光放大光纤、光纤放大器及光通信系统的制作方法

1.本发明涉及光放大光纤、光纤放大器及光通信系统。


背景技术：

2.例如，在海底光通信等的用途中，期待使用多芯edfa(erbium-dopedoptical fiber amplifier)作为光放大器，由此削减光放大器的耗电。
3.关于多芯edfa，公知以下结构：使用双包层型的多芯edf作为多芯光放大光纤，通过包层激发方式对芯部所包括的稀土类元素的铒(er)进行光激发(参照非专利文献1、2)。
4.在先技术文献
5.非专利文献
6.非专利文献1：kazi s abedin et al，“multimode erbium doped fiber amplifiers for space division multiplexing systems”，journalof lightwave technology，vol.32，no.16，august 15，20 14pp.2800-2808.
7.非专利文献2：kazi s abedin et al，“cladding-pumped erbium-doped multicore fiber amplifier”，optics express vol.20，no.18 27august2012pp.20191-20200.


技术实现要素：

[0008]-发明所要解决的课题-[0009]
由于通信流量始终增加，所以为了通信容量的增量，寻求对多芯光放大光纤的特性来说更合适的结构。
[0010]
特别是，如果能改善多芯光放大光纤的激发效率，则从削减多芯光纤放大器的耗电的观点出发是优选的。在此，所谓激发效率，例如用光放大所使用的激发光的能量相对于被输入至多芯光放大光纤的激发光的能量的比率来表示。另外，激发效率的改善并不局限于多芯光放大光纤，在单芯的光放大光纤中也是有益的。
[0011]
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种激发效率得以改善的光放大光纤、以及使用其的光纤放大器及光通信系统。
[0012]-用于解决课题的手段-[0013]
为了解决上述的课题并实现目的，本发明的一方式是一种光放大光纤，具备：添加了稀土类元素的至少一个芯部；包围所述至少一个芯部，并具有比各芯部的最大折射率低的折射率的内侧包层部；以及包围所述内侧包层部，并具有比所述内侧包层部的折射率低的折射率的外侧包层部，所述内侧包层部包括多个气泡。
[0014]
也可以是，在所述多芯光放大光纤的与轴向正交的剖面中，所述多个气泡的剖面积的总计相对于所述内侧包层部的剖面积为0.1％以上且30％以下。
[0015]
也可以是，所述气泡的直径是在所述内侧包层部传播的光的波长的1/2000倍以上且2倍以下。
[0016]
也可以是，在所述多芯光放大光纤的与轴向正交的剖面中，所述气泡存在于从所述芯部远离芯径以上的圆环状的区域。
[0017]
也可以是，所述气泡在所述多芯光放大光纤的各芯部的径向上大体一致地分布。
[0018]
也可以是，所述气泡在所述多芯光放大光纤的轴向上大体一致地分布。
[0019]
也可以是，所述气泡在所述多芯光放大光纤的各芯部的轴旋转方向上大体一致地分布。
[0020]
也可以是，具备多个所述芯部，在通过所述多个芯部之中将所述多芯光放大光纤的中心作为轴且最远离所述中心的芯部的圆管状的边界的内侧与外侧，所述气泡的存在密度不同。
[0021]
也可以是，所述稀土类元素包括铒。
[0022]
也可以是，在所述光放大光纤的与轴向正交的剖面中，在所述内侧包层部，在径向上所述气泡的存在密度稀疏或者致密的层存在2层以上。
[0023]
也可以是，在所述光放大光纤的与轴向正交的剖面中，所述气泡存在于从所述芯部远离芯径以上的位置。
[0024]
也可以是，所述气泡的存在区域处于以所述光放大光纤的中心为轴的旋转对称的位置。
[0025]
也可以是，在所述光放大光纤的与轴向正交的剖面中规定了六角密排晶格的情况下，所述气泡的存在区域处于其晶格点的位置。
[0026]
也可以是，在所述光放大光纤的与轴向正交的剖面中规定了六角密排晶格的情况下，所述气泡存在为以晶格点为中心且半径为晶格点间距离的1/2以下的圆环状。
[0027]
本发明的一方式是一种光纤放大器，具备：所述光放大光纤；输出对所述光放大光纤的所述稀土类元素进行光激发的激发光的激发光源；以及使所述激发光与所述内侧包层部进行光学耦合的光耦合器。
[0028]
也可以是，所述多个芯部之间的增益差为3db以下。
[0029]
本发明的一方式是一种光通信系统，具备所述光纤放大器。
[0030]-发明效果-[0031]
根据本发明，可实现激发效率得以改善的光放大光纤。
附图说明
[0032]
图1是实施方式1所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0033]
图2是图1所示的多芯光放大光纤的与图1不同的剖面的示意性的剖视图。
[0034]
图3是实施方式2所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0035]
图4是实施方式3所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0036]
图5是实施方式4所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0037]
图6是实施方式5所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0038]
图7是实施方式6所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0039]
