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JP6022822B2 - Optical fiber - Google Patents

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JP6022822B2 JP2012141362A JP2012141362A JP6022822B2 JP 6022822 B2 JP6022822 B2 JP 6022822B2 JP 2012141362 A JP2012141362 A JP 2012141362A JP 2012141362 A JP2012141362 A JP 2012141362A JP 6022822 B2 JP6022822 B2 JP 6022822B2
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Description

本発明は、コアにYb(イッテルビウム)を添加(ドープ)した光ファイバに関し、特にAl(アルミニウム)及びF(フッ素)を添加したものに関する。   The present invention relates to an optical fiber in which Yb (ytterbium) is added (doped) to a core, and particularly relates to a fiber added with Al (aluminum) and F (fluorine).

Er(エルビウム)、Ybなどの希土類元素を添加した光ファイバは、光通信信号の増幅器として幅広く利用されており、その技術の重要性が高まっている。特に、Ybを添加した希土類ファイバを用いたファイバレーザは、高い光変換効率や優れたビーム品質が得られることから、切断、溶接、マーキング等の加工産業分野において大きな関心を集めている。   Optical fibers doped with rare earth elements such as Er (erbium) and Yb are widely used as optical communication signal amplifiers, and the importance of the technology is increasing. In particular, fiber lasers using rare-earth fibers doped with Yb are attracting great interest in the processing industry fields such as cutting, welding, and marking because high light conversion efficiency and excellent beam quality can be obtained.

近年、こうした加工産業分野では、高出力で高品質なレーザが求められている。高出力化のためには、大強度のレーザ光をYb添加光ファイバに入力することが考えられる。しかしながら、単に大強度のレーザ光をYb添加光ファイバに入力しても、誘導ブリルアン散乱(SBS:Stimulated Brillouin Scattering)、誘導ラマン散乱(SRS:Stimulated Raman Scattering)などのファイバの非線形特性によるファイバ破壊、特に、フォトダークニング損失増加(photo-darkening loss;以下、PD損失増加)が起こり、ファイバ特性が悪化してしまう。   In recent years, in such a processing industry field, a high-power and high-quality laser has been demanded. In order to increase the output, it is conceivable to input a high-intensity laser beam into the Yb-doped optical fiber. However, even if a high-intensity laser beam is simply input to the Yb-doped optical fiber, fiber breakdown due to nonlinear characteristics of the fiber such as stimulated Brillouin scattering (SBS) and stimulated Raman scattering (SRS), In particular, a photo-darkening loss (hereinafter referred to as an increase in PD loss) occurs, and the fiber characteristics deteriorate.

Yb添加光ファイバから高品質レーザを得るためには、広い利得スペクトル、低い再吸収、レーザの信頼性、特に高い光変換効率、低い伝送損失、高いフォトダークニング耐性等が要求される。ここで、伝送損失は、結晶欠陥、不純物、OH濃度などに影響される他、カラーセンターのメカニズムに起因するフォトダークニング耐性は、希土類イオンのクラスタ密度、結晶欠陥密度、酸素欠陥( Non-bridging Oxygen Hole Center:以下、NBOHC)のエネルギー準位、ガラスのバンドギャップに影響される。   In order to obtain a high-quality laser from a Yb-doped optical fiber, a wide gain spectrum, low reabsorption, laser reliability, particularly high light conversion efficiency, low transmission loss, and high photodarkening resistance are required. Here, transmission loss is affected by crystal defects, impurities, OH concentration, etc., and photodarkening resistance due to the color center mechanism is the cluster density, crystal defect density, oxygen defect (non-bridging) of rare earth ions. Oxygen Hole Center (hereinafter referred to as NBOHC) energy level and glass band gap.

カラーセンター形成のメカニズムに起因するフォトダークニングは、光ファイバの出力を悪化させる主な要因となっており、励起反転分布(又は、Ybイオンの励起濃度)の約2〜7乗に比例して起こることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。フォトダークニングは、添加された希土類イオン(Yb、Erなど)のクラスタ化(clustering)が原因で起きることが一般に知られている。Ybイオンのクラスタ化は、ガラス中のYbイオンが十分に拡散(分離)できず、ガラスネットワーク構造(glass network structure)からNBOHCが生じる現象で、Yb添加を高濃度化させると、顕著に現れる。   Photodarkening due to the mechanism of color center formation is a major factor that deteriorates the output of the optical fiber, and is proportional to the second to seventh power of the excitation inversion distribution (or the excitation concentration of Yb ions). It is known to occur (see, for example, Non-Patent Document 1). It is generally known that photodarkening occurs due to clustering of added rare earth ions (Yb, Er, etc.). The clustering of Yb ions is a phenomenon in which Yb ions in the glass cannot be sufficiently diffused (separated) and NBOHC is generated from the glass network structure. When Yb addition is increased in concentration, the clustering of Yb ions appears remarkably.

フォトダークニングの抑制方法は、従来技術に多く記載されている。例えば、非特許文献2には、Ybイオンのクラスタリングを抑制し、フォトダークニングを低減する方法として、Alを共添加する方法が開示され、Yb元素に対するAlのモル比の増大させることにより、フォトダークニングをある程度抑制することができる。   Many methods for suppressing photodarkening are described in the prior art. For example, Non-Patent Document 2 discloses a method of co-adding Al as a method for suppressing clustering of Yb ions and reducing photodarkening. By increasing the molar ratio of Al to Yb element, photo Darkening can be suppressed to some extent.

コア開口数(NA)を上げずにAl濃度を増やす方法としては、FやB(ホウ素)などのガラス屈折率を低減させる添加元素をコアに添加する方法が知られている(例えば、特許文献6)。   As a method for increasing the Al concentration without increasing the core numerical aperture (NA), a method is known in which an additive element for reducing the refractive index of glass such as F or B (boron) is added to the core (for example, Patent Documents). 6).

国際公開2007/049705号パンフレットInternational Publication No. 2007/049705 Pamphlet 国際公開2008/133242号パンフレットInternational Publication No. 2008/133242 Pamphlet 特開平11−314935号公報JP 11-314935 A 特開平3−265537号公報JP-A-3-265537 特開2009−224405号公報JP 2009-224405 A 特開2010−1193号公報JP 2010-1193 A 特開2010−533634号公報JP 2010-533634 A 特開2007−114335号公報JP 2007-114335 A 国際公開2010/016245号パンフレットInternational Publication 2010/016245 Pamphlet 特開2009−536785号公報JP 2009-536785 A 米国特許第7006752号明細書US Patent No. 7006752

J.Koponen.et al.,"Photodarkening Measurements in Large-Mode-Area Fibers",SPIE Photonics West 2007,2007,Vol.6453-50J. Koponen.et al., "Photodarkening Measurements in Large-Mode-Area Fibers", SPIE Photonics West 2007,2007, Vol.6453-50 T.Kitabayashi.et al.,"Population InversionFactor Dependence of Photodarkening of Yb-doped Fibers and its Suppression by Highly AluminumDoping",OFC2006,OThC5,2006T.Kitabayashi.et al., "Population InversionFactor Dependence of Photodarkening of Yb-doped Fibers and its Suppression by Highly AluminumDoping", OFC2006, OThC5,2006 Peter D. Dragic.etal.,"Characterization of defect luminescence in Yb doped silica fibers:part I NBOHC", OPTICS EXPRESS,Vol. 16, 2008, p4688Peter D. Dragic. Etal., "Characterization of defect luminescence in Yb doped silica fibers: part I NBOHC", OPTICS EXPRESS, Vol. 16, 2008, p4688 S.Jetschke.et al., "Efficient Yb laser fibers with low photo-darkening by optimization of the core composition", OPTICS EXPRESS, Vol. 16, 2008, p15540S. Jetschke.et al., "Efficient Yb laser fibers with low photo-darkening by optimization of the core composition", OPTICS EXPRESS, Vol. 16, 2008, p15540 C.Randy Giles.et al.,"Modeling Erbium-Doped Fiber Amplifiers", Journal of lightwave technology,1991,Vol.9(no.2),p.271-283C. Randy Giles. Et al., "Modeling Erbium-Doped Fiber Amplifiers", Journal of lightwave technology, 1991, Vol. 9 (no. 2), p.271-283 Kazuo Arai.et al., "Evidence of pair generation of an E′center and a nonbridging oxygen-hole center in r-lay-irradiated fluorine-doped low-OH synthetic silica glasses", PhysicalReview B, 1992, Vol45(no18), p45Kazuo Arai.et al., "Evidence of pair generation of an E′center and a nonbridging oxygen-hole center in r-lay-irradiated fluorine-doped low-OH synthetic silica glasses", PhysicalReview B, 1992, Vol45 (no18) , p45 D. J. Di Giovanni et al., "Structure and properties of silica containing aluminum and phosphorus near the AlPO4 join", J. of Non-Crystalline Solids 113, pp. 58-64, 1989D. J. Di Giovanni et al., "Structure and properties of silica containing aluminum and phosphorus near the AlPO4 join", J. of Non-Crystalline Solids 113, pp. 58-64, 1989

しかし、発明者の研究では、単にAl濃度を増やすだけでは狙いの低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性は得られないことが分かっている。   However, the inventor's research has shown that simply increasing the Al concentration does not provide the targeted low transmission loss and high photodarkening resistance.

非特許文献3並びに特許文献7及び10には、P(リン)を添加することにより、ガラスネットワークのNBOHCエネルギー準位をブルーシフト(blue shit)させ、フォトダークニングをある程度抑制可能であることが記載されている。しかしながら、P添加ファイバでは伝送損失が300dB/km程度高くなり、高出力及び高信頼レーザを実現させるためには適切ではない(例えば、非特許文献4参照)。   In Non-Patent Document 3 and Patent Documents 7 and 10, by adding P (phosphorus), the NBOHC energy level of the glass network can be blue-shifted and photodarkening can be suppressed to some extent. Have been described. However, the transmission loss of the P-doped fiber is increased by about 300 dB / km, which is not suitable for realizing a high-power and high-reliability laser (for example, see Non-Patent Document 4).

更に特許文献1、2及び9には、F添加希土類ファイバのフォトダークニング特性に関する記載があり、Yb添加希土類ファイバのフォトダークニング特性はF添加と関係なく、主にAl濃度に支配される他、特にF添加希土類ファイバからフォトダークニング耐性の低下が確認された(例えば、特許文献3、5)。   Further, Patent Documents 1, 2 and 9 describe the photodarkening characteristics of the F-doped rare earth fiber. The photodarkening characteristics of the Yb-doped rare earth fiber are mainly governed by the Al concentration regardless of the F addition. In particular, a decrease in photodarkening resistance was confirmed from the F-doped rare earth fiber (for example, Patent Documents 3 and 5).

