(57)【要約】【課題】光ファイバを、伝送損失が低く、高いフォトダークニング耐性又は高いＰＤ損失増加量で且つ高い非線形耐性を有するものにする。【解決手段】Ｙｂ、Ａｌ及びＦが添加されたコアと、コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えた光ファイバにおいて、コアに添加されるＹｂ濃度を０．０５モル％以上０．５モル％以下とし、Ａｌ濃度を０．３モル％以上２モル％以下とし、Ｆ濃度を０．１モル％以上１モル％以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙｂ、Ａｌ、及びＦが添加されたコアと、
上記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えた光ファイバであって、
上記コアに添加されているＹｂ濃度は、０．０５モル％以上０．５モル％以下であり、
上記コアに添加されているＡｌ濃度は、０．３モル％以上２モル％以下であり、
上記コアに添加されているＦ濃度は、０．１モル％以上１モル％以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバにおいて、
上記コアに添加されているＹｂに対するＡｌのモル比は、３以上１１以下であり、
上記コアに添加されているＦに対するＡｌのモル比は、１以上３以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光ファイバにおいて、
上記コアにはＧｅが更に添加され、
上記Ｇｅの濃度は、０．０５モル％以上０．５モル％以下であり、
上記Ａｌに対するＧｅのモル比は、４以上１０以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光ファイバにおいて、
上記コアには、Ｐが更に添加され、
上記Ｐの濃度は、０．０５以上０．５モル％以下であり、
上記Ａｌに対するＰのモル比は、３以上７以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光ファイバにおいて、
上記コアの開口数は、０.０５よりも大きく０．１５以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアにＹｂ（イッテルビウム）を添加（ドープ）した光ファイバに関し、特にＡｌ（アルミニウム）及びＦ（フッ素）を添加したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｅｒ（エルビウム）、Ｙｂなどの希土類元素を添加した光ファイバは、光通信信号の増幅器として幅広く利用されており、その技術の重要性が高まっている。特に、Ｙｂを添加した希土類ファイバを用いたファイバレーザは、高い光変換効率や優れたビーム品質が得られることから、切断、溶接、マーキング等の加工産業分野において大きな関心を集めている。
【０００３】
近年、こうした加工産業分野では、高出力で高品質なレーザが求められている。高出力化のためには、大強度のレーザ光をＹｂ添加光ファイバに入力することが考えられる。しかしながら、単に大強度のレーザ光をＹｂ添加光ファイバに入力しても、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ:Stimulated Brillouin Scattering）、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Stimulated Raman Scattering）などのファイバの非線形特性によるファイバ破壊、特に、フォトダークニング損失増加(photo-darkening loss；以下、ＰＤ損失増加)が起こり、ファイバ特性が悪化してしまう。
【０００４】
Ｙｂ添加光ファイバから高品質レーザを得るためには、広い利得スペクトル、低い再吸収、レーザの信頼性、特に高い光変換効率、低い伝送損失、高いフォトダークニング耐性等が要求される。ここで、伝送損失は、結晶欠陥、不純物、ＯＨ濃度などに影響される他、カラーセンターのメカニズムに起因するフォトダークニング耐性は、希土類イオンのクラスタ密度、結晶欠陥密度、酸素欠陥（ Non-bridging Oxygen Hole Center：以下、ＮＢＯＨＣ）のエネルギー準位、ガラスのバンドギャップに影響される。
【０００５】
カラーセンター形成のメカニズムに起因するフォトダークニングは、光ファイバの出力を悪化させる主な要因となっており、励起反転分布（又は、Ｙｂイオンの励起濃度）の約２〜７乗に比例して起こることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。フォトダークニングは、添加された希土類イオン（Ｙｂ、Ｅｒなど）のクラスタ化(clustering)が原因で起きることが一般に知られている。Ｙｂイオンのクラスタ化は、ガラス中のＹｂイオンが十分に拡散（分離）できず、ガラスネットワーク構造（glass network structure）からＮＢＯＨＣが生じる現象で、Ｙｂ添加を高濃度化させると、顕著に現れる。
【０００６】
フォトダークニングの抑制方法は、従来技術に多く記載されている。例えば、非特許文献２には、Ｙｂイオンのクラスタリングを抑制し、フォトダークニングを低減する方法として、Ａｌを共添加する方法が開示され、Ｙｂ元素に対するＡｌのモル比の増大させることにより、フォトダークニングをある程度抑制することができる。
【０００７】
コア開口数（ＮＡ）を上げずにＡｌ濃度を増やす方法としては、ＦやＢ(ホウ素）などのガラス屈折率を低減させる添加元素をコアに添加する方法が知られている（例えば、特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開２００７／０４９７０５号パンフレット
【特許文献２】国際公開２００８／１３３２４２号パンフレット
【特許文献３】特開平１１−３１４９３５号公報
【特許文献４】特開平３−２６５５３７号公報
【特許文献５】特開２００９−２２４４０５号公報
【特許文献６】特開２０１０−１１９３号公報
【特許文献７】特開２０１０−５３３６３４号公報
【特許文献８】特開２００７−１１４３３５号公報
【特許文献９】国際公開２０１０／０１６２４５号パンフレット
【特許文献１０】特開２００９−５３６７８５号公報
【特許文献１１】米国特許第７００６７５２号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】J．Koponen.et al.,"Photodarkening Measurements in Large-Mode-Area Fibers",SPIE Photonics West 2007,2007,Vol.6453-50
