(57)【要約】【課題】本発明は、励振モードは基本モードとし、信号光の高次モードにおける利得を基本モードの利得以上にすることを目的とする。【解決手段】本発明は、コアとクラッドを有する石英ガラス主成分のステップ型の屈折率分布を有する光ファイバであって、コアの中心から半径ａ３の範囲における希土類元素の濃度をｄ１とし、コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲における希土類元素の濃度をｄ２とすると、ａ２／ａ１の値に適したｄ１／ｄ２の値を選択することで、光ファイバを伝搬する信号光の高次モードにおける利得を基本モード以上の利得以上とする。【選択図】図３
2014086599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア及び前記コアの周囲に前記コアより屈折率の低いクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、
前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、
前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、
ａ２＝ａ１であり、０．５≦ａ３／ａ１＜０．６であり、ｄ１／ｄ２≦０．３７５であるか、或いは、
ａ２＝ａ１であり、０．６≦ａ３／ａ１＜０．８であり、ｄ１／ｄ２≦０．４４であるか、或いは、
ａ２＝ａ１であり、０．８≦ａ３／ａ１＜０．９であり、ｄ１／ｄ２≦０．３７５であるか、或いは、
ａ２＝ａ１であり、０．９≦ａ３／ａ１＜１であり、ｄ１／ｄ２≦０．１６であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
コアとクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、
前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、
前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、
０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０であり、０．６５≦ａ２／ａ１＜０．７であり、０．２５≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４８であるか、或いは、
０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０であり、０．７≦ａ２／ａ１＜０．８であり、０．１４≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４８であるか、或いは、
０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０であり、０．８≦ａ２／ａ１＜０．９であり、０．０２３≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４８であるか、或いは、
０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０であり、０．９≦ａ２／ａ１＜１．０であり、０．０≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４８であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項３】
コアとクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、
前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、
前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、
１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８であり、０．６≦ａ２／ａ１＜０．７であり、０．３６≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４７であるか、或いは、
１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８であり、０．７≦ａ２／ａ１＜０．８であり、０．１５≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４９であるか、或いは、
１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８であり、０．８≦ａ２／ａ１＜０．９であり、０．０６≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４９であるか、或いは、
１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８であり、０．９≦ａ２／ａ１＜１．０であり、０．０１≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４９であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項４】
コアとクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、
前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、
前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、
１／８＜ｄ１／ｄ２≦１／６であり、０．６５≦ａ２／ａ１＜０．７であり、０．３≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４７であるか、或いは、
１／８＜ｄ１／ｄ２≦１／６であり、０．７≦ａ２／ａ１＜０．８であり、０．２４≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４７であるか、或いは、
１／８＜ｄ１／ｄ２≦１／６であり、０．８≦ａ２／ａ１＜１．０であり、０．１７≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４７であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項５】
コアとクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、
前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、
前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、
