(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びリンが添加されたコアと、
前記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えたＹｂ添加光ファイバであって、
前記コアの開口数ＮＡは、０．０５以上０．１５以下であり、
前記コアに添加されているＹｂに対するＡｌのモル比ｂは、１．２以上４０以下であり、
前記コアに添加されているＧｅに対するＡｌのモル比ｃは、０．９以上１５以下であり、
前記コアに添加されているＹｂに対するＧｅのモル比ｄは、０．０１以上１０以下であり、
前記コアに添加されているリンの濃度は、０．１６モル％以下である
ことを特徴とするＹｂ添加光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載のＹｂ添加光ファイバにおいて、
前記コアのＮＡと、
前記コアに添加されているＹｂに対するＡｌのモル比ｂと
前記コアに添加されているＧｅに対するＡｌのモル比ｃと、
前記コアに添加されているＧｅに対するＹｂのモル比ｄとの関係を現す（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００の値が８０以上１００００００以下である
ことを特徴とするＹｂ添加光ファイバ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＹｂ添加光ファイバにおいて、
前記コアに添加されているＹｂの濃度は０．０５モル％以上０．２モル％以下であり、
前記コアに添加されているＡｌの濃度は０．１モル％以上１．２モル％以下であり、
前記コアに添加されているＧｅの濃度は０．０５モル％以上０．７モル％以下である
ことを特徴とするＹｂ添加光ファイバ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のＹｂ添加光ファイバにおいて、
前記コアに添加されているリンの濃度は、０．０５モル％以上０．１６モル％以下である
ことを特徴とするＹｂ添加光ファイバ。
【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Ｙｂ添加光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｅｒ（エルビウム）、Ｙｂなどの希土類元素を添加した希土類添加光ファイバは、光通信信号の増幅器として幅広く利用されている。特に、Ｙｂを添加したＹｂ添加光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技術分野において大きな関心を集めている。
【０００３】
近年、こうした加工技術分野では、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）や誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Stimulated Raman Scattering）が発生すると共に、特にフォトダークニング（ＰＤ：photodarkening）が起こり、高出力化が妨げられてしまう。
【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、レーザの安定性、特に高い光変換効率や高いフォトダークニング耐性等の物性が要求される。
【０００５】
ここで、カラーセンター形成のメカニズムによって起こるフォトダークニングは、光ファイバの出力を劣化させる主な原因となっており、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）。
【０００６】
フォトダークニングは、添加されたＹｂイオンのクラスタ化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、添加されたＹｂイオンが十分な拡散（分離）ができず、酸素欠陥によって起因する現象であり、Ｙｂ添加を高濃度化すると、顕著に現れる。
【０００７】
非特許文献２には、Ｙｂイオンのクラスタ化を抑制し、フォトダークニングを低減する方法として、Ａｌ（アルミニウム）を共添加する方法が開示されている。これによると、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。しかし、シングルモードファイバから非線形特性に耐性を持たせるためにＮＡ（Numerical Aperture、開口数）を制御させる必要があり、Ａｌ濃度をいくらでも上げられるものではない。
【０００８】
非特許文献３には、Ｐ（リン）を添加することにより、酸素欠陥（ Non Bridging Oxygen Hole Center： 以下、ＮＢＯＨＣという）準位を変化させ、フォトダークニングをある程度抑制が可能性あることが記載されているが、Ｐ添加コアでは伝送損失が３００ｄＢ／ｋｍとなり、高出力レーザでは適切ではない（例えば、非特許文献４参照）。
【０００９】
ところで、特許文献１〜３では、Ｇｅ添加希土類ファイバのフォトダークニング特性に関して記載され、Ｙｂ添加希土類ファイバのフォトダークニング特性はＧｅ添加と関係なく、主にＡｌ濃度に支配される他、特に、Ｇｅ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ている。さらに、Ｇｅ添加によるフォトダークニング抑制及び伝送損失改善の報告はない他、添加元素のモル比とフォトダークニング及び伝送損失の相関関係を詳細に記載している従来技術はない。
【００１０】
ここで、高ビーム品質のシングルモードファイバを実現させるためにはＮＡを制御する必要があり、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、コアの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する恐れがある。
【００１１】
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（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、レイリー散乱）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にしなければいけない。
【００１２】
なお、非特許文献６のように、フォトダークニングに起因する損失増加量を評価することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９-２４４０５号公報
【特許文献２】特開２００９-５３６７８５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／０１６２４５号パンフレット
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Joona 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、"Characterization of defect luminescence in Yb doped silica fibers: part I NBOHC", OPTICS EXPRESS,vol. １６, ２００８, p４６８８
