光放大器用的光纖的製作方法
2023-06-21 20:13:56 3
專利名稱：光放大器用的光纖的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於光通信的、主要應用於光放大器的光放大器用的光纖。
波分復用傳輸是通過一根光纖傳輸多個波長的光的方式，為了使波分復用傳輸通路大容量化，對信號光進行放大的光纖放大器的寬帶化是不可或缺的。
作為光放大器用的光纖，使用鉺(Er)摻雜光纖，作為波分復用傳輸系統中的關鍵設備，具有極其重要的作用。
現有的摻Er光纖，如圖9所示，由比芯部1的折射率小的包層(clad)5覆蓋在芯部1的外周而形成。芯部1的折射率曲線是階躍折射率(step index)型，在芯部1中摻雜有稀土類元素Er。如該圖所示，在本說明書附圖中，芯部1的直徑以a表示。階躍折射率型光纖的芯部1的直徑a被定義為連接芯部1的Δ1/10的位置的直線的長度。
摻Er光纖的增益波段與作為傳輸介質的石英光纖的最低損耗波段區(以波長1550nm為中心的區域)一致。此外，即使摻雜了Er的基質玻璃是石英基質玻璃，摻Er光纖的增益波段也具有很高的放大效率。摻Er光纖的增益波段中心是被稱為C-BAND的波長1530nm～1560nm。
但是，與近年來對波分復用傳輸的波段擴展的要求相呼應，傳輸光的波長範圍在上述C-BAND的基礎上，被擴大為被稱為L-BAND的波長1570nm～1600nm的波長範圍。
現有的為C-BAND而開發的摻Er光纖雖然可以用於L-BAND，但C-BAND用的摻Er光纖，在L-BAND中其單位增益比在C-BAND的增益小。因此，採用C-BAND用的摻Er光纖，為了在L-BAND中得到與C-BAND相同的增益，需要數倍到10倍左右長度的摻Er光纖。
此外，伴隨著波分復用傳輸的大容量化的信道數的增加，導致輸入到摻Er光纖的信號光強度的增大。因此，在摻Er光纖中需要更高的飽和輸出。
上述摻Er光纖的長度增長和摻Er光纖中信號光強度增大，導致四波混合(FWMfour-wave mixing)和交叉相位調製(XPMcross-phase modulation)的摻Er光纖型光放大器中出現非線性現象，而上述現象在迄今為止是可以忽略的。
為了抑制上述非線性現象，使摻Er光纖的增益係數(單位長度的增益)增大是有效的。增益係數可以表示為下式(1)。
G(λ)＝α(λ)·〔n2·{σe(λ)/σa(λ)+1}-1〕…(1)其中，λ為波長，G(λ)為增益係數，單位是dB/m，α(λ)是吸收係數(用於光放大的稀土類元素摻雜光纖的吸收係數，這裡是摻Er光纖的吸收係數)，該吸收係數的單位是dB/m。
σa(λ)是吸收截面積，σe(λ)是受激發射截面積，n2是雷射器上能級密度對Er密度的比例。增益係數、吸收係數、吸收截面積、受激發射截面積分別依賴于波長，對於不同的波長，其值是不同的。
式(1)的受激發射截面積、吸收截面積的比例依賴於基質玻璃，n2由激勵條件(反轉分布度)確定。因此，為了增大增益係數，可以增大吸收係數α(λ)。
該吸收係數是Er摻雜濃度與Er分布區和傳輸光的模式分布的重疊積分之比。因此，為了增大摻Er光纖的增益係數，可以採用增大Er摻雜濃度和上述重疊積分的方法。
此外，作為抑制非線性現象的方法，有增大波長離散(dispersion)的絕對值的方法。當在信號光波長範圍內存在零分散波長時，通過相位匹配，可以急劇地增大四波混合的發生效率，這是眾所周知的。因此，為了降低四波混合的發生效率，一般將信號波長的波長離散的絕對值設定得較大，使其不進行相位匹配。
