JPH03211504A - 希土類ドープファイバ及びそのプリフォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 希土類ドープファイバの製造方法及びそのプリフォーム
の製造方法に関し、 コア中心部の希土類元素濃度が極端に低下することがな
い上記方法の提供を目的とし、プリフォームの製造方法
にあっては、気相反応によって生じた酸化物ガラス微粉
末を石英反応管内に付着させて第１のスート状コアガラ
スを形成する第１の工程と、上記石英反応管を外側から
加熱して、上記第１のスート状コアガラスをガラス化す
ると共に、上記石英反応管を一次コラプスする第２の工
程と、上記ガラス化した第１のコアガラス上に気相反応
によって生じた酸化物ガラス微粉末を付着させて第２の
スート状コアガラスを形成する第３の工程と、希土類元
素化合物を溶質とする溶液を上記第２のスート状コアガ
ラスに含浸させる第４の工程と、上記石英反応管を外側
から上記第２の工程における加熱温度よりも高い温度に
加熱して、上記第２のスート状コアガラスをガラス化す
ると共に、上記石英反応管を最終コラプスする第５の工
程とを備えて構成する。

産業上の利用分野 本発明は希土類ドープファイバの製造方法及びそのプリ
フォームの製造方法に関する。

光信号を電気信号に変換することなく光信号のままで直
接増幅する光増幅器は、事実上ピットレートフリーであ
り大容量化が容易であるという点及び多チャンネルの一
括増幅が可能であるという点から、今後の光通信システ
ムのキーデバイスの一つとして各研究機関で盛んに研究
されている。

この種の光増幅器の一形態として、コアにＥｒ。

Ｎｄ、Ｙｂ等の希土類元素をドープした光ファイバ（本
願明細書等において「希土類ドープファイバ」と称する
。）を用い、この希土類ドープファイバに増幅すべき信
号光と励起光（ポンピング光）とを同方向又は逆方向に
導き入れるようにしたものがある。この希土類ドープフ
ァイバを用いた光フアイバ増幅器は、利得の偏光依存性
がないこと、低雑音であること、伝送路との結合損失が
小さいことといった優れた特長を有しており、希土類ド
ープファイバ及びそのプリフォームの製造方法の最適化
が模索されている。

尚、上述の光フアイバ増幅器の具体的な利用態様として
は次のようなものがある。

■送信側においては、光フアイバ増幅器を光パワーブー
スタとして用い、分岐・挿入損の補償や送信パワーの増
加を図る。

：受信側においては、光フアイバ増幅器を光プリアンプ
として用い、受信感度の改善を図る。

■光ファイバ増幅器を光中継器として用い、中継器の小
型化や高信頼化を図る。

従来の技術 第５図に希土類ドープファイバによる光増幅の原理を模
式的に示す。２はコア２ａ及びクラッド２ｂから構成さ
れた希土類ドープファイバであり、コア２ａ中にエルビ
ウム（Ｅｒ）等の希土類元素がドープされて５する。こ
のような希土類ドープファイバ２に励起光が入射すると
、希土類原子が高５１エネルギー準位に励起される。希
土類原子が高し）エネルギー準位に励起されている光フ
ァイバ２に信号光が入射すると、光の誘導放出が生じ、
希土類原子が低いエネルギー準位に遷移するが、この時
信号光のパワーが光ファイバに沿って次第に大きくなり
、信号光の増幅が行われる。ドープされた希土類元素が
エルビウム（Ｅｒ）である場合において、波長が１．５
５μｍ帯の信号光を増幅するときには、例えば波長が１
．４９μｍ帯のレーザ光を励起光として用いる。又、ド
ープされた希土類元素がネオジム（Ｎｄ）である場合に
おいて、波長が１．３μｍ帯の信号光を増幅するときに
は、例えば波長が０．８μｍ帯のレーザ光を励起光とし
て用いる。

上述した光増幅の原理に従うと、励起光は希土類ドープ
ファイバ内の希土類原子を高いエネルギー準位にする際
にエネルギーを消費するので、励起光が希土類ドープフ
ァイバ内を伝搬するに従って、励起光の吸収が生じるこ
とになる。一方、ある一定のしきい値レベルよりも小さ
い励起光パワーでは、光増幅が行われるのに十分な希土
類原子の励起が生じないことが知られている。従って、
コア中への希土類元素のドープ濃度が一様である希土類
ドープファイバを用いた光フアイバ増幅器にあっては、
伝搬光のモード分布が一般にはコア中心部の電界振幅が
最大となるガウス型の分布であることから、希土類元素
がドープされているこにとより却って信号光及び励起光
のパワーの損失を生じさせることがある。このような点
に鑑み、増幅効率を高めることを目的として、コア中心
部近傍の部分にのみ希土類元素をドープすることが提案
されている。