１／６＜ｄ１／ｄ２≦１／４であり、０．７≦ａ２／ａ１＜０．８であり、０．３６≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４３であるか、或いは、
１／６＜ｄ１／ｄ２≦１／４であり、０．８≦ａ２／ａ１＜０．９であり、０．２７≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４３であるか、或いは、
１／６＜ｄ１／ｄ２≦１／４であり、０．９≦ａ２／ａ１＜１．０であり、０．３５≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４３であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項６】
前記希土類元素はエルビウムを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記コアは、前記希土類元素に加えてアルミニウム又はゲルマニウムが添加されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のモードを用いたマルチモード伝送において長距離化を実現するための増幅用光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サービスの多様化によりインターネットトラヒックは未だ増加し続けており、伝送速度の高速化や波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）技術による波長多重数の増加により飛躍的に伝送容量を伸ばしてきた。また近年、検討が盛んに行われているデジタルコヒーレント技術によって更なる伝送容量の拡大が予想されている。デジタルコヒーレント伝送システムでは多値位相変調信号を用いることにより周波数利用効率を向上させてきたが、より高い信号雑音比が必要となってくる。しかし従来のシングルモードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ，ＳＭＦ）を用いた伝送システムでは、理論的な限界に加え非線形効果に起因する入力パワー制限のため伝送容量は１００Ｔｂｉｔ／ｓｅｃを境に飽和することが予想されており、更なる大容量化は困難となってきている。
【０００３】
今後さらに伝送容量を増やしていくためには革新的な伝送容量拡大を実現する媒体が必要とされている。そこで、光ファイバ中の複数の伝搬モードをチャネルとして用いることで信号雑音比と空間利用効率の向上が期待できるマルチモードファイバ（Ｍｕｌｔｉ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ，ＭＭＦ）を用いたモード多重伝送が注目を集めている。これまでファイバ中を伝搬する高次のモードは信号劣化の要因であったが、デジタル信号処理や合分波技術などの発展で積極的な利用が検討されている（例えば、非特許文献１及び２参照。）。
【０００４】
ＭＭＦを用いた伝送容量の拡大はここ数年で目覚ましく、３モードファイバを用いたＤＰ−ＱＰＳＫ方式で２６．４Ｔｂｐｓまで達している（例えば、非特許文献３参照。）。
【０００５】
またマルチモード伝送の長距離化に向けた検討も行われており、Ｅｒ３＋添加型光増幅器を用いた基本モードのＬＰ０１モードと第一高次モードであるＬＰ１１モードの増幅に関する報告がなされている（例えば、非特許文献４参照。）。
【０００６】
マルチモード伝送の長距離化を行う上で、すべてのモードの伝送品質を保つためには光増幅器において各モードの利得の調整が必須となる。各モードの利得は、増幅用光ファイバに入射する励起光の電界分布・希土類元素添加分布により決まる励起元素数分布と信号光の電界分布の重なりによって決定する。現在、増幅用ファイバの希土類元素添加領域はコア全体に希土類元素を添加するステップインデックス型構造とコアの中心部のみに希土類元素を添加するセンタードープ型構造の２つが主な構造である。
【０００７】
しかし高次のモードに基本モードと同程度の利得が必要な増幅用光ファイバでは非特許文献４のように希土類添加分布をファイバコアのエッジに多くドープするような構造が提案されている。また非特許文献４においてはＬＰ１１とＬＰ０１モードの利得の調整のため励振条件の調整を行っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｎ．Ｈａｎｚａｗａ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｏｖｅｒ  １０  ｋｍ  Ｔｗｏ−ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｍｏｄｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒ”  ＯＦＣ２０１１，  ｐａｐｅｒ  ＯＷＡ４
【非特許文献２】Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｍｏｄａｌ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｌｏｎｇ−ｈａｕｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｖｅｒ  Ｆｅｗ−ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  ｗｉｔｈ  ＳＩＭＯ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ”  ＥＣＯＣ２０１１，  Ｗｅ．１０．Ｐ１．８２
【非特許文献３】２Ｅ．Ｉｐｅｔａｌ，  “８８×３×１１２−Ｇｂ／ｓ  ＷＤＭ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｖｅｒ  ５０  ｋｍ  ｏｆ  Ｔｈｒｅｅ−Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｌｉｎｅ  Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”  ＥＣＯＣ２０１１，  ｐａｐｅｒ  Ｔｈ．１３．Ｃ．２
【非特許文献４】Ｙ．Ｊｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｅｔａｉｌｅｄ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｍｏｄａｌ  ｇａｉｎ  ｉｎ  ａ  ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ＥＤＦＡ  ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  ＬＰ０１  ａｎｄ  ＬＰ１１  ｍｏｄｅ  ｇｒｏｕｐ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ”  ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ  ２０１２  ｐａｐｅｒ  ＯＭ３Ｃ４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＬＰ０１モードの利得がＬＰ１１モードの利得に比べ４−５ｄＢ大きくなっており、長距離伝送を行うと高次モードの信号が基本モードに比べ利得を得られず品質が劣化してしまうといった課題があった。また一般的に高次モードは基本モードに比べ伝送損失、曲げ損失が大きくなるため基本モード以上の利得を得ることが望ましい。
