JP3609924B2

JP3609924B2 - Rare earth element doped optical fiber and broadband optical fiber amplifier using the same

Info

Publication number: JP3609924B2
Application number: JP27449697A
Authority: JP
Inventors: 克之井本; 善廣成田; 正毅江島; 淳阿部
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH11109143A

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ｎ_ｃ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ｎ_０１（ｎ_０１＞ｎ_ｃ）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（ＳｉＯ_２）で成る第１のコアを有し、前記第１のコアの外周に、厚さＳ_１の低屈折率ｎ_ｍ１（ｎ_ｍ１＜ｎ_０１）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ｎ_０２（ｎ_０２≧ｎ_０１）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（ＳｉＯ_２）で成る第２のコアを有し、前記第２のコアの外周に、厚さＳ_２の低屈折率ｎ_ｍ２（ｎ_ｍ２＜ｎ_０２）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ｎ_ｃのフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ_２）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ｎ_０１（ｎ_０１＞ｎ_ｃ）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（ＳｉＯ_２）で成る第１のコアを有し、前記第１のコアの外周に、厚さＳ_１の低屈折率ｎ_ｍ１（ｎ_ｍ１＜ｎ_０１）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ_２）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ｎ_０２（ｎ_０２≧ｎ_０１）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（ＳｉＯ_２）で成る第２のコアを有し、前記第２のコアの外周に、厚さＳ_２の低屈折率ｎ_ｍ２（ｎ_ｍ２＜ｎ_０２）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ_２）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Ｓ_１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Ｓ_２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ｎ_ｃの石英ガラス（ＳｉＯ_２）で成る。第１のコア１１は、高屈折率ｎ_０１（ｎ_０１＞ｎ_ｃ）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（ＳｉＯ_２）で成る。第１の中間層１２は、低屈折率ｎ_ｍ１（ｎ_ｍ１＜ｎ_０１）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ_２）で成る。第２のコア１３は、高屈折率ｎ_０２（ｎ_０２≧ｎ_０１）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（ＳｉＯ_２）で成る。第２の中間層１４は、低屈折率ｎ_ｍ２（ｎ_ｍ２＜ｎ_０２）のリン（Ｐ）とフッ素（Ｆ）を添加した石英ガラス（ＳｉＯ_２）で成る。
【００１５】
第１のコア１１とクラッド１５との比屈折率差Δｎ_１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Δｎ_１’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Δｎ_２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、Ｓ_１、Ｓ_２は、次のような値が好ましい。即ち、Ｄは１μｍ〜２μｍ、Ｗは１μｍ〜２μｍ、Ｓ_１およびＳ_２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１００μｍ^２〜１４０μｍ^２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（ＳｉＯ_２）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（ＳｉＯ_２）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（ＶａｐｏｒｐｈａｓｅＡｘｉａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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ｎ_０１と第２のコア３３の屈折率ｎ_０２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ｎ_０１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（ＳｉＯ_２）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（ＳｉＯ_２）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１００μｍ^２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１００μｍ^２〜１４０μｍ^２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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber doped with a rare earth element suitable for wavelength division multiplexing transmission and a broadband optical fiber amplifier using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the active research and development of wavelength division multiplexing (WDM) technology, it has become an important issue to increase the bandwidth of optical fiber amplifiers. As a broadband optical fiber amplifier, for example, a silica-based fiber having a core in which erbium (Er) is added and aluminum (Al) is co-doped at a high concentration is used and pumped with pumping light having a wavelength of 0.98 μm. There is an Er-Al co-doped fiber amplifier. Further, a silica-based fiber having a core co-doped with erbium (Er) and aluminum (Al) and a silica-based fiber having a core co-doped with erbium (Er), aluminum (Al), and phosphorus (P) are cascaded. There is a hybrid optical fiber amplifier configured to propagate pumping light and signal light using a quartz-connected fiber.
