JP7496100B2 - 希土類元素添加光ファイバ - Google Patents
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Description
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。
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。
シリカ複合体の作製方法としては、MCVD法(Modified Chemical Vapor Deposition Method)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、SiCl4)、Er源(例えば、Er(DPM)3)、Yb源(例えば、Yb(DPM)3)、P源(例えば、POCl3)、さらに必要に応じてGe源(例えば、GeCl4)、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(Outside Vaper Deposition Method)、VAD法(Vapor phase Axial Deposition Method)などを利用することができる。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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4S3/2準位が4I15/2準位に遷移したときの発光である。Erイオンの4I11/2準位から4F7/2準位への励起状態吸収が起こると、4F7/2準位から2H11/2準位、4S3/2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4I11/2準位から4F7/2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。
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L0[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P0[dBm]とした。次いで、被測定ファイバの条長をL1[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P1[dBm]とした。L0は約10m、L1は約2mとした。吸収損失[dB/m]は、(P1-P0)/(L0-L1)により求めた。
「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.」
Claims (3)
- 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。
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