Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель

Усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор, использующий указанный усилитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к усиливающему оптическому волокну, а также оптическому волоконному усилителю и резонатору с его использованием, и конкретно к усиливающему оптическому волокну, а также оптическому волоконному усилителю и резонатору с его использованием, которые способны улучшать качество луча.

Предпосылки изобретения

В устройстве на волоконно-оптическом лазере, используемом в обрабатывающей машине, медицинском устройстве и т.п., типично используют оптический волоконный усилитель для усиления света, сгенерированного задающим источником света, таким как лазерный генератор (ЗГ: задающий генератор), с использованием усиливающего оптического волокна.

В качестве усиливающего оптического волокна можно использовать волокно с двойной оболочкой, содержащее сердцевину, легированную активным элементом, таким как редкоземельный элемент. Волокно с двойной оболочкой может представлять собой волокно с двойной оболочкой, которое позволяет только одномодовому свету распространяться через его сердцевину, или волокно с двойной оболочкой, которое позволяет многомодовому свету распространяться через его сердцевину. В волокне с двойной оболочкой, которое позволяет только одномодовому свету распространяться через сердцевину, поскольку сердцевина, как правило, имеет небольшой диаметр, плотность света, распространяющегося через сердцевину, может быть очень высокой для того, чтобы добиться высокой выходной мощности лазера. В этом случае свет, энергия которого переносится, должен иметь длину волны, которая нежелательна вследствие нелинейного оптического эффекта, так что нельзя добиться ожидаемой выходной мощности лазера. Следовательно, наряду с современной потребностью в оптическом волоконном усилителе, обладающем высокой мощностью, внимание уделяют оптическому волоконному усилителю с использованием волокна с двойной оболочкой, которое позволяет многомодовому свету распространяться через его сердцевину.

В патентном документе 1 указано, что моду LP01 в основном можно усилить даже посредством усиливающего волокна с двойной оболочкой, которое позволяет распространяться многомодовому свету, посредством предоставления преобразователя моды, который возбуждает только моду LP01 света, проходящего через сердцевину усиливающего волокна с двойной оболочкой, которое позволяет распространяться многомодовому свету. Кроме того, в патентном документе 1 сделано предположение о том, что моду LP01 можно эффективно усилить по сравнению с модой высшего порядка вследствие эффекта, названного усилием волновода, используя усиливающее оптическое волокно, в котором центральная часть сердцевины волокна с двойной оболочкой легирована активным элементом, и наружная периферическая часть сердцевины не легирована активным элементом. В патентном документе 2 описана идея для ослабления ненужных мод высшего порядка, используя усиливающее оптическое волокно, в котором центральная часть сердцевины волокна с двойной оболочкой легирована активным элементом, а наружная периферическая часть сердцевины легирована поглощающим элементом, который поглощает свет.

[Патентный документ 1] патент США № 5818630

[Патентный документ 2] патент США № 5121460

Сущность изобретения

Цели, достигаемые изобретением

Однако, если волокно с двойной оболочкой, которое позволяет проходить многомодовому свету, используют в качестве усиливающего оптического волокна, мода высшего порядка, такая как мода LP02, также возбуждается в дополнение к моде LP01 (основная мода) в проходящем свете. Существование такой моды высшего порядка обладает таким эффектом, что выходной свет с трудом фокусируется или тому подобное, так что снижается качество луча выходного света.

Кроме того, для того, чтобы возбуждать только моду LP01, используя преобразователь моды, описанный в патентном документе 1, форма поля моды входного задающего света должна совпадать с формой поля моды моды LP01 в свете, проходящего через усиливающее волокно с двойной оболочкой. Согласно знаниям авторов изобретения, относительно легко не возбуждать моду LP11, которая представляет собой асимметричную моду, но сложно не возбуждать моду LP02, которая представляет собой осесимметричную моду, среди мод высшего порядка. Кроме того, коэффициент, с которым усиливают такую моду высшего порядка, как правило, выше коэффициента, с которым усиливают моду LP01, даже когда свет такой моды высшего порядка обладает низкой мощностью на входе или когда свет такой моды высшего порядка генерируют в усиливающем оптическом волокне, и, таким образом, к сожалению, свет такой моды высшего порядка в значительной степени включается в выходной свет. В частности, обнаружено, что с увеличением коэффициента усиления света увеличивается коэффициент, с которым усиливают такую моду высшего порядка, так что качество луча выходного света проявляет склонность к снижению.

