WO2014073459A1 - 増幅用光ファイバ及び光増幅器 - Google Patents

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竹永　勝宏
健太郎 市井
小野　浩孝
恭三 辻川
山田　誠
増田　浩次
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Shimane University NUC
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Shimane University NUC
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    • H01S3/2383—Parallel arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an amplification optical fiber and an optical amplifier, and is suitable when a multi-core fiber is used as a transmission line.
  • an optical amplifier for amplifying communication light is indispensable.
  • a general optical amplifier it is widely known to use an erbium-doped optical fiber (Erbium doped fiber; EDF).
  • EDF erbium doped fiber
  • Patent Document 1 has been proposed as a multi-core EDF.
  • an object of the present invention is to provide an optical fiber for amplification and an optical amplifier that can improve the amplification efficiency of pumping light even if it has a plurality of cores.
  • an amplification optical fiber includes a plurality of cores to which an active element is added, a first cladding that surrounds the plurality of cores without gaps, and a second cladding that surrounds the first cladding.
  • the plurality of cores are arranged around a central axis of the first cladding, and the first cladding includes a solid core layer passing through the central axis of the first cladding, the core layer, and the plurality of cores
  • the core has a two-layer structure with an outer layer surrounding the core without a gap, and the refractive index of the core is higher than the refractive index of the core layer and the outer layer, and the refractive index of the core layer and the outer layer is the refractive index of the second cladding.
  • the refractive index of the core layer is lower than the refractive index of the outer layer.
  • the incident point of the excitation light may be other than the central axis of the first cladding in the region inside the plurality of cores on the one end surface of the first cladding as described above. It is preferable to use an outer layer region on the end face or other than the core layer region located inside the plurality of cores in the outer layer region.
  • the excitation light can be concentrated on the outer layer where the core is interposed without substantially distributing the excitation light in the core layer. Therefore, the excitation light density at each core can be further increased, and as a result, the amplification efficiency can be further improved.
  • An optical amplifier includes an amplification optical fiber having a plurality of cores to which an active element is added, a first cladding that surrounds the plurality of cores without gaps, and a second cladding that surrounds the first cladding.
  • An excitation light source that emits excitation light that excites the active element, a plurality of single-core optical fibers that receive communication light, and communication light that enters each of the cores of the plurality of single-core optical fibers.
  • an optical combiner that causes the excitation light emitted from the excitation light source to enter a predetermined position on one end surface of the amplification optical fiber, while making it incident on the core end surface of the amplification optical fiber associated with the core,
  • the plurality of cores are arranged around a central axis of the first cladding, and the first cladding includes a solid core layer passing through the central axis of the first cladding, the core layer, and the plurality of cores
  • the core and the outer layer have a refractive index higher than that of the core layer and the outer layer, and the refractive index of the core layer and the outer layer is higher than that of the second cladding.
  • the refractive index of the core layer is lower than the refractive index of the outer layer, and the optical combiner causes the excitation light to be incident on one end face of the first cladding other than the central axis of the first cladding.
  • the excitation light propagating to the core is increased as compared with the case where the central axis of the first cladding is the incident point of the excitation light. Therefore, the excitation light density in each core can be increased, and as a result, the amplification efficiency of the excitation light can be improved even if a plurality of cores are provided.
  • the light combiner allows the excitation light to be incident on an outer layer region on one end face of the first cladding or a core layer region that is inside the plurality of cores in the outer layer region.
  • the excitation light can be concentrated on the outer layer where the core is interposed without substantially distributing the excitation light in the core layer. Therefore, the excitation light density at each core can be further increased, and as a result, the amplification efficiency can be further improved.
  • an optical fiber for amplification and an optical amplifier that can improve the amplification efficiency of pumping light even if it has a plurality of cores.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an optical amplifier according to the present embodiment.
  • the optical amplifier 1 according to the present embodiment includes a plurality of single-core optical fibers 10, a pumping light source 20, an optical combiner 30, an optical distributor 40, and an amplification optical fiber 50 as main components.
  • the single-core optical fiber 10 is a single mode fiber for transmitting communication light, and has a structure in which one core is surrounded by a clad.
  • the number of single-core optical fibers 10 is the same as the number of cores in the amplification optical fiber 50.
  • the excitation light source 20 emits excitation light, and is, for example, a semiconductor laser device or a Fabry-Perot type or fiber ring type fiber laser device.
  • the optical combiner 30 causes communication light incident on the cores of the plurality of single-core optical fibers 10 to enter the core end surface of the amplification optical fiber 50 associated with the cores and is emitted from the excitation light source 20. Excitation light is incident on the center of one end face of the amplification optical fiber 50.
  • the light distributor 40 emits communication light incident on each of the plurality of cores in the amplification optical fiber 50 to the core end face of the single-core optical fiber 10 associated with the core.
  • FIG. 2 is a view showing a state of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the amplification optical fiber 50. Specifically, FIG. 2A shows the structure of one end face of the amplification optical fiber 50, and FIG. 2B shows the refractive index distribution on the XX line in FIG.
  • the amplification optical fiber 50 includes a plurality of cores 51, a first cladding 52 that surrounds the plurality of cores 51 without a gap, and a second cladding that surrounds the first cladding 52. 53 as main components.
  • the plurality of cores 51 are arranged around the central axis CA of the first cladding 52 in a state in which the distances ⁇ between the central axes of adjacent cores are equal.
