(57)【要約】【課題】本発明の目的は、変換効率を低下させることなくフォトダークニングによる損失増加を抑制した光増幅用光ファイバ及び該光ファイバを用いた光ファイバレーザを提供することにある。【解決手段】本発明に係る光増幅用光ファイバ１は、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の励起光の入射及び伝送を行う光増幅用光ファイバ１において、重水素分子及び少なくとも１種類の希土類イオンを含有するコア２と、前記コア２の外周を覆うクラッド３と、を備え、コアに重水素分子を含有させたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重水素分子及び少なくとも１種類の希土類イオンを含有するコアと、
前記コアの外周を覆うクラッドと、を備える光増幅用光ファイバ。
【請求項２】
前記クラッドの外周に、重水素分子の透過を防ぐ拡散防止層を有することを特徴とする請求項１に記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項３】
前記拡散防止層が、アルミニウム、チタン、銅、クロム、スズ、ニッケル、銀、金及び炭素のうちいずれか１種類以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項４】
前記クラッドと前記拡散防止層の間に、ウレタンアクリレート樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂のうちいずれか１種類以上を含む保護コーティング層を有すること特徴とする請求項２又は３に記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項５】
前記コアに含有される重水素分子の濃度が、１×１０１４分子／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項６】
前記コアのホストガラスが石英ガラスであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項７】
前記コアに含有される希土類イオンが、Ｙｂイオン、Ｅｕイオン、Ｔｂイオン、Ｔｍイオン及びＥｒイオンのうちいずれか１種類以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項８】
前記クラッドが、屈折率の異なる少なくとも２層で形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の光増幅用光ファイバと、
前記光増幅用光ファイバを励起する励起光を出射する励起光源と、
を備える光ファイバレーザ。
【請求項１０】
前記励起光源の出射する励起光の波長が、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の励起光の入射及び伝送において、フォトダークニングによるコアの損失増加を抑制した光増幅用光ファイバ及び該光ファイバを用いた光ファイバレーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバレーザは、従来の固体レーザと比べて高効率であるとともに、ビーム品質と出力安定性、冷却効率に優れるといった利点を有しており、近年急速に用途が拡大している。しかしながら、光ファイバヘの励起光の入射及び伝送とともにコアの透過損失が次第に増加し、その結果、レーザ出力が低下するという問題がある。この励起光の入射及び伝送にともなうコアの損失増加は、一般にフォトダークニングと呼ばれている。
【０００３】
フォトダークニングに関しては、例えば非特許文献１にＴｍを添加した光ファイバのフォトダークニングが、非特許文献２、３にＹｂを添加した光ファイバのフォトダークニングが報告されている。フォトダークニングの発現機構に関しては、光ファイバ中における欠陥生成が主な原因であると考えられているが、完全に明らかになっていない。
【０００４】
フォトダークニングを抑制する手段として、光ファイバ中に水素分子又は酸素分子を含有させる方法が知られている。例えば、特許文献１にはコアに水素分子を含有させることによるフォトダークニング抑制方法が開示されている。また、非特許文献３には酸素分子を含有させたＹｂ添加光ファイバにおけるフォトダークニングの抑制が報告されている。
【０００５】
また一方では、紫外線伝送用光ファイバにおいて、光ファイバに水素分子を含有させることにより紫外線によるガラスの損傷、劣化が抑制されることが報告されている。例えば、特許文献２には、高圧の水素ガスを充填した金属パイプ内に光ファイバを収容することを特徴とした紫外線伝送用光ファイバが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、波長１７０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外線を伝送するための光ファイバにおいて、光ファイバ中に水素分子を含有し、かつクラッドの外周面に水素拡散防止層を設けた紫外線伝送用光ファイバが開示されている。
【０００７】
更に、特許文献４には、クラッドの外周面に水素保持層を有し、そのさらに外周に水素遮断層を設けた紫外線伝送用光ファイバが開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１１４３３５号公報
【特許文献２】特開平６−３４８３０号公報
【特許文献３】特開平９−３０９７４２号公報
