JP2003204097A - 光増幅用ファイバ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の課題は、波長帯域が広く且つモード
フィールド径を小さく抑えて励起光の信号光への変換効
率を向上することのできる光増幅用ファイバを提供する
ことである。 【解決手段】 光増幅用ファイバであって、クラッド
と、クラッドの内側に設けられ、Ｇｅを含んだ第１コア
と、第１コアの内側に設けられ、ＥｒとＡｌを含んだ第
２コアと、第２コアの内側に設けられ、Ｇｅを含んだ第
３コアとを含んでいる。第２コアはクラッドより高い屈
折率を有しており、第１及び第３コアは第２コアより高
い屈折率を有している。中心部に高屈折率の第３コアを
有しているため、モードフィールド径を小径化でき、励
起光の信号光への変換効率が向上する。
フィールド径を小さく抑えて励起光の信号光への変換効
率を向上することのできる光増幅用ファイバを提供する
ことである。 【解決手段】 光増幅用ファイバであって、クラッド
と、クラッドの内側に設けられ、Ｇｅを含んだ第１コア
と、第１コアの内側に設けられ、ＥｒとＡｌを含んだ第
２コアと、第２コアの内側に設けられ、Ｇｅを含んだ第
３コアとを含んでいる。第２コアはクラッドより高い屈
折率を有しており、第１及び第３コアは第２コアより高
い屈折率を有している。中心部に高屈折率の第３コアを
有しているため、モードフィールド径を小径化でき、励
起光の信号光への変換効率が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ増幅器に
適用することのできる光ファイバ及びその製造方法に関
する。
適用することのできる光ファイバ及びその製造方法に関
する。
【０００２】光信号を電気信号に変換することなく光信
号のままで直接増幅する光増幅器は、事実上ビットレー
トフリーであり、大容量化が容易であるという点及び多
チャンネルの一括増幅が可能であるという点から、今後
の光通信システムのキーデバイスの１つとして各研究機
関で盛んに研究されている。
号のままで直接増幅する光増幅器は、事実上ビットレー
トフリーであり、大容量化が容易であるという点及び多
チャンネルの一括増幅が可能であるという点から、今後
の光通信システムのキーデバイスの１つとして各研究機
関で盛んに研究されている。
【０００３】光増幅器の一形態として、コアにＥｒ，Ｎ
ｄ，Ｙｂ等の希土類元素をドープしたシングルモード光
ファイバ（以下ドープファイバという）を用い、このド
ープファイバに増幅すべき信号光を伝搬させると共に、
励起光を信号光と同方向又は逆方向から導入するように
したものがある。
ｄ，Ｙｂ等の希土類元素をドープしたシングルモード光
ファイバ（以下ドープファイバという）を用い、このド
ープファイバに増幅すべき信号光を伝搬させると共に、
励起光を信号光と同方向又は逆方向から導入するように
したものがある。
【０００４】このドープファイバを用いた光増幅器は光
ファイバ増幅器と称され、利得の偏波依存性がないこ
と、低雑音であること、光伝送路との結合損失が小さい
ことといった優れた特徴を有している。
ファイバ増幅器と称され、利得の偏波依存性がないこ
と、低雑音であること、光伝送路との結合損失が小さい
ことといった優れた特徴を有している。
【０００５】この種の光ファイバ増幅器を実用するに際
しては、所要の利得で増幅することができる信号光の波
長帯域（以下、単に「波長帯域」という）が広く、且
つ、励起光の信号光への変換効率が高いことが要求され
る。
しては、所要の利得で増幅することができる信号光の波
長帯域（以下、単に「波長帯域」という）が広く、且
つ、励起光の信号光への変換効率が高いことが要求され
る。
【０００６】
【従来の技術】波長が０．８〜１．６μｍの範囲の光に
ついて、長距離伝送に適する石英ガラスを用いた光ファ
イバの製造技術及び使用技術が確立されている。
ついて、長距離伝送に適する石英ガラスを用いた光ファ
イバの製造技術及び使用技術が確立されている。
【０００７】光ファイバは太い棒の形状をしたプリフォ
ームを線引きすることにより得られる。プリフォーム
は、その断面方向の組成勾配が設計された通りに正しく
なっていることが必要である。
ームを線引きすることにより得られる。プリフォーム
は、その断面方向の組成勾配が設計された通りに正しく
なっていることが必要である。
【０００８】プリフォームを製造する標準的な方法とし
ては、ＭＣＶＤ法等の反応気体を化学変化させてガラス
組成物を石英反応管の内面に堆積させる方法が知られて
いる。ＭＣＶＤ法においては、石英反応管の内側に例え
ばＳｉＣｌ4及びＯ2のような適当な反応気体を導入し、
反応に適する温度に加熱する。
ては、ＭＣＶＤ法等の反応気体を化学変化させてガラス
組成物を石英反応管の内面に堆積させる方法が知られて
いる。ＭＣＶＤ法においては、石英反応管の内側に例え
ばＳｉＣｌ4及びＯ2のような適当な反応気体を導入し、
反応に適する温度に加熱する。
【０００９】加熱する区域を石英反応管の長手方向に移
動させながら、その内部壁面に新しいガラス層を堆積さ
せていく。多くの層、例えば２０〜３０層が繰り返し堆
積される。各層の組成を個々に制御することにより、こ
のプリフォームから製造される光ファイバの断面方向の
組成を制御することができる。
動させながら、その内部壁面に新しいガラス層を堆積さ
せていく。多くの層、例えば２０〜３０層が繰り返し堆
