JP2001102661A - 光増幅ガラスファイバ - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ボビン状に巻くことなく３０ｃｍ程度の容器に
収容でき、かつ１．５〜１．６μｍの光に対し広帯域利
得が得られるＷＤＭ対応の光増幅ガラスファイバを得
る。 【解決手段】長さが２５ｃｍ以下であり、コアガラスに
Ｅｒが添加されており、かつ、１．５０〜１．５９μｍ
の波長の光に対し利得が得られる波長幅が３０ｎｍ以上
である光増幅ガラスファイバ。
収容でき、かつ１．５〜１．６μｍの光に対し広帯域利
得が得られるＷＤＭ対応の光増幅ガラスファイバを得
る。 【解決手段】長さが２５ｃｍ以下であり、コアガラスに
Ｅｒが添加されており、かつ、１．５０〜１．５９μｍ
の波長の光に対し利得が得られる波長幅が３０ｎｍ以上
である光増幅ガラスファイバ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１．５〜１．６μ
ｍの波長域で動作可能な光増幅ガラスファイバに関す
る。
ｍの波長域で動作可能な光増幅ガラスファイバに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光通信分野への応用を目的として、コア
に希土類元素を添加したガラスファイバを光増幅媒体と
した光増幅器、特にＥｒ（エルビウム）添加光ファイバ
増幅器の研究開発が進められ、光通信システムへの応用
が盛んに進められている。
に希土類元素を添加したガラスファイバを光増幅媒体と
した光増幅器、特にＥｒ（エルビウム）添加光ファイバ
増幅器の研究開発が進められ、光通信システムへの応用
が盛んに進められている。
【０００３】一方、将来見込まれる通信サービスの多様
化に対応するために、伝送容量の拡大を図る波長多重光
通信方式（ＷＤＭ）が提案されている。ＷＤＭにおいて
は、波長多重のチャンネル数が増加するほど伝送容量が
大きくなる。「Ｅｒ添加光ファイバをコアとする光増幅
ガラスファイバ」（ＥＤＦ）のＷＤＭへの応用が検討さ
れており、たとえばコアがＥｒ添加石英系ガラスファイ
バであるＥＤＦ（石英系ＥＤＦ）、コアがＥｒ添加フッ
化物ガラスファイバであるＥＤＦ（フッ化物系ＥＤ
Ｆ）、等が従来提案されている。
化に対応するために、伝送容量の拡大を図る波長多重光
通信方式（ＷＤＭ）が提案されている。ＷＤＭにおいて
は、波長多重のチャンネル数が増加するほど伝送容量が
大きくなる。「Ｅｒ添加光ファイバをコアとする光増幅
ガラスファイバ」（ＥＤＦ）のＷＤＭへの応用が検討さ
れており、たとえばコアがＥｒ添加石英系ガラスファイ
バであるＥＤＦ（石英系ＥＤＦ）、コアがＥｒ添加フッ
化物ガラスファイバであるＥＤＦ（フッ化物系ＥＤ
Ｆ）、等が従来提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】１．５〜１．６μｍの
波長域の光に対し、従来知られている石英系ＥＤＦにお
いては、その長さが１０〜３０ｍであるときに最も利得
が得られることが知られている（波長、Ｅｒ濃度、等に
よって最も利得が得られる長さは変わる）。したがっ
て、石英系ＥＤＦを用いた従来の光増幅器では、所望の
光増幅を行い、かつ、石英系ＥＤＦを３０ｃｍ程度の大
きさの容器に収容するために、たとえば１０〜３０ｍの
石英系ＥＤＦが直径５ｃｍ程度のボビン状に巻かれたも
のが使用されている。しかしこのようにボビン状に巻く
ことにより石英系ＥＤＦに曲げ応力が働き、長期間使用
に際しては静的疲労のために石英系ＥＤＦが破壊しやす
い問題があった。
波長域の光に対し、従来知られている石英系ＥＤＦにお
いては、その長さが１０〜３０ｍであるときに最も利得
