JP2013033865A - 光ファイバおよび光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光の入射を安価に且つ比較的容易に行うことができるマルチコアの光ファイバを提供する。
【解決手段】本発明の光ファイバ１００は、複数のコア１０と、複数のコア１０の周囲を囲繞する第１クラッド２０と、第１クラッド２０の周囲を囲繞する第２クラッド３０とを備え、複数のコア１０の少なくとも一つには希土類元素が含まれており、複数のコア１０のいずれのコア１０よりも第１クラッド２０の方が屈折率が低く、第１クラッド２０よりも第２クラッド３０の方が屈折率が低い。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のコアを備えた光ファイバおよび光ファイバの製造方法に関するものである。

近年、光ファイバのコア内にＥｒ（エルビウム），Ｐｒ（プラセオジウム），Ｎｄ（ネオジム），Ｙｂ（イッテルビウム）等の希土類元素を添加した光ファイバを用いた光増幅器が実用化されている。特に、Ｅｒを添加した光ファイバ増幅器は、１．５５μｍ帯において、高利得、高飽和出力を有することから種々のシステムへ適用されている。その中でも１．５３μｍから１．５６μｍの波長帯の信号光を数波以上用いた波長多重伝送による高速、大容量、長距離伝送、ＣＡＴＶシステムへの適用が検討され、実用化に移っている。

コア内に希土類元素を添加した光ファイバを用いた光増幅器は、コアに信号光と励起光の両方を入射させて伝搬させて信号光を増幅する方式であり、ＷＤＭカプラなどを用いて希土類元素添加光ファイバに信号光と励起光を入射させている。

特開平１０−２４２５４８号公報 特開平９−１５９８４６号公報

通常の光ファイバはコアが一つのシングルコア光ファイバであるが、一つの光ファイバに複数のコアを備えさせるようにすれば、信号光の増幅を複数のコアで同時に行うことができる。例えば特許文献１，２にはそのような複数の希土類元素添加コアを備えたマルチコア光ファイバが開示されている。

しかしながら、特許文献１，２に開示された技術では、一つ一つのコアに独立に信号光と励起光との両方を入射させる必要があり、細い光ファイバの端面においてそれぞれのコアに信号光と励起光の両方を位置ずれなく入射させるのは非常に困難であるとともに、各コアごとに励起光入射装置が必要となりコスト増となる。特許文献１には、該文献の図５に光増幅器全体の構造が示されているが、信号光・励起光の入射部分は明記されておらず、各コアに位置ずれなく信号光・励起光を入射させるという問題についてはなんら記載されていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、励起光の入射を安価に且つ比較的容易に行うことができるマルチコアの光ファイバを提供することにある。

本発明の光ファイバは、複数のコアと、前記複数のコアの周囲を囲繞する第１クラッドと、前記第１クラッドの周囲を囲繞する第２クラッドとを備え、前記複数のコアの少なくとも一つには希土類元素が含まれており、前記複数のコアのいずれのコアよりも前記第１クラッドの方が屈折率が低く、前記第１クラッドよりも前記第２クラッドの方が屈折率が低い構成である。希土類元素が含まれているコアは二つ以上であることが好ましい。

前記第１クラッドは、光ファイバ横断面において円形であり、前記第１クラッド内に、該第１クラッドとは屈折率が異なるとともに光ファイバ軸に沿って延びる光方向変更部が存している構成であってもよい。

前記光方向変更部は、前記複数のコアのうち前記第２クラッドに最も近いコアよりも該第２クラッドに近い位置に存している構成であってもよい。

前記光方向変更部は、前記第１クラッドよりも屈折率が低い構成であってもよい。

前記光方向変更部は、複数であって、それぞれが光ファイバ中心軸を含む面において線対称とならない構成であってもよい。

光ファイバ横断面において、前記第１クラッドの外周の形状は、円弧と弦との組合せ又は多角形であってもよい。

本発明の第１の光ファイバの製造方法は、石英パイプの空孔部分に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英円柱とを挿入して光ファイバ母材を形成する工程と、前記光ファイバ母材を加熱し延伸して光ファイバ前駆体を形成する工程と、前記光ファイバ前駆体の外周を石英よりも屈折率の低い樹脂により被覆する工程とを含む構成である。石英パイプとは、石英からなる筒体のことであり、石英ロッドとは、石英からなる棒のことである。また石英キャピラリとは、石英からなり中心軸部分に孔が伸びていて中空である棒のことである。

本発明の第２の光ファイバの製造方法は、石英ロッドに、ロッド中心軸に沿った複数の孔を開ける工程と、前記複数の孔に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英柱とを挿入して光ファイバ母材を形成する工程と、前記光ファイバ母材を加熱し延伸して光ファイバ前駆体を形成する工程と、前記光ファイバ前駆体の外周を石英よりも屈折率の低い樹脂により被覆する工程とを含む構成である。

本発明の第３の光ファイバの製造方法は、石英パイプの空孔部分に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英柱とを挿入し、前記石英パイプの外周を石英よりも屈折率の低い低屈折率部材で囲繞して光ファイバ母材を形成する工程と、前記光ファイバ母材を加熱し延伸する工程とを含む構成である。

本発明の第４の光ファイバの製造方法は、石英ロッドに、ロッド中心軸に沿った複数の孔を開ける工程と、前記複数の孔に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英柱とを挿入し、前記石英ロッドの外周を石英よりも屈折率の低い低屈折率部材で囲繞して光ファイバ母材を形成する工程と、前記光ファイバ母材を加熱し延伸する工程とを含む構成である。

