JP2009105080A - 増幅用光ファイバ - Google Patents

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Abstract

【課題】増幅特性の予想が容易で生産安定性が高いＥＤＦを提供する。
【解決手段】石英ガラスを主成分とするコアおよびクラッドを有し、コアにＥｒ元素が添加され、そのＥｒ添加濃度が５００wtppm以上２５００wtppm以下であり、カットオフ波長が８５０ｎｍ以上１４５０ｎｍ以下であり、モードフィールド径が４.５μｍ以上６.５μｍ以下であり、偏波モード分散が０.１［ｐｓ／１０ｍ］以下であり、コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数が１以上８以下であり、コアにおけるＥｒ元素とＯ元素との結合の距離が０.２２５ｎｍ以上０.２３５ｎｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅用光ファイバに関するものである。
光を増幅することができる光増幅器として、Ｅｒ元素やＴｍ元素などの希土類元素がコアに添加された増幅用光ファイバを光増幅媒体として用いるものが知られている。中でも、Ｅｒ元素がコアに添加された増幅用光ファイバ（ＥＤＦ: Erbium-Doped Fiber）を光増幅媒体として用いる光増幅器（ＥＤＦＡ: Erbium-Doped Fiber Amplifier）は、光通信において信号光波長域として用いられるＣバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）の光を増幅することができることから、光通信システムにおいて用いられている。
また、或る信号光波長域に含まれる多波長の信号光を多重化して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）光通信システムでは、光増幅器は、それらの多波長の信号光を一括して光増幅する。この場合、光増幅器における光増幅の利得は、多波長の信号光が含まれる信号光波長域において平坦であること（すなわち、相対利得偏差が小さいこと）が望まれる。
図１は、ＥＤＦの利得スペクトルの一例を示す図である。一般に、ＥＤＦの利得スペクトルは、波長１５３０ｎｍ付近および波長１６５０ｎｍ付近それぞれにおいてピークを有し、波長１５３５ｎｍ付近においてボトムを有する。波長１５３０ｎｍ付近および波長１６５０ｎｍ付近それぞれにおけるピークのうち最大利得をＧmaxとし、波長１５３５ｎｍ付近においてボトムの利得をＧminとすると、相対利得偏差は「(Ｇmax−Ｇmin)／Ｇmin」なる式で定義される。この相対利得偏差が小さいほど、利得等化器による損失を小さくすることができるので、全体としての増幅効率が高くなる。
ＥＤＦのコアにＡｌ元素が共添加されると該ＥＤＦの相対利得偏差が小さくなることが知られている。特に、非特許文献１には、高濃度のＡｌ元素が共添加されて相対利得偏差が大きく改善されたＥＤＦが開示されている。
T. Kashiwada, K. Nakazato, M. Ohnishi, H. Kanamori, M. Nishimura,OAA'93, paper MA6, 104, (1993).
しかしながら、ＥＤＦのコアには、Ｅｒ元素が添加されているだけでなく、Ａｌ元素も共添加され、更に他の元素（例えばＧｅ元素など）も共添加される場合がある。このように多種の元素がコアに共添加される場合、ＥＤＦの組成から増幅特性を予想することが難しく、ＥＤＦの生産安定性が低い。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、増幅特性の予想が容易で生産安定性が高い増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）を提供することを目的とする。
本発明に係る増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）は、石英ガラスを主成分とするコアおよびクラッドを有し、コアにＥｒ元素に加えて少なくとも一種の元素が共添加され、そのＥｒ添加濃度が５００wtppm以上２５００wtppm以下であり、コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数が１以上８以下であり、コアにおけるＥｒ元素とＯ元素との結合の距離が０.２２５ｎｍ以上０.２３５ｎｍ以下である、ことを特徴とする。本発明に係る増幅用光ファイバは、少なくとも一種の元素はＡｌ元素であるのが好適であり、また、コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数が４以上８以下であるのが好適である。ＥＤＦは、カットオフ波長が８５０ｎｍ以上１４５０ｎｍ以下であり、モードフィールド径が４.５μｍ以上６.５μｍ以下であり、偏波モード分散が０.１［ｐｓ／１０ｍ］以下であるのが好適である。
石英ガラスを主成分とするＥＤＦのコアに添加されたＥｒの吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルの変化は、共添加元素（「Ｘ」と表記する。）がＥｒ元素に対して「Ｅｒ-Ｏ-Ｘ」または「Ｅｒ-Ｘ-Ｏ」の構造を取ることにより、Ｅｒの配位子場が変化することによって起こる。そのため、ＥＤＦの増幅特性を決定する直接的な方法はＥｒ周りの配位子場を制御することである。希土類元素および共添加元素を原子状に分解して石英ガラスに添加し、また、大型放射光施設によるＸ線吸収端微細構造（ＸＡＦＳ: X-ray absorption fine structure）法による微量希土類元素の配位子場を評価することにより、共添加元素を効率良く希土類元素近傍に配置し且つその配位状態を評価することが可能であり、これにより、増幅特性の予想が困難で生産安定性が低いという問題を解決することができる。さらに、共添加元素の濃度ではなく希土類元素周りのＯ元素の配位数から増幅特性を予想することにより、より正確に特性を予想することが可能となる。
