JP2007103641A

JP2007103641A - 増幅用光ファイバ

Info

Publication number: JP2007103641A
Application number: JP2005291088A
Authority: JP
Inventors: Moriteru Ohara; 盛輝大原; Tatsuo Nagashima; 達雄長嶋; Tomoharu Hasegawa; 智晴長谷川; Naoki Sugimoto; 直樹杉本
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】スペクトルの広がりへの影響を小さくして短パルス増幅ができる増幅用光ファイバの提供。
【解決手段】コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０^−２０ｃｍ^２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ^２以上である増幅用光ファイバ。コアが、モル％でＢｉ_２Ｏ_３を２０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５％、Ｇａ_２Ｏ_３およびＡｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなる前記増幅用光ファイバ。
【選択図】なし

Description

本発明は光通信、パルスレーザー等のパルス光の増幅に好適な光ファイバに関する。

光を増幅するためのファイバとして、石英系のガラスに希土類を添加されたものが知られている。代表例として、コアガラスにＥｒ^３＋イオンを添加した石英系光ファイバが挙げられ、その１５３０ｎｍ帯の吸光度は４〜２０ｄＢ/ｍ程度である。

一方、光通信の伝送容量の拡大のために光時間分割多重通信方式（ＯＴＤＭ）が提案されており、データ速度の増加に伴い信号パルス時間幅は短パルス化されている（特許文献１参照）。また、加工用ファイバーレーザ等にはピークパワーの強い短パルスが使われている。

特開２００５−２２３３６９号公報

短パルスを光ファイバで増幅すると、一般に光ファイバの非線形現象によりスペクトルが歪んで広がる現象がある。この現象は、基本的に非線形定数が大きいほど、またファイバ長が長いほど顕著になる。
非線形定数γは、非線形屈折率ｎ_２、有効コア断面積Ａ_ｅｆｆ、光周波数ω_０、光速ｃを用いて次式で表せ、有効コア断面積が大きいほどγは小さくなる。
γ＝（ｎ_２×ω_０）/（ｃ×Ａ_ｅｆｆ）
スペクトルの歪みは１０ピコ秒程度以上のパルス幅では問題ないが、ピコ秒またはそれ以下のパルス幅ではスペクトルの広がりに大きな影響を与えるという問題がある。
本発明は、スペクトルの広がりへの影響を小さくして短パルス増幅ができる増幅用光ファイバの提供を目的とする。

本発明は、コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０^−２０ｃｍ^２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ^２以上である増幅用光ファイバを提供する。

本発明によればスペクトルの広がりへの影響を小さくして短パルス増幅ができる。

本発明の光ファイバはピコ秒パルスの光を増幅するのに好適である。
この増幅は、増幅されるべきパルス光（光通信においては信号光）とともに励起光をコアに入射することによって行われ、前記励起光としては通常、波長が９７０〜９９０ｎｍまたは１４６０〜１４９０ｎｍのレーザー光が使用される。

本発明の光ファイバにおける前記吸収ピークは１００ｄＢ／ｍ以上であるので、単位長さあたりの吸光度が多いことにより、ファイバ長を短くすることができる。好ましくは１５０ｄＢ／ｍ以上である。

本発明の有効コア断面積は３５μｍ^２以上であるので、非線形効果を抑制でき、短パルスにおいてもスペクトルの歪みなく、またはその歪を大きくすることなく増幅することができる。好ましくは５０μｍ^２以上である。また、２００μｍ^２以下であることが好ましい。２００μｍ^２超では単一モードで光を伝播することが困難になるおそれがある。好ましくは１５０μｍ^２以下である。

ピコ秒以下のパルス幅の信号光を増幅する時には本発明の光ファイバの長さは１ｍ以下であることが好ましい。ファイバ長が１ｍ超では、スペクトルの歪みが生じる、またはスペクトルの歪みが大きくなるおそれがある。好ましくは０．８ｍ以下、より好ましくは０．５ｍ以下、最も好ましくは０．３ｍ以下である。一方、ファイバ長は好ましくは０．０１ｍ以上である。０．０１ｍ未満では信号光を十分に増幅できないおそれがある。より好ましくは０．０３ｍ以上、最も好ましくは０．０５ｍ以上である。

