フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバとその製造方法及びファイバレーザ
【課題】コアの屈折率プロファイルを制限することなくフォトダークニングを効果的に抑制したＹｂ添加光ファイバ及び該ファイバを用いたファイバレーザの提供。
【解決手段】コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバを用意し、該Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理し、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを得る第２の工程と、を有することを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。この製造方法により得られたフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバ。該ファイバを用いたファイバレーザ。
【解決手段】コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバを用意し、該Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理し、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを得る第２の工程と、を有することを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。この製造方法により得られたフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバ。該ファイバを用いたファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザやファイバアンプ（ファイバ増幅器）などに光増幅媒体として用いられるＹｂ添加光ファイバに関し、特に、高出力のファイバレーザを長時間使用する際に、出力パワーが経時的に低下するフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバとその製造方法及び該ファイバを用いたファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
イッテルビウム（Ｙｂ）を添加した光ファイバを用いたファイバレーザにおける課題の１つとして、フォトダークニングの抑制が挙げられる。フォトダークニングとは、Ｙｂ添加光ファイバに光（励起光）を照射すると、レーザ出力が経時的に低下していく現象である（非特許文献１〜４参照）。
【０００３】
この経時的な出力低下は、希土類添加光ファイバの中でも、Ｙｂ添加光ファイバに特有の現象である。たとえば、ファイバアンプに用いられるＥｒ添加光ファイバでは、濃度消光による初期増幅特性の低下が課題となっているが、本発明で課題としているフォトダークニング（経時的な出力低下）は問題となっていない。つまり、Ｅｒ添加光ファイバアンプの初期増幅特性の低下と、本発明の課題であるフォトダークニングとは、全く別の現象と言える。
【０００４】
フォトダークニングの発現機構は、現時点では明らかにされていないが、それについての研究例が幾つか報告されている。以下に、Ｙｂ添加光ファイバのフォトダークニングに関する研究例を示す。
【０００５】
（研究例１）
カラーセンタの生成がフォトダークニングに関与している。カラーセンタ生成における光イオン化は、７つの３価のＹｂイオンが関与している（非特許文献１）。
【０００６】
（研究例２）
同じ波長の励起光を用いた場合、その励起光強度が強いほど、フォトダークニングによる劣化速度が大きくなる（非特許文献２）。
【０００７】
（研究例３）
フォトダークニングには、シリカガラス中のカラーセンタの生成が影響している。カラーセンタの生成は永久的なダメージであり、可視域に吸収波長の中心を持つ、カラーセンタの吸収ピークは可視域であるが、その吸収帯はブロードであり、吸収の裾が赤外領域にも影響を与える。したがって、カラーセンタの生成により励起光にもレーザ発振光にも損失を与え、ファイバのパワー変換効率を低下させる（非特許文献３）。
【０００８】
（研究例４）
フォトダークニングの原因は、光ファイバガラスのシリカネットワークが永久的にダメージを受けることによる。そのようなダメージは、励起光や信号光の多光子吸収過程による光イオン化などにより発生する。希土類元素としてＹｂが添加されたシリカガラスのバンドギャップの一例は５．２ｅＶ（２３８ｎｍ）程度であり、添加物の無いシリカ結晶（９ｅＶ）よりも小さくなる。この２３８ｎｍというバンドギャップは、励起光や信号光の波長（１０００ｎｍ程度）に対し、約４倍のエネルギーであるため、４光子吸収が関与している可能性が考えられる（非特許文献４）。
【０００９】
前記研究例１〜４のように、フォトダークニングのメカニズムとして、励起光や信号光により生成したガラス中のカラーセンタ（いわゆる欠陥）が関係していると推測する例が多い。しかし、いずれの報告も、フォトダークニングの原因を特定できるほどの情報ではなく、未だ明確なことは分かっていない。
【非特許文献１】Photodarkening in ytterbium-doped silica fibers, Proc. SPIE5990, 72-81(2005)
【非特許文献２】T. Kitabayashi, et al., “Population Inversion Factor Dependence of Photodarkening of Yb-doped Fibers and its Suppression by Highly Aluminum Doping", OFC2006, Anaheim, USA, paper OThC5, 2006
【非特許文献３】L. B. Glebov, Linear and Nonlinear Photoionization of Silicate Glasses, Glass Science and Technology, Vol. 20, No.24, 1995
【非特許文献４】Liekki White Paper, Photodarkening: Understanding and Mitigating
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
フォトダークニングによる経時的な出力低下は、Ｙｂを高濃度添加するほど顕著となる。特に、波長９７６ｎｍでのＹｂ吸収率が１００ｄＢ／ｍ以上になると、フォトダークニングが特に顕著に発生する。波長９７６ｎｍでのＹｂ吸収率が１００ｄＢ／ｍとなるＹｂの添加濃度は、コア中の濃度分布にも依存するものの、約０．２質量％程度である。Ｙｂ吸収量の上限は、製法上の制限や屈折率プロファイル形成上の制限から、２０００ｄＢ／ｍ程度が上限となるのが一般的である。このため、フォトダークニングは、Ｙｂの添加量が、波長９７６ｎｍでのＹｂ吸収率が１００〜２０００ｄＢ／ｍとなるように調整されている光ファイバにおいて問題となる。
【００１１】
フォトダークニングを抑制する手段の１つとして、Ｙｂ元素とともに、アルミニウム（Ａｌ）を共添加することが有効であることが示されている。非特許文献２によれば、Ａｌ添加濃度を高くするほど、フォトダークニング抑制効果が高いことが示されている。
しかしながら、Ａｌを高濃度添加した場合でも、フォトダークニングは完全に無くなるわけではなく、少なからずフォトダークニングが生じてしまう。したがって、フォトダークニングを更に抑制できる手法が求められていた。
【００１２】
