JP2016081032A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＦＧのフィルタ特性およびフィルタ形成時間の観点から最適な組成を有する光ファイバを提供する。【解決手段】光ファイバ１は、シリカガラスを主成分とする光ファイバであって、光軸中心を含むガラス領域であってＧｅＯ２を含まないコア領域１１と、コア領域１１の外周に設けられたガラス領域であって、コア領域１１の屈折率より小さい屈折率を有し、６.８wt％以上のＧｅＯ２を含む光学クラッド領域１２と、を備える。このような光ファイバ１を用いて作製されたＳＦＧは、ベースロスを２ｄＢ以下、ピーク波長シフトを１.２ｎｍ以下、半値幅変動を０.２ｎｍ以下とすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバに関するものである。

特許文献１には、光ファイバの光軸方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調が形成されてなる光ファイバグレーティングの発明、および、このような屈折率変調を形成するのに好適とされる光ファイバの発明が開示されている。この文献に開示されている光ファイバグレーティングは、傾斜ファイバグレーティング（ＳＦＧ：Slanted Fiber Grating）であって、屈折率変調の周期が数百ｎｍであり、光ファイバの光軸に垂直な面に対して格子面が傾斜している。このようなＳＦＧは、例えばエルビウム添加ファイバ光増幅器（EDFA: Erbium-doped Fiber Amplifier）の利得スペクトルを平坦化する利得等化フィルタとして応用される。

また、この文献に開示されている光ファイバは、シリカガラスを主成分とし、光軸中心を含むガラス領域であってＧｅＯ_２を含まないコア領域と、このコア領域の外周に設けられたガラス領域であってＧｅＯ_２を少なくとも一部領域に含むクラッド領域と、を備える。ＧｅＯ_２を含むシリカガラスは、所定波長の光（例えば波長２７０ｎｍ以下の紫外光）に対して感光性を有しており、この光が照射されることにより屈折率が大きくなる。このことを利用して、ＧｅＯ_２を含むシリカガラスに屈折率変調を形成することができる。

国際公開第２００３／０９３８８７号

フィルタ特性（ベースロス、ピーク波長シフト、屈折率変調に因る透過率波形の半値幅変動）およびフィルタ形成時間の双方の観点から最適な光ファイバの組成については、特許文献１に記載されておらず不明である。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ＳＦＧのフィルタ特性およびフィルタ形成時間の観点から最適な組成を有する光ファイバを提供することを目的とする。ここで「ベースロス」とは屈折率変調に因らないロスを意味し、「ピーク波長」とは屈折率変調に因り透過率が最小となる波長を意味する。

本発明の光ファイバは、シリカガラスを主成分とする光ファイバであって、ファイバ断面の中心に設けられたコア領域と、前記コア領域の外周に設けられたガラス領域であって、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を有し、６.８wt％以上のＧｅＯ_２を少なくとも一部領域に含むクラッド領域と、を備える。また、本発明の光ファイバは、シリカガラスを主成分とする光ファイバであって、ファイバ断面の中心に設けられたコア領域と、前記コア領域の外周に設けられたガラス領域であって、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を有し、７.４wt％以上かつ８.７wt％以下または７.４wt％以上かつ７.９wt％以下のＧｅＯ_２を少なくとも一部領域に含むクラッド領域とを備え、前記クラッド領域の前記一部領域の外径が使用波長帯域におけるモードフィールド径の１.５〜４.０倍である。

本発明によれば、ＳＦＧのフィルタ特性およびフィルタ形成時間の観点から最適な組成を有する光ファイバを提供することができる。

本実施形態の光ファイバ１の断面構造を示す図である。 本実施形態の光ファイバ１の径方向の屈折率分布の一例を示す図である。 ＳＦＧの透過スペクトルの一例を示す図である。 光学クラッド領域１２への紫外線の照射量を変えたときのＳＦＧの透過スペクトルの変化の一例を示す図である。 フィルタ形成の際の残存率を説明する図である。 光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度と、１０ｄＢのフィルタ波形を形成したときのＳＦＧのベースロスとの関係を示すグラフである。 光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度とＳＦＧのフィルタ波形の半値幅のフィルタ深さ依存性との関係を示すグラフである。 光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度とＳＦＧのピーク波長のシフト量との関係を示すグラフである。 光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度と残存率との関係を示すグラフである。 実施例の光ファイバの諸元を纏めた表である。

