JP3083357B2 - 光ファイバ - Google Patents
光ファイバInfo
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- JP3083357B2 JP3083357B2 JP03216055A JP21605591A JP3083357B2 JP 3083357 B2 JP3083357 B2 JP 3083357B2 JP 03216055 A JP03216055 A JP 03216055A JP 21605591 A JP21605591 A JP 21605591A JP 3083357 B2 JP3083357 B2 JP 3083357B2
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- Japan
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- optical fiber
- core
- refractive index
- cladding layer
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- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ増幅器の構成
に好適な光ファイバに関する。
に好適な光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバのコア中に蛍光特性を有する
希土類元素を添加した光ファイバは光増幅器として作用
する。すなわち、光ファイバ中に励起光を導いて、その
中に添加された希土類元素を励起し、反転分布をつく
り、誘導放出により光信号を増幅する。また希土類元素
として、特にエルビウム（Ｅｒ）は、その増幅動作波長
が石英系光ファイバの最低損失波長領域と一致するた
め、有用である。
希土類元素を添加した光ファイバは光増幅器として作用
する。すなわち、光ファイバ中に励起光を導いて、その
中に添加された希土類元素を励起し、反転分布をつく
り、誘導放出により光信号を増幅する。また希土類元素
として、特にエルビウム（Ｅｒ）は、その増幅動作波長
が石英系光ファイバの最低損失波長領域と一致するた
め、有用である。
【０００３】このような光ファイバ型光増幅器の利得効
率を向上させるには、例えばN.Nakazawa et al.,Techni
cal Digest of "Topical Meeting on Optical Amplifie
rs and Their Applications",PDP-1(1990)等に示される
ように、コアの比屈折率差を大きくとることによってモ
ードフィールド径（ＭＦＤ）を小さくし、かつコア径を
小さくすることによってコア径に対しＭＦＤを大きくす
る構造が有用である。このように、ＭＦＤが小さく、か
つコア径に対するＭＦＤの比（以下、ＭＦＤ／コア径比
と記載する）が大きいファイバ構造とすることにより、
励起光パワー密度の高い部分にＥｒが添加されたコアを
効率よく配置することができ、利得効率の高い光ファイ
バ型増幅器が得られる。
率を向上させるには、例えばN.Nakazawa et al.,Techni
cal Digest of "Topical Meeting on Optical Amplifie
rs and Their Applications",PDP-1(1990)等に示される
ように、コアの比屈折率差を大きくとることによってモ
ードフィールド径（ＭＦＤ）を小さくし、かつコア径を
小さくすることによってコア径に対しＭＦＤを大きくす
る構造が有用である。このように、ＭＦＤが小さく、か
つコア径に対するＭＦＤの比（以下、ＭＦＤ／コア径比
と記載する）が大きいファイバ構造とすることにより、
励起光パワー密度の高い部分にＥｒが添加されたコアを
効率よく配置することができ、利得効率の高い光ファイ
バ型増幅器が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図５に従来より光増幅
器として用いられている光ファイバの屈折率分布の例を
示す。この例の光ファイバはステップ型コア構造を有
し、クラッドの屈折率が均一な構造を有するものであっ
て、また高屈折率部分はコアの部分のみである構造を有
する（以下、単峰−ステップ型コア・均一クラッド光フ
