JPH08507490A - 約１３００ｎｍの波長範囲の光ファイバ増幅器用の光導波体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 情報伝送において約１３００ｎｍの波長範囲の光ファイバ増幅器の必要性が多く存在する。必要とされている増幅器光導波体（10）のための基本的な材料は二酸化シリコンである。通常所望の波長範囲で使用されるドープ剤、ネオジムおよびプラセオジムはしかしながら必要な増幅を得ようとするには適切ではない。本発明によると、ネオジムまたはプラセオジムはフッ素と組合せて、好ましくは化合物ＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃として使用される。好ましい製造処理では容易に気化性の錯体がＮｄＦ₃およびさらに例えばＡｌＦ₃化合物から形成され、気相から基体に付着するため蒸気形態である。

Description

【発明の詳細な説明】 約１３００ｎｍの波長範囲の 光ファイバ増幅器用の光導波体 本発明は請求項１の特徴に従った光導波体に関する。ここで説明されている特 徴を有する光導波体は多数の例、例えばテレコミュニケーションレポート６（19 83年）の増補版“Communication By Means Of Lilght”の29〜35頁から知られて いる。このような構造と組成の光導波体は光通信技術の伝送媒体として機能する 。 文献（1991年２月のJournal of Llghtwave Technology、９巻、No.2、220〜22 7頁）から約１５３０ｎｍの範囲の波長の光はコアがレーザ活性物質としてエル ビウムを含んでいるならば、光導波体で増幅されることができることが知られて いる。これを基礎として、約１５３０ｎｍの波長範囲で動作するシステムではフ ァイバ光増幅器は非常に適切に使用されている。 約１３００ｎｍの波長範囲では全く事情が異なっており、即ち、文献（ＰＤl2 /1乃至ＰＤ12/4、ＯＦＣ／１００Ｃ´93、1983年２月21〜26日、San Jose Conve ntion Center、カリフォルニア州サンホセ）の導入部分で示されているように、 これまでのところ、この波長範囲で実際的に達成可能な光ファイバ増幅器は存在 しない。１３００ｎｍ付近の波長範囲は現在設置されている多数の光通信システ ムで使用されている。最初に説明した種類の光導波体の伝送特性は１５００ｎｍ の 範囲よりも例えばこのような光導波体の最小分散が約１３１０ｎｍであるような 、１３００ｎｍ付近の範囲で適切である点で利点を有する。それ故、１３００ｎ ｍ付近の波長範囲で光を増幅するための光導波体を有することが望ましい。 前述の出版物で提案されている１３００ｎｍ範囲のファイバ光増幅器の中で、 プラセオジム（Ｐｒ）ドープのフッ化物ファイバが最も有望であると示されてい る。しかしながら、文献（“Laser and Optronics”、1991年８月、43〜46頁、 特に44頁の右欄）から知られているようにベース材料としてフッ化物ガラスを有 する光導波体は脆弱で吸湿性であり加熱によりＳｉＯ₂光導波体にスプライス接 続されることができないため、ベース材料として二酸化シリコンを有する光導波 体と比較して大きな欠点を示す。同一の問題がネオジム（Ｎｄ）フッ化物ファイ バを含んだファイバ光増幅器にも存在する。 それ故、ベース材料として二酸化シリコンを有する１３００ｎｍの範囲の増幅 光導波体を有することが望ましい。前述の文献（“journal of Lightwave Techn ology”220頁左欄）から、１３００ｎｍ波長範囲で適切なファイバ光増幅器を得 るためにベースの二酸化シリコン材料にＮｄをドープすることは実際的なアイデ ィアではないことが知られている。これはこの波長では励起状況下の吸収により 効率が非常に制限されてしまうためである。 それ故、本発明の目的は１３００ｎｍの波長範囲で適切な増幅器−光導波体の 構成を提供することである。 ドープ剤としてネオジムを使用するための１つの解決策が請求項１に記載され ている。ドープ剤としてプラセオジムを使用する別の解決策が請求項２で示され ている。さらに別の開発形態がその他の請求項に記載されている。新しい光導波 体を製造する有効な方法が請求項６乃至９で示されている。本発明の１観点は新 しい光導波体もまた新しいファイバ光増幅器を生成することである。これは請求 項９の主題である。 本発明を図面によってより詳細に説明する。 図１は増幅光導波体として新しい光導波体を有する１３００ｎｍ付近の波長範 囲のファイバ光増幅器を示す。 図２は新しい光導波体を製造する好ましい方法を実行する装置を示す。 図１の参照符号10は概略的に示されているファイバ光増幅器の増幅器−光導波 体を示している。それはスプライス接続点11,12において増幅されるべき光入力 信号を伝送する光導波体13または、ファイバ光増幅器の増幅された光出力信号を 伝送する光導波体14に接続されている。