【非特許文献４】Sylvia Jetschke, "Efficient Yb laser fibers with low photodarkening 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】Joona Koponen.et al.," Photodarkening Measurements in Large-Mode-Area Fibers", SPIE Photonics West ２００７, vol. ６４５３-５０ （２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
Ｙｂ添加光ファイバを用いたファイバレーザでは、通信、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。したがって、Ｙｂ添加光ファイバにおいては、伝送損失が低く、高いフォトダークニング耐性（ＰＤ損失増加量）、且つ、高い非線形耐性を有することが求められる。
【００１６】
本発明の課題は、低損失で且つ、高いフォトダークニング耐性を有するＹｂ添加光ファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願発明者は、コアにＹｂが添加されたＹｂ添加光ファイバにおいて、コアに対するＡｌ及びＧｅ（ゲルマニウム）の添加濃度を最適化することにより、フォトダークニング耐性（又は、ＰＤ損失増加量）を高めることができると共に、伝送損失を低減できることを見出した。本発明は、この知見に基づいて完成するに至ったものである。
【００１８】
具体的には、第１の発明では、
Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びリンが添加されたコアと、
前記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えたＹｂ添加光ファイバを対象とし、
上記Ｙｂ添加光ファイバでは、
前記コアの開口数ＮＡは、０.０５以上０．１５以下であり、
前記コアに添加されているＹｂに対するＡｌのモル比ｂは、１．２以上４０以下であり、
前記コアに添加されているＧｅに対するＡｌのモル比ｃは、０．９以上１５以下であり、
前記コアに添加されているＹｂに対するＧｅのモル比ｄは、０．０１以上１０以下であり、
前記コアに添加されているリンの濃度は、０．１６モル％以下である構成とする。
【００１９】
ここで、コアの開口数ＮＡ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ためにコアＮＡを０．０５以上にあげる必要があり、０．１５よりも大きくなると、シングルモードファイバ化及びコア中に伝送される光の波長を制限（波長カットオフ）させるために有効コア径を小さくする必要があり、非線形耐性が悪くなる。非線形耐性が悪くなると、ＳＢＳ（Stimulated Brillouin Scattering）、ＳＲＳ（Stimulated Raman Scattering）などの非線形特性によってコアが破壊される。しかし、ＮＡを０．０５以上０．１５以下にすることで、非線形特性が抑制され、高出力レーザ発振状態でも破壊され難いコア径が大口径のシングルモードの光ファイバが実現できる。
【００２０】
また、Ｙｂに対するＡｌのモル比が１．２よりも小さくなると、Ａｌ濃度が低くなると共にＧｅ濃度が高くなるため、Ｙｂイオンのクラスタ化及びＮＢＯＨＣの密度が増え、フォトダークニング耐性が悪化する。また、４０よりも大きいと、Ａｌ結晶化により欠陥密度が増大し、フォトダークニング耐性の劣化及び伝送損失が増大する他、フォトダークニング耐性の向上のためにＡｌを増やすと、ＮＡが必要以上に高くなるためにＧｅ濃度が低くなり、フォトダークニング耐性及び伝送損失が悪くなる。一方、Ｇｅに対するＡｌのモル比が０．９よりも小さいと、Ａｌ濃度が低くすぎるためにＹｂイオンのクラスタ化の促進及びＡｌ結晶化により結晶欠陥が増え、フォトダークニング耐性及び伝送損失が悪くなる他、ＮＡを０．１５以下にするためにＧｅ濃度を増やす必要があるので、ＮＢＯＨＣ準位及び密度が増大し、フォトダークニング耐性を悪化させる。また、Ｇｅに対するＡｌのモル比が１５よりも大きいと、Ｇｅ濃度が低くなり、ガラスが硬くなるためにＹｂイオンの拡散が不完全に終わり、フォトダークニング耐性が悪化し、レイリー散乱増加により伝送損失が増える。さらに、Ｙｂに対するＧｅモル比が０．０１より小さいとＧｅ濃度が低いためにＹｂイオンの拡散が不完全で終わり、Ｙｂイオンのクラスタ化が進む他、ガラスが硬くなり、結晶欠陥の増大やレイリー散乱を増大させる恐れがある。また、Ｙｂに対するＧｅモル比が１０よりも大きくなるとＮＢＯＨＣ密度の増大するためにフォトダークニング耐性が低下する。また、リン（Ｐ）を添加することによりフォトダークニング耐性が向上する他、Ｐを添加すると屈折率が低減されるのでＮＡが上昇せず、Ａｌ濃度を高めることが可能になる。ここで、Ｐを単に添加するだけでは、高いフォトダークニング耐性及び低い伝送損失の光ファイバの実現が難しいためにＡl、Ｇｅの濃度最適化が必要となり、前記Ｐ（リン）の濃度は０．１６モル％以下が好ましい。こうすることで、低伝送損失で且つ、高いフォトダークニング耐性を有するＹｂ添加ファイバを実現することができる。
【００２１】
したがって、上記の構成によると、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を有するＹｂ添加光ファイバを実現することができる。
【００２２】
また、この好ましいコアの開口数ＮＡ、Ｙｂに対するＡｌのモル比、Ｇｅに対するＡｌのモル比、Ｙｂに対するＧｅモル比は以下の通りである。
【００２３】
コアの開口数ＮＡは、０．０７〜０．１２、Ｙｂに対するＡｌのモル比は、０．３０〜２０．００、Ｇｅに対するＡｌのモル比は。０．１５〜１２．００、Ｙｂに対するＧｅモル比は、０．４０〜５．００。
【００２４】
第２の発明では、第１の発明において、
前記コアのＮＡと、
前記コアに添加されているＹｂに対するＡｌのモル比ｂと
前記コアに添加されているＧｅに対するＡｌのモル比ｃと、
前記コアに添加されているＧｅに対するＹｂのモル比ｄとの関係を現す（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００の値が８０以上１００００００以下とする。
【００２５】
ここで、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００の値が８０よりも小さくなると、Ｇｅの濃度が高く、且つ、Ａｌ濃度が低くなるためにＹｂイオンのクラスタ密度が増大する他、ＮＢＯＨＣ準位の変化及びＮＢＯＨＣ密度が増え、伝送損失増加及びフォトダークニング耐性が低下する恐れがある。
【００２６】
逆に（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００の値が１００００００よりも大きくなるとＧｅ濃度が低くすぎるためにガラスが硬くなり、レイリー散乱の増加及びＡｌ結晶化が進み、伝送損失及びフォトダークニング耐性が悪化する恐れがある。
【００２７】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、
前記コアに添加されているＹｂの濃度は０．０５モル％以上０．２モル％以下であり、
前記コアに添加されているＡｌの濃度は０．１モル％以上１．２モル％以下であり、
