(57)【要約】【課題】コア部に希土類元素とリンとを含みながらも耐放射線性が高く、放射線が存在する環境で使用しても利得が低減しにくい新規な希土類元素添加光ファイバを提供する。【解決手段】コア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部とを有し、前記コア部が、エルビウム、イッテルビウム、リン及びゲルマニウムを含む、希土類元素添加光ファイバ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部とを有し、前記コア部が、エルビウム、イッテルビウム、リン及びゲルマニウムを含む、希土類元素添加光ファイバ。
【請求項２】
前記エルビウムの含有量が０．０５質量％以上であり、前記リンの含有量が、前記リンと前記エルビウムとの質量比Ｐ／Ｅｒで１８以上３６０以下であり、前記ゲルマニウムの含有量が０．５質量％以上１２．０質量％以下である、請求項１に記載の希土類元素添加光ファイバ。
【請求項３】
前記イッテルビウムの含有量が、前記イッテルビウムと前記エルビウムとの質量比Ｙｂ／Ｅｒで４以上５０以下である、請求項１または２に記載の希土類元素添加光ファイバ。
【請求項４】
前記コア部はセリウムを含み、前記セリウムの含有量が０．１２質量％以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の希土類元素添加光ファイバ。
【請求項５】
前記コア部はアルミニウムを含み、前記アルミニウムの含有量が、前記アルミニウムと前記リンとの質量比Ａｌ／Ｐで１．０未満である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の希土類元素添加光ファイバ。
【請求項６】
前記コア部はホウ素を含み、前記ホウ素の含有量が０．６質量％以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の希土類元素添加光ファイバ。
【請求項７】
コア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部とを有し、前記コア部が、エルビウム、イッテルビウム及びリンを含む希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法であって、
前記コア部にゲルマニウムを添加する、希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類元素添加光ファイバ、及び希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、一般に、コア部と、そのコア部を被覆するクラッド部とを有する。この種の光ファイバでは、コア部の屈折率をクラッド部の屈折率よりも大きくして、光をコア部とクラッド部の境界で全反射させることにより、その光をコア部内に閉じ込めて、光信号として遠方に伝播させる。
【０００３】
また、光ファイバは、増幅器としても利用されている。増幅器用の光ファイバとして、コア部に希土類元素を添加した希土類元素添加光ファイバが知られている。希土類元素として、エルビウム（Ｅｒ）を添加したＥｒ添加光ファイバは、１．５５μｍ帯の増幅器として利用されている。
増幅器として利用する希土類元素添加光ファイバでは、利得を向上させるために、コア部の希土類元素の含有量を多くすることが有効である。しかしながら、希土類元素（特に、Ｅｒ）の含有量を多くし過ぎると、希土類元素同士のクラスタリング（寄り集ること）が生成して濃度消光が起こり、却って利得が低下することがある。この希土類元素同士のクラスタリングの生成を防止するために、希土類元素添加光ファイバでは、コア部に、リン（Ｐ）やアルミニウム（Ａｌ）を共添加して希土類元素を分散させることが行なわれている。
【０００４】
近年の光通信技術の進展に伴って、光ファイバは様々な環境で利用されるようになっている。例えば、光ファイバは、宇宙空間や原子力発電所などの放射線が存在する環境においても利用されている。しかしながら、コア部に金属元素が添加されている光ファイバは、放射線（特に、Ｘ線、γ線などの電磁放射線）によって劣化しやすいという問題がある。
【０００５】
例えば、光ファイバのコア部の屈折率を向上させるためにＧｅが添加された光ファイバは、純粋なシリカコアの光ファイバと比較して耐放射線性が劣ることが知られている。このため、Ｇｅを使用せずにコア部の屈折率を高めることが検討されている。特許文献１には、Ｇｅを使用せずにコア部の屈折率を高める方法として、クラッド部として高濃度のフッ素を含む石英ガラス質クラッド部を用いて、クラッド部をコア部よりも低屈折率とすることによって、コア部の屈折率を相対的に高める方法が開示されている。
【０００６】
また、希土類元素のクラスタリングの発生を防止するためにＰやＡｌがコア部に添加された希土類元素添加光ファイバは、放射線が照射されると、光の欠陥吸収が生成して利得が低下することが知られている。この光の欠陥吸収は、コア部に添加されているＰやＡｌに起因するとされている。
