JPH11109143A - 希土類元素添加光ファイバおよびそれを用いた広帯域光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高利得、広帯域、低雑音指数特性を有し、か
つ、低消費電力、低コストである希土類元素添加光ファ
イバおよびそれを用いた広帯域光ファイバ増幅器を提供
すること。 【解決手段】 屈折率ｎ_c の円形断面形状のクラッド１
５の略中心に、直径Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ₀₁＞ｎ_c ）の
エルビウム（Ｅｒ）とリン（Ｐ）とアルミニウム（Ａ
ｌ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１の
コア１１を備え、前記第１のコアの外周に、厚さＳ₁ の
低屈折率ｎ_m1（ｎ_m1＜ｎ₀₁）の第１の中間層１２を備
え、前記第１の中間層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ₀₂
（ｎ₀₂≧ｎ₀₁）のエルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム
（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を共添加した石英ガラ
ス（ＳｉＯ₂ ）で成る第２のコア１３を備え、前記第２
のコアの外周に、厚さＳ₂ の低屈折率ｎ_m2（ｎ_m2＜
ｎ₀₂）の第２の中間層１４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重伝送用に
適した希土類元素を添加した光ファイバおよびそれを用
いた広帯域光ファイバ増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、波長多重伝送（ＷＤＭ）技術の研
究開発の活発化に伴い、光ファイバ増幅器の広帯域化が
重要な課題になってきた。広帯域光ファイバ増幅器とし
ては、例えば、エルビウム（Ｅｒ）を添加してアルミニ
ウム（Ａｌ）を高濃度に共添加したコアを有する石英系
ファイバを用い、波長０．９８μｍの励起光で励起させ
るように構成したＥｒ−Ａｌ共添加光ファイバ増幅器が
ある。また、エルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａ
ｌ）を共添加したコアを有する石英系ファイバと、エル
ビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とリン（Ｐ）を
共添加したコアを有する石英系ファイバとをカスケ−ド
接続した石英系ファイバを用い、励起光と信号光を伝搬
させるように構成したハイブリッド光ファイバ増幅器が
ある。

【０００３】図９（ａ）〜（ｃ）は、ハイブリッド光フ
ァイバ増幅器の構成例を示す図である。（ａ）に示すよ
うに、エルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）を共
添加したコア１を有する石英系ファイバ２の利得は、波
長が１．５３μｍ〜１．５５μｍとなる帯域で図示した
傾向を有し、（ｂ）に示すように、エルビウム（Ｅｒ）
とアルミニウム（Ａｌ）とリン（Ｐ）を共添加したコア
３を有する石英系ファイバ４の利得は、波長が１．５５
μｍ〜１．５７μｍとなる帯域で図示した傾向を有す
る。ところが、（ｃ）に示すように、これらの石英系フ
ァイバ２、４をカスケ−ド接続した石英系ファイバ５の
利得は、１．５３μｍ〜１．５７μｍの波長にわたって
高い値を示すようになり、これを用いたハイブリッド光
ファイバ増幅器の広帯域化を図ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の広帯域
光ファイバ増幅器によると、以下のような問題点があ
る。上述した前者のＥｒ−Ａｌ共添加光ファイバ増幅器
では、微小入力信号時の１ｄＢ帯域幅が１５ｎｍ程度で
あり、３０ｎｍ程度の１ｄＢ帯域幅を実現することが極
めて困難である。また、上述した後者のハイブリッド光
ファイバ増幅器では、１ｄＢ帯域幅をＥｒ−Ａｌ共添加
光ファイバ増幅器よりも広くすることができるが、２種
類の石英系ファイバをカスケ−ド接続しなければならな
いので、構成が複雑であると共に、部品数や工数の増加
によりコスト高となる。さらに、カスケ−ド接続部での
接続損失による雑音指数の劣化を招く。