ァイバと記載する）。このような単峰−ステップ型コア
・均一クラッド光ファイバにおいては、ある一つのコア
とクラッドの比屈折率差の値に対して、ＭＦＤはコア径
の関数であり、ある一つのＭＦＤの値に対して、ＭＦＤ
／コア比を任意に設定することはできない。したがっ
て、ある一つのＭＦＤ／コア比を考えた場合、ＭＦＤは
その時のコア径によって決定される値よりも小さくする
ことはできなかった。
器として用いられている光ファイバの屈折率分布の例を
示す。この例の光ファイバはステップ型コア構造を有
し、クラッドの屈折率が均一な構造を有するものであっ
て、また高屈折率部分はコアの部分のみである構造を有
する（以下、単峰−ステップ型コア・均一クラッド光フ
ァイバと記載する）。このような単峰−ステップ型コア
・均一クラッド光ファイバにおいては、ある一つのコア
とクラッドの比屈折率差の値に対して、ＭＦＤはコア径
の関数であり、ある一つのＭＦＤの値に対して、ＭＦＤ
／コア比を任意に設定することはできない。したがっ
て、ある一つのＭＦＤ／コア比を考えた場合、ＭＦＤは
その時のコア径によって決定される値よりも小さくする
ことはできなかった。
【０００５】この発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、ＭＦＤ／コア径比を大きくするとともにＭＦＤを小
さくして、高利得効率の光増幅器を構成できるようにし
た光ファイバを提供することを目的とする。
で、ＭＦＤ／コア径比を大きくするとともにＭＦＤを小
さくして、高利得効率の光増幅器を構成できるようにし
た光ファイバを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の光ファイバ
は、高屈折率のコアの周上に、該コアの屈折率よりも低
い屈折率を有する第一クラッド層と、この第一クラッド
層を包囲し前記コアと実質的に同じ屈折率を有する第二
クラッド層と、この第二クラッド層を包囲し前記第一ク
ラッド層と実質的に同じ屈折率を有する第三クラッド層
とが設けられた三層のクラッド構造を有し、コアと最外
のクラッド層との比屈折率差およびモードフィールド径
／コア径の比がそれぞれ同一である単峰−ステップ型コ
ア・均一クラッド光ファイバよりも、モードフィールド
径が小さく、かつコア内に希土類元素が添加されている
ことを前記課題の解決手段とした。
は、高屈折率のコアの周上に、該コアの屈折率よりも低
い屈折率を有する第一クラッド層と、この第一クラッド
層を包囲し前記コアと実質的に同じ屈折率を有する第二
クラッド層と、この第二クラッド層を包囲し前記第一ク
ラッド層と実質的に同じ屈折率を有する第三クラッド層
とが設けられた三層のクラッド構造を有し、コアと最外
のクラッド層との比屈折率差およびモードフィールド径
／コア径の比がそれぞれ同一である単峰−ステップ型コ
ア・均一クラッド光ファイバよりも、モードフィールド
径が小さく、かつコア内に希土類元素が添加されている
ことを前記課題の解決手段とした。
【０００７】
【実施例】以下、この発明を詳しく説明する。図１に本
発明の光ファイバの屈折率分布の一例を示す。この光フ
ァイバは高屈折率のコアの周上に、低屈折率の第一クラ
ッド層を有し、その周上に高屈折率の第二クラッド層を
有し、さらにその周上に低屈折率の第三クラッド層を有
するものである。
発明の光ファイバの屈折率分布の一例を示す。この光フ
ァイバは高屈折率のコアの周上に、低屈折率の第一クラ
ッド層を有し、その周上に高屈折率の第二クラッド層を
有し、さらにその周上に低屈折率の第三クラッド層を有
するものである。
【０００８】本発明において、光ファイバのＭＦＤ／コ
ア径比を大きくするとともにＭＦＤを小さくできるよう
な屈折率分布を得るために、多層分割法を用いて各種の
屈折率分布を有する光ファイバについて数値解析を行っ
た。図１に示すような三層のクラッドを有する光ファイ
バについて、ＭＦＤ／コア径比とＭＦＤの関係、および
ＭＦＤ／コア径比と１．５５μｍにおける波長分散の関
係を計算によって求めた。ここで、高屈折率のコアおよ
び第二クラッド層と、低屈折率の第一クラッド層および
第三クラッド層との比屈折率差は２．０％とし、コアの
半径を１としたときの第一クラッド層の相対的な厚さを
０．２、第二クラッド層の相対的な厚さを０．２とし
た。また、上記で計算に用いた光ファイバの屈折率分布
を、単峰−ステップ型コア・均一クラッド型とした以外
