JP2001267665A - 光増幅用光ファイバ、光ファイバ増幅器および光ファイバレーザ発振器 - Google Patents

光増幅用光ファイバ、光ファイバ増幅器および光ファイバレーザ発振器

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JP2001267665A
JP2001267665A JP2000074523A JP2000074523A JP2001267665A JP 2001267665 A JP2001267665 A JP 2001267665A JP 2000074523 A JP2000074523 A JP 2000074523A JP 2000074523 A JP2000074523 A JP 2000074523A JP 2001267665 A JP2001267665 A JP 2001267665A
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optical
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Tadashi Enomoto
正 榎本
Masahiro Takagi
政浩 高城
Yuichi Oga
裕一 大賀
Mototaka Kadoi
素貴 角井
Shinji Ishikawa
真二 石川
Masaichi Mobara
政一 茂原
Shinji Endo
信次 遠藤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号光の光増幅効率が高く、作製が容易で、
機械的強度が強く、他の光ファイバと接続する際の信号
光の接続損失が小さく、信号光波長でのノイズが生じな
い光増幅用光ファイバを提供することを目的とする。 【解決手段】 光増幅用光ファイバ１０は、光軸中心を
含み屈折率ｎ1を有するコア領域１１と、コア領域１１
を囲み屈折率ｎ2（ｎ2＜ｎ1）を有する内側クラッド領
域１２と、内側クラッド領域１２を囲み屈折率ｎ3（ｎ3
＜ｎ2）を有する外側クラッド領域１３とを有し、コア
領域が信号光に対してシングルモードとなる構造を有し
ており、内側クラッド領域が励起光に対してマルチモー
ドとなる構造を有している。励起光の照射により信号光
を光増幅する為の発光性元素がコア領域１１に添加され
ている。モード結合型グレーティング１４は、信号光の
コアモードをそのまま通過させ、励起光について内側ク
ラッドモードとコアモードとの間でモード結合を生じさ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ増幅
器、光ファイバレーザ発振器、および、これらにおいて
光増幅媒体として用いられる光増幅用光ファイバに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】光増幅用光ファイバは、励起光が供給さ
れることにより信号光を光増幅することができ、光ファ
イバ増幅器や光ファイバレーザ発振器における光増幅媒
体として用いられる。一般に、光増幅用光ファイバは、
シリカガラス系の光ファイバであって、励起光の照射に
より信号光を光増幅する為の発光性元素がコア領域に添
加されている。また、この発光性元素としては、例えば
希土類元素が用いられ、特にＥｒ元素が好適に用いられ
る。発光性元素としてＥｒ元素が添加された光増幅用光
ファイバは、波長１．４８μｍまたは波長０．９８μｍ
の励起光が供給されることにより、波長１．５５μｍ帯
の信号光を光増幅することができる。このような光増幅
用光ファイバにおいては光増幅効率を高めることが重要
であり、その為の提案が幾つかなされている。
【０００３】例えば、特開平１０−１３５５４８号公報
に従来の技術として記載された光増幅用光ファイバは、
光軸中心から順にコア領域（屈折率ｎ1）、内側クラッ
ド領域（屈折率ｎ2）および外側クラッド領域（屈折率
ｎ3）を有し、各屈折率の大小関係が ｎ1＞ｎ2＞ｎ3 で
あり、コア領域に発光性元素が添加されている。そし
て、励起光を内側クラッドモード（コア領域および内側
クラッド領域の双方に閉じ込められて伝搬するモード）
として伝搬させ、信号光をコアモード（コア領域に閉じ
込められて伝搬するモード）として伝搬させるものであ
る。以下では、このような光増幅用光ファイバをクラッ
ド励起型光増幅用光ファイバと呼ぶ。また、特開平３−
２３８８８３号公報には、クラッド励起型光増幅用光フ
ァイバの好適な構造について開示されている。このクラ
ッド励起型光増幅用光ファイバでは、励起光を内側クラ
ッドモードとして伝搬させればよいことから励起光の導
入効率が高く、また、発光性元素が添加されていない内
側クラッド領域をも励起光が伝搬することから励起光の
伝送損失が小さいので、信号光の光増幅の効率を高める
ことができるとされている。
【０００４】また、国際公開公報ＰＣＴ／ＥＰ９６／０
４１８７に開示されたクラッド励起型光増幅用光ファイ
バは、内側クラッド領域の断面形状を非円化することに
より、励起光について内側クラッドモードとコアモード
との間でモード結合を生じさせるものである。このクラ
ッド励起型光増幅用光ファイバに内側クラッドモードと
