希土類添加フツリン酸ファイバ
【課題】ファイバ損失が低損失であって、かつ石英ファイバとの垂直カット面での融着接続が可能となるとともに、低非線形で実用的なＬ帯光増幅器の増幅媒体として使用可能な非石英系ガラスの光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバは、一つのコアとその周りに２重のクラッドを有するフツリン酸ファイバであって、少なくともコアガラスに希土類を添加しており、コア、第１クラッド及び第２クラッドの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ３≧ｎ１＞ｎ２の関係になり、接続対象の石英ガラス製ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率が０．２％以内で一致し、かつ、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上である。外側の第２クラッドは、その断面積がファイバ断面積に対して７０％以上を占め、かつアルカリ元素を含まない組成をもつ。
【解決手段】光ファイバは、一つのコアとその周りに２重のクラッドを有するフツリン酸ファイバであって、少なくともコアガラスに希土類を添加しており、コア、第１クラッド及び第２クラッドの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ３≧ｎ１＞ｎ２の関係になり、接続対象の石英ガラス製ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率が０．２％以内で一致し、かつ、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上である。外側の第２クラッドは、その断面積がファイバ断面積に対して７０％以上を占め、かつアルカリ元素を含まない組成をもつ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用希土類添加光ファイバ増幅器や高パワー加工レーザに用いられる光ファイバであって、特に希土類添加フツリン酸ガラスファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの伝送容量の拡大及び機能向上のために、１本の光ファイバの中に複数の波長の光信号を合波して伝送したり、逆に１本の光ファイバを伝搬してきた複数の波長の光信号を、各波長ごとに分波したりする波長多重伝送技術（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）の研究開発が現在行われている。この伝送方式では、１本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送し、伝送距離に応じて中継増幅する必要がある。そこで、光信号波長を増して伝送容量を上げるには、より多くのチャンネル数の信号を伝送させる必要がある。
【０００３】
Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）では、従来１５３０−１５６５ｎｍの帯域を持つＣ帯が使われてきたが、更なる大容量化のため、１５６５−１６２５ｎｍの帯域を持つＬ帯への拡張が進められてきた。ＥＤＦＡをＬ帯で動作させるためには、Ｅｒイオンの反転分布を４０％程度に低下させる必要があり、そのためにはＣ帯に比べて５−２０倍程度の長いファイバを使用する必要がある。
【０００４】
Ｌ帯ＥＤＦＡの動作中、ＥＤＦ（Ｅｒ３＋添加光ファイバ）の中では信号増幅により信号パワーが増大し、長いファイバ長の中を伝搬するため、信号間の非線形相互作用である四光波混合（ＦＷＭ：Four-Wave Mixing）によるノイズ光が発生する。このノイズ光は、信号クロストークを発生させ、伝送品質を著しく劣化させる。このＦＷＭの発生を抑制するために、カットオフ波長の長波長化（非特許文献１）やＥｒの高濃度化（非特許文献２）により、ファイバ長を短くする試みが進められ、従来２００ｍ程度必要であったファイバ長が４０ｍ程度に短尺化され、現在標準的に使用されている。
【０００５】
しかしながら、伝送容量は益々大規模化しており、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop multiplxer；再構成可能な光信号の分岐／挿入を行う多重化装置）等の複合デバイスによる１０ｄＢ以上のロスを補償するため、更に高い出力特性が必要になっていることから、４０ｍ程度のＥＤＦのファイバ長でもＦＷＭによる信号劣化が避けられなくなっているという問題がある。
【０００６】
フツリン酸ガラスは、希土類を高濃度に添加でき、非線形屈折率係数が小さいという特徴から、レーザガラスに応用された（特許文献１）。同様に、希土類が高濃度に添加できる光ファイバ増幅器のホストガラスとして研究が進められた（特許文献２、特許文献３、特許文献４）。しかしながら、レーザガラスに使用された組成ガラスは、粘性の温度依存性が急激に変化するため、そのままファイバ化することは困難であり、実用に耐えうる低損失化を図ることができない。そこで、特許文献２，特許文献３，特許文献４では、レーザガラスに使用されている希土類添加フツリン酸ガラスに対して、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなどのアルカリ元素を５ｍｏｌ％以上添加することにより、ガラスの粘性を低下させてファイバ化に成功している。しかしながら、これらのガラスは耐水性に問題があり、光通信部品の標準的な信頼性試験であるTelcordia-GR468をクリアすることは困難である。
【０００７】
石英ファイバと低融点多成分ガラスファイバとの接続技術として融着接続がある。この異種ファイバの融着接続は、石英ファイバ同士のように両方のファイバガラスが溶融して接続する技術ではなく、低融点ガラスファイバ側の先端部分は溶融または軟化するが、石英ファイバ側はファイバ先端部分が溶融されていない状態で接続する（特許文献５）。このような融着技術を利用した研究開発は、フッ化物ファイバ、テルライトファイバ、ビスマス系ファイバで進められている。
【０００８】
フッ化物ファイバでは、石英ファイバと屈折率をほぼ等しく出来るため、ファイバを垂直にカットして、接続しても反射減衰量は５０ｄＢ以上を実現できる。しかし、フッ化物ファイバは、ガラスの屈伏温度が３００℃以下と低く、ガラス成分の陰イオンがフッ素であるため、接続強度は弱く、実用的ではない。
【０００９】
一方、テルライトファイバ及びビスマス系ファイバでは、ガラスの屈伏温度が３００℃以上であり、ガラス成分の陰イオンが酸素であるため、接続強度は比較的強い。しかしながら、これらのテルライトファイバ及びビスマス系ファイバのガラスの屈折率はｎＤ（Ｄ線での屈折率）で２以上あり、そのため５０ｄＢ程度の反射減衰量と０．５ｄＢ以下の低い接続損失を実現するには、斜めカット接続するだけではなく、接続面の角度をスネルの法則に従うように設定する必要がある（特許文献５）。このような接続は、製品の歩留まりが悪いだけでなく、接続後のファイバに角度が付いてしまうために、融着補強スリーブを装着することも難しく、アセンブリ上でもより大きな空間を必要としてしまうという可能性がある。
【００１０】
【非特許文献１】S. Ishikawa et al. "High Gain Per Unit Length Silica-Based Erbium Doped Fiber for 1580nm Band Amplification", OAA1998 TuC4 pp.1-4(111-114)
【非特許文献２】Keiichi Aiso et al. "Erbium Lanthanum co-doped fiber for L-band amplifier with high efficiency, low non-linearity and low NF", OFC2001 TuA6 pp.1-3
【非特許文献３】泉谷徹郎著「光学ガラスとレーザガラス」日刊工業新聞社発行 １９９８年３月２４日刊行 pp. 203
【特許文献１】特公昭５４−００６０４７号公報
【特許文献２】特開平０５−２３８７７５号公報
【特許文献３】特開平０９−２１１５０５号公報
【特許文献４】特開平１０−１２９５２号公報
