JP2002033536A - 光増幅用光ファイバ - Google Patents
光増幅用光ファイバInfo
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Abstract
でき、長期信頼性の高い光増幅用光ファイバを提供す
る。 【解決手段】 希土類金属を含むコア1の外周側に、第
1クラッド層2、第2クラッド層3、第3クラッド層4
を順に設け、その屈折率をコア1>第1クラッド層2>第
2クラッド層3>第3クラッド層4とする。第2クラッ
ド層3を石英系ガラスにより、第3クラッド層4をシリ
コーン樹脂により形成する。励起光は主に第1クラッド
層2に入射するが、その一部を第2クラッド層3に入射
することにより、第1クラッド層2と第2クラッド層3
の界面における励起光の反射による発熱を抑制する。第
1クラッド層2と第2クラッド層3のXY断面外周形状
を非真円形状とすることで前記励起光を効率的に反射さ
せ、コア1を伝搬する信号光を効率的に増幅する。
Description
重光伝送等に用いられ、信号光を増幅する光増幅用光フ
ァイバに関するものである。
躍的に増大する傾向にあり、このような情報の増大化に
伴い、波長分割多重光伝送(WDM伝送)が通信分野に
広く受け入れられ、今や波長多重伝送の時代を迎えてい
る。波長分割多重光伝送は、複数の波長の光を1本の光
ファイバで伝送できるため、大容量高速通信に適した光
伝送方式であり、現在、光増幅用光ファイバを光増幅器
として適用し、この光増幅器の利得帯域である波長での
波長分割多重光伝送が行われている。
例えば中継間隔を長くする目的で、超高出力の信号光を
得られるようにすることが求められており、信号光を増
幅して超高出力で出力する光増幅用光ファイバが提案さ
れている。
提案例が示されている。なお、同図の(a)には光増幅
用光ファイバの光軸Zに直交するXY断面で切断したと
きの断面図が示されており、同図の(b)には光増幅用
光ファイバの屈折率プロファイルが示されている。
光増幅用光ファイバは、エルビウム(Er)等の希土類
金属を含むコア1の外周側に、該コア1より屈折率が低
い第1クラッド層2を設け、該第1クラッド層2の外周
側に該第1クラッド層2より屈折率が低い第2クラッド
層3を設けて形成されている。前記第1クラッド層2
は、光ファイバの光軸Zに直交するXY断面で切断した
ときの断面外周形状(XY断面外周形状)を正方形状と
成している。また、第2クラッド層3の外周側には被覆
6を施している。
されており、第2クラッド層3はシリコーン樹脂により
形成されており、被覆6はUV樹脂(紫外線硬化樹脂)
等により形成されている。
は、第1クラッド層2に高パワーの励起光を入力する
と、励起光は第1クラッド層2を伝搬する。ここで、第
1クラッド層2のXY断面外周形状を真円ではない形状
としているので、励起光の伝搬モードのうち、ヘリカル
・ビームと呼ばれる、コアに入射せずにほぼ円周に沿っ
て螺旋状に伝搬する伝搬モードの形成が抑制され、入射
した励起光が第1クラッド層2と第2クラッド層3との
界面で無秩序に反射し、コア1を繰り返し通過する。
周形状を非真円形状とした場合は、第1クラッド層2の
XY断面外周形状を真円形状とした場合に比べ、コア1
に入射される信号光が励起光によって効率的に増幅さ
れ、超高出力の光を得ることができる。また、励起光は
前記反射によって側面入射に近い状態でコア1に入射す
るので、この点でもコア1の希土類金属を十分に励起す
ることができる。
光増幅用光ファイバに高パワーの励起光を入射すると、
第1クラッド層2と第2クラッド層3との界面での反射
により散乱が生じて発熱が生じる。そして、第2クラッ
ド層3に上記発熱による熱的なダメージが生じるといっ
た問題があった。そのため、上記提案の光増幅用光ファ
イバは、短時間の使用であっても上記熱的ダメージによ
って励起光入力側で第2クラッド層3が劣化して変色や
剥離などが生じ、機能を果たすことができず、長期信頼
性が非常に悪かった。
になされたものであり、その目的は、信号光を増幅して
超高出力で出力することができ、しかも長期信頼性の高
い光増幅用光ファイバを提供することにある。