して導入した励起光をコアモードに変換することで、信
号光の光増幅の高効率化を図っている。
【０００５】また、特開平１０−１０７３４５号公報に
開示されたクラッド励起型光増幅用光ファイバは、信号
光について基底モードだけでなく高次モードをもコア領
域に閉じ込めて伝搬させることで信号光の光増幅の高効
率化を図り、グレーティングにより信号光の高次モード
を遮断し基底モードのみを外部に出力するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
クラッド励起型光増幅用光ファイバでは、内側クラッド
モードとして伝搬する励起光は、コア領域に添加された
発光性元素を効率的に励起し得ないことから、信号光の
光増幅の高効率化が充分ではない。内側クラッド領域の
断面形状を非円化したクラッド励起型光増幅用光ファイ
バは、制御性よく作製することが困難であり、機械的強
度が弱くなりがちである。
【０００７】また、信号光について基底モードだけでな
く高次モードをもコア領域に閉じ込めて伝搬させ光増幅
するクラッド励起型光増幅用光ファイバでは、グレーテ
ィングにより高次モード光を完全に遮断することが困難
である。漏洩した高次モード光はノイズ発生要因とな
る。さらに、このクラッド励起型光増幅用光ファイバと
他の光ファイバとを接続すると、この接続損失が大きく
なり、また、当該他の光ファイバにおいて高次モードの
励振が生じてノイズ発生要因となる。
【０００８】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、信号光の光増幅効率が高く、作製が容
易で、機械的強度が強く、他の光ファイバと接続する際
の信号光の接続損失が小さく、信号光波長でのノイズが
生じない光増幅用光ファイバを提供することを目的とす
る。また、この光増幅用光ファイバを光増幅媒体として
用いた光ファイバ増幅器および光ファイバレーザ発振器
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光増幅用光
ファイバは、励起光が供給されることにより信号光を光
増幅する光増幅用光ファイバであって、光軸中心を含み
屈折率ｎ1を有するコア領域と、コア領域を囲み屈折率
ｎ2（ｎ2＜ｎ1）を有する内側クラッド領域と、内側ク
ラッド領域を囲み屈折率ｎ3（ｎ3＜ｎ2）を有する外側
クラッド領域とを有し、コア領域が信号光に対してシン
グルモードとなる構造を有しており、内側クラッド領域
が励起光に対してマルチモードとなる構造を有し、励起
光の照射により信号光を光増幅する為の発光性元素が少
なくともコア領域の一部に添加されており、信号光のコ
アモードをそのまま通過させ、励起光について内側クラ
ッドモードとコアモードとの間でモード結合を生じさせ
るモード結合型グレーティングを有することを特徴とす
る。
【００１０】この光増幅用光ファイバでは、導入された
当初の励起光は内側クラッドモードとして伝搬しても、
この内側クラッドモードの励起光は、モード結合型グレ
ーティングが形成された領域に到ると、このモード結合
型グレーティングのモード結合作用によりコアモードに
変換される。そして、コアモードの励起光は、光増幅用
光ファイバのコア領域に添加された発光性元素を励起す
る。一方、信号光は、コアモードとして伝搬し、また、
モード結合型グレーティングをそのまま通過する。そし
て、この信号光は、コア領域に発光性元素が添加された
領域で光増幅される。
【００１１】また、本発明に係る光増幅用光ファイバに
おけるモード結合型グレーティングは、内側クラッドモ
ードと、内側クラッドモードの伝搬方向と同一の方向に
伝搬するコアモードとの間で、モード結合を生じさせる
長周期グレーティングであるのが好適である。この場合
には、長周期グレーティングのグレーティング周期が１
０μｍ〜４００μｍであるのが好適である。この場合、
内側クラッドモードの励起光は、モード結合型グレーテ
ィングが形成された領域に到ると、このモード結合型グ
レーティングのモード結合作用により、同一方向に伝搬
するコアモードに変換される。
【００１２】また、本発明に係る光増幅用光ファイバに
おけるモード結合型グレーティングは、内側クラッドモ
ードと、内側クラッドモードの伝搬方向と反対の方向に
伝搬するコアモードとの間で、モード結合を生じさせる
傾斜型反射グレーティングであるのが好適である。この
場合には、傾斜型反射グレーティングのグレーティング
傾斜角が０．５°〜２０°であるのが好適である。この
場合には、内側クラッドモードの励起光は、モード結合
型グレーティングが形成された領域に到ると、このモー
ド結合型グレーティングのモード結合作用により、逆方
向に伝搬するコアモードに変換される。
【００１３】本発明に係る光ファイバ増幅器は、励起光
が供給されることにより信号光を光増幅する上記の光増
幅用光ファイバと、光増幅用光ファイバに励起光を供給
する励起光供給手段とを備えることを特徴とする。この
光ファイバ増幅器によれば、信号光を光増幅する光増幅
媒体として上記の本発明に係る光増幅用光ファイバが用
いられているので、信号光の光増幅の利得が高い。
【００１４】本発明に係る光ファイバレーザ発振器は、
