JP2948656B2 - 活性元素添加光ファイバ部品の製造方法 - Google Patents
活性元素添加光ファイバ部品の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、希土類元素などの活性元素を添加した光フ
ァイバ部品の製造方法に関する。
ァイバ部品の製造方法に関する。
エルビウム（Er）などの希土類元素や遷移金属は、い
わゆる光増幅能を有するので光ファイバレーザや光ファ
イバ増幅などに利用できる。この光ファイバにおいて光
は主にコア中を伝搬するので、希土類元素は通常コア中
に添加される。しかし、希土類元素は励起光でポンピン
グされて光増幅能を有すると同時に、信号光に対しては
光損失要因となるので、コア中へのドープ量の調整など
は極めて難しい。また、光ファイバ中の光は主としてコ
ア中を伝搬するものの、一部はクラッドにもにじみ出す
ので、光ファイバのクラッドに希土類元素をドープした
ときでも、一定程度の光増幅が実現できる。しかしこの
場合には、クラッドの光パワーレベルはコアに比べれば
低いため、希土類元素高濃度にドープすることが必要に
なる。
わゆる光増幅能を有するので光ファイバレーザや光ファ
イバ増幅などに利用できる。この光ファイバにおいて光
は主にコア中を伝搬するので、希土類元素は通常コア中
に添加される。しかし、希土類元素は励起光でポンピン
グされて光増幅能を有すると同時に、信号光に対しては
光損失要因となるので、コア中へのドープ量の調整など
は極めて難しい。また、光ファイバ中の光は主としてコ
ア中を伝搬するものの、一部はクラッドにもにじみ出す
ので、光ファイバのクラッドに希土類元素をドープした
ときでも、一定程度の光増幅が実現できる。しかしこの
場合には、クラッドの光パワーレベルはコアに比べれば
低いため、希土類元素高濃度にドープすることが必要に
なる。
例えば、活性元素として希土類元素を光ファイバへ添
加する方法としては、気相法、及び溶液含浸法が知られ
ている。気相法としては、希土類元素の塩化物を加熱
し、この蒸気を石英ガラスの原料ガス、例えば四塩化ケ
イ素と共に反応管内に流すことによって、ガラス合成時
に希土類元素を添加しておく。そして、この希土類元素
が添加されたガラスでロッドを作製し、透明化した後に
クラッド母材あるいはコア母材を形成して光ファイバを
作製する。この他にも、シリカ粒子の集合体を加熱した
後に透明化する際に、希土類元素の蒸気に晒すことによ
って、ガラス内に希土類元素を添加し、光ファイバを形
成する方法などがある。一方、溶液含浸法としては、シ
リカ粒子の集合体を希土類元素のアルコール溶液または
水溶液に浸漬し、次に溶媒を蒸発させてシリカ粒子の集
合体を焼結することにより、希土類元素をガラス体に添
加し、光ファイバを得る方法が知られている。
加する方法としては、気相法、及び溶液含浸法が知られ
ている。気相法としては、希土類元素の塩化物を加熱
し、この蒸気を石英ガラスの原料ガス、例えば四塩化ケ
イ素と共に反応管内に流すことによって、ガラス合成時
に希土類元素を添加しておく。そして、この希土類元素
が添加されたガラスでロッドを作製し、透明化した後に
クラッド母材あるいはコア母材を形成して光ファイバを
作製する。この他にも、シリカ粒子の集合体を加熱した
後に透明化する際に、希土類元素の蒸気に晒すことによ
って、ガラス内に希土類元素を添加し、光ファイバを形
成する方法などがある。一方、溶液含浸法としては、シ
リカ粒子の集合体を希土類元素のアルコール溶液または
水溶液に浸漬し、次に溶媒を蒸発させてシリカ粒子の集
合体を焼結することにより、希土類元素をガラス体に添
加し、光ファイバを得る方法が知られている。
しかし上述の方法による活性元素添加光ファイバの作
製においては、気相法では希土類元素の蒸気圧が低いこ
とからその添加濃度が数ppmから数十ppmが限界である。
従って、クラッドに希土類元素をドープするタイプのも
のでは十分な光増幅能を発揮することができない。一
