JPWO2010016245A1 - イッテルビウム添加光ファイバ、ファイバレーザ及びファイバアンプ - Google Patents

イッテルビウム添加光ファイバ、ファイバレーザ及びファイバアンプ Download PDF

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Abstract

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、アルミニウム及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、前記アルミニウムの酸化アルミニウム換算濃度が０．２モル％以上であり、前記リンの五酸化二リン換算濃度が、前記酸化アルミニウム換算濃度よりも高く、且つ前記コアは、ゲルマニウムを含有しないか、ゲルマニウムを二酸化ゲルマニウム換算で１．１モル％未満含有する。

Description

本発明は、フォトダークニングが抑制されたイッテルビウム添加光ファイバ、並びにこの光ファイバを有するファイバレーザ及びファイバアンプに関する。
本願は、２００８年０８月０４日に、日本国に出願された特願２００８−２０１１７１号、及び２００９年０２月１９日に出願されたＰＣＴ/ＪＰ２００９/０５２９０６号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。
軸対称な導波構造を有する光ファイバのコア及び／又はクラッドに希土類元素等を添加した光増幅用ファイバは、ファイバアンプやファイバレーザ等の光活性媒質として使用されている。特に、希土類元素としてイッテルビウム（Ｙｂ）を含有するＹｂ添加光ファイバは、ビーム品質の良い高パワー出力光が得られる。この出力光の発振波長は、既存の高出力レーザの一つであるＮｄ−ＹＡＧとほぼ同じ１μｍ付近である。そのため、溶接、マーキング、切断等の材料加工用途の高出力光源用レーザ媒体としての実用化が期待されている。
図１２は、従来のＹｂ添加光ファイバの径方向の断面及び屈折率分布を例示する図である。
ここに示すＹｂ添加光ファイバ１１０は、シングルクラッドファイバであり、コア１１１の外周上にクラッド１１２を設け、このクラッド１１２の外周上に保護被覆層１１３を設けたものである。Ｙｂ添加光ファイバ１１０では、導波する光を閉じ込めるために、コア１１１の屈折率がクラッド１１２の屈折率よりも高くなっている。コア１１１の屈折率を高くするためには、通常、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）等の屈折率上昇ドーパントがコア１１１に添加される。さらに、コア１１１には光増幅作用を有するドーパントとして、Ｙｂが添加される。Ｙｂは、通常、コア１１１中にほぼ均一な濃度分布となるように添加されるが、濃度分布があっても良く、さらにクラッド１１２の一部に添加されても良い。
このようなＹｂ添加光ファイバに励起光を入射させ、信号光を入射させるか又はファイバブラッググレーティング等を使用してキャビティを組むことで、高パワーの信号光が得られる。
通常、ファイバレーザやファイバアンプの光増幅媒体としてＹｂ添加光ファイバを使用する場合には、限定モード励振が可能で冷却効率が高いファイバ型光増幅媒体の利点を生かすために、実質的なシングルモード条件でＹｂ添加光ファイバを使用することが多い。
実質的にシングルモード伝播させるための光導波路の条件は、コアの屈折率とコア径（換言すれば、コアの径方向における屈折率分布）、巻き径等の条件によって決定される。この際、コアの屈折率が低いか、又はコア径が小さいことが必要となる。
一方、光増幅媒体としての性能を考慮すると、より高パワーの光が出力できることが望まれる。すなわち、高パワーの光を光ファイバ中に伝播可能なことが、より良い増幅用光ファイバの条件である。しかし、光量が同等な光を、コア径が小さい光ファイバに入射させた場合と、コア径が大きい光ファイバに入射させた場合とで比較すると、前者の方が後者よりも光の伝送断面積（モードフィールド径）が小さいので、コアを伝播する光のパワー密度が高くなる。その結果、光によるコアガラスの損傷や光学的非線形現象を誘発し易い。あるいは、光伝送時の増幅パワーが制限されてしまう。したがって、このような観点からは、コア径が大きい方が望ましい。以上より、コア径を大きくし、かつシングルモード伝播させるためには、コアの屈折率を低くすることが必要となる。
ファイバアンプやファイバレーザの特性を悪化させる要因の一つに、ファイバ中を伝播する励起光や信号光によって生じる光ファイバの損失増加（フォトダークニング）がある（非特許文献１及び２参照）。この損失増加によって、光増幅媒体である希土類添加光ファイバの光増幅効率が徐々に低下する。その結果、ファイバアンプやファイバレーザは、経時に伴い出力が低下して、寿命が短くなってしまう。
そこで、これまでにフォトダークニングを抑制するための手法が種々開示されている。
例えば、非特許文献１には、ＤＮＤ（Direct Nanoparticle Deposition）と呼ばれる特殊な製造方法を適用することで、フォトダークニングを抑制することが開示されている。
また、非特許文献２には、光ファイバの製造時にアルミニウム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ことが開示されている。
また、特許文献１には、光ファイバに水素を添加することで、フォトダークニングを抑制することが開示されている。
特開２００７−１１４３３５号公報
S.Tammela et al., The Potential of Direct Nanoparticle Deposition for the Next Generation of Optical Fibers, The Proceeding of SPIE Photonics West 2006, Vol.6116-16 (2006) T. Kitabayashi et. al., Population Inversion Factor Dependence of Photodarkening of Yb-doped Fibers and Its Suppression by Highly Aluminum Doping, The Proceedings of OFC 2006, OThC5(2006)
しかし、非特許文献１に記載の方法によれば、従来法で製造した場合よりも確かにフォトダークニングは抑制できるが、その抑制効果はまだ不十分である。また、製造方法が特殊なため、従来法であるＭＣＶＤ法やＶＡＤ法と比較して、光ファイバにはＯＨ基の混入が多くなる。そのため、このＯＨ基に起因する損失が大きくなってしまう。さらに、製造に使用するファイバプリフォームのサイズが制限されてしまうので、製造コストが上昇する。そのため、フォトダークニングが抑制された光増幅用光ファイバを安価に製造できない。
非特許文献２に記載の方法では、フォトダークニングを十分抑制するために、多量のアルミニウムが必要となる。その結果、光ファイバのコアの屈折率が高くなってしまう。この場合、光ファイバをシングルモード動作させるために、コア径を小さくする必要があるが、上記のように、所望の出力光が得られなくなってしまう。