【０００５】また、高利得で広帯域特性を実現するため
には、２種類の石英系ファイバの長さが少なくとも１５
ｍを必要とするが、これらをカスケ−ド接続すると少な
くとも３０ｍとなるため、励起光のパワ−を大きくして
いかなければならない。このためには、高出力励起用半
導体レーザが必要となるが、価格が高くなると共に、消
費電力が大きくなる。従って、本発明の目的は、高利
得、広帯域、低雑音指数特性を有し、かつ、低消費電
力、低コストである希土類元素添加光ファイバおよびそ
れを用いた広帯域光ファイバ増幅器を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を実
現するため、屈折率ｎ_c の円形断面形状のクラッドの略
中心に、直径Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ₀₁＞ｎ_c ）のエルビ
ウム（Ｅｒ）とリン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）を共
添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１のコアを有
し、前記第１のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率ｎ_m1
（ｎ_m1＜ｎ₀₁）の第１の中間層を有し、前記第１の中間
層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ₀₂（ｎ ₀₂≧ｎ₀₁）のエ
ルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウ
ム（Ｇｅ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る
第２のコアを有し、前記第２のコアの外周に、厚さＳ₂
の低屈折率ｎ_m2（ｎ_m2＜ｎ₀₂）の第２の中間層を有する
ことを特徴とする希土類元素添加光ファイバを提供す
る。

【０００７】上記構成によれば、１つの光ファイバ断面
内に信号光および励起光の伝搬する２つのコア領域を持
っているので、信号光および励起光を各コア領域に略均
等に分配して伝搬させることができ、波長多重数が８
波、１６波、３２波、６４波と増えてもいっても、非線
形効果を誘因するおそれがない。即ち、光ファイバの有
効コア断面積を大きく取れる２つのコア領域を持った構
造のため、非線形効果を誘因するおそれがない。

【０００８】また、本発明は、上記目的を実現するた
め、屈折率ｎ_c のフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス
（ＳｉＯ₂ ）で成る円形断面形状のクラッドの略中心
に、直径Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ₀₁＞ｎ_c ）のエルビウム
（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇ
ｅ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１の
コアを有し、前記第１のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈
折率ｎ_m1（ｎ_m1＜ｎ₀₁）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を
添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１の中間層を
有し、前記第１の中間層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ
₀₂（ｎ₀₂≧ｎ₀₁）のエルビウム（Ｅｒ）とリン（Ｐ）と
アルミニウム（Ａｌ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ
₂ ）で成る第２のコアを有し、前記第２のコアの外周
に、厚さＳ₂ の低屈折率ｎ_m2（ｎ_m2＜ｎ₀₂）のリン
（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（Ｓｉ
Ｏ₂ ）で成る第２の中間層を有することを特徴とする希
土類元素添加光ファイバを提供する。

【０００９】更に、本発明は、上記目的を実現するた
め、０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯の励起光を
出射する励起光源と、１．５μｍ帯の信号光と前記励起
光源から出射される励起光を合波させる合波器と、屈折
率ｎ_c の円形断面形状のクラッドの略中心に、直径Ｄの
高屈折率ｎ₀₁（ｎ₀₁＞ｎ_c ）のエルビウム（Ｅｒ）とリ
ン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）を共添加した石英ガラ
ス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１のコアを有し、前記第１のコ
アの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率ｎ_m1（ｎ_m1＜ｎ ₀₁）の
第１の中間層を有し、前記第１の中間層の外周に、厚さ
Ｗの高屈折率ｎ₀₂（ｎ₀₂≧ｎ₀₁）のエルビウム（Ｅｒ）
とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を共添
加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第２のコアを有
し、前記第２のコアの外周に、厚さＳ₂ の低屈折率ｎ_m2
（ｎ_m2＜ｎ₀₂）の第２の中間層を有する希土類元素添加
光ファイバとを備え、前記希土類元素添加光ファイバ
に、前記合波器からの合波光を伝搬させ、前記希土類元
素添加光ファイバの出力端側から、増幅された前記信号
光を取り出すようにしたことを特徴とする広帯域光ファ
イバ増幅器を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明の希土類元
素添加光ファイバの第１の実施形態を示す断面図であ
り、同図（ｂ）は、その断面内の径方向の屈折強度分布
を示す図である。この希土類元素添加光ファイバ１０
は、直径Ｄの円形状の第１のコア１１の外周に、厚さＳ
₁ の円環状の第１の中間層１２が形成され、第１の中間
層１２の外周に、厚さＷの円環状の第２のコア１３が形
成され、第２のコア１３の外周に、厚さＳ₂ の円環状の
第２の中間層１４が形成され、第２の中間層１４の外周
に、円環状のクラッド１５が形成された構成の、希土類
元素添加多重リング型石英系ファイバである。