  • the central axis CA of the first cladding 52 is also the central axis of the amplification optical fiber 50.
  • FIG. 1 illustrates the case where there are six cores 51, and the distance from the central axis of the core 51 to the central axis CA of the first cladding 52 is the same. That is, the six cores 51 are evenly arranged on the circumference around the central axis CA of the first cladding 52.
  • An active element is added to each of the plurality of cores 51.
  • the active element include rare earth elements such as erbium (Er), ytterbium (Yb), and neodymium (Nd).
  • An active element other than rare earth elements is, for example, bismuth.
  • the active element added to the core 51 may be one type or two or more types.
  • the first clad 52 has a two-layer structure of a solid core layer 52A passing through the central axis CA of the first clad 52 and an outer layer 52B surrounding the core layer 52A and each core 51 without a gap.
  • the refractive index n 1 of the core 51 is higher than the refractive index n 2B refractive index n 2A and the outer layer 52B of the core layer 52A of the first clad 52, these refractive index n 2A And n 2B is made higher than the refractive index n 3 of the second cladding 53. Further, the refractive index n 2A of the core layer 52A is set lower than the refractive index n 2B of the outer layer 52B.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a region that should be an incident point of excitation light on one end surface of the first cladding 52. Specifically, FIG. 3A shows the area AR inside each core 51, FIG. 3B shows the core layer area AR1, and FIG. 3C shows the outer layer area AR2. Yes.
  • the core in the region AR (FIG. 3A) inside the cores 51 on one end face of the first cladding 52 Except for the layer area AR1 ((B) in FIG. 3), the incident point of the excitation light is used.
  • the outer layer area AR2 surrounded by the circle in contact with the inner outer peripheral surface of each core 51 and the outer peripheral circle of the core layer area AR1 is the incident point of the excitation light.
  • the material of the first cladding 52 and the second cladding 53 examples include quartz glass and resin. From the viewpoint of increasing the difference between the refractive index n 2 of the first cladding 52 and the refractive index n 3 of the second cladding 53, the material of the first cladding 52 is quartz glass, and the material of the second cladding 53 is It is preferable to use a resin. Further, from the viewpoint of increasing the difference between the refractive index n 2 of the first cladding 52 and the refractive index n 3 of the second cladding 53, the second cladding 53 preferably has a plurality of holes. The second cladding 53 having a plurality of holes can be formed by, for example, a resin containing a plurality of hollow particles.
  • the distance between the central axes of adjacent cores 51 is ⁇
  • the mode field diameter of each core 51 is MFD
  • the cutoff wavelength is ⁇ c
  • the wavelength of communication light incident on the core 51 is ⁇ op.
  • the optical amplifier 1 having the above configuration includes, for example, ITU-T G. Communication light having a wavelength less than the cable cutoff wavelength defined in 650.1 is incident on each single-core optical fiber 10. The communication light incident on these single-core optical fibers 10 is incident on the corresponding core end face of the amplification optical fiber 50 by the optical combiner 30.
  • the excitation light emitted from the excitation light source 20 is guided to the light combiner 30 via the light guide optical fiber 21 (FIG. 1), and the light combiner 30 causes the outer layer region on the one end surface of the first cladding 52. Excitation light is incident with AR2 as an incident point.
  • the excitation light propagates through the first cladding 52 and the plurality of cores 51 in the amplification optical fiber 50, and the active element added to the core 51 is excited by the excitation light.
  • the active element in the excited state causes stimulated emission by the communication light propagating through the core 51, and the communication light is amplified due to the stimulated emission.
  • the communication light amplified in this way is emitted to the core end face of the single-core optical fiber 10 by the optical distributor 40 and transmitted to the subsequent stage by the single-core optical fiber 10.
  • FIG. 4 is a diagram showing the structure of the prototype fiber from the same viewpoint as FIG.
  • the prototype fiber 70 includes a silica glass layer 71 corresponding to the first cladding 52 and a low refractive index layer 72 corresponding to the second cladding 53.
  • the silica glass layer 71 has a two-layer structure of a core layer 71A and an outer layer 71B, like the first cladding 52.
  • the core 51 interposed in the outer layer 52B of the amplification optical fiber 50 in this embodiment is omitted from the outer layer 71B of the prototype fiber 70.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show the results of monitoring the spread of the excitation light in the prototype fiber 70 when the incident point of the excitation light to be incident on the prototype fiber 70 is varied.
  • the excitation light source was a 1300 nm band LED light source having a center wavelength of 1280 nm, and excitation light was incident on one end face of the prototype fiber 70 from the excitation light source via a GI (graded-index) type fiber.
  • GI graded-index
  • the excitation light is confined in the core layer 71A of the silica glass layer 71.
  • the excitation light is the core layer of the silica glass layer 71. It extends not only to 71A but also to the outer layer 71B.
  • the excitation light when the incident point of the excitation light is in the outer layer 71B, the excitation light is not generally distributed in the core layer 71A but concentrated in the outer layer 71B.
  • the outer layer 71B having a refractive index higher than the refractive index of the core layer 71A is the incident point of the excitation light, so that the excitation light can be concentrated on the outer layer 71B.
  • the structure of the first cladding 52 has a core layer 52A and a refractive index n 2B higher than the refractive index n 2A of the core layer 52A, as shown in FIG. A two-layer structure is formed with the outer layer 52B. And as shown to (C) of FIG. 3, outer layer area
  • the excitation light can be concentrated on the outer layer 52B in which the core 51 is interposed, and the excitation light density in each core 51 can be increased. Therefore, according to the amplification optical fiber 50 in the present embodiment, the amplification efficiency of the pumping light can be improved even if it has a plurality of cores.
