JPH1036138A - 光ファイバの製造方法および光ファイバ - Google Patents

光ファイバの製造方法および光ファイバ

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JPH1036138A
JPH1036138A JP19714196A JP19714196A JPH1036138A JP H1036138 A JPH1036138 A JP H1036138A JP 19714196 A JP19714196 A JP 19714196A JP 19714196 A JP19714196 A JP 19714196A JP H1036138 A JPH1036138 A JP H1036138A
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JP
Japan
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optical fiber
less
core
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ppm
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JP19714196A
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English (en)
Inventor
Akira Sasaki
亮 佐々木
Shigeru Shikii
滋 式井
Akira Wada
朗 和田
Tetsuya Sakai
哲弥 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーリー散乱光の発生を抑制してビート雑音
の低減を図ること。 【解決手段】 クラッドに対してコアの屈折率を高める
ため一の添加材料を添加するとともに、コアでの励起光
による反転分布の形成のため他の添加材料を添加する光
ファイバの製造方法および光ファイバであり、コア内を
伝搬する光の反射率を予め設定した値(例えば−48d
B)以下にするにあたり、コア内を伝搬する光の単位長
さ当たりの吸収損失と、クラッドとコアとの比屈折率差
との関係に基づいて、一の添加材料および他の添加材料
の添加量を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、励起光によってコ
アに反転分布を形成し、信号光を増幅する光ファイバの
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】エルビウムドープ光ファイバ増幅器(以
下、EDFAと言う。)は、エルビウムを添加した光フ
ァイバを利用した光増幅器であり、励起光によってコア
に反転分布を形成し、伝搬する信号光の誘導放出によっ
て光増幅を行うものである。
【0003】従来、EDFAに使用されるエルビウム添
加光ファイバ(以下、EDFと言う。)の内部において
は、発生するレーリー散乱による反射光が、EDFAお
よびシステムの雑音特性を劣化させていること、また、
EDF内部において発生するレーリー散乱光の発光量は
EDFの構造および構造に関わる光ファイバパラメータ
に大きく依存していることが明らかにされている(F.W.
Willems and J.C vander Plaats,OAA'93,MD13pp.198-20
1(1993)参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光ファイバにおいて、レーリー散乱光を抑制し雑音
特性を劣化させない製造条件についての最適化が成され
ておらず、光ファイバ増幅器で使用される場合、その光
ファイバ内で増幅される信号光により発生する後方レー
リー散乱光が増幅し、もう一度後方レーリー散乱(ダブ
ルレーリー散乱光)を発生させて信号光との干渉を起こ
し、ビート雑音を発生させるという問題が生じている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された光ファイバの製造方法であ
る。すなわち、本発明は、クラッドに対してコアの屈折
率を高めるため一の添加材料を添加するとともに、コア
での励起光による反転分布の形成のため他の添加材料を
添加する光ファイバの製造方法であり、コア内を伝搬す
る光の反射率を予め設定した一定の値以下にするにあた
り、コア内を伝搬する光の吸収損失と、クラッドとコア
との比屈折率差との関係に基づいて、一の添加材料およ
び他の添加材料の添加量を設定する方法である。
【0006】また、本発明は、コア内を伝搬する光の反
射率を予め設定した一定の値以下とし、一の添加材料の
添加量と他の添加材料の添加量とをコア内を伝搬する光
の吸収損失と、クラッドとコアとの比屈折率差との関係
に基づく量に設定してある光ファイバでもある。
【0007】このように、一の添加材料および他の添加
材料の添加量を、予め設定した反射率以下となるよう吸
収損失と、クラッドとコアとの比屈折率差との関係に基