本発明によれば、増幅特性の予想が容易で生産安定性が高い増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図２は、本実施形態に係る増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）１１を増幅媒体として備える光増幅器１の構成図である。この図に示される光増幅器１は、後方励起方式のものであって、ＥＤＦ１１に加えて、光アイソレータ１２、光カプラ１３、利得等化器１４および励起光源１５を備え、入射端１ａに入力されたＣバンドの信号光をＥＤＦ１１において光増幅して出射端１ｂから出力する。
ＥＤＦ１１は、石英ガラスを主成分とするコアおよびクラッドを有し、コアにＥｒ元素が添加され、そのＥｒ添加濃度が５００wtppm以上２５００wtppm以下であり、カットオフ波長が８５０ｎｍ以上１４５０ｎｍ以下であり、モードフィールド径が４.５μｍ以上６.５μｍ以下であり、偏波モード分散が０.１［ｐｓ／１０ｍ］以下であり、コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数が１以上８以下であり、コアにおけるＥｒ元素とＯ元素との結合の距離が０.２２５ｎｍ以上０.２３５ｎｍ以下である。好適には、このＥＤＦ１１は、コアにＡｌ元素が共添加されており、また、コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数が４以上８以下である。
光アイソレータ１２は、入射端１ａとＥＤＦ１１との間に設けられていて、順方向には光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。光カプラ１３は、ＥＤＦ１１と出射端１ｂとの間に設けられ、励起光源１５から到達した励起光をＥＤＦ１１へ出力するとともに、ＥＤＦ１１において光増幅されて到達した信号光を出射端１ｂへ出力する。利得等化器１４は、光カプラ１３と出射端１ｂとの間に設けられ、ＣバンドにおいてＥＤＦ１１の利得スペクトルを相殺するような形状の透過スペクトルを有していて、光増幅器１全体としての利得スペクトルを平坦化する。励起光源１５は、ＥＤＦ１１のコアに添加されたＥｒ元素を励起し得る波長（０.９８μｍ帯または１.４８μｍ帯）の励起光を出力するものである、好適にはレーザダイオードを含む。
この光増幅器１は以下のように動作する。励起光源１５から出力された励起光は、光カプラ１３を経てＥＤＦ１１へ後方から供給される。入射端１ａに入力されたＣバンドの信号光は、光アイソレータ１２を経てＥＤＦ１１に入力され、このＥＤＦ１１において光増幅される。このＥＤＦ１１において光増幅された信号光は、光カプラ１３を経て利得等化器１４に入力され、この利得等化器１４において波長に応じた損失を被った後、出射端１ｂから出力される。
図３は、本実施形態に係る増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）１１の実施例について比較例とともに諸元を纏めた図表である。この図表において、サンプルＡ〜ＤのＥＤＦは本実施形態に係るＥＤＦ１１の実施例であり、サンプルＥのＥＤＦは比較例である。図４は、本実施形態に係る増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）１１の実施例（サンプルＡ〜Ｄ）について、コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数と相対利得偏差との関係を示すグラフである。
これらの図から判るように、Ｅｒ元素周りのＯ元素の配位数が多いほど、相対利得偏差が小さくなり、増幅効率の高いＥＤＦを準備できる。比較例のサンプルＥのＥＤＦは、実施例のサンプルＡ〜ＤのＥＤＦと比較して、Ｅｒ-Ｏ結合距離が約０.０２５ｎｍ狭い０.２０５ｎｍであり、相対利得偏差が０.３０であって劣る。Ｅｒ-Ｏ結合距離が０.２３０ｎｍであり且つＥｒ-Ｏ配位数が大きいほど、相対利得偏差が小さく、良好な増幅特性を有するＥＤＦを製造できる。また、Ｅｒ-Ｏ配位数が４以上であり且つＥｒ-Ｏ結合距離が０.２２５ｎｍ以上であるのが望ましい。
ＥＤＦの利得スペクトルの一例を示す図である。 本実施形態に係る増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）１１を増幅媒体として備える光増幅器１の構成図である。 本実施形態に係る増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）１１の実施例について比較例とともに諸元を纏めた図表である。 本実施形態に係る増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）１１の実施例（サンプルＡ〜Ｄ）について、コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数と相対利得偏差との関係を示すグラフである。
符号の説明
１…光増幅器、１１…光アイソレータ、１２…増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）、１３…光カプラ、１４…利得等化器、１５…励起光源。

Claims (3)

  1. 石英ガラスを主成分とするコアおよびクラッドを有し、前記コアにＥｒ元素に加えて少なくとも一種の元素が共添加され、そのＥｒ添加濃度が５００wtppm以上２５００wtppm以下であり、前記コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数が１以上８以下であり、前記コアにおけるＥｒ元素とＯ元素との結合の距離が０.２２５ｎｍ以上０.２３５ｎｍ以下である、ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
  2. 前記少なくとも一種の元素はＡｌ元素であることを特徴とする請求項１記載の増幅用光ファイバ。
  3. 前記コアにおけるＥｒ元素周りのＯ元素の配位数が４以上８以下であることを特徴とする請求項１記載の増幅用光ファイバ。

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