特許文献１に記載の方法によれば、フォトダークニングを抑制できるが、水素含浸工程と光照射工程が必要となる。そのため、製造工程が煩雑となり、大量の光ファイバを製造することが困難である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来法で製造可能な、フォトダークニングが抑制された光ファイバの提供を課題とする。
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
（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、アルミニウム及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、前記アルミニウムの酸化アルミニウム換算濃度が０．２モル％以上であり、前記リンの五酸化二リン換算濃度が、前記酸化アルミニウム換算濃度よりも高い。
（２）前記コアは、ゲルマニウムを含有しないか、ゲルマニウムを二酸化ゲルマニウム換算で１．１モル％未満含有することが好ましい。
（３）前記コア中の、イッテルビウムの酸化イッテルビウム換算濃度及び前記酸化アルミニウム換算濃度の総和よりも、前記五酸化二リン換算濃度が大きいのが好ましい。
（４）前記コア中の、前記酸化イッテルビウム換算濃度と前記酸化アルミニウム換算濃度との比が０．０１〜２であるのが好ましい。
（５）前記コア中の、前記酸化イッテルビウム換算濃度が０．０１〜１．０モル％であるのが好ましい。
（６）前記コア中の、前記五酸化二リン換算濃度が２０モル％以下であるのが好ましい。
（７）前記コア中の、前記五酸化二リン換算濃度が、前記酸化アルミニウム換算濃度の２倍以下であるのが好ましい。
（８）前記コアとクラッドとの比屈折率差が０．０５〜０．６５％であるのが好ましい。
（９）前記コアとクラッドとの比屈折率差が０．０５〜０．２５％であるのが好ましい。
（１０）前記コアが、さらにフッ素及び／又はホウ素を含有するのが好ましい。
（１１）前記コアが、さらにイッテルビウム以外の希土類元素及び遷移金属元素からなる群から選択される少なくとも一種を含有するのが好ましい。
（１２）前記クラッドを少なくとも二層備え、径方向内側のクラッドの屈折率が外側のクラッドの屈折率よりも高いのが好ましい。
（１３）前記（１２）の場合、前記クラッドを少なくとも三層備え、径方向最内側のクラッドの屈折率ｎｃ１と、最外側のクラッドの屈折率ｎｃ３と、前記最内側及び前記最外側のクラッド間の中間クラッドの屈折率ｎｃ２とが、ｎｃ１＞ｎｃ２＞ｎｃ３の関係を満たすのが好ましい。
（１４）本発明のファイバレーザは、上記（１）に記載のイッテルビウム添加光ファイバを光増幅媒体として有する。
（１５）本発明のファイバアンプは、上記（１）に記載のイッテルビウム添加光ファイバを光増幅媒体として有する。
上記（１）に記載のイッテルビウム添加光ファイバでは、コア中の、アルミニウムの酸化アルミニウム換算濃度が０．２モル％以上であって、リンの五酸化二リン換算濃度が、前記酸化アルミニウム換算濃度よりも高くなっている。そのため、ガラスの結晶化が抑制されると共に、フォトダークニングが抑制される。その結果、優れた光増幅効果が得られる光ファイバを、安価かつ大量に提供できる。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及びファイバアンプを安価に提供できる。
本発明の実施例１で作製したＹｂ添加光ファイバの径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。 本発明の実施例１における、励起光照射前後での損失量とその差分の波長との関係を示すグラフである。 本発明の実施例２における、励起光照射前後での損失量とその差分の、波長との関係を示すグラフである。 本発明の実施例３における、励起光照射前後での損失量とその差分の、波長との関係を示すグラフである。 本発明の実施例４における、励起光照射前後での損失量とその差分の、波長との関係を示すグラフである。 本発明の実施例５における、励起光照射前後での損失量とその差分の、波長との関係を示すグラフである。 本発明の実施例６における、励起光照射前後での損失量とその差分の、波長との関係を示すグラフである。 本発明の実施例７における、励起光照射前後での損失量とその差分の、波長との関係を示すグラフである。 本発明の実施例８における、励起光照射前後での損失量とその差分の、波長との関係を示すグラフである。 本発明の実施例９における、励起光照射前後での損失量とその差分の、波長との関係を示すグラフである。 比較例１における、励起光照射前後での損失量とその差分の波長との関係を示すグラフである。 従来のＹｂ添加光ファイバの径方向の断面及び屈折率分布を例示する図である。
以下、本発明について詳しく説明する。
以下で「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。
＜Ｙｂ添加光ファイバ＞
本発明のＹｂ添加光ファイバは、コアとこのコアを囲むクラッドとを備える。前記コアは、少なくともＹｂ、Ａｌ及びＰを含有する。前記コア中の、Ａｌの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）換算濃度は０．２モル％以上であり、Ｐの五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）換算濃度が、前記Ａｌ２Ｏ３換算濃度よりも高い。
Ｐはフォトダークニング抑制作用及び屈折率上昇作用を有するドーパントである。
Ａｌは屈折率上昇作用及びガラスの結晶化抑制作用を有するドーパントである。
Ｙｂは光増幅作用を有するドーパントである。
コア中のＰは、フォトダークニングの抑制作用を有する。しかしながら、コアがＹｂ及びＰのみを含有する光ファイバは、コアの屈折率を所望の低い値とした場合、ガラスが結晶化してしまう。そのため、この光ファイバは、増幅用光ファイバとして使用できない。しかし、さらにＡｌをコアに含有させることにより、フォトダークニングを抑制しつつ、コアの屈折率を所望の低い値にしても、ガラスの結晶化を抑制できる。Ａｌがガラスの結晶化抑制作用を有するのは、Ｙｂ及びＰをガラス中に分散させるからであると推測される。
本発明は、Ｙｂを含有するコア中の、ＰのＰ２Ｏ５換算濃度（以下、単に「Ｐ２Ｏ５換算濃度」と略記することがある）と、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算濃度（以下、単に「Ａｌ２Ｏ３換算濃度」と略記することがある）とが、それぞれ所定の範囲に設定されている。これにより、フォトダークニングの抑制とガラスの結晶化抑制とを高いレベルで両立できる。
さらに本発明は、コア中の、Ｙｂの酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）換算濃度（以下、単に「Ｙｂ２Ｏ３換算濃度」と略記することがある）を好ましい所定の範囲に設定することで、フォトダークニングの抑制効果とガラスの結晶化抑制効果とを損なうことなく、より優れた光増幅効果が得られる。