方、溶液含浸法では、数千ppm程度の高濃度添加が可能
であるが、シリカ粒子の集合体のカサ密度分布による含
浸量がばらつくため、希土類元素がクラッドに均一、か
つ高濃度に添加された光ファイバを得ることは難しい。
製においては、気相法では希土類元素の蒸気圧が低いこ
とからその添加濃度が数ppmから数十ppmが限界である。
従って、クラッドに希土類元素をドープするタイプのも
のでは十分な光増幅能を発揮することができない。一
方、溶液含浸法では、数千ppm程度の高濃度添加が可能
であるが、シリカ粒子の集合体のカサ密度分布による含
浸量がばらつくため、希土類元素がクラッドに均一、か
つ高濃度に添加された光ファイバを得ることは難しい。
これらの方法に対し、ソルゲル法では、希土類元素を
高濃度に添加でき、かつ濃度会合を生じないようにする
ことができる。従ってゾルゲル法で得たガラス材料をク
ラッド母材に様いて光ファイバを紡糸すれば、希土類元
素が均一かつ高濃度にクラッドに添加された光ファイバ
部品を得ることができると考えられる。
高濃度に添加でき、かつ濃度会合を生じないようにする
ことができる。従ってゾルゲル法で得たガラス材料をク
ラッド母材に様いて光ファイバを紡糸すれば、希土類元
素が均一かつ高濃度にクラッドに添加された光ファイバ
部品を得ることができると考えられる。
ところで、光ファイバ中の光は主としてコアを伝搬す
るものの、その一部はクラッドにもにじみ出し、クラッ
ド内を伝搬する。特に光ファイバが一部で細径化されて
いる場合には、この細径化部分でクラッドを伝搬する光
のパワー密度が相対的に大きくなる。このため、前述の
方法で、光ファイバの全長にわたってクラッドに活性元
素を添加したときでも、一部を細径化させることで比較
的大きな光増幅能を実現することが可能になる。
るものの、その一部はクラッドにもにじみ出し、クラッ
ド内を伝搬する。特に光ファイバが一部で細径化されて
いる場合には、この細径化部分でクラッドを伝搬する光
のパワー密度が相対的に大きくなる。このため、前述の
方法で、光ファイバの全長にわたってクラッドに活性元
素を添加したときでも、一部を細径化させることで比較
的大きな光増幅能を実現することが可能になる。
しかし前述のクラッドを伝搬する光は、光ファイバの
細径化部分において相対的に大きくなるため、クラッド
外部にもにじめ出てしまう場合がある。また、細径化さ
れた部分（光増幅能に寄与する部分）以外の部分では、
クラッドの伝搬光は希土類元素による損失を受ける。特
に、光ファイバ部品が比較的長く、高濃度にドープされ
ているときには、全体の光損失は無視できないものとな
り、十分な光増幅能を発揮しにくくなる。
細径化部分において相対的に大きくなるため、クラッド
外部にもにじめ出てしまう場合がある。また、細径化さ
れた部分（光増幅能に寄与する部分）以外の部分では、
クラッドの伝搬光は希土類元素による損失を受ける。特
に、光ファイバ部品が比較的長く、高濃度にドープされ
ているときには、全体の光損失は無視できないものとな
り、十分な光増幅能を発揮しにくくなる。
本発明は、このような課題を解決した活性元素透過光
ファイバ部品の製造方法を提供するものである。
ファイバ部品の製造方法を提供するものである。
本発明は、光ファイバの一部を細径化して光ファイバ
部品を形成する第１の工程と、光増幅能を有する活性元
素を添加したゾルゲル法による溶液で、光ファイバ部品
の細径化された部分に被膜を形成する第２の工程と、被
覆膜を透明ガラス化する第３の工程とを備えることを特
徴とする。
部品を形成する第１の工程と、光増幅能を有する活性元
素を添加したゾルゲル法による溶液で、光ファイバ部品
の細径化された部分に被膜を形成する第２の工程と、被
覆膜を透明ガラス化する第３の工程とを備えることを特
徴とする。
なお、第３の工程で形成された前記ガラス被膜での屈
折率は、光ファイバ部品の細径化された部分のクラッド
での屈折率よりも１％低いころが望ましい。
折率は、光ファイバ部品の細径化された部分のクラッド