前記コアに添加されているＧｅの濃度は０．０５モル％以上０．７モル％以下とする。
【００２８】
すなわち、高い光変換効率のＹｂ添加光ファイバを作製するためには、Ｙｂ濃度を高くして、吸収係数を上げる必要があるが、あまり上げすぎるとＹｂイオンのクラスタ密度増加及びＹｂ結晶化により、伝送損失の増大及びフォトダークニング耐性が低下する。ここで、コアにＧｅが含まれていない従来のＹｂ添加光ファイバであれば、Ｙｂ濃度を高くすると、Ｙｂイオンの拡散が不完全で終わり、Ｙｂイオンがクラスタ化され、フォトダークニング耐性が低下するため、コアに高濃度のＡｌを添加する必要があった。しかし、コアに高濃度のＡｌを添加すると、コアの屈折率が大きく上昇し、ひいては比屈折率差が大きくなるため、高品質なレーザビームを提供可能な低ＮＡの光ファイバを作製することが困難になる。これに対し、本発明では、Ａｌと共に、このＡｌよりも屈折率変化量が小さい（約１／６）Ｇｅを所定のモル比でコアに添加することによりガラスが比較的に柔らかくなるためにレイリー散乱の低下及びフォトダークニング耐性が高められているので、高濃度のＡｌをコアに添加する必要がなく、０．０５モル％以上といった高濃度のＹｂが添加された低ＮＡの光ファイバを実現することができる。しかし、Ｙｂ濃度が０．２モル％よりも大きくなるとＹｂイオンの拡散が不完全に終わり、Ｙｂイオンのクラスタが増えると共に結晶欠陥が増え、フォトダークニング耐性の悪化及び伝送損失の増大を招く。また、Ａｌ濃度は０．１モルよりも小さくなるとコア屈折率を上げるためにＧｅ濃度を上げる必要があるためにＮＢＯＨＣ密度が増え、フォトダークニング耐性が低下する。さらに、Ａｌ濃度が１．２モル％よりも大きくなるとＮＡが高くなるために非線形耐性が高いシングルモードファイバの実現が難しくなる。また、Ｇｅ濃度が０．０５モル％よりも小さくなるとガラスが硬くなるためにレイリー散乱の増大する他、Ｙｂイオンのクラスタ密度が増え、フォトダークニング耐性が悪化する。さらに、Ｇｅ濃度が０．７モル％よりも大きくなるとＡｌ濃度が減るためにＮＢＯＨＣ密度が増え、フォトダークニング耐性が低下する。
【００２９】
第４の発明では、第１〜３の発明のいずれか１つの発明において、
前記コアにはＰ（リン）がさらに添加され、
前記リンの濃度は、０．０５モル％以上、０．１６モル％以下とする。
【００３０】
すなわち、前記Ｐ（リン）の濃度は０．０５モル％以上０．１６モル％以下が好ましい。こうすることで、低伝送損失で且つ、高いフォトダークニング耐性を有するＹｂ添加ファイバを実現することができる。
【発明の効果】
【００３１】
Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びリン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Ｙｂ添加光ファイバにおいて、最適なＮＡ並びにＹｂ、Ａｌ及びＧｅのモル比、リンの濃度を選択したことにより、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】コアにＹｂ、Ａｌ及びＧｅを添加したファイバのＹｂ濃度に対する伝送損失の相関を示すグラフである。
【図２】コアにＹｂ、Ａｌ及びＧｅを添加したファイバの添加元素のモル比に対する伝送損失の相関を示すグラフである。
【図３】コアにＹｂ、Ａｌ及びＧｅを添加したファイバのＹｂ濃度に対するＰＤ損失増加量の相関を示すグラフである。
【図４】コアにＹｂ、Ａｌ及びＧｅを添加したファイバの添加元素のモル比に対するＰＤ損失増加量の相関を示すグラフである。
【図５】コアにＹｂ、Ａｌ及びＧｅを添加したファイバのコアのＮＡ、Ｙｂ／Ａｌモル比ｂ、 Ａｌ／Ｇｅモル比ｃの積値をＧｅ／Ｙｂモル比ｄで割り、１０００を積した値Ｎに対するＰＤ損失増加量及び伝送損失の相関を示すグラフである。
【図６】コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰを添加したファイバのＹｂ濃度に対する伝送損失の相関を示すグラフである。
【図７】コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰを添加したファイバの添加元素のモル比に対する伝送損失の相関を示すグラフである。
【図８】コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰを添加したファイバのＹｂ濃度に対するＰＤ損失増加量の相関を示すグラフである。
【図９】コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰを添加したファイバの添加元素のモル比に対するＰＤ損失増加量の相関を示すグラフである。
【図１０】コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰを添加したファイバのＮＡ、Ｙｂ／Ａｌモル比ｂ、 Ａｌ／Ｇｅモル比ｃの積値をＧｅ／Ｙｂモル比ｄで割り、１０００を積した値Ｎに対するＰＤ損失増加量及び伝送損失の相関を示すグラフである。
【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、以下の好ましい実施形態の説明は、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Ｙｂ添加光ファイバであり、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。
【００３５】
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。
【００３６】
コアには、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰが添加されている。そうして、コアに添加されているＹｂに対するＡｌ（＝Ａｌ／Ｙｂ）のモル比は１．２以上４０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／Ｇｅ）のモル比は０．９以上１５以下に調整されており、コアに添加されているＹｂに対するＧｅ（＝Ｇｅ／Ｙｂ）のモル比は０．０１以上１０以下に調整されている。また、Ｙｂ濃度は０．０５モル％以上０．２モル％以下に調整されており、Ａｌ濃度は０．１モル％以上１．２モル％以下に調整されており、Ｇｅ濃度は０．０５モル％以上０．７モル％以下に調整されており、Ｐ濃度は０．０５モル％以上０．５モル％以下に調整されている。
【００３７】
（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。
【００３８】
−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ＹｂＣｌ３）、ＡｌＣｌ３、ＧｅＣｌ４、ＰＯＣｌ３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加熱する。このとき、Ｙｂ（ＤＰＭ）３、ＡｌＣｌ３及び、ＧｅＣｌ４、ＰＯＣｌ３の供給量を調整することにより、光ファイバのコアに添加されるＡｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄを調整することができる。そうして、石英管内に、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ、又は、Ｐが添加されたＳｉＯ２（ガラス微粒子）からなるスートが堆積する。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。
