專利名稱：摻鐿光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及添加有鐿的光放大用摻鐿光纖，更詳細(xì)地說，涉及抑制了被稱為光暗化(photodarkening)的輸出功率下降和非線性光學(xué)效應(yīng)的摻鐿光纖。本申請(qǐng)基于2008年11月4日在日本申請(qǐng)的特愿2008-283165號(hào)要求優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于此。
背景技術(shù)：
光放大用光纖形成將稀土類元素等添加到具有軸對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光纖的芯和/ 或包層中的構(gòu)成，已用作光纖放大器、光纖激光器等的光活性介質(zhì)。尤其是將含有稀土類元素鐿( )的摻％光纖作為光放大用光纖來使用的光纖激光器，其光束品質(zhì)良好，可得到高功率的輸出光。另外，該光纖激光器的輸出光的振蕩波長(zhǎng)與現(xiàn)有的高功率激光器之一的 Nd-YAG基本相同，為Ιμπι附近。因此，期待摻％光纖作為焊接、標(biāo)記、切割等材料加工用途的高功率光源用激光器介質(zhì)的實(shí)用化。已知在光纖型光放大器、光纖激光器中存在被稱為光暗化的現(xiàn)象。這是由在光纖維中傳播的激發(fā)光、信號(hào)光所產(chǎn)生的光纖的傳送損失增加的現(xiàn)象。在這種傳送損失增加的情況下，作為放大介質(zhì)的摻稀土類光纖的收效降低。即，光纖型光放大器、光纖激光器的輸出功率隨時(shí)間推移而降低，因此，在可靠性方面也存在問題。通常，已知在使高功率的激光在光纖中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與該激光不同波長(zhǎng)的光并被放大，發(fā)生所謂的受激拉曼散射。其結(jié)果是產(chǎn)生傳播的激光器輸出光的強(qiáng)度降低、激光的光譜譜寬擴(kuò)大這樣的問題。即，優(yōu)選將光纖設(shè)計(jì)成不出現(xiàn)以受激拉曼散射為代表的非線性光學(xué)效應(yīng)。到目前為止，已公開了各種用于抑制光暗化的方法。例如，已公開通過應(yīng)用被稱為DND(納米粒子直接摻雜，Direct Nanoparticle Deposition)的特殊的制造方法來抑制光暗化的方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。另外，已公開通過將鋁高濃度地添加到光纖來抑制光暗化的方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。進(jìn)而，已公開通過將磷高濃度地添加到光纖來抑制光暗化的方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)3)。另外，關(guān)于二氧化硅玻璃的折射率，已公開以下信息。已公開通過將氧化鋁(Al2O3)和五氧化二磷(P2O5)共同添加到由二氧化硅玻璃 (SiO2)構(gòu)成的母料中，可以抑制芯的折射率上升(例如，參照非專利文獻(xiàn)4、5)。尤其是，已公開氧化鋁與五氧化二磷的添加濃度(m0l% )越接近等量，則越接近純的二氧化硅的折射率。另外，在專利文獻(xiàn)1中，已公開在光纖的芯中添加有稀土類元素、鍺、鋁和磷的光纖。在該專利文獻(xiàn)1中，已公開通過在芯中添加這些元素，從而使芯與包層的折射率差變小，以及抑制稀土元素的再結(jié)晶化。
專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-112070號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn) 1 :S. Tammela et al. , The Potential of Direct Nanoparticle Deposition for the Next Generation of Optical Fibers, The Proceeding of SPIE Photonics West 2006, Vol. 6116-16(2006)非專利文獻(xiàn) 2 :T. Kitabayashi et. al. , Population Inversion Factor Dependence of Photodarkening of Yb—doped Fibers and Its Suppression by Highly Aluminum Doping, The Proceedings of OFC 2006, 0ThC5 (2006)非專禾丨J 文獻(xiàn) 3 :M. Engholm et. al. , Preventing photodarkening in ytterbium-doped high powerfiber laser ；correlation to the UV-transparency of the core glass, The Proceeding of Optics Express Vol. 16,1260-1268 (2008)4 :D. S. Lipatov et. al. , Optical Properties of Highly Al203and P2O5 Doped Silica Hosts for Large Mode Area Fiber Lasers and Amplifiers, the proceedings of EC0C2007, Poster Session P020.# # ^lJ i； K 5 =DiGIOVANNI et. al. ， Structure and properties of silica containing aluminum and phosphorus near the AlPO4 join, Journal of Non-Crystalline Solids 113(1989)58-64.