本発明の第５の光ファイバの製造方法は、外層側がフッ素又はホウ素を含有した石英あるいは中心軸に沿って延びる複数の孔を備えた石英からなり、内層側が石英からなる二層構造石英ロッドを用意する工程と、前記二層構造石英ロッドの内層側に、ロッド中心軸に沿った複数の孔を開ける工程と、前記複数の孔に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英柱とを挿入して光ファイバ母材を形成する工程と、前記光ファイバ母材を加熱し延伸する工程とを含む構成である。

複数のコアが第１クラッドに囲繞されて、第１クラッドはより屈折率が低い第２クラッドに囲繞されているので、信号光を複数のコアに入射させ、励起光を第１クラッドに入射させて第１クラッドをポンピングガイドとすることにより、複数のコアに同時に励起光を導入させることができる。

図１は実施形態１に係る光ファイバの横断面である。 図２は実施形態１に係る光ファイバの製造工程の途中の半製品の横断面である。 図３は実施形態１に係る光ファイバの別の製造工程の途中の半製品の横断面である。 図４は実施形態２に係る光ファイバの横断面である。 図５は実施形態２に係る光ファイバの製造工程の途中の半製品の横断面である。 図６は実施形態２に係る光ファイバの別の製造工程の途中の半製品の横断面である。 図７は実施形態２に係る光ファイバの他の製造工程の途中の半製品の横断面である。 図８は実施形態２の変形例１に係る光ファイバの横断面である。 図９は実施形態２の変形例２に係る光ファイバの横断面である。 図１０は実施形態２の変形例３に係る光ファイバの横断面である。 図１１は実施形態３に係る光ファイバの横断面である。 図１２は実施形態３に係る光ファイバの製造工程の途中の半製品の横断面である。 図１３は実施形態３に係る光ファイバの別の製造工程の途中の半製品の横断面である。 図１４は実施形態３の変形例に係る光ファイバの横断面である。 図１５は実施形態４に係る光ファイバの横断面である。 図１６は実施形態４に係る光ファイバの製造工程の途中の半製品の横断面である。 図１７は実施形態４に係る光ファイバの別の製造工程の途中の半製品の横断面である。 図１８は実施形態４に係る光ファイバの他の製造工程の途中の半製品の横断面である。 図１９は実施形態４の変形例ａに係る光ファイバの横断面図である。 図２０は実施形態４の変形例ｂに係る光ファイバの横断面図である。 図２１は実施形態４の変形例ｃに係る光ファイバの横断面図である。 図２２は実施形態４の変形例ｄに係る光ファイバの横断面図である。 図２３は実施形態４の変形例ｅに係る光ファイバの横断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
実施形態１に係る光ファイバ１００の横断面を図１に示す。本実施形態の光ファイバ１００は７本のコア１０，１０，…が光ファイバ軸方向に伸びているマルチコア光ファイバである。光ファイバ横断面において各コア１０，１０，…は、正六角形の６つの頂点と中心とに位置するように配置されており、正六角形の中心は光ファイバの中心軸に略一致している。

複数のコア１０，１０，…は、単一の第１クラッド２０によってそれぞれの周囲を囲繞されている。第１クラッド２０は光ファイバ横断面においては光ファイバ中心軸を中心とする円形であり、第１クラッド２０内に複数のコア１０，１０，…が埋め込まれている。なお、各コア１０，１０，…は、外周を第１クラッド２０に囲繞されているが、光ファイバ両端部においては第１クラッド２０と共に露出している。つまり複数のコア１０，１０，…は光ファイバ端部を除いて単一の第１クラッド２０内に存している。

第１クラッド２０は、第２クラッド３０によって周囲を囲繞されている。第２クラッド３０の外周は光ファイバ中心軸を中心とする円であって、第２クラッド３０は第１クラッド２０の外周面をほぼ均一な厚みの層によって被覆している状態となっている。もちろん、光ファイバ両端部においては第１クラッド２０の端面は第２クラッド３０の端面と共に露出している。

本実施形態の光ファイバ１００においては、各コア１０，１０，…はＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素とＧｅ（ゲルマニウム）とを添加した石英ガラスから形成されている。第１クラッド２０は純粋石英ガラスから形成されている。第２クラッド３０は第１クラッドよりも屈折率の低いシリコーン樹脂或いは第１クラッドよりも屈折率の低いアクリル樹脂から形成されている。このような構成であるため、コア１０の屈折率が最も高く、次が第１クラッド２０の屈折率であり、最も低いのが第２クラッド３０の屈折率である。従って、コア１０を伝搬する光は第１クラッド２０によってコア１０内に閉じ込められ、第１クラッド２０を伝搬する光は第２クラッド３０によって第１クラッド２０及びコア１０内に閉じ込められる。即ち、本実施形態の光ファイバ１００はダブルクラッド光ファイバと呼ばれる構造を有している。

この光ファイバ１００は光増幅に用いることができる。具体的には、この光ファイバ１００の一方の端部にカプラを接続して各コア１０，１０，…に信号光を入射させ、第１クラッド２０には励起光を入射させる。即ち第１クラッド２０をポンプガイドとして用いる。一般的には、各コア１０，１０，…にそれぞれ異なる信号光を入れて伝搬させるため、本実施形態の光ファイバ１００を用いると１本の光ファイバで７つの信号を同時に送信することができる。第１クラッド２０を進んでいく励起光は第１クラッド２０と第２クラッド３０との境界で反射して向きを変え、時々コア１０を通過する。コア１０を通過する励起光は希土類元素の働きによって信号光を増幅する。

本実施形態の光ファイバ１００は、簡単な構造で複数のコア１０，１０，…に同時に励起光を容易に導入することができる。従って、効率的な光増幅を安価に行うことができる。

次に本実施形態の光ファイバ１００の製造方法について説明する。

−製造方法Ａ１−
製造方法Ａ１では、図２（ａ）に示すように、まず石英パイプ６０と、中心軸部分７５にＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素を含有している石英円柱であるコア母材７０，７０，…を用意する。コア母材７０の中心軸部分７５にはＧｅも含有されている。

