JPH095539A - 希土類元素添加マルチコア光ファイバおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高出力で増幅波長特性の優れた、希土類添加
マルチコア光ファイバおよびその製造方法を提供する。 【構成】 本発明の希土類添加マルチコア光ファイバ
は、図１に示したように希土類元素とＡｌを添加した、
高屈折率の光ファイバ２とこのコアを被覆する低屈折率
の石英ガラス製クラッド３とからなる第１クラッド部材
４と、希土類元素を添加した中屈折率の光ファイバコア
５と、このコアを被覆する低屈折率の石英ガラス製クラ
ッド６からなる第２コア部材７でマルチコアに形成し、
これを石英管８中にジャケッティングしてなるものであ
り、この製造方法は第１コア部材と第２コア部材都から
なるマルチコアを石英管内にジャケッティングする第一
工程、このマルチコアファイバ母材の上にスートを堆積
するか、ジャケッティングする第２工程とからなるもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は希土類元素添加マルチコ
ア光ファイバ、特には光通信の分野において利用され
る、希土類元素添加マルチコア光ファイバおよびその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コアが希土類元素を含有するガラ
スにより構成されている励起用光ファイバが光通信シス
テムの一部品として利用されている。光通信システムに
おいて、長距離伝送によって減衰した光信号の増幅は、
光信号を一旦電気信号に変換して電気的増幅をしたの
ち、再度光信号に変換する方法が実施されている。しか
しながら、このような方法では、高速性が求められる大
容量通信の中継には制限が有るうえ、システムが複雑に
なるといった問題点が有り、最近では光信号を電気信号
に変換することなく直接光信号を増幅することが出来る
光増幅器が利用されつつある。

【０００３】この、光増幅器はコアにＥｒ、Ｎｄ、Ｐｒ
などの希土類元素を添加したもので、これは前記励起用
光ファイバに入射された励起光で活性元素が励起され、
その誘導放出によりそこを通過する信号光を直接増幅す
るものであり、近年その光増幅器の研究が活発化してい
る。光増幅器の主要構成部品としては、図３に示すよう
に、励起用光ファイバ11の他に、希土類元素を励起する
ための励起光源12、励起光源を駆動するための電源回
路、励起光源からの励起光13と信号光14を励起用光ファ
イバ11に入射させるための光合波器15、励起光13または
信号光14の反射光を除去するための光アイソレータ16、
17、増幅された信号光の中に含まれる励起光を除去する
ための光バンドパスフィルタ18などがあるが、このもの
は波長1.55μｍ帯の信号光14をＥｒを添加した励起用光
ファイバ11のコア内を伝搬させると共に、光合波器15を
介して波長1.48μｍまたは0.98μｍの励起光源12を駆動
して励起光13を励起用光ファイバ11に伝搬させることに
より、信号光14を数百倍から一万倍程度に増幅して信号
光19を得るようにされている。

【０００４】また、これについては高速伝送ために、１
本のファイバ中に複数の波長の信号を送る波長多重伝送
方式が検討されているが、波長多重伝送方式に用いられ
る光増幅器は、増幅の波長特性が平坦なものが求められ
ていることから、これにはコアにＡｌ、Ｐ、Ｂ等の元素
を添加して波長依存性を小さくしたり、損失の波長依存
性のあるフィルターを増幅器の系内に挿入し、波長依存
性を補正する方法が検討されている。なお、一本のファ
イバ中に複数本のコアを持つマルチコアファイバは、帯
域特性が非常に小さいことから注目されており、このマ
ルチコアファイバの製造法としては、希土類元素を添加
したコア部と所定の量のクラッド部を有するコアロッド
を複数本、ジャケット管に入れ加熱合体させるジャケッ
ティング法によりプリフォームを作り、これを線引きす
る方法が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチコア光フ
ァイバでは高出力を目的として特性の向上が図られてい
るが、これには中心より外周に位置するコアにおいてポ
ンプ光の強度が弱まるにしたがって、増幅の割合が減
り、吸収の割合が増加するため、このものは単一コアの
ものと出力特性的にはあまり変らないものとなってい
る。また、一方、この増幅特性を向上させるために自然
放出光をカットすることは公知のことであり、増幅ファ
イバを２分割し、その間にアイソレーターを挿入する方
法も知られている。

