関し、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を抑制する場合に好適なものである。
【背景技術】
【0002】
光通信では、光ファイバを伝搬する光に信号を重畳させて通信を行う。このような光通信で１つのコアで伝送する情報量を多くするため、信号光におけるＬＰ０１モード（基本モード）の光に情報を重畳させると共に、ＬＰ１１モードの光に情報を重畳させて情報通信を行うフューモード通信が知られている。従って、光ファイバ増幅器を用いて光ファイバを伝搬する信号光を増幅する場合、ＬＰ０１モードの光とＬＰ０２モードの光の双方を増幅する必要がある。
【0003】
下記非特許文献１には、このような増幅用光ファイバが記載されている。下記非特許文献１に記載の増幅用光ファイバは、コアの屈折率がステップ型、すなわちコア内の屈折率が径方向で一定とされる。また、コアにはエルビウムが添加されており、エルビウムの濃度はコア内で一定とされている。しかし、このような増幅用光ファイバを用いて光を増幅する場合、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得とで差が生じる傾向がある。
【0004】
そこで、下記非特許文献２には、このような利得差を抑制することを目的とする増幅用光ファイバが記載されている。下記非特許文献２に記載の増幅用光ファイバは、コアの屈折率分布が非特許文献１の増幅用光ファイバと同様とされるが、エルビウムはコアの中心軸を含む中心側領域で非添加とされ、当該中心側領域を囲む外周側領域にエルビウムが添加されている。こうして、エルビウムが添加されている領域を伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーとを揃えて、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得とを揃える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Ｙ． Ｙｕｎｇ ｅｔ ａｌ．， “Ｆｉｒｓｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ，” Ｐｒｏｃ． ＥＣＯＣ‘１１， Ｔｈ．１３．Ｋ４ （２０１１）
【非特許文献2】Ｇ． Ｌｅ Ｃｏｃｑ ｅｔ ａｌ．， “Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｗ−ｍｏｄｅ ＥＤＦＡ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｆｏｕｒ ｍｏｄｅ ｇｒｏｕｐｓ ｆｏｒ ｍｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，” Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ ２０， ２７０５１−２７０６１ （２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上記非特許文献２に記載の増幅用光ファイバであっても、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とで利得が変わる場合がある。この様にそれぞれのモードの光で利得が異なることは、エルビウムが添加されている領域において、エルビウムの励起度が一定ではないことが原因となっている。エルビウムを励起する励起光は、増幅用光ファイバにおいて多数モードの光としてコアを伝搬する。このため、コアにおけるエルビウムが添加されている領域において、励起光のパワーは一定に分布しない。従って、エルビウムが添加されている領域において、エルビウムの反転分布は一定では無い。このように励起状態とされたエルビウムの分布が偏在することで、エルビウムが添加された領域を伝搬する信号光のＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーとが同じであっても、上記のようにＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とで利得が変わるのである。
【0007】
したがって、増幅用光ファイバを伝搬する励起光のそれぞれのモードの光のパワーを調整する、すなわち励起光におけるそれぞれのモードの励振比を調整することが重要となる。しかし、励振比を調整するには複雑な光学系が必要であることが知られており、モードの数が多いとより複雑な光学系が必要となる。このため、励起光のモードの数を減らして、信号光のＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を容易に抑制したいという要請がある。
【0008】
そこで、本発明は、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を容易に抑制することができる増幅用光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、本発明は、内側コアと、前記内側コアの外周面を囲む外側コアとを有するコアを備える増幅用光ファイバであり、以下を特徴とする。
【0010】
すなわち、前記内側コアのクラッドに対する比屈折率差は、前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差よりも小さく、前記外側コアの全体にエルビウムが添加され、ＬＰ１１モードの光の理論カットオフ波長は１５６５ｎｍ以上とされ、ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下とされ、ＬＰ０２モードの光の理論カットオフ波長が９８０ｎｍ以下とされる。
【0011】
以上を特徴とする本発明の増幅用光ファイバによれば、波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍにおける帯域、すなわちＣバンド帯において、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光を増幅することができる。従って、本増幅用光ファイバは信号光がＣバンド帯であるフューモード通信用の光ファイバ増幅器に用いることができる。