特許文献3及び4には、ガラス中に希土類元素、Al及びFが添加された希土類添加ファイバの製造方法が示されているが、希土類としてErを添加した希土類ファイバに限って詳細に記載なされており、Ybを添加した希土類ファイバについては実施可能な記載はない。また、Yb、Al及びFの濃度に関して適切な濃度を示しておらず、本発明の課題である、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を得ることは困難である。また、特許文献8によると、Yb希土類添加ファイバに水素を添加することで、フォトダークニングを抑制することが知られているが、OH結合(Hydroxide Bonding)の光吸収によってポンプ光の損失が生じるためにレーザ変換効率は悪化されてしまう。   Patent Documents 3 and 4 show a method for producing a rare earth-doped fiber in which rare earth elements, Al and F are added to glass, but are described in detail only for rare earth fibers in which Er is added as a rare earth. Thus, there is no description that can be applied to the rare-earth fiber doped with Yb. In addition, the Yb, Al, and F concentrations do not show appropriate concentrations, and it is difficult to obtain low transmission loss and high photodarkening resistance, which are the problems of the present invention. According to Patent Document 8, it is known to suppress photodarkening by adding hydrogen to a Yb rare earth-doped fiber, but loss of pump light occurs due to light absorption of OH bonds (Hydroxide Bonding). Therefore, the laser conversion efficiency is deteriorated.

特許文献11では、希土類添加コアに、B、F及びGe(ゲルマニウム)などを添加することで、希土類イオンのクラスタ化を抑制する方法が提案されている。しかし、Yb添加ファイバに、単にGe、F又はBを添加しただけでは、狙いのコアNA、結晶性、Ybクラスタ密度などの制御ができない。このため、従来技術だけでは望ましい濃度の組合せを得ることは困難であり、狙いのコアNAの範囲で、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を持つファイバ製造を容易に実施できない。   Patent Document 11 proposes a method for suppressing the clustering of rare earth ions by adding B, F, Ge (germanium), or the like to the rare earth-added core. However, the target core NA, crystallinity, Yb cluster density, and the like cannot be controlled simply by adding Ge, F, or B to the Yb-doped fiber. For this reason, it is difficult to obtain a desired concentration combination only with the prior art, and it is not possible to easily manufacture a fiber having low transmission loss and high photodarkening resistance within the target core NA range.

ところで、高ビーム品質のファイバを実現させるためにはコアNAを0.05以上0.15以下に制御させる必要があり、添加元素の濃度が制限される。特に、近年になって変換効率が高い高出力レーザを実現させるためには、コアNAが低く、且つ、1wt%(重量百分率)前後のYb濃度が必要となり、Ybクラスタ化に影響されるAl添加濃度が制限され、フォトダークニング耐性が悪化される恐れがある。   By the way, in order to realize a high beam quality fiber, it is necessary to control the core NA between 0.05 and 0.15, and the concentration of the additive element is limited. In particular, in order to realize a high-power laser with high conversion efficiency in recent years, a core NA is low, and a Yb concentration of about 1 wt% (weight percentage) is required, and Al addition that is influenced by Yb clustering is added. Concentration is limited, and photodarkening resistance may be deteriorated.

なお、シングルクラッドファイバから高い光変換効率を得る方法としては、希土類ファイバのコア中心のYb添加が知られているが(例えば、非特許文献5参照)、一般的に、光変換効率を高くするには、光ファイバの伝送損失も低くしなければならない。シングルクラッドファイバの伝送損失の要因には、吸収損失(例えば、コアに含まれる不純物による吸収及び結晶欠陥による吸収)と散乱損失(例えば、レーリ散乱)がある。コアに含まれる不純物濃度は、ガラス自体に含まれる不純物やロッド・イン・チューブ工程において混入する不純物によるところが大きいため、低減することが困難である。また、結晶欠陥は、コア組成及び製法によって異なるためにコア組成の制御やモル比の制御、且つ、ファイバ製造条件を最適しなければいけない。   In addition, as a method for obtaining high light conversion efficiency from a single clad fiber, Yb addition at the core center of a rare earth fiber is known (for example, see Non-Patent Document 5), but generally the light conversion efficiency is increased. In addition, the transmission loss of the optical fiber must be reduced. Factors of transmission loss of a single clad fiber include absorption loss (for example, absorption by impurities contained in the core and absorption by crystal defects) and scattering loss (for example, Rayleigh scattering). It is difficult to reduce the concentration of impurities contained in the core because it is largely due to impurities contained in the glass itself and impurities mixed in the rod-in-tube process. In addition, since crystal defects vary depending on the core composition and manufacturing method, it is necessary to control the core composition, control the molar ratio, and optimize the fiber manufacturing conditions.

なお、後述するように、例えば、非特許文献6には、OH濃度が高いほどE`欠陥形成が抑制される点が記載され、非特許文献7には、P添加濃度が高すぎると結晶化が起こることが記載されている。E`欠陥形成が抑制されると、紫外線光の伝送には有利だが、本発明の波長領域である1μm帯域にはその効果は少ない。また、結晶化されると、ガラスと違う性質を持つ構造になってしまうために、光変換効率の低下、伝送損失の増加及びフォトダークニング耐性の低下を招く。   As will be described later, for example, Non-Patent Document 6 describes that E` defect formation is suppressed as the OH concentration is higher, and Non-Patent Document 7 describes crystallization when the P addition concentration is too high. Is described to occur. If E` defect formation is suppressed, it is advantageous for the transmission of ultraviolet light, but the effect is small in the 1 μm band which is the wavelength region of the present invention. In addition, when crystallized, it has a structure different from that of glass, which causes a decrease in light conversion efficiency, an increase in transmission loss, and a decrease in photodarkening resistance.

このように、Yb添加光ファイバを用いたファイバレーザでは、通信、加工産業への応用の観点から高い光変換効率及び高い信頼性が求められる。   Thus, a fiber laser using a Yb-doped optical fiber is required to have high light conversion efficiency and high reliability from the viewpoint of application to the communication and processing industries.

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、Yb添加光ファイバを、伝送損失が低く、高いフォトダークニング耐性又は低いPD損失増加量で且つ高い非線形耐性を有するものにすることにある。   The present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to provide a Yb-doped optical fiber with low transmission loss, high photodarkening resistance, low PD loss increase amount, and high nonlinear resistance. To have it.

上記の目的を達成するために、この発明では、Yb、Al及びF添加ファイバの伝送損失及びフォトダークニング耐性を明瞭化した他、Al、Ge、P及びFなどの添加元素の組合せや、添加元素モル比と、伝送損失及びフォトダークニング耐性の関係を確立した。   In order to achieve the above object, in the present invention, in addition to clarifying the transmission loss and photodarkening resistance of Yb, Al and F doped fibers, combinations of additive elements such as Al, Ge, P and F, and addition The relationship between element molar ratio, transmission loss and photodarkening resistance was established.

具体的には、発明では、
Yb、Al及びFが添加されたコアと、
上記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えた光ファイバを対象とし、
上記光ファイバでは、
上記コアに添加されているYb濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下であり、
上記コアに添加されているAl濃度は、0.3モル%以上2モル%以下であり、
上記コアに添加されているF濃度は、0.1モル%以上1モル%以下とする。
Specifically, in the present invention,
A core to which Yb, Al and F are added;
Targeting an optical fiber provided with a cladding provided around the outer periphery of the core,
In the optical fiber,
The Yb concentration added to the core is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less,
Al concentration added to the core is 0.3 mol% or more and 2 mol% or less,
The F concentration added to the core is 0.1 mol% or more and 1 mol% or less.

上記の構成によると、コアに希土類元素であるYbと共に、Alが添加されているので、Ybのクラスタ化を抑制することができる。コアにFを添加することで、ガラスを柔らかくし、Yb拡散の促進及びレーリ散乱を低減させる効果がある他、ガラスのバンドギャップが高まるために電子のアップコンバージョン(Up-Conversion)が抑制され、NBOHC欠陥が形成し難くなり、カラーセンター形成による可視光領域の伝送損失が抑制される。コアに添加されているYb濃度が0.05モルよりも小さいと、コアのYb吸収係数が低く、ファイバ長を長くしなければいけなくなり、転送損失及び非線形特性によって高出力化及びコストダウンには不利になる。Yb濃度が0.5モル%よりも大きいと、結晶化が促進され、伝送損失の増加を招く他、Ybイオンのクラスタ化が進み、フォトダークニング耐性が低下される。しかし、本発明では、Yb濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下なので、伝送損失の増加及びフォトダークニング耐性の低下が起こらず、光変換効率が高い高出力レーザを実現することができる。コアに添加されているAl濃度が0.3モルよりも小さいと、Ybのクラスタ化が進行させる。Al濃度が2モル%よりも大きいと、結晶化を招く他、コアNAが高くなる。しかし、本発明では、Al濃度は、0.3モル%以上2モル%以下なので、結晶化を防ぎながらYbのクラスタ化を抑制することができる。また、コアに添加されているF濃度が0.1モルよりも小さいと、添加の効果が現れず、F濃度が1モル%よりも大きいと、コアの開口数を上げるためにAl又はGeなどの添加濃度を増加させる必要があり、結晶化及びフォトダークニング耐性の低下を招く恐れがある他、添加濃度調整が難しく、安定製造が難しい。しかし、本発明では、F濃度は、0.1モル%以上1モル%以下なので、Ybの拡散を促進しながらレーリ散乱の低減及び高いフォトダークニング耐性を得ることができる。 According to said structure, since Al is added with the rare earth element Yb to the core, the clustering of Yb can be suppressed. The addition of F to the core softens the glass and has the effect of promoting Yb diffusion and reducing Rayleigh scattering. In addition, the up-conversion of electrons is suppressed because the band gap of the glass is increased, NBOHC defects are difficult to form, and transmission loss in the visible light region due to color center formation is suppressed. If the Yb concentration added to the core is less than 0.05 mol, the Yb absorption coefficient of the core is low, and the fiber length must be increased. For high power and cost reduction due to transfer loss and nonlinear characteristics a disadvantage. When the Yb concentration is higher than 0.5 mol%, crystallization is promoted and transmission loss is increased, and clustering of Yb ions proceeds and photodarkening resistance is reduced. However, in the present invention, since the Yb concentration is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less, an increase in transmission loss and a decrease in photodarkening resistance do not occur, and a high output laser with high light conversion efficiency is realized. be able to. When the Al concentration added to the core is smaller than 0.3 mol % , Yb clustering proceeds. When the Al concentration is higher than 2 mol%, crystallization is caused and the core NA becomes high. However, in the present invention, since the Al concentration is not less than 0.3 mol% and not more than 2 mol%, Yb clustering can be suppressed while preventing crystallization. If the F concentration added to the core is less than 0.1 mol % , the effect of addition does not appear. If the F concentration is greater than 1 mol%, Al or Ge is used to increase the numerical aperture of the core. It is necessary to increase the concentration of additives such as crystallization, and there is a risk of reducing crystallization and photodarkening resistance. In addition, it is difficult to adjust the concentration of addition and stable production is difficult. However, in the present invention, since the F concentration is 0.1 mol% or more and 1 mol% or less, reduction of Rayleigh scattering and high photodarkening resistance can be obtained while promoting the diffusion of Yb.