  • the area other than the core layer area AR1 (FIG. 3B) or the core layer area AR1 (FIG. 3B) and the outer layer area AR2 (FIG. 3C) is the incident point of the excitation light. Even when the incident point of the excitation light is other than the central axis CA of the first cladding 52, the excitation light propagating to the core 51 is increased as compared with the case of the first embodiment. It has been confirmed that
  • ⁇ / MFD (2 ⁇ c / ( ⁇ c + ⁇ op)) is set to 5.8 or more as described above.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between ⁇ / MFD (2 ⁇ c / ( ⁇ c + ⁇ op)) and the amount of crosstalk.
  • the points in this graph are shown in Optics Express, Vol. 19, Issue 26, pp. It was obtained by calculating crosstalk according to the literature of B102-B111 (2011). Also, the broken lines in the graph of FIG. 7 are straight lines closest to the above points, and are calculated by the least square method. Furthermore, the straight lines in the graph of FIG. 7 are obtained by translating the broken lines so that the points do not fall below the inclination of the broken lines. Note that XT represents the amount of crosstalk at a length of 100 m.
  • ⁇ / MFD (2 ⁇ c / ( ⁇ c + ⁇ op)) and the crosstalk amount XT have a correlation, and when ⁇ / MFD (2 ⁇ c / ( ⁇ c + ⁇ op)) is 5.8 or more, It can be seen that the crosstalk amount XT is reduced from ⁇ 30 dB, which is considered to cause no substantial trouble in communication.
  • optical fibers are often installed in a bent state.
  • the outer diameter of the first cladding 52 is preferably set to 225 ⁇ m or less in order to keep the probability of breakage of the optical fiber low. This means that “Large-effective-area ten-core fiber with cladding cladding of about 200 maikurom” Optics Letters, Vol. 36 Issue 23, pp. 4626-4628 (2011).
  • ⁇ / MFD (2 ⁇ c / ( ⁇ c + ⁇ op)) is set to 8 or less.
  • the outer diameter of the first cladding is used to keep the optical fiber breaking probability low.
  • FIG. 8 shows an example in which twelve cores are arranged at the apexes and sides of the hexagon with respect to the central axis CA of the first cladding 52.
  • the incident point of the excitation light to be incident on the one end surface of the first cladding 52 is one.
  • the incident point of excitation light may be two or more as illustrated in FIG.
  • a plurality of positions around the central axis CA of the first cladding 52 are formed in the outer layer area AR2 surrounded by the hexagonal shape that contacts the inner peripheral surface of each core 51 and the core layer area AR1. It can be an incident point of excitation light.
  • the excitation efficiency is increased as compared with the case where the incident point is one point. be able to.
  • FIG. 10 shows an example in which the optical fibers are fixed in a bundled state so as to be most densely arranged with the 12 single-core optical fibers 10 as the outside and the 6 light guiding optical fibers 21 as the inside. However, the optical fiber may not be fixed in the state of the close-packed structure.
  • FIG. 10 shows an example in which a dummy fiber DF is disposed as a spacer at the center of the six light guiding optical fibers 21. The dummy fiber DF is referred to as the light guiding optical fiber 21. May be omitted.
  • the outer layer 52B has a single layer structure.
  • the outer layer 52B may have a plurality of layer structures. In the case where the outer layer 52B has a plurality of layer structures, it is necessary that the layer where the core 51 is interposed has the highest refractive index, and a layer structure in which the refractive index decreases as the layer is further away from the layer.
  • the amplification optical fiber 50 that satisfies the expression (1) is applied. However, it is not essential that the amplification optical fiber 50 satisfies the above expression (1).
  • twelve cores 51 are arranged at the center of the hexagonal apex and the side with respect to the central axis of the first cladding 52 with the center axis distance ⁇ being 38 ⁇ m.
  • the active elements added to the core 51 were 0.2 wt% and Er and 2 wt% Yb, and germanium (Ge) or the like was included in the core 51 for adjusting the refractive index.
  • the distance between the center of the core 51 and the outer peripheral surface of the first cladding 52 is 35 ⁇ m
  • the relative refractive index of the core 51 with respect to the first cladding 52 is 1.1%
  • the communication light to be incident on the core 51 The wavelength ⁇ op was set to 1550 nm.
  • the diameter of the first cladding 52 was 218 ⁇ m
  • the diameter of the core layer 52A was 100 ⁇ m
  • the relative refractive index difference of the core layer 52A with respect to the outer layer 52B was 0.7%.
  • the excitation light is converted into 1.55 ⁇ m band multimode laser light via a light guiding optical fiber 21 having a diameter of 60 ⁇ m, and the incident point of the excitation light is the outer layer region AR2 as shown in FIG.
  • the cross-sectional area S of the first cladding 52 is approximately 37321 ⁇ m 2
  • the cross-sectional area S ′ of the core layer 52A is 7853 ⁇ m 2 . Since the excitation light is generally not distributed in the core layer 52A, the region SS ′ where excitation light is present in this embodiment is 29472 ⁇ m 2 , which is 20 compared to the case of Example 2 (37321 ⁇ m 2 ). % Smaller. Therefore, the excitation light density can be increased.