【0012】
また、内側コアのクラッドに対する比屈折率差が外側コアのクラッドに対する比屈折率差よりも小さいため、ＬＰ０１モードの光のパワーを外側コアよりに偏在させることができる。しかも、外側コアにエルビウムが添加されているため、コアを信号光が伝搬する場合に、コアのエルビウムが添加されている領域を伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーの差を小さくすることができる。また、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長が９８０ｎｍ以下であるため、エルビウムを励起する励起光がコアを伝搬する場合に、当該励起光のモードをＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード及びＬＰ３１モードに限定することができる。上記非特許文献２の励起光のモードは６モード存在することと比べると、励起光のモード数を少なくすることができる。従って、信号光におけるＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得とが等しくなるように、上記４つのモードの光の励振比を制御すれば良い。従って、本発明の増幅用光ファイバによれば、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を容易に抑制することができる。
【0013】
また、前記内側コアの直径をＤ１とし、前記外側コアの外径をＤ２とする場合にＤ１／Ｄ２が０．５以上とされ、前記内側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔnciとし、前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔncoとする場合に、Δnci／Δncoが０．１以下とされることが好ましい。
【0014】
コアがこのように構成されることで、適宜ＬＰ２1モードの光のカットオフ波長が所定の範囲において、外側コアを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーとを概ね揃えることができる。また、ＬＰ０２モードの光の理論カットオフ波長をより適切に９８０ｎｍ以下とすることができる。なお、内側コア、外側コアの定義よりＤ１／Ｄ２が１より小さいことは自明である。
【0015】
この場合、Ｄ１／Ｄ２が０．６以上とされることがより好ましい。
【0016】
Ｄ１／Ｄ２が０．６以上とされることで、外側コアを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーの差を略ゼロとすることができる。
【0017】
またこれらの場合、Ｄ１／Ｄ２が０．８以下とされることが好ましい。
【0018】
Ｄ１／Ｄ２が０．８より大きな領域では、信号光のＬＰ０１モードの光のうち外側コアを伝搬するパワーの総和と、信号光のＬＰ１１モードの光のうち外側コアを伝搬するパワーの総和との差は、０．８以下と比べて大きく変化することが無い。一方、Ｄ１／Ｄ２が０．８以下であれば、信号光におけるＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得が低減することを抑制することができる。
【0019】
またこれらの場合に、Δnci／Δncoが０以上とされることが好ましい。
【0020】
ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１４３０ｎｍ以上とされることが好ましく、当該カットオフ波長が１４５０ｎｍ以上とされることがより好ましい。
【0021】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、上記に記載のいずれかの増幅用光ファイバと、前記コアに入射する波長９８０ｎｍ帯の励起光を出射する励起光源と、を備えることを特徴とするものである。
【0022】
この光ファイバ増幅器は、Ｃバンド帯において、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を抑えることができる。従って、Ｃバンド帯でのフューモード通信をより適切に行うことができる。
【発明の効果】
【0023】
以上のように、本発明によれば、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を容易に抑制することができる増幅用光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施形態に係る増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。
【図3】内側コアの直径と外側コアの外径との比と、外側コアを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワー及びＬＰ１１モードの光のパワーとの関係を示す図である。
【図4】内側コアのクラッドに対する比屈折率差と外側コアのクラッドに対する比屈折率差との比と、外側コアを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワー及びＬＰ１１モードの光のパワーとの関係を示す図である。
【図5】外側コアのクラッドに対する比屈折率差と外側コアを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワー及びＬＰ１１モードの光のパワーとの関係を示す図である。
【図6】波長１５５０ｎｍの光が伝搬するモードと、内側コアの半径及び外側コアの外周の半径との関係を示す図である。
