(57)【要約】【課題】増幅帯域の広帯域化を図る。【解決手段】コア７は、コア７の径方向内側部位に設けられた信号光全帯域増幅部位７ａと、径方向外側部位に設けられた信号光長波長帯域増幅部位７ｂとを有している。信号光全帯域増幅部位７ａは、増幅する全帯域光を増幅する部位である。信号光長波長帯域増幅部位７ｂは、コア７の径方向外側部位を通過しにくいために径方向外側部位では増幅困難な短波長帯域光を除く長波長帯域光を効率高く増幅する部位である。信号光長波長帯域増幅部位７ｂは、コア７の径方向内側部位より希土類の添加濃度が高い部位として形成することができる。【選択図】　図３
2004111778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアに添加された希土類と、前記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有し、
前記コアの径方向外側部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向内側部位より高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記コアの径方向内側部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記コアの径方向外側部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項４】
コアと、前記コアに添加された希土類と、前記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有し、
前記コアは、コアの径方向内側部位に設けられた信号光全帯域増幅部位と、径方向外側部位に設けられた信号光長波長帯域増幅部位とを有しており、
前記信号光全帯域増幅部位は、増幅する全帯域光を増幅する部位であり、
前記信号光長波長帯域増幅部位は、前記コアの径方向外側部位を通過しにくいために前記径方向外側部位では増幅効率の低い短波長帯域光を除く長波長帯域光を効率高く増幅する部位である、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項５】
請求項４に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記信号光長波長帯域増幅部位は、前記コアの信号光全帯域増幅部位より前記希土類の添加濃度が高い部位である、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項６】
請求項５に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記信号光長波長帯域増幅部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項７】
請求項５または６に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記信号光全帯域増幅部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記希土類はエルビウムである、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の増幅用光ファイバを有することを特徴とする光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅用光ファイバおよびそれを用いた光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
増幅用光ファイバに組み込まれる増幅用光ファイバは、希土類（エルビウム等）が添加されたコアと、記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有して構成されている。（例えば、特許文献１，２，３参照）
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５８２５９２号（全文）
【特許文献２】
特開平０１−０９４３２９号（全文）
【特許文献３】
特開平０４−０５０１４０号（全文）
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバ通信の大容量化に伴い、光増幅装置の広帯域化が望まれているが、十分な広帯域化は未だ達成されていない。
【０００４】
したがって、本発明の主たる目的は、増幅用光ファイバ（増幅用光ファイバ）の増幅帯域の広帯域化を図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するためには、本発明の第１は、コアと、前記コアに添加された希土類と、前記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有し、
前記コアの径方向外側部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向内側部位より高くしていることに特徴がある。これにより、次のような作用を有する。
【０００６】
本発明では、コアの径方向外側部位における希土類の添加濃度を、コアの径方向内側部位より高くすることで、長波長帯域光を短波長帯域光に比してより効率高く増幅することが可能となる。これは、光ファイバ中を伝搬する光は通常長波長ほど広いモードフィールド径を持つことに起因している。これにより、本発明では、長波長帯域側の信号光における濃度条長積が短波長帯域側の信号光における濃度条長積に比して飛躍的に大きくなる。そのため、短波長帯域光に適した比較的短い濃度条長積と長波長帯域光に適した比較的長い濃度条長積とを、同一の増幅用光ファイバ内に作り込むことが可能となる。その結果、増幅用光ファイバの広帯域化を実現することができる。
【０００７】