【０００７】
特許文献２には、放射線に敏感な他のいかなるドーパントも追加することを必要としない希土類元素添加光ファイバとして、コア部が、コアマトリックスを有し、かつ希土類ドーピングのシリカベースナノ粒子を含む希土類元素添加光ファイバが開示されている。この特許文献２に開示されている希土類元素添加光ファイバでは、コアマトリックスとしてはリンやアルミニウムを含まないシリカベースマトリックスが用いられている。
【０００８】
特許文献３には、リンに起因する放射線による利得の低下を抑制するために、コア部に、セリウム（Ｃｅ）を共ドープすることが開示されている。この特許文献３には、コア部のエルビウム濃度が１００〜１０００ｐｐｍであり、イッテルビウム濃度が５００〜１００００ｐｐｍであり、リン濃度が２〜１０原子％であり、セリウム濃度が５００〜１００００ｐｐｍである希土類元素添加光ファイバが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−２５７４０８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３５８０１号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１３／０１０１２６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、耐放射線性に優れる新規な希土類元素添加光ファイバを提供することにある。すなわち、本発明は、コア部に希土類元素とリンとを含みながらも耐放射線性が高く、放射線が存在する環境で使用しても利得が低減しにくい新規な希土類元素添加光ファイバを提供することを目的とする。また、本発明は、コア部に希土類元素とリンとを含む希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる新規な方法を提供することもその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の希土類元素添加光ファイバは、コア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部とを有し、前記コア部が、エルビウム、イッテルビウム、リン及びゲルマニウムを含むことを特徴としている。
【００１２】
本発明の希土類元素添加光ファイバにおいては、前記エルビウムの含有量が０．０５質量％以上であり、前記リンの含有量が、前記リンと前記エルビウムとの質量比Ｐ／Ｅｒで１８以上３６０以下であり、前記ゲルマニウムの含有量が０．５質量％以上１２．０質量％以下であってもよい。
【００１３】
また、本発明の希土類元素添加光ファイバにおいては、前記イッテルビウムの含有量が、前記イッテルビウムと前記エルビウムとの質量比Ｙｂ／Ｅｒで４以上５０以下であってもよい。
【００１４】
また、本発明の希土類元素添加光ファイバにおいては、前記コア部はセリウムを含み、前記セリウムの含有量が０．１２質量％以下であってもよい。
【００１５】
また、本発明の希土類元素添加光ファイバにおいては、前記コア部はアルミニウムを含み、前記アルミニウムの含有量が、前記アルミニウムと前記リンとの質量比Ａｌ／Ｐで１．０未満であってもよい。
【００１６】
また、本発明の希土類元素添加光ファイバにおいては、前記コア部はホウ素を含み、前記ホウ素の含有量が０．６質量％以下であってもよい。
【００１７】
本発明の希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法は、コア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部とを有し、前記コア部が、エルビウム、イッテルビウム及びリンを含む希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法であって、前記コア部にゲルマニウムを添加することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コア部に希土類元素とリンとを含みながらも耐放射線性が高く、放射線が存在する環境で使用しても利得が低減しにくい新規な希土類元素添加光ファイバを提供することが可能となる。