【００１１】クラッド１５は、屈折率ｎ_c の石英ガラス
（ＳｉＯ₂ ）で成る。第１のコア１１は、高屈折率ｎ₀₁
（ｎ₀₁＞ｎ_c ）のエルビウム（Ｅｒ）とリン（Ｐ）とア
ルミニウム（Ａｌ）を共添加した石英ガラス（Ｓｉ
Ｏ₂ ）で成る。第１の中間層１２は、低屈折率ｎ_m1（ｎ
_m1＜ｎ₀₁）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英
ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る。第２のコア１３は、高屈折
率ｎ₀₂（ｎ₀₂≧ｎ₀₁）のエルビウム（Ｅｒ）とアルミニ
ウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を共添加した石英
ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る。第２の中間層１４は、低屈
折率ｎ_m2（ｎ_m2＜ｎ₀₂）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を
添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る。

【００１２】第１のコア１１とクラッド１５との比屈折
率差Δｎ₁ は、０．５％〜１．５％の範囲から選択す
る。第２のコア１３とクラッド１５との比屈折率差Δｎ
₁ ’は、０．５％〜１．７％の範囲から選択する。クラ
ッド１５と各中間層１２、１４との比屈折率差Δｎ
₂ は、−０．１％〜−０．３％の範囲から選択する。

【００１３】以上のような屈折率および比屈折率差を得
るために、各添加物の添加量は以下のような値が選択さ
れる。各コア１１、１３のエルビウム（Ｅｒ）の添加量
は、それぞれ２００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲から
選択するが、その添加量が多い程、短尺の光ファイバで
高利得、低雑音指数が得られる点で有利である。各コア
１１、１３のアルミニウム（Ａｌ）の添加量は、それぞ
れ０．５％〜４．０％の範囲から選択するが、その添加
量が多い程、利得の波長特性の平坦化が得られる点で有
利である。

【００１４】第１のコア１１のリン（Ｐ）の添加量は、
１０ｍｏｌ％〜２５ｍｏｌ％の範囲から選択するが、中
心に位置する第１のコア１１の熱膨張係数は、各中間層
１２、１４および第２のコア１３の熱膨張係数よりも僅
かに大きくした方が製造し易くなる点で有利である。第
２のコア１３のゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量は、６ｍ
ｏｌ％〜１５ｍｏｌ％の範囲から選択するが、第２のコ
ア１３の熱膨張係数は、第１のコア１１の熱膨張係数よ
りも小さく、かつ、第１の中間層１２の熱膨張係数より
も小さい方が好ましい。各中間層１２、１４のリン
（Ｐ）の添加量は、８ｍｏｌ％を選択する。各中間層１
２、１４のフッ素（Ｆ）の添加量は、２ｍｏｌ％〜３ｍ
ｏｌ％を選択する。

【００１５】この希土類元素添加光ファイバ１０の有効
コア断面積を大きくし、かつ、各コア１１、１３内への
信号光と励起光を略均等に分配するためには、クラッド
１５の径が１２５μｍの場合、各コア１１、１３および
各中間層１２、１４の径や厚さＤ、Ｗ、Ｓ₁ 、Ｓ₂ は、
次のような値が好ましい。即ち、Ｄは１μｍ〜２μｍ、
Ｗは１μｍ〜２μｍ、Ｓ₁ およびＳ₂ は０．５μｍ〜３
μｍの範囲から選択する。このような構造パラメータに
することにより、有効コア断面積は１００μｍ²〜１４
０μｍ² とすることができる。これにより、波長多重数
が８波、１６波、３２波、６４波程度までは非線形効果
の影響を小さく抑えることができる。また、この元素添
加光ファイバ１０を用いて光増幅器を構成すると、信号
光および励起光は各コア１１、１３内に略均等に分配さ
れて伝搬し、高効率で高利得な光増幅器を実現すること
ができる。