【図8】外側コアを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワー及びＬＰ１１モードの光のパワーの差と、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とのモード間利得差との関係を示す図である。
【図9】外側コアを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワー及びＬＰ１１モードの光のパワーの比と、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とのモード間利得差との関係を示す図である。
【図10】ＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーとの差と、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長との関係を示す図である。
【図11】内側コアの直径と外側コアの外径との比と、カットオフ波長との関係を示す図である。
【図12】内側コアのクラッドに対する比屈折率差と外側コアのクラッドに対する比屈折率差との比と、カットオフ波長との関係を示す図である。
【図13】本発明の本実施形態に係る光ファイバ増幅器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明に係る増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、理解の容易のため、それぞれの図のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。
【0026】
＜増幅用光ファイバについての説明＞図１は、本発明の実施形態に係る増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。図１に示すように増幅用光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の外周面を隙間なく囲むクラッド１２と、クラッド１２を被覆する被覆層１４とを主な構成として備える。コア１１の直径は、例えば１０μｍとされる。また、クラッド１２の外径は例えば１２５μｍとされる。
【0027】
また、本実施形態の増幅用光ファイバ１０は、Ｃバンド帯において、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ０２モードの光を伝搬するフューモードファイバとされる。つまり、増幅用光ファイバ１０は、ＬＰ１１モードの光の理論カットオフ波長は１５６５ｎｍ以上とされ、ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下とされる。
【0028】
図２は、図１の増幅用光ファイバ１０のコア１１とその周囲における様子を示した図である。具体的には、図２（Ａ）は図１の点線で示される領域でのコア１１とクラッド１２とを示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す領域での屈折率分布を示し、図２（Ｃ）はコアに添加されるエルビウムの濃度分布を示し、図２（Ｄ）はコア１１を伝搬するＬＰ０１モードの光とＬＰ０２モードの光のパワー分布を示す。
【0029】
図２（Ａ）に示すように、コア１１は、中心軸を含む内側コア１１ｉと、内側コア１１ｉの外周面を隙間なく囲む外側コア１１ｏとからなる。
【0030】
また、図２（Ｂ）に示すように、内側コア１１ｉの屈折率は外側コア１１ｏの屈折率よりも低くされている。本実施形態では、内側コア１１ｉの屈折率がクラッド１２の屈折率と同等とされている。外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差は、例えば１％とされる。このような屈折率分布を有するため、例えば、外側コア１１ｏはゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を高くするドーパントが添加された石英から成り、内側コア１１ｉ及びクラッド１２は何らドーパントが添加されない石英から成る。なお、外側コア１１ｏが何らドーパントが添加されない石英から成る場合には、内側コア１１ｉ及びクラッド１２はフッ素等の屈折率を低くするドーパントが添加された石英から成る。
【0031】
また、図２（Ｃ）に示すように、外側コア１１ｏにはエルビウムが添加されている。本実施形態では、外側コア１１ｏの全体にエルビウムが添加されており、内側コア１１ｉにはエルビウムが非添加とされている。
【0032】
この増幅用光ファイバ１０は、Ｃバンド帯において、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードのフューモードで光を伝搬する。コア１１の屈折率が径方向に一定である場合には、ＬＰ０１モードの光のパワーのピークは本来コアの中心に位置する。しかし、本実施形態の増幅用光ファイバ１０のコア１１は、図２（Ｂ）のような屈折率分布を有するため、コアを伝搬する光は外周側にずれる。従って、図２（Ｄ）に示すように、ＬＰ０１モードの光も外周側にずれ、当該光のパワーのピークは中心から外周側にずれて位置する。また、ＬＰ１１モードの光も外周側にずれる。そして、本実施形態では、コア１１を伝搬するＣバンド帯の光のうち、ＬＰ０１モードの光のうち外側コア１１ｏを伝搬するパワーの総和と、ＬＰ１１モードの光のうち外側コア１１ｏを伝搬するパワーの総和とが概ね等しくされている。
【0033】
次に、このように外側コア１１ｏにおいて、ＬＰ０１モードの光のパワーの総和とＬＰ１１モードの光のパワーの総和とが概ね等しくされる構成について説明する。
【0034】
