(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともコアと第１クラッドと第２クラッドを有する石英系光ファイバ母材の製造方法において、前記コアに第１クラッドを形成する際に、前記第１クラッドの屈折率が、中心から周辺にかけて徐々に小さくなるように分布させ、該第１クラッドの断面形状を少なくとも１箇所に直線部分を有する形状に変形させる工程と、この変形第１クラッドを有するガラスロッドに第１クラッドと同一材質の多孔質ガラス微粒子を第２クラッドとして堆積させて多孔質ガラス母材を形成し、これをガラス化して円形断面を有する第２クラッドを形成する工程を有することを特徴とする変形第１クラッドを有する光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
前記第１クラッドを有するガラスロッドの変形断面の最長部の長さを１５ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項１に記載した変形第１クラッドを有する光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した製造方法により製造されたことを特徴とする変形第１クラッドを有する光ファイバ母材。
【請求項４】
石英系光ファイバ母材であって、少なくともコアと変形第１クラッドと第２クラッドの３箇所の屈折率領域からなり、第１クラッドの断面は少なくとも１箇所に直線部分を有する変形形状であり、前記第１クラッドの屈折率は、中心から周辺にかけて徐々に小さくなるように分布しているものであり、第２クラッドの断面は円形形状であり、第１クラッドと第２クラッドの主成分は同一の材質から成ることを特徴とする変形第１クラッドを有する光ファイバ母材。
【請求項５】
前記第１クラッドの断面形状は、Ｄ字形、四角形、太鼓形であることを特徴とする請求項４に記載した変形第１クラッドを有する光ファイバ母材。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の光ファイバ母材から線引きして製造されたことを特徴とする変形第１クラッドを有する光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光増幅器あるいはファイバレーザの高出力化に対応する増幅用の光ファイバおよびその素材である光ファイバ母材ならびにその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重方式）のシステム構築のための光増幅器の高出力化が強く要求されるようになってきた。さらに、ファイバレーザ分野においても、高出力なものが要望されている。どちらの場合も、希土類元素をコアにドープした石英系光ファイバに励起光を注入して希土類元素の発光を利用したものであるが、いかに励起光を効率よくコアに励振できるかということが、高出力化の条件である。
【０００３】
最近、こうした目的で、クラッドポンピングという方法（特開平１１−７２６２９号公報参照）が提案されている。
また、特開平１１−５２１６２号公報には、第１コアの外周に第２コアが形成されているダブルコア型の増幅用光ファイバが開示されている。この光ファイバは、第２コア内に入射された励起光の内、第１コアに入射された信号光の励起に寄与しない光を第１コアとできるだけ交差するように散乱させる散乱手段として、例えば第２コアと屈折率の異なる異質部を形成したり、第２コアの外周の一部を切り欠いたり、外周を多角形に形成したりしている。このような光ファイバの製作には、例えば、第１コアの周りに第２コアをスス付けして焼結ガラス化し、外周の一部を削り取り、これを線引きしつつプラスチックで被覆してクラッドとし、増幅用光ファイバを得ている。
【０００４】
