JPH03132726A - Rare earth element-added optical fiber - Google Patents

Rare earth element-added optical fiber

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JPH03132726A
JPH03132726A JP1272442A JP27244289A JPH03132726A JP H03132726 A JPH03132726 A JP H03132726A JP 1272442 A JP1272442 A JP 1272442A JP 27244289 A JP27244289 A JP 27244289A JP H03132726 A JPH03132726 A JP H03132726A
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Japan
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core
rare earth
earth element
optical fiber
refractive index
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Japanese (ja)
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Ryozo Yamauchi
良三 山内
Taiichiro Tanaka
大一郎 田中
Yoshihiro Ouchi
大内 義博
Akira Wada
朗 和田
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06754Fibre amplifiers
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B37/01433Reactant delivery systems for delivering and depositing additional reactants as liquids or solutions, e.g. for solution doping of the porous glass preform
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Abstract

PURPOSE:To provide the rare earth element-added optical fiber which has high efficiency and can make stable amplification without degrading the amplification degree by the intensity distribution of stimulating light by providing a 1st core added with the rare earth element in he central part of the core and providing a 2nd core on the outside thereof, then forming a clad having the refractive index lower than the refractive index of the 2nd core on the outside of the 2nd core. CONSTITUTION:The core is divided to two regions; the 1st core 5 and the 2nd core 6. The rare earth element is added only to the inside of the 1st core 5. The 2nd core 6 is formed to flatten the power density distribution of the stimu lating light in the 1st core 5 by confining the light transmitted in the optical fiber 1 into the 1st core 5 and is designed to have the refractive index higher than the refractive index of he clad 7. Further, Er which is a laser active mate rial is added only into the 1st core 5 and, therefore, the Er in any part of the 1st core 5 is uniformly and sufficiently stimulated by the stimulating light, by which the stable light amplification is executed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ この発明は、レーザや光パワーアンプ等の増幅媒体とし
て使用される高効率で高増幅率の希土類元素添加光ファ
イバに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a rare earth element-doped optical fiber with high efficiency and high amplification rate, which is used as an amplification medium for lasers, optical power amplifiers, and the like.

「従来の技術1 近年、Nd(ネオジム)、Er(エルビウム)等の希土
類元素をコアに添加した単一モード光ファイバが開発さ
れ、光フアイバレーザ、光パワーアンプ等をはじめとす
る光センサおよび光通信の分野での利用の可能性を有す
ることが報告されている。
``Conventional technology 1'' In recent years, single-mode optical fibers with rare earth elements such as Nd (neodymium) and Er (erbium) added to the core have been developed. It has been reported that it has potential for use in the field of communications.

第17図は、この希土類元素添加光ファイバを用いた光
増幅器の一例を示したものであって、符号10は希土類
元素添加光ファイバである。この希土類元素添加光ファ
イバ10はコア内に希土類元素をレーザ活性物質として
均一に添加してなるものであうて、その一端には光ファ
イバカプラ2が、他端には波長フィルタ3がそれぞれ接
続されている。光フアイバカプラ2は、波長λaの信号
光(入射光)と、この信号光を励起させるための波長λ
pの励起光とを合波した後、上記希土類元素添加光ファ
イバIO内に入射させるためのものである。この光フア
イバカプラ2の入射端2 a、 2 bにはそれぞれ図
示せぬ光源が接続されており、波長λaの信号光と波長
λpの励起光を入射できるようになっているとともに、
一方の出射端2cには、希土類元素添加光ファイバ10
が接続され、他方の出射端2dは無反射終端4となって
いる。波長フィルタ3は希土類元素添加光ファイバIO
内で、励起光によって増幅された信号光を分離するため
のらのであって、波長λaの光のみを透過するようにな
っている。
FIG. 17 shows an example of an optical amplifier using this rare-earth element-doped optical fiber, and reference numeral 10 indicates the rare-earth element-doped optical fiber. This rare earth element-doped optical fiber 10 has a core uniformly doped with a rare earth element as a laser active substance, and an optical fiber coupler 2 is connected to one end of the fiber, and a wavelength filter 3 is connected to the other end. There is. The optical fiber coupler 2 receives a signal light (incident light) having a wavelength λa and a wavelength λ for exciting this signal light.
After combining the pump light with the p excitation light, it is made to enter the rare earth element-doped optical fiber IO. A light source (not shown) is connected to the input ends 2 a and 2 b of the optical fiber coupler 2, respectively, so that a signal light having a wavelength λa and a pumping light having a wavelength λp can be input thereto.
A rare earth element-doped optical fiber 10 is provided at one output end 2c.
are connected, and the other output end 2d serves as a non-reflection termination 4. Wavelength filter 3 is rare earth element doped optical fiber IO
Inside, there is a trap for separating the signal light amplified by the excitation light, and it is designed to transmit only the light having the wavelength λa.

この光増幅器を作動させるには、波長λaの信号光と波
長λpの励起光をそれぞれ光フアイバカプラ2の入射端
2a、2bから入射せしめ、出射端2cに接続された希
土類元素添加光フアイバ10内に導波する。すると希土
類元素添加光フアイバ10内に添加された希土類元素が
、この励起光によって励起される。ここに信号光が伝播
されると、励起状態となった希土類元素により信号光は
数dB増幅される。そして希土類元素添加光ファイバI
Oから増幅された信号光と励起光とが共に出射されるの
で、波長フィルタ3によって信号光のみを取り出し、か
くして信号光が増幅されることとなる。
In order to operate this optical amplifier, a signal light having a wavelength λa and a pumping light having a wavelength λp are made to enter the optical fiber coupler 2 from the input ends 2a and 2b, respectively, and enter the rare earth element-doped optical fiber 10 connected to the output end 2c. to guide the wave. Then, the rare earth element doped into the rare earth element-doped optical fiber 10 is excited by this excitation light. When the signal light is propagated here, the signal light is amplified by several dB due to the rare earth element in an excited state. And rare earth element doped optical fiber I
Since both the amplified signal light and the excitation light are emitted from O, only the signal light is extracted by the wavelength filter 3, and thus the signal light is amplified.