  • the present invention may be used in the optical communication field.

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Abstract

　本発明では、複数のコア５１は、第１クラッド５２の中心軸周りに、隣接するコア同士の中心軸間距離が均等となる状態で配置され、第１クラッド５２は、第１クラッド５２の中心軸を通る充実の芯層５２Ａと、芯層５２Ａ及び複数のコア５１を隙間なく包囲する外層５２Ｂとの２層構造とされる。コア５１の屈折率ｎ１は芯層５２Ａ及び外層５２Ｂの屈折率ｎ２Ａ,ｎ２Ｂよりも高く、芯層５２Ａ及び外層５２Ｂの屈折率ｎ２Ａ,ｎ２Ｂは第２クラッド５３の屈折率ｎ３よりも高く、芯層５２Ａの屈折率ｎ２Ａは外層５２Ｂの屈折率ｎ２Ｂよりも低くされる。

Description

増幅用光ファイバ及び光増幅器
　本発明は増幅用光ファイバ及び光増幅器に関し、マルチコアファイバを伝送路として用いる場合に好適なものである。
　マルチコアファイバを伝送路として光通信システムを構築するためには、通信光を増幅するための光増幅器が不可欠である。一般的な光増幅器では、エルビウムが添加された光ファイバ(Erbium doped fiber;EDF)を用いることが広く知られている。一方、マルチコアＥＤＦとして下記特許文献１が提案されている。
特表２００５－５００５３８号公報
　ところで、特許文献１のようなマルチコアＥＤＦに励起光を入力する場合、コアごとに励起光を入力することが考えられる。しかしながらこのようにした場合、単芯のＥＤＦにおいて増幅に要する励起光量にコア数を乗算した分の励起光量が必要となり、励起光の利用効率が悪くなる。このため、励起光の増幅効率が悪化する傾向になることが課題として想定された。
　そこで、本発明は、複数のコアを有していても励起光の増幅効率を向上し得る増幅用光ファイバ及び光増幅器を提供することを目的とする。
　かかる課題を解決するため本発明の増幅用光ファイバは、活性元素が添加される複数のコア、前記複数のコアを隙間なく包囲する第１クラッド、及び、前記第１クラッドを包囲する第２クラッドを有し、前記複数のコアは、前記第１クラッドの中心軸周りに配置され、前記第１クラッドは、前記第１クラッドの中心軸を通る充実の芯層と、前記芯層及び前記複数のコアを隙間なく包囲する外層との２層構造とされ、前記コアの屈折率は前記芯層及び前記外層の屈折率よりも高く、前記芯層及び前記外層の屈折率は前記第２クラッドの屈折率よりも高く、前記芯層の屈折率は前記外層の屈折率よりも低くされることを特徴とする。
　このような増幅用光ファイバによれば、前記第１クラッドの一端面において前記複数のコアよりも内側にある領域うちの前記第１クラッドの中心軸以外を励起光の入射点とすれば、第１クラッドの中心軸を励起光の入射点とする場合に比べて、コアに伝搬する励起光を増大することが本発明者らにより見出されている。したがって、各コアでの励起光密度を高めることが可能となり、この結果、複数のコアを有していても励起光の増幅効率を向上することができる。
　なお、励起光の入射点は、上述したように第１クラッドの一端面において複数のコアよりも内側にある領域うちの第１クラッドの中心軸以外であれば良いが、前記第１クラッドの一端面における外層領域としたり、前記外層領域のうち、前記複数のコアよりも内側にある芯層領域以外とすることが好ましい。
　このようにした場合、芯層におおむね励起光を分布させずに、コアが介在する外層に励起光を集中させることができることが本発明者らにより見出されている。したがって、各コアでの励起光密度をより一段と高めることが可能となり、この結果、増幅効率をさらに向上することができる。
　また、本発明の光増幅器は、活性元素が添加される複数のコア、前記複数のコアを隙間なく包囲する第１クラッド、及び、前記第１クラッドを包囲する第２クラッドを有する増幅用光ファイバと、前記活性元素を励起する励起光を出射する励起光源と、通信光が入射される複数本の単芯光ファイバと、前記複数本の単芯光ファイバのコアそれぞれに入射される通信光を、当該コアに対応付けられる前記増幅用光ファイバのコア端面に入射させるとともに、前記励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおける一端面の所定位置に入射させる光合成器とを備え、前記複数のコアは、前記第１クラッドの中心軸周りに配置され、前記第１クラッドは、前記第１クラッドの中心軸を通る充実の芯層と、前記芯層及び前記複数のコアを隙間なく包囲する外層との２層構造とされ、前記コアの屈折率は前記芯層及び前記外層の屈折率よりも高く、前記芯層及び前記外層の屈折率は前記第２クラッドの屈折率よりも高く、前記芯層の屈折率は前記外層の屈折率よりも低くされ、前記光合成器は、前記第１クラッドの一端面において前記第１クラッドの中心軸以外に前記励起光を入射させることを特徴とする。
　このような光増幅器によれば、第１クラッドの中心軸を励起光の入射点とする場合に比べて、コアに伝搬する励起光を増大することが本発明者らにより見出されている。したがって、各コアでの励起光密度を高めることが可能となり、この結果、複数のコアを有していても励起光の増幅効率を向上することができる。
　前記光合成器は、前記第１クラッドの一端面における外層領域、あるいは、前記外層領域のうち、前記複数のコアよりも内側にある芯層領域以外に前記励起光を入射させることが好ましい。
