特許 7575215 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20241022BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20241022BHJP

   G02B 6/032 20060101ALI20241022BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20241022BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20241022BHJP

   H04B 10/291 20130101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

H01S3/067

H01S3/10 D

G02B6/032

G02B6/036

G02B6/02 461

G02B6/02 386

H04B10/291

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020137386

(22)【出願日】2020-08-17

(65)【公開番号】P2021153166

(43)【公開日】2021-09-30

【審査請求日】2023-05-23

(31)【優先権主張番号】P 2020052514

(32)【優先日】2020-03-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【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）令和２年度、総務省、「研究開発課題「新たな社会インフラを担う革新的光ネットワーク技術の研究開発」技術課題ＩＩ「マルチコア大容量光伝送システム技術」」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高坂 繁弘

(72)【発明者】

【氏名】前田 幸一

(72)【発明者】

【氏名】相曽 景一

(72)【発明者】

【氏名】荒井 慎一

(72)【発明者】

【氏名】杉崎 隆一

(72)【発明者】

【氏名】武笠 和則

(72)【発明者】

【氏名】土田 幸寛

(72)【発明者】

【氏名】高橋 正典

【審査官】佐竹 政彦

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００４／００６９０１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／１７２９９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１００２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８３５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４５５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２０３６９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】GOTO et al.，Impact of Air Hole on Crosstalk Suppression and Spatial Core Density of Multi-Core Fiber，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，IEEE，2018年10月15日，VOL. 36, NO. 20，P.4819-4825

【文献】SAKAMOTO et al.，Crosstalk Suppressed Hole-assisted 6-core Fiber with Cladding Diameter of 125 um，39th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2013)，IEEE，2013年10月28日，Mo.3.A.3

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／０６７

Ｈ０１Ｓ ３／１０

Ｈ０４Ｂ １０／２９１

Ｇ０２Ｂ ６／０２

Ｇ０２Ｂ ６／０３６

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

希土類元素を添加した複数のコア部と、
前記複数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、
を備える光増幅ファイバであって、
前記内側クラッド部は複数の気泡を含み、
前記気泡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倍以下であり、
前記光増幅ファイバの軸方向に直交する断面における前記気泡の存在位置が、前記軸方向において位置が異なる断面毎に異なり、
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に、前記気泡が存在し、かつ前記内側と前記外側とで、前記気泡の存在密度が異なる
光増幅ファイバ。

【請求項2】

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気泡の断面積の総計が０．１％以上３０％以下である
請求項１に記載の光増幅ファイバ。

【請求項3】

前記気泡は、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１または２に記載の光増幅ファイバ。

【請求項4】

前記気泡は、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１～３のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項5】

前記気泡は、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１～４のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項6】

前記気泡は、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１～５のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項7】

前記希土類元素はエルビウムを含む
請求項１～６のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項8】

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気泡の存在密度が疎または密の層が２層以上存在する
請求項１～７のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項9】

前記気泡は、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１～８のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項10】

前記気泡の存在領域は、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１～９のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項11】

前記気泡の存在領域は、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１～９のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項12】

前記気泡は、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１～９のいずれか一つに記載の光増幅ファイバ。

【請求項13】

請求項１～１２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。

【請求項14】

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１３に記載の光ファイバ増幅器。

【請求項15】

請求項１３または１４に記載の光ファイバ増幅器を備える
光通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】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.

【文献】Kazi S Abedin et al, “Cladding-pumped erbium-doped multicore fiber amplifier”, OPTICS EXPRESS Vol.20,No.18 27 August 2012 pp.20191-20200.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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複数の気泡を含む光増幅ファイバである。

【0009】

前記マルチコア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気泡の断面積の総計が０．１％以上３０％以下であるものでもよい。

【0010】

前記気泡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。

【0011】

前記気泡は、前記マルチコア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。

【0012】

前記気泡は、前記マルチコア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。

【0013】

前記気泡は、前記マルチコア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。

【0014】

前記気泡は、前記マルチコア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。

【0015】

複数の前記コア部を備え、前記複数のコア部のうち、前記マルチコア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、前記気泡の存在密度が異なるものでもよい。