なおここで希土類元素添加光ファイバ10をレーザ媒質
として高効率で動作させるには、コア中に添加された希
土類元素を励起さ仕るに充分な強度の励起光を入射させ
ることが重要である。
In order to operate the rare earth element-doped optical fiber 10 as a laser medium with high efficiency, it is important to inject excitation light with sufficient intensity to excite the rare earth element doped into the core.

[発明が解決しようとする課題] ところで単一モード光ファイバ中を伝送される波長λい
 え2、λ3(ただしλ1〉λ2〉λ3)の光のパワー
密度の分布は、それぞれ第18図中に一点鎖線、二点鎖
線、破線で示したように、いずれもガウス分布に近い分
布を示す。そして伝送光の波長が短くなるに従ってコア
内への光のとじ込めが高くなり、コアとクラッドとの境
界部分7こおける分布曲線の立ち上がりの急峻塵が大き
くなる。よってコア中心部分での伝送光のパワー密度は
非常に高くなるものの、コアとクラッドとの境界部分で
のそれはコア中心部分に比較して急激に低下する。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, the power density distributions of light at wavelengths λ2 and λ3 (where λ1>λ2>λ3) transmitted through a single mode optical fiber are shown in Fig. 18, respectively. As shown by the one-dot chain line, two-dot chain line, and the broken line, all of them show distributions close to Gaussian distribution. As the wavelength of the transmitted light becomes shorter, the confinement of light within the core becomes higher, and the steepness of the rise of the distribution curve at the boundary 7 between the core and the cladding becomes larger. Therefore, although the power density of the transmitted light at the center of the core becomes very high, the power density at the boundary between the core and the cladding decreases rapidly compared to the center of the core.

ここで3準位レーザとなるエルビウム添加光ファイバを
例にすると、信号光(波長λa)と励起光(波長λp)
との間には常にλa〉λpの関係が成立するので、たと
えばλa=1.55μmの信号光を増幅する場合には、
励起光の波長としてλp二1,48μmらしくは0.9
8μmなどが選択される。ところが励起光の波長は短い
ので、クラブトとの境界部分のコアでは、エルビウムの
励起に充分なパワー密度が得られなくなる。
Taking an erbium-doped optical fiber that becomes a three-level laser as an example, signal light (wavelength λa) and pumping light (wavelength λp)
Since the relationship λa>λp always holds between
The wavelength of the excitation light is λp21.48 μm, which is 0.9
8 μm or the like is selected. However, since the wavelength of the excitation light is short, sufficient power density for excitation of erbium cannot be obtained in the core at the boundary with the club.

一方、波長λa=1.535μmの信号光を波長λp=
1.48μmの励起光で増幅した場合の励起光のパワー
密度と信号光の増幅度との関係は第19図に示したよう
な関係となる。励起光のパワー密度がある一定値に以下
であると、信号光の増幅は行なわれずに減衰領域となる
。そしてこの減衰か希土類元素添加光ファイバ10の増
幅度の利得を低減させる要因となるので、希土類元素添
加光ファイバIQにおいては、クラッドとの境界部分で
の増幅度は、コア中心部での増幅度と大きく異なる。さ
らに増幅度は励起光の波長によっても大きく変化するの
で、信号光を高効率でかつ安定して増幅することは困難
であった。
On the other hand, the signal light with wavelength λa = 1.535 μm has wavelength λp =
The relationship between the power density of the pumping light and the amplification degree of the signal light when amplified with the pumping light of 1.48 μm is as shown in FIG. 19. When the power density of the pumping light is below a certain value, the signal light is not amplified and becomes an attenuation region. This attenuation is a factor that reduces the gain of the amplification of the rare earth element-doped optical fiber 10, so in the rare earth element-doped optical fiber IQ, the amplification at the boundary with the cladding is equal to the amplification at the center of the core. It is very different. Furthermore, since the degree of amplification varies greatly depending on the wavelength of the pumping light, it has been difficult to amplify signal light with high efficiency and stability.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであ
って、高効率でしかも励起光の強度分布により増幅度が
低下せずに安定した増幅を行い得る希土類元素添加光フ
ァイバを提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a rare earth element-doped optical fiber that is highly efficient and can perform stable amplification without decreasing the amplification degree due to the intensity distribution of excitation light. The purpose is

[課題を解決するための手段] この発明の請求項I記載の希土類元素添加光ファイバは
、コアとクラッドとを具備してなり、コアの中心部に希
土類元素が添加された第1のコアが設けられ、その外方
に第2のコアが設けられ、第2のコアの外方に第2のコ
アより低屈折率のクラッドが形成されてなることを解決
手段とした。
[Means for Solving the Problems] A rare earth element-doped optical fiber according to claim I of the present invention comprises a core and a cladding, and a first core doped with a rare earth element in the center of the core. The solution is that a second core is provided outside the second core, and a cladding having a refractive index lower than that of the second core is formed outside the second core.

またこの発明の請求項2記載の希土類元素添加光ファイ
バは、第1のコアの屈折率が第2のコアの屈折率よりも
低い単一モードファイバであることを解決手段とした。
The rare earth element-doped optical fiber according to claim 2 of the present invention is a single mode fiber in which the refractive index of the first core is lower than the refractive index of the second core.