【特許文献５】特許第３３９６４２２号号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述のような従来技術の解決すべき課題に鑑みてなされたもので、その目的は、垂直にファイバをカットして融着接続しても低反射・低損失接続が実現でき、信頼性が高く、高濃度にＥｒを添加可能であるフツリン酸ガラスを用いた低損失な希土類添加フツリン酸ファイバを提供することにある。
【００１２】
また、本発明を適用したフツリン酸ガラスは、純石英ガラスよりも非線形屈折率係数が小さいため、上記の目的を同時に満たすＥｒ高濃度添加フツリン酸ファイバにより、これまでにない低非線形で実用的なＬ帯Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を提供することを本発明の付随する目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明によるフツリン酸ファイバ、該ファイバを構成するフツリン酸ガラスは、以下の構成からなる。
【００１４】
（１）中心のコアの周りに第１クラッド、第２クラッドが順に配置された二重構造のクラッドを有し、該コアガラスに少なくとも希土類を添加したフツリン酸ファイバであって、前記コア、前記第１クラッド及び前記第２クラッドの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ３≧ｎ１＞ｎ２の関係になり、接続対象の石英ガラス製ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率がそれぞれ０．２％以内で一致し、かつ、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上であることを特徴とする。
【００１５】
（２）（１）に記載のフツリン酸光ファイバであって、前記第２クラッドガラスの断面積が、前記フツリン酸ファイバのファイバ断面積の少なくとも７０％以上を占め、該第２クラッドガラスはアルカリ元素を含まない組成をもつことを特徴とする。
【００１６】
（３）（１）または（２）に記載のフツリン酸ファイバであって、前記フツリン酸ファイバの前記コアおよび前記第１クラッドガラスの組成として、モル％で
Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３ ５〜２０ｍｏｌ％，ＡｌＦ３＋ＹＦ３ ５〜４０ｍｏｌ％，
ＭｇＦ２＋ＣａＦ２＋ＳｒＦ２＋ＢａＦ２ ４０〜７０ｍｏｌ％，Ｌｉ＋ＮａＦ＋ＫＦ ０〜５ｍｏｌ％の範囲内にあり、前記コアおよび前記第１クラッドともに、Ｏ（酸素）／Ｆ（鉄）の原子比が０．１〜０．４５の範囲内で、かつ２価および１価のフッ化物元素を酸化物元素に置換可能であることを特徴とする。
【００１７】
（４）前記フツリン酸ファイバの前記第２クラッドガラスの組成として、モル％で
Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３ １０〜２５ｍｏｌ％，ＡｌＦ３＋ＹＦ３ ５〜４０ｍｏｌ％，ＭｇＦ２＋ＣａＦ２＋ＳｒＦ２＋ＢａＦ２ ４０〜７０ｍｏｌ％の範囲内にあり、前記コアおよび前記第１クラッドともに、Ｏ／Ｆの原子比が０．２〜０．６の範囲内で、かつ２価および１価のフッ化物元素を酸化物元素に置換可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上記のような構成により、本発明によれば、ファイバを垂直カットし、融着接続することで低反射・低損失の接続が可能であり、信頼性が高く、高濃度にＥｒを添加できる低損失なファイバ化が可能であるフツリン酸ガラスを提供することにある。また、本フツリン酸ガラスは、純石英ガラスよりも非線形屈折率係数が小さい特徴がある。これらの課題を同時に満たすＥｒ高濃度添加フツリン酸ファイバにより、これまでにない低非線形で実用的なＬ帯ＥＤＦＡを提供することができ、波長多重光伝送システムにおいて高密度化、高性能化を進めることができる。その結果、特に中距離系、幹線系においてそれらのシステムを用いたサービスの高度化、経済化に大きく寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を参照して、本発明に従うフツリン酸ファイバの好適な実施形態について説明する。
【００２０】
本発明のフツリン酸ファイバは、中心のコアの周りに第１クラッド、第２クラッドが順に配置された二重構造のクラッドを有し、コアガラスに少なくとも希土類を添加した光ファイバであって、コア、第１クラッド及び第２クラッドの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ３≧ｎ１＞ｎ２の関係になり、接続対象の石英ガラス製ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率がそれぞれ０．２％以内で一致し、かつ、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上であることを特徴としている。
【００２１】
石英ガラスファイバとフツリン酸ファイバを融着接続する場合には、背景技術の項で説明したように、両方のガラスが溶け合っての屈折率の均一化は行われない。このため、接続面における屈折率に差がある場合には、反射率Ｒは次式（１）に従う。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ここで、ｎｇは石英ファイバの屈折率、ｎはフツリン酸ファイバの屈折率とする。
【００２４】
通信デバイス、とりわけ利得媒体である増幅用ファイバの反射減衰量は、ＷＤＭ用増幅器で５０ｄＢ以上であることが必要とされる。その値は、多重散乱による信号品質の劣化を防ぐために必要とされる最低限の値である。上記の屈折率差が０．２％以内で一致していれば、ファイバを垂直にカットし、ファイバ同士を真っ直ぐに接続しても、反射減衰量は５０ｄＢ以上を確保することが出来る。
【００２５】
一方、市販の石英ファイバは、Δｎ（コアとクラッドの屈折率差の割合）が０．３％の単一モードファイバ（ＳＭＦ）から３．７％程度の分散補償ファイバまで多岐に富んでいるが、実際にはΔｎが３．７％程度と高くなると、コア径は２μｍ程度となり、石英系ファイバとフツリン酸ファイバとの接続が難しくなるだけでなく、高Δｎ石英ファイバとフツリン酸ファイバのＳＭＦとの間に、熱拡散技術により光ファイバのＭＦＤ（モードフィールド径）を局所的に拡大させたＴＥＣ（Thermally diffuse expanded core）ファイバを挟む必要があり、そのため損失が０．２ｄＢ程度上昇する。
【００２６】
従って、フツリン酸ファイバに対向する石英ファイバのΔｎとしては、０．３から１．５％程度が適切であり、そのコアガラスの屈折率は、１．４４８〜１．４７の範囲となる。フツリン酸ファイバのコアガラスの屈折率をこの値にあわせ、また石英ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率差をそれぞれ上記の０．２％以内にあわせる必要がある。
【００２７】
上述のように、石英ファイバとフツリン酸ファイバの融着接続は、両端のガラスが溶け合って融合した融液が冷却され、再ガラス化するものではなく、フツリン酸ファイバの端面ガラスが溶け、その成分が石英ガラス端面へ侵入してその端面内の石英と反応するため、温度が高い方がその反応長がより長くなり、接続強度が強くなる。ガラスの屈伏点は、剛性状態から粘性状態へと変化する温度域の温度であるが、この温度を指標として、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上であると、陰イオンはフッ素成分が主であるフツリン酸ファイバにおいても、引張強度で２００ＭＰａ（すなわち、２００Ｎ／ｍｍ２）以上の強度を得ることができ、融着補強スリーブを装着する作業も破断なく扱うことが可能となる。
【００２８】
上述した多成分ガラスファイバでは、アルカリ元素を添加してガラスの粘性を低くし、結晶化を抑制することによって線引き加工を容易にすることが一般に行われる。しかしながら、背景技術の項で上述したように、アルカリ元素を添加したガラスは耐水性が劣化するため、長期信頼性の観点から問題がある。
【００２９】