この場合、第２コア（本願発明の第１クラッドに相当する）の断面形状を上記のように円形ではなく変形形状（Ｄ字形、多角形、太鼓形等）とし、その外側に第２コアと同材質の石英ガラス微粒子をスス付けしてクラッド（本願発明の第２クラッドに相当する）の断面形状を円形に堆積させることが考えられるが、製造上の問題で、実際に行うのが非常に困難であった。すなわち、変形形状の第２コアにスス付けされた多孔質石英ガラス母材が冷却される過程で母材表面に割れやクラックが多数発生することがしばしばあり、母材の歩留りが低下し、生産性が著しく悪化した。そのためクラッドにはポリマークラッド、例えばフッ素添加アクリル酸、ウレタンアクリレート、ＰＭＭＡのような低屈折率ポリマーを採用し、変形形状の第２コアを線引きしつつこれらのプラスチックを被覆してクラッドを形成するという場合がほとんどであった。しかし、ポリマークラッドの場合、製造面では母材の線引きとは別に、樹脂の塗布、乾燥工程を必要とし、品質面では第２コアとの密着性が悪く、屈折率の調整が困難であり、耐劣化性、機械的強度に劣る等の欠点もあるので、耐劣化性に優れ、特性の安定した石英ガラスクラッドに対する要望は極めて高い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、変形第１クラッドを有するガラスロッドに第２クラッド用多孔質ガラス微粒子を堆積し、これを冷却する過程で母材表面に多数入る割れ、クラックの発生を防止することができる光ファイバ母材の製造方法と欠陥のない光ファイバ母材と効率の高い励起光励振作用を有する光ファイバを提供することを主目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、少なくともコアと第１クラッドと第２クラッドを有する石英系光ファイバ母材の製造方法において、前記コアに第１クラッドを形成する際に、該第１クラッドの断面形状を少なくとも１箇所に直線部分を有する形状に変形させる工程と、この変形第１クラッドを有するガラスロッドに第１クラッドと同一材質の多孔質ガラス微粒子を第２クラッドとして堆積させて多孔質ガラス母材を形成し、これをガラス化して円形断面を有する第２クラッドを形成する工程を有することを特徴とする変形第１クラッドを有する光ファイバ母材の製造方法である。
【０００７】
このような方法によって光ファイバ母材を製造すると、特に、変形断面形状を有するガラスロッドに多孔質ガラス微粒子を堆積させて第２クラッドを形成する際に入り易い割れ、クラックの発生を防止することができ、欠陥のない第２クラッドと変形第１クラッドを有する光ファイバ母材を歩留り良く、高い生産性で製造することができる。また、この第１クラッド断面に変形形状を導入したことにより、効率良く励起光を入射することが可能となり、出力光を高めることができる光ファイバを製造することができる。さらに、変形第１クラッドと第２クラッドの材質を同一としたことにより、安定した屈折率分布が得られ、耐劣化性にも優れた光ファイバとすることができる。
【０００８】
この場合、第１クラッドを有するガラスロッドの変形断面の最長部の長さを１５ｍｍ以下にするのが好ましい。
このように、変形第１クラッドを有するガラスロッドに多孔質ガラス微粒子を軸付けして多孔質ガラス母材を形成する際に、ターゲットとなるガラスロッドの変形断面の最長部の長さを１５ｍｍ以下にしておくと、堆積後の冷却過程において発生し易い母材表面の割れ、クラックをほぼ完全に防止することができ、欠陥のない第２クラッドと変形第１クラッドを有する光ファイバ母材を製造することができる。
【０００９】
また、本発明は上記の製造方法により製造された変形第１クラッドを有する光ファイバ母材である。この光ファイバは、特に第２クラッドの表面となる母材表面に割れ、クラックのような欠陥が無い高品質母材である。また、少なくとも１箇所に直線部分を有する変形断面を有する変形第１クラッドが形成されているので、この母材から効率良く励起光を入射することができ、高出力光を出射可能とする光ファイバを作製することができる。
【００１０】
そして、本発明は、石英系光ファイバ母材であって、少なくともコアと変形第１クラッドと第２クラッドの３箇所の屈折率領域からなり、第１クラッドの断面は少なくとも１箇所に直線部分を有する変形形状であり、第２クラッドの断面は円形形状であり、第１クラッドと第２クラッドの主成分は同一の材質から成る変形第１クラッドを有する光ファイバ母材である。