励起光が供給されることにより信号光を光増幅する上記
の光増幅用光ファイバと、光増幅用光ファイバに励起光
を供給する励起光供給手段と、光増幅用光ファイバによ
り光増幅された信号光を共振させる共振手段とを備える
ことを特徴とする。この共振手段は、ファブリペロー共
振器であってもよいし、リング型共振器であってもよ
い。この光ファイバレーザ発振器によれば、信号光（誘
導放出光）を光増幅する光増幅媒体として上記の本発明
に係る光増幅用光ファイバが用いられているので、レー
ザ発振効率が高い。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。
【００１６】先ず、本実施形態に係る光増幅用光ファイ
バ１０について図１〜図３を用いて説明する。図１は、
本実施形態に係る光増幅用光ファイバ１０の屈折率プロ
ファイルを示す図である。この光増幅用光ファイバ１０
は、光軸中心を含むコア領域（屈折率ｎ1、外径２ａ）
と、このコア領域を囲む内側クラッド領域（屈折率
ｎ2、外径２ｂ）と、この内側クラッド領域を囲む外側
クラッド領域（屈折率ｎ3）とを有しており、各屈折率
の大小関係が ｎ3＜ｎ2＜ｎ1 である。この光増幅用光
ファイバ１０は、励起光が供給されることにより信号光
を光増幅し得るクラッド励起型光増幅用光ファイバであ
って、信号光についてはコアモードとして伝搬させるこ
とができ、励起光についてはコアモードまたは内側クラ
ッドモードとして伝搬させることができる。このような
条件を満たすよう光増幅用光ファイバ１０の各領域の屈
折率および外径が適切に設計される。
【００１７】また、この光増幅用光ファイバ１０は、励
起光の照射により信号光を光増幅する為の発光性元素が
少なくともコア領域の一部に添加されている。添加され
る発光性元素は、例えば希土類元素または遷移元素であ
り、中でもＥｒ元素が好適である。発光性元素としてＥ
ｒ元素が添加される場合には、励起光波長は０．９８μ
ｍまたは１．４８μｍであり、光増幅可能な信号光の波
長帯域は１．５２μｍ〜１．６３μｍである。発光性元
素は、光増幅用光ファイバ１０のコア領域の全域に添加
されていてもよいし、コア領域の一部領域（例えば光軸
中心を含む領域）のみに添加されていてもよいし、コア
領域だけでなく内側クラッド領域にも添加されていても
よい。また、発光性元素は、光増幅用光ファイバ１０の
全長に亘って添加されていてもよいし、光増幅用光ファ
イバ１０の長手方向の一部領域に添加されていてもよ
い。
【００１８】例えば、光増幅用光ファイバ１０は、シリ
カガラスをベースとして、コア領域にＧｅ元素およびＥ
ｒ元素が添加され、内側クラッド領域にＦ元素が添加さ
れ、外側クラッド領域にＦ元素（内側クラッド領域より
高濃度）が添加される。コア領域には更にＡｌ元素やＰ
元素が添加されていてもよい。屈折率を調整する為の元
素（例えば、Ｃｌ元素、Ｂ元素）が各領域に添加されて
いてもよい。また、Ｅｒ元素は、コア領域だけでなく内
側クラッド領域にも添加されていてもよいし、コア領域
の一部領域のみに添加されていてもよい。
【００１９】より具体的には、コア領域の外径２ａを４
μｍとし、内側クラッド領域の外径２ｂを３５μｍと
し、外側クラッド領域の外径を標準の１２５μｍとす
る。内側クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δ
ｎ1を１．３％とし、外側クラッド領域に対する内側ク
ラッド領域の比屈折率差Δｎ2を０．３５％とする。こ
のような設計とすることで、波長１．５５μｍ帯の信号
光はコアモードとして伝搬することができ、励起光はコ
アモードまたは内側クラッドモードとして伝搬すること
ができる。
【００２０】図２は、本実施形態に係る光増幅用光ファ
イバ１０の断面図であり、光軸中心を含む面での断面を
示す。この図に示すように、光増幅用光ファイバ１０
は、光軸中心を含むコア領域１１と、このコア領域１１
を囲む内側クラッド領域１２と、この内側クラッド領域
１２を囲む外側クラッド領域１３とを有している。ま
た、光増幅用光ファイバ１０はモード結合型グレーティ
ング１４を有している。このモード結合型グレーティン
グ１４は、光増幅用光ファイバ１０の長手方向の一部領
域においてコア領域１１に形成された屈折率変調であ
り、信号光のコアモードをそのまま通過させ、励起光に
ついて内側クラッドモードとコアモードとの間でモード
結合を生じさせるものである。このモード結合型グレー
ティング１４は、例えば、Ｇｅが添加されたコア領域１
１に対し空間的に強度変調された紫外光を照射すること
で作製することができる。
【００２１】また、モード結合型グレーティング１４
は、図３に光増幅用光ファイバ１０の断面図を示すよう
に、コア領域１１および内側クラッド領域１２をまたが
って屈折率変調が形成されたものであってもよい。モー
ド結合型グレーティング１４は、励起光について互いに
同一方向に進むコアモードと内側クラッドモードとの間
でモード結合を生じさせる長周期グレーティングであ
り、この場合には、長周期グレーティングのグレーティ
ング周期が１０μｍ〜４００μｍであるのが好適であ
る。或いは、モード結合型グレーティング１４は、励起
光について互いに逆方向に進むコアモードと内側クラッ