上記のような観点から、本発明においては、コア中の前記Ａｌ２Ｏ３換算濃度を０．２モル％以上とする。さらに、前記Ａｌ２Ｏ３換算濃度は０．２〜１２モル％であることが好ましく、より具体的には、０．２３〜１１．８２モル％の範囲を選択できる。Ａｌ２Ｏ３換算濃度を０．２モル％以上とすることで、コアの屈折率を低くしても、ガラスの結晶化を抑制する一層高い効果が得られる。また、Ａｌ２Ｏ３換算濃度を１２モル％以下とすることで、光ファイバの伝送損失を抑制する一層高い効果が得られる。前記の「０．２〜１２モル％」というＡｌ２Ｏ３換算濃度は、コア中のＡｌの濃度として０．０８〜４．８モル％に相当する。
また、本発明においては、コア中のＰ２Ｏ５換算濃度を、前記Ａｌ２Ｏ３換算濃度よりも高くする。このようにすることで、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。
さらに、前記Ｐ２Ｏ５換算濃度は、Ａｌ２Ｏ３換算濃度の１９倍以下であることが好ましく、１２倍以下であることがより好ましく、５．５倍以下であることが特に好ましく、２倍以下であることが最も好ましい。このような範囲とすることで、コアの屈折率上昇を抑制する一層高い効果が得られる。
また、前記Ｐ２Ｏ５換算濃度は、２０モル％以下であることが好ましく、０．５〜２０モル％であることがより好ましく、１．５〜２０モル％であることが特に好ましく、より具体的には、１．８５〜１９．８３モル％の範囲を選択できる。Ｐの含有量が必要以上に多くなると、光ファイバの伝送損失が高くなってしまうが、このような範囲とすることで、伝送損失が抑制され、一層高い光の増幅効果が得られる。前記の「１．５〜２０モル％」というＰ２Ｏ５換算濃度は、コア中のＰの濃度として０．４３〜５．７モル％に相当する。
コア中の、前記Ｙｂ２Ｏ３換算濃度は、０．０１〜１．０モル％であることが好ましく、より具体的には、０．０１〜０．９９モル％の範囲を選択できる。Ｙｂ２Ｏ３換算濃度を０．０１モル％以上とすることで、一層高い光の増幅効果が得られる。また、１．０モル％以下とすることで、Ｙｂをガラス中に安定して固溶させることができると共に、フォトダークニングを抑制した上で光を増幅する高い効果が得られる。なお、前記の「０．０１〜１．０モル％」というＹｂ２Ｏ３換算濃度は、コア中のＹｂの濃度として０．００４〜０．４モル％に相当する。
コア中の、前記Ｙｂ２Ｏ３換算濃度と前記Ａｌ２Ｏ３換算濃度との比（Ｙｂ２Ｏ３換算濃度／Ａｌ２Ｏ３換算濃度）は０．０１〜２であることが好ましい。前記比を２以下とすることで、Ａｌによるガラスの結晶化を抑制する一層高い効果が得られる。一方、前記比を０．０１以上とすることで、屈折率を低くするためにＡｌの含有量を低下させても、Ｙｂの含有量が不足することがなく、光学特性及び光の増幅効果が一層良好となる。また、十分な光の増幅効果を得るためにＹｂの含有量を増加させても、Ａｌの含有量が適正な範囲に保持されるので、屈折率が必要以上に上昇することがない。
コア中の、前記Ｐ２Ｏ５換算濃度は、前記Ｙｂ２Ｏ３換算濃度及びＡｌ２Ｏ３換算濃度の総和よりも大きいことが好ましく、前記総和の１．０５〜１１．５倍であることがより好ましい。このような範囲とすることで、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一層高い効果が得られる。
コア及びクラッドは、シリカガラスで構成されていることが好ましい。シリカガラスは、一般的な伝送用光ファイバで汎用されているのに加え、伝送損失の低減が可能であり、光を高効率で増幅するのに有利である。
コアには、Ｙｂ、Ａｌ及びＰ以外に、さらにその他の元素を含有させても良い。その他の元素を含有させることで、Ｙｂ添加光ファイバの機能を高めたり、異なる機能を付与できる。
例えば、コアにＧｅを含有させることで、Ｙｂ添加光ファイバにファイバブラッググレーティングを容易に形成できる。
また、フッ素（以下、Ｆと略記することがある）及びホウ素（以下、Ｂと略記することがある）のいずれか一方又は双方を含有させることで、コアの屈折率分布の制御が容易になり、所望の光学特性を有する光ファイバが容易に得られる。
また、コアに、イッテルビウム以外の希土類元素及び遷移金属元素からなる群から選択される少なくとも一種を含有させることで、共添加増感作用を発現させたり、励起波長を変化させたり、特定波長で発振させたりすることが可能となる。
前記希土類元素は、従来のＹｂ添加光ファイバで使用されている公知のもので良く、具体的には、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イットリウム（Ｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）、プラセオジム（Ｐｒ）及びネオジム（Ｎｄ）等が例示できる。
前記遷移元素も、公知のものから目的に応じて適宜選択すれば良い。
コアに含有させるその他の元素は一種類でも良いし、二種類以上でも良い。そして、これら元素は、液浸法等、公知の方法でコアに添加すれば良い。
コアに含有させるその他の元素は、目的に応じて適宜その種類を選択すれば良い。そして、元素の種類に応じてその濃度を適宜設定すれば良い。
例えば、Ｇｅを含有させる場合には、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）換算濃度が０．１〜１．１モル％であることが好ましく、０．３〜０．５９モル％であることがより好ましい。０．１〜１．１モル％の二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）換算濃度は、コア中のＧｅ濃度０．０３５〜０．３７モル％に相当する。ＧｅＯ２は１モル％あたり比屈折率で約０．１％の屈折率上昇が起きることが公知である。従って、導波光学的な設計から所望されるある屈折率を得るためには、同様に屈折率上昇作用を持つ五酸化二リンや酸化アルミニウム、酸化イッテルビウム等のドープ量を相対的に減らす必要がある。例えば二酸化ゲルマニウムを２モル％添加すると、コアの比屈折率が約０．２％上昇することになるので、五酸化二リンや酸化アルミニウム、酸化イッテルビウムのいずれか１つまたは複数を比屈折率で約０．２％分ドープ量を減らして作製する必要がある。五酸化二リンを削減すると、フォトダークニングの抑制が不十分になるし、酸化アルミニウムを減らすと、ガラスの結晶化により製品製造が不可能になる。また、酸化イッテルビウムを減らすと、増幅効果がその分少なくなるので、望ましくない。例えば、クラッドとの比屈折率差０．３５％の設計でイッテルビウム添加ファイバを添加した場合で比較すると、五酸化二リンや酸化アルミニウム、酸化イッテルビウムのドープ量を比屈折率で０．２％分減らす必要がある。例えば、五酸化二リンのみで０．２％分減らすことになると、４．３モル％分の削減が必要になり、フォトダークニングの抑制が不十分となる。また、酸化アルミニウムのみで０．２％分減らすことになると、１．４モル％分の削減が必要になり、ガラスの結晶化が発生し製品を製造できない。また、酸化イッテルビウムの削減のみでは、もともと酸化イッテルビウムの濃度が多くないので、比屈折率０．２％の削減はできない。以上から、多量のＧｅＯ２には望ましくないことが多い。一方、ＧｅＯ２が少ないと、添加の目的を十分に発揮できない。例えば、本ファイバにグレーティングを付与することを考えると、最低限ＧｅＯ２が０．１モル％は必要であり、０．３モル％以上あるとより好適である。一方で、上記多量のＧｅＯ２の弊害を勘案すると、１．１モル％程度がＧｅＯ２添加の上限値となり、０．