JP2832069B2 - Optical fiber - Google Patents
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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、光ファイバレーザー、光増幅用ファイバ、
等に用いられる光ファイバに関するものである。The present invention relates to an optical fiber laser, a fiber for optical amplification,
The present invention relates to an optical fiber used for an optical fiber.
（従来の技術） 従来、光ファイバレーザー、光増幅用ファイバ、等に
用いられる石英系の光ファイバは、コアに活性元素とし
て、希土類元素をドープしたものが用いられている。こ
の光ファイバを用いた発振器や増幅器の効率を良くする
ためには、希土類元素を均一にドープする必要がある。(Prior Art) Conventionally, a silica-based optical fiber used for an optical fiber laser, an optical amplification fiber, or the like has a core doped with a rare earth element as an active element. In order to improve the efficiency of an oscillator or an amplifier using this optical fiber, it is necessary to uniformly dope a rare earth element.
特公昭58−3890号公報に記載された火炎加水分解によ
り生成されたガラス物体に酸化物添加剤を配合する方法
は、溶液含浸法であり、火炎加水分解で得られたSiO2の
スス体の多孔質プリフォームに、１または複数の酸化物
添加剤または熱処理により酸化物添加剤に変換し得る化
合物を含有する溶液を含浸し、乾燥した後、ガラス化す
ることにより、ガラス中に酸化物を添加するものであ
る。この方法は、均一にドープを行なうことが可能であ
り、濃度も１重量％程度の高濃度のものが得られる特徴
がある。酸化物添加剤としては、La,Sm,Tb,Ndの希土類
酸化物も挙げられている。A method of blending an oxide additive into a glass body produced by flame hydrolysis described in Japanese Patent Publication No. 58-3890 is a solution impregnation method, which is a soot body of SiO 2 obtained by flame hydrolysis. The porous preform is impregnated with a solution containing one or more oxide additives or a compound that can be converted to an oxide additive by heat treatment, dried, and then vitrified to convert oxides into glass. It is to be added. This method is characterized in that doping can be performed uniformly, and a high concentration of about 1% by weight can be obtained. As the oxide additives, rare earth oxides of La, Sm, Tb, and Nd are also mentioned.
光ファイバレーザー、光増幅用光ファイバに用いられ
る光ファイバにおける希土類元素のドープにも上述した
溶液含浸法を適用することが可能である。The above-mentioned solution impregnation method can be applied to doping of a rare earth element in an optical fiber used for an optical fiber laser or an optical fiber for optical amplification.
ところで、光ファイバを、レーザーあるいは光増幅用
素子として用いる場合、光ファイバは、できるだけ短く
した方が装置全体を小型化できる。短い光ファイバで、
発振効率や増幅度を上げるためには、コア中の希土類元
素の濃度を大きくしなければならないが、高濃度に含浸
させると、ガラス化の際に、希土類元素同士が会合し、
結晶化してしまうという問題がある。また、レーザー発
振や光増幅の波長によっては、更に励起効率の向上のた
めには、２種の希土類元素を同時に用いる必要がある
が、２種の希土類元素を高濃度でドープするには、上述
した結晶化がさらに起こり易く、それぞれの希土類元素
の濃度は、１種の希土類元素を用いる場合に比して、低
い濃度でしか用いることができず、光ファイバの短尺化
は、不可能であった。By the way, when an optical fiber is used as a laser or an element for optical amplification, shortening the optical fiber as much as possible can reduce the size of the entire device. With short optical fiber,
In order to increase the oscillation efficiency and amplification, the concentration of the rare earth element in the core must be increased, but when impregnated at a high concentration, the rare earth elements associate with each other during vitrification,
There is a problem of crystallization. Further, depending on the wavelength of laser oscillation or optical amplification, it is necessary to use two rare earth elements at the same time in order to further improve the pumping efficiency. Crystallization is more likely to occur, and the concentration of each rare earth element can be used only at a lower concentration than when one kind of rare earth element is used, and it is impossible to shorten the optical fiber. Was.
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
もので、２種以上の活性元素となる希土類元素を用いる
光ファイバにおいて、それぞれの活性元素となる希土類
元素をより高濃度でドープできる光ファイバを提供する
ことを目的とするものである。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and in an optical fiber using two or more rare earth elements as active elements, a rare earth element as each active element is provided. It is an object of the present invention to provide an optical fiber capable of doping an element with a higher concentration.