[作用コ レーザ活性物質として希土類元素を添加してなる第1の
コアとクラッドとの間に第2のコアを介在させたので、
伝送される光のパワー密度は第2のコア内にて急峻に変
化する。よって第1のコア内を伝送される励起光のパワ
ー密度の分布は均一となり、増幅度を低減さ什る要因か
なくなるので、信号光の増幅を高効率かつ安定に行うこ
とができる。
[Action Since the second core is interposed between the first core and the cladding, which are made by adding a rare earth element as a colaser active material,
The power density of the transmitted light changes sharply within the second core. Therefore, the power density distribution of the pumping light transmitted within the first core becomes uniform, and the factors that reduce the amplification degree are eliminated, so that the signal light can be amplified with high efficiency and stability.

以下、この発明の詳細な説明する。The present invention will be described in detail below.

第1図はこの発明の請求項1記載の希土類元素添加光フ
ァイバの一例を示したものである。
FIG. 1 shows an example of a rare earth element-doped optical fiber according to claim 1 of the present invention.

この希土類元素添加光ファイバ1が第17図中に示した
従来のものと異なるところは、コアを第1のコア5と第
2のコア6との二つの領域に分け、第1のコア5内にの
み希土類元素を添加したところである。
This rare earth element-doped optical fiber 1 differs from the conventional one shown in FIG. 17 by dividing the core into two regions, a first core 5 and a second core 6, and Rare earth elements have been added only to.

この第2のコア6は、光フアイバl内を伝送される光を
第1のコア5内に閉じ込めて、第1のコア5内において
励起光のパワー密度分布が平坦となるようにするための
ものであって、クラッド7よりも高屈折率となるように
設計されている。
This second core 6 confines the light transmitted within the optical fiber 1 within the first core 5 so that the power density distribution of the excitation light within the first core 5 becomes flat. It is designed to have a higher refractive index than the cladding 7.

第1のコア5に希土類元素としてEr(エルビウム)を
t o o ppmの濃度で添加し、第1のコア5の屈
折率n5、第2のコア6の屈折率n6、クラッド7の屈
折率n7とを、n、−1i、= I 、458、n7=
1.452とした場合の希土類元素添加光ファイバlの
屈折率分布とEr添加濃度分布と波長λaの信号光およ
び波長λpの励起光のパワー密度分布とを第2図に併什
て示した。
Er (erbium) as a rare earth element is added to the first core 5 at a concentration of t o ppm, and the refractive index of the first core 5 is n5, the refractive index of the second core 6 is n6, and the refractive index of the cladding 7 is n7. and, n, -1i, = I, 458, n7=
1.452, the refractive index distribution and Er doping concentration distribution of the rare earth element-doped optical fiber l and the power density distribution of the signal light with wavelength λa and the pumping light with wavelength λp are also shown in FIG.

このような構成の希土類元素添加光ファイバ1にあって
は、伝送光は第2のコア6によって第1のコア5内に閉
じ込められ、第1のコア5内における光のパワー密度分
布は平坦なものとなるとともに、第1のコア5内にのみ
レーザ活性物質のErが添加されているので、第1のコ
ア5のいずれの部分のErも励起光によって均一かつ充
分に励起されるようになる。よって安定な光増幅を行う
ことができる。
In the rare earth element-doped optical fiber 1 having such a configuration, the transmitted light is confined within the first core 5 by the second core 6, and the power density distribution of the light within the first core 5 is flat. In addition, since the laser active material Er is added only in the first core 5, the Er in any part of the first core 5 can be uniformly and sufficiently excited by the excitation light. . Therefore, stable optical amplification can be performed.

なお第1のコア5内に添加する希土類元素としてErの
ほか、Nd(ネオジム)、yb(イッテリビウム)、S
m(サマリウム)を用いることができる。これら希土類
元素の添加濃度は、希土類元素添加光ファイバIのコア
径および屈折率等によって適宜選択されるが、0.1〜
2000 ppm程度が好適である。ただし必要とする
性能によっては110000pp程度添加することもで
きる。
In addition to Er, rare earth elements added to the first core 5 include Nd (neodymium), yb (ytterbium), and S.
m (samarium) can be used. The doping concentration of these rare earth elements is appropriately selected depending on the core diameter and refractive index of the rare earth element-doped optical fiber I, but it ranges from 0.1 to
Approximately 2000 ppm is suitable. However, depending on the required performance, it is also possible to add about 110,000 pp.

またこの発明の請求項2記載の希土類元素添加光ファイ
バは、第1のコア5の屈折率n、を第2のコア6との屈
折率n8よりも低い単一モードファイバである。
The rare earth element-doped optical fiber according to claim 2 of the present invention is a single mode fiber in which the refractive index n of the first core 5 is lower than the refractive index n8 of the second core 6.

第1のコア5に希土類元素としてEr(エルビウム)を
200 ppmの濃度で添加し、第1のコア5の屈折率
n5、第2のコア6の屈折率n8、クラッド7の屈折率
n7とを、n、=1.473、n5=r+t= I 、
458とした場合の希土類元素添加光ファイバ1の屈折
率分布とEr添加濃度分布と波長λaの信号光および波
長λpの励起光のパワー密度分布とを第3図に併せて示
した。第3図に示した希土類元素添加光ファイバでは、
第1のコア5の屈折率n5がクラッド7の屈折率n7と
同様に低く設定されているにもかかわらず、光のパワー
密度分布は充分な大きさを有するが、これは屈折率の高
い第2のコア6にて伝送光のエネルギーが保持され、単
一モード伝送の光のパワー密度分布がファイバの屈折率
にあまり大きく依存しないという性質を利用1−たちの
である。そしてこのように第1のコア5の屈折率をクラ
ッド7の屈折率と等しくすることにより、第1のコア5
内での励起光のパワー密度分布をより一層均−とするこ
とができる。さらにこのようにすると第1のコア5の屈
折率が低くても良いので、第1のクラッド5に屈折率を
調整するためのドーパントを添加する必要がなくなり、
製造時に希土類元素を所望濃度にて添加しやすくなると
いう利点もある。
Er (erbium) as a rare earth element is added to the first core 5 at a concentration of 200 ppm, and the refractive index n5 of the first core 5, the refractive index n8 of the second core 6, and the refractive index n7 of the cladding 7 are set. ,n,=1.473,n5=r+t=I,
FIG. 3 also shows the refractive index distribution, Er doping concentration distribution, and power density distribution of the signal light of wavelength λa and the pumping light of wavelength λp of the rare earth element-doped optical fiber 1 in the case of 458. In the rare earth element-doped optical fiber shown in Figure 3,
Although the refractive index n5 of the first core 5 is set as low as the refractive index n7 of the cladding 7, the optical power density distribution is sufficiently large. The energy of the transmitted light is retained in the core 6 of the fiber 2, and the power density distribution of the light transmitted in a single mode does not greatly depend on the refractive index of the fiber. By making the refractive index of the first core 5 equal to the refractive index of the cladding 7 in this way, the first core 5
It is possible to make the power density distribution of the excitation light even more uniform within the interior. Furthermore, by doing this, the refractive index of the first core 5 may be low, so there is no need to add a dopant to the first cladding 5 to adjust the refractive index.
Another advantage is that rare earth elements can be easily added at a desired concentration during production.