图8是实施方式7所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0040]
图9是实施方式8所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0041]
图10是实施方式8所涉及的多芯光放大光纤的制造方法的一例的说明图。
[0042]
图11是实施方式9所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0043]
图12是实施方式9所涉及的多芯光放大光纤的制造方法的一例的说明图。
[0044]
图13是实施方式10所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。
[0045]
图14是实施方式10所涉及的多芯光放大光纤的制造方法的一例的说明图。
[0046]
图15是表示实施方式11所涉及的多芯光纤放大器的结构的示意图。
[0047]
图16是表示实施例的多芯光放大光纤的吸收光谱的图。
[0048]
图17是表示实施方式12所涉及的光通信系统的结构的示意图。
具体实施方式
[0049]
以下，参照附图来说明实施方式。另外，本发明未被本实施方式限定。此外，在附图的记载中，对相同或者对应的要素适当赋予相同的附图标记。此外，附图是示意性的，需要注意各要素的尺寸的关系、各要素的比率等有时会与现实不同。在附图的相互之间，有时也会包括彼此的尺寸的关系或比率不同的部分。另外，在本说明书中，截止波长是指在itu-t(国际电信联盟)g.650.1中定义的线缆截止波长。此外，关于本说明书未特别定义的用语，依据g.650.1及g.650.2中的定义、测定方法。
[0050]
(实施方式1)
[0051]
图1是实施方式1所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图，表示多芯光放大光纤的垂直于轴向的剖面。多芯光放大光纤1是双包层型且七芯型的多芯光纤，具备作为多个芯部的七个芯部1a、包围芯部1a的内侧包层部1b和包围内侧包层部1b的外侧包层部1c。
[0052]
在图1中，垂直于附图的方向为多芯光放大光纤1的轴向dz。另外，在图1中，规定多芯光放大光纤1的径向dr、旋转方向dt。另外，在其他的图中，也与图1同样地，能同样地规定轴向dz、径向dr、旋转方向dt。
[0053]
芯部1a被配置为实现最密填充状态的三角网格状。即，一个芯部1a配置于内侧包层部1b的中心或者中心附近。被配置为：以该芯部1a为中心，六个芯部1a成为正六边形的角的位置。在多芯光放大光纤1的与轴向正交的剖面中规定了六角密排晶格的情况下，也可以说芯部1a位于其晶格点的位置。作为提高折射率的折射率调整用掺杂剂，芯部1a例如包括锗(ge)、铝(al)。此外，芯部1a包括铒(er)，以作为放大介质即稀土类元素。例如，以波长1530nm附近的吸收系数的峰值变成2.5db/m～11db/m的浓度来添加er。此外，例如添加浓度为250ppm～2000ppm。其中，吸收系数、添加浓度未被特别地进行限定。另外，al也具有抑制er的浓度消光的功能。
[0054]
内侧包层部1b具有比各芯部1a的最大折射率低的折射率。内侧包层部1b例如由不包括折射率调整用掺杂剂的纯石英玻璃构成。由此，各芯部1a与内侧包层部1b的折射率分布为步进索引型。另外，内侧包层部1b也可以具有位于各芯部1a各自的外周的沟槽部。在该情况下，沟槽部由添加了氟(f)等降低折射率的折射率调整用掺杂剂的石英玻璃构成，沟槽部的折射率具有比由纯石英玻璃构成的内侧包层部1b的其他部分的折射率低的折射率。在该情况下，各芯部1a与内侧包层部1b的折射率分布变成沟槽型。
[0055]
若将各芯部1a相对于内侧包层部1b的玻璃的相对折射率差设为芯δ，则在本实施方式中各芯部1a的芯δ大体相等，例如在波长1550nm处，为0.35％～2％。芯部1a的芯径基于与芯δ的关系，优选被设定为实现比稀土类元素能进行光放大的光放大波段短的截止波
长。在er的情况下，光放大波段是被称为c频带的例如1530nm～1565nm、被称为l频带的例如1565nm～1625nm。芯径例如为5μm～10μm左右。
[0056]
外侧包层部1c具有比内侧包层部1b的折射率低的折射率，例如由树脂构成。另外，在内侧包层部1b具有沟槽部的情况下，外侧包层部1c的折射率也可以比沟槽部的折射率高，但比内侧包层部1b的其他部分的折射率及内侧包层部1b的平均折射率低。
[0057]
此外，多芯光放大光纤1的内侧包层部1b包括多个气泡1d。气泡1d是独立气泡，例如，包括比大气压还低的压力的气体。
[0058]
若向内侧包层部1b输入能使er光激发的波长的激发光、例如976nm等的900nm波段的激发光，则激发光在内侧包层部1b的内部进行传播，同时对被添加到各芯部1a的er进行光激发。由此，各芯部1a能光放大被输入至各芯部1a的信号光。这样，多芯光放大光纤1构成为能适用包层激发方式。
[0059]
在多芯光放大光纤1中，多个气泡1d使在内侧包层部1b传播的激发光散射。其结果是，在内侧包层部1b传播的激发光之中的到达芯部1a的成分变多。例如，在多芯光放大光纤1那样的包层激发方式的情况下，通常存在未到达芯部1a地传播的偏斜分量s那样的无助于激发的未使用成分。然而，在多芯光放大光纤1中，偏斜分量s等的未使用成分会被气泡1d散射，其一部分到达芯部1a，能用于er的光激发。另外，激发光在内侧包层部1b以多模传播，因此能存在偏斜分量s也以各种各样的角度传播的模式。这些各种各样的偏斜分量s被气泡1d散射，由此其一部分到达芯部1a，能容易地用于er的光激发。
[0060]
另外，在多芯光放大光纤1中，在内侧包层部1b的与外侧包层部1c的边界附近的区域不存在气泡1d。由此，偏斜分量s的散射适度地被调整，能抑制在内侧包层部1b的与外侧包层部1c的边界附近远离芯部1a地行进的散射光的产生。
