(57)【要約】  希土類元素とアルミニウムとが添加されたシリカガラスからなるコア部と、前記コア部の外周に形成され、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方が添加されたシリカガラスからなり、前記コア部よりも屈折率が低い内側クラッド層と、前記内側クラッド層の外周に形成され、前記内側クラッド層よりも屈折率が低い外側クラッド層と、を備える光ファイバである。これによって、所望の光学特性を生産性高く実現できる。
2013038794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素とアルミニウムとが添加されたシリカガラスからなるコア部と、
前記コア部の外周に形成され、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方が添加されたシリカガラスからなり、前記コア部よりも屈折率が低い内側クラッド層と、
前記内側クラッド層の外周に形成され、前記内側クラッド層よりも屈折率が低い外側クラッド層と、
を備えることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記内側クラッド層に添加されたアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびカルシウムの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記アルミニウムの添加濃度は２ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下であり、前記希土類元素はイッテルビウムであり、該イッテルビウムの添加濃度は０．８ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記内側クラッド層に対する前記コア部の比屈折率差は０．１％〜０．１５％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コア部はフッ素が添加されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記外側クラッド層は樹脂からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記内側クラッド層の純シリカガラスに対する比屈折率差は０％〜０．４％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記内側クラッド層は塩素またはリンが添加されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記コア部はアルカリ金属が添加されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ファイバを増幅用光ファイバとして備えることを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ファイバを増幅用光ファイバとして備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１２】
希土類元素とアルミニウムとが添加されたシリカガラスからなるコア母材を、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方が添加されたシリカガラスからなり、前記コア母材よりも屈折率が低い内側クラッド層形成用ガラス管に挿入する工程と、
前記コア母材と前記内側クラッド層形成用ガラス管とを加熱して一体化する工程と、
を含むことを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項１３】
希土類元素とアルミニウムとが添加されたシリカガラスからなるコア母材の外周にシリカガラス微粒子を堆積して多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層にアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方を添加する工程と、
前記アルカリ金属を添加した多孔質層を加熱してガラス化する工程と、
を含むことを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項１４】
前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびカルシウムの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１５】
前記アルミニウムの添加濃度は２ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下であり、前記希土類元素はイッテルビウムであり、該イッテルビウムの添加濃度は０．８ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類元素とアルミニウムとが添加されたコア部を備える光ファイバ、これを用いた光ファイバレーザおよび光ファイバ増幅器、ならびに希土類元素とアルミニウムとが添加されたコア部を備える光ファイバの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コア部に希土類元素が添加された光ファイバを増幅媒体とした光ファイバレーザが注目され、金属の加工や医療といった様々な分野において実用化され始めている。イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）等、様々な希土類元素を用いた光ファイバレーザがあるが、中でもＹｂが添加されたシリカガラス系の光ファイバ（ytterbium  doped  optical  fiber：ＹＤＦ）を用いた１μｍ波長帯の光ファイバレーザは、高出力かつ高効率でレーザ発振が可能であることが知られている。またＹＤＦを用いた光ファイバレーザは、高出力レーザとして広く普及しているＹＡＧレーザや半導体レーザと発振波長帯が同じであることも、開発がさかんな要因の一つである。【０００３】
ＹＤＦを用いた光ファイバレーザの高出力化が可能な理由として、Ｙｂ３＋イオンは例えばＥｒ３＋イオンに比べて添加濃度を高くしても濃度消光が生じにくいため、数質量％（ｗｔ％）のＹｂをコア部に添加することが可能であり、これによって高効率な光増幅が可能であることが挙げられる。また、ＹＤＦは、ダブルクラッド構造とし、ダブルクラッド型光ファイバレーザに用いることで、より一層の高出力化が可能となる。ここで、ダブルクラッド構造とは、コア部の周囲に順次内側クラッド層、外側クラッド層を形成した構造である。ダブルクラッド型光ファイバレーザにおいては、レーザ光はコア部に閉じ込められて伝搬し、励起光はコア部と内側コア層とに閉じ込められて伝搬する。【０００４】
しかしながら、様々な希土類元素添加の光ファイバにおいて、コア部に高強度の励起光を入力すると、「Photodarkening」と呼ばれる、損失増加の現象が生じることが知られている（非特許文献１）。【０００５】
特にＹＤＦにおいては、Ｙｂの添加濃度が高くなるにつれて、「Photodarkening」現象によって紫外光領域での伝送損失が急激に大きくなる。この影響によって、発振波長帯である１μｍ波長帯においても伝送損失が大きくなる。しかもこの伝送損失は励起光の入力によって経時的に大きくなるので、光ファイバレーザを構成した場合に、レーザ光の出力強度が時間とともに減衰してしまう現象が見られる（非特許文献２、３）。この「Photodarkening」現象を抑制する手段として、Ｙｂを添加したコア母材を作製する際にアルミニウム（Ａｌ）を共添加することでＹｂ３＋イオンのクラスタリングを抑制して、伝送損失の増加を低減する手法が報告されている（特許文献１、非特許文献４）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M.M.Broer  et  al.,  ”Highly  nonlinear  near-resonant  photodarkening  in  a  thulium-doped  aluminosilicate  glass  fiber”  Opt.  Lett.  Vol.18,  pp.799-801(1993).