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、本第1の発明は、希土
類金属を含むコアの外周側に、該コアより屈折率が低い
第1クラッド層を設け、該第1クラッド層の外周側に該
第1クラッド層より屈折率が低い第2クラッド層を設
け、該第2クラッド層の外周側に該第2クラッド層より
屈折率が低い第3クラッド層を設け、前記第1クラッド
層と前記第2クラッド層の少なくとも一方は光ファイバ
の光軸Zに直交するXY断面で切断したときの断面外周
形状を非真円形状と成した構成をもって課題を解決する
手段としている。
構成に加え、前記第1クラッド層の径の最小値を信号光
の波長帯におけるコアのモードフィールド径より大きく
した構成をもって課題を解決する手段としている。
2の発明の構成に加え、前記第2クラッド層を石英系ガ
ラスにより形成し、第3クラッド層を樹脂により形成し
た構成をもって課題を解決する手段としている。
には、第1、第2、第3クラッド層が順に設けられてお
り、屈折率が高い順に、コア、第1クラッド層、第2ク
ラッド層、第3クラッド層となっているので、高パワー
の励起光を入力した場合には、第1クラッド層の励起光
のパワー密度を第2クラッド層の励起光のパワー密度よ
り高くすることができる。また、この場合、第2クラッ
ド層を石英系ガラスにより形成すると好ましい。
状を非真円形状とすると、励起光の伝搬モードのうち、
ヘリカル・ビームと呼ばれる螺旋状の伝搬モードの形成
が抑制され、入射した励起光が第1クラッド層と第2ク
ラッド層との界面で無秩序に反射し、コアを繰り返し通
過するため、コアに入射される信号光が励起光によって
効率的に増幅され、超高出力の光を得ることが可能とな
る。また、励起光は前記反射によって側面入射に近い状
態でコアに入射するので、この点でもコアの希土類金属
を十分に励起することが可能となる。
2クラッド層を伝搬するが、第2クラッド層のXY断面
外周形状を非真円形状とすると、上記と同様に、ヘリカ
ル・ビームの形成が抑制され、入射した励起光が第2ク
ラッド層と第3クラッド層との界面で無秩序に反射し、
第1クラッド層の励起光と結合しながらコアを繰り返し
通過するため、コアに入射される信号光が励起光によっ
てより一層効率的に増幅され、超高出力の光を得ること
が可能となる。
構造にすることで、第1クラッド層の励起光のパワー密
度を第2クラッド層の励起光のパワー密度より高くする
ことを可能としており、励起光の大部分は第1クラッド
層と第2クラッド層との界面で反射しながら伝搬するの
で、従来例のような2層構造のクラッドを有する構成に
比べ、石英系クラッド層と樹脂クラッド層との界面を反
射しながら通過する光パワーを減少させることが可能と
なる。したがって、第2クラッド層と第3クラッド層と
の界面での反射による散乱によって生じる発熱が抑制可
能となり、この発熱による光ファイバ劣化を抑制可能と
なる。
に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明におい
て、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。
増幅用光ファイバの第1実施形態例と第2実施形態例が
示されている。なお、これらの図において、(a)には
各実施形態例の光増幅用光ファイバの光軸Zに直交する
XY断面で切断したときの断面図が示されており、
(b)には各光増幅用光ファイバの屈折率プロファイル
が示されている。
2実施形態例の光増幅用光ファイバは、エルビウム(E
r)等の希土類金属を含むコア1の外周側に、該コア1
より屈折率が低い第1クラッド層2を設け、該第1クラ
ッド層2の外周側に該第1クラッド層2より屈折率が低
い第2クラッド層3を設け、さらに、第2クラッド層3
の外周側に該第2クラッド層3より屈折率が低い第3ク
ラッド層4を設けて形成されている。なお、第3クラッ
ド層4の外周側には被覆6を施しており、被覆6の屈折
率は各クラッド層2,3,4よりも高く形成されてい
る。
第1クラッド層2と第2クラッド層3の両方の、光ファ
イバの光軸Zに直交するXY断面で切断したときの断面
外周形状(XY断面外周形状)を、非真円形状である正