發(fā)明內(nèi)容
但是，雖然根據(jù)非專利文獻(xiàn)1所述的方法確實(shí)能夠抑制光暗化，但是該方法原理上不能充分地脫水。因此，存在起因于羥基的傳送損失大這樣的問題。進(jìn)而，很難將母料的尺寸大型化，收率也低。因此，對(duì)于降低光纖的制造成本來說，是不利的方法。在非專利文獻(xiàn)2所述的方法中，為了充分地抑制光暗化，需要添加大量的鋁。其結(jié)果是存在光纖的芯的折射率變高的問題。用于光纖型光放大器、光纖激光器的摻稀土光纖一般在單模傳播或者少模傳播條件下使用。因此，在芯的折射率高的情況下，相對(duì)地必須減小芯直徑。芯直徑小，則光纖的有效芯截面積(Arff)變小，因此傳播的光的功率密度變高而易于出現(xiàn)非線性光學(xué)效應(yīng)。即，存在產(chǎn)生因非線性光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致的波長(zhǎng)改變而得不到所希望的輸出光這樣的問題。在非專利文獻(xiàn)3所述的方法中，為了抑制光暗化，需要添加大量的磷。但是，磷是使折射率上升的添加劑，所以芯的折射率變高。因此，當(dāng)計(jì)劃使用通過該方法得到的光纖、 以單模傳播或少模傳播來傳送光時(shí)，則存在易于出現(xiàn)上述那樣的非線性光學(xué)效應(yīng)的問題。在非專利文獻(xiàn)4、5中，已詳細(xì)研究了含有鋁和磷且將二氧化硅玻璃作為主成分的光纖的折射率。但是，沒有研究含有鐿、鋁及磷且將二氧化硅玻璃作為主成分的光纖的折射率。另一方面，已知將鐿和其它稀土元素共同添加到芯的光纖在光纖型光放大器用途、光纖激光器用途中是有用的。在專利文獻(xiàn)1中，關(guān)于光暗化的抑制沒有記載，僅是將上述元素等以專利文獻(xiàn)1記載的濃度范圍添加到芯中，擔(dān)心不能充分地抑制光暗化。
本發(fā)明鑒于上述情況而完成，目的在于提供一種既可以抑制光暗化，又可以抑制芯的折射率上升從而能夠抑制非線性光學(xué)效應(yīng)的摻鐿光纖。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)解決上述課題的目的，采用了以下的方法。(1)本發(fā)明的摻鐿光纖具備至少含有鐿、鋁及磷的芯和圍繞該芯的包層，所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鋁的氧化鋁換算摩爾濃度是相同的，所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10 30，所述芯與所述包層的相對(duì)折射率差為0. 05% 0. 30%。(2)優(yōu)選所述芯和所述包層是由將二氧化硅玻璃作為基材的玻璃構(gòu)成的。(3)優(yōu)選如果將所述氧化鐿換算摩爾濃度設(shè)為α，則所述α滿足 0. 05 彡 α Χ0. 5 ^ 0. 30 的關(guān)系。(4)本發(fā)明的摻鐿光纖，具備至少含有鐿、鋁及磷的芯和圍繞該芯的包層，所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10 30，所述芯與所述包層的相對(duì)折射率差為0. 05% 0. 30%，如果將所述氧化鐿換算摩爾濃度設(shè)為α，將所述芯中的所述鋁的氧化鋁換算摩爾濃度設(shè)為β，將所述五氧化二磷換算摩爾濃度設(shè)為Y，則所述α、所述β及所述γ在β > γ時(shí)，滿足 0. 05 彡(β - γ) Χ0. 19+α Χ0. 5 彡 0· 30 的關(guān)系。(5)優(yōu)選在上述⑷的情況下，所述β和所述Y滿足1 < (β/Υ) < 3的關(guān)系。