　このようにした場合、芯層におおむね励起光を分布させずに、コアが介在する外層に励起光を集中させることができることが本発明者らにより見出されている。したがって、各コアでの励起光密度をより一段と高めることが可能となり、この結果、増幅効率をさらに向上することができる。
　以上のように本発明によれば、複数のコアを有していても励起光の増幅効率を向上し得る増幅用光ファイバ及び光増幅器が提供される。
本実施形態における光増幅器を示す図である。 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。 第１クラッドの一端面において励起光の入射点とすべき領域の説明に供する図である。 試作ファイバの構造を図２と同じ視点で示す図である。 試作ファイバに入射すべき励起光の入射点を異ならせた場合における試作ファイバでの励起光の広がりをモニタした結果（１）を示す図である。 試作ファイバに入射すべき励起光の入射点を異ならせた場合における試作ファイバでの励起光の広がりをモニタした結果（２）を示す図である。 増幅用光ファイバにおけるクロストーク量と、カットオフ波長及び通信光の波長を考慮した場合におけるコアのモードフィールド径に対する隣接コア同士の中心軸間距離の比との関係を示すグラフである。 コア数及びコア配置が異なる増幅用光ファイバの断面の様子を例示する図である。 励起光の入射位置を複数とした場合を例示する図である。 光合成器の構造例を示す断面図である。
　（１）実施形態
　本発明に好適となる実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。
　＜光増幅器の構成＞
　図１は、本実施形態における光増幅器を示す図である。図１に示すように、本実施形態における光増幅器１は、複数本の単芯光ファイバ１０、励起光源２０、光合成器３０、光分配器４０及び増幅用光ファイバ５０を主な構成として備える。
　単芯光ファイバ１０は、通信光を伝達するためのシングルモードファイバであり、１つのコアをクラッドで包囲した構造とされる。この単芯光ファイバ１０の本数は、増幅用光ファイバ５０におけるコアの数と同じとされる。
　励起光源２０は、励起光を出射するものであり、例えば、半導体レーザ装置あるいはファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置等とされる。
　光合成器３０は、複数本の単芯光ファイバ１０のコアにそれぞれ入射される通信光を、当該コアに対応付けられる増幅用光ファイバ５０のコア端面に入射させるとともに、励起光源２０から出射される励起光を増幅用光ファイバ５０における一端面の中心に入射させるものである。
　光分配器４０は、増幅用光ファイバ５０における複数のコアにそれぞれ入射される通信光を、当該コアに対応付けられる単芯光ファイバ１０のコア端面に出射させるものである。
　図２は、増幅用光ファイバ５０の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図２の（Ａ）は増幅用光ファイバ５０の一端面の構造を示し、図２の（Ｂ）は図２の（Ａ）におけるＸ－Ｘ線上の屈折率分布を示している。
　図２の（Ａ）に示すように、増幅用光ファイバ５０は、複数のコア５１と、当該複数のコア５１を隙間なく包囲する第１クラッド５２と、第１クラッド５２を包囲する第２クラッド５３とを主な構成要素として備える。
　複数のコア５１は、第１クラッド５２の中心軸ＣＡの周りに、隣接するコア同士の中心軸間距離Λが均等となる状態で配置される。この第１クラッド５２の中心軸ＣＡは、増幅用光ファイバ５０の中心軸でもある。
　なお、図１ではコア５１が６つの場合が例示され、当該コア５１の中心軸から第１クラッド５２の中心軸ＣＡまでの距離はそれぞれ同じとされる。つまり、６つのコア５１は、第１クラッド５２の中心軸ＣＡを中心とする円周上に均等に配置される。
　複数のコア５１にはそれぞれ活性元素が添加される。活性元素として、例えば、エルビウム(Ｅｒ)、イッテルビウム（Ｙｂ）あるいはネオジウム（Ｎｄ）等の希土類元素がある。また、希土類元素以外の活性元素として、例えば、ビスマスがある。なお、コア５１に添加される活性元素は、１種類であっても２種類以上であっても良い。
　第１クラッド５２は、第１クラッド５２の中心軸ＣＡを通る充実の芯層５２Ａと、当該芯層５２Ａ及び各コア５１を隙間なく包囲する外層５２Ｂとの２層構造とされる。
　図２の（Ｂ）に示すように、コア５１の屈折率ｎ１は第１クラッド５２における芯層５２Ａの屈折率ｎ２Ａ及び外層５２Ｂの屈折率ｎ２Ｂよりも高くされ、これら屈折率ｎ２Ａ及びｎ２Ｂは、第２クラッド５３の屈折率ｎ３よりも高くされる。また、芯層５２Ａの屈折率ｎ２Ａは、外層５２Ｂの屈折率ｎ２Ｂよりも低くされる。
　図３は、第１クラッド５２の一端面において励起光の入射点とすべき領域の説明に供する図である。具体的に図３の（Ａ）は各コア５１よりも内側にある領域ＡＲを示し、図３の（Ｂ）は芯層領域ＡＲ１を示し、図３の（Ｃ）は外層領域ＡＲ２を示している。
　図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態では、第１クラッド５２の一端面において各コア５１よりも内側にある領域ＡＲ（図３の（Ａ））のうちの芯層領域ＡＲ１（図３の（Ｂ））以外が励起光の入射点とされる。