【００１６】さらに、以下の理由により、利得の波長特
性の平坦な光増幅器を得ることができる。即ち、第１の
コア１１内を伝搬した信号光および励起光は、１．５５
μｍ帯の短波長側（１．５３μｍ付近）で高利得特性を
もたらし、第２のコア１３内を伝搬した信号光および励
起光は、１．５５μｍ帯の長波長側（１．５６μｍ付
近）で高利得特性をもたらす。そして、光ファイバの出
射側では上記２つの利得特性の重畳した特性となり、波
長１．５３μｍ〜１．５６μｍにわたって利得の平坦な
特性が得られる。また、熱膨張係数のミスマッチングに
よる光ファイバ母材および光ファイバの製造工程におけ
る割れ、あるいは、クラックの発生も抑えることができ
る。

【００１７】以上説明したように、本発明の希土類元素
添加光ファイバの第１の実施形態は、基材として石英ガ
ラスが用いられており、それに各種添加物が添加されて
所定の特性を得るようにしたものである。ここで、図２
は、石英ガラスに各種添加物を添加したときの屈折率と
添加物濃度（ｍｏｌ％）との関係を示す図である。ま
た、図３は、石英ガラスに各種添加物を添加したときの
熱膨張係数と添加物濃度（ｍｏｌ％）との関係を示す図
である。各図から明らかなように、石英ガラスに所定の
添加物を添加することにより、その屈折率及び熱膨張係
数を変化させることができる。

【００１８】図４（ａ）は、本発明の希土類元素添加光
ファイバの第２の実施形態を示す断面図であり、同図
（ｂ）は、その断面内の径方向の屈折強度分布を示す図
である。この希土類元素添加光ファイバ２０は、クラッ
ド２５にフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（Ｓｉ
Ｏ₂ ）を用いた点が、第１の実施形態の希土類元素添加
光ファイバ１０と異なる。クラッド２５のフッ素（Ｆ）
の添加量は、１ｍｏｌ％を選択する。

【００１９】石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）中にフッ素（Ｆ）
を添加した場合には、屈折率を低くすることができる
が、熱膨張係数はほとんど変わらない。したがって、各
コア２１、２３および各中間層２２、２４の熱膨張係数
を略近い値となるように構成することができる。これに
より、光ファイバ母材および光ファイバの製造工程にお
ける割れ、あるいは、クラックの発生を防止することが
できる。尚、各中間層２２、２４およびクラッド２５の
フッ素（Ｆ）の添加は、各層をＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ ｐ
ｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によ
って形成し、それらの層を焼結する際に、フッ素（Ｆ）
系のガスを流すことにより実現することができる。

【００２０】図５（ａ）は、本発明の希土類元素添加光
ファイバの第３の実施形態を示す断面図であり、同図
（ｂ）は、その断面内の径方向の屈折強度分布を示す図
である。この元素添加光ファイバ３０は、第１のコア３
１の屈折率ｎ₀₁と第２のコア３３の屈折率ｎ₀₂を略等し
くするために、第１のコア３１にチタン（Ｔｉ）を微量
添加して屈折率と熱膨張係数を制御した点が、第１の実
施形態の希土類元素添加光ファイバ１０と異なる。第１
のコア３１の屈折率ｎ₀₁をリン（Ｐ）のみで大きくしよ
うとすると、リン（Ｐ）を多量に添加しなければならな
い。しかし、リン（Ｐ）を多量に添加すると、吸湿性の
点で問題となり、その脱ＯＨ基化および母材の信頼性の
点で課題が生じる。そこで、リン（Ｐ）の添加量を抑
え、代わりにチタン（Ｔｉ）を微量添加して屈折率を制
御している。

【００２１】図６（ａ）は、本発明の希土類元素添加光
ファイバの第４の実施形態を示す断面図であり、同図
（ｂ）は、その断面内の径方向の屈折強度分布を示す図
である。この希土類元素添加光ファイバ４０は、図３に
示す希土類元素添加光ファイバ３０の第１のコア３１の
材質と第２のコア３３の材質を入れ替えた構成の、第１
のコア４１および第２のコア４３を有する構成となって
いる。即ち、第１のコア４１は、エルビウム（Ｅｒ）と
アルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を共添加
した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る。第２のコア４３
は、エルビウム（Ｅｒ）とリン（Ｐ）とアルミニウム
（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）を共添加した石英ガラス（Ｓ
ｉＯ₂ ）で成る。各コア１１、１３および各中間層２
２、２４の熱膨張係数が略近い値となるように、あるい
は、中心の第１のコア４１の熱膨張係数が最も大きく、
第１の中間層４２、第２のコア４３、第２の中間層４４
と移るにしたがって熱膨張係数が少しずつ小さくなるよ
うに構成されている。

