JP2749686B2 - Silica optical fiber - Google Patents

Silica optical fiber

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Description

【発明の詳細な説明】 『産業上の利用分野』 本発明は光増幅に用いて好適な石英系光ファイバに関
する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a silica-based optical fiber suitable for use in optical amplification.

『従来の技術』 光増幅用の石英系光ファイバとして、コアにエルビウ
ム(Er)をドープしたものが知られており、この光ファ
イバの一例として、第5図に示す屈折率プロフィールを
有するものがある。
[Prior Art] As a silica-based optical fiber for optical amplification, an optical fiber in which a core is doped with erbium (Er) is known. As an example of this optical fiber, one having a refractive index profile shown in FIG. is there.

第5図の石英系光ファイバは、コア1の直径が約3μ
mφ、モードフィールド直径が約5μmφであり、クラ
ッド2の外径(光ファイバ外径)が125μmφである。
The quartz optical fiber shown in FIG. 5 has a core 1 having a diameter of about 3 μm.
mφ, the mode field diameter is about 5 μmφ, and the outer diameter of the cladding 2 (optical fiber outer diameter) is 125 μmφ.

かかる石英系光ファイバの場合、導波路内を通過する
光パワーの分布がガウス分布に近似しており、その光パ
ワー分布のトップ部(光強度が最大となる部分)で光が
励起されるので、コアにドープされたエルビウム原子
を、波長1.53μm付近の発光に有効に役立たせて光増幅
することがことができる。
In the case of such a silica-based optical fiber, the distribution of the optical power passing through the waveguide is similar to a Gaussian distribution, and light is excited at the top part (the part where the light intensity is maximum) of the optical power distribution. The erbium atoms doped in the core can be used for light emission near a wavelength of 1.53 μm to effectively amplify the light.

『発明が解決しようとする課題』 しかし、第5図の屈折率プロフィールをもつ石英系光
ファイバの場合、コア直径が約3μmφと小さいだけで
なく、モードフィールド直径も約5μmφと小さいた
め、たとえば、これをモードフィールド直径約8μmφ
の分散シフトファイバと相互に接続したとき、接続損失
が0.3〜0.5dBにもなり、この大きな接続損失が問題とな
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the case of a silica-based optical fiber having the refractive index profile shown in FIG. 5, not only the core diameter is as small as about 3 μmφ, but also the mode field diameter is as small as about 5 μmφ. This has a mode field diameter of about 8 μmφ
When connected to a dispersion-shifted fiber, the connection loss becomes as large as 0.3 to 0.5 dB, and this large connection loss becomes a problem.

本発明はこのような技術的課題に鑑み、光増幅機能を
低下させることなく、モードフィールド直径を大きくす
ることのできる石英系光ファイバを提供しようとするも
のである。
The present invention has been made in view of such technical problems, and has as its object to provide a silica-based optical fiber capable of increasing a mode field diameter without deteriorating an optical amplification function.

『課題を解決するための手段』 本発明に係る石英系光ファイバは所期の目的を達成す
るために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち本
発明に係る石英系光ファイバは、軸心部から外周部にわ
たり、センタコアと、センタコアよりも屈折率の低い一
つ以上のアウタコアと、アウタコアよりも屈折率の低い
クラッドとを備え、センタコアがエルビウムを含んでお
り、かつ、モードフィールド直径が約8μmΦであるこ
とを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The quartz-based optical fiber according to the present invention is characterized by the following means for solving the problems in order to achieve the intended object. That is, the silica-based optical fiber according to the present invention includes a center core, one or more outer cores having a lower refractive index than the center core, and a clad having a lower refractive index than the outer core, from the axial center portion to the outer peripheral portion. It is characterized by containing erbium and having a mode field diameter of about 8 μmΦ.

『作 用』 本発明に係る石英系光ファイバは、センタコアと一以
上のアウタコアとによる複数の屈折率プロフィールを有
する。
[Operation] The silica-based optical fiber according to the present invention has a plurality of refractive index profiles of a center core and one or more outer cores.

かかる石英系光ファイバの場合、センタコアだけでな
く、アウタコアをも備えているので、直径の大きなモー
ドフィールドを確保して、センタコア直径を小さくする
ことができ、しかも、直径の小さなセンタコアにエルビ
ウム(Er)が含有しているので、そのエルビウムを波長
1.53μm付近の発光に有効に役立たせることができる。
Such a silica-based optical fiber has not only a center core but also an outer core, so that a mode field having a large diameter can be secured and the center core diameter can be reduced. In addition, erbium (Er) is added to the center core having a small diameter. ) Contains erbium at the wavelength
It can be used effectively for light emission near 1.53 μm.

