(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＹＤＦにおける正確な実質利得−吸収測定ができ、ＥＤＦＡ構成部品を用いてＥＹＤＦの利得係数スペクトルの見積りができる光ファイバの評価方法を提供する。【解決手段】信号光を供給する半導体レーザ１と、励起光を供給する励起光レーザ２と、合波器３と、光アイソレータ４とを有する光増幅器を備えた装置においてエルビウム／イッテリビウム添加ファイバ（ＥＹＤＦ）６を評価する光ファイバの評価方法であって、前記光増幅器の入力部および出力部の光部品の損失を測定し、評価対象のＥＹＤＦについて、４Ｉ１３／２準位励起する励起光を用いて、励起光パワーを変えながら小信号利得を測定して励起光パワーと利得との対応関係を求め、求めた励起光パワーと利得との対応関係からεを求めるとともに、前記評価対象のＥＹＤＦの吸収損失係数スペクトルα（νｓ）を求め、ε、α（νｓ）から前記評価対象のＥＹＤＦの利得係数ｇ＊(νｓ)を求める。【選択図】図２
2015122372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を供給する半導体レーザと、励起光を供給する励起光レーザと、合波器と、光アイソレータとを有する光増幅器を備えた装置においてエルビウム／イッテリビウム添加ファイバ（ＥＹＤＦ）を評価する光ファイバの評価方法であって、
前記光増幅器の入力部および出力部の光部品の損失を測定する第１のステップと、
評価対象のＥＹＤＦについて、４Ｉ１３／２準位励起する励起光を用いて、励起光パワーを変えながら小信号利得を測定して励起光パワーと利得との対応関係を求め、求めた励起光パワーと利得との対応関係を下記式（２）に代入してεを求めるとともに、
【数１】
2015122372.tif 000027
上記式（２）において、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｇｄｂ（νｓ）はエルビウム添加ファイバ利得、Ｌｏｓｓｄｂ（νｓ）はエルビウム添加ファイバ損失、Ｒ＝（励起光パワーＰｐ）／（増幅に必要な励起光パワー閾値Ｐｔｈ）、ξは、νｓを信号光周波数、νｐを励起光周波数としたとき、エルビウムイオンの吸収断面積σａ（ν）、誘導放出断面積σε（ν）に基づいて式（３）で定まる値である
【数２】
2015122372.tif 000028
前記評価対象のＥＹＤＦの吸収損失係数スペクトルα（νｓ）を求める第２のステップと、
前記第２のステップにおいて求めたε、α（νｓ）を、式（５）に代入して前記評価対象のＥＹＤＦの利得係数ｇ＊(νｓ)を求める第３のステップと、
【数３】
2015122372.tif 000029
を含むことを特徴とする光ファイバの評価方法。
【請求項２】
前記第２のステップにおいて励起光パワーと利得との対応関係を求める際に、入出力部の損失を考慮して利得が０ｄＢとなる励起光パワー、および励起光パワーがゼロのときの損失を測定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの評価方法。
【請求項３】
前記第２のステップにおいて吸収損失係数スペクトルα（νｓ）を求めることは、
広帯域光源が発生する光を、Ｅｒ吸収ピーク値が数ｄＢ／ｍから十数ｄＢ／ｍとなる短尺のファイバを透過させて、透過光を光スペクトラムアナライザで測定することにより、各周波数（波長）における吸収値ＬｄＢ（νｓ）である吸収スペクトルを測定する第１のサブステップと、
測定した吸収値ＬｄＢ（νｓ）から下記式（４）を用いてα（νｓ）を求める第２のサブステップとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの評価方法。
【数４】
2015122372.tif 000030