【００１１】
このような構成の変形第１クラッドを有する光ファイバ母材によれば、この母材からコアに入射された信号光を効率よく励振する励起光を入射することが可能となる光ファイバを線引きして製造することができ、結果として光増幅器あるいはファイバレーザの高出力化を達成することができる。
【００１２】
この場合、第１クラッドの断面形状を、Ｄ字形、四角形、太鼓形とすることができる。
このような形状にすると、信号光を励振する励起光の励振効率を高めることが可能となる。
【００１３】
さらにこの場合、第１クラッドの屈折率を、中心から周辺にかけて徐々に小さくなるように分布しているものとすることが好ましい。このようにすると、励起光をファイバ中心のコアに集中させることが可能となり、より一層励振効率の向上を図ることができる。
【００１４】
そして、本発明は上記の光ファイバ母材から線引きして製造された変形第１クラッドを有する光ファイバである。このように、本発明の光ファイバ母材から線引きして得られた変形第１クラッドを有する光ファイバは、クラック等の欠陥がなく、励振効率の高い高特性の光増幅用光ファイバであるから、光増幅器あるいはファイバレーザ等の高出力化を容易に達成することができるとともに耐久性も高い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の変形第１クラッドを有する光ファイバ母材は、石英系光ファイバ母材であって、少なくともコアと変形第１クラッドと第２クラッドの３箇所の屈折率領域からなり、第１クラッドの断面は少なくとも１箇所に直線部分を有する変形形状であり、第２クラッドの断面は円形形状であり、第１クラッドと第２クラッドの主成分は同一の材質から構成されている光増幅用光ファイバの母材である。以下の説明は、光ファイバ母材について行うが、母材の構造、特性に関する記述については、この光ファイバ母材を線引きして製造した相似形の光ファイバにも適用されるものである。
【００１６】
ここで、図１に本発明の変形第１クラッドを有する光ファイバ母材の断面図を示す。この光ファイバ母材１は、コア２を中心に変形断面を有する第１クラッド３および円形断面を有する第２クラッド４から構成されている。この第１クラッドの変形断面形状は、少なくとも１箇所に直線部分を有する変形形状であって、図１に示したように、（ａ）Ｄ字形、（ｃ）四角形、（ｄ）太鼓形等を例示することができる。これらの形状に変形した光散乱手段を設けることによって、断面が円形の場合に第１クラッドに入射された励起光の内、コアを交差して通過しなかった光も直線部分で反射、散乱してコアを交差して通過するようになり、コアがポンピングされて信号光を効率良く励起することができるようになる。
【００１７】
また、第１クラッドの屈折率を、中心から周辺にかけて徐々に小さくなるように分布させることができる。図１（ｂ）に示したように、コアと変形第１クラッドと第２クラッドの３箇所の屈折率領域からなり、コアの屈折率が最も高く、第１クラッドの屈折率は、中心から周辺にかけて徐々に小さくなるように分布させてあり、第２クラッドの屈折率は、フラットに分布している。
このように第１クラッドの屈折率を分布させると、光が伝播して行くに従ってコアの方に光が集まって、第１クラッドに入射した光がコアに結合し易くなる。従って、効率よく光がコアに集中するようになり、励起効率を高めた光増幅を行うことができる。
【００１８】
そして、本発明では、第１クラッドと第２クラッドの主成分は同一の材質で構成した。
前述したように、従来の変形第１クラッドを有する光増幅用光ファイバ母材の製造方法では、第１クラッドの断面形状が円形ではなく変形形状（Ｄ字形、四角形、太鼓形等）とした場合、その外側に同材質の石英ガラス微粒子をスス付けして第２クラッドを円形に堆積するのは非常に困難であり、また、この多孔質ガラス母材表面に冷却過程で割れ、クラックが発生し不良品となることがしばしばあった。