【非特許文献２】J.J.Koponen  et  al.,  ”Measuring  photodarkening  from  single-mode  ytterbium  doped  silica  fibers”  Opt.  Express  vol.14  pp.11539-11544(2006).
【非特許文献３】J.J.Koponen  et  al.,  ”Photodarkening  in  ytterbium-doped  silica  fibers”,[online],September  2005,［平成23年9月8日検索］,インターネット〈URL：http://www.nlight.net/nlight-files/file/technical_papers/SecDef05_Photodarkening...pdf〉
【非特許文献４】T.Kitabayashi  et  al.,  ”Population  Inversion  Factor  Dependence  of  Photodarkening  of  Yb-doped  Fibers  and  its  Suppression  by  Highly  Aluminum  Doping”  OFC2005,  paper  OThC5(2005)
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４７５１０９号公報
【特許文献２】特表２０１０−５２６７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、ダブルクラッド構造の光ファイバを製造する場合、たとえばコア部となるコア母材を、内側クラッド層を形成するためのガラス管（ジャケット管）に挿入し、両者を加熱して一体化する方法が用いられる。または、コア母材にシリカガラスからなる微粒子を堆積させて多孔質層を形成した後、加熱によって多孔質層をガラス化して内側クラッド層となる層とする方法がある。【０００９】
しかしながら、ＹｂとＡｌとを共添加したコア母材は、Ａｌの添加濃度に比例して軟化温度が低下する。また、ＹｂとＡｌとを共添加したコア母材は、これらを添加していない純シリカガラスからなるコア母材と比較して、粘度もよりも小さくなる。そのため、光ファイバ母材または光ファイバの製造工程において、コア母材とその周囲に形成する内側クラッド層（光ファイバ母材における内側クラッド層、以下、適宜母材内側クラッド層と記載する）との界面にクラックが生じてしまい、光ファイバ母材の製造が困難になる場合があり、これによって光ファイバの生産性も低下するという問題があった。また、製造した光ファイバのコア部と内側クラッド層との間に歪が残留し、これによって伝送損失が増大したり、所望の光学特性が得られない場合があるという問題があった。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所望の光学特性を生産性高く実現できる光ファイバ、これを用いた光ファイバレーザおよび光ファイバ増幅器、ならびに所望の光学特性を有する光ファイバを生産性高く製造できる光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバは、希土類元素とアルミニウムとが添加されたシリカガラスからなるコア部と、前記コア部の外周に形成され、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方が添加されたシリカガラスからなり、前記コア部よりも屈折率が低い内側クラッド層と、前記内側クラッド層の外周に形成され、前記内側クラッド層よりも屈折率が低い外側クラッド層と、を備える。【００１２】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記内側クラッド層に添加されたアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびカルシウムの少なくともいずれか一つである。【００１３】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記アルミニウムの添加濃度は２ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下であり、前記希土類元素はイッテルビウムであり、該イッテルビウムの添加濃度は０．８ｗｔ％以上である。【００１４】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記内側クラッド層に対する前記コア部の比屈折率差は０．