増幅用光ファイバ
【課題】スペクトルの広がりへの影響を小さくして短パルス増幅ができる増幅用光ファイバの提供。
【解決手段】コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０−２０ｃｍ２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ２以上である増幅用光ファイバ。コアが、モル％でＢｉ２Ｏ３を２０〜８０％、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５％、Ｇａ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなる前記増幅用光ファイバ。
【解決手段】コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０−２０ｃｍ２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ２以上である増幅用光ファイバ。コアが、モル％でＢｉ２Ｏ３を２０〜８０％、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５％、Ｇａ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなる前記増幅用光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信、パルスレーザー等のパルス光の増幅に好適な光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を増幅するためのファイバとして、石英系のガラスに希土類を添加されたものが知られている。代表例として、コアガラスにＥｒ３＋イオンを添加した石英系光ファイバが挙げられ、その１５３０ｎｍ帯の吸光度は４〜２０ｄＢ/ｍ程度である。
【０００３】
一方、光通信の伝送容量の拡大のために光時間分割多重通信方式（ＯＴＤＭ）が提案されており、データ速度の増加に伴い信号パルス時間幅は短パルス化されている（特許文献１参照）。また、加工用ファイバーレーザ等にはピークパワーの強い短パルスが使われている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２３３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
短パルスを光ファイバで増幅すると、一般に光ファイバの非線形現象によりスペクトルが歪んで広がる現象がある。この現象は、基本的に非線形定数が大きいほど、またファイバ長が長いほど顕著になる。
非線形定数γは、非線形屈折率ｎ２、有効コア断面積Ａｅｆｆ、光周波数ω０、光速ｃを用いて次式で表せ、有効コア断面積が大きいほどγは小さくなる。
γ＝（ｎ２×ω０）/（ｃ×Ａｅｆｆ）
スペクトルの歪みは１０ピコ秒程度以上のパルス幅では問題ないが、ピコ秒またはそれ以下のパルス幅ではスペクトルの広がりに大きな影響を与えるという問題がある。
本発明は、スペクトルの広がりへの影響を小さくして短パルス増幅ができる増幅用光ファイバの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０−２０ｃｍ２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ２以上である増幅用光ファイバを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によればスペクトルの広がりへの影響を小さくして短パルス増幅ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の光ファイバはピコ秒パルスの光を増幅するのに好適である。
この増幅は、増幅されるべきパルス光（光通信においては信号光）とともに励起光をコアに入射することによって行われ、前記励起光としては通常、波長が９７０〜９９０ｎｍまたは１４６０〜１４９０ｎｍのレーザー光が使用される。
【０００９】
本発明の光ファイバにおける前記吸収ピークは１００ｄＢ／ｍ以上であるので、単位長さあたりの吸光度が多いことにより、ファイバ長を短くすることができる。好ましくは１５０ｄＢ／ｍ以上である。
【００１０】
本発明の有効コア断面積は３５μｍ２以上であるので、非線形効果を抑制でき、短パルスにおいてもスペクトルの歪みなく、またはその歪を大きくすることなく増幅することができる。好ましくは５０μｍ２以上である。また、２００μｍ２以下であることが好ましい。２００μｍ２超では単一モードで光を伝播することが困難になるおそれがある。好ましくは１５０μｍ２以下である。
【００１１】
ピコ秒以下のパルス幅の信号光を増幅する時には本発明の光ファイバの長さは１ｍ以下であることが好ましい。ファイバ長が１ｍ超では、スペクトルの歪みが生じる、またはスペクトルの歪みが大きくなるおそれがある。好ましくは０．８ｍ以下、より好ましくは０．５ｍ以下、最も好ましくは０．３ｍ以下である。一方、ファイバ長は好ましくは０．０１ｍ以上である。０．０１ｍ未満では信号光を十分に増幅できないおそれがある。より好ましくは０．０３ｍ以上、最も好ましくは０．０５ｍ以上である。
【００１２】
本発明の光ファイバのコアガラスの屈折率ｎ１は典型的には１．８〜２．３である。
本発明の光ファイバのコアは、Ｂｉ２Ｏ３を２０〜８０モル％、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５モル％、Ｇａ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０モル％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなることが好ましい。