石英ガラスは、結晶化しない安定なガラスであるため、アルカリ元素の添加無しに容易にファイバ加工ができ、光通信用のファイバとして標準となっている。フツリン酸ファイバにおいても、これまでアルカリ元素を添加したガラスでファイバ化が進められていたが、光通信部品の標準的な信頼性試験であるTelcordia-GR468をクリアするためには、少なくともファイバ外周のガラスにおいてアルカリ元素の添加無しのガラスでファイバ化することが必要である。
【００３０】
本発明を適用した光ファイバの作製においては、最初にコアと第１クラッド母材を作製し、次に第１クラッドガラスによるジャケット延伸を行い、続いて第２クラッドガラスによるジャケット線引きをすることによって、所望のコア・クラッド径比を得ることを想定している。その際、ジャケット線引きをする第２クラッドガラスジャケット管は、外周を構成するガラスであるため、少なくともアルカリ元素無しの組成で構成する必要がある。また、その第２クラッドガラスの厚さも、外周からの水分の浸入や接続点における強度を考慮する必要があり、そのためファイバ断面積にして７０％以上に相当する厚さであることが必要である。
【００３１】
請求項１および請求項２を満たし、低損失ファイバを作製できるフツリン酸ガラスの組成範囲を図１に示す。図１は三角図と呼ばれるもので、頂点に示す成分は酸化物Ｐ２Ｏ５（＋Ａｌ２Ｏ３など）、３価のＡｌＦ３（＋ＹＦ３）、および２価のＲＦ２（Ｒは、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒなど）の和である。図１における実線の曲線は、非特許文献３に開示されているガラス化範囲である。
【００３２】
図１において、Ｘは１ｄＢ／ｍ以下の損失が得られなかったコアガラス組成、Δは１ｄＢ／ｍ以下の損失が得られたが、融着接続により４０ｄＢ以上の反射減衰量となったコアガラス組成、Ｏは１ｄＢ／ｍ以下の損失と、融着接続による反射減衰量が５０ｄＢ以上となったコアガラス組成である。
【００３３】
図１から、請求項１と請求項２を満たすガラスは、Ｐ２Ｏ５（＋Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯなど）が１０〜２０ｍｏｌ％、ＡｌＦ３（＋ＹＦ３など）が１２〜４０ｍｏｌ％、ＲＦ２（Ｒは、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇなど）が４２〜７０ｍｏｌ％であり、Ｏ／Ｆの比は０．１〜０．４５である。
【００３４】
一方、Ｐ２Ｏ５（＋Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯなど）が１０〜２０ｍｏｌ％、または、Ｏ／Ｆの比が０．１〜０．４５を逸脱すると、ガラスの屈折率が１．４４８〜１．４７の範囲から０．２％以上ずれてしまうため、５０ｄＢ以上の反射減衰量を得ることが出来ない。また、ＡｌＦ３（＋ＹＦ３など）またはＲＦ２（Ｒは、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇなど）の和が上記の値を逸脱すると、１ｄＢ／ｍ以下のファイバ損失が得られない。
【実施例１】
【００３５】
次に、図面と表を参照して、本発明に基づく希土類添加フツリン酸ガラスファイバの実施例を比較例とともに詳細に説明する。
【００３６】
下記の表１は、本発明を適用したフツリン酸ガラスの実施組成例（ｍｏｌ％表示）（No.１−２０）及び本発明から外れているが失透（冷却時に結晶が検出して透明さを失う現象）しないガラスの得られる比較組成例（Ａ−Ｄ）、Ｏ／Ｆ比、これらガラスのガラス転移温度（Ｔｇ：℃）、屈伏点温度（Ｔｃ：℃）、熱安定性（Ｔｘ−Ｔｇ：℃）、屈折率（ｎ）、高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）による表面劣化状態についての測定試験結果（Ｏ：劣化が認められない、×：劣化が認められる）を示す。
【００３７】
ガラスは、窒素ガスを充填したグローブボックス内で原料を混合し、白金坩堝（るつぼ）を用いて窒素雰囲気下１０００℃で溶融した。その後、４００℃に予加熱した鋳型中に融液を流し込むことにより作製した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１を参照すると、表１のNo.１−２０のガラスと、比較例Ｂ，Ｃ，Ｄを除いた比較例Ａのガラスとは、Ｔｘ−Ｔｇ（熱安定性）が１１９℃以上となり、単一モードファイバに加工するに十分な熱安定性を有していることがわかる。
【００４０】
既に示した図１の三角図において、No.１−２０のガラスをコア・第１クラッドに用いたファイバは高温高湿試験の表面劣化状態の測定試験結果が全て丸印となり、ファイバ損失では１ｄＢ／ｍ以下、融着接続による反射減衰量は５０ｄＢ以上となった。
【００４１】
一方、比較例のＡのガラスをコアに用いた光ファイバでは、ファイバ損失としては１ｄＢ／ｍ以下の良好な値となったが、コアガラスの屈折率が接続したΔｎ１．５％の石英ファイバのコアガラスよりも０．２％以上高かったために、反射減衰量は５０ｄＢ以下となった。
【００４２】
比較例のＢをコアガラスとしてファイバを作製した場合、ファイバ線引きの再加熱時にコアガラスに結晶が析出することにより、散乱損失が増大し、１０ｄＢ／ｍの損失となった。このファイバを用いてＥＤＦＡを構成しても、損失が大きいために十分にＬ帯増幅をすることができなかった。
【００４３】
比較例のＣガラスをコアに用いたファイバでは、ファイバ損失が１ｄＢ／ｍ以下の良好な値となったが、コアガラスの屈折率が接続したΔｎが１％の石英ファイバのコアガラスよりも０．２％以上低かったため、反射減衰量は５０ｄＢ以下となった。
【００４４】
最後に、比較例Ｄをコアガラスとしてファイバを作製した場合では、比較例Ｂを用いた場合と同様ファイバ線引き時に、コアが結晶化し、ファイバ損失が８ｄＢ／ｍとなった。このファイバを用いてＥＤＦＡを構成しても、損失が大きいために十分にＬ帯増幅をすることができなかった。
【００４５】
表１に挙げたガラス組成を用いて作製したファイバを、高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）を行ったが、その際の測定結果を図２に示す。図２に示すように、試験前後の損失測定により、比較例Ｃを用いたファイバのみが、ＯＨ基によるファイバ損失の増大が見られた。図２において、実線の曲線は高温高湿試験前の測定結果を示し、破線の曲線は高温高湿試験後の測定結果を示す。
【実施例２】
【００４６】
本発明を適用したフツリン酸ガラスの実施組成例（ｍｏｌ％表示）（No.１−１０）、及び本発明から外れているが失透しないガラスの得られる比較組成例（Ａ−Ｃ）、Ｏ／Ｆ比、これらガラスのガラス転移温度（Ｔｇ：℃）、屈伏点温度（Ｔｃ：℃）、熱安定性（Ｔｘ−Ｔｇ：℃）、屈折率（ｎ）、高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）による表面劣化状態についての測定試験結果（Ｏ：劣化が認められない、×：劣化が認められる）を下記の表２に示す。
【００４７】
ガラスは、窒素ガスを充填したグローブボックス内で原料を混合し、白金坩堝を用いて窒素雰囲気下１０００℃で溶融した。その後、４００℃に予加熱した鋳型中に融液を流し込むことにより作製した。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表２を参照すると、表２のNo.１−１０のガラスは、結晶化による発熱ピークが見られない安定なガラス組成であり、ファイバに加工するに十分な熱安定性を有していることがわかる。これらのガラスをファイバの第２クラッドに使用するため、表２のNo.１−１０のガラスを用いて、ローテーショナル・キャスティング法（回転成形法）によりジャケット管を作製し、サクション・キャスティング法（吸引成形法）を用いて表１のNo.１−２０のガラスでコア・第１クラッドを作製した延伸母材（ロッド）を、そのジャケット管に挿入し、線引きによりファイバ化した。これにより、一つのコアとその周りに２重のクラッドを有する本実施例のフツリン酸ファイバ（光ファイバ）を得た。
【００５０】