が得られることが知られている（波長、Ｅｒ濃度、等に
よって最も利得が得られる長さは変わる）。したがっ
て、石英系ＥＤＦを用いた従来の光増幅器では、所望の
光増幅を行い、かつ、石英系ＥＤＦを３０ｃｍ程度の大
きさの容器に収容するために、たとえば１０〜３０ｍの
石英系ＥＤＦが直径５ｃｍ程度のボビン状に巻かれたも
のが使用されている。しかしこのようにボビン状に巻く
ことにより石英系ＥＤＦに曲げ応力が働き、長期間使用
に際しては静的疲労のために石英系ＥＤＦが破壊しやす
い問題があった。
【０００５】また、従来知られているフッ化物系ＥＤＦ
においては、その長さが１０〜４０ｍであるときに１．
５〜１．６μｍの波長域の光に対し最も利得が得られる
ことが知られており、これを用いた光増幅器でも石英系
ＥＤＦを用いた光増幅器と同様の問題があった。
においては、その長さが１０〜４０ｍであるときに１．
５〜１．６μｍの波長域の光に対し最も利得が得られる
ことが知られており、これを用いた光増幅器でも石英系
ＥＤＦを用いた光増幅器と同様の問題があった。
【０００６】また、石英系ＥＤＦ、フッ化物系ＥＤＦに
は、１．５〜１．６μｍの波長域の光に対し利得が得ら
れる波長幅が小さい問題があった。このような問題を解
決するために、ボビン状に巻くことなく３０ｃｍ程度の
大きさの容器に収容でき、かつ所望の光増幅が広帯域で
得られるＥＤＦが求められている。本発明は以上の課題
を解決するＥＤＦの提供を目的とする。
は、１．５〜１．６μｍの波長域の光に対し利得が得ら
れる波長幅が小さい問題があった。このような問題を解
決するために、ボビン状に巻くことなく３０ｃｍ程度の
大きさの容器に収容でき、かつ所望の光増幅が広帯域で
得られるＥＤＦが求められている。本発明は以上の課題
を解決するＥＤＦの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、コアガラスと
クラッドガラスからなり、該コアガラスと該クラッドガ
ラスのそれぞれの屈折率ｎ1、ｎ2の間に、０．０００５
≦（ｎ1−ｎ2）／ｎ1≦０．１、の関係が成り立ってい
るガラスファイバであって、長さが２５ｃｍ以下であ
り、かつ、コアガラスにＥｒが添加されており、かつ、
１．５０〜１．５９μｍの波長の光に対し利得が得られ
る波長幅が３０ｎｍ以上である光増幅ガラスファイバを
提供する。
クラッドガラスからなり、該コアガラスと該クラッドガ
ラスのそれぞれの屈折率ｎ1、ｎ2の間に、０．０００５
≦（ｎ1−ｎ2）／ｎ1≦０．１、の関係が成り立ってい
るガラスファイバであって、長さが２５ｃｍ以下であ
り、かつ、コアガラスにＥｒが添加されており、かつ、
１．５０〜１．５９μｍの波長の光に対し利得が得られ
る波長幅が３０ｎｍ以上である光増幅ガラスファイバを
提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の光増幅ガラスファイバ
は、コアガラスとクラッドガラスからなる。通常はクラ
ッドガラスの外側に保護用の樹脂がコーティングされ
る。前記樹脂として、シリコーン系樹脂、アクリル系樹
脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、等が例示され
る。コアガラスの屈折率ｎ1とクラッドガラスの屈折率
ｎ2の間には次式で表わされる関係が成立する。 ０．０００５≦（ｎ1−ｎ2）／ｎ1≦０．１ （ｎ1−ｎ2）／ｎ1が０．０００５未満では光をコアガ
ラス内に閉じ込めることが困難になる。好ましくは０．
００１以上、より好ましくは０．００３以上である。
０．１超では光増幅ガラスファイバ内を単一モードで光
を伝播することが困難になる。好ましくは０．０８以
下、より好ましくは０．０５以下である。