【0016】

前記希土類元素はエルビウムを含むものでもよい。

【0017】

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気泡の存在密度が疎または密の層が２層以上存在するものでもよい。

【0018】

前記気泡は、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。

【0019】

前記気泡の存在領域は、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。

【0020】

前記気泡の存在領域は、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。

【0021】

前記気泡は、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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【発明の効果】

【0025】

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。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図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る。

【図2】図２は、図１に示すマルチコア光増幅ファイバの図１とは別の断面における模式的な断面図である。

【図3】図３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4】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】図５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】図６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7】図７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8】図８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9】図９は、実施形態８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】図１０は、実施形態８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11】図１１は、実施形態９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12】図１２は、実施形態９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13】図１３は、実施形態１０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14】図１４は、実施形態１０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15】図１５は、実施形態１１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16】図１６は、実施例のマルチコア光増幅ファイバの吸収スペクトルを示す図である。

【図17】図１７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。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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。

【0028】

（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。

【0029】

図１では、図面に垂直な方向がマルチコア光増幅ファイバ１の軸方向Ｄｚである。また、図１では、マルチコア光増幅ファイバ１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１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。

【0030】

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。

【0031】

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。内側クラッド部１ｂ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る。これにより各コア部１ａと内側クラッド部１ｂとの屈折率プロファイルはステップインデックス型となる。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、純石英ガラスからなる内側クラッド部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。

【0032】

内側クラッド部１ｂ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。

【0033】

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。

【0034】

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、複数の気泡１ｄを含んでいる。気泡１ｄは独立気泡であり、たとえば、大気圧よりも低い圧力のガスを含んでいる。

【0035】

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。

【0036】

マルチコア光増幅ファイバ１では、複数の気泡１ｄ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気泡１ｄ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が気泡１ｄ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。

【0037】

また、マルチコア光増幅ファイバ１では、内側クラッド部１ｂの外側クラッド部１ｃとの境界近傍の領域には気泡１ｄ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１ｂ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。

【0038】

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、複数の気泡１ｄ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。

【0039】

なお、マルチコア光増幅ファイバ１において、図１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１ｂの断面積に対する複数の気泡１ｄ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、複数の気泡１ｄ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１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１ｂ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、気泡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。

【0040】

また、図１のような断面における気泡１ｄ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。散乱体である気泡１ｄ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、気泡１ｄによる光の散乱は主にミー散乱である。気泡１ｄ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、気泡１ｄ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１ｂにおける励起光の電界分布等に応じて、直径が異なる気泡１ｄ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。気泡１ｄの直径を制御する方法については後に詳述する。

【0041】

なお、気泡１ｄの断面が円形ではない場合、気泡１ｄの直径は、その気泡１ｄの断面積に等しい円の直径として定義してもよい。

【0042】

また、複数の気泡１ｄは、内側クラッド部１ｂ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。複数の気泡１ｄが内側クラッド部１ｂ内でランダムに存在しているとは、内側クラッド部１ｂ内で気泡１ｄ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、気泡１ｄ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。

【0043】

図２は、図１に示すマルチコア光増幅ファイバ１の図１とば別の断面における模式的な断面図である。図２に示す断面は、たとえば、図１に示す断面から、軸方向Ｄｚに、マルチコア光増幅ファイバ１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２に示す断面では、軸方向Ｄｚに少し移動しただけで図１に示す断面とは気泡１ｄの存在位置が異なる。このように断面毎に気泡１ｄの存在位置が異なってもよい。

【0044】

また、同様に、たとえば、気泡１ｄ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、気泡１ｄ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、気泡１ｄ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度の範囲での気泡１ｄの存在位置と、６０度～１２０度の範囲での気泡１ｄの存在位置とが異なってもよい。また、気泡１ｄ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。

【0045】

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。なお、気泡１ｄは、公知の方法、たとえば特開２０１８－１６２１７０号公報に記載のような微粒子を用いる方法を用いて、たとえば内側クラッド部１ｂ内に形成することができる。