づいて設定することで、レーリー散乱光の発生の抑制
と、信号光の効率の良い伝搬との両方を満たす光ファイ
バを構成できるとともに、このような光ファイバを定量
的に製造できるようになる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の光ファイバの製
造方法および光ファイバにおける実施の形態を図に基づ
いて説明する。図1は本発明の光ファイバの製造方法に
おける実施形態を説明する図、図2はEDFAの構成
図、図3は光ファイバの構造と屈折率差を示す図、図4
は反射率と相対強度雑音との関係を示す図である。
【0009】本実施形態における光ファイバの製造方法
および光ファイバは、レーリー散乱を抑制して信号光と
の干渉によるビート雑音を低減できる製造条件の最適化
を図った点に特徴がある。先ず、EDFが適用されるE
DFAについて説明する。図2に示すように、EDFA
1は、入力端Iから入射される信号光と、励起光源3か
らの励起光とを合波する合波器4と、EDFA1の外部
からの反射光による特性劣化を防止するための光アイソ
レータ2、5と、合波器4と光アイソレータ5との間に
配置されるEDF10と、増幅した信号光を出力する出
力端Oとから構成される。
【0010】図3に示すように、EDF10は、SiO
2 から成るクラッド11と、SiO 2 にGeO2 とEr
3+(エルビウム)と、Er3+を添加するためにAl2
3 とが添加されて成るコア12とから構成されている。
コア12にGeO2 を添加することでクラッド11との
屈折率差を設け、またEr3+をAl2 3 とともに添加
することで励起光による反転分布を形成できるようにし
ている。なお、コア12とクラッド11との比屈折率差
を設定する際、コア12へGeO2 を添加するとともに
クラッド11へフッ素を添加して調整を行ってもよい。
【0011】このようなEDF10においては、反射率
が大きくなるに伴い相対強度雑音(RIN:Relat
ive Intensity Noise)が大きくな
る。図4は、横軸にEDFの反射率、縦軸に相対強度雑
音RINを示したものである。この反射率の低減を図っ
たEDFを図2に示すEDFA1で利用することによ
り、ビート雑音の低減を図ることが可能となる。
【0012】したがって、EDF10を製造する場合に
は、この反射率を所定値以下に抑制するたにあたり、E
DFA1の利用形態に適したクラッド11とコア12と
の比屈折率差および単位長さ当たりの吸収損失を得るた
め、各種添加材料の量を制御することが必要となる。
【0013】ここで、単位長さ当たりのレーリー散乱損
失αR は(1)式のようになる。
【0014】
【数1】
【0015】(1)式において、KR は添加材質に依存
する定数であるが、Al添加濃度に大きく依存し、2%
以下のAl濃度に対しては70、6%程度のAl濃度に
対しては125程度である。またλは信号光波長であ
り、Δは比屈折率差である。
【0016】また、長さLのEDF全体における反射率
eqは、通常の光ファイバと同様に(2)式で表され
る。
【0017】
【数2】
【0018】(2)式において、S(=3(Wkn)-2
/2)は光ファイバのコア内に捕獲されるレーリー散乱
光の割合であり、αは単位長さ当たりの伝搬損失であ
る。また、Wはスポットサイズ、kは波数、nはコアの
屈折率である。(1)式および(2)式から、KR の大
きいすなわちAl添加濃度の高いEDFほど反射率Req
が大きくなることが分かる。
【0019】このようなことから、本実施形態では図1
に示すような条件に基づいて光ファイバを製造すること
で、レーリー散乱の抑制とともに、図2に示すEDFA
1での利用に適合させることが可能となる。
【0020】すなわち、図1(a)においては、飽和出
力が+20dBm、全吸収損が70dB、スポットサイ
ズが2μm、αが0.35dB/km、EDF10(図
1参照)のコア12(図3参照)を形成するために添加
するAlの濃度が2%以下の場合における、単位長さ当
たり吸収損失と比屈折率との関係を、反射率をパラメー
タとして示したものである。
【0021】図1(a)より、EDF10の反射率を低
減するためにはEDF10の単位長さ当たりの吸収損失
が大きく、比屈折率差を小さくすればよいことが分か
る。しかし、Alの濃度を低く、かつEDFの吸収損失
を大きく(Erの濃度を高く)すると濃度消光によって
利得効率が低下してしまう。さらに、比屈折率を小さく
した場合には、EDF10内での励起光のパワー密度が
小さくなるため利得効率の低下を招く。
【0022】そこで、本実施形態では、光ファイバの反
射率を例えば−48dB以下にして製造するにあたり、
比屈折率差が1.5%以上、単位長さ当たりの吸収損失
が3.5dB/m以下となる図中斜線領域に入るよう、
GeO2 やエルビウム(Er)、Al2 3 の添加量を
設定する。
【0023】例えば、光ファイバの反射率を−48dB
以下に設定したとすると、比屈折率差を1.5%以上に
するためGeO2 を15000重量ppm以上とし、単
位長さ当たりの吸収損失を3.5dB/m以下にするた