その際、ジャケット管は外径１５ｍｍ内径５ｍｍのＸ管と、外径１５ｍｍ内径１０ｍｍのＹ管とを用いた。Ｘ管を用いたファイバの断面積は、外側８９％が表２のNo.１−１０のガラスであるのに対し、Ｙ管を用いたファイバの断面積は、外側５６％が表２のNo.１−１０のガラスとなる。これらのファイバは、コア径が６μｍ程度であるのに対し、第２クラッド内径は４０μｍ程度であり、クラッド光は十分減衰しているため、第２クラッドガラスを信号光が伝搬することはなく、更に高い屈折率を有するＵＶ被覆（これは第２クラッドガラスの外側に被覆されている）により、クラッドモードは減衰する。従って、第２クラッドガラスの屈折率への要請は第１クラッドよりも高く、第２クラッドガラスの屈折率がＵＶ被覆の屈折率よりも低ければ、接続損やクラッドモード伝搬を避けることが出来る。
【００５１】
表２のNo.１のガラスで作製したＸ管およびＹ管を用いたファイバの石英ファイバとの融着接続強度を比較した。この評価は引張強度によって行った。
【００５２】
Ｘ管を用いたファイバでは、引張強度が平均１５０ＭＰａであったのに対し、Ｙ管を用いたファイバでは、引張強度が平均６０ＭＰａであった。引張強度が１００ＭＰａ以下では、融着接続機からファイバ接続部を取り出し、これを補強チューブで保護する作業中にファイバを破損してしまうのに対し、１００ＭＰａ以上ではファイバ保護の作業でファイバを破損することがなくなった。図３にファイバの融着接続部の引張強度のファイバ断面積依存性を示す。図３のグラフから、引張強度が平均１００ＭＰａを超えるには、表２のガラスが占める断面積が７０％以上必要なことがわかる。
【実施例３】
【００５３】
表２のNo.２ガラスと比較例Ａとガラスでジャケット管をそれぞれ作製し、表１のNo.１５コア、No.１６クラッドで作製した延伸母材を、それらジャケット管にそれぞれ挿入して、ファイバ線引きを行った。その結果、No.２ガラスのジャケット管を使用した場合は、１ｄＢ／ｍ以下の低損失ファイバが作製できたが、比較例Ａのガラスのジャケット管を使用した場合は、線引き温度が高くなり、内部の母材に結晶が発生したために、損失が１８ｄＢ／ｍへ上昇してしまった。
【実施例４】
【００５４】
表２のNo.３ガラスと比較例Ｂ，Ｃのガラスでジャケット管をそれぞれ作製し、表１のNo.１−２０ガラスで作製した延伸母材をそれらジャケット管にそれぞれ挿入してファイバ線引きを行った。その結果得られた各ファイバ５０ｍを巻き取ったものを、高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）にかけた前後のファイバの引張強度を測定した。ここで、「ＲＨ」は相対湿度（％）である。表２のNo.３ガラスで作られたファイバの引張強度の平均は、７００ＭＰａから６９０ＭＰａとほとんど変化しなかったが、比較例Ｂのガラスで作られたファイバの場合の引張強度の平均は６３０ＭＰａから２１０ＭＰａへと、また比較例Ｃの場合では引張強度の平均は５８０ＭＰａから１２０ＭＰａへと、それぞれ大きく平均強度が劣化した。
【００５５】
表２のNo.３ガラスで作製したファイバと比較例Ｃガラスで作製したファイバとをそれぞれ石英ファイバと融着接続を行った。そのとき、これらの各ガラス（第２クラッドガラス）のファイバ断面積を占める割合は７０％を超えていた。接続強度を引張強度で評価した結果、表２のNo.３ガラスで第２クラッドを作製したファイバの接続強度は平均１８０ＭＰａとハンドリングに十分であるのに対し、比較例Ｃガラスのファイバで第２クラッドを作製したファイバの接続強度は平均７０ＭＰａであり、不十分であった。
【実施例５】
【００５６】
表１のNo.１１をコア、表１のNo.１２を第１クラッドとして母材を作製し、この母材を第１クラッドと同じ組成のジャケット管に挿入して延伸した後、得られたファイバをさらに表２のNo.６ガラスで作製した線引き用ジャケット管に挿入し、線引きしてファイバを作製した。
【００５７】
完成したその光ファイバの断面図と屈折率分布を図４に示す。コア径、第１クラッドの外径、第２クラッドの外径はそれぞれ６．１μｍ、６０μｍ、１２０μｍであった。また、Δｎおよびカットオフ波長は、０．６１％及び１．３μｍであった。最外ジャケットガラス（第２クラッド）の断面積は７５％を占めていた。
【００５８】
この光ファイバをΔｎ：１％の石英ファイバと融着接続を行った。融着接続は市販のアーク放電型の接続装置を用いて行った。融着接続部の引張強度は平均１７２ＭＰａであり、接続装置からの取り出し、接続補強チューブ（図示しない）の装着もスムーズにハンドリングできた。接続損失は０．２ｄＢ、反射減衰量は５６ｄＢであり、図４の屈折率分布におけるｎ３の高い屈折率は光学的に接続損失や反射減衰量には影響を与えなかった。さらに、上記と同一条件で融着接続した接続ファイバを１１本用意し、温度サイクル試験（−４０℃から７５℃、５００サイクル）を行った。その結果、全てのファイバにおいて損失の変動は０．１ｄＢ以下であった。
【００５９】
次に、本発明のフツリン酸ファイバの長さ６ｍのものと、ＭＦＤを拡大し、四光波混合の発生を抑制した石英系ＥＤＦの４０ｍのものとを用いて、２５ｄＢのＬ帯増幅動作を行なった。その結果、５０ＧＨｚ間隔９０チャネルの信号増幅中に中央４５チャネル目の信号を抜き、ＦＷＭ（４光波混合）光を測定した。その結果、石英系ＥＤＦを用いた場合では、信号パワー／ＦＷＭパワーが２５ｄＢであったのが、本発明のフツリン酸ＥＤＦでは、４５ｄＢとなり、ＦＷＭ光の発生が２０ｄＢ抑制された。
【００６０】
以上の実施例では光ファイバの組成として具体例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６１】
（他の実施形態と実施例）
上記では、本発明の好適な実施形態および実施例を例示して説明したが、本発明の実施形態と実施例は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。また、上記実施形態例に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種種の発明を形成できる。例えば、必要に応じて実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施例に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ファイバ損失、接続の反射量に対する本発明によるフツリン酸ガラスの組成依存性を示す特性図である。
【図２】高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）前後のフツリン酸ファイバの損失スペクトルの一例を示す特性図である。
【図３】本発明によるフツリン酸ファイバと石英ファイバの融着接続部の引張強度に対する、フツリン酸ファイバの第２クラッドガラスファイバ断面積比依存性を示す特性図である。
【図４】本発明によるフツリン酸ファイバの断面および屈折率プロファイルを表す概念図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用希土類添加光ファイバ増幅器や高パワー加工レーザに用いられる光ファイバであって、特に希土類添加フツリン酸ガラスファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの伝送容量の拡大及び機能向上のために、１本の光ファイバの中に複数の波長の光信号を合波して伝送したり、逆に１本の光ファイバを伝搬してきた複数の波長の光信号を、各波長ごとに分波したりする波長多重伝送技術（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）の研究開発が現在行われている。この伝送方式では、１本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送し、伝送距離に応じて中継増幅する必要がある。そこで、光信号波長を増して伝送容量を上げるには、より多くのチャンネル数の信号を伝送させる必要がある。
【０００３】
Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）では、従来１５３０−１５６５ｎｍの帯域を持つＣ帯が使われてきたが、更なる大容量化のため、１５６５−１６２５ｎｍの帯域を持つＬ帯への拡張が進められてきた。ＥＤＦＡをＬ帯で動作させるためには、Ｅｒイオンの反転分布を４０％程度に低下させる必要があり、そのためにはＣ帯に比べて５−２０倍程度の長いファイバを使用する必要がある。
【０００４】