【0046】

また、微粒子を用いる方法において、たとえば、結晶石英微粒子と石英ガラス微粒子とを混合した微粒子を用いてもよい。このとき、結晶石英微粒子には、固溶度が石英ガラス微粒子における固溶度よりも高いガス、たとえばヘリウムガスを固溶させておいてもよい。これにより、熱処理にて結晶石英微粒子が溶けるとヘリウムガスが発泡し、内側クラッド部１ｂ内に気泡１ｄが形成される。

【0047】

（実施形態２）
図３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２は、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバ１と比較して、内側クラッド部１ｂにおける気泡１ｄの存在密度が低く、断面積比が小さい点で異なる。

【0048】

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、励起効率が改善される。

【0049】

（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３は、実施形態１に係るマルチコア光増幅ファイバ１と比較して、内側クラッド部１ｂに、各コア部１ａを取り囲む領域Ｒ１が存在する点で異なる。

【0050】

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には気泡１ｄは含まれていない。

【0051】

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、気泡１ｄは、マルチコア光増幅ファイバ３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３では、マルチコア光増幅ファイバ１、２と同様に、励起効率が改善される。さらに、一度気泡１ｄ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の近傍の気泡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、気泡１ｄ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。

【0052】

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１ｂ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、線引き後に内部や外周面において気泡の発生が起きやすく、かつ内側クラッド部１ｂ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１ｂの一部となる、線引き後に内部や外周面において気泡の発生が起きやすい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。線引き後に内部や外周面において気泡の発生が起きやすいガラスロッドとは、たとえば、ガラスロッド表面の粗さによって、気泡の発生密度や気泡直径を制御できるガラスロッドや、コア部よりも低い屈折率を持つように割合が調整された複数の添加物を含むガラスロッドや、周辺のガラス材料とは線引き炉温における粘度が異なり、かつ、コア部よりも低い屈折率を持つように割合が調整された複数の添加物を含むガラスロッドである。ここで、添加物は、Ｇｅ、Ａｌ、Ｆ、ホウ素（Ｂ）、ランタン（Ｌａ）、塩素（Ｃｌ）などの、光ファイバ用添加物として利用可能な物質である。

【0053】

（実施形態４）
図５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４は、実施形態３に係るマルチコア光増幅ファイバ３と比較して、内側クラッド部１ｂにおける気泡１ｄの存在密度が低く、断面積比が小さい点で異なる。

【0054】

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３と同様に、励起効率が改善され、励起光の再度の散乱を抑制できるとともに、気泡１ｄ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。

【0055】

（実施形態５）
図６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１に係るマルチコア光増幅ファイバ１と比較して、内側クラッド部１ｂに領域Ｒ２、Ｒ３が存在している点で異なる。なお、図６では、気泡の図示を省略している。

【0056】

領域Ｒ２は、内側クラッド部１ｂ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５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５の中心である。

【0057】

マルチコア光増幅ファイバ５は、境界の内側の領域Ｒ２と、境界の外側の領域Ｒ３とで気泡１ｄ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。

【0058】

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、マルチコア光増幅ファイバ１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５では、コア部１ａが主に存在する領域Ｒ２と、内側クラッド部１ｂ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における気泡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における気泡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５の設計や要求特性に応じて適宜設定することができる。

【0059】

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、穿孔法の場合は、気泡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１ｂ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、各孔にコア部１ａとなる部分と内側クラッド部１ｂの一部となる部分とを含む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１ｂ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、線引き後に内部や外周面において気泡の発生が起きやすく、かつ、内側クラッド部１ｂ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、気泡の存在密度が異なるガラスロッドを用いることで、気泡の存在密度が場所によって異なるようにできる。

【0060】

（実施形態６）
図７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１に係るマルチコア光増幅ファイバ１と比較して、内側クラッド部１ｂに領域Ｒ４が存在し、領域Ｒ４にのみ気泡１ｄが存在している点で異なる。なお、図７では、気泡の図示を省略している。

【0061】

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６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。