【非特許文献２】T.Kitabayashi.et al.,"Population Inversion Factor Dependence of Photodarkening of Yb-doped Fibers and its Suppression by Highly Aluminum Doping",OFC2006,OThC5,2006
【非特許文献３】Peter D. Dragic.et al.，"Characterization of defect luminescence in Yb doped silica fibers: part I NBOHC", OPTICS EXPRESS,Vol. 16, 2008, p4688
【非特許文献４】S．Jetschke.et al., "Efficient Yb laser fibers with low photo-darkening by optimization of the core composition", OPTICS EXPRESS, Vol. 16, 2008, p15540
【非特許文献５】C.Randy Giles.et al.,"Modeling Erbium-Doped Fiber Amplifiers",  Journal of lightwave technology,1991,Vol.9(no.2),p.271-283
【非特許文献６】Kazuo Arai.et al., "Evidence of pair generation of an E′center and a nonbridging oxygen-hole center in r-lay-irradiated fluorine-doped low-OH synthetic silica glasses", Physical Review B, 1992, Vol45(no18), p45
【非特許文献７】D. J. Di Giovanni et al., "Structure and properties of silica containing aluminum and phosphorus near the AlPO4 join", J. of Non-Crystalline Solids 113, pp. 58-64, 1989
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、発明者の研究では、単にＡｌ濃度を増やすだけでは狙いの低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性は得られないことが分かっている。
【００１１】
非特許文献３並びに特許文献７及び１０には、Ｐ（リン）を添加することにより、ガラスネットワークのＮＢＯＨＣエネルギー準位をブルーシフト（blue shit）させ、フォトダークニングをある程度抑制可能であることが記載されている。しかしながら、Ｐ添加ファイバでは伝送損失が３００ｄＢ／ｋｍ程度高くなり、高出力及び高信頼レーザを実現させるためには適切ではない（例えば、非特許文献４参照）。
【００１２】
更に特許文献１、２及び９には、Ｆ添加希土類ファイバのフォトダークニング特性に関する記載があり、Ｙｂ添加希土類ファイバのフォトダークニング特性はＦ添加と関係なく、主にＡｌ濃度に支配される他、特にＦ添加希土類ファイバからフォトダークニング耐性の低下が確認された（例えば、特許文献３、５）。
【００１３】
特許文献３及び４には、ガラス中に希土類元素、Ａｌ及びＦが添加された希土類添加ファイバの製造方法が示されているが、希土類としてＥｒを添加した希土類ファイバに限って詳細に記載なされており、Ｙｂを添加した希土類ファイバについては実施可能な記載はない。また、Ｙｂ、Ａｌ及びＦの濃度に関して適切な濃度を示しておらず、本発明の課題である、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を得ることは困難である。また、特許文献８によると、Ｙｂ希土類添加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知られているが、ＯＨ結合（Hydroxide Bonding）の光吸収によってポンプ光の損失が生じるためにレーザ変換効率は悪化されてしまう。
【００１４】
特許文献１１では、希土類添加コアに、Ｂ、Ｆ及びＧｅ(ゲルマニウム）などを添加することで、希土類イオンのクラスタ化を抑制する方法が提案されている。しかし、Ｙｂ添加ファイバに、単にＧｅ、Ｆ又はＢを添加しただけでは、狙いのコアＮＡ、結晶性、Ｙｂクラスタ密度などの制御ができない。このため、従来技術だけでは望ましい濃度の組合せを得ることは困難であり、狙いのコアＮＡの範囲で、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を持つファイバ製造を容易に実施できない。
【００１５】
ところで、高ビーム品質のファイバを実現させるためにはコアＮＡを０．０５以上０．１５以下に制御させる必要があり、添加元素の濃度が制限される。特に、近年になって変換効率が高い高出力レーザを実現させるためには、コアＮＡが低く、且つ、１ｗｔ％（重量百分率）前後のＹｂ濃度が必要となり、Ｙｂクラスタ化に影響されるＡｌ添加濃度が制限され、フォトダークニング耐性が悪化される恐れがある。
【００１６】
なお、シングルクラッドファイバから高い光変換効率を得る方法としては、希土類ファイバのコア中心のＹｂ添加が知られているが（例えば、非特許文献５参照）、一般的に、光変換効率を高くするには、光ファイバの伝送損失も低くしなければならない。シングルクラッドファイバの伝送損失の要因には、吸収損失（例えば、コアに含まれる不純物による吸収及び結晶欠陥による吸収）と散乱損失（例えば、レーリ散乱）がある。コアに含まれる不純物濃度は、ガラス自体に含まれる不純物やロッド・イン・チューブ工程において混入する不純物によるところが大きいため、低減することが困難である。また、結晶欠陥は、コア組成及び製法によって異なるためにコア組成の制御やモル比の制御、且つ、ファイバ製造条件を最適しなければいけない。
【００１７】
なお、後述するように、例えば、非特許文献６には、ＯＨ濃度が高いほどＥ`欠陥形成が抑制される点が記載され、非特許文献７には、Ｐ添加濃度が高すぎると結晶化が起こることが記載されている。Ｅ`欠陥形成が抑制されると、紫外線光の伝送には有利だが、本発明の波長領域である１μｍ帯域にはその効果は少ない。また、結晶化されると、ガラスと違う性質を持つ構造になってしまうために、光変換効率の低下、伝送損失の増加及びフォトダークニング耐性の低下を招く。
