JP2011171619A - 増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 活性元素が励起光を効率的に吸収することができる増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【解決手段】 活性元素が添加されるコア21と、コア21を被覆するクラッド22と、クラッド22を被覆する外部クラッド23と、を備える増幅用光ファイバ20であって、クラッド22は、断面において、外形が多角形とされると共に、内接円の直径をrとし、外接円の直径をRとする場合に、
0.92≦r/R≦0.97
を満たすことを特徴とする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器に関し、特に励起光を効率的に吸収することができる増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器に関する。
光通信やファイバレーザ装置においては、クラッドに被覆されたコアに光を増幅させるための活性元素が添加された増幅用光ファイバが用いられている。この増幅用光ファイバにおいては、励起光の一部がクラッドのみを伝播して活性元素に吸収されずに、光の増幅に寄与しないスキューモードが生じることが知られている。このようなスキューモードを抑制するための技術の一つとして、増幅用光ファイバの断面におけるクラッドの外形をD型にしたり、多角形にすることが知られている。
下記特許文献1には、上述のように断面におけるクラッドの外形が多角形にされた増幅用光ファイバが記載されている。この特許文献1に記載の増幅用光ファイバにおいては、断面におけるクラッドの最大外径と最小外径との差が、平均外径の6%以下であるとされている。
国際公開第2009/028614号
しかし、上記特許文献1に記載の増幅用光ファイバにおいても、更に励起光の効率的な吸収が求められていた。
そこで、本発明は、活性元素が励起光を効率的に吸収することができる増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
本発明の増幅用光ファイバは、活性元素が添加されるコアと、前記コアを被覆するクラッドと、前記クラッドを被覆する外部クラッドと、を備える増幅用光ファイバであって、前記クラッドは、断面における外形が多角形とされると共に、前記外形の内接円の直径をrとし、外接円の直径をRとする場合に、
0.92≦r/R≦0.97
を満たすことを特徴とするものである。
このような増幅用光ファイバによれば、内接円の直径と外接円の直径との比(r/R)が、0.92以上とされるため、外部クラッドの偏肉を抑制することができる。従って、クラッドが励起光を閉じ込める能力を弱めることが抑制でき、クラッドが励起光を伝播するとき、励起光の損失を抑制することができる。さらに、r/Rが0.97以下であるために、励起光のスキューモードを抑制することができる。このように励起光の損失を抑制でき、スキューモードを抑制できるため、コアに添加された活性元素により、効率的に励起光を吸収することができる。
さらに、上記増幅用光ファイバにおいて、前記内接円の直径rと、前記外接円の直径Rとが、
0.92≦r/R≦0.96
を満たすことがより好ましい。
このように構成することで、励起光のスキューモードをより抑制することができる。
さらに、上記増幅用光ファイバにおいて、前記多角形の頂点が、丸みを帯びていることが好ましい。
このような増幅用光ファイバによれば、多角形の頂点が丸みを帯びているため、多角形の頂点が角張っている場合よりも、外部クラッドの偏肉を抑制することができる。このように、本明細書において、多角形とは、頂点が丸みを帯びている場合を含む概念である。
また、上記増幅用光ファイバにおいて、前記多角形は、頂点の数が奇数であることが好ましい。
このような増幅用光ファイバによれば、クラッドの外形は、二回軸対称とならない。従って、製造時において、クラッドの外形の制御性を向上させることができる。
また、上記増幅用光ファイバにおいて、前記多角形は、5〜8角形であることが好ましい。
また、上記増幅用光ファイバにおいて、前記多角形は、7角形であることがさらに好ましい。
また、上記増幅用光ファイバにおいて、前記クラッドは、複数のクラッド層から構成されることが好ましい。
このように構成することで、励起光がクラッドから漏えいするのをより防止することができる。
また、本発明の光ファイバ増幅器は、上述の増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに入射される励起光を出力する励起光源と、を備えることを特徴とするものである。
このような光ファイバ増幅器によれば、増幅用光ファイバが、励起光を効率的に吸収することができるため、光の増幅の効率を向上させることができる。
本発明によれば、励起光を効率的に吸収することができる増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器が提供される。
本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器を示す図である。 図1の増幅用光ファイバの様子を示す図である。 図1の増幅用光ファイバを束ねた様子を示す図である。 図3の増幅用光ファイバの束を潰したようすを示す図である。
以下、本発明に係る光ファイバ増幅器の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器を示す図である。
図1に示すように、光ファイバ増幅器1は、種光を出力する種光源11と、励起光を出力する励起光源13と、種光と励起光とが入力されるダブルクラッドファイバ16と、ダブルクラッドファイバ16に種光と励起光とを入力するコンバイナ15と、ダブルクラッドファイバ16に一端が接続されている増幅用光ファイバ20とを主な構成として備える。
種光源11は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。この種光源11から出力される種光は、特に制限されるものではないが、例えば、波長が1070nmのレーザ光とされる。また、種光源11は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成される種光伝播用ファイバ12に結合されており、種光源11から出力される種光は、種光伝播用ファイバ12のコアを伝播する。種光伝播用ファイバ12としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられ、この場合、種光は種光伝播用ファイバ12をシングルモード光として伝播する。