【０００６】なお、これについては波長の平坦化を目的
に自然光をカットするために、吸収層をコア外周に設け
た例も知られている（特開平 6-69571号公報参照）が、
高出力で波長特性の平坦な増幅ファイバはこれまでに開
発されていない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決した希土類元素添加マルチコア光ファ
イバおよびその製造方法に関するもので、この希土類元
素添加マルチコア光ファイバは少なくとも１種の希土類
元素とＡｌを添加した、高屈折率（ｎｗ）と外径（Ｄ
ｗ）を有するコア、及び前記コアを被覆し、低屈折率
（ｎｃ）と肉厚（ｔ）を有するクラッドより構成される
コアを複数本有するマルチコアファイバであって、該マ
ルチコアの外周に該コアに添加した該希土類元素を含む
中屈折率（ｎｍ）（但し、ｎｗ≧ｎｍ≧ｎｃ）の第２の
コア層を有することを特徴とするものであり、この製造
方法は第１工程として少なくとも１種の希土類元素とＡ
ｌを添加され、高屈折率（ｎｗ）と外径（Ｄｗ）を有す
るコア、及び前記コアを被覆し、低屈折率（ｎｃ）と肉
厚（ｔ）を有するクラッドより構成されるコア部材を複
数本束ねてジャケッティングを行なう工程と、第２工程
として第１工程で作成されたマルチコアファイバ母材の
上にスートを堆積し、希土類元素を添加しガラス化する
工程と、第３工程として第２工程で作成されたマルチコ
ア光ファイバ母材にさらにスート堆積するかジャケッテ
ィングを行ない、所望のディメンジョンになるように調
整しガラス化一体化する工程含むことを特徴とするもの
であり、更にまたこの希土類元素添加マルチコア光ファ
イバは少なくとも１種の希土類元素とＡｌを添加した、
高屈折率（ｎｗ）と外径（Ｄｗ）を有するコア、及び前
記コアを被覆し、低屈折率（ｎｃ）と肉厚（ｔ）を有す
るクラッドより構成されるコアを複数本有するマルチコ
アファイバであって、該マルチコアの外周に該コアに添
加した該希土類元素を含む中屈折率（ｎｍ）（但し、ｎ
ｗ≧ｎｍ≧ｎｃ）と外径（Ｄｗ’）を有するコア、及び
前記コアを被覆し、低屈折率（ｎｃ）と肉厚（ｔ’）を
有するクラッドより構成される第２コアを有することを
特徴とするものであり、この製造方法は第１工程として
少なくとも１種の希土類元素とＡｌを添加した、高屈折
率（ｎｗ）と外径（Ｄｗ）を有するコア、及び前記コア
を被覆し、低屈折率（ｎｃ）と肉厚（ｔ）を有するクラ
ッドより構成される第１コア部材と該第１コア部材に添
加した希土類元素を含む中屈折率（ｎｍ）と外径（Ｄ
ｗ’）を有するコア、及び前記コアを被覆し、低屈折率
（ｎｃ）（但し、ｎｗ≧ｎｍ≧ｎｃ）と肉厚（ｔ’）を
有するクラッドよりなる第２コア部材を用い、第１コア
部材を複数本束ね、その外周を第２コア部材で覆いジャ
ケッティングし、マルチコアファイバ母材を作成する工
程と、第２工程として第１工程で作成されたマルチコア
フィアバ母材にスートを堆積するかジャケッティングを
行ない、所望のディメンジョンになるように調整しガラ
ス化する工程を含むことを特徴とするものである。

【０００８】すなわち、本発明者らは高出力で波長特性
が平坦な増幅用光ファイバを開発すべく種々検討した結
果、これについては少なくとも１種の希土類元素とＡｌ
を添加した、高屈折率のコアと、このコアを被覆する低
屈折率を有するクラッドからなるコアを複数本まとめた
第１コア部材と、この第１コア部材の外周に上記した希
土類元素を含む中屈折率の第２コア部材を配してマルチ
コア光ファイバを構成すればよいということを見出すと
共に、この製造方法については希土類元素とＡｌを添加
した高屈折率のコアと、このコアを被覆する低屈折率の
コアとを複数本まとめてジャケッティングする第一工
程、このジャケッティングされたマルチコア光ファイバ
の上にスートを堆積し、希土類元素を添加してガラス化
する第２工程、およびこのマルチコア光ファイバにさら
にスートを堆積するか、ジャケッティングを行なう第３
工程よりなるものとすれば、目的とするマルチコア光フ
ァイバを容易に得ることが出来ることを確認して本発明
を完成させた。以下にこれをさらに詳述する。