ドモードとの間でモード結合を生じさせる傾斜型反射グ
レーティングであり、この場合には、傾斜型反射グレー
ティングのグレーティング傾斜角が０．５°〜２０°で
あるのが好適である。
【００２２】なお、光増幅用光ファイバ１０の長手方向
において発光性元素が添加された領域とモード結合型グ
レーティング１４が形成された領域とは、重なっていて
もよいし、互いに異なる領域であってもよい。また、光
増幅用光ファイバ１０は、発光性元素が添加された領域
を含む第１の光ファイバと、モード結合型グレーティン
グ１４が形成された領域を含む第２の光ファイバとを、
融着接続したものであってもよい。
【００２３】次に、本発明に係る光ファイバ増幅器の第
１の実施形態について図４および図５を用いて説明す
る。第１の実施形態に係る光ファイバ増幅器１ａで用い
られている光増幅用光ファイバ１０ａに形成されたモー
ド結合型グレーティング１４ａは、励起光について互い
に同一方向に進むコアモードと内側クラッドモードとの
間でモード結合を生じさせる長周期グレーティングであ
る。この光増幅用光ファイバ１０ａは、前述した本実施
形態に係るものである。
【００２４】図４は、第１の実施形態に係る光ファイバ
増幅器１ａの概略構成図である。この光ファイバ増幅器
１ａは、信号光の入力端１inから出力端１outへ順に、
光アイソレータ２１、カプラ３１、光増幅用光ファイバ
１０ａ、カプラ３２および光アイソレータ２２が設けら
れており、また、カプラ３１に励起光源４１が接続さ
れ、カプラ３２に励起光源４２が接続されている。入力
端１inと光アイソレータ２１との間、光アイソレータ２
１とカプラ３１との間、カプラ３２と光アイソレータ２
２との間、および、光アイソレータ２２と出力端１out
との間それぞれは、信号光波長においてシングルモード
である光ファイバを介して接続されている。カプラ３１
と励起光源４１との間は、励起光波長においてマルチモ
ードである光ファイバ５１を介して接続されている。ま
た、カプラ３２と励起光源４２との間は、励起光波長に
おいてマルチモードである光ファイバ５２を介して接続
されている。
【００２５】光アイソレータ２１および２２それぞれ
は、入力端１inから出力端１outの方向へ光を通過させ
るが、逆方向には光を通過させない。励起光源４１およ
び４２それぞれは、励起光を出力するものである。カプ
ラ３１は、光アイソレータ２１から到達した信号光を光
増幅用光ファイバ１０ａへ向けて出力するとともに、励
起光源４１から到達した励起光を光増幅用光ファイバ１
０ａへ向けて出力する。カプラ３２は、光増幅用光ファ
イバ１０ａから到達した信号光を光アイソレータ２２へ
向けて出力するとともに、励起光源４２から到達した励
起光を光増幅用光ファイバ１０ａへ向けて出力する。
【００２６】この光ファイバ増幅器１ａでは、励起光源
４１から出力された励起光は、光ファイバ５１およびカ
プラ３１を経て光増幅用光ファイバ１０ａへ供給され
る。また、励起光源４２から出力された励起光は、光フ
ァイバ５２およびカプラ３２を経て光増幅用光ファイバ
１０ａへ供給される。そして、入力端１inに信号光が入
力すると、その信号光は、光アイソレータ２１およびカ
プラ３１を経て光増幅用光ファイバ１０ａに入力し、光
増幅用光ファイバ１０ａをコアモードとして伝搬しつつ
光増幅され、カプラ３２および光アイソレータ２２を経
て出力端１outより出力される。
【００２７】図５は、第１の実施形態に係る光ファイバ
増幅器１ａの光増幅用光ファイバ１０ａにおける励起光
のモード結合を説明するための断面図である。励起光源
４１から出力された励起光は、光増幅用光ファイバ１０
ａに供給された当初は内側クラッドモードＰ11として順
方向に伝搬する。この内側クラッドモードＰ11の励起光
は、モード結合型グレーティング１４ａが形成された領
域に到ると、このモード結合型グレーティング１４ａ
（長周期グレーティング）のモード結合作用により、順
方向に伝搬するコアモードＰ12に変換される。同様に、
励起光源４２から出力された励起光は、光増幅用光ファ
イバ１０ａに供給された当初は内側クラッドモードＰ21
として逆方向に伝搬する。この内側クラッドモードＰ21
の励起光は、モード結合型グレーティング１４ａが形成
された領域に到ると、このモード結合型グレーティング
１４ａ（長周期グレーティング）のモード結合作用によ
り、逆方向に伝搬するコアモードＰ22に変換される。そ
して、コアモードＰ12およびＰ22の励起光は、光増幅用
光ファイバ１０ａのコア領域１１に添加された発光性元
素を励起する。
【００２８】なお、モード結合型グレーティング１４ａ
は、光増幅用光ファイバ１０ａの長手方向において何れ
の領域に形成されていてもよく、中央付近でも、両端付
近でも、一方の端部付近でもよい。また、モード結合型
グレーティング１４ａは、光増幅用光ファイバ１０ａの
長手方向において、１つのみでもよいし、複数であって
もよい。ただし、光増幅用光ファイバ１０ａにおいて発
光性元素が添加されたコア領域１１をコアモードＰ12お
よびＰ22の励起光ができるだけ長く伝搬することができ
るような領域にモード結合型グレーティング１４ａが形
成されるのが好適である。
【００２９】また、一般には、モード結合型グレーティ