また、別の観点から、Ｙｂ添加光ファイバにＡｌを高濃度添加することに対しては問題がある。ファイバレーザ向けのＹｂ添加光ファイバを例とすると、光ファイバのコアにはＹｂとＡｌを添加するのが通常である。シリカガラス中にＡｌを添加すると、Ａｌ濃度１質量％当たり比屈折率差Δを約０．２％上昇させる。ファイバレーザの特性を考えると、レーザ発振光のビーム品質の観点から、信号光（レーザ発振光）の伝搬条件をシングルモードにすることが望ましい。一方では、高強度のレーザ発振光を得るためには、光ファイバのモードフィールド径をある程度大きくして非線形光学効果を低減させることが望ましい。Ａｌを高濃度に添加した場合、前述したシングルモード条件とモードフィールド径の拡大とを両立するうえで、望ましい屈折率プロファイルを形成することが制限されてしまう。このような観点からも、Ａｌを高濃度添加することによる問題が生じてしまう。
【００１３】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、コアの屈折率プロファイルを制限することなくフォトダークニングを効果的に抑制したＹｂ添加光ファイバ及び該ファイバを用いたファイバレーザの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するため、本発明は、コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバを用意し、該Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、
次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理し、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを得る第２の工程と、を有することを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法を提供する。
【００１５】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、第１の工程でＹｂ添加光ファイバに照射するガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかの総照射線量が１×１０５Ｒ〜１×１０７Ｒの範囲であることが好ましい。
【００１６】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、第２の工程での水素添加処理が、水素１ａｔｍ以上、温度８０〜１００℃の雰囲気中にＹｂ添加光ファイバを６０時間以上曝す条件で行われることが好ましい。
【００１７】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、第１及び第２の工程を経たＹｂ添加光ファイバは、波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、Ｙｂ添加光ファイバは、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。
【００１９】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、Ｙｂ添加光ファイバは、コアの直径が６μｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、Ｙｂ添加光ファイバが、コアの周囲に屈折率が異なる少なくとも２層のクラッドが設けられたダブルクラッドファイバであることが好ましい。
【００２１】
また本発明は、コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバにおいて、波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とするＹｂ添加光ファイバを提供する。
【００２２】
また本発明は、前述した本発明に係る製造方法により得られたものであることを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを提供する。
【００２３】
また本発明は、前述した本発明に係るＹｂ添加光ファイバと、該Ｙｂ添加光ファイバを励起する励起光を出射する励起光源とを少なくとも有することを特徴とするファイバレーザを提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の製造方法は、Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理する第２の工程とを施すことで、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを製造することができる。
本発明の製造方法は、第１及び第２の工程とも大量のＹｂ添加光ファイバを同時に処理することができるので、低コストで実施でき、フォトダークニング抑制効果を付与したＹｂ添加光ファイバを安価に提供できる。
本発明の製造方法は、被覆を有するＹｂ添加光ファイバに対して、第１及び第２の工程を問題なく行うことができるので、処理に際してファイバ被覆除去や処理後の再被覆形成などの余分な作業が不要であり、また裸ファイバを取り扱う際のファイバ損傷などの不具合を未然に防ぐことができる。
【００２５】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバは、前述した本発明の製造方法により得られ、ファイバレーザやファイバアンプの光増幅用ファイバとして使用した際に、フォトダークニングが抑制され、長期間に渡ってレーザ出力の低下が少ない優れた光増幅特性を持つ。
本発明のＹｂ添加光ファイバは、コアに対するＡｌ添加量を多くしなくても優れたフォトダークニング抑制効果が得られるので、Ａｌ高濃度添加によって望ましい屈折率プロファイルの形成が制限される、という問題を解消でき、良好な光学特性を有するファイバを得ることができる。
【００２６】
本発明のファイバレーザは、前述した本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを光増幅用ファイバとして用いたものなので、高出力レーザ光を出力する運転条件でもフォトダークニングの発生が抑制され、ビーム品質が良好で、長期に渡り安定したレーザ出力が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法は、コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバを用意し、該Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、
次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理し、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを得る第２の工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
この製造方法に用いるＹｂ添加光ファイバは、ファイバレーザやファイバアンプ（ファイバ増幅器）などに光増幅用ファイバとして用いられ、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバであればよく、コアとクラッドの材質、コア径、屈折率分布、比屈折率差、モードフィールド径などは特に限定されないが、コアのホストガラスが石英ガラスであり、コアの直径が６μｍ以上であるＹｂ添加光ファイバを用いることが好ましい。また、コアを囲むクラッドは、１層であっても２層以上であってもよいが、励起光源からの励起光を内側クラッドに入射してコア中のＹｂイオンを励起可能なダブルクラッド構造とすることが好ましい。
【００２９】
