(57)【要約】  本発明はレーザおよび光ファイバに関する。１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバは、増幅を提供する酸化物ガラスコアと、少なくとも１つの酸化物ガラスクラッドとを含む。本発明によれば、このコアは、ビスマス酸化物の濃度が１０−４−５モル％で、珪素酸化物およびゲルマニウム酸化物の濃度が、共にまたは別個に、７０〜９９．８９９９モル％で、アルミニウム酸化物およびガリウム酸化物の濃度が、共にまたは別個に、０．１〜２０モル％で、リン酸化物の濃度が０〜１０モル％で、珪素、ゲルマニウム、リン、ビスマス、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の酸化物を含み、光ファイバの非共振性損失係数の少なくとも１０倍を超える最大光学利得を提供する。外側酸化物ガラスクラッドは溶融シリカを含む。この光ファイバコアは１０００ｎｍ領域において吸収帯を有し、この領域にポンピングすることにより、ポンピングが１０００〜１７００ｎｍ範囲において発光をもたらす別の吸収帯にポンピングするのに比して、ポンプ光の１０００〜１７００ｎｍ範囲の発光への電力変換の効率が増大される。この光ファイバは、７５０〜１２００ｎｍ範囲の波長の光で励起されるときに１０００〜１７００ｎｍの範囲の光を発し、発光帯の半値幅が１２０ｎｍより大きく、発光強度が発光帯最大値の強度に比べて２倍低下する地点として規定される発光帯域限界が１０００〜１７００ｎｍのスペクトル域内にある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の酸化物を含有し、光増幅を提供する酸化物ガラスコアと、少なくとも１つの酸化物ガラスクラッドとを含む１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバであって、前記光ファイバが、コアが、ビスマス酸化物の濃度が１０−４−５モル％で、珪素およびゲルマニウムの濃度が、共にまたは別個に、７０〜９９．８９９９モル％で、アルミニウム酸化物およびガリウム酸化物の濃度が、共にまたは別個に、０．１〜２０モル％で、リン酸化物の濃度が０〜１０モル％で、珪素、ゲルマニウム、リン、ビスマス、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の酸化物を含み、光ファイバの非共振性損失係数の少なくとも１０倍大きい最大光利得を提供することと、外側酸化物ガラスクラッドが溶融シリカを含むこととを特徴とし；該光ファイバコアが７５０〜１２００ｎｍ範囲の波長の光で励起されるときに１０００〜１７００ｎｍの範囲の光を発し、発光帯の半値幅が１２０ｎｍより大きく、発光強度が最大発光帯の強度に比べて２倍低下し、１０００〜１７００ｎｍのスペクトル範囲内にある地点として発光帯域限界が規定され、コアが１０００ｎｍ領域において吸収帯を有し、前記領域にポンピングすることにより、別の吸収帯にポンピングするのに比して、ポンプ光の１０００〜１７００ｎｍ範囲の発光への電力変換が増大される、増幅光ファイバ。
【請求項２】
前記光ファイバが外側保護ポリマークラッドを含む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】
前記シリコン酸化物およびゲルマニウム酸化物の相対濃度が０〜１００％の範囲で変化す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４】
アルミニウム酸化物およびガリウム酸化物の相対濃度が、０〜１００％の範囲で変化す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５】
前記光ファイバの前記増幅帯域の位置が、前記ゲルマニウム酸化物濃度の増大が、前記増幅帯域を長波領域にシフトさせるように、前記コアガラス組成物中の珪素酸化物濃度とゲルマニウム酸化物濃度との関係によって規定され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６】
前記外側保護ポリマークラッドの屈折率が、前記光ファイバコアおよびクラッドに沿ってポンプ光を伝播させるために、前記外側溶融シリカクラッドの屈折率未満であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記外側保護ポリマークラッドの屈折率が、前記光ファイバコアのみに沿って光を伝播させるために、前記外側溶融シリカクラッドの屈折率より大きいことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項８】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法であって、コアを形成し、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との反応から生じる酸化物の化学気相蒸着によって、クラッドとして働く溶融シリカ管の内面上に光ファイバプリフォームを作製するステップであり、前記蒸着法が酸素と前記元素の塩化物蒸気とを１７００〜２０００℃の温度の溶融シリカ管に通過させるステップと、および、次いで、２０００〜２１００℃の温度で前記管を表面張力下の圧力に晒して、更に光ファイバに線引きされる中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成するステップを含み、前記方法が、前記塩化物と同時に、塩化ビスマスの蒸気を１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で溶融シリカ管に通過させ、この目的のために中実塩化ビスマスを７０〜２００℃の温度まで加熱し、酸素と塩化ビスマス蒸気との間の反応によってビスマス酸化物が主流に形成されるように、得られた蒸気を前記元素の塩化物の主流に供給し、これによって、コアガラスをビスマス酸化物でドープすることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記化学気相蒸着法が、改良化学気相蒸着法（ＭＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着法（ＰＣＶＤ）法、およびその変形例である表面プラズマ化学的気相蒸着法（ＳＰＣＶＤ）から成る群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
１０００〜１７００ｎｍ範囲で動作する増幅光ファイバを製造する方法であって、改良化学気相蒸着によって、コアを形成し、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物の蒸気との間の反応から生じる酸化物の光ファイバプリフォームを、クラッドとして働く溶融シリカ管の内面に作製するステップを含み、前記蒸着方法が、酸素および前記元素の塩化物の蒸気を１７００〜２０００℃の温度で溶融シリカ管に通過させて、コアを形成する多孔質ガラス層を溶融シリカ管の内面に生成するステップを含み、前記方法が、溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／１の濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液を前記管内に注いで１〜３時間放置し；前記硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させ；酸素、窒素、および塩素を含んだ物質を流しながら前記管を１７００〜２０００℃まで加熱して、多孔質ガラス層を中実層に転換させ；次いで、２０００〜２１００℃の温度で前記管を表面張力下の圧力に晒して、後で光ファイバに線引きされる中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成することを特徴とする方法。
【請求項１１】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法であって、蒸着によって、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との間の反応から生じる酸化物のプリフォームコアを、１３００〜１５００℃の温度でセラミックロッドの表面上に多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で形成するステップと；塩化珪素濃度を維持しながら、供給される前記元素の塩化物の濃度を低減させることによりクラッド層を形成するステップと；光ファイバプリフォームを室温まで冷却し、プリフォームをセラミックロッドから取り出すステップと；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中でプリフォームを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、プリフォームを光ファイバに線引きするステップとを含んだ外付け蒸着法によって光ファイバプリフォームを作製するステップを含み、前記方法が、プリフォームコアを形成するときに、光ファイバコアをビスマス酸化物でドープし、この目的のために、中実ビスマス酸化物を７０〜２００℃の温度まで加熱し、得られた塩化ビスマス蒸気を１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で前記元素の塩化物の主流に送り込んで、ビスマス酸化物を酸素と、塩化ビスマス蒸気との間の反応により形成し、前記元素の酸化物と一緒に蒸着させることを特徴とする方法。
