JP5470266B2 - イッテルビウム添加光ファイバ - Google Patents
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Description
本願は、2008年11月04日に、日本国に出願された特願2008−283165号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば、DND(Direct Nanoparticle Deposition)と呼ばれる特殊な製造方法を適用することにより、フォトダークニングを抑制する手法が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。
さらに、光ファイバにリンを高濃度に添加することによって、フォトダークニングを抑制する手法が開示されている(例えば、非特許文献3参照)。
シリカガラス(SiO2)からなる母材に、酸化アルミニウム(Al2O3)と五酸化二リン(P2O5)を共添加することにより、コアの屈折率上昇を抑制できることが開示されている(例えば、非特許文献4、5参照)。特に、酸化アルミニウムと五酸化二リンの添加濃度(mol%)が等量に近付くほど、純粋な二酸化ケイ素の屈折率に近付くことが開示されている。
一方、コアにイッテルビウムと他の希土類元素を共添加した光ファイバは、ファイバ型光増幅器用途やファイバレーザ用途に有用であることが知られている。
(1)本発明のイッテルビウム添加光ファイバは、イッテルビウム、アルミニウムおよびリンを少なくとも含有するコアと、このコアを囲むクラッドと、を備え、前記コア中の前記リンの五酸化二リン換算モル%と、前記コア中の前記アルミニウムの酸化アルミニウム換算モル%と、が同じであり、前記コア中の前記イッテルビウムの酸化イッテルビウム換算モル%に対する前記コア中の前記リンの五酸化二リン換算モル%の比が10以上かつ30以下であり、前記コアと前記クラッドとの比屈折率差が0.05%以上かつ0.30%以下であり、前記コアおよび前記クラッドがシリカガラスをベースとするガラスから構成されており、前記酸化イッテルビウム換算モル%をαとすると、前記αは、0.05≦α×0.5≦0.30なる関係を満たしている。
この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
以下、「モル%」の単位で示す添加成分の濃度は、屈折率分布を有する光ファイバにおいては、特に断りのない限り平均値である。
「コア径」とは、「コアの最大比屈折率差の1/eの比屈折率差を有する径」のことを指す。
本発明のイッテルビウム添加光ファイバ(以下、「Yb添加光ファイバ」と略記する)は、コアおよびそれを囲むクラッドを備え、コアに少なくともイッテルビウム(Yb)、アルミニウム(Al)およびリン(P)を含有している。そして、コア中のイッテルビウムの酸化イッテルビウム(Yb2O3)換算モル濃度(以下、単に酸化イッテルビウムの濃度と略記する場合がある)に対する、コア中のリンの五酸化二リン(P2O5)換算モル濃度(以下、単に五酸化二リンの濃度と略記する場合がある)の比が10以上かつ30以下である。コアとクラッドとの比屈折率差が0.05%以上かつ0.30%以下である。
アルミニウムは、屈折率上昇作用およびシリカガラスの結晶化抑制作用を有するドーパントである。
リンは、フォトダークニング抑制作用および屈折率上昇作用を有するドーパントである。
このモル濃度比が10未満では、急激にフォトダークニングによる損失増加量が増える。
一方、このモル濃度比が30を超えると、急激にバックグラウンド損失値が大きくなる。
一般に、バックグラウンド損失値が大きくなると、Yb添加光ファイバをファイバレーザに適用した場合、そのファイバレーザはエネルギー変換効率が低下する。
上記の関係式において、「0.5」は1mol%当たりの酸化イッテルビウムが、コアの屈折率の上昇に与える寄与率(変化率)である。
したがって、α、βおよびγは、β=γの場合、0.05≦α×0.5≦0.30なる関係を満たすようにすれば、ガラスの結晶化を抑制しつつフォトダークニングを抑制する高い効果が得られる。
α×0.5が0.05より小さくなると、すなわち、コアとクラッドとの屈折率差が0.05より小さくなると、曲げ損失や光ファイバへの外部応力による損失が大きく、実用的ではない。一方、α×0.5が0.30より大きくなると、すなわち、コアとクラッドとの屈折率差が0.30より大きくなると、誘導ラマン散乱に代表される非線形光学効果の発現により波長変換が生じやすく、所望の出力光が得られない。