式（４）において、ｌは吸収スペクトル測定に用いたファイバの長さである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの評価方法に関し、さらに詳細には、光ファイバ増幅器または光ファイバレーザの増幅媒体であるＥｒ添加ファイバの特性を評価する光ファイバの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）やイッテリビウムを共添加したＥＤＦであるエルビウム／イッテリビウム添加ファイバ（ＥＹＤＦ）は光ファイバ増幅器や光ファイバレーザの増幅媒体として広く利用されている。近年、光ファイバ通信の分野では空間分割多重（ＳＤＭ）による伝送容量増大の研究が盛んになっており、長距離ＳＤＭ伝送用途としてマルチコアエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）やマルチモードＥＤＦＡが進められてきている。
【０００３】
ＥＤＦＡの設計の際に、利得等をシミュレーションすることにより効率的に設計を進めることができる。この場合、ＥＤＦの吸収係数スペクトル（ファイバ単位長あたりの吸収のスペクトル）と利得係数スペクトル（ファイバ単位長あたりの利得のスペクトル）が必要となる。理論的には、吸収係数および利得係数は、エルビウムイオン密度ρ、エルビウムイオンが添加されたコアとコアを伝搬する信号光の重なり積分Γ（ν）（νは信号光周波数）、エルビウムイオンの吸収断面積σａ（ν）および誘導放出断面積σε（ν）を用いて、それぞれα（ν）＝ρΓ（ν）σａ（ν）およびｇ＊（ν）＝ρΓ（ν）σε（ν）と表される。一般的に吸収損失スペクトルは１ｍ程度の短尺ＥＤＦを用いてＬＥＤ光源など広帯域光源と光スペクトラムアナライザを用いて、光源のスペクトルをリファレンスとし、光源と光スペクトラムアナライザの間にＥＤＦを挿入することで容易に測定できる。
【０００４】
一方、利得係数スペクトルの測定は容易ではない。利得係数スペクトル測定方法の一つとして、ＭｃＣｕｍｂｅｒの関係式を利用するものがある。ＭｃＣｕｍｂｅｒの関係式では、利得係数は吸収係数を用いて
ｇ＊（ν）＝α（ν）ｅｘｐ［（ε−ｈν）／ｋＴ］    式（１）
と表される。ここで、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。パラメータεは吸収係数と利得係数が等しくなる（吸収断面積と誘導放出断面積が等しくなると等価）周波数νεを用いてε＝ｈνεで表されるパラメータである。すなわち、パラメータεを測定することで、式（１）と短尺のＥＤＦで測定した吸収係数スペクトルとを用いて利得係数スペクトルを見積もることができる。パラメータεを測定する方法の一つとして、実質利得−損失測定法がある（非特許文献１）。この方法では、図１に示したエルビウムイオンのエネルギー準位のうち、４Ｉ１１／２準位を励起して測定を行うもので、簡易な光増幅器構成があれば測定ができるという利点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｗ．Ｌ．Ｂａｒｎｅｓ，ｅｔ  ａｌ，“Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｒ３＋ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｆｉｂｅｒｓ，”  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．２７，ｎｏ．４，ｐｐ．１００４−１０１０，１９９１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＥＤＦにイッテリビウムイオンを共添加したＥＤＦであるＥＹＤＦでは、図１に示したように、イッテリビウムイオンの上準位が４Ｉ１１／２準位と近いエネルギであるため４Ｉ１１／２準位を励起する励起光がエルビウムイオンだけでなくイッテリビウムイオンにも吸収されるため、従来の実質利得−吸収測定による正確なパラメータεの測定ができない。
【０００７】
本発明は上記従来の問題に鑑みなされたもので、本発明の課題は、ＥＹＤＦにおける正確な実質利得−吸収測定ができ、ＥＤＦＡ構成部品を用いてＥＹＤＦの利得係数スペクトルの見積りができる光ファイバの評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された発明は、信号光を供給する半導体レーザと、励起光を供給する励起光レーザと、合波器と、光アイソレータとを有する光増幅器を備えた装置においてエルビウム／イッテリビウム添加ファイバ（ＥＹＤＦ）を評価する光ファイバの評価方法であって、前記光増幅器の入力部および出力部の光部品の損失を測定する第１のステップと、評価対象のＥＹＤＦについて、４Ｉ１３／２準位励起する励起光を用いて、励起光パワーを変えながら小信号利得を測定して励起光パワーと利得との対応関係を求め、求めた励起光パワーと利得との対応関係を下記式（２）に代入してεを求めるとともに、