励起光源13は、複数のレーザダイオード13aから構成され、レーザダイオード13aは、本実施形態においては、半導体レーザとされ、上述のように種光の波長が1070nmの場合、例えば、波長が915nmの励起光を出力する。また、励起光源13のそれぞれのレーザダイオード13aは、励起光伝播用ファイバ14に接続されており、レーザダイオード13aから出力される励起光は、励起光伝播用ファイバ14を伝播する。励起光伝播用ファイバ14としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は励起光伝播用ファイバ14をマルチモード光として伝播する。
励起光伝播用ファイバ14が接続されるコンバイナ15は、種光伝播用ファイバ12と励起光伝播用ファイバ14とが溶融延伸されて一体化することにより構成されており、ダブルクラッドファイバ16に接続されている。
ダブルクラッドファイバ16は、コアと、コアの外周を被覆するクラッドと、クラッドの外周を被覆する外部クラッドと、外部クラッドの外周を被覆する保護層とから構成されている。このダブルクラッドファイバ16においては、クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低く、外部クラッドの屈折率はクラッドの屈折率よりもさらに低くされている。また、コアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるアルミニウム(Al)等のドーパントが添加された石英が挙げられ、クラッドを構成する材料としては、例えば、ドーパントが添加されない石英が挙げられ、外部クラッドを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられ、保護層を構成する材料としては、例えば、外部クラッドを構成する材料とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。
ダブルクラッドファイバ16に一端が接続されている増幅用光ファイバ20は、ダブルクラッドファイバ16側と反対側の端部に何も接続されておらず、この何も接続されていない端部が出力端とされている。
図2は、この増幅用光ファイバ20の様子を示す図であり、具体的には、図2の(A)は、増幅用光ファイバ20の長さ方向に垂直な断面における構造の様子を示す図であり、図2の(B)は、増幅用光ファイバ20の直径方向における屈折率の様子を示す図である。
図2の(A)に示すように、増幅用光ファイバ20は、コア21と、コア21の外周を被覆するクラッド22と、クラッド22の外周を被覆する外部クラッド23と、外部クラッド23の外周を被覆する保護層24とを備えている。また、増幅用光ファイバ20の断面において、コア21の外形は、円形とされ、クラッド22の外形は、多角形とされている。また、外部クラッド23の外形、及び、保護層24外形は、円形とされている。なお、本実施形態において、クラッド22の断面における外形は7角形とされており、クラッド22の頂点は、丸みを帯びている。
更に、図2の(A)においては、増幅用光ファイバ20の断面におけるクラッド22の外形の内接円c、及び、外接円Cを破線で示している。そして、図2の(A)に示すように、内接円cの直径をrとし、外接円Cの直径をRとする場合、クラッド22は、
0.92≦r/R≦0.97
を満たしている。
また、図2の(A)に示すように、増幅用光ファイバ20の断面において、クラッド22の外形が多角形であり、外部クラッド23の外形が円形であるため、外部クラッド23は偏肉が生じている。図2の(A)においては、外部クラッド23の最も薄い部分の厚さがtとされ、最も厚い部分の厚さがTとされている。
また、この増幅用光ファイバ20においては、図2の(B)に示すように、クラッド22の屈折率はコア21の屈折率よりも低く、外部クラッド23の屈折率はクラッド22の屈折率よりもさらに低くされ、保護層24の屈折率はコア21の屈折率よりも高くされる。
コア21を構成する材料としては、励起光源13から出力される励起光により励起状態とされるイッテルビウム(Yb)等の活性元素が添加された石英が挙げられる。この活性元素は、励起光を吸収することにより励起状態とされる元素であり、このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ybの他にツリウム(Tm)、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)、ユーロピウム(Eu)等が挙げられる。また、活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス(Bi)やクロム(Cr)等が挙げられる。なお、石英の屈折率を上昇させるAl等のドーパントが活性元素と共に添加されても良い。このような石英の屈折率を上昇させるドーパントとしては、上記Alの他にゲルマニウム(Ge)、リン(P)等が挙げられる。また、クラッド22を構成する材料としては、例えば、ドーパントが添加されない純粋な石英や、屈折率を下げるフッ素(F)等のドーパントが添加された石英が挙げられる。なお、コア21に添加されるAl等のドーパントや、クラッド22に添加されるF等のドーパントは、屈折率を調整するためのドーパントであるため、添加の有無や元素の種類が特に限定されるものではない。また、外部クラッド23を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられ、保護層24を構成する材料としては、例えば、外部クラッド23を構成する材料とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。
次に光ファイバ増幅器1の動作について説明する。
まず、種光源11から種光が出力されると共に、励起光源13から励起光が出力される。このとき種光源11から出力される種光は、上述のように、例えば、波長が1070nmとされる。種光源11から出力された種光は、種光伝播用ファイバ12のコアを伝播して、コンバイナ15に入力する。
一方、励起光源13から出力される励起光は、上述のように、例えば、波長が915nmとされる。励起光源13から出力された励起光は、励起光伝播用ファイバ14を伝播しコンバイナ15に入力する。
こうしてコンバイナ15に入力した種光は、ダブルクラッドファイバ16のコアを伝播し、増幅用光ファイバ20のコア21に入力して、コア21を伝播する。一方、コンバイナ15に入力した励起光は、ダブルクラッドファイバ16のクラッドを主に伝播し、増幅用光ファイバ20に入力して、増幅用光ファイバ20のクラッド22を主に伝播する。
そして、励起光が増幅用光ファイバ20のコア21を通過するときに、コア21に添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起する。励起された活性元素は、誘導放出を起こし、この誘導放出により種光が増幅されて、出力光として増幅用光ファイバ20の出力端から出力される。