ング１４ａ（長周期グレーティング）において、励起光
の内側クラッドモードからコアモードへの結合効率と、
励起光のコアモードから内側クラッドモードへの結合効
率とは、互いに等しい。しかし、本実施形態では、コア
モードの励起光は、コア領域１１に添加された発光性元
素に吸収されてパワーが小さくなる。したがって、本実
施形態では、励起光の内側クラッドモードからコアモー
ドへの結合の方が優勢となり、励起光は、内側クラッド
モードからコアモードへ変換され、発光性元素に吸収さ
れていく。
【００３０】以上のように、本実施形態では、光増幅用
光ファイバ１０ａを用いた光ファイバ増幅器１ａでは、
コアモードＰ12およびＰ22として伝搬する励起光により
発光性元素が励起されるので、励起光による発光性元素
の励起効率が優れ、信号光の光増幅の利得を高めること
ができる。また、光増幅用光ファイバ１０ａの各領域の
断面形状を非円化する必要がなく円形でよいことから、
光増幅用光ファイバ１０ａは、制御性よく作製すること
が可能であり、機械的強度が充分である。また、光増幅
用光ファイバ１０ａは信号光をコアモードとして伝搬さ
せるので、他の光ファイバと接続する際の信号光の接続
損失が小さく、また、他の光ファイバで高次モードが励
振することがないので、信号光波長でのノイズが生じな
い。
【００３１】次に、本発明に係る光ファイバ増幅器の第
２の実施形態について図６および図７を用いて説明す
る。第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器１ｂで用い
られている光増幅用光ファイバ１０ｂに形成されたモー
ド結合型グレーティング１４ｂは、励起光について互い
に逆方向に進むコアモードと内側クラッドモードとの間
でモード結合を生じさせる傾斜型反射グレーティングで
ある。この光増幅用光ファイバ１０ｂは、前述した本実
施形態に係るものである。
【００３２】図６は、第２の実施形態に係る光ファイバ
増幅器１ｂの概略構成図である。第２の実施形態に係る
光ファイバ増幅器１ｂは、第１の実施形態に係る光ファ
イバ増幅器１ａ（図４）の光増幅用光ファイバ１０ａ
を、モード結合型グレーティング１４ｂ（傾斜型反射グ
レーティング）を有する光増幅用光ファイバ１０ｂに置
き換えたものである。
【００３３】図７は、第２の実施形態に係る光ファイバ
増幅器１ｂの光増幅用光ファイバ１０ｂにおける励起光
のモード結合を説明するための断面図である。励起光源
４１から出力された励起光は、光増幅用光ファイバ１０
ｂに供給された当初は内側クラッドモードＰ11として順
方向に伝搬する。この内側クラッドモードＰ11の励起光
は、モード結合型グレーティング１４ｂが形成された領
域に到ると、このモード結合型グレーティング１４ｂ
（傾斜型反射グレーティング）のモード結合作用によ
り、逆方向に伝搬するコアモードＰ12に変換される。同
様に、励起光源４２から出力された励起光は、光増幅用
光ファイバ１０ｂに供給された当初は内側クラッドモー
ドＰ21として逆方向に伝搬する。この内側クラッドモー
ドＰ21の励起光は、モード結合型グレーティング１４ｂ
が形成された領域に到ると、このモード結合型グレーテ
ィング１４ｂ（傾斜型反射グレーティング）のモード結
合作用により、順方向に伝搬するコアモードＰ22に変換
される。そして、コアモードＰ 12およびＰ22の励起光
は、光増幅用光ファイバ１０ｂのコア領域１１に添加さ
れた発光性元素を励起する。
【００３４】なお、モード結合型グレーティング１４ｂ
は、光増幅用光ファイバ１０ｂの長手方向において何れ
の領域に形成されていてもよく、中央付近でも、両端付
近でも、一方の端部付近でもよい。また、モード結合型
グレーティング１４ｂは、光増幅用光ファイバ１０ｂの
長手方向において、１つのみでもよいし、複数であって
もよい。ただし、光増幅用光ファイバ１０ｂにおいて発
光性元素が添加されたコア領域１１をコアモードＰ12お
よびＰ22の励起光ができるだけ長く伝搬することができ
るような領域にモード結合型グレーティング１４ｂが形
成されるのが好適である。
【００３５】また、一般には、モード結合型グレーティ
ング１４ｂ（傾斜型反射グレーティング）において、励
起光の内側クラッドモードからコアモードへの結合効率
と、励起光のコアモードから内側クラッドモードへの結
合効率とは、互いに等しい。しかし、本実施形態でも、
コアモードの励起光は、コア領域１１に添加された発光
性元素に吸収されてパワーが小さくなる。したがって、
本実施形態でも、励起光の内側クラッドモードからコア
モードへの結合の方が優勢となり、励起光は、内側クラ
ッドモードからコアモードへ変換され、発光性元素に吸
収されていく。
【００３６】以上のように、本実施形態でも、光増幅用
光ファイバ１０ｂを用いた光ファイバ増幅器１ｂでは、
コアモードＰ12およびＰ22として伝搬する励起光により
発光性元素が励起されるので、励起光による発光性元素
の励起効率が優れ、信号光の光増幅の利得を高めること
ができる。また、光増幅用光ファイバ１０ｂの各領域の
断面形状を非円化する必要がなく円形でよいことから、
光増幅用光ファイバ１０ｂは、制御性よく作製すること
が可能であり、機械的強度が充分である。また、光増幅