(6)本發(fā)明的摻鐿光纖，具備至少含有鐿、鋁及磷的芯和圍繞該芯的包層，所述芯中所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10 30，所述芯與所述包層的相對(duì)折射率差為0. 05% 0. 30%，如果將所述氧化鐿換算摩爾濃度設(shè)為α，將所述芯中所述鋁的氧化鋁換算摩爾濃度設(shè)為β，將所述五氧化二磷換算摩爾濃度設(shè)為Y，則所述α、所述β及所述γ在β < γ時(shí)，滿足 OK ( γ-β ) Χ0. 04+α Χ0. 5 ^ 0. 30 的關(guān)系。(7)優(yōu)選在上述(6)的情況下，所述β和所述Y滿足0. 56 < ( β / γ ) < 1的關(guān)系。(8)優(yōu)選在上述⑴、⑷或(6)中任一項(xiàng)的情況下，在所述芯中不含有鍺。本發(fā)明的摻鐿光纖具備至少含有鐿、鋁及磷的芯和圍繞該芯的包層，所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鋁的氧化鋁換算摩爾濃度是相同的， 所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10 30，所述芯與所述包層的相對(duì)折射率差為0.05% 0. 30%。因此，可以得到既能夠抑制光暗化和本底損耗(V "”)K損失)，又能夠抑制芯的折射率上升從而抑制非線性光學(xué)效應(yīng)的光纖。


圖1是表示在摻％光纖中芯中的五氧化二磷的摩爾濃度和芯與包層的相對(duì)折射率差的關(guān)系的曲線圖。圖2是表示在摻％光纖中氧化鐿的摩爾濃度和芯與包層的相對(duì)折射率差的關(guān)系的曲線圖。圖3是表示摻％光纖的芯中的五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鐿的摩爾濃度之比和因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量的關(guān)系的曲線圖。圖4是表示摻％光纖的芯中的五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鐿的摩爾濃度之比和波長(zhǎng)1200nm處的本底損耗值的關(guān)系的曲線圖。圖5是表示放大用光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差和激光器輸出光功率的關(guān)系的曲線圖。圖6是表示放大用光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差和激光器輸出光功率的關(guān)系的曲線圖。圖7是表示在進(jìn)一步將鍺添加于芯的摻％光纖中，芯中的五氧化二磷的摩爾濃度和芯與包層的相對(duì)折射率差的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)本發(fā)明的摻鐿光纖的最佳方式進(jìn)行說明。該方式是為了更好地理解發(fā)明主旨而進(jìn)行的具體說明，只要沒有特別指定，則不限定本發(fā)明。以下，在具有折射率分布的光纖中，只要沒有特別說明，以“mol %，，單位表示的添加成分的濃度是平均值。所謂“芯直徑”是指“具有芯的最大相對(duì)折射率差的Ι/e的相對(duì)折射率差的直徑”。<摻鐿光纖>本發(fā)明的摻鐿光纖(以下，簡(jiǎn)稱為“摻％光纖”)具備芯和將其圍繞的包層，芯至少含有鐿( )、鋁(Al)及磷(P)。而且，芯中的磷的五氧化二磷(P2O5)換算摩爾濃度(以下，有時(shí)簡(jiǎn)稱為五氧化二磷的濃度)與芯中的鐿的氧化鐿(％203)換算摩爾濃度(以下，有時(shí)簡(jiǎn)稱為氧化鐿的濃度)之比為10 30。芯與包層的相對(duì)折射率差為0. 05% 0. 30%.