【００１８】
このように、Ｙｂ添加光ファイバを用いたファイバレーザでは、通信、加工産業への応用の観点から高い光変換効率及び高い信頼性が求められる。
【００１９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、Ｙｂ添加光ファイバを、伝送損失が低く、高いフォトダークニング耐性又は低いＰＤ損失増加量で且つ高い非線形耐性を有するものにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成するために、この発明では、Ｙｂ、Ａｌ及びＦ添加ファイバの伝送損失及びフォトダークニング耐性を明瞭化した他、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐ及びＦなどの添加元素の組合せや、添加元素モル比と、伝送損失及びフォトダークニング耐性の関係を確立した。
【００２１】
具体的には、第１の発明では、
Ｙｂ、Ａｌ及びＦが添加されたコアと、
上記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えた光ファイバを対象とし、
上記光ファイバでは、
上記コアに添加されているＹｂ濃度は、０．０５モル％以上０．５モル％以下であり、
上記コアに添加されているＡｌ濃度は、０．３モル％以上２モル％以下であり、
上記コアに添加されているＦ濃度は、０．１モル％以上１モル％以下とする。
【００２２】
上記の構成によると、コアに希土類元素であるＹｂと共に、Ａｌが添加されているので、Ｙｂのクラスタ化を抑制することができる。コアにＦを添加することで、ガラスを柔らかくし、Ｙｂ拡散の促進及びレーリ散乱を低減させる効果がある他、ガラスのバンドギャップが高まるために電子のアップコンバージョン（Up-Conversion）が抑制され、ＮＢＯＨＣ欠陥が形成し難くなり、カラーセンター形成による可視光領域の伝送損失が抑制される。コアに添加されているＹｂ濃度が０．０５モルよりも小さいと、コアのＹｂ吸収係数が低く、ファイバ長を長くしなければいけなくなり、転送損失及び非線形特性によって高出力化及びコストダウンには不利になる。Ｙｂ濃度が０．５モル％よりも大きいと、結晶化が促進され、伝送損失の増加を招く他、Ｙｂイオンのクラスタ化が進み、フォトダークニング耐性が低下される。しかし、本発明では、Ｙｂ濃度は、０．０５モル％以上０．５モル％以下なので、伝送損失の増加及びフォトダークニング耐性の低下が起こらず、光変換効率が高い高出力レーザを実現することができる。コアに添加されているＡｌ濃度が０．３モルよりも小さいと、Ｙｂのクラスタ化が進行させる。Ａｌ濃度が２モル％よりも大きいと、結晶化を招く他、コアＮＡが高くなる。しかし、本発明では、Ａｌ濃度は、０．３モル％以上２モル％以下なので、結晶化を防ぎながらＹｂのクラスタ化を抑制することができる。また、コアに添加されているＦ濃度が０．１モルよりも小さいと、添加の効果が現れず、Ｆ濃度が１モル％よりも大きいと、コアの開口数を上げるためにＡｌ又はＧｅなどの添加濃度を増加させる必要があり、結晶化及びフォトダークニング耐性の低下を招く恐れがある他、添加濃度調整が難しく、安定製造が難しい。しかし、本発明では、Ｆ濃度は、０．１モル％以上１モル％以下なので、Ｙｂの拡散を促進しながらレーリ散乱の低減及び高いフォトダークニング耐性を得ることができる。
【００２３】
第２の発明では、第１の発明において、
上記コアに添加されているＹｂに対するＡｌのモル比は、３以上１１以下であり、
上記コアに添加されているＦに対するＡｌのモル比は、１以上３以下とする。
【００２４】
すなわち、コアに添加されているＹｂに対するＡｌのモル比が３よりも小さいと、Ｙｂイオンのクラスタ化が進行する傾向になる。モル比が１１よりも大きいと、結晶化を招く他、コア開口数が高くなる傾向になる。しかし、本発明では、モル比が３以上１１以下なので、結晶化を防ぎながらＹｂのクラスタ化を抑制することができる。また、コアに添加されているＦに対するＡｌのモル比が１よりも小さいと、Ｆ濃度が少ないため、ガラスが硬くなる傾向になり、レーリ散乱が増大される他、Ａｌ濃度が低くなり、Ｙｂイオンのクラスタ化が進み、フォトダークニング耐性が悪化する傾向となる。モル比が１０よりも大きいと、要望のコアの開口数を合わせるためにＡｌ又はＧｅなどの添加濃度を高くする必要があり、結晶化が進み、レーリ散乱の増大やフォトダークニング耐性が悪化する傾向となる。しかし、本発明では、モル比が１以上１０以下なので、低いレーリ散乱及び低いＹｂクラスタ密度が可能となり、より低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性が実現できる。
【００２５】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記コアにはＧｅが更に添加され、
上記Ｇｅの濃度は、０．０５モル％以上０．５モル％以下であり、
上記Ａｌに対するＧｅのモル比は、４以上１０以下とする。
【００２６】
上記の構成によると、コアにはＧｅが更に添加されているので、ガラスを柔らかくし、Ｙｂ拡散の促進及びレーリ損失を低減させる効果がある。一方で、Ｇｅの濃度が０．５モル％よりも大きいと、ＮＢＯＨＣ準位をレッドシフトさせ、ＮＢＯＨＣ欠陥が形成しやすくなる傾向となる。逆に０．０５モル％よりも小さいと、効果が発揮され難い傾向となる。しかし、本発明では、Ｇｅの濃度は、０．０５モル％以上０．５モル％以下なので、適度にＧｅの添加の効果が発揮される。また、Ａｌに対するＧｅのモル比は、４よりも小さいと、Ｇｅ濃度が少なくなり、レーリ散乱が増加され、伝送損失の増加を招く恐れがある。１０よりも大きいと、Ａｌ濃度を減らす必要があり、Ｙｂイオンのクラスタ化及びＮＢＯＨＣが進み、フォトダークニング耐性の低下を招く恐れがある。しかし、本発明では、モル比は、４以上１０以下なので、Ｙｂ添加ファイバのより低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性が得られ、高出力化及び高い信頼性が実現できる。
【００２７】
第４の発明では、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、
上記コアには、Ｐが更に添加され、
上記Ｐの濃度は、０．０５以上０．５モル％以下であり、
上記Ａｌに対するＰのモル比は、３以上７以下とする。
【００２８】