図３は、内側コア１１ｉの直径Ｄ１と外側コア１１ｏの外径（コア１１の直径）Ｄ２との比と、外側コア１１ｏを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワー及びＬＰ１１モードの光のパワーとの関係を示す図である。図３では、ＬＰ０１モードの光のうち外側コア１１ｏを伝搬するパワーの総和をΓ０１で示しており、ＬＰ１１モードの光のうち外側コア１１ｏを伝搬するパワーの総和をΓ１１で示している。また、Γ０１とΓ１１の差をΔΓで示している。縦軸は、これら、Γ０１、Γ１１、ΔΓの大きさを示しており、横軸は、内側コア１１ｉの直径Ｄ１と外側コア１１ｏの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を示している。なお、図３では、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長を１４５０ｎｍとして、外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差を１％とし、内側コア１１ｉの屈折率をクラッドと同等とする条件において、Ｄ２を定めている。図３に示すように、Ｄ１／Ｄ２が０．５以上において、Γ０１とΓ１１との大きさに概ね差が無く、ΔΓの絶対値が０．０１以下となっている。また、Ｄ１／Ｄ２が０．６以上では、Γ０１とΓ１１との大きさの差ΔΓが略ゼロとなっている。なお、Γ０１及びΓ１１が小さくなりすぎることで、ＬＰ０１モードの光の利得及びＬＰ１１モードの光の利得が小さくなり過ぎぬように、Ｄ１／Ｄ２の上限は０．８とされることが好ましい。なお、図３ではコア１１を伝搬する光の波長を１５５０ｎｍとしているが、図３のようになる傾向は、他の波長でも概ね変わらない。また、上記のようにＬＰ２１モードの光のカットオフ波長を１４５０ｎｍとしているため、少なくともＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４５０ｎｍでは、Ｄ１／Ｄ２の上記傾向が言える。ただし、後述のようにＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が図３から２０ｎｍ程度変化しても、図３と傾向が然程変わらない。従って、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４３０ｎｍであれば、図３と傾向は然程変わらない。
【0035】
次に、Ｄ１／Ｄ２が０．５である場合において、内側コア１１ｉのクラッド１２に対する比屈折率差Δnciと外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差Δncoとの比Δnci／Δncoを変化させる。図４は、当該比Δnci／Δncoと、外側コア１１ｏを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１及びＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１との関係を示す図である。図４に示すように比Δnci／Δncoが０．１以下において、Γ０１とΓ１１との大きさに差が無くなっている。なお、図４におけるコア１１を伝搬する波長の条件は図３におけるコア１１を伝搬する波長の条件と同様とされるが、他の波長でも図４の傾向は概ね変わらない。また、図４におけるＬＰ２１モードの光のカットオフ波長の条件は図３におけるＬＰ２１モードの光のカットオフ波長の条件と同様とされる。従って、少なくともＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４５０ｎｍでは、Δnci／Δncoの上記傾向が言える。また、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が図４から２０ｎｍ程度変化しても、図４と傾向が然程変わらない。従って、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４３０ｎｍであれば、図４と傾向は然程変わらない。
【0036】
図５は、外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差Δncoと外側コア１１ｏを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１及びＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１との関係を示す図である。図５では、内側コア１１ｉの直径Ｄ１と外側コア１１ｏの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．４であり、内側コア１１ｉのクラッドに対する比屈折率差Δnciがゼロであり、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４５０ｎｍとなる外側コア１１ｏの外径Ｄ２とされる。このような条件において、横軸は、外側コア１１ｏのクラッドに対する比屈折率差Δncoを示し、縦軸は、外側コア１１ｏを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１及びＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１を示す。図６より、Γ０１とΓ１１との差ΔΓは、Δncoによらず一定とされる。つまり、外側コア１１ｏの屈折率が変化する場合であっても、当該変化はΔΓに影響しない。
【0037】
以上図３〜図５より、Ｄ１／Ｄ２が０．５以上で、Δnci／Δncoが０．１以下であれば、外側コア１１ｏにおいて、ＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１とＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１とが概ね等しくされる。
【0039】
図６は、波長１５５０ｎｍの光が伝搬するモードと、内側コア１１ｉの半径Ｒｉ及び外側コア１１ｏの外周の半径Ｒｏとの関係を示す図である。図６では、コア１１を伝搬する光の波長を１５５０ｎｍとし、内側コア１１ｉのクラッド１２に対する比屈折率差Δnciを０％とし、外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差Δncoを１％とした。図６では、上記のようにそれぞれの比屈折率差を固定して、内側コア１１ｉの半径Ｒｉ及び外側コア１１ｏの外周の半径Ｒｏを変化させているため、図６内においてＬＰ２１モードの光のカットオフ波長は一定では無い。