鐿是具有光放大作用的摻雜劑。鋁是具有提高折射率的作用和抑制二氧化硅玻璃的結(jié)晶化的作用的摻雜劑。磷是具有抑制光暗化的作用和提高折射率的作用的摻雜劑。芯中的磷具有抑制光暗化的作用。但是，對(duì)于芯僅含有鐿和磷的光纖，在使芯的折射率成為所希望的低值時(shí)，二氧化硅玻璃發(fā)生結(jié)晶化。因此，該光纖不能夠作為放大用光纖來使用。但是，通過使芯中進(jìn)一步含有鋁，從而一方面能抑制光暗化，同時(shí)另一方面即使使芯的折射率成為所希望的低值，也能抑制二氧化硅玻璃的結(jié)晶化。推測(cè)鋁具有抑制二氧化硅玻璃結(jié)晶化的作用的原因是使鐿和磷在二氧化硅玻璃中分散。本發(fā)明通過將芯中的磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與芯中的鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比設(shè)定于規(guī)定的范圍，從而能夠抑制光暗化。從上述觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選芯中的磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與芯中的鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10 30，更優(yōu)選為15 20。如果該摩爾濃度比小于10時(shí)，則因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量急劇地增加。另一方面，如果該摩爾濃度比大于30時(shí)，則本底損耗值急劇地變大。一般來說，如果本底損耗值變大，則在將摻％光纖應(yīng)用于光纖激光器時(shí)，該光纖激光器的能量轉(zhuǎn)換效率降低。另外，如果將芯中的氧化鐿的摩爾濃度設(shè)為α，將芯中的鋁的氧化鋁換算摩爾濃度(以下，也有時(shí)簡(jiǎn)稱為氧化鋁的濃度)設(shè)為β，將芯中的五氧化二磷的摩爾濃度設(shè)為Y，則β = Y。此時(shí)，優(yōu)選滿足0.05 ( α Χ0. 5 ^ 0. 30的關(guān)系，更優(yōu)選滿足 0. 08彡α Χ0. 5彡0. 20的關(guān)系，最優(yōu)選滿足0. 10 ^ α Χ0. 5 ^ 0. 15的關(guān)系。在上述的關(guān)系式中，“0.5”是每lmol%的氧化鐿對(duì)提高芯的折射率的貢獻(xiàn)率(變化率)。氧化鐿與其摩爾濃度成比例地使芯的折射率上升。與此相對(duì)，氧化鋁與五氧化二磷使芯的折射率的上升相互抵消。因此，當(dāng)芯中氧化鋁的摩爾濃度(β)與芯中五氧化二磷的摩爾濃度(Y)相同(β = Y)時(shí)，使芯折射率變化的僅為氧化鐿。因此，如果0、日及^在日=^時(shí)滿足0. 05彡α Χ0. 5 ^ 0. 30的關(guān)系，則可得到既抑制玻璃的結(jié)晶化又抑制光暗化的良好效果。如果α Χ0. 5比0. 05小、即如果芯與包層的折射率差比0. 05小，則彎曲損耗、因外部對(duì)光纖的應(yīng)力而導(dǎo)致的損耗大，不實(shí)用。另一方面，如果α X0.5比0.30大、S卩如果芯與包層的折射率差比0. 30大，則由于出現(xiàn)以受激拉曼散射為代表的非線性光學(xué)效應(yīng)而導(dǎo)致容易發(fā)生波長(zhǎng)改變，得不到所希望的輸出光。另夕卜，如果將芯中的氧化鐿的摩爾濃度設(shè)為α，將芯中的氧化鋁摩爾濃度設(shè)為β，將芯中的五氧化二磷的摩爾濃度設(shè)為Y，則可以為β > Y。此時(shí)，優(yōu)選滿足0.05彡(β-γ) Χ0. 19+α Χ0. 5彡0. 30的關(guān)系，更優(yōu)選滿足 0. 08 彡(β - γ) Χ0. 19+α Χ0. 5 彡 0· 20 的關(guān)系。在上述關(guān)系式中，“0.5”是每Imol%氧化鐿對(duì)芯的折射率的上升的貢獻(xiàn)率(變化率)，“0. 19”是每Imol %氧化鋁對(duì)芯的折射率的上升的貢獻(xiàn)率(變化率)。當(dāng)芯中的氧化鋁的摩爾濃度(β)比芯中五氧化二磷的摩爾濃度(Y)高(β > Y)時(shí)，芯的折射率與過剩的氧化鋁的摩爾濃度成比例地上升。另外，氧化鐿也使芯的折射率上升。因此，因過剩的氧化鋁與氧化鐿導(dǎo)致的芯的折射率上升具有加和性。因此，如果α、β 及 γ 在時(shí)滿足 0. 05 彡(β - γ ) X 0. 19+ α X 0. 5 彡 0. 30 的關(guān)系，則可得到既抑制玻璃的結(jié)晶化又抑制光暗化的良好效果。如果(β - γ ) Χ0. 