５９モル％以下であるとより好適である。二酸化ゲルマニウムを０．６モル％添加すると、コアの比屈折率が約０．０６％上昇することになるので、五酸化二リンや酸化アルミニウム、酸化イッテルビウムのいずれか１つまたは複数を比屈折率で約０．０６％分ドープ量を減らして作製する必要がある。五酸化二リンを削減すると、フォトダークニングの抑制が不十分になるし、酸化アルミニウムを減らすと、ガラスの結晶化により製品製造が不可能になる。また、酸化イッテルビウムを減らすと、増幅効果がその分少なくなるので、望ましくない。例えば、クラッドとの比屈折率差０．３５％の設計でイッテルビウム添加ファイバを添加した場合で比較すると、五酸化二リンや酸化アルミニウム、酸化イッテルビウムのドープ量を比屈折率で０．０６％分減らす必要がある。例えば、五酸化二リンのみで０．０６％分減らすことになると、１．３モル％分の削減が必要になり、フォトダークニングの抑制が不十分となる。また、酸化アルミニウムのみで０．０６％分減らすことになると、０．４モル％分の削減が必要になり、ガラスの結晶化が発生し製品を製造できない。また、酸化イッテルビウムの削減のみでは、もともと酸化イッテルビウムの濃度が多くないので、比屈折率０．０６％の削減はフォトダークニング抑制に観点から望ましくない。
また、以上のことから、グレーティングを付与する等、ＧｅＯ２を添加する特段の目的が無い場合には、ＧｅＯ２は極力添加しないことが望ましい。なぜなら、前述の通り、ＧｅＯ２を添加してもフォトダークニングに特段の影響を与えないにもかかわらず、ＧｅＯ２添加により屈折率上昇を伴ってしまうため、実効断面積の拡大に反し、耐パワー性が低くなってしまうためである。同様に、ＡｌとＰ以外の、屈折率上昇剤（Ｔｉ等）もその元素を添加する効果が特段認められないときには、屈折率上昇元素は極力添加しないことが望ましい。
また、Ｂを含有させる場合には、三酸化二ホウ素（Ｂ２Ｏ３）換算濃度が０．０１〜５モル％であることが好ましく、０．０５〜１モル％であることがより好ましい。上記範囲の上限値以下とすることで、残留応力の増大が抑制され、十分な強度の光ファイバが得られる。
また、Ｆを含有させる場合には、０．０５〜３モル％であることが好ましく、０．１〜１モル％であることがより好ましい。上記範囲の上限値以下とすることで、コストが低減できる。
また、希土類元素又は遷移金属元素としてエルビウム（Ｅｒ）を含有させる場合には、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）換算濃度が０．０１〜１モル％であることが好ましく、０．０５〜０．５モル％であることがより好ましい。上記範囲の上限値以下とすることで、濃度消光等の問題を抑制できる。
Ｙｂ等、コア中の元素は、コア中で濃度分布があっても良いが、良好な光学特性を得るためには、ほぼ均一な濃度であることが好ましい。
クラッドは、一層構造でも良いし、二層構造又は三層構造等、複数層構造でも良い。
例えば、ダブルクラッドファイバ又はトリプルクラッドファイバ等、マルチクラッドファイバとすることで、シングルクラッドファイバよりも高出力の光が得られる。マルチクラッドファイバでは、励起光をクラッドに導波させることで、励起光のコアへの集中を抑制できる。そのため、コアガラスの損傷や光学的非線形現象を抑制して、一層高出力のファイバレーザやファイバアンプを作製できる。このような観点からは、ダブルクラッドファイバよりも、励起光の利用効率が高いトリプルクラッドファイバが好ましい。
また、クラッドの形状は特に限定されず、目的に応じて適宜選択すれば良い。例えば、スキューモードを抑制するためには、例えば図５や図７〜１０に示すように、径方向断面形状を多角形状、Ｄ型状等の非円形状にすることが好ましい。
また、コアの近傍に応力付与部を設けても良い。応力付与部は、例えば、石英ガラスにＢ２Ｏ３等を添加した材料から形成できる。
コアの屈折率分布は、目的に応じて適宜調整すれば良い。例えば、図１２で例示したような単峰ステップ型でも良いし、例えば図１や図３〜１０に示すように釣鐘型、凹型、デュアルシェイプ、セグメントコア、二重凹型、Ｗ型等、公知の如何なる屈折率分布でも良い。
コア及びクラッドの屈折率は、Ｙｂ添加光ファイバの構造や、所望の比屈折率差等を考慮して、調整することが好ましい。
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。
また、クラッドを少なくとも二層備えるマルチクラッドファイバの場合には、径方向内側のクラッドの屈折率が、径方向外側のクラッドの屈折率よりも高いことが好ましい。このようにすることで、より高出力の光が得られる。なお、ここで「径方向内側」及び「径方向外側」とは、二層のクラッドの径方向における相対的な位置関係を示すものである。
したがって、「径方向内側のクラッド」及び「径方向外側のクラッド」とは、必ずしもダブルクラッドファイバの二層のクラッドのみを示すものではなく、三層以上のクラッドを備えるマルチクラッドファイバにおける、いずれか二層のクラッドを示すものである。
また、クラッドを少なくとも三層備えるマルチクラッドファイバの場合には、径方向最内側のクラッドの屈折率ｎｃ１と、最外側のクラッドの屈折率ｎｃ３と、前記最内側及び最外側のクラッド間の中間クラッドの屈折率ｎｃ２とが、ｎｃ１＞ｎｃ２＞ｎｃ３の関係を満たすことが好ましい。このようにすることで、より高出力な光を効率的に得られる。
ここで「中間クラッド」とは、最内側及び最外側のクラッド間に配置されたものであればいずれでも良く、例えば、トリプルクラッドファイバにおける、最内側及び最外側のクラッド間の中間クラッドのみを示すものではない。
コアとクラッドとの比屈折率差は、０．０５〜０．６５％であることが好ましく、０．０５〜０．２５％であることがより好ましい。前記比屈折率差を０．６５％以下とすることで、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に、コア径が小さくなり過ぎず、光のパワー密度が高くなり過ぎない。ゆえに、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高い効果が得られる。これにより、高出力光が容易に得られる。また、０．２５％以下とすることで、一層高出力の光が得られる。一方、前記比屈折率差を０．０５％以上とすることで、光を閉じ込める十分な効果が得られ、光ファイバの曲げや側圧に対しても、光を一層安定して導波できる。
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。
コア径は、コアの屈折率に応じて適宜設定することが好ましいが、通常は、３〜５０μｍであることが好ましく、４〜４３μｍであることがより好ましい。
本発明のＹｂ添加光ファイバは、コアにＹｂ、Ａｌ及びＰを所定量添加すること以外は、公知の手法で製造できる。
例えば、ＭＣＶＤ法、ＶＡＤ法等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硬化樹脂等で保護被覆層を形成することで製造できる。Ｙｂ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には、Ｙｂ添加後のファイバプリフォームを所望の形状に外削し、これを紡糸すれば良い。