【００１３】
次に、前記マトリクスガラスの組成についてモル％を単に％と表示して説明する。
Ｂｉ２Ｏ３は必須成分である。その含有量が２０％未満では添加できるＥｒの量が少なくなり、１５３０ｎｍ近傍に現れる吸光度が十分に得られなくなる。好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上、特に好ましくは４０％以上である。８０％超では、ガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に失透する。好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下である。なお、ここでいう失透とは結晶析出の顕著なものであり、ファイバ加工時にファイバ切れを起こしたり、光ファイバとしての使用時にファイバ破壊を起こしたりするものである。
【００１４】
Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２はネットワークフォーマであり、ガラス形成を容易にするために、少なくともいずれか一方を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が５％未満では、ガラス化が困難になる。より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。７５％超では利得が低下する。より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５０％以下である。
【００１５】
Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３は失透を抑制する成分であり、少なくともいずれかを含有しなければならない。これらの含有量の合計Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３が０．１％未満では失透しやすくなる。好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。３０％超では利得が低下する。好ましくは２５％以下である。
【００１６】
前記マトリクスガラスは本質的に上記成分からなるものであることが好ましいが、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。他の成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は２０％以下であることが好ましい。
このような成分としてたとえば、ファイバ加工時の失透を抑制するまたはガラス化を容易にすることを目的とするＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＣｅＯ２等の成分、濃度消光または失透を抑制することを目的とするＬａ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３等の成分が挙げられる。
【実施例】
【００１７】
コアおよびクラッドがそれぞれ表１に示す組成を有するガラスからなり、クラッド径が１２５μｍ、コア径が５．３μｍである光ファイバを作製し、この光ファイバにＵＶ硬化性アクリル樹脂をコーティングし直径２５０μｍのファイバとした。なお、表１においてコアガラスの組成は、マトリクスガラスを構成する成分であるＢｉ２Ｏ３からＬａ２Ｏ３までの含有量についてはモル％表示で、添加成分であるＥｒの含有量についてはマトリクスガラスを１００質量部とする質量部表示で示し、クラッドガラスの組成はモル％表示で示す。
このようにして得られたファイバの波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率は３×１０−２０ｃｍ２／Ｗ、同光に対する有効コア断面積は７１μｍ２であった。また、波長１５２９ｎｍに吸収ピークを有し同波長における吸光度は２０２ｄＢ/ｍであった。
【００１８】
【表１】
【００１９】
前記ファイバの長さを０．２２ｍとし、これに波長９８０ｎｍの励起光と波長１５６０ｎｍ、パルス幅０．６ｐｓ、繰り返し周波数４８．２ＭＨｚ、平均強度−６．８ｄＢｍの信号光とを合波した光を入射した。
【００２０】
得られた利得Ｇ（単位：ｄＢ）とスペクトルの半値全幅Δλ（単位：ｎｍ）の関係を表２に示す。
なお、Ｇは信号光のファイバへの入射強度Ｉｉｎとファイバからの出射強度Ｉｏｕｔとから次式によって算出される。
Ｇ＝１０×ｌｏｇ（Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ）。
また、Δλはオプティカルスペクトラルアナライザで測定したスペクトル形状から求めた。
表２に示した結果から、本発明のファイバはピコ秒以下のパルス増幅においてもスペクトルの広がりなく増幅できることがわかる。
【００２１】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００２２】
光通信、パルスレーザー等のパルス光の増幅に利用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信、パルスレーザー等のパルス光の増幅に好適な光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を増幅するためのファイバとして、石英系のガラスに希土類を添加されたものが知られている。代表例として、コアガラスにＥｒ３＋イオンを添加した石英系光ファイバが挙げられ、その１５３０ｎｍ帯の吸光度は４〜２０ｄＢ/ｍ程度である。