　つまり、図３の（Ｃ）に示すように、各コア５１の内側外周面に接する円と芯層領域ＡＲ１の外周円とによって囲まれる外層領域ＡＲ２が励起光の入射点とされる。
　第１クラッド５２及び第２クラッド５３の材料は、石英ガラスや樹脂などを挙げることができる。なお、第１クラッド５２の屈折率ｎ２と、第２クラッド５３の屈折率ｎ３との差を大きくする観点では、第１クラッド５２の材料が石英ガラスとされ、第２クラッド５３の材料が樹脂とされることが好ましい。また、第１クラッド５２の屈折率ｎ２と、第２クラッド５３の屈折率ｎ３との差を大きくする観点では、当該第２クラッド５３が複数の空孔を有するほうが好ましい。複数の空孔を有する第２クラッド５３は、例えば、複数の中空粒子を含有した樹脂等によって成形することができる。
　本実施形態の場合、隣接するコア５１同士の中心軸間距離をΛとし、各コア５１のモードフィールド径をＭＦＤとし、カットオフ波長をλｃとし、コア５１に入射される通信光の波長をλｏｐとすると、次式
５．８≦Λ／ＭＦＤ（２λｃ／（λｃ＋λｏｐ））≦８・・・（１）
を充足する。
　＜動作・効果＞
　以上の構成の光増幅器１には、例えば、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５０．１に定義されるケーブルカットオフ波長未満となる波長の通信光が各単芯光ファイバ１０に入射される。これら単芯光ファイバ１０に入射された通信光は、光合成器３０によって増幅用光ファイバ５０の対応するコア端面に入射される。
　一方、励起光源２０から出射される励起光は、導光用光ファイバ２１（図１）を介して光合成器３０に導光され、当該光合成器３０によって、第１クラッド５２の一端面における外層領域ＡＲ２を入射点として励起光が入射される。
　この励起光は、増幅用光ファイバ５０における第１クラッド５２及び複数のコア５１を伝搬し、当該励起光によってコア５１に添加される活性元素が励起される。励起状態にある活性元素は、コア５１を伝搬する通信光によって誘導放出を引き起こし、当該誘導放出に起因して通信光が増幅される。
　このようにして増幅された通信光は、光分配器４０によって単芯光ファイバ１０のコア端面に出射され、当該単芯光ファイバ１０によって後段に伝達される。
　図４は、試作ファイバの構造を図２と同じ視点で示す図である。図４に示すように、試作ファイバ７０は、第１クラッド５２に相当するシリカガラス層７１と、第２クラッド５３に相当する低屈折率層７２とからなる。
　このシリカガラス層７１は、第１クラッド５２と同様に、芯層７１Ａと外層７１Ｂとの２層構造とされる。なお、本試作ファイバ７０の外層７１Ｂには、本実施形態における増幅用光ファイバ５０の外層５２Ｂに介在するコア５１が省略されている。
　このような試作ファイバ７０に入射すべき励起光の入射点を異ならせた場合における試作ファイバ７０での励起光の広がりをモニタした結果を図５及び図６に示す。
　なお、励起光源は、中心波長を１２８０ｎｍとする１３００ｎｍ帯のＬＥＤ光源とし、当該励起光源からＧＩ(graded-index)型ファイバを介して試作ファイバ７０の一端面に励起光を入射させた。
　図５の（Ａ）に示すように、試作ファイバ７０の一端面における中心軸を励起光の入射点とした場合、当該励起光は、シリカガラス層７１の芯層７１Ａに閉じ込められる。
　これに対し図５の（Ｂ）に示すように、試作ファイバ７０の一端面における中心軸から２２ｎｍずらした位置を励起光の入射点とした場合、当該励起光は、シリカガラス層７１の芯層７１Ａに留まらず、外層７１Ｂにまで広がる。
　また、図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、励起光の入射点が外層７１Ｂにある場合、当該励起光は、芯層７１Ａにはおおむね分布せず、外層７１Ｂに集中する。
　図５及び図６から、芯層７１Ａの屈折率よりも高い屈折率である外層７１Ｂが励起光の入射点とされることで、当該外層７１Ｂに励起光を集中させることができることが分かる。
　本実施形態における増幅用光ファイバ５０の場合、第１クラッド５２の構造は、図２に示したように、芯層５２Ａと、その芯層５２Ａの屈折率ｎ２Ａよりも高い屈折率ｎ２Ｂの外層５２Ｂとの２層構造とされる。そして、図３の（Ｃ）に示したように、外層領域ＡＲ２が励起光の入射点とされる。
　このため、コア５１が介在する外層５２Ｂに励起光を集中させることができ、各コア５１での励起光密度を高めることが可能となる。したがって、本実施形態における増幅用光ファイバ５０によれば、複数のコアを有していても励起光の増幅効率を向上することができる。
　なお、芯層領域ＡＲ１（図３の（Ｂ））、あるいは、芯層領域ＡＲ１（図３の（Ｂ））及び外層領域ＡＲ２（図３の（Ｃ））以外の領域が励起光の入射点とされた場合であっても、当該励起光の入射点が第１クラッド５２の中心軸ＣＡ以外でありさえすれば、第１実施形態の場合に比べて、コア５１に伝搬する励起光を増大することが確認されている。
　また、本実施形態の増幅用光ファイバ５０では、上述したように、Λ／ＭＦＤ（２λｃ／（λｃ＋λｏｐ））が５．８以上とされる。
　図７は、Λ／ＭＦＤ（２λｃ／（λｃ＋λｏｐ））と、クロストーク量との関係を示すグラフである。
