(57)【要約】【課題】伝送損失の増加および耐水素特性の悪化が抑制され得るＬバンド用の増幅用光ファイバおよび光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】光ファイバ増幅器１は、入力端１ａに入力された信号光を光増幅して出力端１ｂから出力するものであって、増幅用光ファイバ１０、励起光源２１、励起光源２２、光カプラ３１および光カプラ３２を備える。増幅用光ファイバ１０は、コア領域と、コア領域より屈折率が低いクラッド領域とを備える。コア領域およびクラッド領域は、石英ガラスをベースとするものである。コア領域は、希土類元素（好適にはＥｒ元素）および２wt％以上５wt％以下のＰ元素が添加されていて、Ｇｅが添加されていない。コア領域を取り囲むクラッド領域は、屈折率低下剤としてＦ元素が添加されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスベースの増幅用光ファイバであって、
希土類元素および濃度２wt％以上５wt％以下のＰ元素が添加され、Ｇｅが添加されていないコア領域と、
このコア領域を取り囲み、Ｆ元素が添加されているクラッド領域と、
を備え、
少なくとも波長範囲１５７０〜１６２０ｎｍにおいて光増幅の利得を有する、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項２】
前記コア領域に添加された希土類元素がＥｒ元素であることを特徴とする請求項１記載の増幅用光ファイバ。
【請求項３】
シングルモード光ファイバとの融着接続の際の融着ロスが１.０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１記載の増幅用光ファイバ。
【請求項４】
前記クラッド領域の外周面にカーボン層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の増幅用光ファイバ。
【請求項５】
励起光が供給されることによって信号光を光増幅する請求項１〜４の何れか１項に記載の増幅用光ファイバと、
この増幅用光ファイバのコア領域に添加された希土類元素を励起する励起光を出力する励起光源と、
この励起光源から出力された励起光を前記増幅用光ファイバに導入する光カプラと、
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅用光ファイバおよび光ファイバ増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムは、光ファイバ伝送路により信号光を伝送することで大容量の情報を高速に送受信することができる。光通信システムでは、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）の信号光が用いられる場合だけでなく、Ｌバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）の信号光が用いられる場合がある。また、光通信システムでは、信号光を長距離に亘って伝送する為に、信号光を光増幅する光ファイバ増幅器が信号光伝送経路の途中に配置される。
【０００３】
光ファイバ増幅器は、希土類元素がコア領域に添加された石英ガラスベースの増幅用光ファイバと、この増幅用光ファイバに供給する励起光を出力する励起光源とを備える。そして、光ファイバ増幅器では、増幅用光ファイバのコア領域に添加された希土類元素が励起光により励起され、この増幅用光ファイバにおいて信号光が光増幅される。
【０００４】
Ｌバンドの信号光を光増幅することを意図した光ファイバ増幅器または増幅用光ファイバは、例えば特許文献１〜４に開示されている。これらの文献１〜４に記載されたＬバンド用の増幅用光ファイバは、希土類元素だけでなくＰ元素もコア領域に添加されている。また、これらの文献１〜４に記載された増幅用光ファイバでは、クラッド領域の屈折率よりコア領域の屈折率を高くするために、屈折率上昇剤としてＧｅ元素がコア領域に添加されている。
【０００５】