【0040】
図６において、領域ＡＲＮは内側コア１１ｉの直径が外側コア１１ｏの外径よりも大きく、物理的にあり得ない領域である。また、領域ＡＲ０はどのモードの光も伝搬しない領域である。領域ＡＲ１はＬＰ０１モードの光のみが伝搬する領域である。領域ＡＲ２はＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光のみが伝搬する領域である。領域ＡＲ３はＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１モードの光、及び、ＬＰ２１モードの光のみが伝搬する領域である。領域ＡＲ４はＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１モードの光、ＬＰ２１モードの光、及び、ＬＰ０２モードの光のみが伝搬する領域である。従って、本実施形態の増幅用光ファイバ１０の内側コア１１ｉの半径Ｒｉ及び外側コア１１ｏの外周の半径Ｒｏとの関係は領域ＡＲ２に入る必要がある。
【0041】
次に、この領域ＡＲ２における各点におけるモード間利得差について、説明する。図７は、図６の領域ＡＲ２の各点Ａ〜ＯにおけるＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とのモード間利得差を示す図である。また、図８は、外側コア１１ｏを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１及びＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１の差（Γ０１−Γ１１）と、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とのモード間利得差との関係を示す図であり、図９は、外側コア１１ｏを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１及びＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１の比（Γ１１／Γ０１）と、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とのモード間利得差との関係を示す図である。図７〜図９では、コア１１を伝搬する光の波長や、内側コア１１ｉのクラッド１２に対する比屈折率差Δnci、外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差Δncoを図６の条件と同様とした。また、図７〜図９では、ＬＰ０１モードの励起光による利得のモード間利得差と、ＬＰ１１モードの励起光による利得のモード間利得差と、ＬＰ２１モードの励起光による利得のモード間利得差とを、それぞれ個別に示している。
【0042】
図７に示すように、点Ｅ、点Ｆでは、モード間利得差が非常に小さいことが分かる。この点Ｅ、点Ｆは、図８におけるΓ０１−Γ１１（＝ΔΓ）が概ね０上にプロットされている点であり、図９におけるΓ１１／Γ０１が概ね１上にプロットされている点である。点Ｅ、点Ｆは、図６より、Ｄ１／Ｄ２が０．５以上で、Δnci／Δncoが０．１以下を満たし（上記のように図６では、比屈折率差Δnciを０％で比屈折率差Δncoを１％）、図７〜図９より、Γ０１−Γ１１（＝ΔΓ）が概ね０で、モード間利得差が非常に小さいことが分かる。一方、図６において、Ｄ１／Ｄ２が０．５以上で、Δnci／Δncoが０．１以下を満たすものの点Ｈ等のようにモード間利得差が然程小さくならない点がある。このような点は、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が図３、図４でのカットオフ波長（１４５０ｎｍ）と比べて非常に小さい状態であると言える。
【0043】
図１０は、ＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１とＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１との差ΔΓと、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長λｃ（ＬＰ２１）と関係を示す図である。なお、図１０では、Ｄ１／Ｄ２を０．５とし、Δnciを０％とし、Δncoを１％とした。そして、Ｄ２を６．２μｍから９．４μｍまで変化させてＬＰ２１モードの光のカットオフ波長を図１０のように変化させた。
【0044】
図１０に示すように、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が長波長となるにつれ、ΔΓが小さくなることが分かる。つまり、図３、図４では、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４５０ｎｍとされたが、当該カットオフ波長が１４５０ｎｍより長波長であればΔΓがより小さくなることが分かる。また、図１０より、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４３０ｎｍ以上であれば、ΔΓが０．０１以下となることが分かる。従って、図３、図４の説明のように、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４３０ｎｍであれば、図３、図４と傾向は然程変わらない。つまり、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１４３０ｎｍであり、Ｄ１／Ｄ２が０．５以上で、Δnci／Δncoが０．１以下を満たすことにより、ΔΓを０．０１以下とすることができる。
【0045】