積される。各層の組成を個々に制御することにより、こ
のプリフォームから製造される光ファイバの断面方向の
組成を制御することができる。
【００１０】十分な層を堆積させた後に、石英反応管を
加熱することによりコラプスして（押し潰して）ロッド
状のプリフォームを形成する。このプリフォームを線引
きすることにより、光ファイバを製造することができ
る。
加熱することによりコラプスして（押し潰して）ロッド
状のプリフォームを形成する。このプリフォームを線引
きすることにより、光ファイバを製造することができ
る。
【００１１】ＭＣＶＤ法では、通常、室温で気化する反
応物質が用いられる。例えば、光ファイバの主要な構成
物となるＳｉＯ2を得るためのＳｉＣｌ4及び屈折率の調
整に用いられるＧｅＯ2を得るためのＧｅＣｌ4が用いら
れる。
応物質が用いられる。例えば、光ファイバの主要な構成
物となるＳｉＯ2を得るためのＳｉＣｌ4及び屈折率の調
整に用いられるＧｅＯ2を得るためのＧｅＣｌ4が用いら
れる。
【００１２】ところで、ドープファイバを製造する場
合、ＳｉＣｌ4やＧｅＣｌ4のように室温で十分に気化す
る希土類元素の適当な反応物質を得ることができないの
で、ＭＣＶＤ法のみによっては実用上十分な希土類元素
のドープ濃度を得ることができない。そこで、次のよう
にして実用上十分な希土類元素のドープ濃度を得るよう
にしている。
合、ＳｉＣｌ4やＧｅＣｌ4のように室温で十分に気化す
る希土類元素の適当な反応物質を得ることができないの
で、ＭＣＶＤ法のみによっては実用上十分な希土類元素
のドープ濃度を得ることができない。そこで、次のよう
にして実用上十分な希土類元素のドープ濃度を得るよう
にしている。
【００１３】従来提案されている、ドープファイバを製
造するのに適したプリフォームの製造方法の１つは、
（１）スート状コアガラスを石英反応管内に堆積させる
工程、（２）このスート状コアガラスに希土類元素化合
物を溶質とした溶液を含浸させる工程、（３）この溶液
を乾燥した後、石英反応管をコラプスする工程、を含ん
でいる。
造するのに適したプリフォームの製造方法の１つは、
（１）スート状コアガラスを石英反応管内に堆積させる
工程、（２）このスート状コアガラスに希土類元素化合
物を溶質とした溶液を含浸させる工程、（３）この溶液
を乾燥した後、石英反応管をコラプスする工程、を含ん
でいる。
【００１４】一方、ドープファイバを用いてなる光ファ
イバ増幅器の波長帯域を広くするための技術としては、
希土類元素と共にＡｌ2Ｏ2をコア内に含浸させるものが
提案されている。
イバ増幅器の波長帯域を広くするための技術としては、
希土類元素と共にＡｌ2Ｏ2をコア内に含浸させるものが
提案されている。
【００１５】例えば、特開平５−１１９２２２号では、
光増幅用エルビウムドープファイバの広帯域化のため
に、コアの中心部にエルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム
（Ａｌ）とをドープしたアルミシリカ系ガラス（Ｅｒ−
Ａｌ−ＳｉＯ2）と、外周部にゲルマニウム（Ｇｅ）を
ドープしたゲルマニウムシリカ系ガラス（Ｇｅ−ＳｉＯ
2）を有する二重コアの構造が開示されている。
光増幅用エルビウムドープファイバの広帯域化のため
に、コアの中心部にエルビウム（Ｅｒ）とアルミニウム
（Ａｌ）とをドープしたアルミシリカ系ガラス（Ｅｒ−
Ａｌ−ＳｉＯ2）と、外周部にゲルマニウム（Ｇｅ）を
ドープしたゲルマニウムシリカ系ガラス（Ｇｅ−ＳｉＯ
2）を有する二重コアの構造が開示されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平５−１
１９２２２号に開示された従来構造では、コア外周部の
比屈折率差Δ１が約２％に対して、コア中心部の比屈折
率差Δ２はせいぜい０．７％程度にしかならず、コア中
心部で屈折率の大きな窪みができてしまう。
１９２２２号に開示された従来構造では、コア外周部の
比屈折率差Δ１が約２％に対して、コア中心部の比屈折
率差Δ２はせいぜい０．７％程度にしかならず、コア中
心部で屈折率の大きな窪みができてしまう。
【００１７】これは、広帯域化のためにドープするＡｌ
等の元素は屈折率を下げる働きをするためである。この
屈折率の窪みのため伝搬光のモードフィールドが拡がっ
て、モードフィールド径が大きくなってしまう現象が生
じる。
等の元素は屈折率を下げる働きをするためである。この
屈折率の窪みのため伝搬光のモードフィールドが拡がっ
て、モードフィールド径が大きくなってしまう現象が生
じる。
【００１８】このようにモードフィールド径が大きい
と、励起光の信号光への変換効率が悪化する。例えば、
特開平５−１１９２２２号に開示された従来構造では、
モードフィールド径は約４．８μｍで励起光の信号光へ
の変換効率は６４％であった。
と、励起光の信号光への変換効率が悪化する。例えば、
特開平５−１１９２２２号に開示された従来構造では、
モードフィールド径は約４．８μｍで励起光の信号光へ
の変換効率は６４％であった。
【００１９】よって、本発明の目的は、波長帯域が広く
且つモードフィールド径を小さく抑えて励起光の信号光
への変換効率を向上することのできる光増幅用ファイバ
及びその製造方法を提供することである。
且つモードフィールド径を小さく抑えて励起光の信号光
への変換効率を向上することのできる光増幅用ファイバ