本発明の光ファイバのコアガラスの屈折率ｎ_１は典型的には１．８〜２．３である。
本発明の光ファイバのコアは、Ｂｉ_２Ｏ_３を２０〜８０モル％、Ｂ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５モル％、Ｇａ_２Ｏ_３およびＡｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０モル％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなることが好ましい。

次に、前記マトリクスガラスの組成についてモル％を単に％と表示して説明する。
Ｂｉ_２Ｏ_３は必須成分である。その含有量が２０％未満では添加できるＥｒの量が少なくなり、１５３０ｎｍ近傍に現れる吸光度が十分に得られなくなる。好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上、特に好ましくは４０％以上である。８０％超では、ガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に失透する。好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下である。なお、ここでいう失透とは結晶析出の顕著なものであり、ファイバ加工時にファイバ切れを起こしたり、光ファイバとしての使用時にファイバ破壊を起こしたりするものである。

Ｂ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２はネットワークフォーマであり、ガラス形成を容易にするために、少なくともいずれか一方を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２が５％未満では、ガラス化が困難になる。より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。７５％超では利得が低下する。より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５０％以下である。

Ａｌ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３は失透を抑制する成分であり、少なくともいずれかを含有しなければならない。これらの含有量の合計Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３が０．１％未満では失透しやすくなる。好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。３０％超では利得が低下する。好ましくは２５％以下である。

前記マトリクスガラスは本質的に上記成分からなるものであることが好ましいが、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。他の成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は２０％以下であることが好ましい。
このような成分としてたとえば、ファイバ加工時の失透を抑制するまたはガラス化を容易にすることを目的とするＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＰｂＯ、ＣｅＯ_２等の成分、濃度消光または失透を抑制することを目的とするＬａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３等の成分が挙げられる。

コアおよびクラッドがそれぞれ表１に示す組成を有するガラスからなり、クラッド径が１２５μｍ、コア径が５．３μｍである光ファイバを作製し、この光ファイバにＵＶ硬化性アクリル樹脂をコーティングし直径２５０μｍのファイバとした。なお、表１においてコアガラスの組成は、マトリクスガラスを構成する成分であるＢｉ_２Ｏ_３からＬａ_２Ｏ_３までの含有量についてはモル％表示で、添加成分であるＥｒの含有量についてはマトリクスガラスを１００質量部とする質量部表示で示し、クラッドガラスの組成はモル％表示で示す。
このようにして得られたファイバの波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率は３×１０^−２０ｃｍ^２／Ｗ、同光に対する有効コア断面積は７１μｍ^２であった。また、波長１５２９ｎｍに吸収ピークを有し同波長における吸光度は２０２ｄＢ/ｍであった。

前記ファイバの長さを０．２２ｍとし、これに波長９８０ｎｍの励起光と波長１５６０ｎｍ、パルス幅０．６ｐｓ、繰り返し周波数４８．２ＭＨｚ、平均強度−６．８ｄＢｍの信号光とを合波した光を入射した。

得られた利得Ｇ（単位：ｄＢ）とスペクトルの半値全幅Δλ（単位：ｎｍ）の関係を表２に示す。
なお、Ｇは信号光のファイバへの入射強度Ｉ_ｉｎとファイバからの出射強度Ｉ_ｏｕｔとから次式によって算出される。
Ｇ＝１０×ｌｏｇ（Ｉ_ｏｕｔ／Ｉ_ｉｎ）。
また、Δλはオプティカルスペクトラルアナライザで測定したスペクトル形状から求めた。
表２に示した結果から、本発明のファイバはピコ秒以下のパルス増幅においてもスペクトルの広がりなく増幅できることがわかる。

光通信、パルスレーザー等のパルス光の増幅に利用できる。

Claims

コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０^−２０ｃｍ^２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ^２以上である増幅用光ファイバ。
請求項１に記載の増幅用光ファイバであって、コアが、Ｂｉ_２Ｏ_３を２０〜８０モル％、Ｂ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５モル％、Ｇａ_２Ｏ_３およびＡｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０モル％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなる増幅用光ファイバ。