【００３９】
次いで、Ｙｂ（ＤＰＭ）３、ＡｌＣｌ３及び、ＧｅＣｌ４、ＰＯＣｌ３の供給を停止し、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。これにより、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ又はＰ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。
【００４０】
−線引工程−
続いて、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Ｇｅ、又はＰ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。
【００４１】
なお、上記においては、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。
【００４２】
また、コア及びクラッドの屈折率を低減するために、Ｂ（ホウ素）やＦ（フッ素）を添加してもよい。但し、コアにＢやＦを添加すると別の問題が生じ得るため、濃度の最適値が異なるが、基本概念は同様である。
【００４３】
したがって、本発明の実施形態によると、伝送損失が低くて、且つ、高いフォトダークニング耐性を有する光ファイバを提供することができる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例をあげて本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。
【００４５】
ＭＣＶＤ法によりコアにＹｂ、Ａｌ及びＧｅが添加された実施例１〜１２の光ファイバ、コアにＹｂ、Ａｌが添加された比較例１、３、５の光ファイバ及び、コアにＹｂ、Ｇｅが添加された比較例２、４の光ファイバを作製した。また、コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰが添加された実施例１３〜２３の光ファイバ、コアにＹｂ、Ａｌ及びＰが添加された比較例６、７の光ファイバを作製し、伝送損失、フォトダークニング耐性及びレーザ特性の評価を行った。広い範囲に当たるファイバ特性を調べるためにＮＡを０．１又は０．０８付近に固定した。Ａｌ／Ｙｂモル比、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ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ＮＡを０．１又は０．０８に固定し、ＡlとＧｅ濃度を調整した。ここで、「ＮＡを固定し、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰの濃度を調整した」のは、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ＮＡを固定しなければならないからである。例えば、Ｙｂ、Ｇｅの濃度を固定し、Ａｌ濃度を変化させるだけでは、ＮＡが好ましい範囲から外れるために判断が難しくなる。つまり、ＮＡを変化させるとＡｌ、Ｇｅ濃度が変化され、異なる振る舞いを示すためである。
【００４６】
＜Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ添加ファイバ＞
（実施例１）
実施例１に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０．１０７であった。コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.０８モル％（モル百分率）、０.７７モル％、０.１９モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００はそれぞれ、９.６３、４.０５、２.３８、１７５６であった。
【００４７】
なお、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅの添加濃度プロファイルをＥＰＭＡ（Electron Probe Mass Analyzer）を用いて測定したところ、Ｙｂ及びＡｌの添加濃度プロファイルは、Ｙｂ（又はＡｌ）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、コアの中心付近で大きく窪んだ疑似ステップインデックス型となっていた。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２〜１２に係る光ファイバのＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ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１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。
【００４８】
（実施例２）
実施例２に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０９であった。コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.１１モル％、０.６４モル％、０.１７モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、５.８２、３.７６、１.５５、１５４１であった。
【００４９】
（実施例３）
実施例３に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０３であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.１５モル％、０.２０モル％、０.２４モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、１.３３、０.８３、１.６、７２であった。
【００５０】
（実施例４）
実施例４に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０７であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.１６モル％、０.２１モル％、０.２５モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、１.３１、０.８４、１.５６、７５であった。
【００５１】
（実施例５）
実施例５に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１１１であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.０７モル％、０.８９モル％、０.１４モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、１２.７１、６.３６、２.０、４４８６であった。
【００５２】
（実施例６）
実施例６に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０８であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.１５モル％、０.２６モル％、０.４３モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、１.７３、０.６、２.８７、３９であった。