Ｌ帯ＥＤＦＡの動作中、ＥＤＦ（Ｅｒ３＋添加光ファイバ）の中では信号増幅により信号パワーが増大し、長いファイバ長の中を伝搬するため、信号間の非線形相互作用である四光波混合（ＦＷＭ：Four-Wave Mixing）によるノイズ光が発生する。このノイズ光は、信号クロストークを発生させ、伝送品質を著しく劣化させる。このＦＷＭの発生を抑制するために、カットオフ波長の長波長化（非特許文献１）やＥｒの高濃度化（非特許文献２）により、ファイバ長を短くする試みが進められ、従来２００ｍ程度必要であったファイバ長が４０ｍ程度に短尺化され、現在標準的に使用されている。
【０００５】
しかしながら、伝送容量は益々大規模化しており、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop multiplxer；再構成可能な光信号の分岐／挿入を行う多重化装置）等の複合デバイスによる１０ｄＢ以上のロスを補償するため、更に高い出力特性が必要になっていることから、４０ｍ程度のＥＤＦのファイバ長でもＦＷＭによる信号劣化が避けられなくなっているという問題がある。
【０００６】
フツリン酸ガラスは、希土類を高濃度に添加でき、非線形屈折率係数が小さいという特徴から、レーザガラスに応用された（特許文献１）。同様に、希土類が高濃度に添加できる光ファイバ増幅器のホストガラスとして研究が進められた（特許文献２、特許文献３、特許文献４）。しかしながら、レーザガラスに使用された組成ガラスは、粘性の温度依存性が急激に変化するため、そのままファイバ化することは困難であり、実用に耐えうる低損失化を図ることができない。そこで、特許文献２，特許文献３，特許文献４では、レーザガラスに使用されている希土類添加フツリン酸ガラスに対して、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなどのアルカリ元素を５ｍｏｌ％以上添加することにより、ガラスの粘性を低下させてファイバ化に成功している。しかしながら、これらのガラスは耐水性に問題があり、光通信部品の標準的な信頼性試験であるTelcordia-GR468をクリアすることは困難である。
【０００７】
石英ファイバと低融点多成分ガラスファイバとの接続技術として融着接続がある。この異種ファイバの融着接続は、石英ファイバ同士のように両方のファイバガラスが溶融して接続する技術ではなく、低融点ガラスファイバ側の先端部分は溶融または軟化するが、石英ファイバ側はファイバ先端部分が溶融されていない状態で接続する（特許文献５）。このような融着技術を利用した研究開発は、フッ化物ファイバ、テルライトファイバ、ビスマス系ファイバで進められている。
【０００８】
フッ化物ファイバでは、石英ファイバと屈折率をほぼ等しく出来るため、ファイバを垂直にカットして、接続しても反射減衰量は５０ｄＢ以上を実現できる。しかし、フッ化物ファイバは、ガラスの屈伏温度が３００℃以下と低く、ガラス成分の陰イオンがフッ素であるため、接続強度は弱く、実用的ではない。
【０００９】
一方、テルライトファイバ及びビスマス系ファイバでは、ガラスの屈伏温度が３００℃以上であり、ガラス成分の陰イオンが酸素であるため、接続強度は比較的強い。しかしながら、これらのテルライトファイバ及びビスマス系ファイバのガラスの屈折率はｎＤ（Ｄ線での屈折率）で２以上あり、そのため５０ｄＢ程度の反射減衰量と０．５ｄＢ以下の低い接続損失を実現するには、斜めカット接続するだけではなく、接続面の角度をスネルの法則に従うように設定する必要がある（特許文献５）。このような接続は、製品の歩留まりが悪いだけでなく、接続後のファイバに角度が付いてしまうために、融着補強スリーブを装着することも難しく、アセンブリ上でもより大きな空間を必要としてしまうという可能性がある。
【００１０】
【非特許文献１】S. Ishikawa et al. "High Gain Per Unit Length Silica-Based Erbium Doped Fiber for 1580nm Band Amplification", OAA1998 TuC4 pp.1-4(111-114)
【非特許文献２】Keiichi Aiso et al. "Erbium Lanthanum co-doped fiber for L-band amplifier with high efficiency, low non-linearity and low NF", OFC2001 TuA6 pp.1-3
【非特許文献３】泉谷徹郎著「光学ガラスとレーザガラス」日刊工業新聞社発行 １９９８年３月２４日刊行 pp. 203
【特許文献１】特公昭５４−００６０４７号公報
【特許文献２】特開平０５−２３８７７５号公報
【特許文献３】特開平０９−２１１５０５号公報
【特許文献４】特開平１０−１２９５２号公報
【特許文献５】特許第３３９６４２２号号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述のような従来技術の解決すべき課題に鑑みてなされたもので、その目的は、垂直にファイバをカットして融着接続しても低反射・低損失接続が実現でき、信頼性が高く、高濃度にＥｒを添加可能であるフツリン酸ガラスを用いた低損失な希土類添加フツリン酸ファイバを提供することにある。
【００１２】
また、本発明を適用したフツリン酸ガラスは、純石英ガラスよりも非線形屈折率係数が小さいため、上記の目的を同時に満たすＥｒ高濃度添加フツリン酸ファイバにより、これまでにない低非線形で実用的なＬ帯Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を提供することを本発明の付随する目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明によるフツリン酸ファイバ、該ファイバを構成するフツリン酸ガラスは、以下の構成からなる。
【００１４】
（１）中心のコアの周りに第１クラッド、第２クラッドが順に配置された二重構造のクラッドを有し、該コアガラスに少なくとも希土類を添加したフツリン酸ファイバであって、前記コア、前記第１クラッド及び前記第２クラッドの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ３≧ｎ１＞ｎ２の関係になり、接続対象の石英ガラス製ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率がそれぞれ０．２％以内で一致し、かつ、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上であることを特徴とする。
【００１５】
（２）（１）に記載のフツリン酸光ファイバであって、前記第２クラッドガラスの断面積が、前記フツリン酸ファイバのファイバ断面積の少なくとも７０％以上を占め、該第２クラッドガラスはアルカリ元素を含まない組成をもつことを特徴とする。
【００１６】
（３）（１）または（２）に記載のフツリン酸ファイバであって、前記フツリン酸ファイバの前記コアおよび前記第１クラッドガラスの組成として、モル％で
Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３ ５〜２０ｍｏｌ％，ＡｌＦ３＋ＹＦ３ ５〜４０ｍｏｌ％，
ＭｇＦ２＋ＣａＦ２＋ＳｒＦ２＋ＢａＦ２ ４０〜７０ｍｏｌ％，Ｌｉ＋ＮａＦ＋ＫＦ ０〜５ｍｏｌ％の範囲内にあり、前記コアおよび前記第１クラッドともに、Ｏ（酸素）／Ｆ（鉄）の原子比が０．１〜０．４５の範囲内で、かつ２価および１価のフッ化物元素を酸化物元素に置換可能であることを特徴とする。
【００１７】
（４）前記フツリン酸ファイバの前記第２クラッドガラスの組成として、モル％で
Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３ １０〜２５ｍｏｌ％，ＡｌＦ３＋ＹＦ３ ５〜４０ｍｏｌ％，ＭｇＦ２＋ＣａＦ２＋ＳｒＦ２＋ＢａＦ２ ４０〜７０ｍｏｌ％の範囲内にあり、前記コアおよび前記第１クラッドともに、Ｏ／Ｆの原子比が０．２〜０．６の範囲内で、かつ２価および１価のフッ化物元素を酸化物元素に置換可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上記のような構成により、本発明によれば、ファイバを垂直カットし、融着接続することで低反射・低損失の接続が可能であり、信頼性が高く、高濃度にＥｒを添加できる低損失なファイバ化が可能であるフツリン酸ガラスを提供することにある。また、本フツリン酸ガラスは、純石英ガラスよりも非線形屈折率係数が小さい特徴がある。これらの課題を同時に満たすＥｒ高濃度添加フツリン酸ファイバにより、これまでにない低非線形で実用的なＬ帯ＥＤＦＡを提供することができ、波長多重光伝送システムにおいて高密度化、高性能化を進めることができる。その結果、特に中距離系、幹線系においてそれらのシステムを用いたサービスの高度化、経済化に大きく寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を参照して、本発明に従うフツリン酸ファイバの好適な実施形態について説明する。