19+ α Χ0. 5比0. 05小、即如果芯與包層的折射率差比 0.05小，則彎曲損耗、因外部對(duì)光纖的應(yīng)力而導(dǎo)致的損耗大，不實(shí)用。另一方面，如果 (β-Y) Χ0. 19+α Χ0. 5比0. 30大、S卩如果芯與包層的折射率差比0. 30大，則由于出現(xiàn)以受激拉曼散射為代表的非線性光學(xué)效應(yīng)而導(dǎo)致容易發(fā)生波長(zhǎng)改變，得不到所希望的輸出光。此時(shí)，優(yōu)選β和γ進(jìn)一步滿足1 < (β/Υ)彡3的關(guān)系。如果(β/γ)比3大， 則芯與包層的相對(duì)折射率差有時(shí)比0. 30大，無法如上述那樣得到所希望的輸出光。另夕卜，如果將芯中的氧化鐿的摩爾濃度設(shè)為α，將芯中的氧化鋁的摩爾濃度設(shè)為β，將芯中的五氧化二磷的摩爾濃度設(shè)為Y，則可以為β < Y。此時(shí)，優(yōu)選滿足0.05彡(γ-β) Χ0. 04+α Χ0. 5彡0.30的關(guān)系，更優(yōu)選滿足 0. 08 彡(γ-β) Χ0. 04+α Χ0. 5 ^ 0. 20 的關(guān)系。在上述的關(guān)系式中，“0.5”是每lmol%氧化鐿對(duì)芯的折射率的上升的貢獻(xiàn)率(變化率)，“0. 04”是每Imol %五氧化二磷對(duì)芯的折射率的上升的貢獻(xiàn)率(變化率)。當(dāng)芯中的五氧化二磷的摩爾濃度(Y)比芯中的氧化鋁的摩爾濃度(β)高(β彡Y)時(shí)，芯的折射率與過剩的五氧化二磷摩爾濃度成比例地上升。另外，氧化鐿也使芯的折射率上升。因此可知，因過剩的五氧化二磷和氧化鐿導(dǎo)致的芯的折射率的上升具有加和性。因此，如果α、β 及 γ 在時(shí)滿足 0.05 彡(γ-β) Χ0. 04+α Χ0. 5^0. 30 的關(guān)系，則可得到既抑制玻璃的結(jié)晶化又抑制光暗化的良好效果。如果(γ-β) Χ0·04+α Χ0. 5比0.05小、即如果芯與包層的折射率差比 0.05小，則彎曲損耗、因外部對(duì)光纖的應(yīng)力而導(dǎo)致的損耗大，不實(shí)用。另一方面，如果 (Y-β ) Χ0. 04+α Χ0. 5比0. 30大、即如果芯與包層的折射率差比0. 30大，則由于出現(xiàn)以受激拉曼散射為代表的非線性光學(xué)效應(yīng)而導(dǎo)致容易發(fā)生波長(zhǎng)改變，得不到所希望的輸出光。此時(shí)，優(yōu)選β和γ進(jìn)一步滿足0.56 ^ (β/γ) < 1的關(guān)系。如果(β/Y)比 0. 56小，則芯與包層的相對(duì)折射率差有時(shí)比0. 30大，無法如上述那樣得到所希望的輸出光。優(yōu)選芯和包層是由將二氧化硅玻璃(SiO2)作為基材的玻璃制成的。二氧化硅玻璃在一般的傳送用光纖中被廣泛應(yīng)用，而且，其能夠減少傳送損耗，有利于高效率地對(duì)光進(jìn)行放大。芯的折射率分布沒有特別地限定，根據(jù)目的適當(dāng)調(diào)整即可。芯的折射率分布例如可以為單峰階躍型，也可以為吊鐘型、凹型、雙重型、扇形芯、雙重凹型、W型等公知的任何折射率分布。優(yōu)選考慮摻％光纖的結(jié)構(gòu)、所希望的相對(duì)折射率差等來對(duì)芯和包層的折射率進(jìn)行調(diào)整。例如，為了將波導(dǎo)的光封閉，優(yōu)選芯的折射率比包層的折射率高。芯與包層的相對(duì)折射率差優(yōu)選為0. 05 0. 30%，更優(yōu)選為0. 08 0. 20%。如果芯與包層的相對(duì)折射率差小于0.05%，則光纖得不到將光封閉的充分的效果。因此，如果彎曲光纖或?qū)饫w施加側(cè)壓，則不能夠穩(wěn)定地傳播光。另一方面，如果芯與包層的相對(duì)折射率差大于0. 30%，則在實(shí)質(zhì)上以單模條件使用光纖時(shí)、或者以少模條件使用光纖時(shí)，芯直徑變小，光的功率密度變高。因此，難以得到抑制因光導(dǎo)致的芯玻璃的損傷、 光學(xué)性非線性現(xiàn)象的效果。由此，很難得到高功率的光。其中，所謂“芯與包層的相對(duì)折射率差”，是在將芯的折射率設(shè)為Ill、包層折射率設(shè)為nQ時(shí)，由式=(II1-IIci)AI1XIOO算出的值。優(yōu)選根據(jù)芯的折射率適當(dāng)?shù)卦O(shè)定芯直徑，通常來說，優(yōu)選是10 40 μ m，更優(yōu)選是 20 30μπι。本發(fā)明的摻％光纖，在芯中按規(guī)定量添加鐿、鋁及磷，除此以外，可以用公知的方法進(jìn)行制造。例如，可以如下制造由MCVD法、VAD法等來制作光纖預(yù)制棒，按照成為所希望的外徑的方式將其進(jìn)行拉絲，以UV固化樹脂等在其外周上形成保護(hù)覆蓋層。也可以通過將比二氧化硅玻璃折射率低的樹脂涂布于第一層UV覆蓋層來制造雙包層光纖。在光纖預(yù)制棒的制作過程中，可以用以浸液法添加到套管(soot)中的方法或?qū)⒁旱芜M(jìn)行噴霧的方法來添加鐿。