【００１９】
そのためクラッドには低屈折率ポリマーを採用し、変形形状の第１クラッドを有するガラスロッドを線引きしつつポリマーを被覆して第２クラッドを形成していた。しかし、ポリマークラッドの場合、製造面では母材の線引きとは別に、樹脂の塗布、乾燥工程を必要とし、品質面では第１クラッドとの密着性が悪く、屈折率の調整が困難であり、耐劣化性、機械的強度に劣る等の欠点もあり、石英ガラスクラッドの必要性は極めて高い。そこで本発明では、次に述べる製造方法でこの問題を解決し、第１クラッドと第２クラッドの主成分を同一の材質とすることに成功した。
【００２０】
以下、上記のような光ファイバ母材および光ファイバの製造方法について説明する。
（１）この光ファイバ母材を製造するには、先ず、コアと変形第１クラッドからなるガラスロッドを次に例示した方法で作製する。
（１−１）例えば、ＶＡＤ法により、コアロッドに多孔質ガラス微粒子を堆積させ、得られた多孔質ガラス母材を焼結、ガラス化して第１クラッドとコアから成るガラスロッドを作製する。次いで、該ガラスロッドの表面を研削、研磨等して少なくとも１箇所に直線部分を有する所望の変形断面に加工して変形第１クラッドを有するガラスロッドを形成する。
【００２１】
（１−２）ロッドインチューブ法により、第１クラッドとなるべきガラス管にコアロッドを挿入し、融着、一体化して第１クラッドとコアから成るガラスロッドを作製する。次いで、該ガラスロッドの表面を研削、研磨等して少なくとも１箇所に直線部分を有する変形断面に加工して変形第１クラッドを有するガラスロッドを形成する。
【００２２】
（１−３）第１クラッドとなるべきガラス管の表面を研削、研磨して少なくとも１箇所に直線部分を有する所望の変形断面に加工した後、ロッドインチューブ法により、該ガラス管にコアロッドを挿入し、融着一体化して第１クラッドとコアから成る変形第１クラッドを有するガラスロッドを作製する。
【００２３】
この際、第２クラッドを堆積する時に、ターゲットとなる変形第１クラッドを有するガラスロッドの変形断面の最長部の長さを１５ｍｍ以下にすることが好ましく、さらに好ましくは１０ｍｍ以下である。ここで言うガラスロッドの変形断面の最長部とは、例えば図１に示したように、（ａ）Ｄ字形、（ｃ）四角形、（ｄ）太鼓形の各変形断面の最長部Ｌで表わされる。
【００２４】
このように変形断面の最長部の長さを規定するのは、１５ｍｍを超えると多孔質ガラス微粒子を第２クラッドとして堆積後、冷却する過程で多孔質ガラス微粒子堆積層に収縮が起こり、母材表面に割れ、クラックが多数入り、極端な場合は、変形第１クラッドにまでクラックが入って不良品になってしまうことがあるからである。この割れ、クラックの発生は、ターゲットであるガラスロッドの断面形状が非円形であるために、その上に堆積した多孔質ガラス微粒子層が熱収縮により応力のバランスが崩れるためと考えられる。そこで、ガラスロッドの変形断面の最長部の長さを小さく抑えれば、変形断面の外周の内の非円周部の長さの多孔質ガラス微粒子堆積層の外周長さに対する比率が相対的に小さくなり、冷却時に非円周部が受ける収縮に伴う熱応力も小さくなって、割れ、クラック等の発生を阻止することができるものと思われる。
【００２５】
なお、最長部Ｌを１５ｍｍ以下とするには、前記（１）の工程で出来たガラスロッドをガラス旋盤等で延伸すればよい。この延伸は第１クラッドを変形させる加工を施す前後で行うことができる。
【００２６】
（２）次いで、変形第１クラッドを有するガラスロッドに第１クラッドと同一材質の多孔質ガラス微粒子を第２クラッドとして堆積させて多孔質ガラス母材を形成し、これを焼結、ガラス化して第２クラッドを形成した光ファイバ母材を得る。
【００２７】
第２クラッドを堆積してガラス化したガラスロッドの断面は、殆どの場合、非円形形状なので、研削・研磨等により円形断面を有する第２クラッドに加工し、光ファイバ母材に仕上げる。
この場合、第２クラッドを堆積した多孔質ガラス母材に加工を加えて断面形状を円形とし、これをガラス化して円形断面を有する第２クラッドを形成するようにしてもよい。