またこの発明の希土類元素添加光ファイバは、1.45
〜1.60μmの波長領域にて、波長分散を0とするこ
とができる。石英系光ファイバの最低損失帯の1.45
〜1゜60μmにおいて波長分散をOとするには、第1
のコア5と第2のコア6の屈折率分布形状およびコア径
を適宜調整することにより実現することができる。これ
によりこの発明の希土類元素添加光ファイバを分散シフ
ト型光ファイバとすることも可能である。
Further, the rare earth element-doped optical fiber of the present invention has a 1.45
The wavelength dispersion can be made zero in the wavelength range of ~1.60 μm. 1.45, the lowest loss band of silica-based optical fiber
To set the wavelength dispersion to O at ~1°60 μm, the first
This can be realized by appropriately adjusting the refractive index distribution shape and core diameter of the core 5 and the second core 6. Thereby, it is also possible to use the rare earth element-doped optical fiber of the present invention as a dispersion-shifted optical fiber.

たとえば上記第2図に示した希土類元素添加光ファイバ
にあっては第2のコア6とクラッド7との比屈折率差の
最大値を約1%とし、コア径を約4.2μmとすること
により1.55μm波長帯における波長分散をほぼ0と
した分散シフトファイバとすることができる。
For example, in the rare earth element-doped optical fiber shown in FIG. 2 above, the maximum value of the relative refractive index difference between the second core 6 and the cladding 7 is approximately 1%, and the core diameter is approximately 4.2 μm. As a result, a dispersion-shifted fiber with almost zero chromatic dispersion in the 1.55 μm wavelength band can be obtained.

上記説明した希土類元素添加光ファイバを製造するには
、第1のコア5とされる心棒を用意し、この心棒の外周
面に第2のコア6およびクラッド7となるガラスをそれ
ぞれ外付は法等により形成してプリフォームとした後に
、このプリフォームを溶融紡糸して光ファイバとする方
法のほか、上記心棒を別途用意したガラスチューブ中に
挿入してプリフォームとした後、このプリフォームを溶
融紡糸して光ファイバとする方法などを用いることがで
きる。
In order to manufacture the above-described rare earth element-doped optical fiber, a mandrel serving as the first core 5 is prepared, and glasses serving as the second core 6 and the cladding 7 are attached externally to the outer peripheral surface of this mandrel. In addition to the method of forming an optical fiber by melt-spinning the preform into a preform, or by inserting the mandrel into a separately prepared glass tube to form a preform, A method such as melt spinning into an optical fiber can be used.

なお上記の例はいずれも第1のコアの外周に第2のコア
とクラッドとを形成してなるものであるが、この発明の
希土類元素添加光ファイバはこれらの例に限られるもの
ではなく、第2のコアとクラッドとの間に第3、第4の
コアを設けても良い。
In addition, although all of the above examples are formed by forming a second core and a clad around the outer periphery of the first core, the rare earth element-doped optical fiber of the present invention is not limited to these examples. Third and fourth cores may be provided between the second core and the cladding.

以下、各製造方法を製造工程に沿って説明する。Each manufacturing method will be explained below along with the manufacturing process.

(製造方法l) (工程l) まず希土類元素が所定濃度で添加されてなる心棒を用意
する。この心棒は第1のコア5となるものであって、所
定屈折率の石英ガラスにレーザ活性物質となるE3Nd
、Yb、Smの希土類元素を所定濃度にて添加してなる
ものである。このような心棒はプラズマ火炎を利用した
方法、VAD法を利用した方法などを用いて製造するこ
とができる。
(Manufacturing method 1) (Step 1) First, a mandrel to which a rare earth element is added at a predetermined concentration is prepared. This mandrel becomes the first core 5, and is made of quartz glass with a predetermined refractive index and E3Nd, which is a laser active material.
, Yb, and Sm are added at predetermined concentrations. Such a mandrel can be manufactured using a method using a plasma flame, a method using a VAD method, or the like.

プラズマ火炎を利用した方法(特願昭62−15336
5号等にて報告されている。)では、第4図に示したよ
うに、高周波発振器8によって形成された高温のプラズ
マ火炎9中に、四塩化けい素と添加すべき希土類元素の
塩化物とをA+’等の不活性ガス中に希釈してなる原料
ガスを吹き込み、酸化させて石英中に希土類元素が添加
された心棒を得ることができる。
Method using plasma flame (Patent application 15336/1986)
It is reported in No. 5, etc. ), as shown in FIG. 4, silicon tetrachloride and the chloride of the rare earth element to be added are placed in an inert gas such as A+' into a high-temperature plasma flame 9 formed by a high-frequency oscillator 8. A mandrel in which rare earth elements are added to quartz can be obtained by blowing raw material gas diluted into quartz and oxidizing it.