（課題を解決するための手段） 本発明は、光ファイバにおいて、活性元素となる希土
類元素がドープされたコアの周囲に、活性元素となる他
の希土類元素がドープされたクラッドが設けられたこと
を特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) The present invention provides an optical fiber in which a clad doped with another rare earth element as an active element is provided around a core doped with a rare earth element as an active element. It is characterized by the following.
コアにドープされる活性元素となる希土類元素は、２
種以上であってもよいし、また、クラッドにドープされ
る活性元素となる希土類元素も１種に限られるものでは
ない。この場合、コアとクラッドにドープされる活性元
素となる希土類元素の一部に共通するものがドープされ
ることを妨げるものではない。The rare earth element which is the active element doped in the core is 2
There may be more than one kind, and the number of rare earth elements serving as active elements doped in the cladding is not limited to one kind. In this case, it does not prevent doping of the rare earth element which is the active element doped into the core and the clad with a part common to the elements.
クラッドにドープされる活性元素となる希土類元素
は、クラッドの全体に分布されるものに限らず、コアの
近傍の部分だけに分布されていてもよい。The rare earth element serving as an active element doped in the clad is not limited to being distributed over the entire clad, but may be distributed only in the vicinity of the core.
コアとして、石英系ガラスにAlまたはＰと活性元素と
なる希土類元素、クラッドに第２の活性元素となる希土
類元素をドープすることができる。As the core, a quartz-based glass can be doped with Al or P and a rare earth element serving as an active element, and the cladding can be doped with a rare earth element serving as a second active element.
コアとして、石英系ガラスに活性元素となる希土類元
素、クラッドにＦまたはＢと第２の活性元素となる希土
類元素をドープすることができる。As the core, a quartz glass can be doped with a rare earth element as an active element, and the cladding can be doped with F or B and a rare earth element as a second active element.
コアおよびクラッドにドープされる活性元素となる希
土類元素の組み合わせとして、ErとYb、ErとTm、ErとP
r、ErとNd、TmとYb、NdとYb、及び、ErとNdとYbの組み
合わせのいずれかを選択することができる。Er and Yb, Er and Tm, Er and P as combinations of rare earth elements serving as active elements doped in the core and the cladding.
r, any combination of Er and Nd, Tm and Yb, Nd and Yb, and a combination of Er, Nd and Yb can be selected.
（作 用） 第７図に示すように、光ファイバのコア中を伝搬する
光71は、クラッド部分に対して屈折率の高いコア中に完
全に閉じこめられている訳ではなく、若干はクラッド部
分に浸み出している。この性質を利用して、本発明は、
レーザーあるいは光増幅用素子として用いられる光ファ
イバにドープさせるべき複数種の活性元素となる希土類
元素を、コアとクラッドに分けてドープさせることによ
り、活性元素の作用をコア部分とその近傍部分とで行な
わせ、より高い濃度においても結晶化が防止できるもの
である。(Operation) As shown in FIG. 7, the light 71 propagating in the core of the optical fiber is not completely confined in the core having a high refractive index with respect to the cladding part, but is slightly confined in the cladding part. Is seeping into. Utilizing this property, the present invention
By splitting the core and cladding of rare earth elements, which are multiple types of active elements to be doped into an optical fiber used as a laser or an optical amplification element, into a core and a clad, the action of the active element can be performed in the core and in the vicinity thereof. And crystallization can be prevented even at a higher concentration.
（実施例） 第１図および第２図は、本発明の異なる実施例を説明
するための光ファイバの断面図である。図中、11,21は
コア、12,22はクラッドである。第１図は、コア11に第
１の活性元素となる希土類元素がドープされ、クラッド
12に第２の活性元素となる希土類元素がドープされたも
のである。第２図に、クラッド22におけるコアの近傍部
分23にのみ、第２の活性元素となる希土類元素をドープ
させたものである。(Embodiment) FIG. 1 and FIG. 2 are cross-sectional views of an optical fiber for explaining different embodiments of the present invention. In the figure, 11 and 21 are cores, and 12 and 22 are claddings. FIG. 1 shows that a core 11 is doped with a rare earth element serving as a first active element,
12 is obtained by doping a rare earth element serving as a second active element. In FIG. 2, only a portion 23 of the cladding 22 near the core is doped with a rare earth element serving as a second active element.
より具体的に実施例を説明する。 Examples will be described more specifically.
