JP2001244535A - 偏波保持光増幅用ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ９８０ｎｍ励起用ＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤＦ
のカットオフ波長を９８０ｎｍよりも低波長とし、しか
も十分な偏波保持機能をも有するようにする。 【解決手段】 エルビウムがドープされたコアに設けら
れた一対の応力付与部２，２間の間隔ｄを１６〜２１μ
ｍとする。また、該応力付与部は１５〜２０モル％のＢ
_２Ｏ_３をドープしたＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２ガラスからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、偏波保持特性と
光増幅作用を併せ持ち、光増幅の励起光の波長が９８０
ｎｍである偏波保持光増幅用ファイバに関する。

【０００２】

【従来の技術】超高速光通信の可能性が検討されるにつ
れ、コアにエルビウムをドープした光増幅作用を有する
エルビウムドープ光ファイバ（以下、ＥＤＦと言う。）
を使用した光ファイバ増幅器や光ファイバレーザーにお
いて、ＥＤＦ内の偏波に起因する種々の問題が生じてい
る。このような問題を解決するために、偏波保持特性を
有するＥＤＦ，偏波保持光増幅用ファイバ（以下、ＰＭ
−ＥＤＦと言う。）が求められるようになった。

【０００３】ところで、偏波保持特性を有する光ファイ
バとしては、圧縮だ円クラッド型，楕円コア型，ボウタ
イ型，ＰＡＮＤＡ型等があげられるが、その中でもＰＡ
ＮＤＡ型偏波保持光ファイバ（以下、ＰＡＮＤＡファイ
バと言う。）は精度よく作成可能であり、偏波保持特性
の良好な物を作れるという優れた特徴を持つ。ＰＡＮＤ
Ａファイバは、図２に示すように、コア１の両側方の対
称位置に一対の応力付与部２，２が設けられ、これらコ
ア１および応力付与部２，２がクラッド３で包囲された
構造となっており、通常のシングルモードファイバとは
応力付与部２，２が設けられている点が異なるところで
ある。以下、本発明では、このように、コア１の両側方
に応力付与部２，２を形成することをＰＡＮＤＡファイ
バ化すると言うことがある。

【０００４】応力付与部２，２は、通常１５〜２０モル
％のＢ₂Ｏ₃（酸化ホウ素）を石英（ＳiＯ₂）にドープし
たＢ₂Ｏ₃−ＳiＯ₂ガラスからなるものである。このＢ₂
Ｏ₃−ＳiＯ₂ガラスは石英ガラス（ＳiＯ₂）に比べて大
きな熱膨張係数を有し、応力付与部２，２は、溶融紡糸
後にコア１に引張り応力を与え、これによりコア１に偏
波保持特性が付与されるようになっている。また、応力
付与部２，２による応力によってコア１の屈折率が光弾
性効果により上昇し、これに起因してカットオフ波長が
長波長側へシフトする。

【０００５】一方、ＥＤＦは、波長１．５５μｍ帯の光
増幅用として使用され、その励起光（ポンプ光）の波長
が１４８０ｎｍのものと９８０ｎｍのものの２種類があ
る。９８０ｎｍ励起用ＥＤＦは、１４８０ｎｍ励起用Ｅ
ＤＦに比べて光増幅時の動作原理から安定した３準位動
作をするため、雑音特性が良いと言う特徴がある反面、
カットオフ波長を少なくとも９８０ｎｍよりも低波長側
となるように設計する必要がある。

【０００６】一般に、シングルモード光ファイバのカッ
トオフ波長を低波長にすると曲げ損失が大きくなる。カ
ットオフ波長と曲げ損失は、主に、該光ファイバのモー
ドフィールド径とコア／クラッド比屈折率差によって定
まる。ＥＤＦの屈折率分布（プロファイル）を設計する
際、励起光に対する励起効率を高めるため、モードフィ
ールド径は通常のシングルモード光ファイバのモードフ
ィールド径に比べて小さくされ、コア／クラッド比屈折
率差は大きくされる。

【０００７】実際のＥＤＦのファイバ母材の作成上の制
約から、コア／グラッド比屈折率差を大きくすることに
限界があり、励起効率とのバランスからモードフィール
ド径，コア／クラッド比屈折率差の値は比較的狭い範囲
に限定される。このような事情から、９８０ｎｍ励起用
ＥＤＦのカットオフ波長は８００〜８５０ｎｍの範囲で
設計されている。