特許文献１では、増幅用光ファイバのＰ元素添加濃度が５wt％以上または８wt％以上であると好ましいとされている。特許文献２では、増幅用光ファイバのＰ２Ｏ５濃度が５wt％以上であると記載され、また、Ｐ２Ｏ５濃度が８wt％以上であると好ましいとされている。特許文献３では、増幅用光ファイバのＰ元素添加濃度が１wt％以上１０wt％以下であると記載されている。また、特許文献４では、増幅用光ファイバのＰ元素添加濃度が０.０１mol％以上１０mol％以下であると好ましいとされている。
【特許文献１】特許第３６９０１１０号公報
【特許文献２】特表２００４−５１３０５６号公報
【特許文献３】特開２００３−１２４５４７号公報
【特許文献４】特開２００３−０８６８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の文献１〜４に記載されたＬバンド用の増幅用光ファイバは以下のような問題点を有していることを本発明者は見出した。すなわち、増幅用光ファイバのコア領域のＰ元素添加濃度が高いと、石英ガラス中の構造欠陥が増加して、その結果、その増幅用光ファイバの伝送損失が大きくなり、また、その増幅用光ファイバの長期信頼性（特に耐水素特性）が悪化する。また、増幅用光ファイバのコア領域にＰ元素に加えてＧｅ元素も添加されていると、このＧｅ元素添加に因っても増幅用光ファイバの伝送損失が大きくなり、耐水素特性が悪化する。
【０００７】
本発明は、上記の本発明者の知見に基づいて、上記問題点を解消する為になされたものであり、伝送損失の増加および耐水素特性の悪化が抑制され得るＬバンド用の増幅用光ファイバおよび光ファイバ増幅器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】
【０００８】
本発明に係る増幅用光ファイバは、石英ガラスベースの増幅用光ファイバであって、(1) 希土類元素および濃度２wt％以上５wt％以下のＰ元素が添加され、Ｇｅが添加されていないコア領域と、(2) このコア領域を取り囲み、Ｆ元素が添加されているクラッド領域と、を備えることを特徴とする。そして、この増幅用光ファイバは、少なくとも波長範囲１５７０〜１６２０ｎｍにおいて光増幅の利得を有することを特徴とする。このように構成される増幅用光ファイバは、Ｌバンド用のものであって、伝送損失の増加および耐水素特性の悪化が抑制され得る。
【０００９】
この増幅用光ファイバは、コア領域に添加された希土類元素がＥｒ元素であるのが好適であり、シングルモード光ファイバとの融着接続の際の融着ロスが１.０ｄＢ以下であるのが好適であり、また、クラッド領域の外周面にカーボン層が設けられているのが好適である。
【００１０】
本発明に係る光ファイバ増幅器は、(1) 励起光が供給されることによって信号光を光増幅する上記の本発明に係る増幅用光ファイバと、(2) この増幅用光ファイバのコア領域に添加された希土類元素を励起する励起光を出力する励起光源と、(3) この励起光源から出力された励起光を増幅用光ファイバに導入する光カプラと、を備えることを特徴とする。この光ファイバ増幅器では、励起光源から出力された励起光は、光カプラを経て増幅用光ファイバに導入され、この増幅用光ファイバのコア領域に添加されている希土類元素を励起する。この増幅用光ファイバの一端に入力された信号光は、増幅用光ファイバにより導波される間に光増幅されて、増幅用光ファイバの他端から出力される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る増幅用光ファイバは、Ｌバンド用のものであって、伝送損失の増加および耐水素特性の悪化が抑制され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る光ファイバ増幅器１の構成図である。この図に示される光ファイバ増幅器１は、入力端１ａに入力された信号光を光増幅して出力端１ｂから出力するものであって、増幅用光ファイバ１０、励起光源２１、励起光源２２、光カプラ３１および光カプラ３２を備える。
【００１４】
増幅用光ファイバ１０は、石英ガラスベースの光ファイバであって、コア領域と、このコア領域を取り囲みクラッド領域と、を有する。コア領域の屈折率は、クラッド領域の屈折率より高い。コア領域は、希土類元素およびＰ元素が添加され、Ｇｅが添加されていない。クラッド領域は、Ｆ元素が添加されている。この増幅用光ファイバ１０は、励起光が供給されることによって信号光を光増幅する。増幅用光ファイバ１０は、少なくとも波長範囲１５７０〜１６２０ｎｍにおいて光増幅の利得を有する。コア領域に添加された希土類元素はＥｒ元素であるのが好適である。