ＳＦＧを高い歩留で製造するには、フィルタ特性（ベースロス、ピーク波長シフト、半値幅変動）を制御する必要がある。本発明の第一の態様の光ファイバは、シリカガラスを主成分とする光ファイバであって、ファイバ断面の中心に設けられたコア領域と、前記コア領域の外周に設けられたガラス領域であって、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を有し、６.８wt％以上のＧｅＯ_２を少なくとも一部領域に含むクラッド領域と、を備える。このような光ファイバを用いて作製されたＳＦＧは、ベースロスを２ｄＢ以下、ピーク波長のシフトを１.２ｎｍ以下、半値幅の変動を０.２ｎｍ以下とすることができる。

ＳＦＧの長期信頼性を確保するためには、フィルタ形成後にアニール処理を実施するのが好適である。また、アニール処理により、フィルタ機能が低下するので、予め深いフィルタ波形を形成する必要がある。残存率は、アニール処理後のフィルタ透過率をアニール処理前のフィルタ透過率で割った値として定義される。残存率が高い方が、アニール時にシフトするフィルタ特性の合わせこみが容易であり、また、初期のフィルタ波形を浅くすることができるため、製造時間の短縮が可能となる。

第一の態様の光ファイバにおいて、前記クラッド領域の前記一部領域が７.４wt％以下のＧｅＯ_２を含むのが好適であり、この場合には、フィルタ形成時の残存率を３８％以上とすることができる。また、前記クラッド領域の前記一部領域が８.７wt％以下のＧｅＯ_２を含むのが好適であり、この場合には、高い歩留を得ることができる。前記クラッド領域の前記一部領域の外径が使用波長帯域におけるモードフィールド径の１.５〜４.０倍であるのが好適であり、この場合には、フィルタ特性の劣化を抑制しつつ、高い歩留で光ファイバを製造することができる。

本発明の第二の態様の光ファイバは、シリカガラスを主成分とする光ファイバであって、ファイバ断面の中心に設けられたコア領域と、前記コア領域の外周に設けられたガラス領域であって、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を有し、７.４wt％以上かつ７.９wt％以下または７.４wt％以上かつ８.７wt％以下のＧｅＯ_２を少なくとも一部領域に含むクラッド領域とを備え、前記クラッド領域の前記一部領域の外径が使用波長帯域におけるモードフィールド径の１.５〜４.０倍である。

いずれのＧｅＯ_２濃度の光ファイバにおいても、前記クラッド領域において、前記光軸中心から離れるに従ってＧｅＯ_２濃度が低下し、径方向のＧｅＯ_２濃度差が０.２wt％以上であるのが好適であり、このようにコア近傍のＧｅＯ_２濃度を高くすることで、ベースロス、ピーク波長シフトおよび半値幅変動の良好な特性を得ることができるとともに、感光性領域の最外層のＧｅＯ_２濃度を低くすることで、クラッド領域とその周囲に設けられたジャケット領域の界面における気泡の発生を抑制し、歩留を向上することができる。

前記クラッド領域の前記一部領域が７.４wt％以上のＧｅＯ_２を含むので、この場合には、ＳＦＧのベースロスを１ｄＢ以下、ピーク波長シフトを０.６ｎｍ以下、半値幅変動を０.０８ｎｍ以下とすることができる。前記クラッド領域の前記一部領域が７.９wt％以下のＧｅＯ_２を含む場合には、フィルタ形成時の残存率を３６％とすることができる。また、前記クラッド領域の前記一部領域が８.７wt％以下のＧｅＯ_２を含む場合には、高い歩留を得ることができる。前記クラッド領域の前記一部領域の外径が使用波長帯域におけるモードフィールド径の１.５〜４.０倍であるのが好適であり、この場合には、フィルタ特性の劣化を抑制しつつ、高い歩留で光ファイバを製造することができる。前記クラッド領域において、前記光軸中心から離れるに従ってＧｅＯ_２濃度が低下し、径方向のＧｅＯ_２濃度差が０.２wt％以上であるのが好適であり、このようにコア近傍のＧｅＯ_２濃度を高くすることで、ベースロス、ピーク波長シフトおよび半値幅変動の良好な特性を得ることができるとともに、感光性領域の最外層のＧｅＯ_２濃度を低くすることで、クラッド領域とジャケット領域の界面における気泡の発生を抑制し、歩留を向上することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本実施形態の光ファイバ１の断面構造を示す図である。本実施形態の光ファイバ１は、シリカガラスを主成分とするものであり、光軸中心を含むガラス領域であるコア領域１１と、このコア領域１１の外周に設けられたガラス領域である光学クラッド領域１２と、この光学クラッド領域１２の外周に設けられたガラス領域であるジャケット領域１３とを備える。コア領域１１は、Ｃｌを含むがＧｅＯ_２を含まないシリカガラスであり、紫外線に対する感光性を有しない。光学クラッド領域１２は、ＧｅＯ_２およびＦを含むシリカガラスであり、感光性を有する。ジャケット領域１３は、Ｆを含むシリカガラスであり、感光性を有しない。