また、上記コアに添加されているYbに対するAlのモル比は、3以上11以下であり、
上記コアに添加されているFに対するAlのモル比は、1以上3以下とする。
The molar ratio of Al to Yb which is added to the core is from 3 to 11,
The molar ratio of Al to F added to the core is 1 or more and 3 or less.

すなわち、コアに添加されているYbに対するAlのモル比が3よりも小さいと、Ybイオンのクラスタ化が進行する傾向になる。モル比が11よりも大きいと、結晶化を招く他、コア開口数が高くなる傾向になる。しかし、本発明では、モル比が3以上11以下なので、結晶化を防ぎながらYbのクラスタ化を抑制することができる。また、コアに添加されているFに対するAlのモル比が1よりも小さいと、ガラスが硬くなる傾向になり、レーリ散乱が増大される他、Al濃度が低くなり、Ybイオンのクラスタ化が進み、フォトダークニング耐性が悪化する傾向となる。モル比がよりも大きいと、要望のコアの開口数を合わせるためにAl又はGeなどの添加濃度を高くする必要があり、結晶化が進み、レーリ散乱の増大やフォトダークニング耐性が悪化する傾向となる。しかし、本発明では、モル比が1以上以下なので、低いレーリ散乱及び低いYbクラスタ密度が可能となり、より低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性が実現できる。 That is, when the molar ratio of Al to Yb added to the core is smaller than 3, the clustering of Yb ions tends to proceed. When the molar ratio is larger than 11, crystallization is caused and the core numerical aperture tends to be high. However, in the present invention, since the molar ratio is 3 or more and 11 or less, clustering of Yb can be suppressed while preventing crystallization. Further, the molar ratio of Al to F that is added to the core is less than 1, it tends to glass becomes hard, except that Rayleigh scattering is increased, Al concentration becomes low, clustering of Yb ions As a result, the photodarkening resistance tends to deteriorate. When the molar ratio is larger than 3, it is necessary to increase the additive concentration of Al or Ge in order to match the desired numerical aperture of the core, crystallization progresses, and Rayleigh scattering increases and photodarkening resistance deteriorates. the trend. However, in the present invention, since the molar ratio is 1 or more and 3 or less, low Rayleigh scattering and low Yb cluster density are possible, and lower transmission loss and high photodarkening resistance can be realized.

特に、上記コアにはGeが更に添加され、
上記Geの濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下であり、
上記Geに対するAlのモル比は、以上10以下としてもよい
In particular, Ge is further added to the core,
The concentration of Ge is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less,
The molar ratio of Al to the Ge may be 4 to 10.

上記の構成によると、コアにはGeが更に添加されているので、ガラスを柔らかくし、Yb拡散の促進及びレーリ損失を低減させる効果がある。一方で、Geの濃度が0.5モル%よりも大きいと、NBOHC準位をレッドシフトさせ、NBOHC欠陥が形成しやすくなる傾向となる。逆に0.05モル%よりも小さいと、効果が発揮され難い傾向となる。しかし、本発明では、Geの濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下なので、適度にGeの添加の効果が発揮される。また、Geに対するAlのモル比は、4よりも小さいと、レーリ散乱が増加され、伝送損失の増加を招く恐れがある。10よりも大きいと、Al濃度を減らす必要があり、Ybイオンのクラスタ化及びNBOHCが進み、フォトダークニング耐性の低下を招く恐れがある。しかし、本発明では、モル比は、4以上10以下なので、Yb添加ファイバのより低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性が得られ、高出力化及び高い信頼性が実現できる。 According to said structure, since Ge is further added to the core, there exists an effect which softens glass, promotes Yb spreading | diffusion, and reduces a Rayleigh loss. On the other hand, when the Ge concentration is higher than 0.5 mol%, the NBOHC level is red-shifted, and NBOHC defects tend to be formed. Conversely, when it is less than 0.05 mol%, the effect tends to be hardly exhibited. However, in the present invention, since the Ge concentration is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less, the effect of addition of Ge is exhibited moderately. The molar ratio of Al to Ge, when less than 4, les over Li scattering is increased, which may lead to an increase in transmission loss. If it is greater than 10, the Al concentration needs to be reduced, clustering of Yb ions and NBOHC progress, and photodarkening resistance may be reduced. However, in the present invention, since the molar ratio is 4 or more and 10 or less, lower transmission loss and higher photodarkening resistance of the Yb-doped fiber can be obtained, and higher output and higher reliability can be realized.

特に、上記コアには、Pが更に添加され、
上記Pの濃度は、0.05以上0.5モル%以下であり、
上記に対するAlのモル比は、3以上7以下としてもよい
In particular, P is further added to the core,
The concentration of P is from 0.05 to 0.5 mol%,
The molar ratio of Al to the P may be a 3 to 7.

上記の構成によると、コアにはPが更に添加されているので、NBOHC準位をブルーシフトさせ、NBOHC欠陥が形成し難くなる傾向となる。また、Pの濃度が0.05モル%よりも小さいと、その効果が発揮されない傾向となる。0.5モル%よりも大きいと、結晶化や、Ybのエネルギー準位が変わり、光変換効率の低下を招く恐れがある。しかし、本発明では、Pの濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下なので、P添加の効果が適切に発揮される。また、に対するAlのモル比は、3よりも小さいと、その効果が発揮できない傾向となり、7よりも大きいと、結晶化しやすくなり、レーリ散乱の増加及びYbイオンのクラスタ化により、伝送損失及びフォトダークニング耐性が悪化する傾向となる。しかし、本発明では、モル比は、以上以下なので、より低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性が得られ、高出力化及び高い信頼性が実現できる。 According to the above configuration, since P is further added to the core, the NBOHC level is blue-shifted, and NBOHC defects tend not to be formed easily. On the other hand, if the P concentration is less than 0.05 mol%, the effect tends not to be exhibited. If it is greater than 0.5 mol%, crystallization and the energy level of Yb may change, leading to a decrease in light conversion efficiency. However, in the present invention, since the concentration of P is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less, the effect of adding P is appropriately exhibited. The molar ratio of Al to P, when less than 3, tends to effect of that can not be achieved, the greater than 7, tends to sintering crystallized by clustering increases and Yb ions Rayleigh scattering, transmission Loss and photodarkening resistance tend to deteriorate. However, in the present invention, since the molar ratio is 3 or more and 7 or less, lower transmission loss and high photodarkening resistance can be obtained, and high output and high reliability can be realized.

そして、上記コアの開口数は、0.05よりも大きく0.15以下としてもよい The numerical aperture of the core may be 0.15 or less larger than 0.05.

すなわち、コアの開口数が0.05より小さいと光の閉じ込めが弱く、光変換効率が低下する他、ファイバの曲げ損失が大きくなる傾向になる。0.15よりも大きいと、シングルモード化するためにコア径を小さくさせる必要があり、非線形耐性が低下する傾向となる。しかし、上記の構成によると、コアの開口数は、0.05よりも大きく0.15以下なので、変換効率が高いかつ非線形耐性が高い高出力レーザを実現することができる。   That is, when the numerical aperture of the core is smaller than 0.05, the light confinement is weak, the light conversion efficiency is lowered, and the bending loss of the fiber tends to increase. If it is larger than 0.15, it is necessary to reduce the core diameter in order to achieve a single mode, and the non-linear resistance tends to decrease. However, according to the above configuration, since the numerical aperture of the core is larger than 0.05 and not larger than 0.15, a high-power laser with high conversion efficiency and high non-linear tolerance can be realized.

以上説明したように、本発明によれば、Yb、Al及びFが添加されたコアと、その外周囲のクラッドとを備えた光ファイバにおいて、コアに濃度が0.05モル%以上0.5モル%以下となるようにYbを添加し、濃度が0.3モル%以上2モル%以下となるようにAlを添加し、濃度が0.1モル%以上1モル%以下となるようにFを添加したことにより、低い伝送損失で、且つ、高いフォトダークニング耐性又は低いPD損失増加量を有するYb添加光ファイバを提供することができる。   As described above, according to the present invention, in an optical fiber including a core to which Yb, Al and F are added and a cladding around the core, the concentration of the core is 0.05 mol% or more and 0.5% or more. Yb is added so as to be less than mol%, Al is added so that the concentration is 0.3 mol% or more and 2 mol% or less, and F is added so that the concentration becomes 0.1 mol% or more and 1 mol% or less. As a result, it is possible to provide a Yb-doped optical fiber with low transmission loss and high photodarkening resistance or low PD loss increase.

添加元素及び添加濃度がガラス性質に与える影響を示す表である。It is a table | surface which shows the influence which an addition element and addition concentration have on glass property. Yb添加濃度に対する伝送損失の相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the transmission loss with respect to Yb addition density | concentration. Yb添加濃度に対するフォトダークニング損失増加量の相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the photodarkening loss increase amount with respect to Yb addition density | concentration. 実施例及び比較例の添加元素の濃度及び添加元素のモル比における伝送損失及びフォトダークニング損失増加量を示す表である。It is a table | surface which shows the transmission loss and the photodarkening loss increase amount in the density | concentration of the additive element of Example and a comparative example, and the molar ratio of an additive element.

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。なお、本実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the description of this embodiment is merely illustrative in nature.

<光ファイバの構成>
本発明の実施形態に係る光ファイバは、コアにYbが添加された光ファイバであり、例えば、ファイバレーザや光通信信号の増幅器に用いられる。詳しくは図示しないが、光ファイバは、コアと、このコアの外周囲に設けられ、コアよりも屈折率が低いクラッドとを備える。ここで、クラッドは1層であっても2層以上であってもよい。
<Configuration of the optical fiber>
An optical fiber according to an embodiment of the present invention is an optical fiber in which Yb is added to a core, and is used for, for example, a fiber laser or an amplifier for optical communication signals. Although not shown in detail, the optical fiber includes a core and a clad provided around the core and having a refractive index lower than that of the core. Here, the clad may be one layer or two or more layers.