での屈折率よりも１％低いころが望ましい。
本発明の構成によれば、光ファイバに形成された細径
化部周囲にはガラス被膜が設けられるため、実効的にク
ラッドの一部として機能し、伝達光の一部がこのガラス
被膜にしみ出す。ここで、ガラス被膜はゾルゲル法によ
って作製されるため、光増幅に寄与する細径化部分の周
囲において、局所的に高濃度、かつ均一に活性元素を添
加することができる。
化部周囲にはガラス被膜が設けられるため、実効的にク
ラッドの一部として機能し、伝達光の一部がこのガラス
被膜にしみ出す。ここで、ガラス被膜はゾルゲル法によ
って作製されるため、光増幅に寄与する細径化部分の周
囲において、局所的に高濃度、かつ均一に活性元素を添
加することができる。
また、ガラス被膜の屈折率をクラッドの屈折率よりも
１％程度低くすれば、クラッド外部のガラス被膜ににじ
み出した光を、再びクラッド内部に戻して無駄なく伝送
することができる。
１％程度低くすれば、クラッド外部のガラス被膜ににじ
み出した光を、再びクラッド内部に戻して無駄なく伝送
することができる。
以下、図面に基づき本発明の実施例を説明する。
第１図は、実施例に係る製造工程図である。まず、ク
ラッド母材とコア母材とで形成されるプリフォームから
紡糸された光ファイバ１を、石英板２を介してバーナー
炎３で加熱し延伸する（同図（ａ）図示）。これによ
り、光ファイバ１には細径化部分４（同図（ｂ）図示）
が設けられる。一方、ゾルゲル法を用いて、光増幅能を
有する活性元素を添加した活性元素添加ゾル５を作製
し、すでに形成した光ファイバ１の細径化部分４に塗布
し、被覆膜51を形成する。次に、この被覆膜51を乾燥
し、ゲル化する（第１図（ｃ）図示）。次にこの光ファ
イバ１を加熱し、さらに焼結することによって、透明化
されたガラス被膜６が形成される（同図（ｄ）図示）。
ラッド母材とコア母材とで形成されるプリフォームから
紡糸された光ファイバ１を、石英板２を介してバーナー
炎３で加熱し延伸する（同図（ａ）図示）。これによ
り、光ファイバ１には細径化部分４（同図（ｂ）図示）
が設けられる。一方、ゾルゲル法を用いて、光増幅能を
有する活性元素を添加した活性元素添加ゾル５を作製
し、すでに形成した光ファイバ１の細径化部分４に塗布
し、被覆膜51を形成する。次に、この被覆膜51を乾燥
し、ゲル化する（第１図（ｃ）図示）。次にこの光ファ
イバ１を加熱し、さらに焼結することによって、透明化
されたガラス被膜６が形成される（同図（ｄ）図示）。
以上述べた方法によって、第２図（ａ）に示される断
面構造を有する光ファイバ部品を得ることができる。上
記の実施例は、１本の光ファイバから希土類元素を添加
した光ファイバ部品を作製するものであるが、２本の光
ファイバで光ファイバ部品を作製することもできる。即
ち、２本の光ファイバを加熱、延伸し、細径化部分で融
着させ、この細径化部分に活性元素を添加したガラス被
膜を形成したときには、第２図（ｂ）に示されるような
光ファイバ部品が得られる。なお、ガラス被膜６での屈
折率が、クラッドでの屈折率よりも１％程度低くなるよ
うに、上記の活性元素添加ゾルを作製することが望まし
い。
面構造を有する光ファイバ部品を得ることができる。上
記の実施例は、１本の光ファイバから希土類元素を添加
した光ファイバ部品を作製するものであるが、２本の光
ファイバで光ファイバ部品を作製することもできる。即
ち、２本の光ファイバを加熱、延伸し、細径化部分で融
着させ、この細径化部分に活性元素を添加したガラス被
膜を形成したときには、第２図（ｂ）に示されるような
光ファイバ部品が得られる。なお、ガラス被膜６での屈
折率が、クラッドでの屈折率よりも１％程度低くなるよ
うに、上記の活性元素添加ゾルを作製することが望まし
い。
上記の製造工程によって得られた光ファイバ部品の作
用を、第２図を参照して説明する。同図（ａ）の光ファ
イバ１のコア11に信号光と励起光を入射すると、細径化
部分４で光がクラッド周囲のガラス被膜６ににじみ出
し、そのガラス被膜６中の活性元素が零下光によってポ