【００２２】尚、上述した各実施形態において、各中間
層１２、１４、２２、２４、３２、３４は、その屈折率
が各コア１１、１３、２１、２３、３１、３３の屈折率
よりも小さく、熱膨張係数が略等しくなるように構成す
れば良く、例えばフッ素（Ｆ）およびリン（Ｐ）の代わ
りにボロン（Ｂ）を添加しても良く、さらにボロン
（Ｂ）およびリン（Ｐ）を添加しても良い。

【００２３】図７は、本発明の希土類元素添加光ファイ
バを用いた広帯域光ファイバ増幅器の第１の実施形態を
示すブロック構成図である。この広帯域光ファイバ増幅
器１００は、前方向励起の場合の広帯域光ファイバ増幅
器であり、上述した各実施形態の希土類元素添加光ファ
イバ１０、２０、３０、４０に、波長多重された信号光
と励起光が伝搬されるように構成されている。信号光Ｓ
Ｌは、入力側の光ファイバ（シングルモード光ファイ
バ、分散シフト光ファイバ、あるいは、波長多重伝送用
光ファイバ）１０１内を伝搬し、光アイソレータ１０
２、ＷＤＭカプラ１０３を通して希土類元素添加光ファ
イバ１０４内に図示矢印ａのように入力される。

【００２４】また、励起光源（波長０．９８μｍ、ある
いは、１．４８μｍ帯）１０６からの励起光ＷＬは、Ｗ
ＤＭカプラ１０３で合波されて希土類元素添加光ファイ
バ１０４内に図示矢印ｂのように入力される。そして、
希土類元素添加光ファイバ１０４内を伝搬した励起光Ｗ
Ｌにより、信号光ＳＬは増幅されて図示矢印ｃのように
出力され、ＷＤＭカプラ１０７、光アイソレータ１０８
を通して出力側の光ファイバ１０９内を伝搬して図示矢
印ｄのように出力される。

【００２５】図８は、本発明の希土類元素添加光ファイ
バを用いた広帯域光ファイバ増幅器の第２の実施形態を
示すブロック構成図である。この広帯域光ファイバ増幅
器２００は、前方向励起の場合の広帯域光ファイバ増幅
器であり、上述した各実施形態の希土類元素添加光ファ
イバ１０、２０、３０、４０に、波長多重された信号光
と励起光が伝搬されるように構成されている。信号光Ｓ
Ｌは、入力側の光ファイバ（シングルモード光ファイ
バ、分散シフト光ファイバ、あるいは、波長多重伝送用
光ファイバ）１０１内を伝搬し、光アイソレータ１０
２、ＷＤＭカプラ１０３を通して希土類元素添加光ファ
イバ１０４内に図示矢印ａのように入力される。

【００２６】また、励起光源（波長０．９８μｍ、ある
いは、１．４８μｍ帯）１０６からの励起光ＷＬは、Ｗ
ＤＭカプラ１０３で合流されて希土類元素添加光ファイ
バ１０４内に図示矢印ｂのように入力される。さらに、
励起光源（波長０．９８μｍ、あるいは、１．４８μｍ
帯）２０１からの励起光ＷＬ’も、ＷＤＭカプラ１０３
で合流されて希土類元素添加光ファイバ１０４内に図示
矢印ｅのように入力される。そして、希土類元素添加光
ファイバ１０４内を伝搬した励起光ＷＬおよびＷＬ’に
より、信号光ＳＬは増幅されて図示矢印ｃのように出力
され、ＷＤＭカプラ１０７、光アイソレータ１０８を通
して出力側の光ファイバ１０９内を図示矢印ｄのように
伝搬して出力される。