は、コアガラスとクラッドガラスからなる。通常はクラ
ッドガラスの外側に保護用の樹脂がコーティングされ
る。前記樹脂として、シリコーン系樹脂、アクリル系樹
脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、等が例示され
る。コアガラスの屈折率ｎ1とクラッドガラスの屈折率
ｎ2の間には次式で表わされる関係が成立する。 ０．０００５≦（ｎ1−ｎ2）／ｎ1≦０．１ （ｎ1−ｎ2）／ｎ1が０．０００５未満では光をコアガ
ラス内に閉じ込めることが困難になる。好ましくは０．
００１以上、より好ましくは０．００３以上である。
０．１超では光増幅ガラスファイバ内を単一モードで光
を伝播することが困難になる。好ましくは０．０８以
下、より好ましくは０．０５以下である。
【０００９】コアガラスはマトリクスガラスにＥｒを添
加したものである。マトリクスガラスに対するＥｒ添加
量は０．０５〜１０重量％（外掛け）であることが好ま
しい。０．０５重量％未満では所望の光増幅（利得、お
よび、利得が得られる波長幅）が得られないおそれがあ
る。好ましくは０．１重量％以上、より好ましくは０．
２重量％以上である。１０重量％超ではガラス化が困難
になるおそれがある。好ましくは５重量％以下、より好
ましくは３重量％以下である。
加したものである。マトリクスガラスに対するＥｒ添加
量は０．０５〜１０重量％（外掛け）であることが好ま
しい。０．０５重量％未満では所望の光増幅（利得、お
よび、利得が得られる波長幅）が得られないおそれがあ
る。好ましくは０．１重量％以上、より好ましくは０．
２重量％以上である。１０重量％超ではガラス化が困難
になるおそれがある。好ましくは５重量％以下、より好
ましくは３重量％以下である。
【００１０】前記マトリクスガラスはＢｉ2Ｏ3を２５〜
７０モル％の範囲で含有することが好ましい。２５モル
％未満では所望の光増幅が得られないおそれがある。７
０モル％超ではガラス化が困難になるおそれがある。マ
トリクスガラスの好ましい組成は、モル％表示で、Ｂｉ
2Ｏ3：２５〜７０％、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2：５〜７４．７
９％、ＷＯ3＋ＴｅＯ2＋Ｇａ2Ｏ3：０．１〜３０％、Ｃ
ｅＯ2：０．０１〜１０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3：０．
１〜３０％、である。
７０モル％の範囲で含有することが好ましい。２５モル
％未満では所望の光増幅が得られないおそれがある。７
０モル％超ではガラス化が困難になるおそれがある。マ
トリクスガラスの好ましい組成は、モル％表示で、Ｂｉ
2Ｏ3：２５〜７０％、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2：５〜７４．７
９％、ＷＯ3＋ＴｅＯ2＋Ｇａ2Ｏ3：０．１〜３０％、Ｃ
ｅＯ2：０．０１〜１０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3：０．
１〜３０％、である。
【００１１】前記クラッドガラスの組成は、その屈折率
ｎ2がコアガラスの屈折率ｎ1との前記関係を満たすよう
に、通常は前記マトリクスガラスの組成をベースにして
決められる。
ｎ2がコアガラスの屈折率ｎ1との前記関係を満たすよう
に、通常は前記マトリクスガラスの組成をベースにして
決められる。
【００１２】本発明の光増幅ガラスファイバの長さは２
５ｃｍ以下である。２５ｃｍ超では、ボビン状に巻くこ
となく３０ｃｍ程度の大きさの容器に収容することが困
難になる。好ましくは２０ｃｍ以下、より好ましくは１
５ｃｍ以下である。また、その長さは０．５ｃｍ以上で