[0061]
在如上那样构成的多芯光放大光纤1中，由于使多个气泡1d在内侧包层部1b传播的激发光散射，从而激发光之中到达芯部1a的成分变多，因此激发效率得以改善。
[0062]
另外，在多芯光放大光纤1中，在图1所示那样的与轴向dz正交的剖面中，若将多个气泡1d的剖面积的总计相对于内侧包层部1b的剖面积设为剖面积比，则剖面积比例如优选为0.1％以上且30％以下，更优选为1％以上。若剖面积比为0.1％以上，则容易发挥基于多个气泡1d的激发效率的改善效果，若为1％以上，则更加容易发挥改善效果。此外，若剖面积比为30％以下，则容易以所希望的光学特性(放大特性等)来制造多芯光放大光纤1。此外，在剖面积比大于30％的情况下，使激发光散射的效果过强，内侧包层部1b中的激发光的传播损耗有时会增大。在该情况下，气泡将激发光散射来改善激发效率的效果有时会超过因传播损耗的增大而激发效率恶化的效果。
[0063]
此外，图1那样的剖面中的气泡1d的直径优选为在内侧包层部1b传播的光(激发光)的波长的1/2000倍以上且2倍以下。在作为散射体的气泡1d的直径为激发光的波长的1/20倍以上且2倍以下的情况下，基于气泡1d的光的散射主要为米氏散射。在气泡1d的直径为激发光的波长的1/2000倍以上且1/20倍以下的情况下，基于气泡1d的光的散射主要为瑞利散射。这样，在光波与粒子状的物质碰撞或折射率发生变化的情况下，散射的种类因其大小而不同。在此，在米氏散射中，前方散射为主，瑞利散射则为各向同性散射，但认为无论哪一种散射都有助于激发效率的改善。例如，也可以利用这些散射的散射方向的特性，根据芯部1a的配置、内侧包层部1b中的激发光的电场分布等，使直径不同的气泡1d在空间上分布，以
提高激发效率的改善程度。例如，瑞利散射在使传播方向大幅变更方面是有效的情况下，对激发效率的改善的贡献较大。后面详述控制气泡1d的直径的方法。
[0064]
另外，在气泡1d的剖面不是圆形的情况下，也可以将气泡1d的直径定义为等于该气泡1d的剖面积的圆的直径。
[0065]
另外，若多个气泡1d在内侧包层部1b内随机地存在，则激发光散射效果容易相对于各芯部1a均匀地起作用，因此是优选的。多个气泡1d在内侧包层部1b内随机地存在，能改称为在内侧包层部1b内气泡1d的分布没有偏差且大体一致地分布。因此，例如气泡1d优选在轴向dz上大体一致地分布。
[0066]
图2是图1所示的多芯光放大光纤1的与图1不同的剖面中的示意性的剖视图。图2所示的剖面例如是从图1所示的剖面起，沿轴向dz移动了多芯光放大光纤1的长度的1％～5％左右的、相对于长度较小的距离的位置处的剖面。在图2所示的剖面中，气泡1d的存在位置与沿轴向dz稍微移动的图1所示的剖面不同。这样，也可以是气泡1d的存在位置按每个剖面而不同。
[0067]
此外，同样例如气泡1d优选在径向dr上大体一致地分布。此外，气泡1d优选在各芯部1a的径向上大体一致地分布。此外，例如气泡1d优选在旋转方向dt上大体一致地分布。在该情况下，也可以在旋转方向dt上距基准角度位置为0度～60度的范围内的气泡1d的存在位置与60度～120度的范围内的气泡1d的存在位置不同。另外，气泡1d优选在各芯部1a的旋转方向上大体一致地分布。
[0068]
多芯光放大光纤1例如能利用堆叠法、穿孔法等公知的多芯光纤的制造方法来制造。另外，气泡1d能使用公知的方法、例如日本特开2018-162170号公报所记载那样的使用微粒的方法，形成于例如内侧包层部1b内。
[0069]
此外，在使用微粒的方法中，也可以使用例如将晶体石英微粒和石英玻璃微粒混合的微粒。此时，也可以使固溶度比石英玻璃微粒中的固溶度高的气体、例如氦气固溶于晶体石英微粒。由此，若通过热处理使晶体石英微粒溶解，则氦气发泡，在内侧包层部1b内形成气泡1d。
[0070]
(实施方式2)
[0071]
图3是实施方式2所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图，表示多芯光放大光纤的垂直于轴向的剖面。多芯光放大光纤2与实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1相比较，在内侧包层部1b中的气泡1d的存在密度低、剖面积比小这一方面不同。
[0072]
在如上那样构成的多芯光放大光纤2中，与多芯光放大光纤1同样地，激发效率得以改善。
[0073]
(实施方式3)
[0074]
图4是实施方式3所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图，表示多芯光放大光纤的垂直于轴向的剖面。多芯光放大光纤3与实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1相比较，在内侧包层部1b存在将各芯部1a包围的区域r1的方面不同。
[0075]
各区域r1是与各芯部1a呈同心圆状的区域，是具有所包围的芯部1a的芯径的例如3倍以上的直径且沿着各芯部1a在轴向dz延伸的圆管状的区域。而且，在该区域r1不包括气泡1d。
[0076]
在如上那样构成的多芯光放大光纤3中，在多芯光放大光纤3的与轴向dz正交的剖
面中，气泡1d存在于自各芯部1a隔开芯径以上、例如远离芯径的3倍以上的位置。其结果是，在多芯光放大光纤3中，与多芯光放大光纤1、2同样地，激发效率得以改善。进而，能抑制一旦被气泡1d散射而朝向芯部1a的激发光被芯部1a附近的气泡再次散射的状况。此外，由于气泡1d比较远离各芯部1a，所以也能进一步抑制对各芯部1a的光传播特性造成影响。
[0077]