実施例１ 外径50mm,長さ100mm,嵩密度1g/cm3のSiO2の多孔質体
に、AlCl3およびErCl3のメタノール溶液を約１時間含浸
させた後、大気中で一昼夜自然乾燥させ、酸素を含んだ
ヘリウム雰囲気中で酸化と共にガラス化を行い、外径4.
5mmに延伸した。AlCl3はAl2O3に、ErCl3はEr2O3に酸化
された。この場合、Alは屈折率を上げる物質、Erは活性
元素である。これをコア材とする。Example 1 A porous SiO 2 material having an outer diameter of 50 mm, a length of 100 mm, and a bulk density of 1 g / cm 3 was impregnated with a methanol solution of AlCl 3 and ErCl 3 for about 1 hour, and then naturally dried in the air for one day. Vitrification with oxidation in a helium atmosphere containing oxygen.
Stretched to 5 mm. AlCl 3 was oxidized to Al 2 O 3 and ErCl 3 was oxidized to Er 2 O 3 . In this case, Al is a substance that increases the refractive index, and Er is an active element. This is used as a core material.
一方、同じサイズ，嵩密度のSiO2の多孔質体に、YbCl
3のメタノール溶液を約１時間含浸させた後、同様に大
気中で一昼夜自然乾燥させ、同様に酸化と共にガラス化
を行なった。YbCl3はYb2O3に酸化された。Ybは活性元素
である。このYb添加焼結体を加工して、外径25mm,内径5
mmのガラスとし、クラッド用の管とした。On the other hand, the same size, the porous body of SiO 2 bulk density, YbCl
After impregnating with the methanol solution of No. 3 for about 1 hour, it was air-dried naturally in the air for one day, and vitrification was carried out together with oxidation. YbCl 3 was oxidized to Yb 2 O 3 . Yb is an active element. This Yb-added sintered body is processed to have an outer diameter of 25 mm and an inner diameter of 5 mm.
mm glass and a tube for cladding.
この管の中に、前記コア材を挿入し、コラプスし、コ
ア径4.5mmのAl−Er−SiO2,クラッド径22mmのYb−SiO2の
ロッドを得たが、最終的に、外径125μm,コア径10μｍ
のシングルモード光ファイバとするために前記ロッドを
外径10mm（コア径は2mm）となるよう再び延伸し、これ
を別に作製した外径27mm,内径10mmの純SiO2のガラス管
に挿入してコラプスして、プリフォームを得た。その外
径は25mm、Al−Er−SiO2のコア径2mm、Yb−SiO2の部分
の径が10mmのロッドである。In the tube, inserting the core material, and collapse, Al-Er-SiO 2 having a core diameter of 4.5 mm, were obtained with Yb-SiO 2 rods having a cladding diameter of 22 mm, and finally, an outer diameter of 125μm , Core diameter 10μm
The rod was stretched again to an outer diameter of 10 mm (core diameter is 2 mm) in order to obtain a single mode optical fiber, and this was inserted into a separately manufactured pure SiO 2 glass tube having an outer diameter of 27 mm and an inner diameter of 10 mm. Collapse to obtain a preform. Its outer diameter is 25mm, Al-Er-SiO 2 having a core diameter of 2 mm, the diameter of the portion of the Yb-SiO 2 is a rod of 10 mm.
これを線引きして第３図に示す構造のシングルモード
の光ファイバを作製した。図中、31はErドープのコア、
32,33はクラッドで、33はYbのドープ部分である。This was drawn to produce a single mode optical fiber having the structure shown in FIG. In the figure, 31 is an Er-doped core,
32 and 33 are claddings, and 33 is a Yb-doped portion.
ガラス中のEr,Yb濃度をEPMAで測定したところ、Er濃
度は、5000ppm,Yb濃度は、10000ppmであった。また、コ
ア，クラッドの屈折率n1とn2との差を干渉顕微鏡で測定
したところ、第５図に示すように、約0.3％であった。
クラッドの屈折率n2は、SiO2の屈折率である。さらに、
プリフォーム状態、ならびに、ファイバ状態での結晶化
の状況を観察したところ、結晶化は全く見られなかっ
た。When the Er and Yb concentrations in the glass were measured by EPMA, the Er concentration was 5000 ppm and the Yb concentration was 10,000 ppm. The core was measured the difference between the refractive index n 1 and n 2 of the cladding in the interference microscope, as shown in Figure 5, was about 0.3%.
The cladding refractive index n 2 is the refractive index of SiO 2 . further,
Observation of the state of crystallization in the preform state and in the fiber state revealed no crystallization.