[0003]
FIGS. 9A to 9C are diagrams illustrating a configuration example of a hybrid optical fiber amplifier. As shown in (a), the gain of the silica-based fiber 2 having the core 1 co-doped with erbium (Er) and aluminum (Al) has the tendency illustrated in the band where the wavelength is 1.53 μm to 1.55 μm. As shown in (b), the gain of the silica-based fiber 4 having the core 3 co-doped with erbium (Er), aluminum (Al) and phosphorus (P) has a wavelength of 1.55 μm to 1.57 μm. It has the tendency illustrated in the band. However, as shown in (c), the gain of the silica-based fiber 5 in which these silica-based fibers 2 and 4 are cascade-connected has a high value over a wavelength of 1.53 μm to 1.57 μm. It is possible to increase the bandwidth of the hybrid optical fiber amplifier using this.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional broadband optical fiber amplifier has the following problems. In the former Er-Al co-doped optical fiber amplifier described above, the 1 dB bandwidth at the time of a minute input signal is about 15 nm, and it is extremely difficult to realize a 1 dB bandwidth of about 30 nm. In the latter hybrid optical fiber amplifier described above, the 1 dB bandwidth can be made wider than that of the Er-Al co-doped optical fiber amplifier. However, since two types of silica-based fibers must be cascade-connected, The configuration is complicated, and the cost increases due to the increase in the number of parts and man-hours. Furthermore, the noise figure is deteriorated due to the connection loss at the cascade connection.
[0005]
Further, in order to realize high gain and broadband characteristics, the length of the two types of silica-based fibers needs to be at least 15 m. However, when these are cascade-connected, the length is at least 30 m. Must be increased. For this purpose, a high-power pumping semiconductor laser is required, but the price increases and the power consumption increases. Accordingly, an object of the present invention is to provide a rare earth element-doped optical fiber having high gain, broadband, low noise figure characteristics, low power consumption and low cost, and a broadband optical fiber amplifier using the same. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above Symbol object, the invention according to claim 1, substantially at the center of the cladding of the circular cross-sectional shape of the refractive index _{n c,} the high refractive index _n 01 of diameter D _{_(n} 01> n _c) of erbium (Er ), Phosphorus (P), and aluminum (Al) co-doped with a first core made of quartz glass (SiO ₂ ), and a low refractive index n _m1 having a thickness S ₁ on the outer periphery of the first core. A first intermediate layer (n _m1 <n ₀₁ ), and erbium (Er) and aluminum having a high refractive index n ₀₂ (n ₀₂ ≧ n ₀₁ ) having a thickness W on the outer periphery of the first intermediate layer A second core made of quartz glass (SiO ₂ ) co-doped with (Al) and germanium (Ge), and a low refractive index n _m2 (n _m2 ) having a thickness S ₂ on the outer periphery of the second core; <a n ₀₂₎ a second intermediate layer rare earth-doped optical fiber that having a the first The thermal expansion coefficient of the core is larger than the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer, the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer is larger than the thermal expansion coefficient of the second core, and the thermal expansion coefficient of the second core is the second thermal expansion coefficient. It is a rare earth element-doped optical fiber having a thermal expansion coefficient larger than that of the intermediate layer .
[0007]
According to the above configuration, since there are two core regions in which the signal light and the pumping light propagate in one optical fiber cross section, the signal light and the pumping light are distributed substantially evenly in each core region and propagated. Even if the number of wavelength multiplexing increases to 8, 16, 32, or 64 waves, there is no risk of inducing a nonlinear effect. That is, since the structure has two core regions that can take a large effective core area of the optical fiber, there is no possibility of inducing a nonlinear effect.
[0008]
The invention according to claim 2, rare-earth of the invention according to claim 1 wherein the first and second intermediate layer is made of phosphorus (P) and fluorine (F) quartz glass doped with (SiO ₂₎ This is an element-doped optical fiber.
[0009]
The invention according to claim 3 is the rare earth element-doped optical fiber according to claim ₂ , wherein the clad is made of quartz glass (SiO ₂ ) doped with fluorine (F) .