またVAD法を利用した方法では、まず第5図に示した
ように水素と酸素と四塩化けい素とを酸水素バーナ12
に供給し、酸水素火炎13中で燃焼させてガラス微粒子
を堆積させてスート14を作製する。そしてこのスート
14を第6図に示したように、希土類元素を液体中に溶
解もしくは分散させてしてなる浸漬液15中に浸漬し、
多孔質のスート14中に希土類元素を充分に含浸させる
In addition, in a method using the VAD method, hydrogen, oxygen, and silicon tetrachloride are first heated in an oxyhydrogen burner 12 as shown in FIG.
The soot 14 is produced by supplying soot to the glass and burning it in an oxyhydrogen flame 13 to deposit glass particles. Then, as shown in FIG. 6, this soot 14 is immersed in an immersion liquid 15 made by dissolving or dispersing rare earth elements in the liquid,
The rare earth element is sufficiently impregnated into the porous soot 14.

ついでこの希土類元素が含浸されたスート14を第7図
に示したようにして加熱乾燥させた後、加熱炉16内で
加熱して多孔質のスート14を透明ガラス化して石英中
に希土類元素が添加されてなる心棒11とする。第8図
にこの工程を示した。
Next, the soot 14 impregnated with the rare earth element is heated and dried as shown in FIG. 7, and then heated in the heating furnace 16 to turn the porous soot 14 into transparent vitrification, so that the rare earth element is contained in the quartz. A mandrel 11 is obtained by adding the above. FIG. 8 shows this process.

なおこのようにして得られた心棒IIには、希土類元素
のほかに、その屈折率を調整する目的で、G eo t
 P to s、F 、B to 3等のドーパントを
添加してもよい。
In addition to rare earth elements, the mandrel II obtained in this manner contains Geot
Dopants such as P to s, F 2 and B to 3 may be added.

(工程2) 上記工程1にて得られた心棒Itの外周面上に第2のコ
ア6となるガラス部材を形成する。このガラス部材を形
成する方法としては、第9図に示したように、心棒11
の外周面にスート17を堆積させる。このスートI7は
酸水素バーナ12に供給された水素、酸素、四塩化けい
素を、酸水素火炎I3内で燃焼させることにより堆積す
ることができる。そして心棒11を回転させつつ、酸水
素バーナ12を心棒11の長尺方向に沿って繰り返し往
復させることにより心棒11の外周面上にスートI7を
均一に堆積させることができる。なおスートを堆積させ
る際に第2のコアの屈折率を調整する目的でドーパント
を添加しても良いのはいうまでもない。
(Step 2) A glass member that will become the second core 6 is formed on the outer peripheral surface of the mandrel It obtained in Step 1 above. As a method of forming this glass member, as shown in FIG.
Soot 17 is deposited on the outer peripheral surface of. This soot I7 can be deposited by burning hydrogen, oxygen, and silicon tetrachloride supplied to the oxyhydrogen burner 12 in the oxyhydrogen flame I3. Then, by repeatedly moving the oxyhydrogen burner 12 back and forth along the longitudinal direction of the mandrel 11 while rotating the mandrel 11, the soot I7 can be uniformly deposited on the outer peripheral surface of the mandrel 11. It goes without saying that a dopant may be added for the purpose of adjusting the refractive index of the second core when depositing soot.

ついで所定量のスート17が堆積された心棒11を第1
0図に示したように加熱炉!6内にて加熱して上記スー
ト17を透明ガラス化させてコアプリフォーム18とす
る。
Next, the mandrel 11 on which a predetermined amount of soot 17 has been deposited is placed in the first
0Heating furnace as shown in figure! The soot 17 is heated in a chamber 6 to make the soot 17 transparent and vitrified to form a core preform 18.

(工程3) ついで上記コアプリフォーム18の外周面上にクラッド
7となるガラス部材を形成する。このクラッド7となる
ガラス部材の製造には、まず上記工程2と同様にコアプ
リフォーム18の外周面上にスート!7を堆積させる。
(Step 3) Next, a glass member that will become the cladding 7 is formed on the outer peripheral surface of the core preform 18. To manufacture the glass member that will become the cladding 7, first, as in step 2 above, soot is placed on the outer peripheral surface of the core preform 18. Deposit 7.

ついでこのスート17が堆積されたコアプリフォーム1
8を加熱して透明ガラス化するとともに屈折率の調整を
行う。
Next, core preform 1 on which this soot 17 was deposited
8 is heated to make it transparent and vitrified, and its refractive index is adjusted.

これにはスート17の透明ガラス化を行う加熱炉内に、
フッ素等のガラスの屈折率を低下させるドーパントを添
加する方法等を用いることができる。
For this, inside the heating furnace where soot 17 is made into transparent vitrification,
A method of adding a dopant such as fluorine that lowers the refractive index of glass can be used.

このようにするとコアプリフォームI8上に堆積された
スート17を透明ガラス化すると共に、スート17内に
のみドーパントを含浸させることができる。かくして第
11図に示したような屈折率分布を示すプリフォームを
得ることができる。
In this way, the soot 17 deposited on the core preform I8 can be made transparent and vitrified, and only the soot 17 can be impregnated with the dopant. In this way, a preform having a refractive index distribution as shown in FIG. 11 can be obtained.

なお必要に応じてこの工程を複数回数繰り返して行うこ
とにより、所定のコア径およびクラツド径を有するプリ
フォームを製造することができる。
Note that by repeating this process a plurality of times as necessary, a preform having a predetermined core diameter and cladding diameter can be manufactured.

(工程4) 上記工程3にて得られたプリフォームを溶融紡糸して所
定径の希土類元素添加光ファイバとすることができる。
(Step 4) The preform obtained in Step 3 above can be melt-spun into a rare earth element-doped optical fiber having a predetermined diameter.