それから石英パイプ６０の中心の空孔部分に、コア母材７０，７０，…を挿入して詰め込み、光ファイバ母材２００を作製する。

次に光ファイバ母材２００を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、石英パイプ６０とコア母材７０，７０，…との間の隙間、及びコア母材７０とコア母材７０との間の隙間がなくなり、図２（ｂ）に示す光ファイバ前駆体２０１が形成される。

その次に、光ファイバ前駆体２０１の外周にシリコーン樹脂あるいはアクリル樹脂を塗布することにより、光ファイバ前駆体２０１をシリコーン樹脂あるいはアクリル樹脂によって被覆する。こうして図１に示す光ファイバ１００が出来上がる。

−製造方法Ｂ１−
別の製造方法である製造方法Ｂ１を図３を参照して説明する。まず、石英ロッドを用意し、ロッド中心軸に沿って複数の孔をあける。孔は、石英ロッドの横断面において正六角形の各頂点とその中心に配置されるように開けられる。

次に、孔を開けられた有孔石英ロッド６２の孔に、７本のコア母材７０，７０，…を挿入して光ファイバ母材２０２を作製する。コア母材７０，７０，…の外径は、孔の径よりも少し小さく設定されている。

光ファイバ母材２０２を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、有孔石英ロッド６２とコア母材７０，７０，…との間の隙間がなくなり、光ファイバ前駆体２０１ができあがる。

その次に、光ファイバ前駆体２０１の外周にシリコーン樹脂あるいはアクリル樹脂を塗布することにより、光ファイバ前駆体２０１をシリコーン樹脂あるいはアクリル樹脂によって被覆する。こうして図１に示す光ファイバ１００が出来上がる。

（実施形態２）
実施形態２に係る光ファイバ１０１の断面を図４に示す。本実施形態の光ファイバ１０１と実施形態１の光ファイバ１００との違いは、第２クラッド３１にあり、その他は同じであるので、実施形態１と異なっているところを主として説明する。

本実施形態の光ファイバ１０１は、純粋石英ガラスからなる第１クラッド２０の周囲を囲繞する第２クラッド３１がフッ素ドープされた石英ガラスからなっている。第２クラッド３１はフッ素含有石英ガラスであるため、純粋の石英ガラスよりも屈折率が低くなる。従って、実施形態１と同じように第１クラッド２０を通過していく励起光が第２クラッド３１により第１クラッド２０内に閉じ込められる。そのため、本実施形態の光ファイバ１０１は、簡単な構造で複数のコア１０，１０，…に同時に励起光を容易に導入することができる。従って、効率的な光増幅を安価に行うことができる。

−製造方法Ｃ１−
本実施形態の光ファイバ１０１を製造する製造方法Ｃ１を、図５を参照にして説明する。

まず石英パイプ６１と、中心軸部分７５にＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素を含有している石英円柱であるコア母材７０，７０，…を用意する。コア母材７０の中心軸部分７５にはＧｅも含有されている。

それから石英パイプ６１の中心の空孔部分に、コア母材７０，７０，…を挿入して詰め込む。さらにこの石英パイプ６１をフッ素含有石英パイプ（低屈折率部材）７６の中心の空孔部に入れて光ファイバ母材２１０を形成する。

次に光ファイバ母材２１０を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、石英パイプ６１とコア母材７０，７０，…との間の隙間、コア母材７０とコア母材７０との間の隙間、及び石英パイプ６１とフッ素含有石英パイプ７６との間の隙間がなくなり、図４に示す光ファイバ１０１が形成される。

−製造方法Ｄ１−
別の製造方法である製造方法Ｄ１を図６を参照して説明する。まず、石英ロッドを用意し、ロッド中心軸に沿って複数の孔をあける。孔は、石英ロッドの横断面において正六角形の各頂点とその中心に配置されるように開けられる。

次に、孔を開けられた有孔石英ロッド６３の孔に、複数のコア母材７０，７０，…を挿入する。コア母材７０，７０，…の外径は、孔の径よりも少し小さく設定されている。さらにこの有孔石英ロッド６３をフッ素含有石英パイプ（低屈折率部材）７６の中心の空孔部に入れて光ファイバ母材２１１を形成する。

次に光ファイバ母材２１１を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、有孔石英ロッド６３とコア母材７０，７０，…との間の隙間、及び有孔石英ロッド６３とフッ素含有石英パイプ７６との間の隙間がなくなり、図４に示す光ファイバ１０１が形成される。

−製造方法Ｅ１−
別の製造方法である製造方法Ｅ１を図７を参照して説明する。まず、二層構造石英ロッドを用意する。この二層構造石英ロッドは内層６４が石英からなり、外層７７がフッ素含有石英からなっている。この二層構造石英ロッドの内層６４に、ロッド中心軸に沿って複数の孔をあける。孔は、石英ロッドの横断面において正六角形の各頂点とその中心に配置されるように開けられる。

次に、孔を開けられた有孔二層構造石英ロッド７８の孔に、複数のコア母材７０，７０，…を挿入して光ファイバ母材２１２を形成する。コア母材７０，７０，…の外径は、孔の径よりも少し小さく設定されている。

次に光ファイバ母材２１２を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、有孔二層構造石英ロッド７８とコア母材７０，７０，…との間の隙間がなくなり、図４に示す光ファイバ１０１が形成される。

＜実施形態２の変形例１，２＞
図８，９に本実施形態の変形例１，２に係る光ファイバ１０２，１０３の横断面を示す。これらの変形例は、第１クラッド２１，２２の形状が上記の実施形態と異なっており、それにより第２クラッド３１の内周側形状も異なっているが、それ以外は上記の実施形態と同じであるので、同じところは説明を省略する。

