JP7496100B2

JP7496100B2 - 希土類元素添加光ファイバ

Info

Publication number: JP7496100B2
Application number: JP2019238775A
Authority: JP
Inventors: 雄太小林; 洋輔橋本; 智宏荒木; 和也齋藤; エジソン晴彦関谷; 朋也岡崎; 健太郎市井; 瑞紀伴野; 亮一西村
Original assignee: Fujikura Ltd; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Fujikura Ltd; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: JP2020113757A

Description

本発明は、希土類元素添加光ファイバに関する。

光ファイバは、一般に、コア部と、そのコア部を被覆するクラッド部とを有する。この種の光ファイバでは、コア部の屈折率をクラッド部の屈折率よりも大きくして、光をコア部とクラッド部の境界で全反射させることにより、その光をコア部内に閉じ込めて、光信号として遠方に伝播させる。

また、光ファイバは、光増幅器としても利用されている。光増幅器用の光ファイバとして、コア部に希土類元素を添加した希土類元素添加光ファイバが知られている。希土類元素添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器の中で、地上の光ファイバ通信網や宇宙光通信における主要波長帯である１５５０ｎｍ帯の増幅には、主に、Ｅｒ（エルビウム）を添加したＥｒ添加光ファイバが用いられている。宇宙光通信においては、中継増幅が基本的に実施できない遠距離での高速光通信の実現が求められるため、高出力化が必要となり、シングルモードレーザダイオードを用いたコア励起型の光ファイバ増幅器では励起パワーが不足することがある。そのため、９８０ｎｍ帯の高出力な励起用マルチモードレーザダイオードが適用可能なダブルクラッドファイバを用いたクラッド励起型の光ファイバ増幅器が適用される。このとき、コア部にＥｒのみを添加したＥｒ添加光ファイバでは、クラッド部を伝播する９８０ｎｍ帯の励起光のコア部での吸収帯域・吸収量がいずれも不足しやすい。この９８０ｎｍ帯の吸収帯域・吸収量を向上させるために、ＥｒとＹｂ（イッテルビウム）を共添加したＥｒ／Ｙｂ添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が検討されている。

光増幅器として利用する希土類元素添加光ファイバでは、利得を向上させるために、コア部の希土類元素の含有量を多くすることが有効である。しかしながら、希土類元素（特に、Ｅｒ）の含有量を多くし過ぎると、希土類元素同士のクラスタリング（寄り集ること）が生成して濃度消光が起こり、却って利得が低下することがある。この希土類元素同士のクラスタリングの生成を防止するために、希土類元素添加光ファイバでは、コア部に、Ｐ（リン）やＡｌ（アルミニウム）を共添加して希土類元素を分散させることが行なわれている。

特許文献１には、希土類元素及び少なくともＰが添加されたコアと、上記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えた希土類元素添加光ファイバについて、上記コアの最小伝送損失は、１０００ｎｍから１７００ｎｍの波長帯域において、３ｄＢ／ｋｍ以上１００ｄＢ／ｋｍ以下であり、上記コアＮＡは、０．０５以上０．２５以下であり、上記コアに添加されている希土類元素の濃度は、２ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下とすることが開示されている。この特許文献１の実施例には、コア部のＹｂ含有量が３．３ｗｔ％、Ｅｒ含有量が０．２８ｗｔ％、Ｐ含有量が６．９ｗｔ％、Ｇｅ含有量が０．１ｗｔ％、Ｆ含有量が０．３５ｗｔ％の希土類元素添加光ファイバが記載されている。