また、本発明によれば、コア部に希土類元素とリンとを含む希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる新規な方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図２】実施例２で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図３】実施例３で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図４】実施例４で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図５】実施例５で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図６】実施例６で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図７】実施例７で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図８】実施例８で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図９】実施例９で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１０】実施例１０で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１１】実施例１１で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１２】実施例１２で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１３】実施例１３で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１４】実施例１４で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１５】実施例１５で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１６】実施例１６で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１７】実施例１７で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１８】実施例１８で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図１９】実施例１９で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図２０】実施例２０で作製した希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布を示すグラフである。
【図２１】実施例１〜１０で作製した希土類元素添加光ファイバ母材のＸ線照射後の光の吸収係数増加量を示すグラフである。
【図２２】実施例１１〜２０で作製した希土類元素添加光ファイバ母材のＸ線照射後の光の吸収係数増加量を示すグラフである。
【図２３】実施例１、６、８、１０及び比較例１で作製した希土類元素添加光ファイバのγ線照射後の光の吸収損失増加量を示すグラフである。
【図２４】実施例１１、１２、１３、１８、１９、２１、２２、２３及び比較例１で作製した希土類元素添加光ファイバのγ線照射後の光の吸収損失増加量を示すグラフである。
【図２５】実施例１〜２３及び比較例１で作製した希土類元素添加光ファイバのコア部のＧｅ添加濃度と耐Ｘ線特性と耐γ線特性の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る希土類元素添加光ファイバ、及び希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法の実施形態について説明する。
【００２１】
本実施形態の希土類元素添加光ファイバは、コア部と、このコア部の周囲を覆うクラッド部とを有する。コア部は、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、リン（Ｐ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）を含むシリカ組成物で形成されている。コア部は、さらに必要に応じて、セリウム（Ｃｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）を含んでいてもよい。
【００２２】
本実施形態の希土類元素添加光ファイバは、コア部がＥｒを含むＥｒ添加光ファイバである。本実施形態の希土類元素添加光ファイバは、マルチモード型光ファイバ（ＭＭＦ）、シングルモード型光ファイバ（ＳＭＦ）、ダブルクラッド型光ファイバ（ＤＣＦ）、偏波保持型光ファイバなどの光ファイバとして利用されている種々の形態とすることができる。本実施形態の希土類元素添加光ファイバは、例えば、１．５５μｍ帯の光の増幅器として使用することができる。本実施形態の希土類元素添加光ファイバは、宇宙機（例えば、ロケット、人工衛星、宇宙船）に搭載される光通信機器や光ファイバジャイロ、原子炉における光ファイバ増幅器、航空機搭載用の光通信機器などの耐放射線性が要求される用途において好適に使用することができる。
【００２３】
コア部に含まれるＥｒは、波長０．９８μｍあるいは波長１．４８μｍの光（励起光）によって励起されて、波長１．５５μｍの光（信号光）を生成する作用を有する。