図２は、本実施形態の光ファイバ１の径方向の屈折率分布の一例を示す図である。光学クラッド領域１２の屈折率は、コア領域１１の屈折率より小さい。ジャケット領域１３の屈折率は、コア領域１１の屈折率より小さく、光学クラッド領域１２の屈折率より大きい。コア領域１１に対する光学クラッド領域１２の相対屈折率差Δｎ１は−０.３３％〜−０.４５％である。コア領域１１に対するジャケット領域１３の相対屈折率差Δｎ２は−０.３５％程度である。コア領域１１の外径２ａは９μｍ程度である。光学クラッド領域の外径２ｂは３０μｍ程度である。

光ファイバ１において、光学クラッド領域１２は、所定波長の光に対して感光性を有し紫外光の照射によって屈折率が大きくなる感光性領域である。コア領域１１およびジャケット領域１３は、感光性を有しない。空間的に強度変調された所定波長の光を光ファイバ１に照射することで、この光ファイバ１の光学クラッド領域１２において光軸方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調を形成することができ、ＳＦＧを作製することができる。ＳＦＧは、コア領域１１を伝搬する光のうちブラッグ条件を満たす特定波長の光を光学クラッド領域１２へ漏洩させることができるので、波長フィルタとして機能し得る。屈折率変調の周期を変えることで、ＳＦＧのフィルタ特性を変えることができる。また、光ファイバの光軸方向で屈折率変調の周期を変えることで、任意のフィルタ特性を実現することができる。

図３は、ＳＦＧの透過スペクトルの一例を示す図である。透過スペクトルは、屈折率変調に因らないロスであるベースロス、屈折率変調に因り透過率が最小となる波長であるピーク波長、および、屈折率変調に因る透過率波形の半値幅により特徴付けられる。

図４は、光ファイバ１の光学クラッド領域１２への紫外線の照射量を変えたときのＳＦＧの透過スペクトルの変化の一例を示す図である。紫外線の照射量が大きいほどＳＦＧの透過スペクトルのピーク波長でのロスは大きくなるが、それだけでなく、ベースロスは大きくなり、ピーク波長は長くなり、また、半値幅は広くなる。

ＳＦＧのフィルタ特性の改善とフィルタ形成時間の短縮化とは、以下のように光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度に関して互いにトレードオフの関係にある。

ＳＦＧのフィルタ特性（透過スペクトル）については以下のとおりである。光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度が高いほど、ＳＦＧのベースロスは小さい。ベースロスは、２ｄＢ以下であるのが好適であり、１ｄＢ以下であると更に好ましい。光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度が高いほど、ＳＦＧのフィルタ波形の半値幅のフィルタ深さ（透過率）依存性は小さい。フィルタ波形の半値幅の変動は、０.２ｎｍ／ｄＢ以下であるのが好適であり、０.０８ｎｍ／ｄＢ以下であると更に好ましい。光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度が高いほど、ＳＦＧのピーク波長のフィルタ深さ（透過率）依存性が小さい。ピーク波長シフト量は、１.２ｎｍ（透過率１０ｄＢまでのシフト量）以下であるのが好適であり、０.６ｎｍ以下であると更に好ましい。

ＳＦＧのフィルタ形成時間については以下のとおりである。光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度が低いほど、残存率は大きい。図５は、フィルタ形成の際の残存率を説明する図である。同図には、アニール処理前の透過スペクトルＳ１およびアニール処理後の透過スペクトルＳ２が示されている。アニール処理を行うことによって、透過率は大きくなり（すなわち、ロスは小さくなり）、ピーク波長は短くなる。残存率は、アニール処理後のフィルタ透過率をアニール処理前のフィルタ透過率で割った値として定義される。同図に示される例では残存率は４０％である。ＳＦＧの長期信頼性を確保するためには、フィルタ形成後にアニール処理を実施するのが好適である。また、アニール処理により、フィルタ機能が低下するので、予め深いフィルタ波形を形成する必要がある。残存率が小さいと、深いフィルタ波形を形成しなければならないので、製造時間増加が問題となる。残存率は３６％以上であるのが好適である。但し、ＧｅＯ_２濃度を増大させても残存率は３４％程度に漸近する傾向にあり、ＧｅＯ_２濃度が８.７wt％程度であれば、少なくとも３４％以上の残存率を維持でき、残存率３６％時よりも波長シフト量の制御が容易等書き込み特性が上回ることから、残存率は３４％においても好適である。