めAl2 3 を2%、エルビウム(Er)を1000重
量ppm以下にする。
【0024】一例として、光ファイバの反射率を−48
dB以下に設定する場合、GeO2を30000重量p
pm、Al2 3 を2%、エルビウム(Er)を800
重量ppm添加する。
【0025】これにより、光ファイバとしての伝搬特性
を損なうことなく、ダブルレーリー散乱光を抑制してE
DFA1におけるビート雑音の低減を図ることができる
ようになる。
【0026】また、図1(b)においては、飽和出力が
+20dBm、全吸収損が70dB、スポットサイズが
2μm、αが0.35dB/km、EDF10(図1参
照)のコア12(図3参照)を形成するために添加する
Alの濃度が4〜6%の場合における、単位長さ当たり
吸収損失と比屈折率との関係を、反射率をパラメータと
して示したものである。
【0027】この例では、光ファイバの反射率を例えば
−48dB以下にして製造するにあたり、比屈折率差が
1.5%以上、単位長さ当たりの吸収損失が5.0dB
/m以下となる図中斜線領域に入るよう、GeO2 やエ
ルビウム(Er)、Al2 3 の添加量を設定する。
【0028】例えば、光ファイバの反射率を−48dB
以下に設定したとすると、比屈折率差を1.5%以上に
するためGeO2 を15000重量ppm以上とし、単
位長さ当たりの吸収損失を5.0dB/m以下にするた
めAl2 3 を5%、エルビウム(Er)を1500重
量ppm以下にする。
【0029】一例として、光ファイバの反射率を−48
dB以下に設定する場合、GeO2を30000重量p
pm、Al2 3 を5%、エルビウム(Er)を120
0重量ppm添加する。
【0030】このように、反射率を所定値以下に抑制す
る際、比屈折率差、単位長さ当たりの吸収損失が図中斜
線領域に入るようGeO2 やエルビウム(Er)、Al
2 3 の添加量を設定することで、光ファイバとしての
伝搬特性を損なうことなく、ダブルレーリー散乱光を抑
制してEDFA1におけるビート雑音の低減を図ること
ができるようになる。
【0031】なお、本実施形態では、コア12を構成す
るための添加材料としてGeO2 やEr3+(エルビウ
ム)、またEr3+を添加するためにAl2 3 を用いた
例を示したが、本発明はこれらの材料に限定されること
はない。また、Al添加濃度として2%以下の場合と、
4〜6%の場合とを例として説明したが、これ以外の濃
度であっても同様な考え方で添加材料の添加量の設定を
行えばよい。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バの製造方法および光ファイバによれば次のような効果
がある。すなわち、本発明では、信号光の伝搬特性を損
なうことなくレーリー散乱の発生を抑制できる光ファイ
バを定量的に製造することができ、この光ファイバを光
ファイバ増幅器で使用することで、ビート雑音の抑制お
よび増幅特性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態を説明する図で、(a)はAl添加
濃度が2%以下の場合、(b)はAl添加濃度が4〜6
%の場合である。
【図2】EDFAの構成図である。
【図3】光ファイバの構造と屈折率差を示す図である。
【図4】反射率と相対強度雑音との関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 EDFA 2、5 光アイソレータ 3 励起光源 4 合波器 10 EDF
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 朗 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉工場内 (72)発明者 酒井 哲弥 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉工場内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クラッドに対してコアの屈折率を高める
    ため一の添加材料を添加するとともに、該コアでの励起
    光による反転分布の形成のため他の添加材料を添加する
    光ファイバの製造方法であって、 前記コア内を伝搬する光の反射率を予め設定した一定の
    値以下にするにあたり、該コア内を伝搬する光の吸収損
    失と、前記クラッドと該コアとの比屈折率差との関係に
    基づいて、前記一の添加材料の添加量と前記他の添加材
    料の添加量とを設定することを特徴とする光ファイバの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記反射率が−48dB以下、前記光の
    吸収損失が5dB/m以下、前記比屈折率差が1.5%
    以上となるよう前記一の添加材料の添加量と前記他の添
    加材料の添加量とを設定することを特徴とする請求項1
    記載の光ファイバの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記一の添加材料として酸化ゲルマニウ