コア部のＥｒ含有量は、好ましくは０．０５質量％以上であり、特に好ましくは０．０９質量％以上である。一方、Ｅｒ含有量が多くなりすぎると、クラスタリングの発生による濃度消光が発生するおそれがあるため、次項以降に示す範囲でＹｂ、Ｐを共添加させる必要がある。
【００２４】
Ｙｂは、波長０．８〜１．１μｍの広い波長範囲の光で励起され、その励起したＹｂからＥｒへのエネルギー遷移によってＥｒを励起させる作用を有する。この作用によって、波長１．５５μｍの光の生成量を増加させることができる。また、Ｙｂは、Ｅｒの周囲に配位して、Ｅｒ同士の距離を長くすることによって、Ｅｒのクラスタリングの発生を抑制する作用も有する。この作用によって、Ｅｒの含有量が多くてもＥｒの濃度消光を抑えることができ、これによっても波長１．５５μｍの光の生成量を増加させることができる。コア部のＹｂ含有量は、ＹｂとＥｒとの質量比Ｙｂ／Ｅｒで、好ましくは４以上５０以下の範囲、より好ましくは４以上４０以下の範囲、特に好ましくは４以上２０以下の範囲である。Ｙｂ含有量を上記の範囲とすることによって、波長１．５５μｍの光の生成を確実に増加させることができる。
【００２５】
Ｐは、Ｅｒの周囲に配位して、Ｅｒ同士の距離を長くすることによって、Ｅｒのクラスタリングの発生を抑制する作用を有する。この作用によって、Ｅｒの含有量が多くてもＥｒの濃度消光を抑えることができ、これによって波長１．５５μｍの光の生成量を増加させることができる。また、Ｐは、Ｅｒの励起状態吸収（ＥＳＡ）や励起したＥｒからＹｂへのエネルギーの逆移動を抑制する作用も有する。
コア部のＰ含有量は、ＰとＥｒとの質量比Ｐ／Ｅｒで、好ましくは１８以上３６０以下の範囲である。Ｐ含有量が上記の範囲にあることによって、Ｅｒのクラスタリングの発生を確実に抑制することができる。
【００２６】
Ｇｅは、後述の実施例で示すように、Ｐに起因する放射線の照射による欠陥吸収の生成を抑制して、耐放射線性を向上させる作用を有する。
本発明の発明者は、Ｐを含む希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させるために、コア部に種々の元素を添加した。そして、その結果、意外にも従来は耐放射線性の観点から使用が避けられていたＧｅを添加することによって、Ｐに起因する放射線の照射による欠陥吸収の生成が抑制され、希土類元素光ファイバの耐放射線性が向上することを見出した。
【００２７】
コア部のＧｅ含有量は、好ましくは０．５質量％以上１２．０質量％以下の範囲である。Ｇｅ含有量の下限値は、より好ましくは１．０質量％以上、さらに好ましくは２．３質量％以上、特に好ましくは３．２質量％以上である。Ｇｅ含有量の上限値は、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは９．０質量％以下、特に好ましくは８．６質量％以下、さらにより好ましくは６．０質量％以下、最も好ましくは５．０質量％以下である。Ｇｅ含有量が少なくなりすぎると、耐放射線性を十分に向上させることが難しくなるおそれがある。一方、Ｇｅ含有量が多くなりすぎても、耐放射線性の向上効果は飽和し、またＮＡ（開口数）が大きくなりすぎるおそれがある。
【００２８】
Ｃｅは、上記のＧｅと共に耐放射線性を向上させる作用を有する。
コア部のＣｅ含有量は、好ましくは０．１２質量％以下であり、特に好ましくは０．０８質量％以上０．１２質量％以下の範囲である。Ｃｅの含有量を上記の範囲とすることによって、耐放射線性をより確実に向上させることが可能となる。
【００２９】
Ａｌは、上記のＰと共に、Ｅｒの周囲に配位して、Ｅｒ同士の距離を長くすることによって、Ｅｒのクラスタリングの発生を抑制する作用を有する。また、Ａｌは、増幅利得を平準化させる作用やＰと共添加することでコア部のＮＡを低減させる効果がある。
コア部のＡｌ含有量は、ＡｌとＰとの質量比Ａｌ／Ｐで、好ましくは１．０未満である。Ａｌの含有量が多くなりすぎると、放射線の照射によってＡｌに起因する欠陥吸収が生成し易くなり、耐放射線性が低下するおそれがあるが、上記の範囲とすることによって、Ａｌに起因する放射線の照射による欠陥吸収の生成を抑制しつつ、Ｅｒのクラスタリングの発生をより抑制でき、さらにコア部のＮＡを低減させることができる。
【００３０】
Ｂは、耐放射線性を劣化させずに、コアのＮＡを低減させる作用を有する。コアのＮＡを低減させる観点では、ＢはＡｌの代替となり得るため、Ｂを添加することによって、Ａｌの添加量を減らすことができる。
コア部のＢの含有量は、好ましくは０．６質量％以下、特に好ましくは０．１質量％以上０．６質量%以下の範囲である。Ｂの含有量が多くなりすぎると、ＭＣＶＤ法により希土類元素添加光ファイバ母材（プリフォーム）を製造する場合は、Ｂと希土類元素の両方を高濃度に添加することが難しく、相対的に希土類元素の含有量が低下することにより、希土類元素の添加効果が低減するおそれがある。また、Ｂの含有量が多くなりすぎると、希土類元素添加光ファイバの製造時において、希土類元素添加光ファイバ母材のコア部分とクラッド部分の線膨張係数の差が大きくなり、プリフォームが割れてしまう可能性がある。また、Ｂの含有量が０．１質量％未満であると、Ｂの添加によってコアのＮＡを低減させる効果が小さくなるおそれがある。