及びその製造方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の一側面による
と、第１の屈折率を有するクラッドと、前記クラッドの
内側に設けられ、屈折率上昇用の元素を含んだ第１の屈
折率より高い第２の屈折率を有する第１コアと、前記第
１コアの内側に設けられ、希土類元素及び増幅帯域を広
げるための元素を含んだ第１の屈折率より高く第２の屈
折率より低い第３の屈折率を有する第２コアと、前記第
２コアの内側に設けられ、屈折率上昇用の元素を含んだ
前記第３の屈折率より高い第４の屈折率を有する第３コ
アと、を具備したことを特徴とする光増幅用ファイバが
提供される。
と、第１の屈折率を有するクラッドと、前記クラッドの
内側に設けられ、屈折率上昇用の元素を含んだ第１の屈
折率より高い第２の屈折率を有する第１コアと、前記第
１コアの内側に設けられ、希土類元素及び増幅帯域を広
げるための元素を含んだ第１の屈折率より高く第２の屈
折率より低い第３の屈折率を有する第２コアと、前記第
２コアの内側に設けられ、屈折率上昇用の元素を含んだ
前記第３の屈折率より高い第４の屈折率を有する第３コ
アと、を具備したことを特徴とする光増幅用ファイバが
提供される。
【００２１】屈折率上昇用の元素はＧｅ，Ｔｉから選択
され、好ましくはＧｅが使用される。好ましくは、第２
コアはＥｒとＡｌとを含んでいる。
され、好ましくはＧｅが使用される。好ましくは、第２
コアはＥｒとＡｌとを含んでいる。
【００２２】本発明の他の側面によると、（ａ）石英反
応管内に化学的気相析出法によってＧｅＯ2又はＴｉＯ2
のいずれかがドープされた主としてＳｉＯ2からなる第
１コア層を形成し、（ｂ）前記第１コア層上に化学的気
相析出法によって主としてＳｉＯ2からなるスート状の
第２コア層を形成し、（ｃ）希土類元素及びＡｌ，Ｚ
ｎ，Ｓｎ，Ｌａからなる群から選択された少なくとも１
つの元素を含む溶液を前記第２コア層に含浸させ、
（ｄ）前記第２コア層に含浸した溶液の溶媒を蒸発さ
せ、（ｅ）前記第２コア層を加熱してガラス化し、
（ｆ）前記第２コア層上に化学的気相析出法によってＧ
ｅＯ2又はＴｉＯ2のいずれかがドープされた主としてＳ
ｉＯ2からなる第３コア層を形成し、（ｇ）加熱により
前記石英反応管を完全コラプスしてプリフォームを製造
し、（ｈ）前記プリフォームを溶融・紡糸する各ステッ
プからなることを特徴とする光増幅用ファイバの製造方
法が提供される。
応管内に化学的気相析出法によってＧｅＯ2又はＴｉＯ2
のいずれかがドープされた主としてＳｉＯ2からなる第
１コア層を形成し、（ｂ）前記第１コア層上に化学的気
相析出法によって主としてＳｉＯ2からなるスート状の
第２コア層を形成し、（ｃ）希土類元素及びＡｌ，Ｚ
ｎ，Ｓｎ，Ｌａからなる群から選択された少なくとも１
つの元素を含む溶液を前記第２コア層に含浸させ、
（ｄ）前記第２コア層に含浸した溶液の溶媒を蒸発さ
せ、（ｅ）前記第２コア層を加熱してガラス化し、
（ｆ）前記第２コア層上に化学的気相析出法によってＧ
ｅＯ2又はＴｉＯ2のいずれかがドープされた主としてＳ
ｉＯ2からなる第３コア層を形成し、（ｇ）加熱により
前記石英反応管を完全コラプスしてプリフォームを製造
し、（ｈ）前記プリフォームを溶融・紡糸する各ステッ
プからなることを特徴とする光増幅用ファイバの製造方
法が提供される。
【００２３】本発明の光増幅用ファイバは、コア中心部
に比屈折率差の大きな第３コアを設けているため、従来
構造のドープファイバに比較して光パワーがコア中心部
により集中するようになり、モードフィールド径を小さ
くすることができる。その結果、励起光の信号光への変
換効率が向上する。
に比屈折率差の大きな第３コアを設けているため、従来
構造のドープファイバに比較して光パワーがコア中心部
により集中するようになり、モードフィールド径を小さ
くすることができる。その結果、励起光の信号光への変
換効率が向上する。
【００２４】また、第２コアに希土類元素と増幅帯域を
広げるための元素を含有させているので、光ファイバ増
幅器の十分な広帯域性を確保することができる。増幅帯
域を広げるための元素はＡｌ，Ｚｎ，Ｓｎ又はＬａを含
んでいる。
広げるための元素を含有させているので、光ファイバ増
幅器の十分な広帯域性を確保することができる。増幅帯
域を広げるための元素はＡｌ，Ｚｎ，Ｓｎ又はＬａを含
んでいる。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、プリフォーム
の製造方法の実施に使用することができるプリフォーム
製造装置の概略構成が示されている。符号２は石英反応
管４を回転可能に支持するガラス製造用の旋盤であり、
６は旋盤２上を石英反応管４の長手方向に往復動して石
英反応管４を外部から加熱するバーナ、８はバーナ６に
供給するＯ2及びＨ2の流量等を調整してバーナ６の燃焼
状態を制御する温度制御装置である。
の製造方法の実施に使用することができるプリフォーム
製造装置の概略構成が示されている。符号２は石英反応
管４を回転可能に支持するガラス製造用の旋盤であり、
６は旋盤２上を石英反応管４の長手方向に往復動して石
英反応管４を外部から加熱するバーナ、８はバーナ６に
供給するＯ2及びＨ2の流量等を調整してバーナ６の燃焼
状態を制御する温度制御装置である。
【００２６】石英反応管４の端部に接続されたコネクタ
１０にはガス供給管１２が接続されており、このガス供