【００５３】
（実施例７）
実施例７に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０４であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.１２モル％、０.５４モル％、０.０９モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、４.５、１１、０.７５、６８４６であった。
【００５４】
（実施例８）
実施例８に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０７であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.１２モル％、０.２モル％、０.４７モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、１.６７、１１.０、３.９２、５０１であった。
【００５５】
（実施例９）
実施例９に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０７であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.１モル％、０.２２モル％、０.４５モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、２.２、１１、４.５、５７５であった。
【００５６】
（実施例１０）
実施例１０に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.７９であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.０９モル％、０.１２モル％、０.２９モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、１.３３、０.４１、３.２２、１４であった。
【００５７】
（実施例１１）
実施例１１に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.０８５であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０.０８モル％、０.１７モル％、０.１１モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、２.１３、１.５５、１.３８、２０３であった。
【００５８】
（実施例１２）
実施例１２に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.０７６であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度はそれぞれ、０．１１モル％、０.０４モル％、０.２３モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、０.３６、０.１７、２.０９、２であった。
【００５９】
（比較例１）
比較例１に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.０８であった。コアに添加されているＹｂ濃度及びＡｌ濃度はそれぞれ、０.０９モル％、０.３７モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂは、４.１１であった。
【００６０】
（比較例２）
比較例２に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０．０８であった。コアに添加されているＹｂ濃度及びＧｅ濃度はそれぞれ、０.０９モル％、０.３モル％であった。すなわち、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄは、３.３３であった。
【００６１】
（比較例３）
比較例３に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０．１１であった。コアに添加されているＹｂ濃度及びＡｌ濃度はそれぞれ、０.１モル％、０.７９モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂは、７.９であった。
【００６２】
（比較例４）
比較例４に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０．１１であった。コアに添加されているＹｂ濃度及びＧｅ濃度はそれぞれ、０.１モル％、０.４モル％であった。すなわち、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄは、４.０であった。
【００６３】
（比較例５）
比較例５に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０．１４であった。そして、コアには、Ｙｂ及びＡｌが添加されている。コアに添加されているＹｂ濃度及びＡｌ濃度はそれぞれ、０.１モル％、１.９５モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂは、１９.５であった。
【００６４】
（伝送損失の評価方法）
ファイバ長１００ｍ、曲げ直径２００ｍｍの光ファイバにおける波長１３００ｎｍ付近の伝送損失を測定し、その波長帯域における伝送損失を評価した。
【００６５】
（フォトダークニング耐性の評価方法）
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のレーザ光の透過率（透過パワー）を４８時間連続的に計測して、レーザ光の損失増加量を評価した（例えば、非特許文献６参照）。ここで、ファイバのコア径は７.５um、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。ファイバと間の融着損失はフォトダークニング結果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。
【００６６】
（伝送損失及びフォトダークニング耐性の評価）
表１は、実施例１〜１２及び比較例１〜５に係る光ファイバの波長１３００ｎｍ帯域の伝送損失や励起波長９１５ｎｍ、励起パワー５００ｍＷで４８時間照射後の６７０ｎｍのレーザ光の損失増加量などの特性をまとめたものである。
【００６７】
【表１】
0006038484.tif 000002
【００６８】
−伝送損失の評価−
図１で示すように波長１３００ｎｍ帯域の伝送損失は、Ｙｂ濃度に依存するが、ある条件においては予測曲線から外れることからＹｂ、Ａｌ及びＧｅ添加コアの伝送損失は、単にＹｂ濃度に依存するだけではなく、Ｙｂ、Ａｌ及びＧｅの濃度組合せに依存することが分かる。それは、Ｙｂ、Ａｌ及びＧｅ濃度の組合せ状況によってガラスの軽度、ＮＢＯＨＣ準位及びＮＢＯＨＣ密度、結晶欠陥密度、レイリー散乱状態が異なるためであると考えられる。表１で示すように、例えば、実施例２、１２のように類似なＹｂ濃度であってもＡｌ、Ｇｅ濃度の組合せによって伝送損失は異なる。さらに、表１に示すように、実施例１では６.２ｄＢ／ｋｍ、実施例３では１８.０ｄＢ／ｋｍ、比較例１では２１ｄＢ／ｋｍ、比較例２では２５ｄＢ／ｋｍであり、実施例１、２に係る光ファイバの伝送損失は、比較例１、２に係る光ファイバの伝送損失よりも格段に低くなっている。このことから、コアにＹｂ、Ａｌ及びＧｅが添加されている光ファイバは、コアにＧｅが添加されておらずＹｂ及びＡｌが添加されている光ファイバやコアにＡｌが添加されておらずＹｂ及びＧｅが添加されている光ファイバよりも伝送損失が小さくなることが分かる。