在摻雜具有抑制濃度猝滅效果的Al的Al2O3-SiO2基質的情況下，如果Er濃度超過1000wtppm，則由於濃度猝滅而造成由激勵光向信號光的轉換效率低下。因此，根據該轉換效率的低下和吸收係數的增大等的整體平衡來選擇Er濃度，從而不能過大地超過1000wtppm。
另一方面，在向整個芯部摻雜Er的同時，通過使截止波長向長波長一側偏移，可以增大Er分布區和激勵光的模式分布的重疊積分。為了使截止波長向長波長一側偏移，增大芯部直徑是有效的。
但是，為滿足激勵光和信號光的單模條件，必須將截止波長設定為激勵光和信號光的波長以下。因此，由於截止波長的長波長化導致上述重疊積分的增大也存在上限。
如上所述，在現有的摻Er光纖中，由於Er摻雜濃度、Er分布區和激勵光的模式分布的重疊積分存在上限，所以由於吸收係數增大而導致的增益係數的提高也存在上限。
此外，摻Er光纖的芯部相對於包層的折射係數差、截止波長是根據提高放大特性的觀點來確定的。並且，波長離散僅由上述折射係數差和截止波長來確定，所以其調整的自由度小。因此，現有的摻Er光纖在增大波長離散的絕對值時也存在上限。
本發明就是為了解決上述問題而提出的，其目的是提供一種光纖，該光纖與現有的摻Er光纖相比，可以增大摻Er光纖的吸收係數，抑制非線性現象，適用於寬波段的光放大。
為了實現上述目的，本發明具有以下的構成，作為解決上述問題的手段。即，本發明提供一種光纖，包括芯部，摻雜至少一種稀土類元素；第一包層，設置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小；以及第二包層，設置在上述第一包層的外周，其折射率比上述第一包層的大，並且其折射率比上述芯部的小。
在一個實施例中，使上述芯部的折射率分布為α分布型曲線。
本發明還提供一種光纖，包括芯部，摻雜至少一種稀土類元素；包層，設置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小，使上述芯部的折射率分布為α分布型曲線。
在一個實施例中，上述摻雜到芯部的稀土類元素其中之一為Er。
在一個實施例中，具有使波長1530nm時摻Er光纖的吸收係數為12dB/m以上的構成，作為解決上述問題的手段。
在一個實施例中，與Er一起，向芯部摻雜Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu之中的至少一種稀土類元素。
在一個實施例中，包括芯部，摻雜至少一種稀土類元素；包層，設置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小，與使上述芯部的折射率曲線為階躍折射率型的階躍折射率型折射率曲線的光纖相比，其信號光波長的波長離散的絕對值較大。
圖2是表示光纖的折射率曲線與摻Er光纖的吸收係數之間的關係的圖。
圖3(A)和圖3(B)是表示W型折射率曲線的光纖的折射率曲線的說明圖。圖3(B)表示具有圖3(A)的折射率曲線的光纖的剖面構造。
圖4(A)和圖4(B)是表示α分布型折射率曲線的光纖的折射率曲線的說明圖。圖4(B)表示具有圖4(A)的折射率曲線的光纖的剖面構造。
圖5是表示W型折射率曲線的光纖的芯部與第一包層的直徑比、波長離散之間的關係的圖。
圖6是表示截止波長為1450nm時，W型折射率曲線的光纖的折射係數差之比、波長離散之間的關係的圖。
圖7是表示截止波長為900nm時，W型折射率曲線的光纖的折射係數差之比、波長離散之間的關係的圖。