[0010]
The invention according to claim 4 is the rare earth element-doped optical fiber according to claim 1, wherein the first core is co-doped with titanium (Ti).
[0011]
To achieve the above Symbol object, the invention according to claim 5, substantially at the center of the cladding of a circular cross-sectional shape consisting of a refractive index n _c of fluorine (F) quartz glass doped with (SiO _2), the diameter D High A first core made of quartz glass (SiO ₂ ) having a refractive index n ₀₁ (n ₀₁ > n _c ) and erbium (Er), aluminum (Al), and germanium (Ge) added thereto; A first intermediate layer made of quartz glass (SiO ₂ ) added with phosphorus (P) and fluorine (F) having a low refractive index n _m1 (n _m1 <n ₀₁ ) having a thickness S ₁ is provided on the outer periphery of the core. In addition, quartz glass in which erbium (Er), phosphorus (P), and aluminum (Al) having a high refractive index n ₀₂ (n ₀₂ ≧ n ₀₁ ) having a thickness W are co-added to the outer periphery of the first intermediate layer ( Having a second core made of SiO ₂ ) and outside the second core Circumferentially, that having a second intermediate layer made of phosphorus (P) and fluorine (F) added quartz glass of low refractive index in the thickness _{_{_{_{S 2 n m2 (n m2 <}}}} n 02) (SiO 2) a rare earth doped optical fiber, the thermal expansion coefficient of the first core is greater than the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer, the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer is a thermal expansion coefficient of the second core The rare earth element-doped optical fiber is larger and has a thermal expansion coefficient of the second core larger than that of the second intermediate layer .
[0012]
Furthermore, in order to achieve the above object, the present invention provides an excitation light source that emits excitation light in the 0.98 μm band or 1.48 μm band, and the rare earth according to any of the inventions according to claims 1 to 5. Element-doped optical fiber, and the rare-earth-element-doped optical fiber propagates the multiplexed light from the multiplexer, and the amplified signal light is extracted from the output end side of the rare-earth-element-doped optical fiber. A broadband optical fiber amplifier is provided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a first embodiment of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and FIG. 1B is a view showing a refractive intensity distribution in the radial direction in the cross-section. . In the rare earth element-doped optical fiber 10, an annular first intermediate layer 12 having a thickness S ₁ is formed on the outer periphery of a circular first core 11 having a diameter D, and the outer periphery of the first intermediate layer 12 is formed. In addition, an annular second core 13 having a thickness W is formed, and an annular second intermediate layer 14 having a thickness S ₂ is formed on the outer periphery of the second core 13. 14 is a rare earth element-added multi-ring type silica-based fiber having an annular clad 15 formed on the outer periphery of 14.
[0014]
Cladding 15 is made of quartz glass having a refractive index _{n c} (SiO _2). The first core 11 is made of quartz glass (SiO ₂ ) in which erbium (Er), phosphorus (P), and aluminum (Al) having a high refractive index n ₀₁ (n ₀₁ > n _c ) are added. The first intermediate layer 12 is made of quartz glass (SiO ₂ ) added with phosphorus (P) and fluorine (F) having a low refractive index n _m1 (n _m1 <n ₀₁ ). The second core 13 is made of quartz glass (SiO ₂ ) in which erbium (Er), aluminum (Al), and germanium (Ge) having a high refractive index n ₀₂ (n ₀₂ ≧ n ₀₁ ) are co-added. The second intermediate layer 14 is made of quartz glass (SiO ₂ ) added with phosphorus (P) and fluorine (F) having a low refractive index n _m2 (n _m2 <n ₀₂ ).
[0015]
The relative refractive index difference Δn ₁ between the first core 11 and the clad 15 is selected from the range of 0.5% to 1.5%. The relative refractive index difference Δn ₁ ′ between the second core 13 and the clad 15 is selected from the range of 0.5% to 1.7%. The relative refractive index difference Δn ₂ between the clad 15 and each of the intermediate layers 12 and 14 is selected from the range of −0.1% to −0.3%.