変形例１の光ファイバ１０２の第１クラッド２１は、光ファイバ横断面において外周の円の一部が切り欠かれて、外周が円弧と弦との組合せとなっている。第２クラッド３１の内周形状も円弧と弦との組合せであるが、外周形状は円である。

上記の実施形態では、第１クラッド２０の外周が円形であるので、第１クラッド２０内部を進んでいく励起光の一部は、第１クラッド２０と第２クラッド３１との境界で反射を繰り返してコア１０，１０，…が存する範囲の外側の第１クラッド２０部分のみを反射を繰り返しながら進んで行ってしまう、いわゆるスキュー光となってしまう。スキュー光はコア１０，１０，…を通過しないので光の増幅に寄与しない。従って励起光の一部が無駄になってしまう。しかしながら変形例１では、第１クラッド２１の外周部分が上述の形状であることにより、弦の部分での反射がスキュー光をコア方向へ進行させるようにするため、励起光の全てを光増幅に寄与するようにできる。そして第１クラッド２１の面内での励起光強度が均一になり、各コア１０，１０，…において利得がばらついてしまうことを抑制することができる。

変形例２に係る光ファイバ１０３の第１クラッド２２は、光ファイバ横断面において外周が正六角形となっている。この形状により、変形例２と同様にスキュー光の進行方向を変えることができる。従って、変形例１と同様の効果が得られる。

＜実施形態２の変形例３＞
図１０に本実施形態の変形例３に係る光ファイバ１０４の横断面図を示す。この変形例は第２クラッド３２が上記の実施形態とは異なっており、それ以外は上記の実施形態と同じであるので、同じところは説明を省略する。

変形例３の光ファイバ１０４に係る第２クラッド３２は、石英ガラスにより構成されていると共に、第１クラッド２０との境界部分に第１クラッド２０を囲繞するように多数の空孔３５，３５，…が配置されている。空孔３５，３５，…は光ファイバ中心軸に沿って延びている。

本変形例に係る光ファイバ１０４では、空孔３５，３５，…部分の屈折率が石英ガラスよりも小さいので、第１クラッド２０に導入された光は第１クラッド２０内に閉じ込められ、上記の実施形態１と同じ効果を奏する。

（実施形態３）
実施形態３に係る光ファイバ１１０は、図１１に示すように、実施形態１の光ファイバ１００に光方向変更部４０が加わったものである。

本実施形態の光ファイバ１１０は７本のコア１０，１０，…が光ファイバ軸方向に伸びているマルチコア光ファイバである。光ファイバ横断面において各コア１０，１０，…は、正六角形の６つの頂点と中心とに位置するように配置されており、正六角形の中心は光ファイバの中心軸に略一致している。

複数のコア１０，１０，…は、単一の第１クラッド２０によってそれぞれの周囲を囲繞されている。第１クラッド２０は光ファイバ横断面においては光ファイバ中心軸を中心とする円形であり、第１クラッド２０内に複数のコア１０，１０，…および光方向変更部４０が埋め込まれている。なお、各コア１０，１０，…および光方向変更部４０は、外周を第１クラッド２０に囲繞されているが、光ファイバ両端部においては第１クラッド２０と共に露出している。つまり複数のコア１０，１０，…および光方向変更部４０は光ファイバ端部を除いて単一の第１クラッド２０内に存している。

第１クラッド２０は、第２クラッド３０によって周囲を囲繞されている。第２クラッド３０の外周は光ファイバ中心軸を中心とする円形であって、第２クラッド３０は第１クラッド３０の外周をほぼ均一な厚みの層が被覆している状態となっている。もちろん、光ファイバ両端部においては第１クラッド２０の端面は第２クラッド３０の端面と共に露出している。

本実施形態の光ファイバ１１０においては、各コア１０，１０，…はＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素とＧｅ（ゲルマニウム）とを添加した石英ガラスから形成されている。第１クラッド２０は純粋石英ガラスから形成されている。第２クラッド３０は第１クラッドよりも屈折率の低いシリコーン樹脂或いは第１クラッドよりも屈折率の低いアクリル樹脂から形成されている。このような構成であるため、コア１０の屈折率が最も高く、次が第１クラッド２０の屈折率であり、最も低いのが第２クラッド３０の屈折率である。従って、コア１０を伝搬する光は第１クラッド２０によってコア１０内に閉じ込められ、第１クラッド２０を伝搬する光は第２クラッド３０によって第１クラッド２０及びコア１０内に閉じ込められる。即ち、本実施形態の光ファイバ１１０はダブルクラッド光ファイバと呼ばれる構造を有している。

第１クラッド２０内に存する光方向変更部４０は、各コア１０，１０，…のうち第２クラッド３０に最も近いコア１０（正六角形の頂点に存するコア）よりも第２クラッド３０に近い位置に存しており、光ファイバ軸に沿って延びている。つまり光方向変更部４０と第２クラッド３０との距離は、複数のコア１０，１０，…と第２クラッド３０との最短距離よりも小さい。この光方向変更部４０は、フッ素含有石英ガラスからなっており、第１クラッド２０よりも屈折率が小さい。

この光ファイバ１１０は光増幅に用いることができる。具体的には、この光ファイバ１１０の一方の端部にカプラを接続して各コア１０，１０，…に信号光を入射させ、第１クラッド２０には励起光を入射させる。即ち第１クラッド２０をポンプガイドとして用いる。一般的には、各コア１０，１０，…にそれぞれ異なる信号光を入れて伝搬させるため、本実施形態の光ファイバ１１０を用いると１本の光ファイバで７つの信号を同時に送信することができる。第１クラッド２０を進んでいく励起光は時々コア１０を通過する。第１クラッド２０と第２クラッド３０との境界で何度も反射してもコア１０を通過しない光は、光方向変更部４０を通過すると、第１クラッド２０と光方向変更部４０との屈折率の差のため、進行方向を変更し、やがてコア１０を通過するようになる。コア１０を通過する励起光は希土類元素の働きによって信号光を増幅する。