(製造方法2) 上記製造方法Iのほかロッド・イン・チューブ法により
この発明の希土類元素添加光ファイバを製造することも
できる。
(Manufacturing Method 2) In addition to the above manufacturing method I, the rare earth element-doped optical fiber of the present invention can also be manufactured by a rod-in-tube method.

以下にロッド・イン・チューブ法による製造方法を説明
する。
The manufacturing method using the rod-in-tube method will be explained below.

(工程l) 上記製造方法lの工程1と全く同様にして石英ガラス中
に希土類元素が添加されてなる心棒11を製造する。
(Step 1) Mandrel 11 made of quartz glass doped with a rare earth element is manufactured in exactly the same manner as Step 1 of manufacturing method 1 above.

(工程2) 上記工程lとは別途に、高屈折率材料からなるコアと低
屈折率材料からなるクラッドとからなる母材19を作製
する。この母材19は従来のVAD法、外付は法等の従
来方法によって製造することができる。
(Step 2) Separately from Step 1 above, a base material 19 consisting of a core made of a high refractive index material and a cladding made of a low refractive index material is produced. This base material 19 can be manufactured by a conventional method such as a conventional VAD method or an external attachment method.

このようにして得られた母材19のコア部内を貫通する
孔20を形成してチューブ21とする。
A tube 21 is formed by forming a hole 20 passing through the core of the base material 19 thus obtained.

この孔20の径は、上記工程lにて作製された心棒11
の直径よりも大きくかつ母材19のコア径よりも小さい
ものである。
The diameter of this hole 20 is determined by the diameter of the mandrel 11 produced in step 1 above.
is larger than the diameter of the base material 19 and smaller than the core diameter of the base material 19.

そして第13図に示したように、チューブ21に形成さ
れた孔20内に心棒Itを挿入する。
Then, as shown in FIG. 13, the mandrel It is inserted into the hole 20 formed in the tube 21.

(工程3) 次に第14図に示したように心棒11が挿入されたチュ
ーブ21を回転させつつ、加熱バーナ22をチューブ2
1の長尺方向にそって往復させてチューブ21を加熱す
ることによって、チューブ21の径を縮小するとともに
、心棒11とチューブ21とを一体化させて、プリフォ
ームとすることができる。
(Step 3) Next, as shown in FIG. 14, while rotating the tube 21 into which the mandrel 11 is inserted, the heating burner 22 is
By heating the tube 21 by reciprocating it along the longitudinal direction of the tube 1, the diameter of the tube 21 can be reduced, and the mandrel 11 and the tube 21 can be integrated into a preform.

(工程4) 上記製造方法1の工程4と全く同様にしてプリフォーム
を溶融紡糸してこの発明の希土類元素添加光ファイバと
することができる。
(Step 4) The rare earth element-doped optical fiber of the present invention can be obtained by melt-spinning the preform in exactly the same manner as Step 4 of the manufacturing method 1 above.

なおこの製造方法2においても、上記製造方法1と全く
同様にして母材19のコアおよびクラッド部分さらには
心棒11に、屈折率調整のためのドーパントを適宜添加
しても良い。
In this manufacturing method 2 as well, a dopant for adjusting the refractive index may be appropriately added to the core and cladding portions of the base material 19 as well as to the mandrel 11 in exactly the same manner as in the manufacturing method 1 described above.

[実施例] (実施例1) 第4図に示したと同様の高周波プラズマ装置を用いて、
屈折率1.458の石英中にEr(エルビウム)が約1
00 ppmで添加された心棒を直径4mmにて製造し
た。
[Example] (Example 1) Using a high frequency plasma device similar to that shown in Fig. 4,
Er (erbium) is about 1 in quartz with a refractive index of 1.458.
Mandrels doped at 0.00 ppm were manufactured with a diameter of 4 mm.

ついでこの心棒の外表面上に第9図および第10図に示
したような工程の外付は法により第2のコアとなる屈折
率−1,458のガラス部材を堆積させて直径約6+n
mのコアプリフォームを得た。さらにこのコアプリフォ
ームの外表面にクラッドとなる屈折率1.452のガラ
ス部材を、第2の°コアとなるガラス部材と同様にして
堆積させて直径40mmのプリフォームとした。
Next, on the outer surface of this mandrel, a glass member having a refractive index of -1,458, which will become a second core, is deposited by the process shown in FIGS. 9 and 10 to form a diameter of about 6+n.
A core preform of m was obtained. Furthermore, a glass member having a refractive index of 1.452, which will serve as a cladding, was deposited on the outer surface of this core preform in the same manner as the glass member which would serve as a second core, thereby forming a preform with a diameter of 40 mm.

ついでこのプリフォームを溶融紡糸して直径125μm
のこの発明の希土類元素添加光ファイバを得た。この希
土類元素添加光ファイバの屈折率分布、波長1.55μ
mの信号光と波長1.48μmの励起光のパワー分布分
布を調べたところ第2図に示したような分布を示した。
This preform was then melt-spun to a diameter of 125 μm.
A rare earth element-doped optical fiber of this invention was obtained. Refractive index distribution of this rare earth element-doped optical fiber, wavelength 1.55μ
When the power distribution of the signal light of m wavelength and the pumping light of wavelength of 1.48 μm was investigated, the distribution as shown in FIG. 2 was obtained.

この希土類元素添加光ファイバ15mを用いて第17図
に示したと同様の光増幅器を製造し、励起光のパワーを
45mWとして、この光増幅器の利得の波長依存性につ
いて調べたところ第15図に示したような結果が得られ
、波長1.535μmにて25’dBという高い利得で
光増幅を行えることが確認できた。
An optical amplifier similar to that shown in FIG. 17 was manufactured using 15 m of this rare-earth element-doped optical fiber, and the wavelength dependence of the gain of this optical amplifier was investigated using a pumping light power of 45 mW, as shown in FIG. 15. The results shown above were obtained, and it was confirmed that optical amplification could be performed with a high gain of 25'dB at a wavelength of 1.535 μm.