なお、前記コアの径方向内側部位における前記希土類の添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くするのが好ましく、そうすれば、短波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積は波長に比例して連続的に変動しているため、波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることで、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、増幅効率が向上する。
【０００８】
なお、前記コアの径方向外側部位における前記希土類の添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くするのが好ましく、そうすれば、長波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積は波長に比例して連続的に変動しているため、波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることで、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、増幅効率が向上する。
【０００９】
本発明の第２では、コアと、前記コアに添加された希土類と、前記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有し、
前記コアは、コアの径方向内側部位に設けられた信号光全帯域増幅部位と、径方向外側部位に設けられた信号光長波長帯域増幅部位とを有しており、
前記信号光全帯域増幅部位は、増幅する全帯域光を増幅する部位であり、
前記信号光長波長帯域増幅部位は、前記コアの径方向外側部位を通過しにくいために前記径方向外側部位では増幅効率の低い短波長帯域光を除く長波長帯域光を増幅効率高く増幅する部位である、
ことに特徴を有している。これにより、次のような作用を有する。
【００１０】
本発明では、前記コアの径方向外側部位に信号光長波長帯域増幅部位を設けることで、光から見て長波長側の光ほど濃度条長積が大きくなって、長波長側の光が効果的に増幅されるようになる。これにより、本発明の構成では、均一に希土類が含有された通常の光ファイバに比べて、長波長帯域光を効果的に増幅することが可能となる。
【００１１】
そのため、短波長帯域光に適した比較的短い濃度条長積と長波長帯域光に適した比較的長い濃度条長積とを、同一の増幅用光ファイバ内に作り込むことが可能となる。その結果、増幅用光ファイバの広帯域化を実現することができる。
【００１２】
なお、前記信号光長波長帯域増幅部位は、前記信号光全帯域増幅部位より前記希土類の添加濃度が高い部位として形成することができる。
【００１３】
なお、前記コアの径方向内側部位における前記希土類の添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くするのが好ましく、そうすれば、短波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積は波長に比例して連続的に変動しているため、波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることで、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、増幅効率が向上する。
【００１４】
なお、前記コアの径方向外側部位における前記希土類の添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くするのが好ましく、そうすれば、長波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積は波長に比例して連続的に変動しているため、波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることで、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、増幅効率が向上する。
【００１５】
本発明の第１，第２において、前記希土類はエルビウムであるのが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第１，第２の増幅用光ファイバを組み込んで光増幅装置を構成しても同様の作用効果を奏することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態の増幅用光ファイバ２を組み込んだ光増幅装置１の構成を示す図である。
【００１８】
この光増幅装置１は、増幅用光ファイバ２と、ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂと、励起光源４Ａ，４Ｂと、入力端側伝送用光ファイバ５と出力端側伝送用光ファイバ６とを備えている。
【００１９】
信号光は、入力端側伝送用光ファイバ５から入力されて出力端側伝送用光ファイバ６から出力されるようになっている。
【００２０】
入力端側伝送用光ファイバ５と出力端側伝送用光ファイバ６との間には、信号光を増幅する増幅用光ファイバ２が介装されて接続されている。増幅用光ファイバ２は希土類添加光ファイバから構成されている。希土類添加光ファイバとして最適なものは、エルビウム添加光ファイバが挙げられるが、ネオジウム等の他の希土類であってもよい。
【００２１】
ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂは増幅用光ファイバ２の少なくとも一端（本実施形態では両端）に設けられている。ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂは、増幅用光ファイバ２と入出力端側伝送用光ファイバ５，６との間に設けられている。ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂには、励起光源４Ａ，４Ｂが接続されている。ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂは、励起光源４Ａ，４Ｂから出力される励起光を増幅用光ファイバ２に導入している。