コアには、Yb、Al及びFが添加されている。更にGe又はPを添加してもよく、Clを加えてもよい。コアに添加されているYbの濃度は、0.05モル%[モル百分率]以上0.5モル%以下であり、Al濃度は、0.3モル%以上2モル%以下であり、F濃度は、0.1モル%以上1モル%以下であることが望ましい。更にGe濃度が0.05モル%以上0.5モル%以下、P濃度が0.05モル%以上0.5モル%以下、Cl濃度が0.005モル%以上0.1モル%以下となるようにそれぞれ添加してもよい。   Yb, Al and F are added to the core. Further, Ge or P may be added, and Cl may be added. The concentration of Yb added to the core is 0.05 mol% [mol percentage] or more and 0.5 mol% or less, the Al concentration is 0.3 mol% or more and 2 mol% or less, and the F concentration is The content is preferably 0.1 mol% or more and 1 mol% or less. Further, the Ge concentration is 0.05 mol% to 0.5 mol%, the P concentration is 0.05 mol% to 0.5 mol%, and the Cl concentration is 0.005 mol% to 0.1 mol%. Each may be added as described above.

コアに添加されているYbに対するAl(=Al/Yb)のモル比は3以上11以下に調整されており、コアに添加されているに対するAl(=Al/F)のモル比は1以上3以下に調整されている。されに、コアに添加されているGeに対するAl(=Al/Ge)のモル比は4以上10以下に調整されており、Pに対するAl(=Al/P)のモル比は3以上7以下に調整されている。 The molar ratio of Al (= Al / Yb) to Yb added to the core is adjusted to 3 or more and 11 or less, and the molar ratio of Al (= Al / F) to F added to the core is 1 or more. 3 is adjusted to below. In addition, the molar ratio of Al (= Al / Ge) to Ge added to the core is adjusted to 4 or more and 10 or less, and the molar ratio of Al (= Al / P) to P is 3 or more and 7 or less. It has been adjusted.

発明者が実験及び分析を重ねた結果、Yb添加ガラス中に様々な元素を添加及び組合せることにより、Yb添加ガラスの物性が大きく変化することが分かった。   As a result of repeated experiments and analysis by the inventors, it has been found that the physical properties of Yb-added glass are greatly changed by adding and combining various elements in Yb-added glass.

具体的には、Al添加は、Ybのクラスタ化を抑制する効果があり、Al濃度が低いとYbクラスタ化を進行させる他、高すぎると結晶化を招いた。   Specifically, the addition of Al has an effect of suppressing Yb clustering. When the Al concentration is low, Yb clustering proceeds, and when it is too high, crystallization occurs.

Ge添加は、ガラスを柔らかくし、Yb拡散の促進及びレーリ損失を低減させる効果があるが、Ge添加濃度が高すぎるとNBOHC準位をレッドシフトさせ、NBOHC欠陥が形成しやすくなった。   The addition of Ge has the effect of softening the glass and promoting Yb diffusion and reducing Rayleigh loss. However, if the Ge addition concentration is too high, the NBOHC level is red-shifted, and NBOHC defects are easily formed.

P添加は、NBOHC準位をブルーシフトさせ、NBOHC欠陥が形成し難くなるが、P添加濃度が高すぎると、結晶化(例えば、非特許文献7)や、Ybのエネルギー準位が変わり、量子効率の低下を招いた。   P addition causes a blue shift of the NBOHC level and makes it difficult to form an NBOHC defect. However, if the concentration of P addition is too high, crystallization (for example, Non-Patent Document 7), the energy level of Yb changes, and the quantum level changes. The efficiency was lowered.

F添加は、ガラスを柔らかくし、Yb拡散の促進及びレーリ散乱を低減させる効果がある他、ガラスのバンドギャップが高まるために電子のアップコンバージョンが抑制され、NBOHC欠陥が形成し難くなり、カラーセンター形成による可視光領域の伝送損失が抑制された。   The addition of F has the effect of softening the glass, promoting Yb diffusion and reducing Rayleigh scattering, and increasing the band gap of the glass to suppress electron up-conversion, making it difficult to form NBOHC defects. Transmission loss in the visible light region due to formation was suppressed.

B(ホウ素)添加は、ガラスを柔らかくし、Yb拡散の促進及びレーリ散乱を防ぐ効果がある他、ガラスのバンドギャップを低めるためにキャリアーのアップコンバージョンが起こりやすくなり、NBOHC欠陥形成が容易になった。   The addition of B (boron) softens the glass, has the effect of promoting Yb diffusion and preventing Rayleigh scattering, and also tends to cause carrier up-conversion to reduce the band gap of the glass, facilitating the formation of NBOHC defects. It was.

なお、Ybクラスタ化は、NBOHC欠陥形成に密接な関係があることから、フォトダークニングのメカニズムによる可視光帯域の伝送損失増加を招き、Yb添加レーザ構成(例えば、915nm又は976nm励起、1000〜1100nm発振)では、望ましくない欠陥であり、発明課題解決のためには、低いYbクラスタ密度が望ましく、低濃度Yb及び高濃度Al添加が望ましいが、Yb添加ファイバの応用によってはYb吸収係数を上げる必要がある。   Since Yb clustering is closely related to NBOHC defect formation, it causes an increase in transmission loss in the visible light band due to the mechanism of photodarkening, and a Yb-doped laser configuration (for example, 915 nm or 976 nm excitation, 1000 to 1100 nm). Oscillation) is an undesirable defect, and for solving the problems of the invention, a low Yb cluster density is desirable, and low concentration Yb and high concentration Al are desirable. However, depending on the application of the Yb doped fiber, it is necessary to increase the Yb absorption coefficient. There is.

NBOHC欠陥は、フォトダークニングのメカニズムによる可視光帯域の損失増加を招くためにYb添加レーザ構成(例えば、915nm又は976nm励起、1000〜1100nm発振)では、望ましくない欠陥であり、発明課題解決のために、低いNBOHC欠陥密度及び高いエネルギー準位が望ましい。   The NBOHC defect is an undesirable defect in a Yb-doped laser configuration (for example, excitation at 915 nm or 976 nm, oscillation at 1000 to 1100 nm) because it causes an increase in loss in the visible light band due to the mechanism of photodarkening. In addition, a low NBOHC defect density and a high energy level are desirable.

OHは、E`欠陥と密接な関係があり、OH濃度が高いほどE`欠陥形成が抑制されることが分かっている(例えば、非特許文献6)。紫外線領域の損失を低減させるため、高いOH密度が望ましいが、Ybレーザ構成では、紫外線領域を利用しないために関連性が少なく、むしろ、OHによる光吸収は、940nm、1140nm、1250nm、1380nm付近に存在するために低いOH濃度が望ましい。ガラスのエネルギー準位は、NBOHC欠陥形成に密接な関係があるために、より高いガラスのバンドギャップが望ましく、Fの添加が望ましい(例えば、非特許文献6)。   OH has a close relationship with E` defects, and it is known that E` defect formation is suppressed as the OH concentration is higher (for example, Non-Patent Document 6). In order to reduce the loss in the ultraviolet region, a high OH density is desirable, but the Yb laser configuration is less relevant because it does not use the ultraviolet region. Rather, the light absorption by OH is around 940 nm, 1140 nm, 1250 nm, and 1380 nm. A low OH concentration is desirable because of its presence. Since the energy level of glass is closely related to NBOHC defect formation, a higher glass band gap is desirable, and addition of F is desirable (for example, Non-Patent Document 6).

更に、Yb添加ガラス中で、特定な添加元素による結晶化(例えば、Al及びP)は、Ybクラスタ化及びレーリ損失の増加、欠陥密度の増加を招くので、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を得るためには極力抑えることが望ましい。Ybイオンの拡散は、Ybクラスタ化に密接な関係がある他、結晶化と関係があるためにYb元素のみではなく、添加イオンの拡散を促進させることが望ましく、ガラス融点を低くし、ガラス微粒子の堆積中のガラスを柔らかくさせる必要があり(又は、溶融性を高める必要があり)、Ge、B又はFの添加が望ましい。この観点から、製法、導入ガス、導入原料及び堆積温度などの製造条件は、イオン拡散、添加元素の結晶化、OH濃度、原料分解、添加元素の吸着係数及び製造歩留まりなどのパラメータに大きな影響を与えるために最適化が望ましい。   Furthermore, in Yb-doped glass, crystallization with specific additive elements (eg, Al and P) causes Yb clustering, increased Rayleigh loss, and increased defect density, resulting in low transmission loss and high photodarkening resistance. It is desirable to suppress as much as possible in order to obtain Diffusion of Yb ions is closely related to Yb clustering, and since it is related to crystallization, it is desirable to promote diffusion of not only Yb elements but also added ions, lowering the glass melting point, It is necessary to soften the glass during deposition (or to increase the meltability), and the addition of Ge, B or F is desirable. From this point of view, the manufacturing conditions such as manufacturing method, introduced gas, introduced raw material and deposition temperature have a great influence on parameters such as ion diffusion, crystallization of additive elements, OH concentration, raw material decomposition, adsorption coefficient of additive elements and production yield. Optimization is desirable to give.

なお、レーリ損失は、波長の4乗に反比例し、励起波長及び発振波長などのYbレーザの利用波長帯域において伝送損失に影響させるために、Ge、B又はFを添加することが望ましい。更に、ラマン散乱及びブリリアン散乱を抑え、非線形耐性を高めるためには、音響波と光学波とを分離させる必要があり、Al音響波の屈折率はマイナスで、Ge、P、F及びBなど屈折率はプラスであることから、添加プロファイルを制御する必要があり、例えば、AlとGe、P及びFなどとを組合せることが望ましい。   The Rayleigh loss is inversely proportional to the fourth power of the wavelength, and it is desirable to add Ge, B, or F in order to affect the transmission loss in the use wavelength band of the Yb laser such as the excitation wavelength and the oscillation wavelength. Furthermore, in order to suppress Raman scattering and brilliant scattering and increase nonlinear resistance, it is necessary to separate the acoustic wave and the optical wave. The refractive index of the Al acoustic wave is negative, and Ge, P, F, and B are refracted. Since the rate is positive, it is necessary to control the addition profile. For example, it is desirable to combine Al and Ge, P, F, and the like.

<光ファイバの製造方法>
次に、光ファイバの製造方法の一例を説明する。
<Method of manufacturing an optical fiber>
Next, an example of an optical fiber manufacturing method will be described.