圖8是表示W型折射率曲線的芯部的折射率曲線不同造成的吸收係數不同的圖。
圖9(A)和圖9(B)是表示階躍折射率型折射率曲線的光纖的折射率曲線構成(圖9(A))和剖面構成(圖9(B))的說明圖。
圖10(A)和圖10(B)是表示DSC型折射率曲線的光纖的折射率曲線的說明圖。圖10(B)表示具有圖10(A)的折射率曲線的光纖的剖面構造。
如圖所示，本實施方式的光纖是W型折射率曲線的光纖，具有芯部1；第一包層2，設置在上述芯部1的外周，其折射率比芯部1小；第二包層5，設置在第一包層2的外周，其折射率比第一包層2大，並且其折射率比上述芯部1小。
本實施方式的第二包層5與圖9所示的階躍折射率型折射率曲線的光纖的包層5相同，設置在光纖的最外周，是折射率的基準區，所以標以相同的標號5。
此外，如圖1(A)所示，芯部1的直徑為a，第一包層2的直徑為b。在本說明書中，W型折射率曲線的光纖的芯部1的直徑a定義為，在芯部1中，連接折射率與第二包層5的相等的位置的連線的長度。此外，第一包層2的直徑b定義為，在第一包層2和第二二包層5的邊界區，連接折射率為Δ2/10的位置的連線的長度。
在本實施方式中，向芯部1摻雜至少一種稀土類元素，這裡向芯部1摻雜稀土類元素Er。此外，芯部1的折射率分布為α分布型曲線。
本發明人在確定上述折射率曲線時，進行了以下研究。即，對於稀土類元素摻雜光纖的折射率曲線對稀土類元素摻雜光纖中稀土類元素的摻雜溫度分布和在稀土類元素摻雜光纖中傳輸的光的模式曲線的重疊積分的影響，進行了仔細地研究。
其結果是，首次發現了為了增大上述重疊積分，具有有效的折射率曲線。
稀土類元素摻雜光纖的吸收係數α(λ)可以用下式(2)表達。
α(λ)＝ρ0·σa(λ)·(2/ω2)·∫{ρ(λ)/ρ0}·Ψ(λ)·rdr…(2)其中，ρ0是Er密度，ρ(λ)是光纖的徑向的Er密度分布，σa(λ)是吸收截面積，ω是模式功率半徑，Ψ(λ)是光纖的徑向模式分布，r是在光纖徑向位置上的光纖的中心r＝0。
此外，假定Er密度分布ρ(λ)在芯部的徑向上是均勻的，用高斯近似模式分布Ψ(r)，則可以將式(2)簡化為式(3)。
α(λ)＝ρ0·σa(λ)·(1-exp{-a2/(4ω2)}〕…(3)其中，a是芯部直徑。對於每個折射率曲線，根據折射率曲線，通過實際的數值計算，求出模式功率半徑ω，並根據上式(3)計算相對於截止(cut-off)波長λ0的摻Er光纖的吸收係數α(λ)，如圖2的特性曲線2A～2D所示。
該圖2的吸收係數α(λ)是設信號光的波長為1530nm，Er密度ρ0為8.5E+24(m-3)(相當於重量百分比1000wtppm)，波長1530時吸收截面積σa為4.0E+25(m2)而進行計算的。
圖2的特性曲線2A是圖3(A)所示的W型折射率曲線的光纖中摻Er光纖的吸收係數，其規格為Δ2/Δ1＝-0.55且a/b＝0.5，圖2的特性曲線2B是圖4(A)所示的α分布型折射率曲線的光纖中摻Er光纖的吸收係數，其規格為α＝4。在圖3(A)、圖4(A)所示的折射率曲線的光纖中，向芯部1摻雜Er。折射係數差Δ1和Δ2以及α分布的定義在後面說明。
此外，在圖3(A)所示的W型折射率曲線中，芯部1的折射率分布為階躍折射率型，圖3(A)的折射率曲線與圖1(A)所示的本實施方式的光纖的折射率曲線是不同的。
在圖3中，芯部1的直徑表示為a，第一包層2的直徑表示為b，在圖4中，芯部1的直徑表示為a。圖3的直徑a、b與圖1(A)的直徑a、b的定義相同，圖4(A)的直徑a與圖9的直徑a的定義相同。
圖2的特性曲線2C是圖9所示的現有的階躍折射率型折射率曲線的光纖中摻Er光纖的吸收係數。該光纖也向芯部1摻雜Er。