給管１２を介してＳｉＣｌ4等の原料ガスやＯ2が石英反
応管４の内部に送り込まれる。
１０にはガス供給管１２が接続されており、このガス供
給管１２を介してＳｉＣｌ4等の原料ガスやＯ2が石英反
応管４の内部に送り込まれる。
【００２７】１４はＳｉＣｌ4，ＧｅＣｌ4等の原料ガス
の供給器であり、その供給量は、マスフローメータ１６
を介して送り込まれるＯ2等のキャリアガスの流量によ
って制御される。
の供給器であり、その供給量は、マスフローメータ１６
を介して送り込まれるＯ2等のキャリアガスの流量によ
って制御される。
【００２８】コネクタ１０にはガス供給管１２と並んで
溶液供給管１８が接続されており、この溶液供給管１８
はバルブ２０を介して溶液タンク２２に接続されてい
る。バルブ２２を開くことによって、溶液タンク２２内
の溶液が石英反応管４の内部に送り込まれる。
溶液供給管１８が接続されており、この溶液供給管１８
はバルブ２０を介して溶液タンク２２に接続されてい
る。バルブ２２を開くことによって、溶液タンク２２内
の溶液が石英反応管４の内部に送り込まれる。
【００２９】尚、コネクタ１０を介したガス供給管１２
及び溶液供給管１８と石英反応管４との接続部には、通
常の方法によりシーリングが施されており、これにより
石英反応管４の内部に閉じた系が確保されるようになっ
ている。
及び溶液供給管１８と石英反応管４との接続部には、通
常の方法によりシーリングが施されており、これにより
石英反応管４の内部に閉じた系が確保されるようになっ
ている。
【００３０】図２は図１の製造装置を用いたプリフォー
ムの製造プロセスの説明図である。好ましくは、まず外
径２２ｍｍ内径１８ｍｍの石英反応管４にＳｉＣｌ4，
ＰＯＣｌ3，ＳＦ6ガスを送り、石英反応管内にＰ−Ｆ−
ＳｉＯ2系のクラッドガラスを堆積する（図示せず）。
尚、このクラッドガラス堆積ステップは、省略してもよ
い。
ムの製造プロセスの説明図である。好ましくは、まず外
径２２ｍｍ内径１８ｍｍの石英反応管４にＳｉＣｌ4，
ＰＯＣｌ3，ＳＦ6ガスを送り、石英反応管内にＰ−Ｆ−
ＳｉＯ2系のクラッドガラスを堆積する（図示せず）。
尚、このクラッドガラス堆積ステップは、省略してもよ
い。
【００３１】次いで、図２（Ａ）に示すように、ＳｉＣ
ｌ4及びＧｅＣｌ4を含んだ原料ガス及びキャリアガスが
送り込まれている石英反応管４を回転させながら、石英
反応管４をその外部からバーナ６により加熱すると、石
英反応管４内には第１コアとなる酸化物ガラス微粉末が
堆積し、この微粉末はバーナ６による加熱によって即座
にガラス化される。
ｌ4及びＧｅＣｌ4を含んだ原料ガス及びキャリアガスが
送り込まれている石英反応管４を回転させながら、石英
反応管４をその外部からバーナ６により加熱すると、石
英反応管４内には第１コアとなる酸化物ガラス微粉末が
堆積し、この微粉末はバーナ６による加熱によって即座
にガラス化される。
【００３２】バーナ６の往復動を複数回行なうことによ
って、ＧｅＯ2がドープされたＳｉＯ2からなる所定屈折
率で所定厚みの第１コア層２４が、石英反応管４の内壁
に一様に形成される。
って、ＧｅＯ2がドープされたＳｉＯ2からなる所定屈折
率で所定厚みの第１コア層２４が、石英反応管４の内壁
に一様に形成される。
【００３３】第１コア層２４の屈折率は、所定の比屈折
率差を得ることができるように石英反応管４の屈折率よ
りも高く設定されている。第１コア層２４の屈折率は原
料ガスの組成等により調整可能であり、例えば第１コア
層２４は約２．０の比屈折率差を有している。
率差を得ることができるように石英反応管４の屈折率よ
りも高く設定されている。第１コア層２４の屈折率は原
料ガスの組成等により調整可能であり、例えば第１コア
層２４は約２．０の比屈折率差を有している。
【００３４】次に、特に図示しないが原料ガスの供給を
停止し、バーナ６で石英反応管４を高温に加熱して石英
反応管４をやや細く潰す。これを中間コラプスと称す
る。次いで、上述した原料ガスのうちＧｅＣｌ4の供給
を停止し、バーナ６による加熱温度を低下させた後、石
英反応管４をバーナ６により外部から低温に加熱する
と、ＳｉＯ2からなる酸化物ガラス微粉末が第１コア層
２４上に堆積する。
停止し、バーナ６で石英反応管４を高温に加熱して石英
反応管４をやや細く潰す。これを中間コラプスと称す
る。次いで、上述した原料ガスのうちＧｅＣｌ4の供給
を停止し、バーナ６による加熱温度を低下させた後、石
英反応管４をバーナ６により外部から低温に加熱する
と、ＳｉＯ2からなる酸化物ガラス微粉末が第１コア層
２４上に堆積する。
【００３５】バーナ６の往復動を複数回繰り返すことに
よって、図２（Ｂ）に示すように、第１コア層２４上に
ＳｉＯ2からなるスート状の第２コア層２６が形成され
る。ここで、「スート状の」というのは、「層の形態を
維持しうる微粉末状の又は多孔質状の」という意味であ
る。バーナ６による加熱温度を低下させているのは、第
２コア層２６が即座にガラス化されることを防止するた
めである。
よって、図２（Ｂ）に示すように、第１コア層２４上に
ＳｉＯ2からなるスート状の第２コア層２６が形成され
る。ここで、「スート状の」というのは、「層の形態を
維持しうる微粉末状の又は多孔質状の」という意味であ
る。バーナ６による加熱温度を低下させているのは、第
２コア層２６が即座にガラス化されることを防止するた
めである。
【００３６】その後、図２（Ｃ）に示すように、バーナ