上記の関係式において、「0.5」は1mol%当たりの酸化イッテルビウムが、コアの屈折率の上昇に与える寄与率(変化率)であり、「0.19」は1mol%当たりの酸化アルミニウムが、コアの屈折率の上昇に与える寄与率(変化率)である。
したがって、α、βおよびγは、β>γの場合、0.05≦(β−γ)×0.19+α×0.5≦0.30なる関係を満たすようにすれば、ガラスの結晶化を抑制しつつフォトダークニングを抑制する高い効果が得られる。
(β−γ)×0.19+α×0.5が0.05より小さくなると、すなわち、コアとクラッドとの屈折率差が0.05より小さくなると、曲げ損失や光ファイバへの外部応力による損失が大きく、実用的ではない。一方、(β−γ)×0.19+α×0.5が0.30より大きくなると、すなわち、コアとクラッドとの屈折率差が0.30より大きくなると、誘導ラマン散乱に代表される非線形光学効果の発現により波長変換が生じやすく、所望の出力光が得られない。
この際、β及びγが、1<(β/γ)≦3なる関係を更に満たすのが好ましい。(β/γ)が3より大きくなると、コアとクラッドとの比屈折率差が0.30より大きくなる場合があり、上述したように所望の出力光が得られなくなる。
上記の関係式において、「0.5」は1mol%当たりの酸化イッテルビウムが、コアの屈折率の上昇に与える寄与率(変化率)であり、「0.04」は1mol%当たりの五酸化二リンが、コアの屈折率の上昇に与える寄与率(変化率)である。
したがって、α、βおよびγは、β<γの場合、0.05≦(γ−β)×0.04+α×0.5≦0.30なる関係を満たすようにすれば、ガラスの結晶化を抑制しつつフォトダークニングを抑制する高い効果が得られる。
(γ−β)×0.04+α×0.5が0.05より小さくなると、すなわち、コアとクラッドとの屈折率差が0.05より小さくなると、曲げ損失や光ファイバへの外部応力による損失が大きく、実用的ではない。一方、(γ−β)×0.04+α×0.5が0.30より大きくなると、すなわち、コアとクラッドとの屈折率差が0.30より大きくなると、誘導ラマン散乱に代表される非線形光学効果の発現により波長変換が生じやすく、所望の出力光が得られない。
この際、β及びγが、0.56≦(β/γ)<1なる関係を更に満たすのが好ましい。(β/γ)が0.56より小さくなると、コアとクラッドとの比屈折率差が0.30より大きくなる場合があり、上述したように所望の出力光が得られなくなる。
例えば、導波する光を閉じ込めるためには、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも高いことが好ましい。
コアとクラッドとの比屈折率差が0.05%未満では、光ファイバにおいて光を閉じ込める十分な効果が得られない。そのため、光ファイバを曲げたり、光ファイバに側圧を加えたりすると、光を安定に伝搬できなくなる。一方、コアとクラッドとの比屈折率差が0.30%を超えると、光ファイバを実質的にシングルモード条件で使用する場合、または、光ファイバを少ないモード数で使用する場合、コア径が小さくなり、光のパワー密度が高くなる。そのため、光によるコアガラスの損傷や光学的非線形現象を抑制する効果が得られ難くなる。これにより、高出力の光が得られ難くなる。
ここで「コアとクラッドとの比屈折率差」とは、コアの屈折率をn1、クラッドの屈折率をn0とした場合に、式:(n1−n0)/n1×100で算出される値である。
例えば、MCVD法、VAD法などでファイバプリフォームを作製し、これを所望の外径となるように紡糸して、その外周上にUV硬化樹脂などで保護被覆層を形成することで製造できる。1層目のUV被覆層にシリカガラスよりも屈折率の低い樹脂をコーティングすることにより、ダブルクラッドファイバを製造することもできる。
イッテルビウムは、ファイバプリフォーム作製過程において、スートに液浸法で添加する手法や、液滴を噴霧する手法で添加できる。
また、例えば、クラッドの形状を非円形状とする場合、イッテルビウム添加後のファイバプリフォームを所望の形状に外削し、これを紡糸すればよい。
また、例えば、クラッド中に応力付与部を設ける場合、イッテルビウム添加後のファイバプリフォームにおいて、その中心軸方向に孔を設け、好ましくはその内表面を研削および研磨して鏡面化した後、ここにMCVD法などで作製したB2O3−SiO2ガラス製の応力付与部材を挿入し、次いで紡糸すればよい。