【００２８】
以上の工程を経て得た光ファイバ母材を線引きして光ファイバを形成すれば、同材質の第２クラッドに被覆された変形第１クラッドを有する石英系光増幅用光ファイバを作製することができる。
この光ファイバは、第２クラッドや変形第１クラッドにクラックのような欠陥は無く、極めて高品質であり、変形第１クラッドによる励起光の励振効率が高く、出力光の高出力化を図ることができるものである。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
（実施例１）
ＶＡＤ法によりガラスロッドを作製し、これを直径３ｍｍに延伸してコアロッドとした。このコアロッドの屈折率差は＋０．３％（基準は純石英レベル）であった。
別に第１クラッド領域にあたるガラスロッドをＶＡＤ法で作製し、該ガラスロッドの中心に内径５ｍｍの孔開け加工を行った。そして、先に作製したコアロッドを孔に挿入し、これをガラス旋盤にてコラプスし、一体化させた。このようにして、コア／第１クラッドまでのガラスロッドを作製した。
【００３０】
次に、これを直径１０ｍｍに延伸し、さらに断面形状がＤ字形になるようにガラスロッドの一部を直線状になるように研削した。このＤ字形断面形状のガラスロッドの周りに多孔質ガラス微粒子をＶＡＤ法により堆積させ、これをフッ素含有雰囲気下でガラス化し、第２クラッドを形成したガラス母材（プリフォーム）とした。次いでこのプリフォームの外周を研削し、断面形状が円形になるように加工して光ファイバ母材に仕上げた。
この方法で２０本作製したが、１本もクラック等の発生はなかった。
【００３１】
（実施例２）
コア／第１クラッドまでのガラスロッドを直径２０ｍｍに延伸し、断面形状がＤ字形になるようにガラスロッドの一部を直線状になるように研削した。このＤ字形断面形状のガラスロッドの周りに多孔質ガラス微粒子をＶＡＤ法により２０本堆積したところ、従来の方法では２０本全部にクラックが入ったが、本発明の方法によれば、２０本の内１６本にはクラック等の発生はなく、円形断面の第２クラッドを有する光ファイバ母材を作製することができた。ただし、４本は堆積終了後、多孔質ガラス微粒子が冷却される過程で母材表面に割れ、クラックが発生した。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３３】
例えば上記では、光ファイバ母材の製造方法はＶＡＤ法あるいはロッドインチュ−ブ法としたが、これに限らず、ＯＶＤ法、ＭＣＶＤ法にも適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、従来Ｄ字形のような変形断面ガラスロッドに同一材質の多孔質ガラス微粒子を軸付けすると割れ、クラックを生じる問題があったが、これを解決することができる。特にターゲットとなる変形第１クラッドを有するガラスロッドの変形断面上の最長部の長さを１５ｍｍ以下とすることによって解決することができた。従って、第１クラッドに変形断面を有する光ファイバ母材の歩留りと生産性の向上を図ることができ、コストを改善することができる。
また、第２クラッドや同材質の変形第１クラッド表面にクラック等の欠陥の無い変形第１クラッドを有する光ファイバ母材を製造することができるので、これから得られた光ファイバは、コアに入射される信号光に効率よく励起光を入射することが可能となり、結果として出力光を高めることができ、光増幅器或はファイバレーザの高出力化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ母材の第１クラッドの変形断面と変形断面における最長部を示す説明図である。
（ａ）Ｄ字形断面、  （ｂ）Ｄ字形断面における屈折率分布図、
（ｃ）四角形断面、  （ｄ）太鼓形断面。
【符号の説明】
１…光ファイバ母材、  ２…コア、  ３…第１クラッド、  ４…第２クラッド、
Ｌ…変形第１クラッド断面の最長部。
【図１】
0004237357.tif 000002