次に、コア１１を伝搬するＬＰ０２モードの光のカットオフ波長が９８０ｎｍより小さくされる構成について説明する。
【0046】
図１１は、内側コア１１ｉの直径Ｄ１と外側コア１１ｏの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２と、カットオフ波長λｃとの関係を示す図である。なお、図１１では、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長を１５００ｎｍとして、外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差を１％とし、内側コア１１ｉの屈折率をクラッドと同等とする条件において、Ｄ２を定めている。また、図１１では、ＬＰ１１モードの光、ＬＰ２１モードの光、ＬＰ０２モードの光、ＬＰ３１モードの光、ＬＰ１２モードの光について、上記関係を示している。図１１より、Ｄ１／Ｄ２が０．５以上であれば、ＬＰ０２モードの光のカットオフ波長と、ＬＰ１２モードのカットオフ波長とが９８０ｎｍより小さくなることが分かる。そのため、Ｄ１／Ｄ２が０．５以上であれば、波長９８０ｎｍの励起光のモードをＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ３１モードとすることができる。
【0047】
次に、Ｄ１／Ｄ２が０．５である場合において、内側コア１１ｉのクラッド１２に対する比屈折率差Δnciと外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差Δncoとの比Δnci／Δncoを変化させる。図１２は、当該比Δnci／Δncoと、カットオフ波長λｃとの関係を示す図である。図１２に示すように、比Δnci／Δncoが０．１以下において、ＬＰ０２モードの光のカットオフ波長と、ＬＰ１２モードのカットオフ波長とが９８０ｎｍより小さくなることが分かる。そのため、比Δnci／Δncoが０．１以下であれば、波長９８０ｎｍの励起光のモードをＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ３１モードとすることができる。
【0048】
つまり、図１１、図１２より、Ｄ１／Ｄ２が０．５以上で、Δnci／Δncoが０．１以下であれば、外側コア１１ｏに添加されるエルビウムを励起する波長９８０ｎｍの励起光のモードをＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ３１モードとすることができる。
【0049】
ところで、上記のように増幅用光ファイバ１０は、ＬＰ１１モードの光の理論カットオフ波長は１５６５ｎｍ以上とされ、ＬＰ２１モードの光の理論カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下とされる。例えば、Ｄ１／Ｄ２が０．５で、Δnci／Δncoが０で、Δncoが１．０％とされる条件で、上記のような理論カットオフ波長となるためには、６．２μｍ≦Ｄ２≦９．４μｍとされれば良い。
【0050】
以上説明したように本実施形態の増幅用光ファイバ１０によれば、Ｃバンド帯において、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光を伝搬しながら増幅することができる。また、外側コア１１ｏを伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーの差を小さくすることができ、この外側コア１１ｏには、エルビウムが添加されているため、エルビウムが添加されている領域を伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーの差を小さくすることができる。従って、エルビウムの反転分布が適切に調整されることで、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を抑制することができる。
【0051】
また、本実施形態の増幅用光ファイバ１０では、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長が９８０ｎｍ以下であるため、エルビウムを励起する励起光がコアを伝搬する場合に、当該励起光のモードをＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード及びＬＰ３１モードに限定することができる。従って、信号光におけるＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得とが等しくなるように、上記４つのモードの光の励振比を制御すれば良い。このため、本実施形態の増幅用光ファイバ１０によれば、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を容易に抑制することができる。
【0053】
図１３は、本実施形態の光ファイバ増幅器を示す図である。図１３に示すように、本実施形態における光ファイバ増幅器１は、増幅される信号光を伝搬する光ファイバ２１と、光ファイバ２１の途中に設けられる光アイソレータ３０ａと、光ファイバ２１に接続されるＷＤＭカプラ４０ａと、ＷＤＭカプラ４０ａに一端が接続される光ファイバ２２と、光ファイバ２２の他端に一端が接続される増幅用光ファイバ１０と、増幅用光ファイバ１０の他端に一端が接続される光ファイバ２４と、光ファイバ２４の他端に接続されるＷＤＭカプラ４０ｂと、ＷＤＭカプラ４０ｂに接続される光ファイバ２５と、光ファイバ２５の途中に設けられる光アイソレータ３０ｂと、励起光源５０とを主な構成として備える。
【0054】
光ファイバ２１は、Ｃバンド帯において、信号光であるＬＰ０１モードの光およびＬＰ１１モードの光を伝搬するフューモードファイバとされ、ＬＰ０１モードの光およびＬＰ１１モードの光のそれぞれに信号が重畳される。これらの光は、光ファイバ２１をＷＤＭカプラ４０ａ側に向かって伝搬する。
【0055】
