专利名称：光放大器用的光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光通信的、主要应用于光放大器的光放大器用的光纤。
波分复用传输是通过一根光纤传输多个波长的光的方式，为了使波分复用传输通路大容量化，对信号光进行放大的光纤放大器的宽带化是不可或缺的。
作为光放大器用的光纤，使用铒(Er)掺杂光纤，作为波分复用传输系统中的关键设备，具有极其重要的作用。
现有的掺Er光纤，如图9所示，由比芯部1的折射率小的包层(clad)5覆盖在芯部1的外周而形成。芯部1的折射率曲线是阶跃折射率(step index)型，在芯部1中掺杂有稀土类元素Er。如该图所示，在本说明书附图中，芯部1的直径以a表示。阶跃折射率型光纤的芯部1的直径a被定义为连接芯部1的Δ1/10的位置的直线的长度。
掺Er光纤的增益波段与作为传输介质的石英光纤的最低损耗波段区(以波长1550nm为中心的区域)一致。此外，即使掺杂了Er的基质玻璃是石英基质玻璃，掺Er光纤的增益波段也具有很高的放大效率。掺Er光纤的增益波段中心是被称为C-BAND的波长1530nm～1560nm。
但是，与近年来对波分复用传输的波段扩展的要求相呼应，传输光的波长范围在上述C-BAND的基础上，被扩大为被称为L-BAND的波长1570nm～1600nm的波长范围。
现有的为C-BAND而开发的掺Er光纤虽然可以用于L-BAND，但C-BAND用的掺Er光纤，在L-BAND中其单位增益比在C-BAND的增益小。因此，采用C-BAND用的掺Er光纤，为了在L-BAND中得到与C-BAND相同的增益，需要数倍到10倍左右长度的掺Er光纤。
此外，伴随着波分复用传输的大容量化的信道数的增加，导致输入到掺Er光纤的信号光强度的增大。因此，在掺Er光纤中需要更高的饱和输出。
上述掺Er光纤的长度增长和掺Er光纤中信号光强度增大，导致四波混合(FWMfour-wave mixing)和交叉相位调制(XPMcross-phase modulation)的掺Er光纤型光放大器中出现非线性现象，而上述现象在迄今为止是可以忽略的。
为了抑制上述非线性现象，使掺Er光纤的增益系数(单位长度的增益)增大是有效的。增益系数可以表示为下式(1)。
G(λ)＝α(λ)·〔n2·{σe(λ)/σa(λ)+1}-1〕…(1)其中，λ为波长，G(λ)为增益系数，单位是dB/m，α(λ)是吸收系数(用于光放大的稀土类元素掺杂光纤的吸收系数，这里是掺Er光纤的吸收系数)，该吸收系数的单位是dB/m。
σa(λ)是吸收截面积，σe(λ)是受激发射截面积，n2是激光器上能级密度对Er密度的比例。增益系数、吸收系数、吸收截面积、受激发射截面积分别依赖于波长，对于不同的波长，其值是不同的。
式(1)的受激发射截面积、吸收截面积的比例依赖于基质玻璃，n2由激励条件(反转分布度)确定。因此，为了增大增益系数，可以增大吸收系数α(λ)。
该吸收系数是Er掺杂浓度与Er分布区和传输光的模式分布的重叠积分之比。因此，为了增大掺Er光纤的增益系数，可以采用增大Er掺杂浓度和上述重叠积分的方法。
此外，作为抑制非线性现象的方法，有增大波长离散(dispersion)的绝对值的方法。当在信号光波长范围内存在零分散波长时，通过相位匹配，可以急剧地增大四波混合的发生效率，这是众所周知的。因此，为了降低四波混合的发生效率，一般将信号波长的波长离散的绝对值设定得较大，使其不进行相位匹配。
在掺杂具有抑制浓度猝灭效果的Al的Al2O3-SiO2基质的情况下，如果Er浓度超过1000wtppm，则由于浓度猝灭而造成由激励光向信号光的转换效率低下。因此，根据该转换效率的低下和吸收系数的增大等的整体平衡来选择Er浓度，从而不能过大地超过1000wtppm。
另一方面，在向整个芯部掺杂Er的同时，通过使截止波长向长波长一侧偏移，可以增大Er分布区和激励光的模式分布的重叠积分。为了使截止波长向长波长一侧偏移，增大芯部直径是有效的。