−光ファイバ母材作製工程−
光ファイバ母材の製造方法としては、例えば、MCVD法を採用することができる。具体的には、ロータリージョイントに軸回転可能に支持された石英管内に、SiCl、Yb(DPM)(β−ジケトン金属錯体)(或いは、Yb(CP))、AlCl、SiFを供給すると共に、石英管を軸回転させつつ酸水素バーナーの炎を軸方向に走査させることにより外部からパイプ加熱する。このとき、Yb(DPM)、AlClSiCl 及びSiFの供給量を、原料タンクの温度やMFC(Mass Flow Controller)を用いて制御することにより、光ファイバコアに添加されるAl/Ybモル比、Al/Fモル比を調整することができる。例えば、原料タンクの温度を高くすると添加濃度も高くなり、MFC流量を上げると添加濃度が高くなる。また、堆積温度は、導入原料の分解、吸着係数、添加元素の拡散に影響されるために事前最適化を行うことが望ましい。そうして、石英管内に、Yb、Al及びFが添加されたSiO(ガラス微粒子)からなるスートがガラスパイプ内面上に堆積される。スートは、酸水素炎の熱により加熱されて透明のガラス層になる。ここで、BCl、GeCl又はPOClを加えることにより、B、Ge又はPを添加してもよく、原料タンクの温度制御やMFCを用い、Al/Geモル比、Al/Pモル比又はAl/Bモル比の調整が可能になる。
-Optical fiber preform manufacturing process-
As a method for manufacturing the optical fiber preform, for example, an MCVD method can be employed. Specifically, SiCl 4 , Yb (DPM) 3 (β-diketone metal complex) (or Yb (CP) 3 ), AlCl 3 , SiF 4 are placed in a quartz tube that is rotatably supported by a rotary joint. While feeding, the pipe is heated from the outside by scanning the flame of the oxyhydrogen burner in the axial direction while rotating the quartz tube. At this time, by controlling the supply amount of Yb (DPM) 3 , AlCl 3 , SiCl 4, and SiF 4 using the temperature of the raw material tank or MFC (Mass Flow Controller), Al / Yb molar ratio and Al / F molar ratio can be adjusted. For example, when the temperature of the raw material tank is increased, the addition concentration is increased, and when the MFC flow rate is increased, the addition concentration is increased. Further, since the deposition temperature is affected by the decomposition of the introduced raw material, the adsorption coefficient, and the diffusion of the additive element, it is desirable to perform prior optimization. Then, soot made of SiO 2 (glass fine particles) to which Yb, Al and F are added is deposited on the inner surface of the glass pipe in the quartz tube. The soot is heated by the heat of the oxyhydrogen flame to become a transparent glass layer. Here, B, Ge, or P may be added by adding BCl 3 , GeCl 4, or POCl 3. By using temperature control of the raw material tank or MFC, Al / Ge molar ratio, Al / P molar ratio or The Al / B molar ratio can be adjusted.

次いで、Yb(DPM)、AlCl及びSiFの供給を止め、石英管を軸回転させつつ、石英管に沿って酸水素バーナーを往復運動させることにより、石英管を酸水素炎で加熱して内部空間を縮小させて潰す(コラプス工程)。このコラプス工程中にガラス最内面の添加元素が蒸発し、添加元素のモル比及び屈折率プロファイルの窪みを極力阻止させる必要があり、ガラスを完全に潰す直前に、堆積されたパイプ内面をエッチングする。 Next, the supply of Yb (DPM) 3 , AlCl 3 and SiF 4 is stopped, and the quartz tube is heated with an oxyhydrogen flame by reciprocating the oxyhydrogen burner along the quartz tube while rotating the quartz tube. The inner space is reduced and crushed (collapse process). During this collapse process, the additive element on the innermost surface of the glass evaporates, and it is necessary to prevent depression of the molar ratio and refractive index profile of the added element as much as possible, and the inner surface of the deposited pipe is etched immediately before the glass is completely crushed .

次いで、ガラスパイプを完全に潰す。これにより、Yb、Al及びFが添加された中央のコア形成部と、このコア形成部を被覆するように外側に設けられたクラッド形成部とを有する円柱状の光ファイバ母材が得られる。なお、酸水素炎による加熱によって混入するOH−イオンの濃度を低減すべく、ロッド・イン・チューブ法により、石英管を被せてコラップスすることにより大径化し、それを延伸してもよい。   The glass pipe is then completely crushed. Thereby, a cylindrical optical fiber preform having a central core forming portion to which Yb, Al, and F are added and a clad forming portion provided on the outside so as to cover the core forming portion is obtained. In order to reduce the concentration of OH- ions mixed by heating with an oxyhydrogen flame, the diameter may be increased by covering with a quartz tube and collapsing by a rod-in-tube method and then extending.

−線引工程−
次に、光ファイバ母材を線引装置にセットし、加熱炉で加熱して線引きする。これにより、Yb、Al及びFが添加されたコアと、このコアを被覆するように外側に設けられ、コアよりも屈折率が低いクラッドとを有する光ファイバが製造される。
-Drawing process-
Next, the optical fiber preform is set in a drawing apparatus, heated in a heating furnace, and drawn. As a result, an optical fiber having a core to which Yb, Al, and F are added and a cladding that is provided outside so as to cover the core and has a refractive index lower than that of the core is manufactured.

なお、本実施形態においては、MCVD法による光ファイバの製造方法を説明したが、これに限られず、例えば、OVD法、VAD法などの公知の種々の製造方法を採用してもよい。   In the present embodiment, the manufacturing method of the optical fiber by the MCVD method has been described. However, the present invention is not limited to this, and various known manufacturing methods such as the OVD method and the VAD method may be employed.

また、屈折率調整、伝送損失の低減、フォトダークニング耐性の向上、ファイバグレティング(Fiber Grating)又は、特別なファイバ応用に従い、B、Ge又はPを添加してもよい。但し、コアにB、Ge又はPを添加すると別の問題が生じるため、製造条件、添加元素濃度の最適値が異なるが、低い伝送損失及び高いフォトダークニング耐性を得る基本概念は同様である。   Further, B, Ge, or P may be added according to refractive index adjustment, reduction of transmission loss, improvement of photodarkening resistance, fiber grating, or special fiber application. However, when B, Ge, or P is added to the core, another problem arises. Therefore, the basic concept for obtaining low transmission loss and high photodarkening resistance is the same, although the manufacturing conditions and the optimum values of the additive element concentration are different.

MCVD法によりコアにYb/Al/Fが添加されたファイバを作製すると共に、比較のためにコアにそれぞれYb/Al、Yb/Ge、Yb/Al/Ge、Yb/Al/P、Yb/Al/Ge/Pを添加した比較例のファイバを作製した。Yb濃度、添加元素の組合せ(コア組成)、添加元素のモル比における伝送損失及びフォトダークニング耐性を調べるために、コアNAを0.08付近に固定した。Al/Ybモル比、Al/Fモル比、Al/Geモル比、Al/Pモル比に対する伝送損失及びフォトダークニング耐性を調べるために、Al、F、Ge又はP濃度を調整しながらコアNAを合わせた。ここで、コアNAを固定し、Yb、Al、F、Ge又はPの添加元素濃度を調整したことは、大面積コアを有するシングルモードの光ファイバを安定的に製造するためには、コアNAを固定しなければいけないからである。例えば、Yb及びFの濃度を固定し、Al濃度を変化させるだけでは、望ましいNA範囲から外れるため、狙いのファイバが作製できなくなる他、コアNAを変化させると、Al、F濃度が変化し、異なる振る舞いを示すファイバができてしまうという問題がある。   Fibers with Yb / Al / F added to the core are fabricated by MCVD, and Yb / Al, Yb / Ge, Yb / Al / Ge, Yb / Al / P, Yb / Al are added to the core for comparison. A comparative fiber added with / Ge / P was prepared. In order to examine the Yb concentration, the combination of additive elements (core composition), the transmission loss and the photodarkening resistance in the molar ratio of the additive elements, the core NA was fixed in the vicinity of 0.08. Core NA with adjusting Al, F, Ge or P concentration to investigate Al / Yb molar ratio, Al / F molar ratio, Al / Ge molar ratio, transmission loss to Al / P molar ratio and photodarkening resistance Together. Here, the core NA is fixed and the additive element concentration of Yb, Al, F, Ge or P is adjusted. In order to stably manufacture a single mode optical fiber having a large area core, the core NA is stable. This is because it must be fixed. For example, if the concentration of Yb and F is fixed and the Al concentration is changed, it will be out of the desired NA range, so that the target fiber cannot be produced. In addition, if the core NA is changed, the Al and F concentrations change, There is a problem that fibers exhibiting different behaviors are produced.

−伝送損失評価−
線引されたファイバの伝送損失を規格化させるために、100mを切り取り、ファイバの一方の片端を百色光源側にセットし、他端を分光評価装置(Spectrum Analyzer)側へセットし、カットバック法により評価した。
- transmission loss evaluation -
To standardize the transmission loss of the drawn fiber, cut 100m, set one end of the fiber to the hundred-color light source side, set the other end to the spectrum analyzer side, and cut back method It was evaluated by.

図1によると、F添加ファイバの伝送損失は、F添加されていない比較例1〜11のYb/Al、Yb/Ge、Yb/Al/Ge、Yb/Al/Ge/P添加ファイバよりも大幅な改善が確認された。具体的に、実施例1及び2のYb/Al/F添加ファイバの伝送損失は、3dB/km、実施例3〜5のYb/Al/Ge/F添加ファイバの伝送損失は、5〜6dB/kmであった。比較例である、Yb/Al、Yb/Al/Ge、Yb/Al/P添加ファイバ及びYb/Al/Ge/P添加ファイバの伝送損失は、添加元素のモル比に大きく依存したが、Yb/Al/F添加ファイバ及びYb/Al/Ge/F添加ファイバの伝送損失は、添加元素のモル比にあまり依存しなかった。また、実施例6〜7のYb/Al/P/F添加ファイバの伝送損失は、3〜11dB/km、実施例9〜12のYb/Al/Ge/P/F添加ファイバの伝送損失は、5〜7dB/kmであり、実施例6〜8のYb/Al/P/F添加ファイバの伝送損失は、Yb濃度に依存する傾向を示したが、実施例9〜12のYb/Al/Ge/P/F添加ファイバの伝送損失は、Yb濃度にあまり依存せず、Al濃度に僅か依存する傾向を示した。これより、F添加ファイバの伝送損失は、基本的にYb濃度に依存する傾向であるが、添加元素の組合せによってはYb濃度にあまり依存しないことが分かった。   According to FIG. 1, the transmission loss of the F-doped fiber is much larger than those of the Yb / Al, Yb / Ge, Yb / Al / Ge, and Yb / Al / Ge / P-doped fibers of Comparative Examples 1 to 11 without F addition. Improvement was confirmed. Specifically, the transmission loss of the Yb / Al / F-doped fiber of Examples 1 and 2 is 3 dB / km, and the transmission loss of the Yb / Al / Ge / F-doped fiber of Examples 3 to 5 is 5 to 6 dB / km. km. The transmission loss of the comparative examples Yb / Al, Yb / Al / Ge, Yb / Al / P-doped fiber, and Yb / Al / Ge / P-doped fiber largely depended on the molar ratio of the additive element. The transmission loss of Al / F-doped fiber and Yb / Al / Ge / F-doped fiber did not depend much on the molar ratio of the additive elements. Moreover, the transmission loss of the Yb / Al / P / F doped fiber of Examples 6-7 is 3-11 dB / km, The transmission loss of the Yb / Al / Ge / P / F doped fiber of Examples 9-12 is The transmission loss of the Yb / Al / P / F doped fibers of Examples 6 to 8 showed a tendency depending on the Yb concentration, but the Yb / Al / Ge of Examples 9 to 12 was 5 to 7 dB / km. The transmission loss of the / P / F-doped fiber did not depend much on the Yb concentration, but showed a tendency to slightly depend on the Al concentration. From this, it was found that the transmission loss of the F-doped fiber basically has a tendency to depend on the Yb concentration, but depending on the combination of the additive elements, it does not depend much on the Yb concentration.