１％〜０．１５％である。【００１５】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記コア部はフッ素が添加されている。【００１６】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記外側クラッド層は樹脂からなる。【００１７】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記内側クラッド層の純シリカガラスに対する比屈折率差は０％〜０．４％である。【００１８】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記内側クラッド層は塩素またはリンが添加されている。【００１９】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記コア部はアルカリ金属が添加されている。【００２０】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明の光ファイバを増幅用光ファイバとして備える。【００２１】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器は、上記発明の光ファイバを増幅用光ファイバとして備える。【００２２】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、希土類元素とアルミニウムとが添加されたシリカガラスからなるコア母材を、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方が添加されたシリカガラスからなり、前記コア母材よりも屈折率が低い内側クラッド層形成用ガラス管に挿入する工程と、前記コア母材と前記内側クラッド層形成用ガラス管とを加熱して一体化する工程と、を含む。【００２３】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、希土類元素とアルミニウムとが添加されたシリカガラスからなるコア母材の外周にシリカガラス微粒子を堆積して多孔質層を形成する工程と、前記多孔質層にアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方を添加する工程と、前記アルカリ金属を添加した多孔質層を加熱してガラス化する工程と、を含む。【００２４】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明において、前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびカルシウムの少なくともいずれか一つである。【００２５】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明において、前記アルミニウムの添加濃度は２ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下であり、前記希土類元素はイッテルビウムであり、該イッテルビウムの添加濃度は０．８ｗｔ％以上である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、所望の光学特性を有する光ファイバを生産性高く実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面およびその屈折率プロファイルを示す図である。
【図２】図２は、実施の形態２に係る光ファイバレーザの模式的な構成図である。
【図３】図３は、光ファイバレーザの出力スペクトルの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバ、光ファイバレーザおよび光ファイバ増幅器、ならびに光ファイバの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面およびその屈折率プロファイルを示す図である。図１に示すように、この光ファイバ１は、コア部１ａと、コア部１ａの外周に形成された内側クラッド層１ｂと、内側クラッド層１ｂの外周に形成された外側クラッド層１ｃと、を備えている。
【００３０】
