JP3609924B2 - 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ハ増幅器 - Google Patents
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ハ増幅器 Download PDFInfo
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Description
【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（Ａｌ）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１．５５μｍ〜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１５ｍ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】
上記目的を実現するため、請求項１に係る発明は、屈折率ｎｃ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＞ｎｃ）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ｎｍ１（ｎｍ１＜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Ｓ２の低屈折率ｎｍ２（ｎｍ２＜ｎ０２）の第２の中間層を有する希土類元素添加光ファイバであって、第１のコアの熱膨張係数は第１の中間層の熱膨張係数より大きく、第１の中間層の熱膨張係数は第２のコアの熱膨張係数より大きく、第２のコアの熱膨張係数は第２の中間層の熱膨張係数より大きい希土類元素添加光ファイバである。
【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、請求項２に係る発明は、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（ＳｉＯ ２ ）で成る請求項１に係る発明の希土 類元素添加光ファイバである。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、前記クラッドが、フッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ ２ ）で成る請求項２に係る発明の希土類元素添加光ファイバである。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、前記第１のコアが、チタン（Ｔｉ）を共添加した請求項１に係る発明の希土類元素添加光ファイバである。
【００１１】
上記目的を実現するため、請求項５に係る発明は、屈折率ｎｃ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＞ｎｃ）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ｎｍ１（ｎｍ１＜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Ｓ２の低屈折率ｎｍ２（ｎｍ２＜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であって、第１のコアの熱膨張係数は第１の中間層の熱膨張係数より大きく、第１の中間層の熱膨張係数は第２のコアの熱膨張係数より大きく、第２のコアの熱膨張係数は第２の中間層の熱膨張係数より大きい希土類元素添加光ファイバである。
【００１２】
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、請求項１に係る発明から請求項５に係る発明のいずれかの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。
【００１３】
【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Ｓ１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。
【００１４】
クラッド１５は、屈折率ｎｃの石英ガラス（ＳｉＯ２）で成る。第１のコア１１は、高屈折率ｎ０１（ｎ０１＞ｎｃ）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の中間層１２は、低屈折率ｎｍ１（ｎｍ１＜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ｎｍ２（ｎｍ２＜ｎ０２）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ２）で成る。
【００１５】
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Δｎ１’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Δｎ２は、−０．１％〜−０．３％の範囲から選択する。
【００１６】
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。
【００１７】
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、６ｍｏｌ％〜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１２、１４のフッ素（Ｆ）の添加量は、２ｍｏｌ％〜３ｍｏｌ％を選択する。
【００１８】
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〜３μｍ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１００μｍ２〜１４０μｍ２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。
【００１９】
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、１．５５μｍ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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（ＳｉＯ２）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。
【００２２】
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 ｐｈａｓｅ 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。
【００２３】
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３１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。
【００２４】
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（ＳｉＯ２）で成る。各コア１１、１３および各中間層２２、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ＳＬ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１０２、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。
【００２７】
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、ＷＤＭ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内を伝搬して図示矢印ｄのように出力される。
【００２８】
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ＳＬ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１０２、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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
以上のような動作により、波長１．５３μｍ〜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。
【００３１】
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。
【００３２】
【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
【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（Ａｌ）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１．５５μｍ〜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１５ｍ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】
上記目的を実現するため、請求項１に係る発明は、屈折率ｎｃ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＞ｎｃ）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ｎｍ１（ｎｍ１＜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Ｓ２の低屈折率ｎｍ２（ｎｍ２＜ｎ０２）の第２の中間層を有する希土類元素添加光ファイバであって、第１のコアの熱膨張係数は第１の中間層の熱膨張係数より大きく、第１の中間層の熱膨張係数は第２のコアの熱膨張係数より大きく、第２のコアの熱膨張係数は第２の中間層の熱膨張係数より大きい希土類元素添加光ファイバである。
【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、請求項２に係る発明は、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（ＳｉＯ ２ ）で成る請求項１に係る発明の希土 類元素添加光ファイバである。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、前記クラッドが、フッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ ２ ）で成る請求項２に係る発明の希土類元素添加光ファイバである。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、前記第１のコアが、チタン（Ｔｉ）を共添加した請求項１に係る発明の希土類元素添加光ファイバである。
【００１１】
上記目的を実現するため、請求項５に係る発明は、屈折率ｎｃ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＞ｎｃ）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ｎｍ１（ｎｍ１＜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Ｓ２の低屈折率ｎｍ２（ｎｍ２＜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であって、第１のコアの熱膨張係数は第１の中間層の熱膨張係数より大きく、第１の中間層の熱膨張係数は第２のコアの熱膨張係数より大きく、第２のコアの熱膨張係数は第２の中間層の熱膨張係数より大きい希土類元素添加光ファイバである。
【００１２】
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、請求項１に係る発明から請求項５に係る発明のいずれかの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。
【００１３】
【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Ｓ１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。
【００１４】
クラッド１５は、屈折率ｎｃの石英ガラス（ＳｉＯ２）で成る。第１のコア１１は、高屈折率ｎ０１（ｎ０１＞ｎｃ）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の中間層１２は、低屈折率ｎｍ１（ｎｍ１＜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ｎｍ２（ｎｍ２＜ｎ０２）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ２）で成る。
【００１５】
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Δｎ１’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Δｎ２は、−０．１％〜−０．３％の範囲から選択する。
【００１６】
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。
【００１７】
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、６ｍｏｌ％〜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１２、１４のフッ素（Ｆ）の添加量は、２ｍｏｌ％〜３ｍｏｌ％を選択する。
【００１８】
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〜３μｍ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１００μｍ２〜１４０μｍ２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。
【００１９】
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、１．５５μｍ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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（ＳｉＯ２）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。
【００２２】
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 ｐｈａｓｅ 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。
【００２３】
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３１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。
【００２４】
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（ＳｉＯ２）で成る。各コア１１、１３および各中間層２２、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ＳＬ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１０２、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。
【００２７】
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、ＷＤＭ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内を伝搬して図示矢印ｄのように出力される。
【００２８】
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ＳＬ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１０２、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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
以上のような動作により、波長１．５３μｍ〜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。
【００３１】
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。
【００３２】
【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
Claims (6)
- 屈折率ｎｃ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＞ｎｃ）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ｎｍ１（ｎｍ１＜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Ｓ２の低屈折率ｎｍ２（ｎｍ２＜ｎ０２）の第２の中間層を有する希土類元素添加光ファイバであって、
第１のコアの熱膨張係数は第１の中間層の熱膨張係数より大きく、第１の中間層の熱膨張係数は第２のコアの熱膨張係数より大きく、第２のコアの熱膨張係数は第２の中間層の熱膨張係数より大きい希土類元素添加光ファイバ。 - 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（ＳｉＯ２）で成る請求項１に記載の希土類元素添加光ファイバ。
- 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。
- 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。
- 屈折率ｎｃ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＞ｎｃ）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ｎｍ１（ｎｍ１＜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Ｓ２の低屈折率ｎｍ２（ｎｍ２＜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であって、
第１のコアの熱膨張係数は第１の中間層の熱膨張係数より大きく、第１の中間層の熱膨張係数は第２のコアの熱膨張係数より大きく、第２のコアの熱膨張係数は第２の中間層の熱膨張係数より大きい希土類元素添加光ファイバ。 - 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、請求項１から５のいずれかに記載の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。
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