コア近傍の部分にのみ希土類元素をドープする方法を第
６図により説明する。この方法は、石英反応管４の内壁
面に希土類元素がドープされていないガラス化されたコ
アガラス６を形成し、このコアガラス６を形成するより
も低い温度でＭＣＶＤ法を実施することによってコアガ
ラス６上にスート状コアガラス８を付着させ、コアガラ
ス６及びスート状コアガラス８が付加された石英反応管
４を、希土類元素化合物を溶質とした溶液１０に浸漬さ
せてこの溶液をスート状コアガラス８に含浸させた後、
溶液を乾燥してコラプスを行うようにしたものである。

得られたプリフォームを溶融紡糸（線引き）することに
よって、希土類ドープファイバを製造することができる
。

発明が解決しようとする課題 従来方法において、コアガラス６及びスート状コアガラ
ス８が付加された石英反応管４についてコラプスを行う
場合、加熱用のバーナの石英反応管長手方向への走査は
、プリフォーム断面の楕円化及びコア中への気泡の残留
を防止することを目的として、複数回行われるのが通例
である。しかし、コラプスは、石英反応管等が軟化する
のに十分な高温下にて行われるから、加熱用のバーナの
走査回数が増えるに従って、ドープされた希土類元素の
コアガラスからの蒸発量が増大し、第７図に示すように
、コア中心部の希土類元素濃度が極端に低下することに
なる。同図において、１２゜１４はプリフォーム又は光
ファイバにおけるそれぞれクラッド、コアであり、１４
ａはコア１４のうち希土類元素がドープされている部分
、１４ｂは希土類元素がドープされていない部分である
。

また、屈折率も同様にコア中心部が極端に低くなってい
る。これは、屈折率調整用にドープされたＧｅ等が希土
類元素と同様に蒸発するためである。

コア中心部の希土類元素濃度が極端に低下すると、伝搬
光のコア中心部における電界振幅が最大であることから
、効率良い光増幅が行われなくなるという問題が生じる
。

本発明はこのような技術的課題に鑑みて創作されたもの
で、コア中心部の希土類元素濃度が極端に低下すること
がない希土類ドープファイバ、そのプリフォームの製造
方法の提供を目的としている。

課題を解決するための手段 本発明の希土類ドープファイバ用プリフォームの製造方
法は、気本目反応によって生じた酸化物ガラス微粉末を
石英反応管内に付着させて第１のスート状コアガラスを
形成する第１の工程と、上記石英反応管を外側から加熱
して、上記第１のスート状コアガラスをガラス化すると
共に、上記石英反応管を一次コラプスする第２の工程と
、上記ガラス化した第１のコアガラス上に気相反応によ
って生じた酸化物ガラス微粉末を付着させて第２のスー
ト状コアガラスを形成する第３の工程と、希土類元素化
合物を溶質とする溶液を上記第２のスート状コアガラス
に含浸させる第４の工程と、上記石英反応管を外側から
上記第２の工程における加熱温度よりも高い温度に加熱
して、上記第２のスート状コアガラスをガラス化すると
共に、上記石英反応管を最終コラプスする第５の工程と
を備えたものである。

本発明の希土類ドープファイバの製造方法は、上記方法
により製造されたプリフォームを溶融紡糸するようにし
たものである。

作　　　用 本発明方法によれば、希土類元素がドープされていない
第１のコアガラスを形成して一次コラプスを行ったのち
、希土類元素がドープされた第２のスート状コアガラス
を形成して、最終コラプスを行うようにしているので、
一次コラプスを行わない従来方法と比較して、最終コラ
プス工程における加熱用のバーナの走査回数が一回で済
むようになり、或いは、バーナの走査回数が少なくて済
むようになる。その結果、コラブス工程における希土類
元素及び屈折率調整用のドーパントのコアガラスからの
蒸発が抑制され、コア中心部の希土類元素濃度が極端に
低下すること及び、コア中心部の屈折率が極端に低下す
ることが防止される。