　このグラフ内の点は、Ｏｐｔｉｃｓ　Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１９，Ｉｓｓｕｅ　２６，ｐｐ．　Ｂ１０２－Ｂ１１１　（２０１１）の文献に従ってクロストークを計算することにより得たものである。また、図７のグラフ内の破線は、上記各点に最も近い直線であり、最小２乗法によって算出したものである。さらに、図７のグラフ内の直線は、上記各点が破線の傾きを下回らないように、当該破線を平行移動したものである。なお、ＸＴは、長さ１００ｍにおけるクロストーク量を表している。
　この図７から、Λ／ＭＦＤ（２λｃ／（λｃ＋λｏｐ））とクロストーク量ＸＴとには相関があり、当該Λ／ＭＦＤ（２λｃ／（λｃ＋λｏｐ））が５．８以上とされた場合には、通信において実質的な支障が生じないとされる－３０ｄＢよりも低減したクロストーク量ＸＴとなることが分かる。
　なお、コア間距離Λを大きくしたりモードフィールド径ＭＦＤを小さく設計することにより、クロストークが改善されることは、定性的な傾向として知られている。上記（２λｃ／（λｃ＋λｏｐ））は、カットオフ波長λｃが信号光の波長λｏｐに近接すると１に収束することを示している。カットオフ波長λcが長くなると、コア５１への光の閉じ込めが強くなるため、定性的にはコア間のクロストークは改善されることが理解できる。
　したがって、本実施形態では、クロストークに起因して通信に支障が生じることを防止することができ、この結果、クロストークを抑制しつつ通信光を増幅することができる。
　ところで、一般的に、光ファイバは曲げられた状態で設置される場合が多い。このような状態で光ファイバが設置される場合、当該光ファイバの破断確率を低く抑えるためには、第１クラッド５２の外径が２２５μｍ以下とされることが好ましい。このことは、“Ｌａｒｇｅ－ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ－ａｒｅａ　ｔｅｎ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ　ｗｉｔｈ　ｃｌａｄｄｉｎｇ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ａｂｏｕｔ　２００　ｍａｉｋｕｒｏｍ”　Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．３６　Ｉｓｓｕｅ　２３，　ｐｐ．４６２６－４６２８（２０１１）に詳しく記載されている。
　この点、本実施形態の増幅用光ファイバ５０では、上述したように、Λ／ＭＦＤ（２λｃ／（λｃ＋λｏｐ））が８以下とされる。
　このようにした場合、一般に採用されるコア間距離Λ、モードフィールド径ＭＦＤ、カットオフ波長λｃおよび通信光の波長λｏｐであれば、光ファイバの破断確率を低く抑えるために第１クラッドの外径を２２５μｍ以下としても、通信において実質的な支障がない程度にクロストーク量を抑えることができることが実験により分かった。
　したがって、本実施形態では、実用上において、クロストークに起因して通信に支障が生じることを防止することができ、この結果、クロストークを抑制しつつ通信光を増幅することができる。
　（２）他の実施形態
　以上の実施形態が一例として説明された。しかしながら本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
　例えば上記実施形態では、第１クラッド５２の中心軸ＣＡを基準とする円周上に６つのコア５１を配置した例が示された。しかしながら、図８に例示すように、第１クラッド５２の中心軸ＣＡを基準とする正多角形の頂点と辺上のいずれか一方又は双方に複数のコア５１が配置されていても良い。なお、図８は、第１クラッド５２の中心軸ＣＡを基準とする６角形の頂点及び辺の中心に１２つのコアを配置された例を示している。
　また上記実施形態では、第１クラッド５２の一端面に入射すべき励起光の入射点が１つとされた。しかしながら、励起光の入射点は、図９に例示するように２以上とされていても良い。
　すなわち図９に示すように、各コア５１の内側外周面に接する６角形と、芯層領域ＡＲ１とで囲まれる外層領域ＡＲ２のなかで、第１クラッド５２の中心軸ＣＡ周りの複数の位置を励起光の入射点とすることができる。
　このように、第１クラッド５２の一端面における各コア５１の内側に入射すべき励起光の入射点を複数とした場合には、当該入射点が１点である場合に比べて励起効率を高めることができる。
　なお、励起光の入射点を複数とする場合、当該入射点の数に応じた数の導光用光ファイバ２１を介して光合成器３０から入射させれば良い。
　ところで、光合成器３０としては、例えば図１０に示すように、複数の単芯光ファイバ１０及び導光用光ファイバ２１を束ねて固定する一対のガラス部材３０Ａ及び３０Ｂが適用可能である。なお、この図１０では、１２本の単芯光ファイバ１０を外側とし、６本の導光用光ファイバ２１を内側として最も密集するように各光ファイバを束ねた状態で固定した例が示されているが、当該最密充填構造の状態で光ファイバを固定していなくても良い。また、この図１０では、６本の導光用光ファイバ２１の中心に、スペーサとしてダミーファイバＤＦを配置した例が示されているが、当該ダミーファイバＤＦは導光用光ファイバ２１とされても良く省略されても良い。
　また上記実施形態では、外層５２Ｂが単一の層構造とされた。しかしながら、外層５２Ｂは複数の層構造とされていても良い。なお、外層５２Ｂを複数の層構造とする場合、コア５１が介在する層の屈折率が最も高く、当該層から離れた層ほど屈折率が低くなる層構造であることを要する。
　また上記実施形態では、上記（１）式を充足する増幅用光ファイバ５０が適用された。しかしながら、増幅用光ファイバ５０が上記（１）式を充足することは必須となるものではない。