このＹｂ添加光ファイバにおいて、コアに添加するＹｂの濃度は、ファイバレーザやファイバアンプの光増幅用ファイバとして使用可能であればよく、特に限定されないが、本発明の製造方法は、特に、フォトダークニングの発生が問題となっているＹｂの添加量、すなわち、波長９７６ｎｍでのＹｂ吸収率が１００〜２０００ｄＢ／ｍとなるように調整されているＹｂ添加光ファイバに対して有効であることから、この範囲のＹｂ添加量であることが好ましい。
このＹｂ添加光ファイバにおいて、コアに添加するＡｌの濃度範囲は特に限定されないが、所望のコア屈折率が得られる濃度範囲とすることができる。
このＹｂ添加光ファイバには、ＹｂとＡｌ以外に、コア屈折率を調整するためのドーパント、例えばＦ、Ｇｅ、Ｐなどを必要に応じて添加することもできる。
【００３０】
本発明の製造方法における第１の工程は、前述したＹｂ添加光ファイバに、ガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する。
ガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射の総照射量は、１×１０５Ｒ〜１×１０７Ｒ（レントゲン）の範囲とすることが好ましく、１×１０６Ｒ〜１×１０７Ｒがより好ましい。ガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射の総照射量が１×１０５Ｒ未満である場合は、十分なフォトダークニング抑制効果が得られない。また、総照射量が１×１０７Ｒを超えるガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射を行うことは、コスト的、時間的な面からも現実的でない。
【００３１】
次に、第２の工程として、第１の工程においてガンマ線、Ｘ線、又は電子線を照射したＹｂ添加光ファイバを、水素を含む雰囲気中で水素添加処理する。この水素添加処理する際の処理条件は、水素１ａｔｍ以上、温度８０℃〜１００℃、６０時間以上の条件であることが好ましい。
【００３２】
第２の工程において、水素を含む雰囲気で前記照射後のＹｂ添加光ファイバを水素添加処理することの理由は、第１の工程で意図的にフォトダークニングを発生させたＹｂ添加光ファイバの透過損失特性を回復させる効果が得られるためである。
【００３３】
このようにして処理したＹｂ添加光ファイバは、実際にファイバレーザの光増幅用ファイバとして使用する際、フォトダークニングが抑制される。
なお、前記第２の工程で水素添加処理を終えたＹｂ添加光ファイバは、ファイバ中に水素分子が残留しており、水素分子が光ファイバ中に残留すると波長１μｍ付近で光吸収が生じ、光ファイバの伝送特性を劣化させる恐れがある。この残留する水素分子を除去するため、第２の工程で水素添加処理を終えたＹｂ添加光ファイバを、水素を含まないガス中、例えば、窒素雰囲気中、室温以上、好ましくは５０〜１００℃程度の温度で長期間保管する脱水素処理を施すことが好ましい。
【００３４】
本発明の製造方法において、Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、又は電子線を照射後に水素添加処理を行うことによりフォトダークニングを抑制できる理由は明確ではないが、第１の工程によって、フォトダークニングの原因となる欠陥の前駆体をガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射により欠陥化した後、第２の工程の水素添加処理によりその欠陥を終端することで、新たな欠陥の生成が抑制されるためと考えられる。
【００３５】
第１の工程において、Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射することの要点は、Ｙｂ添加光ファイバに高エネルギーの照射を行い、Ｙｂ添加光ファイバ中の欠陥前駆体を欠陥化して、あらかじめフォトダークニングを発生させておくことである。つまり、Ｙｂ添加光ファイバをファイバレーザの光増幅用光ファイバとして用いる際に使用する励起光や発生するレーザ光よりも高エネルギーのガンマ線、Ｘ線、又は電子線を照射することで、予めＹｂ添加光ファイバ中にフォトダークニングを発生させる。
【００３６】
また、ガンマ線、Ｘ線、又は電子線を照射することの他の利点は、これらは一度に大面積の照射が可能であり、Ｙｂ添加光ファイバを短時間で大量に処理できることである。ガンマ線、Ｘ線、又は電子線は、光ファイバの被覆材として一般に用いられているＵＶ硬化樹脂を透過するため、光ファイバの側面から照射することで、コアを一度に照射処理することができる。このとき、ガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射による被覆材の劣化は見られない。一方、紫外線を照射に用いた場合、光ファイバの被覆が光を吸収するため、光ファイバのコアに対し効率的に処理することができない。コアに到達するように紫外線の照射強度を上げると、被覆材に劣化が生じる。このため、光ファイバの端面から光を入射することも考えられるが、この方法だと一度に多数本のＹｂ添加光ファイバを処理することができないため、処理コストが高くなるという欠点がある。
【００３７】
また、第２の工程の水素添加処理に関して、本発明者らは、ＡｌとＹｂを共添加した光ファイバにおけるフォトダークニングの原因に関する調査を行い、損失増加の原因となる欠陥はＡｌ−ＯＨＣであることを明らかにした。Ａｌ−ＯＨＣの吸収波長は、紫外〜可視域の広い範囲に渡っており、フォトダークニングで問題となる励起光波長やレーザ発振波長における損失増加の原因となっている。
このＡｌ−ＯＨＣは、水素添加処理により終端され、Ａｌ−ＯＨ基となる。Ａｌ−ＯＨ基の主な吸収波長は、波長１４３０ｎｍにあり、Ｙｂ添加ファイバレーザのレーザ発振波長である１０６０ｎｍよりも長波長側に位置するため、Ｙｂ添加ファイバレーザの実用上の問題とならない。
【００３８】
本発明の製造方法において、得られたＹｂ添加光ファイバが十分なフォトダークニング抑制効果を有しているかどうかを調べるためには、第１及び第２の工程後に該Ｙｂ添加光ファイバの透過損失スペクトルを測定し、波長１４３０ｎｍにおける損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることを確認することにより行うことができる。波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ未満である場合は、第１の工程における総照射線量又はＡｌの添加濃度が不足しているため、フォトダークニング抑制効果が十分に得られなくなる。
【実施例】
【００３９】
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。
【００４０】
［実施例１］
ＭＣＶＤ法により出発石英管の内側にシリカスートを堆積させ、次いで液浸法によりＹｂとＡｌを添加した。液浸法においては、ＡｌＣｌ３とＹｂＣｌ３の混合水溶液を用いてシリカスートに溶液を含浸させた。その後、乾燥・脱水を行い、焼結することでシリカスートをガラス化した。次いでバーナを移動させながら焼結体を加熱してコラップスし、中実化した。得られた光ファイバ母材に適切な量のシリカガラスを外付け法により堆積させた後、紡糸することで、ファイバレーザ用Ｙｂ添加光ファイバを得た。得られたＹｂ添加光ファイバの一部は、そのままの状態で比較用のオリジナルサンプルとした。
【００４１】
作製したＹｂ添加光ファイバは、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いてコア中に添加されたＡｌとＹｂの濃度を測定した。
本実施例では、液浸溶液のＹｂ，Ａｌ濃度を変えて３種類のＹｂ添加光ファイバを作製した。これら３種類（サンプル１〜サンプル３）のＹｂ添加光ファイバのコア中に添加されたＡｌとＹｂの濃度は、それぞれ０．２８質量％、１．７２質量％（サンプル１）、１．５８質量％、０．６９質量％（サンプル２）、１．３１質量％、５．０３質量％（サンプル３）であった。
【００４２】