特に、モードフィールド直径が大きい場合、センタコ
アへのエルビウムドープにより、発光効率を高めること
ができ、モードフィールド内の光パワーが低下しない。
In particular, when the mode field diameter is large, the luminous efficiency can be increased by erbium doping to the center core, and the optical power in the mode field does not decrease.

『実 施 例』 本発明に係る石英系光ファイバの実施例を図面に基づ
いて説明する。
[Example] An example of a silica-based optical fiber according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に例示した石英系光ファイバにおいて、11はセ
ンタコアを示し、12はアウタコアを示し、13はクラッド
を示し、14は被覆層を示す。
In the quartz optical fiber illustrated in FIG. 1, 11 indicates a center core, 12 indicates an outer core, 13 indicates a clad, and 14 indicates a coating layer.

センタコア1は、一例として、ゲルマニウム(Ge)と
エルビウム(Er)とを含むドープト石英からなり、その
外径は3μmφ程度である。
The center core 1 is made of, for example, doped quartz containing germanium (Ge) and erbium (Er), and has an outer diameter of about 3 μmφ.

なお、センタコア11におけるエルビウム(Er)の含有
量は、1000ppm以下である。
The content of erbium (Er) in the center core 11 is 1000 ppm or less.

アウタコア12は、一例として、フッ素(F)を含むド
ープト石英からなり、その外径は8μmφ程度である。
The outer core 12 is made of, for example, doped quartz containing fluorine (F), and has an outer diameter of about 8 μmφ.

クラッド13も、一例として、フッ素(F)を含むドー
プト石英からなり、そのクラッド外径(=光ファイバ外
径)は125μmφである。
The clad 13 is also made of, for example, doped quartz containing fluorine (F), and its clad outer diameter (= optical fiber outer diameter) is 125 μmφ.

被覆層14は、一例として、外径は250μmφの紫外線
硬化樹脂からなる。
The coating layer 14 is made of, for example, an ultraviolet curable resin having an outer diameter of 250 μmφ.

第1図の石英系光ファイバにおいて、センタコア11の
屈折率をn1、アウタコア12の屈折率をn2、クラッド13の
屈折率をn3とした場合、これらの屈折がn1>n2>n3とな
っており、かつ、そのコア部分が複数の屈折率プロフィ
ールを有する。
In the quartz optical fiber shown in FIG. 1, when the refractive index of the center core 11 is n 1 , the refractive index of the outer core 12 is n 2 , and the refractive index of the cladding 13 is n 3 , these refractions are n 1 > n 2 > n 3 and the core portion has a plurality of refractive index profiles.

この場合の屈折率プロフィールとして、センタコア11
が第2図(A)(B)に示すステップ型(シングルモー
ド)、二乗分布型となるもの、または、図示しない三角
型となるものがある。
As the refractive index profile in this case, the center core 11
May be a step type (single mode) shown in FIGS. 2A and 2B, a square distribution type, or a triangle type not shown.

第3図に例示した石英系光ファイバは、センタコア11
と、複数のアウタコア121、122と、クラッド13とからな
り、クラッド13の外周に被覆層14が設けられている。
The quartz optical fiber illustrated in FIG.
And a plurality of outer cores 12 1 and 12 2 and a clad 13, and a coating layer 14 is provided on the outer periphery of the clad 13.

この図示例の石英系光ファイバは、複数のアウタコア
121、122を有するものの、その他については第1図のも
のと実質的に同じである。
In the illustrated example, the quartz optical fiber has a plurality of outer cores.
Although it has 12 1 and 12 2 , the others are substantially the same as those in FIG.

第3図の石英系光ファイバにおいて、センタコア11の
屈折率をn1、アウタコア121の屈折率をn21、アウタコア
122の屈折率をn22、クラッド13の屈折率をn3とした場
合、これらの屈折がn1>n21>n22>n3となっており、か
つ、第4図のごとき屈折率プロフィールを有する。
In silica optical fiber of FIG. 3, n 1 the refractive index of the center core 11, outer core 12 1 of refractive index n 21, the outer core
Assuming that the refractive index of 12 2 is n 22 and the refractive index of the cladding 13 is n 3 , these refractions are n 1 > n 21 > n 22 > n 3 , and the refractive index is as shown in FIG. Has a profile.