【特許文献４】特開２００３−１９２３９７号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｍ．Ｂｒｏｅｒ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈｌｙ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｎｅａｒ−ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｐｈｏｔｏｄａｒｋｅｎｉｎｇ  ｉｎ  ａ  ｔｈｕｌｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ  ｆｉｂｅｒ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １８，７９９−８０１（１９９３）
【非特許文献２】Ｋｏｐｏｎｅｎ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｐｈｏｔｏｄａｒｋｅｎｉｎｇ  ｆｒｏｍ  ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｆｉｂｅｒｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  １４，１１５３９−１１５４４（２００６）
【非特許文献３】Ｓ−Ｙｏｏ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｐｈｏｔｏｄａｒｋｅｎｉｎｇ  ｉｎ  Ｙｂ−ｄｏｐｅｄ  ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｆｉｂｅｒｓ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ４８８ｎｍ  ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３２，１６２６−１６２８（２００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、光ファイバに水素分子を含有させることによるフォトダークニング抑制の方法が開示されているが、光ファイバ中に水素分子を含有させると波長１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の幅広い範囲において水素分子による吸収が生じる。従って、光増幅用光ファイバにおいて光ファイバ中の水素分子は、励起光や信号光の波長によってはそれらの光を吸収し、結果的に変換効率を低下させる要因となる。
【０００９】
非特許文献３には、光ファイバに酸素分子を含有させることによるフォトダークニング抑制の方法が開示されているが、酸素分子のフォトダークニング抑制効果は水素分子に比べて劣るという欠点がある。
【００１０】
また、特許文献２、３、４には、光ファイバからの水素分子の逸出を防止する容器又は被覆を設けた光ファイバが開示されているが、これらの公報においては、紫外線伝送用光ファイバにおけるガラスの損傷、劣化を抑制することを目的としたものであり、波長４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の可視及び赤外波長域で使用される光増幅用光ファイバにおけるフォトダークニングを抑制する技術的思想については何ら記載されていない。
【００１１】
従って、本発明の目的は、変換効率を低下させることなくフォトダークニングによる損失増加を抑制した光増幅用光ファイバ及び該光ファイバを用いた光ファイバレーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の励起光の入射及び伝送を行う光増幅用光ファイバにおいて、コアに重水素分子を含有させたことを特徴とする。
【００１３】
具体的には、本発明に係る光増幅用光ファイバは、重水素分子及び少なくとも１種類の希土類イオンを含有するコアと、前記コアの外周を覆うクラッドと、を備える。
コアが希土類イオンを含有することで、希土類イオンの誘導放出によって、波長４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の伝搬光を増幅することができる。さらにコアが重水素分子を含有することで、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の幅広い範囲において、変換効率を低下させることなく、フォトダークニングによる損失増加を抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る光増幅用光ファイバでは、前記クラッドの外周に、重水素分子の透過を防ぐ拡散防止層を有することが好ましい。
拡散防止層を有するので、光増幅用光ファイバからの重水素分子の逸出を防止することができる。
【００１５】
本発明に係る光増幅用光ファイバでは、前記拡散防止層が、アルミニウム、チタン、銅、クロム、スズ、ニッケル、銀、金及び炭素のうちいずれか１種類以上を含むことが好ましい。
前記拡散防止層が熱伝導度の高い素材を含むことで、光増幅用光ファイバから発生する熱を効率的に除去することができる。
【００１６】
本発明に係る光増幅用光ファイバでは、前記クラッドと前記拡散防止層の間に、ウレタンアクリレート樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂のうちいずれか１種類以上を含む保護コーティング層を有することが好ましい。
保護コーティング層を有するので、コア及びクラッドの機械的強度を高めることができる。また、クラッドと拡散防止層の間に保護コーティング層を有することで、拡散防止層及び保護コーティング層を有する光増幅用光ファイバの製造が容易となる。
【００１７】
本発明に係る光増幅用光ファイバでは、前記コアに含有される重水素分子の濃度が、１×１０１４分子／ｃｍ３以上であることが好ましい。
重水素分子の濃度が１×１０１４分子／ｃｍ３以上であると、フォトダークニングによる損失増加の抑制効果が小さくなる可能性を減少させることができる。