第１の工程として、前記の通り作製したＹｂ添加光ファイバにガンマ線を照射した。このガンマ線照射においては、放射線源としてコバルト６０（エネルギー１．１７ＭｅＶおよび１．３３ＭｅＶ）を用い、照射線量率１×１０３〜１×１０７Ｒ／ｈ（レントゲン毎時）で１時間照射を行い、総照射線量１×１０３〜１×１０７Ｒ（レントゲン）のガンマ線照射を行った。
【００４３】
第２の工程として、第１の工程を終えたＹｂ添加光ファイバの水素添加処理を行った。水素添加処理においては、コア中心まで十分に水素が拡散するように、水素１ａｔｍ、８０℃、６０時間の添加条件で処理を行った。次いで、水素添加処理を停止し、該光ファイバを窒素雰囲気中、８０℃、２週間放置することにより、該光ファイバ中の水素を拡散、放出させ、該光ファイバから水素分子を除去した。該光ファイバから水素分子を除去する目的は、水素分子が光ファイバ中に残留すると波長１μｍ付近で光吸収が生じるため、これを防ぐために行う。
【００４４】
第１及び第２の工程を経たサンプル１〜３のそれぞれのＹｂ添加光ファイバの透過損失スペクトルを測定して、波長１４３０ｎｍにおける透過損失を評価した。
また、第１及び第２の工程を経たサンプル１〜３のそれぞれのＹｂ添加光ファイバのコアに、波長９７６ｎｍ、パワー４００ｍＷの励起ＬＤ光を１００分間入射した後にフォトダークニング量を評価した。フォトダークニング量は、波長８００ｎｍにおける透過損失の増加量（ｄＢ）で定義した。
サンプル１のＹｂ添加光ファイバの透過損失及びフォトダークニング量の測定結果を図１にまとめて示し、サンプル２のＹｂ添加光ファイバの透過損失及びフォトダークニング量の測定結果を図２にまとめて示し、サンプル３のＹｂ添加光ファイバの透過損失及びフォトダークニング量の測定結果を図３にまとめて示す。
【００４５】
図１〜３に示す結果から、総照射線量が１×１０５〜１×１０７Ｒの範囲、かつ波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ以上の領域でフォトダークニング量が大きく減少することがわかった。また総照射線量が１×１０６〜１×１０７Ｒの範囲においてフォトダークニング量が最も少なかった。
【００４６】
［実施例２］
この実施例２で前記実施例１と異なる点は、第１の工程におけるガンマ線照射ではなく、Ｘ線照射を行った点である。使用したＸ線は、波長０．２ｎｍ（６．２ｋｅＶ）のＸ線を用い、照射線量率１×１０５Ｒ／ｈで１時間照射を行い、総照射線量１×１０５ＲのＸ線照射を行ったこと以外は、実施例１のサンプル１と同じ方法で第１及び第２の工程を施してサンプルを作製した（サンプル４）。
【００４７】
このサンプル４についても、実施例１と同様に励起ＬＤ光を入射した後にフォトダークニング量を評価した。サンプル４の波長１４３０ｎｍにおける透過損失とフォトダークニング量は、それぞれ８３ｄＢ／ｋｍ、１．８ｄＢであり、実施例１のサンプル１とほぼ同じ値であった。したがって、第１の工程においてＸ線照射を用いた場合でも、ガンマ線照射を用いた場合と同じように、フォトダークニングを抑制できることがわかった。
【００４８】
［実施例３］
この実施例３で前記実施例１および実施例２と異なる点は、第１の工程においてガンマ線やＸ線照射ではなく、電子線照射を行った点である。使用した電子線は２ＭｅＶのエネルギーであり、照射線量率１×１０５Ｒ／ｈで１時間照射を行い、総照射線量１×１０５Ｒの電子線照射を行ったこと以外は、実施例１のサンプル１と同じ方法で第１及び第２の工程を施してサンプルを作製した（サンプル５）。
【００４９】
このサンプル５についても、実施例１と同様に励起ＬＤ光を入射した後にフォトダークニング量を評価した。サンプル４の波長１４３０ｎｍにおける透過損失とフォトダークニング量は、それぞれ８９ｄＢ／ｋｍ、１．５ｄＢであり、実施例１のサンプル１とほぼ同じ値であった。したがって、第１の工程において電子線照射を用いた場合でも、ガンマ線照射を用いた場合と同じように、フォトダークニングを抑制できることがわかった。
【００５０】
実施例１〜３の結果から分かるように、第１の工程における照射線源をガンマ線、Ｘ線、電子線と変えた場合でも、その総照射線量が同じであれば、得られるフォトダークニング抑制効果はほぼ等しいことを見出した。
また、照射線源を変えても、その総照射線量が同じであれば、第１及び第２の工程後のＹｂ添加光ファイバにおける波長１４３０ｎｍでの透過損失値がほぼ等しいことを見出した。
つまり、いずれの照射線源を用いた場合でも、総照射線量をコントロールすることにより、波長１４３０ｎｍでの透過損失値をコントロールすることができ、ひいてはフォトダークニングの低減効果もコントロールすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、Ｙｂ添加光ファイバにおいて問題であったフォトダークニングを抑制することができ、ファイバレーザ等の光増幅用ファイバとして用いた際に長期信頼性を高めることができる高性能のＹｂ添加光ファイバを提供できる。本発明によれば、ビーム品質が良好で高出力のファイバレーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１で作製したサンプル１のＹｂ添加光ファイバにおけるフォトダークニング量と透過損失とガンマ線照射量との関係を示すグラフである。
【図２】実施例１で作製したサンプル２のＹｂ添加光ファイバにおけるフォトダークニング量と透過損失とガンマ線照射量との関係を示すグラフである。
【図３】実施例１で作製したサンプル３のＹｂ添加光ファイバにおけるフォトダークニング量と透過損失とガンマ線照射量との関係を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザやファイバアンプ（ファイバ増幅器）などに光増幅媒体として用いられるＹｂ添加光ファイバに関し、特に、高出力のファイバレーザを長時間使用する際に、出力パワーが経時的に低下するフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバとその製造方法及び該ファイバを用いたファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
イッテルビウム（Ｙｂ）を添加した光ファイバを用いたファイバレーザにおける課題の１つとして、フォトダークニングの抑制が挙げられる。フォトダークニングとは、Ｙｂ添加光ファイバに光（励起光）を照射すると、レーザ出力が経時的に低下していく現象である（非特許文献１〜４参照）。
【０００３】
この経時的な出力低下は、希土類添加光ファイバの中でも、Ｙｂ添加光ファイバに特有の現象である。たとえば、ファイバアンプに用いられるＥｒ添加光ファイバでは、濃度消光による初期増幅特性の低下が課題となっているが、本発明で課題としているフォトダークニング（経時的な出力低下）は問題となっていない。つまり、Ｅｒ添加光ファイバアンプの初期増幅特性の低下と、本発明の課題であるフォトダークニングとは、全く別の現象と言える。
【０００４】
フォトダークニングの発現機構は、現時点では明らかにされていないが、それについての研究例が幾つか報告されている。以下に、Ｙｂ添加光ファイバのフォトダークニングに関する研究例を示す。
【０００５】
（研究例１）
カラーセンタの生成がフォトダークニングに関与している。カラーセンタ生成における光イオン化は、７つの３価のＹｂイオンが関与している（非特許文献１）。
【０００６】
（研究例２）
同じ波長の励起光を用いた場合、その励起光強度が強いほど、フォトダークニングによる劣化速度が大きくなる（非特許文献２）。
【０００７】
（研究例３）
フォトダークニングには、シリカガラス中のカラーセンタの生成が影響している。カラーセンタの生成は永久的なダメージであり、可視域に吸収波長の中心を持つ、カラーセンタの吸収ピークは可視域であるが、その吸収帯はブロードであり、吸収の裾が赤外領域にも影響を与える。したがって、カラーセンタの生成により励起光にもレーザ発振光にも損失を与え、ファイバのパワー変換効率を低下させる（非特許文献３）。