次に、増幅用光ファイバ20を励起光が伝播するときにおける、励起光のスキューモードについて説明する。
図3は、図1の増幅用光ファイバ20を束ねた様子を示す図である。まず、図3に示すように、増幅用光ファイバ20を直径130mmの円状に巻いた状態で束ねる。そして、種光源11から種光を出力せず、励起光源13から励起光のみを増幅用光ファイバ20に入力する。このとき出力端から出力する励起光のパワーをW1(W)とする。この出力する励起光のパワーW1(W)は、図3に示す状態の増幅用光ファイバ20に吸収されなかった励起光のパワーとなる。この状態で吸収されなかった励起光のパワーは、励起光がクラッドを伝播する様な増幅用光ファイバが通常使用される状態において、一般的に出力端から出力するパワーである。
次に、図3の増幅用光ファイバ20の束を図4に示すように潰して変形させる。このとき最も急激に増幅用光ファイバ20が曲げられている部分において、直径が30mmとなるようにする。この状態で、図3の状態において励起光のみを増幅用光ファイバ20に入力したのと同様にして、種光源11から種光を出力せず、励起光源13から励起光のみを増幅用光ファイバ20に入力する。このとき出力端から出力される励起光のパワーをW2(W)とする。この出力される励起光のパワーW2(W)は、増幅用光ファイバ20において、活性元素に吸収されない励起光を極力減らした状態において、活性元素に吸収されなかった励起光のパワーとなる。
また、増幅用光ファイバ20がない状態で、種光源11から種光を出力させず、同様に励起光源13から励起光のみを出力させる。そして、ダブルクラッドファイバ16から出力される励起光のパワーをW0(W)とする。これは、増幅用光ファイバ20に入力される励起光のパワーとなる。
このとき、W1−W2は、図1の増幅用光ファイバ20におけるスキュー光のパワーを示す。
また、W0−W2は、増幅用光ファイバ20が吸収し得る励起光のパワーを示す。すなわち、種光がと励起光とが増幅用光ファイバ20に入力される場合に、増幅用光ファイバ20により種光を増幅することができる励起光のパワーを示す。
従って、(W1−W2)/(W0−W2)は、(増幅用光ファイバ20におけるスキュー光のパワー)/(増幅用光ファイバ20が吸収し得る励起光のパワー)となり、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率を表す。
そして、この吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が10%より大きくなるとスキュー光の増加の割合が大きくなり始めて、13%より大きくなるとよりスキュー光が更に急激に増加する。従って、増幅用光ファイバ20において、この吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が悪く13%を超えると急激に種光の増幅効率が悪くなる。
しかし、本実施形態においては、上述のように
r/R≦0.97
を満たしているため、
(W1−W2)/(W0−W2)<13%
となる。従って、本実施形態の増幅用光ファイバ20は、スキュー光が抑制される構成であるため、励起光を効率的に吸収することができる。
また、更に
r/R≦0.96
を満たしている場合には、
(W1−W2)/(W0−W2)<10%
となるため、増幅用光ファイバ20は、さらにスキュー光が抑制でき、励起光を効率的に吸収することができる。
次に、増幅用光ファイバ20における漏れ光について説明する。
一般に増幅用光ファイバにおいて、外部クラッドの偏肉が生じると、励起光の漏れが生じることが知られている。そして、この励起光の漏れは、外部クラッド23の最も薄い部分の厚さtを1とした場合に、厚い部分の厚さTの厚さが1.4を超えると急激に大きくなる。
しかし、上述のように本実施形態における増幅用光ファイバ20のクラッド22は、
0.92≦r/R
を満たすため、製造時において外部クラッド23の偏肉がばらつく場合においても、外部クラッド23の最も薄い部分の厚さtを1とした場合に、厚い部分の厚さTの厚さが1.4以下となる。従って、励起光の漏れを効果的に抑制することができる。
以上説明したように、本実施形態の増幅用光ファイバ20によれば、内接円cの直径rと外接円Cの直径Rの比(r/R)が、
0.92≦r/R≦0.97
を満たす。従って、本実施形態の増幅用光ファイバ20は、外部クラッド23の偏肉による励起光の損失を抑制でき、さらに、励起光のスキューモードを抑制できる。このため、コア21に添加された活性元素により、効率的に励起光を吸収することができる。従って、このような増幅用光ファイバ20を用いた本実施形態の光ファイバ増幅器1は、効率的に光の増幅をおこなうことができる。
さらに、内接円cの直径rと外接円Cの直径Rとの比(r/R)が、
0.92≦r/R≦0.96
を満たしている場合には、増幅用光ファイバ20は、さらに励起光のスキューモードを抑制でき、励起光を効率的に吸収することができるので、このような増幅用光ファイバ20を用いた光ファイバ増幅器1は、さらに効率的に光の増幅をおこなうことができる。
また、本実施形態の増幅用光ファイバ20は、断面におけるクラッド22の外形の頂点が丸みを帯びているため、多角形の頂点が角張っている場合よりも、外部クラッド23の偏肉を抑制することができる。
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態において、増幅用光ファイバ20の断面におけるクラッド22の外形の頂点が、丸みを帯びているとされたが、本発明はこれに限らず、クラッド22の外形の頂点が、角張っていても良い。
また、上記実施形態において、増幅用光ファイバ20の断面におけるクラッド22の外形は7角形とされたが、本発明はこれに限らず、他の多角形でも良い。そして、クラッド22の外形の頂点の数が奇数であれば、二回軸対称とならないため、製造時において、クラッド22の外形の制御性を向上させることができる。また、クラッド22の外形の頂点の数が5〜8角形であることが、製造を容易にするため好ましい。
また、上記実施形態において、増幅用光ファイバ20のクラッド22は、単層とされたが、本発明はこれに限らず、クラッド22が複数の層から構成されても良い。この場合、励起光がクラッドから漏えいするのをより防止することができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
(実施例1)
