(57)【要約】【課題】  モード間利得差を抑制することができる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】  所定の波長帯域において希土類元素が添加されるコア１１を複数のモードの光が伝搬する増幅用光ファイバ１０であって、伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長をλｃとし、波長帯域の最も短い波長をλminとし、最高次モードの光の次モードの光のカットオフ波長がλminとなる場合での前記最高次モードの光のカットオフ波長をλmaxとする場合、式（１）を満たす。λｃ＞０．５λmin＋０．５λmax・・・（１）【選択図】    図２
2017041515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長帯域において希土類元素が添加されるコアを複数のモードの光が伝搬する増幅用光ファイバであって、
伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長をλｃとし、前記波長帯域の最も短い波長をλminとし、前記最高次モードの光の次モードの光のカットオフ波長がλminとなる場合での前記最高次モードの光のカットオフ波長をλmaxとする場合、下記式（１）を満たす
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
λｃ＞０．５λmin＋０．５λmax      ・・・（１）
【請求項２】
下記式（２）を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の増幅用光ファイバ。
λｃ＞０．２５λmin＋０．７５λmax      ・・・（２）
【請求項３】
前記所定の波長帯域は１５３０ｎｍ以上１５６５ｎｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の増幅用光ファイバ。
【請求項４】
前記コアは、希土類元素が非添加とされる内側コアと、前記内側コアの外周面を囲み希土類元素が添加される外側コアとを有し、
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い
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の増幅用光ファイバ。
【請求項５】
前記複数のモードがＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードである
ことを特徴とする請求項１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】
前記複数のモードがＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、及びＬＰ０２モードである
ことを特徴とする請求項１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７】
請求項１から６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、モード間利得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、ＬＰ０１モードよりも高次の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、光ファイバを伝搬するそれぞれのモードの光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の差、すなわちモード間利得差（ＤＭＧ）が大きくなる場合がある。
【０００４】
そこで、下記非特許文献２には、このようなモード間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、コアの中心軸を含む中心側領域でエルビウムが非添加とされ、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。また、非特許文献２に記載の増幅用光ファイバのコアは屈折率分布がいわゆるリング型とされる必要がある。従って、コアの屈折率分布によらずモード間利得差を抑制したいという要請がある。
【０００７】
また、上記非特許文献１及び非特許文献２に記載の増幅用光ファイバは、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とを伝搬する２モード光ファイバとされるが、さらに高次のモードの光を伝搬する場合であっても、伝搬するそれぞれのモードの光の利得の差を小さくしたいという要望がある。
【０００８】
そこで、本発明は、モード間利得差を抑制することができる光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明者等は、コアの屈折率分布や、希土類元素の濃度分布によらずモード間利得差を抑制できる方法について鋭意検討をした。その結果、コアを伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長が長波長となる程モード間利得差が小さくなるという新規な発見をした。そこで、本発明者等は本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、所定の波長帯域において希土類元素が添加されるコアを複数のモードの光が伝搬する増幅用光ファイバであって、伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長をλｃとし、前記波長帯域の最も短い波長をλminとし、前記最高次モードの光の次モードの光のカットオフ波長がλminとなる場合での前記最高次モードの光のカットオフ波長をλmaxとする場合、下記式（１）を満たすことを特徴とするものである。