【００３１】
本実施形態の希土類元素添加光ファイバにおいて、クラッド部は、コア部よりも屈折率が低いものであれば、その材料には特に制限はない。クラッド部の材料としては、例えば、シリカ（石英ガラス）を使用することができる。
【００３２】
本実施形態の光ファイバは、特に限定されないが、クラッド部の直径が５０μｍ以上４００μｍ以下の範囲であってもよい。コア部の直径は、特に限定されないが、３μｍ以上１１０μｍ以下の範囲であってもよい。
【００３３】
次に、本実施形態の希土類元素添加光ファイバの製造方法について説明する。
本実施形態の希土類元素添加光ファイバは、例えば、コア部と、このコア部の周囲を覆うクラッド部とを有する希土類元素添加光ファイバ母材（プリフォーム）を作製する母材作製工程と、希土類元素添加光ファイバ母材を線引きして希土類元素添加光ファイバを製造する線引き工程とを有する方法によって製造することができる。
【００３４】
（母材作製工程）
母材作製工程では、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｐ及びＧｅを含み、さらに必要に応じてＣｅ、Ａｌ、Ｂを含むシリカ組成物を備えるコア形成部と、そのコア形成部の周囲を覆うクラッド形成部とを有する希土類元素添加光ファイバ母材を作製する。希土類元素添加光ファイバ母材の作製方法としては、ＭＣＶＤ法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いることができる。具体的には、石英管に、シリカ源（例えば、ＳｉＣｌ４）、Ｅｒ源（例えば、Ｅｒ（ＤＰＭ）３）、Ｙｂ源（例えば、Ｙｂ（ＤＰＭ）３）、Ｐ源（例えば、ＰＯＣｌ３）、Ｇｅ源（例えば、ＧｅＣｌ４）、Ｃｅ源（例えば、Ｃｅ（ＤＰＭ）４）、Ａｌ源（例えば、ＡｌＣｌ３）、Ｂ源（例えば、ＢＣｌ３）及び酸素を含む原料ガスを供給しながら、石英管を酸水素バーナにより加熱する。このとき、原料ガスの種類や組成を調整することによって、コア部に含有されるＥｒ、Ｙｂ、Ｐ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｂの量を調整することができる。こうしてＥｒ、Ｙｂ、Ｐ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｂを含むガラス組成物粒子からなるスートを石英管に堆積させる。次いで、石英管を酸水素バーナにより加熱して、スートを透明のガラス層とする。そして最後に、原料ガスの供給を止めて、石英管を酸水素バーナにより加熱して、石英管を軟化させて、中空部を潰す。これにより、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｐ、Ｇｅ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｂを含むシリカ組成物を備えるコア形成部と、そのコア形成部の周囲を覆うクラッド形成部とを有する希土類元素添加光ファイバ母材が得られる。
【００３５】
なお、希土類元素添加光ファイバ母材作製方法としては、上記のＭＣＶＤ法以外に光ファイバ母材の作製方法として一般に用いられている各種の方法、例えば、ＯＶＤ法（Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）などを利用することができる。
【００３６】
（線引き工程）
線引き工程では、上記の母材作製工程で作製した希土類元素添加光ファイバ母材を加熱して溶融させ、溶融した希土類元素添加光ファイバ母材を糸状に引き伸ばして、冷却する。希土類元素添加光ファイバ母材を糸状に引き伸ばす方法としては、光ファイバの製造で一般に用いられている各種の方法を利用することができる。
【００３７】
得られた希土類元素添加光ファイバは、クラッド部の外周を保護樹脂で被覆して使用することができる。クラッド部の外周を保護樹脂で被覆する方法としては、光ファイバの製造で一般に用いられている各種の方法を利用することができる。
【００３８】
以上のような構成とされた本実施形態である希土類元素添加光ファイバによれば、コア部が、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｐ及びＧｅを含むので、Ｅｒの含有量を多くしても、Ｅｒのクラスタリングが発生しにくく、かつ耐放射線性が高く、放射線が存在する環境で使用しても利得が低減しにくい。
【００３９】
本実施形態の希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法は、コア部と、このコア部の周囲を覆うクラッド部とを有し、コア部が、Ｅｒ、Ｙｂ及びＰを含む希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法である。本実施形態では、このコア部にＧｅを添加する。コア部には、さらに必要に応じて、Ｃｅ、Ａｌ、Ｂを添加してもよい。