用光ファイバ１０ｂは信号光をコアモードとして伝搬さ
せるので、他の光ファイバと接続する際の信号光の接続
損失が小さく、また、他の光ファイバで高次モードが励
振することがないので、信号光波長でのノイズが生じな
い。
【００３７】次に、本発明の光ファイバ増幅器の具体的
な実施例を比較例とともに説明する。実施例１の光ファ
イバ増幅器は、図４に示した第１の実施形態に係る光フ
ァイバ増幅器の構造を有するものであって、光増幅用光
ファイバの中央付近にモード結合型グレーティングとし
て長周期グレーティングが形成されたものである。実施
例２の光ファイバ増幅器は、図６に示した第２の実施形
態に係る光ファイバ増幅器の構造を有するものであっ
て、光増幅用光ファイバの中央付近にモード結合型グレ
ーティングとして傾斜型反射グレーティングが形成され
たものである。また、比較例の光ファイバ増幅器は、図
４または図６に示した光ファイバ増幅器と類似の構造を
有するものであるが、光増幅用光ファイバがモード結合
型グレーティングを有しない点でのみ実施例１および実
施例２と異なる。
【００３８】実施例１、実施例２および比較例の何れに
おいても、光増幅用光ファイバは、コア領域の外径２ａ
が４μｍであり、内側クラッド領域の外径２ｂが３５μ
ｍであり、外側クラッド領域の外径を標準の１２５μｍ
である。内側クラッド領域に対するコア領域の比屈折率
差Δｎ1が１．３％であり、外側クラッド領域に対する
内側クラッド領域の比屈折率差Δｎ2が０．３５％であ
る。また、光増幅用光ファイバの長さは３０ｍであり、
励起光の波長は０．９８μｍであり、順方向および逆方
向それぞれに光増幅用光ファイバに供給される励起光の
パワーの和は８００ｍＷである。この光増幅用光ファイ
バは、波長１．５５μｍ帯の信号光をコアモードとして
伝搬させることができ、波長０．９８μｍの励起光をコ
アモードまたは内側クラッドモードとして伝搬させるこ
とができる。
【００３９】実施例１では、光増幅用光ファイバに形成
されたモード結合型グレーティング（長周期グレーティ
ング）は、屈折率変調の周期が７５μｍであり、屈折率
変調のが形成された長さが１０ｍｍである。実施例２で
は、光増幅用光ファイバに形成されたモード結合型グレ
ーティング（傾斜型反射グレーティング）は、屈折率変
調の周期が３５０ｎｍであり、屈折率変調の傾斜角が
６．０°であり、屈折率変調のが形成された長さが１０
ｍｍである。
【００４０】各々の光ファイバ増幅器の入力端に一定パ
ワーの波長１．５５μｍの信号光を入力させて、出力端
より出力される信号光のパワーを測定した。その結果、
比較例では１８．３ｄＢｍであったのに対して、実施例
１では２２．０ｄＢｍであり、実施例２では２１．８ｄ
Ｂｍであった。このように、実施例１，２それぞれの光
ファイバ増幅器の光増幅の利得は、比較例の光ファイバ
増幅器と比べて、３．７ｄＢ，３．５ｄＢだけ大きいこ
とが確認された。
【００４１】次に、本発明に係る光ファイバレーザ発振
器の実施形態について図８を用いて説明する。本実施形
態に係る光ファイバレーザ発振器２で用いられている光
増幅用光ファイバ１０ｃは、モード結合型グレーティン
グ１４ｃ（長周期グレーティングまたは傾斜型反射グレ
ーティング）が形成された前述の本実施形態に係るもの
である。
【００４２】図８は、本実施形態に係る光ファイバレー
ザ発振器２の概略構成図である。本実施形態に係る光フ
ァイバレーザ発振器２は、高反射率ミラー６１と低反射
率ミラー６２との間に順に、光ファイバ７１、カプラ３
１、光増幅用光ファイバ１０ａ、カプラ３２および光フ
ァイバ７２が設けられており、また、カプラ３１に励起
光源４１が接続され、カプラ３２に励起光源４２が接続
されている。光ファイバ７１および７２それぞれは、信
号光波長（発振波長）においてシングルモードである。
カプラ３１と励起光源４１との間は、励起光波長におい
てマルチモードである光ファイバ５１を介して接続され
ている。また、カプラ３２と励起光源４２との間は、励
起光波長においてマルチモードである光ファイバ５２を
介して接続されている。
【００４３】カプラ３１は、光ファイバ７１から到達し
た信号光を光増幅用光ファイバ１０ｃへ向けて出力し、
光増幅用光ファイバ１０ｃから到達した信号光を光ファ
イバ７１へ向けて出力するとともに、励起光源４１から
到達した励起光を光増幅用光ファイバ１０ｃへ向けて出
力する。カプラ３２は、光増幅用光ファイバ１０ｃから
到達した信号光を光ファイバ７２へ向けて出力し、光フ
ァイバ７２から到達した信号光を光増幅用光ファイバ１
０ｃへ向けて出力するとともに、励起光源４２から到達
した励起光を光増幅用光ファイバ１０ｃへ向けて出力す
る。
【００４４】この光ファイバレーザ発振器２では、励起
光源４１から出力された励起光は、光ファイバ５１およ
びカプラ３１を経て光増幅用光ファイバ１０ｃへ供給さ
れる。また、励起光源４２から出力された励起光は、光
ファイバ５２およびカプラ３２を経て光増幅用光ファイ
バ１０ｃへ供給される。これらの励起光は、図５または
図７を用いて説明した動作と同様に、光増幅用光ファイ
バ１０ｃに供給された当初は内側クラッドモードとして
伝搬し、モード結合型グレーティング１４ｃが形成され
た領域に到ると、このモード結合型グレーティング１４