方形状となるようにしている。なお、例えば第1クラッ
ド層2の断面外周の一辺(上記正方形状の一辺)は60
μmとし、第2クラッド層3の断面外周の一辺は180
μmとした。また、コア1の直径は8.5μm、第3ク
ラッド層4の直径(外径)は350μm、被覆6の直径
(外径)は400μmとした。
第1クラッド層2の径を、(径が最小のところにおいて
も)コア1のモードフィールド径より大きくしている。
r、Yb、P、Al、Geをそれぞれドープした石英系
ガラスにより形成されており、第1クラッド層2は純石
英により形成されている。第2クラッド層3はFをドー
プした石英系ガラスにより形成されており、第3クラッ
ド層4はシリコーン樹脂により形成されている。被覆6
はUV樹脂により形成されている。
純石英に対する比屈折率差Δ1は0.4%、第2クラッ
ド層3の純石英に対する比屈折率差Δ3は−0.7%、
第3クラッド層4の純石英に対する比屈折率差Δ4は−
3.0%と成している。
1〜Δ4は、真空の屈折率を1としたときのコア1の比
屈折率をn1、第1クラッド層2の比屈折率をn2、第
2クラッド層3の比屈折率をn3、第3クラッド層4の
比屈折率をn4、純石英の比屈折率をncとして、以下
の式(1)〜(4)により定義している。また、その単
位は%である。
ッド層3、第3クラッド層4、被覆6は、いずれも第1
実施形態例と同様に形成されているが、第2実施形態例
では、第1クラッド層2がGeをドープした石英系ガラ
スにより形成されており、第1クラッド層2の純石英に
対する比屈折率差Δ2は0.6%と成している。また、
コア1の比屈折率差Δ1と第1クラッド層2の比屈折率
差Δ2との差を、上記第1実施形態例と同様に0.4%
とするために、コア1は、コア1の純石英に対する比屈
折率差Δ1が1.0%となるように、石英系ガラスにE
r、Yb、P、Al、Geをそれぞれドープして形成し
ている。
されており、各実施形態例の光増幅用光ファイバは、第
1、第2、第3クラッド層を有する3層構造と成してお
り、第2クラッド層3は石英系ガラスにより形成されて
いるので、各実施形態例において、第1クラッド層2に
高パワーの励起光の一部を入力し、該励起光の残りの部
分を第2クラッド層3に入力することができる。なお、
第1クラッド層2に入力する励起光の割合を第2クラッ
ド層3に入力する励起光の割合よりも大きくする。
ッド層2と第2クラッド層3を伝搬するが、第1、第2
実施形態例において、第1クラッド層2と第2クラッド
層3のXY断面外周形状は共に正方形状であるために、
励起光の伝搬モードのうち、前記ヘリカル・ビームの形
成が抑制される。そのため、第1クラッド層2に入射し
た励起光が第1クラッド層2と第2クラッド層3との界
面で無秩序に反射し、コア1を繰り返し通過し、また、
第2クラッド層3に入射した励起光が第2クラッド層3
と第3クラッド層4との界面で無秩序に反射するので、
コア1に入射される信号光が励起光によって効率的に増
幅され、超高出力の光を得ることができる。
に近い状態でコアに入射するので、この点でもコアの希
土類金属を十分に励起することが可能となる。
は、クラッドを3層構造にして、励起光を第1クラッド
層2と第2クラッド層3に分配して入射する構成として
おり、励起光の一部は第2クラッド層3と第3クラッド
層4との界面で反射しながら伝搬するので、従来例のよ
うな2層構造のクラッドを有する構成に比べ、第1クラ
ッド層2と第2クラッド層3との界面を反射しながら通
過する光パワーを減少させることができる。したがっ
て、本第1、第2実施形態例によれば、第1クラッド層
2と第2クラッド層3との界面での反射による散乱によ
り生じる発熱を抑制でき、この発熱による光ファイバ劣
化を抑制できる。
を用いて高温高湿試験を行ない、上記第1、第2実施形
態例の光増幅用光ファイバから出力する出力光パワーを
求め、比較例としての図5に示した従来例の光増幅用光
ファイバと比較した。
るコア1の直径および被覆6の外径は上記各実施形態例
と同様とし、第1クラッド層2の正方形の一辺は約18
0μm、第2クラッド層3の外径は350μmとし、さ
らに、コア1の比屈折率差Δ1と第1クラッド層2の比
屈折率差Δ2との差を、上記各実施形態例と同様に0.