λｃ＞０．５λmin＋０．５λmax      ・・・（１）
【００１１】
光通信では、通信を行う光の波長帯域が定められている。例えば、Ｃバンド帯は１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍの波長帯域とされ、Ｌバンド帯は１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長帯域とされる。従って、上記の所定の波長帯域をＣバンド帯である場合、λminは１５３０ｎｍとなる。また、この場合に、増幅用光ファイバが当該波長帯域でＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光が伝搬する２モード光ファイバである場合、ＬＰ１１モードの光の次に出現する光のモードはＬＰ２１モードであるので、λmaxはＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１５３０ｎｍとなる状態でのＬＰ１１モードの光のカットオフ波長となる。上記のようにコアを伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長が長波長となる程モード間利得差が小さくなることが発見された。そこで、本発明者等は、最高次モードの光のカットオフ波長が上記式（１）を満たすことで、モード間利得差が十分に小さくなることを見出した。従って、上記式（１）を満たす本発明の増幅用光ファイバによれば、モード間利得差を十分に小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記の増幅用光ファイバと、前記コアに入射する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である。
【００１３】
上記のように、本発明の増幅用光ファイバはモード間利得差を十分に小さくできるため、これを用いた光ファイバ増幅器は、モード間利得差を十分に小さくできるフューモード通信用の光ファイバ増幅器に好適に用いられる。
【００１４】
また、上記増幅用光ファイバは、下記式（２）を満たすことが好ましい。
λｃ＞０．２５λmin＋０．７５λmax      ・・・（２）
【００１５】
伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長が、上記式（２）を満たすことで、モード間利得差をより抑制することができる。なお、λmin，λmaxの定義より、カットオフ波長λｃが式（２）を満たす場合、λｃは式（１）を満たしている。
【００１６】
また、前記所定の波長帯域は、１５３０ｎｍ以上１５６５ｎｍ以下の波長帯域とされることとしても良い。この場合、増幅用光ファイバや光ファイバ増幅器をＣバンド帯の光通信に用いることができる。
【００１７】
また、前記コアは、希土類元素が非添加とされる内側コアと、前記内側コアの外周面を囲み希土類元素が添加される外側コアとを有し、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いことが好ましい。
【００１８】
このような増幅用光ファイバは、屈折率の高い領域がリング型の分布を有するためリング型の増幅用光ファイバと呼ばれる。このような増幅用光ファイバによれば、コアの屈折率が一様であるステップ型の増幅用光ファイバと比べてモード間利得差をより一層抑制することができる。
【００１９】
また、前記複数のモードがＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードであることとしても良い。この場合、２モード光通信において、モード間利得差を抑えてそれぞれのモードの光を増幅することができる。
【００２０】
また、前記複数のモードがＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、及びＬＰ０２モードであることとしても良い。この場合、４モード光通信において、モード間利得差を抑えてそれぞれのモードの光を増幅することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、モード間利得差を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】
【００２２】
【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２】図１の増幅用光ファイバを伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長と規格化ΔΓとの関係を示す図である。
【図３】コアの屈折率を図２と変えた場合の図１の増幅用光ファイバを伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長と規格化ΔΓとの関係を示す図である。
【図４】図１の増幅用光ファイバのコアの屈折率分布がリング型である場合のコアの構造、屈折率分布、希土類元素の添加領域を示す図である。
【図５】図４の増幅用光ファイバを伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長と規格化ΔΓとの関係を示す図である。
【図６】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】
【００２３】
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。
【００２４】
