JP3369060B2 - 増幅用光ファイバの製造方法 - Google Patents

増幅用光ファイバの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、偏波面を保存した状態
で誘導放出効果によって信号光を直接に増幅する増幅用
光ファイバの製造方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、光通信システム等において使用さ
れる光増幅器としては、コア中にEr,Nd等の希土類元
素をドープした増幅用光ファイバを増幅素子として設
け、この増幅用光ファイバの誘導放出効果によって信号
光を光電変換することなく直接に増幅するようにしたも
のが提供されている。 【0003】一方、コヒーレント光通信や、ヘテロダイ
ン光検波等を行う場合には、位相情報を安定して伝送で
きるようにする必要があり、そのため、光伝送路とし
て、偏波面を保存した状態で光伝送を行える偏波面保存
光ファイバが使用される。 【0004】従来、このような偏波面保存光ファイバと
しては、クラッド内において一対の応力付与部をコアを
挟む状態で形成した、いわゆるPANDA型のものや、
コアの断面形状を楕円形にしたもの(以下、これを楕円
コア型と称する)などがある。 【0005】上記の偏波面保存光ファイバを光伝送路に
使用する場合、その伝送途中で減衰した光を上記の光増
幅器を用いて増幅するには、増幅素子となる増幅用光フ
ァイバも同時に偏波面が保存されるようにする必要があ
る。 【0006】そのため、上記のPANDA型や楕円コア
型等の偏波面保存光ファイバについて、そのコア中にE
r,Ndなどの希土類元素をドープすることで増幅用光フ
ァイバとすることが検討されている。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】ここで、PANDA型
の偏波面保存光ファイバは、曲げに対する伝送損失が比
較的少なく、光伝送路としての使用に好適であるもの
の、増幅用光ファイバとして使用するときには、光学的
な各種のパラメータの調整が容易でない。 【0008】すなわち、増幅用光ファイバとして所要の
増幅特性を得るためには、比屈折率差Δやカットオフ波
長λ0などの光学的なパラメータを調整する必要がある
が、一般に用いられるPANDA型のものは、応力付与
部材とプリフォームの一体化を線引き加工と同時に行わ
なければならず、一旦、線引きを開始すると、光ファイ
バのパラメータの誤差が生じていても、その調整が不可
能であり、全工程を再度行わねばならない。希土類元素
をドープした光ファイバのように、特殊なパラメータを
要求される場合、通常の光ファイバの定偏波化のごと
く、繰り返しPANDA化によるデータの蓄積を期待す
ることができない。 【0009】これに対して、楕円コア型のものは、応力
付与材が存在しないために、パラメータ確認のための予
備線引きが可能であり、また、1本のプリフォームから
複数の異なるパラメータをもつ偏波面保存光ファイバを
製作できるため、多数の特殊なパラメータを要求される
希土類元素をドープした光ファイバの開発には好都合で
ある。 【0010】図5はこのような楕円コア型の増幅用光フ
ァイバの従来例を示す断面図である。 【0011】同図中、aは断面形状が楕円形をしたコ
ア、bは外周が円形をしたクラッドであり、たとえば、
コアaの長軸方向の長さLlは11μm、短軸方向の長さ
Lsは2μm、実質的なコア径となるモードフィールドの
円xの直径Dmは5μm、クラッドbの外径Dcは125μm
のものである。そして、従来のものでは、コアa中に希
土類元素(ここではEr)が均一にドープされた構成とな
っている。 【0012】ところで、いま、励起光から信号光に誘導
放出によって変換する場合の増幅に寄与するエネルギー
の変換効率ηを、 η=(PSout−PSin)/PP ただし、PSin :信号光の入力パワー PSout:信号光の出力パワー PP :励起光パワー と定義したとき、従来のように、コアa中に希土類元素
(Er)を均一にドープした場合には、変換効率ηが悪
く、そのため、信号光の利得を十分に高めることができ
ないという問題がある。 【0013】すなわち、楕円コア型の場合、その励起光
のパワー分布は、図6(c)に示すようなガウス分布をし
ており、図6(a)に示すように、コアa中にErが均一に
ドープされている場合において、領域を長軸方向に沿っ
て',','と区分けしたとき、コアの中心に近い
'の領域では、励起光のパワーが大きいが、この領域
'から離れた'および'の領域では、励起光のパワ
ーが小さい。 【0014】そして、図7に示すように、励起光のパワ
ーが大きい'の領域では、十分な反転分布状態が得ら
れるために、誘導放出効果が得られて信号光の増幅に寄