Кроме того, даже когда возбуждают моду высшего порядка, которая является осесимметричной, возбуждаемую моду следует ослаблять, используя оптический волоконный усилитель, раскрытый в патентном документе 2, но с ним связана проблема, заключающаяся в том, что в усиливающую среду добавляют ослабляющий материал, так что коэффициент усиления для моды LP01 также снижается.

Следовательно, целью изобретения является обеспечение усиливающего оптического волокна, а также оптического волоконного усилителя и резонатора с его использованием, которые способны выдавать свет с высоким качеством луча, даже когда в дополнение к моде LP01 возбуждают моду высшего порядка, которая является осесимметричной.

Средства достижения целей

Авторы настоящего изобретения посвятили себя изучению причин возможности усиления моды LP02 с высоким коэффициентом усиления и возможности выдачи оптическим волоконным усилителем излучения, имеющего широкое качество луча, раскрытым в патентном документе 1. В результате авторы изобретения пришли к выводу о том, что мода LP02 обладает высокой интенсивностью в центральной части сердцевины волокна с двойной оболочкой, и, таким образом, мода LP02 также усиливается, даже когда только центральную часть сердцевины легируют активным элементом. Кроме того, в этой ситуации авторы изобретения посвятили себя исследованию с тем, чтобы реализовать изобретение.

Конкретно, усиливающее оптическое волокно по изобретению содержит: сердцевину; оболочку, покрывающую сердцевину; и наружную оболочку, покрывающую оболочку, где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке; сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны распространяться по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и сердцевину легируют активным элементом, который стимулирует испускание света с предварительно определенной длиной волны, в более высокой концентрации в положении, где интенсивность моды LP02 становится равной нулю, чем в центре сердцевины.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, свет, содержащий моду LP01 (основная мода), вводят в сердцевину, а свет накачки вводят в оболочку, так что свет накачки усиливает свет, содержащий моду LP01. В это время можно подавить усиление моды LP02, которая представляет собой осесимметричную моду высшего порядка, даже когда свет, содержащий моду LP01, которую вводят в сердцевину, также содержит моду LP02 или когда мода LP02 возбуждается в усиливающем оптическом волокне. Таким образом, на выходе можно получить свет с высоким качеством луча. Авторы изобретения придерживаются мнения о том, что причина более высокого выходного отношения света моды LP01 к свету моды LP02 по сравнению со случаем, когда сердцевину легируют активным элементом с равномерной концентрацией, заключается в том, что активным элементом в более высокой концентрации легируют те положения, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю, чем концентрация в центре сердцевины, так что коэффициент усиления моды LP02 можно снизить, и, таким образом, для повышения качества луча увеличивают отношение мощности моды LP01 к полной мощности выходного света.

Усиливающее оптическое волокно по изобретению содержит: сердцевину; оболочку, покрывающую сердцевину; и наружную оболочку, покрывающую оболочку, где показатель преломления имеет большее значение в сердцевине, чем в оболочке; сердцевина позволяет свету с предварительно определенной длиной волны распространяться по меньшей мере в моде LP01 и моде LP02, и в сердцевине центр сердцевины легируют активным элементом, который стимулирует испускание света предварительно определенной длины волны, в более низкой концентрации, чем положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, также можно подавлять моду LP02, которая является осесимметричной модой высшего порядка, так что на выходе можно получить свет с высоким качеством луча, даже когда свет, содержащий моду LP01, который вводят в сердцевину, также содержит моду LP02 или когда мода LP02 возбуждается в усиливающем оптическом волокне.