【０００９】
【数１】
2015122372.tif 000003
【００１０】
上記式（２）において、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｇｄｂ（νｓ）はエルビウム添加ファイバ利得、Ｌｏｓｓｄｂ（νｓ）はエルビウム添加ファイバ損失、Ｒ＝（励起光パワーＰｐ）／（増幅に必要な励起光パワー閾値Ｐｔｈ）、ξは、νｓを信号光周波数、νｐを励起光周波数としたとき、エルビウムイオンの吸収断面積σａ（ν）、誘導放出断面積σε（ν）に基づいて式（３）で定まる値である
【００１１】
【数２】
2015122372.tif 000004
【００１２】
前記評価対象のＥＹＤＦの吸収損失係数スペクトルα（νｓ）を求める第２のステップと、前記第２のステップにおいて求めたε、α（νｓ）を、式（５）に代入して前記評価対象のＥＹＤＦの利得係数ｇ＊(νｓ)を求める第３のステップと、
【００１３】
【数３】
2015122372.tif 000005
【００１４】
を含むことを特徴とする光ファイバの評価方法。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＥｒイオンおよびＹｂイオンのエネルギー準位図である。
【図２】光ファイバの評価方法を実施する装置を示すブロック図である。
【図３】測定したＥＹＤＦ利得とＧｍａｘとのＲ依存性を示す図である。
【図４】ＥＹＤＦの吸収係数スペクトルと光ファイバの評価方法により見積もられた利得係数スペクトルとを示す図である。
【図５】実測およびシミュレーションによるＥＹＦＤ利得を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態の光ファイバの評価方法は、信号光を供給する半導体レーザと、励起光を供給する励起光レーザと、合波器と、光アイソレータとを有するEDFA構成を備えた装置により実施することができる。この装置は、ＥＹＤＦの４Ｉ１３／２準位を励起する励起光源と、１．５５μｍ帯の信号光源と、ＥＹＤＦにより増幅された１．５５μｍ帯信号光を検出する手段とを備えており、さらに、ＥＹＤＦにより増幅された１．５５μｍ帯信号光を検出する手段によって検出した信号光パワーに基づいて利得係数スペクトルを算出する手段を備えている。
【００１８】
次に、本実施形態の光ファイバ評価方法において利得係数スペクトルを測定する具体的手順について説明する。
【００１９】
まず、光増幅器の入力部および出力部の光部品の損失を測定する（第１のステップ）
次に、評価対象となるＥＹＤＦ（以下、単に、ファイバともいう）についてεと吸収損失係数スペクトルα（νｓ）とを求める（第２のステップ）。
【００２０】
εを求めるために、評価対象となる数ｍ程度の長さのＥＹＤＦを用意し、用意したＥＹＤＦについて、４Ｉ１３／２準位励起する励起光を用いて、励起光パワーを変えながら小信号利得を測定して励起光パワーと利得との対応関係を求める。その際、入出力部の損失を考慮して利得が０ｄＢとなる励起光パワー、および励起光パワーがゼロのときの損失も測定しておく。
【００２１】
評価対象のＥＹＤＦについて４Ｉ１３／２準位励起する励起光を用いて測定して求めた励起光パワーと利得との対応関係を下記式（２）に代入してεを求める。
【００２２】
【数４】
2015122372.tif 000006
【００２３】
εは、式（２）を用いて二分法などの簡単な数値計算により求めることができる。なお、励起光パワー対利得の各点におけるεはそれぞれ若干異なるが、励起光パワーが大きくなるにつれある値に収束すると考えられるため、測定した中で最大励起光パワーのεを採用する。なお、上記式（２）において、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。また、Ｇｄｂ（νｓ）はエルビウム添加ファイバ利得であり、Ｌｏｓｓｄｂ（νｓ）はエルビウム添加ファイバ損失であり、Ｒ＝（励起光パワーＰｐ）／（増幅に必要な励起光パワー閾値Ｐｔｈ）であり、ξは、νｓを信号光周波数、νｐを励起光周波数、エルビウムイオンの吸収断面積σａ（ν）、誘導放出断面積σε（ν）としたときに式（３）で定まる値である。
