WO2021215232A1 - 利得等化フィルタ及び利得等化フィルタの製造方法 - Google Patents

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refractive index
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重博 長能
長谷川　健美
淳 衣笠
一晃 増井
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Sumitomo Electric Optifrontier Co Ltd
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    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/04—Gain spectral shaping, flattening

Definitions

  • GFFs including slanted fiber gratings (SFGs) are known.
  • Patent Document 1 describes an example of manufacturing GFF by Fiber Bragg Grating (FBG).
  • Patent Document 2 describes a production example of SFG.
  • Patent Document 3 describes that the mode field diameter (MFD) of the region forming the grating is expanded to 15 ⁇ m or more.
  • the MFD in the present specification is an MFD at a wavelength of 1550 nm unless otherwise specified.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a GFF according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the refractive index profile of the photosensitive fiber along the diameter of the optical fiber.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the distance from the fusion point of GFF and the MFD according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance from the fusion point of GFF and the MFD according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the residual stress profile and the refractive index profile of the photosensitive fiber according to the first embodiment along the diameter of the optical fiber.
  • FIG. 6 is a graph showing the residual stress profile and the refractive index profile of the SMF according to the first embodiment along the diameter of the optical fiber.
  • connection loss can be suppressed.
  • the GFF has a core, a first clad that surrounds the core from the radial outside, and a second clad that surrounds the first clad from the radial outside, and has a uniform composition in the length direction.
  • a first optical fiber having a first optical fiber and a pair of second optical fibers fused to both ends of the first optical fiber are provided, and the first optical fiber has a first section in which a gradient refractive index grating is formed and a first optical fiber.
  • the first clad contains a photosensitive material whose refractive index is increased by irradiation with light of a specific wavelength.
  • Tensile stress remains in the core in the first section, and the average MFD in the second section is larger than the average MFD in the second optical fiber and smaller than the average MFD in the first section.
  • the average MFD of the second section is larger than the average MFD of the second optical fiber, and the first section and the second section have a uniform composition. It is smaller than the average MFD of one section. Therefore, the MFD difference becomes smaller than in the case where the first section and the second optical fiber are connected without passing through the second section. Therefore, connection loss can be suppressed.
  • the difference between the average MFD of the second section and the average MFD of the second optical fiber may be 1.3 ⁇ m or less. In this case, the connection loss can be further suppressed.
  • the core is made of silica-based glass and does not contain an amount of dopant that gives a specific refractive index difference of more than 0.01% with respect to pure silica
  • the first clad contains fluorine
  • the fluorine concentration of the first clad is It may be larger than 0.40% and 0.75% or less in terms of the change in the specific refractive index with respect to pure silica.
  • the core can be made harder than the cladding because the core is substantially free of dopants. Therefore, tensile stress can be applied to the core. As a result, MFD can be increased.
  • the minimum value of the tensile stress remaining in the core may be 1 MPa or more and 200 MPa or less. In this case, the MFD is increasing.
  • the stress remaining in the core may be a tensile stress lower than the tensile stress remaining in the core in the first section, or a compressive stress.
  • the MFD in the second section can be made smaller than the MFD in the first section.
  • the average MFD of the first section may be 11 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, or 12 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, and the average MFD of the second optical fiber may be 9.0 ⁇ m or more and 10.9 ⁇ m or less. In this case, the performance of GFF can be improved.
  • the second optical fiber is an ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) G.I. It can meet the standard of 652 single-mode optical fibers.
  • the diameter of the core may be 8 ⁇ m or more and 10.5 ⁇ m or less, and the difference in the specific refractive index of the core with respect to the first clad may be 0.16% or more and 0.36% or less.
  • light can be transmitted in a single mode at a wavelength of 1.55 ⁇ m.
  • the first clad has an inner peripheral region in contact with the core, and the photosensitive material may be included in the inner peripheral region.
  • a grating having a desired attenuation wavelength characteristic is easily formed.
  • the MFD of the pair of second optical fibers may increase as they approach both ends of the first optical fiber. In this case, since the MFD difference between the first optical fiber and the second optical fiber is further reduced, the connection loss is further suppressed.
  • one end of the pair of second optical fibers fused with both ends of the first optical fiber on the side fused with the first optical fiber is heated to increase the MFD at one end. It may further include the step of causing. In this case, since the MFD difference between the first optical fiber and the second optical fiber is further reduced, the connection loss is further suppressed.
  • an optical fiber amplifier including an amplification optical fiber to which erbium (Er) is added is used as an optical amplifier for amplifying the signal light. ..
  • the gain of the Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) is wavelength-dependent and has a peak near the wavelength of 1.53 ⁇ m. The wavelength-dependent non-flatness of this gain spectrum increases the bit error rate. As a result, the performance of the transmission system system deteriorates.
  • GFF including SFG has been developed.
  • Ultraviolet light of a specific wavelength that can increase the refractive index of an optical fiber made of silica-based glass in which both the core and / or the cladding contain a photosensitive material (for example, GeO 2 , B 2 O 3).
  • the refractive index of silica-based glass containing a photosensitive material can be increased by irradiating it with a second harmonic wave (wavelength 244 nm) of argon ion laser light.
  • Methods of writing the refractive index-modulated grating of a predetermined period in the optical fiber include exposure with ⁇ primary diffracted light using a charp-type grating phase mask, direct exposure with UV laser light, and two-luminous flux interference exposure.
  • the method using a phase mask has an advantage that those having the same characteristics can be produced with good reproducibility and alignment is relatively easy as compared with other methods.
  • the loss due to SFG occurs when the light of LP 01 mode propagating forward is combined with the light of higher order mode propagating backward.
  • the basic waveform which is the loss waveform of SFG, is obtained by grating written with light of a specific wavelength having a certain beam width.
  • the basic waveform has a peak at a certain wavelength and a full width at half maximum.
  • the loss is on the short wavelength side from the peak wavelength.
  • the desired loss waveform of SFG is realized by superimposing a plurality of basic waveforms.
  • the gain of the EDFA is equalized by the loss of superimposing the plurality of basic waveforms in this way.
  • the optical fiber for writing the grating needs to be a large-diameter optical fiber having an MFD of about 11.5 ⁇ m or more.
  • the connection loss between the photosensitive fiber and the SMF having an MFD of about 10.5 ⁇ m There is a trade-off relationship between increasing the diameter of the MFD of the photosensitive fiber for the purpose of improving the performance GFF and reducing the connection loss.
  • the photosensitive fiber 10 has a first section R1 and a pair of second sections R2.
  • a gradient refractive index grating is formed in the first section R1.
  • the first section R1 is a stationary portion that is not affected by fusion (discharge).
  • the first section R1 has a third section R3 in which a gradient refractive index grating is formed, and a pair of fourth sections R4.
  • the third section R3 is a partial section in the axial direction in the first section R1, and an inclined refractive index grating is formed on the entire axial direction.
  • a pair of fourth sections R4 are arranged on both sides of the third section R3.
  • the pair of fourth sections R4 connect both ends of the third section R3 and the pair of second sections R2 to each other.
  • the inclination of the inclined refractive index grating has the same meaning as the definition described in Patent Document 3, and the inclination range is 0.2 ° or more and 4 ° or less.
  • the average MFD of the second section R2 is larger than the average MFD of the SMF20 and smaller than the average MFD of the first section R1.
  • the average MFD of the first section R1 is 11.0 ⁇ m or more and 15.0 ⁇ m or less, and more preferably 12.0 ⁇ m or more and 15.0 ⁇ m or less.
  • the average MFD of the second section R2 is 11.0 ⁇ m or more and 13.0 ⁇ m or less, and more preferably 11.5 ⁇ m or more and 12.0 ⁇ m or less.
  • the average MFD of SMF20 is ITU-T G. It is set to meet 652 standards. That is, the average MFD of SMF20 is 9.9 ⁇ m or more and 10.9 ⁇ m or less.
  • the boundary between the first section R1 and the second section R2 is defined at a position where the average MFD of the first section R1 is reduced by 0.1 ⁇ m between the first section R1 and the second section R2.
  • FIG. 2 is a diagram showing the refractive index profile of the photosensitive fiber along the diameter of the optical fiber.