【００４０】
本実施形態の希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法は、具体的には、希土類元素添加光ファイバの母材作製時に、コア形成部にＧｅを含有させる方法である。本実施形態の希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法を利用して得られる光ファイバのコア部に含まれるＥｒ、Ｙｂ、Ｐ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｂの量は、上述のとおりである。
【００４１】
本実施形態の希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる方法によれば、コア部が、Ｅｒ、Ｙｂ及びＰを含む光ファイバのコア部にＧｅを添加するので、Ｐに起因する放射線の照射による欠陥吸収の生成を抑制することができ、これによって、希土類元素添加光ファイバの耐放射線性が向上する。
【実施例】
【００４２】
以下に、本発明の作用効果を、実施例により説明する。
【００４３】
［実施例１］
（希土類元素添加光ファイバ母材の作製）
ＭＣＶＤ法により、コア部が、Ｅｒ含有量が０．１２質量％、Ｙｂ含有量が０．６９質量％、Ｐ含有量が９．９５質量％、Ｇｅ含有量が４．０質量％のシリカ組成物からなり、クラッド部がシリカガラスである希土類元素添加光ファイバ母材（直径：１３ｍｍ）を作製した。
【００４４】
（光ファイバの作製）
上記の希土類元素添加光ファイバ母材を、線引きして希土類元素添加光ファイバを作製した。作製した希土類元素添加光ファイバは、クラッド部の直径が１２５μｍであり、コア部の直径が３５μｍのマルチモード型光ファイバ（ＭＭＦ）であった。
【００４５】
［実施例２〜２３、比較例１］
（希土類元素添加光ファイバ母材の作製）
コア部の組成を、下記の表１、２に記載の組成としたこと以外は実施例１と同様にして、希土類元素添加光ファイバ母材を作製した。なお、表１、２には、コア部の組成として、Ｅｒ含有量％、Ｙｂ含有量、Ｐ含有量、Ｇｅ含有量、Ｃｅ含有量、Ａｌ含有量、Ｂ含有量、Ｙｂ／Ｅｒ質量比、Ｐ／Ｅｒ質量比、Ａｌ／Ｅｒ質量比を示した。
【００４６】
（希土類元素添加光ファイバ母材の作製）
実施例６、８、１０、１１、１２、１３、１８、１９、２１、２２、２３及び比較例１では、得られた希土類元素添加光ファイバ母材を用いて、下記の表１、２に示す構造の希土類元素添加光ファイバを製造した。実施例６と実施例２１と実施例２２、及び実施例１０と実施例２３は同じ希土類元素添加光ファイバ母材を用いて希土類元素添加光ファイバを製造した。なお、表１、２において、ＭＭＦは、マルチモード型光ファイバを、ＳＭＦは、シングルモード型光ファイバを、ＤＣＦは、ダブルクラッド型光ファイバを、２ＬＰ−ＤＣＦは、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの２ＬＰモードで伝搬するダブルクラッド型光ファイバを意味する。
ＳＭＦ、ＤＣＦ、２ＬＰ−ＤＣＦは、希土類元素添加光ファイバ母材の外周部に、シリカガラス（クラッドガラス）をジャケット法（ロッドインチューブ法とも呼ばれる）により追加した後、コア径が表１、２に示す値で、かつクラッド部の直径が１２５μｍとなるように線引きして作製した。
【００４７】
得られた希土類元素添加光ファイバは、第１樹脂層で被覆し、次いで第１樹脂層を第２樹脂層で被覆した。第２樹脂層は、外径が２５０μｍとなるように被覆した。なお、ＭＭＦ及びＳＭＦでは、希土類元素添加光ファイバ側の第１樹脂層の材料として、シリカガラス（クラッド部）よりも高屈折率な樹脂を用いた。ＤＣＦ及び２ＬＰ−ＤＣＦでは、第１樹脂層の材料としてシリカガラスよりも低屈折率な樹脂を用い、第２樹脂層の材料として、シリカガラス（クラッド部）よりも高屈折率な樹脂を用いた。
【００４８】
［評価］
希土類元素添加光ファイバ母材を用いて、添加元素の濃度分布と耐Ｘ線特性とを測定した。また、希土類元素添加光ファイバを用いて、耐γ線特性を測定した。測定方法を以下に示す。
【００４９】
（希土類元素添加光ファイバ母材の添加元素の濃度分布）
希土類元素添加光ファイバ母材を径方向に切断した。得られた切断片の切断面の中心線に沿って、ＥＰＭＡ（電子線プローブマイクロアナライザ）を用いて、添加元素の濃度を線分析した。ＥＰＭＡの測定条件を次に示す。
＜ＥＰＭＡの測定条件＞
加速電圧：１５．０ｋＶ
照射電流：１．１７×１０−７Ａ
ビーム形状：ｃｉｒｃｌｅ
プローブ径：５０μｍ
測定点数：２００
スキャン幅：１ｃｍ
計測時間：２  ｓｅｃ
【００５０】