圖2的特性曲線2D是圖10(A)所示的雙重形狀型(DSC)折射率曲線的光纖中摻Er光纖的吸收係數，其規格為Δ2/Δ1＝+0.15且a/b＝0.5。如圖10(A)所示，DSC折射率曲線的光纖在芯部1的外周設有折射率比芯部1小的第一包層2，在第一包層2的外周設有折射率更小的第二包層5。該光纖也向芯部1摻雜Er，第一包層2的直徑為b。
如圖2的特性曲線2A和特性曲線2B所示，具有圖3(A)、圖4(A)所示的折射率曲線的摻Er光纖與現有的階躍折射率型折射率曲線的摻Er光纖相比，其吸收係數較大。相反，具有圖10(A)所示的折射率曲線的摻Er光纖與現有的階躍折射率型的摻Er光纖芯部1相比，其吸收係數較小。
因此可知，通過使光纖的折射率曲線成為圖3(A)所示的W型或圖4(A)所示的α分布型，可以增大摻Er光纖的吸收係數。
如果將進行上述計算時設定的Er密度ρ0的值8.5E+24(m-3)換算為重量百分比，則相當於約1000wtppm或0.1wt％。在同時摻雜有Al的Al2O3-SiO2基質的情況下，如果Er濃度超過0.1wt％，則由於濃度猝滅而造成效率低下。該現象在例如B.I.LAMING，.N.PAYNE.MELI.G.GRASSO E.J.TARBOX，「SATURATED ERBIUM-DOPED FIBERAMPLIFIERS」，Technical Digest，Optics Amplifiers and their Applications，1990，MB3等中被公開。
階躍折射率型折射率曲線的光纖，由圖2的特性曲線2C可知，即使使截止波長延伸至接近信號光波長，波長1530nm時的摻Er光纖的吸收係數的上限也是12dB/m。
另一方面，由圖2的特性曲線2A可知，W型折射率曲線的光纖，如果在上述Er濃度設定中將截止波長設定為1050nm以上，則波長1530nm時的摻Er光纖的吸收係數超過12dB/m。此外，由圖2的特性曲線2B可知，α分布型折射率曲線的光纖，如果在上述Er濃度設定中將截止波長設定為1200nm以上，則波長1530nm時的摻Er光纖的吸收係數可以為12dB/m以上。
在實際的截止波長的設計中，為了保證激勵光的信號模式傳輸，優選截止波長小於激勵光波長。用於EDFA中的激勵光波長一般為980nm或1480nm，使用1480nm激勵的情況與使用980nm激勵的情況相比，由於可以使截止波長向長波長方向偏移，所以從增大重疊積分的觀點出發是有利的。
以下對使用980nm激勵時，由於折射率曲線不同而導致波長1530nm時的摻Er光纖的吸收係數不同的情況進行說明。在這種情況下，由於使截止波長在980nm以下，由圖2的特性曲線2C可知，階躍折射率型的摻Er光纖在波長1530nm時的吸收係數為8dB/m以下。
與此相對，由圖2的特性曲線2A、2B可知，W型折射率曲線的摻Er光纖和α分布型折射率曲線的摻Er光纖，即使截止波長在980nm以下，波長1530nm時的吸收係數也可以達到較大的值。
特別是，W型折射率曲線的摻Er光纖當截止波長為短波長區域時的吸收係數增大效果，比其他折射率曲線的光纖大，即使截止波長為980nm以下，其吸收係數也可以接近12dB/m。
然後，在圖3(A)所示的W型折射率曲線中，將芯部1的直徑a和第一包層2的直徑b之比(直徑比)a/b作為參數，通過計算求出波長1580nm時的波長離散的值。其結果如圖5所示。圖5所示的是將光纖的截止波長設定為1450nm時的結果。在圖5中，當a/b為1時，就成為圖9所示的階躍折射率型折射率曲線的光纖。