【００１５】
励起光源２１，２２は、増幅用光ファイバ１０のコア領域に添加された希土類元素を励起し得る波長の励起光を出力するものである。増幅用光ファイバ１０のコア領域に添加された希土類元素がＥｒ元素である場合、励起光源２１，２２は、波長１.４８μｍ帯または波長０.９８μｍ帯の励起光を出力する。
【００１６】
光カプラ３１は、入力端１ａに入力されて到達した信号光を増幅用光ファイバ１０へ出力するとともに、励起光源２１から出力されて到達した励起光をも増幅用光ファイバ１０へ出力する。光カプラ３２は、増幅用光ファイバ１０から出力されて到達した信号光を出力端１ｂへ出力するとともに、励起光源２２から出力されて到達した励起光をも増幅用光ファイバ１０へ出力する。
【００１７】
この光ファイバ増幅器１では、励起光源２１から出力された励起光は光カプラ３１を経て増幅用光ファイバ１０に順方向に導入される。また、励起光源２２から出力された励起光は光カプラ３２を経て増幅用光ファイバ１０に逆方向に導入される。入力端１ａに入力されたＬバンドの信号光は、光カプラ３１を経て増幅用光ファイバ１０に入力され、この増幅用光ファイバ１０において光増幅される。この増幅用光ファイバ１０から光増幅されて出力された信号光は、光カプラ３２を経て、出力端１ｂから外部へ出力される。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る増幅用光ファイバ１０の断面図である。この図に示されるように、増幅用光ファイバ１０は、コア領域１１と、このコア領域１１より屈折率が低いクラッド領域１２と、このクラッド領域１２の外周面に設けられたカーボン層１３と、このカーボン層１３の外周に設けられた樹脂層１４と、を備える。コア領域１１およびクラッド領域１２は、石英ガラスをベースとするものである。
【００１９】
コア領域１１は、希土類元素（好適にはＥｒ元素）およびＰ元素が添加されている。コア領域１１のＰ元素添加濃度は２wt％以上５wt％以下である。コア領域１１は、Ｇｅが添加されていない。このコア領域１１を取り囲むクラッド領域１２は、屈折率低下剤としてＦ元素が添加されていて、これにより、コア領域１１より屈折率が低くなっている。例えば、クラッド１２の外径は１２３〜１２６μｍであり、カーボン層１３の厚みは２０〜６０ｎｍであり、樹脂層１４の外径は２３０〜２６０μｍである。
【００２０】
このような組成を有するコア領域１１およびクラッド領域１２を備える増幅用光ファイバ１０は、Ｌバンドの信号光を光増幅する上で好ましいだけでなく、伝送損失の増加および耐水素特性の悪化が抑制され得る。すなわち、コア領域１１にＥｒ元素および２wt％以上のＰ元素が添加されていることにより、増幅用光ファイバ１０は、Ｌバンド（特に波長範囲１５７０〜１６２０ｎｍ）において光増幅の利得を有する。コア領域１１のＰ元素添加濃度が５wt％以下であることにより、コア領域１１の石英ガラス中の構造欠陥が増加が抑制され、その結果、増幅用光ファイバ１０の伝送損失の増加が抑制され得る。また、コア領域１１のＰ元素添加濃度が５wt％以下であってコア領域１１にＧｅ元素が添加されていないことにより、増幅用光ファイバ１０の耐水素特性の悪化が抑制され得る。
【００２１】
次に、コア領域にＥｒ元素およびＰ元素が添加された石英ガラスベースの増幅用光ファイバについて行った評価の結果について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、評価を行った８本のファイバ１〜８の諸元を纏めた図表である。図４〜図６は、図３に示した８本のファイバ１〜８について所定のパラメータの間の関係をグラフ化して示したものである。
【００２２】
図３には、８本のファイバ１〜８それぞれについて、左から順に、コア領域の平均比屈折率差、コア領域の径、コア領域のＰ元素添加濃度、コア領域のＡｌ元素添加濃度、コア領域のＧｅ元素添加濃度、コア領域のＥｒ素濃度、クラッド領域のＦ元素添加濃度、波長１２００ｎｍにおける伝送損失（背景ロス）、最大利得の７０％以上の利得が得られる最長波長、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）との接続ロス、ＭＡＣ値（モードフィールド径／カットオフ波長）、モードフィールド径（ＭＦＤ）、カットオフ波長（λc）、および、波長１５５０ｎｍにおける曲げ径３０ｍｍφでの曲げロス、が示されている。