多芯光放大光纤3能利用公知的多芯光纤的制造方法来制造。例如，在堆叠法的情况下，将包括成为芯部1a的部分和成为区域r1的部分的七根玻璃棒即芯棒堆叠于成为内侧包层部1b的一部分的玻璃管之中。接着，在芯棒与玻璃管之间的间隙中，堆叠在拉丝后在内部或外周面容易引起气泡的产生且成为内侧包层部1b的一部分的玻璃棒，形成母材。接着，对该母材进行拉丝，以形成外侧包层部1c。此外，在穿孔法的情况下，在成为内侧包层部1b的一部分的、拉丝后在内部、外周面中容易引起气泡的产生的比较粗径的玻璃棒即母材棒，形成七个与轴向平行地延伸的孔，将芯棒插入各孔，来形成母材。接着，对该母材进行拉丝，以形成外侧包层部1c。拉丝后在内部、外周面中容易引起气泡的产生的玻璃棒，例如是：能根据玻璃棒表面的粗糙度来控制气泡的产生密度、气泡直径的玻璃棒；包括比例被调整成具有比芯部低的折射率的多种添加物的玻璃棒；包括拉丝炉温下的粘度与周边的玻璃材料不同且比例被调整成具有比芯部低的折射率的多种添加物的玻璃棒。在此，添加物是ge、al、f、硼(b)、镧(la)、氯(cl)等能利用为光纤用添加物的物质。
[0078]
(实施方式4)
[0079]
图5是实施方式4所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图，表示多芯光放大光纤的垂直于轴向的剖面。多芯光放大光纤4和实施方式3所涉及的多芯光放大光纤3相比较，在内侧包层部1b中的气泡1d的存在密度低、剖面积比小的方面不同。
[0080]
在如上那样构成的多芯光放大光纤4中，和多芯光放大光纤3同样，激发效率得以改善，可抑制激发光的再次散射，并且能抑制气泡1d对各芯部1a的光传播特性造成影响。
[0081]
(实施方式5)
[0082]
图6是实施方式5所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图，表示多芯光放大光纤的垂直于轴向的剖面。多芯光放大光纤5和实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1相比较，在内侧包层部1b存在着区域r2、r3的方面不同。另外，在图6中，省略气泡的图示。
[0083]
区域r2是在内侧包层部1b中穿通被配置为正六边形的角的位置的六个芯部1a的中心并沿轴向dz延伸的圆筒状的区域。区域r3是在内侧包层部1b中位于区域r2的外周侧并沿轴向dz延伸的圆管状的区域。区域r2与区域r3的边界是穿通多芯光放大光纤5的最远离中心的芯部1a的圆管状的边界的一例。另外，边界的轴是多芯光放大光纤5的中心。
[0084]
在多芯光放大光纤5的边界的内侧的区域r2和边界的外侧的区域r3中，气泡1d的存在密度不同。例如，区域r2中的存在密度比区域r3中的存在密度更高。此外例如区域r2中的存在密度比区域r3中的存在密度更低。
[0085]
在如上那样构成的多芯光放大光纤5中，和多芯光放大光纤1同样，激发效率得以改善。此外，在多芯光放大光纤5中，在芯部1a主要存在的区域r2和在内侧包层部1b的外缘侧偏斜分量较多的区域r3中，能使散射光的产生的程度相异。例如，既可以提高区域r2中的气泡的存在密度，在芯部1a主要存在的区域r2使散射产生多种，也可以提高区域r3中的气泡的存在密度，使偏斜分量的散射产生多种。各区域中的存在密度的设计能根据多芯光放大光纤5的设计、要求特性而适当设定。
[0086]
多芯光放大光纤5能利用公知的多芯光纤的制造方法来制造。例如，在穿孔法的情况下，形成作为内侧包层部1b的一部分的母材棒，以使得气泡的存在密度因场所不同而不同。上述那样的母材棒，例如能通过护套法来制作。接着，在该母材棒形成七个与轴向平行地延伸的孔，将包括成为芯部1a的部分和成为内侧包层部1b的一部分的部分的芯棒插入各孔，来形成母材。接着，对该母材进行拉丝，以形成外侧包层部1c。另外，在堆叠法的情况下，将芯棒堆叠于成为内侧包层部1b的一部分的玻璃管之中。接着，在芯棒与玻璃管之间的间隙中，在拉丝后容易在内部、外周面产生气泡，并且，将成为内侧包层部1b的一部分的玻璃棒堆叠，来形成母材。此时，根据进行堆叠的场所，使用气泡的存在密度不同的玻璃棒，由此能使气泡的存在密度根据场所而不同。
[0087]
(实施方式6)
[0088]
图7是实施方式6所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图，表示多芯光放大光纤的垂直于轴向的剖面。多芯光放大光纤6和实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1相比较，在区域r4存在于内侧包层部1b且仅在区域r4有气泡1d存在的方面不同。另外，在图7中，省略气泡的图示。
[0089]
各区域r4是与各芯部1a同心圆状的区域，是沿着各芯部在轴向dz延伸的圆管状的区域。各区域r4也可以在多芯光放大光纤6的与轴向dz正交的剖面中存在于与各芯部1a远离芯径以上的圆环状的区域。
[0090]
在如上那样构成的多芯光放大光纤6中，与多芯光放大光纤3～5同样地，激发效率得以改善。另外，在多芯光放大光纤6中，能抑制激发光的再次散射，并且能抑制气泡1d对各芯部1a的光传播特性造成影响。此外，若将区域r4内的气泡相对于各芯部1a的存在密度设为相互不同的值，则能将气泡针对各芯部1a的效果调整为不同的程度。
[0091]
多芯光放大光纤6能利用公知的多芯光纤的制造方法来制造。例如，在穿孔法的情况下，在母材棒形成七个与轴向平行地延伸的孔，将包括成为芯部1a的部分和成为内侧包层部1b的一部分的部分的玻璃棒即芯棒插入各孔，来形成母材。接着，对该母材进行拉丝，以形成外侧包层部1c。
[0092]