Кроме того, предпочтительно, чтобы в описанном выше усиливающем оптическом волокне центр сердцевины не легировали активным элементом.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, моду LP01 усиливают в большей степени, чем моду LP02, так что выходной свет может иметь более высокое качество луча.

В описанном выше усиливающем оптическом волокне предпочтительно, чтобы наружную периферическую область сердцевины легировали активным элементом в более низкой концентрации, чем положение, где интенсивность моды LP02 становится равна нулю.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, коэффициент усиления моды LP02 также можно снизить по сравнению с коэффициентом усиления моды LP01, так что качество луча выходного света может быть выше.

Кроме того, в описанном выше усиливающем оптическом волокне предпочтительно, чтобы наружную периферию сердцевины не легировали активным элементом.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, усиление моды LP02 можно дополнительно снизить, так что качество луча выходного света может быть высоким.

Предпочтительно легировать активным элементом область, где мода LP01 имеет более высокую интенсивность, чем мода LP02, в более высокой концентрации по сравнению с областью, где мода LP01 имеет более низкую интенсивность, чем мода LP02.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, можно снизить усиление моды LP02, так что качество луча выходного света может быть выше.

В описанном выше усиливающем оптическом волокне предпочтительно, чтобы сердцевина не позволяла проходить моде высшего порядка LP03 или выше в свете с предварительно определенной длиной волны.

Используя такое усиливающее оптическое волокно, моды высшего порядка LP03 или выше не усиливаются и не выходят, так что может выходить луч света более высокого качества.

Оптический волоконный усилитель по изобретению содержит описанное выше усиливающее оптическое волокно; задающий источник света, выполненный с возможностью вводить задающий свет, содержащий моду LP01, в усиливающее оптическое волокно; и источник света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки, который накачивает активный элемент усиливающего оптического волокна.

Используя такой оптический волоконный усилитель, моду LP01 усиливают с более высоким коэффициентом усиления, чем моду LP02 во входном задающем свете в усиливающем оптическом волокне, даже когда мода LP02 входит в усиливающее оптическое волокно или когда мода LP02 генерируется в усиливающем оптическом волокне, так что может выходить луч света высокого качества.

Кроме того, в описанном выше оптическом волоконном усилителе предпочтительно, чтобы задающий свет, входящий в усиливающее оптическое волокно, возбуждал только осесимметричную моду в усиливающем оптическом волокне.

При использовании такого оптического волоконного усилителя осесимметричная мода высшего порядка не распространяется через усиливающее оптическое волокно, так что осесимметричная мода высшего порядка не усиливается и не выходит, и, таким образом, может выходить луч света высокого качества, который можно легко фокусировать.

Кроме того, в описанном выше оптическом волоконном усилителе предпочтительно, чтобы задающий свет, входящий в усиливающее оптическое волокно, представлял собой одномодовый свет.

При использовании такого оптического волоконного усилителя осесимметричная мода высшего порядка не распространяется через усиливающее оптическое волокно, так что осесимметричная мода высшего порядка не усиливается и не выходит, и, таким образом, может выходить луч света высокого качества, который можно легко фокусировать.

Резонатор по изобретению содержит: описанное выше усиливающее оптическое волокно; источник света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки, который накачивает активный элемент усиливающего оптического волокна; первую ВРБ (волоконные решетки Брэгга), предоставленную на одной стороне усиливающего оптического волокна и выполненную с возможностью отражения света, содержащего по меньшей мере часть длин волн в свете, испускаемом активным элементом, который накачивают светом накачки; и вторую ВРБ, предоставленную на другой стороне усиливающего оптического волокна и выполненную с возможностью отражения света, обладающего той же длиной волны, что и свет, отраженный первой ВРБ, с более низкой отражательной способностью, чем первая ВРБ.