６を石英反応管４の端部近傍の位置に移動して、石英反
応管４を回転させながら石英反応管４を局所的に加熱
し、その加熱部分に小径なくびれ部２８を形成する。く
びれ部２８は石英反応管４の両端部に形成する。
６を石英反応管４の端部近傍の位置に移動して、石英反
応管４を回転させながら石英反応管４を局所的に加熱
し、その加熱部分に小径なくびれ部２８を形成する。く
びれ部２８は石英反応管４の両端部に形成する。
【００３７】そして、石英反応管４が適当な温度にまで
冷却したならば、図２（Ｄ）に示すように、可撓性を有
する樹脂等からなる溶液供給管１８をその先端部がくび
れ部２８，２８間に位置するように石英反応管４内に導
入し、溶液タンク２２からの溶液を石英反応管４のくび
れ部２８，２８間に導入する。石英反応管４内に溶液が
注入されると、この溶液はスート状の第２コア層２６に
のみ含浸する。
冷却したならば、図２（Ｄ）に示すように、可撓性を有
する樹脂等からなる溶液供給管１８をその先端部がくび
れ部２８，２８間に位置するように石英反応管４内に導
入し、溶液タンク２２からの溶液を石英反応管４のくび
れ部２８，２８間に導入する。石英反応管４内に溶液が
注入されると、この溶液はスート状の第２コア層２６に
のみ含浸する。
【００３８】供給される溶液は希土類元素及びＡｌを含
んでいる。この実施形態では、具体的には供給される溶
液の溶質はＥｒＣｌ3・６Ｈ2Ｏ及びＡｌＣｌ3であり、
溶媒はエタノールである。
んでいる。この実施形態では、具体的には供給される溶
液の溶質はＥｒＣｌ3・６Ｈ2Ｏ及びＡｌＣｌ3であり、
溶媒はエタノールである。
【００３９】溶液におけるＥｒＣｌ3・６Ｈ2Ｏの濃度
は、例えば０．００１〜１重量％である。光ファイバ又
はプリフォームにおけるＡｌ2Ｏ3及びＥｒの所望のドー
プ濃度を得るための溶液濃度は経験的に求められる。溶
液の注入量は例えば５〜２０ｍｌである。
は、例えば０．００１〜１重量％である。光ファイバ又
はプリフォームにおけるＡｌ2Ｏ3及びＥｒの所望のドー
プ濃度を得るための溶液濃度は経験的に求められる。溶
液の注入量は例えば５〜２０ｍｌである。
【００４０】次いで、溶液供給管１８を後退させた後、
乾燥したＮ2ガスを石英反応管４内に送り込んでアルコ
ール分及び水分をゆっくり蒸発させ、残留した水分につ
いては、Ｃｌ2，Ｏ2を石英反応管４内に送り込むと共に
バーナ６による加熱を行なって十分に除去する。
乾燥したＮ2ガスを石英反応管４内に送り込んでアルコ
ール分及び水分をゆっくり蒸発させ、残留した水分につ
いては、Ｃｌ2，Ｏ2を石英反応管４内に送り込むと共に
バーナ６による加熱を行なって十分に除去する。
【００４１】しかる後、図２（Ｅ）に示すように、バー
ナ６による加熱及びその往復動を行なうことによって、
スート状の第２コア層２６をガラス化してガラス化され
た第２コア層２６′を得る。第２コア層２６′の比屈折
率差は、例えば約０．７％である。
ナ６による加熱及びその往復動を行なうことによって、
スート状の第２コア層２６をガラス化してガラス化され
た第２コア層２６′を得る。第２コア層２６′の比屈折
率差は、例えば約０．７％である。
【００４２】次いで、バーナ６により石英反応間４を高
温に加熱して再度の中間コラプスをした後、図２（Ｆ）
に示すように、ステップ図２（Ａ）と同様にＳｉＣｌ4
及びＧｅＣｌ4を含んだ原料ガス及びキャリアガスを石
英反応管４に送り込みながら、石英反応管４をその外部
からバーナ６により加熱する。
温に加熱して再度の中間コラプスをした後、図２（Ｆ）
に示すように、ステップ図２（Ａ）と同様にＳｉＣｌ4
及びＧｅＣｌ4を含んだ原料ガス及びキャリアガスを石
英反応管４に送り込みながら、石英反応管４をその外部
からバーナ６により加熱する。
【００４３】第２コア層２６′上には第３コア層となる
酸化物ガラス微粉末が堆積し、この微粉末はバーナ６に
よる加熱によって即座にガラス化される。バーナ６の往
復動を複数回行なうことによって、ＧｅＯ2がドープさ
れたＳｉＯ2からなる所定屈折率で所定厚みの第３コア
層３０が、第２コア層２６′上に一様に形成される。第
３コア層３０の比屈折率差は、例えば約２．０％であ
る。
酸化物ガラス微粉末が堆積し、この微粉末はバーナ６に
よる加熱によって即座にガラス化される。バーナ６の往
復動を複数回行なうことによって、ＧｅＯ2がドープさ
れたＳｉＯ2からなる所定屈折率で所定厚みの第３コア
層３０が、第２コア層２６′上に一様に形成される。第
３コア層３０の比屈折率差は、例えば約２．０％であ
る。
【００４４】最後に図２（Ｇ）に示すように、バーナ６
で石英反応管４を更に高温に加熱して中空部がなくなる
まで完全コラプスを行い、プリフォーム３２ａを得る。
図２（Ａ）の工程の後及び図２（Ｅ）の工程の後に中間
コラプスを行なっているのは、各コア層間のＧｅやＡｌ
等の拡散をできるだけ防ぐためである。完全コラプス後
の、プリフォーム３２ａの直径は約１４ｍｍである。
で石英反応管４を更に高温に加熱して中空部がなくなる
まで完全コラプスを行い、プリフォーム３２ａを得る。
図２（Ａ）の工程の後及び図２（Ｅ）の工程の後に中間
コラプスを行なっているのは、各コア層間のＧｅやＡｌ
等の拡散をできるだけ防ぐためである。完全コラプス後
の、プリフォーム３２ａの直径は約１４ｍｍである。
【００４５】以上のようにして製造した直径約１４ｍｍ
のプリフォーム３２ａに図３（Ａ）に示すように外径約
２２ｍｍの石英ガラス管３４を被せ、図３（Ｂ）に示す