【0062】

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３～５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、励起光の再度の散乱を抑制できるとともに、気泡１ｄ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での気泡の存在密度を互いに異なる値とすれば、各コア部１ａに対する気泡の効果を異なる程度に調整できる。

【0063】

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、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となる部分と内側クラッド部１ｂ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。

【0064】

上記方法において、コアロッドの外周面またはガラスロッドの孔の内表面を比較的粗くすると、その後の熱処理において、コアロッドの外周面とガラスロッドの孔の内表面との界面に気泡が発生する。気泡が発生する熱処理は、たとえば母材の脱水工程や母材ロッドとコアロッドとの一体化工程や線引き工程である。これにより、領域Ｒ４となる、気泡が存在する気泡領域が形成される。コアロッドの外周面またはガラスロッドの孔の内表面を比較的粗くする方法としては、たとえば以下の方法がある。たとえば、当該表面をフッ酸などの化学処理にて表面粗処理を行なう。この場合、表面に、複数の孔が開いたテフロン（登録商標）などのマスク層を形成し、マスク層の上から化学処理を行ってもよい。または、当該表面に長手方向に沿って複数の直線状の溝や、１または複数の螺旋状の溝を形成して粗くしてもよい。

【0065】

また、母材を形成する際に、ガラスロッドの孔とコアロッドとの間の隙間に多数のガラス管を挿入し、熱処理にてガラス管の孔が閉塞しないように線引きまでを行えば、長手方向に連続した気泡が形成される。

【0066】

（実施形態７）
図８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。このマルチコア光増幅ファイバ７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１ｅに置き換えた構成を有する。

【0067】

内側クラッド部１ｅは、断面が円形の内側クラッド部１ｅａと、内側クラッド部１ｅａを取り囲む円環状かつ層状の気泡領域１ｅｂと、気泡領域１ｅｂを取り囲む円環状かつ層状の内側クラッド部１ｅｃと、内側クラッド部１ｅｃを取り囲む円環状かつ層状の気泡領域１ｅｄと、気泡領域１ｅｄを取り囲む円環状かつ層状の内側クラッド部１ｅｅと、を備えている。内側クラッド部１ｅａ、１ｅｃ、１ｅｅと、気泡領域１ｅｂ、１ｅｄとは、いずれも内側クラッド部１ｂと同様のガラス材料で構成できる。気泡領域１ｅｂ、１ｅｄは、ガラス材料に複数の気泡１ｄを含む領域である。内側クラッド部１ｅａ、１ｅｃ、１ｅｅは、本実施形態では気泡を含んでいないが、気泡領域１ｅｂ、１ｅｄよりも低い存在密度で気泡を含んでいてもよい。

【0068】

内側クラッド部１ｅｃ、１ｅｅを気泡の存在密度が疎の層、気泡領域１ｅｂ、１ｅｄを気泡の存在密度が密の層とすると、内側クラッド部１ｅには、径方向において気泡の存在密度が疎または密の層が２層以上である４層存在する。

【0069】

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３～６と同様に、励起効率が改善される。また、径方向において気泡の存在密度が疎または密の層の数や厚さや気泡の存在密度の調整によって、気泡の効果を調整できる。たとえば、気泡の存在密度が疎または密の層は、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。

【0070】

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、各孔にコア部１ａとなる部分と内側クラッド部１ｅａ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。

【0071】

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、内側クラッド部１ｅａとなるスート層、内側クラッド部１ｅｃとなるスート層、内側クラッド部１ｅｅ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。このとき、隣接するスート層として、互いに組成が異なる材料である異組成材料からなるスート層を堆積すると、その後の熱処理において、スート層の界面に気泡が発生し、気泡領域１ｅｂ、１ｅｄとなる部分が形成される。異組成材料は、たとえば、フッ素（Ｆ）、ゲルマニウム（Ｇ）、リン（Ｐ）、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）などのアルカリ金属、塩素（Ｃｌ）などのドーパントを添加した石英ガラスである。上記ドーパントは、石英ガラスの粘性を変化させるドーパントの一例である。上記ドーパントの添加により、熱処理において異組成材料の界面に応力が掛かり、気泡が発生すると考えられる。なお、上記ドーパントは石英ガラスの屈折率を変化させるドーパントでもある。上記ドーパントから選ばれる１または複数のドーパントを添加する、またはドーパントを添加しないことによって、スート層同士の屈折率を等しくすることが好ましい。