【００２３】
図４は、コア領域のＰ元素添加濃度と伝送損失（＠１２００ｎｍ）との関係を示すグラフである。この図に示されるとおり、Ｐ元素添加濃度が増加するにつれて、伝送損失(＠１２００ｎｍ)が増加することが分かる。Ｐ元素添加濃度が０wt％であるときは、伝送損失は約５ｄＢ／ｋｍ（＠１２００ｎｍ）であるが、Ｐ元素添加濃度が増加するにつれて、伝送損失は増加する。特許文献１，２に示されているのと同程度の濃度（８wt％）のＰ元素が添加されているファイバでは、伝送損失は２５ｄＢ／ｋｍ（＠１２００ｎｍ）となる。実用上、ファイバの伝送損失は２０ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましく、そのためには少なくともＰ元素添加濃度は５wt％以下が良いことが分かる。
【００２４】
図５は、コア領域のＰ元素添加濃度と増幅帯域（最大利得の７０％以上の利得が得られる最長波長）との関係を示すグラフである。この図に示されるとおり、Ｐ元素添加濃度が増加するにつれて、最長波長が長波長側に長くなる（すなわち、増幅帯域が広がる）ことが分かる。波長１６２０ｎｍまで十分な増幅帯域を得るためには、Ｐ元素添加濃度は少なくとも２wt％以上にすることが必要である。また、Ｐ元素添加濃度を１１wt％まで添加すると、シングルモード光ファイバとの融着接続時に、石英ガラス中のＰ元素の拡散により、融着部のモードフィールド径が急激に広くなり、モードフィールド径の不一致が発生し、融着部において約０.８ｄＢの接続損失が発生する。このことから、Ｐ元素添加濃度は少なくとも８wt％以下が好ましい。
【００２５】
図６は、コア領域のＰ元素添加濃度と耐水素特性（５０℃×Ｈ２：１％）との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は時間[h]である。コア領域にＥｒ元素が添加された光ファイバにおいて水素起因損失は波長１４２０ｎｍ帯に顕著に表れるので、縦軸は、波長１４２０ｎｍ帯の初期特性に対する損失増加分[ｄＢ／ｋｍ]とした。耐水素特性の測定条件は、５０℃×Ｈ２:１％であった。この図に示されるとおり、Ｐ元素添加濃度が増加するにつれて、波長１４２０ｎｍ帯の伝送損失が増加していることが分かる。また、クラッド領域の外周面にカーボン層を設けることで、Ｐ元素を添加しても、Ｐ元素無添加時と同等またはそれ以上の耐水素特性を有することが分かる。Ｇｅ元素が添加されたファイバ８の耐水素特性は悪い。
【００２６】
以上の結果から、Ｐ元素添加濃度は２wt〜５wt％にすることで、波長１６２０ｎｍ帯までの増幅帯域を確保することができるとともに、伝送損失増加および信頼性（耐水素特性）悪化を抑制することができる。また、耐水素特性の観点から、カーボンコートすることがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る光ファイバ増幅器１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る増幅用光ファイバ１０の断面図である。
【図３】８本のファイバ１〜８の諸元を纏めた図表である。
【図４】コア領域のＰ元素添加濃度と伝送損失（＠１２００ｎｍ）との関係を示すグラフである。
【図５】コア領域のＰ元素添加濃度と増幅帯域（最大利得の７０％以上の利得が得られる最長波長）との関係を示すグラフである。
【図６】コア領域のＰ元素添加濃度と耐水素特性（５０℃×Ｈ２：１％）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１…光ファイバ増幅器、１０…増幅用光ファイバ、１１…コア領域、１２…クラッド領域、１３…カーボン層、１４…樹脂層、２１，２２…励起光源、３１，３２…光カプラ。
【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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