【００２２】
増幅用光ファイバ２は、図２に示すように、コア７と、コア７の外周に設けられたクラッド８とを備えている。
【００２３】
この光増幅装置１はコア７の構成に特徴がある。コア７は、信号光全帯域増幅部位７ａと、信号光長波長帯域増幅部位７ｂとを有している。信号光全帯域増幅部位７ａはコアの径方向内側部位に設けられている。信号光長波長帯域増幅部位７ｂはコア７の径方向外側部位に設けられている。信号光全帯域増幅部位７ａは、増幅する全帯域光を増幅する部位である。信号光長波長帯域増幅部位７ｂは、コア７の径方向外側部位を通過しにくいためにその径方向外側部位では増幅効率の低い短波長帯域光を除く長波長帯域光を増幅効率高く増幅する部位である。
【００２４】
信号光全帯域増幅部位７ａと信号光長波長帯域増幅部位７ｂとは次のように構成されている。すなわち、コア７には、エルビウム等の希土類が添加されているが、その希土類濃度を径方向に沿って相違させることで、信号光全帯域増幅部位７ａと信号光長波長帯域増幅部位７ｂとは構成されている。具体的には、図３に示すように、コア７の径方向内側部位に設けられた信号光全帯域増幅部位７ａとコア７の径方向外側部位に設けられた信号光長波長帯域増幅部位７ｂとを比較すると、信号光長波長帯域増幅部位７ｂの方が希土類（エルビウム）の濃度が高くなっている。さらには、信号光全帯域増幅部位７ａと信号光長波長帯域増幅部位７ｂとも、その希土類添加濃度は、コア７の径方向外側になるに連れて高くなっている。なお、屈折率は、図３に示すように、信号光全帯域増幅部位７ａと信号光長波長帯域増幅部位７ｂともに同一となっている。図３において、一点鎖線は、Ｃバンドにおける光強度を示し、二点鎖線は、Ｌバンドにおける光強度を示している。
【００２５】
希土類としてエルビウムを用いる場合、その最大添加濃度（信号光長波長帯域増幅部位７ｂにおける最大添加濃度）は添加可能最大濃度とするのが好ましく、具体的には、１０００ｐｐｍ程度が好ましいが、３０００ｐｐｍ程度までは大きく性能を落とすことなく増幅することが可能である。特に、Ｌバンドでは、３０００ｐｐｍでもほとんど増幅効率を落とすことなく増幅することが可能である。
【００２６】
以上の構成を備えることで、この光増幅装置１は、増幅帯域を広帯域にすることができる。以下、その理由を説明する。
【００２７】
一般に、増幅用光ファイバを用いた光増幅においては、増幅する信号光の波長（増幅波長）それぞれに応じた濃度条長積（希土類濃度×光ファイバ条長）が必要となる。濃度条長積は増幅波長に比例し、増幅波長が長くなる程、濃度条長積は大きくなる。例えば、Ｃバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）とＬバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）とを比較すると、ＬバンドはＣバンドの約５倍以上の濃度条長積を必要とする。したがって、信号光の波長帯域それぞれに応じて濃度条長積を設定できれば、増幅用光ファイバの増幅帯域の広帯域化を図ることができる。
【００２８】
濃度条長積は、希土類濃度と希土類添加光ファイバのファイバ長との積である。そのため、同一長の光ファイバであれば、濃度条長積は実際に信号光が通過するコア領域における希土類濃度（以下、実効濃度という）に比例し、実効濃度が高くなる程、濃度条長積は大きくなる。実効濃度は、信号光が通過するコアの断面積（以下、通過断面積という）と、コア径方向の光の強度分布との影響を受ける。希土類がコアに均一に添加されている場合、実効濃度は通過断面積に比例し、通過断面積が大きくなる程、希土類の実効濃度は高くなる。このことから、通過断面積を変動させれば、実効濃度を制御できることがわかる。
【００２９】
光増幅装置１では、通過断面積の制御を行うためにモードフィールド径ＭＦＤに着目している。モードフィールド径ＭＦＤは、図４に示すように、信号光の波長に比例し、波長が長くなる程、モードフィールド径ＭＦＤは大きくなり、波長が短くなる程、モードフィールド径ＭＦＤは小さくなる。したがって、図３に示すように、長波長帯域側の信号光は、コア７の径方向内側部位（信号光全帯域増幅部位７ａ），外側部位（信号光長波長帯域増幅部位７ｂ）を問わず比較的満遍なく通過するのに対して、短波長帯域側の信号光は、径方向内側部位（信号光全帯域増幅部位７ａ）に偏って通過する。そのため、長波長帯域側の信号光における通過断面積は、短波長帯域側の信号光における通過断面積より大きくなり、長波長帯域側の信号光における濃度条長積は、短波長帯域側の信号光における濃度条長積より大きくなる。
【００３０】
しかしながら、上述したように、Ｌバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）で必要な濃度条長積は、Ｃバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）で必要な濃度条長積の約５倍以上である。そのため、通過断面積が大きくなることに由来する濃度条長積の増加分だけでは、増幅帯域の広域化を図ることは不可能である。
【００３１】
そこで、光増幅装置１では、コア７の径方向外側部位（信号光長波長帯域増幅部位７ｂ）における希土類の添加濃度を、コアの径方向内側部位より高くしている。これにより、長波長帯域光を短波長帯域光に比してより増幅効率高く増幅することが可能となる。その結果、光増幅装置１では、長波長帯域側の信号光における希土類の実効濃度が短波長帯域側の信号光における希土類の実効濃度に比して格段に高くなっている。これにより、光増幅装置１では、長波長帯域側の信号光における濃度条長積が短波長帯域側の信号光における濃度条長積に比して飛躍的に大きくなっている。そのため、短波長帯域光（Ｃバンド等）に適した比較的短い濃度条長積と長波長帯域光（Ｌバンド等）に適した比較的長い濃度条長積とを、同一の増幅用光ファイバ２内に作り込むことが可能となる。その結果、光増幅装置１は広帯域化が実現されている。