本発明方法において、第５の工程の最終コラプスでの加
熱温度を第２の工程の一次コラプスの加熱温度よりも高
くしているのは、石英反応管内部の中空部を除去するた
めの最終コラプスにおいては、石英反応管内部の中空部
を除去しない一次コラプスにおける加熱温度よりも高い
加熱温度が必要とされるからである。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明方法の実施に使用することができるプリ
フォーム製造装置の構成図である。３６は石英反応管２
２を回転可能ｊご支持するガラス旋盤、３８はガラス旋
盤３６上を石英反応管２２の軸方向に往復動じて石英反
応管２２を外部から加熱するバーナ、４０はバーナ３８
に供給する０２及びＨ２の流量等を調整してバーナ３８
の燃焼状態を制御する温度制御部である。石英反応管２
２の端部に接続されたコネクタ４２にはガス供給管４４
が接続されており、このガス供給管４４を介して原料ガ
スや０２　等の気体を石英反応管２２の内部に送り込む
ようにしている。４６は３ｉＣ１＋ＧｅＣｌ４等の原料
ガス供給器であり、その供給量は、マスフローメータ４
８を介して送り込まれるキャリアガス（０２）の流量に
よって制御される。コネクタ４２にはガス供給管４４と
並んで溶液供給管５０が接続されており、この溶液供給
管５Ｑはバルブ５２を介して溶液タンク５４に接続され
ている。バルブ５２を開くことによって、溶液タンク５
４内の溶液を石英反応管２２内部に送り込むことができ
る。尚、コネクタ４２を介したガス供給管４４及び溶液
供給管５０と石英反応管２２との接続部は、通常の方法
によりシーリングが施されており、これにより、石英反
応管２２内邪に閉じた系が確保されるようになっている
。

第１図は本発明の実施例を示すプリフォームの製造工程
図である。

まず、原料ガス及び０２　が送りこまれている石英反応
管２２を回転させながら、例えば第３図中の左かみ右方
向に等速度で移動しているバーナ３８により石英反応管
２２を外部から加熱すると、石英反応管２２内にはコア
となる酸化物ガラス微粉末が堆積し、この酸化物ガラス
微粉末は、第１図（ａ）に示すように、バーナ３８によ
る加熱によって第１のスート状コアガラス２４として石
英反応管２２の内壁面上に付着する。バーナ３８による
走査は複数回行っても良い。石英反応管２２の外径、内
径、長さは例えばそれぞれ２２ｍｍ、１８闘。

７００叩である。

次いて、第１図（ｂ）に示すように、バーナ３８を左か
み右方向に移動させながら石英反応管２２をその外側か
み加熱して、第１のスート状コアガラス２４をガラス化
させると共に、石英反応管°２２の一次コラプスを行う
。２４′はガラス化した第１のコアガラスである。この
ときの石英反応管の外径、内径は例えばそれぞれ約１５
０ｍ、４〜５　ｍ＋ｎである。

そして、第１図（Ｃ）に示すように、第１のスート状コ
アガラス２４を形成したのと同様にして、ガラス化した
第１のコアガラス２４′上に第２のスート状コアガラス
２６を付着させる。

その後、石英反応管２２の両端部近傍に図示しないくび
れ部を形成し、第１図（ｄ）に示すように、溶液供給管
５０を介して希土類元素化合物を溶質とした溶液を石英
反応管２２内に注入する。注入された溶液はこの時点で
多孔質な第２のスート状コアガラス２６にのみ含浸する
。希土類元素化合物を溶質とした溶液としては、塩化エ
ルビウム六水塩（Ｅ　ｒ　ＣＩ！、・６Ｈ２０）のアル
コール溶液を用いることができる。この場合、溶液濃度
は例えば０．００１〜１重量％であり、溶液注入量は例
えば５〜２０−である。

次いで、溶液供給管５０を後退させた後、乾燥Ｎ２　を
送り込んでアルコール分及び水分を蒸発させ、残留した
水分については、Ｃ１２，０２を石英反応管２２内に送
り込むと共にバーナ３８による加熱を行って十分に除去
する。

最後に、バーナ３８の加熱条件を変更して、第１図（ｅ
）に示すように、バーナ３８を左から右方向に走査して
、第２のスート状コアガラス２６をガラス化すると共に
、最終コラプスを行ってプリフォーム３４を得る。２６
′はガラス化した第２のコアガラスであり、この第２の
コアガラス２６′はプリフォーム３４における中心部に
位置している。この最終コラプスにおいては、石英反応
管２２内の中空部が図中左側から徐々に除去されてゆく
ので、残留している同中空部においては気体の流通は全
くなく、希土類元素等の蒸発は著しく少ない。