При использовании такого резонатора может выходить свет, содержащий свет с модой LP01, обладающий более высокой интенсивностью, чем свет с модой LP02, и этот свет представляет собой луч света более высокого качества по сравнению со случаем, когда используют волокно, содержащее сердцевину, легированную активным элементом в равномерной концентрации, поскольку свет резонирует, когда при прохождении света через сердцевину усиливающего оптического волокна мода LP01 усиливается в большей степени, чем мода LP02.

Как описано выше, по изобретению можно предоставить усиливающее оптическое волокно, а также оптический волоконный усилитель и резонатор с его использованием, способные выдавать луч света высокого качества с высокой интенсивностью.

Краткое описание фигур чертежей

На фиг.1 представлен вид, показывающий оптический волоконный усилитель согласно первому варианту осуществления изобретения.

На фиг.2 представлен вид, показывающий структуру поперечного сечения перпендикулярно продольному направлению усиливающего оптического волокна, представленного на фиг.1.

На фиг.3 показан вид, изображающий состояние сердцевины усиливающего оптического волокна, представленного на фиг.2.

На фиг.4 показан вид, изображающий состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно второму варианту осуществления изобретения.

На фиг.5 показан вид, изображающий состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно третьему варианту осуществления изобретения.

На фиг.6 показан вид, изображающий состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно четвертому варианту осуществления изобретения.

На фиг.7 представлен вид, показывающий резонатор согласно пятому варианту осуществления изобретения.

На фиг.8 представлен вид, показывающий качество луча выходного света в случаях, когда задающий свет, содержащий моду LP01 с мощностью 70% и моду LP02 с мощностью 30%, вводят в усиливающие оптические волокна согласно примерам с первого по пятый и первому сравнительному примеру.

На фиг.9 представлен вид, показывающий качество луча выходного света в случаях, когда задающий свет, содержащий моду LP01 и моду LP02 с мощностями по 50%, вводят в усиливающие оптические волокна согласно четвертому примеру и первому сравнительному примеру.

На фиг.10 представлен вид, показывающий качество луча выходного света в случаях, когда задающий свет, содержащий моду LP01 с мощностью 30% и моду LP02 с мощностью 70%, вводят в усиливающие оптические волокна согласно четвертому примеру и первому сравнительному примеру.

Лучший вариант осуществления изобретения

Далее в настоящем документе предпочтительные варианты осуществления усиливающего оптического волокна и оптического волоконного усилителя и резонатора по изобретению подробно описаны со ссылками на чертежи.

(Первый вариант осуществления)

На фиг.1 представлен оптический волоконный усилитель согласно первому варианту осуществления изобретения.

Как показано на фиг.1, оптический волоконный усилитель 100 согласно этому варианту осуществления содержит в качестве основных компонентов: задающий источник 10 света, выполненный с возможностью выдавать задающий свет; источник 20 света накачки, выполненный с возможностью выдавать свет накачки; оптический объединитель 30, в который поступают задающий свет и свет накачки; и усиливающее оптическое волокно 50, в которое поступают задающий свет и свет накачки, выходящие из оптического объединителя 30.

Задающий источник 10 света можно выполнить с использованием полупроводникового лазерного устройства или устройства на волоконно-оптическом лазере, например, типа Фабри-Перо или волокнистого типа. Задающий источник 10 света выполнен с возможностью выдавать свет, содержащий моду LP01, из оптического волокна. В качестве задающего источника 10 света для выдачи света, содержащего моду LP01, можно использовать типовое полупроводниковое лазерное устройство или устройство на волоконно-оптическом лазере. Задающий свет, выходящий из задающего источника 10 света, может представлять собой, например, лазерный свет с длиной волны 1070 нм, но без конкретных ограничений до тех пор, пока задающий свет содержит моду LP01.