また、例えば、クラッド中に応力付与部を設ける場合には、Ｙｂ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及び研磨して鏡面化した後、ここにＭＣＶＤ法等で作製したＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス製の応力付与部材を挿入し、次いで紡糸すれば良い。
＜ファイバレーザ、ファイバアンプ＞
本発明のファイバレーザ又はファイバアンプは、上記本発明のＹｂ添加光ファイバを光増幅媒体として有することを特徴とする。
そして、増幅媒体として上記本発明のＹｂ添加光ファイバを使用すること以外は、公知のファイバレーザ又はファイバアンプと同様の方法で製造できる。
本発明によれば、フォトダークニングの抑制効果に優れ、所望の高出力光が得られるＹｂ添加光ファイバを、ＭＣＶＤ法やＶＡＤ法等の公知の手法を適用して製造できる。また、製造時に使用するファイバプリフォームのサイズも制限されることがない。したがって、上記のような優れた特性を有するＹｂ添加光ファイバを、安価かつ大量に提供できる。
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及びファイバアンプを安価に提供できる。
[実施例]
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
以下の実施例において、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は、以下の方法で評価した。これにより用途や構造が異なる光ファイバでも、相対的に損失増加量を比較できる。
（フォトダークニングによる損失増加量の評価方法）
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。
[実施例１]
図１に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図１は、Ｙｂ添加光ファイバ１の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ１はシングルクラッドファイバであり、コア１１の外周上にクラッド１２が設けられ、クラッド１２の外周上に保護被覆層１３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、Ｙｂ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。
コアのＡｌ２Ｏ３は１．６７モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．５４モル％、Ｐ２Ｏ５は８．３７モル％であった。また、コア径は約４．９μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．６４％であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。この時の励起光照射前後での損失量とその差分の波長との関係を図２にグラフとして示す。図２中、波長１０００ｎｍ付近で損失量のデータにノイズが見られるのは、この波長帯にＹｂの光吸収帯が存在するためである。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバアンプを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力１．５Ｗのファイバアンプで１００時間経過後の出力低下量は３％以下であった。この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下は、１％以下であると考えられた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表１に示す。
[実施例２]
図３に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図３は、Ｙｂ添加光ファイバ２の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ２はシングルクラッドファイバであり、コア２１の外周上にクラッド２２が設けられ、クラッド２２の外周上に保護被覆層２３が設けられたものである。
ファイバプリフォームは、ＶＡＤ法で作製した。また、Ｙｂ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。
コアのＡｌ２Ｏ３は０．８４モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．１５モル％、Ｐ２Ｏ５は３．８５モル％であった。また、コア径は約７μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．２５％であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバレーザを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力３Ｗのファイバレーザで１００時間経過後の出力低下量は３％以下であった。この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下は、１％以下であると考えられた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表１に示す。
[実施例３]
図４に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図４は、Ｙｂ添加光ファイバ３の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ３は、三層構造のコア３１を有するシングルクラッドファイバであり、コア３１の外周上にクラッド３２が設けられ、クラッド３２の外周上に保護被覆層３３が設けられたものである。そして、コア３１は、センタコア３１ａと、センタコア３１ａの外周上に設けられたリンググルーヴ３１ｂと、リンググルーヴ３１ｂの外周上に設けられたリングコア３１ｃとからなる。
ファイバプリフォームは、ＭＣＶＤ法で作製した。また、Ｙｂ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。
コアのＡｌ２Ｏ３は０．８０モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．１７モル％、Ｐ２Ｏ５は３．５３モル％であった。また、コア径は約１０．３μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．１５％であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバレーザを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力４．５Ｗのファイバレーザで１００時間経過後の出力低下量は４％以下であった。なお、この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下は２％以下であると考えられた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表１に示す。