ファイバ光増幅器には通例のように、ポ ンプ光源15が設けられ、これは示されている例では結合器16により光導波体13に 結合されている。このような図面でよく使用されているように、増幅器光導波体 10は通常の光導波体13,14と弁別するため、同一直径であっても太線で書かれて いる。このようなファイバー光増幅器を通過する光の波長は１３００ｎｍの範囲 である。デジタル信号は出力と同様に入力でも示され、出力の場合、増幅された 信号として示されている。 １３００ｎｍ範囲の増幅光導波体として示されている光導波体は以下の構成を 有することが本発明で基本的である。 二酸化シリコンは光導波体全体で基本的な材料であり、通例であるように、光 導波体のコアは屈折率を増加するドープ剤、例えばＧｅＯ₂と本発明により付加 的にネオジム（Ｎｄ）およびフッ素を含んでいる。シースの構成は重要ではない 。ネオジムはフッ素と結合され、即ちネオジムはフッ素イオンにより包囲されて いることが重要である。フッ素イオンは酸素イオンと置換されない。ネオジムと フッ素媒体はネオジムに対して所望のレーザ特性を与え、これは約１３００ｎｍ の波長範囲の光を増幅するのに必要である。フッ素でネオジムを包囲する１つの 可能性はコアが化合物ＮｄＦ₃の形態でネオジムとフッ素を含むことである。 ネオジムの代りにコアはプラセオジム（Ｐｒ）も含んでいてもよい。同様にフ ッ素による包囲が適用され、プラセオジムの場合、コアが化合物ＰｒＦ₃の形態 でプラセオジムとフッ素を含むことが有効である。 ベース材料としてシリコン酸化物を使用する光導波体のコア中でネオジムとフ ッ素、またはプラセオジムとフッ素を結合する方法であれば任意の方法が本発明 の光導波体の製造に適している。 ＳｉＯ₂材料をＮｄＦ₃でドープするために例えば、気体のＢＦ₃を加熱された ＮｄＦ₃粉末を通って導き、このようにしてＮｄＦ₃をこれが基体上で凝結する位 置に移動することが可能である。 特に有効な方法ではＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃はコア材料が生成される化学蒸気反 応の出力材料と共に別の蒸気結合との錯化合物として基体に近接するように導か れ、従って化学蒸気反応生成物と共に基体上に凝結することができる。化学蒸気 反応は例えば既知のＭＣＶＤプロセスに従って基体管中で行われ、基体管内部が 被覆される。このようなプロセスを化学蒸気反応を凝結する方法の例として後述 する。 このようなＭＣＶＤ処理の代りとして、基体は内部が被覆される石英管であり 、基体管が外部上に被覆されるロッド形状のマンドレルである方法であってもよ く、または軸を中心に回転するベースであってもよく、この軸上で、ガラスコア 材料および恐らくはガラスシース材料も化学蒸気反応によって軸方向で被覆され ることにより生成される。化学蒸気反応により凝結する方法におけるこれらの３ つの既知の変形の原理は前述のテレコミュニケーションレポートから知られてい る。 新しい光導波体を生成する好ましい方法で本質的なことはＮｄＦ₃またはＰｒ Ｆ₃は別の適切な化合物およびガラスコア材料の生成に使用される化学蒸気反応 の出力材料と共に基体に導かれることであり、従って、化学蒸気反応の生成物と 共に基体上で凝結することができる。 以下説明する適切な方法の構成例では、上記別の化合物は３フッ化アルミニウ ム（ＡｌＦ₃）である。３フッ化アルミニウムはＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃との錯化 合物を形成するのに適している化合物であり、これは明白にＮｄＦ₃またはＰ ｒＦ₃よりも低い蒸発温度を有する。３フッ化ランタン（ＬａＦ₃）はまた３フッ 化アルミニウムまたは、明らかに低い蒸発温度を有する錯化合物を形成すること ができる他の化合物も代りに使用されることができる。ＡｌＦ₃またはＬａＦ₃の 場合、光導波体はこれまで説明した成分に加えてさらにアルミニウムまたはラン タンの成分、即ちＡｌＦ₃またはＬａＦ₃化合物を含んでいる。これらの成分は製 造方法のなりゆきであり所望の光特性を達成しない。 以下のことは光学特性に対して重要である。 コアはＳｉＯ₂マトリックスに組込まれるネオジムまたはプラセオジムを含んで おり、これは１２８０乃至１３３０ｎｍの範囲を均一にカバーする蛍光バンドを 有する。ネオジムまたはプラセオジムは常にフッ素により包囲されている。この ようなコアを有する増幅器−光導波体は１３３０ｎｍ範囲を利用する光導波体通 信システムで直接使用されることができる。 好ましい方法の１例をこの方法を実行する装置を示している図２により後述す る。 増幅光導波体の製造はＭＣＤＶ処理により光導波体プレフォームで行われ、こ れは通常石英ガラスで作られている回転基体管がガラス旋盤にクランプされ、こ こで幾つかの工程中に人工ガラスのシースまたはコア層で被覆される。シースま たはコア層の出力材料は気体の形状で基体管に誘導される。