コア母材の材料をYbが1.2質量%、及び、Alが3.5質量%共添加された石英とし、クラッド母材を添加物のない石英として、コア母材の外周がクラッド母材で被覆された光ファイバ母材の中間体をMCVD法により作製した。その後、光ファイバ母材の中間体を切削加工して、長手方向に垂直な断面におけるクラッド母材の外形が7角形の光ファイバ母材を作製した。次にこの光ファイバ母材を紡糸して、さらにクラッドの外周を紫外線硬化樹脂から成る外部クラッドで被覆した。そして、さらに外部クラッドの外周を紫外線硬化樹脂から成る保護層で被覆して、長さが10mの増幅用光ファイバを作製した。このとき紡糸中に紡糸炉の温度を調整して、断面におけるクラッドの外形の頂点に丸みを帯びさせるようにした。
こうして作製した増幅用光ファイバは、コアの直径が7μmであった。さらにクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表1に示す大きさであった。従って、r/Rは、表1に示す値であった。また、外部クラッドの外経は、160μmであった。
(実施例2〜4)
紡糸中の紡糸炉の温度をそれぞれ実施例1と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例1と異なるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表1に示す大きさであった。従って、実施例2〜4の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、それぞれ表1に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例1と同様であった。
(比較例1〜3)
紡糸中の紡糸炉の温度をそれぞれ実施例1〜4と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例1〜4と異なるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表1に示す大きさであった。従って、比較例1〜3の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、それぞれ表1に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例1と同様であった。
Figure 2011171619
次に、実施例1〜4及び比較例1〜3の増幅用光ファイバを用いて、図1に示す光ファイバ増幅器をそれぞれ作製した。
次にそれぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバを直径が130mmとなるように図3に示すようにして円形に束ねた。この状態で、波長915nmの励起光を励起光源から出力し、種光源は種光を出力しない状態とした。そして、それぞれの光ファイバ増幅器において増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW1とした。この状態における透過光のパワーW1は、表1に示すパワーであった。なお、それぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバが無い状態において出力される励起光のパワーをW0とする場合に、W0は、表1に示すパワーであった。
次に、それぞれの光ファイバ増幅器において、図4に示す様に、最も急激に増幅用光ファイバが曲げられている部分において、直径が30mmとなるようにして、増幅用光ファイバの束を円形の状態から潰した。そして、それぞれの励起光源から上記と同様のパワーの励起光を出力した。そして、それぞれの増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW2とした。この状態における透過光のパワーW2は、表1に示すパワーとであった。
こうして測定したW0、W1、W2を用いて、(W1−W2)/(W0−W2)を求めた。この(W1−W2)/(W0−W2)は、上述の様に(増幅用光ファイバにおけるスキュー光のパワー)/(増幅用光ファイバが吸収し得る励起光のパワー)となり、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率を表す。この結果を表1に示す。
表1に示すように、実施例1〜4の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より小さい結果となった。従って、実施例1〜4の増幅用光ファイバは、スキュー光を抑制でき、励起光を効率的に吸収できることが分かった。特に実施例1〜3の増幅用光ファイバは、r/Rが0.96以下とされており、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が10%より小さい結果となった。従って、実施例1〜3の増幅用光ファイバは、スキュー光をより抑制でき、励起光をより効率的に吸収できることが分かった。
一方、比較例2、3の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より大きくなる結果となった。従って、比較例2、3の増幅用光ファイバは、スキュー光が抑制されず、励起光を効率的に吸収できないことが分かった。
次に、実施例1〜4、及び、比較例1〜3の増幅用光ファイバの断面を10箇所切断して、それぞれの切断面を顕微鏡で観察した。そして、それぞれの増幅用光ファイバにおける外部クラッドの偏肉の大きさを測定し、偏肉の平均値及びばらつきを求めた。その結果を表1に示す。
表1に示すように、実施例1〜4の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合においても、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4以下の結果となった。従って、実施例1〜4の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できることが分かった。
一方、比較例1の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4を超えることがある結果となった。従って、比較例1の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できない場合があることが分かった。
(実施例5)
実施例1の光ファイバ母材と同様の光ファイバ母材を作製した。そして、紡糸炉の温度、及び、紡糸の速度を実施例1と異なる温度及び速度に調整して、実施例1と直径が異なる増幅用光ファイバを作製した。こうして、作製した増幅用光ファイバは、コアの直径が30μmであった。さらにクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表2に示す大きさであった。従って、r/Rは、表2に示す値であった。また、外部クラッドの外経は、460μmであった。
(実施例6)