Выходной свет из задающего источника 10 света выходит из одномодового волокна 15, выполненного из сердцевины и оболочки, покрывающей сердцевину. Одномодовое волокно 15 позволяет задающему свету выходить из задающего источника 10 света, проходить в виде одномодового света с модой LP01. Конфигурация одномодового волокна 15 конкретно не ограничена, но диаметр сердцевины можно задать равным 10 мкм, и разность между относительными показателями преломления сердцевины и оболочки можно задать равной 0,13%, если длина волны задающего света равна, например, 1070 нм, как описано выше.

Источник 20 света накачки можно выполнить из нескольких лазерных диодов 21. Например, в настоящем варианте осуществления лазерные диоды 21 относятся к типу полупроводниковых лазерных диодов Фабри-Перо из полупроводника на GaAs-основе, у которых выходной свет имеет центральную длину волны 915 нм. Соответствующие лазерные диоды 21 источника 20 света накачки соединяют с многомодовыми волокнами 22, и свет накачки, выходящий из каждого лазерного диода 21, распространяется через многомодовое волокно 22 в виде многомодового света.

Оптический объединитель 30, с которым соединены многомодовые волокна 22 и одномодовое волокно 15, выполнен из одномодового волокна 15 и многомодовых волокон 22, расположенных вокруг одномодового волокна 15, которые расплавлены и вытянуты для объединения, и оптический объединитель 30 оптически соединен с усиливающим оптическим волокном 50.

На фиг.2 представлена структура поперечного сечения, перпендикулярного продольному направлению усиливающего оптического волокна 50. Как показано на фиг.2, усиливающее оптическое волокно 50 содержит: сердцевину 51; оболочку 52, покрывающую сердцевину 51; и наружную оболочку 53, покрывающую оболочку 52. Оболочка 52 выполнена так, чтобы иметь меньший показатель преломления, чем сердцевина 51, и наружная оболочка 53 выполнена так, чтобы иметь меньший показатель преломления, чем оболочка 52. Например, в настоящем варианте осуществления разность между относительными показателями преломления сердцевины 51 и оболочки 52 установлена равной 0,15%. Диаметр сердцевины 51 установлен равным, например, 30 мкм, наружный диаметр оболочки 52 установлен равным, например, 420 мкм, и наружный диаметр наружной оболочки 53 установлен, например, равным 440 мкм. В качестве материала для сердцевины 51 можно использовать диоксид кремния, легированный элементом, который повышает показатель преломления диоксида кремния, таким как алюминий, а по меньшей мере часть области сердцевины 51 легируют иттербием (Yb), который представляет собой активный элемент, накачиваемый светом накачки, выходящим из источника 20 света накачки. В качестве такого активного элемента можно использовать редкоземельный элемент, отличающийся от иттербия (Yb), такой как неодимий (Nd) или эрбий (Er). В качестве материала для оболочки 52 можно использовать, например, диоксид кремния без какого-либо легирующего вещества, а в качестве материала для наружной оболочки 53 можно использовать, например, УФ-отверждаемую смолу.

Вследствие разности между показателями преломления сердцевины 51 и оболочки 52, как описано выше, свет с предварительно определенной длиной волны из задающего источника света заключен и проходит в сердцевине 51. В качестве моды света, проходящего через сердцевину 51, LP02 существует в качестве моды высшего порядка в дополнение к основной моде LP01. В усиливающем оптическом волокне 50 согласно настоящему варианту осуществления длина волны света задающего источника света, размер сердцевины 51 и оболочки 52 и разность между относительными показателями преломления сердцевины 51 и оболочки 52 установлены такими, что моды высшего порядка LP03 или выше не проходят.

Далее сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50 описана более подробно. На фиг.3 показано состояние сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50, представленного на фиг.2. Конкретно, в части (A) на фиг.3 показано состояние структуры поперечного сечения сердцевины 51, перпендикулярного продольному направлению усиливающего оптического волокна 50. В части (B) на фиг.3 показано распределение интенсивностей моды LP01 и моды LP02, нормализованных по их мощностям, когда мода LP01 и мода LP02 распространяются через сердцевину 51. В части (C) на фиг.3 показано распределение концентрации активного элемента, которым легирована сердцевина 51.