得られたプリフォーム３４における屈折率分布及び希土
類元素濃度分布を第２図により説明する。

プリフォーム３４において、石英反応管２２は低屈折率
なりラッドに相当し、第１のコアガラス２４′及び第２
のコアガラス２６′は高屈折率なコアに相当する。また
、第１のコアガラス２４′はコアのうち希土類元素がド
ープされていない部分に相当し、第２のコアガラス２６
′はコアのうち希土類元素がドープされている部分に相
当する。

この実施例では、最終コラプスにおける希土類元素、屈
折率調整用のドーパントの蒸発が著しく少ないから、コ
ア中心部の屈折率が極端に低下することがなく、また、
コア中心部の希土類元素濃度が極端に低下することがな
い。

第４図は本発明方法の実施に使用することができる溶融
紡糸装置（線引き装置）の説明図である。

５６は支持したプリフォーム３４を徐々に下方向に送り
出すプリフォーム送り部、５８はプリフォーム３４の下
端部を加熱して溶融させる加熱炉、２は溶融紡糸された
希土類ドープファイバ　６０は希土類ドープファイバ２
の線径を非接触で測定する線径測定部、６２は一次被覆
装置、６４は制御された速度で回転するキャプスタンロ
ーラ、６６はキャプスタンローラ６４によりたぐられた
希土類ドープファイバ２を巻き取るファイバ巻取部、６
８は線径測定部６０により測定された線径が一定に保た
れるようにキャプスタンローラ６４の回転速度をフィー
ドバック制御する線径側＠部である。

このような溶融紡糸装置及び上述のプリフォーム３４を
用いることによって、コア中心部の希土類元素濃度が極
端に低くない希土類ドープファイバを製造することがで
きるようになり、増幅効率が高い光フアイバ増幅器の提
供が可能になる。

この実施例では、石英反応管２２にくびれ部を形成し、
くびれ部間に溶液を注入するようにしているので、石英
反応管２２をガラス旋盤３６に装着したままの状態でプ
リフォームを製造するための全ての工程を実施すること
ができ、製造作業性が向上すると共に、コアへの不純物
の混入や欠陥の発生を防止することができる。

尚、スート状コアガラスへの溶液の含浸は、従来方法の
ように石英反応管を溶液中へ浸漬することによって行っ
ても良い。

また、この実施例では、石英反応管にスート状コアガラ
スを直接形成しているが、石英反応管内にクラッドガラ
スを形成し、このクランドガラス上にスート状コアガラ
スを形成しても良い。この場合、石英反応管及びクラッ
ドガラスがクラッドとなる。

発明の詳細 な説明したように、本発明の希土類ドープファイバ又は
そのプリフォームの製造方法によれば、コア中心部の希
土類元素濃度が極端に低下することがなくなるという効
果を奏する。その結果、増幅効率が高い光フアイバ増幅
器の提供が可能になり、光フアイバ通信技術の発展に寄
与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すプリフォームの製造工程
図、 第２図は本発明の実施例における屈折率分布及び希土類
元素濃度分布の説明図、 第３図は本発明方法の実施に使用することができるプリ
フォーム！！！造装置の構成図、第４図は本発明方法の
実施に使用することができる溶融紡糸（線引き）装置の
説明図、第５図は希土類ドープファイバによる光増幅の
原理を示す模式図、 第６図は従来方法の説明図、 第７図は従来例における屈折率分布及び希土類元素濃度
分布の説明図である。 ２２・・・石英反応管、 ２４・・・第１のスート状コアガラス、２６・・・第２
のスート状コアガラス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気相反応によって生じた酸化物ガラス微粉末を石英
   反応管（２２）内に付着させて第１のスート状コアガラ
   ス（２４）を形成する第１の工程と、上記石英反応管（
   ２２）を外側から加熱して、上記第１のスート状コアガ
   ラス（２４）をガラス化すると共に、上記石英反応管（
   ２２）を一次コラプスする第２の工程と、 上記ガラス化した第１のコアガラス（２４’）上に気相
   反応によって生じた酸化物ガラス微粉末を付着させて第
   ２のスート状コアガラス（２６）を形成する第３の工程
   と、 希土類元素化合物を溶質とする溶液を上記第２のスート
   状コアガラス（２６）に含浸させる第４の工程と、 上記石英反応管（２２）を外側から上記第２の工程にお
   ける加熱温度よりも高い温度に加熱して、上記第２のス
   ート状コアガラス（２６）をガラス化すると共に、上記
   石英反応管（２２）を最終コラプスする第５の工程とを
   備えたことを特徴とする希土類ドープファイバ用プリフ
   ォームの製造方法。 ２、請求項１に記載の方法により製造されたプリフォー
   ムを溶融紡糸することを特徴とする希土類ドープファイ
   バの製造方法。