【請求項１２】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法であって、蒸着により、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との間の反応から生じる酸化物のプリフォームコアを、１３００〜１５００℃の温度でセラミックロッドの表面上に多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で形成するステップと；塩化珪素濃度を維持しながら、導入される前記元素の塩化物の濃度を低減させることによりクラッド層を形成するステップと；光ファイバプリフォームを室温まで冷却し、プリフォームをセラミックロッドから取り出すステップと；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中でプリフォームを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、プリフォームを光ファイバに線引きするステップとを含んだ外付け化学気相蒸着によって光ファイバプリフォームを作製するステップを含み、前記方法が、コア形成後に、ロッドを多孔質ガラスコアと共に室温まで冷却し、溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／１の濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液中に浸漬し、１〜３時間放置し；前記硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させ、次いでクラッド層を形成することを特徴とする方法。
【請求項１３】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法であって、蒸着により、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との反応によって同軸バーナーの火炎中で形成される酸化物のロッド状コアおよびクラッドを１３００〜１５００℃で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で成長中のプリフォームの端面に形成するステップと；同軸バーナーの火炎中に送り込まれる前記塩化物の濃度の空間分布を調節することによって、屈折率プロファイルを設定するステップと；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で多孔質ガラスロッドを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、後で光ファイバとして線引きされるプリフォームを生成するステップとを含んだ気相軸付け蒸着法によって光ファイバプリフォームを作製するステップを含み、前記方法が、プリフォームを形成時に、コアをビスマス酸化物でドープし、この目的のために、中実ビスマス酸化物を７０〜２００℃の温度まで加熱し、得られた塩化ビスマス蒸気を同軸バーナーの中央部分において１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で前記元素の塩化物の主流に送り込んで、ビスマス酸化物を酸素と、塩化ビスマス蒸気との間の反応により形成し、前記元素の酸化物と一緒に蒸着させることを特徴とする方法。
【請求項１４】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法であって、蒸着により、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との反応によって同軸バーナーの火炎中で形成される酸化物のロッド状コアを１３００〜１５００℃で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で成長中のプリフォームの端面に形成するステップを含む気相軸付け蒸着法によって光ファイバプリフォームを作製するステップを含み、前記方法が、多孔質ガラスコア形成後に、コアを室温まで冷却し、溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／１の濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液中に浸漬し、１〜３時間放置し；前記硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させ；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で多孔質ガラスコアを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスロッドを中実ガラスロッドに転換させ；クラッドを形成させて、後で光ファイバに線引きされるプリフォームを生成することを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記クラッドが、気相から、酸素と塩化珪素蒸気との間の反応によって形成されたシリコン酸化物を１３００〜１５００℃の温度で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態でコアロッドの表面に蒸着させること；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で多孔質ガラスを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスを中実ガラスに転換させることとを含む外付け蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
クラッドが、コアロッドを石英管の空洞内に導入し、次いで、２０００〜２１００℃の温度で前記管を表面張力下の圧力に晒して中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成することによって形成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法
【請求項１７】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で光を生成するファイバレーザであって、レーザ光線を増幅する少なくとも１つの増幅光ファイバと、光ポンプ源と、ポンプ光を前記光ファイバに導入するデバイスと、前記光ファイバに沿ってレーザ生成光の多数の通路を提供する光共振器と、生成光を前記共振器から出力するデバイスとを備え、前記レーザが、前記増幅光ファイバが請求項１乃至７のいずれか１項に従って製造される光ファイバであることを特徴とするファイバレーザ。
【請求項１８】
前記ポンプ光の波長が７５０〜１２００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１７に記載のファイバレーザ。
【請求項１９】
最大生成効率を提供する前記ポンプ光の波長が８５０〜１１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１７に記載のファイバレーザ。
【請求項２０】
前記ファイバレーザが、請求項１乃至７のいずれか１項の光ファイバのコア上に書かれた少なくとも１つのブラッグ格子を含むことを特徴とする請求項１７に記載のファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光ファイバに関し、更に具体的には、１０００〜１７００ｎｍの範囲の波長で動作する増幅光ファイバ、同製造方法、および該増幅光ファイバを用いたファイバレーザに関する。
【０００２】
本発明は、１０００〜１７００ｎｍの溶融シリカの透明領域で動作する広帯域増幅器およびレーザとして光通信システムにおいて利用されるのに適している。本発明を用いて、幅広い活性材料の増幅帯を必要とするチューナブルレーザおよびフェムト秒ファイバレーザを提供することもできる。このレーザは、放射線に対する組織のスペクトル選択的な曝露が必要とされる分野、特に、医薬分野のほか、材料処理、環境診断および化学分野にも応用可能である。
【背景技術】
【０００３】
ビスマスでドープされたガラス、例えばケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ゲルマン酸塩ガラスおよびホウ酸塩ガラスにおける１０００〜１６００ｎｍの近赤外線の発光は、例えば、Ｙ．ＦｕｊｉｍｏｔｏおよびＭ．ＮａｋａｔｓｕｋａのＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４０（２００１），ｐ．Ｌ２７９によって報告されている。これらのガラスの発光帯は１００ｎｍを超える幅および１００μｓを超える寿命を有するが、バンドスペクトルの位置はそのガラス組成に左右される。