  • the photosensitive fiber 10 includes a core 11, a first clad 12 (optical clad) that surrounds the core 11 from the radial outside, and a second clad 13 that surrounds the first clad 12 from the radial outside. (Jacket) and.
  • the refractive index of the first clad 12 is lower than that of the core 11.
  • the refractive index of the second clad 13 is lower than the refractive index of the core 11 and lower than the average refractive index of the first clad 12.
  • the difference in the specific refractive index of the core 11 with respect to the first clad 12 is 0.16% or more and 0.36% or less.
  • the difference in the specific refractive index of the core 11 with respect to the first clad 12 is higher than that in the first section R1.
  • the core 11 is made of silica-based glass.
  • the core 11 is, for example, pure quartz glass or non-photosensitive glass.
  • the chlorine concentration converted into the change in the specific refractive index in the core 11 is 0.01% or more and less than 0.08%.
  • the core 11 does not contain an amount of dopant that changes the difference in the specific refractive index of the core 11 with respect to pure silica (SiO 2) by 0.01% or more. That is, the difference in the specific refractive index of the core 11 with respect to the pure silica (SiO 2) is less than 0.01%.
  • the diameter (core diameter) of the core 11 is 8.0 ⁇ m or more and 10.5 ⁇ m or less.
  • the first clad 12 is made of silica-based glass.
  • the first clad 12 has an inner peripheral region in contact with the core 11. At least the inner peripheral region contains a photosensitive material whose refractive index is increased by irradiation with light of a specific wavelength.
  • the first clad 12 may contain a photosensitive material in the entire radial region.
  • the first clad 12 may further contain fluorine. In this case, the fluorine concentration in the first clad 12 is greater than 0.40% and 0.75% or less in terms of the change in the specific refractive index with respect to pure silica.
  • the first clad 12 contains, for example, GeO 2 or B 2 O 3 as a photosensitive material.
  • the amount of GeO 2 added is, for example, 0.35% or more and 0.50% or less in terms of the difference in specific refractive index with respect to pure silica.
  • the amount of B 2 O 3 added is, for example, 0.05% or more and 0.55% or less in terms of the difference in specific refractive index with respect to pure silica.
  • the photosensitive material is substantially not contained in the core 11 and the second clad 13.
  • the amount of GeO 2 added and the amount of B 2 O 3 added to each of the core 11 and the second clad 13 are 0.
  • the MFD of the third section R3 depends on the specific refractive index difference ⁇ n clad1 + uv of the first clad 12 increased by irradiating the photosensitive material with light of a specific wavelength.
  • the MFD of the fourth section R4 depends on the specific refractive index difference ⁇ n clad1 of the first clad 12 under non-UV irradiation, and is more preferably 12.0 ⁇ m or more and 15.0 ⁇ m or less than 11.0 ⁇ m or more and 15.0 ⁇ m or less. be.
  • Boundary between the third section R3 in the fourth section R4 has the MFD conversion structure relative refractive index difference is increased from [Delta] n clad1 to [Delta] n clad1 + uv toward the third section R3.
  • ⁇ n clad1 is a value taken by the approximate straight line of the refractive index profile in the first clad 12 at the boundary between the core 11 and the first clad 12.
  • the approximate straight line of the refractive index profile in the first clad 12 is the refractive index at a position 1.0 ⁇ m outward from the boundary between the core 11 and the first clad 12 with respect to the core center, and the second clad 13 and the first clad 12.
  • a line connecting two points of refractive index at a position 1.0 ⁇ m away from the boundary with the clad 12 toward the center of the core is defined as a straight line.
  • the Ge concentration in the first clad 12 is inclined in the radial direction. Inclination of Ge concentration from the core 11 side to the second clad 13 side in the radial direction (that is, the inclination or gradient of the Ge concentration profile (variation in specific refractive index difference / first clad from the boundary between the core 11 and the first clad 12)
  • the distance (distance to the boundary between 12 and the second clad 13) is ⁇ 0.013 [% / ⁇ m].
  • the boundary between the core 11 and the first clad 12 is in the direction from the core 11 to the first clad 12. It is defined at the position where the slope of the refractive index becomes the maximum negative.
  • the boundary between the first clad 12 and the second clad 13 is the slope of the refractive index in the direction from the boundary between the core 11 and the first clad 12 toward the outer periphery. Is defined at the position closest to the core center where is zero.
  • the second clad 13 is made of silica-based glass.
  • the second clad 13 contains fluorine (F) as a down dopant that lowers the refractive index.
  • the diameter of the second clad 13 (second clad diameter) is 124.0 ⁇ m or more and 126.0 ⁇ m or less.
  • the tensile stress is thermally relaxed by applying heat due to discharge fusion. Therefore, in the second section R2, the tensile stress remaining in the core 11 and the first clad 12 is lower than that in the first section R1, or is converted to compressive stress.
  • the refractive index of the core 11 is increased because the tensile stress of the core 11 is relaxed.
  • the amount of increase in the refractive index of the core 11 is in the range of 0.005% or more and 0.100% or less in terms of the difference in the refractive index with respect to pure silica.
  • the MFD is reduced from about 12.0 ⁇ m to about 11.0 ⁇ m due to the increase in the difference in the refractive index of the core 11.
  • the tensile stress is adjusted according to the drawing conditions of the base material having the fiber structure. For example, by setting the linear tensile force to 9.8 ⁇ 10 -2 N or more and 29.4 ⁇ 10 -2 N or less, the core of the optical fiber after drawing is 1 MPa or more and 200 MPa or less, more preferably 5 MPa or more and 100 MPa. The following tensile stress is applied. Further, a tensile stress of 0.5 MPa or more and 100 MPa or less, more preferably 3 MPa or more and 60 MPa or less is applied to the first clad of the optical fiber.
  • the SMF 20 has a core and a clad that surrounds the core from the outside in the radial direction.
  • the index of refraction of the clad is lower than the index of refraction of the core.
  • the SMF 20 is fused to the photosensitive fiber 10 and has a section at one end that is affected by the discharge.
  • the core is made of silica-based glass.
  • the core contains GeO 2 as an updopant that increases the index of refraction.
  • the clad is made of silica-based glass.
  • the clad may be pure silica (pure quartz) or may contain fluorine.
  • One end of the SMF 20 fused to the photosensitive fiber 10 may be subjected to TEC (Thermally Expanded Core) treatment. That is, the MFD of the SMF 20 may increase as it approaches both ends of the photosensitive fiber 10. In this case, the MFD difference between the photosensitive fiber 10 and the SMF 20 is further reduced, so that the connection loss is further suppressed.
  • TEC Thermally Expanded Core
  • the method for producing GFF1 includes a step of fusing a pair of SMFs to be a pair of SMFs 20 to both ends of a photosensitive fiber to be a photosensitive fiber 10.
  • the fusing step is performed in a state where the central axes of the photosensitive fiber and the SMF are aligned and the end faces are in contact with each other.
  • heat near the softening point temperature of the photosensitive fiber is applied to the pair of both ends of the photosensitive fiber. Therefore, the tensile stress remaining in the core is released at both ends of the pair of photosensitive fibers, so that the MFDs at both ends of the pair of photosensitive fibers are reduced.
  • GFF1 including the photosensitive fiber 10 and the pair of SMF20s is obtained.
  • the pair of both ends of the photosensitive fiber form a pair of second sections R2 of the photosensitive fiber 10.
  • the MFD in the pair of second sections R2 is converted to, for example, an MFD smaller than 11.5 ⁇ m.
  • the MFD difference between the photosensitive fiber 10 and the SMF 20 becomes small, so that the connection loss is reduced.
  • the fusion temperature (arc plasma temperature) is, for example, 4000 ° C. or higher and 6500 ° C. or lower. Although it depends on the fusion time, if the fusion temperature is within the above range, the MFD in the second section R2 of the photosensitive fiber 10 can be reduced.
  • the fusion time is, for example, 0.1 seconds or more and 100 seconds or less. That is, the contact portion where the end face of the photosensitive fiber and the end face of the SMF are in contact with each other is heated by arc plasma having a temperature of 4000 ° C. or higher and 6500 ° C. or lower for a time of 0.1 second or more and 100 seconds or less.
  • the fusion temperature is 3500 ° C. or lower, the fusion time requires 100 seconds or more, which is not appropriate considering the diffusion coefficient of fluorine.