本実施形態の光ファイバ１１０は、簡単な構造で複数のコア１０，１０，…に同時に励起光を容易に導入することができる。従って、効率的な光増幅を安価に行うことができる。また、光方向変更部４０が第１クラッド２０の外層側に存していてスキュー光をコア方向へ進行させるようにするため、励起光を全て光増幅に利用することができ、効率よい光増幅ができる。そして第１クラッド２０の面内での励起光強度が均一になり、各コア１０，１０，…において利得がばらついてしまうことを抑制することができる。また、実施形態１の変形例１，２では光ファイバ１０２，１０３と他の光ファイバを融着接続する場合に第１クラッド２１，２２が表面張力のため光ファイバ横断面において円形になろうとしてコアの位置がずれてしまい、接続損失が生じるようになるが、本実施形態の光ファイバ１１０は第１クラッド２０がファイバ横断面において円形であるため、コアの位置ずれによる接続損失は生じない。

次に本実施形態の光ファイバ１１０の製造方法について説明する。

−製造方法Ａ２−
製造方法Ａ２では、図１２（ａ）に示すように、まず石英パイプ６０と、中心軸部分７５にＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素を含有している石英円柱であるコア母材７０，７０，…とフッ素含有石英ロッド８０とを用意する。コア母材７０の中心軸部分７５にはＧｅも含有されている。

それから石英パイプ６０の中心の空孔部分に、コア母材７０，７０，…を正六角形配置に挿入して詰め込み、その正六角形の外側の隙間にフッ素含有石英ロッド８０を詰め込んで光ファイバ母材２０４を作製する。

次に光ファイバ母材２０４を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、石英パイプ６０とコア母材７０，７０，…との間の隙間、石英パイプ６０とフッ素含有石英ロッド８０との間の隙間、コア母材７０，７０とフッ素含有石英ロッド８０との間の隙間及びコア母材７０とコア母材７０との間の隙間がなくなり、図１２（ｂ）に示す光ファイバ前駆体２０３が形成される。

その次に、光ファイバ前駆体２０３の外周にシリコーン樹脂あるいはアクリル樹脂を塗布することにより、光ファイバ前駆体２０３をシリコーン樹脂あるいはアクリル樹脂によって被覆する。こうして図１１に示す光ファイバ１１０が出来上がる。

−製造方法Ｂ２−
別の製造方法である製造方法Ｂ２を図１３を参照して説明する。まず、石英ロッドを用意し、ロッド中心軸に沿って複数の孔をあける。孔は、石英ロッドの横断面において正六角形の各頂点とその中心及び正六角形配置の外側に配置されるように開けられる。

次に、孔を開けられた有孔石英ロッド６５の孔に、複数のコア母材７０，７０，…及び正六角形配置の外側の孔にフッ素含有石英ロッド８０を挿入して光ファイバ母材２０６を作製する。コア母材７０，７０，…及びフッ素含有石英ロッド８０の外径は、孔の径よりも少し小さく設定されている。

光ファイバ母材２０６を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、有孔石英ロッド６２とコア母材７０，７０，…との間の隙間、及び有孔石英ロッド６２とフッ素含有石英ロッド８０との間の隙間がなくなり、光ファイバ前駆体２０３ができあがる。

その次に、光ファイバ前駆体２０３の外周にシリコーン樹脂あるいはアクリル樹脂を塗布することにより、光ファイバ前駆体２０３をシリコーン樹脂あるいはアクリル樹脂によって被覆する。こうして図１１に示す光ファイバ１１０が出来上がる。

＜実施形態３の変形例＞
図１４に本実施形態の変形例に係る光ファイバ１２０の横断面図を示す。この変形例はコア１１，１１，…の数と配置が上記の実施形態とは異なっており、それ以外は上記の実施形態と同じであるので、同じところは説明を省略する。

本変形例の光ファイバ１２０に係るコア１１，１１，…は光ファイバ横断面において、正方形の各辺に３つ、中心に１つの９つの位置のうち、一つの頂点を除いた８つの位置に配置されており、正方形の中心が光ファイバ中心軸に略一致している。コア１１，１１，…の材質は、上記の実施形態と同じく、石英ガラスにＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素とＧｅとを添加したものである。光方向変更部４０はコア１１が存していない正方形の頂点の近辺であってその頂点よりも第２クラッド３０に近い位置に配置されている。

本変形例の光ファイバ１２０は上記の実施形態３の効果と同様の効果を奏する。

（実施形態４）
実施形態４に係る光ファイバ１１１の断面を図１５に示す。本実施形態の光ファイバ１１１と実施形態３の光ファイバ１１０との違いは、第２クラッド３１と、光方向変更部４０，４１が２つあるところとにあり、その他は同じであるので、実施形態３と異なっているところを主として説明する。

本実施形態の光ファイバ１１１は、純粋石英ガラスからなる第１クラッド２０の周囲を囲繞する第２クラッド３１がフッ素ドープされた石英ガラスからなっている。第２クラッド３１はフッ素含有石英ガラスであるため、純粋の石英よりも屈折率が低くなる。従って、実施形態３と同じように第１クラッド２０を通過していく励起光が第２クラッド３１により第１クラッド２０内に閉じ込められる。