【０００４】
Ｘ．ＭｅｎｇらはＯｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，１３（２００５），ｐ．１６３５において、発光によって生じた２つの吸収ピークは、ビスマスでドープされたバリウム−アルミニウムホウ酸塩ガラスの吸収スペクトルにおいて４６５および７００ｎｍの波長に中心があることを観察したと報告している。同著者らは、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，１３（２００５），ｐ．１６２８において、発光によって生じた２つの吸収ピークは、ビスマスでドープされたゲルマン酸アルミニウムガラスの吸収スペクトルにおいて４６０および７００ｎｍの波長に中心があり、ビスマスでドープされたゲルマン酸アルミニウムガラスの吸収スペクトルにおいて、５００、７００および８００ｎｍに３つの吸収ピークがあり、１０００ｎｍにおいて平坦になることを観察したと報告している。
【０００５】
Ｙ．ＦｕｊｉｍｏｔｏおよびＭ．Ｎａｋａｔｓｕｋａは、発光によって生じた３つの吸収ピークはビスマスでドープされたケイ酸アルミニウムガラス吸収スペクトルにおいて波長５００、７００および８００ｎｍに中心があることを観察した（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４０（２００１），ｐ．Ｌ２７９）。この論文に述べられているように、試験された石英およびアルミニウム／石英ガラスは、それらがビスマスおよびアルミニウムと一緒にドープされた場合に限り発光を示した。
【０００６】
同著者らは、ビスマスでドープされたケイ酸アルミニウムガラスでは、８０８ｎｍの波長を用いてポンピングすることにより１３００ｎｍの波長において試験信号を増幅したところ、このスペクトル領域では利得は試料の光学的損失よりも小さくなったことを実証した（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８２（２００３），ｐ．３３２５）。
【０００７】
上記ガラスの全体的な欠点は、光学的損失は発光領域において高いレベルであり、利得が光学的損失のレベルを超えないということであり、このことが、上記ガラスに基づいて増幅器を製造することを妨げている。
【０００８】
公表されているデータからは、そのようなガラスまたはそのような組成を有するファイバに基づいて増幅器を製造することが原理上可能であるかどうかを結論付けることはできない。吸収飽和によってポンピング時に試験信号の強度が増大する可能性があるので、それは光増幅に使用不可能である。
【０００９】
増幅光ファイバ（例えば、「光増幅用ガラスファイバ」と題する日本国特許第２００４０２０９９４号）が、最も緊密に本発明に関連している。このガラスファイバコアのアッベ値はクラッド材料のアッベ値以上であり、したがって、ポンプモードフィールドおよび信号モードフィールドのよりよいオーバーラップを達成することが可能であり、これは光増幅特性を改善する。このファイバコアは好ましくは、ビスマス酸化物を含んだ酸化物ガラスから構成されるので、９５０〜１６００ｎｍの範囲において光増幅を提供することができる。このファイバコアは、ビスマス酸化物と一緒に、アルミニウムの酸化物およびＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯから成る群からの二価金属の酸化物を含む。
【００１０】
しかし、この特許は、そういった組成を有する光ファイバにおける光増幅および利得が増幅された範囲における光学的損失レベルを超えるかどうかについては触れていない。そのような組成を用いたガラスにおいて発光が存在することは、光増幅能力を保証しない。したがって、上記特許には、その光ファイバを光増幅器の製造に原理的に応用することに関する情報が欠けている。
【００１１】
コアガラスの成分の濃度範囲が上記特許には記載されていない。相分離過程は、過剰な量のガラス格子改質剤を含んだケイ酸塩ガラスで開始され、これは著しい光学的異質物の形成を生じさせ、散乱損を増大させ、その結果、光学的損失が利得を上回り、過剰な濃度の活性中心が濃度消光へと至るので、増幅効率がその消光の地点まで低下することが知られている。
【００１２】
上記特許で言及されている好適な適用範囲は１３００〜１３２０ｎｍであるが、添付図面に示すように、この領域では発光帯強度は２倍低減し、１６００ｎｍ領域においては１１８０ｎｍ領域における最大の発光強度に比して約１／１０に低下する。すなわち、このことはこれらのスペクトル領域における増幅効率を著しく損ない、増強された自発発光に関連する問題を引き起こす。不利としては、改善された光増幅特性を利用するためにはアクティブファイバをシングルモードコアにポンピングする必要性も含まれるが、最も強力で効率的なポンピングは現在、マルチモードダイオード放射線源を用いることによって得ることができる。したがって、先行技術は応用分野が限られており、高出力のレーザおよび増幅器を製造するには適していない。
【００１３】
日本国特許第１１０２９３３４号には光ファイバを製造する方法が開示されている。この方法は、微細分散させたゼオライトをビスマス窒化物の水溶液と混合するステップと、ゲルを調製し、このゲルを脱水後に焼結させてビスマス酸化物ドーパントを含有するケイ酸塩ガラスを得るステップと、このガラスから光ファイバを形成するステップとを含む。この方法はガラスを製造するのに用いられるゾルゲル法の改良例である。
【００１４】
しかし、この方法によって製造されたガラスの光損失に関するデータは上記特許には見当たらない。
【００１５】
知られているように、ゾルゲル法によって製造されたガラスファイバは、比較的高い光損失を被る。これはこの方法が、例えば化学気相蒸着法においては、不所望の不純物から達成可能なレベルにまでガラスを精製することができないためであり、このことはゾルゲル法にとっては欠点である。ゾルゲル法によって溶融シリカから高品質の光ファイバを製造することは不可能である。これはガラス中の残留化学物質が、光ファイバの線引きにおいて必要とされる高温まで加熱されるときにガラス中に気泡を形成し、これにより光ファイバ構造に欠陥が形成することになり、光ファイバの強度が損なわれ、光損失の成長およびガラスファイバの破砕さえも頻繁に伴うためである。別の欠点は、製造工程が非常に複雑で、長期間を要し、同明細書で述べられているように数週間かかる。
【００１６】
本発明は、コアを形成し、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物の蒸気との間の反応によって生成される酸化物を、クラッドとして機能する溶融シリカ管の内面に改良化学気相蒸着（ＭＣＶＤ）法に最も密接に関連し、この方法は、酸素および前記元素の塩化物蒸気を１７００〜２０００℃の温度で溶融シリカ管に通過させるステップと、次いで、この管を２０００〜２１００℃の増大された温度で表面張力下の圧力に晒して、後で光ファイバが線引きされる中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成するステップとを含む（例えば、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、第１巻、Ｆｉｂｅｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ、Ｔｉｎｇｙｅ  Ｌｉ編集、１９８５  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ社）。
【００１７】
密接に関連する方法には、プラズマ化学気相蒸着（ＰＣＶＤ）、その変形例である表面プラズマ化学的気相蒸着法（ＳＰＣＶＤ）、外付け気相蒸着法（ＯＶＤ）、気相軸付け蒸着法（ＶＡＤ）が挙げられる（「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、第１巻、Ｆｉｂｅｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ、Ｔｉｎｇｙｅ  Ｌｉ編集、１９８５  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ社）。
【００１８】
しかしながら、上記方法はビスマス酸化物を酸化物ガラスに添加するプロセスは開示していない。
【００１９】
本発明のファイバレーザは、希土類イオンを含んだ溶融シリカファイバに基づくファイバレーザ（例えば、Ｄｉｇｏｎｎｅｔの「Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ」改訂および訂正第２版、Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ社、２００１）に最も密接に関連する。これに開示されているレーザは、溶融シリカ透明領域に相当する１０００〜１７００ｎｍ範囲の異なる領域で動作する。
【００２０】