  • the fusion temperature is 4000 ° C. or higher, the fusion time can be shortened.
  • the step of fusing is carried out, for example, by arranging a pair of discharge needles with a contact portion where the end face of the photosensitive fiber and the end face of the SMF are in contact with each other.
  • the largest heat is applied to the portion sandwiched between the pair of discharge needles, so that the temperature of this portion becomes the maximum temperature.
  • the largest heat is applied to the contact portion, so that the temperature of the contact portion becomes the maximum temperature in the photosensitive fiber and the SMF.
  • the fusing step may be carried out by shifting the discharge needle from the contact portion to the SMF side so that the temperature at the position shifted from the contact portion to the SMF side becomes higher than the temperature at the contact portion. That is, the temperature at the position deviated from the contact portion to the SMF side is the maximum temperature.
  • shifting the position of the discharge needle for example, when a pair of discharge needles are arranged across the contact portion, the photosensitive fiber in the contact portion exceeds the upper limit of the above temperature range (4000 ° C. or higher and 6500 ° C. or lower). Used when exposed to.
  • the position of the discharge needle is arranged so as to apply appropriate heat to each position of the photosensitive fiber and the SMF. Thereby, fusion can be performed under appropriate fusion conditions.
  • Patent Document 5 A fiber grating that imparts periodic refractive index modulation by periodically releasing the residual tensile stress of the optical fiber has been reported (Patent Document 5). However, this embodiment, which focuses on reducing the MFD of a part of the same optical fiber by releasing the residual tensile stress of the optical fiber and reducing the connection loss with the SMF, is reported in Patent Document 5. It is clear that the fiber optic gratings used are different.
  • the method for producing GFF1 may further include a step of performing a TEC treatment on one end of a pair of SMFs fused to both ends of the photosensitive fiber before the step of fusing.
  • a TEC treatment one end of the pair of SMFs fused with both ends of the photosensitive fiber can be heated to increase the MFD of the one end.
  • the MFD difference between the photosensitive fiber 10 and the SMF 20 is further reduced, so that the connection loss is further suppressed.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the distance from the fusion point of GFF and the MFD according to the first embodiment.
  • the horizontal axis is the distance ( ⁇ m) from the fusion point.
  • the origin 0 ⁇ m refers to the position where the photosensitive fiber and the SMF come into contact with each other.
  • the negative side is the position on the photosensitive fiber, and the positive side is the position on the SMF.
  • the vertical axis is MFD.
  • the same reference numerals as those of the said embodiment are used in FIG. 3, but the said embodiment is not limited to the first embodiment.
  • the GFF according to the first embodiment was produced by fusing a photosensitive fiber and a pair of SMFs by arc discharge based on the above production method.
  • the central position of the pair of discharge needles was set to a position shifted by 100 ⁇ m from the position sandwiching the contact portion to the plus side (SMF side). That is, a step of fusing was carried out so that the temperature at a position deviated by 100 ⁇ m from both ends of the photosensitive fiber to the pair of SMF sides was higher than the temperature at both ends of the photosensitive fiber.
  • the fusion temperature was set to 4000 ° C. or higher and 6500 ° C. or lower, and the fusion time was set to 0.1 seconds or more and 100 seconds or less.
  • the fusion time was preferably 0.5 seconds or more and 10 seconds or less.
  • the MFD at the position where the distance from the fusion point is ⁇ 500 ⁇ m is 12.3 ⁇ m, which is the same as the first section (steady part) not affected by the discharge. That is, in the photosensitive fiber according to the first embodiment, the range in which the distance from the fusion point is ⁇ 500 ⁇ m or less corresponds to the first section, and the MFD (average MFD) in the range is 12.3 ⁇ m. In the photosensitive fiber, the range of the distance from the fusion point from ⁇ 500 ⁇ m to 0 ⁇ m corresponds to the second section, and the MFD is changed due to the influence of the electric discharge. The average MFD in this range (second section) is 11.6 ⁇ m.
  • the MFD is reduced to about 11.5 ⁇ m from -500 ⁇ m to -200 ⁇ m from the fusion point. The reason will be described with reference to FIGS. 5 and 6. At the position where the distance from the fusion point is ⁇ 20 ⁇ m, the MFD is slightly increased to 11.7 ⁇ m.
  • the MFD gradually increases from the vicinity of 1000 ⁇ m to the vicinity of 500 ⁇ m from the fusion point, and slightly increases to about 10.5 ⁇ m in the vicinity of 500 ⁇ m. From the vicinity of 500 ⁇ m to 20 ⁇ m from the fusion point, the MFD changes at about the same level.
  • the average MFD of SMF is 10.5 ⁇ m.
  • the MFD changes by 1.2 ⁇ m in the range where the distance from the fusion point is ⁇ 20 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the difference between the average MFD of the second section of the photosensitive fiber and the average MFD of the SMF is 1.3 ⁇ m or less.
  • the connection loss was 0.03 dB, which was lower than 0.10 dB and succeeded in reducing the loss.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance from the fusion point of GFF and the MFD according to the second embodiment.
  • the horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG.
  • the GFF according to the second embodiment was produced by fusing a photosensitive fiber and a pair of SMFs by arc discharge based on the above production method.
  • the position of the pair of discharge needles was a position sandwiching the contact portion, and the pair was manufactured by fusion by arc discharge.
  • the range in which the distance from the fusion point in the photosensitive fiber is ⁇ 1000 ⁇ m or less corresponds to the first section (steady state) that is not affected by the discharge, and the MFD in this range is 12. It is 3 ⁇ m.
  • the range in which the distance from the fusion point in the SMF is 1000 ⁇ m or more corresponds to the section (stationary portion) that is not affected by the discharge, and the MFD (average MFD) in the range (first section) is 10.2 ⁇ m. ..
  • the range of the distance from the fusion point from ⁇ 1000 ⁇ m to 0 ⁇ m corresponds to the second section, and the MFD in this range changes under the influence of electric discharge.
  • the average MFD of the range (second section) is 11.9 ⁇ m.
  • the MFD is reduced to about 11.5 ⁇ m from -1000 ⁇ m to -500 ⁇ m from the fusion point.
  • the MFD increases sharply from ⁇ 200 ⁇ m to 0 ⁇ m at a distance from the fusion point.
  • the MFD at a distance of ⁇ 20 ⁇ m from the fusion point is larger than that of the first section, and is about 12.7 ⁇ m.
  • the MFD slightly increases from 10.2 ⁇ m to 10.5 ⁇ m from 1000 ⁇ m to 500 ⁇ m from the fusion point.
  • the MFD changes at about the same level.
  • the average MFD in the range affected by the discharge from the fusion point of SMF of 0 ⁇ m is 10.3 ⁇ m.
  • the range affected by the discharge is a range having an MFD 0.2 ⁇ m or more larger than the average MFD 1000-5000 from 1000 ⁇ m to 5000 ⁇ m. In the second embodiment, the range is 0 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less.
  • the MFD changes by 2.5 ⁇ m in the range of ⁇ 20 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less from the fusion point.
  • the connection loss was 0.21 dB, which was an order of magnitude higher than the connection loss of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the residual stress profile and the refractive index profile of the photosensitive fiber according to the first embodiment along the diameter of the optical fiber.
  • the horizontal axis is a position on the diameter (diametrical position).
  • the left vertical axis is the residual stress.
  • the positive side is the tensile stress and the negative side is the compressive stress.
  • the right vertical axis is the difference in the specific refractive index of the core with respect to the first clad.
  • the radial residual stress profile and the index of refraction profile were measured at distances from the fusion point of -1500 ⁇ m, ⁇ 500 ⁇ m, and 60 ⁇ m, respectively.
  • the residual stress of the core is the tensile stress.
  • the residual tensile stress is released by applying heat due to discharge from the fusion point to -500 ⁇ m, and the difference in the specific refractive index difference of the core with respect to the second clad before and after release is 0.038%. It is increasing. As a result, it was found that the MFD of the photosensitive fiber was reduced from 12.3 ⁇ m at 1500 ⁇ m in the stationary portion (first section) to 11.5 ⁇ m at ⁇ 500 ⁇ m.
  • the difference in index of refraction of the core with respect to pure silica is reduced in the central region where the radial position is -5 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, as compared with the index of refraction profile of measurement position ⁇ 500 ⁇ m.