あることが好ましい。０．５ｃｍ未満では、取り扱い、
または他のガラスファイバとの接続がそれぞれ困難とな
るおそれがある。より好ましくは１ｃｍ以上である。
５ｃｍ以下である。２５ｃｍ超では、ボビン状に巻くこ
となく３０ｃｍ程度の大きさの容器に収容することが困
難になる。好ましくは２０ｃｍ以下、より好ましくは１
５ｃｍ以下である。また、その長さは０．５ｃｍ以上で
あることが好ましい。０．５ｃｍ未満では、取り扱い、
または他のガラスファイバとの接続がそれぞれ困難とな
るおそれがある。より好ましくは１ｃｍ以上である。
【００１３】光増幅ガラスファイバには信号光とともに
励起光が入射される。この入射信号光の強度Ｉinと光増
幅ガラスファイバから出てきた信号光の強度Ｉoutとか
ら、 Ｇ＝１０×ｌｏｇ10（Ｉout／Ｉin） によって算出されるＧを、本発明において利得（単位：
ｄＢ）という。
励起光が入射される。この入射信号光の強度Ｉinと光増
幅ガラスファイバから出てきた信号光の強度Ｉoutとか
ら、 Ｇ＝１０×ｌｏｇ10（Ｉout／Ｉin） によって算出されるＧを、本発明において利得（単位：
ｄＢ）という。
【００１４】本発明の光増幅ガラスファイバにおいて
は、１．５０〜１．５９μｍの波長の光に対し利得が得
られる（すなわちＧ＞０である）波長幅は３０ｎｍ以上
である。３０ｎｍ未満ではＷＤＭにおけるチャンネル数
が小さくなりすぎる。好ましくは５０ｎｍ以上、より好
ましくは６０ｎｍ以上、特に好ましくは７０ｎｍ以上、
最も好ましくは８０ｎｍ以上である。
は、１．５０〜１．５９μｍの波長の光に対し利得が得
られる（すなわちＧ＞０である）波長幅は３０ｎｍ以上
である。３０ｎｍ未満ではＷＤＭにおけるチャンネル数
が小さくなりすぎる。好ましくは５０ｎｍ以上、より好
ましくは６０ｎｍ以上、特に好ましくは７０ｎｍ以上、
最も好ましくは８０ｎｍ以上である。
【００１５】本発明の光増幅ガラスファイバにおける
１．５０〜１．５９μｍの波長の光に対する利得の最小
値は８ｄＢ以上であることが好ましい。８ｄＢ未満では
所望の光増幅が得られないおそれがある。より好ましく
は９ｄＢ以上、特に好ましくは１０ｄＢ以上、最も好ま
しくは１５ｄＢ以上である。本発明の光増幅ガラスファ
イバの１．５３μｍの波長の光に対する利得は８ｄＢ以
上であることが好ましい。より好ましくは９ｄＢ以上、
特に好ましくは１０ｄＢ以上、もっとも好ましくは１５
ｄＢ以上である。
１．５０〜１．５９μｍの波長の光に対する利得の最小
値は８ｄＢ以上であることが好ましい。８ｄＢ未満では
所望の光増幅が得られないおそれがある。より好ましく
は９ｄＢ以上、特に好ましくは１０ｄＢ以上、最も好ま
しくは１５ｄＢ以上である。本発明の光増幅ガラスファ
イバの１．５３μｍの波長の光に対する利得は８ｄＢ以
上であることが好ましい。より好ましくは９ｄＢ以上、
特に好ましくは１０ｄＢ以上、もっとも好ましくは１５
ｄＢ以上である。
【００１６】本発明の光増幅ガラスファイバは、たとえ
ば次のようにして作製される。原料を混合し、白金ルツ
ボ、アルミナルツボ、石英ルツボやイリジウムルツボ中
に入れ、８００〜１３００℃で空気中で溶融し、得られ
た融液を所定のモールドにキャストすることにより、コ
ア用ガラスおよびクラッド用ガラスを作製する。次に、
コア用ガラスとクラッド用ガラスを重ねて４００〜５０
０℃で押出し成形し、コア／クラッド構造を有するプリ
フォームを作製する。このプリフォームを約５００℃の
電気炉中に入れて軟化させ、所望の外径となるように制
御しながら線引き加工する。クラッドガラスのまわりに
樹脂層を形成する場合は、たとえば、前記線引き加工で
得られたコア／クラッド構造ガラスファイバにＵＶ硬化