上記光ファイバを10cm切り出し、一方の端面から波長
1.55μｍの信号光を導入し、波長0.83μｍの励起光を入
れたときと入れないときとの差により増幅度を測定した
ところ、約20dBの値が確認できた。Cut out the above optical fiber 10cm, and wavelength from one end face
When the signal light of 1.55 μm was introduced, and the amplification was measured by the difference between when the excitation light having a wavelength of 0.83 μm was input and when it was not, a value of about 20 dB was confirmed.
実施例２ 実施例１と同じサイズ，嵩密度のSiO2の多孔質体に、
ErCl3のメタノール溶液を含浸させた後、実施例１と同
様に、乾燥、酸化、ガラス化、延伸を行い、外径4.5mm
のコア用のガラス棒を得た。Example 2 A porous body of SiO 2 having the same size and bulk density as in Example 1
After impregnation with a methanol solution of ErCl 3 , drying, oxidation, vitrification, and stretching were performed in the same manner as in Example 1 to obtain an outer diameter of 4.5 mm.
A glass rod for a core was obtained.
一方、同様の多孔質体に、YbCl3のメタノール溶液を
含浸させ、乾燥、酸化した後、屈折率を下げる物質とし
てＦをドープするために、Ｆを含む雰囲気中でガラス化
し、Yb−Ｆ−SiO2焼結体とした。この焼結体を加工し
て、外径25mm,内径5mmのパイプに加工し、前記Er−SiO2
のコア用のロッドを挿入してコラプスし、さらに延伸し
て外径を10mmにし、別に用意した外径27mm,内径10mmの
ＦドープのSiO2のガラス管をかぶせ、再びコラプスし
て、実施例１と同様のプリフォームを得た。On the other hand, the same porous body is impregnated with a methanol solution of YbCl 3 , dried and oxidized, and then vitrified in an atmosphere containing F in order to dope F as a substance for lowering the refractive index. An SiO 2 sintered body was obtained. This sintered body was processed into a pipe having an outer diameter of 25 mm and an inner diameter of 5 mm, and the Er-SiO 2
The core rod was inserted and collapsed, stretched to an outer diameter of 10 mm, covered with a separately prepared F-doped SiO 2 glass tube with an outer diameter of 27 mm and an inner diameter of 10 mm, and collapsed again. A preform similar to 1 was obtained.
プリフォームを線引きして、第４図に示す構造のシン
グルモードの光ファイバを作製した。図中、41はErドー
プのコア、42,43はＦドープのクラッドで、43はYbとＦ
のドープ部分である。The preform was drawn to produce a single mode optical fiber having the structure shown in FIG. In the figure, 41 is an Er-doped core, 42 and 43 are F-doped claddings, 43 is Yb and F
Is the dope portion.
ガラス中のEr,Yb濃度を実施例１と同様の手法で測定
したところ、それぞれ、5200ppm,10500ppmであり、ま
た、コア，クラッドの屈折率差も同様に求めたところ、
約0.3％であった。この場合は、コアの屈折率n1が、SiO
2の屈折率である。プリフォーム状態、ならびに、ファ
イバ状態にも結晶化した様子は見られなかった。When the concentrations of Er and Yb in the glass were measured by the same method as in Example 1, they were 5200 ppm and 10500 ppm, respectively. The refractive index difference between the core and the clad was also determined.
It was about 0.3%. In this case, the refractive index n 1 of the core is SiO
2 is the refractive index. No crystallization was observed in the preform state or the fiber state.
この光ファイバも10cm切り出し、実施例１と同様に増
幅度を測定したところ、約22dBの値であった。This optical fiber was also cut out by 10 cm, and the degree of amplification was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the value was about 22 dB.
比較例１ 実施例１と同様の製法と、コアがEr−Yb−Al−SiO2、
クラッドがSiO2の光ファイバ（コア径10μm,クラッド径
125μm,比屈折率差0.3％）を、Er,Ybの濃度を種々変え
て何本か作製した。そのうち、Er濃度4000ppm、Yb濃度7
800ppmのものが、結晶化しない上限であった。この光フ
ァイバを実施例１と同じ方法で信号光の増幅度を測定し
たところ、約14dBであった。Comparative Example 1 The same manufacturing method as in Example 1 was adopted except that the core was Er-Yb-Al-SiO 2 ,
Optical fiber with cladding of SiO 2 (core diameter 10 μm, cladding diameter
125 μm and a relative refractive index difference of 0.3%) were prepared by variously changing the concentrations of Er and Yb. Among them, Er concentration 4000ppm, Yb concentration 7
800 ppm was the upper limit that did not crystallize. When the amplification degree of the signal light of this optical fiber was measured in the same manner as in Example 1, it was about 14 dB.