コア部１ａは、希土類元素であるＹｂと、Ａｌと、フッ素（Ｆ）とが添加されたシリカガラスからなる。Ｙｂの添加濃度は０．８ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下が好ましい。このように、Ｙｂを高濃度に添加することによって、光ファイバ１の単位長さあたりの利得を高くすることができる。一方でＹｂの添加濃度を５．０ｗｔ％以下とすることによって、クラスタリングの抑制が容易となる。また、Ａｌの添加濃度は２ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下が好ましい。Ａｌの添加濃度を２ｗｔ％以上にすることによってＹｂのクラスタリンクを抑制することができ、１０ｗｔ％以下にすることによってＡｌの結晶化を防止することができる。なお、Ｙｂ、Ａｌの添加濃度は例示であり、特に限定はされない。
【００３１】
内側クラッド層１ｂは、アルカリ金属であるカリウム（Ｋ）が添加されたシリカガラスからなる。外側クラッド層１ｃはクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂からなる。なお、樹脂としては、たとえばＵＶ硬化型樹脂を用いることができる。このように、外側クラッド層１ｃを樹脂で構成することで、保護材としての役割も果たせるため、さらに外側クラッド層１ｃの外側に保護層を設ける必要がなく、光ファイバ１の細径化が可能となる。また、ＵＶ硬化型樹脂を用いることで、普通の光ファイバの線引き技術が使用でき、光ファイバ１を容易に製造できる。
【００３２】
図１の屈折率プロファイルが示すように、ＹｂおよびＡｌの屈折率を高める効果によって、内側クラッド層１ｂの屈折率はコア部１ａの屈折率よりも低くなる。また、外側クラッド層１ｃの樹脂は、内側クラッド層１ｂの屈折率よりも低い屈折率のものが使用される。光ファイバ１は、図１に示した断面構造と屈折率プロファイルの設定とによって、ダブルクラッド型の光ファイバレーザに適用可能なダブルクラッド構造を実現している。
【００３３】
内側クラッド層１ｂに対するコア部１ａの比屈折率差は、Ｆの添加によって低くされており、たとえば０．１％〜０．１５％である。このように比屈折率差を小さくすることによって、光ファイバ１のモードフィールド径（ＭＦＤ）を大きくして、コア部１ａ内での光学非線形効果の発生を抑制することができる。
【００３４】
この光ファイバ１はたとえば以下のように２つの方法で製造できる。第１の方法は、はじめにＹｂとＡｌとが添加されたシリカガラスからなるコア母材を、Ｋが添加されたシリカガラスからなる内側クラッド層形成用ガラス管（ジャケット管）に挿入する。つぎに、コア母材とジャケット管とを加熱して一体化し、コア母材と母材内側クラッド層とからなる光ファイバ母材を形成する。なお、この光ファイバ母材をさらにジャケット管に挿入し、加熱一体化してもよい。つぎに光ファイバ母材から光ファイバを線引きしながらその外周に外側クラッド層１ｃとなる樹脂を形成する。
【００３５】
第２の方法は、はじめにＹｂとＡｌとが添加されたシリカガラスからなるコア母材の外周にシリカガラス微粒子を堆積して多孔質層を形成する。つぎに多孔質層にＫをたとえば液相や気相の状態で添加する。つぎにアルカリ金属を含有させた多孔質層を加熱してガラス化し、コア母材と母材内側クラッド層とからなる光ファイバ母材を形成する。なお、この光ファイバ母材にさらに多孔質層を形成し、ガラス化を行ってもよい。つぎに光ファイバ母材から光ファイバを線引きしながらその外周に外側クラッド層１ｃとなる樹脂を形成する。
【００３６】
ここで、従来のダブルクラッド構造の光ファイバでは、内側クラッド層として純シリカガラスが使用されている。このため、上述したように、光ファイバ母材および光ファイバの製造工程において、コア母材と母材内側クラッド層との界面にクラックが生じてしまう場合がある。
【００３７】
これに対して、本実施の形態１に係る光ファイバ１では、内側クラッド層１ｂはＫが添加されたシリカガラスからなる。このため、内側クラッド層１ｂとなる母材内側クラッド層を形成するためのジャケット管や多孔質層の粘度が小さくなるので、コア母材と母材内側クラッド層との粘度の差が小さくなる。その結果、コア母材と母材内側クラッド層との界面にクラックが生じることが抑制される。これによって、光ファイバ１の生産性が高くなるとともに、所望の特性を歩留まり高く実現できる。
【００３８】
また、コア母材および母材内側クラッド層の軟化温度が低下するので、光ファイバ母材および光ファイバの製造工程における加熱温度の最高値を低下させることができる。その結果、コア母材と母材内側クラッド層との界面でＡｌが結晶化することが抑制される。これによって、コア部１ａを伝搬するレーザ光およびコア部１ａと内側クラッド層１ｂとを伝搬する励起光の伝送損失が、結晶化したＡｌによって増加することが抑制される。また、光ファイバの線引き時の加熱温度を低下させることができるので、光ファイバ１に残留する歪をより一層低減することができる。その結果、光ファイバ１の製造歩留まりはより高くなるとともに、内側クラッド層１ｂを伝搬する励起光の伝送損失を抑制することができる。光ファイバ１を１Ｗ以上の高出力の光ファイバレーザに適用する場合、励起光の強度はたとえば数百Ｗときわめて高くなるので、伝送損失が大きいと損失により光ファイバが発熱するおそれがあるが、光ファイバ１ではこの発熱を抑制することができる。