上記の構成によると、コアにはＰが更に添加されているので、ＮＢＯＨＣ準位をブルーシフトさせ、ＮＢＯＨＣ欠陥が形成し難くなる傾向となる。また、Ｐの濃度が０．０５モル％よりも小さいと、その効果が発揮されない傾向となる。０．５モル％よりも大きいと、結晶化や、Ｙｂのエネルギー準位が変わり、光変換効率の低下を招く恐れがある。しかし、本発明では、Ｐの濃度は、０．０５モル％以上０．５モル％以下なので、Ｐ添加の効果が適切に発揮される。また、Ａｌに対するＰのモル比は、３よりも小さいと、Ｐ濃度が少なくなり、その効果が発揮できない傾向となり、７よりも大きいと、Ｐ濃度が高くなり、結晶化しやすくなり、レーリ散乱の増加及びＹｂイオンのクラスタ化により、伝送損失及びフォトダークニング耐性が悪化する傾向となる。しかし、本発明では、モル比は、１以上１０以下なので、より低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性が得られ、高出力化及び高い信頼性が実現できる。
【００２９】
第５の発明では、第１乃至第４のいずれか１つの発明において、
上記コアの開口数は、０．０５よりも大きく０．１５以下とする。
【００３０】
すなわち、コアの開口数が０．０５より小さいと光の閉じ込めが弱く、光変換効率が低下する他、ファイバの曲げ損失が大きくなる傾向になる。０．１５よりも大きいと、シングルモード化するためにコア径を小さくさせる必要があり、非線形耐性が低下する傾向となる。しかし、上記の構成によると、コアの開口数は、０.０５よりも大きく０．１５以下なので、変換効率が高いかつ非線形耐性が高い高出力レーザを実現することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、Ｙｂ、Ａｌ及びＦが添加されたコアと、その外周囲のクラッドとを備えた光ファイバにおいて、コアに濃度が０．０５モル％以上０．５モル％以下となるようにＹｂを添加し、濃度が０．３モル％以上２モル％以下となるようにＡｌを添加し、濃度が０．１モル％以上１モル％以下となるようにＦを添加したことにより、低い伝送損失で、且つ、高いフォトダークニング耐性又は低いＰＤ損失増加量を有するＹｂ添加光ファイバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】添加元素及び添加濃度がガラス性質に与える影響を示す表である。
【図２】Ｙｂ添加濃度に対する伝送損失の相関を示すグラフである。
【図３】Ｙｂ添加濃度に対するフォトダークニング損失増加量の相関を示すグラフである。
【図４】実施例及び比較例の添加元素の濃度及び添加元素のモル比における伝送損失及びフォトダークニング損失増加量を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
【００３４】
＜光ファイバの構成＞
本発明の実施形態に係る光ファイバは、コアにＹｂが添加された光ファイバであり、例えば、ファイバレーザや光通信信号の増幅器に用いられる。詳しくは図示しないが、光ファイバは、コアと、このコアの外周囲に設けられ、コアよりも屈折率が低いクラッドとを備える。ここで、クラッドは１層であっても２層以上であってもよい。
【００３５】
コアには、Ｙｂ、Ａｌ及びＦが添加されている。更にＧｅ又はＰを添加してもよく、Ｃｌを加えてもよい。コアに添加されているＹｂの濃度は、０．０５モル％[モル百分率]以上０．５モル％以下であり、Ａｌ濃度は、０．３モル％以上２モル％以下であり、Ｆ濃度は、０．１モル％以上１モル％以下であることが望ましい。更にＧｅ濃度が０．０５モル％以上０．５モル％以下、Ｐ濃度が０．０５モル％以上０．５モル％以下、Ｃｌ濃度が０．００５モル％以上０．１モル％以下となるようにそれぞれ添加してもよい。
【００３６】
コアに添加されているＹｂに対するＡｌ（＝Ａｌ／Ｙｂ）のモル比は３以上１１以下に調整されており、コアに添加されているＧｅに対するＡｌ（＝Ａｌ／Ｆ）のモル比は１以上３以下に調整されている。されに、コアに添加されているＧｅに対するＡｌ（＝Ａｌ／Ｇｅ）のモル比は４以上１０以下に調整されており、Ｐに対するＡｌ（＝Ａｌ／Ｐ）のモル比は３以上７以下に調整されている。
【００３７】
発明者が実験及び分析を重ねた結果、Ｙｂ添加ガラス中に様々な元素を添加及び組合せることにより、Ｙｂ添加ガラスの物性が大きく変化することが分かった。
【００３８】
具体的には、Ａｌ添加は、Ｙｂのクラスタ化を抑制する効果があり、Ａｌ濃度が低いとＹｂクラスタ化を進行させる他、高すぎると結晶化を招いた。
【００３９】
Ｇｅ添加は、ガラスを柔らかくし、Ｙｂ拡散の促進及びレーリ損失を低減させる効果があるが、Ｇｅ添加濃度が高すぎるとＮＢＯＨＣ準位をレッドシフトさせ、ＮＢＯＨＣ欠陥が形成しやすくなった。
【００４０】
Ｐ添加は、ＮＢＯＨＣ準位をブルーシフトさせ、ＮＢＯＨＣ欠陥が形成し難くなるが、Ｐ添加濃度が高すぎると、結晶化（例えば、非特許文献７）や、Ｙｂのエネルギー準位が変わり、量子効率の低下を招いた。
【００４１】
Ｆ添加は、ガラスを柔らかくし、Ｙｂ拡散の促進及びレーリ散乱を低減させる効果がある他、ガラスのバンドギャップが高まるために電子のアップコンバージョンが抑制され、ＮＢＯＨＣ欠陥が形成し難くなり、カラーセンター形成による可視光領域の伝送損失が抑制された。
【００４２】
Ｂ(ホウ素）添加は、ガラスを柔らかくし、Ｙｂ拡散の促進及びレーリ散乱を防ぐ効果がある他、ガラスのバンドギャップを低めるためにキャリアーのアップコンバージョンが起こりやすくなり、ＮＢＯＨＣ欠陥形成が容易になった。
【００４３】
なお、Ｙｂクラスタ化は、ＮＢＯＨＣ欠陥形成に密接な関係があることから、フォトダークニングのメカニズムによる可視光帯域の伝送損失増加を招き、Ｙｂ添加レーザ構成（例えば、９１５ｎｍ又は９７６ｎｍ励起、１０００〜１１００ｎｍ発振）では、望ましくない欠陥であり、発明課題解決のためには、低いＹｂクラスタ密度が望ましく、低濃度Ｙｂ及び高濃度Ａｌ添加が望ましいが、Ｙｂ添加ファイバの応用によってはＹｂ吸収係数を上げる必要がある。
【００４４】
ＮＢＯＨＣ欠陥は、フォトダークニングのメカニズムによる可視光帯域の損失増加を招くためにＹｂ添加レーザ構成（例えば、９１５ｎｍ又は９７６ｎｍ励起、１０００〜１１００ｎｍ発振）では、望ましくない欠陥であり、発明課題解決のために、低いＮＢＯＨＣ欠陥密度及び高いエネルギー準位が望ましい。
【００４５】
ＯＨは、Ｅ`欠陥と密接な関係があり、ＯＨ濃度が高いほどＥ`欠陥形成が抑制されることが分かっている（例えば、非特許文献６）。紫外線領域の損失を低減させるため、高いＯＨ密度が望ましいが、Ｙｂレーザ構成では、紫外線領域を利用しないために関連性が少なく、むしろ、ＯＨによる光吸収は、９４０ｎｍ、１１４０ｎｍ、１２５０ｎｍ、１３８０ｎｍ付近に存在するために低いＯＨ濃度が望ましい。ガラスのエネルギー準位は、ＮＢＯＨＣ欠陥形成に密接な関係があるために、より高いガラスのバンドギャップが望ましく、Ｆの添加が望ましい（例えば、非特許文献６）。