(実施例2) エルビウムを200 ppmの濃度で添加した以外は上
記実施例1と全く同様にして直径4mmの心棒を製造し
た。
(Example 2) A mandrel with a diameter of 4 mm was manufactured in the same manner as in Example 1 above, except that erbium was added at a concentration of 200 ppm.

この心棒に第2のコアとなる屈折率1.473のガラス
部材を、5iCI24、H2,0,からなる原料ガスに
四塩化ゲルマニウムを添加して第9図に示したと同様の
外付は法にてゲルマニウムがドープされたスートを堆積
させた。ついでさらにこの上に、外付は法によってゲル
マニウムがドープされていないスートを堆積させた後、
1600℃で加熱して透明ガラス化を行い、直径30m
mのプリフォームを作製した。
It is illegal to attach a glass member with a refractive index of 1.473, which will become the second core, to this mandrel and add germanium tetrachloride to the raw material gas consisting of 5iCI24, H2,0, as shown in Figure 9. germanium-doped soot was deposited. Then, on top of this, a soot which is not doped with germanium is deposited by an external method.
Heated at 1600℃ to make it transparent and vitrified, making it 30m in diameter.
A preform of m was produced.

ついでこのプリフォームを上記実施例1と同様に溶融紡
糸して、直径125μmの希土類元素添加光ファイバと
した。
This preform was then melt-spun in the same manner as in Example 1 to obtain a rare earth element-doped optical fiber having a diameter of 125 μm.

このようにして得られた希土類元素添加光ファイバの屈
折率分布、波長1.55μmの信号光と波長1.48μ
mの励起光のパワー密度分布を調べたところ第3図に示
したような分布を示した。
Refractive index distribution of the rare earth element-doped optical fiber obtained in this way, signal light with a wavelength of 1.55 μm and signal light with a wavelength of 1.48 μm.
When the power density distribution of the excitation light of m was investigated, it showed a distribution as shown in FIG.

なおこの実施例2の希土類元素添加光ファイバでは第1
のコアの屈折率がクラッドのそれと等しくなっているに
もかかわらず、伝送光が第1のコア内に十分に閉じ込め
られるのは、単一モードファイバのモードのパワー密度
分布がファイバの屈折率に大きくは依存しない性質があ
るためである。
In addition, in the rare earth element-doped optical fiber of Example 2, the first
Even though the refractive index of the core is equal to that of the cladding, the transmitted light is sufficiently confined within the first core because the power density distribution of the mode of the single mode fiber changes to the refractive index of the fiber. This is largely due to the fact that it has a property that does not depend on it.

この希土類元素添加光ファイバ12mを用いて第12図
に示したと同様の光増幅器を製造、し、励起光のパワー
を40mWとして、この光増幅器の利得の波長依存性に
ついて調べたところ第16図に示したような結果が得ら
れ、励起光の強度が低いにもかかわらず、波長1535
μmにて25dBという高い増幅を行えることが確認で
きた。
An optical amplifier similar to that shown in Fig. 12 was manufactured using 12 m of this rare-earth element-doped optical fiber, and the wavelength dependence of the gain of this optical amplifier was investigated using a pumping light power of 40 mW, as shown in Fig. 16. The results shown were obtained, and even though the intensity of the excitation light was low, the wavelength was 1535.
It was confirmed that a high amplification of 25 dB in μm could be achieved.

(実施例3) 上記実施例1と全く同様にしてエルビウムが100 p
pmの濃度で添加された心棒を製造した。
(Example 3) In exactly the same manner as in Example 1 above, 100 p of erbium was added.
Mandrels were prepared doped at a concentration of pm.

また一方で、中心部の屈折率が1.458、周辺部の屈
折率が1.452となっている母材を製造し、この母材
のコア部を貫通する孔を形成してチューブとした。つい
でこのチューブの孔内に上記心棒を挿入し、第14図に
示したと同様にしてコラプスさせてプリフォームを得た
。このプリフォームを上記実施例1と全く同様にして溶
融紡糸したところ、実施例1と同様の構成の希土類元素
添加光ファイバが得られた。
On the other hand, a base material with a refractive index of 1.458 at the center and 1.452 at the periphery was manufactured, and a hole was formed through the core of this base material to form a tube. . The mandrel was then inserted into the hole of this tube and collapsed in the same manner as shown in FIG. 14 to obtain a preform. When this preform was melt-spun in exactly the same manner as in Example 1, a rare earth element-doped optical fiber having the same structure as in Example 1 was obtained.

このようにして得られた希土類元素添加光ファイバは、
実施例1と全く同様の特性を示し、安定な光増幅特性を
示すことが確認できた。
The rare earth element-doped optical fiber obtained in this way is
It was confirmed that it exhibited exactly the same characteristics as in Example 1, and exhibited stable optical amplification characteristics.

さらにこの発明の応用としてコアの両側に応力付与部を
設けて偏波保持ファイバを作製することもできる。
Further, as an application of the present invention, a polarization maintaining fiber can be manufactured by providing stress applying portions on both sides of the core.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明の希土類元素添加光ファ
イバは、石英ガラスに希土類元素が添加されてなる第1
のコアの外周上に、第2のコアと、第2のコアよりも低
屈折率のクラッドとを順次形成してなるしのであるので
、第1のコア内でパワー密度の均一な光を伝送すること
ができるようになる。よって光増幅特性を低下させる要
因となっていたパワー密度不足による減衰を無くすこと
ができ、第1のコア内に添加された希土類元素を均一に
励起して、安定した光増幅を行うことができる。
[Effects of the Invention] As explained above, the rare earth element-doped optical fiber of the present invention has a rare earth element-doped optical fiber made of quartz glass doped with a rare earth element.
A second core and a cladding having a lower refractive index than the second core are sequentially formed on the outer periphery of the core, so light with uniform power density is transmitted within the first core. You will be able to do this. Therefore, it is possible to eliminate attenuation due to insufficient power density, which was a factor in degrading optical amplification characteristics, and it is possible to uniformly excite the rare earth element added in the first core to perform stable optical amplification. .