【００３９】
なお、母材内側クラッド層にＫを添加すれば、純シリカガラスの場合よりもコア母材と母材内側クラッド層との軟化温度および粘度の差が小さくできる（特許文献２参照）。特に、これらの軟化温度および粘度の差が、光ファイバ母材および光ファイバの製造工程においてクラックが発生せず、かつ製造した光ファイバ１のコア部１ａと内側クラッド層１ｂとの間に、問題となる大きさの歪が残留しないようにできる程度以下の差であることが好ましい。したがって、このような差を実現できる量のＫを添加することが好ましい。
【００４０】
また、母材内側クラッド層にＫなどのアルカリ金属を高濃度に添加すれば、内側クラッド層１ｂの屈折率を高くできるとともに、軟化温度を低下させることができるので好ましい。
【００４１】
たとえば、シリカガラスからなる母材内側クラッド層にＦを添加しても母材内側クラッド層の粘度を低下させることができる。しかしながら、Ｆを添加すると母材内側クラッド層の屈折率も低下するため、内側クラッド層１ｂに対するコア部１ａの比屈折率差が大きくなる。これによって、光ファイバ１のＭＦＤが小さくなる。光ファイバ１のように、たとえば１Ｗ以上の高出力の光ファイバレーザに好適に利用される光ファイバの場合は、ＭＦＤが小さくなると、コア部で発生する光学非線形効果がより顕著になるため、好ましくない。
【００４２】
また、シリカガラスからなる母材内側クラッド層にゲルマニウム（Ｇｅ）を添加すれば、母材内側クラッド層の屈折率を高めつつ粘度を低下させることができる。しかしながら、Ｇｅはシリカガラス内で拡散性を有するため、一般的に母材内側クラッド層にＧｅを一様に添加することは困難である。そのため、製造した内側クラッド層１ｂの屈折率に分布が形成されてしまう場合があり、所望の屈折率プロファイルおよび光学特性を得る点で好ましくない。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、所望の光学特性を有する光ファイバ１を生産性高く実現することができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態１では、内側クラッド層１ｂにアルカリ金属としてＫを添加しているが、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）を用いても良いし、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋの２種以上を共添加してもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態１では、内側クラッド層１ｂにアルカリ金属を添加しているが、アルカリ金属の代わりにアルカリ土類金属を添加しても良い。アルカリ土類金属としては、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等があるが、Ｃａが好ましい。また、これらのアルカリ土類金属の２種以上を共添加してもよい。
【００４６】
また、内側クラッド層１ｂにさらに塩素（Ｃｌ）やリン（Ｐ）などを添加して屈折率を高めてもよい。内側クラッド層１ｂの純シリカガラスに対する比屈折率は、０％〜０．４％としてもよい。また、コア部１ａにアルカリ金属を添加してコア部１ａの屈折率、軟化温度、または粘度等を調整してもよい。また、コア部１ａにアルカリ金属を添加することによって、Ｙｂ３＋イオンのレーザ上準位の寿命（lifetime）を調整できるので、光ファイバ１のレーザ増幅特性を調整することができる。
【００４７】
また、コア部１ａに添加する希土類元素としては、Ｙｂに限らず、ＥｒまたはＴｍでもよいし、ＹｂとＥｒとを共添加してもよい。
【００４８】
つぎに、実施例、比較例により本発明をより詳細に説明する。なお、本実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００４９】
（比較例１）