ンピングされる。このとき、ガラス被膜６には信号光も
にじみ出しているので、誘導放出により、いわゆる光増
幅能が発揮される。
用を、第２図を参照して説明する。同図（ａ）の光ファ
イバ１のコア11に信号光と励起光を入射すると、細径化
部分４で光がクラッド周囲のガラス被膜６ににじみ出
し、そのガラス被膜６中の活性元素が零下光によってポ
ンピングされる。このとき、ガラス被膜６には信号光も
にじみ出しているので、誘導放出により、いわゆる光増
幅能が発揮される。
第２図（ｂ）の光ファイバ部品の場合には、一方の光
ファイバ1aのコア11aに信号光を入射し、他方の光ファ
イバ1bのコア11bに励起光を入射すると、それぞれの細
径化部分4a及び4aの融着部７において、光が細径化部分
4a及び4bの周囲に形成されたガラス被膜６ににじみ出
し、上記と同様にして光増幅能が発揮される。このと
き、細径化部分4a及び4b以外のクラッドには、特に希土
類元素はドープされていないので、ここで光損失を受け
ることはない。
ファイバ1aのコア11aに信号光を入射し、他方の光ファ
イバ1bのコア11bに励起光を入射すると、それぞれの細
径化部分4a及び4aの融着部７において、光が細径化部分
4a及び4bの周囲に形成されたガラス被膜６ににじみ出
し、上記と同様にして光増幅能が発揮される。このと
き、細径化部分4a及び4b以外のクラッドには、特に希土
類元素はドープされていないので、ここで光損失を受け
ることはない。
次に、本発明者が行った具体的な実施例について説明
する。まず光ファイバ１を、石英板２を介してバーナ炎
３で加熱し、長手方向に延伸した光ファイバ１に細径化
部分４を形成する。次に、テトラメトキシシラン10ml、
エチルアルコール15ml、水10ml、塩酸（12M）0.12ml、
ポリエチレングリコール0.8g、塩化エルビウム（ErCl3
・6H2O）0.19gを混合し、約30分間マグネチックスター
ラで撹拌する。この様にして得られた活性元素添加ゾル
５に、前述の光ファイバ１を浸し、その後その光ファイ
バ１を引き合げると、前述の細径化部４に被覆膜51が形
成される。その後、約12時間空気中で乾燥する。次いで
電気炉中において、500℃中１時間加熱して焼結し、被
覆膜51を透明化してガラス被膜６を得る。
する。まず光ファイバ１を、石英板２を介してバーナ炎
３で加熱し、長手方向に延伸した光ファイバ１に細径化
部分４を形成する。次に、テトラメトキシシラン10ml、
エチルアルコール15ml、水10ml、塩酸（12M）0.12ml、
ポリエチレングリコール0.8g、塩化エルビウム（ErCl3
・6H2O）0.19gを混合し、約30分間マグネチックスター
ラで撹拌する。この様にして得られた活性元素添加ゾル
５に、前述の光ファイバ１を浸し、その後その光ファイ
バ１を引き合げると、前述の細径化部４に被覆膜51が形
成される。その後、約12時間空気中で乾燥する。次いで
電気炉中において、500℃中１時間加熱して焼結し、被
覆膜51を透明化してガラス被膜６を得る。
このようにして、光増幅能を十分に発揮し得る光ファ
イバ部品を得ることができる。
イバ部品を得ることができる。
なお、活性元素としては本実施例で用いたErに限る必
要はなく、光増幅能を有するものであれば他の希土類元
素でも良く、また遷移金属であっても良い。また、ガラ
ス被膜の屈折率はクラッドの屈折率よりも１％程度低く
なっていることが望ましい。この場合には、ガラス被膜
にしみ出した光は、再びクラッドからコアに戻りやすく
なるので、効率の良い光増幅、光伝搬が可能になる。さ
らに、細径化部分の形成は、化学的エッチングでクラッ
ドを薄くすることで行っても良く、機械的研磨によって
行っても良い。
要はなく、光増幅能を有するものであれば他の希土類元
素でも良く、また遷移金属であっても良い。また、ガラ
ス被膜の屈折率はクラッドの屈折率よりも１％程度低く
なっていることが望ましい。この場合には、ガラス被膜
にしみ出した光は、再びクラッドからコアに戻りやすく