但是，为满足激励光和信号光的单模条件，必须将截止波长设定为激励光和信号光的波长以下。因此，由于截止波长的长波长化导致上述重叠积分的增大也存在上限。
如上所述，在现有的掺Er光纤中，由于Er掺杂浓度、Er分布区和激励光的模式分布的重叠积分存在上限，所以由于吸收系数增大而导致的增益系数的提高也存在上限。
此外，掺Er光纤的芯部相对于包层的折射系数差、截止波长是根据提高放大特性的观点来确定的。并且，波长离散仅由上述折射系数差和截止波长来确定，所以其调整的自由度小。因此，现有的掺Er光纤在增大波长离散的绝对值时也存在上限。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的是提供一种光纤，该光纤与现有的掺Er光纤相比，可以增大掺Er光纤的吸收系数，抑制非线性现象，适用于宽波段的光放大。
为了实现上述目的，本发明具有以下的构成，作为解决上述问题的手段。即，本发明提供一种光纤，包括芯部，掺杂至少一种稀土类元素；第一包层，设置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小；以及第二包层，设置在上述第一包层的外周，其折射率比上述第一包层的大，并且其折射率比上述芯部的小。
在一个实施例中，使上述芯部的折射率分布为α分布型曲线。
本发明还提供一种光纤，包括芯部，掺杂至少一种稀土类元素；包层，设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为α分布型曲线。
在一个实施例中，上述掺杂到芯部的稀土类元素其中之一为Er。
在一个实施例中，具有使波长1530nm时掺Er光纤的吸收系数为12dB/m以上的构成，作为解决上述问题的手段。
在一个实施例中，与Er一起，向芯部掺杂Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu之中的至少一种稀土类元素。
在一个实施例中，包括芯部，掺杂至少一种稀土类元素；包层，设置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小，与使上述芯部的折射率曲线为阶跃折射率型的阶跃折射率型折射率曲线的光纤相比，其信号光波长的波长离散的绝对值较大。
图2是表示光纤的折射率曲线与掺Er光纤的吸收系数之间的关系的图。
图3(A)和图3(B)是表示W型折射率曲线的光纤的折射率曲线的说明图。图3(B)表示具有图3(A)的折射率曲线的光纤的剖面构造。
图4(A)和图4(B)是表示α分布型折射率曲线的光纤的折射率曲线的说明图。图4(B)表示具有图4(A)的折射率曲线的光纤的剖面构造。
图5是表示W型折射率曲线的光纤的芯部与第一包层的直径比、波长离散之间的关系的图。
图6是表示截止波长为1450nm时，W型折射率曲线的光纤的折射系数差之比、波长离散之间的关系的图。
图7是表示截止波长为900nm时，W型折射率曲线的光纤的折射系数差之比、波长离散之间的关系的图。
图8是表示W型折射率曲线的芯部的折射率曲线不同造成的吸收系数不同的图。
图9(A)和图9(B)是表示阶跃折射率型折射率曲线的光纤的折射率曲线构成(图9(A))和剖面构成(图9(B))的说明图。
图10(A)和图10(B)是表示DSC型折射率曲线的光纤的折射率曲线的说明图。图10(B)表示具有图10(A)的折射率曲线的光纤的剖面构造。
如图所示，本实施方式的光纤是W型折射率曲线的光纤，具有芯部1；第一包层2，设置在上述芯部1的外周，其折射率比芯部1小；第二包层5，设置在第一包层2的外周，其折射率比第一包层2大，并且其折射率比上述芯部1小。
本实施方式的第二包层5与图9所示的阶跃折射率型折射率曲线的光纤的包层5相同，设置在光纤的最外周，是折射率的基准区，所以标以相同的标号5。