与することができるが、励起光パワーの小さい','
の領域では、Erによる励起光の吸収が起こるだけで、
十分な反転分布状態を形成するには至らない。このた
め、図5に示したような従来構成の増幅用光ファイバの
場合には、全体的なエネルギーの変換効率ηが悪い。 【0015】換言すれば、楕円コア型の光ファイバにお
いて、コアの長径は通常の円形をしたコア径と比較して
長いため、長径の端部はモードフィールド内で励起光パ
ワー分布の非常に低い領域、あるいはモードフィールド
径の外方に位置し、極めて低効率となる。特に、3準位
系の希土類元素であるErをドープした場合、増幅利得
が正になる励起入力のしきい値が大きいため、楕円コア
型の光ファイバの長径方向端部の特性の劣化が著しい。
そのため、通常の増幅用光ファイバであれば、80%も
の高効率が得られるにもかかわらず、楕円コア型のもの
では30%前後に留まっていた。 【0016】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、信号光の偏波面を良好に保存するとと
もに、励起光から信号光への変換効率ηを高めて信号光
を効率良く増幅できる増幅用光ファイバを提供すること
を課題とする。 【0017】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、偏波面を保存した状態で誘導放出効果に
よって信号光を直接に増幅する増幅用光ファイバであっ
て、断面が楕円形に形成されたコアを有し、このコアの
モードフィールドに相当する円内にある領域にのみ希土
類元素が集中的にドープされている増幅用光ファイバ
製造方法において、希土類元素をドープしたコア材料の
両側に、希土類元素をドープしないコア材料を配置し、
これらコア材料を加熱融着して一体化してコア素材を作
製する工程と、前記コア素材をクラッド用のガラスチュ
ーブ内に挿入したのち前記ガラスチューブをコラプス処
理する工程と、コプラス処理されたコア素材付きのガラ
スチューブの上にクラッド用のスートを堆積したのち焼
結処理することでプリフォームを作製する工程と、前記
プリフォームを線引きして増幅用光ファイバを作製する
工程とを含むことに特徴を有している。 【0018】上記方法によれば、断面が楕円形に形成さ
れたコアを有し、このコア内でかつこのコアのモードフ
ィールドに相当する円内にある領域にのみ希土類元素が
集中的にドープされた増幅用光ファイバを製造すること
ができる。このようにして製造された増幅用光ファイバ
において、希土類元素は、楕円形をしたコア内でかつこ
のコアのモードフィールドに相当する円内にある領域に
のみ集中的にドープされているので、励起光パワーが不
足するコアの長軸側の端部には希土類元素は存在しない
から、その領域では励起光が十分な反転分布状態を形成
するには至らずに単に希土類元素で吸収されるといった
現象は生じず、コアの中心付近の励起光のパワーが大き
い領域でのみ十分な反転分布状態が得られて信号光が増
幅されることになり、変換効率が高くなる。 【0019】 【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態に係る
造方法により製造された増幅用光ファイバの断面図であ
る。 【0020】同図において、aは断面形状が楕円形をし
たコア、bは外周が円形をしたクラッドである。そし
て、この実施形態では、従来のようにコアa中に希土類
元素(ここではEr)を均一にドープするのではなくて、
コアa内で、かつ、このコアaのモードフィールドに相当
する円x内にある領域にのみErが集中的にドープされ
ている。したがって、コアaの長軸側の左右の両端部に
はErが全くドープされていない領域が存在してい
る。 【0021】この増幅用光ファイバの具体的な仕様とし
ては、コアaの長軸長Llは10μm、短軸長Lsは2μ
m、実質的なコア径となるモードフィルド径は8μm、ク
ラッドbの外径Dcは125μm、コア/クラッドの比屈
折率差Δは1.5%、カットオフ波長λ0は1μm程度の
ものが使用され、また、Erのドープ領域の外径Ddは
1.5〜2μmで、100〜1000ppm程度ドープされ
ている。なお、Erに代えて、Nd等の希土類元素をドー
プすることも可能である。 【0022】この実施形態の増幅用光ファイバは、図6
(b)に示すように、楕円形をしたコアaの中心付近の領域
にのみErが集中的にドープされているので、その領
域は、図6(c)に示した楕円コア型の場合の励起光パ
ワーのピーク部分と略一致する。つまり、コアaの中心
付近の領域では、励起光のパワーが大きいため、十分
な反転分布状態が得られて信号光が増幅される。 【0023】一方、励起光パワーが不足するコアaの長
軸側の端部の領域にはErは存在しないから、その領
域では、従来のように、励起光が十分な反転分布状態