なるので、効率の良い光増幅、光伝搬が可能になる。さ
らに、細径化部分の形成は、化学的エッチングでクラッ
ドを薄くすることで行っても良く、機械的研磨によって
行っても良い。
以上説明したように本発明では、クラッドの細径化部
分に形成されたガラス被膜がゾルゲル法により形成され
るので、光増幅能を寄与する部分に活性元素を高濃度に
添加でき、従って効率的な光増幅、レーザ発振、及び光
伝搬を行うことができる光ファイバ部品が得られる。ま
た、ガラス被膜の屈折率がクラッドよりも低くなるよう
にすると、光増幅能をさらに十分に発揮し得る光ファイ
バ部品を形成することができる。
分に形成されたガラス被膜がゾルゲル法により形成され
るので、光増幅能を寄与する部分に活性元素を高濃度に
添加でき、従って効率的な光増幅、レーザ発振、及び光
伝搬を行うことができる光ファイバ部品が得られる。ま
た、ガラス被膜の屈折率がクラッドよりも低くなるよう
にすると、光増幅能をさらに十分に発揮し得る光ファイ
バ部品を形成することができる。
第１図は本発明の実施例に係る活性元素添加光ファイバ
部品の製造方法の工程図、第２図は実施例により作製し
た光ファイバ部品の断面図である。 １、1a、1b……光ファイバ、11、11a、11b……コア、２
……石英板、３……バーナ炎、４、4a、4b……細径化部
分、５……活性元素添加ゾル、51……被覆膜、６……ガ
ラス被膜、７……融着部。
部品の製造方法の工程図、第２図は実施例により作製し
た光ファイバ部品の断面図である。 １、1a、1b……光ファイバ、11、11a、11b……コア、２
……石英板、３……バーナ炎、４、4a、4b……細径化部
分、５……活性元素添加ゾル、51……被覆膜、６……ガ
ラス被膜、７……融着部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 重松 昌行 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 金森 弘雄 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 泉田 史 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−198402（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−289632（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−31826（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−290629（ＪＰ，Ａ) 特許2786006（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/54
Claims (2)
- 【請求項１】光ファイバの一部を細径化して光ファイバ
部品を形成する第１の工程と、 ゾルゲル法によって光増幅能を有する活性元素を添加し
た溶液で、前記光ファイバ部品の細径化された部分に被
覆膜を形成する第２の工程と、 前記被覆膜を透明ガラス化し、ガラス被膜を形成する第
３の工程と を備えることを特徴とする、活性元素添加光ファイバ部
品の製造方法。 - 【請求項２】前記第３の工程で形成された前記ガラス被
膜での屈折率は、前記光ファイバ部品の細径化された部
分のクラッドでの屈折率よりも１％程度低いことを特徴
とする、請求項１記載の活性元素添加光ファイバ部品の
製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2331535A JP2948656B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 活性元素添加光ファイバ部品の製造方法 |
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