ように加熱一体化して直径約１４ｍｍに引き伸ばし、プ
リフォーム３２ｂを得る。
のプリフォーム３２ａに図３（Ａ）に示すように外径約
２２ｍｍの石英ガラス管３４を被せ、図３（Ｂ）に示す
ように加熱一体化して直径約１４ｍｍに引き伸ばし、プ
リフォーム３２ｂを得る。
【００４６】この被せ管延伸工程を複数回繰り返し、最
終的に図３（Ｃ）に示すように外径約２６ｍｍの太い石
英ガラス管３６をプリフォーム３２ｂに被せて、加熱一
体化して図３（Ｄ）に示すような直径約１４ｍｍのプリ
フォーム３２を製造する。
終的に図３（Ｃ）に示すように外径約２６ｍｍの太い石
英ガラス管３６をプリフォーム３２ｂに被せて、加熱一
体化して図３（Ｄ）に示すような直径約１４ｍｍのプリ
フォーム３２を製造する。
【００４７】被せ管延伸工程を複数回繰り返すことによ
り、相対コア径を小さくすることができ、モードフィー
ルド径やカットオフ波長を最適化できると同時に、Ｅｒ
をドープした第２コア部の内外径を最適にして変換効率
を向上できる。本実施形態での第２コア２６′のＡｌ濃
度は約６重量％であり、Ｅｒ濃度は約５００ｐｐｍであ
る。
り、相対コア径を小さくすることができ、モードフィー
ルド径やカットオフ波長を最適化できると同時に、Ｅｒ
をドープした第２コア部の内外径を最適にして変換効率
を向上できる。本実施形態での第２コア２６′のＡｌ濃
度は約６重量％であり、Ｅｒ濃度は約５００ｐｐｍであ
る。
【００４８】完全コラプス前の石英反応管４の横断面を
図４（Ａ）に示し、図３（Ｄ）の横断面を図４（Ｂ）に
示す。被せ管延伸工程後のプリフォーム３２は、ＳｉＯ
2からなる比較的低屈折率なクラッド３４と、屈折率上
昇用のＧｅＯ2がドープされたＳｉＯ2からなる比較的高
屈折率な第１コア３６と、Ｅｒ及びＡｌ2Ｏ3がドープさ
れＧｅＯ2がドープされていないＳｉＯ2からなる第２コ
ア３８と、屈折率上昇用のＧｅＯ2がドープされたＳｉ
Ｏ2からなる比較的高屈折率な第３コア４０とからな
る。
図４（Ａ）に示し、図３（Ｄ）の横断面を図４（Ｂ）に
示す。被せ管延伸工程後のプリフォーム３２は、ＳｉＯ
2からなる比較的低屈折率なクラッド３４と、屈折率上
昇用のＧｅＯ2がドープされたＳｉＯ2からなる比較的高
屈折率な第１コア３６と、Ｅｒ及びＡｌ2Ｏ3がドープさ
れＧｅＯ2がドープされていないＳｉＯ2からなる第２コ
ア３８と、屈折率上昇用のＧｅＯ2がドープされたＳｉ
Ｏ2からなる比較的高屈折率な第３コア４０とからな
る。
【００４９】第２コア３８はクラッド３４より高い屈折
率を有しており、第１及び第３コア３６，４０は第２コ
ア３８より高い屈折率を有している。各部分の主成分で
あるＳｉＯ2には屈折率調整用のＰ2Ｏ５等が含まれてい
てもよい。
率を有しており、第１及び第３コア３６，４０は第２コ
ア３８より高い屈折率を有している。各部分の主成分で
あるＳｉＯ2には屈折率調整用のＰ2Ｏ５等が含まれてい
てもよい。
【００５０】図４（Ｂ）に示されたプリフォーム３２を
線引きして得られる光ファイバにおいては、その横断面
はプリフォームの横断面と相似であり、しかも各構成部
分の成分も変化することはないから、光ファイバの各構
成部分の名称及び符号についてはプリフォーム３２にお
ける対応部分の名称及び符号をそのまま用いることにす
る。
線引きして得られる光ファイバにおいては、その横断面
はプリフォームの横断面と相似であり、しかも各構成部
分の成分も変化することはないから、光ファイバの各構
成部分の名称及び符号についてはプリフォーム３２にお
ける対応部分の名称及び符号をそのまま用いることにす
る。
【００５１】本実施形態のプリフォームの製造方法によ
ると、石英反応管４に形成したくびれ部２８，２８間に
溶液を注入してこの溶液を第２コア層２６に含浸させる
ようにしているので、溶液の含浸に際して石英反応管４
を旋盤から取り外す必要がない。
ると、石英反応管４に形成したくびれ部２８，２８間に
溶液を注入してこの溶液を第２コア層２６に含浸させる
ようにしているので、溶液の含浸に際して石英反応管４
を旋盤から取り外す必要がない。
【００５２】この場合、石英反応管４のくびれ部２８，
２８間への溶液の注入は、石英反応管４の一方の側から
行なうことができるので、原料ガス等の供給系を含めて
閉じた系を保つことができ、よって不純物が石英反応管
４内に侵入して損失特性が劣化する恐れがない。
２８間への溶液の注入は、石英反応管４の一方の側から
行なうことができるので、原料ガス等の供給系を含めて
閉じた系を保つことができ、よって不純物が石英反応管
４内に侵入して損失特性が劣化する恐れがない。
【００５３】また、本実施形態の製造方法によると、石
英反応管４を旋盤２に装着したままの状態でプリフォー
ムを製造するためのすべての工程を実施することができ
るので、石英反応管４を旋盤２から取り外し或いは取り
付ける等の煩雑な作業が要求されない。
英反応管４を旋盤２に装着したままの状態でプリフォー
ムを製造するためのすべての工程を実施することができ
るので、石英反応管４を旋盤２から取り外し或いは取り
付ける等の煩雑な作業が要求されない。
【００５４】図５はプリフォームを光ファイバに線引き
するための線引き装置の概略図である。プリフォーム３
２はプリフォーム送り部４２で支持され、徐々に下方向
に送り出されて、加熱炉４４でプリフォーム３２の下端
部を加熱して溶融させる。
するための線引き装置の概略図である。プリフォーム３