【００４６】
更に、Ｙｂ添加ガラス中で、特定な添加元素による結晶化（例えば、Ａｌ及びＰ）は、Ｙｂクラスタ化及びレーリ損失の増加、欠陥密度の増加を招くので、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を得るためには極力抑えることが望ましい。Ｙｂイオンの拡散は、Ｙｂクラスタ化に密接な関係がある他、結晶化と関係があるためにＹｂ元素のみではなく、添加イオンの拡散を促進させることが望ましく、ガラス融点を低くし、ガラス微粒子の堆積中のガラスを柔らかくさせる必要があり（又は、溶融性を高める必要があり）、Ｇｅ、Ｂ又はＦの添加が望ましい。この観点から、製法、導入ガス、導入原料及び堆積温度などの製造条件は、イオン拡散、添加元素の結晶化、ＯＨ濃度、原料分解、添加元素の吸着係数及び製造歩留まりなどのパラメータに大きな影響を与えるために最適化が望ましい。
【００４７】
なお、レーリ損失は、波長の４乗に反比例し、励起波長及び発振波長などのＹｂレーザの利用波長帯域において伝送損失に影響させるために、Ｇｅ、Ｂ又はＦを添加することが望ましい。更に、ラマン散乱及びブリリアン散乱を抑え、非線形耐性を高めるためには、音響波と光学波とを分離させる必要があり、Ａｌ音響波の屈折率はマイナスで、Ｇｅ、Ｐ、Ｆ及びＢなど屈折率はプラスであることから、添加プロファイルを制御する必要があり、例えば、ＡｌとＧｅ、Ｐ及びＦなどとを組合せることが望ましい。
【００４８】
＜光ファイバの製造方法＞
次に、光ファイバの製造方法の一例を説明する。
【００４９】
−光ファイバ母材作製工程−
光ファイバ母材の製造方法としては、例えば、ＭＣＶＤ法を採用することができる。具体的には、ロータリージョイントに軸回転可能に支持された石英管内に、ＳｉＣｌ４、Ｙｂ（ＤＰＭ）３（β−ジケトン金属錯体）（或いは、Ｙｂ（ＣＰ）３）、ＡｌＣｌ３、ＳｉＦ４を供給すると共に、石英管を軸回転させつつ酸水素バーナーの炎を軸方向に走査させることにより外部からパイプ加熱する。このとき、Ｙｂ（ＤＰＭ）３、ＡｌＣｌ３、ＧｅＣｌ４及びＳｉＦ４の供給量を、原料タンクの温度やＭＦＣ（Mass Flow Controller）を用いて制御することにより、光ファイバコアに添加されるＡｌ／Ｙｂモル比、Ａｌ／Ｆモル比を調整することができる。例えば、原料タンクの温度を高くすると添加濃度も高くなり、ＭＦＣ流量を上げると添加濃度が高くなる。また、堆積温度は、導入原料の分解、吸着係数、添加元素の拡散に影響されるために事前最適化を行うことが望ましい。そうして、石英管内に、Ｙｂ、Ａｌ及びＦが添加されたＳｉＯ２（ガラス微粒子）からなるスートがガラスパイプ内面上に堆積される。スートは、酸水素炎の熱により加熱されて透明のガラス層になる。ここで、ＢＣｌ３、ＧｅＣｌ４又はＰＯＣｌ３を加えることにより、Ｂ、Ｇｅ又はＰを添加してもよく、原料タンクの温度制御やＭＦＣを用い、Ａｌ／Ｇｅモル比、Ａｌ／Ｐモル比又はＡｌ／Ｂモル比の調整が可能になる。
【００５０】
次いで、Ｙｂ（ＤＰＭ）３、ＡｌＣｌ３及びＳｉＦ４の供給を止め、石英管を軸回転させつつ、石英管に沿って酸水素バーナーを往復運動させることにより、石英管を酸水素炎で加熱して内部空間を縮小させて潰す（コラプス工程）。このコラプス工程中にガラス最内面の添加元素が蒸発し、添加元素のモル比及び屈折率プロファイルの窪みを極力阻止させる必要があり、ガラスを完全に潰す直前に、堆積されたパイプ内面をエッチングする。
【００５１】
次いで、ガラスパイプを完全に潰す。これにより、Ｙｂ、Ａｌ及びＦが添加された中央のコア形成部と、このコア形成部を被覆するように外側に設けられたクラッド形成部とを有する円柱状の光ファイバ母材が得られる。なお、酸水素炎による加熱によって混入するＯＨ−イオンの濃度を低減すべく、ロッド・イン・チューブ法により、石英管を被せてコラップスすることにより大径化し、それを延伸してもよい。
【００５２】
−線引工程−
次に、光ファイバ母材を線引装置にセットし、加熱炉で加熱して線引きする。これにより、Ｙｂ、Ａｌ及びＦが添加されたコアと、このコアを被覆するように外側に設けられ、コアよりも屈折率が低いクラッドとを有する光ファイバが製造される。
【００５３】
なお、本実施形態においては、ＭＣＶＤ法による光ファイバの製造方法を説明したが、これに限られず、例えば、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法などの公知の種々の製造方法を採用してもよい。
【００５４】
また、屈折率調整、伝送損失の低減、フォトダークニング耐性の向上、ファイバグレティング（Fiber Grating）又は、特別なファイバ応用に従い、Ｂ、Ｇｅ又はＰを添加してもよい。但し、コアにＢ、Ｇｅ又はＰを添加すると別の問題が生じるため、製造条件、添加元素濃度の最適値が異なるが、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を得る基本概念は同様である。
【実施例】
【００５５】
ＭＣＶＤ法によりコアにＹｂ／Ａｌ／Ｆが添加されたファイバを作製すると共に、比較のためにコアにそれぞれＹｂ／Ａｌ、Ｙｂ／Ｇｅ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｐ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐを添加した比較例のファイバを作製した。Ｙｂ濃度、添加元素の組合せ（コア組成）、添加元素のモル比における伝送損失及びフォトダークニング耐性を調べるために、コアＮＡを０．０８付近に固定した。Ａｌ／Ｙｂモル比、Ａｌ／Ｆモル比、Ａｌ／Ｇｅモル比、Ａｌ／Ｐモル比に対する伝送損失及びフォトダークニング耐性を調べるために、Ａｌ、Ｆ、Ｇｅ又はＰ濃度を調整しながらコアＮＡを合わせた。ここで、コアＮＡを固定し、Ｙｂ、Ａｌ、Ｆ、Ｇｅ又はＰの添加元素濃度を調整したことは、大面積コアを有するシングルモードの光ファイバを安定的に製造するためには、コアＮＡを固定しなければいけないからである。例えば、Ｙｂ及びＦの濃度を固定し、Ａｌ濃度を変化させるだけでは、望ましいＮＡ範囲から外れるため、狙いのファイバが作製できなくなる他、コアＮＡを変化させると、Ａｌ、Ｆ濃度が変化し、異なる振る舞いを示すファイバができてしまうという問題がある。
【００５６】
−伝送損失評価−