【００２７】以上のような動作により、波長１．５３μ
ｍ〜１．５６μｍまでの波長多重された信号光ＳＬを少
なくとも３０ｄＢの利得で略一様に増幅することができ
る。例えば、波長１．５３μｍ〜１．５６μｍまでの信
号光ＳＬを０．８ｎｍ間隔で少なくとも３２チャンネ
ル、波長多重伝送した信号光ＳＬを略一様な利得で増幅
して出力させることができる。しかも、この希土類元素
添加光ファイバは、有効コア断面積を１００μｍ² 以上
に大きくすることができるので、波長多重数が増大して
いっても、非線形効果による波形劣化の問題が生じるこ
とはない。

【００２８】上述した各実施形態により、以下の効果を
得ることができる。１つの光ファイバ断面内に２つの光
伝搬部分を合わせ持っているので、従来の２種類の光フ
ァイバのハイブリッドカスケード接続型に比べ、低損失
な光ファイバとすることができる。その結果、高利得、
低雑音指数、低消費電力特性を持った光増幅器を低コス
トで実現することができる。各コアおよび中間層に熱膨
張係数制御用ドーパントを添加して、各コアおよび中間
層の熱膨張係数のバランスを取って多重リング構造を構
成しているので、製造が容易で、製造中のクラックや割
れが無く、また、屈折率の制御も兼ねているので、有効
コア断面積を１００μｍ² 〜１４０μｍ² の範囲とする
ことができる。１種類の光ファイバで光増幅器を構成す
ることができるので、光増幅器で問題となる光ファイバ
同士の接続部からの反射光の影響を無視することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
利得、広帯域、低雑音指数特性を有し、かつ、低消費電
力、低コストとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の希土類元素添加光ファイバの第１の実
施形態を示す断面図、および、その断面内の径方向の屈
折強度分布を示す図である。