本実施形態では、フッ素含有石英ガラスからなる光方向変更部４０と、光ファイバ中心軸に沿って延びる空孔である光方向変更部４１との２種類の光方向変更部４０，４１が存している。２つの光方向変更部４０，４１は、コア１０，１０，…が形成する正六角形の隣り合う２辺の外側にそれぞれ存している。これにより、スキュー光の進行方向をより効率的に変更することができると同時に、他の光ファイバとの接続の場合のコアの順序を示すマークとなる。即ち、２種類の光方向変更部４０，４１は光ファイバ端面において見え方が異なって２つを識別することができ、光ファイバ中心軸を含む面において線対称とならないのでマーカーとして使用可能となる。そのため、光ファイバの両端のどちらを見ても、各コア１０，１０，…を一つ一つ個別に特定できる。

以上より、本実施形態の光ファイバ１１１は実施形態３の光ファイバ１１０と同様な効果、即ち簡単な構造で複数のコア１０，１０，…に同時に励起光を容易に導入することができて、効率的な光増幅を安価に行うことができるとともに励起光を全て光増幅に利用することができ、効率よい光増幅ができる。そして第１クラッド２０の面内での励起光強度が均一になり、各コア１０，１０，…において利得がばらついてしまうことを抑制することができる。さらに実施形態３の効果に加えて、他の光ファイバとの接続の際に光方向変更部４０，４１を、コア１０，１０，…それぞれを個別に識別できるマーカーとして利用することができる。

−製造方法Ｃ２−
本実施形態の光ファイバ１１１を製造する製造方法Ｃ２を、図１６を参照にして説明する。

まず石英パイプ６１と、中心軸部分７５にＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素を含有している石英円柱であるコア母材７０，７０，…と、フッ素含有石英ロッド８０と、石英キャピラリ８２とを用意する。コア母材７０の中心軸部分７５にはＧｅも含有されている。石英キャピラリ８２の両端は封止されて閉じられている。

それから石英パイプ６１の中心の空孔部分に、まず７本のコア母材７０，７０，…を挿入して詰め込み、コア部材７０，７０と石英パイプ６１との間にフッ素含有石英ロッド８０と石英キャピラリ８２とを詰め込む。フッ素含有石英ロッド８０と石英キャピラリ８２とは、１本のコア部材７０を間に挟む位置に配置させる。

さらにこの石英パイプ６１をフッ素含有石英パイプ（低屈折率部材）７６の中心の空孔部に入れて光ファイバ母材２２０を形成する。

次に光ファイバ母材２２０を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、石英パイプ６１とコア母材７０，７０，…との間の隙間、コア母材７０とコア母材７０との間の隙間、石英パイプ６１、コア母材７０とフッ素含有石英ロッド８０との間の隙間、石英パイプ６１、コア母材７０と石英キャピラリ８０との間の隙間、及び石英パイプ６１とフッ素含有石英パイプ７６との間の隙間がなくなり、図１５に示す光ファイバ１１１が形成される。

−製造方法Ｄ２−
別の製造方法である製造方法Ｄ２を図１７を参照して説明する。まず、石英ロッドを用意し、ロッド中心軸に沿って複数の孔をあける。孔は、石英ロッドの横断面において正六角形の各頂点とその中心及び正六角形配置の外側に２つ配置されるように開けられる。

次に、孔を開けられた有孔石英ロッド６３’の孔に、複数のコア母材７０，７０，…及び正六角形配置の外側の孔にフッ素含有石英ロッド８０と石英キャピラリ８２を挿入する。コア母材７０，７０，…、フッ素含有石英ロッド８０、石英キャピラリ８２の外径は、孔の径よりも少し小さく設定されている。また石英キャピラリ８２の両端は封止されて閉じられている。

さらにこの有孔石英ロッド６３’をフッ素含有石英パイプ（低屈折率部材）７６の中心の空孔部に入れて光ファイバ母材２２１を形成する。

次に光ファイバ母材２２１を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、有孔石英ロッド６３’とコア母材７０，７０，…との間の隙間、有孔石英ロッド６３’と石英キャピラリ８２との間の隙間、有孔石英ロッド６３’とフッ素含有石英ロッド８０との間の隙間及び有孔石英ロッド６３’とフッ素含有石英パイプ７６との間の隙間がなくなり、図１５に示す光ファイバ１１１が形成される。

−製造方法Ｅ２−
別の製造方法である製造方法Ｅ２を図１８を参照して説明する。まず、二層構造石英ロッドを用意する。この二層構造石英ロッドは内層６４が石英からなり、外層７７がフッ素含有石英からなっている。この二層構造石英ロッドの内層６４に、ロッド中心軸に沿って複数の孔をあける。孔は、石英ロッドの横断面において正六角形の各頂点とその中心及び正六角形配置の外側に２つに配置されるように開けられる。

次に、孔を開けられた有孔二層構造石英ロッド７８’の孔に、複数のコア母材７０，７０，…及び正六角形配置の外側の孔にフッ素含有石英ロッド８０と石英キャピラリ８２を挿入して光ファイバ母材２２２を形成する。コア母材７０，７０，…、フッ素含有石英ロッド８０、石英キャピラリ８２の外径は、孔の径よりも少し小さく設定されている。また石英キャピラリ８２の両端は封止されて閉じられている。

次に光ファイバ母材２２２を加熱し、柔らかくして中心軸方向に延伸すると、有孔二層構造石英ロッド７８’とコア母材７０，７０，…との間の隙間、有孔二層構造石英ロッド７８’と石英キャピラリ８２との間の隙間及び有孔二層構造石英ロッド７８’とフッ素含有石英ロッド８０との間の隙間がなくなり、図１５に示す光ファイバ１１１が形成される。

＜実施形態４の変形例＞
−変形例ａ−
図１９に本実施形態の変形例ａに係る光ファイバ１２１の横断面図を示す。この変形例は光方向変更部４０ａ，４０ｂ，４０ｃの種類、数、配置が上記の実施形態とは異なっており、それ以外は上記の実施形態と同じであるので、同じところは説明を省略する。