線引されたファイバの伝送損失を規格化させるために、１００ｍを切り取り、ファイバの一方の片端を百色光源側にセットし、他端を分光評価装置（Spectrum Analyzer）側へセットし、カットバック法により評価した。
【００５７】
図１によると、Ｆ添加ファイバの伝送損失は、Ｆ添加されていない比較例１〜１１のＹｂ／Ａｌ、Ｙｂ／Ｇｅ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ添加ファイバよりも大幅な改善が確認された。具体的に、実施例１及び２のＹｂ／Ａｌ／Ｆ添加ファイバの伝送損失は、３ｄＢ／ｋｍ、実施例３〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ添加ファイバの伝送損失は、５〜６ｄＢ／ｋｍであった。比較例である、Ｙｂ／Ａｌ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｐ添加ファイバ及びＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ添加ファイバの伝送損失は、添加元素のモル比に大きく依存したが、Ｙｂ／Ａｌ／Ｆ添加ファイバ及びＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ添加ファイバの伝送損失は、添加元素のモル比にあまり依存しなかった。また、実施例６〜７のＹｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ添加ファイバの伝送損失は、３〜１１ｄＢ／ｋｍ、実施例９〜１２のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆ添加ファイバの伝送損失は、５〜７ｄＢ／ｋｍであり、実施例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ添加ファイバの伝送損失は、Ｙｂ濃度に依存する傾向を示したが、実施例９〜１２のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆ添加ファイバの伝送損失は、Ｙｂ濃度にあまり依存せず、Ａｌ濃度に僅か依存する傾向を示した。これより、Ｆ添加ファイバの伝送損失は、基本的にＹｂ濃度に依存する傾向であるが、添加元素の組合せによってはＹｂ濃度にあまり依存しないことが分かった。
【００５８】
また、７４０ｎｍ波長付近のレーリ損失は、添加元素に大きく依存し、実施例１及び２のＹｂ／Ａｌ／Ｆ添加ファイバのレーリ損失は、１９０〜２４０ｄＢ／ｋｍ、実施例３〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ添加ファイバのレーリ損失は、４０〜５０ｄＢ／ｋｍ、実施例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ添加ファイバのレーリ損失は、１２０〜１３０ｄＢ／ｋｍ、実施例９〜１２のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆ添加ファイバのレーリ損失は、３０〜３２ｄＢ／ｋｍであり、Ａｌ、Ｐ及びＦ添加濃度と関係なく、Ｇｅ添加に依存することから、レーリ損失を抑えるためにはＧｅ添加がより望ましいことが分かった。
【００５９】
更に、１３００ｎｍの波長帯域付近のＯＨ損失は、添加元素に依存するよりも、Ｙｂ（ＤＰＭ）３の有機原料に含まれるＨ２濃度やプロセスの影響であった。
【００６０】
比較例１のＹｂ／Ａｌ添加ファイバの伝送損失は、２１〜２５ｄＢ／ｋｍ、比較例３のＹｂ／Ｇｅ添加ファイバの伝送損失は、２２ｄＢ／ｋｍ、比較例４〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ添加ファイバの伝送損失は、８〜２０ｄＢ／ｋｍ、比較例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ添加ファイバの伝送損失は、８〜１５ｄＢ／ｋｍ、比較例９〜１１のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ添加ファイバの伝送損失は、７〜４２ｄＢ／ｋｍであり、実施例のファイバよりも高く、添加元素の濃度及びコア組成に大きく依存した。
【００６１】
また、比較例１及び２のＹｂ／Ａｌ添加ファイバのレーリ損失は、２３０〜３００ｄＢ／ｋｍ、比較例３のＹｂ／Ｇｅ添加ファイバのレーリ損失は、４０ｄＢ／ｋｍ、比較例４〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ添加ファイバのレーリ損失は、３０〜６０ｄＢ／ｋｍ、比較例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ添加ファイバのレーリ損失は、１００〜１３０ｄＢ／ｋｍ、比較例９〜１１のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ添加ファイバのレーリ損失は、２０〜５０ｄＢ／ｋｍであり、Ｇｅ添加ファイバは、レーリ散乱が低減されており、Ｇｅ添加がレーリ損失低減に有利であることは、Ｆ添加ファイバと同様であった。
【００６２】
また、ＯＨ損失は、比較例１〜１１を通し、Ｙｂ／Ａｌ、Ｙｂ／Ｇｅ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｐ、Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐのコア組成と関係ない傾向を示していることから、ＯＨ損失は添加元素にあまり依存せず、Ｙｂ（ＤＰＭ）３有機原料に含まれるＨ２濃度やプロセスに影響される。
【００６３】
図２によると、Ｆ添加ファイバの伝送損失は、添加元素と関係少なく、Ｙｂ濃度増加と共に増えた。しかしながら、その傾きは、添加元素及びコア組成に大きく依存し、Ｙｂ／Ｇｅ＞Ｙｂ／Ａｌ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｐ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ＞Ａｌ／Ｆのコア組成順であり、Ｆ添加ファイバは、Ｆを添加しないファイバよりも低い傾きを示し、Ｆ添加がよりＹｂの高濃度化に有利であることが明らかになった。
【００６４】
伝送損失はＹｂ添加濃度に依存することから、伝送損失はＹｂ添加濃度の６乗比例することを仮定し、以下の式を立てた。
【００６５】
【数１】
2014007255.tif 000003
【００６６】