ＶＡＤ（vapor  phase  axial  deposition）法にて濃度３．０ｗｔ％のＡｌ、濃度２．０ｗｔ％のＹｂ、およびＦを共添加し、純シリカガラスに対する比屈折率差を０．１％としたコア母材を５本作製した。このコア母材を純シリカガラスのジャケット管に挿入し、加熱により、コア母材とジャケット管との一体化を行った。その結果、３本のサンプルに関しては外見上問題なく、光ファイバ母材を作製することができた。しかしながら、１本のサンプルは冷却後にコア母材とジャケット管との界面においてクラックが生じた。また、１本のサンプルはコア母材が変形し、ジャケット管に対してコア母材の偏芯が生じた。
【００５０】
つぎに、外見上問題のない上記３本の光ファイバ母材をさらにジャケット管に挿入し、一体化する工程を計３回行って母材内側クラッド層を形成し、線引き後のコア部のコア径が２５μｍとなるように外径を調整した光ファイバ母材を作製した。
【００５１】
上記作製した３本の光ファイバ母材を線引きし、光ファイバを製造した。各光ファイバ母材から得られた光ファイバは、いずれもコア部と内側クラッド層との界面において屈折率プロファイルの乱れが生じていた。コア部と内側クラッド層との界面の状態を確認したところ、大きな歪みが見られた。また、いずれの光ファイバも、ＭＦＤやカットオフ波長などの光学特性が設計値と大きく異なっていたが、この相違は屈折率プロファイルの乱れの影響と考えられる。
【００５２】
（実施例１）
比較例１と同様の特性のコア母材を４本作製した。また、Ｋ＋イオンを添加したシリカガラス棒をＶＡＤ法により作製し、その中心軸に沿って内部をくりぬいてジャケット管を作製した。コア母材をジャケット管に挿入し、加熱により、コア母材とジャケット管との一体化を行った。その結果、４本のサンプル全てにおいて、コア母材とジャケット管との界面においてクラック等が発生していなかった。また、一体化後にコア母材の非円化や偏心も見られなかった。
【００５３】
つぎに、上記４本の光ファイバ母材をさらにジャケット管に挿入し、一体化する工程を計３回行って母材内側クラッド層を形成し、線引き後のコア部のコア径が２５μｍとなるように外径を調整した光ファイバ母材を作製した。
【００５４】
上記作製した３本の光ファイバ母材を線引きし、光ファイバを製造した。各光ファイバ母材から得られた光ファイバは、いずれもコア部と内側クラッド層との界面において屈折率プロファイルの乱れは見られなかった。また、コア部と内側クラッド層との界面の状態を確認したところ、歪みは小さな値であった。内側クラッド層の屈折率は純シリカガラスと略同様であった。また、いずれの光ファイバも、ＭＦＤやカットオフ波長などの光学特性が設計値と略同等であった。
【００５５】
（比較例２）
ＶＡＤ法にて濃度３．５ｗｔ％のＡｌ、濃度２．２ｗｔ％のＹｂ、およびＦを共添加し、純シリカガラスに対する比屈折率差を０．１５％としたコア母材を４本作製した。つぎに、このコア母材をターゲットロッドとして、ＶＡＤ法にて純シリカガラスからなる微粒子をコア母材に堆積し、多孔質層を形成した。その後、純シリカガラスのガラス化温度近傍の温度にて多孔質層のガラス化を行ったところ、全てのサンプルに関してコア母材とガラス化した多孔質層との界面においてクラックが生じてしまい、光ファイバ母材を作製できなかった。この原因として、コア母材と純シリカガラスとの軟化温度の差が大きいため、高温でのガラス化とその後の冷却過程において、コア母材とガラス化した多孔質層との界面で大きな歪が生じたものと考えられる。また、クラックが生じたガラス部分の状態を確認したところ、コア母材の表面に結晶化したＡｌが存在した。
【００５６】
（実施例２）
比較例２と同様の特性のコア母材を５本作製した。つぎに、このコア母材をターゲットロッドとして、ＶＡＤ法にて純シリカガラスからなる微粒子をコア母材に堆積し、多孔質層を形成した。つぎに、多孔質層を形成したサンプルを濃度が１．０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液に１週間浸漬して多孔質層にＫを含侵し、つづいて３日間乾燥した。その後、多孔質層のガラス化を行ったところ、純シリカガラスのガラス化温度近傍の温度よりも大幅に低い温度でガラス化をすることができた。この理由は、アルカリ金属を添加したシリカガラスはガラス転移温度が低いためであると考えられる。また、コア母材とガラス化した多孔質層との界面においてクラックが生じなかった。また、コア母材の表面に結晶化したＡｌは見られなかった。
【００５７】
つぎに、上記５本の光ファイバ母材にさらに多孔質層を形成し、多孔質層にＫを含侵して乾燥し、ガラス化する工程を計３回行って母材内側クラッド層を形成し、線引き後のコア部のコア径が２０μｍとなるように外径を調整した光ファイバ母材を作製した。
【００５８】