　以下、実施例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
　本実施例は、上記実施形態における増幅用光ファイバ５０に関して、第１クラッド５２内に励起光が集中する効果を確かめた。
　本実施例では、第１クラッド５２の中心軸を基準とする６角形の頂点及び辺の中心に、中心軸間距離Λを３８μｍとして１２つのコア５１が配置された。これらコア５１に添加される活性元素は０．２ｗｔ％及びＥｒと２ｗｔ％のＹｂとし、屈折率調整用としてゲルマニウム（Ｇｅ）等をコア５１に含ませた。
　また、コア５１の中心と第１クラッド５２の外周面との間の距離は３５μｍとし、第１クラッド５２に対するコア５１の比屈折率は１．１％とし、当該コア５１に入射すべき通信光の波長λｏｐは１５５０ｎｍとした。
　さらに、第１クラッド５２の直径は２１８μｍとし、芯層５２Ａの直径は１００μｍとし、外層５２Ｂに対する芯層５２Ａの比屈折率差は０．７％とした。
　さらに、励起光は、直径６０μｍの導光用光ファイバ２１を介して、１．５５μｍ帯のマルチモードレーザの光とし、当該励起光の入射点は、図９に示したように、外層領域ＡＲ２において芯層５２Ａを囲む６つの位置とした。
　このような増幅用光ファイバ５０では、図６の（Ａ）又は（Ｂ）に示したように、励起光が外層５２Ｂに集中していることが確認された。
　なお、第１クラッド５２の断面積Ｓはおおむね３７３２１μｍ２であり、芯層５２Ａの断面積Ｓ´は７８５３μｍ２である。芯層５２Ａにはおおむね励起光が分布することがないため、本実施例において励起光が存在する領域Ｓ－Ｓ´は、２９４７２μｍ２となり、実施例２の場合（３７３２１μｍ２）と比べると、２０％程度小さくなる。したがって、励起光密度を高めることができる。
　本発明は、光通信分野において利用可能性がある。
　１・・・光増幅器
　１０・・・単芯光ファイバ
　２０・・・励起光源
　３０・・・光合成器
　４０・・・光分配器
　５０・・・増幅用光ファイバ
　５１・・・コア
　５２，６２・・・第１クラッド
　６２Ａ・・・芯層
　６２Ｂ・・・外層
　５３・・・第２クラッド

Claims (7)

  1. 　活性元素が添加される複数のコア、前記複数のコアを隙間なく包囲する第１クラッド、及び、前記第１クラッドを包囲する第２クラッドを有する増幅用光ファイバであって、
    　前記複数のコアは、前記第１クラッドの中心軸周りに配置され、
    　前記第１クラッドは、前記第１クラッドの中心軸を通る充実の芯層と、前記芯層及び前記複数のコアを隙間なく包囲する外層との２層構造とされ、
    　前記コアの屈折率は前記芯層及び前記外層の屈折率よりも高く、前記芯層及び前記外層の屈折率は前記第２クラッドの屈折率よりも高く、前記芯層の屈折率は前記外層の屈折率よりも低くされる
    ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
  2. 　前記第１クラッドの一端面において前記第１クラッドの中心軸以外が前記励起光の入射点とされる
    ことを特徴とする請求項１に記載の増幅用光ファイバ。
  3. 　前記第１クラッドの一端面における外層領域が前記励起光の入射点とされる
    ことを特徴とする請求項２に記載の増幅用光ファイバ。
  4. 　前記外層領域のうち、前記複数のコアよりも内側にある芯層領域以外が励起光の入射点とされる
    ことを特徴とする請求項２に記載の増幅用光ファイバ。
  5. 　活性元素が添加される複数のコア、前記複数のコアを隙間なく包囲する第１クラッド、及び、前記第１クラッドを包囲する第２クラッドを有する増幅用光ファイバと、
    　前記活性元素を励起する励起光を出射する励起光源と、
    　通信光が入射される複数本の単芯光ファイバと、
    　前記複数本の単芯光ファイバのコアそれぞれに入射される通信光を、当該コアに対応付けられる前記増幅用光ファイバのコア端面に入射させるとともに、前記励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおける一端面の所定位置に入射させる光合成器と
    を備え、
    　前記複数のコアは、前記第１クラッドの中心軸周りに配置され、
    　前記第１クラッドは、前記第１クラッドの中心軸を通る充実の芯層と、前記芯層及び前記複数のコアを隙間なく包囲する外層との２層構造とされ、
    　前記コアの屈折率は前記芯層及び前記外層の屈折率よりも高く、前記芯層及び前記外層の屈折率は前記第２クラッドの屈折率よりも高く、前記芯層の屈折率は前記外層の屈折率よりも低くされ、
    　前記光合成器は、前記第１クラッドの一端面において前記第１クラッドの中心軸以外に前記励起光を入射させる
    ことを特徴とする光増幅器。
  6. 　前記光合成器は、前記第１クラッドの一端面における外層領域に前記励起光を入射させる
    ことを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
  7. 　前記光合成器は、前記外層領域のうち、前記複数のコアよりも内側にある芯層領域以外に前記励起光を入射させる
    ことを特徴とする請求項６に記載の光増幅器。
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