此外，如图1(A)所示，芯部1的直径为a，第一包层2的直径为b。在本说明书中，W型折射率曲线的光纤的芯部1的直径a定义为，在芯部1中，连接折射率与第二包层5的相等的位置的连线的长度。此外，第一包层2的直径b定义为，在第一包层2和第二二包层5的边界区，连接折射率为Δ2/10的位置的连线的长度。
在本实施方式中，向芯部1掺杂至少一种稀土类元素，这里向芯部1掺杂稀土类元素Er。此外，芯部1的折射率分布为α分布型曲线。
本发明人在确定上述折射率曲线时，进行了以下研究。即，对于稀土类元素掺杂光纤的折射率曲线对稀土类元素掺杂光纤中稀土类元素的掺杂温度分布和在稀土类元素掺杂光纤中传输的光的模式曲线的重叠积分的影响，进行了仔细地研究。
其结果是，首次发现了为了增大上述重叠积分，具有有效的折射率曲线。
稀土类元素掺杂光纤的吸收系数α(λ)可以用下式(2)表达。
α(λ)＝ρ0·σa(λ)·(2/ω2)·∫{ρ(λ)/ρ0}·Ψ(λ)·rdr…(2)其中，ρ0是Er密度，ρ(λ)是光纤的径向的Er密度分布，σa(λ)是吸收截面积，ω是模式功率半径，Ψ(λ)是光纤的径向模式分布，r是在光纤径向位置上的光纤的中心r＝0。
此外，假定Er密度分布ρ(λ)在芯部的径向上是均匀的，用高斯近似模式分布Ψ(r)，则可以将式(2)简化为式(3)。
α(λ)＝ρ0·σa(λ)·(1-exp{-a2/(4ω2)}〕…(3)其中，a是芯部直径。对于每个折射率曲线，根据折射率曲线，通过实际的数值计算，求出模式功率半径ω，并根据上式(3)计算相对于截止(cut-off)波长λ0的掺Er光纤的吸收系数α(λ)，如图2的特性曲线2A～2D所示。
该图2的吸收系数α(λ)是设信号光的波长为1530nm，Er密度ρ0为8.5E+24(m-3)(相当于重量百分比1000wtppm)，波长1530时吸收截面积σa为4.0E+25(m2)而进行计算的。
图2的特性曲线2A是图3(A)所示的W型折射率曲线的光纤中掺Er光纤的吸收系数，其规格为Δ2/Δ1＝-0.55且a/b＝0.5，图2的特性曲线2B是图4(A)所示的α分布型折射率曲线的光纤中掺Er光纤的吸收系数，其规格为α＝4。在图3(A)、图4(A)所示的折射率曲线的光纤中，向芯部1掺杂Er。折射系数差Δ1和Δ2以及α分布的定义在后面说明。
此外，在图3(A)所示的W型折射率曲线中，芯部1的折射率分布为阶跃折射率型，图3(A)的折射率曲线与图1(A)所示的本实施方式的光纤的折射率曲线是不同的。
在图3中，芯部1的直径表示为a，第一包层2的直径表示为b，在图4中，芯部1的直径表示为a。图3的直径a、b与图1(A)的直径a、b的定义相同，图4(A)的直径a与图9的直径a的定义相同。
图2的特性曲线2C是图9所示的现有的阶跃折射率型折射率曲线的光纤中掺Er光纤的吸收系数。该光纤也向芯部1掺杂Er。
图2的特性曲线2D是图10(A)所示的双重形状型(DSC)折射率曲线的光纤中掺Er光纤的吸收系数，其规格为Δ2/Δ1＝+0.15且a/b＝0.5。如图10(A)所示，DSC折射率曲线的光纤在芯部1的外周设有折射率比芯部1小的第一包层2，在第一包层2的外周设有折射率更小的第二包层5。该光纤也向芯部1掺杂Er，第一包层2的直径为b。
如图2的特性曲线2A和特性曲线2B所示，具有图3(A)、图4(A)所示的折射率曲线的掺Er光纤与现有的阶跃折射率型折射率曲线的掺Er光纤相比，其吸收系数较大。相反，具有图10(A)所示的折射率曲线的掺Er光纤与现有的阶跃折射率型的掺Er光纤芯部1相比，其吸收系数较小。
因此可知，通过使光纤的折射率曲线成为图3(A)所示的W型或图4(A)所示的α分布型，可以增大掺Er光纤的吸收系数。
如果将进行上述计算时设定的Er密度ρ0的值8.5E+24(m-3)换算为重量百分比，则相当于约1000wtppm或0.1wt％。在同时掺杂有Al的Al2O3-SiO2基质的情况下，如果Er浓度超过0.1wt％，则由于浓度猝灭而造成效率低下。该现象在例如B.I.LAMING，.N.PAYNE.MELI.G.GRASSO E.J.TARBOX，“SATURATED ERBIUM-DOPED FIBERAMPLIFIERS”，Technical Digest，Optics Amplifiers and their Applications，1990，MB3等中被公开。