【００２４】
【数５】
2015122372.tif 000007
【００２５】
また、評価対象のＥＹＤＦの吸収損失係数スペクトルα（νｓ）は、以下の手順（第１および第２のサブステップ）で求めることができる。
【００２６】
ＬＥＤ光源などの広帯域光源が発生する光を、Ｅｒ吸収ピーク値が数ｄＢ／ｍから十数ｄＢ／ｍとなる短尺のファイバを透過させて、透過光を光スペクトラムアナライザで測定することにより、各周波数（波長）における吸収値ＬｄＢ（νｓ）、すなわち吸収スペクトルを測定する（第１のサブステップ）。
【００２７】
測定した吸収値ＬｄＢ（νｓ）（単位はｄＢ）から次式（４）を用いてα（νｓ）を求める（第２のサブステップ）。
【００２８】
【数６】
2015122372.tif 000008
【００２９】
式（４）において、ｌは吸収スペクトル測定に用いたファイバの長さである。
【００３０】
上記第２のステップで求めたε、α（νｓ）を、ＭｃＣｕｍｂｅｒの関係式（１）から導かれる
【００３１】
【数７】
2015122372.tif 000009
【００３２】
に代入して評価対象のＥＹＤＦの利得係数を求める（第３のステップ）。
【００３３】
次に、εを算出する際に用いられる上記式（２）の導出について説明する。
【００３４】
エルビウムイオンの４Ｉ１５／２、４Ｉ１３／２準位の相対占有密度をそれぞれＮ１、Ｎ２（Ｎ１＋Ｎ２＝１）とする。４Ｉ１３／２準位励起の場合、２準位系（または擬似３準位系）として取り扱い、４Ｉ１５／２う←→４Ｉ１３／２における遷移確率を励起光と信号光とを区別して考えると、レート方程式から、
【００３５】
【数８】
2015122372.tif 000010
【００３６】
ここで、Ａ２１は４Ｉ１３／２準位から４Ｉ１５／２準位への輻射遷移確率、Ｗ１２、Ｗ２１はそれぞれ４Ｉ１５／２準位から４Ｉ１３／２準位、４Ｉ１３／２準位から４Ｉ１５／２準位への遷移確率である。また、Ｒ１２、Ｒ２１はそれぞれ４Ｉ１５／２準位から４Ｉ１１／２準位、４Ｉ１１／２準位から４Ｉ１５／２準位への遷移確率である。
【００３７】
小信号利得の場合の相対占有密度は次式（８）、式（９）のようになる。
【００３８】
【数９】
2015122372.tif 000011
【００３９】
一方、ＥＹＤＦの利得係数Ｇ（νｓ）は
【００４０】
【数１０】
2015122372.tif 000012
【００４１】
と表される。νｓは信号光周波数、Γ（νｓ）は信号光周波数における閉じ込め係数である。ここで、式（８）および（９）を用いると、
【００４２】
【数１１】
2015122372.tif 000013
【００４３】
となる。式（１０）の分子の第１項および第２項は、
【００４４】
【数１２】
2015122372.tif 000014
【００４５】
となるから、
【００４６】
【数１３】
2015122372.tif 000015
【００４７】
ここで、νｐは励起光周波数、Γ（νｐ）は励起光周波数における閉じこめ係数、Ｓはファイバのコア断面積であり、
【００４８】
【数１４】
2015122372.tif 000016
【００４９】
である。ＥＹＤＦの利得と損失とが釣り合うときの（Ｒ１２＋Ｒ２１）を（Ｒ１２＋Ｒ２１）ｔｈとすると、ξ（Ｒ１２＋Ｒ２１）ｔｈσｅ（νｓ）−Ａ２１σａ（νｓ）＝０から、
【００５０】
【数１５】
2015122372.tif 000017
【００５１】
したがって、
【００５２】
【数１６】
2015122372.tif 000018
【００５３】
ＥＹＤＦへ入力する励起光パワーをＰｐ、増幅に必要な励起光パワー閾値をＰｔｈとし、（Ｒ１２＋Ｒ２１）／（Ｒ１２＋Ｒ２１）ｔｈ＝Ｐｐ／Ｐｔｈ＝Ｒとおくと、
【００５４】
【数１７】
2015122372.tif 000019
【００５５】
となる。
短尺（長さＬ）のＥＹＤＦを強励起した場合、ＥＹＤＦの利得係数Ｇ（νｓ）は、
【００５６】
【数１８】
2015122372.tif 000020