[実施例４]
図５に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図５は、Ｙｂ添加光ファイバ４の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ４は、二層構造のクラッド４２を有するダブルクラッドファイバであり、コア４１の外周上に内側クラッド４２ａが設けられ、内側クラッド４２ａの外周上に外側クラッド４２ｂが設けられ、外側クラッド４２ｂの外周上に保護被覆層４３が設けられたものである。また、内側クラッド４２ａの断面形状はＤ型状である。
ファイバプリフォームは、ＭＣＶＤ法で作製した。また、Ｙｂは、スート作製中に液滴を噴霧する手法で添加した。この時点で円柱形状のファイバプリフォームを、断面形状が図５に示すようなＤ型状となるように外削した。そして、得られたファイバプリフォームをガラスの断面外接円の直径が約２５０μｍになるまで紡糸した。この時、ガラスの外周上にガラスよりも屈折率が低いポリマークラッド材を塗布及び硬化させ、ガラスクラッドに励起光が閉じ込められる構造とした。さらに、その外周上を保護ＵＶ硬化樹脂で被覆した。
コアのＡｌ２Ｏ３は０．９２モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．１９モル％、Ｐ２Ｏ５は２．０９モル％であった。また、コア径は約１８．７μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．１０％であった。また、励起光を導波するガラスクラッドと光を閉じ込めるポリマークラッドとの屈折率差から得られるクラッドＮＡは、約０．４１であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバレーザを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力１４．８Ｗのパルス出力ファイバレーザで１００時間経過後の出力低下量は１％以下であった。この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下はほとんどないと考えられた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表１に示す。
[実施例５]
図６に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図６は、Ｙｂ添加光ファイバ５の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ５は、二層構造のクラッド５２を有するダブルクラッドファイバであり、コア５１の外周上に内側クラッド５２ａが設けられ、内側クラッド５２ａの外周上に外側クラッド５２ｂが設けられ、外側クラッド５２ｂの外周上に保護被覆層５３が設けられたものである。また、内側クラッド５２ａ中には、コア５１に対して対称な位置に一対の応力付与部５４，５４が設けられている。
ファイバプリフォームは、ＶＡＤ法で作製した。また、Ｙｂは、スート作製中に液滴を噴霧する手法で添加した。このファイバプリフォームの中心軸方向に、コアに対して対称な配置となるように一対の孔を設け、そこにボロン等を添加して作製した応力付与ガラスを挿入し、ガラス外径が約１２５μｍになるまで紡糸した。この時、ガラスの外周上にガラスよりも屈折率が低いポリマークラッド材を塗布及び硬化させ、ガラスクラッドに励起光が閉じ込められる構造とした。さらに、その外周上を保護ＵＶ硬化樹脂で被覆した。
その結果、コアのＡｌ２Ｏ３は５．３２モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．３３モル％、Ｐ２Ｏ５は６．８６モル％の偏波保持型光ファイバが得られた。また、コア径は約１０．３μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．１５％であった。また、励起光を導波するガラスクラッドと光を閉じ込めるポリマークラッドとの屈折率差から得られるクラッドＮＡは、約０．４６であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバレーザを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力１０．８Ｗのファイバレーザで１００時間経過後の出力低下量は４％以下であった。この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下は２％以下であると考えられた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表１に示す。
[実施例６]
図７に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図７は、Ｙｂ添加光ファイバ６の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ６は、二層構造のクラッド６２を有するダブルクラッドファイバであり、コア６１の外周上に内側クラッド６２ａが設けられ、内側クラッド６２ａの外周上に外側クラッド６２ｂが設けられ、外側クラッド６２ｂの外周上に保護被覆層６３が設けられたものである。また、内側クラッド６２ａの断面形状は正八角形状であり、コア６１、内側クラッド６２ａ及び外側クラッド６２ｂは同心状に配置されている。
ファイバプリフォームは、ＶＡＤ法で作製した。また、Ｙｂは液浸法で添加した。この時点で円柱形状のファイバプリフォームを、断面形状が図７に示すような正八角形状となるように外削した。そして、得られたファイバプリフォームをガラスの断面外接円の直径が約４００μｍになるまで紡糸した。この時、ガラスの外周上にガラスよりも屈折率が低いポリマークラッド材を塗布及び硬化させ、ガラスクラッドに励起光が閉じ込められる構造とした。
さらに、その外周上を保護ＵＶ硬化樹脂で被覆した。
コアのＡｌ２Ｏ３は０．７８モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．１４モル％、Ｐ２Ｏ５は１．８５モル％であった。また、コア径は約３５μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．０９％であった。また、励起光を導波するガラスクラッドと光を閉じ込めるポリマークラッドとの屈折率差から得られるクラッドＮＡは、約０．４３であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバレーザを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力１２２Ｗのファイバレーザで１００時間経過後の出力低下量は６％以下であった。この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下は３％以下であると考えられた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表１に示す。
[実施例７]