另外，例如在將包層的形狀制成非圓形形狀時(shí)，將摻鐿后的光纖預(yù)制棒外削為所希望的形狀然后對(duì)其進(jìn)行拉絲即可。另外，例如在包層中設(shè)置應(yīng)力賦予部時(shí)，在摻鐿后的光纖預(yù)制棒中，沿其中心軸方向設(shè)置孔，優(yōu)選研削和研磨其內(nèi)表面而使其鏡面化后，將以MCVD法等制造的IO3-SiA玻璃制的應(yīng)力賦予構(gòu)件插入于此，然后進(jìn)行拉絲即可。通過本發(fā)明，應(yīng)用MCVD法、VAD法等公知的方法可以制造光暗化的抑制效果優(yōu)異的、能夠得到所希望的高功率光的摻％光纖。另外，也不限制在制造時(shí)使用的光纖預(yù)制棒的尺寸。因此，能夠廉價(jià)且大量地提供具有上述優(yōu)異特性的摻％光纖。另外，通過將這籽光纖作為光放大介質(zhì)來使用，可抑制隨時(shí)間推移的輸出功率下降，可以廉價(jià)地提供光學(xué)特性良好的光纖激光器和光纖放大器。以下，通過實(shí)驗(yàn)例來進(jìn)一步具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)驗(yàn)例。在以下的實(shí)驗(yàn)例1 9中，基本上，芯由含有氧化鐿(Yb2O3)、氧化鋁(Al2O3)及五氧化二磷(P2O5)的二氧化硅玻璃構(gòu)成，包層由二氧化硅玻璃構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)例1制作摻％光纖。所制作的摻％光纖是單包層光纖，是在芯的外周上設(shè)有包層、在包層的外周上設(shè)有保護(hù)覆蓋層的光纖。以MCVD法來制作光纖預(yù)制棒。另外，以浸液法來添加鐿。而且，對(duì)光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲直到玻璃外徑約為125 μ m，在外周上設(shè)置保護(hù)覆蓋層。將芯中的氧化鐿(Yb2O3)的摩爾濃度固定設(shè)為0.20mOl%、將芯中的氧化鋁 (Al2O3))的摩爾濃度固定設(shè)為2. 5mol%、使芯中的五氧化二磷(P2O5)的摩爾濃度變化，求出此時(shí)摻％光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差(Δ)的變化。將結(jié)果示于圖1。從圖1的結(jié)果可知，在五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鋁的摩爾濃度基本相同、為 2. 5mol%左右時(shí)，芯與包層的相對(duì)折射率差最小。另外，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷的摩爾濃度高的濃度區(qū)域中，相對(duì)折射率差的變化基本能夠近似于直線。同樣地，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷的摩爾濃度低的濃度區(qū)域中，相對(duì)折射率差的變化也基本能夠近似于直線。另外，相對(duì)折射率差的最小值為0. 10%。另外，表示芯中相對(duì)地氧化鋁過剩的區(qū)域(五氧化二磷的摩爾濃度為2.5mol%以下時(shí))的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值是0. 190。進(jìn)而，表示芯中相對(duì)地五氧化二磷過剩的區(qū)域 (五氧化二磷的摩爾濃度為2. 5mol %以上時(shí))的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值是 0. 040。將這些結(jié)果示于表1。實(shí)驗(yàn)例2將芯中氧化鐿的摩爾濃度固定設(shè)為0. IOmol%、將芯中的氧化鋁的摩爾濃度固定設(shè)為2. 5m0l%，除此以外進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)例1同樣的操作，使芯中的五氧化二磷的摩爾濃度變化，求出此時(shí)摻％光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差的變化，作出與圖1同樣的曲線圖(圖示略)。從該結(jié)果可知，在五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鋁的摩爾濃度基本相同、為2. 