は同様にして計算値を求めた。図２にそれぞれの結果を
示す。
ア径比を大きくするとともにＭＦＤを小さくできるよう
な屈折率分布を得るために、多層分割法を用いて各種の
屈折率分布を有する光ファイバについて数値解析を行っ
た。図１に示すような三層のクラッドを有する光ファイ
バについて、ＭＦＤ／コア径比とＭＦＤの関係、および
ＭＦＤ／コア径比と１．５５μｍにおける波長分散の関
係を計算によって求めた。ここで、高屈折率のコアおよ
び第二クラッド層と、低屈折率の第一クラッド層および
第三クラッド層との比屈折率差は２．０％とし、コアの
半径を１としたときの第一クラッド層の相対的な厚さを
０．２、第二クラッド層の相対的な厚さを０．２とし
た。また、上記で計算に用いた光ファイバの屈折率分布
を、単峰−ステップ型コア・均一クラッド型とした以外
は同様にして計算値を求めた。図２にそれぞれの結果を
示す。
【０００９】図２において横軸にＭＦＤ／コア径比をと
り、また左縦軸にＭＦＤを、右縦軸に波長分散をとり、
三層のクラッド構造を有する光ファイバの計算値を実線
で、単峰−ステップ型コア・均一クラッド光ファイバの
計算値を破線で示した。図２より、ＭＦＤ／コア径比が
１．８よりも大きい領域については、三層のクラッド構
造を有する光ファイバのほうが、単峰型の光ファイバよ
りも小さいＭＦＤの値を得ることができ、その値の差は
０．３〜０．４μｍ程度となるという結果が得られた。
また波長分散は、常に三層のクラッド構造を有する光フ
ァイバのほうが、単峰型の光ファイバよりも小さくなる
という結果が得られた。このように、クラッドを三層構
造とすることにより、ある一つのＭＦＤ／コア径比の値
に対して得られるＭＦＤを、従来の単峰型の屈折率分布
を有する光ファイバより小さくすることが可能となるこ
とが認められた。また、１．５５μｍにおける波長分散
も同時に小さくできることが認められた。
り、また左縦軸にＭＦＤを、右縦軸に波長分散をとり、
三層のクラッド構造を有する光ファイバの計算値を実線
で、単峰−ステップ型コア・均一クラッド光ファイバの
計算値を破線で示した。図２より、ＭＦＤ／コア径比が
１．８よりも大きい領域については、三層のクラッド構
造を有する光ファイバのほうが、単峰型の光ファイバよ
りも小さいＭＦＤの値を得ることができ、その値の差は
０．３〜０．４μｍ程度となるという結果が得られた。
また波長分散は、常に三層のクラッド構造を有する光フ
ァイバのほうが、単峰型の光ファイバよりも小さくなる
という結果が得られた。このように、クラッドを三層構
造とすることにより、ある一つのＭＦＤ／コア径比の値
に対して得られるＭＦＤを、従来の単峰型の屈折率分布
を有する光ファイバより小さくすることが可能となるこ
とが認められた。また、１．５５μｍにおける波長分散
も同時に小さくできることが認められた。
【００１０】したがって、このような光ファイバにおい
て、希土類元素をコア内に実質的に一様に添加して、高
利得効率の光ファイバ型光増幅器を構成することができ
る。ここで用いられる希土類元素としては、Ｅｒ、Ｎ
ｄ、Ｐｒ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｔｍ等を用いることがで
きる。以下、実施例を示して説明する。尚、希土類ドー
プガラスロッドの製造方法として特願平２−１４０７１
７号に示された方法を用いることによって、希土類元素
が均一に添加されたガラスロッドを製造することができ
る。
て、希土類元素をコア内に実質的に一様に添加して、高
利得効率の光ファイバ型光増幅器を構成することができ
る。ここで用いられる希土類元素としては、Ｅｒ、Ｎ
ｄ、Ｐｒ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｔｍ等を用いることがで
きる。以下、実施例を示して説明する。尚、希土類ドー
プガラスロッドの製造方法として特願平２−１４０７１
７号に示された方法を用いることによって、希土類元素
が均一に添加されたガラスロッドを製造することができ
る。
【００１１】（実施例）まず、ＶＡＤ法によって石英に
Ｅｒ、Ａｌ、Ｇｅを共添加して希土類ドープガラスロッ
ドを形成した。ＶＡＤ法によって棒状基材の先端にスー
ト（ガラス微粒子）を堆積させる際に、スートの中心部
と表面部との温度差を１００℃以内に保ち、嵩密度が均
一なスートプリフォームを形成した。ついで得られたス