    ムを含み、前記他の添加材料として酸化アルミニウムお
    よびエルビウムを含むことを特徴とする請求項1記載の
    光ファイバの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記反射率を−48dB以下に設定した
    場合、前記一の添加材料として酸化ゲルマニウムを15
    000重量ppm以上、前記他の添加材料として酸化ア
    ルミニウムを2%、エルビウムを1000重量ppm以
    下に設定することを特徴とする請求項3記載の光ファイ
    バの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記反射率を−48dB以下に設定した
    場合、前記一の添加材料として酸化ゲルマニウムを15
    000重量ppm以上、前記他の添加材料として酸化ア
    ルミニウムを5%、エルビウムを1500重量ppm以
    下に設定することを特徴とする請求項3記載の光ファイ
    バの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記反射率を−48dB以下に設定した
    場合、前記一の添加材料として酸化ゲルマニウムを30
    000重量ppm、前記他の添加材料として酸化アルミ
    ニウムを2%、エルビウムを800重量ppmに設定す
    ることを特徴とする請求項4記載の光ファイバの製造方
    法。
  7. 【請求項7】 前記反射率を−48dB以下に設定した
    場合、前記一の添加材料として酸化ゲルマニウムを30
    000重量ppm以上、前記他の添加材料として酸化ア
    ルミニウムを5%、エルビウムを1200重量ppmに
    設定することを特徴とする請求項5記載の光ファイバの
    製造方法。
  8. 【請求項8】 クラッドに対してコアの屈折率を高める
    ため一の添加材料が添加され、該コアでの励起光による
    反転分布を形成するため他の添加材料が添加されている
    光ファイバであって、 前記コア内を伝搬する光の反射率が予め設定した一定の
    値以下となっており、前記一の添加材料の添加量と前記
    他の添加材料の添加量とが該コア内を伝搬する光の吸収
    損失と、前記クラッドと該コアとの比屈折率差との関係
    に基づく量となっていることを特徴とする光ファイバ。
  9. 【請求項9】 前記反射率が−48dB以下、前記光の
    吸収損失が5dB/m以下、前記比屈折率差が1.5%
    以上となるよう前記一の添加材料の添加量と前記他の添
    加材料の添加量とが設定されていることを特徴とする請
    求項8記載の光ファイバの製造方法。
  10. 【請求項10】 前記一の添加材料として酸化ゲルマニ
    ウムを含み、前記他の添加材料として酸化アルミニウム
    およびエルビウムを含むことを特徴とする請求項8記載
    の光ファイバ。
  11. 【請求項11】 前記反射率が−48dB以下であり、
    前記一の添加材料として酸化ゲルマニウムが15000
    重量ppm以上、前記他の添加材料として酸化アルミニ
    ウムが2%、エルビウムが1000重量ppm以下とな
    っていることを特徴とする請求項10記載の光ファイ
    バ。
  12. 【請求項12】 前記反射率を−48dB以下であり、
    前記一の添加材料として酸化ゲルマニウムが15000
    重量ppm以上、前記他の添加材料として酸化アルミニ
    ウムが5%、エルビウムが1500重量ppm以下とな
    っていることを特徴とする請求項10記載の光ファイ
    バ。
  13. 【請求項13】 前記反射率を−48dB以下であり、
    前記一の添加材料として酸化ゲルマニウムが30000
    重量ppm以上、前記他の添加材料として酸化アルミニ
    ウムが2%、エルビウムが800重量ppmとなってい
    ることを特徴とする請求項11記載の光ファイバ。
  14. 【請求項14】 前記反射率を−48dB以下であり、
    前記一の添加材料として酸化ゲルマニウムが30000
    重量ppm以上、前記他の添加材料として酸化アルミニ
    ウムが5%、エルビウムが1200重量ppmとなって
    いることを特徴とする請求項12記載の光ファイバ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015226057A (ja) * 2014-05-23 2015-12-14 パッドテック エス.エー.Padtec S.A. 光増幅器及び関連する方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015226057A (ja) * 2014-05-23 2015-12-14 パッドテック エス.エー.Padtec S.A. 光増幅器及び関連する方法

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