【００２０】
本発明のフツリン酸ファイバは、中心のコアの周りに第１クラッド、第２クラッドが順に配置された二重構造のクラッドを有し、コアガラスに少なくとも希土類を添加した光ファイバであって、コア、第１クラッド及び第２クラッドの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ３≧ｎ１＞ｎ２の関係になり、接続対象の石英ガラス製ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率がそれぞれ０．２％以内で一致し、かつ、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上であることを特徴としている。
【００２１】
石英ガラスファイバとフツリン酸ファイバを融着接続する場合には、背景技術の項で説明したように、両方のガラスが溶け合っての屈折率の均一化は行われない。このため、接続面における屈折率に差がある場合には、反射率Ｒは次式（１）に従う。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ここで、ｎｇは石英ファイバの屈折率、ｎはフツリン酸ファイバの屈折率とする。
【００２４】
通信デバイス、とりわけ利得媒体である増幅用ファイバの反射減衰量は、ＷＤＭ用増幅器で５０ｄＢ以上であることが必要とされる。その値は、多重散乱による信号品質の劣化を防ぐために必要とされる最低限の値である。上記の屈折率差が０．２％以内で一致していれば、ファイバを垂直にカットし、ファイバ同士を真っ直ぐに接続しても、反射減衰量は５０ｄＢ以上を確保することが出来る。
【００２５】
一方、市販の石英ファイバは、Δｎ（コアとクラッドの屈折率差の割合）が０．３％の単一モードファイバ（ＳＭＦ）から３．７％程度の分散補償ファイバまで多岐に富んでいるが、実際にはΔｎが３．７％程度と高くなると、コア径は２μｍ程度となり、石英系ファイバとフツリン酸ファイバとの接続が難しくなるだけでなく、高Δｎ石英ファイバとフツリン酸ファイバのＳＭＦとの間に、熱拡散技術により光ファイバのＭＦＤ（モードフィールド径）を局所的に拡大させたＴＥＣ（Thermally diffuse expanded core）ファイバを挟む必要があり、そのため損失が０．２ｄＢ程度上昇する。
【００２６】
従って、フツリン酸ファイバに対向する石英ファイバのΔｎとしては、０．３から１．５％程度が適切であり、そのコアガラスの屈折率は、１．４４８〜１．４７の範囲となる。フツリン酸ファイバのコアガラスの屈折率をこの値にあわせ、また石英ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率差をそれぞれ上記の０．２％以内にあわせる必要がある。
【００２７】
上述のように、石英ファイバとフツリン酸ファイバの融着接続は、両端のガラスが溶け合って融合した融液が冷却され、再ガラス化するものではなく、フツリン酸ファイバの端面ガラスが溶け、その成分が石英ガラス端面へ侵入してその端面内の石英と反応するため、温度が高い方がその反応長がより長くなり、接続強度が強くなる。ガラスの屈伏点は、剛性状態から粘性状態へと変化する温度域の温度であるが、この温度を指標として、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上であると、陰イオンはフッ素成分が主であるフツリン酸ファイバにおいても、引張強度で２００ＭＰａ（すなわち、２００Ｎ／ｍｍ２）以上の強度を得ることができ、融着補強スリーブを装着する作業も破断なく扱うことが可能となる。
【００２８】
上述した多成分ガラスファイバでは、アルカリ元素を添加してガラスの粘性を低くし、結晶化を抑制することによって線引き加工を容易にすることが一般に行われる。しかしながら、背景技術の項で上述したように、アルカリ元素を添加したガラスは耐水性が劣化するため、長期信頼性の観点から問題がある。
【００２９】
石英ガラスは、結晶化しない安定なガラスであるため、アルカリ元素の添加無しに容易にファイバ加工ができ、光通信用のファイバとして標準となっている。フツリン酸ファイバにおいても、これまでアルカリ元素を添加したガラスでファイバ化が進められていたが、光通信部品の標準的な信頼性試験であるTelcordia-GR468をクリアするためには、少なくともファイバ外周のガラスにおいてアルカリ元素の添加無しのガラスでファイバ化することが必要である。
【００３０】
本発明を適用した光ファイバの作製においては、最初にコアと第１クラッド母材を作製し、次に第１クラッドガラスによるジャケット延伸を行い、続いて第２クラッドガラスによるジャケット線引きをすることによって、所望のコア・クラッド径比を得ることを想定している。その際、ジャケット線引きをする第２クラッドガラスジャケット管は、外周を構成するガラスであるため、少なくともアルカリ元素無しの組成で構成する必要がある。また、その第２クラッドガラスの厚さも、外周からの水分の浸入や接続点における強度を考慮する必要があり、そのためファイバ断面積にして７０％以上に相当する厚さであることが必要である。
【００３１】
請求項１および請求項２を満たし、低損失ファイバを作製できるフツリン酸ガラスの組成範囲を図１に示す。図１は三角図と呼ばれるもので、頂点に示す成分は酸化物Ｐ２Ｏ５（＋Ａｌ２Ｏ３など）、３価のＡｌＦ３（＋ＹＦ３）、および２価のＲＦ２（Ｒは、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒなど）の和である。図１における実線の曲線は、非特許文献３に開示されているガラス化範囲である。
【００３２】
図１において、Ｘは１ｄＢ／ｍ以下の損失が得られなかったコアガラス組成、Δは１ｄＢ／ｍ以下の損失が得られたが、融着接続により４０ｄＢ以上の反射減衰量となったコアガラス組成、Ｏは１ｄＢ／ｍ以下の損失と、融着接続による反射減衰量が５０ｄＢ以上となったコアガラス組成である。
【００３３】
図１から、請求項１と請求項２を満たすガラスは、Ｐ２Ｏ５（＋Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯなど）が１０〜２０ｍｏｌ％、ＡｌＦ３（＋ＹＦ３など）が１２〜４０ｍｏｌ％、ＲＦ２（Ｒは、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇなど）が４２〜７０ｍｏｌ％であり、Ｏ／Ｆの比は０．１〜０．４５である。
【００３４】
一方、Ｐ２Ｏ５（＋Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯなど）が１０〜２０ｍｏｌ％、または、Ｏ／Ｆの比が０．１〜０．４５を逸脱すると、ガラスの屈折率が１．４４８〜１．４７の範囲から０．２％以上ずれてしまうため、５０ｄＢ以上の反射減衰量を得ることが出来ない。また、ＡｌＦ３（＋ＹＦ３など）またはＲＦ２（Ｒは、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇなど）の和が上記の値を逸脱すると、１ｄＢ／ｍ以下のファイバ損失が得られない。
【実施例１】
【００３５】
次に、図面と表を参照して、本発明に基づく希土類添加フツリン酸ガラスファイバの実施例を比較例とともに詳細に説明する。
【００３６】
下記の表１は、本発明を適用したフツリン酸ガラスの実施組成例（ｍｏｌ％表示）（No.１−２０）及び本発明から外れているが失透（冷却時に結晶が検出して透明さを失う現象）しないガラスの得られる比較組成例（Ａ−Ｄ）、Ｏ／Ｆ比、これらガラスのガラス転移温度（Ｔｇ：℃）、屈伏点温度（Ｔｃ：℃）、熱安定性（Ｔｘ−Ｔｇ：℃）、屈折率（ｎ）、高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）による表面劣化状態についての測定試験結果（Ｏ：劣化が認められない、×：劣化が認められる）を示す。