性樹脂をコーティング後ＵＶ照射を行い、前記樹脂層を
形成する。
ば次のようにして作製される。原料を混合し、白金ルツ
ボ、アルミナルツボ、石英ルツボやイリジウムルツボ中
に入れ、８００〜１３００℃で空気中で溶融し、得られ
た融液を所定のモールドにキャストすることにより、コ
ア用ガラスおよびクラッド用ガラスを作製する。次に、
コア用ガラスとクラッド用ガラスを重ねて４００〜５０
０℃で押出し成形し、コア／クラッド構造を有するプリ
フォームを作製する。このプリフォームを約５００℃の
電気炉中に入れて軟化させ、所望の外径となるように制
御しながら線引き加工する。クラッドガラスのまわりに
樹脂層を形成する場合は、たとえば、前記線引き加工で
得られたコア／クラッド構造ガラスファイバにＵＶ硬化
性樹脂をコーティング後ＵＶ照射を行い、前記樹脂層を
形成する。
【００１７】
【実施例】表１に示される組成を有するコアガラスおよ
びクラッドガラスからなり、直径（クラッド径）が１２
５μｍ、コアガラス部分の直径が４μｍであるガラスフ
ァイバを作製した。表１に示された組成は、Ｂｉ2Ｏ3か
らＣｅＯ2までの成分についてはモル％で、Ｅｒについ
ては重量％（外掛け）で、それぞれ示されている。
びクラッドガラスからなり、直径（クラッド径）が１２
５μｍ、コアガラス部分の直径が４μｍであるガラスフ
ァイバを作製した。表１に示された組成は、Ｂｉ2Ｏ3か
らＣｅＯ2までの成分についてはモル％で、Ｅｒについ
ては重量％（外掛け）で、それぞれ示されている。
【００１８】コアガラスの屈折率ｎ1は２．０４、クラ
ッドガラスの屈折率ｎ2は２．０３であり、（ｎ1−
ｎ2）／ｎ1は０．００４９である。前記ガラスファイバ
にＵＶ硬化性アクリル樹脂をコーティングし、ＵＶ照射
して直径２５０μｍの樹脂コートガラスファイバを作製
した。
ッドガラスの屈折率ｎ2は２．０３であり、（ｎ1−
ｎ2）／ｎ1は０．００４９である。前記ガラスファイバ
にＵＶ硬化性アクリル樹脂をコーティングし、ＵＶ照射
して直径２５０μｍの樹脂コートガラスファイバを作製
した。
【００１９】
【表１】
【００２０】長さが６ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍの３本
の前記樹脂コートガラスファイバを準備し、１．５０〜
１．５９μｍの波長の光（信号光：０．００１ｍＷ）と
波長９７５ｎｍの励起レーザー光（５０ｍＷ）を光合波
器で合成した光をこれら樹脂コートガラスファイバに入
射した。樹脂コートガラスファイバを出た信号光の強度
と入射信号光の強度から、波長１．５０、１．５３、
１．５６、１．５９μｍの波長の光に対するこの樹脂コ
ートガラスファイバの利得（単位：ｄＢ）を算出した。
結果を表２に示す。
の前記樹脂コートガラスファイバを準備し、１．５０〜
１．５９μｍの波長の光（信号光：０．００１ｍＷ）と
波長９７５ｎｍの励起レーザー光（５０ｍＷ）を光合波
器で合成した光をこれら樹脂コートガラスファイバに入
射した。樹脂コートガラスファイバを出た信号光の強度
と入射信号光の強度から、波長１．５０、１．５３、
１．５６、１．５９μｍの波長の光に対するこの樹脂コ
ートガラスファイバの利得（単位：ｄＢ）を算出した。
結果を表２に示す。
【００２１】表２からわかるように、長さが６ｃｍおよ
び１０ｃｍの樹脂コートガラスファイバについては１．
５０〜１．５９μｍの波長の光に対し利得が得られてお
り、利得が得られる波長幅はいずれも０．０９μｍすな
わち９０ｎｍである。長さが１５ｃｍの樹脂コートガラ
スファイバについては少なくとも１．５３〜１．５９μ
ｍの波長の光に対し利得が得られており、利得が得られ
る波長幅は０．０６μｍ以上０．０９μｍ未満、すなわ
ち６０ｎｍ以上９０ｎｍ未満である。また、これら樹脂