紡糸中の紡糸炉の温度を実施例5と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例5と異なるようにしたこと以外は、実施例5と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表2に示す大きさであった。従って、実施例6の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、表2に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例5と同様であった。
(比較例4〜6)
紡糸中の紡糸炉の温度をそれぞれ実施例5、6と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例5、6と異なるようにしたこと以外は、実施例5と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表2に示す値であった。従って、比較例4〜6の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、それぞれ表2に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例5と同様であった。
Figure 2011171619
次に実施例5、6、及び、比較例4〜6の増幅用光ファイバを用いて、図1に示す光ファイバ増幅器をそれぞれ作製した。
次にそれぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバを直径が130mmとなるように図3に示すようにして円形に束ねた。この状態で、波長915nmの励起光を励起光源から出力し、種光源は種光を出力しない状態とした。そして、それぞれの光ファイバ増幅器において増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW1とした。この状態における透過光のパワーW1は、表2に示すパワーであった。なお、それぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバが無い状態において出力される励起光のパワーをW0とする場合に、W0は、表2に示すパワーであった。
次に、それぞれの光ファイバ増幅器において、図4に示す様に、最も急激に増幅用光ファイバが曲げられている部分において、直径が30mmとなるようにして、増幅用光ファイバの束を円形の状態から潰した。そして、それぞれの励起光源から上記と同様のパワーの励起光を出力した。そして、それぞれの増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW2とした。この状態における透過光のパワーW2は、表2に示すパワーとであった。
こうして測定したW0、W1、W2を用いて、(W1−W2)/(W0−W2)を求めた。この(W1−W2)/(W0−W2)は、上述の様に(増幅用光ファイバにおけるスキュー光のパワー)/(増幅用光ファイバが吸収し得る励起光のパワー)となり、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率を表す。この結果を表2に示す。
表2に示すように、実施例5、6の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より小さい結果となった。従って、実施例5、6の増幅用光ファイバは、スキュー光を抑制でき、励起光を効率的に吸収できることが分かった。特に実施例5は、r/Rが0.96以下とされており、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が10%より小さい結果となった。従って、実施例5の増幅用光ファイバは、スキュー光をより抑制でき、励起光をより効率的に吸収できることが分かった。
一方、比較例6の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より大きい結果となった。従って、比較例6の増幅用光ファイバは、スキュー光を抑制できず、励起光を効率的に吸収できないことが分かった。
次に、実施例5、6、及び、比較例4〜6の増幅用光ファイバの断面を10箇所切断して、それぞれの切断面を顕微鏡で観察した。そして、それぞれの増幅用光ファイバにおける外部クラッドの偏肉の大きさを測定し、偏肉の平均値及びばらつきを求めた。その結果を表2に示す。
表2に示すように、実施例5、6の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合においても、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4以下となる結果となった。従って、実施例5、6の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できることが分かった。
一方、比較例4、5の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4を超えることがある結果となり、励起光の漏れを効果的に抑制できない場合があることが分かった。
(実施例7)
実施例1と同様に光ファイバ母材の中間体を作製した。次に作製した光ファイバ母材の中間体を切削加工して、長手方向に垂直な断面におけるクラッドの外形が5角形の光ファイバ母材を作製した。そして、この光ファイバ母材を紡糸して、さらにクラッドの外周を紫外線硬化樹脂から成る外部クラッドで被覆した。そして、さらに外部クラッドの外周を紫外線硬化樹脂から成る保護層で被覆して、実施例1と同じ長さの増幅用光ファイバを作製した。このとき紡糸中に紡糸炉の温度を調整して、クラッドの断面における外形の頂点に丸みを帯びさせるようにした。
こうして、作製した増幅用光ファイバは、コアの直径が実施例1と同じ直径であった。さらにクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表3に示す大きさであった。従って、r/Rは、表3に示す値であった。また、外部クラッドの外経は、160μmであった。
(実施例8、9)
紡糸中の紡糸炉の温度をそれぞれ実施例7と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例7と異なるようにしたこと以外は、実施例7と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表3に示す大きさであった。従って、実施例8、9の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、それぞれ表3に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例7と同様であった。
(比較例7、8)