このレーザに関する問題は、１０００〜１７００ｎｍ範囲における増幅帯域幅が、溶融シリカ中では希土類イオンの発光帯がこのスペクトル領域においては比較的狭いことに起因して比較的小さく（１００ｎｍ未満）、またガラス組成の改質に伴って発光帯スペクトル位置の変化が小さいことである。その結果、そのようなレーザの可能な波長チューニング領域および最小のパルス持続時間は共に制限され、溶融シリカ透明領域のかなりの部分が使われないままになる。
【００２１】
低レベルの挿入損でスプライシングによりアクティブファイバを溶融シリカファイバと接合できるようにする、１２００〜１５００ｎｍの範囲において有効であるレーザおよび広帯域増幅器は、現行では知られていない。
【００２２】
【非特許文献１】Ｙ．ＦｕｊｉｍｏｔｏおよびＭ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４０（２００１），ｐ．Ｌ２７９
【非特許文献２】Ｘ．Ｍｅｎｇら、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，１３（２００５），ｐ．１６３５
【非特許文献３】Ｘ．Ｍｅｎｇら、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，１３（２００５），ｐ．１６２８
【非特許文献４】Ｙ．ＦｕｊｉｍｏｔｏおよびＭ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４０（２００１），ｐ．Ｌ２７９
【非特許文献５】Ｙ．ＦｕｊｉｍｏｔｏおよびＭ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８２（２００３），ｐ．３３２５
【特許文献１】日本国特許第２００４０２０９９４号
【特許文献２】日本国特許第１１０２９３３４号
【非特許文献６】Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第１巻、Ｆｉｂｅｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ、Ｔｉｎｇｙｅ  Ｌｉ編集、１９８５  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ社
【非特許文献７】Ｄｉｇｏｎｎｅｔの「Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ」改訂および訂正第２版、Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ社、２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の目的は、ビスマス酸化物を含んだ所定の割合の成分酸化物が、先行技術の溶融シリカファイバ増幅器に比して増幅帯域幅を拡張させること可能にし、かつ、光ファイバの非共振性損失係数よりも少なくとも１０倍の光学利得により効率的な増幅を提供する、溶融シリカクラッドを含んだ１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを提供することである。
【００２４】
本発明の目的は、ビスマス酸化物を含んだ所定の割合の成分酸化物が、；不所望の不純物の濃度を効率的に低減させること、先行技術の溶融シリカファイバ増幅器に比して増幅帯域幅が増大された光ファイバを生成すること、および光学利得が光ファイバにおける非共振性損失係数よりも少なくとも１０倍であるという事実により効率的な増幅を可能にすることを保証する改良された蒸着法を含む、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法を提供することである。
【００２５】
本発明の目的は、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作し、所定の割合の成分を有する増幅光ファイバの使用が、希土類イオンでドープされた石英ファイバに基づく先行技術のレーザに比してレーザ波長チューニング範囲を拡張できるようにし、かつ、低い光挿入損失レベルでスプライシングにより、アクティブファイバを溶融シリカファイバと接合できるようにする、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で光を発生するファイバレーザを提供することであり、この増幅光ファイバは、市販され、光ファイバにおいて最も広く使用されている９８０ｎｍ波長で動作するものを含むシングルモードおよびマルチモードダイオードレーザによってポンピング可能である。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の目的は、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の酸化物を含有し、光増幅を提供する酸化物ガラスコアと、少なくとも１つの酸化物ガラスクラッドとを含む、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを提供することによって達成することができ、該光ファイバは、コアが、ビスマス酸化物の濃度が１０−４−５モル％で、珪素およびゲルマニウムの濃度が、共にまたは別個に、７０〜９９．８９９９モル％で、アルミニウム酸化物およびガリウム酸化物の濃度が、共にまたは別個に、０．１〜２０モル％で、リン酸化物の濃度が０〜１０モル％で、珪素、ゲルマニウム、リン、ビスマス、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の酸化物を含み、光ファイバの非共振性損失係数の少なくとも１０倍大きい最大利得を提供することと、外側酸化物ガラスクラッドが溶融シリカを含むこととを特徴とし；該光ファイバコアが７５０〜１２００ｎｍ範囲の波長の光で励起されるときに１０００〜１７００ｎｍの範囲の光を発し、発光帯の半値幅が１２０ｎｍより大きく、発光強度が最大発光帯の強度に比べて２倍低下し、１０００〜１７００ｎｍのスペクトル域内にある地点として発光帯域限界が規定され、コアが１０００ｎｍ領域において吸収帯を有し、この領域にポンピングすることにより、別の吸収帯にポンピングするのに比して、ポンプ光の１０００〜１７００ｎｍ範囲の発光への電力変換が増大される。
【００２７】
この光ファイバは好ましくは外側保護ポリマークラッドを含む。
シリコン酸化物およびゲルマニウム酸化物の相対濃度が、好ましくは、０〜１００％の範囲で変化する。
【００２８】
アルミニウム酸化物およびガリウム酸化物の相対濃度が、好ましくは、０〜１００％の範囲で変化する。
【００２９】
この光ファイバの増幅帯域の位置は好ましくは、ゲルマニウム酸化物濃度の増大が、増幅帯域を長波領域にシフトさせるように、コアガラス組成物中のシリコン濃度とゲルマニウム酸化物濃度との関係によって規定される。
【００３０】
外側保護ポリマークラッドの屈折率は好ましくは、光ファイバコアおよびクラッドに沿ってポンプ光を伝播させるために外側溶融シリカクラッドの屈折率未満である。
【００３１】
外側保護ポリマークラッドの屈折率は好ましくは、光ファイバコアのみに沿って光を伝播させるために、外側溶融シリカクラッドの屈折率よりも大きい。
【００３２】
本発明の目的は、この方法は、コアを形成し、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との反応から生じる酸化物の化学気相蒸着によって、クラッドとして働く溶融シリカ管の内面上に光ファイバプリフォームを作製するステップであり、この蒸着法が酸素と前記元素の塩化物蒸気とを１７００〜２０００℃の温度の溶融シリカ管に通過させるステップと、次いで２０００〜２１００℃の温度で上記溶融シリカ管を表面張力の圧力下に晒して、更に光ファイバが線引きされる中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成するステップとを含む、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法を提供することによって達成することができ、前記方法が、前記塩化物と同時に、塩化ビスマスの蒸気を１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で溶融シリカ管に通過させ、この目的のために中実塩化ビスマスを７０〜２００℃の温度まで加熱し、酸素と塩化ビスマス蒸気との間の反応によってビスマス酸化物が形成されるように、得られた蒸気を前記元素の塩化物の主流に供給し、これによって、コアガラスをビスマス酸化物でドープすることを特徴とする。
【００３３】