第3図の石英系光ファイバも、センタコア11が二乗分
布型、三角型などの屈折率プロフィールを有することが
ある。
In the quartz optical fiber shown in FIG. 3, the center core 11 may have a refractive index profile such as a square distribution type or a triangular type.

具体例 本発明に係る石英系光ファイバの具体例をこれの製造
例とともに説明する。
Specific Example A specific example of the silica-based optical fiber according to the present invention will be described together with a production example thereof.

センタコア用のガラスロッドをつくるとき、Er:100pp
m、GeO2:11mol%が均一にドープされた石英系の透明ガ
ラスロッドを合成し、これを外径10mmφ、長さ200mmに
加熱延伸した。
Er: 100pp when making glass rod for center core
A quartz-based transparent glass rod doped with m and GeO 2 : 11 mol% uniformly was synthesized, and this was heated and stretched to an outer diameter of 10 mmφ and a length of 200 mm.

このガラスロッドの外周にアウタコア用のガラスを形
成するとき、はじめ、SiCl4を原料とする火炎加水分解
法により、上記ガラスロッドの外周にスート状のガラス
微粒子を堆積させ、つぎに、最高温度1350℃の電気炉内
にHe:30/min、Cl2:0.3/min、SiF4:0.03/minを供
給しつつ、当該電気炉内にガラス微粒子層付きガラスロ
ッドを150mm/hrの速度で挿入して、ガラス微粒子層を透
明ガラス化し、その後、アウタコア用ガラス付きガラス
ロッドを外径7mmφに加熱延伸した。
When forming the outer core glass on the outer periphery of the glass rod, first, soot-like glass particles are deposited on the outer periphery of the glass rod by a flame hydrolysis method using SiCl 4 as a raw material. ° C. the He in an electric furnace of: 30 / min, Cl 2: 0.3 / min, SiF 4: while supplying 0.03 / min, the glass rod with the glass fine particle layer was inserted at a rate of 150 mm / hr to the electric furnace Then, the glass fine particle layer was turned into a transparent glass, and thereafter, the glass rod with the outer core glass was drawn by heating to an outer diameter of 7 mmφ.

アウタコア用ガラス付きガラスロッドの外周にクラッ
ド用のガラスを形成するとき、はじめ、既述の火炎加水
分解法にて、アウタコア用ガラスの外周にスート状のガ
ラス微粒子を堆積させ、つぎに、前記と同様の電気炉内
にHe:15/min、Cl2:0.15/min、SiF4:0.62/minを供
給しつつ、当該電気炉内にガラス微粒子層付きガラスロ
ッドを150mm/hrの速度で挿入して、ガラス微粒子層を透
明ガラス化し、その後、これらガラス微粒子堆積と透明
ガラス化とを2回繰り返した。
When forming the glass for cladding on the outer periphery of the glass rod with the outer core glass, first, soot-like glass fine particles are deposited on the outer periphery of the outer core glass by the flame hydrolysis method described above. He similarly in the electric furnace: 15 / min, Cl 2: 0.15 / min, SiF 4: while supplying 0.62 / min, the glass rod with the glass fine particle layer was inserted at a rate of 150 mm / hr to the electric furnace Then, the glass fine particle layer was turned into a transparent glass, and thereafter, the deposition of the glass fine particles and the formation of the transparent glass were repeated twice.

こうして得られた石英系光ファイバ母材は、センタコ
ア部:アウタコア部の外径比が1:3、アウタコア部:ク
ラッド部の外径比が1:13である。
In the quartz optical fiber preform thus obtained, the outer diameter ratio of the center core portion to the outer core portion is 1: 3, and the outer diameter ratio of the outer core portion to the clad portion is 1:13.

かかる光ファイバ母材を周知の加熱延伸により外径12
5μmφの光ファイバに線引きし、その線引き直後の光
ファイバ外周に、紫外線硬化樹脂による外径250μmφ
の被覆層を周知のコーティング手段により形成して、第
1図に示す断面構造と第2図(A)に示す屈折率プロフ
ィールとを有する被覆付き石英系光ファイバを得た。
Such an optical fiber preform is subjected to a known heating and stretching process to have an outer diameter of 12 mm.
A 5 μmφ optical fiber is drawn, and the outer diameter of the optical fiber immediately after the drawing is 250 μmφ with ultraviolet curing resin.
Was formed by known coating means to obtain a coated silica-based optical fiber having a cross-sectional structure shown in FIG. 1 and a refractive index profile shown in FIG. 2 (A).