Как показано в части (B) на фиг.3, интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю в положениях, расположенных на расстоянии r от центра сердцевины 51, показанного в части (A) на фиг.3. Мода LP02 обладает распределением интенсивности, которое имеет максимальную интенсивность в центре сердцевины 51. С другой стороны, мода LP01 также имеет распределение интенсивности, которое имеет максимальную интенсивность в центре сердцевины 51, но отношение этой интенсивности к интенсивности в положениях на расстоянии r от центра сердцевины 51 не так высоко, как таковое отношение для моды LP02. Когда моду LP01 и моду LP02, проходящие через сердцевину 51, нормализуют по их мощностям, мода LP01 имеет интенсивность, которая ниже интенсивности моды LP02, в центре сердцевины 51. Область, которая расположена рядом с центром сердцевины 51 и в которой мода LP01 имеет меньшую интенсивность, чем мода LP02, обозначается как центральная область 55.

Область, которая окружает центральную область 55 и в которой мода LP01 имеет более высокую интенсивность, чем мода LP02, обозначается как средняя область 56. На поперечном сечении сердцевины 51 средняя область 56 имеет форму кольца, как показано в части (A) на фиг.3.

Область, которая окружает среднюю область 56 и в которой мода LP01 имеет меньшую интенсивность, чем мода LP02, обозначается как наружная периферическая область 57. Когда моду LP01 и моду LP02, распространяющиеся через сердцевину 51, нормализуют по их мощностям, диаметр центральной области 55 составляет 8 мкм, и наружный диаметр средней области 56 составляет 22 мкм в том случае, когда диаметр сердцевины 51 установлен равным, например, 30 мкм, как описано выше.

Как показано в части (C) на фиг.3, в усиливающем оптическом волокне 50 согласно настоящему варианту осуществления всю сердцевину 51 легируют активным элементом Yb, но центральную область 55, включая центр сердцевины 51, легируют в более низкой концентрации, чем среднюю область 56, включая положение, в котором интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51). Другими словами, в сердцевине 51 положения, где интенсивность моды LP02 становится равной нулю, легируют активным элементом Yb в более высокой концентрации, чем концентрация в центральной области 55 сердцевины 51. Например, диоксид кремния в центре сердцевины 51 легируют активным элементом Yb в концентрации 1,0% масс., а диоксид кремния в средней области 56, включающей положение, в котором интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51), и в наружной периферической области 57 легируют в концентрации 2,0% масс.

Далее описана работа оптического волоконного усилителя 100.

Сначала свет с длиной волны 1070 мкм из задающего источника 10 света выходит через одномодовое волокно 15. В это время, согласно описанной выше конфигурации одномодового волокна 15, через него распространяется только мода LP01. Свет с модой LP01, распространяющийся через одномодовое волокно 15, входит в оптический объединитель 30.

Источник 20 света накачки выдает свет накачки для накачки активного элемента Yb, которым легирована сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50. Длина волны в это время установлена равной, например, 915 мкм, как описано выше. Свет накачки выходит из источника 20 света накачки, затем проходит через многомодовые волокна 22 и входит в оптический объединитель 30.

Задающий свет и свет накачки, вошедшие в оптический объединитель 30, входят в усиливающее оптическое волокно 50, затем задающий свет проходит через сердцевину 51 усиливающего оптического волокна 50, а свет накачки распространяется через оболочку 52 и сердцевину 51 усиливающего оптического волокна 50. Задающий свет входит в основном в виде моды LP01, но сердцевина 51 усиливающего оптического волокна 50 может позволить свету с длиной волны задающего света распространяться в виде моды LP01 и моды LP02. Следовательно, входящая мода LP01 возбуждает моду LP02, и задающий свет распространяется в виде моды LP01 и моды LP02. Когда свет накачки проходит через сердцевину 51, происходит накачка активного элемента Yb, которым легирована сердцевина 51. Накачанный активный элемент Yb вызывает вынужденное излучение посредством задающего света, и задающий свет с модой LP01 и модой LP02 усиливается посредством вынужденного излучения.