特開２０１４－１４３２８７号公報

ＥｒとＹｂが添加された希土類元素添加光ファイバでは、Ｙｂイオンの^２Ｆ_７／２準位から^２Ｆ_５／２準位への基底準位吸収によって、９８０ｎｍ帯の励起帯域・吸収量が大幅に改善される。そして、９８０ｎｍ帯の励起光を吸収して^２Ｆ_５／２準位に遷移したＹｂイオンが、イオン間相互作用によって、Ｅｒイオンを^４Ｉ_１１／２準位に間接的に励起することにより、Ｙｂイオンのエネルギー吸収をＥｒイオンの光増幅作用に用いることが可能となる。しかしながら、Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位からＹｂイオンの^２Ｆ_５／２準位への逆遷移、Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位から^４Ｆ_７／２準位への励起状態吸収（ＥＳＡ）、Ｙｂイオンの準位間での発光（^２Ｆ_５／２準位から^２Ｆ_７／２準位への遷移）等によるエネルギー損失が生じることによって、励起光から信号光への変換効率が低下することがあった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、エネルギー損失が少なく、励起光から信号光への変換効率が高いＥｒとＹｂとを含む希土類元素添加光ファイバを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の希土類元素添加光ファイバは、コア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部とを有し、前記コア部が、Ｙｂと、Ｅｒと、Ｐとを含み、前記Ｙｂと前記Ｅｒの合計含有量に対する前記Ｐの含有量の比Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）が、原子濃度比で１５以上２５．１以下の範囲内にあり、ＹｂとＥｒとの比Ｙｂ／Ｅｒは、質量比で２以上５０以下の範囲内であり、ＰとＥｒとの比Ｐ／Ｅｒは、質量比で１３以上３６０以下の範囲内であることを特徴としている。

本発明の希土類元素添加光ファイバにおいては、前記コア部は、Ｇｅを含み、前記Ｇｅの含有量が０．５質量％以上１２．０質量％以下であってもよい。

また、本発明の希土類元素添加光ファイバにおいては、前記Ｅｒの含有量が０．０５質量％以上であってもよい。

本発明によれば、エネルギー損失が少なく、励起光から信号光への変換効率が高いＥｒとＹｂとを含む希土類元素添加光ファイバを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る希土類元素添加光ファイバの横断面図である。

以下、本発明に係る希土類元素添加光ファイバの実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴を理解し易くするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。

図１は、本発明の一実施形態に係る希土類元素添加光ファイバの横断面図である。
図１に示すように、希土類元素添加光ファイバ１は、コア部２と、コア部２の周囲を覆うクラッド部３とを有する。クラッド部３は、コア部２の周囲に形成された第１クラッド層３ａと、第１クラッド層３ａの外側に形成された第２クラッド層３ｂとを備えるダブルクラッド構造とされている。第２クラッド層３ｂの外側は、被覆層４で被覆されている。

コア部２は、Ｙｂ（イッテルビウム）と、Ｅｒ（エルビウム）と、Ｐ（リン）とを含む。
コア部２に含まれるＥｒは、波長９８０ｎｍあるいは波長１４８０ｎｍの光（励起光）によって励起されて、波長１５５０ｎｍの光（信号光）を生成する作用を有する。

Ｙｂは、波長８００ｎｍ～１１００ｎｍの広い波長範囲の光で励起され、その励起したＹｂからＥｒへのエネルギー遷移によってＥｒを励起させる作用を有する。この作用によって、波長１５５０ｎｍの光の生成量を増加させることができる。また、Ｙｂは、Ｅｒの周囲に配位して、Ｅｒ同士の距離を長くすることによって、Ｅｒのクラスタリングの発生を抑制する作用も有する。この作用によって、Ｅｒの含有量が多くてもＥｒの濃度消光を抑えることができ、これによっても波長１５５０ｎｍの光の生成量を増加させることができる。

Ｐは、Ｅｒの周囲に配位して、Ｅｒ同士の距離を長くすることによって、Ｅｒのクラスタリングの発生を抑制する作用を有する。この作用によって、Ｅｒの含有量が多くてもＥｒの濃度消光を抑えることができ、これによって波長１５５０ｎｍの光の生成量を増加させることができる。また、Ｐは、Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位からＹｂイオンの^２Ｆ_５／２準位への逆遷移やＥｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位から^４Ｆ_７／２準位への励起状態吸収（ＥＳＡ）を抑制する作用も有する。