ｃのモード結合作用によりコアモードに変換される。そ
して、コアモードの励起光は、光増幅用光ファイバ１０
ｃのコア領域に添加された発光性元素を励起する。
【００４５】光増幅用光ファイバ１０ｃのコア領域に添
加された発光性元素が励起光により励起されると、この
発光性元素から自然放出光が発生する。この自然放出光
は、光増幅用光ファイバ１０ｃならびに光ファイバ７１
および７２をコアモードとして伝搬し、高反射率ミラー
６１と低反射率ミラー６２との間のファブリペロー型共
振器内を往復する。そして、自然放出光が光増幅用光フ
ァイバ１０ｃを伝搬する際に誘導放出光が生じてレーザ
発振が生じる。この誘導放出光の一部が低反射率ミラー
６２より外部へレーザ光として出力される。
【００４６】なお、モード結合型グレーティング１４ｃ
は、光増幅用光ファイバ１０ｃの長手方向において何れ
の領域に形成されていてもよく、中央付近でも、両端付
近でも、一方の端部付近でもよい。また、モード結合型
グレーティング１４ｃは、光増幅用光ファイバ１０ｃの
長手方向において、１つのみでもよいし、複数であって
もよい。ただし、光増幅用光ファイバ１０ｃにおいて発
光性元素が添加されたコア領域をコアモードの励起光が
できるだけ長く伝搬することができるような領域にモー
ド結合型グレーティング１４ｃが形成されるのが好適で
ある。
【００４７】また、一般には、モード結合型グレーティ
ング１４ｃにおいて、励起光の内側クラッドモードから
コアモードへの結合効率と、励起光のコアモードから内
側クラッドモードへの結合効率とは、互いに等しい。し
かし、本実施形態でも、コアモードの励起光は、コア領
域に添加された発光性元素に吸収されてパワーが小さく
なる。したがって、本実施形態でも、励起光の内側クラ
ッドモードからコアモードへの結合の方が優勢となり、
励起光は、内側クラッドモードからコアモードへ変換さ
れ、発光性元素に吸収されていく。
【００４８】以上のように、本実施形態でも、光増幅用
光ファイバ１０ｃを用いた光ファイバレーザ発振器２で
は、コアモードとして伝搬する励起光により発光性元素
が励起されるので、励起光による発光性元素の励起効率
が優れ、レーザ発振効率を高めることができる。また、
光増幅用光ファイバ１０ｃの各領域の断面形状を非円化
する必要がなく円形でよいことから、光増幅用光ファイ
バ１０ｃは、制御性よく作製することが可能であり、機
械的強度が充分である。また、光増幅用光ファイバ１０
ｃは信号光（誘導放出光）をコアモードとして伝搬させ
るので、他の光ファイバと接続する際の信号光の接続損
失が小さく、また、他の光ファイバで高次モードが励振
することがないので、信号光波長でのノイズが生じな
い。
【００４９】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係る光増幅用光ファイバによれば、導入された当初の励
起光は内側クラッドモードとして伝搬しても、この内側
クラッドモードの励起光は、モード結合型グレーティン
グが形成された領域に到ると、このモード結合型グレー
ティングのモード結合作用によりコアモードに変換され
る。そして、コアモードの励起光は、光増幅用光ファイ
バのコア領域に添加された発光性元素を励起する。一
方、信号光は、コアモードとして伝搬し、また、モード
結合型グレーティングをそのまま通過する。そして、こ
の信号光は、コア領域に発光性元素が添加された領域で
光増幅される。
【００５０】したがって、本発明に係る光増幅用光ファ
イバでは、コアモードとして伝搬する励起光により発光
性元素が励起されるので、励起光による発光性元素の励
起効率が優れ、信号光の光増幅の利得を高めることがで
きる。また、光増幅用光ファイバの各領域の断面形状を
非円化する必要がなく円形でよいことから、光増幅用光
ファイバは、制御性よく作製することが可能であり、機
械的強度が充分である。また、光増幅用光ファイバは信
号光をコアモードとして伝搬させるので、他の光ファイ
バと接続する際の信号光の接続損失が小さく、また、他
の光ファイバで高次モードが励振することがないので、
信号光波長でのノイズが生じない。
【００５１】また、本発明に係る光増幅用光ファイバに
おけるモード結合型グレーティングは、長周期グレーテ
ィングまたは傾斜型反射グレーティングであるのが好適
である。長周期グレーティングの場合には、グレーティ
ング周期が１０μｍ〜４００μｍであるのが好適であ
る。傾斜型反射グレーティングの場合には、傾斜型反射
グレーティングのグレーティング傾斜角が０．５°〜２
０°であるのが好適である。これら何れの場合にも、モ
ード結合型グレーティングは、内側クラッドモードの励
起光をコアモードに変換する上で好適である。
【００５２】また、本発明に係る光ファイバ増幅器およ
び光ファイバレーザ光源それぞれは、上記の本発明に係
る光増幅用光ファイバを光増幅媒体として用いたもので
あるので、信号光の光増幅の利得が高く、或いは、レー
ザ発振効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光増幅用光ファイバの屈折率
プロファイルを示す図である。
【図２】本実施形態に係る光増幅用光ファイバの断面図
である。