【０００９】

【作用】本発明は希土類元素添加マルチコア光ファイバ
およびその製造方法に関するものであるが、この希土類
元素添加マルチコア光ファイバは例えば図１（ａ）に示
したものをガラス化１体化したものとされる。図１
（ａ）はガラス化１体化前のこのものの横断面図、図１
（ｂ）はこの第１コア部材の拡大横断面図、図１（ｃ）
はこの第２コア部材の拡大横断面図を示したものであ
る。このマルチコア光ファイバ１は少なくとも１種の希
土類元素とＡｌを添加した、高屈折率（ｎｗ）で外径が
Ｄｗのコア２と、これを被覆する低屈折率（ｎｃ）で外
径がＤｗ＋２ｔである合成石英系のクラッドよりなる第
１コア部材４を複数本まとめたマルチコア光ファイバの
外周上に、上記と同じ希土類元素を添加した、中屈折率
（ｎｍ）の合成石英系のコア５を低屈折率のクラッド６
で被覆してなる第２コア部材７を配し、この外周を石英
管８でジャケッティングしてガラス化１体化してなるも
のである。

【００１０】この第１コア部材を構成する光ファイバ
は、光増幅のために希土類元素とＡｌが添加され、これ
は最大屈折率差△ｎが１〜３％と高屈折率（ｎｗ）のも
のとされるが、この希土類元素は例えばＥｒ、Ｎｄ、Ｐ
ｒなどとすればよい。この希土類元素の添加量は石英部
材に対して 100〜20,000ppm の範囲、Ａｌの添加量は
3,000〜70,000ppm の範囲とすればよいが、この部材に
対してはその屈折率を所定の値とするために例えばＧｅ
化合物を添加することが必要である。

【００１１】また、この第２コア部材７を構成するコア
５は、上記した第１コア部材を構成するコアに添加され
る希土類元素と同じ希土類元素を添加した、最大屈折率
差△ｎが 0.3〜３％である中屈折率（ｎｍ）のものとさ
れるが（但し、ｎｗ≧ｎｍ≧ｎｃとする）、ここに添加
される希土類元素は上記した第１コア部材のコアに添加
される希土類元素添加量は５〜500ppmの範囲とされる。
また所定の屈折率値とするためにＧｅ化合物がドープさ
れる。なお、この第２コア部材７も第１コア部材４と同
様に、この石英ガラスを低屈折率（ｎｃ）の合成石英系
のクラッド６で被覆されたものとされ、例えば図示した
ようにその12本を順次配設すればよい。

【００１２】この第１コア部材４および第２コア部材７
とからなるマルチコアの作成は、例えば石英管８の中に
図１（ａ）に示したように配列し、これを図２に示した
ようこの石英管を回転させながらバーナー９で加熱し、
この片端を封止したのち、管内を減圧に保ち、バーナー
を移動しながらコア部材と石英管をコラプスし、ジャケ
ッティングすれば、目的とする希土類元素添加マルチコ
ア光ファイバを得ることができる。

【００１３】この希土類元素添加マルチコア光ファイバ
１の製造は前記したように、少なくとも１種の希土類元
素とＡｌを添加した、高屈折率（ｎｗ）で外径がＤｗで
あるコアと、このコアを被覆する低屈折率（ｎｃ）で肉
厚がｔであるクラッドで構成されるコアからなる第１コ
ア部材を複数本束ねたマルチコアの外周を希土類元素を
添加した中屈折率（ｎｍ）のコアを被覆した低屈折率
（ｎｃ）のクラッドで構成したコアとから第２コア部材
で覆い、これらをジャケッティングする第１工程、第１
工程で作成されたマルチコアファイバ母材にスートを被
覆するか、ジャケッティングする第２工程とからなるも
のとすればよい。

【００１４】

【実施例】つぎに本発明の実施例を示す。 実施例 合成石英ガラスに希土類元素としてＥｒ 400ppm とＡｌ
を 10,000ppmおよび屈折率制御剤としてのＧｅをドープ
した外径が 1.2mmであるコアを、純石英ガラスからなる
クラッドで被覆して、最大屈折率差△ｎが 1.5％で外径
が２mmφである第１コア部材を作成した。

【００１５】また、石英ガラスに希土類元素としてＥｒ
を 50ppmと屈折率制御剤としてのＧｅをドープした最大
屈折率差△ｎが 0.5％の外径が 1.2mmのコアを、純石英
ガラスからなるクラッドで被覆した外径が２mmφである
第２コア部材を作成した。ついで、この第１コア部材７
本と第２コア部材12本を、純石英ガラスからなる石英管
の中に第１図（ａ）に示したように配列し、これを図２
に示した装置を用いてジャケッティングし、つぎにこの
希土類元素添加マルチコア光ファイバの石英管にさらに
石英管をコラプスしてマルチコア光ファイバを完成さ
せ、このものの増幅特性を図３の装置によりしらべたと
ころ、図４に示したとおりの結果が得られた。