【０００８】ところで、ＰＡＮＤＡファイバとＥＤＦと
を組み合わせたＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤＦは、図２に示
すものと同様にＥＤＦのエルビウムドープコア１の両側
方の対称位置に一対の応力付与部２，２を設け、これら
をクラッド３で包囲した構造を有するものである。この
ＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤＦの製造は、通常のＰＡＮＤＡ
ファイバの製造と同様に、ＶＡＤ法などによりＥＤＦ用
の母材を作成する。ついで、この母材のコア部の両側方
に応力付与部となるガラスロッドを挿入するための一対
の挿入孔を穿孔し、この挿入孔にＢ₂Ｏ₃−ＳiＯ₂ガラス
からなるガラスロッドを挿入する。ついで、この母材を
加熱，延伸し、溶融紡糸する方法によって行われる。

【０００９】このような構造をとることから、ＰＡＮＤ
Ａ型ＰＭ−ＥＤＦでも、応力付与部２，２の存在によ
り、応力付与部２，２のない通常のＥＤＦに比べてカッ
トオフ波長が必然的に長波長側にシフトする。このカッ
トオフ波長の長波長側へのシフト量は、経験的に応力付
与部２，２間の間隔ｄとの間に相関が認められる。

【００１０】図３のグラフは、クラッド径１２５μｍ、
応力付与部２の直径３３〜３８μｍのＰＡＮＤＡファイ
バについて、その応力付与部２，２の間隔ｄを変化させ
て多数作成し、カットオフ波長のシフト量を測定した結
果を示すものである。図３の縦軸は、ＰＡＮＤＡファイ
バの応力付与部を形成する前のシングルモードファイバ
の母材のカットオフ波長推定値Ａと、この母材から上述
の方法によって形成されたＰＡＮＤＡファイバのカット
オフ波長Ｂとの比Ｂ／Ａを表わす。このグラフから、応
力付与部の間隔ｄが狭くなるにつれてシフト量が増大
し、カットオフ波長が長波長側にシフトすることがわか
る。

【００１１】上述のように、９８０ｎｍ励起用ＥＤＦで
は、そのカットオフ波長を８００〜８５０ｎｍとなるよ
うに設計しているため、これをＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤ
Ｆとすると、図３のグラフからそのカットオフ波長が
１．１〜１．２５倍程度長波長側にシフトし、８８０〜
１０６０ｎｍとなって、場合によっては励起光波長より
も長波長となり、使用できない。一方、図３のグラフか
ら応力付与部の間隔ｄが広がると、カットオフ波長のシ
フト量が低減することがわかり、カットオフ波長の長波
長側へのシフトを抑えるには、間隔ｄを大きくすればよ
いことになる。しかし、間隔ｄを大きくすると、応力付
与部２，２によるコア１に作用する応力が減少し、偏波
保持特性が低下し、偏波保持光ファイバ本来の機能を失
うことになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】よって、本発明におけ
る課題は、９８０ｎｍ励起用ＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤＦ
において、そのカットオフ波長が長波長側にシフトして
使用に供しえなくなることを防止し、かつコアに十分な
応力が作用して偏波保持特性が低下しないようにするこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、ＰＡＮＤ
Ａ型ＰＭ−ＥＤＦの一対の応力付与部間の間隔ｄを１６
〜２１μｍとすることで解決される。また、応力付与部
には、Ｂ₂Ｏ₃を１５〜２０モル％ドープしたＢ₂Ｏ₃−Ｓ
ｉＯ ₂ガラスを用い、その直径を３３〜３８μｍとする
ことが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１のグラフは、カットオフ波長が８００ｎｍと８５０
ｎｍの２種の９８０ｎｍ励起用ＥＤＦをＰＡＮＤＡファ
イバ化したときのカットオフ波長と応力付与部の間隔ｄ
との関係を、図３のグラフに示された相関関係に基づい
て、示したものである。グラフ中、直線Ｃはカットオフ
波長８００ｎｍの、直線Ｄはカットオフ波長８５０ｎｍ
のものである。図１のグラフから、ＰＡＮＤＡファイバ
化することによって、カットオフ波長が長波長側へ大き
くシフトすることがわかる。

【００１５】９８０ｎｍ励起用ＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤ
Ｆでは、そのカットオフ波長は、９８０ｎｍ以下でなけ
ればシングルモードファイバとして動作せず、そのため
曲げ損失が大きくなり励振効率が悪くなるので、増幅用
ファイバとして使用出来ない。また、実際の使用条件や
製品ファイバでのバラツキなどを考慮すると、カットオ
フ波長は９３０ｎｍ以下とすることが必要となる。した
がって、図１のグラフから、カットオフ波長が８００ｎ
ｍのＥＤＦをＰＡＮＤＡファイバ化した場合には間隔ｄ
を１６μｍ以上にし、カットオフ波長が８５０ｎｍのＥ
ＤＦをＰＡＮＤＡファイバ化した場合には間隔ｄを２１
μｍ以上すればよいことになる。