В это время установлена более высокая концентрация активного элемента Yb в положении в сердцевине 51, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51), чем концентрация активного элемента Yb в центре сердцевины 51. В положениях, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю, свет с модой LP01 не обладает интенсивностью, равной нулю, а имеет предварительно определенную интенсивность. В положении, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51), также вызывается вынужденное излучение, так что усиливается свет с модой LP01. С другой стороны, в положении на расстоянии r от центра сердцевины 51 интенсивность света с модой LP02 равна нулю, так что свет с модой LP02 не вызывает вынужденного излучения и, таким образом, не усиливается. Свет с модой LP02 не стимулирует испускание активного элемента Yb в положении, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю, так что эффективно усиливается только свет с модой LP01.

В центре сердцевины 51 концентрация активного элемента Yb ниже, чем концентрация в положении, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю, и, таким образом, усиление света в этой области ослаблено по сравнению с усилением в положении, где интенсивность света с модой LP02 становится равной нулю.

Как описано выше, вследствие зависимости между коэффициентами усиления моды LP01 и моды LP02 в центре сердцевины 51 и в положениях, где интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю, свет с модой LP01 усиливается в большей степени, чем свет с модой LP02. Следовательно, можно эффективно усиливать свет с модой LP01.

Конкретно, усиливающее оптическое волокно 50 согласно настоящему варианту осуществления может выдавать свет, содержащий свет с модой LP01, обладающий более высокой интенсивностью, чем свет с модой LP02, с тем, чтобы добиться более высокого качества луча по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации.

Следовательно, в усиливающем оптическом волокне 50 согласно настоящему варианту осуществления выход света, в котором все моды объединены, обладает почти такой же интенсивностью по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации, а усиление моды LP02 снижено, и, таким образом, мощность света накачки может в большей степени содействовать усилению LP01, так что можно получить свет, содержащий свет с модой LP01, обладающий более высокой интенсивностью и высоким качеством луча.

Таким образом, усиливающее оптическое волокно 50 может выдавать луч света высокого качества по сравнению с волокном, содержащим сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации. Следовательно, оптический волоконный усилитель 100 согласно настоящему варианту осуществления, использующий такое усиливающее оптическое волокно 50, может выдавать луч света высокого качества.

Кроме того, в варианте осуществления усиливающее оптическое волокно 50 выполнено так, чтобы не позволять модам высшего порядка LP03 или выше распространяться через него, так что может выходить луч света высокого качества.

В оптическом волоконном усилителе 100 согласно настоящему варианту осуществления, поскольку одномодовый свет с модой LP01 входит в усиливающее оптическое волокно 50 в виде задающего света, мода LP01 усиливается в значительной степени по сравнению со случаем волокна, содержащего сердцевину 51, легированную активным элементом Yb в равномерной концентрации, в результате чего мода LP02 усиливается с наивысшим коэффициентом усиления. Следовательно, может выходить луч света высокого качества.

(Второй вариант осуществления)

Далее подробно описан второй вариант осуществления изобретения со ссылкой на фиг.4. Здесь компоненты, идентичные или похожие на компоненты в первом варианте осуществления, обозначены такими же номерами позиций, и похожие объяснения не будут повторяться до тех пор, пока иное не будет указано конкретно. На фиг.4 показано состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно второму варианту осуществления изобретения, и она соответствует фиг.3 в первом варианте осуществления.

Как показано в части (A) на фиг.4, в усиливающем оптическом волокне согласно настоящему варианту осуществления сердцевину 51a используют вместо сердцевины 51 из первого варианта осуществления. Как показано в части (C) на фиг.4, средняя область 56a и наружная периферическая область 57a сердцевины 51a выполнены аналогично средней области 56 и наружной периферической области 57 сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления. Сердцевина 51a усиливающего оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления отличается от сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления тем, что центральная область 55a не легирована активным элементом.