  • the radial position is increased in the outer peripheral region of less than -5 ⁇ m or more than 5 ⁇ m. It was found that this behavior was the result of the fluorine added to the first clad diffusing into the core and the second clad. It was found that the diffusion of fluorine increased the refractive index of the first clad and reduced the core diameter, resulting in an increase in MFD. Under the fusion conditions in the first embodiment, the diffusion amount of Ge was smaller than the diffusion amount of fluorine, and the contribution of the MFD change was negligible.
  • FIG. 6 is a graph showing the residual stress profile and the refractive index profile of the SMF according to the first embodiment along the diameter of the optical fiber.
  • the horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG.
  • the radial residual stress profile and the index of refraction profile were measured at distances from the fusion point at 1500 ⁇ m and 80 ⁇ m, respectively.
  • the position at a distance of 1500 ⁇ m from the fusion point is a stationary portion that is not affected by heat due to fusion.
  • Gain equalization filter 10 Photosensitive fiber (first optical fiber) 11 ... Core 12 ... First clad 13 ... Second clad 20 ... Single mode fiber (second optical fiber) R1 ... 1st section R2 ... 2nd section R3 ... 3rd section R4 ... 4th section

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Abstract

利得等化フィルタは、コアと、コアと、第１クラッドと、第２クラッドと、を有すると共に、長さ方向で一様な組成を有する第１光ファイバと、第１光ファイバの両端それぞれに融着された一対の第２光ファイバと、を備える。第１光ファイバは、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１区間と、第１区間の両端と一対の第２光ファイバとをそれぞれ接続する一対の第２区間と、を有する。第１クラッドは、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含む。コアには、第１区間において引張応力が残留しており、第２区間の平均ＭＦＤは、第２光ファイバの平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間の平均ＭＦＤよりも小さい。

Description

利得等化フィルタ及び利得等化フィルタの製造方法
　本開示は、利得等化フィルタ（Gain　Flattening　Filter；ＧＦＦ）及びＧＦＦの製造方法に関する。本出願は、２０２０年４月２０日出願の日本出願第２０２０－０７４７６８号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　スラント型ファイバグレーティング（Slanted　Fiber　Grating；ＳＦＧ）を含むＧＦＦが知られている。特許文献１には、Fiber　Bragg　Grating（ＦＢＧ）によるＧＦＦの製造例が記載されている。特許文献２には、ＳＦＧの製造例が記載されている。特許文献３には、グレーティングを形成する領域のモードフィールド径（Mode　Field　Diameter；ＭＦＤ）を１５μｍ以上に拡大することが記載されている。なお、本明細書におけるＭＦＤは、特記した箇所を除き波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤである。
特開２００３－００４９２６号公報 国際公開第２００３／０９３８８７号 特開２００３－７５６４７号公報 特開平１１－８４１５１号公報 特開平１１－３８２３８号公報 特願２０１４－２１１３７８号公報
　本開示の一実施形態に係るＧＦＦは、コアと、コアを径方向外側から取り囲む第１クラッドと、第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を有すると共に、長さ方向で一様な組成を有する第１光ファイバと、第１光ファイバの両端それぞれに融着された一対の第２光ファイバと、を備え、第１光ファイバは、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１区間と、第１区間の両端と一対の第２光ファイバとをそれぞれ接続する一対の第２区間と、を有し、第１クラッドは、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含み、コアには、第１区間において引張応力が残留しており、第２区間の平均ＭＦＤは、第２光ファイバの平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間の平均ＭＦＤよりも小さい。
　本開示の一実施形態に係るＧＦＦの製造方法は、コアと、コアを径方向外側から取り囲み、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含む第１クラッドと、第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を備えると共に、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１光ファイバの両端それぞれに、第１光ファイバのＭＦＤよりも小さいＭＦＤを有する一対の第２光ファイバを融着する工程を含み、融着する工程では、一対の第２光ファイバの温度が第１光ファイバの両端における温度よりもそれぞれ高くなるように、第１光ファイバ及び一対の第２光ファイバを加熱し、第１光ファイバの両端部において、コアに残留している引張応力が解放されることにより、第１光ファイバの両端部における平均ＭＦＤが縮小される。
図１は、実施形態に係るＧＦＦの構成を示す図である。 図２は、感光性ファイバの屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示す図である。 図３は、第１実施例に係るＧＦＦの融着点からの距離とＭＦＤとの関係を示すグラフである。 図４は、第２実施例に係るＧＦＦの融着点からの距離とＭＦＤとの関係を示すグラフである。 図５は、第１実施例に係る感光性ファイバの残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示すグラフである。 図６は、第１実施例に係るＳＭＦの残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示すグラフである。
［本開示が解決しようとする課題］
　上記特許文献３に記載の発明のように、ＳＦＧを形成するための感光性ファイバのＭＦＤを拡大すると、例えば、ピッグテールとするＭＦＤが１０．５μｍ程度であるシングルモードファイバ（ＳＭＦ）を融着する際に、接続ロスが増大するという問題があった。
　そこで、接続ロスを抑制可能な利得等化フィルタ及び利得等化フィルタの製造方法を提供することを目的とする。
［本開示の効果］
　本開示によれば、接続ロスを抑制することができる。
［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。一実施形態に係るＧＦＦは、コアと、コアを径方向外側から取り囲む第１クラッドと、第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を有すると共に、長さ方向で一様な組成を有する第１光ファイバと、第１光ファイバの両端それぞれに融着された一対の第２光ファイバと、を備え、第１光ファイバは、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１区間と、第１区間の両端と一対の第２光ファイバとをそれぞれ接続する一対の第２区間と、を有し、第１クラッドは、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含み、コアには、第１区間において引張応力が残留しており、第２区間の平均ＭＦＤは、第２光ファイバの平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間の平均ＭＦＤよりも小さい。