を形成するには至らずに単にErで吸収されるといった
現象は生じない。このため、図7に示すように、増幅用
光ファイバ全体としての変換効率ηが高くなる。 【0024】図1に示したような構成の増幅用光ファイ
バは、図2に示すような工程を経て製作される。 【0025】図2に示す工程では、Erをドープしたコ
ア材料eの両側に、Erをドープしないコア材料fを配置
し、これらe,fを加熱融着して一体化してコア素材とす
る(同図(a)参照)。そして、このコア素材をクラッド用
のガラスチューブg内に挿入し(同図(b)参照)、ガラスチ
ューブをコラプスした後、さらにその上にCVD法やR
VD法等によってクラッド用のスートを堆積し、これを
焼結することで透明ガラス化してプリフォームhを得る
(同図(c)参照)。次に、これを線引きして図1に示す増
幅用光ファイバとする。 【0026】また、図1に示したような構成の増幅用光
ファイバは図3に示す工程によっても製造することがで
きる。すなわち、Erをドープしたコアiの上にErをド
ープしていないコアjを形成してから(同図(a)参照)、こ
のコアjの上下をそれぞれ研磨して削除する(同図(b)参
照)。その上にCVD法やRVD法等によってクラッド
素材をスス付けし、これを焼結することで透明ガラス化
してプリフォームkを得る(同図(c)参照)。次に、これを
線引きして図1に示す増幅用光ファイバとする。 【0027】なお、コアa中のErのドープ領域は、図
1に示した形態に限定されもものではなく、コアa内で
かつこのコアaのモードフィールドに相当する円x内にあ
る領域に集中的にドープされる形態であれば、たとえ
ば、図4(a),(b)に示すような各種の適切な形態を選定
することができる。 【0028】 【発明の効果】本発明によれば、光伝送路として偏波面
保存光ファイバが使用されている場合に、信号光を偏波
面を良好に保存した状態で増幅することができるのみな
らず、励起光から信号光への変換効率が高いので、信号
光を従来よりも一層効率良く増幅可能な増幅用光ファイ
バを製造することができる。本発明の製造方法により製
造された増幅用光ファイバによれば、信号光の利得を十
分に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施形態に係る製造方法により製造さ
れた増幅用光ファイバの断面図である。 【図2】図1の増幅用光ファイバを製造する実施形態の
製造方法を示す説明図である。 【図3】図1の増幅用光ファイバを製作する他の製造方
を示す説明図である。 【図4】本発明の他の実施形態に係る増幅用光ファイバ
の断面図である。 【図5】従来の増幅用光ファイバの断面図である。 【図6】コア中における希土類元素のドープ領域と、励
起光のパワー分布との関係を示す説明図である。 【図7】励起光のパワーと変換効率との関係を示す図で
ある。 【符号の説明】 a…コア、b…クラッド、…Erのドープ領域、…Er
の非ドープ領域。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−145881(JP,A) 特開 平3−48225(JP,A) 特開 平3−121426(JP,A) 特開 平3−132726(JP,A) 特開 平3−191585(JP,A) 特開 平4−56430(JP,A) 特開 平4−56830(JP,A) 特開 平7−146150(JP,A) 特開 平7−28106(JP,A) 国際公開94/19714(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 G02B 6/17

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 偏波面を保存した状態で誘導放出効果に
    よって信号光を直接に増幅する増幅用光ファイバであっ
    て、断面が楕円形に形成されたコアを有し、このコアの
    モードフィールドに相当する円内にある領域にのみ希土
    類元素が集中的にドープされている増幅用光ファイバ
    製造方法において、 希土類元素をドープしたコア材料の両側に、希土類元素
    をドープしないコア材料を配置し、これらコア材料を加
    熱融着して一体化してコア素材を作製する工程と、 前記コア素材をクラッド用のガラスチューブ内に挿入し
    たのち前記ガラスチューブをコラプス処理する工程と、 コプラス処理されたコア素材付きのガラスチューブの上
    クラッド用のスートを堆積したのち焼結処理すること
    でプリフォームを作製する工程と、 前記プリフォームを線引きして増幅用光ファイバを作製
    する工程と、 を含むことを特徴とする増幅用光ファイバの製造方法。
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