この光ファイバ２１の途中に設けられる光アイソレータ３０ａは、光ファイバ２１側からＷＤＭカプラ４０ａ側に向かって伝搬する信号光を透過し、逆側に向かって伝搬する光の透過を抑制する。従って、光ファイバ増幅器１内で不要に生じる反射等により、上記信号光の進行方向と逆の方向に進行する光が光アイソレータ３０ａから光ファイバ２１に入射することを抑制している。
【0056】
励起光源５０は、波長９８０ｎｍの励起光を出射する。励起光源５０が出射する励起光は、ＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１モードの光、ＬＰ２１モードの光、ＬＰ3１モードの光をそれぞれ個別に出射する。例えば、ＬＰ０１モードの光以外については、ＬＰ１１モードの光、ＬＰ２１モードの光、ＬＰ3１モードの光の基となるＬＰ０１モードの光を個別に出射して、この光から、ＬＰ１１モードの光、ＬＰ２１モードの光、ＬＰ3１モードの光をそれぞれ個別に励振する。励振に波位相板を用いればよい。そして、励振したそれぞれのモードの光を個別に出射して、それぞれのモードの光を個別にＷＤＭカプラ４０ａに入射する構成とする。それぞれのモードの光のパワーを調整するには、それぞれのモードの光の基となるＬＰ０１モードの光のパワーを個別に調整すれば良い。
【0057】
ＷＤＭカプラ４０ａには光ファイバ２１から信号光が入射し励起光源５０から励起光が入射する。ＷＤＭカプラ４０ａは、入射した信号光及び励起光を合波して、光ファイバ２２に入射する。光ファイバ２２は光ファイバ２１と同様の構成とされる。
【0058】
光ファイバ２２に接続される増幅用光ファイバ１０は、コア１１がＤ１／Ｄ２が０．５以上で、Δnci／Δncoが０．１以下を満たす。増幅用光ファイバ１０には、光ファイバ２１から伝搬するＣバンド帯のＬＰ０１モードの光およびＬＰ１１モードの光、及び、励起光源から出射する波長９８０ｎｍの励起光が入射する。増幅用光ファイバ１０に入射しコア１１を伝搬する信号光は、上記コア１１が満たす条件より、外側コア１１ｏにおいて、ＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１とＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１とが概ね等しくされる。一方、増幅用光ファイバ１０に入射しコア１１を伝搬する励起光のモードは、上記コア１１が満たす条件より、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ３１モードとされる。そして、外側コア１１ｏに添加されているエルビウムを励起する。そして、励起状態とされたエルビウムが信号光により誘導放出を起こして信号光が増幅する。
【0059】
このとき、上記のように、外側コア１１ｏにおいて、ＬＰ０１モードの光のパワーΓ０１とＬＰ１１モードの光のパワーΓ１１とが概ね等しくされ、励起光の４つのモードの励振がそれぞれ調整されるため、信号光におけるＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光はそれぞれ同程度の利得とされる。このような利得とするためには、例えば、励起光の４つのモードの光のパワーを増幅用光ファイバ１０から出射する信号光のＬＰ０１モードの光のパワーとＬＰ１１モードの光のパワーとを比較して、信号光のＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得とが同程度となるように、励起光の４つのモードの光のパワーを調整する。
【0060】
こうして、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とが同程度に増幅された信号光は増幅用光ファイバ１０から出射する。
【0061】
増幅用光ファイバ１０に接続される光ファイバ２４は光ファイバ２２と同様の構成とされる。増幅用光ファイバ１０から出射する信号光及び余剰励起光は光ファイバ２４に入射して、光ファイバ２４を伝搬する。
【0062】
光ファイバ２４からＷＤＭカプラ４０ｂに入射する信号光及び余剰励起光は、ＷＤＭカプラ４０ｂで分離される。分離された余剰励起光は終端装置Ｅで消滅され、信号光は光ファイバ２５に入射して光ファイバ２５を伝搬する。
【0063】
光ファイバ２５の途中に設けられる光アイソレータ３０ｂは、光ファイバ２５をＷＤＭカプラ４０ｂ側から伝搬する信号光を透過し、ＷＤＭカプラ４０ｂに向かって伝搬する光の透過を抑制する。このため信号光は光アイソレータ３０ｂを透過して出射する。
【0064】
本実施形態の光ファイバ増幅器１によれば、増幅用光ファイバ１０において、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差が抑制されるため、利得差の少ないフューモードの光を出射することができる。
【0065】
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0066】
例えば、図２において、内側コア１１ｉのクラッド１２に対する比屈折率差は０％とされたが、ＬＰ０２モードの光の理論カットオフ波長が９８０ｎｍ以下とされれば、比屈折率差は０％に限らない。ただし、上記のようにΔnci／Δncoが０．１以下とされることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【0067】
以上説明したように、本発明によれば、ＬＰ０１モードの光の利得とＬＰ１１モードの光の利得との差を容易に抑制することができる増幅用光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器が提供され、フューモード光通信の分野での利用が期待される。
【符号の説明】
【0068】
１・・・光ファイバ増幅器１０・・・増幅用光ファイバ
１１・・・コア
１１ｉ・・・内側コア
１１ｏ・・・外側コア
１２・・・クラッド
１４・・・被覆層
２１，２２，２４，２５・・・光ファイバ
３０ａ，３０ｂ・・・光アイソレータ
４０ａ，４０ｂ・・・ＷＤＭカプラ
５０・・・励起光源