　上記実施態様に係るＧＦＦでは、第２区間の平均ＭＦＤは、第２光ファイバの平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間と第２区間とが一様な組成を有するにも拘わらず、第１区間の平均ＭＦＤよりも小さい。このため、第２区間を介さず第１区間と第２光ファイバとを接続する場合に比べて、ＭＦＤ差異が小さくなる。よって、接続ロスを抑制することができる。
　第２区間の平均ＭＦＤと第２光ファイバの平均ＭＦＤとの差は、１．３μｍ以下であってもよい。この場合、接続ロスを更に抑制することができる。
　コアは、シリカ系ガラスで構成され、純シリカに対して０．０１％を超える比屈折率差を与える量のドーパントを含まず、第１クラッドはフッ素を含み、第１クラッドのフッ素濃度は、純シリカに対する比屈折率の変化に換算して０．４０％より大きく０．７５％以下であってもよい。この場合、コアがドーパントを実質的に含まないので、コアをクラッドよりも硬くすることができる。よって、コアに引張応力を付与することができる。その結果、ＭＦＤを増大することができる。
　第１区間において、コアに残留している引張応力の最小値は、１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下であってもよい。この場合、ＭＦＤが増大している。
　第２区間において、コアに残留している応力は、第１区間においてコアに残留している引張応力よりも低い引張応力、又は、圧縮応力であってもよい。この場合、第２区間におけるＭＦＤを第１区間におけるＭＦＤよりも縮小させことができる。
　第１区間の平均ＭＦＤは、１１μｍ以上１５μｍ以下、もしくは、１２μｍ以上１５μｍ以下であり、第２光ファイバの平均ＭＦＤは、９．０μｍ以上１０．９μｍ以下であってもよい。この場合、ＧＦＦの高性能化を図ることができる。第２光ファイバは、光部品及び伝送路で広く用いられているＩＴＵ－Ｔ（International　Telecommunication　Union　Telecommunication　Standardization　Sector）　Ｇ．６５２のシングルモード光ファイバの規格を満たすことができる。
　第１区間において、コアの直径は、８μｍ以上１０．５μｍ以下であり、第１クラッドに対するコアの比屈折率差は、０．１６％以上０．３６％以下であってもよい。この場合、波長１．５５μｍにおいてシングルモードで光を伝送することができる。
　第１クラッドは、コアと接する内周領域を有し、感光性材料は、内周領域に含まれてもよい。この場合、所望の減衰波長特性を有するグレーティングが容易に形成される。
　一対の第２光ファイバのＭＦＤは、第１光ファイバの両端側に近づくにつれて増大していてもよい。この場合、第１光ファイバと第２光ファイバとの間のＭＦＤ差異が更に小さくなるので、接続ロスが更に抑制される。
　一実施形態に係るＧＦＦの製造方法は、コアと、コアを径方向外側から取り囲み、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含む第１クラッドと、第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を備えると共に、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１光ファイバの両端それぞれに、第１光ファイバのＭＦＤよりも小さいＭＦＤを有する一対の第２光ファイバを融着する工程を含み、融着する工程では、一対の第２光ファイバの温度が第１光ファイバの両端における温度よりもそれぞれ高くなるように、第１光ファイバ及び一対の第２光ファイバを加熱し、第１光ファイバの両端部において、コアに残留している引張応力が解放されることにより、第１光ファイバの両端部における平均ＭＦＤが縮小される。
　上記実施態様に係るＧＦＦの製造方法では、第１光ファイバの両端部において、コアに残留している引張応力が、融着する工程により解放される。その結果、第１光ファイバの両端部における平均ＭＦＤが縮小され、一対の第２光ファイバのＭＦＤに近づく。これにより、接続ロスを抑制することができる。また、第１光ファイバの融着温度が高くなり過ぎることが抑制される。
　融着する工程における融着温度は、４０００℃以上６５００℃以下であり、融着時間は、０．１秒以上１００秒以下であってもよい。この場合、融着部における第１光ファイバのコアに残留している引張応力を解放してＭＦＤを縮小させつつ、添加物の拡散によるＭＦＤの増大を抑制することができる。
　融着する工程の前に、第１光ファイバの両端と融着される一対の第２光ファイバの、第１光ファイバと融着される側の一端部を加熱し、一端部のＭＦＤを増大させる工程を更に含んでもよい。この場合、第１光ファイバと第２光ファイバとの間のＭＦＤ差異が更に小さくなるので、接続ロスが更に抑制される。
［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の光ファイバの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　ＣバンドまたはＬバンドの信号光を用いた長距離光ファイバ通信システムでは、信号光を増幅する光増幅器として、エルビウム（Ｅｒ）が添加された増幅用光ファイバを含む光ファイバ増幅器が使用されている。エルビウム添加光ファイバ増幅器（Erbium　Doped　Fiber　Amplifier；ＥＤＦＡ）の利得は、波長依存性を有しており、波長１.５３μｍ付近にピークを有する。この利得スペクトルの波長依存性の非平坦性により、ビット誤り率が増加する。その結果、伝送システム系の性能が劣化する。この問題を解決する部品として、ＳＦＧを含むＧＦＦが開発されている。
　コア及びクラッドの双方または何れか一方が感光性材料（例えば、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３）を含むシリカ系ガラスからなる光ファイバに対し、屈折率を上昇させ得る特定波長の紫外光（例えば、アルゴンイオンレーザ光の２倍波（波長２４４ｎｍ）等）を照射することにより、感光性材料を含むシリカ系ガラスの屈折率を大きくすることができる。所定周期の屈折率変調グレーティングを光ファイバ内に書き込む方法には、チャープ型グレーティング位相マスクを用いた±１次回折光による露光、ＵＶレーザ光直接露光、及び、２光束干渉露光がある。その中でも、位相マスクを用いた方法は、同一特性のものを再現性よく作製することができ、他の手法に比べアライメントが比較的容易であるという利点を有している。
　ＳＦＧによるロスは、前方へ伝搬するＬＰ０１モードの光が後方へ伝搬する高次モードの光と結合することにより生じる。ＳＦＧのロス波形である基本波形は、あるビーム幅の特定波長の光で書き込まれたグレーティングにより得られる。基本波形は、ある波長においてピークを有すると共に、ある半値全幅を有する。基本波形では、そのピーク波長から短波長側にロスが裾をひいている。ＳＦＧの所望のロス波形は、複数の基本波形を重ね合わせることで実現される。このように複数の基本波形を重ね合わせたロスにより、ＥＤＦＡの利得を等化する。
　近年、ＩｏＴ及びビックデータの利用の発展に伴い、伝送容量の大容量化と共に、ビット誤り率の更なる低下が求められている。よって、ＧＦＦの高性能化が求められている。ＧＦＦの高性能化のためには、ＳＦＧの最大損失量が大きく、かつ、目標波形に合わせ込める能力を維持しつつ、基本波形の半値全幅を小さくすること（基本波形の狭帯域化）が望まれている。そのためには、グレーティングを書き込む光ファイバを、ＭＦＤが１１．５μｍ程度以上に大口径化された大口径光ファイバにする必要がある。一方、光ファイバ増幅器の低消費電力化には、感光性ファイバとＭＦＤが１０．５μｍ程度であるＳＭＦとの接続ロスの抑制が求められている。高性能化ＧＦＦを目的とした感光性ファイバのＭＦＤの大口径化と、接続ロスの低減とは、トレードオフの関係にある。
　図１は、実施形態に係るＧＦＦの構成を示す図である。図１に示されるように、実施形態に係るＧＦＦ１は、感光性ファイバ１０（第１光ファイバ）と、一対のＳＭＦ２０（第２光ファイバ）とを備えている。一対のＳＭＦ２０は、感光性ファイバ１０の長さ方向（軸方向）の両端それぞれに融着されている。感光性ファイバ１０と一対のＳＭＦ２０とは、例えば、アーク放電により融着されている。
　感光性ファイバ１０は、第１区間Ｒ１と、一対の第２区間Ｒ２とを有している。第１区間Ｒ１には、傾斜屈折率グレーティングが形成されている。第１区間Ｒ１は、融着（放電）による影響を受けていない定常部である。第１区間Ｒ１は、傾斜屈折率グレーティングが形成された第３区間Ｒ３と、一対の第４区間Ｒ４と、を有している。第３区間Ｒ３は、第１区間Ｒ１における軸方向の一部区間であり、軸方向の全体に傾斜屈折率グレーティングが形成されている。一対の第４区間Ｒ４は、第３区間Ｒ３の両側に配置されている。一対の第４区間Ｒ４は、第３区間Ｒ３の両端と一対の第２区間Ｒ２とを互いに接続している。なお、傾斜屈折率グレーティングの傾斜は、特許文献３に記載された定義と同義であり、傾斜範囲は、０．２°以上４°以下である。