【図２】石英ガラスに各種添加物を添加したときの屈折
率と添加物濃度（ｍｏｌ％）との関係を示す図である。

【図３】石英ガラスに各種添加物を添加したときの熱膨
張係数と添加物濃度（ｍｏｌ％）との関係を示す図であ
る。

【図４】本発明の希土類元素添加光ファイバの第２の実
施形態を示す断面図、および、その断面内の径方向の屈
折強度分布を示す図である。

【図５】本発明の希土類元素添加光ファイバの第３の実
施形態を示す断面図、および、その断面内の径方向の屈
折強度分布を示す図である。

【図６】本発明の希土類元素添加光ファイバの第４の実
施形態を示す断面図、および、その断面内の径方向の屈
折強度分布を示す図である。

【図７】本発明の希土類元素添加光ファイバを用いた広
帯域光ファイバ増幅器の第１の実施形態を示すブロック
構成図である。

【図８】本発明の希土類元素添加光ファイバを用いた広
帯域光ファイバ増幅器の第２の実施形態を示すブロック
構成図である。

【図９】従来の希土類元素添加光ファイバの一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０，１０４，希土類元素添加光フ
ァイバ １１，２１，３１，４１，第１のコア １２，２２，３２，４２，第１の中間層 １３，２３，３３，４３，第２のコア １４，２４，３４，４４，第２の中間層 １５，２５，３５，４５，クラッド １００，２００，広帯域光ファイバ増幅器 １０１，入力側の光ファイバ １０２，光アイソレータ １０３，ＷＤＭカプラ １０６，励起光源 １０７，ＷＤＭカプラ １０８，光アイソレータ １０９，出力側の光ファイバ ２０１，励起光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江島 正毅 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 阿部 淳 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈折率ｎ_c の円形断面形状のクラッドの
   略中心に、直径Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ₀₁＞ｎ_c ）のエル
   ビウム（Ｅｒ）とリン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）を
   共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１のコアを
   有し、 前記第１のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率ｎ_m1（ｎ
   _m1＜ｎ₀₁）の第１の中間層を有し、 前記第１の中間層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ₀₂（ｎ
   ₀₂≧ｎ₀₁）のエルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａ
   ｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を共添加した石英ガラス
   （ＳｉＯ₂ ）で成る第２のコアを有し、 前記第２のコアの外周に、厚さＳ₂ の低屈折率ｎ_m2（ｎ
   _m2＜ｎ₀₂）の第２の中間層を有することを特徴とする希
   土類元素添加光ファイバ。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の中間層が、リン
   （Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（Ｓｉ
   Ｏ₂ ）で成る請求項１に記載の希土類元素添加光ファイ
   バ。
3. 【請求項３】 前記クラッドが、フッ素（Ｆ）を添加し
   た石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る請求項２に記載の希土
   類元素添加光ファイバ。
4. 【請求項４】 前記第１のコアが、チタン（Ｔｉ）を共
   添加した請求項１に記載の希土類元素添加光ファイバ。
5. 【請求項５】 屈折率ｎ_c のフッ素（Ｆ）を添加した石
   英ガラス（ＳｉＯ₂）で成る円形断面形状のクラッドの
   略中心に、直径Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ₀₁＞ｎ _c ）のエル
   ビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム
   （Ｇｅ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第
   １のコアを有し、 前記第１のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率ｎ_m1（ｎ
   _m1＜ｎ₀₁）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英
   ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１の中間層を有し、 前記第１の中間層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ₀₂（ｎ
   ₀₂≧ｎ₀₁）のエルビウム（Ｅｒ）とリン（Ｐ）とアルミ
   ニウム（Ａｌ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で
   成る第２のコアを有し、 前記第２のコアの外周に、厚さＳ₂ の低屈折率ｎ_m2（ｎ
   _m2＜ｎ₀₂）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英
   ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第２の中間層を有することを
   特徴とする希土類元素添加光ファイバ。
6. 【請求項６】 ０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯
   の励起光を出射する励起光源と、 １．５μｍ帯の信号光と前記励起光源から出射される励
   起光を合波させる合波器と、 屈折率ｎ_c の円形断面形状のクラッドの略中心に、直径
   Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ ₀₁＞ｎ_c ）のエルビウム（Ｅｒ）
   とリン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）を共添加した石英
   ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１のコアを有し、前記第１
   のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率ｎ_m1（ｎ_m1＜
   ｎ₀₁）の第１の中間層を有し、前記第１の中間層の外周
   に、厚さＷの高屈折率ｎ₀₂（ｎ₀₂≧ｎ₀₁）のエルビウム
   （Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇ
   ｅ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂）で成る第２の
   コアを有し、前記第２のコアの外周に、厚さＳ₂ の低屈
   折率ｎ_m2（ｎ_m2＜ｎ₀₂）の第２の中間層を有する希土類
   元素添加光ファイバとを備え、 前記希土類元素添加光ファイバに、前記合波器からの合
   波光を伝搬させ、前記希土類元素添加光ファイバの出力
   端側から、増幅された前記信号光を取り出すようにした
   ことを特徴とする広帯域光ファイバ増幅器。
7. 【請求項７】 ０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯
   の励起光を出射する励起光源と、 １．５μｍ帯の信号光と前記励起光源から出射される励
   起光を合波させる合波器と、 屈折率ｎ_c の円形断面形状のクラッドの略中心に、直径
   Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ ₀₁＞ｎ_c ）のエルビウム（Ｅｒ）