【0072】

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、内側クラッド部１ｅａとなるガラスロッドを、内側クラッド部１ｅｃとなるジャケット管に挿入し、これをさらに内側クラッド部１ｅｅとなるジャケット管に挿入し、熱処理によって一体化して形成する。ジャケット法の場合は、異組成材料からなるガラスロッドとジャケット管を用いてもよいし、コアロッドの外周面またはジャケット管の内外表面を比較的粗くしてもよい。

【0073】

（実施形態８）
図９は、実施形態８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８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１ｂに、断面が円環状の気泡領域１ｆａが複数設けられた構成を有する。本実施形態では気泡領域１ｆａの数は６であるが、その数は限定されない。気泡領域１ｆａは気泡の存在領域の一例である。

【0074】

気泡領域１ｆａ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、気泡領域１ｆａは、マルチコア光増幅ファイバ８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、各気泡領域１ｆａは、マルチコア光増幅ファイバ８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。

【0075】

以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ８では、マルチコア光増幅ファイバ３～７と同様に、励起効率が改善される。また、気泡領域１ｆａの位置や回転対称性の調整によって、気泡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。

【0076】

なお、気泡領域１ｆａ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。

【0077】

マルチコア光増幅ファイバ８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１０を参照して説明する。

【0078】

すなわち、図１０に示すように、内側クラッド部１ｆの一部となる母材ロッド８１に、軸方向に平行に延びる孔８１ａを７つ、孔８１ｂを６つ形成する。そして、孔８１ａにコアロッド８２を挿入し、孔８１ｂにガラスロッド８３を挿入し、母材を形成する。なお、コアロッド８２は、コア部１ａとなるコア部８２ａと、コア部８２ａを取り囲み、内側クラッド部１ｆの一部となるクラッド部８２ｂとを備えるものである。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。

【0079】

母材ロッド８１とガラスロッド８３とは、互いに異組成材料からなる。これにより、その後の熱処理において、母材ロッド８１とガラスロッド８３との界面に気泡が発生し、気泡領域１ｆａとなる部分が形成される。なお、母材ロッド８１とガラスロッド８３を異組成材料からなるものとする方法に換えて、またはその方法と合わせて、ガラスロッド８３の外周面または孔８１ｂの内表面を比較的粗くしてもよい。さらには、これらの方法とは別に、またはこれらの方法と組み合わせて、孔８１ｂとガラスロッド８３との間の隙間に多数のガラス管を挿入し、熱処理にてガラス管の孔が閉塞しないように線引きまでを行ない、長手方向に連続した気泡を形成する方法を行ってもよい。

【0080】

（実施形態９）
図１１は、実施形態９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９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１ｇに置き換えた構成を有する。内側クラッド部１ｇは、内側クラッド部１ｂに、断面が円形状の気泡領域１ｇａが複数設けられた構成を有する。本実施形態では気泡領域１ｇａの数は１２であるが、その数は限定されない。気泡領域１ｇａは気泡の存在領域の一例である。

【0081】

気泡領域１ｇａ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、気泡領域１ｇａは、マルチコア光増幅ファイバ９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、各気泡領域１ｇａは、マルチコア光増幅ファイバ９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および各気泡領域１ｇａが、同じ六方最密格子の格子点の位置にある。

【0082】

以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ９では、マルチコア光増幅ファイバ３～８と同様に、励起効率が改善される。また、気泡領域１ｇａの位置や数や回転対称性の調整によって、気泡の効果を調整できる。

【0083】

なお、気泡領域１ｇａ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、気泡領域１ｇａの数は１２から適宜増減させてもよい。