ートプリフォームを希土類元素溶液に浸漬した後、乾燥
し、ついで脱水、焼結して希土類ドープガラスロッドを
得た。また屈折率を上げるためにスートプリフォームの
形成に際してＧｅを添加した。ここで、ガラスロッドに
添加したＥｒ濃度は１０００ｐｐｍ、Ａｌ濃度は５００
０ｐｐｍとした。またＧｅを添加することにより、この
ガラスロッドの純石英に対する比屈折率差を２％とし
た。
Ｅｒ、Ａｌ、Ｇｅを共添加して希土類ドープガラスロッ
ドを形成した。ＶＡＤ法によって棒状基材の先端にスー
ト（ガラス微粒子）を堆積させる際に、スートの中心部
と表面部との温度差を１００℃以内に保ち、嵩密度が均
一なスートプリフォームを形成した。ついで得られたス
ートプリフォームを希土類元素溶液に浸漬した後、乾燥
し、ついで脱水、焼結して希土類ドープガラスロッドを
得た。また屈折率を上げるためにスートプリフォームの
形成に際してＧｅを添加した。ここで、ガラスロッドに
添加したＥｒ濃度は１０００ｐｐｍ、Ａｌ濃度は５００
０ｐｐｍとした。またＧｅを添加することにより、この
ガラスロッドの純石英に対する比屈折率差を２％とし
た。
【００１２】このようにして得られた希土類ドープガラ
スロッドを用いてこれを延伸し、直径７mm、長さ１００
mmとした。さらにその周上に、ＶＡＤ法によって石英
層、屈折率を上げるためにＧｅを添加した石英層、屈折
率を下げるためにＦを添加した石英層を順次形成して三
層のクラッド構造を有するプリフォームを形成した。こ
こで、Ｆを添加することにより第三クラッド層とコアと
の比屈折率差を２．０３％とした。ついで、このプリフ
ォームを紡糸して外径が１２５μｍの光ファイバを形成
した。この光ファイバのコア径は３．６μｍであり、第
一クラッド層の厚さは０．３μｍ、第二クラッド層の厚
さは０．４μｍであった。また、Ｅｒは実質的にコアに
均一に添加されていた。
スロッドを用いてこれを延伸し、直径７mm、長さ１００
mmとした。さらにその周上に、ＶＡＤ法によって石英
層、屈折率を上げるためにＧｅを添加した石英層、屈折
率を下げるためにＦを添加した石英層を順次形成して三
層のクラッド構造を有するプリフォームを形成した。こ
こで、Ｆを添加することにより第三クラッド層とコアと
の比屈折率差を２．０３％とした。ついで、このプリフ
ォームを紡糸して外径が１２５μｍの光ファイバを形成
した。この光ファイバのコア径は３．６μｍであり、第
一クラッド層の厚さは０．３μｍ、第二クラッド層の厚
さは０．４μｍであった。また、Ｅｒは実質的にコアに
均一に添加されていた。
【００１３】このようにして得られた光ファイバの屈折
率分布を図３に示す。また、この光ファイバのＭＦＤを
測定したところ、５．１μｍであり、ＭＦＤ／コア径比
は２．８であった。この光ファイバと１．４８μｍ波長
の励起用レーザを用いて光増幅器を構成し、その利得効
率を測定したところ、４．８ｄＢ／ｍＷであった。
率分布を図３に示す。また、この光ファイバのＭＦＤを
測定したところ、５．１μｍであり、ＭＦＤ／コア径比
は２．８であった。この光ファイバと１．４８μｍ波長
の励起用レーザを用いて光増幅器を構成し、その利得効
率を測定したところ、４．８ｄＢ／ｍＷであった。
【００１４】（比較例）実施例と同様の希土類ドープガ
ラスロッドを用いてこれを延伸し、直径７mm、長さ１０
０mmとした。さらにその周上に、ＶＡＤ法によって屈折
率を下げるためにＦを添加した石英層を形成して、単峰
−ステップ型コア・均一クラッド構造を有するプリフォ
ームを形成した。このとき、ＭＦＤ／コア径比が実施例
と同様の２．８となるようにコア径およびクラッド径を
設定した。ついで、このプリフォームを紡糸して外径が
１２５μｍの光ファイバを形成した。また、この光ファ
イバのコア径は２．０μｍで、比屈折率差は２．０３％
とした。
ラスロッドを用いてこれを延伸し、直径７mm、長さ１０
０mmとした。さらにその周上に、ＶＡＤ法によって屈折
率を下げるためにＦを添加した石英層を形成して、単峰
−ステップ型コア・均一クラッド構造を有するプリフォ
ームを形成した。このとき、ＭＦＤ／コア径比が実施例
と同様の２．８となるようにコア径およびクラッド径を
設定した。ついで、このプリフォームを紡糸して外径が
１２５μｍの光ファイバを形成した。また、この光ファ
イバのコア径は２．０μｍで、比屈折率差は２．０３％
とした。
【００１５】このようにして得られた光ファイバの屈折