上記作製した５本の光ファイバ母材を実施例１と同等の条件にて線引きし、光ファイバを製造した。各光ファイバ母材から得られた光ファイバは、いずれもコア部と内側クラッド層との界面において屈折率プロファイルの乱れは見られなかった。また、コア部と内側クラッド層との界面の状態を確認したところ、歪みは小さな値であった。また、実施例１に比べて波長１１５０ｎｍにおける伝送損失および波長１３８５ｎｍのＯＨ基による損失は低い値を示していた。なお、内側クラッド層の屈折率は、Ｋの添加によって純シリカガラスと比較して０．１％高い値であった。
【００５９】
（実施例３）
実施例１と同様にしてコア母材に母材内側クラッド層を形成し、光ファイバ母材を作製した。ただし、ジャケット管として、Ｋ＋イオンとＣｌとを共添加したシリカガラス棒をＶＡＤ法により作製し、その中心軸に沿って内部をくりぬいたものを使用した。すると、実施例１と同様にコア母材とジャケット管との界面においてクラック等が発生せず、光ファイバ母材を作製することができた。また、作製した光ファイバ母材を実施例１と同等の条件にて線引きし、光ファイバを製造したところ、コア部と内側クラッド層との界面において屈折率プロファイルの乱れは見られなかった。なお、内側クラッド層の屈折率は、ＫおよびＣｌの添加によって純シリカガラスと比較して０．０３％だけ高い値であった。
【００６０】
（実施例４）
実施例１と同様にしてコア母材に母材内側クラッド層を形成し、光ファイバ母材を作製した。ただし、ジャケット管として、Ｋ＋イオンとＰとを共添加したシリカガラス棒をＶＡＤ法により作製し、その中心軸に沿って内部をくりぬいたものを使用した。すると、実施例１と同様にコア母材とジャケット管との界面においてクラック等が発生せず、光ファイバ母材を作製することができた。また、作製した光ファイバ母材を実施例１と同等の条件にて線引きし、光ファイバを製造したところ、コア部と内側クラッド層との界面において屈折率プロファイルの乱れは見られなかった。なお、内側クラッド層の屈折率は、ＫおよびＰの添加によって純シリカガラスと比較して０．１％高い値であった。
【００６１】
（実施例５）
ＶＡＤ法にて濃度３．５ｗｔ％のＡｌ、濃度２．２ｗｔ％のＹｂ、Ｆ、およびＫ＋イオンを共添加したコア母材を作製した。このコア母材を用いて、実施例１と同様にして母材内側クラッド層を形成して光ファイバ母材を作製し、さらに光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。光ファイバの線引きの際の加熱温度は実施例１の場合よりも低くすることができた。また、得られた光ファイバの伝送損失は、実施例１の光ファイバの伝送損失よりも低減された。この理由はコア母材にもＫ＋イオンを添加したことによって軟化温度が低減されたためと考えられる。
【００６２】
（実施例６）
実施例１と同様にしてコア母材に母材内側クラッド層を形成し、光ファイバ母材を作製した。ただし、ジャケット管として、Ｋ＋イオンの代わりにアルカリ土類金属であるＣａ２＋イオンを添加したシリカガラス棒をＶＡＤ法により作製し、その中心軸に沿って内部をくりぬいたものを使用した。すると、実施例１と同様にコア母材とジャケット管との界面においてクラック等が発生せず、光ファイバ母材を作製することができた。また、作製した光ファイバ母材を実施例１と同等の条件にて線引きし、光ファイバを製造したところ、コア部と内側クラッド層との界面において屈折率プロファイルの乱れは見られなかった。
【００６３】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光ファイバレーザについて説明する。本実施の形態２に係る光ファイバレーザは、実施の形態１に係る光ファイバを増幅用光ファイバとして備えたものである。
【００６４】
図２は、本実施の形態２に係る光ファイバレーザの模式的な構成図である。図２に示すように、光ファイバレーザ１０は、励起光源である複数の半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２が出力する励起光を導波する複数のマルチモード光ファイバ３と、マルチモード光ファイバ３が導波した励起光を結合し、ダブルクラッド光ファイバ５から出力させるＴＦＢ（Tapered  Fiber  Bundle）４と、ダブルクラッド光ファイバ５に順次接続したダブルクラッド光ファイバグレーティング６ａ、光ファイバ１、ダブルクラッド光ファイバグレーティング６ｂ、およびシングルモード光ファイバ７が接続された光出力コネクタ８と、を備える。
【００６５】