【０００８】
（研究例４）
フォトダークニングの原因は、光ファイバガラスのシリカネットワークが永久的にダメージを受けることによる。そのようなダメージは、励起光や信号光の多光子吸収過程による光イオン化などにより発生する。希土類元素としてＹｂが添加されたシリカガラスのバンドギャップの一例は５．２ｅＶ（２３８ｎｍ）程度であり、添加物の無いシリカ結晶（９ｅＶ）よりも小さくなる。この２３８ｎｍというバンドギャップは、励起光や信号光の波長（１０００ｎｍ程度）に対し、約４倍のエネルギーであるため、４光子吸収が関与している可能性が考えられる（非特許文献４）。
【０００９】
前記研究例１〜４のように、フォトダークニングのメカニズムとして、励起光や信号光により生成したガラス中のカラーセンタ（いわゆる欠陥）が関係していると推測する例が多い。しかし、いずれの報告も、フォトダークニングの原因を特定できるほどの情報ではなく、未だ明確なことは分かっていない。
【非特許文献１】Photodarkening in ytterbium-doped silica fibers, Proc. SPIE5990, 72-81(2005)
【非特許文献２】T. Kitabayashi, et al., “Population Inversion Factor Dependence of Photodarkening of Yb-doped Fibers and its Suppression by Highly Aluminum Doping", OFC2006, Anaheim, USA, paper OThC5, 2006
【非特許文献３】L. B. Glebov, Linear and Nonlinear Photoionization of Silicate Glasses, Glass Science and Technology, Vol. 20, No.24, 1995
【非特許文献４】Liekki White Paper, Photodarkening: Understanding and Mitigating
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
フォトダークニングによる経時的な出力低下は、Ｙｂを高濃度添加するほど顕著となる。特に、波長９７６ｎｍでのＹｂ吸収率が１００ｄＢ／ｍ以上になると、フォトダークニングが特に顕著に発生する。波長９７６ｎｍでのＹｂ吸収率が１００ｄＢ／ｍとなるＹｂの添加濃度は、コア中の濃度分布にも依存するものの、約０．２質量％程度である。Ｙｂ吸収量の上限は、製法上の制限や屈折率プロファイル形成上の制限から、２０００ｄＢ／ｍ程度が上限となるのが一般的である。このため、フォトダークニングは、Ｙｂの添加量が、波長９７６ｎｍでのＹｂ吸収率が１００〜２０００ｄＢ／ｍとなるように調整されている光ファイバにおいて問題となる。
【００１１】
フォトダークニングを抑制する手段の１つとして、Ｙｂ元素とともに、アルミニウム（Ａｌ）を共添加することが有効であることが示されている。非特許文献２によれば、Ａｌ添加濃度を高くするほど、フォトダークニング抑制効果が高いことが示されている。
しかしながら、Ａｌを高濃度添加した場合でも、フォトダークニングは完全に無くなるわけではなく、少なからずフォトダークニングが生じてしまう。したがって、フォトダークニングを更に抑制できる手法が求められていた。
【００１２】
また、別の観点から、Ｙｂ添加光ファイバにＡｌを高濃度添加することに対しては問題がある。ファイバレーザ向けのＹｂ添加光ファイバを例とすると、光ファイバのコアにはＹｂとＡｌを添加するのが通常である。シリカガラス中にＡｌを添加すると、Ａｌ濃度１質量％当たり比屈折率差Δを約０．２％上昇させる。ファイバレーザの特性を考えると、レーザ発振光のビーム品質の観点から、信号光（レーザ発振光）の伝搬条件をシングルモードにすることが望ましい。一方では、高強度のレーザ発振光を得るためには、光ファイバのモードフィールド径をある程度大きくして非線形光学効果を低減させることが望ましい。Ａｌを高濃度に添加した場合、前述したシングルモード条件とモードフィールド径の拡大とを両立するうえで、望ましい屈折率プロファイルを形成することが制限されてしまう。このような観点からも、Ａｌを高濃度添加することによる問題が生じてしまう。
【００１３】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、コアの屈折率プロファイルを制限することなくフォトダークニングを効果的に抑制したＹｂ添加光ファイバ及び該ファイバを用いたファイバレーザの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するため、本発明は、コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバを用意し、該Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、
次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理し、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを得る第２の工程と、を有することを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法を提供する。
【００１５】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、第１の工程でＹｂ添加光ファイバに照射するガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかの総照射線量が１×１０５Ｒ〜１×１０７Ｒの範囲であることが好ましい。
【００１６】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、第２の工程での水素添加処理が、水素１ａｔｍ以上、温度８０〜１００℃の雰囲気中にＹｂ添加光ファイバを６０時間以上曝す条件で行われることが好ましい。
【００１７】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、第１及び第２の工程を経たＹｂ添加光ファイバは、波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、Ｙｂ添加光ファイバは、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。
【００１９】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、Ｙｂ添加光ファイバは、コアの直径が６μｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法において、Ｙｂ添加光ファイバが、コアの周囲に屈折率が異なる少なくとも２層のクラッドが設けられたダブルクラッドファイバであることが好ましい。
【００２１】
また本発明は、コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバにおいて、波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とするＹｂ添加光ファイバを提供する。
【００２２】
また本発明は、前述した本発明に係る製造方法により得られたものであることを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを提供する。
【００２３】