紡糸中の紡糸炉の温度をそれぞれ実施例7〜9と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例7〜9と異なるようにしたこと以外は、実施例7と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表3に示す大きさであった。従って、比較例7、8の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、それぞれ表3に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例7と同様であった。
Figure 2011171619
次に実施例7〜9、及び、比較例7、8の増幅用光ファイバを用いて、図1に示す光ファイバ増幅器をそれぞれ作製した。
次にそれぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバを直径が130mmとなるように図3に示すようにして円形に束ねた。この状態で、波長915nmの励起光を励起光源から出力し、種光源は種光を出力しない状態とした。そして、それぞれの光ファイバ増幅器において増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW1とした。この状態における透過光のパワーW1は、表3に示すパワーであった。なお、それぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバが無い状態において出力される励起光のパワーをW0とする場合に、W0は、表3に示すパワーであった。
次に、それぞれの光ファイバ増幅器において、図4に示す様に、最も急激に増幅用光ファイバが曲げられている部分において、直径が30mmとなるようにして、増幅用光ファイバの束を円形の状態から潰した。そして、それぞれの励起光源から上記と同様のパワーの励起光を出力した。そして、それぞれの増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW2とした。この状態における透過光のパワーW2は、表3に示すパワーとであった。
こうして測定したW0、W1、W2を用いて、(W1−W2)/(W0−W2)を求めた。この(W1−W2)/(W0−W2)は、上述の様に(増幅用光ファイバにおけるスキュー光のパワー)/(増幅用光ファイバが吸収し得る励起光のパワー)となり、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率を表す。この結果を表3に示す。
表3に示すように、実施例7〜9の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より小さい結果となった。従って、実施例7〜9の増幅用光ファイバは、スキュー光を抑制でき、励起光を効率的に吸収できることが分かった。また、実施例7、8の増幅用光ファイバは、r/Rが0.96以下とされており、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率がより小さい結果となった。従って、実施例7、8の増幅用光ファイバは、スキュー光をより抑制でき、励起光をより効率的に吸収できることが分かった。
一方、比較例8の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より大きい結果となった。従って、比較例8の増幅用光ファイバは、スキュー光が抑制されず、励起光を効率的に吸収できないことが分かった。
次に、実施例7〜9、及び、比較例7、8の増幅用光ファイバの断面を10箇所切断して、それぞれの切断面を顕微鏡で観察した。そして、それぞれの増幅用光ファイバにおける外部クラッドの偏肉の大きさを測定し、偏肉の平均値及びばらつきを求めた。その結果を表3に示す。
表3に示すように、実施例7〜9の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合においても、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4以下となる結果となった。従って、実施例7〜9の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できることが分かった。
一方、比較例7の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4を超えることがある結果となった。従って、比較例7の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できない場合があることが分かった。
(実施例10)
実施例1と同様に光ファイバ母材の中間体を作製した。次に作製した光ファイバ母材の中間体を切削加工して、長手方向に垂直な断面における形状が6角形の光ファイバ母材を作製した。そして、この光ファイバ母材を紡糸して、さらにクラッドの外周を紫外線硬化樹脂から成る外部クラッドで被覆した。そして、さらに外部クラッドの外周を紫外線硬化樹脂から成る保護層で被覆して、実施例1と同じ長さの増幅用光ファイバを作製した。このとき紡糸中に紡糸炉の温度を調整して、クラッドの断面における外形の頂点に丸みを帯びさせるようにした。
こうして、作製した増幅用光ファイバは、コアの直径が7μmであった。さらにクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表4に示す大きさであった。従って、r/Rは、表4に示す値であった。また、外部クラッドの外経は、160μmであった。
(実施例11、12)
紡糸中の紡糸炉の温度をそれぞれ実施例10と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例10と異なるようにしたこと以外は、実施例10と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表4に示す大きさであった。従って、実施例11、12の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、それぞれ表4に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例10と同様であった。
(比較例9、10)
紡糸中の紡糸炉の温度をそれぞれ実施例10〜12と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例10〜12と異なるようにしたこと以外は、実施例10と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表4に示す大きさであった。従って、比較例9、10の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、それぞれ表4に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例10と同様であった。