また、このような光ファイバを光増幅媒体として使用することで、経時に伴う出力低下が抑制され、光学特性が良好なファイバレーザおよびファイバアンプを安価に提供できる。
Yb添加光ファイバを作製した。作製したYb添加光ファイバはシングルクラッドファイバであり、コアの外周上にクラッドが設けられ、クラッドの外周上に保護被覆層が設けられたものである。
ファイバプリフォームは、MCVD法で作製した。また、イッテルビウムは液浸法で添加した。そして、ファイバプリフォームをガラス外径が約125μmになるまで紡糸し、外周上に保護被覆層を設けた。
コア中の酸化イッテルビウム(Yb2O3)のモル濃度を0.20mol%で一定とし、コア中の酸化アルミニウム(Al2O3)のモル濃度を2.5mol%で一定として、コア中の五酸化二リン(P2O5)のモル濃度を変化させた場合、Yb添加光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差(Δ)の変化を求めた。
結果を図1に示す。
これらの結果を表1に示す。
コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度を0.10mol%で一定とし、コア中の酸化アルミニウムのモル濃度を2.5mol%で一定とした以外は実験例1と同様にして、コア中の五酸化二リンのモル濃度を変化させた場合、Yb添加光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差の変化を求め、図1と同様のグラフ(図示略)を作成した。
この結果から、五酸化二リンのモル濃度が、酸化アルミニウムのモル濃度とほぼ等しい、2.5mol%近傍である場合、コアとクラッドとの比屈折率差が最小になることが分かった。また、比屈折率差が最小になる五酸化二リンのモル濃度よりも高濃度の領域において、比屈折率差の変化をほぼ直線で近似できることが判明した。同様に、比屈折率差が最小になる五酸化二リンのモル濃度よりも低濃度の領域においても、比屈折率差の変化をほぼ直線で近似できることが判明した。また、比屈折率差の最小値は、0.06%であった。また、コアにおいて相対的に酸化アルミニウムが過剰な領域(五酸化二リンのモル濃度が2.5mol%以下の場合)の比屈折率差の変化を表す直線の傾きの絶対値は0.186であった。さらに、コアにおいて相対的に五酸化二リンが過剰な領域(五酸化二リンのモル濃度が2.5mol%以上の場合)の比屈折率差の変化を表す直線の傾きの絶対値は0.041であった。
これらの結果を表1に示す。
コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度を0.40mol%で一定とし、コア中の酸化アルミニウムのモル濃度を5.0mol%で一定とした以外は実験例1と同様にして、コア中の五酸化二リンのモル濃度を変化させた場合、Yb添加光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差の変化を求め、図1と同様のグラフ(図示略)を作成した。
この結果から、五酸化二リンのモル濃度が、酸化アルミニウムのモル濃度とほぼ等しい、5.0mol%近傍である場合、コアとクラッドとの比屈折率差が最小になることが分かった。また、比屈折率差が最小になる五酸化二リンのモル濃度よりも高濃度の領域において、比屈折率差の変化をほぼ直線で近似できることが判明した。同様に、比屈折率差が最小になる五酸化二リンのモル濃度よりも低濃度の領域においても、比屈折率差の変化をほぼ直線で近似できることが判明した。また、比屈折率差の最小値は、0.23%であった。また、コアにおいて相対的に酸化アルミニウムが過剰な領域(五酸化二リンのモル濃度が5.0mol%以下の場合)の比屈折率差の変化を表す直線の傾きの絶対値は0.190であった。さらに、コアにおいて相対的に五酸化二リンが過剰な領域(五酸化二リンのモル濃度が5.0mol%以上の場合)の比屈折率差の変化を表す直線の傾きの絶対値は0.042であった。
これらの結果を表1に示す。
コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度を0.70mol%で一定とし、コア中の酸化アルミニウムのモル濃度を5.0mol%で一定とした以外は実験例1と同様にして、コア中の五酸化二リンのモル濃度を変化させた場合、Yb添加光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差の変化を求め、図1と同様のグラフ(図示略)を作成した。
この結果から、五酸化二リンのモル濃度が、酸化アルミニウムのモル濃度とほぼ等しい、5.0mol%近傍である場合、コアとクラッドとの比屈折率差が最小になることが分かった。また、比屈折率差が最小になる五酸化二リンのモル濃度よりも高濃度の領域において、比屈折率差の変化をほぼ直線で近似できることが判明した。同様に、比屈折率差が最小になる五酸化二リンのモル濃度よりも低濃度の領域においても、比屈折率差の変化をほぼ直線で近似できることが判明した。また、比屈折率差の最小値は、0.35%であった。また、コアにおいて相対的に酸化アルミニウムが過剰な領域(五酸化二リンのモル濃度が5.0mol%以下の場合)の比屈折率差の変化を表す直線の傾きの絶対値は0.193であった。さらに、コアにおいて相対的に五酸化二リンが過剰な領域(五酸化二リンのモル濃度が5.0mol%以上の場合)の比屈折率差の変化を表す直線の傾きの絶対値は0.037であった。
これらの結果を表1に示す。
また、実験例1〜4において算出した、コアにおいて相対的に酸化アルミニウムが過剰な領域の比屈折率差の変化を表す直線の傾きの絶対値の平均値は0.19であった。また、実験例1〜4において算出した、コアにおいて相対的に五酸化二リンが過剰な領域の比屈折率差の変化を表す直線の傾きの絶対値の平均値は0.04であった。以上の結果から、これら直線の傾きの値を1mol%当たりに換算すると、コアにおいて相対的に過剰な酸化アルミニウムが、コアとクラッドとの比屈折率差に対する寄与率(変化率)は0.19%/mol%であり、コアにおいて相対的に過剰な五酸化二リンが、コアとクラッドとの比屈折率差に対する寄与率(変化率)は0.04%/mol%であることが分かった。
図2に示したグラフは、原点を通る直線としてフィッティングでき、その直線の傾きが0.5%/mol%であった。したがって、この値を1mol%当たりに換算すると、酸化イッテルビウムが、コアとクラッドとの比屈折率差に対する寄与率(変化率)は0.5%/mol%である。
また、図2に示したグラフは、酸化アルミニウムのモル濃度を2.5mol%(実験例1、2)または5.0mol%(実験例3、4)とした場合に、酸化イッテルビウムのモル濃度と比屈折率差との関係を示すものである。図2に示したように、異なる2つの酸化アルミニウムのモル濃度における屈折率差をほぼ同じ直線上にプロットできることから、酸化イッテルビウムのモル濃度の比屈折率差に対する寄与は、酸化アルミニウムのモル濃度や五酸化二リンのモル濃度から独立していることが分かった。
コアにイッテルビウム、アルミニウムおよびリンを含有し、シリカガラスを主成分とするYb添加光ファイバでは、五酸化二リンのモル濃度と、酸化アルミニウムのモル濃度とがほぼ等量である場合、コアの屈折率がシリカガラスの屈折率に近付く。
また、コアにおいて相対的に過剰な酸化アルミニウムが、コアとクラッドとの比屈折率差に対する寄与率(変化率)は0.19%/mol%であった。コアにおいて相対的に過剰な五酸化二リンが、コアとクラッドとの比屈折率差に対する寄与率(変化率)は0.04%/mol%であった。
さらに、酸化イッテルビウムのモル濃度は、酸化アルミニウムのモル濃度や五酸化二リンのモル濃度から独立してコアの屈折率の変化に関与する。その酸化イッテルビウムのモル濃度のコアの屈折率に対する寄与率(変化率)は0.5%/mol%であった。
コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度、コア中の酸化アルミニウムのモル濃度、および、コア中の五酸化二リンのモル濃度を変化させたこと以外は実験例1と同様にして、Yb添加光ファイバを数種類作製した。
以下の方法により、作製したYb添加光ファイバのフォトダークニングによる損失増加量を評価した。
コアのYb吸収量が340dBとなるような中心軸方向における長さのYb添加光ファイバを使用し、そのコアに、波長976nmの励起光を入射光量が400mWとなるように100分間照射した。そして、波長800nmにおける照射前後の損失の差分を「フォトダークニングによる損失増加量」とした。