化学気相蒸着法は好ましくは、改良化学気相蒸着法（ＭＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着法（ＰＣＶＤ）法、およびその変形例である表面プラズマ化学的気相蒸着法（ＳＰＣＶＤ）から成る群から選択される。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、１０００〜１７００ｎｍ範囲で動作する増幅光ファイバを製造する方法が提供され、改良化学気相蒸着によって、コアを形成し、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物の蒸気との間の反応から生じる酸化物の光ファイバプリフォームを、クラッドとして働く溶融シリカ管の内面に作製するステップを含み、この蒸着方法が、酸素および前記元素の塩化物の蒸気を１７００〜２０００℃の温度で溶融シリカ管に通過させて、コアを形成する多孔質ガラス層を溶融シリカ管の内面に生成するステップを含み、この方法が、溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／１の濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液を溶融シリカ管内に注いで１〜３時間放置し；この硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させ；酸素、窒素、および塩素を含んだ物質を流しながら溶融シリカ管を１７００〜２０００℃まで加熱して、多孔質ガラス層を中実層に転換させ；次いで、２０００〜２１００℃の温度で溶融シリカ管を表面張力の圧力下に晒して、後で光ファイバが線引きされる中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成することを特徴とする。
【００３５】
本発明の更なる態様によれば、蒸着によって、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との間の反応から生じる酸化物のプリフォームコアを、１３００〜１５００℃の温度でセラミックロッドの表面上に多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で形成するステップと；塩化珪素濃度を維持しながら、供給される前記元素の塩化物の濃度を低減させることによりクラッド層を形成するステップと；光ファイバプリフォームを室温まで冷却し、プリフォームをセラミックロッドから取り出すステップと；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中でプリフォームを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、プリフォームを光ファイバに線引きするステップとを含んだ外付け化学気相蒸着法によって光ファイバプリフォームを作製するステップを含む、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法が提供され、前記方法が、プリフォームコアを形成するときに、光ファイバコアをビスマス酸化物でドープし、この目的のために、中実ビスマス酸化物を７０〜２００℃の温度まで加熱し、得られた塩化ビスマス蒸気を１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で前記元素の塩化物の主流に送り込んで、ビスマス酸化物を酸素と、塩化ビスマス蒸気との間の反応により形成し、前記元素の酸化物と一緒に蒸着させることを特徴とする。
【００３６】
本発明の更なる態様によれば、酸素と、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との間の反応から生じる酸化物の気相蒸着によりプリフォームコアを、１３００〜１５００℃の温度でセラミックロッドの表面上に多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で形成するステップと；塩化珪素濃度を維持しながら、導入される前記元素の塩化物の濃度を低減させることによりクラッド層を形成するステップと；光ファイバプリフォームを室温まで冷却し、プリフォームをセラミックロッドから取り出すステップと；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中でプリフォームを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、プリフォームを光ファイバに線引きするステップとを含んだ外付け化学気相蒸着法によって光ファイバプリフォームを作製するステップを含む、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法が提供され、前記方法が、コア形成後に、ロッドを多孔質ガラスコアと共に室温まで冷却し、溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／ｌの濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液中に浸漬し、１〜３時間放置し；この硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させ、次いでクラッド層を形成することを特徴とする。
【００３７】
本発明の更なる態様によれば、蒸着により、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との反応によって同軸バーナーの火炎中で形成される酸化物のロッド状コアおよびクラッドを１３００〜１５００℃で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で成長中のプリフォームの端面に形成するステップと；同軸バーナーの火炎中に送り込まれる前記塩化物の濃度の空間分布を調節することによって、屈折率プロファイルを設定するステップと；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で多孔質ガラスロッドを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、後で光ファイバとして線引きされるプリフォームを生成するステップとを含んだ気相軸付け蒸着によって光ファイバプリフォームを作製するステップを含む、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法が提供され、前記方法が、プリフォームを形成時に、コアをビスマス酸化物でドープし、この目的のために、中実ビスマス酸化物を７０〜２００℃の温度まで加熱し、得られた塩化ビスマス蒸気を同軸バーナーの中央部分において１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で前記元素の塩化物の主流に送り込んで、ビスマス酸化物を酸素と、塩化ビスマス蒸気との間の反応により形成し、前記元素の酸化物と一緒に蒸着させることを特徴とする。
【００３８】
本発明の更なる態様によれば、蒸着により、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との反応によって同軸バーナーの火炎中で形成される酸化物のロッド状コアを１３００〜１５００℃で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で成長中のプリフォームの端面に形成するステップを含む気相軸付け蒸着法によって光ファイバプリフォームを作製するステップを含む、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバが提供され、この方法が、多孔質ガラスコア形成後に、コアを室温まで冷却し、溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／１の濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液中に浸漬し、１〜３時間放置し；この硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させ；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で多孔質ガラスコアを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスロッドを中実ガラスロッドに転換させ；クラッドを形成させて、後で光ファイバとして線引きされるプリフォームを生成することを特徴とする。
【００３９】
このクラッドは好ましくは、気相から、酸素と塩化珪素蒸気との間の反応によって形成されたシリコン酸化物を１３００〜１５００℃の温度で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態でコアロッドの表面に蒸着させるステップと；酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で多孔質ガラスを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスを中実ガラスに転換させるステップ；とを含む外付け蒸着法によって形成される。
【００４０】
クラッドは有利には、コアロッドを石英管の空洞内に導入し、次いで、２０００〜２１００℃の温度でこの石英管を表面張力の圧力に晒して中実ロッド状光ファイバプリフォームを作製することによって形成される。
【００４１】
本発明の目的は、１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長の光を生成するファイバレーザにおいて達成することができ、このレーザは、レーザ光線を増幅する少なくとも１つの増幅光ファイバと、光ポンプ源と、ポンプ光を前記光ファイバに導入するデバイスと、前記光ファイバに沿ってレーザ生成光の多数の通路を提供する光共振器と、生成光を光共振器から出力するデバイスとを備え、本発明によれば、その増幅光ファイバは請求項１乃至７のいずれか１項に従って製造される増幅光ファイバである。