コア部２のＹｂとＥｒとＰの含有量は、ＹｂとＥｒの合計含有量に対するＰの含有量の比Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）が、原子濃度比で１５以上５０以下の範囲内となるようにされている。Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）の原子濃度比がこの範囲内にあることによって、ＹｂイオンとＥｒイオンとのイオン間相互作用によるＹｂイオンの^２Ｆ_５／２準位からＥｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位への遷移が起こりやすくなるので、^２Ｆ_５／２準位に遷移されたＹｂイオンのエネルギー損失が少なくなる。このため、本実施形態の希土類元素添加光ファイバ１は、励起光から信号光への変換効率が高くなる。

Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）の原子濃度比が低くなりすぎる（Ｐの含有量が少なくなりすぎる、あるいはＹｂとＥｒの合計含有量が多くなりすぎる）と、希土類元素同士のクラスタリングが生成して、コア部２が白濁するおそれある。また、Ｐの含有量が少なくなりすぎることに起因して、Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位からＹｂイオンの^２Ｆ_５／２準位への逆遷移やＥｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位から^４Ｆ_７／２準位への励起状態吸収が起こりやすくなりＥｒイオンのエネルギー損失が多くなるおそれがある。一方、Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）の原子濃度比が高くなりすぎる（Ｐの含有量が多くなりすぎる、あるいはＹｂとＥｒの合計含有量が少なくなりすぎる）と、ＹｂイオンとＥｒイオンとのイオン間相互作用によって、Ｅｒイオンを^４Ｉ_１１／２準位に励起しにくくなり、^２Ｆ_５／２に励起されたＹｂイオンがＹｂ準位間での発光で基底準位へと戻るため、励起光から信号光への変換効率が低下するおそれがある。Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）の原子濃度比は、１８．０以上であることが好ましく、２０．０以上であることがより好ましい。また、Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）の原子濃度比は、３５．０以下であることが好ましく、３０．０以下であることがより好ましい。

コア部のＥｒ含有量は、好ましくは０．０５質量％以上であり、特に好ましくは０．０９質量％以上である。一方、Ｅｒ含有量が多くなりすぎると、クラスタリングの発生による濃度消光が発生するおそれがあるため、次項以降に示す範囲でＹｂ、Ｐを共添加させる必要がある。

コア部２のＹｂの含有量は、ＹｂとＥｒとの比Ｙｂ／Ｅｒは、質量比で好ましくは１以上５０以下の範囲内であり、より好ましくは２以上５０以下の範囲内であり、さらに好ましくは４以上５０以下の範囲内であり、特に好ましくは４以上４０以下の範囲内であり、特に好ましくは４以上２０以下の範囲内である。Ｙｂ含有量をこの範囲内とすることによって、波長１５５０ｎｍの光の生成をより確実に増加させることができる。

コア部２のＰ含有量は、ＰとＥｒとの比Ｐ／Ｅｒは、質量比で好ましくは５以上３６０以下の範囲内であり、より好ましくは１３以上３６０以下の範囲内であり、特に好ましくは１８以上３６０以下の範囲内である。Ｐ含有量がこの範囲内にあることによって、Ｅｒのクラスタリングの発生、Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位からＹｂイオンの^２Ｆ_５／２準位への逆遷移、Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位から^４Ｆ_７／２準位への励起状態吸収をより確実に抑制することができる。

希土類元素添加光ファイバ１のコア部２は、Ｇｅ（ゲルマニウム）を含んでいてもよい。Ｇｅは、コア部２に含まれているＰに起因する放射線の照射による欠陥吸収の生成を抑制して、希土類元素添加光ファイバ１の耐放射線性を向上させる作用を有する。

コア部２のＧｅ含有量は、好ましくは０．５質量％以上１２．０質量％以下の範囲内である。Ｇｅ含有量の下限値は、より好ましくは１．０質量％以上、さらに好ましくは２．３質量％以上、特に好ましくは３．２質量％以上である。Ｇｅ含有量の上限値は、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは９．０質量％以下、特に好ましくは８．６質量％以下、さらにより好ましくは６．０質量％以下、最も好ましくは５．０質量％以下である。Ｇｅ含有量が少なくなりすぎると、耐放射線性を十分に向上させることが難しくなるおそれがある。一方、Ｇｅ含有量が多くなりすぎても、耐放射線性の向上効果は飽和し、またＮＡ（開口数）が大きくなりすぎるおそれがある。