図８に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図８は、Ｙｂ添加光ファイバ７の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ７は、三層構造のクラッド７２を有するトリプルクラッドファイバであり、コア７１の外周上に最内側クラッド７２ａが設けられ、最内側クラッド７２ａの外周上に中間クラッド７２ｂが設けられ、中間クラッド７２ｂの外周上に最外側クラッド７２ｃが設けられ、最外側クラッド７２ｃの外周上に保護被覆層７３が設けられたものである。また、中間クラッド７２ｂの断面形状は正七角形状であり、コア７１、最内側クラッド７２ａ、中間クラッド７２ｂ及び最外側クラッド７２ｃは同心状に配置されている。
ファイバプリフォームは、ＭＣＶＤ法で作製した。また、Ｙｂは液浸法で添加した。この時点で円柱形状のファイバプリフォームを、断面形状が図８に示すような正七角形状となるように外削した。そして、得られたファイバプリフォームをガラスの断面外接円の直径が約３８０μｍになるまで紡糸した。この時、ガラスの外周上にガラスよりも屈折率が低いポリマークラッド材を塗布及び硬化させ、ガラスクラッドに励起光が閉じ込められる構造とした。さらに、その外周上を保護ＵＶ硬化樹脂で被覆した。
コアのＡｌ２Ｏ３は１０．４９モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．３６モル％、Ｐ２Ｏ５は１４．９６モル％であった。また、コア径は約２４μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．１１％であった。また、励起光を導波するガラスクラッドと光を閉じ込めるポリマークラッドとの屈折率差から得られるクラッドＮＡは、約０．４７であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバレーザを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力２２Ｗのパルスファイバレーザで１００時間経過後の出力低下量は３％以下であった。この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下は１％以下であると考えられた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表２に示す。
[実施例８]
図９に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図９は、Ｙｂ添加光ファイバ８の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ８は、二層構造のコア８１及び三層構造のクラッド８２を有するトリプルクラッドファイバである。すなわち、センタコア８１ａの外周上にリンググルーヴ８１ｂが設けられ、リンググルーヴ８１ｂの外周上に最内側クラッド８２ａが設けられ、最内側クラッド８２ａの外周上に中間クラッド８２ｂが設けられ、中間クラッド８２ｂの外周上に最外側クラッド８２ｃが設けられ、最外側クラッド８２ｃの外周上に保護被覆層８３が設けられたものである。また、中間クラッド８２ｂの断面形状は正七角形状であり、センタコア８１ａ、リンググルーヴ８１ｂ、最内側クラッド８２ａ、中間クラッド８２ｂ及び最外側クラッド８２ｃは同心状に配置されている。
ファイバプリフォームは、ＭＣＶＤ法で作製した。また、Ｙｂは液浸法で添加した。この時点で円柱形状のファイバプリフォームを、断面形状が図９に示すような正七角形状となるように外削した。そして、得られたファイバプリフォームをガラスの断面外接円の直径が約４２０μｍになるまで紡糸した。この時、ガラスの外周上にガラスよりも屈折率が低いポリマークラッド材を塗布及び硬化させ、ガラスクラッドに励起光が閉じ込められる構造とした。さらに、その外周上を保護ＵＶ硬化樹脂で被覆した。
コアのＡｌ２Ｏ３は１１．０３モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．７１モル％、Ｐ２Ｏ５は１４．４３モル％であった。また、コア径は約３４μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．１０％であった。また、励起光を導波するガラスクラッドと光を閉じ込めるポリマークラッドとの屈折率差から得られるクラッドＮＡは、約０．４６であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバレーザを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力５０Ｗのパルスファイバレーザで１００時間経過後の出力低下量は３％以下であった。この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下は１％以下であると考えられた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表２に示す。
[実施例９]
図１０に示す構造のＹｂ添加光ファイバを作製した。図１０は、Ｙｂ添加光ファイバ９の径方向の断面及び屈折率分布を示す図である。Ｙｂ添加光ファイバ９は、二層構造のクラッド９２を有するダブルクラッドファイバであり、コア９１の外周上に内側クラッド９２ａが設けられ、内側クラッド９２ａの外周上に外側クラッド９２ｂが設けられ、外側クラッド９２ｂの外周上に保護被覆層９３が設けられたものである。また、内側クラッド９２ａ中には、コア９１に対して対称な位置に一対の応力付与部９４，９４が設けられている。さらに、内側クラッド９２ａの断面形状は正八角形状であり、コア９１、内側クラッド９２ａ及び外側クラッド９２ｂは同心状に配置されている。
コアにはＡｌ、Ｐ、Ｙｂ以外にＧｅ、Ｆを添加した。ファイバプリフォームは、ＭＣＶＤ法で作製した。また、Ｙｂは液浸法で添加した。この時点で円柱形状のファイバプリフォームを、断面形状が図１０に示すような正八角形状となるように外削した。さらに、このファイバプリフォームの中心軸方向に、コアに対して対称な配置となるように一対の孔を設け、そこにボロン等を添加して作製した応力付与ガラスを挿入した。次いで、得られたファイバプリフォームをガラスの断面外接円の直径が約２５０μｍになるまで紡糸した。
この時、ガラスの外周上にガラスよりも屈折率が低いポリマークラッド材を塗布及び硬化させ、ガラスクラッドに励起光が閉じ込められる構造とした。さらに、その外周上を保護ＵＶ硬化樹脂で被覆した。
その結果、コアのＡｌ２Ｏ３は１．７２モル％、Ｙｂ２Ｏ３は０．２６モル％、Ｐ２Ｏ５は２．３５モル％、ＧｅＯ２は０．８３モル％、Ｆは０．３５モル％の偏波保持型光ファイバが得られた。また、コア径は約９．３μｍ、コアの比屈折率差（Δ）は約０．２２％であった。また、励起光を導波するガラスクラッドと光を閉じ込めるポリマークラッドとの屈折率差から得られるクラッドＮＡは、約０．４６であった。
得られた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はほとんど見られず、前記評価方法による損失増加量は、０．０１ｄＢ以下であった。