【００６９】
高出力シングルモードファイバレーザの応用のためにはコア伝送損失は１５ｄＢ／ｋｍ以下が好ましく、１０ｄＢ／ｋｍ以下がより好ましいことから、図２によると、伝送損失はＡｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比に大きく依存し、１０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を持つファイバ確保するためには、それぞれの値は、１．２以上１０以下、１．０以上１０以下であることが分かる。しかし、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄは規則性が少なく、ばらつく。それは、伝送損失は、Ｇｅ／Ｙｂモル比に影響されるよりもＡｌ／Ｙｂモル比ｂ及びＡｌ／Ｇｅモル比ｃに支配されるためと考えられる。
【００７０】
−フォトダークニング耐性の評価−
図３示すように励起パワー５００ｍＷでの６７０ｎｍ付近のＰＤ損失増加量は、概ねＹｂ濃度に依存するが、ある条件においては予測曲線から外れることからＹｂ、Ａｌ及びＧｅ添加コアのＰＤ損失増加量は単にＹｂ濃度に依存するだけではなく、Ｙｂ、Ａｌ及びＧｅの濃度組合せに依存することが分かる。それは、Ｙｂ、Ａｌ及びＧｅ濃度の組合せ状況によってガラスの軽度、ＮＢＯＨＣ密度、結晶欠陥密度が異なるためと考えられる。表１で示すように、実施例１では２.０ｄＢ、実施例２では４.５ｄＢ、比較例１では２０ｄＢ、比較例２では２６ｄＢであり、実施例１、２に係る光ファイバのＰＤ損失増加量は、比較例１、２に係る光ファイバの損失増加量よりも格段に低くなっている。つまり、実施例１、２に係る光ファイバは、比較例１、２に係る光ファイバよりもフォトダークニング耐性が格段に高くなっている。このことから、コアにＹｂ、Ａｌ及びＧｅが添加されている光ファイバは、コアにＧｅが添加されておらずＹｂ及びＡｌが添加されている光ファイバやコアにＡｌが添加されておらずＹｂ及びＧｅが添加されている光ファイバよりもフォトダークニング耐性が高くなることが分かる。加えて、実施例９と比較例１とを対比すると、比較例１の方が実施例９よりもＡｌ濃度が高くても、実施例９の方が損失増加量が低くなっている。このことは、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耐性を向上することができるという従来の知見とは、全く逆の結果である。
【００７１】
高出力シングルモードファイバレーザの応用のためにはコアのＰＤ損失増加量は１５ｄＢ／２日以下が好ましく、１０ｄＢ／２日以下がより好ましいことから、図４によると、ＰＤ損失増加量はＡｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比に大きく依存し、１０ｄＢ／２日以下の損失増加量を持つファイバ確保するためには、それぞれの値は、１．２以上１０以下、０．９以上１０以下であることが分かる。しかし、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄは規則性が少なく、ばらつく。それは、伝送損失は、Ｇｅ／Ｙｂモル比に支配されるよりもＡｌ／Ｙｂモル比ｂ及びＡｌ／Ｇｅモル比ｃに影響されるためと考えられる。
【００７２】
図５は、コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐを添加したファイバのＮＡ、Ｙｂ／Ａｌモル比ｂ、 Ａｌ／Ｇｅモル比ｃを積算して、Ｇｅ／Ｙｂモル比で割り、１０００を積値Ｎに対するＰＤ損失増加量及び伝送損失の相関を示す結果である。ＰＤ損失増加量及び伝送損失はＮに大きく依存する。１０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失及び１０ｄＢ／２日以下のＰＤ損失増大量を得るためには、Ｎは８０以上であることが必要とされる。
【００７３】
また、図５に示すとおり、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００が８０以上となると、ＰＤ損失増加量及び伝送損失が、急激に小さくなり（具体的には１０（ｄＢ/２日）より小さくなる）、１００００超えても、急激に伝送損失及びフォトダークニング耐性が小さくならない（飽和している）。よって、上記の構成によると、より高いフォトダークニング耐性、且つ、より良い伝送損失を有するＹｂ添加光ファイバを実現することができる。
【００７４】
＜Ｙｂ／Ａｌ／Ｇｅ／Ｐ添加ファイバ＞
（実施例１３）
実施例１３に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０４であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度及びＰ濃度はそれぞれ、０.１５モル％、０.２２モル％、０.４モル％、０.１５モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００はそれぞれ、１.４７、０.５５、２.６７、３１であった。
【００７５】
なお、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅの添加濃度プロファイルをＥＰＭＡを用いて測定したところ、Ｙｂ及びＡｌの添加濃度プロファイルは、Ｙｂ（又はＡｌ、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、コアの中心付近で大きく窪んだ疑似ステップインデックス型となっていた。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１４〜２３に係る光ファイバのＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ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１３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。
【００７６】
（実施例１４）
実施例１４に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０９であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１６モル％、０.３３モル％、０.１６モル％、０.１３モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、２.０６、２.０６、１.０、４６４であった。
【００７７】
（実施例１５）