【０００３】
一方、光通信の伝送容量の拡大のために光時間分割多重通信方式（ＯＴＤＭ）が提案されており、データ速度の増加に伴い信号パルス時間幅は短パルス化されている（特許文献１参照）。また、加工用ファイバーレーザ等にはピークパワーの強い短パルスが使われている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２３３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
短パルスを光ファイバで増幅すると、一般に光ファイバの非線形現象によりスペクトルが歪んで広がる現象がある。この現象は、基本的に非線形定数が大きいほど、またファイバ長が長いほど顕著になる。
非線形定数γは、非線形屈折率ｎ２、有効コア断面積Ａｅｆｆ、光周波数ω０、光速ｃを用いて次式で表せ、有効コア断面積が大きいほどγは小さくなる。
γ＝（ｎ２×ω０）/（ｃ×Ａｅｆｆ）
スペクトルの歪みは１０ピコ秒程度以上のパルス幅では問題ないが、ピコ秒またはそれ以下のパルス幅ではスペクトルの広がりに大きな影響を与えるという問題がある。
本発明は、スペクトルの広がりへの影響を小さくして短パルス増幅ができる増幅用光ファイバの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０−２０ｃｍ２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ２以上である増幅用光ファイバを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によればスペクトルの広がりへの影響を小さくして短パルス増幅ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の光ファイバはピコ秒パルスの光を増幅するのに好適である。
この増幅は、増幅されるべきパルス光（光通信においては信号光）とともに励起光をコアに入射することによって行われ、前記励起光としては通常、波長が９７０〜９９０ｎｍまたは１４６０〜１４９０ｎｍのレーザー光が使用される。
【０００９】
本発明の光ファイバにおける前記吸収ピークは１００ｄＢ／ｍ以上であるので、単位長さあたりの吸光度が多いことにより、ファイバ長を短くすることができる。好ましくは１５０ｄＢ／ｍ以上である。
【００１０】
本発明の有効コア断面積は３５μｍ２以上であるので、非線形効果を抑制でき、短パルスにおいてもスペクトルの歪みなく、またはその歪を大きくすることなく増幅することができる。好ましくは５０μｍ２以上である。また、２００μｍ２以下であることが好ましい。２００μｍ２超では単一モードで光を伝播することが困難になるおそれがある。好ましくは１５０μｍ２以下である。
【００１１】
ピコ秒以下のパルス幅の信号光を増幅する時には本発明の光ファイバの長さは１ｍ以下であることが好ましい。ファイバ長が１ｍ超では、スペクトルの歪みが生じる、またはスペクトルの歪みが大きくなるおそれがある。好ましくは０．８ｍ以下、より好ましくは０．５ｍ以下、最も好ましくは０．３ｍ以下である。一方、ファイバ長は好ましくは０．０１ｍ以上である。０．０１ｍ未満では信号光を十分に増幅できないおそれがある。より好ましくは０．０３ｍ以上、最も好ましくは０．０５ｍ以上である。
【００１２】
本発明の光ファイバのコアガラスの屈折率ｎ１は典型的には１．８〜２．３である。
本発明の光ファイバのコアは、Ｂｉ２Ｏ３を２０〜８０モル％、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５モル％、Ｇａ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０モル％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなることが好ましい。
【００１３】
次に、前記マトリクスガラスの組成についてモル％を単に％と表示して説明する。
Ｂｉ２Ｏ３は必須成分である。その含有量が２０％未満では添加できるＥｒの量が少なくなり、１５３０ｎｍ近傍に現れる吸光度が十分に得られなくなる。好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上、特に好ましくは４０％以上である。８０％超では、ガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に失透する。好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下である。なお、ここでいう失透とは結晶析出の顕著なものであり、ファイバ加工時にファイバ切れを起こしたり、光ファイバとしての使用時にファイバ破壊を起こしたりするものである。
【００１４】
Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２はネットワークフォーマであり、ガラス形成を容易にするために、少なくともいずれか一方を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が５％未満では、ガラス化が困難になる。より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。７５％超では利得が低下する。より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５０％以下である。
【００１５】
Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３は失透を抑制する成分であり、少なくともいずれかを含有しなければならない。これらの含有量の合計Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３が０．１％未満では失透しやすくなる。好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。３０％超では利得が低下する。好ましくは２５％以下である。
【００１６】
前記マトリクスガラスは本質的に上記成分からなるものであることが好ましいが、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。他の成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は２０％以下であることが好ましい。
このような成分としてたとえば、ファイバ加工時の失透を抑制するまたはガラス化を容易にすることを目的とするＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＣｅＯ２等の成分、濃度消光または失透を抑制することを目的とするＬａ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３等の成分が挙げられる。
【実施例】
【００１７】
コアおよびクラッドがそれぞれ表１に示す組成を有するガラスからなり、クラッド径が１２５μｍ、コア径が５．３μｍである光ファイバを作製し、この光ファイバにＵＶ硬化性アクリル樹脂をコーティングし直径２５０μｍのファイバとした。なお、表１においてコアガラスの組成は、マトリクスガラスを構成する成分であるＢｉ２Ｏ３からＬａ２Ｏ３までの含有量についてはモル％表示で、添加成分であるＥｒの含有量についてはマトリクスガラスを１００質量部とする質量部表示で示し、クラッドガラスの組成はモル％表示で示す。
このようにして得られたファイバの波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率は３×１０−２０ｃｍ２／Ｗ、同光に対する有効コア断面積は７１μｍ２であった。また、波長１５２９ｎｍに吸収ピークを有し同波長における吸光度は２０２ｄＢ/ｍであった。
【００１８】
【表１】
【００１９】
前記ファイバの長さを０．２２ｍとし、これに波長９８０ｎｍの励起光と波長１５６０ｎｍ、パルス幅０．６ｐｓ、繰り返し周波数４８．２ＭＨｚ、平均強度−６．８ｄＢｍの信号光とを合波した光を入射した。
【００２０】
得られた利得Ｇ（単位：ｄＢ）とスペクトルの半値全幅Δλ（単位：ｎｍ）の関係を表２に示す。
なお、Ｇは信号光のファイバへの入射強度Ｉｉｎとファイバからの出射強度Ｉｏｕｔとから次式によって算出される。
Ｇ＝１０×ｌｏｇ（Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ）。
また、Δλはオプティカルスペクトラルアナライザで測定したスペクトル形状から求めた。
表２に示した結果から、本発明のファイバはピコ秒以下のパルス増幅においてもスペクトルの広がりなく増幅できることがわかる。
【００２１】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００２２】
光通信、パルスレーザー等のパルス光の増幅に利用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０−２０ｃｍ２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ２以上である増幅用光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅用光ファイバであって、コアが、Ｂｉ２Ｏ３を２０〜８０モル％、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５モル％、Ｇａ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０モル％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなる増幅用光ファイバ。
【請求項１】
コアにＥｒが添加されており波長１５５０ｎｍの光に対する非線形屈折率が１×１０−２０ｃｍ２／Ｗ以上である光ファイバであって、１５２５〜１５３２ｎｍの波長域に１００ｄＢ／ｍ以上の吸収ピークを有し、前記光に対する有効コア断面積が３５μｍ２以上である増幅用光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅用光ファイバであって、コアが、Ｂｉ２Ｏ３を２０〜８０モル％、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方を合計で５〜７５モル％、Ｇａ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を合計で０．１〜３０モル％含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されたガラスからなる増幅用光ファイバ。
【公開番号】特開２００７−１０３６４１（Ｐ２００７−１０３６４１Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９１０８８（Ｐ２００５−２９１０８８）
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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