＜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。クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低くされ、コア１１及びクラッド１２の屈折率は一様とされている。つまり、増幅用光ファイバ１０のコア１１はステップ型の屈折率分布を有している。本実施形態では、コア１１の直径は例えば１０μｍとされ、クラッド１２の外径は例えば１２５μｍとされる。
【００２５】
このような、コア１１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、励起光により励起されるエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が添加された石英が挙げられる。希土類元素としては、他にイッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）等が挙げられる。なお、本実施形態の増幅用光ファイバ１０のコア１１には全体的に均一な濃度で希土類元素が添加されている。また、クラッド１２を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、被覆層１４を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられる。
【００２６】
また、増幅用光ファイバ１０は、所定の波長帯域で複数のモードの光を伝搬する。例えば、所定の波長帯域が１５３０ｎｍ以上１５６５ｎｍ以下とされるＣバンド帯において、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光を伝搬するフューモード光ファイバとされる。また、例えば、Ｃバンド帯において、ＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１モードの光、ＬＰ２１モードの光、及びＬＰ０２モードの光を伝搬するフューモード光ファイバとされる。
【００２７】
図２は、このようなステップ型の屈折率分布を有する本実施形態の増幅用光ファイバ１０を伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長λｃと規格化ΔΓとの関係を示す図である。規格化ΔΓは次のように定義できる。まず、希土類元素の添加領域を伝搬するＬＰ０１モードの光のパワーの総和をΓ０１とし、当該領域を伝搬する最高次モードの光のパワーの総和をΓｍａｘとする。一般的に、光ファイバのコアを伝搬する光は、高次モードの方が広がる傾向にある。従って、高次モードの光ほどコアと重なる領域におけるパワーが小さくなる。本実施形態では、上記の様にコア全体に希土類元素が添加されているため、Γ０１が最も大きくなり、Γｍａｘが最も小さくなる。ΔΓはΓ０１とΓｍａｘとの差分とされる。
【００２８】
例えば、増幅用光ファイバ１０がＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光を伝搬する２モード光ファイバの場合、増幅用光ファイバ１０を伝搬する最高次モードの光はＬＰ１１モードの光である。従って、希土類元素の添加領域を伝搬するＬＰ１１モードの光のパワーの総和をΓ１１とする場合、ΔΓはΓ０１とΓ１１との差分となる。また例えば、増幅用光ファイバ１０がＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１モードの光、ＬＰ２１モードの光、及びＬＰ０２モードの光を伝搬する４モード光ファイバの場合、増幅用光ファイバ１０を伝搬する最高次モードの光はＬＰ０２モードの光である。従って、希土類元素の添加領域を伝搬するＬＰ０２モードの光のパワーの総和をΓ０２とする場合、ΔΓはΓ０１とΓ０２との差分となる。図２では、２モード光ファイバ及び４モード光ファイバについて、増幅用光ファイバ１０を伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長λｃと規格化ΔΓとの関係を示している。
【００２９】
なお、図２では、コア１１のクラッド１２に対する比屈折率差が１％であり、コア１１を伝搬する光の波長１５５０ｎｍとし、増幅用光ファイバ１０がＣバンド帯の光を伝搬するものとしている。
【００３０】
λｃは、上記のように増幅用光ファイバ１０が伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長とされる。従って、例えば、増幅用光ファイバ１０が２モード光ファイバの場合、λｃはＬＰ１１モードの光のカットオフ波長とされ、増幅用光ファイバ１０が４モード光ファイバの場合、λｃはＬＰ０２モードの光のカットオフ波長とされる。λminは、増幅用光ファイバ１０が伝搬する所定の波長帯域の最も短い波長とされる。従って、増幅用光ファイバ１０がＣバンド帯の光を伝搬する場合、λminは１５３０ｎｍとなる。この場合において、増幅用光ファイバ１０が２モード光ファイバである場合、ＬＰ１１モードの光のカットオフ波長はλminである１５３０ｎｍ以上とされる。また、λmaxは、伝搬する光の最高次モードの光の次モードの光のカットオフ波長がλminとなる場合での当該最高次モードの光のカットオフ波長とされる。例えば、増幅用光ファイバ１０が上記と同様に２モード光ファイバの場合、最高次モードの光の次に出現する光はＬＰ２１モードの光である。増幅用光ファイバ１０がこのような２モード光ファイバでありＣバンド帯の光を伝搬する場合、λmaxはＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１５３０ｎｍとなる場合のＬＰ１１モードの光のカットオフ波長となる。この場合、λmaxは２５２０ｎｍｎｍとなる。ＬＰ１１モードの光のカットオフ波長がλmaxより短波長側であれば、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長もλminより短波長側となる。このため、上記のように増幅用光ファイバ１０が２モード光ファイバでありＣバンド帯の光を伝搬する場合、ＬＰ１１モードの光のカットオフ波長が１５３０ｎｍ以上でＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１５３０ｎｍより短波長であれば、増幅用光ファイバ１０はＣバンド帯において２つのモードの光が伝搬することとなる。