При использовании усиливающего оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления, поскольку центральная область 55a сердцевины 51a не легирована активным элементом, свет не усиливается в центральной области 55a, в которой высока интенсивность моды LP02 в свете, входящем в усиливающее оптическое волокно. Аналогично первому варианту осуществления, в положениях, где интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51a), усиливается только свет с модой LP01, а свет с модой LP02 не усиливается. Следовательно, мода LP01 усиливается в большей степени, чем мода LP02, так что может выходить луч света более высокого качества. Следовательно, используя усиливающее оптическое волокно согласно настоящему варианту осуществления, можно предоставить оптический волоконный усилитель, способный выдавать луч света более высокого качества.

(Третий вариант осуществления)

Далее подробно описан третий вариант осуществления изобретения со ссылкой на фиг.5. Здесь компоненты, идентичные или похожие на компоненты в первом варианте осуществления, обозначены такими же номерами позиций, и похожие объяснения не будут повторяться до тех пор, пока иное не будет указано конкретно. На фиг.5 показано состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно третьему варианту осуществления изобретения, и она соответствует фиг.3 в первом варианте осуществления.

Как показано в части (A) на фиг.5, в усиливающем оптическом волокне согласно настоящему варианту осуществления сердцевину 51b используют вместо сердцевины 51 из первого варианта осуществления. Как показано в части (C) на фиг.5, центральная область 55b и средняя область 56b сердцевины 51b выполнены аналогично центральной области 55 и средней области 56 сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления. Сердцевина 51b усиливающего оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления отличается от сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления тем, что концентрация активного элемента, которым легирована наружная периферическая область 57b, ниже, чем концентрация активного элемента, которым легирована средняя область 56b. Концентрация активного элемента, которым легирована наружная периферическая область 57b, является по существу такой же, как концентрация активного элемента, которым легирована центральная область 55b.

При использовании усиливающего оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления, поскольку концентрация активного элемента, которым легированы положения, где интенсивность света с модой LP02 становится равна нулю (на расстоянии r от центра сердцевины 51b), выше, чем концентрация активного элемента, которым легирована наружная периферическая область 57b, усиление света с модой LP02 снижается аналогично первому варианту осуществления. С другой стороны, на расстоянии r от центра сердцевины 51 свет с модой LP01 усиливается с большей эффективностью. Следовательно, мода LP01 усиливается в большей степени, чем мода LP02, так что может выходить луч света более высокого качества. Следовательно, используя усиливающее оптическое волокно согласно настоящему варианту осуществления, можно предоставить оптический волоконный усилитель, способный выдавать луч света более высокого качества.

(Четвертый вариант осуществления)

Далее подробно описан четвертый вариант осуществления изобретения со ссылкой на фиг.6. Здесь компоненты, идентичные или похожие на компоненты в первом варианте осуществления, обозначены такими же номерами позиций, и похожие объяснения не будут повторяться до тех пор, пока иное не будет указано конкретно. На фиг.6 показано состояние сердцевины усиливающего оптического волокна согласно четвертому варианту осуществления изобретения, и она соответствует фиг.3 в первом варианте осуществления.

Как показано в части (A) на фиг.6, в усиливающем оптическом волокне согласно настоящему варианту осуществления сердцевину 51c используют вместо сердцевины 51 из первого варианта осуществления. Как показано в части (C) на фиг.6, средняя область 56c сердцевины 51c выполнена аналогично средней области 56 сердцевины 51 усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления. Усиливающее оптическое волокно согласно настоящему варианту осуществления отличается от усиливающего оптического волокна 50 согласно первому варианту осуществления тем, что центральная область 55c и наружная периферическая область 57c не легированы активным элементом. В настоящем варианте осуществления активным элементом легируют только среднюю область 56c.

При использовании усиливающего оптического волокна по настоящему варианту осуществления, поскольку активным элементом легируют только среднюю область 56c, включающую положение,