実施例１〜２０で作製した希土類元素添加光ファイバ母材について得られた結果を、順に図１〜２０に示す。図１〜２０において、横軸は、母材中心からの測定位置を示し、「０」は、母材のコア部の中心を示す。縦軸は、母材に含まれる各添加元素の濃度を表す。この図１〜２０から算出される実施例１〜２０の各添加元素の平均濃度は、表１に記載されている実施例１〜２０のコア部の添加元素量と一致することが確認された。
【００５１】
（耐Ｘ線性）
希土類元素添加光ファイバ母材を径方向に切断した。得られた切断片について、切断面のコア部の光の吸収係数を下記の条件で測定した。
＜光の吸収係数の測定条件＞
波長範囲：２００〜１６００ｎｍ
分解能：０．５ｎｍ
【００５２】
次いで、切断片の切断面のコア部に、波長が０．７１Å（Ｍｏ）のＸ線を、１７．５ｋｅＶの出力で１００分間照射した。Ｘ線照射後の切断片について、切断面のコア部の光の吸収係数を再測定した。そして、Ｘ線照射後のコア部の光の吸収係数からＸ線照射前のコア部の光の吸収係数を減じた値を、吸収係数増加量として算出した。なお、比較例１で作製した希土類元素添加光ファイバ母材は、Ｘ線照射後のコア部が赤紫色に着色し、光の吸収係数が大幅に増加したことが明らかであったため、光の吸収係数の再測定は実施しなかった。
【００５３】
実施例１〜１０で作製した希土類元素添加光ファイバ母材について得られた結果を図２１に、実施例１〜１０で作製した希土類元素添加光ファイバ母材について得られた結果を図２２に示す。波長２４０ｎｍ、４００ｎｍ、５１０ｎｍ、５７０ｎｍの光の吸収は、Ｐ−ＯＨＣ（リン酸素正孔中心）による誘起欠陥吸収である。図２１及び図２２の結果から、Ｘ線照射後の希土類元素添加光ファイバのコア部は、Ｐ−ＯＨＣによる光の吸収が増加することが分かる。表１及び表２に、耐Ｘ線性として、波長５５０ｎｍの光の吸収係数増加量を示す。
【００５４】
（耐γ線性）
実施例１、６、８、１０、１１、１２、１３、１８、１９、２１、２２、２３及び比較例１で作製した希土類元素添加光ファイバについて、横軸を光の波長とし、縦軸を光の吸収損失とした光の損失スペクトルを下記の方法で測定した。
＜光の損失スペクトルの測定方法＞
損失スペクトルはカットバック法により測定した。条長Ｌ０［ｍ］の被測定ファイバに白色光を入射し、光スペクトラムアナライザを用いて透過光スペクトルを測定した。このときの光パワーをＰ０［ｄＢｍ］とした。次いで、被測定ファイバの条長をＬ１［ｍ］にカットバックし、カットバック後の被測定ファイバの透過光スペクトルを測定した。このときの光パワーをＰ１［ｄＢｍ］とした。Ｌ０は約１０ｍ、Ｌ１は約２ｍとした。吸収損失［ｄＢ／ｍ］は、（Ｐ１−Ｐ０）／ （Ｌ０−Ｌ１）により求めた。
【００５５】
次いで、希土類元素添加光ファイバに、コバルト６０のγ線照射装置を用いて、γ線を１０００Ｇｙ（静止軌道に１０年間静置した場合に相当）照射した。γ線照射後の希土類元素添加光ファイバについて、光の損失スペクトルを再測定した。そして、γ線照射後の希土類元素添加光ファイバの光の損失スペクトルからγ線照射前の光の損失スペクトルを減じた値を、吸収損失の増加量として算出した。光の損失スペクトルの波長（ｎｍ）を光子エネルギー量（ｅＶ）に換算して、横軸を光子エネルギー量（ｅＶ）とし、縦軸に吸収損失の増加量をプロットしたグラフを作成し、このプロットしたデータを用いて、ガウシアンフィッティングを行って近似曲線を得た。ガウシアンフィッティングは、下記の文献に記載されているパラメータを用いて行った。
「D. L. Griscom, E. J. Friebele, K. J. Long and J. W. Fleming, “Fundamental defect centers in glass: Electron spin resonance and optical absorption studies of irradiated phosphorus-doped silica glass and optical fibers,” Jounal of Applied Physics, vol. 54, no. 7, pp. 3743-3762, 1983.」
【００５６】
実施例１、６、８、１０及び比較例１で作製した希土類元素添加光ファイバについて得られた結果を図２３に、実施例１１、１２、１３、１８、１９、２１、２２、２３及び比較例１で作製した希土類元素添加光ファイバについて得られた結果を図２４に示す。波長１５７０ｎｍの光の吸収は、リン（Ｐ１）による誘起欠陥吸収である。図２３及び図２４の結果から、γ線照射後の希土類元素添加光ファイバは、Ｐ１による光の吸収が増加することが分かる。表１及び表２に、耐γ線性として、波長１５７０ｎｍの光の吸収損失増加量を示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
【表２】
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【００５９】
コア部にＧｅが添加されていない比較例１においては、Ｘ線照射後の光の吸収係数及びγ線照射後の光の吸収損失が大きくなった。これは、放射線の照射によって、ＰＯＨＣ及びＰ１による誘起欠陥吸収が大きくなったためであると考えられる。