阶跃折射率型折射率曲线的光纤，由图2的特性曲线2C可知，即使使截止波长延伸至接近信号光波长，波长1530nm时的掺Er光纤的吸收系数的上限也是12dB/m。
另一方面，由图2的特性曲线2A可知，W型折射率曲线的光纤，如果在上述Er浓度设定中将截止波长设定为1050nm以上，则波长1530nm时的掺Er光纤的吸收系数超过12dB/m。此外，由图2的特性曲线2B可知，α分布型折射率曲线的光纤，如果在上述Er浓度设定中将截止波长设定为1200nm以上，则波长1530nm时的掺Er光纤的吸收系数可以为12dB/m以上。
在实际的截止波长的设计中，为了保证激励光的信号模式传输，优选截止波长小于激励光波长。用于EDFA中的激励光波长一般为980nm或1480nm，使用1480nm激励的情况与使用980nm激励的情况相比，由于可以使截止波长向长波长方向偏移，所以从增大重叠积分的观点出发是有利的。
以下对使用980nm激励时，由于折射率曲线不同而导致波长1530nm时的掺Er光纤的吸收系数不同的情况进行说明。在这种情况下，由于使截止波长在980nm以下，由图2的特性曲线2C可知，阶跃折射率型的掺Er光纤在波长1530nm时的吸收系数为8dB/m以下。
与此相对，由图2的特性曲线2A、2B可知，W型折射率曲线的掺Er光纤和α分布型折射率曲线的掺Er光纤，即使截止波长在980nm以下，波长1530nm时的吸收系数也可以达到较大的值。
特别是，W型折射率曲线的掺Er光纤当截止波长为短波长区域时的吸收系数增大效果，比其他折射率曲线的光纤大，即使截止波长为980nm以下，其吸收系数也可以接近12dB/m。
然后，在图3(A)所示的W型折射率曲线中，将芯部1的直径a和第一包层2的直径b之比(直径比)a/b作为参数，通过计算求出波长1580nm时的波长离散的值。其结果如图5所示。图5所示的是将光纤的截止波长设定为1450nm时的结果。在图5中，当a/b为1时，就成为图9所示的阶跃折射率型折射率曲线的光纤。
此外，在图3(A)所示的W型折射率曲线中，将芯部1相对于第二包层5的折射系数差Δ1和第一包层2相对于第二包层5的折射系数差Δ2之比Δ2/Δ1作为参数，通过计算求出波长1580nm时的波长离散的值。其结果如图6的特性曲线6A～6C所示。图6所示的也是将光纤的截止波长设定为1450nm时的结果。
此外，在本说明书中，上述各折射系数差Δ1、Δ2以及α分布由以下各式(4)、(5)、(6)定义。在式(4)、(5)、(6)中，nc1表示芯部1折射率最大处的折射率，nc2表示第一包层2折射率最小处的折射率，ns表示第二包层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与上述相同，是光纤径向的位置。此外，n(r)表示位置r处的折射率。
在图6中，当Δ2/Δ1为0时(即当Δ2为0时)，则成为图9所示的阶跃折射率型的光纤。此外，图6的特性曲线6A是上述直径比a/b为0.2时的特性曲线，特性曲线6B是上述直径比a/b为0.5的特性曲线，特性曲线6C是上述直径比a/b为0.8时的特性曲线。
与图6相同，图7表示对于图3(A)所示的W型折射率曲线，将Δ2/Δ1作为参数，通过计算求出波长1580nm时的波长离散的值的结果。在图7中，将截止波长设定为900nm进行计算。图7的特性曲线7A是上述直径比a/b为0.2时的特性曲线，特性曲线7B是上述直径比a/b为0.5时的特性曲线，特性曲线7C是上述直径比a/b为0.8时的特性曲线。
由图5、图6可知，在将截止波长设定为1450nm的情况下，W型折射率曲线的光纤可以使其波长离散的绝对值比阶跃折射率型折射率曲线的光纤的大。
由图7可知，在将截止波长设定为900nm的情况下，离散值随直径比a/b而变化较大，但通过调整a/b的值，可以使其波长离散的绝对值比阶跃折射率型折射率曲线的光纤的大。