また本発明は、前述した本発明に係るＹｂ添加光ファイバと、該Ｙｂ添加光ファイバを励起する励起光を出射する励起光源とを少なくとも有することを特徴とするファイバレーザを提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の製造方法は、Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理する第２の工程とを施すことで、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを製造することができる。
本発明の製造方法は、第１及び第２の工程とも大量のＹｂ添加光ファイバを同時に処理することができるので、低コストで実施でき、フォトダークニング抑制効果を付与したＹｂ添加光ファイバを安価に提供できる。
本発明の製造方法は、被覆を有するＹｂ添加光ファイバに対して、第１及び第２の工程を問題なく行うことができるので、処理に際してファイバ被覆除去や処理後の再被覆形成などの余分な作業が不要であり、また裸ファイバを取り扱う際のファイバ損傷などの不具合を未然に防ぐことができる。
【００２５】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバは、前述した本発明の製造方法により得られ、ファイバレーザやファイバアンプの光増幅用ファイバとして使用した際に、フォトダークニングが抑制され、長期間に渡ってレーザ出力の低下が少ない優れた光増幅特性を持つ。
本発明のＹｂ添加光ファイバは、コアに対するＡｌ添加量を多くしなくても優れたフォトダークニング抑制効果が得られるので、Ａｌ高濃度添加によって望ましい屈折率プロファイルの形成が制限される、という問題を解消でき、良好な光学特性を有するファイバを得ることができる。
【００２６】
本発明のファイバレーザは、前述した本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを光増幅用ファイバとして用いたものなので、高出力レーザ光を出力する運転条件でもフォトダークニングの発生が抑制され、ビーム品質が良好で、長期に渡り安定したレーザ出力が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法は、コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバを用意し、該Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、
次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理し、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを得る第２の工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
この製造方法に用いるＹｂ添加光ファイバは、ファイバレーザやファイバアンプ（ファイバ増幅器）などに光増幅用ファイバとして用いられ、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバであればよく、コアとクラッドの材質、コア径、屈折率分布、比屈折率差、モードフィールド径などは特に限定されないが、コアのホストガラスが石英ガラスであり、コアの直径が６μｍ以上であるＹｂ添加光ファイバを用いることが好ましい。また、コアを囲むクラッドは、１層であっても２層以上であってもよいが、励起光源からの励起光を内側クラッドに入射してコア中のＹｂイオンを励起可能なダブルクラッド構造とすることが好ましい。
【００２９】
このＹｂ添加光ファイバにおいて、コアに添加するＹｂの濃度は、ファイバレーザやファイバアンプの光増幅用ファイバとして使用可能であればよく、特に限定されないが、本発明の製造方法は、特に、フォトダークニングの発生が問題となっているＹｂの添加量、すなわち、波長９７６ｎｍでのＹｂ吸収率が１００〜２０００ｄＢ／ｍとなるように調整されているＹｂ添加光ファイバに対して有効であることから、この範囲のＹｂ添加量であることが好ましい。
このＹｂ添加光ファイバにおいて、コアに添加するＡｌの濃度範囲は特に限定されないが、所望のコア屈折率が得られる濃度範囲とすることができる。
このＹｂ添加光ファイバには、ＹｂとＡｌ以外に、コア屈折率を調整するためのドーパント、例えばＦ、Ｇｅ、Ｐなどを必要に応じて添加することもできる。
【００３０】
本発明の製造方法における第１の工程は、前述したＹｂ添加光ファイバに、ガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する。
ガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射の総照射量は、１×１０５Ｒ〜１×１０７Ｒ（レントゲン）の範囲とすることが好ましく、１×１０６Ｒ〜１×１０７Ｒがより好ましい。ガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射の総照射量が１×１０５Ｒ未満である場合は、十分なフォトダークニング抑制効果が得られない。また、総照射量が１×１０７Ｒを超えるガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射を行うことは、コスト的、時間的な面からも現実的でない。
【００３１】
次に、第２の工程として、第１の工程においてガンマ線、Ｘ線、又は電子線を照射したＹｂ添加光ファイバを、水素を含む雰囲気中で水素添加処理する。この水素添加処理する際の処理条件は、水素１ａｔｍ以上、温度８０℃〜１００℃、６０時間以上の条件であることが好ましい。
【００３２】
第２の工程において、水素を含む雰囲気で前記照射後のＹｂ添加光ファイバを水素添加処理することの理由は、第１の工程で意図的にフォトダークニングを発生させたＹｂ添加光ファイバの透過損失特性を回復させる効果が得られるためである。
【００３３】
このようにして処理したＹｂ添加光ファイバは、実際にファイバレーザの光増幅用ファイバとして使用する際、フォトダークニングが抑制される。
なお、前記第２の工程で水素添加処理を終えたＹｂ添加光ファイバは、ファイバ中に水素分子が残留しており、水素分子が光ファイバ中に残留すると波長１μｍ付近で光吸収が生じ、光ファイバの伝送特性を劣化させる恐れがある。この残留する水素分子を除去するため、第２の工程で水素添加処理を終えたＹｂ添加光ファイバを、水素を含まないガス中、例えば、窒素雰囲気中、室温以上、好ましくは５０〜１００℃程度の温度で長期間保管する脱水素処理を施すことが好ましい。
【００３４】
本発明の製造方法において、Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、又は電子線を照射後に水素添加処理を行うことによりフォトダークニングを抑制できる理由は明確ではないが、第１の工程によって、フォトダークニングの原因となる欠陥の前駆体をガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射により欠陥化した後、第２の工程の水素添加処理によりその欠陥を終端することで、新たな欠陥の生成が抑制されるためと考えられる。
【００３５】
第１の工程において、Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射することの要点は、Ｙｂ添加光ファイバに高エネルギーの照射を行い、Ｙｂ添加光ファイバ中の欠陥前駆体を欠陥化して、あらかじめフォトダークニングを発生させておくことである。つまり、Ｙｂ添加光ファイバをファイバレーザの光増幅用光ファイバとして用いる際に使用する励起光や発生するレーザ光よりも高エネルギーのガンマ線、Ｘ線、又は電子線を照射することで、予めＹｂ添加光ファイバ中にフォトダークニングを発生させる。
【００３６】