【００１０】
本発明は、励振モードは基本モードとし、信号光の高次モードにおける利得を基本モードの利得以上にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の光ファイバは、コアとクラッドを有する石英ガラス主成分のステップ型の屈折率分布を有する光ファイバであって、コアの中心から半径ａ３の範囲における希土類元素の濃度をｄ１とし、コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲における希土類元素の濃度をｄ２とすると、ａ２／ａ１の値に適したｄ１／ｄ２の値を選択することで、光ファイバを伝搬する信号光の高次モードにおける利得を基本モード以上の利得以上とする。
【００１２】
具体的には、本願発明の光ファイバは、コア及び前記コアの周囲に前記コアより屈折率の低いクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、ａ２＝ａ１であり、０．５≦ａ３／ａ１＜０．６であり、ｄ１／ｄ２≦０．３７５であるか、或いは、ａ２＝ａ１であり、０．６≦ａ３／ａ１＜０．８であり、ｄ１／ｄ２≦０．４４であるか、或いは、ａ２＝ａ１であり、０．８≦ａ３／ａ１＜０．９であり、ｄ１／ｄ２≦０．３７５であるか、或いは、ａ２＝ａ１であり、０．９≦ａ３／ａ１＜１であり、ｄ１／ｄ２≦０．１６であることを特徴とする。
【００１３】
具体的には、本願発明の光ファイバは、コアとクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０であり、０．６５≦ａ２／ａ１＜０．７であり、０．２５≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４８であるか、或いは、０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０であり、０．７≦ａ２／ａ１＜０．８であり、０．１４≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４８であるか、或いは、０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０であり、０．８≦ａ２／ａ１＜０．９であり、０．０２３≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４８であるか、或いは、０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０であり、０．９≦ａ２／ａ１＜１．０であり、０．０≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４８であることを特徴とする。
【００１４】
具体的には、本願発明の光ファイバは、コアとクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８であり、０．６≦ａ２／ａ１＜０．７であり、０．３６≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４７であるか、或いは、１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８であり、０．７≦ａ２／ａ１＜０．８であり、０．１５≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４９であるか、或いは、１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８であり、０．８≦ａ２／ａ１＜０．９であり、０．０６≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４９であるか、或いは、１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８であり、０．９≦ａ２／ａ１＜１．０であり、０．０１≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４９であることを特徴とする。
【００１５】
具体的には、本願発明の光ファイバは、コアとクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、１／８＜ｄ１／ｄ２≦１／６であり、０．６５≦ａ２／ａ１＜０．７であり、０．３≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４７であるか、或いは、１／８＜ｄ１／ｄ２≦１／６であり、０．７≦ａ２／ａ１＜０．８であり、０．２４≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４７であるか、或いは、１／８＜ｄ１／ｄ２≦１／６であり、０．８≦ａ２／ａ１＜１．０であり、０．１７≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４７であることを特徴とする。
【００１６】
具体的には、本願発明の光ファイバは、コアとクラッドを有しステップ型の屈折率分布が形成された石英ガラス主成分の光ファイバであって、前記コアのうちの前記コアの中心から半径ａ３の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ１である第１の領域と、前記コアのうちの前記コアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されかつ希土類元素の濃度がｄ２である第２の領域と、を備え、１／６＜ｄ１／ｄ２≦１／４であり、０．７≦ａ２／ａ１＜０．８であり、０．３６≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４３であるか、或いは、１／６＜ｄ１／ｄ２≦１／４であり、０．８≦ａ２／ａ１＜０．９であり、０．２７≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４３であるか、或いは、１／６＜ｄ１／ｄ２≦１／４であり、０．９≦ａ２／ａ１＜１．０であり、０．３５≦（ａ２−ａ３）／ａ１≦０．４３であることを特徴とする。
【００１７】
本願発明の光ファイバでは、前記希土類元素はエルビウムを含んでもよい。