かくて得られた石英系光ファイバは、Erを含有するセ
ンタコアが直径=3.2μmφ、Δ=1.1%であり、アウ
タコアがΔ=0.1%であり、クラッドがΔ=0.3%で
あった。
In the quartz optical fiber thus obtained, the center core containing Er had a diameter of 3.2 μmφ, Δ + = 1.1%, the outer core had Δ = 0.1%, and the clad had Δ = 0.3%. .

この具体例の石英系光ファイバから15m長を採取し、
これに波長1.48μmのレーザ光を入射したところ、1.5d
B/mWの光増幅効率を確認することができ、モードフィー
ルド直径も7.8μmφと大きかった。
A 15m length was sampled from the quartz optical fiber of this specific example,
When a laser beam with a wavelength of 1.48 μm was incident on this, 1.5d
The optical amplification efficiency of B / mW was confirmed, and the mode field diameter was as large as 7.8 μmφ.

上記具体例における石英系光ファイバの光増幅効率
は、第5図で述べた従来の石英系光ファイバ(コアのEr
含有量=100ppm、コアのΔ=1.4%、コアの外径=3
μmφ、モードフィールド直径=5.1μmφ)とほぼ同
等の値であるが、モードフィールド直径については、直
径7.8μmφである当該具体例のものが、直径5.1μmφ
である従来例のものよりもかなり大きい。
The optical amplification efficiency of the silica-based optical fiber in the above example is the same as that of the conventional silica-based optical fiber (Er of the core) described in FIG.
Content = 100 ppm, Δ + of core = 1.4%, outer diameter of core = 3
μmφ, mode field diameter = 5.1 μmφ), but as for the mode field diameter, the specific example having a diameter of 7.8 μmφ has a diameter of 5.1 μmφ.
Is considerably larger than that of the conventional example.

なお、第1図〜第2図(B)、第3図〜第4図になど
に示す石英系光ファイバ(二乗分布型、三角型などの屈
折率プロフィールを含む)も、モードフィールド直径が
8μmφ程度となり、かつ、外径3〜4μmφのセンタ
コア11において、これに含有されているErを光増幅に有
効活用することができる。
The quartz-based optical fibers (including the refractive index profiles of the square distribution type, triangular type, etc.) shown in FIGS. 1 and 2 (B) and FIGS. 3 and 4 also have a mode field diameter of 8 μmφ. In the center core 11 having an outer diameter of 3 to 4 μmφ, Er contained therein can be effectively used for optical amplification.

『発明の効果』 以上説明した通り、本発明に係る石英系光ファイバ
は、光増幅効率がよく、モードフィールド直径が大き
く、しかも、接続損失が小さいので、光増幅用の光ファ
イバとして、有用かつ有益なものとなり得る。
[Effects of the Invention] As described above, the silica-based optical fiber according to the present invention has a good optical amplification efficiency, a large mode field diameter, and a small connection loss, so that it is useful and useful as an optical fiber for optical amplification. Can be useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る石英系光ファイバの一実施例を示
した断面図、第2図(A)(B)は上記一実施例の石英
系光ファイバにおける屈折率プロフィールを例示した説
明図、第3図は本発明に係る石英系光ファイバの他実施
例を示した断面図、第4図は上記他実施例の石英系光フ
ァイバにおける屈折率プロフィールを例示した説明図、
第5図は従来の石英系光ファイバにおける屈折率プロフ
ィールを示した説明図である。 11……センタコア 12……アウタコア 121……アウタコア 122……アウタコア 13……クラッド 14……被覆層
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a silica-based optical fiber according to the present invention, and FIGS. 2 (A) and 2 (B) are explanatory views illustrating a refractive index profile in the silica-based optical fiber of the embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the silica-based optical fiber according to the present invention, FIG. 4 is an explanatory view illustrating a refractive index profile in the silica-based optical fiber of the other embodiment,
FIG. 5 is an explanatory view showing a refractive index profile in a conventional silica-based optical fiber. 11… Center core 12… Outer core 12 1 … Outer core 12 2 …… Outer core 13 …… Clad 14 …… Coating layer

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】軸心部から外周部にわたり、センタコア
と、センタコアよりも屈折率の低い一つ以上のアウタコ
アと、アウタコアよりも屈折率の低いクラッドとを備
え、センタコアがエルビウムを含んでおり、かつ、モー
ドフィールド直径が約8μmΦであることを特徴とする
石英系光ファイバ。
A center core, at least one outer core having a lower refractive index than the center core, and a cladding having a lower refractive index than the outer core, wherein the center core contains erbium; A silica-based optical fiber having a mode field diameter of about 8 μmΦ.
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