在上述方法中，若使芯棒的外周面或者玻璃棒的孔的内表面比较粗糙，则在之后的热处理中，在芯棒的外周面与玻璃棒的孔的内表面的界面产生气泡。产生气泡的热处理例如是母材的脱水工序、母材棒与芯棒的一体化工序、拉丝工序。由此，形成作为区域r4的存在气泡的气泡区域。作为使芯棒的外周面或者玻璃棒的孔的内表面比较粗糙的方法，例如有以下的方法。例如，通过氢氟酸等的化学处理对该表面进行表面粗糙处理。在该情况下，也可以在表面形成开设了多个孔的特氟龙(注册商标)等的掩模层，从掩模层上进行化学处理。或者，也可以在该表面沿着长边方向形成多个直线状的槽、一个或者多个螺旋状的槽而使其粗糙。
[0093]
另外，在形成母材时，若将多个玻璃管插入玻璃棒的孔与芯棒之间的间隙，直到进行拉丝为止，通过热处理不会将玻璃管的孔闭塞，则形成在长边方向上连续的气泡。
[0094]
(实施方式7)
[0095]
图8是实施方式7所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。该多芯光放大光纤7具有在图1所示的实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1中将内侧包层部1b置换成内侧包层部1e的结构。
[0096]
内侧包层部1e具备：剖面呈圆形的内侧包层部1ea；包围内侧包层部1ea的圆环状且层状的气泡区域1eb；包围气泡区域1eb的圆环状且层状的内侧包层部1ec；包围内侧包层部1ec的圆环状且层状的气泡区域1ed；以及包围气泡区域1ed的圆环状且层状的内侧包层部1ee。内侧包层部1ea、1ec、1ee和气泡区域1eb、1ed均能由与内侧包层部1同样的玻璃材料构成。气泡区域1eb、1ed是玻璃材料包括多个气泡1d的区域。内侧包层部1ea、1ec、1ee在本实施方式中不包括气泡，但也可以以比气泡区域1eb、1ed低的存在密度包括气泡。
[0097]
若将内侧包层部1ec、1ee设为气泡的存在密度稀疏的层，将气泡区域1eb、1ed设为气泡的存在密度致密的层，则在内侧包层部1e中存在在径向上气泡的存在密度稀疏或者致密的层为2层以上的4层。
[0098]
在如上那样构成的多芯光放大光纤7中，与多芯光放大光纤3～6同样地，激发效率得以改善。此外，通过在径向上调整气泡的存在密度稀疏或者致密的层的数量或厚度、气泡的存在密度，从而能调整气泡的效果。例如，可适当设计成：气泡的存在密度稀疏或者致密的层分别为1层以上、合计2层以上。
[0099]
多芯光放大光纤7能利用公知的多芯光纤的制造方法来制造。例如，在穿孔法的情况下，在母材棒形成七个与轴向平行地延伸的孔，将包括成为芯部1a的部分和成为内侧包层部1ea的一部分的部分的玻璃棒即芯棒插入各孔，来形成母材。接着，对该母材进行拉丝，以形成外侧包层部1c。
[0100]
在上述方法中使用的母材棒例如能使用vad(vapor-phase axial deposition)法、ovd(outside vapor deposition)法、mcvd(modified chemical vapor deposition)法或者等离子体cvd法来制作。此时，作为由玻璃微粒构成的烟灰层，堆积成为内侧包层部1ea的烟灰层、成为内侧包层部1ec的烟灰层、成为内侧包层部1ee的烟灰层，并通过热处理进行脱水、玻璃化来形成母材棒。此时，作为邻接的烟灰层，若堆积由组成相互不同的材料即不同成分材料构成的烟灰层，则在之后的热处理中，在烟灰层的界面会产生气泡，形成作为气泡区域1eb、1ed的部分。不同成分材料例如是添加了氟(f)、锗(g)、磷(p)、钠(na)、钾(k)等的碱金属、氯(cl)等的掺杂剂的石英玻璃。上述掺杂剂是使石英玻璃的粘性变化的掺杂剂的一例。认为通过添加上述掺杂剂，在热处理中会对不同成分材料的界面施加应力，由此产生气泡。另外，上述掺杂剂也是使石英玻璃的折射率变化的掺杂剂。优选通过添加从上述掺杂剂选择的一种或者多种掺杂剂、或者不添加掺杂剂，从而使烟灰层彼此的折射率相等。
[0101]
上述方法中使用的母材棒也能利用护套法来制作。在该情况下，将成为内侧包层部1ea的玻璃棒插入成为内侧包层部1ec的套管，并将其进一步插入成为内侧包层部1ee的套管中，通过热处理进行一体化来形成。在护套法的情况下，既可以使用由不同成分材料构成的玻璃棒和套管，也可以使芯棒的外周面或者套管的内外表面比较粗糙。
[0102]
(实施方式8)
[0103]
图9是实施方式8所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。该多芯光放大光纤8具有在图1所示的实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1中将内侧包层部1b置换成内侧包层部1f的结构。内侧包层部1f具有在内侧包层部1b设置了多个剖面为圆环状的气泡区域1fa的结构。在本实施方式中，气泡区域1fa的数量为6，但其数量未被限定。气泡区域1fa是气泡的存在区域的一例。
[0104]
气泡区域1fa位于芯部1a所形成的正六边形的外周侧。此外，气泡区域1fa处于以
多芯光放大光纤8的中心为轴的旋转对称的位置，在本实施方式中处于六次旋转对称的位置。此外，在多芯光放大光纤8的与轴向正交的剖面中规定了六角密排晶格的情况下，各气泡区域1fa处于其晶格点的位置。
[0105]
在如上那样构成的多芯光放大光纤8中，与多芯光放大光纤3～7同样地，激发效率得以改善。另外，通过气泡区域1fa的位置、旋转对称性的调整，能调整气泡的效果。例如，旋转对称也可以是两次旋转对称或三次旋转对称。
[0106]
另外，气泡区域1fa也可以位于芯部1a所形成的正六边形的内周侧或者相同周上。
[0107]
多芯光放大光纤8能利用公知的多芯光纤的制造方法来制造。例如，参照图10来说明穿孔法的情况。
[0108]