本変形例の光ファイバ１２１に係る光方向変更部４０ａ，４０ｂ，４０ｃは３つ存しており、いずれもフッ素含有石英ガラスからなっている。一つの光方向変更部４０ａは、コア１０，１０が形成する正六角形の一つの辺の外側に存し、残りの二つの光方向変更部４０ｂ，４０ｃはその隣の辺の外側に存している。このような配置により、光方向変更部４０ａ，４０ｂ，４０ｃを他の光ファイバとの融着接続するためのマーカーとして使用することができ、光ファイバの両端のどちらを見ても、各コア１０，１０，…を一つ一つ個別に特定できる。

本変形例の光ファイバ１２１は上記の実施形態４の効果と同様の効果を奏する。

−変形例ｂ−
図２０に本実施形態の変形例ｂに係る光ファイバ１２２の横断面図を示す。この変形例はコア１２，１２，…の数と配置及び光方向変更部４０の数、種類、配置が上記の実施形態とは異なっており、それ以外は上記の実施形態と同じであるので、同じところは説明を省略する。

本変形例の光ファイバ１２２に係る４つのコア１２，１２，…は、光ファイバ横断面において正方形の各頂点に位置しており、正方形の中心が光ファイバ中心軸に略一致している。コア１２，１２，…の材質は、上記の実施形態と同じく、石英ガラスにＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素とＧｅとを添加したものである。

光方向変更部４０はコア１２，１２，…が形成する正方形の一つの辺の延長線上に位置している。このような配置により、光方向変更部４０を他の光ファイバとの融着接続するためのマーカーとして使用することができ、光ファイバの両端のどちらを見ても、各コア１２，１２，…を一つ一つ個別に特定できる。

本変形例の光ファイバ１２２は上記の実施形態４の効果と同様の効果を奏する。

−変形例ｃ−
図２１に本実施形態の変形例ｃに係る光ファイバ１２３の横断面図を示す。この変形例はコア１３，１３，…の数と配置及び光方向変更部４０の数、種類、配置が上記の実施形態とは異なっており、それ以外は上記の実施形態と同じであるので、同じところは説明を省略する。

本変形例の光ファイバ１２３に係る５つのコア１３，１３，…は、光ファイバ横断面において正方形の中心と各頂点とに位置しており、正方形の中心が光ファイバ中心軸に略一致している。コア１３，１３，…の材質は、上記の実施形態と同じく、石英ガラスにＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素とＧｅとを添加したものである。

光方向変更部４０はコア１３，１３，…が形成する正方形の一つの辺のほぼ延長線上に位置している。このような配置により、光方向変更部４０を他の光ファイバとの融着接続するためのマーカーとして使用することができ、光ファイバの両端のどちらを見ても、各コア１３，１３，…を一つ一つ個別に特定できる。

本変形例の光ファイバ１２３は上記の実施形態４の効果と同様の効果を奏する。

−変形例ｄ−
図２２に本実施形態の変形例ｄに係る光ファイバ１２４の横断面図を示す。この変形例はコア１４，１４，…の数と配置及び光方向変更部４０の数、種類、配置が上記の実施形態とは異なっており、それ以外は上記の実施形態と同じであるので、同じところは説明を省略する。

本変形例の光ファイバ１２４に係る９つのコア１４，１４，…は、光ファイバ横断面において正方形の各辺に３つ、中心に１つの９つの位置に存しており、正方形の中心が光ファイバ中心軸に略一致している。コア１４，１４，…の材質は、上記の実施形態と同じく、石英ガラスにＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素とＧｅとを添加したものである。

光方向変更部４０はコア１４，１４，…が形成する正方形の一つの辺の外方であって隣り合う２つのコア１４，１４からほぼ等距離の位置に配置されている。このような配置により、光方向変更部４０を他の光ファイバとの融着接続するためのマークとして使用することができ、光ファイバの両端のどちらを見ても、各コア１４，１４，…を一つ一つ個別に特定できる。

本変形例の光ファイバ１２４は上記の実施形態４の効果と同様の効果を奏する。

−変形例ｅ−
図２３に本実施形態の変形例ｅに係る光ファイバ１２５の横断面図を示す。この変形例はコア１５，１５，…の数と配置及び光方向変更部４０の数、種類、配置が上記の実施形態とは異なっており、それ以外は上記の実施形態と同じであるので、同じところは説明を省略する。

本変形例の光ファイバ１２５に係る８つのコア１５，１５，…は、光ファイバ横断面において正方形の各辺に３つずつ配置された位置に存しており、正方形の中心が光ファイバ中心軸に略一致している。コア１５，１５，…の材質は、上記の実施形態と同じく、石英ガラスにＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素とＧｅとを添加したものである。

光方向変更部４０はコア１５，１５，…が形成する正方形の一つの辺の外方であって隣り合う２つのコア１５，１５からほぼ等距離の位置に配置されている。このような配置により、光方向変更部４０を他の光ファイバとの融着接続するためのマーカーとして使用することができ、光ファイバの両端のどちらを見ても、各コア１５，１５，…を一つ一つ個別に特定できる。

本変形例の光ファイバ１２５は上記の実施形態４の効果と同様の効果を奏する。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。実施形態、実施例同士を組み合わせても構わない。例えば第２クラッドの外側にさらにサポートのための第３のクラッドを設けても構わない。上述の実施形態において、各光ファイバの複数のコアのうち、全てのコアに希土類元素が添加されていなくてもよく、１つの光ファイバにおいて少なくとも１本のコアに希土類元素が含まれていればよい。

実施形態１の変形例２において、第１クラッドの外周形状は正六角形以外の他の多角形形状であってもよい。

コアに添加する希土類元素は、Ｅｒ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等どのような希土類元素でも構わないが、希土類元素の種類によって信号光および励起光の波長が異なる。