２はプリフォーム送り部４２で支持され、徐々に下方向
に送り出されて、加熱炉４４でプリフォーム３２の下端
部を加熱して溶融させる。
【００５５】プリフォーム３２は加熱炉４４の下端部で
ドープファイバ４５に線引きされ、線径測定部４６でド
ープファイバ４５の線径が非接触で測定される。ドープ
ファイバ４５は被覆装置４８で紫外線（ＵＶ）硬化エポ
キシ樹脂のコーティングを施され、紫外線ランプ５０で
コーティングが硬化される。
ドープファイバ４５に線引きされ、線径測定部４６でド
ープファイバ４５の線径が非接触で測定される。ドープ
ファイバ４５は被覆装置４８で紫外線（ＵＶ）硬化エポ
キシ樹脂のコーティングを施され、紫外線ランプ５０で
コーティングが硬化される。
【００５６】ＵＶ硬化エポキシ樹脂の被覆を施されたド
ープファイバ４５は、制御された速度で回転するキャプ
スタンローラ５２を介して巻き取りドラム５４に巻き取
られる。
ープファイバ４５は、制御された速度で回転するキャプ
スタンローラ５２を介して巻き取りドラム５４に巻き取
られる。
【００５７】キャプスタンローラ５２の回転速度は、線
径測定部４６により測定されたドープファイバ４５の線
径が一定に保たれるように線径制御部５６でフィードバ
ック制御される。
径測定部４６により測定されたドープファイバ４５の線
径が一定に保たれるように線径制御部５６でフィードバ
ック制御される。
【００５８】このような線引き装置及びプリフォーム３
２を用いることによって、希土類元素、Ａｌ2Ｏ3のドー
プ濃度や各構成部分の径等の特性が長手方向に安定した
ドープファイバ４５を製造することができる。
２を用いることによって、希土類元素、Ａｌ2Ｏ3のドー
プ濃度や各構成部分の径等の特性が長手方向に安定した
ドープファイバ４５を製造することができる。
【００５９】以上のような製造プロセスに基づき、第
１、第２及び第３コア３６，４０，４０からなる三重コ
アを有するドープファイバ４５を製造した。ドープファ
イバ４５はＳｉＯ2からなるクラッド３４と、ＧｅＯ2が
ドープされたＳｉＯ2からなる第１コア３６と、Ｅｒ及
びＡｌ2Ｏ3がドープされＧｅＯ2がドープされていない
ＳｉＯ2からなる第２コア３８と、ＧｅＯ2がドープされ
たＳｉＯ2からなる第３コア４０とを有している。
１、第２及び第３コア３６，４０，４０からなる三重コ
アを有するドープファイバ４５を製造した。ドープファ
イバ４５はＳｉＯ2からなるクラッド３４と、ＧｅＯ2が
ドープされたＳｉＯ2からなる第１コア３６と、Ｅｒ及
びＡｌ2Ｏ3がドープされＧｅＯ2がドープされていない
ＳｉＯ2からなる第２コア３８と、ＧｅＯ2がドープされ
たＳｉＯ2からなる第３コア４０とを有している。
【００６０】図６に本実施形態のドープファイバ４５の
屈折率分布６０とモードフィールド６２を示す。第１、
第２及び第３コア３６，３８，４０の直径をＤ１、Ｄ２
及びＤ３とし、比屈折率差をそれぞれΔ１，Δ２及びΔ
３とすると、Δ１＝約２％，Ｄ１＝約３．０μｍ，Δ２
＝約０．７％，Ｄ２＝約０．８μｍ，Δ３＝約２％，Ｄ
３＝約０．６μｍである。
屈折率分布６０とモードフィールド６２を示す。第１、
第２及び第３コア３６，３８，４０の直径をＤ１、Ｄ２
及びＤ３とし、比屈折率差をそれぞれΔ１，Δ２及びΔ
３とすると、Δ１＝約２％，Ｄ１＝約３．０μｍ，Δ２
＝約０．７％，Ｄ２＝約０．８μｍ，Δ３＝約２％，Ｄ
３＝約０．６μｍである。
【００６１】また、モードフィールド径６４は４．４μ
ｍであり、励起光の信号光への変換効率は７３％であ
る。変換効率特性の実験結果を特開平５−１１９２２２
号に開示された従来品と比較して表１及び図７に示す。
ｍであり、励起光の信号光への変換効率は７３％であ
る。変換効率特性の実験結果を特開平５−１１９２２２
号に開示された従来品と比較して表１及び図７に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】表１から明らかなように、本実施形態のド
ープファイバ４５では、モードフィールド径は従来の
４．８μｍから４．４μｍに小さくなり、変換効率は従
来の６４％から７３％に上昇している。表１においてし
きい値とは、信号光のゲインが出始める励起光パワーの
最小値である。
ープファイバ４５では、モードフィールド径は従来の
４．８μｍから４．４μｍに小さくなり、変換効率は従
来の６４％から７３％に上昇している。表１においてし
きい値とは、信号光のゲインが出始める励起光パワーの
最小値である。
【００６４】図８を参照すると、本発明の他の実施形態
のドープファイバ６５の断面構造と屈折率分布７０が示
されている。本実施形態のドープファイバ６５は、第１
実施形態のドープファイバ４５の第３コア４０の内側に
第４コア６６及び第５コア６８を設けたものである。
のドープファイバ６５の断面構造と屈折率分布７０が示
されている。本実施形態のドープファイバ６５は、第１
実施形態のドープファイバ４５の第３コア４０の内側に
第４コア６６及び第５コア６８を設けたものである。
【００６５】第４コア６６はＥｒ及びＡｌ2Ｏ3がドープ
されＧｅＯ2がドープされていないＳｉＯ2からなり、第
５コア６８はＧｅＯ2がドープされたＳｉＯ2からなる。
されＧｅＯ2がドープされていないＳｉＯ2からなり、第
５コア６８はＧｅＯ2がドープされたＳｉＯ2からなる。
【００６６】第４コア６６の比屈折率差は約０．７％で
あり、第５コア６８の比屈折率差は約２％である。本実