【００５７】
ただし、Ｇｍａｘ（νｓ）＝σｅ（νｓ）ρΓ（νｓ）Ｌである。（１７）式より、ｄＢ表示のエルビウム添加ファイバ利得ＧｄＢは、Ｇｍａｘ（νｓ）ｄＢ＝（１０ｌｏｇｅ）・σｅ（νｓ）ρΓ（νｓ）Ｌを用いて、
【００５８】
【数１９】
2015122372.tif 000021
【００５９】
と表される。
Ｇｍａｘ（νｓ）ｄＢはエルビウム添加ファイバの理論的最大利得（ｄＢ表示）であり、
【００６０】
【数２０】
2015122372.tif 000022
【００６１】
と表される。ここで、式（１８）および（１３）に、ＭｃＣｕｍｂｅｒ理論による誘導放出断面積σｅ（νｓ）と吸収断面積σａ（νｓ）の関係式
【００６２】
【数２１】
2015122372.tif 000023
【００６３】
を用いると、
【００６４】
【数２２】
2015122372.tif 000024
【００６５】
となる。ここで、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。また、εは励起エネルギーに関係するパラメータで、エネルギーがεとなる光周波数において吸収断面積と誘導放出断面積が等しくなる。
【００６６】
一方、（２１）式から、励起光パワーがゼロの場合、エルビウム添加ファイバ損失（ｄＢ表示）は次式のようになる。
【００６７】
【数２３】
2015122372.tif 000025
【００６８】
（２１）式、および（２３）式から、式（２）の関係が導かれる。
【００６９】
【数２４】
2015122372.tif 000026
【実施例１】
【００７０】
次に本実施形態の光ファイバの評価方法の効果を例証する実施例について説明する。
【００７１】
図２は本実施形態の光ファイバの評価方法を実施するための装置を示すブロック図である。図２に示す装置は、信号光を発生する波長１５５０ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）１と、４Ｉ１３／２準位を励起する波長１４８０ｎｍのＬＤ（励起光レーザ）２と、信号光を励起光と合波する合波器３と、光アイソレータ４と、光スペクトラムアナライザ５とを備えて構成される。被測定ＥＹＤＦ６は合波器３および光アイソレータ４と融着接続されている。
【００７２】
図２に示す装置において、上述の光ファイバの評価方法を実施する。具体的には、エルビウム濃度０．１ｗｔ％、イッテリビウム濃度１．３ｗｔ％、カットオフ波長０．８９μｍ、モードフィールド直径６．２μｍのＥＹＤＦの利得係数スペクトルを見積もった。使用したＥＹＤＦは２ｍ長のものとした。信号光波長は１５５０ｎｍ、４Ｉ１３／２準位を励起する励起光源の波長は１４６３ｎｍ、温度は２４℃とした。
【００７３】
図３に測定したＥＹＤＦ利得とＧｍａｘｄＢのＲ依存性を示す。励起光パワー閾値は７．６Ｗであった。本測定で得られたＧｍａｘｄＢ、η（νｓ）とεはそれぞれ１５．８３ｄＢ、１．３０ａｎｄ１．２９２×１０−１９Ｊであった。得られたεと１ｍ長のＥＹＤＦで測定した吸収損失係数スペクトルから、ＭｃＣｕｍｂｅｒの関係を用いて見積もられた利得係数スペクトルを吸収損失係数スペクトルと共に図４に示す。
【００７４】
ここで比較例として、４Ｉ１１／２準位を励起する９７６ｎｍの励起光を用いて、同じＥＹＤＦの利得係数スペクトルを従来の方法で測定した。得られたＧｍａｘｄＢ値は５０ｄＢ以上で無意味な値であった。また、励起光パワー閾値は２７９．８ｍＷであり、出力が１Ｗ級の励起レーザを用いてもＲ値はせいぜい３程度しか得られず、正確な測定が困難であることが確認できている。この大きな励起光パワー閾値は９７６ｎｍの励起光がイッテリビウムイオンに吸収されていることが原因となっている。
【００７５】
図４で得られた利得係数スペクトルの妥当性を評価するために、これら利得係数と吸収係数スペクトルを用いたＥＹＤＦ利得スペクトルのシミュレーション結果をＥＹＤＦ利得実測値と比較した。ＥＹＤＦ長は５ｍとし、１４６３ｎｍ励起光を用いて前方励起構成で励起した。利得は８チャネルの波長多重（ＷＤＭ）信号を入力して測定し、信号光パワーは−１１、−１４、−１７ａｎｄ−２０  ｄＢｍ／ｃｈに設定した。ＥＹＤＦ利得のシミュレーションは励起光、信号光、自然放出増幅光（ＡＳＥ）伝搬についての連立微分方程式を解くことにより行った。図５において○は実測したＥＹＤＦ利得、●はシミュレーションによるＥＹＤＦ利得を示している。シミュレーション結果は実測値とよく一致しており、本願発明の光ファイバの評価方法によって求めた利得係数スペクトルの妥当性が確認できている。