また、ガンマ線、Ｘ線、又は電子線を照射することの他の利点は、これらは一度に大面積の照射が可能であり、Ｙｂ添加光ファイバを短時間で大量に処理できることである。ガンマ線、Ｘ線、又は電子線は、光ファイバの被覆材として一般に用いられているＵＶ硬化樹脂を透過するため、光ファイバの側面から照射することで、コアを一度に照射処理することができる。このとき、ガンマ線、Ｘ線、又は電子線照射による被覆材の劣化は見られない。一方、紫外線を照射に用いた場合、光ファイバの被覆が光を吸収するため、光ファイバのコアに対し効率的に処理することができない。コアに到達するように紫外線の照射強度を上げると、被覆材に劣化が生じる。このため、光ファイバの端面から光を入射することも考えられるが、この方法だと一度に多数本のＹｂ添加光ファイバを処理することができないため、処理コストが高くなるという欠点がある。
【００３７】
また、第２の工程の水素添加処理に関して、本発明者らは、ＡｌとＹｂを共添加した光ファイバにおけるフォトダークニングの原因に関する調査を行い、損失増加の原因となる欠陥はＡｌ−ＯＨＣであることを明らかにした。Ａｌ−ＯＨＣの吸収波長は、紫外〜可視域の広い範囲に渡っており、フォトダークニングで問題となる励起光波長やレーザ発振波長における損失増加の原因となっている。
このＡｌ−ＯＨＣは、水素添加処理により終端され、Ａｌ−ＯＨ基となる。Ａｌ−ＯＨ基の主な吸収波長は、波長１４３０ｎｍにあり、Ｙｂ添加ファイバレーザのレーザ発振波長である１０６０ｎｍよりも長波長側に位置するため、Ｙｂ添加ファイバレーザの実用上の問題とならない。
【００３８】
本発明の製造方法において、得られたＹｂ添加光ファイバが十分なフォトダークニング抑制効果を有しているかどうかを調べるためには、第１及び第２の工程後に該Ｙｂ添加光ファイバの透過損失スペクトルを測定し、波長１４３０ｎｍにおける損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることを確認することにより行うことができる。波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ未満である場合は、第１の工程における総照射線量又はＡｌの添加濃度が不足しているため、フォトダークニング抑制効果が十分に得られなくなる。
【実施例】
【００３９】
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。
【００４０】
［実施例１］
ＭＣＶＤ法により出発石英管の内側にシリカスートを堆積させ、次いで液浸法によりＹｂとＡｌを添加した。液浸法においては、ＡｌＣｌ３とＹｂＣｌ３の混合水溶液を用いてシリカスートに溶液を含浸させた。その後、乾燥・脱水を行い、焼結することでシリカスートをガラス化した。次いでバーナを移動させながら焼結体を加熱してコラップスし、中実化した。得られた光ファイバ母材に適切な量のシリカガラスを外付け法により堆積させた後、紡糸することで、ファイバレーザ用Ｙｂ添加光ファイバを得た。得られたＹｂ添加光ファイバの一部は、そのままの状態で比較用のオリジナルサンプルとした。
【００４１】
作製したＹｂ添加光ファイバは、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いてコア中に添加されたＡｌとＹｂの濃度を測定した。
本実施例では、液浸溶液のＹｂ，Ａｌ濃度を変えて３種類のＹｂ添加光ファイバを作製した。これら３種類（サンプル１〜サンプル３）のＹｂ添加光ファイバのコア中に添加されたＡｌとＹｂの濃度は、それぞれ０．２８質量％、１．７２質量％（サンプル１）、１．５８質量％、０．６９質量％（サンプル２）、１．３１質量％、５．０３質量％（サンプル３）であった。
【００４２】
第１の工程として、前記の通り作製したＹｂ添加光ファイバにガンマ線を照射した。このガンマ線照射においては、放射線源としてコバルト６０（エネルギー１．１７ＭｅＶおよび１．３３ＭｅＶ）を用い、照射線量率１×１０３〜１×１０７Ｒ／ｈ（レントゲン毎時）で１時間照射を行い、総照射線量１×１０３〜１×１０７Ｒ（レントゲン）のガンマ線照射を行った。
【００４３】
第２の工程として、第１の工程を終えたＹｂ添加光ファイバの水素添加処理を行った。水素添加処理においては、コア中心まで十分に水素が拡散するように、水素１ａｔｍ、８０℃、６０時間の添加条件で処理を行った。次いで、水素添加処理を停止し、該光ファイバを窒素雰囲気中、８０℃、２週間放置することにより、該光ファイバ中の水素を拡散、放出させ、該光ファイバから水素分子を除去した。該光ファイバから水素分子を除去する目的は、水素分子が光ファイバ中に残留すると波長１μｍ付近で光吸収が生じるため、これを防ぐために行う。
【００４４】
第１及び第２の工程を経たサンプル１〜３のそれぞれのＹｂ添加光ファイバの透過損失スペクトルを測定して、波長１４３０ｎｍにおける透過損失を評価した。
また、第１及び第２の工程を経たサンプル１〜３のそれぞれのＹｂ添加光ファイバのコアに、波長９７６ｎｍ、パワー４００ｍＷの励起ＬＤ光を１００分間入射した後にフォトダークニング量を評価した。フォトダークニング量は、波長８００ｎｍにおける透過損失の増加量（ｄＢ）で定義した。
サンプル１のＹｂ添加光ファイバの透過損失及びフォトダークニング量の測定結果を図１にまとめて示し、サンプル２のＹｂ添加光ファイバの透過損失及びフォトダークニング量の測定結果を図２にまとめて示し、サンプル３のＹｂ添加光ファイバの透過損失及びフォトダークニング量の測定結果を図３にまとめて示す。
【００４５】
図１〜３に示す結果から、総照射線量が１×１０５〜１×１０７Ｒの範囲、かつ波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ以上の領域でフォトダークニング量が大きく減少することがわかった。また総照射線量が１×１０６〜１×１０７Ｒの範囲においてフォトダークニング量が最も少なかった。
【００４６】
［実施例２］
この実施例２で前記実施例１と異なる点は、第１の工程におけるガンマ線照射ではなく、Ｘ線照射を行った点である。使用したＸ線は、波長０．２ｎｍ（６．２ｋｅＶ）のＸ線を用い、照射線量率１×１０５Ｒ／ｈで１時間照射を行い、総照射線量１×１０５ＲのＸ線照射を行ったこと以外は、実施例１のサンプル１と同じ方法で第１及び第２の工程を施してサンプルを作製した（サンプル４）。
【００４７】
このサンプル４についても、実施例１と同様に励起ＬＤ光を入射した後にフォトダークニング量を評価した。サンプル４の波長１４３０ｎｍにおける透過損失とフォトダークニング量は、それぞれ８３ｄＢ／ｋｍ、１．８ｄＢであり、実施例１のサンプル１とほぼ同じ値であった。したがって、第１の工程においてＸ線照射を用いた場合でも、ガンマ線照射を用いた場合と同じように、フォトダークニングを抑制できることがわかった。
【００４８】
［実施例３］
この実施例３で前記実施例１および実施例２と異なる点は、第１の工程においてガンマ線やＸ線照射ではなく、電子線照射を行った点である。使用した電子線は２ＭｅＶのエネルギーであり、照射線量率１×１０５Ｒ／ｈで１時間照射を行い、総照射線量１×１０５Ｒの電子線照射を行ったこと以外は、実施例１のサンプル１と同じ方法で第１及び第２の工程を施してサンプルを作製した（サンプル５）。
【００４９】
このサンプル５についても、実施例１と同様に励起ＬＤ光を入射した後にフォトダークニング量を評価した。サンプル４の波長１４３０ｎｍにおける透過損失とフォトダークニング量は、それぞれ８９ｄＢ／ｋｍ、１．５ｄＢであり、実施例１のサンプル１とほぼ同じ値であった。したがって、第１の工程において電子線照射を用いた場合でも、ガンマ線照射を用いた場合と同じように、フォトダークニングを抑制できることがわかった。
【００５０】
実施例１〜３の結果から分かるように、第１の工程における照射線源をガンマ線、Ｘ線、電子線と変えた場合でも、その総照射線量が同じであれば、得られるフォトダークニング抑制効果はほぼ等しいことを見出した。