ここで、Ａは、Ｙｂ濃度に依存するフィッティング係数であり、伝送損失の改善を意味し、ＤはＹｂ添加濃度[モル％]である。図１によると、伝送損失はコア組成に大きく依存しており、比較例１のＹｂ／Ａｌ添加元素を基準とし、実施例１及び２のＹｂ／Ａｌ／Ｆ添加ファイバの伝送損失改善は、２７倍であり、実施例３〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ添加ファイバの伝送損失改善は、４０倍であり、実施例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ添加ファイバの伝送損失改善は、４０倍であり、実施例９〜１２のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆ添加ファイバの伝送損失改善は、５７倍であった。しかしながら、比較例３のＹｂ／Ｇｅ添加ファイバの伝送損失改善は、１．８倍であり、比較例４〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ添加ファイバの伝送損失増改善は、３．３倍であり、比較例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ添加ファイバの伝送損失改善は、１．８倍であり、比較例９〜１１のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ添加ファイバの伝送損失改善は、１．１倍であり、実施例よりもかなり低かった。
【００６７】
なお、実施例９のＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐ及びＦの添加濃度プロファイルをＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）を用いて測定したところ、Ｙｂ、Ａｌ、Ｆ及びＰの添加濃度プロファイルは、Ｙｂ（又はＡｌ、Ｆ、Ｐ）濃度がコアとクラッドとの界面で急峻に立ち上がって高くなり、その高くなった位置から中心に向かって略一定となり、中心付近で若干窪んだ疑似ステップインデックス型となっており、Ｇｅの添加濃度プロファイルは、Ｇｅ濃度がコアとクラッドとの界面付近で急峻に立ち上がって高くなり、その高くなった位置から中心に向かって略一定となり、コアの中心付近で少し窪んだ型となっていた。また、屈折率プロファイルは、コアとクラッドとの界面付近で急峻に立ち上がって高くなり、その高くなった位置から中心に向かって略一定となり、この中心付近で狭い範囲に当たり若干窪んだ疑似ステップインデックス型となっていた。なお、実施例１〜１１に係る光ファイバの添加濃度プロファイル及び屈折率プロファイルも実施例９に係る光ファイバと同様であったため、詳細な説明は省略する。
【００６８】
添加元素の濃度は、ＥＰＭＡライン分析からコア中心とクラッドの間で平らな波形部分を再度ＥＰＭＡ定量分析し、添加元素の濃度を求めた。ＥＰＭＡ定量分析領域は、一般的にコアとクラッドの中間付近になる。
【００６９】
−フォトダークニング損失評価−
異なるＹｂ濃度を有する光ファイバのフォトダークニング耐性の評価を規格化するため、光ファイバのファイバ長を変化させることで、光ファイバの総吸収係数を略一致させ、励起波長９７６ｎｍ、励起パワー５００ｍＷで、コアを励起させながら、６７０ｎｍのＨｅＮｅレーザ光の透過率（透過パワー）を４８時間連続的に計測及び記録して、フォトダークニングの損失増加量を評価した（例えば、非特許文献１参照）。ここで、ファイバのコア径は７．５μｍ、コアのＹｂ総吸収は波長９１５ｎｍ帯域において１５ｄＢ／ファイバ、Ｙｂ添加光ファイバに融着する光ファイバとしては、Ｙｂ添加光ファイバと同じコア径を有する１．３μｍ零分散光ファイバを採用した。ファイバ間の融着損失はフォトダークニング損失増加に影響されるために、融着後の透過率を測定し、問題ないことを確認した。
【００７０】
実施例１及び２のＹｂ／Ａｌ／Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、５〜７ｄＢ／２ｄａｙｓ、実施例３〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、５〜１１ｄＢ／２ｄａｙｓであった。Ｙｂ／Ａｌ／Ｆ添加ファイバ及びＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、主にＡｌ／Ｙｂモル比に依存する傾向を示した。また、実施例６〜７のＹｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、４〜８ｄＢ／２ｄａｙｓ、実施例９〜１２のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、５〜７ｄＢ／２ｄａｙｓであり、Ｙｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、Ｙｂ濃度に依存する傾向を示したが、Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、Ｙｂ濃度にあまり依存しなかった。これより、Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、Ｙｂ濃度に依存する傾向を示すことが分かったが、コア組成によってはＹｂ濃度にあまり依存しないことが明らかになった。特に、比較例１〜１１のＰＤ損失増加量は、Ａｌ、Ｇｅ及びＰ濃度に大きく依存し、１５ｄＢ/２ｄａｙｓを超える値を示したが、Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は１０ｄＢ/２ｄａｙｓ以下であり、Ａｌ、Ｇｅ及びＰの添加濃度及び添加元素の組合せよりも基本的にＦ添加に支配された。
【００７１】
比較例１及び２のＹｂ／Ａｌ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、１５〜４５ｄＢ／２ｄａｙｓ、比較例３のＹｂ／Ｇｅ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、５５ｄＢ／２ｄａｙｓ、比較例４〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、１６〜３０ｄＢ／２ｄａｙｓ、比較例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、１０〜１９ｄＢ／２ｄａｙｓ、比較例９〜１１のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、４５〜４７ｄＢ／２ｄａｙｓであり、実施例のファイバよりもＰＤ損失増加量はかなり高く、Ｙｂ濃度及び添加元素の組合せに大きく依存した。