【００４２】
ポンプ光の波長は、好ましくは７５０〜１２００ｎｍの範囲内である。
最大生成効率を提供するポンプ光の波長は、好ましくは８５０〜１１００ｎｍの範囲内である。
【００４３】
ファイバレーザは好ましくは、請求項１乃至７のいずれか１項の光ファイバのコア上に書かれた少なくとも１つのブラッグ格子を含む。
【００４４】
添付図面に関連して考慮されるとき、以下の「発明を実施するための最良の形態」を参照すれば、本発明がより完全に容易に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバが、増幅を提供する酸化物ガラスコアと少なくとも１つの酸化物ガラスクラッドとを含む。
【００４６】
このコアは珪素、ゲルマニウム、ビスマス、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の酸化物を含み、ビスマスの濃度は、珪素およびゲルマニウムの濃度が、共にまたは別個に、７０〜９９．８９９９モル％、アルミニウムおよびガリウム酸化物の濃度が、共にまたは別個に、０．１〜２０モル％で、１−４−５モル％であり、コアは光ファイバの非共振性損失係数の少なくとも１０倍の最大利得を提供し、これにより効率的な増幅が得られる。
【００４７】
酸化物ガラス光ファイバのクラッドは、低い光挿入損失レベルでスプライシングにより光ファイバを溶融シリカファイバに接合することを可能にする溶融シリカからなる。
【００４８】
この光ファイバのコアは、幾つかの別のガラスに比して、１０００ｎｍ領域において吸収帯を有する。この領域までポンピングすれば、別の吸収帯へのポンピングに比して、ポンプ光のエネルギーが１０００〜１７００ｎｍ範囲の発光に最も効率的に転換される。これはスペクトルのより短い波長部分に位置する吸収帯にポンピングすることに比して、励起状態からのより低い量子損および最小の吸収の両方によって提供される。更に、光ファイバにおいてイッテルビウムレーザおよびエルビウム−イッテルビウムレーザのための最も一般的なダイオードポンピングに相当する９８０ｎｍ波長において励起が可能である。
【００４９】
光ファイバは、７５０〜１２００ｎｍ範囲の波長の光によって励起されると１０００〜１７００ｎｍ領域で発光し、発光帯の半値幅は１２０ｎｍより大きく、発光帯域限界は、発光強度が最大発光帯の強度に比べて２倍低下し、１０００〜１７００ｎｍのスペクトル域内にある地点として規定される。
【００５０】
以下の表は、最良の最大利得／光損失比を有する試験した幾つかの増幅光ファイバのコア中の珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、ガリウムおよびビスマスの酸化物の濃度を示す。
【００５１】
図１は典型的な損失スペクトルを示す。光ファイバは、溶融石英クラッドと、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物およびビスマス酸化物を含んだコアとを含む。１０００ｎｍ波長における有効損失レベルは、１．３μｍ領域における光損失レベルの約５０倍であり、吸収帯強度はこの時点までは無視できるほど小さい。
【００５２】
図２は典型的な発光スペクトルを示す。曲線１は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物およびビスマス酸化物を含んだコアを有する記載の光ファイバに相当する。曲線２は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、ゲルマニウム酸化物、リン酸化物およびビスマス酸化物から成り、ＮＤ：ＹＡＧレーザによって１０６４ｎｍの波長で励起されたときに形成されたコアを有する光ファイバに相当する。ゲルマニウム酸化物を含有しない光ファイバにおいては、発光帯は１１２０ｎｍ領域および１５０ｎｍにおいて最大値を有するが、ゲルマニウム酸化物を含有したコアを有する光ファイバでは、発光帯は１２０５ｎｍ領域および１８０ｎｍ幅において最大値を有する。
【００５３】
例を挙げると、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物およびビスマス酸化物から成るコアを有する製造された光ファイバの１１５０ｎｍ波長における（１１５０の波長で得られた６×１０−２１／ｃｍ−２の最大発光断面積の）最大利得は、０．７ｄＢ／ｍとなり、非共振性損失は７０倍以上小さくなった。
【００５４】
ＮＤ：ＹＡＧレーザによって１０６４ｎｍ波長でポンピングして、光ファイバにおける信号の増幅を実証した。信号源は１２１５波長で高い反射率（２０ｄＢより大きい）を有するブラッグ格子とし、ゲルマニウム−ケイ酸塩ファイバに格子を書き、このアクティブファイバの両端面の一方にスプライスした。レンズを用いてレーザ光線をファイバの端面に集光させることによって、ブラッグ格子を含むゲルマニウム−ケイ酸塩ファイバの自由端面のコアにポンピングを行った。アクティブファイバの自由端面を介して信号を出力させた。この場合、通過後、格子からアクティブファイバを介して反射された信号によって、９ｄＢの増幅が記録された。利得はファイバの非共振性損失レベルの２０倍を超えた。利得は理論的予測と一致し、ポンピング出力が不十分であることおよびファイバの長さが過剰であるため、およびポンプ光がファイバ増幅帯域に当たったという事実のために、可能性のある最大値とは異なっていた。
この光ファイバの好適な実施形態は、外側保護ポリマークラッドを含む。
【００５５】
本発明の光ファイバでは、ゲルマニウム酸化物濃度に対するシリコン酸化物濃度は０％から１００％に変動し、ゲルマニウムの濃度はシリコン酸化物濃度に対して１００％から０％に変動した。
【００５６】
アルミニウム酸化物の濃度は、ガリウム酸化物の濃度に対して０から１００％に変動し、ガリウム酸化物の濃度はアルミニウム酸化物の濃度に対して０から１００％に変動する。
【００５７】
この光ファイバの増幅帯域の位置はシリコン酸化物濃度とゲルマニウム酸化物濃度との関係によって規定されるので、ゲルマニウム酸化物濃度が増大すれば、増幅帯域は長波領域にシフトする。ガラス成分の濃度比を変えることによって、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、ゲルマニウム酸化物およびビスマス酸化物を含んだコアを有する光ファイバでは、１０６４ｎｍにおいてポンピングすると増幅帯域の最大値を１３００ｎｍ領域にシフトさせることができる。
【００５８】
図２は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物およびビスマス酸化物から成るコアを有する光ファイバの発光スペクトルとシリコン酸化物、アルミニウム酸化物、ゲルマニウム酸化物、リン酸化物およびビスマス酸化物から成るコアを有する光ファイバの発光スペクトルとを示す。ゲルマニウム酸化物の添加により、発光帯の最大がより長波領域にシフトする。
【００５９】
外側保護ポリマークラッドの屈折率は外側溶融シリカクラッドよりも小さいので、光ファイバコアおよびクラッドに沿ってポンプ光を伝播させる。これにより、クラッドに沿ってファイバをポンピングし、高出力のマルチモードダイオードレーザをポンピングに用いることが可能となる。
【００６０】
別の実施形態では、外側保護ポリマークラッドの屈折率は、クラッドに沿ってファイバから伝搬するスプリアス放射を出力するのに必要とされるときに光ファイバコアのみに沿って光の伝搬を提供するために、外側溶融シリカクラッドの屈折率よりも大きい。
【００６１】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法は、次のように達成される。
【００６２】
光ファイバプリフォームは、コアを形成し、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物の蒸気との間の反応から生じる酸化物を、クラッドとして働く溶融シリカ管の内面に作製する化学気相蒸着によって作製され、この蒸着法は、酸素および上記の元素の塩化物の蒸気を１７００〜２０００℃の温度で石英管に通過させるステップと、次いで、この石英管を２０００〜２１００℃の温度で表面張力下の圧力に晒して、後で光ファイバが線引きされる中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成するステップとを含む。
【００６３】
また、塩化ビスマスの蒸気を上記塩化物と同時に１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で溶融シリカ管に通過させ、この目的のために、中実塩化ビスマスを７０〜２００℃の温度まで加熱し、得られた蒸気を上記元素の塩化物の主流に送り込んで、酸素と塩化ビスマス蒸気との反応によってビスマス酸化物を形成し、これによりコアガラスをスマス酸化物でドープする。
【００６４】