【００６０】
これに対してコア部にＧｅが添加されている実施例１〜２３においては、Ｘ線照射後の光の吸収係数及びγ線照射後の光の吸収損失が小さくなった。すなわち実施例１〜２３の結果から、希土類元素添加光ファイバでは、Ｇｅの添加によって耐放射線性が向上することが確認された。また、実施例７、８の結果からＧｅと共にＣｅを添加することによって、さらに耐放射線性が向上することが確認された。さらに、実施例９、１０、１１〜２０、２３の結果から、Ｇｅは、ＰとＡｌを含む希土類元素添加光ファイバに対しても有効であることが確認された。
【００６１】
図２５に、希土類元素添加光ファイバのコア部のＧｅ添加濃度と耐Ｘ線特性と耐γ線特性の関係を示す。図２５の横軸はコア部のＧｅ添加濃度を示し、左縦軸のＲＩＡ  ｏｆ  Ｐ−ＯＨＣ（Ｘ−ｒａｙ）（５５０ｎｍ）はＸ線照射後の波長５５０ｎｍの光の吸収係数増加量を示し、右縦軸のＲＩＡ  ｏｆ  Ｐ１（Ｇａｎｎｍａ−ｒａｙ）（１５７０ｎｍ）はγ線照射後の波長１５７０ｎｍの光の吸収損失増加量を示す。また、白丸及び黒丸のＰ−Ｇｅは、Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバの測定結果を、白三角及び黒三角のＰ−Ｇｅ−Ｃｅは、Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅとＣｅを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバの測定結果を、白四角及び黒四角のＰ−Ｇｅ−Ａｌは、Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅとＡｌを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバの測定結果を、白菱形及び黒菱形のＰ−Ｇｅ−Ａｌ−Ｂは、Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅとＡｌとＢを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバの測定結果を示す。そして、白丸、白三角、白四角及び白菱形は、Ｘ線照射後の波長５５０ｎｍの光の吸収係数増加量を示し、黒丸、黒三角、黒四角及び黒菱形は、γ線照射後の波長１５７０ｎｍの光の吸収損失増加量を示す。
【００６２】
図２５のグラフから次のことが分かる。
（１）Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバ（白丸及び黒丸）の測定結果から、Ｇｅの添加濃度に比例して、耐Ｘ線特性と耐γ線特性とが向上する。
（２）上記（１）の効果は、Ｇｅの添加濃度が高くなると飽和する傾向にある。
（３）Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅとＣｅを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバ（白三角及び黒三角）の測定結果から、Ｇｅの添加濃度が同じであっても、Ｃｅを共添加することによって、耐Ｘ線特性と耐γ線特性とが向上する。
（４）Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅとＡｌを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバ（白四角及び黒四角）の測定結果から、Ａｌ／Ｐが１．０未満となる範囲でＡｌを共添加した希土類元素添加光ファイバは、Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅを含む希土類元素添加光ファイバ（白丸及び黒丸）と同等の耐Ｘ線特性と耐γ線特性を示す。
（５）Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅとＡｌとＢを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバ（白菱形及び黒菱形）の測定結果から、Ｂを共添加してＡｌの濃度を低下した希土類元素添加光ファイバは、Ｙｂ及びＥｒとＰとＧｅを含む希土類元素添加光ファイバ母材及び光ファイバ（白丸及び黒丸）と同等の耐Ｘ線特性と耐γ線特性を示す。
【００６３】
以上の結果から、本発明によれば、コア部に希土類元素とＰとを含みながらも耐放射線性が高く、放射線が存在する環境で使用しても利得が低減しにくい新規な希土類元素添加光ファイバを提供できることが確認された。また、本発明によれば、コア部に希土類元素とＰとを含む希土類元素添加光ファイバの耐放射線性を向上させる新規な方法を提供できることが確認された。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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