率分布を図４に示す。また、この光ファイバのＭＦＤを
測定したところ、５．６μｍであった。この光ファイバ
と１．４８μｍ波長の励起用レーザを用いて光増幅器を
構成し、その利得効率を測定したところ、４．１ｄＢ／
ｍＷであった。
率分布を図４に示す。また、この光ファイバのＭＦＤを
測定したところ、５．６μｍであった。この光ファイバ
と１．４８μｍ波長の励起用レーザを用いて光増幅器を
構成し、その利得効率を測定したところ、４．１ｄＢ／
ｍＷであった。
【００１６】これらの結果より、希土類ドープ光ファイ
バにおいて、そのクラッドを中間層として高屈折率の層
を有する三層構造とすることによって、ＭＦＤ／コア径
比を大きくするとともにＭＦＤを小さくすることができ
ることが認められた。また、このような光ファイバを用
いて光ファイバ増幅器を構成することによって、利得効
率が向上することが認められた。
バにおいて、そのクラッドを中間層として高屈折率の層
を有する三層構造とすることによって、ＭＦＤ／コア径
比を大きくするとともにＭＦＤを小さくすることができ
ることが認められた。また、このような光ファイバを用
いて光ファイバ増幅器を構成することによって、利得効
率が向上することが認められた。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の光ファイ
バは、高屈折率のコアの周上に、コアの屈折率よりも低
い屈折率を有する第一クラッド層と、この第一クラッド
層を包囲し前記コアと実質的に同じ屈折率を有する第二
クラッド層と、この第二クラッド層を包囲し前記第一ク
ラッド層と実質的に同じ屈折率を有する第三クラッド層
とが設けられた三層のクラッド構造を有し、コアと最外
のクラッド層との比屈折率差およびモードフィールド径
／コア径の比がそれぞれ同一である単峰−ステップ型コ
ア・均一クラッド光ファイバよりも、モードフィールド
径が小さく、かつコア内に希土類元素が添加されている
ものである。したがって、ＭＦＤ／コア径比に対して小
さなＭＦＤを得ることができ、高利得効率の希土類添加
光ファイバ増幅器を得ることができる。また、波長分散
を小さくすることができ、超高速の光伝送にも好適に用
いることができる。
バは、高屈折率のコアの周上に、コアの屈折率よりも低
い屈折率を有する第一クラッド層と、この第一クラッド
層を包囲し前記コアと実質的に同じ屈折率を有する第二
クラッド層と、この第二クラッド層を包囲し前記第一ク
ラッド層と実質的に同じ屈折率を有する第三クラッド層
とが設けられた三層のクラッド構造を有し、コアと最外
のクラッド層との比屈折率差およびモードフィールド径
／コア径の比がそれぞれ同一である単峰−ステップ型コ
ア・均一クラッド光ファイバよりも、モードフィールド
径が小さく、かつコア内に希土類元素が添加されている
ものである。したがって、ＭＦＤ／コア径比に対して小
さなＭＦＤを得ることができ、高利得効率の希土類添加
光ファイバ増幅器を得ることができる。また、波長分散
を小さくすることができ、超高速の光伝送にも好適に用
いることができる。
【図１】 本発明の光ファイバの屈折率分布の一例を示
したものである。
したものである。
【図２】 本発明および従来の屈折率分布を有する光フ
ァイバについて、ＭＦＤ／コア径比とＭＦＤ、波長分散
の関係を示したグラフである。
ァイバについて、ＭＦＤ／コア径比とＭＦＤ、波長分散
の関係を示したグラフである。
【図３】 実施例の希土類ドープ光ファイバの屈折率分
布を示したものである。
布を示したものである。
【図４】 比較例の希土類ドープ光ファイバの屈折率分
布を示したものである。
布を示したものである。
【図５】 従来の希土類ドープ光ファイバの屈折率分布
の一例を示したものである。
の一例を示したものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野澤 哲郎 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 山内 良三 