【００３１】
図２において、横軸は（λｃ−λmin）／（λmax-λmin）を示す。従って、横軸の０は、増幅用光ファイバ１０が伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長λｃが、増幅用光ファイバ１０が伝搬する所定の波長帯域の最も短い波長λminに等しい状態とされる。また、横軸の１は、当該λｃが伝搬する光の最高次モードの光の次モードの光のカットオフ波長がλminとなる場合での当該最高次モードの光のカットオフ波長λmaxに等しい状態とされる。従って、１以上は、伝搬する光の最高次モードの光の次モードの光が所定の波長帯域に現れるため、考慮する必要が無い。
【００３２】
本発明者等は、図２に示すように、λｃがλminからλmaxに近づくにつれ、規格化ΔΓが小さくなること、そして、λｃがλminに近い領域ほど、λｃの増加に対する規格化ΔΓの下降率が大きいことを発見した。つまり、λｃがλminに近づくにつれて、規格化ΔΓの急激に大きくなる。このため、増幅用光ファイバ１０は下記式（１）を満たすことが好ましい。
λｃ＞０．５λmin＋０．５λmax      ・・・（１）
【００３３】
式（１）を満たす、すなわち横軸が０．５より大きいことで、図２の条件では、規格化ΔΓを０．３５以下にすることができる。上記ΔΓの定義から、ΔΓが大きいということは、モード間利得差が大きいこととなる。従って、式（１）を満たすことで、モード間利得差を十分に小さくすることができる。
【００３４】
さらに、増幅用光ファイバ１０は下記式（２）を満たすことが好ましい。
λｃ＞０．２５λmin＋０．７５λmax      ・・・（２）
【００３５】
この式（２）を満たす、すなわち横軸が０．７５より大きいことで、規格化ΔΓを０．３０以下にすることができる。従って、モード間利得差を更に小さくすることができる。
【００３６】
なお、図２では、増幅用光ファイバ１０が２モード光ファイバ、４モード光ファイバである場合について、伝搬する光の最高次モードの光のカットオフ波長λｃと、規格化ΔΓとの関係を示したが、増幅用光ファイバ１０が３モード光ファイバや５モード以上の光ファイバとされても、図２と概ね同等の結果となる。
【００３７】
図３は、コア１１のクラッド１２に対する比屈折率差が０．５％であることを除いて、図２と同条件の増幅用光ファイバ１０について、図２と同様の関係を示す図である。図３においても、図２と概ね同様の結果となった。つまり、コア１１のクラッド１２に対する比屈折率差が異なる場合であっても、上記式（１）を満たすことが好ましく、式（２）を満たすことがより好ましいことが分かった。
【００３８】
以上説明したように、本例の増幅用光ファイバ１０によれば、上記式（１）を満たすことでモード間利得差を十分に小さくすることができ、上記式（２）を満たすことでモード間利得差をより小さくすることができる。
【００３９】
＜増幅用光ファイバの他の例についての説明＞
上記説明では、コア１１の屈折率は一様であり、希土類元素がコア１１の全体に添加されるものとした。これに対して、本例では、コア１１の屈折率分布がリング型である場合について説明する。なお、本例を説明するにあたり、上記ステップ型の屈折率分布を有する増幅用光ファイバ１０の説明と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図４は、図１の増幅用光ファイバ１０のコア１１の屈折率分布がリング型である場合のコアの構造、屈折率分布、希土類元素の添加領域を示す図である。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、本例における増幅用光ファイバ１０のコア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。
【００４１】
また、図４（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。本例では、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。
【００４２】
また、図４（Ｃ）に示すように、外側コア１１ｏにはエルビウム等の希土類元素が添加されている。本例では、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。
【００４３】
このような増幅用光ファイバ１０について、図２と同様の図を示す。図５は、図４の屈折率分布を有する増幅用光ファイバ１０を伝搬する最高次モードの光のカットオフ波長と規格化ΔΓとの関係を示す図である。なお、図５では、増幅用光ファイバ１０が２モード光ファイバである場合について示す。ここで、図５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、外側コア１１ｏのクラッド１２に対する比屈折率差が１％とされており、図４に示す内側コア１１ｉの直径Ｄ１と外側コア１１ｏの直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を０．５として、Ｄ２を変化させてＬＰ１１モードの光のカットオフ波長を変化させた。