基体管を酸水素ガス で連続した長さを加熱することによって、化学蒸気反応からの沈殿によって基体 管の内部壁上に予め定 められた組成の人工ガラスの連続層を生成する。基体管の長さは通常１２５０ｍ ｍである。人工ガラスの層生成する出力材料は例えば四塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄ ）、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ₄）、オキシ三塩化リン（ＯＰＣｌ₃）、酸 素およびヘリウムを伴った潜在６フッ化エタン（Ｃ₂Ｆ₆）である。 図２はガラス旋盤中にクランプされた本発明の方法を実行する装置の一部を示 している。この装置は左端がより大きな直径である管１を含んでいる。直径は基 体管５の直径にほぼ対応する。全長が約３５０ｍｍである装置のほぼ中心で、管 １は小さい直径の管２へ狭められている。管２は別の大きな直径の管３により包 囲され、これは左端で閉口され、管１に接続され、回転対称的な拡大部４を含ん でいる。 被覆されるべき基体管５は管３の右端部に融着されている。例えばこれは９０ ０ｍｍの長さを有する。装置の左端即ち管１はガラス旋盤６中で回転されること ができ、駆動装置７により駆動される。 装置が動作するとき、本発明の方法を実行する必要のある材料、即ち錯化合物 形成剤としてのフッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）とフッ化ネオジム（ＮｄＦ₃）は 拡大部４に含まれる。フッ化アルミニウムとフッ化ネオジムの出力材料は粉末形 態で使用される。 これらは３〜４対１（ＡｌＦ₃が３〜４部に対してＮｄＦ₃が１部）の比率で拡 大部に充填される。拡大部４とそこに含まれている材料はこの処理の位相期間中 に加熱されない。 拡張部４とそこに含まれている材料は希土類元素でドープされたコア層が生成さ れるときのみ１４００℃に加熱される。 ３フッ化アルミニウムと３フッ化ネオジムの混合物が加熱されるとき、両者は 相当の蒸気圧力を含んだ錯化合物を形成し、これは気相の錯化合物を基体管に挿 入するのに十分である。 ３フッ化ネオジムの融点は２０００℃を越える。この化合物を１３００℃の温 度に加熱しても、この化合物を基体管に挿入するのに必要な蒸気圧力を発生しな い。 化学量論的に３（ＡｌＦ₃）×ＮｄＦ₃であると仮定される混合物により生成さ れた錯化合物はＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄、酸素、ヘリウム、潜在的な６フッ化エタ ンと共に基体管に入り、ここで制御された“熱搬送的（thermophoretic）”方法 でバーナー後部の酸素中に伴われる。錯化合物（フルオロ錯化合物と呼ばれる） が伴われることが重要であり、フッ素イオンは酸素イオンに置換されない。 ＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃またはその両者でドープされたコア層を有する光導波体 プレフォームを製造する提案された方法を実行するとき、ＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃ でドープしたコア層が生成された後、基体管のコラスプ前の次の工程で、例えば ６フッ化エタンによるエッチングによって第１、第２のコア層の全体的な厚さの ７０％を除去するためにこのようなドープをせずに別のコア層を製造することが 便利であると証明されている。結果的には特に純粋なコア層が製造され、これは 正確な方形コアプロフィルを有している。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９４年７月１３日 【補正内容】 請求の範囲 （１）ベース材料としての二酸化シリコンから作られ、コアとシースとを有し、 コアは屈折率を増加する１以上のドープ剤を含んでいる光導波体において、コア は付加的にフッ素と結合しているネオジムを含んでいることを特徴とする光導波 体。 （２）ベース材料としての二酸化シリコンから作られ、コアとシースとを有し、 コアは屈折率を増加する１以上のドープ剤を含んでいる光導波体において、コア は付加的にフッ素と結合しているプラセオジムを含んでいることを特徴とする光 導波体。 （３）コアはネオジムまたはフッ素をさらに化合物ＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃として フッ素と結合して含んでいることを特徴とする請求項１または２記載の光導波体 。 （４）コアは付加的にアルミニウムまたはランタン、またはＮｄＦ₃またはＰｒ Ｆ₃との錯化合物を形成する化合物を形成することができるその他の元素を含ん でおり、その蒸発温度はＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃の蒸発温度より低いことを特徴と する請求項１乃至３のいずれか１項記載の光導波体。 （５）コアは化合物ＡｌＦ₃またはＬａＦ₃としてアルミニウムまたはランタンを 含んでいることを特徴とする請求項４記載の光導波体。 （６）コア材料とシース材料は基体上の化学蒸気反応からの凝結により生成され 、ここで生成された材料はさらに光導波体に処理される光導波体製造方法におい て、錯化合物がフッ 化ネオジム（ＮｄＦ₃）またはフッ化プラセオジム（ＰｒＦ₃）および他の化合物 により形成され、化学蒸気反応の出力材料と共に気体形態で基体に供給され、そ れによって化学蒸気反応と錯化合物による生成物は気体上で凝結されることを特 徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の光導波体製造方法。 （７）３フッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）または３フッ化ランタン（ＬａＦ₃）ま たは別の化合物がＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃との錯化合物を形成する化合物として使 用され、この蒸発温度はＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃の蒸発温度よりも明白に低い温度 であることを特徴とする請求項６記載の方法。 （８）石英管が基体として使用され、化学蒸気反応の出力生成物が基体管に導入 され、化学蒸気反応の出力生成物は蒸気錯化合物と共に基体管中に導入され、そ れによって基体管は化学蒸気反応および錯化合物からの生成物の凝結により内部 を被覆され、内部被覆された基体管はさらに光導波体に処理されることを特徴と する請求項６または７記載の方法。 （９）光導波体（10）が請求項１乃至５（図１）のいずれか１項記載の特徴を有 することを特徴とする増幅素子としての光導波体（10）を具備しているファイバ 光増幅器（16,10,15）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ベース材料としての二酸化シリコンから作られ、コアとシースとを有し、 コアは屈折率を増加する１以上のドープ剤を含んでいる光導波体において、コア は付加的にネオジムおよびフッ素を含んでいることを特徴とする光導波体。 （２）ベース材料としての二酸化シリコンから作られ、コアとシースとを有し、 コアは屈折率を増加する１以上のドープ剤を含んでいる光導波体において、コア は付加的にプラセオジムおよびフッ素を含んでいることを特徴とする光導波体。 （３）ネオジムおよびフッ素は化合物ＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃としてコア中に含ま れていることを特徴とする請求項１または２記載の光導波体。 （４）コアは付加的にＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃の蒸発温度より低い蒸発温度のＮｄ Ｆ₃またはＰｒＦ₃との錯化合物を形成する化合物を形成することができるアルミ ニウムまたはランタン、またはその他の元素を含んでいることを特徴とする請求 項１乃至３のいずれか１項記載の光導波体。 （５）アルミニウムまたはランタンはコア中に化合物ＡｌＦ₃またはＬａＦ₃とし て含まれていることを特徴とする請求項４記載の光導波体。 （６）コア材料とシース材料は基体上で化学蒸気反応で凝結することにより生成 され、生成された材料はさらに光導波体に処理される光導波体製造方法において 、フッ化ネオジム（ＮｄＦ₃）またはプラセオジム（ＰｒＦ₃）と他の化合物が錯 化合物を形成し、これは化学蒸気反応の出力材料と共に 気体形態で基体に供給され、それによって化学蒸気反応と錯化合物による生成物 は気体上で凝結することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の光導 波体製造方法。 （７）３フッ化アルミニウム（ＡｌＦ₃）または３フッ化ランタン（ＬａＦ₃）ま たは別の化合物がＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃と錯化合物を形成するための化合物とし て使用され、この気化温度はＮｄＦ₃またはＰｒＦ₃の蒸発温度よりも明白に低い 温度であることを特徴とする請求項６記載の方法。 （８）基体は水晶管であり、化学蒸気反応の出力生成物が基体管に導入され、化 学蒸気反応の出力生成物は蒸気錯化合物と共に基体管中に導入され、それによっ て基体管は化学蒸気反応および錯化合物の生成物を凝結することにより内部を被 覆され、内部被覆された基体管はさらに光導波体に処理されることを特徴とする 請求項６または７記載の方法。 （９）光導波体（10）が請求項１乃至５（図１）のいずれか１項の特徴を有する ことを特徴とする増幅素子としての光導波体（10）を具備しているファイバ光増 幅器（16、10、15）。