【００３７】
ガラスは、窒素ガスを充填したグローブボックス内で原料を混合し、白金坩堝（るつぼ）を用いて窒素雰囲気下１０００℃で溶融した。その後、４００℃に予加熱した鋳型中に融液を流し込むことにより作製した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１を参照すると、表１のNo.１−２０のガラスと、比較例Ｂ，Ｃ，Ｄを除いた比較例Ａのガラスとは、Ｔｘ−Ｔｇ（熱安定性）が１１９℃以上となり、単一モードファイバに加工するに十分な熱安定性を有していることがわかる。
【００４０】
既に示した図１の三角図において、No.１−２０のガラスをコア・第１クラッドに用いたファイバは高温高湿試験の表面劣化状態の測定試験結果が全て丸印となり、ファイバ損失では１ｄＢ／ｍ以下、融着接続による反射減衰量は５０ｄＢ以上となった。
【００４１】
一方、比較例のＡのガラスをコアに用いた光ファイバでは、ファイバ損失としては１ｄＢ／ｍ以下の良好な値となったが、コアガラスの屈折率が接続したΔｎ１．５％の石英ファイバのコアガラスよりも０．２％以上高かったために、反射減衰量は５０ｄＢ以下となった。
【００４２】
比較例のＢをコアガラスとしてファイバを作製した場合、ファイバ線引きの再加熱時にコアガラスに結晶が析出することにより、散乱損失が増大し、１０ｄＢ／ｍの損失となった。このファイバを用いてＥＤＦＡを構成しても、損失が大きいために十分にＬ帯増幅をすることができなかった。
【００４３】
比較例のＣガラスをコアに用いたファイバでは、ファイバ損失が１ｄＢ／ｍ以下の良好な値となったが、コアガラスの屈折率が接続したΔｎが１％の石英ファイバのコアガラスよりも０．２％以上低かったため、反射減衰量は５０ｄＢ以下となった。
【００４４】
最後に、比較例Ｄをコアガラスとしてファイバを作製した場合では、比較例Ｂを用いた場合と同様ファイバ線引き時に、コアが結晶化し、ファイバ損失が８ｄＢ／ｍとなった。このファイバを用いてＥＤＦＡを構成しても、損失が大きいために十分にＬ帯増幅をすることができなかった。
【００４５】
表１に挙げたガラス組成を用いて作製したファイバを、高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）を行ったが、その際の測定結果を図２に示す。図２に示すように、試験前後の損失測定により、比較例Ｃを用いたファイバのみが、ＯＨ基によるファイバ損失の増大が見られた。図２において、実線の曲線は高温高湿試験前の測定結果を示し、破線の曲線は高温高湿試験後の測定結果を示す。
【実施例２】
【００４６】
本発明を適用したフツリン酸ガラスの実施組成例（ｍｏｌ％表示）（No.１−１０）、及び本発明から外れているが失透しないガラスの得られる比較組成例（Ａ−Ｃ）、Ｏ／Ｆ比、これらガラスのガラス転移温度（Ｔｇ：℃）、屈伏点温度（Ｔｃ：℃）、熱安定性（Ｔｘ−Ｔｇ：℃）、屈折率（ｎ）、高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）による表面劣化状態についての測定試験結果（Ｏ：劣化が認められない、×：劣化が認められる）を下記の表２に示す。
【００４７】
ガラスは、窒素ガスを充填したグローブボックス内で原料を混合し、白金坩堝を用いて窒素雰囲気下１０００℃で溶融した。その後、４００℃に予加熱した鋳型中に融液を流し込むことにより作製した。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表２を参照すると、表２のNo.１−１０のガラスは、結晶化による発熱ピークが見られない安定なガラス組成であり、ファイバに加工するに十分な熱安定性を有していることがわかる。これらのガラスをファイバの第２クラッドに使用するため、表２のNo.１−１０のガラスを用いて、ローテーショナル・キャスティング法（回転成形法）によりジャケット管を作製し、サクション・キャスティング法（吸引成形法）を用いて表１のNo.１−２０のガラスでコア・第１クラッドを作製した延伸母材（ロッド）を、そのジャケット管に挿入し、線引きによりファイバ化した。これにより、一つのコアとその周りに２重のクラッドを有する本実施例のフツリン酸ファイバ（光ファイバ）を得た。
【００５０】
その際、ジャケット管は外径１５ｍｍ内径５ｍｍのＸ管と、外径１５ｍｍ内径１０ｍｍのＹ管とを用いた。Ｘ管を用いたファイバの断面積は、外側８９％が表２のNo.１−１０のガラスであるのに対し、Ｙ管を用いたファイバの断面積は、外側５６％が表２のNo.１−１０のガラスとなる。これらのファイバは、コア径が６μｍ程度であるのに対し、第２クラッド内径は４０μｍ程度であり、クラッド光は十分減衰しているため、第２クラッドガラスを信号光が伝搬することはなく、更に高い屈折率を有するＵＶ被覆（これは第２クラッドガラスの外側に被覆されている）により、クラッドモードは減衰する。従って、第２クラッドガラスの屈折率への要請は第１クラッドよりも高く、第２クラッドガラスの屈折率がＵＶ被覆の屈折率よりも低ければ、接続損やクラッドモード伝搬を避けることが出来る。
【００５１】
表２のNo.１のガラスで作製したＸ管およびＹ管を用いたファイバの石英ファイバとの融着接続強度を比較した。この評価は引張強度によって行った。
【００５２】
Ｘ管を用いたファイバでは、引張強度が平均１５０ＭＰａであったのに対し、Ｙ管を用いたファイバでは、引張強度が平均６０ＭＰａであった。引張強度が１００ＭＰａ以下では、融着接続機からファイバ接続部を取り出し、これを補強チューブで保護する作業中にファイバを破損してしまうのに対し、１００ＭＰａ以上ではファイバ保護の作業でファイバを破損することがなくなった。図３にファイバの融着接続部の引張強度のファイバ断面積依存性を示す。図３のグラフから、引張強度が平均１００ＭＰａを超えるには、表２のガラスが占める断面積が７０％以上必要なことがわかる。
【実施例３】
【００５３】
表２のNo.２ガラスと比較例Ａとガラスでジャケット管をそれぞれ作製し、表１のNo.１５コア、No.１６クラッドで作製した延伸母材を、それらジャケット管にそれぞれ挿入して、ファイバ線引きを行った。その結果、No.２ガラスのジャケット管を使用した場合は、１ｄＢ／ｍ以下の低損失ファイバが作製できたが、比較例Ａのガラスのジャケット管を使用した場合は、線引き温度が高くなり、内部の母材に結晶が発生したために、損失が１８ｄＢ／ｍへ上昇してしまった。
【実施例４】
【００５４】
表２のNo.３ガラスと比較例Ｂ，Ｃのガラスでジャケット管をそれぞれ作製し、表１のNo.１−２０ガラスで作製した延伸母材をそれらジャケット管にそれぞれ挿入してファイバ線引きを行った。その結果得られた各ファイバ５０ｍを巻き取ったものを、高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）にかけた前後のファイバの引張強度を測定した。ここで、「ＲＨ」は相対湿度（％）である。表２のNo.３ガラスで作られたファイバの引張強度の平均は、７００ＭＰａから６９０ＭＰａとほとんど変化しなかったが、比較例Ｂのガラスで作られたファイバの場合の引張強度の平均は６３０ＭＰａから２１０ＭＰａへと、また比較例Ｃの場合では引張強度の平均は５８０ＭＰａから１２０ＭＰａへと、それぞれ大きく平均強度が劣化した。
【００５５】
表２のNo.３ガラスで作製したファイバと比較例Ｃガラスで作製したファイバとをそれぞれ石英ファイバと融着接続を行った。そのとき、これらの各ガラス（第２クラッドガラス）のファイバ断面積を占める割合は７０％を超えていた。接続強度を引張強度で評価した結果、表２のNo.３ガラスで第２クラッドを作製したファイバの接続強度は平均１８０ＭＰａとハンドリングに十分であるのに対し、比較例Ｃガラスのファイバで第２クラッドを作製したファイバの接続強度は平均７０ＭＰａであり、不十分であった。
【実施例５】
【００５６】
表１のNo.１１をコア、表１のNo.１２を第１クラッドとして母材を作製し、この母材を第１クラッドと同じ組成のジャケット管に挿入して延伸した後、得られたファイバをさらに表２のNo.６ガラスで作製した線引き用ジャケット管に挿入し、線引きしてファイバを作製した。
【００５７】