　一対の第２区間Ｒ２は、感光性ファイバ１０の両端部をなし、融着（放電）の影響を受けている部分である。一対の第２区間Ｒ２は、第１区間Ｒ１の両端と、一対のＳＭＦ２０とを接続している。一対の第２区間Ｒ２は、感光性ファイバ１０の両端を含んでいる。
　ＧＦＦ１では、第２区間Ｒ２の平均ＭＦＤは、ＳＭＦ２０の平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間Ｒ１の平均ＭＦＤよりも小さい。第１区間Ｒ１の平均ＭＦＤは、１１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、より好適には１２．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。第２区間Ｒ２の平均ＭＦＤは、１１．０μｍ以上１３．０μｍ以下であり、より好適には１１．５μｍ以上１２．０μｍ以下である。ＳＭＦ２０の平均ＭＦＤは、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２の規格を満たすように設定されている。すなわち、ＳＭＦ２０の平均ＭＦＤは、９．９μｍ以上１０．９μｍ以下である。第１区間Ｒ１と第２区間Ｒ２との境界は、第１区間Ｒ１と第２区間Ｒ２との間で、第１区間Ｒ１の平均ＭＦＤが０．１μｍ減少した位置で定義される。
　図２は、感光性ファイバの屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示す図である。図２に示されるように、感光性ファイバ１０は、コア１１と、コア１１を径方向外側から取り囲む第１クラッド１２（光学クラッド）と、第１クラッド１２を径方向外側から取り囲む第２クラッド１３（ジャケット）と、を有している。第１クラッド１２の屈折率は、コア１１の屈折率よりも低い。第２クラッド１３の屈折率は、コア１１の屈折率よりも低く、かつ、第１クラッド１２の平均屈折率よりも低い。
　第１区間Ｒ１では、第１クラッド１２に対するコア１１の比屈折率差は、０．１６％以上０．３６％以下である。融着の影響を受けた第２区間Ｒ２では、第１区間Ｒ１と比較して、第１クラッド１２に対するコア１１の比屈折率差が高い。
　コア１１は、シリカ系ガラスで構成される。コア１１は、例えば、純石英ガラス、または、非感光性のガラスである。コア１１における比屈折率の変化に換算した塩素濃度は、０．０１％以上０．０８％未満である。コア１１は、コア１１の純シリカ（ＳｉＯ２）に対する比屈折率差を０．０１％以上変化させる量のドーパントを含まない。すなわち、コア１１の純シリカ（ＳｉＯ２）に対する比屈折率差は、０．０１％未満である。第１区間Ｒ１及び第２区間Ｒ２のそれぞれにおいて、コア１１の直径（コア径）は、８．０μｍ以上１０．５μｍ以下である。
　第１クラッド１２は、シリカ系ガラスで構成される。第１クラッド１２は、コア１１と接する内周領域を有する。少なくとも内周領域は、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含む。第１クラッド１２は、径方向の全領域に感光性材料を含んでもよい。第１クラッド１２は、フッ素を更に含んでいてもよい。この場合、第１クラッド１２におけるフッ素濃度は、純シリカに対する比屈折率の変化に換算して０．４０％より大きく０．７５％以下である。
　第１クラッド１２は、感光性材料として、例えばＧｅＯ２又はＢ２Ｏ３を含む。ＧｅＯ２の添加量は、例えば、純シリカに対する比屈折率差換算で０．３５％以上０．５０％以下である。Ｂ２Ｏ３の添加量は、例えば、純シリカに対する比屈折率差換算で０．０５％以上０．５５％以下である。感光性材料は、コア１１及び第２クラッド１３には実質的に含まれない。コア１１及び第２クラッド１３のそれぞれにおけるＧｅＯ２の添加量及びＢ２Ｏ３の添加量は、いずれも０である。
　第１クラッド１２における感光性材料を含む領域には、周期的な屈折率変調によりファイバグレーティングを形成することができる。ファイバグレーティングが形成されている領域のファイバ配置は真直である。すなわち、本実施形態では、第３区間Ｒ３は、真直に配置される真直領域であり、一対の第４区間Ｒ４、一対の第２区間Ｒ２、及び一対のＳＭＦ２０は、取り回し領域である。
　第３区間Ｒ３のＭＦＤは、感光性材料への特定波長の光照射により上昇した第１クラッド１２の比屈折率差Δｎｃｌａｄ１＋ｕｖに依存する。第４区間Ｒ４のＭＦＤは、非ＵＶ照射下での第１クラッド１２の比屈折率差Δｎｃｌａｄ１に依存し、１１．０μｍ以上１５．０μｍ以下より好適には１２．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。第４区間Ｒ４における第３区間Ｒ３との境界部は、第３区間Ｒ３に近づくにつれて比屈折率差がΔｎｃｌａｄ１からΔｎｃｌａｄ１＋ｕｖまで増大したＭＦＤ変換構造を有する。
　ここで、Δｎｃｌａｄ１は、第１クラッド１２内の屈折率プロファイルの近似直線が、コア１１と第１クラッド１２との境界においてとる値である。第１クラッド１２内の屈折率プロファイルの近似直線は、コア１１と第１クラッド１２との境界からコア中心を基準に外側に１．０μｍ離れた位置における屈折率と、第２クラッド１３と第１クラッド１２との境界からコア中心に向かって１．０μｍ離れた位置における屈折率の２点を直線で結んだラインとする。
　第１クラッド１２におけるＧｅ濃度は、径方向において傾斜している。径方向におけるコア１１側から第２クラッド１３側までのＧｅ濃度の傾斜（すなわち、Ｇｅ濃度プロファイルの傾き又は勾配（比屈折率差の変動／コア１１と第１クラッド１２との境界から第１クラッド１２と第２クラッド１３との境界までの距離）は、－０．０１３［％／μｍ］である。コア１１と第１クラッド１２との境界は、コア１１から第１クラッド１２へ向かう方向の屈折率の勾配が負の最大になる位置で定義される。第１クラッド１２と第２クラッド１３との境界は、コア１１と第１クラッド１２の境界から外周へ向かう方向で、屈折率の勾配がゼロとなるコア中心に最も近い位置で定義される。
　第１クラッド１２は、屈折率を下げるダウンドーパントとしてフッ素（Ｆ）を含む。第１区間Ｒ１及び第２区間Ｒ２のそれぞれにおいて、第１クラッド１２の直径（第１クラッド径）は、２７．０μｍ以上４０．０μｍ以下である。
　第２クラッド１３は、シリカ系ガラスで構成されている。第２クラッド１３は、屈折率を下げるダウンドーパントとしてフッ素（Ｆ）を含む。第２クラッド１３の直径（第２クラッド径）は、１２４．０μｍ以上１２６．０μｍ以下である。
　感光性ファイバ１０では、後述するように、放電の影響により元素が長手軸（軸方向）に垂直な断面内で径方向に拡散している場合がある。このように軸方向に垂直な断面内での元素の分布が変化していても、軸方向に垂直な断面毎の元素の総量が変化していない場合、本明細書においては、感光性ファイバ１０が長さ方向で一様な組成を有すると言う。
　第１区間Ｒ１において、コア１１及び第１クラッド１２には、線引き時に付与された引張応力が残留している。コア１１に残留している引張応力の最小値は、１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、より好ましくは５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である。第１クラッド１２に残留している引張応力は、０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、より好ましくは３ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下である。
　これに対し、第２区間Ｒ２では、放電融着による熱が印加されることにより、引張応力が熱緩和されている。このため、第２区間Ｒ２において、コア１１及び第１クラッド１２に残留している引張応力は、第１区間Ｒ１と比較して、それぞれ低くなっているか、もしくは、圧縮応力に転じている。第２区間Ｒ２では、コア１１の引張応力が緩和されたことにより、コア１１の屈折率が増大している。コア１１の屈折率の増大量は、純シリカに対する比屈折率差換算で０．００５％以上０．１００％以下の範囲である。第２区間Ｒ２では、コア１１の屈折率差が増大することにより、ＭＦＤが１２．０μｍ程度から１１．０μｍ程度に低下している。
　引張応力は、上記ファイバ構造となる母材の線引条件により調整される。例えば、線引張力を９．８×１０－２Ｎ以上２９．４×１０－２Ｎ以下とすることにより、線引き後の光ファイバのコアには、１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、より好ましくは５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の引張応力が付与される。また、光ファイバの第１クラッドには、０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、より好ましくは３ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の引張応力が付与される。
　線引張力は、線引き炉の温度、及び、線速によってファイバに付与される。線引き炉の温度は、１８００℃以上、より好ましくは１９００℃以上である。線速は、１０ｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは２０ｍ／ｍｉｎ以上５００ｍ／ｍｉｎ以下である。