また、740nm波長付近のレーリ損失は、添加元素に大きく依存し、実施例1及び2のYb/Al/F添加ファイバのレーリ損失は、190〜240dB/km、実施例3〜5のYb/Al/Ge/F添加ファイバのレーリ損失は、40〜50dB/km、実施例6〜8のYb/Al/P/F添加ファイバのレーリ損失は、120〜130dB/km、実施例9〜12のYb/Al/Ge/P/F添加ファイバのレーリ損失は、30〜32dB/kmであり、Al、P及びF添加濃度と関係なく、Ge添加に依存することから、レーリ損失を抑えるためにはGe添加がより望ましいことが分かった。   Further, the Rayleigh loss near the wavelength of 740 nm largely depends on the additive element. The Rayleigh loss of the Yb / Al / F-doped fibers of Examples 1 and 2 is 190 to 240 dB / km, and the Yb / Al of Examples 3 to 5 is used. / Ge / F doped fiber has 40-50 dB / km, Yb / Al / P / F doped fiber of Examples 6-8 has 120 to 130 dB / km, Yb of Examples 9-12 / Al / Ge / P / F doped fiber has a loss of 30 to 32 dB / km and depends on the Ge addition regardless of the Al, P and F addition concentrations. The addition was found to be more desirable.

更に、1300nmの波長帯域付近のOH損失は、添加元素に依存するよりも、Yb(DPM)の有機原料に含まれるH濃度やプロセスの影響であった。 Further, the OH loss near the wavelength band of 1300 nm was more influenced by the concentration of H 2 contained in the organic raw material of Yb (DPM) 3 and the process than depending on the additive element.

比較例1のYb/Al添加ファイバの伝送損失は、21〜25dB/km、比較例3のYb/Ge添加ファイバの伝送損失は、22dB/km、比較例4〜5のYb/Al/Ge添加ファイバの伝送損失は、8〜20dB/km、比較例6〜8のYb/Al/P添加ファイバの伝送損失は、8〜15dB/km、比較例9〜11のYb/Al/Ge/P添加ファイバの伝送損失は、7〜42dB/kmであり、実施例のファイバよりも高く、添加元素の濃度及びコア組成に大きく依存した。   The transmission loss of the Yb / Al-doped fiber of Comparative Example 1 is 21 to 25 dB / km, the transmission loss of the Yb / Ge-doped fiber of Comparative Example 3 is 22 dB / km, and the Yb / Al / Ge addition of Comparative Examples 4 to 5 The transmission loss of the fiber is 8 to 20 dB / km, the transmission loss of the Yb / Al / P doped fiber of Comparative Examples 6 to 8 is 8 to 15 dB / km, and the Yb / Al / Ge / P addition of the Comparative Examples 9 to 11 is used. The transmission loss of the fiber is 7 to 42 dB / km, which is higher than that of the fiber of the example, and greatly depends on the concentration of the additive element and the core composition.

また、比較例1及び2のYb/Al添加ファイバのレーリ損失は、230〜300dB/km、比較例3のYb/Ge添加ファイバのレーリ損失は、40dB/km、比較例4〜5のYb/Al/Ge添加ファイバのレーリ損失は、30〜60dB/km、比較例6〜8のYb/Al/P添加ファイバのレーリ損失は、100〜130dB/km、比較例9〜11のYb/Al/Ge/P添加ファイバのレーリ損失は、20〜50dB/kmであり、Ge添加ファイバは、レーリ散乱が低減されており、Ge添加がレーリ損失低減に有利であることは、F添加ファイバと同様であった。   In addition, the Rayleigh loss of the Yb / Al-doped fiber of Comparative Examples 1 and 2 is 230 to 300 dB / km, the Rayleigh loss of the Yb / Ge-doped fiber of Comparative Example 3 is 40 dB / km, and the Yb / of Comparative Examples 4 to 5 is Yb /. The Rayleigh loss of the Al / Ge-doped fiber is 30 to 60 dB / km, the Rayleigh loss of the Yb / Al / P-doped fiber of Comparative Examples 6 to 8 is 100 to 130 dB / km, and the Yb / Al / of Comparative Examples 9 to 11 The Rayleigh loss of the Ge / P-doped fiber is 20 to 50 dB / km, and the Ge-doped fiber has reduced Rayleigh scattering, and the fact that Ge addition is advantageous for reducing the Rayleigh loss is the same as the F-doped fiber. there were.

また、OH損失は、比較例1〜11を通し、Yb/Al、Yb/Ge、Yb/Al/P、Yb/Al/Ge/Pのコア組成と関係ない傾向を示していることから、OH損失は添加元素にあまり依存せず、Yb(DPM)有機原料に含まれるH濃度やプロセスに影響される。 Moreover, since OH loss shows the tendency which is not related to the core composition of Yb / Al, Yb / Ge, Yb / Al / P, and Yb / Al / Ge / P through Comparative Examples 1-11, OH The loss does not depend much on the additive element and is affected by the concentration of H 2 contained in the Yb (DPM) 3 organic material and the process.

図2によると、F添加ファイバの伝送損失は、添加元素と関係少なく、Yb濃度増加と共に増えた。しかしながら、その傾きは、添加元素及びコア組成に大きく依存し、Yb/Ge>Yb/Al>Yb/Al/Ge>Yb/Al/P>Yb/Al/Ge/P>Yb/Al/P/F>Yb/Al/Ge/P/F>Yb/Al/Ge/F>Al/Fのコア組成順であり、F添加ファイバは、Fを添加しないファイバよりも低い傾きを示し、F添加がよりYbの高濃度化に有利であることが明らかになった。   According to FIG. 2, the transmission loss of the F-doped fiber is less related to the additive element, and increases with the increase in the Yb concentration. However, the inclination greatly depends on the additive element and the core composition, and Yb / Ge> Yb / Al> Yb / Al / Ge> Yb / Al / P> Yb / Al / Ge / P> Yb / Al / P / The order of the core composition is F> Yb / Al / Ge / P / F> Yb / Al / Ge / F> Al / F, and the F-added fiber shows a lower slope than the fiber not added with F. It became clear that it was more advantageous for increasing the concentration of Yb.

伝送損失はYb添加濃度に依存することから、伝送損失はYb添加濃度の6乗比例することを仮定し、以下の式を立てた。   Since the transmission loss depends on the Yb addition concentration, the following equation was established assuming that the transmission loss is proportional to the sixth power of the Yb addition concentration.

Figure 0006022822
Figure 0006022822

ここで、Aは、Yb濃度に依存するフィッティング係数であり、伝送損失の改善を意味し、DはYb添加濃度[モル%]である。図1によると、伝送損失はコア組成に大きく依存しており、比較例1のYb/Al添加元素を基準とし、実施例1及び2のYb/Al/F添加ファイバの伝送損失改善は、27倍であり、実施例3〜5のYb/Al/Ge/F添加ファイバの伝送損失改善は、40倍であり、実施例6〜8のYb/Al/P/F添加ファイバの伝送損失改善は、40倍であり、実施例9〜12のYb/Al/Ge/P/F添加ファイバの伝送損失改善は、57倍であった。しかしながら、比較例3のYb/Ge添加ファイバの伝送損失改善は、1.8倍であり、比較例4〜5のYb/Al/Ge添加ファイバの伝送損失増改善は、3.3倍であり、比較例6〜8のYb/Al/P添加ファイバの伝送損失改善は、1.8倍であり、比較例9〜11のYb/Al/Ge/P添加ファイバの伝送損失改善は、1.1倍であり、実施例よりもかなり低かった。   Here, A is a fitting coefficient depending on the Yb concentration, which means an improvement in transmission loss, and D is the Yb addition concentration [mol%]. According to FIG. 1, the transmission loss largely depends on the core composition, and the improvement in the transmission loss of the Yb / Al / F-doped fibers of Examples 1 and 2 is 27 based on the Yb / Al-doped element of Comparative Example 1. The transmission loss improvement of the Yb / Al / Ge / F doped fibers of Examples 3 to 5 is 40 times, and the transmission loss improvement of the Yb / Al / P / F doped fibers of Examples 6 to 8 is The transmission loss improvement of the Yb / Al / Ge / P / F-doped fibers of Examples 9 to 12 was 57 times. However, the transmission loss improvement of the Yb / Ge-doped fiber of Comparative Example 3 is 1.8 times, and the transmission loss increase improvement of the Yb / Al / Ge-doped fibers of Comparative Examples 4 to 5 is 3.3 times. The transmission loss improvement of the Yb / Al / P-doped fibers of Comparative Examples 6-8 is 1.8 times, and the transmission loss improvement of the Yb / Al / Ge / P-doped fibers of Comparative Examples 9-11 is 1. It was 1 time, and was considerably lower than the Example.

なお、実施例9のYb、Al、Ge、P及びFの添加濃度プロファイルをEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)を用いて測定したところ、Yb、Al、F及びPの添加濃度プロファイルは、Yb(又はAl、F、P)濃度がコアとクラッドとの界面で急峻に立ち上がって高くなり、その高くなった位置から中心に向かって略一定となり、中心付近で若干窪んだ疑似ステップインデックス型となっており、Geの添加濃度プロファイルは、Ge濃度がコアとクラッドとの界面付近で急峻に立ち上がって高くなり、その高くなった位置から中心に向かって略一定となり、コアの中心付近で少し窪んだ型となっていた。また、屈折率プロファイルは、コアとクラッドとの界面付近で急峻に立ち上がって高くなり、その高くなった位置から中心に向かって略一定となり、この中心付近で狭い範囲に当たり若干窪んだ疑似ステップインデックス型となっていた。なお、実施例1〜11に係る光ファイバの添加濃度プロファイル及び屈折率プロファイルも実施例9に係る光ファイバと同様であったため、詳細な説明は省略する。   In addition, when the addition concentration profile of Yb, Al, Ge, P, and F of Example 9 was measured using EPMA (Electron Probe Micro Analyzer), the addition concentration profile of Yb, Al, F, and P was Yb (or Al, F, P) concentration rises steeply at the interface between the core and the cladding, becomes high, becomes substantially constant from the elevated position toward the center, and is a pseudo step index type slightly depressed near the center. The Ge concentration profile is such that the Ge concentration rises steeply near the interface between the core and the clad, becomes high, becomes substantially constant from the elevated position toward the center, and slightly depressed near the center of the core. It was. The refractive index profile rises steeply near the interface between the core and the cladding and becomes high. From the raised position, the refractive index profile becomes almost constant toward the center. It was. In addition, since the addition density | concentration profile and refractive index profile of the optical fiber which concern on Examples 1-11 were the same as that of the optical fiber which concerns on Example 9, detailed description is abbreviate | omitted.