即，如图10所示那样，在成为内侧包层部1f的一部分的母材棒81，形成七个与轴向平行地延伸的孔81a及六个孔81b。而且，将芯棒82插入孔81a，将玻璃棒83插入孔81b，来形成母材。另外，芯棒82具备成为芯部1a的芯部82a和包围芯部82a并成为内侧包层部1f的一部分的包层部82b。接着，对该母材进行拉丝，来形成外侧包层部1c。
[0109]
母材棒81与玻璃棒83相互由不同成分材料构成。由此，在之后的热处理中，在母材棒81与玻璃棒83的界面产生气泡，形成成为气泡区域1fa的部分。另外，也可以取代将母材棒81与玻璃棒83设为由不同成分材料构成的方法，或者与该方法一起使玻璃棒83的外周面或者孔81b的内表面比较粗糙。进而，也可以与这些方法分开、或者与这些方法组合来执行以下方法：在孔81b与玻璃棒83之间的间隙插入多个玻璃管，进行到拉丝为止，以使得通过热处理，玻璃管的孔也不会闭塞，从而形成在长边方向上连续的气泡。
[0110]
(实施方式9)
[0111]
图11是实施方式9所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。该多芯光放大光纤9具有在图1所示的实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1中将内侧包层部1b置换成内侧包层部1g的结构。内侧包层部1g具有在内侧包层部1b设置了多个剖面呈圆形状的气泡区域1ga的结构。在本实施方式中，气泡区域1ga的数量为12，其数量未被限定。气泡区域1ga是气泡的存在区域的一例。
[0112]
气泡区域1ga位于芯部1a所形成的正六边形的外周侧。此外，气泡区域1ga处于以多芯光放大光纤9的中心为轴的旋转对称的位置，在本实施方式中处于六次旋转对称的位置。此外，在多芯光放大光纤9的与轴向正交的剖面中规定了六角密排晶格的情况下，各气泡区域1ga处于其晶格点的位置。进而，在本实施方式中，各芯部1a及各气泡区域1ga处于相同的六角密排晶格的晶格点的位置。
[0113]
在如上那样构成的多芯光放大光纤9中，与多芯光放大光纤3～8同样地，激发效率得以改善。另外，通过气泡区域1ga的位置、数量或旋转对称性的调整，能调整气泡的效果。
[0114]
另外，气泡区域1ga也可以位于芯部1a所形成的正六边形的内周侧或者相同周上。此外，气泡区域1ga的数量也可以从12适当增减。
[0115]
多芯光放大光纤9能利用公知的多芯光纤的制造方法来制造。例如，参照图12来说明堆叠法的情况。
[0116]
即，如图12所示那样，将七根芯棒82堆叠于成为内侧包层部1g的一部分的玻璃管91之中。与此同时，在芯棒82与玻璃管91之间的间隙93堆叠拉丝后在内部、外周面中容易引起气泡的产生的十二根玻璃棒92，来形成母材。在此，通过使芯棒82与玻璃棒92的直径相
等，从而能采用各芯部1a及各气泡区域1ga处于相同的六角密排晶格的晶格点的位置的构造。此外，在间隙93的剩余部分也堆叠拉丝后在内部、外周面中容易引起气泡的产生的玻璃棒。接着，对该母材进行拉丝，来形成外侧包层部1c。在该情况下，在各气泡区域1ga中，气泡以六角密排晶格的某晶格点为中心，以晶格点间距离的1/2以下的半径的圆环状存在。晶格点间距离例如是芯棒82的中心和与其邻接的玻璃棒92的中心的距离。另外，为了使气泡区域1ga的数量从12起减少，只要将十二根玻璃棒92之中的一根以上置换为拉丝后在内部、外周面中没有气泡产生的玻璃棒即可。
[0117]
此外，也可以采取以下方法：取代玻璃棒92，将多个玻璃管堆叠，进行到拉丝为止，以使得通过热处理不会将玻璃管的孔闭塞，形成在长边方向连续的气泡。
[0118]
(实施方式10)
[0119]
图13是实施方式10所涉及的多芯光放大光纤的示意性的剖视图。该多芯光放大光纤10具有在图1所示的实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1中将内侧包层部1b置换成内侧包层部1h的结构。内侧包层部1h具有在内侧包层部1b设置了多个剖面呈圆环状的气泡区域1ha的结构。在本实施方式中，气泡区域1ha的数量为12，但其数量未被限定。气泡区域1ha是气泡的存在区域的一例。此外，内侧包层部1h中的气泡区域1ha的内侧的区域和气泡区域1ha的外侧的区域相互由不同成分材料构成，折射率可以相同，也可以不同。
[0120]
气泡区域1ha位于芯部1a所形成的正六边形的外周侧。此外，气泡区域1ha处于以多芯光放大光纤10的中心为轴的旋转对称的位置，在本实施方式中处于六次旋转对称的位置。此外，在多芯光放大光纤10的与轴向正交的剖面中规定了六角密排晶格的情况下，各气泡区域1ha处于其晶格点的位置。进而，在本实施方式中，各芯部1a及各气泡区域1ha处于相同的六角密排晶格的晶格点的位置。
[0121]
在如上那样构成的多芯光放大光纤10中，与多芯光放大光纤3～9同样地，激发效率得以改善。另外，通过气泡区域1ha的位置、数量或旋转对称性的调整，能调整气泡的效果。
[0122]
另外，气泡区域1ga也可以位于芯部1a所形成的正六边形的内周侧或者相同周上。此外，气泡区域1ga的数量也可以自12起适当增减。
[0123]
多芯光放大光纤10能利用公知的多芯光纤的制造方法来制造。例如，参照图14来说明堆叠法的情况。
[0124]
即，如图14所示那样，将七根芯棒82堆叠于成为内侧包层部1h的一部分的玻璃管91之中。与此同时，在芯棒82与玻璃管91之间的间隙93堆叠十二根玻璃棒94，来形成母材。玻璃棒94和玻璃管91及芯棒82的包层部82b相互由不同成分材料构成。在此，通过使芯棒82与玻璃棒94的直径相等，从而能采取各芯部1a及各气泡区域1ha处于相同的六角密排晶格的晶格点的位置的构造。此外，在间隙93的剩余部分也堆叠包括气泡或者不包括气泡的与玻璃管91相同组成的玻璃棒。由此，通过之后的任意热处理，在玻璃棒94与其周围的部分的界面，形成成为气泡区域1ha的部分。另外，为了使气泡区域1ha的数量从12起减少，只要将十二根玻璃棒94之中的一根以上置换为由与玻璃管91相同成分材料构成的玻璃棒即可。