根据以上结果可知，W型折射率曲线的掺Er光纤与截止波长的设定相适应，通过最优化地设定上述直径比a/b和折射系数差Δ1、Δ2之比Δ2/Δ1，可以使吸收系数和波长离散的绝对值两者均比现有的阶跃折射率型折射率曲线的光纤的大。
因此，本发明人认为，作为光放大用的掺Er光纤，优选W型折射率曲线的掺Er光纤，并且如图1(A)所示，对于使W型折射率曲线的芯部1为α分布型折射率曲线的掺Er光纤，利用上述式(3)，通过计算求出吸收系数。其计算结果如图8的特性曲线8A所示。
求出图8的特性曲线8A的计算条件与求出图2的各特性曲线2A～2D的条件相同。在图8的特性曲线中，有如图3(A)所示的W型折射率曲线，示出了使芯部1的折射率曲线为阶跃折射率型折射率曲线的光纤的特性。
比较图8的特性曲线8A和特性曲线8B可知，通过使W型折射率曲线的芯部1为α分布型折射率曲线，可以进一步增大掺Er光纤的吸收系数。
本实施方式的掺Er光纤，根据上述研究，具有如图1(A)所示的折射率曲线，从而可以使吸收系数和波长离散的绝对值两者均比现有的阶跃折射率型折射率曲线的光纤的格外大。因此，本实施方式的光纤可以抑制非线性现象，从而实现了适于宽波段的光放大用的光纤。
以下，对本发明的光纤的第二实施方式进行说明。第二实施方式的光纤是具有如图3(A)所示的W型折射率曲线的光纤。即，第二实施方式的光纤具有与上述第一实施方式大致相同的构成，是使芯部1的折射率曲线为阶跃折射率型折射率曲线的光纤。
由对上述第一实施方式的研究可知，第二实施方式与上述第一实施方式相同，可以使吸收系数和波长离散的绝对值两者均比现有的阶跃折射率型折射率曲线的光纤的大，实现同样的效果。
以下，对本发明的光纤的第三实施方式进行说明。第三实施方式的光纤是具有如图4(A)所示的α分布型折射率曲线的光纤。
即，第三实施方式的光纤具有芯部1、设置在芯部1的外周、折射率比该芯部1小的包层5，并且使上述芯部1的折射率分布为α分布型折射率曲线。此外，向芯部1至少掺杂一种稀土类元素，这里掺杂稀土类元素Er。
第三实施方式也根据求出上述第一实施方式的掺Er光纤的折射率曲线的研究，确定折射率曲线，所以可以使吸收系数比现有的阶跃折射率型折射率曲线的掺Er光纤的大，从而能实现与上述第一、第二实施方式大致相同的效果。
图11示出了使用本发明的光纤构成光放大器时的构成图。在图11中，标号11表示激励光源，标号12表示光合分波器，标号13表示单向器(isolator)，标号15表示滤光器。此外，标号14表示本发明的光纤。
以下对上述第一、第二、第三实施方式的实施例进行说明。本发明人试作了表1所示的实施例1的光纤，作为上述第一实施方式的实施例，试作了表1所示的实施例2的光纤，作为上述第二实施方式的实施例，试作了表1所示的实施例3的光纤，作为上述第三实施方式的实施例。此外，试作了表1所示的比较例的光纤，作为上述实施例的比较例。比较例的光纤是具有如图9所示的折射率的现有光纤。
〔表1〕
在表1中，Δ1、Δ2是上述各折射系数差，其单位是％，分别表示Er吸收峰值为波长1530nm的值(与上述的吸收系数值相当)、波长离散为波长1580的值。
此外，在实施例1、实施例2、实施例3、比较例中，调整Er掺杂浓度、折射系数差Δ1、截止波长，使其大致为相等的值。截止波长是由在ITU.TG.650.1中规定的测定法所得到的值。
从表1中可知，即使调整Er掺杂浓度、折射系数差Δ1、截止波长，使其大致为相等的值，实施例1～3的波长1530nm的Er吸收峰值也比比较例的大。此外，实施例1和实施例2的波长1580nm的离散绝对值比比较例的大。
因此，上述各实施方式的光纤，在Er掺杂浓度、截止波长与比较例的相同的情况下，与比较例相比，可以增大吸收系数，特别是可以增大W型折射率曲线中波长离散的绝对值。