添加元素の濃度は、EPMAライン分析からコア中心とクラッドの間で平らな波形部分を再度EPMA定量分析し、添加元素の濃度を求めた。EPMA定量分析領域は、一般的にコアとクラッドの中間付近になる。   The concentration of the additive element was determined again by EPMA quantitative analysis of the flat corrugated portion between the core center and the clad from the EPMA line analysis. The EPMA quantitative analysis region is generally near the middle between the core and the clad.

−フォトダークニング損失評価−
異なるYb濃度を有する光ファイバのフォトダークニング耐性の評価を規格化するため、光ファイバのファイバ長を変化させることで、光ファイバの総吸収係数を略一致させ、励起波長976nm、励起パワー500mWで、コアを励起させながら、670nmのHeNeレーザ光の透過率(透過パワー)を48時間連続的に計測及び記録して、フォトダークニングの損失増加量を評価した(例えば、非特許文献1参照)。ここで、ファイバのコア径は7.5μm、コアのYb総吸収は波長915nm帯域において15dB/ファイバ、Yb添加光ファイバに融着する光ファイバとしては、Yb添加光ファイバと同じコア径を有する1.3μm零分散光ファイバを採用した。ファイバ間の融着損失はフォトダークニング損失増加に影響されるために、融着後の透過率を測定し、問題ないことを確認した。
- Photodarkening loss evaluation -
In order to standardize the evaluation of photodarkening resistance of optical fibers having different Yb concentrations, by changing the fiber length of the optical fiber, the total absorption coefficient of the optical fiber is substantially matched, and the pump wavelength is 976 nm and the pump power is 500 mW. While the core was excited, the transmittance (transmission power) of 670 nm HeNe laser light was continuously measured and recorded for 48 hours to evaluate the increase in loss of photodarkening (for example, see Non-Patent Document 1). . Here, the core diameter of the fiber is 7.5 μm, the total Yb absorption of the core is 15 dB / fiber in the wavelength 915 nm band, and the optical fiber fused to the Yb-doped optical fiber has the same core diameter as the Yb-doped optical fiber 1 A 3 μm zero-dispersion optical fiber was adopted. Since the fusion loss between fibers is affected by an increase in photodarkening loss, the transmittance after fusion was measured, and it was confirmed that there was no problem.

実施例1及び2のYb/Al/F添加ファイバのPD損失増加量は、5〜7dB/2days、実施例3〜5のYb/Al/Ge/F添加ファイバのPD損失増加量は、5〜11dB/2daysであった。Yb/Al/F添加ファイバ及びYb/Al/Ge/F添加ファイバのPD損失増加量は、主にAl/Ybモル比に依存する傾向を示した。また、実施例6〜7のYb/Al/P/F添加ファイバのPD損失増加量は、4〜8dB/2days、実施例9〜12のYb/Al/Ge/P/F添加ファイバのPD損失増加量は、5〜7dB/2daysであり、Yb/Al/P/F添加ファイバのPD損失増加量は、Yb濃度に依存する傾向を示したが、Yb/Al/Ge/P/F添加ファイバのPD損失増加量は、Yb濃度にあまり依存しなかった。これより、F添加ファイバのPD損失増加量は、Yb濃度に依存する傾向を示すことが分かったが、コア組成によってはYb濃度にあまり依存しないことが明らかになった。特に、比較例1〜11のPD損失増加量は、Al、Ge及びP濃度に大きく依存し、15dB/2daysを超える値を示したが、F添加ファイバのPD損失増加量は10dB/2days以下であり、Al、Ge及びPの添加濃度及び添加元素の組合せよりも基本的にF添加に支配された。   The PD loss increase amount of the Yb / Al / F-doped fibers of Examples 1 and 2 is 5 to 7 dB / 2 days, and the PD loss increase amount of the Yb / Al / Ge / F-doped fibers of Examples 3 to 5 is 5 to 5 dB. It was 11 dB / 2 days. The PD loss increase amount of the Yb / Al / F-doped fiber and the Yb / Al / Ge / F-doped fiber tended to depend mainly on the Al / Yb molar ratio. Further, the PD loss increase amount of the Yb / Al / P / F-doped fiber of Examples 6 to 7 is 4 to 8 dB / 2 days, and the PD loss of the Yb / Al / Ge / P / F-doped fiber of Examples 9 to 12 The increase amount is 5 to 7 dB / 2 days, and the PD loss increase amount of the Yb / Al / P / F doped fiber tended to depend on the Yb concentration, but the Yb / Al / Ge / P / F doped fiber The amount of increase in PD loss was less dependent on the Yb concentration. From this, it was found that the PD loss increase amount of the F-doped fiber tends to depend on the Yb concentration, but depending on the core composition, it became clear that it does not depend much on the Yb concentration. In particular, the PD loss increase amount of Comparative Examples 1 to 11 greatly depends on the Al, Ge, and P concentrations, and showed a value exceeding 15 dB / 2 days. However, the PD loss increase amount of the F-doped fiber is 10 dB / 2 days or less. Yes, it was basically governed by the addition of F rather than a combination of addition concentrations of Al, Ge and P and additive elements.

比較例1及び2のYb/Al添加ファイバのPD損失増加量は、15〜45dB/2days、比較例3のYb/Ge添加ファイバのPD損失増加量は、55dB/2days、比較例4〜5のYb/Al/Ge添加ファイバのPD損失増加量は、16〜30dB/2days、比較例6〜8のYb/Al/P添加ファイバのPD損失増加量は、10〜19dB/2days、比較例9〜11のYb/Al/Ge/P添加ファイバのPD損失増加量は、45〜47dB/2daysであり、実施例のファイバよりもPD損失増加量はかなり高く、Yb濃度及び添加元素の組合せに大きく依存した。   The PD loss increase amount of the Yb / Al-doped fiber of Comparative Examples 1 and 2 is 15 to 45 dB / 2 days, the PD loss increase amount of the Yb / Ge-doped fiber of Comparative Example 3 is 55 dB / 2 days, and Comparative Examples 4 to 5 The PD loss increase amount of the Yb / Al / Ge doped fiber is 16 to 30 dB / 2 days, and the PD loss increase amount of the Yb / Al / P doped fiber of Comparative Examples 6 to 8 is 10 to 19 dB / 2 days, Comparative Example 9 to 11 Yb / Al / Ge / P-doped fiber has a PD loss increase of 45 to 47 dB / 2 days, which is considerably higher than that of the fiber of the example, and greatly depends on the combination of Yb concentration and additive elements. did.

図3によると、PD損失増加量は、添加元素と関係なく、Yb濃度増加とともに増える傾向を示した。しかし、その傾きは添加元素に大きく依存し、Yb/Ge>Yb/Al>Yb/Al/Ge>Yb/Al/Ge/P>Yb/Al/P>Yb/Al/Ge/F>Yb/Al/F>Yb/Al/P/F>Yb/Al/Ge/P/Fのコア組成順であり、F添加ファイバのPD損失増加量は、F添加しないファイバよりもかなり低い傾きを示し、F添加がよりYb高濃度化に有利であることが明らかになった。   According to FIG. 3, the amount of increase in PD loss showed a tendency to increase with increasing Yb concentration regardless of the additive element. However, the inclination greatly depends on the additive element, and Yb / Ge> Yb / Al> Yb / Al / Ge> Yb / Al / Ge / P> Yb / Al / P> Yb / Al / Ge / F> Yb / The order of the core composition is Al / F> Yb / Al / P / F> Yb / Al / Ge / P / F, and the PD loss increase amount of the F-doped fiber shows a considerably lower slope than that of the fiber not containing F, It became clear that addition of F is more advantageous for increasing the concentration of Yb.

伝送損失はYb添加濃度に依存することから、PD損失増加量はYb添加濃度の6乗比例することを仮定し、以下の式を立てた。   Since the transmission loss depends on the Yb addition concentration, assuming that the PD loss increase amount is proportional to the sixth power of the Yb addition concentration, the following equation was established.

Figure 0006022822
Figure 0006022822

ここで、Bは、Yb濃度に依存するフィッティング係数であり、フォトダークニング耐性の改善を意味し、DはYb添加濃度[モル%]である。図1によると、PD耐性改善はコア組成に大きく依存しており、比較例1及び2のYb/Al添加元素を基準とし、実施例1及び2のYb/Al/F添加ファイバのPD耐性改善は、27倍であり、実施例3〜5のYb/Al/Ge/F添加ファイバのPD耐性改善は、40倍であり、実施例6〜8のYb/Al/P/F添加ファイバのPD耐性改善は、40倍であり、実施例9〜12のYb/Al/Ge/P/F添加ファイバのPD耐性改善は、57倍であった。しかしながら、比較例である、比較例3のYb/Ge添加ファイバのPD耐性改善は、1倍であり、比較例4〜5のYb/Al/Ge添加ファイバの伝送損失増改善は、4倍であり、比較例6〜8のYb/Al/P添加ファイバのPD耐性改善は、20倍であり、比較例9〜11のYb/Al/Ge/P添加ファイバのPD耐性改善は、15倍であり、比較例9〜11よりも低かった。   Here, B is a fitting coefficient depending on the Yb concentration, which means improvement in photodarkening resistance, and D is the Yb addition concentration [mol%]. According to FIG. 1, the PD resistance improvement greatly depends on the core composition. Based on the Yb / Al-added elements of Comparative Examples 1 and 2, the PD resistance improvement of the Yb / Al / F-doped fibers of Examples 1 and 2 is used. Of the Yb / Al / Ge / F-doped fiber of Examples 3-5 is 40 times, and the PD resistance of the Yb / Al / P / F-doped fiber of Examples 6-8 is 40 times. The resistance improvement was 40 times, and the PD resistance improvement of the Yb / Al / Ge / P / F-doped fibers of Examples 9 to 12 was 57 times. However, the PD resistance improvement of the Yb / Ge doped fiber of Comparative Example 3, which is a comparative example, is 1 time, and the transmission loss increase improvement of the Yb / Al / Ge doped fibers of Comparative Examples 4 to 5 is 4 times. Yes, the PD resistance improvement of the Yb / Al / P-doped fibers of Comparative Examples 6 to 8 is 20 times, and the PD resistance improvement of the Yb / Al / Ge / P-doped fibers of Comparative Examples 9 to 11 is 15 times. Yes, lower than Comparative Examples 9-11.