[0125]
另外，也可以取代以不同成分材料来构成玻璃棒94与玻璃管91及芯棒82的包层部82b的方法，或者与该方法一起使玻璃棒94的外周面比较粗糙。或者，也可以执行以下方法：取代玻璃棒92，堆叠多个玻璃管，进行到拉丝为止，以使得热处理不会将玻璃管的孔闭塞，
形成在长边方向连续的气泡。
[0126]
(气泡的直径的控制方法)
[0127]
接着，详述控制气泡1d的直径的方法。堆积烟灰层通过热处理进行脱水、玻璃化来形成母材棒或玻璃棒等的玻璃构件，在该情况下，通常在烧结工序中一边通入惰性气体一边进行热处理。例如，在玻璃化中为了减少oh基而通入氦气(he)。该氦气进入玻璃微粒之间的间隙，但若烟灰层稠密化而进行玻璃化，则被封闭在玻璃的内部而成为气泡。在此，在通入氦气的情况下，易于形成较大的气泡。
[0128]
在本技术发明人们针对该现象努力进行研究时，了解到：由于he的原子量或者分子量小，所以即便烟灰稠密也会容易以某种程度在烟灰内部扩散，因此容易凝结而形成较大的气泡。因而，本技术发明人们想到了：通过对在玻璃化时通入的气体的原子量或者分子量进行变更，从而能控制气泡的直径。例如，作为惰性气体，若使作为惰性气体的氩(ar)气、氙(xe)气等的原子量或者分子量比he还大的大分子量气体流通，则扩散的容易度、凝结的程度会比he更低，因此能形成比较小的气泡。进而，也可以通入氦气与大分子量气体的混合气体。在该情况下，若提高混合气体中的大分子量气体的分压或者流量比，则能使气泡的直径比较小，通过分压、流量比的控制，能实现直径的控制。
[0129]
(实施方式11)
[0130]
图15是表示实施方式11所涉及的多芯光纤放大器的结构的示意图。以下，有时会将多芯光纤放大器简单记载为光放大器。光放大器100具备七个光隔离器110、光纤扇入(fan in)120、半导体激光器130、光耦合器140、实施方式1所涉及的多芯光放大光纤1、泵模射器150、光纤扇出(fan out)160及七个光隔离器170。另外，图中
“×”
的符号表示光纤的熔融连接点。
[0131]
光纤扇入120具备被捆绑起来的七根单模光纤和具有七个芯部的一根多芯光纤，被构成为在耦合部中七根单模光纤的各芯部与多芯光纤的各芯部进行光学耦合。另外，七根单模光纤，例如是由itu-tg.652定义的标准的单模光纤，分别设置有光隔离器110。光隔离器110、170在箭头所示的方向使光通过，遮挡光向相反方向的通过。光纤扇入120的多芯光纤连接于光耦合器140。另外，被捆绑起来的七根单模光纤及多芯光纤的进行光学耦合的端面，为了抑制反射而相对于光轴倾斜地被加工，但也可以相对于光轴垂直。另外，也可以取代七个光隔离器110、170使用，多根(在本实施方式中七根)单模光纤被集成的结构的光隔离器。
[0132]
光纤扇入120的多芯光纤和多芯光放大光纤1同样，具备：被配置成三角网格状的七个芯部；以及位于各芯部的外周，且折射率比各芯部的最大折射率还低的包层部。若向光纤扇入120的各单模光纤输入信号光，则各光隔离器110使各信号光通过，多芯光纤的各芯部传播各信号光。
[0133]
作为激发光源的半导体激光器130是横向多模半导体激光器，输出激发光。激发光的波长是和er的900nm波段中的吸收峰值的波长大体相同的976nm。由此，激发光能对铒离子进行光激发。半导体激光器130从多模光纤输出激发光。该多模光纤是芯径/包层径例如为105μm/125μm的步进索引型，na例如为0.16、0.22。
[0134]
光耦合器140具备主光纤和激发光供给用光纤。主光纤是双包层型的光纤，具备：与光纤扇入120的多芯光纤的芯部同样地被配置成三角网格状的七个芯部；位于各芯部的
外周且折射率比各芯部的最大折射率还低的内侧包层部；以及位于内侧包层部的外周，折射率比内侧包层部还低的外侧包层部。芯部与内侧包层部由石英系玻璃构成，外侧包层部由树脂构成。
[0135]
激发光供给用光纤是另一端与半导体激光器130的多模光纤连接的同种的多模光纤，是芯径/包层径例如为105μm/125μm的步进索引型，na例如为0.16、0.22。激发光供给用光纤被从半导体激光器130输入激发光，并将该激发光向主光纤供给。内侧包层部传播激发光。
[0136]
光耦合器140的主光纤的一端连接于光纤扇入120的多芯光纤。多芯光纤的各芯部连接于主光纤的各芯部。因此，在多芯光纤的各芯部传播的各信号光若向主光纤输入，则与各芯部进行光学耦合。各芯部传播各信号光。激发光与信号光从主光纤被向多芯光放大光纤1输出。
[0137]
多芯光放大光纤1的一端连接于光耦合器140的主光纤。多芯光放大光纤1的各芯部1a连接于主光纤的各芯部。此外，多芯光放大光纤1的内侧包层部1b连接于主光纤的内侧包层部。因此，在主光纤传播的各信号光及激发光，若向多芯光放大光纤1输入，则分别沿相同方向在各芯部1a与内侧包层部1b传播。激发光一边在内侧包层部1b传播、一边对各芯部1a内的er进行光激发。在各芯部1a传播的各信号光借助er的受激发射的作用而被光放大。多芯光放大光纤1输出已被光放大的各信号光和对光放大无助的激发光。
[0138]
泵模射器150是将对光放大无助的激发光排除的公知的器件。泵模射器150，例如具有以下结构：将具有七个芯的双包层型多芯光纤的外侧包层的一部分除去，从所除去的部分的内侧包层部的表面取出激发光并向散热板等照射，使之吸收并将激发光的能量变换为热能后进行散热。泵模射器150通过多芯光纤来传播各信号光，并且使激发光减少到即便从光放大器100输出也没有问题的程度的功率。
[0139]