実施例１５に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０４であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１４モル％、０.５４モル％、０.０９モル％、０.１モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、３.８６、６.０、０.６４、３７４４であった。
【００７８】
（実施例１６）
実施例１６に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０３であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１２モル％、０.５１モル％、０.１モル％、０.０６モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、４.２５、５.１、０.８３、２６７９であった。
【００７９】
（実施例１７）
実施例１７に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０３であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１２モル％、０.６４モル％、０.０６モル％、０.０７モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、５.３３、１０.６７、０.５、１１７１９であった。
【００８０】
（実施例１８）
実施例１８に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.０９９であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１３モル％、０.４８モル％、０.１モル％、０.１４モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、３.６９、４.８、０.７７、２２８１であった。
【００８１】
（実施例１９）
実施例１９に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１１であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.０６モル％、１.１４モル％、０.１１モル％、０.１６モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、１９.０、１０.３６、１.８３、１１８１５であった。
【００８２】
（実施例２０）
実施例２０に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０５であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１２モル％、０.６４モル％、０.１モル％、０.１３モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、５.３３、６.４、０.８３、４３０１であった。
【００８３】
（実施例２１）
実施例２１に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１０６であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１０モル％、０.７６モル％、０.１０モル％、０.１４モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、７.６、７.６、１.０、６１２３であった。
【００８４】
（実施例２２）
実施例２２に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.０８であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１モル％、０.２２モル％、０.２６モル％、０.０９モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、２.２、０.８５、２.６、５７であった。
【００８５】
（実施例２３）
実施例２３に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.０８２であった。そして、コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｇｅ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.０７モル％、０.４５モル％、０.０９モル％、０.１４モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄ、（ＮＡ×ｂ×ｃ）／ｄ×１０００は、それぞれ、６.４３、５.０、１.２９、２０５０であった。
【００８６】
（比較例６）
比較例６に係る光ファイバは、コア径が７．５μｍ、ＮＡが０.１１４であった。そして、コアには、Ｙｂ、Ａｌ及びＰが添加されている。コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１４モル％、０.９１モル％、０.２１モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂは、６.５であった。
【００８７】
（比較例７）
比較例７に係る光ファイバは、コア径が７．５±１μｍ、ＮＡが０.０８９であった。そして、コアには、Ｙｂ、Ａｌ及びＰが添加されている。コアに添加されているＹｂ濃度、Ａｌ濃度、Ｐ濃度はそれぞれ、０.１５モル％、０.４６モル％、０.０９モル％であった。すなわち、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂは、３.０７であった。
【００８８】
（伝送損失及びフォトダークニング耐性の評価）
表２は、実施例１３〜２３及び比較例１〜５に係る光ファイバの波長１３００ｎｍ帯域の伝送損失や励起波長９１５ｎｍ、励起パワー５００ｍＷで４８時間照射後の６７０ｎｍのレーザ光の損失増加量などの特性をまとめたものである。
【００８９】
【表２】
0006038484.tif 000003
【００９０】
−伝送損失の評価−
図６で示すように波長１３００ｎｍ帯域の伝送損失は、図１と同様にＹｂ濃度に依存するが、ある条件においては予測曲線から外れることからＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰ添加コアの伝送損失は単にＹｂ濃度に依存するだけではなく、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰの濃度組合せに依存することが分かる。それは、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰ濃度の組合せ状況によってガラスの軽度、欠陥密度、ＮＢＯＨＣ準位及びＮＢＯＨＣ密度、レイリー散乱状態が異なるためであると考えられる。表２で示すように、例えば、実施例１４、１５のように同様なＹｂ濃度であってもＡｌ、Ｇｅ及びＰ濃度の組合せによって伝送損失は異なる。さらに、実施例１６では５．３ｄＢ／ｋｍ、実施例１７では５．１ｄＢ／ｋｍ、比較例６では１５ｄＢ／ｋｍ、比較例７では１５ｄＢ／ｋｍであり、実施例１５、１６に係る光ファイバの伝送損失は、比較例６、７に係る光ファイバの伝送損失よりも低くなっている。このことから、コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰが添加されている光ファイバは、コアにＧｅが添加されておらずＹｂ、Ａｌ及びＰが添加されている光ファイバよりも伝送損失が小さくなることが分かる。