【００７６】
以上説明したように、エルビウム添加ファイバを評価する光ファイバの評価方法は、エルビウムイオンの４Ｉ１３／２準位を励起する励起光源を用いることで、従来の技術では測定ができなかったＥＹＤＦの利得係数スペクトルの評価が可能になるという利点を有する。
【符号の説明】
【００７７】
１  半導体レーザ（ＬＤ）
２  励起光レーザ
３  合波器
４  光アイソレータ
５  光スペクトラムアナライザ
６  被測定ＥＹＤＦ
【図１】
2015122372.tif 000031
【図２】
2015122372.tif 000032
【図３】
2015122372.tif 000033
【図４】
2015122372.tif 000034
【図５】
2015122372.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月15日(2015.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）やイッテリビウムを共添加したＥＤＦであるエルビウム／イッテリビウム共添加ファイバ（ＥＹＤＦ）は光ファイバ増幅器や光ファイバレーザの増幅媒体として広く利用されている。近年、光ファイバ通信の分野では空間分割多重（ＳＤＭ）による伝送容量増大の研究が盛んになっており、長距離ＳＤＭ伝送用途としてマルチコアエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）やマルチモードＥＤＦＡが進められてきている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された発明は、信号光を供給する半導体レーザと、励起光を供給する励起光レーザと、合波器と、光アイソレータとを有する光増幅器を備えた装置においてエルビウム／イッテリビウム共添加ファイバ（ＥＹＤＦ）を評価する光ファイバの評価方法であって、前記光増幅器の入力部および出力部の光部品の損失を測定する第１のステップと、評価対象のＥＹＤＦについて、4Ｉ13/2準位励起する励起光を用いて、励起光パワーを変えながら小信号利得を測定して励起光パワーと利得との対応関係を求め、求めた励起光パワーと利得との対応関係を下記式（２）に代入してεを求めるとともに、
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記式（２）において、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ＧdB（νs）は評価対象のＥＹＤＦ利得、ＬｏｓｓdB（νｓ）は評価対象のＥＹＤＦ損失、Ｒ＝（励起光パワーＰｐ）／（増幅に必要な励起光パワー閾値Ｐｔｈ）、ξは、νsを信号光周波数、νpを励起光周波数としたとき、エルビウムイオンの吸収断面積σa（ν）、誘導放出断面積σe（ν）に基づいて式（３）で定まる値である
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
を含み、前記第２のステップにおいて励起光パワーと利得との対応関係を求める際に、前記第１のステップで測定した光増幅器の入力部および出力部の光部品の損失を考慮して利得が０ｄＢとなる励起光パワー、および励起光パワーがゼロのときの損失を測定することを特徴とする光ファイバの評価方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
εは、式（２）を用いて二分法などの簡単な数値計算により求めることができる。なお、励起光パワー対利得の各点におけるεはそれぞれ若干異なるが、励起光パワーが大きくなるにつれある値に収束すると考えられるため、測定した中で最大励起光パワーのεを採用する。なお、上記式（２）において、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。また、ＧdB（νs）は評価対象のＥＹＤＦ利得であり、ＬｏｓｓdB（νｓ）は評価対象のＥＹＤＦ損失であり、Ｒ＝（励起光パワーＰｐ）／（増幅に必要な励起光パワー閾値Ｐｔｈ）であり、ξは、νsを信号光周波数、νpを励起光周波数、エルビウムイオンの吸収断面積σa（ν）、誘導放出断面積σe（ν）としたときに式（３）で定まる値である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