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−52603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−116902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−208005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−281106（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−145881（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−48225（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−127032（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238883（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−273187（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/54 G02F 1/29 - 7/00 H01S 3/00 - 3/30
Claims (1)
- 【請求項１】 高屈折率のコアの周上に、該コアの屈折
率よりも低い屈折率を有する第一クラッド層と、この第
一クラッド層を包囲し前記コアと実質的に同じ屈折率を
有する第二クラッド層と、この第二クラッド層を包囲し
前記第一クラッド層と実質的に同じ屈折率を有する第三
クラッド層とが設けられた三層のクラッド構造を有し、 コアと最外のクラッド層との比屈折率差およびモードフ
ィールド径／コア径の比がそれぞれ同一である単峰−ス
テップ型コア・均一クラッド光ファイバよりも、モード
フィールド径が小さく、かつコア内に希土類元素が添加
されていることを特徴とする光ファイバ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03216055A JP3083357B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 光ファイバ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03216055A JP3083357B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 光ファイバ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0534528A JPH0534528A (ja) | 1993-02-12 |
| JP3083357B2 true JP3083357B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=16682581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03216055A Expired - Fee Related JP3083357B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 光ファイバ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3083357B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2740563B1 (fr) * | 1995-10-31 | 1997-11-21 | Alcatel Submarcom | Fibre optique comprenant un dopant fluorescent |
| JP3622816B2 (ja) * | 1996-12-27 | 2005-02-23 | 富士通株式会社 | 光増幅用ファイバ及びその製造方法 |
| US12481167B2 (en) | 2019-11-22 | 2025-11-25 | Nlight, Inc. | Fiber-based angular homogenizer |
-
1991
- 1991-08-01 JP JP03216055A patent/JP3083357B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0534528A (ja) | 1993-02-12 |
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