【0084】

マルチコア光増幅ファイバ９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１２を参照して説明する。

【0085】

すなわち、図１２に示すように、７本のコアロッド８２を、内側クラッド部１ｇの一部となるガラス管９１の中にスタックする。それとともに、コアロッド８２とガラス管９１との間の隙間９３に、線引き後に内部や外周面において気泡の発生が起きやすい、１２本のガラスロッド９２をスタックし、母材を形成する。ここで、コアロッド８２とガラスロッド９２との直径を等しくすることによって、各コア部１ａおよび各気泡領域１ｇａ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９３の残りの部分にも、線引き後に内部や外周面において気泡の発生が起きやすい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。この場合、各気泡領域１ｇａにおいて、気泡は、六方最密格子の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こととなる。格子点間距離は、たとえば、コアロッド８２の中心と、これに隣接するガラスロッド９２の中心との距離である。なお、気泡領域１ｇａの数を１２から減少させるには、１２本のガラスロッド９２のうちの１以上を、線引き後に内部や外周面において気泡の発生しないガラスロッドに置き換えればよい。

【0086】

また、ガラスロッド９２に換えて、多数のガラス管をスタックし、熱処理にてガラス管の孔が閉塞しないように線引きまでを行ない、長手方向に連続した気泡を形成する方法を行ってもよい。

【0087】

（実施形態１０）
図１３は、実施形態１０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１０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１ｈに置き換えた構成を有する。内側クラッド部１ｈは、内側クラッド部１ｂに、断面が円環状の気泡領域１ｈａが複数設けられた構成を有する。本実施形態では気泡領域１ｈａの数は１２であるが、その数は限定されない。気泡領域１ｈａは気泡の存在領域の一例である。また、内側クラッド部１ｈにおける気泡領域１ｈａの内側の領域と、気泡領域１ｈａの外側の領域とは、互いに異組成材料からなり、屈折率は同じでも異なっていてもよい。

【0088】

気泡領域１ｈａ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、気泡領域１ｈａは、マルチコア光増幅ファイバ１０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、各気泡領域１ｈａは、マルチコア光増幅ファイバ１０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および各気泡領域１ｈａが、同じ六方最密格子の格子点の位置にある。

【0089】

以上のように構成されたマルチコア光増幅ファイバ１０では、マルチコア光増幅ファイバ３～９と同様に、励起効率が改善される。また、気泡領域１ｈａの位置や数や回転対称性の調整によって、気泡の効果を調整できる。

【0090】

なお、気泡領域１ｇａ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、気泡領域１ｇａの数は１２から適宜増減させてもよい。

【0091】

マルチコア光増幅ファイバ１０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１４を参照して説明する。

【0092】

すなわち、図１４に示すように、７本のコアロッド８２を、内側クラッド部１ｈの一部となるガラス管９１の中にスタックする。それとともに、コアロッド８２とガラス管９１との間の隙間９３に、１２本のガラスロッド９４をスタックし、母材を形成する。ガラスロッド９４と、ガラス管９１およびコアロッド８２のクラッド部８３ｂとは、互いに異組成材料からなる。ここで、コアロッド８２とガラスロッド９４との直径を等しくすることによって、各コア部１ａおよび各気泡領域１ｈａ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９３の残りの部分にも、気泡を含むまたは含まない、ガラス管９１と同組成のガラスロッドをスタックする。これにより、その後のいずれかの熱処理によって、ガラスロッド９４とその周囲の部分との界面に、気泡領域１ｈａとなる部分が形成される。なお、気泡領域１ｈａの数を１２から減少させるには、１２本のガラスロッド９４のうちの１以上をガラス管９１と同組成材料からなるガラスロッドに置き換えればよい。

【0093】

なお、ガラスロッド９４と、ガラス管９１およびコアロッド８２のクラッド部８３ｂとを異組成材料からなるものとする方法に換えて、またはその方法と合わせて、ガラスロッド９４の外周面を比較的粗くしてもよい。または、ガラスロッド９２に換えて、多数のガラス管をスタックし、熱処理にてガラス管の孔が閉塞しないように線引きまでを行ない、長手方向に連続した気泡を形成する方法を行ってもよい。