図６は、光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度とＳＦＧのベースロスとの関係を示すグラフである。図７は、光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度とＳＦＧのフィルタ波形の半値幅のフィルタ深さ依存性との関係を示すグラフである。図８は、光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度とＳＦＧのピーク波長のシフト量との関係を示すグラフである。図９は、光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度と残存率との関係を示すグラフである。

これらの図に示されるように、光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度が高いほど、ＳＦＧのベースロスは小さく、フィルタ波形の半値幅のフィルタ深さ依存性も小さく、ピーク波長のシフト量も小さく、残存率も小さい。ＳＦＧのベースロス、フィルタ波形の半値幅のフィルタ深さ依存性、および、ピーク波長のシフト量は、小さい方が好ましい。これに対して、残存率は大きい方が好ましい。図９に示されるように、残存率を３６％以上とするためには、光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度は７.８５％以下であることが必要である。このように、ＳＦＧのフィルタ特性の改善とフィルタ形成時間の短縮化とは、光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度に関して互いにトレードオフの関係にある。

他方、ＳＦＧのフィルタ特性の改善とフィルタ形成時間の短縮化とは、光学クラッド領域１２におけるＧｅＯ_２濃度に関して互いにトレードオフの関係にあるものの、ＧｅＯ_２濃度が８.７wt％以下であれば、残存率は３４.５％であり、更にはＧｅＯ_２濃度７.８５wt％の歩留を上回ることから、ＧｅＯ_２濃度が８.７wt％以下の場合も好適である。

図１０は、実施例の光ファイバの諸元を纏めた表である。同図には、sample１〜４それぞれの光ファイバについて、光学クラッド領域（感光性領域）におけるＧｅＯ_２濃度およびＦ濃度、波長１.５５μｍでのモードフィールド径（ＭＦＤ）、光学クラッド領域の外径２ｂとＭＦＤとの比、ならびに、コア領域に対する光学クラッド領域の相対屈折率差Δｎ１が示されている。

光学クラッド領域（感光性領域）の外径２ｂについては以下のとおりである。光学クラッド領域の外径２ｂが小さすぎる場合には、コア伝搬光の電界強度と光学クラッド領域との重なりが小さくなり、フィルタ特性の劣化につながる。光学クラッド領域の外径２ｂが大きすぎる場合には、フィルタ特性には影響がないものの、ＧｅおよびＦを共添加したシリカガラスは加熱により気泡が発生しやすく、外径２ｂが大きいほどファイバの歩留が低下する。光学クラッド領域の外径２ｂの下限値は、コア伝搬光の電界強度の分布から、使用波長の１.５倍以上とすることが望ましい。光学クラッド領域の外径２ｂの上限値は、使用波長の４.０倍以下にすることが望ましい。これ以上大きくしても、フィルタ特性には影響しない。

１…光ファイバ、１１…コア領域、１２…光学クラッド領域、１３…ジャケット領域。

Claims (8)

1. シリカガラスを主成分とする光ファイバであって、
   ファイバ断面の中心に設けられたコア領域と、
   前記コア領域の外周に設けられたガラス領域であって、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を有し、６.８wt％以上のＧｅＯ_２を少なくとも一部領域に含むクラッド領域と、
   を備える光ファイバ。
2. 前記クラッド領域の前記一部領域が７.４wt％以下のＧｅＯ_２を含む、
   請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記クラッド領域の前記一部領域が８.７wt％以下のＧｅＯ_２を含む、
   請求項１に記載の光ファイバ。
4. 前記クラッド領域の前記一部領域の外径が使用波長帯域におけるモードフィールド径の１.５〜４.０倍である、
   請求項２または３に記載の光ファイバ。
5. シリカガラスを主成分とする光ファイバであって、
   ファイバ断面の中心に設けられたコア領域と、
   前記コア領域の外周に設けられたガラス領域であって、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を有し、７.４wt％以上かつ８.７wt％以下のＧｅＯ_２を少なくとも一部領域に含むクラッド領域とを備え、
   前記クラッド領域の前記一部領域の外径が使用波長帯域におけるモードフィールド径の１.５〜４.０倍である、
   光ファイバ。
6. 前記クラッド領域の前記一部領域の濃度が７.９wt％以下である、
   請求項５に記載の光ファイバ。
7. 前記クラッド領域において、光軸中心から離れるに従ってＧｅＯ_２濃度が低下し、径方向のＧｅＯ_２濃度差が０.２wt％以上である、
   請求項１〜６の何れか１項に記載の光ファイバ。
8. 前記コア領域はＧｅＯ_２を含まないことを特徴とする、
   請求項１〜７の何れか１項に記載の光ファイバ。

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