此外，在圖3(A)所示的W型折射率曲線中，將芯部1相對於第二包層5的折射係數差Δ1和第一包層2相對於第二包層5的折射係數差Δ2之比Δ2/Δ1作為參數，通過計算求出波長1580nm時的波長離散的值。其結果如圖6的特性曲線6A～6C所示。圖6所示的也是將光纖的截止波長設定為1450nm時的結果。
此外，在本說明書中，上述各折射係數差Δ1、Δ2以及α分布由以下各式(4)、(5)、(6)定義。在式(4)、(5)、(6)中，nc1表示芯部1折射率最大處的折射率，nc2表示第一包層2折射率最小處的折射率，ns表示第二包層5的折射率。
Δ1＝{(nc1-ns)/nc1}×100 …(4)Δ2＝{(nc2-ns)/nc2}×100 …(5)n(r)＝nc1·{1-2·/Δ1·(2r/a)α}1/2…(6)0≤r≤a/2r與上述相同，是光纖徑向的位置。此外，n(r)表示位置r處的折射率。
在圖6中，當Δ2/Δ1為0時(即當Δ2為0時)，則成為圖9所示的階躍折射率型的光纖。此外，圖6的特性曲線6A是上述直徑比a/b為0.2時的特性曲線，特性曲線6B是上述直徑比a/b為0.5的特性曲線，特性曲線6C是上述直徑比a/b為0.8時的特性曲線。
與圖6相同，圖7表示對於圖3(A)所示的W型折射率曲線，將Δ2/Δ1作為參數，通過計算求出波長1580nm時的波長離散的值的結果。在圖7中，將截止波長設定為900nm進行計算。圖7的特性曲線7A是上述直徑比a/b為0.2時的特性曲線，特性曲線7B是上述直徑比a/b為0.5時的特性曲線，特性曲線7C是上述直徑比a/b為0.8時的特性曲線。
由圖5、圖6可知，在將截止波長設定為1450nm的情況下，W型折射率曲線的光纖可以使其波長離散的絕對值比階躍折射率型折射率曲線的光纖的大。
由圖7可知，在將截止波長設定為900nm的情況下，離散值隨直徑比a/b而變化較大，但通過調整a/b的值，可以使其波長離散的絕對值比階躍折射率型折射率曲線的光纖的大。
根據以上結果可知，W型折射率曲線的摻Er光纖與截止波長的設定相適應，通過最優化地設定上述直徑比a/b和折射係數差Δ1、Δ2之比Δ2/Δ1，可以使吸收係數和波長離散的絕對值兩者均比現有的階躍折射率型折射率曲線的光纖的大。
因此，本發明人認為，作為光放大用的摻Er光纖，優選W型折射率曲線的摻Er光纖，並且如圖1(A)所示，對於使W型折射率曲線的芯部1為α分布型折射率曲線的摻Er光纖，利用上述式(3)，通過計算求出吸收係數。其計算結果如圖8的特性曲線8A所示。
求出圖8的特性曲線8A的計算條件與求出圖2的各特性曲線2A～2D的條件相同。在圖8的特性曲線中，有如圖3(A)所示的W型折射率曲線，示出了使芯部1的折射率曲線為階躍折射率型折射率曲線的光纖的特性。
比較圖8的特性曲線8A和特性曲線8B可知，通過使W型折射率曲線的芯部1為α分布型折射率曲線，可以進一步增大摻Er光纖的吸收係數。
本實施方式的摻Er光纖，根據上述研究，具有如圖1(A)所示的折射率曲線，從而可以使吸收係數和波長離散的絕對值兩者均比現有的階躍折射率型折射率曲線的光纖的格外大。因此，本實施方式的光纖可以抑制非線性現象，從而實現了適於寬波段的光放大用的光纖。
以下，對本發明的光纖的第二實施方式進行說明。第二實施方式的光纖是具有如圖3(A)所示的W型折射率曲線的光纖。即，第二實施方式的光纖具有與上述第一實施方式大致相同的構成，是使芯部1的折射率曲線為階躍折射率型折射率曲線的光纖。