【００７２】
図３によると、ＰＤ損失増加量は、添加元素と関係なく、Ｙｂ濃度増加とともに増える傾向を示した。しかし、その傾きは添加元素に大きく依存し、Ｙｂ／Ｇｅ＞Ｙｂ／Ａｌ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｐ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｆ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ＞Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆのコア組成順であり、Ｆ添加ファイバのＰＤ損失増加量は、Ｆ添加しないファイバよりもかなり低い傾きを示し、Ｆ添加がよりＹｂ高濃度化に有利であることが明らかになった。
【００７３】
伝送損失はＹｂ添加濃度に依存することから、ＰＤ損失増加量はＹｂ添加濃度の６乗比例することを仮定し、以下の式を立てた。
【００７４】
【数２】
2014007255.tif 000004
【００７５】
ここで、Ｂは、Ｙｂ濃度に依存するフィッティング係数であり、フォトダークニング耐性の改善を意味し、ＤはＹｂ添加濃度[モル％]である。図１によると、ＰＤ耐性改善はコア組成に大きく依存しており、比較例１及び２のＹｂ／Ａｌ添加元素を基準とし、実施例１及び２のＹｂ／Ａｌ／Ｆ添加ファイバのＰＤ耐性改善は、２７倍であり、実施例３〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｆ添加ファイバのＰＤ耐性改善は、４０倍であり、実施例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ／Ｆ添加ファイバのＰＤ耐性改善は、４０倍であり、実施例９〜１２のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ／Ｆ添加ファイバのＰＤ耐性改善は、５７倍であった。しかしながら、比較例である、比較例３のＹｂ／Ｇｅ添加ファイバのＰＤ耐性改善は、１倍であり、比較例４〜５のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ添加ファイバの伝送損失増改善は、４倍であり、比較例６〜８のＹｂ／Ａｌ／Ｐ添加ファイバのＰＤ耐性改善は、２０倍であり、比較例９〜１１のＹｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ添加ファイバのＰＤ耐性改善は、１５倍であり、比較例９〜１１よりも低かった。
【００７６】
ここで、実施例１及び２と比較例１とを比較すると、比較例２のＡｌ濃度の方が高いにもかかわらず、Ｆ添加ファイバの実施例１の伝送損失及びＰＤ損失増加量が低い値を示した他、広い濃度範囲でも比較例から望ましい結果が得られなかった。また、実施例３〜５と比較例４及び５とを比較すると、Ｇｅ濃度は比較例の方が高いにもかかわらず、伝送損失及びＰＤ損失増加量は実施例が優れた他、広い濃度範囲でも比較例から望ましい結果が得られなかった。また、実施例６〜８と比較例６〜８とを比較すると、Ｐの濃度は類似なしであっても、伝送損失及びＰＤ損失増加量は、実施例の方が優れた他、広い濃度範囲でも比較例から望ましい結果が得られなかった。更に、実施例９〜１０と比較例９〜１１とを比較すると、Ｇｅ及びＰの添加濃度が同様であっても、伝送損失及びＰＤ損失増加量は、実施例が低い値を示した他、広い濃度範囲でも比較例から望ましい結果が得られなかった。
【００７７】
図４に本発明を通し、添加元素の種類及び添加元素の濃度に対するガラス性質に与える影響をまとめた表を示す。図４によると、比較例の特性と比較し、Ｆ添加ファイバのフォトダークニング及び伝送損失に大幅な改善は、Ｆ添加によるガラスの溶融性改善によるＹｂ拡散が促進されたこと、結晶化が抑制され、欠陥密度が低減されたこと、ガラスのバンドギャップが広がり、ＮＢＯＨＣ形成が抑制されたこと、Ａｌ添加濃度を高め、Ａｌ／Ｙｂモル比を高めたことなどに起因される。また、Ｇｅ又はＰを加えることによる更なる改善が確認されたことは、Ｇｅ添加の溶融性改善によるＹｂクラスタ化抑制及びレーリ損失が低減されたこと、Ｐ添加によるＮＢＯＨＣ準位がブルーシフトされ、フォトダークニング耐性を向上させたことに起因する。また、Ｇｅ及びＰを加えることにより伝送損失及びフォトダークニングに改善が認められた。しかしながら、Ｇｅを入れすぎるとＮＢＯＨＣ準位がレッドシフトされ、フォトダークニングが起こりやすくなること、Ｐ添加濃度が高すぎると、Ｙｂエネルギー準位が変化され、Ｙｂ吸収係数及び変換効率の低下される他、結晶化による伝送損失増加を招くために注意が必要である。
【００７８】
このことから、特定のコアＮＡを持つファイバから発明効果を十分に得るためには、伝送損失、フォトダークニング及び非線形特性の抑制、変換効率の向上させる必要があり、Ｙｂ添加ガラスに、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐ及びＦを単に添加することだけでは非常に困難であり、導入ガス、導入原料、ガラス堆積温度などの製造条件の最適化は勿論のこと、緻密な添加濃度制御及び添加元素の組合せの調整が必要であることが明らかになった。
【００７９】
＜レーザ特性の評価＞
レーザ特性を評価するために、実施例のようにＦ添加ファイバを作製すると共に、比較例３〜１１のようにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ又はＰがコアに添加され、コア径が１１±１μｍ、ポンプガイド径が４００μｍ、ファイバ長１５ｍのいわゆるポリマークラッド構造のダブルクラッド光ファイバを作製した。そうして、光ファイバの一端面に９５０〜１１００ｎｍ帯域用の誘電体高反射膜を形成し、励起波長を９７６ｎｍ、入射ＮＡを０．４５としてレーザ発振特性を評価したところ、実施例のようにＦ添加ファイバは、５０Ｗ出力での光-光変換効率は、７５〜８０％となり、比較例の光-光変換効率（６０〜７０％）よりも高くなった。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上説明したように、本発明は、コアにＹｂを添加した光ファイバについて有用である。
【図１】
2014007255.tif 000005
【図２】
2014007255.tif 000006
【図３】
2014007255.tif 000007
【図４】
2014007255.tif 000008