図3の結果から、フォトダークニングによる損失増加量は、コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度に対する、コア中の五酸化二リンのモル濃度の比に大きく依存することが分かった。このモル濃度の比が10以上であれば、フォトダークニングによる損失増加量を0.5dB以下にでき、フォトダークニングを十分に抑制できることが分かった。一方、このモル濃度の比が10未満では、フォトダークニングによる損失増加量が0.5dBを超える。そのため、このようなYb添加光ファイバを用いたファイバレーザは、長期間レーザ発振させた場合に出力低下が生じ、信頼性の点で問題となる。
実験例5にて作製したYb添加光ファイバについて、波長1200nmにおける損失波長特性を測定した。
図4は、Yb添加光ファイバのコア中の酸化イッテルビウムのモル濃度に対する五酸化二リンのモル濃度の比と、波長1200nmにおけるバックグラウンド損失値との関係を示すグラフである。
図4の結果から、バックグラウンド損失値は、コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度に対する、コア中の五酸化二リンのモル濃度の比に大きく依存していることが分かった。また、このモル濃度の比が30以下であれば、バックグラウンド損失値は100dB/km以下であり、損失値の低減効果が十分に得られることが分かった。一方、このモル濃度の比が30を超えると、バックグラウンド損失値が100dB/kmを超えてしまう。そのため、このYb添加光ファイバをファイバレーザに適用した場合、そのファイバレーザのエネルギー変換効率が著しく低下する。
そこで、バックグラウンド損失値が急激に変化する臨界点である、コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度に対する、コア中の五酸化二リンのモル濃度の比が30以下の領域、すなわち、バックグラウンド損失値が100dB/km(波長1200nm)以下であれば、実用上問題ないYb添加光ファイバである。
本発明では、コアにイッテルビウム、アルミニウムおよびリンを含有し、シリカガラスを主成分とするYb添加光ファイバについて、フォトダークニングを抑制すること、および、コアの屈折率上昇を抑えることにより非線形光学効果を抑制することを両立する光ファイバの構成を見出した。
フォトダークニングおよび非線形光学効果を完全に抑制する、すなわちゼロにすることが理想であるが、現実にはこれらを完全に抑制することは困難である。また、フォトダークニングおよび非線形光学効果を完全に抑制するには、製造装置の構成が複雑になり、製造コストが増加するという問題がある。したがって、工業製品としてある程度許容できるレベルまで、フォトダークニングおよび非線形光学効果を抑制するのが現実的な対応である。そこで、本発明では、現実的な数値を「目標値」として設定した。
フォトダークニングの抑制における目標値は、フォトダークニングによる損失増加量が0.5dB以下とした。
非線形光学効果の抑制における目標値は、コアとクラッドとの比屈折率差が0.05%以上かつ0.30%以下とした。
一般に、コアとクラッドとの比屈折率差があまりにも小さい場合、例えば、0.05%未満の場合、光の閉じ込め効果が低いことが知られている。そのため、光ファイバの曲げや光ファイバへの側圧の印加による外部応力や、温度変化による体積変化に伴う応力に対して、光の伝搬状態が不安定になるので実用的でないと判断される。
コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度、コア中の五酸化二リンのモル濃度およびコア中の酸化アルミニウムのモル濃度が大きく変わらない範囲にて、これらのドーパントのモル濃度を微調整し、コアとクラッドとの比屈折率差を変化させたこと以外は実験例1と同様にして、Yb添加光ファイバを数種類作製した。
比屈折率差の小さい光ファイバを作製する場合、屈折率を下げる効果を有するフッ素を適量添加し、比屈折率差を調整した。
この実験例8では、Yb添加光ファイバを、コア径が30μmのステッププロファイルを有したコアとし、クラッド径を400μmとし、その外周を低屈折率樹脂でコーティングし、さらにその外周を高屈折率樹脂コーティングしたダブルクラッドファイバとした。
円柱状の部材に巻き付けた状態の増幅用光ファイバのコアに、波長1060nm、平均パワー1Wのパルス状の種光を入射した。また、クラッドに波長915nm、パワー50Wの励起光を入射して、波長1060nmの光を増幅した。