4%とした。
うに、光増幅用光ファイバ(同図では符号8で示す)の
中央を600mmφのSUSボビン10に巻き付けて高
温高湿槽11内に収容し、85℃、95RH%の雰囲気
下として表1に示す経過時間(H;時間)だけ経過させ
て各光増幅用光ファイバから出力する励起光パワーを求
めた。
の5個の980mmレーザダイオード12からの励起光
を、各レーザダイオード12に接続しているマルチモー
ド光ファイバ15を束ねた状態で、図のAに示す部分で
空間結合させ、コリメーターレンズ13を介して、出力
検出用の光増幅用光ファイバに入射し、この光増幅用光
ファイバからの出力光を受光器14により受光して検出
して行なった。
第1、第2の実施形態例の光増幅用光ファイバは高温高
湿試験2000時間経過後も試験前の励起光出力約6W
(入射光率60%)を維持することができた。
上記高温高湿試験後、第1クラッド層2と第2クラッド
層3との界面の発熱による変色と第2クラッド層3を形
成するシリコーン樹脂の剥離が見られ、シリコーン樹脂
が部分的に消失しているのが確認されたが、上記各実施
形態例の光増幅用光ファイバの劣化は全く見られず、こ
の結果および表1から、上記各実施形態例の長期信頼性
の高いことが確認できた。
ラッド層2の径の最小値をコア1のモードフィールド径
より大きくしているので、信号光が第1クラッド層2よ
り外周側にはみ出して伝搬することを抑制でき、信号光
を適切に増幅して伝搬させることができる。
いて、励起光を第1クラッド層2と第2クラッド層3に
分配して入射した場合に、励起光による信号光の増幅特
性が劣化しないことを確認するために、図4に示すよう
に、光増幅用光ファイバ(同図では符号8で示す)の入
射側に信号光の光源20を、出射側に出力2Wの5個の
980mmレーザダイオード12をそれぞれ接続して、
信号光を後方励起し、受光器14で信号光を受光して信
号光出力を測定した。同図においても符号13はコリメ
ーターレンズを示し、符号17はダイクロックミラーを
示している。
力と比較例の信号光出力は1.6W、第2実施形態例の
信号光出力は1.5Wとなり、ほぼ同じ値を示してお
り、増幅特性はほぼ同様であることを確認できた。
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上
記各実施形態例において、第3クラッド層4はシリコー
ン樹脂により形成したが、第3クラッド層4を例えばフ
ッ素系樹脂等の他の樹脂により形成してもよい。
ド層2と第2クラッド層3のXY断面外周形状を共に正
方形状としたが、これらの形状の少なくとも一方を非真
円形状とすればよい。なお、非真円形状としては、上記
各実施形態例のような正方形状等の多角形状としてもよ
いし、楕円形状としてもよいし、円に切り欠きを形成し
たような形状でもよいし、真円以外の適宜の形状を設定
することができる。
1、第2、第3クラッド層を順に設けたために、例えば
第1クラッド層に高パワーの励起光の一部を入力し、該
励起光の残りの部分を第2クラッド層に入力することが
できる。なお、第1クラッド層に入力する励起光の割合
を第2クラッド層に入力する励起光の割合よりも大きく
し、第2クラッド層を石英系ガラスにより形成すると増
幅効率を向上できる。
第2クラッド層の少なくとも一方のXY断面外周形状を
非真円形状としているので、XY断面外周形状を非真円
形状としたクラッド層に入射された励起光は、その伝搬
モードのうちコアに入射しない螺旋状の伝搬モードの形
成が抑制され、入射した励起光が効率的にコアを繰り返
し通過するため、コアに入射される信号光を励起光によ
って効率的に増幅し、超高出力の光を得ることができ
る。
ラッドを3層構造にして励起光を第1クラッド層と第2
クラッド層に分配して入射できるために、励起光の一部
を第2クラッド層と第3クラッド層との界面で反射しな
がら伝搬させることができ、従来例のような2層構造の
クラッドを有する構成に比べ、第1クラッド層と第2ク
ラッド層との界面を反射しながら通過する光パワーを減
少させることができる。したがって、本発明によれば、
第1クラッド層と第2クラッド層との界面での反射によ
る散乱により生じる発熱が抑制可能となり、この発熱に
よる光ファイバ劣化を抑制でき、長期信頼性を向上させ
ることができる。
フィールド径より大きくした本発明によれば、信号光が
第1クラッド層より外周側にはみ出して伝搬することを
抑制でき、信号光を適切に増幅して伝搬させることがで
きる。
より形成し、第3クラッド層を樹脂により形成した本発
明によれば、第2クラッド層を励起光が伝搬しやすいよ
うにすることができるし、第2クラッド層と第3クラッ
ド層との比屈折率差を大きくして励起光を第2クラッド
層と第3クラッド層の界面より内側に閉じ込める効果を
非常に効果的に発揮させることができる。
態例を示す要部構成図である。
態例を示す要部構成図である。
めのシステム構成を示す説明図である。
めのシステム構成を示す説明図である。
示す説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 希土類金属を含むコアの外周側に、該コ
アより屈折率が低い第1クラッド層を設け、該第1クラ
ッド層の外周側に該第1クラッド層より屈折率が低い第
2クラッド層を設け、該第2クラッド層の外周側に該第
2クラッド層より屈折率が低い第3クラッド層を設け、
前記第1クラッド層と前記第2クラッド層の少なくとも
一方は光ファイバの光軸Zに直交するXY断面で切断し
たときの断面外周形状を非真円形状と成したことを特徴
とする光増幅用光ファイバ。 - 【請求項2】 第1クラッド層の径の最小値を信号光の
波長帯におけるコアのモードフィールド径より大きくし
たことを特徴とする請求項1記載の光増幅用光ファイ
バ。 - 【請求項3】 第2クラッド層を石英系ガラスにより形
成し、第3クラッド層を樹脂により形成したことを特徴
とする請求項1又は請求項2記載の光増幅用光ファイ
バ。
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---|---|---|---|
JP2000214683A JP4531941B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 光増幅用光ファイバ |
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