完成したその光ファイバの断面図と屈折率分布を図４に示す。コア径、第１クラッドの外径、第２クラッドの外径はそれぞれ６．１μｍ、６０μｍ、１２０μｍであった。また、Δｎおよびカットオフ波長は、０．６１％及び１．３μｍであった。最外ジャケットガラス（第２クラッド）の断面積は７５％を占めていた。
【００５８】
この光ファイバをΔｎ：１％の石英ファイバと融着接続を行った。融着接続は市販のアーク放電型の接続装置を用いて行った。融着接続部の引張強度は平均１７２ＭＰａであり、接続装置からの取り出し、接続補強チューブ（図示しない）の装着もスムーズにハンドリングできた。接続損失は０．２ｄＢ、反射減衰量は５６ｄＢであり、図４の屈折率分布におけるｎ３の高い屈折率は光学的に接続損失や反射減衰量には影響を与えなかった。さらに、上記と同一条件で融着接続した接続ファイバを１１本用意し、温度サイクル試験（−４０℃から７５℃、５００サイクル）を行った。その結果、全てのファイバにおいて損失の変動は０．１ｄＢ以下であった。
【００５９】
次に、本発明のフツリン酸ファイバの長さ６ｍのものと、ＭＦＤを拡大し、四光波混合の発生を抑制した石英系ＥＤＦの４０ｍのものとを用いて、２５ｄＢのＬ帯増幅動作を行なった。その結果、５０ＧＨｚ間隔９０チャネルの信号増幅中に中央４５チャネル目の信号を抜き、ＦＷＭ（４光波混合）光を測定した。その結果、石英系ＥＤＦを用いた場合では、信号パワー／ＦＷＭパワーが２５ｄＢであったのが、本発明のフツリン酸ＥＤＦでは、４５ｄＢとなり、ＦＷＭ光の発生が２０ｄＢ抑制された。
【００６０】
以上の実施例では光ファイバの組成として具体例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６１】
（他の実施形態と実施例）
上記では、本発明の好適な実施形態および実施例を例示して説明したが、本発明の実施形態と実施例は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。また、上記実施形態例に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種種の発明を形成できる。例えば、必要に応じて実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施例に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ファイバ損失、接続の反射量に対する本発明によるフツリン酸ガラスの組成依存性を示す特性図である。
【図２】高温高湿試験（１２０℃、９０ＲＨ、１００時間）前後のフツリン酸ファイバの損失スペクトルの一例を示す特性図である。
【図３】本発明によるフツリン酸ファイバと石英ファイバの融着接続部の引張強度に対する、フツリン酸ファイバの第２クラッドガラスファイバ断面積比依存性を示す特性図である。
【図４】本発明によるフツリン酸ファイバの断面および屈折率プロファイルを表す概念図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心のコアの周りに第１クラッド、第２クラッドが順に配置された二重構造のクラッドを有し、該コアガラスに少なくとも希土類を添加したフツリン酸ファイバであって、
前記コア、前記第１クラッド及び前記第２クラッドの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、
ｎ３≧ｎ１＞ｎ２
の関係になり、
接続対象の石英ガラス製ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率がそれぞれ０．２％以内で一致し、
かつ、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上であることを特徴とするフツリン酸ファイバ。
【請求項２】
前記第２クラッドガラスの断面積が、前記フツリン酸ファイバのファイバ断面積の少なくとも７０％以上を占め、該第２クラッドガラスはアルカリ元素を含まない組成をもつことを特徴とする請求項１に記載のフツリン酸ファイバ。
【請求項３】
前記フツリン酸ファイバの前記コアおよび前記第１クラッドガラスの組成として、モル％で
Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３ ５〜２０ｍｏｌ％，
ＡｌＦ３＋ＹＦ３ ５〜４０ｍｏｌ％，
ＭｇＦ２＋ＣａＦ２＋ＳｒＦ２＋ＢａＦ２ ４０〜７０ｍｏｌ％，
Ｌｉ＋ＮａＦ＋ＫＦ ０〜５ｍｏｌ％
の範囲内にあり、
前記コアおよび前記第１クラッドともに、Ｏ／Ｆの原子比が０．１〜０．４５の範囲内で、かつ２価および１価のフッ化物元素を酸化物元素に置換可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のフツリン酸ファイバ。
【請求項４】
前記フツリン酸ファイバの前記第２クラッドガラスの組成として、モル％で
Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３ １０〜２５ｍｏｌ％，
ＡｌＦ３＋ＹＦ３ ５〜４０ｍｏｌ％，
ＭｇＦ２＋ＣａＦ２＋ＳｒＦ２＋ＢａＦ２ ４０〜７０ｍｏｌ％
の範囲内にあり、
前記コアおよび前記第１クラッドともに、Ｏ／Ｆの原子比が０．２〜０．６の範囲内で、かつ２価および１価のフッ化物元素を酸化物元素に置換可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフツリン酸ファイバ。
【請求項１】
中心のコアの周りに第１クラッド、第２クラッドが順に配置された二重構造のクラッドを有し、該コアガラスに少なくとも希土類を添加したフツリン酸ファイバであって、
前記コア、前記第１クラッド及び前記第２クラッドの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、
ｎ３≧ｎ１＞ｎ２
の関係になり、
接続対象の石英ガラス製ファイバとコアおよび第１クラッドガラスの屈折率がそれぞれ０．２％以内で一致し、
かつ、ガラスの屈伏温度が４５０℃以上であることを特徴とするフツリン酸ファイバ。
【請求項２】
前記第２クラッドガラスの断面積が、前記フツリン酸ファイバのファイバ断面積の少なくとも７０％以上を占め、該第２クラッドガラスはアルカリ元素を含まない組成をもつことを特徴とする請求項１に記載のフツリン酸ファイバ。
【請求項３】
前記フツリン酸ファイバの前記コアおよび前記第１クラッドガラスの組成として、モル％で
Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３ ５〜２０ｍｏｌ％，
ＡｌＦ３＋ＹＦ３ ５〜４０ｍｏｌ％，
ＭｇＦ２＋ＣａＦ２＋ＳｒＦ２＋ＢａＦ２ ４０〜７０ｍｏｌ％，
Ｌｉ＋ＮａＦ＋ＫＦ ０〜５ｍｏｌ％
の範囲内にあり、
前記コアおよび前記第１クラッドともに、Ｏ／Ｆの原子比が０．１〜０．４５の範囲内で、かつ２価および１価のフッ化物元素を酸化物元素に置換可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のフツリン酸ファイバ。
【請求項４】
前記フツリン酸ファイバの前記第２クラッドガラスの組成として、モル％で
Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３ １０〜２５ｍｏｌ％，
ＡｌＦ３＋ＹＦ３ ５〜４０ｍｏｌ％，
ＭｇＦ２＋ＣａＦ２＋ＳｒＦ２＋ＢａＦ２ ４０〜７０ｍｏｌ％
の範囲内にあり、
前記コアおよび前記第１クラッドともに、Ｏ／Ｆの原子比が０．２〜０．６の範囲内で、かつ２価および１価のフッ化物元素を酸化物元素に置換可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフツリン酸ファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１９４１７１（Ｐ２００９−１９４１７１Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３５５４（Ｐ２００８−３３５５４）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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