またこの発明の請求項2記載の希土類元素添加光ファイ
バは、第1のコアの屈折率が第2のコアの屈折率よりも
低い単一モードファイバであるので、第1のコア内に閉
じ込められた伝送光は、より一層均−なパワー分布を示
すらのとなり、安定した光増幅を行うことができる。
Further, the rare earth element-doped optical fiber according to claim 2 of the present invention is a single mode fiber in which the refractive index of the first core is lower than the refractive index of the second core. The transmitted light exhibits a more even power distribution, and stable optical amplification can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の希土類元素添加光ファイバの一例を
示した概略構成図、第2図はこの発明の希土類元素添加
光ファイバの屈折率分布と、希土類元素添加濃度分布と
、光のパワー分布とを併せて示したグラフ、第3図はこ
の発明の請求項2記載の希土類元素添加光ファイバの屈
折率分布と、希土類添加濃度分布と、光のパワー分布と
を併せて示したグラフである。 第4図はこの発明の希土類元木添加光ファイバの第1の
コア部となる心棒を製造する一工程を示す説明図、第5
図ないし第8図はこの発明の希土類元素添加光ファイバ
の第1のコアとなる心棒を製造する各工程を工程順に示
した説明図、第9図は心棒の外周面上に第2のコアとな
るスートを堆積させる工程を示した説明図、第1O図は
心棒上に堆積さけたスートを透明ガラス化する工程を示
した説明図で、第11図は第5図ないし第1θ図に示し
た各工程を経て得られたプリフォームの屈折率分布を示
したグラフである。 第12図ないし第14図はこの発明の希土類元素添加光
ファイバのプリフォームをロッド・イン・チューブ法に
よって製造する工程を工程順に示したものであって、第
12図は第2のコアとクラッドとなるチューブの概略構
成図、第13図はチューブ内に心棒を挿入する工程を示
す説明図、第14図はチューブと心棒とを一体化する工
程を示した説明図である。 第15図は実施例1で得られたこの発明の希土類元素添
加光ファイバの光増幅の利得の波長依存特性を示したグ
ラフ、第16図は実施例2で得られたこの発明の希土類
元素添加光ファイバの光増幅の利得の波長依存特性を示
したグラフである。 第17図は希土類元素添加光ファイバを用いた光増幅器
の一例を示した概略構成図、第18図は従来の希土類元
素添加光ファイバの屈折率分布と伝送光パワー密度分布
とを併せて示したグラフ、第19図は希土類元素添加光
ファイバでの増幅と減衰の励起光パワー密度依存性を示
したグラフである。 l・・・希土類元素添加光ファイバ、 5・・・第1のコア、 6・・・第2のコア、 7・・・クラッド。
Fig. 1 is a schematic diagram showing an example of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and Fig. 2 shows the refractive index distribution, rare earth element doping concentration distribution, and optical power distribution of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the refractive index distribution, rare earth doping concentration distribution, and optical power distribution of the rare earth element-doped optical fiber according to claim 2 of the present invention. . FIG. 4 is an explanatory diagram showing one step of manufacturing the mandrel that becomes the first core portion of the rare earth wood-doped optical fiber of the present invention;
Figures 8 to 8 are explanatory diagrams showing each process in order of manufacturing a mandrel, which is the first core of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention, and Figure 9 shows a second core formed on the outer peripheral surface of the mandrel. Figure 1O is an explanatory diagram showing the process of depositing soot on the mandrel, and Figure 11 is an explanatory diagram showing the process of transparently vitrifying the soot deposited on the mandrel. It is a graph showing the refractive index distribution of the preform obtained through each process. 12 to 14 show the steps of manufacturing the rare earth element-doped optical fiber preform of the present invention by the rod-in-tube method, and FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the process of inserting the mandrel into the tube, and FIG. 14 is an explanatory diagram showing the process of integrating the tube and the mandrel. FIG. 15 is a graph showing the wavelength dependence characteristics of the optical amplification gain of the rare earth element-doped optical fiber of the present invention obtained in Example 1, and FIG. 3 is a graph showing wavelength-dependent characteristics of optical amplification gain of an optical fiber. Fig. 17 is a schematic configuration diagram showing an example of an optical amplifier using a rare earth element-doped optical fiber, and Fig. 18 shows the refractive index distribution and transmission optical power density distribution of a conventional rare earth element-doped optical fiber. FIG. 19 is a graph showing the dependence of amplification and attenuation on pumping light power density in a rare earth element-doped optical fiber. l... Rare earth element doped optical fiber, 5... First core, 6... Second core, 7... Clad.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)コアとクラッドとを具備してなり、コアの中心部
に希土類元素が添加された第1のコアが設けられ、その
外方に第2のコアが設けられ、第2のコアの外方に第2
のコアより低屈折率のクラッドが形成されてなることを
特徴とする希土類元素添加光ファイバ
(1) Comprising a core and a cladding, a first core doped with a rare earth element is provided in the center of the core, a second core is provided on the outside of the first core, and a second core is provided on the outside of the first core. The second one
A rare earth element-doped optical fiber characterized in that a cladding having a lower refractive index than the core is formed.
(2)第1のコアの屈折率が第2のコアの屈折率よりも
低い単一モードファイバであることを特徴とする請求項
1記載の希土類元素添加光ファイバ
(2) The rare earth element-doped optical fiber according to claim 1, which is a single mode fiber in which the refractive index of the first core is lower than the refractive index of the second core.
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