由對上述第一實施方式的研究可知，第二實施方式與上述第一實施方式相同，可以使吸收係數和波長離散的絕對值兩者均比現有的階躍折射率型折射率曲線的光纖的大，實現同樣的效果。
以下，對本發明的光纖的第三實施方式進行說明。第三實施方式的光纖是具有如圖4(A)所示的α分布型折射率曲線的光纖。
即，第三實施方式的光纖具有芯部1、設置在芯部1的外周、折射率比該芯部1小的包層5，並且使上述芯部1的折射率分布為α分布型折射率曲線。此外，向芯部1至少摻雜一種稀土類元素，這裡摻雜稀土類元素Er。
第三實施方式也根據求出上述第一實施方式的摻Er光纖的折射率曲線的研究，確定折射率曲線，所以可以使吸收係數比現有的階躍折射率型折射率曲線的摻Er光纖的大，從而能實現與上述第一、第二實施方式大致相同的效果。
圖11示出了使用本發明的光纖構成光放大器時的構成圖。在圖11中，標號11表示激勵光源，標號12表示光合分波器，標號13表示單向器(isolator)，標號15表示濾光器。此外，標號14表示本發明的光纖。
以下對上述第一、第二、第三實施方式的實施例進行說明。本發明人試作了表1所示的實施例1的光纖，作為上述第一實施方式的實施例，試作了表1所示的實施例2的光纖，作為上述第二實施方式的實施例，試作了表1所示的實施例3的光纖，作為上述第三實施方式的實施例。此外，試作了表1所示的比較例的光纖，作為上述實施例的比較例。比較例的光纖是具有如圖9所示的折射率的現有光纖。
〔表1〕
在表1中，Δ1、Δ2是上述各折射係數差，其單位是％，分別表示Er吸收峰值為波長1530nm的值(與上述的吸收係數值相當)、波長離散為波長1580的值。
此外，在實施例1、實施例2、實施例3、比較例中，調整Er摻雜濃度、折射係數差Δ1、截止波長，使其大致為相等的值。截止波長是由在ITU.TG.650.1中規定的測定法所得到的值。
從表1中可知，即使調整Er摻雜濃度、折射係數差Δ1、截止波長，使其大致為相等的值，實施例1～3的波長1530nm的Er吸收峰值也比比較例的大。此外，實施例1和實施例2的波長1580nm的離散絕對值比比較例的大。
因此，上述各實施方式的光纖，在Er摻雜濃度、截止波長與比較例的相同的情況下，與比較例相比，可以增大吸收係數，特別是可以增大W型折射率曲線中波長離散的絕對值。
此外，表1所示的FWM交調失真可以由以下試驗得出。即，以100GHz間隔(4ch和5ch為200GHz間隔)射入8信道(ch)的L-BAND的波分復用信號，測定信道4和信道5之間的波長(1605nm)的四波混合交調失真。此外，此時的信號信道1的輸出強度為4dB/ch。
從該FWM交調失真的測定結果可知，實施例1～3與比較例相比，可以降低FWM交調失真。這可以說是增大吸收係數的效果。特別是，實施例1和實施例2與實施例3相比，可以進一步降低FWM交調失真。這可以認為是由于波長離散的絕對值大，所以相位匹配條件變得苛刻的緣故。
如上所述，用實例證明了實施例1～3的光纖是可以有效的抑制非線性現象的光纖。
以下，對本發明的光纖的第四實施方式進行說明。第四實施方式的光纖與上述第二實施方式的相同，是具有如圖3(A)所示的W型折射率曲線的光纖，第四實施方式與第二實施方式不同的特徵是，與Er一起向芯部1摻雜稀土類元素La。
以下，對本發明的光纖的第五實施方式進行說明。第五實施方式的光纖與上述第一實施方式的相同，是具有如圖1(A)所示的W型折射率曲線的光纖，第五實施方式與第一實施方式不同的特徵是，與Er一起向芯部1摻雜稀土類元素鑭(La)。