此外，表1所示的FWM交调失真可以由以下试验得出。即，以100GHz间隔(4ch和5ch为200GHz间隔)射入8信道(ch)的L-BAND的波分复用信号，测定信道4和信道5之间的波长(1605nm)的四波混合交调失真。此外，此时的信号信道1的输出强度为4dB/ch。
从该FWM交调失真的测定结果可知，实施例1～3与比较例相比，可以降低FWM交调失真。这可以说是增大吸收系数的效果。特别是，实施例1和实施例2与实施例3相比，可以进一步降低FWM交调失真。这可以认为是由于波长离散的绝对值大，所以相位匹配条件变得苛刻的缘故。
如上所述，用实例证明了实施例1～3的光纤是可以有效的抑制非线性现象的光纤。
以下，对本发明的光纤的第四实施方式进行说明。第四实施方式的光纤与上述第二实施方式的相同，是具有如图3(A)所示的W型折射率曲线的光纤，第四实施方式与第二实施方式不同的特征是，与Er一起向芯部1掺杂稀土类元素La。
以下，对本发明的光纤的第五实施方式进行说明。第五实施方式的光纤与上述第一实施方式的相同，是具有如图1(A)所示的W型折射率曲线的光纤，第五实施方式与第一实施方式不同的特征是，与Er一起向芯部1掺杂稀土类元素镧(La)。
如上述对第一实施方式所说明的，W型和α分布型的折射率曲线的掺Er光纤与现有的阶跃折射率型的折射率曲线的掺Er光纤相比，可以增大吸收系数的原因，是Er离子的分布曲线和信号光的模式分布的重叠积分增大的缘故。
除了增大该重叠积分的方法之外，作为增大掺Er光纤的吸收系数的方法，还有提高现有的Al2O3-SiO2基质的Er掺杂浓度上限的方法。限制Er密度ρ0的高浓度化的主要原因是由于浓度猝灭造成效率低下，如果限制该浓度猝灭，与现有技术相比，提高Er浓度，则由上式(1)可知，可以进一步增大掺Er光纤的吸收系数。
为了抑制该浓度猝灭，与Er一起掺杂Er离子以外的稀土类元素的方法被提出。该技术在例如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等中被公开。
通过与Er离子一起掺杂稀土类元素例如La离子，可以抑制浓度猝灭造成的效率低下，并且可以使Er浓度达到现有的Al2O3-SiO2基质中掺杂浓度上限的2倍以上，即数千wtppm，实现高浓度化。
因此，通过为了抑制浓度猝灭造成的效率低下而使Er密度高密度化以及增大上述重叠积分两种方法，可以进一步实现较大的吸收系数。
在第四实施方式和第五实施方式中，如上所述，与铒一起向芯部1中掺杂稀土类元素镧(La)。制造表2所示的实施例4，作为第四实施方式的实施例，制造表2所示的实施例5，作为第五实施方式的实施例。
〔表2〕
该表2所示的实施例4、5的光纤比表1所示的实施例1～3的光纤的吸收系数大。因此，与铒一起掺杂La，形成光纤时，可以实现吸收系数的进一步增大。
如第四实施方式所述，通过与Er离子一起掺杂具有抑制浓度猝灭效果的稀土类元素(这里是La)，随着Er离子的高浓度化，即可以抑制浓度消光，又可增大吸收系数。
这样，与Er离子一起掺杂La离子，随着Er离子的高浓度化抑制浓度消光，在不使放大效率下降的情况下，与未掺杂La离子的W型折射率曲线和α分布型折射率曲线相比，可以实现吸收系数的增大。
本发明不限于上述各实施方式，可以采用各种实施方式。例如，不特别限定上述第一、第二、第四、第五实施方式中芯部1相对于第二包层5的折射系数差Δ1和第一包层2相对于第二包层的折射系数差Δ2，以及上述第三实施方式中芯部1相对于包层5的折射系数差Δ1的各值，而适当地设定。
此外，不特别限定上述第一、第二、第四、第五实施方式中芯部1的直径和第一包层2的直径，以及上述第三实施方式中芯部1的直径，而适当地设定。
上述各实施方式向芯部1掺杂一种稀土类元素铒，但本发明的光纤可以向芯部1掺杂两种以上的稀土类元素而形成。
本发明的光纤可以向芯部1掺杂除铒以外的一种稀土类元素。在这种情况下，通过向芯部掺杂例如Y、La、Co、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu之中的至少一种元素，可以实现与上述第四实施方式相同的效果。