また、得られたＹｂ添加光ファイバを使用して、ファイバレーザを作製し、光出力の経時変化を評価した。その結果、初期出力１１．３Ｗのパルスファイバレーザで１００時間経過後の出力低下量は１％以下であった。この出力低下量は、光ファイバの損失増加以外に、温度変化や測定ばらつきに起因するものも含んでいる。そのため、フォトダークニングによる損失増加起因の出力低下はほとんどないと考えられた。
また、得られたＹｂ添加光ファイバのコア中に、エキシマ露光によりグレーティング構造を形成した。その結果、波長１０６４ｎｍの光で、反射率が１００％、１０％及び４％のファイバグレーティングをいずれも作製でき、反射率を任意に調整できることが確認できた。
得られたＹｂ添加光ファイバと、その評価結果を表２に示す。
[実施例１０〜２６、比較例１〜２]
実施例１〜９と同様の手順で、表２〜５に示すＹｂ添加光ファイバを作製し、フォトダークニングによる損失増加量を評価した。なお、それぞれのＹｂ添加光ファイバの径方向断面のコア及びクラッドの形状は、以下の通りである。
実施例１０；断面形状は図６と同様である。
実施例１１；断面形状は図６と同様である。
実施例１２；断面形状は図１と同様である。
実施例１３；断面形状は図５と同様である。
実施例１４；断面形状は図６と同様である。
実施例１５；断面形状は図７と同様である。
実施例１６；断面形状は図８と同様である。
実施例１７；断面形状は図６と同様である。
実施例１８；断面形状は図９と同様である。
実施例１９；断面形状は図９と同様である。
実施例２０；断面形状は図７と同様である。
実施例２１；断面形状は図３と同様である。
実施例２２；断面形状は図６と同様である。
実施例２３；断面形状は図５と同様である。
実施例２４；断面形状は図７と同様である。
実施例２５；断面形状は図５と同様である。
実施例２６；断面形状は図１と同様である。
比較例１；断面形状は図１と同様である。
比較例２；断面形状は図１と同様である。
比較例１のＹｂ添加光ファイバは、コアにＧｅを含有し、Ｐを含有しない点以外は、実施例と同様のものであり、例えば、屈折率やＹｂ濃度等が同等である実施例のＹｂ添加光ファイバと、ほぼ同様の初期光増幅特性を有する。
比較例１の損失増加量評価時における、励起光照射前後での損失量とその差分の波長との関係を図１１にグラフとして示す。図１１より、励起光照射後において、短波長側へ単調増加する損失増加が確認できる。図１１中、波長１０００ｎｍ付近で損失量のデータにノイズが見られるのは、図２のグラフと同様に、この波長帯にＹｂの光吸収帯が存在するためである。
比較例２のＹｂ添加光ファイバは、コア中のＰ２Ｏ５換算濃度がＡｌ２Ｏ３換算濃度よりも低い点以外は、実施例と同様のものである。そして、表５から明らかなように、比較例２のＹｂ添加光ファイバは、損失増加の抑制が十分ではないことが確認された。
本発明は、溶接、マーキング、切断等の材料加工用途の高出力光源用レーザ媒体として利用可能である。
１，２，３，４，５，６，７，８，９ イッテルビウム添加光ファイバ
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１ コア
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２ クラッド
４２ａ，５２ａ，６２ａ，９２ａ 内側クラッド
４２ｂ，５２ｂ，６２ｂ，９２ｂ 外側クラッド
７２ａ，８２ａ 最内側クラッド
７２ｂ，８２ｂ 中間クラッド
７２ｃ，８２ｃ 最外側クラッド

Claims (15)

  1. イッテルビウム、アルミニウム及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、前記アルミニウムの酸化アルミニウム換算濃度が０．２モル％以上であり、
    前記リンの五酸化二リン換算濃度が、前記酸化アルミニウム換算濃度よりも高
    く、
    前記コアは、ゲルマニウムを含有しないか、ゲルマニウムを二酸化ゲルマニウム換算で１．１モル％未満含有する
    ことを特徴とするイッテルビウム添加光ファイバ。
  2. 前記コア及び前記クラッドが、シリカガラスで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  3. 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濃度と前記酸化アルミニウム換算濃度との総和よりも、前記五酸化二リン換算濃度が大きいことを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  4. 前記コア中の、前記酸化イッテルビウム換算濃度と前記酸化アルミニウム換算濃度との比が、０．０１〜２であることを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  5. 前記コア中の、前記酸化イッテルビウム換算濃度が０．０１〜１．０モル％であることを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  6. 前記コア中の、前記五酸化二リン換算濃度が２０モル％以下であることを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  7. 前記コア中の、前記五酸化二リン換算濃度が、前記酸化アルミニウム換算濃度の２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  8. 前記コアと前記クラッドとの比屈折率差が０．０５〜０．６５％であることを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  9. 前記コアと前記クラッドとの比屈折率差が０．０５〜０．２５％であることを特徴とする請求項８に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  10. 前記コアが、さらにフッ素及び／又はホウ素を含有することを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  11. 前記コアが、さらにイッテルビウム以外の希土類元素及び遷移金属元素からなる群から選択される少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  12. 前記クラッドを少なくとも二層備え、径方向内側のクラッドの屈折率が外側のクラッドの屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  13. 前記クラッドを少なくとも三層備え、径方向最内側のクラッドの屈折率ｎｃ１と、最外側のクラッドの屈折率ｎｃ３と、前記最内側及び前記最外側のクラッド間の中間クラッドの屈折率ｎｃ２とが、ｎｃ１＞ｎｃ２＞ｎｃ３の関係を満たすことを特徴とする請求項１２に記載のイッテルビウム添加光ファイバ。
  14. 請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバを光増幅媒体として有することを特徴とするファイバレーザ。
  15. 請求項１に記載のイッテルビウム添加光ファイバを光増幅媒体として有することを特徴とするファイバアンプ。
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