そして、増幅用光ファイバにより増幅した波長1060nmの光の出力光パワーを測定した。
ここでは、波長フィルタを用いずに、増幅用光ファイバから出力される波長1060nm帯(誘導ラマン散乱光を含む)の出力光パワーを測定した。増幅用光ファイバの長さを、出力光パワーが最大になるように、適宜調整した。
この測定によって得られた、増幅用光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差と、レーザ出力光パワーとの関係を図5に示す。図5に示すグラフにおいて、横軸は増幅用光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差、縦軸は増幅用光ファイバの出口側のレーザ出力光パワーを示す。
以上、本発明において、コアとクラッドとの比屈折率差を0.05%以上とした目標値は、妥当であると考えられる。
コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度、コア中の五酸化二リンのモル濃度およびコア中の酸化アルミニウムのモル濃度が大きく変わらない範囲にて、五酸化二リンのモル濃度と酸化アルミニウムのモル濃度を微調整し、コアとクラッドとの比屈折率差を変化させたこと以外は実験例1と同様にして、Yb添加光ファイバを数種類作製した。
この実験例9では、Yb添加光ファイバを、コア径が30μmのステッププロファイルを有したコアとし、クラッド径を400μmとし、その外周を低屈折率樹脂でコーティングし、さらにその外周を高屈折率樹脂コーティングしたダブルクラッドファイバとした。
増幅用光ファイバの出口側に、波長1100nm以上の光をカットする波長フィルタを配置した。
波長1060nm付近の出力光を増幅する場合、1次の誘導ラマン散乱光は、波長1110nm付近に発生する。
さらに、2次の誘導ラマン散乱光は、波長1160nm付近に発生する。波長1100nm以上の光をカットする目的は、誘導ラマン散乱光の発生を抑制し、ビーム品質の低下を抑制するためである。
この測定によって得られた、増幅用光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差と、レーザ出力光パワーとの関係を図6に示す。図6に示すグラフにおいて、横軸は増幅用光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差、縦軸は波長フィルタを通過したレーザ出力光パワーを示す。
一方、コアとクラッドとの比屈折率差が0.30%を超えると、誘導ラマン散乱光の発生が大きくなり、得られる出力光パワーが著しく低下することが分かった。この実験例9で得られた出力光パワーは、実験例8で得られた出力光パワーよりも僅かに低下している。これは、増幅用光ファイバの出口側に波長フィルタを配置したことによる損失の影響を受けたものと考えられる。そこで、増幅用光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差を0.30%以下とすることにより、出力光パワーを高くできるのは明らかである。
以上、本発明において、コアとクラッドとの比屈折率差を0.30%以下とした目標値は、妥当であると考えられる。
コアにイッテルビウム、アルミニウム、リンおよびゲルマニウムを含有させたYb添加光ファイバを作製した。
二酸化ゲルマニウム(GeO2)を1mol%添加したこと以外は実験例1と同様にして作製した。また実験例1と同様に、コア中の酸化イッテルビウムのモル濃度を0.20mol%で一定とし、コア中の酸化アルミニウムのモル濃度を2.5mol%で一定とし、コア中の五酸化二リンのモル濃度を変化させて、Yb添加光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差の変化を求めた。得られた結果を表1及び図7に示す。
図7に示すように、五酸化二リンのモル濃度が、酸化アルミニウムのモル濃度とほぼ等しい、2.5mol%近傍である場合、コアとクラッドの比屈折率差が最小になることが分かった。また、比屈折率差が最小になる五酸化二リンのモル濃度よりも低濃度の領域、及び高濃度の領域において比屈折率差の変化をほぼ直線で近似できることが判明し、その傾きの絶対値はそれぞれ0.192、0.040であった。これらの傾きは実験例1〜4で得られた結果とほぼ同じであった。実験例1と異なるのは、比屈折率差の最小値の値が0.20%となっていたことであって、実験例1の比屈折率差の最小値の値よりも大きくなった。これは、コアに二酸化ゲルマニウムを含有させたことでコアの屈折率が上昇したことに起因する。