Figure 2011171619
次に実施例10〜12、及び、比較例9、10の増幅用光ファイバを用いて、図1に示す光ファイバ増幅器をそれぞれ作製した。
次にそれぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバを直径が130mmとなるように図3に示すようにして円形に束ねた。この状態で、波長915nmの励起光を励起光源から出力し、種光源は種光を出力しない状態とした。そして、それぞれの光ファイバ増幅器において増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW1とした。この状態における透過光のパワーW1は、表4に示すパワーであった。なお、それぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバが無い状態において出力される励起光のパワーをW0とする場合に、W0は、表4に示すパワーであった。
次に、それぞれの光ファイバ増幅器において、図4に示す様に、最も急激に増幅用光ファイバが曲げられている部分において、直径が30mmとなるようにして、増幅用光ファイバの束を円形の状態から潰した。そして、それぞれの励起光源から上記と同様のパワーの励起光を出力した。そして、それぞれの増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW2とした。この状態における透過光のパワーW2は、表4に示すパワーとであった。
こうして測定したW0、W1、W2を用いて、(W1−W2)/(W0−W2)を求めた。この(W1−W2)/(W0−W2)は、上述の様に(増幅用光ファイバにおけるスキュー光のパワー)/(増幅用光ファイバが吸収し得る励起光のパワー)となり、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率を表す。この結果を表4に示す。
表4に示すように、実施例10〜12の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より小さい結果となった。従って、実施例10〜12の増幅用光ファイバは、スキュー光を抑制でき、励起光を効率的に吸収できることが分かった。また、実施例10、11の増幅用光ファイバは、r/Rが0.96以下とされており、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率がより小さい結果となった。従って、実施例10、11の増幅用光ファイバは、スキュー光をより抑制でき、励起光をより効率的に吸収できることが分かった。
一方、比較例10の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より大きい結果となった。従って、比較例10の増幅用光ファイバは、スキュー光が抑制できず、励起光を効率的に吸収できないことが分かった。
次に、実施例10〜12、及び、比較例9、10の増幅用光ファイバの断面を10箇所切断して、それぞれの切断面を顕微鏡で観察した。そして、それぞれの増幅用光ファイバにおける外部クラッドの偏肉の大きさを測定し、偏肉の平均値及びばらつきを求めた。その結果を表4に示す。
表4に示すように、実施例10〜12の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合においても、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4以下となる結果となった。従って、実施例10〜12の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できることが分かった。
一方、比較例9の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4を超えることがある結果となった。従って、比較例9の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できない場合があることが分かった。
(実施例13)
実施例1と同様に光ファイバ母材の中間体を作製した。次に作製した光ファイバ母材の中間体を切削加工して、長手方向に垂直な断面における形状が8角形の光ファイバ母材を作製した。そして、この光ファイバ母材を紡糸して、さらにクラッドの外周を紫外線硬化樹脂から成る外部クラッドで被覆した。そして、さらに外部クラッドの外周を紫外線硬化樹脂から成る保護層で被覆して、実施例1と同じ長さの増幅用光ファイバを作製した。このとき紡糸中に紡糸炉の温度を調整して、クラッドの断面における外形の頂点に丸みを帯びさせるようにした。
こうして、作製した増幅用光ファイバは、コアの直径が7μmであった。さらにクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表5に示す大きさであった。従って、r/Rは、表5に示す値であった。また、外部クラッドの外経は、160μmであった。
(実施例14)
紡糸中の紡糸炉の温度を実施例13と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例13と異なるようにしたこと以外は、実施例13と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表5に示す値であった。従って、実施例14の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、表5に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例13と同様であった。
(比較例11)
紡糸中の紡糸炉の温度をそれぞれ実施例13、14と異なる温度に調整して、クラッドの断面における外形の頂点の丸みを実施例13、14と異なるようにしたこと以外は、実施例13と同様にして増幅用光ファイバを作製した。この作製した増幅用光ファイバのクラッドの内接円の直径r、及び、外接円の直径Rは、表5に示す大きさであった。従って、比較例11の増幅用光ファイバにおけるr/Rは、表5に示す値となった。なお、外部クラッドの外経は、実施例13と同様であった。
Figure 2011171619
次に実施例13、14、及び、比較例11の増幅用光ファイバを用いて、図1に示す光ファイバ増幅器をそれぞれ作製した。
次にそれぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバを直径が130mmとなるように図3に示すようにして円形に束ねた。この状態で、波長915nmの励起光を励起光源から出力し、種光源は種光を出力しない状態とした。そして、それぞれの光ファイバ増幅器において増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW1とした。この状態における透過光のパワーW1は、表5に示すパワーであった。なお、それぞれの光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバが無い状態において出力される励起光のパワーをW0とする場合に、W0は、表5に示すパワーであった。
次に、それぞれの光ファイバ増幅器において、図4に示す様に、最も急激に増幅用光ファイバが曲げられている部分において、直径が30mmとなるようにして、増幅用光ファイバの束を円形の状態から潰した。そして、それぞれの励起光源から上記と同様のパワーの励起光を出力した。そして、それぞれの増幅用光ファイバから出力される透過光のパワーを測定してW2とした。この状態における透過光のパワーW2は、表5に示すパワーとであった。
こうして測定したW0、W1、W2を用いて、(W1−W2)/(W0−W2)を求めた。この(W1−W2)/(W0−W2)は、上述の様に(増幅用光ファイバにおけるスキュー光のパワー)/(増幅用光ファイバが吸収し得る励起光のパワー)となり、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率を表す。この結果を表5に示す。
表5に示すように、実施例13、14の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より小さい結果となった。従って、実施例13、14の増幅用光ファイバは、スキュー光を抑制でき、励起光を効率的に吸収できることが分かった。また、実施例13の増幅用光ファイバは、r/Rが0.96以下とされており、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が10%より小さい結果となった。従って、実施例13は、スキュー光をより抑制でき、励起光をより効率的に吸収できることが分かった。
一方、比較例11の増幅用光ファイバは、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より大きい結果となった。従って、比較例11の増幅用光ファイバは、スキュー光を抑制できず、励起光を効率的に吸収できないことが分かった。
次に、実施例13、14、及び、比較例11の増幅用光ファイバをそれぞれ10箇所ずつ切断して、それぞれの切断面を顕微鏡で観察した。そして、それぞれの増幅用光ファイバにおける外部クラッドの偏肉の大きさを測定し、偏肉の平均値及びばらつきを求めた。その結果を表5に示す。
表5に示すように、実施例13、14の増幅用光ファイバは、ばらつきを考慮した場合においても、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4以下となる結果となった。従って、実施例13、14の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できることが分かった。
以上のように、実施例1〜14の増幅用光ファイバは、r/Rが、0.97以下であり、この場合には、クラッドの外形に関わらず、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が13%より小さくなる結果となった。さらに、r/Rが、0.96以下の場合には、クラッドの外形に関わらず、吸収光に対するスキュー光のパワーの比率が10%より小さくなる結果となった。
そして、実施例1〜14の増幅用光ファイバは、r/Rが、0.92以上であり、クラッドの外形に関わらず、ばらつきを考慮した場合においても、外部クラッドの最も薄い部分の厚さを1とした場合に、厚い部分の厚さが1.4以下となる結果となった。従って、r/Rが、0.92以上の増幅用光ファイバは、励起光の漏れを効果的に抑制できることが分かった。
従って、実施例1〜14の増幅用光ファイバを用いた光ファイバ増幅器によれば、効率的に光の増幅をおこなうことができると考えられる。
本発明によれば、励起光を効率的に吸収することができる増幅用光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器が提供される。
1・・・光ファイバ増幅器
11・・・種光源
12・・・種光伝播用ファイバ
13・・・励起光源
13a・・・レーザダイオード
14・・・励起光伝播用ファイバ
15・・・コンバイナ
16・・・ダブルクラッドファイバ
20・・・増幅用光ファイバ
21・・・コア
22・・・クラッド
23・・・外部クラッド
24・・・保護層
C・・・外接円
c・・・内接円

Claims (8)

  1. 活性元素が添加されるコアと、
    前記コアを被覆するクラッドと、前記クラッドを被覆する外部クラッドと、
    を備える増幅用光ファイバであって、
    前記クラッドは、断面における外形が多角形とされると共に、前記外形の内接円の直径をrとし、外接円の直径をRとする場合に、
    0.92≦r/R≦0.97
    を満たす
    ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
  2. 前記内接円の直径rと、前記外接円の直径Rとが、
    0.92≦r/R≦0.96
    を満たす
    ことを特徴とする請求項1に記載の増幅用光ファイバ。
  3. 前記多角形の頂点が、丸みを帯びていることを特徴とする請求項1または2に記載の増幅用光ファイバ。
  4. 前記多角形は、頂点の数が奇数であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の増幅用光ファイバ。
  5. 前記多角形は、5〜8角形であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の増幅用光ファイバ。
  6. 前記多角形は、7角形であることを特徴とする請求項5に記載の増幅用光ファイバ。
  7. 前記クラッドは、複数のクラッド層から構成されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の増幅用光ファイバ。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の増幅用光ファイバと、
    前記増幅用光ファイバに入射される励起光を出力する励起光源と、
    を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
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