クラッド部３の第１クラッド層３ａは、コア部２に対するクラッドとして機能すると同時に、ポンピングガイドとも呼ばれ、励起光のマルチモード導波路として機能する。第１クラッド層３ａは、コア部２よりも屈折率が低いものであれば、その材料には特に制限はない。第１クラッド層３ａの材料としては、例えば、シリカガラス（石英ガラス）を使用することができる。

第２クラッド層３ｂは、第１クラッド層３ａのポンピングガイドに対するクラッドとして機能する。第２クラッド層３ｂは、第１クラッド層３ａよりも屈折率が低いものであれば、その材料には特に制限はない。第２クラッド層３ｂは、シリコーン系あるいはアクリル系の低屈折率樹脂を用いた樹脂クラッド型であってもよいし、クラッドにエアホール（空孔）を配列させたエアホール型であってもよい。

被覆層４は、樹脂材料で形成されている。樹脂材料としては、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などの硬化性樹脂材料を用いることができる。

希土類元素添加光ファイバ１のコア部２の直径は、特に限定されないが、３μｍ以上１１０μｍ以下の範囲内であってもよい。第１クラッド層３ａの厚さは特に限定されないが、２５μｍ以上３５０μｍ以下の範囲内であってもよい。第２クラッド層３ｂの厚さは特に限定されないが、５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であってもよい。

次に、本実施形態の希土類元素添加光ファイバの製造方法について、第２クラッド層が樹脂クラッド型である場合を例にとって説明する。
本実施形態の希土類元素添加光ファイバは、例えば、希土類元素添加光ファイバ製造用の母材（プリフォーム）を作製する母材作製工程と、得られた母材を線引きしてコア部が第１クラッド層で被覆されたシングルクラッド型の希土類元素添加光ファイバを製造する線引き工程と、得られたシングルクラッド型の希土類元素添加光ファイバに第２クラッド層を形成する第２クラッド層形成工程と、第２クラッド層の周囲を保護樹脂で被覆する被覆層形成工程とを有する方法によって製造することができる。

（母材作製工程）
母材作製工程で作製する母材は、コア形成部と、コア形成部の周囲を覆う第１クラッド形成部とを有する。コア形成部は、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｐ、さらに必要に応じてＧｅを含むシリカ組成物からなり、第１クラッド形成部は、コア形成部よりも屈折率が低いシリカもしくはシリカ組成物からなる。

母材は、コア形成部と第１クラッド形成部の一部を有するシリカ複合体を作製し、次いで、シリカ複合体の周囲に第１クラッド形成部の不足分を追加することによって得ることができる。第１クラッド形成部の不足分を追加することによって、コア形成部と第１クラッド形成部の外径を所望の比率にすることができる。
シリカ複合体の作製方法としては、ＭＣＶＤ法（ＭｏｄｉｆｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ）を用いることができる。具体的には、石英管に、シリカ源（例えば、ＳｉＣｌ_４）、Ｅｒ源（例えば、Ｅｒ（ＤＰＭ）_３）、Ｙｂ源（例えば、Ｙｂ（ＤＰＭ）_３）、Ｐ源（例えば、ＰＯＣｌ_３）、さらに必要に応じてＧｅ源（例えば、ＧｅＣｌ_４）、及び酸素を含む原料ガスを供給しながら、石英管を酸水素バーナにより加熱する。このとき、原料ガスの種類や組成を調整することによって、コア形成部に含有されるＥｒ、Ｙｂ、Ｐ、Ｇｅの量を調整することができる。こうしてＥｒ、Ｙｂ、Ｐ、Ｇｅを含むガラス組成物粒子からなるスートを石英管に堆積させる。次いで、石英管を酸水素バーナにより加熱して、スートを透明のガラス層とする。そして最後に、原料ガスの供給を止めて、石英管を酸水素バーナにより加熱して、石英管を軟化させて、中空部を潰す。これにより、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｐ、Ｇｅを含むシリカ組成物からなるコア形成部と、そのコア形成部の周囲を覆う第１クラッド形成部とを有するシリカ複合体が得られる。なお、シリカ複合体の作製方法としては、上記のＭＣＶＤ法以外に光ファイバ製造用の母材の作製方法として一般に用いられている各種の方法、例えば、ＯＶＤ法（ＯｕｔｓｉｄｅＶａｐｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ）、ＶＡＤ法（ＶａｐｏｒｐｈａｓｅＡｘｉａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ）などを利用することができる。