　ＳＭＦ２０は、コアと、コアを径方向外側から取り囲むクラッドとを有している。クラッドの屈折率は、コアの屈折率よりも低い。ＳＭＦ２０は、感光性ファイバ１０と融着され、放電の影響を受ける区間を一方の端部に有している。コアは、シリカ系ガラスで構成されている。コアは、屈折率を上げるアップドーパントとしてＧｅＯ２を含む。クラッドは、シリカ系ガラスで構成されている。クラッドは、純シリカ（純石英）であってもよいし、フッ素を含んでいてもよい。
　感光性ファイバ１０と融着されたＳＭＦ２０の一端部がＴＥＣ（Thermally　Expanded　Core）処理されていてもよい。すなわち、ＳＭＦ２０のＭＦＤは、感光性ファイバ１０の両端側に近づくにつれて増大していてもよい。この場合、感光性ファイバ１０とＳＭＦ２０との間のＭＦＤ差異が更に小さくなるので、接続ロスが更に抑制される。
　次に、ＧＦＦ１の製造方法について説明する。ＧＦＦ１の製造方法は、感光性ファイバ１０となる感光性ファイバの両端それぞれに、一対のＳＭＦ２０となる一対のＳＭＦを融着する工程を含む。融着する工程は、感光性ファイバ及びＳＭＦの中心軸を一致させると共に、端面同士を接触させた状態で行われる。融着する工程では、感光性ファイバの一対の両端部に、感光性ファイバの軟化点温度近傍の熱が印加される。このため、感光性ファイバの一対の両端部において、コアに残留している引張応力が解放されることにより、感光性ファイバの一対の両端部におけるＭＦＤが縮小される。
　この結果、感光性ファイバ１０及び一対のＳＭＦ２０を備えるＧＦＦ１が得られる。感光性ファイバの一対の両端部は、感光性ファイバ１０の一対の第２区間Ｒ２となる。一対の第２区間Ｒ２におけるＭＦＤは、例えば、１１．５μｍよりも小さいＭＦＤに変換される。この結果、感光性ファイバ１０とＳＭＦ２０とのＭＦＤ差異が小さくなるので、接続ロスが低減される。
　融着温度（アークプラズマの温度）は、例えば、４０００℃以上６５００℃以下である。融着時間にも依存するが、融着温度が上記範囲であれば、感光性ファイバ１０の第２区間Ｒ２におけるＭＦＤを低減することができる。
　融着時間は、例えば、０．１秒以上１００秒以下である。つまり、感光性ファイバの端面とＳＭＦの端面とが接触する接触部は、４０００℃以上６５００℃以下の温度のアークプラズマで、０．１秒以上１００秒以下の時間にわたって加熱される。融着温度が３５００℃以下である場合、融着時間が１００秒以上必要になるので、フッ素の拡散係数を考慮すると、適切ではない。融着温度が４０００℃以上であることにより、融着時間を短縮することができる。
　融着する工程は、例えば、感光性ファイバの端面とＳＭＦの端面とが接触する接触部を挟んで一対の放電針を配置して実施される。感光性ファイバ及びＳＭＦにおいて、一対の放電針に挟まれた部分には、最も大きな熱が印加されるので、この部分の温度が最高温度となる。例えば、接触部を挟んで一対の放電針を配置した場合、接触部には、最も大きな熱が印加されるので、感光性ファイバ及びＳＭＦにおいて、接触部の温度が最高温度となる。
　融着する工程は、放電針を接触部からＳＭＦ側にずらし、接触部からＳＭＦ側にずれた位置の温度が、接触部における温度よりも高くなるように実施されてもよい。つまり、接触部からＳＭＦ側にずれた位置の温度が最高温度となる。放電針の位置をシフトさせる手法は、例えば、接触部を挟んで一対の放電針を配置すると、接触部における感光性ファイバが上記温度範囲（４０００℃以上６５００℃以下）の上限を超えたアークプラズマにさらされる場合に用いられる。放電針の位置は、感光性ファイバ及びＳＭＦの各位置に適切な熱を印加するように配置される。これにより、適切な融着条件にて融着を行うことができる。
　光ファイバの残留引張応力を周期的に解放させることで、周期的な屈折率変調を付与したファイバグレーティングが報告されている（特許文献５）。しかしながら、光ファイバの残留引張応力を解放することにより、同一光ファイバの一部のＭＦＤを縮小させて、ＳＭＦとの接続ロスを低減するという点に着眼した本実施形態と、特許文献５で報告されたファイバグレーティングが異なることは明確である。
　ＧＦＦ１の製造方法は、融着する工程の前に、感光性ファイバの両端と融着される一対のＳＭＦの一端部に対し、ＴＥＣ処理を実施する工程を更に含んでいてもよい。ＴＥＣ処理によれば、感光性ファイバの両端と融着される一対のＳＭＦの一端部を加熱し、当該一端部のＭＦＤを増大させることができる。この場合、感光性ファイバ１０とＳＭＦ２０との間のＭＦＤ差異が更に小さくなるので、接続ロスが更に抑制される。
　図３は、第１実施例に係るＧＦＦの融着点からの距離とＭＦＤとの関係を示すグラフである。横軸は、融着点からの距離（μｍ）である。原点０μｍは、感光性ファイバとＳＭＦとが接触する位置を指す。マイナス側は感光性ファイバにおける位置であり、プラス側はＳＭＦにおける位置である。縦軸は、ＭＦＤである。なお、説明を分かりやすくするため、図３には、上記実施形態の符号と同一の符号を用いるが、上記実施形態は第１実施例に限定されない。
　第１実施例に係るＧＦＦは、上記製造方法に基づき、感光性ファイバと一対のＳＭＦとをアーク放電により融着して製造された。一対の放電針の中央の位置は、接触部を挟んだ位置からプラス側（ＳＭＦ側）に１００μｍシフトさせた位置とした。つまり、感光性ファイバの両端から一対のＳＭＦ側に１００μｍずれた位置の温度が、感光性ファイバの両端における温度よりもそれぞれ高くなるように、融着する工程を実施した。放電条件として、融着温度が４０００℃以上６５００℃以下に設定され、融着時間が０．１秒以上１００秒以下に設定された。融着時間は、０．５秒以上１０秒以下が好適であった。
　図３に示されるように、感光性ファイバにおいて、融着点からの距離が－５００μｍの位置におけるＭＦＤは、放電の影響を受けていない第１区間（定常部）と同じ１２．３μｍである。つまり、第１実施例に係る感光性ファイバでは、融着点からの距離が－５００μｍ以下の範囲が、第１区間に対応し、当該範囲のＭＦＤ（平均ＭＦＤ）は、１２．３μｍである。感光性ファイバでは、融着点からの距離が－５００μｍから０μｍの範囲は、第２区間に対応し、放電の影響を受け、ＭＦＤが変化している。当該範囲（第２区間）の平均ＭＦＤは１１．６μｍである。
　融着点からの距離が－５００μｍから－２００μｍにかけてＭＦＤが１１．５μｍ程度にまで低減されている。その理由は、図５及び図６で説明する。融着点からの距離が－２０μｍの位置では、ＭＦＤが微増し、１１．７μｍである。
　ＳＭＦでは、融着点からの距離が１０００μｍ近傍から５００μｍ近傍にかけて、ＭＦＤが徐々に増大し、５００μｍ近傍で１０．５μｍ程度にまで微増している。融着点からの距離が５００μｍ近傍から２０μｍまでは、ＭＦＤがほぼ同程度で推移している。ＳＭＦの平均ＭＦＤは、１０．５μｍである。第１実施例に係るＧＦＦでは、融着点からの距離が－２０μｍ以上２０μｍ以下の範囲でＭＦＤが１．２μｍ変化している。第１実施例１に係るＧＦＦでは、感光性ファイバの第２区間の平均ＭＦＤとＳＭＦの平均ＭＦＤとの差は、１．３μｍ以下である。接続ロスは、０．０３ｄＢであり、０．１０ｄＢよりも低い低ロス化に成功した。
　図４は、第２実施例に係るＧＦＦの融着点からの距離とＭＦＤとの関係を示すグラフである。横軸及び縦軸は、図３と同様である。
　第２実施例に係るＧＦＦは、上記製造方法に基づき、感光性ファイバと一対のＳＭＦとをアーク放電により融着して製造された。一対の放電針の位置は、接触部を挟んだ位置とし、アーク放電により融着して製造された。
　図４に示されるように、感光性ファイバにおける融着点からの距離が－１０００μｍ以下の範囲は、放電の影響を受けていない第１区間（定常部）に対応し、当該範囲のＭＦＤは１２．３μｍである。ＳＭＦにおける融着点からの距離が１０００μｍ以上の範囲は、放電の影響を受けていない区間（定常部）に対応し、当該範囲（第１区間）のＭＦＤ（平均ＭＦＤ）は１０．２μｍである。
　感光性ファイバでは、融着点からの距離が－１０００μｍから０μｍの範囲は、第２区間に対応し、当該範囲のＭＦＤは、放電の影響を受けて変化している。当該範囲（第２区間）の平均ＭＦＤは１１．９μｍである。融着点からの距離が－１０００μｍから－５００μｍにかけてＭＦＤが１１．５μｍ程度にまで縮小されている。融着点からの距離が－２００μｍから０μｍにかけてＭＦＤは急激に増大している。融着点からの距離が－２０μｍにおけるＭＦＤは、第１区間よりも大きく、１２．７μｍ程度である。
　ＳＭＦでは、融着点からの距離が１０００μｍから５００μｍにかけてＭＦＤが１０．２μｍから１０．５μｍにまで微増している。融着点からの距離が５００μｍから２０μｍまでは、ＭＦＤがほぼ同程度で推移している。ＳＭＦの融着点０μｍから放電の影響を受けている範囲での平均ＭＦＤは、１０．３μｍである。なお、放電の影響を受けている範囲とは、１０００μｍから５０００μｍまでの平均ＭＦＤ１０００－５０００に対して０．２μｍ以上大きいＭＦＤを有する範囲である。第２実施例では、０μｍ以上７００μｍ以下の範囲である。第２実施例に係るＧＦＦでは、融着点からの距離が－２０μｍ以上２０μｍ以下の範囲でＭＦＤが２．５μｍ変化している。接続ロスは、０．２１ｄＢであり、第１実施例の接続ロスに比べて１桁増大した。