   とリン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）を共添加した石英
   ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１のコアを有し、前記第１
   のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率ｎ_m1（ｎ_m1＜
   ｎ₀₁）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラ
   ス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１の中間層を有し、前記第１の
   中間層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ₀₂（ｎ₀₂≧ｎ₀₁）
   のエルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマ
   ニウム（Ｇｅ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で
   成る第２のコアを有し、前記第２のコアの外周に、厚さ
   Ｓ₂ の低屈折率ｎ_m2（ｎ_m2＜ｎ ₀₂）のリン（Ｐ）とフッ
   素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第２
   の中間層を有する希土類元素添加光ファイバとを備え、 前記希土類元素添加光ファイバに、前記合波器からの合
   波光を伝搬させ、前記希土類元素添加光ファイバの出力
   端側から、増幅された前記信号光を取り出すようにした
   ことを特徴とする広帯域光ファイバ増幅器。
8. 【請求項８】 ０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯
   の励起光を出射する励起光源と、 １．５μｍ帯の信号光と前記励起光源から出射される励
   起光を合波させる合波器と、 屈折率ｎ_c のフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（Ｓｉ
   Ｏ₂ ）で成る円形断面形状のクラッドの略中心に、直径
   Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ₀₁＞ｎ_c ）のエルビウム（Ｅｒ）
   とリン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）を共添加した石英
   ガラス（ＳｉＯ ₂ ）で成る第１のコアを有し、前記第１
   のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率ｎ _m1（ｎ_m1＜
   ｎ₀₁）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラ
   ス（ＳｉＯ₂）で成る第１の中間層を有し、前記第１の
   中間層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ ₀₂（ｎ₀₂≧ｎ₀₁）
   のエルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマ
   ニウム（Ｇｅ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で
   成る第２のコアを有し、前記第２のコアの外周に、厚さ
   Ｓ₂ の低屈折率ｎ_m2（ｎ_m2＜ｎ₀₂）のリン（Ｐ）とフッ
   素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第２
   の中間層を有する希土類元素添加光ファイバとを備え、 前記希土類元素添加光ファイバに、前記合波器からの合
   波光を伝搬させ、前記希土類元素添加光ファイバの出力
   端側から、増幅された前記信号光を取り出すようにした
   ことを特徴とする広帯域光ファイバ増幅器。
9. 【請求項９】 ０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯
   の励起光を出射する励起光源と、 １．５μｍ帯の信号光と前記励起光源から出射される励
   起光を合波させる合波器と、 屈折率ｎ_c の円形断面形状のクラッドの略中心に、直径
   Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ ₀₁＞ｎ_c ）のエルビウム（Ｅｒ）
   とリン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）
   を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１のコア
   を有し、前記第１のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率
   ｎ_m1（ｎ_m1＜ｎ₀₁）の第１の中間層を有し、前記第１の
   中間層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ₀₂（ｎ₀₂≧ｎ₀₁）
   のエルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマ
   ニウム（Ｇｅ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で
   成る第２のコアを有し、前記第２のコアの外周に、厚さ
   Ｓ ₂ の低屈折率ｎ_m2（ｎ_m2＜ｎ₀₂）の第２の中間層を有
   する希土類元素添加光ファイバとを備え、 前記希土類元素添加光ファイバに、前記合波器からの合
   波光を伝搬させ、前記希土類元素添加光ファイバの出力
   端側から、増幅された前記信号光を取り出すようにした
   ことを特徴とする広帯域光ファイバ増幅器。
10. 【請求項１０】 ０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ
    帯の励起光を出射する励起光源と、 １．５μｍ帯の信号光と前記励起光源から出射される励
    起光を合波させる合波器と、 屈折率ｎ_c のフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（Ｓｉ
    Ｏ₂ ）で成る円形断面形状のクラッドの略中心に、直径
    Ｄの高屈折率ｎ₀₁（ｎ₀₁＞ｎ_c ）のエルビウム（Ｅｒ）
    とアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を共添
    加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１のコアを有
    し、前記第１のコアの外周に、厚さＳ₁ の低屈折率ｎ_m1
    （ｎ_m1＜ｎ₀₁）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した
    石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第１の中間層を有し、前
    記第１の中間層の外周に、厚さＷの高屈折率ｎ₀₂（ｎ₀₂
    ≧ｎ₀₁）のエルビウム（Ｅｒ）とリン（Ｐ）とアルミニ
    ウム（Ａｌ）を共添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成
    る第２のコアを有し、前記第２のコアの外周に、厚さＳ
    ₂ の低屈折率ｎ_m2（ｎ_m2＜ｎ₀₂）のリン（Ｐ）とフッ素
    （Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）で成る第２の
    中間層を有する希土類元素添加光ファイバとを備え、 前記希土類元素添加光ファイバに、前記合波器からの合
    波光を伝搬させ、前記希土類元素添加光ファイバの出力
    端側から、増幅された前記信号光を取り出すようにした
    ことを特徴とする広帯域光ファイバ増幅器。
11. 【請求項１１】 前記信号光の入力側および出力側に光
    アイソレータを挿入した請求項６〜１０のいずれかに記
    載の広帯域光ファイバ増幅器。
12. 【請求項１２】 前記信号光は、波長の異なる少なくと
    も８波が波長多重されている請求項６〜１１のいずれか
    に記載の広帯域光ファイバ増幅器。