[0016]
In order to obtain the refractive index and the relative refractive index difference as described above, the following values are selected as the addition amount of each additive. The amount of erbium (Er) added to each of the cores 11 and 13 is selected from the range of 200 ppm to 1000 ppm. The larger the added amount, the more advantageous is that a high gain and low noise figure can be obtained with a short optical fiber. It is. The amount of aluminum (Al) added to each of the cores 11 and 13 is selected from the range of 0.5% to 4.0%. The larger the amount added, the more flattening of the wavelength characteristics of the gain is achieved. Is advantageous.
[0017]
The amount of phosphorus (P) added to the first core 11 is selected from the range of 10 mol% to 25 mol%. The thermal expansion coefficient of the first core 11 located in the center is determined by the intermediate layers 12, 14 and the first core 11. It is advantageous in that it is easier to manufacture when the coefficient of thermal expansion is slightly larger than the thermal expansion coefficient of the second core 13. The amount of germanium (Ge) added to the second core 13 is selected from the range of 6 mol% to 15 mol%, but the thermal expansion coefficient of the second core 13 is smaller than the thermal expansion coefficient of the first core 11. And it is preferable that it is smaller than the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 12. The amount of phosphorus (P) added to each of the intermediate layers 12 and 14 is selected to be 8 mol%. The amount of fluorine (F) added to each of the intermediate layers 12 and 14 is selected from 2 mol% to 3 mol%.
[0018]
In order to increase the effective core area of the rare earth element-doped optical fiber 10 and distribute the signal light and the excitation light into the cores 11 and 13 substantially evenly, when the diameter of the cladding 15 is 125 μm, The following values are preferable for the diameters and thicknesses D, W, S ₁ , and S ₂ of the cores 11 and 13 and the intermediate layers 12 and 14. That is, D is selected from the range of ₁ μm to ₂ μm, W is selected from the range of ₁ μm to ₂ μm, and S ₁ and S ₂ are selected from the range of 0.5 μm to 3 μm. With such a structure parameter, the effective core area may be a 100μm ^² ~140μm ^2. As a result, the influence of the nonlinear effect can be suppressed to a small extent until the wavelength multiplexing number is about 8, 16, 32, or 64 waves. Further, when an optical amplifier is configured using this element-doped optical fiber 10, the signal light and the pumping light are distributed substantially evenly in the respective cores 11 and 13 and propagated, thereby realizing a high-efficiency and high-gain optical amplifier. be able to.
[0019]
Furthermore, an optical amplifier having a flat gain wavelength characteristic can be obtained for the following reason. That is, the signal light and the excitation light propagated in the first core 11 provide high gain characteristics on the short wavelength side (near 1.53 μm) of the 1.55 μm band, and the signal light propagated in the second core 13. And the excitation light brings high gain characteristics on the long wavelength side (around 1.56 μm) of the 1.55 μm band. Then, on the output side of the optical fiber, the above two gain characteristics are superimposed, and a flat characteristic of the gain is obtained over a wavelength range of 1.53 μm to 1.56 μm. In addition, it is possible to suppress cracks in the optical fiber preform and optical fiber manufacturing process due to mismatching of thermal expansion coefficients, or generation of cracks.
[0020]
As described above, in the first embodiment of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, quartz glass is used as a base material, and various additives are added thereto to obtain predetermined characteristics. It is. Here, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the refractive index and the additive concentration (mol%) when various additives are added to quartz glass. Moreover, FIG. 3 is a figure which shows the relationship between a thermal expansion coefficient and additive concentration (mol%) when various additives are added to quartz glass. As is clear from each figure, the refractive index and the thermal expansion coefficient can be changed by adding a predetermined additive to quartz glass.
[0021]
FIG. 4A is a cross-sectional view showing a second embodiment of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and FIG. 4B is a view showing a refractive intensity distribution in the radial direction in the cross-section. . The rare earth element-doped optical fiber 20 is different from the rare earth element doped optical fiber 10 of the first embodiment in that quartz glass (SiO ₂ ) in which fluorine (F) is added to the clad 25 is used. The amount of fluorine (F) added to the clad 25 is selected to be 1 mol%.