　図５は、第１実施例に係る感光性ファイバの残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示すグラフである。横軸は、直径上の位置（径方向位置）である。左縦軸は、残留応力である。プラス側が引張応力であり、マイナス側が圧縮応力である。右縦軸は、第１クラッドに対するコアの比屈折率差である。径方向の残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルは、融着点からの距離が－１５００μｍ、－５００μｍ、及び６０μｍの位置においてそれぞれ測定された。
　図５に示されるように、コアの残留応力は引張応力である。融着点からの距離が－１５００μｍから－５００μｍにかけて残留引張応力が放電による熱印加により解放され、解放前と解放後の第２クラッドに対するコアの比屈折率差の差分は、０．０３８％に増大している。その結果、感光性ファイバのＭＦＤは、定常部（第１区間）の１５００μｍでの１２．３μｍから、－５００μｍでの１１．５μｍに縮小していることが判明した。
　このようなＭＦＤの低減について、図５を用いて説明する。測定位置－１５００μｍの屈折率プロファイルと対比して、測定位置－６０μｍの屈折率プロファイルは、コアと第１クラッドとの界面から第１クラッドにわたって揺らいでいることが分かる。
　測定位置－５００μｍの屈折率プロファイルと対比して、測定位置－６０μｍの屈折率プロファイルでは、純シリカに対するコアの比屈折率差は、径方向位置が－５μｍ以上５μｍ以下である中心領域では減少し、径方向位置が－５μｍ未満又は５μｍを超える外周領域では増加している。この振る舞いは、第１クラッドに添加されたフッ素がコア及び第２クラッドに拡散した結果であることが分かった。フッ素の拡散により、第１クラッドの屈折率が増大すると共に、コア径が細径化し、その結果、ＭＦＤが増大したことが分かった。なお、第１実施例における融着条件では、Ｇｅの拡散量は、フッ素の拡散量に比べてわずかであり、ＭＦＤ変化の寄与度としては無視できるレベルであった。
　図６は、第１実施例に係るＳＭＦの残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示すグラフである。横軸及び縦軸は、図５と同様である。径方向の残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルは、融着点からの距離が１５００μｍ及び８０μｍの位置においてそれぞれ測定された。ＳＭＦにおいて、融着点からの距離が１５００μｍの位置は、融着による熱の影響を受けていない定常部である。
　図６に示されるように、融着点からの距離が１５００μｍの位置では、コア及びクラッドには圧縮応力が残留しており、コアに残留している圧縮応力はクラッドに残留している圧縮応力よりも大きいことが分かる。一方、融着点からの距離が８０μｍの位置では、コア及びクラッドの残留応力は、放電の熱により解放され、その結果、純シリカに対するコアの比屈折率差が低減され、ＭＦＤが増大したことが分かる。
　第１，２実施例の放電融着によるファイバ長さ方向に対するＭＦＤ変化の振る舞いの結果から、以下のことが説明できる。すなわち、感光性ファイバでは、残留引張応力が付与されたコアに熱を印加することで、応力が解放される。これにより、コアと第１クラッドとの屈折率差が増大するので、ＭＦＤを縮小させることができる。ただし、更に熱を印加すると、第１クラッドに添加されたＦがコア及び第２クラッドに拡散する。これにより、第１クラッドの屈折率が増大すると共に、コアの細径化が発生するので、ＭＦＤが増大する。したがって、感光性ファイバのＭＦＤを縮小するには、残留引張応力は解放されるものの、フッ素が十分に拡散されない温度範囲で融着を実施すればよい。すなわち、第１実施例に係るＧＦＦでは、放電針を感光性ファイバの両端からＳＭＦ側にずらすことで、感光性ファイバに対する放電の熱印加を低減し、フッ素拡散を引き起こす温度よりも低温で融着したことが奏功した。
１…利得等化フィルタ
１０…感光性ファイバ（第１光ファイバ）
１１…コア
１２…第１クラッド
１３…第２クラッド
２０…シングルモードファイバ（第２光ファイバ）
Ｒ１…第１区間
Ｒ２…第２区間
Ｒ３…第３区間
Ｒ４…第４区間

Claims (12)

  1. 　コアと、前記コアを径方向外側から取り囲む第１クラッドと、前記第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を有すると共に、長さ方向で一様な組成を有する第１光ファイバと、
    　前記第１光ファイバの両端それぞれに融着された一対の第２光ファイバと、を備え、
    　前記第１光ファイバは、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１区間と、前記第１区間の両端と前記一対の第２光ファイバとをそれぞれ接続する一対の第２区間と、を有し、
    　前記第１クラッドは、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含み、
    　前記コアには、前記第１区間において引張応力が残留しており、
    　前記第２区間の平均モードフィールド径は、前記第２光ファイバの平均モードフィールド径よりも大きく、かつ、前記第１区間の平均モードフィールド径よりも小さい、
    　利得等化フィルタ。
  2. 　前記第２区間の平均モードフィールド径と前記第２光ファイバの平均モードフィールド径との差は、１．３μｍ以下である、
    　請求項１に記載の利得等化フィルタ。
  3. 　前記コアは、シリカ系ガラスで構成され、純シリカに対して０．０１％を超える比屈折率差を与える量のドーパントを含まず、
    　前記第１クラッドはフッ素を含み、
    　前記第１クラッドのフッ素濃度は、純シリカに対する比屈折率の変化に換算して０．４０％より大きく０．７５％以下である、
    　請求項１または請求項２に記載の利得等化フィルタ。
  4. 　前記第１区間において、前記コアに残留している引張応力の最小値は、１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下である、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
  5. 　前記第２区間において、前記コアに残留している応力は、前記第１区間において前記コアに残留している引張応力よりも低い引張応力、又は、圧縮応力である、
    　請求項４に記載の利得等化フィルタ。
  6. 　前記第１区間の平均モードフィールド径は、１１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
    　前記第２光ファイバの平均モードフィールド径は、９．０μｍ以上１０．９μｍ以下である、
    　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
  7. 　前記第１区間において、
    　前記コアの直径は、８．０μｍ以上１０．５μｍ以下であり、
    　前記第１クラッドに対する前記コアの比屈折率差は、０．１６％以上０．３６％以下である、
    　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
  8. 　前記第１クラッドは、前記コアと接する内周領域を有し、
    　前記感光性材料は、前記内周領域に含まれる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
  9. 　前記一対の第２光ファイバのモードフィールド径は、前記第１光ファイバの両端側に近づくにつれて増大している、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
  10. 　コアと、前記コアを径方向外側から取り囲み、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含む第１クラッドと、前記第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を備えると共に、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１光ファイバの両端それぞれに、前記第１光ファイバのモードフィールド径よりも小さいモードフィールド径を有する一対の第２光ファイバを融着する工程を含み、
    　前記融着する工程では、前記一対の第２光ファイバの温度が前記第１光ファイバの両端における温度よりもそれぞれ高くなるように、前記第１光ファイバ及び前記一対の第２光ファイバを加熱し、前記第１光ファイバの両端部において、前記コアに残留している引張応力が解放されることにより、前記第１光ファイバの両端部における平均モードフィールド径が縮小される、
    　利得等化フィルタの製造方法。
  11. 　前記融着する工程における融着温度は、４０００℃以上６５００℃以下であり、融着時間は、０．１秒以上１００秒以下である、
    　請求項１０に記載の利得等化フィルタの製造方法。
  12. 　前記融着する工程の前に、前記第１光ファイバの両端と融着される前記一対の第２光ファイバの、前記第１光ファイバと融着される側の一端部を加熱し、前記一端部のＭＦＤを増大させる工程を更に含む、
    　請求項１０に記載の利得等化フィルタの製造方法。
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