【００１６】一方、上述のように間隔ｄを大きくすれ
ば、コア１に作用する応力が減少し、ＰＡＮＤＡファイ
バとして偏波保持機能が低下することになり、間隔ｄは
出来るだけ小さい方がよい。この点から、間隔ｄを１６
〜２１μｍとすれば、カットオフ波長が８００ｎｍのＥ
ＤＦであっても、８５０ｎｍのＥＤＦであっても、これ
をＰＡＮＤＡ化した場合にはそのカットオフ波長を９３
０ｎｍ以下とでき、しかも十分な偏波保持特性を有する
ようになる。

【００１７】また、本発明では応力付与部として、Ｂ₂
Ｏ₃を１５〜２０モル％ドープしたＢ ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂ガラ
スを用い、その直径を３３〜３８μｍとすることが好ま
しく、これによって間隔ｄを１６〜２１μｍとしても、
コアに十分な応力が作用し偏波保持機能が高いレベルで
維持され、しかもカットオフ波長を９８０ｎｍ以下とす
ることができる。

【００１８】以下、具体例を示す。ＥＤＦ母材をＶＡＤ
法によって作成した。コア部分にドープしたエルビウム
濃度は１１００〜１２００ｐｐｍ、アルミニウム濃度は
１１０００〜１４０００ｐｐｍとした。得られた母材に
ついてプリフォームアナライザーにて測定した推定モー
ドフィルード径は４．５〜５．５μｍ、カットオフ波長
は８００〜８５０ｎｍであった。このＥＤＦ母材のコア
部の両側方の対称位置に一対の挿入孔を穿孔し、この挿
入孔にＢ₂Ｏ₃２０モル％ドープのＢ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂ガラ
スのロッドを挿入した。挿入孔の位置は、ＰＡＮＤＡ型
ＰＭ−ＥＤＦとしたときに応力付与部の間隔ｄが２０μ
ｍとなるように、また挿入孔の孔径を応力付与部とした
ときの直径が３５μｍとなるように定めた。

【００１９】この母材を加熱，延伸し、溶融紡糸して、
外径１２５μｍのＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤＦを作製し
た。このファイバのカットオフ波長は９３０〜９７０ｎ
ｍであり、９８０ｎｍ励起用として十分使用可能な値で
あった。また、モードフィルード径は５．１９〜５．３
９μｍであった。また、このファイバの増幅特性は、測
定波長１５４０〜１５６０ｎｍ、，入力パワー０ｄＢ
ｍ，励起パワー１００ｍＷ，ファイバ長２０ｍで１６．
８ｄＢであった。また、雑音指数は３．４５ｄＢであ
り、偏波クロストークは−２６ｄＢ／１００ｍであっ
た。

【００２０】以上の結果から、このＰＡＮＤＡ型ＰＭ−
ＥＤＦは、９８０ｎｍ励起用として使用でき、良好な増
幅特性，雑音特性を示し、しかも十分な偏波保持特性を
も有することがわかる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明にあっては、
９８０ｎｍ励起用ＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤＦにおいて、
応力付与部間の間隔ｄを１６〜２１μｍとしたので、カ
ットオフ波長を９８０ｎｍ以下に抑えることができ、し
かも十分な偏波保持機能を有するものが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＰＡＮＤＡ型ＰＭ−ＥＤＦのとカットオフ波
長応力付与部の間隔ｄとの関係を示すグラフである。

【図２】 ＰＡＮＤＡファイバの一例を示す断面図であ
る。

【図３】 ＰＡＮＤＡファイバのカットオフ波長のシフ
ト量と応力付与部間の間隔ｄとの関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１…コア、２…応力付与部、３…クラッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江森 滋 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2H050 AA04 AB07X AB18X AC44 AD16 5F072 AB09 AK06 JJ20 YY17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エルビウムがドープされたコアの両側方
   に一対の応力付与部が設けられ、これらのコアおよび応
   力付与部がクラッドに包囲されてなり、波長９８０ｎｍ
   の励起光により励起されるＰＡＮＤＡ型偏波保持光増幅
   用ファイバであって、 上記応力付与部間の間隔が１６〜２１μｍであることを
   特徴とする偏波保持光増幅用ファイバ。
2. 【請求項２】 応力付与部が１５〜２０モル％のＢ₂Ｏ₃
   をドープしたＢ₂Ｏ₃−ＳiＯ₂ガラスからなり、その直径
   が３３〜３８μｍであることを特徴とする請求項１記載
   の偏波保持光増幅用ファイバ。