シリカ複合体の周囲に第１クラッド形成部の不足分を追加する方法としては、ジャケット法（ロッドインチューブ法とも呼ばれる）を用いることができる。具体的には、ＭＣＶＤ法で用いた石英管と組成が同じもしくは近い石英管の内部に、ＭＣＶＤ法によって得られた母材を挿入し、石英管を酸水素バーナによって加熱して、母材と石英管とを一体化させる。このようにして、コア形成部と第１クラッド形成部の外径を所望の比率とした希土類元素添加光ファイバ製造用の母材を得ることができる。

（線引き工程）
線引き工程では、上記の母材作製工程で作製した希土類元素添加光ファイバ製造用の母材を加熱して溶融させ、溶融した母材を糸状に引き伸ばして、冷却する。これによってシングルクラッド型の希土類元素添加光ファイバを得ることができる。母材を糸状に引き伸ばす方法としては、光ファイバの製造で一般に用いられている各種の方法を利用することができる。

（第２クラッド層形成工程）
第２クラッド層形成工程では、上記の線引き工程で得られたシングルクラッド型の希土類元素添加光ファイバの周囲を第１クラッド層よりも屈折率が低い低屈折率樹脂で被覆することによって第２クラッド層を形成する。具体的には、シングルクラッド型の希土類元素添加光ファイバの周囲を硬化性の低屈折率樹脂で被覆して、その硬化性の低屈折率樹脂を硬化させることによって、第２クラッド層を形成する。このようにして、ダブルクラッド型の希土類元素添加光ファイバを得ることができる。

（被覆層形成工程）
得られたダブルクラッド型の希土類元素添加光ファイバの第２クラッド層の周囲を保護樹脂で被覆して、被覆層を形成することによって、本実施形態の希土類元素添加光ファイバが得られる。保護樹脂で被覆する方法としては、例えば、硬化性樹脂を塗布し、硬化させる方法を利用することができる。

線引き工程、第２クラッド層形成工程および被覆層形成工程は、一連の工程として連続的に行うのが一般的である。その理由は、光ファイバガラス裸線の状態では曲げや引張りに対する強度が低く、裸線の状態でボビンに巻き取ると断線を引き起こしやすいからである。一連の工程として連続的に第２クラッド層や被覆層を形成することによって強度を高くすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。例えば、上述の実施形態では、希土類元素添加光ファイバを、ダブルクラッド型光ファイバ（ＤＣＦ）として説明したが、本発明の希土類元素添加光ファイバはこれに限定されるものではない。本発明の希土類元素添加光ファイバは、シングルクラッド型光ファイバであってもよく、またマルチモード型光ファイバ（ＭＭＦ）、シングルモード型光ファイバ（ＳＭＦ）、偏波保持型光ファイバなどの光ファイバとして利用されている種々の形態とすることができる。

以下に、本発明の作用効果を、実施例により説明する。

［実施例１］
（希土類元素添加光ファイバ製造用の母材の作製）
ＭＣＶＤ法により、コア形成部が、Ｙｂ含有量が０．８４質量％、Ｅｒ含有量が０．１７質量％、Ｐ含有量が７．３１質量％、Ｇｅ含有量が６．７１質量％のシリカ組成物からなり、第１クラッド形成部の一部がシリカガラスであるガラス複合体（直径：１３ｍｍ）を得た。次いで、得られたガラス複合体の周囲に、上記第１クラッド形成部と組成が同じ石英管を用いたジャケット法により、第１クラッドを追加して、希土類元素添加光ファイバ製造用の母材（直径：３０ｍｍ）を作製した。