比較例２ 実施例１と同様の製法で、コアがSiO2−Al−Er、クラ
ッドがSiO2の光ファイバ（コア径10μm,クラッド径125
μm,比屈折率差0.3％）を作製した。なお、コア中のEr
濃度は4000ppmである。この光ファイバを実施例１と同
じ方法で信号光の増幅度を測定したところ、約9dBであ
り、Ybを入れない時よりも増幅度が下がった。これは、
Ybを取り除いたことにより励起効率が低下したためと思
われる。Comparative Example 2 An optical fiber having a core of SiO 2 —Al—Er and a cladding of SiO 2 (core diameter 10 μm, cladding diameter 125
μm, 0.3% relative refractive index difference). Er in the core
The concentration is 4000 ppm. When the amplification degree of the signal light of this optical fiber was measured in the same manner as in Example 1, it was about 9 dB, which was lower than the case where Yb was not added. this is,
This is probably because the removal efficiency of Yb reduced the excitation efficiency.
なお、上述の実施例、比較例としてEr−Yb系について
述べたが、本発明がこれに限られるものでないことは、
上述の説明から明らかである。In addition, although the above-mentioned Example and Er-Yb system were described as comparative examples, it is understood that the present invention is not limited to this.
It is clear from the above description.
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光
ファイバにおいて、複数種の活性元素となる希土類元素
を高濃度にドープする場合、コアとクラッドに分けてド
ープすることにより、結晶化を防止できる。(Effects of the Invention) As is apparent from the above description, according to the present invention, in a case where a rare earth element serving as a plurality of kinds of active elements is doped at a high concentration in an optical fiber, the core and the clad are separately doped. Thereby, crystallization can be prevented.
また、活性元素となる希土類元素のすべてがコアに含
まれる場合の各希土類元素の濃度に比して、コアとクラ
ッドにおける各希土類元素の濃度が大きくできるので、
発光効率や、増幅度を大きくできる光ファイバを得るこ
とができる効果がある。In addition, since the concentration of each rare earth element in the core and the cladding can be larger than the concentration of each rare earth element when all of the rare earth elements to be active elements are included in the core,
There is an effect that an optical fiber that can increase the luminous efficiency and the degree of amplification can be obtained.
第１図乃至第４図は、本発明の異なる実施例を説明する
ための光ファイバの断面図、第５図，第６図は、第３
図，第４図の光ファイバの屈折率の説明図、第７図は、
作用の説明図である。 11,21,31,41……コア部、12,22,32,42……クラッド部、
23,33,43……第２の活性元素のドープ部分。1 to 4 are cross-sectional views of an optical fiber for explaining a different embodiment of the present invention, and FIGS.
FIG. 4 is an explanatory view of the refractive index of the optical fiber shown in FIG. 4, and FIG.
It is explanatory drawing of an effect | action. 11,21,31,41 …… Core part, 12,22,32,42 …… Clad part,
23, 33, 43... Doped portions of the second active element.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大賀 裕一 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 重松 昌行 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 三川 泉 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 501 H01S 3/07 H01S 3/10 G02B 6/00 376──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuichi Oga 1 Tayacho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Yokohama Works (72) Inventor Masayuki Shigematsu 1-Tagachicho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Sumitomo Electric Industries Inside Yokohama Works Co., Ltd. (72) Inventor Izumi Mikawa 1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/35 501 H01S 3/07 H01S 3/10 G02B 6/00 376
Claims (2)
コアの周囲に、活性元素となる他の希土類元素がドープ
されたクラッドが設けられたことを特徴とする光ファイ
バ。1. An optical fiber, wherein a clad doped with another rare earth element as an active element is provided around a core doped with a rare earth element as an active element.
た活性元素となる希土類元素の組み合わせとして、Erと
Yb、ErとTm、ErとPr、ErとNd、TmとYb、NdとYb、及び、
ErとNdとYbの組み合わせのいずれかから選択されたこと
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。2. A combination of a rare earth element which is an active element doped in the core and the clad as Er and
Yb, Er and Tm, Er and Pr, Er and Nd, Tm and Yb, Nd and Yb, and
The optical fiber according to claim 1, wherein the optical fiber is selected from one of a combination of Er, Nd, and Yb.
Priority Applications (1)
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