如上述對第一實施方式所說明的，W型和α分布型的折射率曲線的摻Er光纖與現有的階躍折射率型的折射率曲線的摻Er光纖相比，可以增大吸收係數的原因，是Er離子的分布曲線和信號光的模式分布的重疊積分增大的緣故。
除了增大該重疊積分的方法之外，作為增大摻Er光纖的吸收係數的方法，還有提高現有的Al2O3-SiO2基質的Er摻雜濃度上限的方法。限制Er密度ρ0的高濃度化的主要原因是由於濃度猝滅造成效率低下，如果限制該濃度猝滅，與現有技術相比，提高Er濃度，則由上式(1)可知，可以進一步增大摻Er光纖的吸收係數。
為了抑制該濃度猝滅，與Er一起摻雜Er離子以外的稀土類元素的方法被提出。該技術在例如KAiso et al.，「Erbium Lanthanum co-dopedfiber for L-band amplifer with high efficiency，low non-linearity and lowNF」，Optical Fiber Communication Conference and Exhibit，2001，TuA6，US Patent US6.463,201等中被公開。
通過與Er離子一起摻雜稀土類元素例如La離子，可以抑制濃度猝滅造成的效率低下，並且可以使Er濃度達到現有的Al2O3-SiO2基質中摻雜濃度上限的2倍以上，即數千wtppm，實現高濃度化。
因此，通過為了抑制濃度猝滅造成的效率低下而使Er密度高密度化以及增大上述重疊積分兩種方法，可以進一步實現較大的吸收係數。
在第四實施方式和第五實施方式中，如上所述，與鉺一起向芯部1中摻雜稀土類元素鑭(La)。製造表2所示的實施例4，作為第四實施方式的實施例，製造表2所示的實施例5，作為第五實施方式的實施例。
〔表2〕
該表2所示的實施例4、5的光纖比表1所示的實施例1～3的光纖的吸收係數大。因此，與鉺一起摻雜La，形成光纖時，可以實現吸收係數的進一步增大。
如第四實施方式所述，通過與Er離子一起摻雜具有抑制濃度猝滅效果的稀土類元素(這裡是La)，隨著Er離子的高濃度化，即可以抑制濃度消光，又可增大吸收係數。
這樣，與Er離子一起摻雜La離子，隨著Er離子的高濃度化抑制濃度消光，在不使放大效率下降的情況下，與未摻雜La離子的W型折射率曲線和α分布型折射率曲線相比，可以實現吸收係數的增大。
本發明不限於上述各實施方式，可以採用各種實施方式。例如，不特別限定上述第一、第二、第四、第五實施方式中芯部1相對於第二包層5的折射係數差Δ1和第一包層2相對於第二包層的折射係數差Δ2，以及上述第三實施方式中芯部1相對於包層5的折射係數差Δ1的各值，而適當地設定。
此外，不特別限定上述第一、第二、第四、第五實施方式中芯部1的直徑和第一包層2的直徑，以及上述第三實施方式中芯部1的直徑，而適當地設定。
上述各實施方式向芯部1摻雜一種稀土類元素鉺，但本發明的光纖可以向芯部1摻雜兩種以上的稀土類元素而形成。
本發明的光纖可以向芯部1摻雜除鉺以外的一種稀土類元素。在這種情況下，通過向芯部摻雜例如Y、La、Co、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu之中的至少一種元素，可以實現與上述第四實施方式相同的效果。
採用本發明，根據本發明人的研究，通過優化折射率，可以增大稀土類元素摻雜光纖的吸收係數，抑制非線性現象，因此可以實現適於寬波段的光放大用的光纖。
此外，在本發明中，W型折射率曲線的光纖具有第一包層，設置在芯部的外周，其折射率比該芯部小；第二包層，設置在該第一包層的外周，在折射率比第一包層大，並且其折射率比芯部小。採用該光纖可以實現以下效果。