この化学気相蒸着法は、改良化学気相蒸着（ＭＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着法（ＰＣＶＤ）およびその変形例である表面プラズマ化学的気相蒸着法（ＳＰＣＶＤ）から成る群から選択される方法である。
【００６５】
表は試験した幾つかの増幅光ファイバのコア中の珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、ガリウムおよびビスマスの酸化物の濃度を示している。特に、光ファイバ４、７、１１、１４はＭＣＶＤ法によって製造し、光ファイバ１０はＰＣＶＤ法によって製造し、光ファイバ５はＳＰＣＶＤ法によって製造した。
【００６６】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法の一実施形態は、次のように達成することができる。
【００６７】
光ファイバプリフォームは、コアを形成し、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物の蒸気との間の反応により生じる酸化物改良化学気相蒸着によってクラッドとして働く溶融シリカ管の内面に作製され、この蒸着方法は、酸素および上記元素の塩化物の蒸気を１７００〜２０００℃の温度で溶融シリカ管に通過させて、コアを形成する多孔質ガラス層を管の内面に生成するステップを含む。
【００６８】
溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／１の濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液を溶融シリカ管に注いで１〜３時間放置する。この硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させる。
【００６９】
酸素、窒素、および塩素を含んだ物質を流しながら溶融シリカ管を１７００〜２０００℃まで加熱して、多孔質ガラス層を中実層に転換させる。次いで、２０００〜２１００℃の温度で溶融シリカ管を表面張力の圧力下に晒して、後で光ファイバに線引きされる中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成する。
【００７０】
表は試験した幾つかの増幅光ファイバのコア中の珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、ガリウムおよびビスマスの酸化物の濃度を示す。特に、光ファイバ２、８、１５はＭＣＶＤ法によって作製した。この方法では、孔質ガラス層に硝酸ビスマス溶液を含浸させる方法によりビスマス酸化物をコアにドープした。
【００７１】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する方法の別の実施形態は、次のように達成することができる。
【００７２】
光ファイバプリフォームは、蒸着により、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物の蒸気との間の反応により生じる酸化物のプリフォームコアを、１３００〜１５００℃の温度で多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態でセラミックロッドの表面に形成するステップを含む外付け気相蒸着法によって作製する。
【００７３】
次いで、塩化珪素の濃度を維持しながら、供給される上記元素の塩化物の濃度を低減させることによって、クラッド層を形成する。
【００７４】
光ファイバプリフォームを室温まで冷却し、セラミックロッドから取り出す。酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中でプリフォームを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、このプリフォームを光ファイバに線引きする。
【００７５】
プリフォームコアを形成するとき、それをビスマス酸化物でドープし、この目的のために、中実塩化ビスマスを７０〜２００℃の温度まで加熱し、得られた塩化ビスマス蒸気を１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で上記元素の塩化物の主流に送り込んで、酸素と塩化ビスマス蒸気との反応によってビスマス酸化物を形成し、上記元素の酸化物と共に蒸着させる。
【００７６】
表は試験した幾つかの増幅光ファイバのコア中の珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、ガリウムおよびビスマスの酸化物の濃度を示す。特に、光ファイバ１３は上記外付け蒸着法（ＯＶＤ）によって製造した。
【００７７】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で動作する増幅光ファイバを製造する別の実施形態は、次のように達成することができる。
【００７８】
蒸着により、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物の蒸気との間の反応によって生成された酸化物のプリフォームコアを、１３００〜１５００℃の温度で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態でセラミックロッドの表面に形成するステップを含む外付け蒸着によって、光ファイバプリフォームを形成する。
【００７９】
塩化珪素濃度を維持しながら、供給される上記元素の塩化物の濃度を低減させることによってクラッド層を形成する。光ファイバプリフォームを室温まで冷却し、セラミックロッドから取り出す。
【００８０】
酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中でプリフォームを１４００〜１６００℃の温度まで加熱し、多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、プリフォームを光ファイバに線引きする。
【００８１】
コアを形成後、ロッドを多孔質ガラスコアと共に室温まで冷却し、溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／１の濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液に浸漬し、１〜３時間放置する。次いで、この硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させ、クラッドを形成する。
【００８２】
表は試験した幾つかの増幅光ファイバのコア中の珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、ガリウムおよびビスマスの酸化物の濃度を示す。特に、光ファイバ１は外付け蒸着法（ＯＶＤ）によって製造した。この方法では、多孔質ガラス層に硝酸ビスマスを含む溶液を含浸させる上記方法を用いて、ビスマス酸化物をコアに導入した。
【００８３】
１０００〜１７００ｎｍの波長で動作する増幅光ファイバを製造するための別の実施形態は、次のように達成することができる。
【００８４】
蒸着により、気相から、酸素と、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物蒸気との反応によって同軸バーナーの火炎中で形成される酸化物のロッド状コアおよびクラッドを１３００〜１５００℃で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で成長中のプリフォームの端面に形成するステップを含む気相軸付け蒸着法によって光ファイバプリフォームを作製する。
【００８５】
同軸バーナーの火炎中に送り込まれる記載の塩化物の濃度の空間分布を調節することによって、屈折率プロファイルを設定する。酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で多孔質ガラスロッドを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスを中実ガラスに転換し、後で光ファイバとして線引きされるプリフォームを生成する。
【００８６】
プリフォームを作製時、コアをビスマス酸化物でドープし、この目的のために、中実ビスマス酸化物を７０〜２００℃の温度まで加熱し、得られた塩化ビスマス蒸気を同軸バーナーの中央部分において１０〜３５ｍｍＨｇの分圧で前記元素の塩化物の主流に送り込んで、ビスマス酸化物を酸素と、塩化ビスマス蒸気との間の反応により形成し、前記元素の酸化物と一緒に蒸着させる。
【００８７】
表は試験した幾つかの増幅光ファイバのコア中の珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、ガリウムおよびビスマスの酸化物の濃度を示す。特に、光ファイバ９、１２は気相軸付け蒸着法（ＶＡＤ）によって製造した。
【００８８】
１０００〜１７００ｎｍの波長で動作する増幅光ファイバを製造するための別の実施形態は、次のように達成することができる。
【００８９】