コートガラスファイバの、波長１．５３μｍの波長の光
に対する利得はいずれも９ｄＢ以上である。
び１０ｃｍの樹脂コートガラスファイバについては１．
５０〜１．５９μｍの波長の光に対し利得が得られてお
り、利得が得られる波長幅はいずれも０．０９μｍすな
わち９０ｎｍである。長さが１５ｃｍの樹脂コートガラ
スファイバについては少なくとも１．５３〜１．５９μ
ｍの波長の光に対し利得が得られており、利得が得られ
る波長幅は０．０６μｍ以上０．０９μｍ未満、すなわ
ち６０ｎｍ以上９０ｎｍ未満である。また、これら樹脂
コートガラスファイバの、波長１．５３μｍの波長の光
に対する利得はいずれも９ｄＢ以上である。
【００２２】
【表２】
【００２３】
【発明の効果】本発明の光増幅ガラスファイバは、長さ
がたとえ６ｃｍであっても所望の広帯域光増幅、たとえ
ばＷＤＭ対応の光増幅が可能である。その結果、たとえ
ば６ｃｍ程度の本発明の光増幅ガラスファイバを、通常
使用されている３０ｃｍ程度の大きさの容器にボビン状
に巻くことなく収容した光増幅器によって広帯域の光増
幅が可能となる。ボビン状に巻かれていない本発明の光
増幅ガラスファイバが破壊するおそれは、ボビン状に巻
いて通常使用される従来の光増幅ガラスファイバに比べ
て少なく、より信頼性の高い光増幅器を製造できる。
がたとえ６ｃｍであっても所望の広帯域光増幅、たとえ
ばＷＤＭ対応の光増幅が可能である。その結果、たとえ
ば６ｃｍ程度の本発明の光増幅ガラスファイバを、通常
使用されている３０ｃｍ程度の大きさの容器にボビン状
に巻くことなく収容した光増幅器によって広帯域の光増
幅が可能となる。ボビン状に巻かれていない本発明の光
増幅ガラスファイバが破壊するおそれは、ボビン状に巻
いて通常使用される従来の光増幅ガラスファイバに比べ
て少なく、より信頼性の高い光増幅器を製造できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G014 AH00 4G062 AA06 BB01 CC10 DA01 DA02 DA03 DA04 DA05 DA06 DA07 DA10 DB01 DB02 DB03 DB04 DC01 DC02 DC03 DC04 DC05 DC06 DC07 DD01 DE01 DF01 EA01 EA10 EB01 EC01 ED01 EE01 EF01 EG01 FA01 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL02 FL03 GA04 GA05 GA06 GB01 GC01 GD01 GD02 GD03 GD04 GE01 HH01 HH03 HH05 HH06 HH07 HH08 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 LA10 LB10 MM04 NN40 5F072 AB09 AK06 JJ03 JJ09 JJ20 PP07 RR01 SS01 YY17
Claims (2)
- 【請求項１】コアガラスとクラッドガラスからなり、該
コアガラスと該クラッドガラスのそれぞれの屈折率
ｎ1、ｎ2の間に、 ０．０００５≦（ｎ1−ｎ2）／ｎ1≦０．１ の関係が成り立っているガラスファイバであって、 長さが２５ｃｍ以下であり、かつ、コアガラスにＥｒが
添加されており、かつ、１．５０〜１．５９μｍの波長
の光に対し利得が得られる波長幅が３０ｎｍ以上である
光増幅ガラスファイバ。 - 【請求項２】１．５３μｍの波長の光に対する利得が８
ｄＢ以上である請求項１に記載の光増幅ガラスファイ
バ。
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