[0022]
When fluorine (F) is added to quartz glass (SiO ₂ ), the refractive index can be lowered, but the thermal expansion coefficient hardly changes. Accordingly, the thermal expansion coefficients of the cores 21 and 23 and the intermediate layers 22 and 24 can be configured to be approximately similar values. Thereby, the crack in the manufacturing process of an optical fiber preform and an optical fiber, or generation | occurrence | production of a crack can be prevented. In addition, the addition of fluorine (F) to each of the intermediate layers 22 and 24 and the clad 25 is performed by forming each layer by a VAD (Vapor Phase Axial Deposition) method, and sintering the layers when the layers are sintered. This can be realized by flowing a gas.
[0023]
FIG. 5 (a) is a cross-sectional view showing a third embodiment of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and FIG. 5 (b) is a view showing the radial refractive intensity distribution in the cross-section. . In this element-doped optical fiber 30, a small amount of titanium (Ti) is added to the first core 31 in order to make the refractive index n ₀₁ of the first core 31 and the refractive index n ₀₂ of the second core 33 substantially equal. Thus, the point of controlling the refractive index and the thermal expansion coefficient is different from the rare earth element-doped optical fiber 10 of the first embodiment. In order to increase the refractive index n ₀₁ of the first core 31 with only phosphorus (P), a large amount of phosphorus (P) must be added. However, if phosphorus (P) is added in a large amount, there is a problem in terms of hygroscopicity, and problems arise in terms of deOH grouping and reliability of the base material. Therefore, the refractive index is controlled by suppressing the addition amount of phosphorus (P) and adding a small amount of titanium (Ti) instead.
[0024]
FIG. 6A is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and FIG. 6B is a view showing a refractive intensity distribution in the radial direction in the cross-section. . The rare earth element-doped optical fiber 40 includes a first core 41 and a second core having a structure in which the material of the first core 31 and the material of the second core 33 of the rare earth element doped optical fiber 30 shown in FIG. The structure has a core 43. That is, the first core 41 is made of quartz glass (SiO ₂ ) in which erbium (Er), aluminum (Al), and germanium (Ge) are added together. The second core 43 is made of quartz glass (SiO ₂ ) in which erbium (Er), phosphorus (P), aluminum (Al), and titanium (Ti) are added together. The thermal expansion coefficients of the cores 11 and 13 and the intermediate layers 22 and 24 are substantially close to each other, or the thermal expansion coefficient of the first core 41 at the center is the largest. The thermal expansion coefficient is configured to be gradually reduced as it moves to the second core 43 and the second intermediate layer 44.
[0025]
In each of the embodiments described above, each of the intermediate layers 12, 14, 22, 24, 32, and 34 has a refractive index smaller than that of each of the cores 11, 13, 21, 23, 31, and 33. For example, boron (B) may be added instead of fluorine (F) and phosphorus (P), and boron (B) and phosphorus (P) may be added. May be.
[0026]
FIG. 7 is a block diagram showing a first embodiment of a broadband optical fiber amplifier using the rare earth element-doped optical fiber of the present invention. This broadband optical fiber amplifier 100 is a broadband optical fiber amplifier in the case of forward pumping, and the wavelength-multiplexed signal light and pumping light are added to the rare earth element-doped optical fibers 10, 20, 30, and 40 of the above-described embodiments. Is configured to propagate. The signal light SL propagates in an input-side optical fiber (single mode optical fiber, dispersion shifted optical fiber, or wavelength division multiplexing optical fiber) 101, and passes through an optical isolator 102 and a WDM coupler 103, and a rare earth element-doped optical fiber 104. Is input as shown by an arrow a in the figure.