半導体レーザ素子２が出力する励起光の波長は９１５ｎｍ近傍である。また、ダブルクラッド光ファイバグレーティング６ａは、反射中心波長が約１０６０ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、ダブルクラッド光ファイバグレーティング６ｂは、中心波長が約１０６０ｎｍであり、中心波長における反射率が１０〜３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約０．１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。したがって、ダブルクラッド光ファイバグレーティング６ａ、６ｂは、波長１０８４ｎｍの光に対して光共振器を構成する。
【００６６】
この光ファイバレーザ１０では、半導体レーザ素子２が波長９１５ｎｍ近傍の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ３が各励起光を導波し、ＴＦＢ４が導波した各励起光を結合してダブルクラッド光ファイバ５に出力する。ダブルクラッド光ファイバ５は結合した励起光をマルチモードで伝搬する。その後、ダブルクラッド光ファイバグレーティング６ａが励起光を透過して、光ファイバ１に到達させる。
【００６７】
光ファイバ１に到達した励起光は、光ファイバ１のコア部１ａおよび内側クラッド層１ｂをマルチモードで伝搬しながら、コア部１ａに添加したＹｂを光励起し、波長１０６０ｎｍを含む波長帯域を有する蛍光を発光させる。この蛍光は、コア部１ａをシングルモードで伝搬し、ダブルクラッド光ファイバグレーティング６ａ、６ｂが構成する光共振器内を往復しながら、Ｙｂイオンの誘導放出作用により増幅され、発振波長１０６０ｎｍにおいてレーザ発振する。発振したレーザ光はダブルクラッド光ファイバグレーティング６ｂおよびシングルモード光ファイバ７を介して光出力コネクタ８からレーザ光Ｌとして出力する。
【００６８】
この光ファイバレーザ１０では、実施の形態１に係る光ファイバ１を増幅用光ファイバとして用いているので、光学非線形効果の発生を抑制することができる。
【００６９】
図３は、光ファイバレーザの出力スペクトルの模式図である。スペクトルＬ１は、内側クラッド層が純シリカガラスからなる従来の光ファイバを増幅用光ファイバとして用いた光ファイバレーザの出力光スペクトルである。従来の光ファイバレーザでは、スペクトルＬ１に示すように、波長１０６０ｎｍのレーザ光とともに、増幅用光ファイバ内の非線形光学効果によって発生する波長１１２０ｎｍの余剰光の光強度が高くなる。その結果、光ファイバレーザを使用する場合は、この余剰光が発生しない程度まで、波長１０６０ｎｍのレーザ光の出力光強度を低くして使用する必要がある。
【００７０】
これに対して、スペクトルＬ２は、本実施の形態２に係る光ファイバレーザ１０の出力光スペクトルである。光ファイバレーザ１０では、スペクトルＬ２に示すように、波長１０８４ｎｍのレーザ光の光強度に比して波長１１２０ｎｍの余剰光の光強度が低いので、波長１０８４ｎｍのレーザ光の出力光強度を高くして使用することができる。
【００７１】
なお、上記実施の形態２では、発振波長は１０６０ｎｍであるが、ダブルクラッド光ファイバグレーティング６ａ、６ｂの反射中心波長を変更することによって発振波長を１０３０ｎｍ、１０８４ｎｍ等の他の波長に変更することができる。また、実施の形態２は、ダブルクラッド光ファイバグレーティング６ａ、６ｂによって構成される光共振器を備える光ファイバレーザであるが、光ファイバレーザ１０の構成において、光共振器を削除し、光ファイバ１に信号光を入力して光増幅する構成とすれば、光ファイバ増幅器を構成することができる。
【００７２】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明に係る光ファイバ、光ファイバレーザおよび光ファイバ増幅器、ならびに光ファイバの製造方法は、主に光通信の用途に利用して好適なものである。
【符号の説明】
【００７４】
１  光ファイバ
１ａ  コア部
１ｂ  内側クラッド層
１ｃ  外側クラッド層
２  半導体レーザ素子
３  マルチモード光ファイバ
４  ＴＦＢ
５  ダブルクラッド光ファイバ
６ａ、６ｂ  ダブルクラッド光ファイバグレーティング
７  シングルモード光ファイバ
８  光出力コネクタ
１０  光ファイバレーザ
Ｌ  レーザ光
Ｌ１、Ｌ２  スペクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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