また、照射線源を変えても、その総照射線量が同じであれば、第１及び第２の工程後のＹｂ添加光ファイバにおける波長１４３０ｎｍでの透過損失値がほぼ等しいことを見出した。
つまり、いずれの照射線源を用いた場合でも、総照射線量をコントロールすることにより、波長１４３０ｎｍでの透過損失値をコントロールすることができ、ひいてはフォトダークニングの低減効果もコントロールすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、Ｙｂ添加光ファイバにおいて問題であったフォトダークニングを抑制することができ、ファイバレーザ等の光増幅用ファイバとして用いた際に長期信頼性を高めることができる高性能のＹｂ添加光ファイバを提供できる。本発明によれば、ビーム品質が良好で高出力のファイバレーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１で作製したサンプル１のＹｂ添加光ファイバにおけるフォトダークニング量と透過損失とガンマ線照射量との関係を示すグラフである。
【図２】実施例１で作製したサンプル２のＹｂ添加光ファイバにおけるフォトダークニング量と透過損失とガンマ線照射量との関係を示すグラフである。
【図３】実施例１で作製したサンプル３のＹｂ添加光ファイバにおけるフォトダークニング量と透過損失とガンマ線照射量との関係を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバを用意し、該Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、
次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理し、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを得る第２の工程と、を有することを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項２】
第１の工程でＹｂ添加光ファイバに照射するガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかの総照射線量が１×１０５Ｒ〜１×１０７Ｒの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項３】
第２の工程での水素添加処理が、水素１ａｔｍ以上、温度８０〜１００℃の雰囲気中にＹｂ添加光ファイバを６０時間以上曝す条件で行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項４】
第１及び第２の工程を経たＹｂ添加光ファイバは、波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項５】
Ｙｂ添加光ファイバは、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１〜４のいずれか１項に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項６】
Ｙｂ添加光ファイバは、コアの直径が６μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項７】
Ｙｂ添加光ファイバが、コアの周囲に屈折率が異なる少なくとも２層のクラッドが設けられたダブルクラッドファイバであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項８】
コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバにおいて、
波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とするＹｂ添加光ファイバ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法により得られたものであることを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバ。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載されたＹｂ添加光ファイバと、該Ｙｂ添加光ファイバを励起する励起光を出射する励起光源とを少なくとも有することを特徴とするファイバレーザ。
【請求項１】
コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバを用意し、該Ｙｂ添加光ファイバにガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかを照射する第１の工程と、
次いで、該Ｙｂ添加光ファイバを水素を含む雰囲気中で水素添加処理し、フォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバを得る第２の工程と、を有することを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項２】
第１の工程でＹｂ添加光ファイバに照射するガンマ線、Ｘ線、電子線のいずれかの総照射線量が１×１０５Ｒ〜１×１０７Ｒの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項３】
第２の工程での水素添加処理が、水素１ａｔｍ以上、温度８０〜１００℃の雰囲気中にＹｂ添加光ファイバを６０時間以上曝す条件で行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項４】
第１及び第２の工程を経たＹｂ添加光ファイバは、波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項５】
Ｙｂ添加光ファイバは、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１〜４のいずれか１項に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項６】
Ｙｂ添加光ファイバは、コアの直径が６μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項７】
Ｙｂ添加光ファイバが、コアの周囲に屈折率が異なる少なくとも２層のクラッドが設けられたダブルクラッドファイバであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバの製造方法。
【請求項８】
コアとそれを囲むクラッドとを有し、コアに少なくともＹｂとＡｌとが添加されたＹｂ添加光ファイバにおいて、
波長１４３０ｎｍにおける透過損失が８０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とするＹｂ添加光ファイバ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法により得られたものであることを特徴とするフォトダークニングを抑制したＹｂ添加光ファイバ。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載されたＹｂ添加光ファイバと、該Ｙｂ添加光ファイバを励起する励起光を出射する励起光源とを少なくとも有することを特徴とするファイバレーザ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１２３７９１（Ｐ２０１０−１２３７９１Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６７０７（Ｐ２００８−２９６７０７）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]