[0027]
The pumping light WL from the pumping light source (wavelength 0.98 μm or 1.48 μm band) 106 is multiplexed by the WDM coupler 103 and input into the rare earth element-doped optical fiber 104 as shown by the arrow b in the figure. . Then, the signal light SL is amplified by the pumping light WL propagating through the rare earth element-doped optical fiber 104 and output as indicated by an arrow c in the figure, and propagates through the output side optical fiber 109 through the WDM coupler 107 and the optical isolator 108. And output as shown by the arrow d in the figure.
[0028]
FIG. 8 is a block diagram showing a second embodiment of the broadband optical fiber amplifier using the rare earth element-doped optical fiber of the present invention. The broadband optical fiber amplifier 200 is a broadband optical fiber amplifier in the case of forward pumping, and the wavelength-multiplexed signal light and pumping light are added to the rare earth element-doped optical fibers 10, 20, 30, and 40 of the above-described embodiments. Is configured to propagate. The signal light SL propagates in an input-side optical fiber (single mode optical fiber, dispersion shifted optical fiber, or wavelength division multiplexing optical fiber) 101, and passes through an optical isolator 102 and a WDM coupler 103, and a rare earth element-doped optical fiber 104. Is input as shown by an arrow a in the figure.
[0029]
The pumping light WL from the pumping light source (wavelength 0.98 μm or 1.48 μm band) 106 is merged by the WDM coupler 103 and input into the rare earth element-doped optical fiber 104 as shown by an arrow b in the figure. Further, the pumping light WL ′ from the pumping light source (wavelength 0.98 μm or 1.48 μm band) 201 is also merged by the WDM coupler 103 and inputted into the rare earth element-doped optical fiber 104 as shown by an arrow e in the figure. . The signal light SL is amplified by the pumping lights WL and WL ′ propagating through the rare earth element-doped optical fiber 104 and output as indicated by the arrow c in the figure, and the output side optical fiber 109 is passed through the WDM coupler 107 and the optical isolator 108. It propagates as shown by the arrow d in the figure and is output.
[0030]
By the operation as described above, the wavelength-multiplexed signal light SL having a wavelength of 1.53 μm to 1.56 μm can be amplified substantially uniformly with a gain of at least 30 dB. For example, the signal light SL having a wavelength of 1.53 μm to 1.56 μm and wavelength-division-multiplexed at least 32 channels at intervals of 0.8 nm can be amplified and output with a substantially uniform gain. In addition, since the rare earth element-doped optical fiber can increase the effective core area to 100 μm ² or more, there is no problem of waveform deterioration due to nonlinear effects even when the number of wavelength multiplexing increases.
[0031]
According to each embodiment mentioned above, the following effects can be acquired. Since two optical propagation portions are combined in one optical fiber cross section, the optical fiber can be reduced in loss compared with the conventional hybrid cascade connection type of two types of optical fibers. As a result, an optical amplifier having high gain, low noise figure, and low power consumption characteristics can be realized at low cost. A thermal expansion coefficient control dopant is added to each core and intermediate layer to balance the thermal expansion coefficient of each core and intermediate layer, thus forming a multi-ring structure. and cracking without, and since also serves as the control of the refractive index, the effective core area can be in the range of 100μm ^² ~140μm ^2. Since the optical amplifier can be configured with one type of optical fiber, the influence of the reflected light from the connecting portion between the optical fibers, which is a problem in the optical amplifier, can be ignored.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, high gain, wide band, low noise figure characteristics, low power consumption, and low cost can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and a diagram showing a radial refractive intensity distribution in the cross-section.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the refractive index and additive concentration (mol%) when various additives are added to quartz glass.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thermal expansion coefficient and additive concentration (mol%) when various additives are added to quartz glass.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and a diagram showing a refractive intensity distribution in the radial direction in the cross-section.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and a diagram showing a refractive intensity distribution in the radial direction in the cross section.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and a diagram showing a radial refractive intensity distribution in the cross-section.