（希土類元素添加光ファイバの作製）
上記の母材を線引きして、コア径が８．１μｍで、第１クラッド層の直径が１２５μｍのシングルクラッド型の希土類元素添加光ファイバを得た。次いで、得られたシングルクラッド型の希土類元素添加光ファイバの周囲を、紫外線硬化性のアクリル系低屈折率樹脂で被覆し、そのアクリル系低屈折率樹脂を硬化させて、第２クラッド層のアクリル系低屈折率樹脂の厚さが３５μｍのダブルクラッド型の希土類元素添加光ファイバを得た。そして、得られたダブルクラッド型の希土類元素添加光ファイバの周囲を保護樹脂で被覆することによって、被覆層を形成して、２ＬＰモードで伝搬するダブルクラッド型（２ＬＰ－ＤＣＦ型）の希土類元素添加光ファイバを作製した。線引き工程、第２クラッド層形成工程および被覆層形成工程は、一連の工程として連続的に行なった。得られた２ＬＰ－ＤＣＦ型の希土類元素添加光ファイバは、被覆層まで含めた直径が２５０μｍであった。

［実施例２～１３］
コア形成部の組成を、下記の表１に示す組成としたこと以外は実施例１と同様にして希土類元素添加光ファイバ製造用の母材を作製した。そして、得られた母材を、コア径が下記の表１に示す値となるように線引きしたことは実施例１と同様にして２ＬＰ－ＤＣＦ型の希土類元素添加光ファイバを作製した。

［評価］
実施例１～１３で得られた２ＬＰ－ＤＣＦ型の希土類元素添加光ファイバについて、最大光－光変換効率と分光強度と耐γ線特性を下記の方法により測定した。その結果を、下記の表２に示す。

（最大光－光変換効率）
波長９７５ｎｍの光を励起光として用いて、励起光の入力電力に対する信号光（波長１５５０ｎｍ）の出力電力の割合を最大光－光変換効率として算出した。なお、実施例１～５では前方向励起評価と後方向励起評価を行ない、実施例６では前方向励起評価のみを行ない、実施例７～１３では後方向励起評価のみを行なった。前方向励起評価は、励起光を信号光の伝送方向に対して同じ方向に入射したときの評価を意味し、後方向励起評価は、励起光を信号光の伝送方向に対して反対の方向に入射したときの評価を意味する。

（分光強度）
波長９７５ｎｍの光を励起光として用いて、波長１５５０ｎｍの信号光を増幅した際に、希土類元素添加光ファイバの側面から放出された波長５４８ｎｍの光の強度を、分光色彩照度計を用いて測定した。波長５４８ｎｍの光は、Ｅｒイオンの^４Ｓ_３／２準位が^４Ｉ_１５／２準位に遷移したときの発光である。Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位から^４Ｆ_７／２準位への励起状態吸収が起こると、^４Ｆ_７／２準位から^２Ｈ_１１／２準位、^４Ｓ_３／２準位の順で遷移する。よって、分光強度が低いことは、Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位から^４Ｆ_７／２準位への励起状態吸収が少ないことを意味する。ただし、励起状態吸収は，ＹｂイオンからＥｒイオンへのエネルギー移動に伴う現象のため、５４８ｎｍの分光強度があまりにも小さい場合は、ＹｂイオンからＥｒイオンへのエネルギー移動が効率良く行なわれていないことを示すことにもなる。なお、実施例１～５では前方向励起評価と後方向励起評価を行ない、実施例６では前方向励起評価のみを行ない、実施例７～１３では後方向励起評価のみを行なった。前方向励起評価は、励起光を、信号光の伝送方向に対して同じ方向に入射したときの評価を意味し、後方向励起評価は、励起光を、信号光の伝送方向に対して反対の方向に入射したときの評価を意味する。

（耐γ線特性）
横軸を光の波長とし、縦軸を光の吸収損失とした光の損失スペクトルを下記の方法で測定した。
＜光の損失スペクトルの測定方法＞
損失スペクトルはカットバック法により測定した。条長Ｌ_０［ｍ］の被測定ファイバに白色光を入射し、光スペクトラムアナライザを用いて透過光スペクトルを測定した。このときの光パワーをＰ_０［ｄＢｍ］とした。次いで、被測定ファイバの条長をＬ_１［ｍ］にカットバックし、カットバック後の被測定ファイバの透過光スペクトルを測定した。このときの光パワーをＰ_１［ｄＢｍ］とした。Ｌ_０は約１０ｍ、Ｌ_１は約２ｍとした。吸収損失［ｄＢ／ｍ］は、（Ｐ_１－Ｐ_０）／（Ｌ_０－Ｌ_１）により求めた。