【００９１】
高出力シングルモードファイバレーザの応用のためにはコアのＰＤ損失増加量は１５ｄＢ／２日以下が好ましく、１０ｄＢ／２日以下がより好ましいことから、図７によると、伝送損失はＡｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比に大きく依存し、１０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を確保するためには、それぞれの値を、２以上、１以上であることが分かる。しかし、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄと伝送損失には規則性が少なく、ばらつく。この結果から伝送損失は、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄに影響されるよりもＡｌ／Ｙｂモル比ｂ及びＡｌ／Ｇｅモル比ｃに支配されるためと考えられる。
【００９２】
−フォトダークニング耐性の評価−
図８示すように励起パワー５００ｍＷでの６７０ｎｍ付近の損失は、概ねＹｂ濃度に依存するが、ある条件においては予測曲線から外れることからＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰ添加コアの伝送損失は単にＹｂ濃度に依存するだけではなく、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰの濃度組合せに依存することが分かる。それは、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰ濃度の組合せ状況によってガラスの軽度、欠陥密度、ＮＢＯＨＣ準位及び密度が異なるためであると考えられる。表２で示すように、実施例１４では７．５ｄＢ、実施例１５では６．０ｄＢ、比較例７では１９．４ｄＢであり、実施例１４、１５に係る光ファイバの損失増加量は、比較例７に係る光ファイバの損失増加量よりも低くなっている。つまり、実施例１４、１５に係る光ファイバは、比較例７に係る光ファイバよりもフォトダークニング耐性が高くなっている。しかし、比較例６の損失増加量は実施例より低いが、伝送損失が高く、高出力レーザを実現させるには適切ではない。また、比較例７から分かるように、ＮＡを下げることにより伝送損失及びＰＤ損失耐性は悪くなるため、シングルモードファイバのコア面積を広げ、非線形耐性を高める観点からも適切ではない。このことから、コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰが添加されている光ファイバは、コアにＧｅが添加されておらずＹｂ、Ａｌ及びＰが添加されている光ファイバよりもフォトダークニング耐性が高くなることが分かる。
【００９３】
高出力ファイバレーザの応用のためには、コア伝送損失は１５ｄＢ／ｋｍ以下が好ましく、１０ｄＢ／ｋｍ以下がより好ましいために、図９によると、伝送損失はＡｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄに大きく依存し、１０ｄＢ／２日以下のＰＤ損失増加量を確保するためには、それぞれの値を、２以上、１．２以上が必要とされる。しかし、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄに係るＰＤ損失増加量は規則性が少なく、ばらつく。それは、伝送損失は、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄに影響されるよりもＡｌ／Ｙｂモル比ｂ及びＡｌ／Ｇｅモル比ｃに支配されると考えられる。
【００９４】
図１０は、コアにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐを添加したファイバのコアのＮＡ、Ｙｂ／Ａｌモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃを積した値をＧｅ／Ｙｂモル比ｄで割り、１０００を積値Ｎに対するＰＤ損失増加量及び伝送損失の相関を示す結果である。ＰＤ損失増加量及び伝送損失はＮに大きく依存する。高出力ファイバレーザの応用のためには、コア伝送損失は１５ｄＢ／ｋｍ以下が好ましく、１０ｄＢ／ｋｍ以下がより好ましいために、Ｎは、８０以上が必要とされる。
【００９５】
以上のフォトダークニング耐性の評価結果を踏まえると、比較的高いフォトダークニング耐性を有する光ファイバを得るためには、コアに添加するＹｂ、Ａｌ、Ｇｅの比率を調整することが肝要であることが分かる。そこで、コアに添加するＡｌ、Ｙｂ、ＧｅのＡｌ／Ｙｂモル比ｂ、Ａｌ／Ｇｅモル比ｃ及び、Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄを変化させてフォトダークニング耐性を評価した。その結果、Ａｌ／Ｙｂモル比ｂは、１０よりも大きいとＮＡが高くなるために、非線形耐性が高いシングルモードファイバの実現が難しくなり、１．２よりも小さいと伝送損失の増加及びフォトダークニング耐性が低下となるために、１．２以上が好ましく、１．２以上１０以下がより好ましい。Ａｌ／Ｇｅモル比ｃは、１０よりも大きいとＡｌ結晶化による伝送損失の増加及びフォトダークニング耐性の低下となり、０．９よりも小さいとガラスが硬くなり、Ｙｂイオンのクラスタ増大によるフォトダークニング耐性低下及び伝送損失の増加になるため、０．９以上が好ましく、０．９以上１０以下がより好ましい。Ｇｅ／Ｙｂモル比ｄは、１０よりも大きいとＡｌ濃度が低く、Ｙｂクラスタの増大によりフォトダークニング及び伝送損失が悪化となるため、５以下が好ましく、１０以下がより好ましいことが分かった。
【００９６】
（レーザ特性の評価）
また、レーザ特性を評価するために、実施例５、７、１１、１７、１９及び比較例１、２、６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９５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下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５、７、１１、１７、１９のようにＹｂ、Ａｌ、Ｇｅ又はＰが添加された光ファイバの５０Ｗ出力での光-光変換効率は、７８％以上８０％以下となり、比較例１、２、６のようにコアにＹｂ及びＡｌ、Ｙｂ及びＧｅ、又は、Ｙｂ、Ａｌ及びＰが添加された光ファイバの５０Ｗ出力での光-光変換効率（６０％以上７０％以下）よりも高くなった。
【００９７】
かくして、本発明に係る光ファイバが従来の光ファイバに比べて格別の優れた有利な効果を有することが実証された。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、高出力Ｙｂドープ光ファイバの伝送損失を低減することができると共に、フォトダークニングを抑制することができる点で有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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