【0094】

（気泡の直径の制御方法）
つぎに、気泡１ｄの直径を制御する方法について詳述する。スート層を堆積し、熱処理によって脱水、ガラス化して母材ロッドやガラスロッドなどのガラス部材を形成する場合、焼結工程において不活性ガスを流しながら熱処理を行うことが通常行われる。たとえば、ガラス化においてＯＨ基を減らすためにヘリウム（Ｈｅ）ガスを流す。このＨｅガスは、ガラス微粒子の間の隙間に入り込むが、スート層が稠密化してガラス化してくると、ガラスの内部に閉じ込められて気泡となる。ここで、Ｈｅガスを流す場合は、比較的大きな気泡が形成されやすい。

【0095】

この現象について本発明者らが鋭意検討したところ、Ｈｅは原子量または分子量が小さいため、スートが稠密化してもある程度スート内部を拡散しやすいので、凝集して比較的大きな気泡を形成しやすいことが解った。そこで、本発明者は、ガラス化の際に流すガスの原子量または分子量を変更することで、気泡の直径を制御できることに想到した。たとえば、不活性ガスとして、希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスやキセノン（Ｘｅ）ガスなどの、Ｈｅよりも原子量または分子量が大きい大分子量ガスを流せば、拡散のし易さや凝集の程度がＨｅよりも低いので、比較的小さな気泡を形成できる。さらには、Ｈｅガスと大分子量ガスとの混合ガスを流してもよい。この場合、混合ガスにおける大分子量ガスの分圧または流量比を高めると、気泡の直径を比較的小さくすることができ、分圧や流量比の制御によって直径の制御ができる。

【0096】

（実施形態１１）
図１５は、実施形態１１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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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２～１０のいずれかを用いてもよい。

【0109】

（実施例）
実施例として、図１５に示す構成の光増幅器を作製した。なお、マルチコア光増幅ファイバとしては図７に示す構成のものを用いた。なお、このマルチコア光増幅ファイバは、気泡の断面の平均が、内側クラッド径の直径の０．０２２倍程度であり、断面積比が４．８％であった。また、マルチコア光増幅ファイバの一つのコア部の吸収スペクトルを測定したところ、図１６に示すように吸収ピーク値は約３．１ｄＢ／ｍであった。他のコア部についても測定したところ、同様の吸収スペクトルが得られた。

【0110】

マルチコア光増幅ファイバの長さを３５ｍとし、半導体レーザから１６Ｗのパワーの励起光を供給した。そして、光ファイバファンインの各シングルモード光ファイバから、１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍまで等波長間隔で並べた８チャネルのＷＤＭ信号光を、総パワーが－５ｄＢｍとなるように調整して入力させた。すると、光ファイバファンアウトの各シングルモード光ファイバから、１コア部当たりの総パワーが１９．０ｄＢｍという、２０ｄＢｍに近い比較的高いパワーの、増幅されたＷＤＭ信号光が得られた。なお、増幅されたＷＤＭ信号光のチャネル間のパワー偏差は４ｄＢ以下であった。また、マルチコア光増幅ファイバのコア部の間の利得差は、各チャネルにおいて３ｄＢ以下であった。

【0111】

なお、比較例として、気泡の無い様々なマルチコア光増幅ファイバを用いた光増幅器を作製し、上記と同様の励起光の条件およびＷＤＭ信号光の条件にて実験を行ったところ、いずれも１コア部当たりの総パワーが１５ｄＢｍ程度であった。

【0112】

（実施形態１２）
図１７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。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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

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。

【符号の説明】

【0119】

１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ マルチコア光増幅ファイバ
１ａ コア部
１ｂ、１ｅ、１ｅａ、１ｅｃ、１ｅｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ 内側クラッド部
１ｃ 外側クラッド部
１ｄ 気泡
１ｅｂ、１ｅｄ、１ｆａ、１ｇａ、１ｈａ 気泡領域
８１ 母材ロッド
８１ａ、８１ｂ 孔
８２ コアロッド
８２ａ コア部
８２ｂ クラッド部
８３、９２、９４ ガラスロッド
９１ ガラス管
９３ 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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】