一般的に、ゲルマニウムを含有させたシリカガラスは、二酸化ゲルマニウム1mol%あたり約0.1%の屈折率上昇が起きることが知られている。図7に示す結果を図1に示す結果と比較したところ、いずれの五酸化二リンの濃度の条件においても、比屈折率差の値が0.1%程度大きくなっていた。これは、ゲルマニウムを含有させたことで、一般的に知られている程度の屈折率上昇が生じたものであると考えられる。
すでに述べたように、コアとクラッドの比屈折率差は0.30%以下にすることが好ましい。図1に示す結果では比屈折率差が0.30%以下になる五酸化二リンのモル濃度の範囲は1.5〜7.5mol%と広い範囲であった。一方、図7に示す結果では1.8〜5.0mol%と狭くなってしまっている。したがって、コアにゲルマニウムを含有しないほうが、比屈折率差の観点では好ましいといえる。
Claims (6)
- イッテルビウム、アルミニウムおよびリンを少なくとも含有するコアと、このコアを囲むクラッドと、を備え、
前記コア中の前記リンの五酸化二リン換算モル%と、前記コア中の前記アルミニウムの酸化アルミニウム換算モル%と、が同じであり、
前記コア中の前記イッテルビウムの酸化イッテルビウム換算モル%に対する前記コア中の前記リンの五酸化二リン換算モル%の比が10以上かつ30以下であり、
前記コアと前記クラッドとの比屈折率差が0.05%以上かつ0.30%以下であり、
前記コアおよび前記クラッドがシリカガラスをベースとするガラスから構成されており、
前記酸化イッテルビウム換算モル%をαとすると、前記αは、0.05≦α×0.5≦0.30なる関係を満たす
ことを特徴とするイッテルビウム添加光ファイバ。 - イッテルビウム、アルミニウムおよびリンを少なくとも含有するコアと、このコアを囲むクラッドと、を備え、
前記コア中の前記イッテルビウムの酸化イッテルビウム換算モル%に対する前記コア中の前記リンの五酸化二リン換算モル%の比が10以上かつ30以下であり、
前記コアと前記クラッドとの比屈折率差が0.05%以上かつ0.30%以下であり、
前記コアおよび前記クラッドがシリカガラスをベースとするガラスから構成されており、
前記酸化イッテルビウム換算モル%をα、前記コア中の前記アルミニウムの酸化アルミニウム換算モル%をβ、前記五酸化二リン換算モル%をγとすると、前記α、前記βおよび前記γは、β>γであって、0.05≦(β−γ)×0.19+α×0.5≦0.30なる関係を満たす
ことを特徴とするイッテルビウム添加光ファイバ。 - 前記β及び前記γが、1<(β/γ)≦3なる関係を満たすことを特徴とする請求項2に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
- イッテルビウム、アルミニウムおよびリンを少なくとも含有するコアと、このコアを囲むクラッドと、を備え、
前記コア中の前記イッテルビウムの酸化イッテルビウム換算モル%に対する前記コア中の前記リンの五酸化二リン換算モル%の比が10以上かつ30以下であり、
前記コアと前記クラッドとの比屈折率差が0.05%以上かつ0.30%以下であり、
前記コアおよび前記クラッドがシリカガラスをベースとするガラスから構成されており、
前記酸化イッテルビウム換算モル%をα、前記コア中の前記アルミニウムの酸化アルミニウム換算モル%をβ、前記五酸化二リン換算モル%をγとすると、前記α、前記βおよび前記γは、β<γであって、0.05≦(γ−β)×0.04+α×0.5≦0.30なる関係を満たす
ことを特徴とするイッテルビウム添加光ファイバ。 - 前記β及び前記γが、0.56≦(β/γ)<1なる関係を満たすことを特徴とする請求項4に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
- 前記コアにゲルマニウムを含有しないことを特徴とする
請求項1、2または4のいずれか1項に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
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