【００１６】

【発明の効果】本発明は希土類元素添加マルチコア光フ
ァイバおよびその製造方法に関するものであり、これに
よれば高出力で増幅波長特性の優れたマルチコア光ファ
イバを提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の希土類元素添加マルチコア光フ
ァイバの横断面図、（ｂ）はその第１コア部材の拡大横
断面図、（ｃ）はその第２コア部材の拡大横断面図を示
したものである。

【図２】石英管中にマルチコア光ファイバをジャケット
する装置の縦断面図を示したものである。

【図３】従来公知の光増幅器の主要部品構成の縦断面図
を示したものである。

【図４】本発明の希土類元素添加マルチコア光ファイバ
による信号光の各パワーにおける増幅の度合（Gain）を
示した図である。

【符号の説明】

１…マルチコア光ファイバ ２，３…コア ４…第１コア部材 ５…光ファイバ ６…クラッド ７…第２コア部材 ８…石英管 ９…バーナー 11…励起用光ファイバ 12…励起光源 13…励起光 14，19…信号光 15…光合波器 16，17…光アイソレーター 18…光バンドパスフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神屋 和雄 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１種の希土類元素とＡｌを添
   加した、高屈折率（ｎｗ）と外径（Ｄｗ）を有するコ
   ア、及び前記コアを被覆し、低屈折率（ｎｃ）と肉厚
   （ｔ）を有するクラッドより構成されるコアを複数本有
   するマルチコアファイバであって、該マルチコアの外周
   に該コアに添加した該希土類元素を含む中屈折率（ｎ
   ｍ）（但し、ｎｗ≧ｎｍ≧ｎｃ）の第２のコア層を有す
   ることを特徴とする希土類元素添加マルチコア光ファイ
   バ。
2. 【請求項２】 少なくとも１種の希土類元素とＡｌを添
   加した、高屈折率（ｎｗ）と外径（Ｄｗ）を有するコ
   ア、及び前記コアを被覆し、低屈折率（ｎｃ）と肉厚
   （ｔ）を有するクラッドより構成されるコアを複数本有
   するマルチコアファイバであって、該マルチコアの外周
   に該コアに添加した該希土類元素を含む中屈折率（ｎ
   ｍ）（但し、ｎｗ≧ｎｍ≧ｎｃ）と外径（Ｄｗ’）を有
   するコア、及び前記コアを被覆し、低屈折率（ｎｃ）と
   肉厚（ｔ’）を有するクラッドより構成される第２コア
   を有することを特徴とする希土類元素添加マルチコア光
   ファイバ。
3. 【請求項３】 第１工程として少なくとも１種の希土類
   元素とＡｌを添加した、高屈折率（ｎｗ）と外径（Ｄ
   ｗ）を有するコア、及び前記コアを被覆し、低屈折率
   （ｎｃ）と肉厚（ｔ）を有するクラッドより構成される
   コア部材を複数本束ねてジャケッティングを行なう工程
   と、第２工程として第１工程で作成されたマルチコアフ
   ァイバ母材の上にスートを堆積し、希土類元素を添加し
   ガラス化する工程と、第３工程として第２工程で作成さ
   れたマルチコア光ファイバ母材にさらにスート堆積する
   かジャケッティングを行ない、所望のディメンジョンに
   なるように調整しガラス化一体化する工程を含むことを
   特徴とする請求項１記載の希土類元素添加マルチコア光
   ファイバの製造方法。
4. 【請求項４】 第１工程として少なくとも１種の希土類
   元素とＡｌを添加した、高屈折率（ｎｗ）と外径（Ｄ
   ｗ）を有するコア、及び前記コアを被覆し、低屈折率
   （ｎｃ）と肉厚（ｔ）を有するクラッドより構成される
   第１コア部材と該第１コア部材に添加した希土類元素を
   含む中屈折率（ｎｍ）と外径（Ｄｗ’）を有するコア、
   及び前記コアを被覆し、低屈折率（ｎｃ）（但し、ｎｗ
   ≧ｎｍ≧ｎｃ）と肉厚（ｔ’）を有するクラッドよりな
   る第２コア部材を用い、第１コア部材を複数本束ね、そ
   の外周を第２コア部材で覆いジャケッティングし、マル
   チコアファイバ母材を作成する工程と、第２工程として
   第１工程で作成されたマルチコアフィアバ母材にスート
   を堆積するかジャケッティングを行ない、所望のディメ
   ンジョンになるように調整しガラス化する工程を含むこ
   とを特徴とする請求項２記載の希土類元素添加マルチコ
   ア光ファイバの製造方法。