【００１８】
本発明に係る光増幅用光ファイバでは、前記コアのホストガラスが石英ガラスであることが好ましい。
コアのホストガラスが石英ガラスであることで、通常の光伝送用石英光ファイバと製造設備を共用することができ、経済性に優れる。
【００１９】
本発明に係る光増幅用光ファイバでは、前記コアに含有される希土類イオンが、Ｙｂイオン、Ｅｕイオン、Ｔｂイオン、Ｔｍイオン及びＥｒイオンのうちいずれか１種類以上を含むことが好ましい。
コアに含有される希土類イオンがＹｂイオン、Ｅｕイオン、Ｔｂイオン、Ｔｍイオン及びＥｒイオンのうちいずれか１種類以上であることで、波長４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の伝搬光を増幅することができる。
【００２０】
本発明に係る光増幅用光ファイバでは、前記クラッドが、屈折率の異なる少なくとも２層で形成されていることが好ましい。
クラッドが２層以上で形成されているマルチクラッドファイバであることで、コアに存在する希土類イオンを励起することができる。マルチクラッドファイバを光ファイバレーザに用いることで、高出力なマルチモードレーザダイオード光を励起光として利用することができる。
【００２１】
具体的には、本発明に係る光ファイバレーザは、本発明に係る光増幅用光ファイバと、前記光増幅用光ファイバを励起する励起光を出射する励起光源と、を備える。
本発明に係る光増幅用光ファイバを備えるので、変換効率を低下させることなくフォトダークニングによる損失増加を抑制することができる。このため、長期にわたりレーザ出力の低下を起こさない高効率の光ファイバレーザを提供することができる。
【００２２】
本発明に係る光ファイバレーザでは、前記励起光源の出射する励起光の波長が、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましい。
光増幅用光ファイバが４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の幅広い範囲においてフォトダークニングを抑制するので、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の幅広い範囲でのレーザ出力の低下を起こさない高効率の光ファイバレーザを提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、変換効率を低下させることなくフォトダークニングによる損失増加を抑制した光増幅用光ファイバを提供することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、上記光増幅用光ファイバを用いることにより、長期にわたりレーザ出力の低下を起こさない高効率の光ファイバレーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。図１は、実施形態１に係る光ファイバの断面図である。実施形態１に係る光増幅用光ファイバ１は、光増幅用光ファイバ１の中心から順にコア２、クラッド３、保護コーティング層４、拡散防止層５を有する。以下、上記の各項目について説明する。
【００２６】
コア２は、重水素分子及び少なくとも１種類の希土類イオンを含有する。コア２に含有される重水素分子の濃度は、１×１０１４分子／ｃｍ３以上、特に１×１０１６分子／ｃｍ３以上が好ましい。重水素分子の濃度が１×１０１４分子／ｃｍ３未満であると、フォトダークニングによる損失増加の抑制効果が小さくなることがある。また、石英ガラスをホストガラスとして、少なくとも１種類の希土類イオンを含む。上記希土類イオンは、Ｙｂイオン、Ｅｕイオン、Ｔｂイオン、Ｔｍイオン、Ｅｒイオンのいずれかから選択されることが好ましい。
【００２７】
コア２の直径は特に限定されるものではない。シングルモード光ファイバの場合、例えば１μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは３μｍ以上１５μｍ以下の範囲内とすることができる。マルチモード光ファイバの場合、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とすることができる。クラッド３の厚さもまた特に限定されるものではなく、例えば１０μｍ以上３００μｍ以下、好ましくは６０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とすることができる。光増幅用光ファイバ１は、増幅率を高めるため、クラッド３が屈折率の異なる少なくとも２層で形成されているマルチクラッドファイバであることが好ましい。
【００２８】
保護コーティング層４は、本発明において必須ではないが、クラッド３と拡散防止層５との間に設けられ、ウレタンアクリレート樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂のうちいずれか１種類以上から構成され、熱に対して耐性を有する樹脂を使用することが好ましい。なお、保護コーティング層４は、光増幅用光ファイバ１の機械的強度を確保する目的で設けられている。保護コーティング層４の厚さは特に限定されるものではなく、例えば１μｍ以上３００μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とすることができる。
【００２９】