【図３】本実施形態に係る光増幅用光ファイバの断面図
である。
【図４】第１の実施形態に係る光ファイバ増幅器の概略
構成図である。
【図５】第１の実施形態に係る光ファイバ増幅器の光増
幅用光ファイバにおける励起光のモード結合を説明する
ための断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器の概略
構成図である。
【図７】第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器の光増
幅用光ファイバにおける励起光のモード結合を説明する
ための断面図である。
【図８】本実施形態に係る光ファイバレーザ発振器の概
略構成図である。
【符号の説明】
１ａ．１ｂ…光ファイバ増幅器、２…光ファイバレーザ
発振器、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…光増幅用光フ
ァイバ、１１…コア領域、１２…内側クラッド領域、１
３…外側クラッド領域、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ
…モード結合型グレーティング、２１，２２…光アイソ
レータ、３１，３２…カプラ、４１，４２…励起光源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大賀 裕一 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 角井 素貴 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 石川 真二 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 茂原 政一 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 遠藤 信次 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H050 AC36 AC84 AD16 5F072 AB07 AK06 JJ02 KK07 KK30 YY17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 励起光が供給されることにより信号光を
    光増幅する光増幅用光ファイバであって、 光軸中心を含み屈折率ｎ1を有するコア領域と、前記コ
    ア領域を囲み、屈折率ｎ2（ｎ2＜ｎ1）を有する内側ク
    ラッド領域と、前記内側クラッド領域を囲み、屈折率ｎ
    3（ｎ3＜ｎ2）を有する外側クラッド領域とを有し、 前記コア領域が前記信号光に対してシングルモードとな
    る構造を有しており、 前記内側クラッド領域が前記励起光に対してマルチモー
    ドとなる構造を有し、 前記励起光の照射により前記信号光を光増幅する為の発
    光性元素が少なくとも前記コア領域の一部に添加されて
    おり、 前記信号光のコアモードをそのまま通過させ、前記励起
    光について内側クラッドモードとコアモードとの間でモ
    ード結合を生じさせるモード結合型グレーティングを有
    することを特徴とする光増幅用光ファイバ。
  2. 【請求項２】 前記モード結合型グレーティングは、前
    記内側クラッドモードと、前記内側クラッドモードの伝
    搬方向と同一の方向に伝搬する前記コアモードとの間
    で、モード結合を生じさせる長周期グレーティングであ
    ることを特徴とする請求項１記載の光増幅用光ファイ
    バ。
  3. 【請求項３】 前記長周期グレーティングのグレーティ
    ング周期が１０μｍ〜４００μｍであることを特徴とす
    る請求項２記載の光増幅用光ファイバ。
  4. 【請求項４】 前記モード結合型グレーティングは、前
    記内側クラッドモードと、前記内側クラッドモードの伝
    搬方向と反対の方向に伝搬する前記コアモードとの間
    で、モード結合を生じさせる傾斜型反射グレーティング
    であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用光ファ
    イバ。
  5. 【請求項５】 前記傾斜型反射グレーティングのグレー
    ティング傾斜角が０．５°〜２０°であることを特徴と
    する請求項４記載の光増幅用光ファイバ。
  6. 【請求項６】 励起光が供給されることにより信号光を
    光増幅する請求項１記載の光増幅用光ファイバと、 前記光増幅用光ファイバに前記励起光を供給する励起光
    供給手段とを備えることを特徴とする光ファイバ増幅
    器。
  7. 【請求項７】 励起光が供給されることにより信号光を
    光増幅する請求項１記載の光増幅用光ファイバと、 前記光増幅用光ファイバに前記励起光を供給する励起光
    供給手段と、 前記光増幅用光ファイバにより光増幅された前記信号光
    を共振させる共振手段とを備えることを特徴とする光フ
    ァイバレーザ発振器。
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