蒸着により、気相から、酸素と、珪素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ガリウムから成る群から選択される元素の塩化物の蒸気との間の反応によって、同軸バーナーの火炎中で形成される酸化物のロッド状コアを１３００〜１５００℃で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態で成長中のプリフォームの端面に形成するステップを含む気相軸付け蒸着法によって光ファイバプリフォームを作製する。
【００９０】
多孔質ガラスコアを形成後、コアを室温まで冷却し、溶液中の硝酸ビスマスの濃度が０．０１〜０．５モル／１の濃硝酸（５０〜９０％ＨＮＯ３）中の硝酸ビスマス溶液に浸漬し、１〜３時間放置する。
【００９１】
この硝酸および水の溶媒を酸素および窒素を流しながら室温で乾燥させ、多孔質ガラスコアを酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で１４００〜１６００℃まで加熱して、多孔質ガラスロッドを中実ガラスロッドに転換する。クラッドを形成して、後で光ファイバに線引きされるプリフォームを生成する。
【００９２】
一実施形態では、気相から、酸素と塩化珪素蒸気との間の反応によって形成されたシリコン酸化物を１３００〜１５００℃の温度で、多孔質ガラスを形成する微細分散粒子の形態でコアロッドの表面に蒸着させるステップと、酸素、ヘリウムおよび塩素を含んだ物質の雰囲気中で多孔質ガラスを１４００〜１６００℃の温度まで加熱して、多孔質ガラスを中実ガラスに転換するステップとを含む外付け気相蒸着法によってクラッドを形成する。
【００９３】
別の実施形態では、石英管の空洞内にコアロッドを導入し、この石英管を２０００〜２１００℃の温度で表面張力下の圧力に晒して中実ロッド状光ファイバプリフォームを生成することによってクラッドを形成する。
【００９４】
表は試験した幾つかの増幅光ファイバのコア中の珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、ガリウムおよびビスマスの酸化物の濃度を示す。特に、光ファイバ３は気相軸付け蒸着法（ＶＡＤ）によって製造した。この方法では、多孔質ガラス層に硝酸ビスマス溶液を含浸させる上記方法を用いて、ビスマス酸化物をコアに導入した。
【００９５】
１０００〜１７００ｎｍ範囲の波長で光を生成するファイバレーザは、レーザ光線を増幅する少なくとも１つの光ファイバ１と、光ポンプ源２と、ポンプ光を光ファイバに導入するデバイス３と、光ファイバに沿ってレーザ生成光の多数の通路を提供する光共振器４と、生成光を光共振器から出力するデバイス５とを備える。
本発明によれば、このレーザに用いられる増幅光ファイバは上記光ファイバである。
【実施例１】
【００９６】
シリコン酸化物、アルミニウム酸化物およびビスマス酸化物から成るコアを有する光ファイバを用いて、１１５０、１２１５、１２５０および１３００ｎｍの波長において１０６４ｎｍ波長でポンピングしてレーザを試験した。ブラッグ格子を用いて共振器（図３）を形成した。標準的なゲルマニウム−ケイ酸塩ファイバに格子を書いた。出力された格子は３ｄＢの反射率を有し、結合格子は２０ｄＢを超える高い反射率を有した。
【００９７】
約２．５Ｗのポンピング出力で得られた最大出力は、波長１１５０ｎｍにおいて４６０ｍＷ、波長１２１５ｎｍにおいて４００ｍＷであった。
【００９８】
１１５０ｎｍでレージングした場合、レージング閾値は２１０ｍＷとなり、微分効率は入力された電力に基づいて２０．４％となった。１２１５ｎｍでレージングした場合、閾値は４９５ｍＷとなり、微分効率は２８．６％となった。これらの値は理論上のデータとよく一致し、実際には、
ａ）パラメータがアクティブファイバのパラメータと一致する格子が書き込まれた光ファイバを用いることによって（これはスプライスした部分の損失を低減させる。この損失は、この実施例では共振器トリップ当たり２ｄＢであり、光増幅ファイバおよびブラッグ格子を含むファイバのモードスポットの異なる直径から生じたものである。）、
ｂ）アクティブファイバの過剰な長さを低減することによって（過剰な長さは、レーザ媒体の部分的なスリーレベルキャラクタに主に起因して、すなわち不十分にポンピングされた光ファイバの区間によって生成された光の吸収に起因して、およびより劣る程度までに受動損失の増大に起因して、共振器損を増大させるために）、
大幅に改善され得る。
【００９９】
分光学的試験では、ポンピングを用いた励起状態から１０００ｎｍ領域において最大値を有する帯までの吸収が低いという理由から、レージング効率を著しく制限した原因を決定することはできなかった。
【実施例２】
【０１００】
共振器を形成するのに用いられる光ファイバカプラ６を用いて、レーザ回路（図４）において１１２０〜１２２０ｎｍの範囲のレージングを試験した。カプラ６は標準的なゲルマニウム−ケイ酸塩ファイバに基づいて作製した。得られた共振器は１．１〜１．２ｎｍ帯において高い反射率（８０％を超える）を有した。このアクティブファイバは、溶融石英クラッドと、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３から成るコアとを有した。図５ａおよび５ｂは、１０６４ｎｍでポンピングしたレーザにおいて得られたレージングスペクトルを示している。共振器の選択性が小さいために、レージング閾値が、複数の縦モードで同時に生じたレージングを僅かに超えたとき、スペクトルのピーク位置は不安定である。すなわち、「自由なレージング」レジームが実現された。ポンピング出力が増大すると、ピークの数は減少したが、閾値を大幅に超えたとき、実際には１つの最大値が１１７０ｎｍ領域において残った（図５ｂ）。
【０１０１】
図５ａに示すように、自由なレジームレージングは、約１００ｎｍの幅を有する帯で生じ、これは回路にスペクトルモードの選択を提供するコンポーネントを追加することによってレージング波長を調節するのに用いられてもよい。この場合、帯域幅は共振器における寄生損失レベルを低減させることおよびレーザ回路を最適化することによって広げることができる。
【０１０２】
ポンプ光波長は７５０〜１２００ｎｍの範囲内にあり、量子損をより小さくすると共に、スペクトルのより短い波長部分に位置する別の吸収帯にポンピングすることに比して、励起状態からの吸収をより低くする。
【０１０３】
最高のレージング効率を提供するポンプ光波長は８５０〜１１００ｎｍの範囲内にあり、この範囲では、励起状態からの吸収は小さいが、能動的吸収はより強力で、増幅帯域とのオーバーラップは１１００〜１２００ｎｍ範囲においてより小さい。
【０１０４】
一実施形態（図示せず）では、ファイバレーザはゲルマニウムでドープされた増幅光ファイバのコアに書き込まれた少なくとも１つのブラッグ格子を含む。
【０１０５】
上記のように、本発明は、既存のレーザの同様の特性を上回る波長チューニングを用いて１０００〜１７００ｎｍ範囲においてレーザを実現するのに適した新規なタイプの光ファイバを提供する。効率的なファイバレーザおよび広帯域増幅器は、１３００ｎｍの第１の遠隔通信伝送窓内で、これまで実際には使用されていなかった１０００〜１２００ｎｍおよび１４００〜１５００ｎｍの範囲において提供することが可能である。新規なチューナブルおよびフェムト秒ファイバレーザを１０００〜１７００ｎｍ範囲で作ることができる。本発明は有利には、アクティブファイバを溶融シリカファイバに低レベルの光挿入損失でスプライシングすることによって接合できるようにする。
【０１０６】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明によるＡｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２も含んだコアを有するビスマスでドープされた光ファイバの光損失スペクトルを示すグラフである。
【図２】本発明によるＢｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２（曲線１）、およびＢｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２（曲線２）も含んだコアを有するビスマスでドープされた光ファイバの発光スペクトルを示すグラフである。１０６４ｎｍ領域におけるピークは、発光を励起するのに用いられるＮｄ：ＹＡＧレーザ光線によって生じたものである。
【図３】本発明による、共振器を形成するのにブラッグ格子を用いたレーザを示す略図である。
【図４】本発明による、共振器を形成するのに光ファイバカプラを用いたレーザを示す略図である。
【図５】本発明による、光ファイバカプラをベースにした共振器を有するレーザのレージングスペクトルを示すグラフであり、このアクティブファイバは溶融石英クラッドとＢｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２を含んだコアとを有する。
【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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【国際調査報告】
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