コア、第１クラッドおよび第２クラッドの屈折率は、用いる信号光の波長における屈折率であるが、本願発明では可視光から近赤外光の範囲における屈折率である。

フッ素含有石英ガラスの替わりにホウ素含有石英ガラスを用いてもよい。ただし、ホウ素含有石英ガラスを用いると、周囲の石英ガラスに対して応力を付与して影響を与えるため、フッ素含有石英ガラスの方が好ましい。

光方向変更部に用いる材質は、第１クラッドよりも屈折率が高いものであっても、スキュー光を消滅させるので、高屈折率の部材を用いても構わない。ただ、光方向変更部に第１クラッドよりも屈折率が高い材質が用いられていると、光方向変更部もコアとして機能してしまい、他のコアとの摂動が発生してしまう。

光方向変更部としてフッ素含有石英ガラスの替わりに空孔を用いてもよい。

実施形態４及びその変形例において光方向変更部の光ファイバ横断面における位置及び数は、光ファイバの両端のどちらから見ても各コアを一つ一つ個別に特定できるのであれば特に位置・数は限定されない。

以上説明したように、本発明に係る光ファイバは、光増幅器等として有用である。

１０ コア
１１ コア
１２ コア
１３ コア
１４ コア
１５ コア
２０，２１，２２ 第１クラッド
３０ 第２クラッド
３１，３２ 第２クラッド
３５ 空孔
４０ 光方向変更部
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 光方向変更部
４１ 光方向変更部
６０ 石英パイプ
６１ 石英パイプ
６２，６３，６３’，６５ 有孔石英ロッド
６４ 内層
７０ コア母材
７５ 中心軸部分
７６ フッ素含有石英パイプ（低屈折率部材）
７７ 外層
７８，７８’ 有孔二層構造石英ロッド
８０ フッ素含有石英ロッド
８２ 石英キャピラリ
１００ 光ファイバ
１０１ 光ファイバ
１０２，１０３，１０４ 光ファイバ
１１０，１２０ 光ファイバ
１１１ 光ファイバ
１２１，１２２ 光ファイバ
１２３，１２４ 光ファイバ
１２５ 光ファイバ
２００ 光ファイバ母材
２０１，２０３ 光ファイバ前駆体
２０２，２０６ 光ファイバ母材
２１０，２１１，２１２ 光ファイバ母材
２２０，２２１，２２２ 光ファイバ母材

Claims (11)

1. 複数のコアと、前記複数のコアの周囲を囲繞する第１クラッドと、前記第１クラッドの周囲を囲繞する第２クラッドとを備え、
   前記複数のコアの少なくとも一つには希土類元素が含まれており、
   前記複数のコアのいずれのコアよりも前記第１クラッドの方が屈折率が低く、
   前記第１クラッドよりも前記第２クラッドの方が屈折率が低い、光ファイバ。
2. 前記第１クラッドは、光ファイバ横断面において円形であり、
   前記第１クラッド内に、該第１クラッドとは屈折率が異なるとともに光ファイバ軸に沿って延びる光方向変更部が存している、請求項１に記載されている光ファイバ。
3. 前記光方向変更部は、前記複数のコアのうち前記第２クラッドに最も近いコアよりも該第２クラッドに近い位置に存している、請求項２に記載されている光ファイバ。
4. 前記光方向変更部は、前記第１クラッドよりも屈折率が低い、請求項３に記載されている光ファイバ。
5. 前記光方向変更部は、複数であって、それぞれが光ファイバ中心軸を含む面において線対称とならない、請求項２に記載されている光ファイバ。
6. 石英パイプの空孔部分に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英円柱とを挿入して光ファイバ母材を形成する工程と、
   前記光ファイバ母材を加熱し延伸して光ファイバ前駆体を形成する工程と、
   前記光ファイバ前駆体の外周を石英よりも屈折率の低い樹脂により被覆する工程と
   を含む、光ファイバの製造方法。
7. 石英ロッドに、ロッド中心軸に沿った複数の孔を開ける工程と、
   前記複数の孔に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英柱とを挿入して光ファイバ母材を形成する工程と、
   前記光ファイバ母材を加熱し延伸して光ファイバ前駆体を形成する工程と、
   前記光ファイバ前駆体の外周を石英よりも屈折率の低い樹脂により被覆する工程と
   を含む、光ファイバの製造方法。
8. 石英パイプの空孔部分に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英柱とを挿入し、前記石英パイプの外周を石英よりも屈折率の低い低屈折率部材で囲繞して光ファイバ母材を形成する工程と、
   前記光ファイバ母材を加熱し延伸する工程と
   を含む、光ファイバの製造方法。
9. 石英ロッドに、ロッド中心軸に沿った複数の孔を開ける工程と、
   前記複数の孔に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英柱とを挿入し、前記石英ロッドの外周を石英よりも屈折率の低い低屈折率部材で囲繞して光ファイバ母材を形成する工程と、
   前記光ファイバ母材を加熱し延伸する工程と
   を含む、光ファイバの製造方法。
10. 外層側がフッ素又はホウ素を含有した石英あるいは中心軸に沿って延びる複数の孔を備えた石英からなり、内層側が石英からなる二層構造石英ロッドを用意する工程と、
    前記二層構造石英ロッドの内層側に、ロッド中心軸に沿った複数の孔を開ける工程と、
    前記複数の孔に、フッ素含有石英ロッド、ホウ素含有石英ロッド及び石英キャピラリから選ばれたもの少なくとも１本と、中心軸部分に希土類元素を含有している複数の石英柱とを挿入して光ファイバ母材を形成する工程と、
    前記光ファイバ母材を加熱し延伸する工程と
    を含む、光ファイバの製造方法。
11. 光ファイバ横断面において、前記第１クラッドの外周の形状は、円弧と弦との組合せ又は多角形である、請求項１に記載されている光ファイバ。

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