【００１８】
本願発明の光ファイバでは、前記コアは、前記希土類元素に加えてアルミニウム又はゲルマニウムが添加されていてもよい。
【００１９】
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、励振モードは基本モードとし、信号光の高次モードにおける利得を基本モードの利得以上にすることができる。これによって、複数のモードに情報を載せて伝送を行う際に、各モードにおいて安定した伝送品質を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】増幅用光ファイバの屈折率分布の一例を示す。
【図２】伝搬モードをＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとした際に、所望の曲げ損失を満たすためのコア半径ａと比屈折率差Δの領域の一例を示す。
【図３】本実施形態に係る光ファイバの希土類添加分布の一例を示す。
【図４】ａ１＝７μｍ、ａ１＝ａ２、ｄ１＝５０ｐｐｍにおいてａ３／ａ１を１／７〜６／７まで、またｄ１／ｄ２を１〜１／１０までそれぞれ変化させた際のＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得差のシミュレーション結果の一例を示す。
【図５】ａ１＝４μｍ、ａ１＝ａ２、ｄ１＝５０ｐｐｍにおいてａ３／ａ１を１／７〜６／７まで、またｄ１／ｄ２を１〜１／１０までそれぞれ変化させた際のＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得差のシミュレーション結果の一例を示す。
【図６】ａ１＝６μｍ、ａ１＝ａ２、ｄ１＝５０ｐｐｍにおいてａ３／ａ１を１／７〜６／７まで、またｄ１／ｄ２を１〜１／１０までそれぞれ変化させた際のＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得差のシミュレーション結果の一例を示す。
【図７】ｄ１／ｄ２＝１／１０においてａ２／ａ１と（ａ２−ａ３）／ａ１を変数としたときのＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得差の一例を示す。
【図８】ｄ１／ｄ２＝１／８においてａ２／ａ１と（ａ２−ａ３）／ａ１を変数としたときのＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得差の一例を示す。
【図９】ｄ１／ｄ２＝１／６においてａ２／ａ１と（ａ２−ａ３）／ａ１を変数としたときのＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得差の一例を示す。
【図１０】ｄ１／ｄ２＝１／４においてａ２／ａ１と（ａ２−ａ３）／ａ１を変数としたときのＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得差の一例を示す。
【図１１】ｄ１／ｄ２＝１／２においてａ２／ａ１と（ａ２−ａ３）／ａ１を変数としたときのＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得差の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２３】
各モードの利得均等化に向けて増幅についての基本理論を説明したのち、それに基づいたシミュレーションを行い、増幅用光ファイバの希土類添加分布の最良の形態について示す。ここで添加される希土類元素はエルビウム（Ｅｒ）とし以下進める。
【００２４】
Ｅｒを３準位系と考えた際のレート方程式を解き、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ）の伝搬方程式を求めると下記数式１の様に表せる。
【数１】
2014086599.tif 000003
ここでＰｓ，ｉはｉモード目の信号光および自然放出光のパワー、ｚはＥＤＦにおける光の伝搬方向、νは光の波長である。ｉモード目の信号光利得係数γｅ，ｉ（ｚ，ν）と吸収係数γａ，ｉ（ｚ，ν）は各モードの規格化電界分布ψｓ，ｉ（ν，γ，θ）と信号光、励起光に対する放出断面積σｅｓ，ｉｓ、吸収断面積σａｓ，ｉｓを用いてそれぞれ以下のように表せる。
【数２】
2014086599.tif 000004
【数３】
2014086599.tif 000005
Ｎ２（γ，θ，Ｚ）とＮ１（γ，θ，Ｚ）は、それぞれ位置ｚにおけるファイバ断面の１点を動径ｒと偏角をθで表したときの、Ｅｒ３＋励起準位と基底準位のイオン数を表す。各伝搬モードにおいて数式１の伝搬方程式を解くことによりモード間の利得差を小さくする構造が特定される。
【００２５】
Ｅｒ添加型増幅用ファイバ（ＥＤＦ）の励起光源は９８０ｎｍ帯、１４８０ｎｍ帯が一般的に用いられている。本シミュレーションでは光源の違いによりモードの形状は大きく変わらず同様の傾向がみられる。本シミュレーションでは１４８０ｎｍの光源で入力パワーは１００ｍＷとし、ＥＤＦの長さは１５ｍとしている。また信号光は１５５０ｎｍで入力パワーを−１７ｄＢｍとしている。
【００２６】
モード多重伝送においてはすべてのモードが、所望の曲げ損失の実現が求められる。ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２で推奨される曲げ損失は、曲げ半径３０ｍｍにおいて０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下である。図１に、本シミュレーションで用いた増幅用光ファイバの屈折率分布を示す。
【００２７】
本構造はコア径がａ１であり、コアとクラッドの比屈折率差をΔのステップ型を仮定し、使用波長をＣ帯の１５３０から１５６５ｎｍ、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下、伝搬モードがＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとなる設計範囲を計算したものを図２に示す。
【００２８】
斜線で示されている領域はＬＰ１１モードが所望の曲げ損失を満たし、ＬＰ２１モードを伝搬しない領域である。ここで比屈折率Δは以下の式であらわされる。
【数４】
2014086599.tif 000006
ｎｃｏｒｅおよびｎｃｌａｄはそれぞれコアおよびクラッドの屈折率である。ａ１＝７μｍ、Δ＝０．４％とした際にＣ帯の波長域で基本モードであるＬＰ０１モードと第一高次モードであるＬＰ１１モードが伝搬する構造である。
【００２９】
図３に図１の屈折率分布を有する光ファイバのＥｒ添加分布を示す。本実施形態の光ファイバは、石英ガラス主成分の光ファイバであって、コアに少なくとも１種類以上の希土類元素に加えて、１種類以上の屈折率を調整するための元素が共添加されている。希土類元素は、例えば、Ｅｒである。屈折率を調整するための元素は、例えば、アルミニウム及びゲルマニウムである。本実施形態では、希土類元素としてＥｒを用い、屈折率を調整するための元素としてＡｌを用いた。なお、Ａｌは屈折率が０．４％になるように添加している。