ここで、実施例1及び2と比較例1とを比較すると、比較例2のAl濃度の方が高いにもかかわらず、F添加ファイバの実施例1の伝送損失及びPD損失増加量が低い値を示した他、広い濃度範囲でも比較例から望ましい結果が得られなかった。また、実施例3〜5と比較例4及び5とを比較すると、Ge濃度は比較例の方が高いにもかかわらず、伝送損失及びPD損失増加量は実施例が優れた他、広い濃度範囲でも比較例から望ましい結果が得られなかった。また、実施例6〜8と比較例6〜8とを比較すると、Pの濃度は類似なしであっても、伝送損失及びPD損失増加量は、実施例の方が優れた他、広い濃度範囲でも比較例から望ましい結果が得られなかった。更に、実施例9〜10と比較例9〜11とを比較すると、Ge及びPの添加濃度が同様であっても、伝送損失及びPD損失増加量は、実施例が低い値を示した他、広い濃度範囲でも比較例から望ましい結果が得られなかった。   Here, when Examples 1 and 2 are compared with Comparative Example 1, although the Al concentration of Comparative Example 2 is higher, the transmission loss and PD loss increase amount of Example 1 of the F-doped fiber are low. In addition, a desirable result was not obtained from the comparative example even in a wide concentration range. In addition, when Examples 3 to 5 and Comparative Examples 4 and 5 are compared, although the Ge concentration is higher in the comparative example, the increase in transmission loss and PD loss is superior in the example, and a wide concentration range. However, a desirable result was not obtained from the comparative example. Further, when Examples 6 to 8 and Comparative Examples 6 to 8 are compared, even if the P concentration is not similar, the transmission loss and the PD loss increase amount are superior to those in the example, and a wide concentration range. However, a desirable result was not obtained from the comparative example. Further, when Examples 9 to 10 and Comparative Examples 9 to 11 were compared, even though the addition concentrations of Ge and P were the same, the transmission loss and the PD loss increase amount showed a low value in Examples, Even in a wide concentration range, desirable results were not obtained from the comparative example.

図4に本発明を通し、添加元素の種類及び添加元素の濃度に対するガラス性質に与える影響をまとめた表を示す。図4によると、比較例の特性と比較し、F添加ファイバのフォトダークニング及び伝送損失に大幅な改善は、F添加によるガラスの溶融性改善によるYb拡散が促進されたこと、結晶化が抑制され、欠陥密度が低減されたこと、ガラスのバンドギャップが広がり、NBOHC形成が抑制されたこと、Al添加濃度を高め、Al/Ybモル比を高めたことなどに起因される。また、Ge又はPを加えることによる更なる改善が確認されたことは、Ge添加の溶融性改善によるYbクラスタ化抑制及びレーリ損失が低減されたこと、P添加によるNBOHC準位がブルーシフトされ、フォトダークニング耐性を向上させたことに起因する。また、Ge及びPを加えることにより伝送損失及びフォトダークニングに改善が認められた。しかしながら、Geを入れすぎるとNBOHC準位がレッドシフトされ、フォトダークニングが起こりやすくなること、P添加濃度が高すぎると、Ybエネルギー準位が変化され、Yb吸収係数及び変換効率の低下される他、結晶化による伝送損失増加を招くために注意が必要である。   FIG. 4 shows a table summarizing the effects of the present invention on the glass properties with respect to the type of additive element and the concentration of the additive element. According to FIG. 4, compared with the characteristics of the comparative example, the photo-darkening and transmission loss of the F-doped fiber are greatly improved because Yb diffusion is promoted by improving the melting property of the glass by adding F, and crystallization is suppressed. This is because the defect density is reduced, the band gap of the glass is widened, NBOHC formation is suppressed, the Al addition concentration is increased, and the Al / Yb molar ratio is increased. Further, the further improvement by adding Ge or P was confirmed that Yb clustering suppression and Rayleigh loss were reduced by improving the meltability of Ge addition, the NBOHC level by P addition was blue-shifted, This is due to improved photodarkening resistance. Moreover, improvement in transmission loss and photodarkening was recognized by adding Ge and P. However, if Ge is added too much, the NBOHC level is red-shifted and photodarkening is likely to occur. If the P addition concentration is too high, the Yb energy level is changed, and the Yb absorption coefficient and conversion efficiency are lowered. In addition, care must be taken to cause an increase in transmission loss due to crystallization.

このことから、特定のコアNAを持つファイバから発明効果を十分に得るためには、伝送損失、フォトダークニング及び非線形特性の抑制、変換効率の向上させる必要があり、Yb添加ガラスに、Al、Ge、P及びFを単に添加することだけでは非常に困難であり、導入ガス、導入原料、ガラス堆積温度などの製造条件の最適化は勿論のこと、緻密な添加濃度制御及び添加元素の組合せの調整が必要であることが明らかになった。   From this, in order to sufficiently obtain the invention effect from a fiber having a specific core NA, it is necessary to suppress transmission loss, photodarkening and nonlinear characteristics, and to improve conversion efficiency. It is very difficult to simply add Ge, P, and F. Not only optimization of manufacturing conditions such as introduction gas, introduction raw material, and glass deposition temperature, but also precise addition concentration control and combination of additive elements It became clear that adjustment was necessary.

<レーザ特性の評価>
レーザ特性を評価するために、実施例のようにF添加ファイバを作製すると共に、比較例3〜11のようにYb、Al、Ge又はPがコアに添加され、コア径が11±1μm、ポンプガイド径が400μm、ファイバ長15mのいわゆるポリマークラッド構造のダブルクラッド光ファイバを作製した。そうして、光ファイバの一端面に950〜1100nm帯域用の誘電体高反射膜を形成し、励起波長を976nm、入射NAを0.45としてレーザ発振特性を評価したところ、実施例のようにF添加ファイバは、50W出力での光-光変換効率は、75〜80%となり、比較例の光-光変換効率(60〜70%)よりも高くなった。
<Evaluation of laser characteristics>
In order to evaluate the laser characteristics, an F-doped fiber was prepared as in the example, and Yb, Al, Ge, or P was added to the core as in Comparative Examples 3 to 11, and the core diameter was 11 ± 1 μm. A so-called polymer clad double clad optical fiber having a guide diameter of 400 μm and a fiber length of 15 m was produced. Then, a dielectric high reflection film for a band of 950 to 1100 nm was formed on one end face of the optical fiber, and the laser oscillation characteristics were evaluated with an excitation wavelength of 976 nm and an incident NA of 0.45. The doped fiber had a light-to-light conversion efficiency at 50 W output of 75 to 80%, which was higher than the light-to-light conversion efficiency (60 to 70%) of the comparative example.

以上説明したように、本発明は、コアにYbを添加した光ファイバについて有用である。   As described above, the present invention is useful for an optical fiber in which Yb is added to the core.

Claims (5)

Yb、Al、及びFが添加されたコアと、
上記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えた光ファイバであって、
上記コアに添加されているYb濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下であり、
上記コアに添加されているAl濃度は、0.3モル%以上2モル%以下であり、
上記コアに添加されているF濃度は、0.1モル%以上1モル%以下であり、
上記Fに対するAlのモル比は、1以上3以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
A core to which Yb, Al, and F are added;
An optical fiber comprising a clad provided on the outer periphery of the core,
The Yb concentration added to the core is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less,
Al concentration added to the core is 0.3 mol% or more and 2 mol% or less,
F concentrations are added to the core state, and are less than 1 mol% 0.1 mol% or more,
The optical fiber , wherein the molar ratio of Al to F is 1 or more and 3 or less .
Yb、Al、P及びFが添加されたコアと、
上記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えた光ファイバであって、
上記コアに添加されているYb濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下であり、
上記コアに添加されているAl濃度は、0.3モル%以上2モル%以下であり、
上記コアに添加されているF濃度は、0.1モル%以上1モル%以下であり、
上記コアに添加されているPの濃度は、0.05以上0.5モル%以下であり、
上記に対するAlのモル比は、3以上7以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
A core to which Yb, Al, P and F are added;
An optical fiber comprising a clad provided on the outer periphery of the core,
The Yb concentration added to the core is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less,
Al concentration added to the core is 0.3 mol% or more and 2 mol% or less,
F concentration added to the core is 0.1 mol% or more and 1 mol% or less,
The concentration of P added to the core is 0.05 or more and 0.5 mol% or less,
The molar ratio of Al to P is 3 or more and 7 or less.
Yb、Al、P及びFが添加されたコアと、A core to which Yb, Al, P and F are added;
上記コアの外周囲に設けられたクラッドとを備えた光ファイバであって、An optical fiber comprising a clad provided on the outer periphery of the core,
上記コアに添加されているYb濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下であり、The Yb concentration added to the core is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less,
上記コアに添加されているAl濃度は、0.3モル%以上2モル%以下であり、Al concentration added to the core is 0.3 mol% or more and 2 mol% or less,
上記コアに添加されているF濃度は、0.1モル%以上1モル%以下であり、F concentration added to the core is 0.1 mol% or more and 1 mol% or less,
上記コアに添加されているPの濃度は、0.05以上0.5モル%以下であり、  The concentration of P added to the core is 0.05 or more and 0.5 mol% or less,
Ybに対するAlのモル比は、3以上11以下であり、Fに対するAlのモル比は、1以上3以下であり、Pに対するAlのモル比は、3以上7以下であるThe molar ratio of Al to Yb is 3 or more and 11 or less, the molar ratio of Al to F is 1 or more and 3 or less, and the molar ratio of Al to P is 3 or more and 7 or less.
ことを特徴とする光ファイバ。An optical fiber characterized by that.
請求項1から3のいずれか1つに記載の光ファイバにおいて、
上記コアにはGeが更に添加され、
上記Geの濃度は、0.05モル%以上0.5モル%以下であり、
上記Geに対するAlのモル比は、4以上10以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
The optical fiber according to any one of claims 1 to 3 ,
Ge is further added to the core,
The concentration of Ge is 0.05 mol% or more and 0.5 mol% or less,
The molar ratio of Al to Ge is 4 or more and 10 or less.
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の光ファイバにおいて、
上記コアの開口数は、0.05よりも大きく0.15以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
The optical fiber according to any one of claims 1 to 4,
An optical fiber characterized in that the numerical aperture of the core is larger than 0.05 and not larger than 0.15.
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