拡散防止層５は、重水素分子の透過を防ぐ。重水素分子の透過を防ぐものとしては、たとえば、アルミニウム、チタン、銅、クロム、スズ、ニッケル、銀、金又は炭素、或いはこれらの組み合わせである。拡散防止層５の厚さは、重水素分子の外部拡散を防止するのに十分な膜厚であれば特に限定されるものではない。たとえば、拡散防止層５がアルミニウム、チタン、銅、クロム、スズ、ニッケル、銀及び金のうちいずれか１種類以上から構成される場合、拡散防止層５の厚さは、０．１μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とすることができる。拡散防止層５が炭素から構成される場合、拡散防止層５の厚さは、０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の範囲内とすることができる。
【００３０】
上述のような特徴を有する光増幅用光ファイバ１は、重水素分子を長期にわたりコア２に留めることができ、長期にわたりフォトダークニングによる損失増加を抑制することができるものである。
なお、保護コーティング層４の内側に拡散防止層５を形成するためには、拡散防止層５の形成工程を紡糸工程に組み入れる必要があるので、製造が困難である。一方、保護コーティング層４の外側に拡散防止層５を形成する工程は、紡糸工程の後に行うことが可能である。そのため、拡散防止層５は、保護コーティング層４の外側に配置されていることが好ましい。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。本実施例では、光ファイバを４種製造し、それぞれについて評価を行った。光ファイバの評価結果を図２及び図３に示す。
【００３２】
（実施例１）
実施例１に係る光ファイバは、実施形態に係る光増幅用光ファイバである。
光増幅用光ファイバの製造では、光ファイバの製造、重水素分子添加処理、拡散防止層の形成を順に行った。まず、光ファイバの製造について説明する。内付け化学気相蒸着（ＭＣＶＤ）法により石英管の内壁に高純度四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を原料としてスートを堆積させた。このスートを堆積させた石英管をＹｂ及びＡｌの水溶液に浸漬したのち乾燥させ、コラプス過程を経てコアにＹｂとＡｌを添加した光ファイバ母材を作製した。該母材を溶融線引きするとともに、クラッド表面にＵＶ硬化樹脂で被覆して保護コーティング層を形成し、光ファイバ化した。該光ファイバは、クラッド径１２５μｍ、コア径７．９μｍであり、コアとクラッドの比屈折率差は０．３０％である。コアに添加されたＹｂ及びＡｌの濃度は、それぞれ２．０質量％、１．７質量％であった。
【００３３】
重水素分子添加処理では、上述のようにして得られた光ファイバをステンレススチール製の容器に装填し、１００％重水素ガス、１００気圧、８０℃の条件下で７２時間処理を行い、光ファイバのコアに重水素分子を浸透させた。
【００３４】
拡散防止層の形成では、上述の重水素分子添加処理後の光ファイバ外周面に銅メッキを施すことにより、厚さ３０μｍの拡散防止層を形成した。
【００３５】
上述のように製造した光増幅用光ファイバの評価結果を図２に示す。評価結果は、励起光源からの励起光を入射してフォトダークニングさせた後の透過損失を示す。励起光源にはＬＤを用いた。励起光源の励起波長は９８０ｎｍ、励起光パワー４００ｍＷで、照射時間は１００分間であった。波長８００ｎｍにおける透過損失は、重水素処理後では、図３に示すように、１．６ｄＢ／ｍと低い値に抑えられている。
【００３６】
（実施例２）
比較のために、重水素分子添加処理を行わない以外は実施例１と同様にして作製した光ファイバについて、実施例１と同条件でフォトダークニングさせた後の透過損失を測定した。波長８００ｎｍにおける損失は、図３に示すように、５．０ｄＢ／ｍと大きな値であった。
【００３７】
（実施例３）
重水素分子添加処理において、１００％水素ガス、３００気圧、６５℃の条件下で７２時間処理とした以外は、実施例１と同様の方法で光ファイバの作製及び拡散防止層の形成を行い、上記と同様にフォトダークニングさせた後の透過損失を測定した。波長８００ｎｍにおける損失は、図３に示すように、０．８ｄＢ／ｍと実施例１よりも低くなった。
【００３８】
（実施例４）
実施例４に係る光増幅用光ファイバは、光ファイバの製造及び拡散防止層の形成において、実施例１と異なる。光ファイバの製造方法を説明する。内付け化学気相蒸着（ＭＣＶＤ）法により石英管の内壁に高純度四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を原料としてスートを堆積させた。このスートを堆積させた石英管をＹｂ及びＡｌの水溶液に浸漬したのち乾燥させ、コラブス過程を経てコア２にＹｂとＡｌを添加した光ファイバ母材を作製した。該母材を溶融線引きするとともに、炭化水素ガス原料のＣＶＤ法によりクラッドの周囲に炭素被覆を形成することにより拡散防止層を形成した。
【００３９】
重水素分子添加処理では、上述のようにして得られた光ファイバを１００％水素ガス、３００気圧、６５℃の条件下で７２時間の重水素分子添加処理を行った。
【００４０】
実施例１と同様に、フォトダークニングさせた後の透過損失を測定した。波長８００ｎｍにおける透過損失は、図３に示すように、０．７ｄＢ／ｍと実施例１及び実施例３よりも低くなった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に係る光増幅用光ファイバの一例を示す長手方向と垂直な断面図である。
【図２】実施例１に係る光増幅用光ファイバの評価結果を示し、重水素分子添加未処理と重水素分子添加処理を行ったそれぞれの光ファイバにおける損失の波長依存性を示すグラフである。
【図３】実施例に係る各光ファイバの評価結果である。
【符号の説明】
【００４２】
１  光増幅用光ファイバ
２  コア
３  クラッド
４  保護コーティング層
５  拡散防止層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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