即，該折射率曲線的稀土類元素光纖與現有的階躍折射率折射率曲線的光纖相比，可以增大稀土類元素的吸收係數和波長離散的絕對值兩者，更有效地抑制非線性現象，因此可以實現更適於寬波段的光放大用的光纖。
此外，在上述W型折射率曲線的本發明中，採用使芯部的折射率分布為α分布型曲線的構成，可以進一步增大吸收係數，從而更有效地抑制非線性現象。
此外，在本發明中，採用向芯部摻雜稀土類元素之一的Er，可以應用現有的摻Er光纖的製造技術，從而容易地製造光纖。
此外，在本發明中，採用將波長1530nm的摻Er光纖的吸收係數設定為12dB/m以上的構成，可以達到很高的光放大率，並且可以抑制非線性現象，從而能可靠地實現適於寬波段的光放大用的光纖。
權利要求
1.一種光纖，其特徵在於，包括芯部，摻雜至少一種稀土類元素；第一包層，設置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小；以及第二包層，設置在上述第一包層的外周，其折射率比上述第一包層的大，並且其折射率比上述芯部的小。
2.根據權利要求1所述的光纖，其特徵在於，使芯部的折射率分布為α分布型折射率曲線。
3.根據權利要求1所述的光纖，其特徵在於，摻雜到芯部的稀土類元素其中之一是鉺。
4.根據權利要求3所述的摻鉺光纖，其特徵在於，使波長1530nm時的吸收係數為12dB/m以上。
5.根據權利要求3所述的摻鉺光纖，其特徵在於，使截止波長為980nm以下，使波長1530nm時的吸收係數為8dB/m以上。
6.根據權利要求3所述的摻鉺光纖，其特徵在於，與鉺一起，向芯部摻雜Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu之中的至少一種稀土類元素。
7.根據權利要求6所述的摻鉺光纖，其特徵在於，使波長1530nm時的吸收係數為14dB/m以上。
8.根據權利要求6所述的摻鉺光纖，其特徵在於，使截止波長為980nm以下，使波長1530nm時的吸收係數為12dB/m以上。
9.根據權利要求1所述的光纖，其特徵在於，包括芯部，摻雜至少一種稀土類元素；包層，設置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小，與使上述芯部的折射率曲線為階躍折射率型的階躍折射率型折射率曲線的光纖相比，其信號光波長的波長離散的絕對值較大。
10.一種光纖，其特徵在於，包括芯部，摻雜至少一種稀土類元素；包層，設置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小，使上述芯部的折射率分布為α分布型曲線。
11.一種向芯部摻雜的稀土元素之一為鉺的權利要求11的光纖。
12.一種包含權利要求1所述的光纖(EDF)的光放大器。，
13.一種包含權利要求10所述的光纖(EDF)的光放大器。
全文摘要
提供一種吸收係數和波長離散較大的光放大用的光纖。該光纖設有芯部1，摻雜鉺等至少一種稀土類元素；第一包層2，設置在上述芯部1的外周，其折射率比上述芯部1的小；以及第二包層5，設置在上述第一包層2的外周，其折射率比上述第一包層2的大，並且其折射率比上述芯部1的小。該光纖為W型折射率曲線。芯部1的折射率分布為α分布型折射率曲線。
文檔編號H01S3/067GK1427272SQ0215717
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月16日 優先權日2001年12月18日
發明者相曾景一 申請人:古河電氣工業株式會社