【００４４】
図５に示すように、コア１１の屈折率分布がリング型である場合も、λｃがλminからλmaxに近づくにつれ、規格化ΔΓが小さくなること、そして、λｃがλminに近い領域ほど、λｃの増加に対する規格化ΔΓの下降率が大きいことが分かった。従って、本例の増幅用光ファイバ１０においても、上記式（１）を満たすことが好ましい。本例の増幅用光ファイバ１０の場合、式（１）を満たすことで、規格化ΔΓを０．１６以下にすることができる。また、増幅用光ファイバ１０が上記式（２）を満たすことで、規格化ΔΓを０．０５以下にすることができる。このため、本例においても、増幅用光ファイバ１０が上記式（１）を満たすことでモード間利得差を十分に小さくすることができ、増幅用光ファイバ１０が上記式（２）を満たすことでモード間利得差をより小さくすることができる。
【００４５】
なお、図５では、増幅用光ファイバが２モード光ファイバである場合について、伝搬する光の最高次モードの光のカットオフ波長λｃと、規格化ΔΓとの関係を示したが、増幅用光ファイバ１０が３モード光ファイバや４モード光ファイバや５モード以上の光ファイバとされても、図５と概ね同等の結果となる。
【００４６】
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、コア１１の屈折率分布によらず、上記式（１）を満たすことでモード間利得差を十分に小さくすることができ、上記式（２）を満たすことでモード間利得差をより小さくすることができる。
【００４７】
＜光ファイバ増幅器についての説明＞
次に上記の増幅用光ファイバ１０を用いた光ファイバ増幅器について図６を参照して説明する。なお、増幅用光ファイバ１０のコア１１の屈折率分布は上記のようにステップ型であってもリング型であっても、他の屈折率分布であっても良い。
【００４８】
図６は、本実施形態の光ファイバ増幅器を示す図である。図６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。
【００４９】
光ファイバ２１は、Ｃバンド帯等の所定の波長帯域において、増幅用光ファイバ１０が伝搬するそれぞれのモードの信号光を伝搬するフューモード光ファイバとされ、伝搬するそれぞれのモードの光に信号が重畳される。これらの信号光は、光ファイバ２１をＷＤＭカプラ４０ａ側に向かって伝搬する。
【００５０】
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。
【００５１】
励起光源５０は、例えば波長９８０ｎｍのマルチモードである励起光を出射する。出射する励起光はＷＤＭカプラ４０ａに入射される。なお、励起光のそれぞれのモードの光のパワーを調整する場合、ＬＰ０１モードの光をそれぞれのモード毎に出射して、それぞれの光から、それぞれのモードの光をそれぞれ個別に励振すればよい。
【００５２】
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。
【００５３】
光ファイバ２２に接続される増幅用光ファイバ１０は、上記式（１）を満たし、式（２）を満たすことが好ましい。増幅用光ファイバ１０には、光ファイバ２１から伝搬するそれぞれのモードの信号光、及び、励起光源から出射する励起光が入射する。増幅用光ファイバ１０に入射しコア１１を伝搬するそれぞれのモードの信号光は、増幅用光ファイバ１０が上記式（１）を満たすため、希土類元素の添加領域を伝搬する基本モードの信号光のパワーの総和Γ０１と当該領域を伝搬する最高次モードの信号光のパワーの総和Γｍａｘとの差ΔΓが抑えられる。従って、それぞれのモードの光毎の当該パワーの総和の差が抑えられる。そして、励起光により励起状態とされた希土類元素がそれぞれのモードの信号光により誘導放出を起こしてそれぞれのモードの信号光が増幅する。
【００５４】
このとき、上記のように、それぞれのモードの光毎の希土類元素の添加領域におけるパワーの総和の差が抑えられているため、それぞれのモードの信号光間のモード間利得差が抑えられる。こうして、モード間利得差が抑制されて増幅されたそれぞれのモードの信号光は増幅用光ファイバ１０から出射する。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、モード間利得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。
【００５９】
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。
【００６０】
例えば、図４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、比屈折率差は０％に限らない。
【００６１】
また、上記実施形態では、コア１１の屈折率分がステップ型の場合やリング型の場合について説明した。しかし、コア１１の屈折率は中心程高くなるＧＩ型とされても良い。増幅用光ファイバ１０がこのようなＧＩ型の光ファイバであっても、上記式（１）を満たすことにより、Γ０１とΓｍａｘとの差ΔΓを小さくすることができ、モード間利得差を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上説明したように、本発明によれば、モード間利得差を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】
【００６３】
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
【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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