【００３０】
本実施形態では、コアがＥｒ添加濃度ｄ１の第１の領域と、円環状にｄ１より高い添加濃度ｄ２の第２の領域を有している。第１の領域は、コアのうちのコアの中心から半径ａ３の範囲に配置されている。第２の領域は、コアのうちのコアの半径ａ３から半径ａ２の範囲に配置されている。コアの半径はａ１である。第２の領域は、円環部の外環半径がａ２であり、円環部の内環半径がａ３である。
【００３１】
図４に、ａ１＝７μｍ、ａ１＝ａ２、ｄ１＝５０ｐｐｍにおいてａ３／ａ１を０〜１まで、またｄ１／ｄ２を０．１〜１までそれぞれ変化させた際のＬＰ０１モードの利得に対するＬＰ１１モードの利得の比（ｄＢ）を示す。同様に図５、図６にはａ１＝４μｍ、ａ１＝６μｍの時の利得の比を示している。
【００３２】
これらの結果によれば、ａ３／ａ１が０．５以上０．６未満のときはｄ１／ｄ２が０以上０．３７５以下の領域、ａ３／ａ１が０．６以上０．８未満のときはｄ１／ｄ２が０以上０．４４以下の領域、ａ３／ａ１が０．８以上０．９未満のときはｄ１／ｄ２が０以上０．３７５以下の領域、ａ３／ａ１が０．９以上１未満のときはｄ１／ｄ２が０以上０．１６以下の領域で、ＬＰ０１モードの利得に対するＬＰ１１モードの利得の比（ｄＢ）が０ｄＢ以上となっていることが分かる。
【００３３】
次にａ１＜ａ２のときの利得の比を考える。図７、図８、図９、図１０、図１１にそれぞれｄ１／ｄ２＝１／１０、１／８、１／６、１／４、１／２ときのａ２／ａ１と（ａ２−ａ３）／ａ１を変数としたときのＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得の比を示す。このときのコア半径は０ｄＢ以上の利得の比である領域の狭いａ１＝４μｍとしている。
【００３４】
ｄ１／ｄ２が大きくなるとともに利得の比０ｄＢ以上を満たす領域は小さくなっており、図１１に示されているとおり、ｄ１／ｄ２＝１／２で利得の比０ｄＢ以上を満たす領域はなくなることが分かる。
【００３５】
図７に示されているとおり、０≦ｄ１／ｄ２≦１／１０においては、
ａ２／ａ１が０．６５以上で０．７未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．２５以上で０．４８以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．７以上で０．８未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．１４以上で０．４８以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．８以上で０．９未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．２３以上で０．４８以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．９以上で１未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０以上で０．４８以下であるときに、
ＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得の比は０ｄＢ以上となることが分かる。
【００３６】
図８に示されているとおり、１／１０＜ｄ１／ｄ２≦１／８においては、
ａ２／ａ１が０．６以上で０．７未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．３６以上で０．４７以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．７以上で０．８未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．１５以上で０．４９以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．８以上で０．９未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．０６以上で０．４９以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．９以上で１未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．０１以上で０．４９以下であるときに、
ＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得の比は０ｄＢ以上となることが分かる。
【００３７】
図９に示されているとおり、１／８＜ｄ１／ｄ２≦１／６においては、
ａ２／ａ１が０．６５以上で０．７未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．３以上で０．４７以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．７以上で０．８未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．２４以上で０．４７以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．８以上で１未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．１７以上で０．４７以下であるときに、
ＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得の比は０ｄＢ以上となることが分かる。
【００３８】
図１０に示されているとおり、１／６＜ｄ１／ｄ２≦１／４においては、
ａ２／ａ１が０．７以上で０．８未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．３６以上で０．４３以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．８以上で０．９未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．２７以上で０．４３以下であるか、或いは、
ａ２／ａ１が０．９以上で１未満のとき（ａ２−ａ３）／ａ１が０．３５以上で０．４３以下であるときに、
ＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの利得の比は０ｄＢ以上となることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の増幅用光ファイバは、複数のモードを用いた伝送において長距離化を実現するため、情報通信産業に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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