施形態のドープファイバ６５では、最外周の第１コア３
６の外径は２μｍ以下にするのが望ましい。
あり、第５コア６８の比屈折率差は約２％である。本実
施形態のドープファイバ６５では、最外周の第１コア３
６の外径は２μｍ以下にするのが望ましい。
【００６７】上述した実施形態では希土類元素としてＥ
ｒを用いたが、Ｎｄ，Ｙｂ等の他の希土類元素を用いる
場合にも本発明を適用可能である。また、屈折率上昇用
のドーパントとしてはＴｉＯ2も使用可能である。更に
広帯域化のためには、Ａｌに代えてＺｎ，Ｓｎ，Ｌａ等
の元素も使用可能である。
ｒを用いたが、Ｎｄ，Ｙｂ等の他の希土類元素を用いる
場合にも本発明を適用可能である。また、屈折率上昇用
のドーパントとしてはＴｉＯ2も使用可能である。更に
広帯域化のためには、Ａｌに代えてＺｎ，Ｓｎ，Ｌａ等
の元素も使用可能である。
【００６８】
【発明の効果】本発明によると、波長帯域が広く且つ励
起光の信号光への変換効率が高い光ファイバ増幅器を実
現するのに適した光ファイバ及びその製造方法が提供可
能であるという効果を奏する。
起光の信号光への変換効率が高い光ファイバ増幅器を実
現するのに適した光ファイバ及びその製造方法が提供可
能であるという効果を奏する。
【図１】プリフォーム製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明実施形態のプリフォーム製造プロセスの
説明図である。
説明図である。
【図３】被せ管延伸工程を示す図である。
【図４】図４（Ａ）はコラプス前の石英反応管の横断面
図、図４（Ｂ）はプリフォームの横断面図である。
図、図４（Ｂ）はプリフォームの横断面図である。
【図５】光ファイバ線引き装置の概略構成図である。
【図６】本発明実施形態に係る光増幅用ファイバの屈折
率分布とモードフィールドを示す図である。
率分布とモードフィールドを示す図である。
【図７】励起光パワーと信号光出力の関係を示す図であ
る。
る。
【図８】本発明の他の実施形態に係る光増幅用ファイバ
の断面構造と屈折率分布を示す図である。
の断面構造と屈折率分布を示す図である。
４ 石英反応管
２４ 第１コア層
２６ 第２コア層
３０ 第３コア層
３２ プリフォーム
３４ クラッド
３６ 第１コア
３８ 第２コア
４０ 第３コア
４５ ドープファイバ
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｚ
Ｆターム(参考） 2H050 AB05X AB06X AB07X AB18X
AB20X AC09 AC15 AC28
AD01
4G021 CA15 EA02 EA03 EB19 EB24
4G062 AA06 AA07 BB01 CC07 LA02
LA10 LB03 LB04 MM02 NN01
NN19
5F072 AB08 AB09 AK06 JJ02 YY17
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の屈折率を有するクラッドと；前記
クラッドの内側に設けられ、屈折率上昇用の元素を含ん
だ第１の屈折率より高い第２の屈折率を有する第１コア
と；前記第１コアの内側に設けられ、希土類元素及び増
幅帯域を広げるための元素を含み、第１の屈折率より高
く第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する第２コア
と；前記第２コアの内側に設けられ、屈折率上昇用の元
素を含んだ前記第３の屈折率より高い第４の屈折率を有
する第３コアと；を具備したことを特徴とする光増幅用
ファイバ。 - 【請求項２】 （ａ）石英反応管内に化学的気相析出法
によってＧｅＯ2又はＴｉＯ2のいずれかがドープされた
主としてＳｉＯ2からなる第１コア層を形成し； （ｂ）前記第１コア層上に化学的気相析出法によって主
としてＳｉＯ2からなるスート状の第２コア層を形成
し； （ｃ）希土類元素及びＡｌ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｌａからなる
群から選択された少なくとも１つの元素を含む溶液を前
記第２コア層に含浸させ； （ｄ）前記第２コア層に含浸した溶液の溶媒を蒸発さ
せ； （ｅ）前記第２コア層を加熱してガラス化し； （ｆ）前記第２コア層上に化学的気相析出法によってＧ
ｅＯ2又はＴｉＯ2のいずれかがドープされた主としてＳ
ｉＯ2からなる第３コア層を形成し； （ｇ）加熱により前記石英反応管を完全コラプスしてプ
リフォームを製造し； （ｈ）前記プリフォームを溶融・紡糸する各ステップか
らなることを特徴とする光増幅用ファイバの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002338933A JP2003204097A (ja) | 2002-11-22 | 2002-11-22 | 光増幅用ファイバ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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2002
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|---|---|---|---|---|
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