ただし、Ｇmax（νｓ）＝σｅ（νｓ）ρΓ（νs）Ｌである。（１７）式より、ｄＢ表示の評価対象のＥＹＤＦ利得ＧdBは、Ｇmax（νs）dB＝（１０ｌｏｇｅ）・σｅ（νｓ）ρΓ（νs）Ｌを用いて、
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
と表される。
Ｇmax（νs）dBは評価対象のＥＹＤＦの理論的最大利得（ｄＢ表示）であり、
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
一方、（２１）式から、励起光パワーがゼロの場合、評価対象のＥＹＤＦ損失（ｄＢ表示）は次式のようになる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
以上説明したように、本発明の光ファイバの評価方法は、エルビウムイオンの4Ｉ13/2準位を励起する励起光源を用いることで、従来の技術では測定ができなかったＥＹＤＦの利得係数スペクトルの評価が可能になるという利点を有する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を供給する半導体レーザと、励起光を供給する励起光レーザと、合波器と、光アイソレータとを有する光増幅器を備えた装置においてエルビウム／イッテリビウム共添加ファイバ（ＥＹＤＦ）を評価する光ファイバの評価方法であって、
前記光増幅器の入力部および出力部の光部品の損失を測定する第１のステップと、
評価対象のＥＹＤＦについて、4Ｉ13/2準位励起する励起光を用いて、励起光パワーを変えながら小信号利得を測定して励起光パワーと利得との対応関係を求め、求めた励起光パワーと利得との対応関係を下記式（２）に代入してεを求めるとともに、
【数１】
2015122372.tif 000036
上記式（２）において、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ＧdB（νs）は評価対象のＥＹＤＦ利得、ＬｏｓｓdB（νｓ）は評価対象のＥＹＤＦ損失、Ｒ＝（励起光パワーＰｐ）／（増幅に必要な励起光パワー閾値Ｐｔｈ）、ξは、νsを信号光周波数、νpを励起光周波数としたとき、エルビウムイオンの吸収断面積σa（ν）、誘導放出断面積σe（ν）に基づいて式（３）で定まる値である
【数２】
2015122372.tif 000037
前記評価対象のＥＹＤＦの吸収損失係数スペクトルα（νｓ）を求める第２のステップと、
前記第２のステップにおいて求めたε、α（νｓ）を、式（５）に代入して前記評価対象のＥＹＤＦの利得係数ｇ＊(νs)を求める第３のステップと、
【数３】
2015122372.tif 000038
を含み、
前記第２のステップにおいて励起光パワーと利得との対応関係を求める際に、前記第１のステップで測定した光増幅器の入力部および出力部の光部品の損失を考慮して利得が０ｄＢとなる励起光パワー、および励起光パワーがゼロのときの損失を測定することを含むことを特徴とする光ファイバの評価方法。
【請求項２】
前記第２のステップにおいて吸収損失係数スペクトルα（νｓ）を求めることは、
広帯域光源が発生する光を、Ｅｒ吸収ピーク値が数ｄＢ／ｍから十数ｄＢ／ｍとなる短尺の前記評価対象のＥＹＤＦを透過させて、透過光を光スペクトラムアナライザで測定することにより、各周波数（波長）における吸収値ＬdB（νｓ）である吸収スペクトルを測定する第１のサブステップと、
測定した吸収値ＬdB（νｓ）から下記式（４）を用いてα（νｓ）を求める第２のサブステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの評価方法。
【数４】
2015122372.tif 000039
式（４）において、ｌは吸収スペクトル測定に用いたファイバの長さである。