采用本发明，根据本发明人的研究，通过优化折射率，可以增大稀土类元素掺杂光纤的吸收系数，抑制非线性现象，因此可以实现适于宽波段的光放大用的光纤。
此外，在本发明中，W型折射率曲线的光纤具有第一包层，设置在芯部的外周，其折射率比该芯部小；第二包层，设置在该第一包层的外周，在折射率比第一包层大，并且其折射率比芯部小。采用该光纤可以实现以下效果。
即，该折射率曲线的稀土类元素光纤与现有的阶跃折射率折射率曲线的光纤相比，可以增大稀土类元素的吸收系数和波长离散的绝对值两者，更有效地抑制非线性现象，因此可以实现更适于宽波段的光放大用的光纤。
此外，在上述W型折射率曲线的本发明中，采用使芯部的折射率分布为α分布型曲线的构成，可以进一步增大吸收系数，从而更有效地抑制非线性现象。
此外，在本发明中，采用向芯部掺杂稀土类元素之一的Er，可以应用现有的掺Er光纤的制造技术，从而容易地制造光纤。
此外，在本发明中，采用将波长1530nm的掺Er光纤的吸收系数设定为12dB/m以上的构成，可以达到很高的光放大率，并且可以抑制非线性现象，从而能可靠地实现适于宽波段的光放大用的光纤。
权利要求
1.一种光纤，其特征在于，包括芯部，掺杂至少一种稀土类元素；第一包层，设置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小；以及第二包层，设置在上述第一包层的外周，其折射率比上述第一包层的大，并且其折射率比上述芯部的小。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，使芯部的折射率分布为α分布型折射率曲线。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，掺杂到芯部的稀土类元素其中之一是铒。
4.根据权利要求3所述的掺铒光纤，其特征在于，使波长1530nm时的吸收系数为12dB/m以上。
5.根据权利要求3所述的掺铒光纤，其特征在于，使截止波长为980nm以下，使波长1530nm时的吸收系数为8dB/m以上。
6.根据权利要求3所述的掺铒光纤，其特征在于，与铒一起，向芯部掺杂Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu之中的至少一种稀土类元素。
7.根据权利要求6所述的掺铒光纤，其特征在于，使波长1530nm时的吸收系数为14dB/m以上。
8.根据权利要求6所述的掺铒光纤，其特征在于，使截止波长为980nm以下，使波长1530nm时的吸收系数为12dB/m以上。
9.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，包括芯部，掺杂至少一种稀土类元素；包层，设置在上述芯部的外周，其折射率比上述芯部的小，与使上述芯部的折射率曲线为阶跃折射率型的阶跃折射率型折射率曲线的光纤相比，其信号光波长的波长离散的绝对值较大。
10.一种光纤，其特征在于，包括芯部，掺杂至少一种稀土类元素；包层，设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为α分布型曲线。
11.一种向芯部掺杂的稀土元素之一为铒的权利要求11的光纤。
12.一种包含权利要求1所述的光纤(EDF)的光放大器。，
13.一种包含权利要求10所述的光纤(EDF)的光放大器。
全文摘要
提供一种吸收系数和波长离散较大的光放大用的光纤。该光纤设有芯部1，掺杂铒等至少一种稀土类元素；第一包层2，设置在上述芯部1的外周，其折射率比上述芯部1的小；以及第二包层5，设置在上述第一包层2的外周，其折射率比上述第一包层2的大，并且其折射率比上述芯部1的小。该光纤为W型折射率曲线。芯部1的折射率分布为α分布型折射率曲线。
文档编号H01S3/067GK1427272SQ0215717
公开日2003年7月2日 申请日期2002年12月16日 优先权日2001年12月18日
发明者相曾景一 申请人:古河电气工业株式会社