次いで、希土類元素添加光ファイバに、コバルト６０のγ線照射装置を用いて、γ線を１０００Ｇｙ（静止軌道に１０年間静置した場合に相当）照射した。γ線照射後の希土類元素添加光ファイバについて、光の損失スペクトルを再測定した。そして、γ線照射後の希土類元素添加光ファイバの光の損失スペクトルからγ線照射前の光の損失スペクトルを減じた値を、吸収損失の増加量として算出した。光の損失スペクトルの波長（ｎｍ）を光子エネルギー量（ｅＶ）に換算して、横軸を光子エネルギー量（ｅＶ）とし、縦軸に吸収損失の増加量をプロットしたグラフを作成し、このプロットしたデータを用いて、ガウシアンフィッティングを行って近似曲線を得た。ガウシアンフィッティングは、下記の文献に記載されているパラメータを用いて行なった。表２には、波長１５７０ｎｍの光の吸収損失増加量を示した。
「D. L. Griscom, E. J. Friebele, K. J. Long and J. W. Fleming, “Fundamental defect centers in glass: Electron spin resonance and optical absorption studies of irradiated phosphorus-doped silica glass and optical fibers,” Journal of Applied Physics, vol. 54, no. 7, pp. 3743-3762, 1983.」

Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）の原子濃度比が、本発明の範囲内にある実施例１～１３の希土類元素添加光ファイバは、最大光－光変換効率が高い値を示すことがわかる。特に、Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）の原子濃度比が４０．０以下で、かつＹｂ／Ｅｒが２以上で、Ｐ／Ｅｒが１３以上とされた実施例２～１１、１３の希土類元素添加光ファイバは、最大光－光変換効率が高い値を示すことがわかる。また、Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）の原子濃度比が１８．０以上とされた実施例１～４、６～１３の希土類元素添加光ファイバは、分光強度が低く、Ｅｒイオンの^４Ｉ_１１／２準位から^４Ｆ_７／２準位への励起状態吸収が低減されていることがわかる。

また、コア部がＧｅを含む実施例１～５、７～１３の希土類元素添加光ファイバは、ガンマ線照射後の光の吸収損失増加量が低く、耐γ線特性が向上することがわかる。

本発明の希土類元素添加光ファイバは、光通信用の光増幅器用部品や光ファイバジャイロなど光ファイバを利用した各種センサ用部品として好適に使用することができる。特に、コア部にＧｅを含む希土類元素添加光ファイバは、宇宙機（例えば、ロケット、人工衛星、宇宙船）に搭載される光通信機器や光ファイバジャイロ、原子炉における光増幅器、航空機搭載用の光通信機器などの耐放射線性が要求される用途において好適に使用することができる。

１…希土類元素添加光ファイバ、２…コア部、３…クラッド部、３ａ…第１クラッド層、３ｂ…第２クラッド層、４…被覆層

Claims

コア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部とを有し、前記コア部が、Ｙｂと、Ｅｒと、Ｐとを含み、前記Ｙｂと前記Ｅｒの合計含有量に対する前記Ｐの含有量の比Ｐ／（Ｙｂ＋Ｅｒ）が、原子濃度比で１５以上２５．１以下の範囲内にあり、ＹｂとＥｒとの比Ｙｂ／Ｅｒは、質量比で２以上５０以下の範囲内であり、ＰとＥｒとの比Ｐ／Ｅｒは、質量比で１３以上３６０以下の範囲内である、希土類元素添加光ファイバ。
前記コア部は、Ｇｅを含み、前記Ｇｅの含有量が０．５質量％以上１２．０質量％以下である、請求項１に記載の希土類元素添加光ファイバ。
前記Ｅｒの含有量が０．０５質量％以上である、請求項１または２に記載の希土類元素添加光ファイバ。