FIG. 7 is a block configuration diagram showing a first embodiment of a broadband optical fiber amplifier using the rare earth element-doped optical fiber of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a second embodiment of a broadband optical fiber amplifier using the rare earth element-doped optical fiber of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a conventional rare earth element-doped optical fiber.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30, 40, 104, rare earth-doped optical fibers 11, 21, 31, 41, first cores 12, 22, 32, 42, first intermediate layers 13, 23, 33, 43, second Cores 14, 24, 34, 44, second intermediate layers 15, 25, 35, 45, cladding 100, 200, broadband optical fiber amplifier 101, input-side optical fiber 102, optical isolator 103, WDM coupler 106, excitation Light source 107, WDM coupler 108, optical isolator 109, output side optical fiber 201, excitation light source

Claims

Substantially at the center of the cladding of the circular cross-sectional shape of the refractive index _{n c,} the high refractive index _n 01 of diameter D _{_(n} 01> n _c) of erbium (Er) and phosphorus (P) and aluminum (Al) codoped quartz Having a first core made of glass (SiO ₂ );
A first intermediate layer having a low refractive index n _m1 (n _m1 <n ₀₁ ) having a thickness S ₁ on the outer periphery of the first core;
Quartz glass (SiO ₂ ) in which erbium (Er), aluminum (Al), and germanium (Ge) having a high refractive index n ₀₂ (n ₀₂ ≧ n ₀₁ ) having a thickness W are co-added to the outer periphery of the first intermediate layer. A second core consisting of
Wherein the outer periphery of the second core, a second that have a intermediate layer rare earth-doped optical fiber of the thickness _{S 2} of the low-refractive index _{_{_{n m2 (n m2 <n 02}}} ),
The thermal expansion coefficient of the first core is larger than the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer, the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer is larger than the thermal expansion coefficient of the second core, and the thermal expansion coefficient of the second core. Is a rare earth element-doped optical fiber that is larger than the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer.

The rare earth element-doped optical fiber according to claim 1, wherein the first and second intermediate layers are made of quartz glass (SiO ₂ ) doped with phosphorus (P) and fluorine (F).

The rare earth element-doped optical fiber according to claim 2, wherein the clad is made of quartz glass (SiO ₂ ) doped with fluorine (F).

The rare earth element-doped optical fiber according to claim 1, wherein the first core is co-doped with titanium (Ti).

Fluorine refractive index _{n c} (F) added quartz glass in the approximate center of the cladding of a circular cross-sectional shape formed of (SiO _2), a high refractive index _n 01 of diameter D _{_(n} 01> n _c) of erbium (Er) And a first core made of quartz glass (SiO ₂ ) co-doped with aluminum (Al) and germanium (Ge),
A first glass made of quartz glass (SiO ₂ ) having phosphorus (P) and fluorine (F) with a thickness of S _{1 and} a low refractive index n _m1 (n _m1 <n ₀₁ ) added to the outer periphery of the first core. Having an intermediate layer,
Quartz glass (SiO ₂ ) in which erbium (Er), phosphorus (P), and aluminum (Al) having a high refractive index n ₀₂ (n ₀₂ ≧ n ₀₁ ) having a thickness W are co-added to the outer periphery of the first intermediate layer. A second core consisting of
The second core is made of quartz glass (SiO ₂ ) having a thickness of S _{2 and} a low refractive index n _m2 (n _m2 <n ₀₂ ) added with phosphorus (P) and fluorine (F) on the outer periphery of the second core. a that have a intermediate layer rare earth-doped optical fiber,
The thermal expansion coefficient of the first core is larger than the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer, the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer is larger than the thermal expansion coefficient of the second core, and the thermal expansion coefficient of the second core. Is a rare earth element-doped optical fiber that is larger than the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer.

An excitation light source for emitting excitation light of 0.98μm band or 1.48μm band, a multiplexer for multiplexing the excitation light emitted from the excitation light source and the signal light of 1.5μm band, claims 1 to 5, A rare earth element-doped optical fiber according to any one of
Broadband light characterized by propagating the multiplexed light from the multiplexer to the rare earth element-doped optical fiber and taking out the amplified signal light from the output end side of the rare earth element doped optical fiber. Fiber amplifier.