【００３２】
なお、光増幅装置１では、コア７の径方向内側部位（信号光全帯域増幅部位７ａ）やコア７の径方向外側部位（信号光長波長帯域増幅部位７ｂ）における希土類（エルビウム）の添加濃度を、コア７の径方向外側になるに連れて高くしている。これにより、短波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積が波長に比例して連続的に変動することで、光増幅装置１では、波長に応じて濃度条長積が連続的に変動する。これにより、光増幅装置１では、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、さらに増幅効率が向上する。
【００３３】
このような増幅用光ファイバ２の構造は、次のようにして作製することができる。
【００３４】
第１の方法
コアとなるスートを作製する際に、コア７の中心部（信号光全帯域増幅部位７ａ）となるスート密度を高める一方、コア７の周辺部（信号光長波長帯域増幅部位７ｂ）となるスート密度を中心部に比して低くする。そのうえで、作製したスートを希土類（エルビウム等）の含有液に液侵することで、スートに希土類を添加する。これにより、コア周辺部（信号光長波長帯域増幅部位７ｂ）の希土類の添加量をコア中心部（信号光全帯域増幅部位７ａ）より高める。これは、スートにおいて密度の低い領域の方が密度の高い領域よりも希土類濃度が高くなることに基づいている。
【００３５】
第２の方法
スート作製時において種棒として、コア７となりうる石英ガラス棒（Ｇｅ，Ｅｒ，Ａｌが少量添加されている）を用いることで、コア７の周辺部（信号光長波長帯域増幅部位７ｂ）の希土類の添加量をコア７の中心部（信号光全帯域増幅部位７ａ）より高める。これは、種棒からなるコア７の中心部に対しては希土類が添加しにくいことに基づいている。
【００３６】
第３の方法
スートを希土類溶液に浸漬する際に、スートの側面のみを溶液に浸漬することで、コア７の周辺部（信号光長波長帯域増幅部位７ｂ）の希土類の添加量をコア７の中心部（信号光全帯域増幅部位７ａ）より高める。
【００３７】
第４の方法
スートを希土類溶液に浸漬する際に、スート全体を一度に溶液に浸漬することでスート中心部の脱気を不十分にし、これにより、コア７の周辺部（信号光長波長帯域増幅部位７ｂ）の希土類の添加量をコア７の中心部（信号光全帯域増幅部位７ａ）より高める。これは、脱気が不十分な領域には、希土類が十分浸透しないことに基づいている。
【００３８】
信号光全帯域増幅部位７ａ，信号光長波長帯域増幅部位７ｂの配置構造は、図３に示すほか、図５に示すように構成してもよい。図３の構成では、信号光全帯域増幅部位７ａと信号光長波長帯域増幅部位７ｂとは、コア７内に径方向に連続して形成されていた。図５の構成では、信号光全帯域増幅部位７ａ’と信号光長波長帯域増幅部位７ｂ’とは、径方向に不連続に形成されており、両部位７ａ’，７ｂ’の間に希土類が添加されていない部位７ｃが設けられている。信号光長波長帯域増幅部位７ｂ’は、信号光全帯域増幅部位７ａ’より希土類（エルビウム）の濃度が高くなっている。さらには、信号光全帯域増幅部位７ａ’の希土類添加濃度は、コア７の径方向外側になるに連れて高くなっている。信号光全帯域増幅部位７ａ’は、希土類添加濃度が一定になっている。屈折率に関しては、信号光長波長帯域増幅部位７ｂ’は、信号光全帯域増幅部位７ａ’より低く設定されている。図５において、一点鎖線は、Ｃバンドにおける光強度を示し、二点鎖線は、Ｌバンドにおける光強度を示している。
【００３９】
このような構成にすることで、次のような利点がある。すなわち、希土類添加光ファイバ（特にエルビウム添加光ファイバ）では、その増幅特性は１５６０〜１５７０ｎｍ付近において急激に変化することが知られている。図５の構成にすることにより、１５６０〜１５７０ｎｍ付近の波長でモードフィールド径ＭＦＤを急激に大きくすることが可能となる。その結果、１５６０〜１５７０ｎｍより長波長帯域光に対する希土類の実効濃度、延いてはその濃度条長積をさらに飛躍的に高めることが可能となって、ＣバンドとＬバンドとのそれぞれに適切な濃度条長積を付与することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣバンドやとＬバンドの増幅帯域を広帯域化することが可能となるばかりか、一つの増幅用光ファイバで両バンドの増幅が可能となる。このように、本発明は、広帯域な増幅が可能な増幅用光ファイバや光増幅装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の増幅用光ファイバを組み込んだ光増幅装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態の増幅用光ファイバの断面図である。
【図３】実施の形態の増幅用光ファイバの希土類濃度，屈折率，光強度を示す図である。
【図４】増幅用光ファイバにおける波長とモードフィールド径との間の関係を示す線図である。
【図５】本発明の変形例の増幅用光ファイバの希土類濃度，屈折率，光強度を示す図である。
【符号の説明】
１　光増幅装置　　　　２　増幅用光ファイバ
３Ａ，３Ｂ　ＷＤＭ合波器　　　４Ａ，４Ｂ　励起光源
５　入力端側伝送用光ファイバ　　６　出力端側伝送用光ファイバ
７　コア　　　　　７ａ　信号光全帯域増幅部位
７ｂ　信号光長波長帯域増幅部位　　８　クラッド
ＭＦＤ　モードフィールド径
【図１】
2004111778.tif 000003
【図２】
2004111778.tif 000004
【図３】
2004111778.tif 000005
【図４】
2004111778.tif 000006
【図５】
2004111778.tif 000007