光纤扇出160与光纤扇入120同样地，具备被捆绑起来的七根单模光纤与具有七个芯部的一根多芯光纤，被构成为在耦合部中七根单模光纤的各芯部与多芯光纤的各芯部进行光学耦合。在各单模光纤分别设置有光隔离器170。多芯光纤连接于泵模射器150。另外，被捆绑起来的七根单模光纤及多芯光纤的进行光学耦合的端面，为了抑制反射而相对于光轴倾斜地被加工，但也可以相对于光轴垂直。
[0140]
若从泵模射器150的多芯光纤的各芯部向光纤扇出160的各芯部输入信号光，则各信号光在各单模光纤的各芯部传播，并通过光隔离器170后输出。
[0141]
该光放大器100使用激发效率已被改善的多芯光放大光纤1来进行光放大，因此能削减用于获得相同放大特性的半导体激光器130的耗电。
[0142]
另外，在光放大器100中，也可以取代多芯光放大光纤1而使用多芯光放大光纤2～10中的任一者。
[0143]
(实施例)
[0144]
作为实施例，制作了图15所示的结构的光放大器。另外，作为多芯光放大光纤，使用的是图7所示的结构的光纤。另外，关于该多芯光放大光纤，气泡的剖面的平均为内侧包层径的直径的0.022倍左右，剖面积比为4.8％。此外，在测定多芯光放大光纤的一个芯部的吸收光谱时，如图16所示那样，吸收峰值为约3.1db/m。在对其他芯部也进行了测定时，得到同样的吸收光谱。
[0145]
将多芯光放大光纤的长度设为35m，从半导体激光器供给了16w功率的激发光。而且，使到1530nm～1565nm为止以等波长间隔排列的8信道的wdm信号光调整为总功率变成-5dbm并从光纤扇入的各单模光纤输入。如此，从光纤扇出的各单模光纤得到每个芯部的总功率为19.0dbm那样接近于20dbm的比较高的功率的已被放大的wdm信号光。另外，已被放大的wdm信号光的信道间的功率偏差为4db以下。另外，多芯光放大光纤的芯部之间的增益差在各信道中为3db以下。
[0146]
另外，作为比较例，制作使用了没有气泡的各种各样的多芯光放大光纤的光放大器，在以与上述同样的激发光的条件及wdm信号光的条件进行了实验时，每个芯部的总功率均为15dbm左右。
[0147]
(实施方式12)
[0148]
图17是表示实施方式12所涉及的光通信系统的结构的示意图。光通信系统1000具备光发送装置1010、光接收装置1020、实施方式11所涉及的光放大器100、以及十四根单芯光纤即光传输光纤1031～1037、1041～1047。
[0149]
光发送装置1010具备七个发送器1011～1017。发送器1011～1017分别发送信号光。七根光传输光纤1031～1037传输从发送器1011～1017的各个被输出的信号光，并输入光放大器100。光放大器100将从光传输光纤1031～1037被输入的七个信号光一并进行光放大，并向七根光传输光纤1041～1047的各个输出。光传输光纤1041～1047传输已被放大的信号光，并输入光接收装置1020。光接收装置1020具备七个接收器1021～1027。接收器1021～1027接收光传输光纤1041～1047所传输的已被放大的信号光，并变换为电信号。
[0150]
光通信系统1000使用削减了用于获得相同的放大特性的耗电的光放大器100，因此能实现削减了耗电的光通信。另外，在本实施方式中，光传输光纤为七根单芯光纤，但也可以使用一根7芯型多芯光纤所构成的光传输光纤。
[0151]
若光通信系统1000为长途通信系统等，则可以将光放大器100利用为中继放大器、前置放大器或者升压放大器。若光通信系统1000是使用了roadm(reconfigurableopticaladd/dropmultiplexer)的网络系统等，则可以将光放大器100利用于损耗补偿。
[0152]
另外，在上述实施方式中，作为稀土类元素，多芯光放大光纤的芯部仅包括er，但既可以仅包括er以外的稀土类元素、例如镱(yb)，也可以包括er、yb双方。
[0153]
另外，在上述实施方式中，多芯光放大光纤中的芯部被配置为三角网格状，也可以被配置为正方网格状。多芯光放大光纤中的芯部的数量也只要是多个，则未被特别地进行限定。此外，在上述实施方式中，光放大光纤为多芯光放大光纤，但作为实施方式，也可以是仅具有一个由内侧包层部围起的芯部的单芯型光放大光纤。
[0154]
此外，本发明未被上述实施方式限定。将上述的各结构要素适当组合而构成的方式也包括在本发明中。此外，本领域技术人员容易地导出更进一步的效果或变形例能。由此，本发明的更广泛的方式未被限定于上述的实施方式，能实施各种各样的变更。
[0155]-产业上的可利用性-[0156]
本发明能利用于光放大光纤、光纤放大器及光通信系统。
[0157]-符号说明-[0158]
1、2、3、4、5、6、7、8、9、10多芯光放大光纤
[0159]
1a芯部
[0160]
1b、1e、1ea、1ec、1ee、1f、1g、1h内侧包层部
[0161]
1c外侧包层部
[0162]
1d气泡
[0163]
1eb、1ed、1fa、1ga、1ha气泡区域
[0164]
81母材棒
[0165]
81a、81b孔
[0166]
82芯棒
[0167]
82a芯部
[0168]
82b包层部
[0169]
83、92、94玻璃棒
[0170]
91玻璃管
[0171]
93间隙
[0172]
110、170光隔离器
[0173]
120光纤扇入
[0174]
130半导体激光器
[0175]
140光耦合器
[0176]
150泵模射器
[0177]
160光纤扇出
[0178]
100光放大器
[0179]
1000光通信系统
[0180]
1010光发送装置
[0181]
1020光接收装置
[0182]
1011～1017发送器
[0183]
1021～1027接收器
[0184]
1031～1037、1041～1047光传输光纤
[0185]
dr径向
[0186]
dt旋转方向
[0187]
dz轴向
[0188]
r1、r2、r3、r4区域
[0189]
s偏斜分量。