5mol%左右時(shí)，芯與包層的相對(duì)折射率差最小。另外，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷摩爾濃度高的濃度區(qū)域中，相對(duì)折射率差的變化基本能夠近似于直線。同樣地，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷的摩爾濃度低的濃度區(qū)域中，相對(duì)折射率差的變化也基本能夠近似于直線。另外，相對(duì)折射率差的最小值為0.06%。另外，表示芯中相對(duì)地氧化鋁過剩的區(qū)域(五氧化二磷的摩爾濃度為2.5mol%以下時(shí))的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值是0. 186。進(jìn)而，表示芯中相對(duì)地五氧化二磷過剩的區(qū)域 (五氧化二磷的摩爾濃度為2. 5mol %以上時(shí))的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值是 0. 041。將這些結(jié)果示于表1。實(shí)施例3將芯中的氧化鐿的摩爾濃度固定設(shè)為0. 40mOl%、將芯中的氧化鋁的摩爾濃度固定設(shè)為5. Omol %，除此以外進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)例1同樣的操作，使芯中的五氧化二磷的摩爾濃度變化，求出此時(shí)摻％光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差的變化，作出與圖1同樣的曲線圖 (圖示略)。從該結(jié)果可知，在五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鋁的摩爾濃度基本相同、為 5. Omol^左右時(shí)，芯與包層的相對(duì)折射率差最小。另外，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷的摩爾濃度高的濃度區(qū)域中，相對(duì)折射率差的變化基本能夠近似于直線。同樣地，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷的摩爾濃度低的濃度區(qū)域中，相對(duì)折射率差的變化也基本能夠近似于直線。另外，相對(duì)折射率差的最小值為0. 23%。另外，表示芯中相對(duì)地氧化鋁過剩的區(qū)域(五氧化二磷的摩爾濃度為5. Omol^以下時(shí))的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值是0. 190。進(jìn)而，表示芯中相對(duì)地五氧化二磷過剩的區(qū)域 (五氧化二磷的摩爾濃度為5. Omol %以上時(shí))的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值是 0. 042。將這些結(jié)果示于表1。實(shí)驗(yàn)例4將芯中的氧化鐿的摩爾濃度固定設(shè)為0. 70mOl%、將芯中的氧化鋁的摩爾濃度固定設(shè)為5. Omol %，除此以外進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)例1同樣地操作，使芯中的五氧化二磷的摩爾濃度變化，求出此時(shí)摻％光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差的變化，作出與圖1同樣的曲線圖 (圖示略)。從該結(jié)果可知，在五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鋁的摩爾濃度基本相同、為 5. Omol^左右時(shí)，芯與包層的相對(duì)折射率差最小。另外，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷的摩爾濃度高的濃度區(qū)域中，相對(duì)折射率差的變化基本能夠近似于直線。同樣地，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷的摩爾濃度低的濃度區(qū)域中，相對(duì)折射率差的變化也基本能夠近似于直線。另外，相對(duì)折射率差的最小值為0. 35%。另外，表示芯中相對(duì)地氧化鋁過剩的區(qū)域(五氧化二磷的摩爾濃度為5. Omol^以下時(shí))的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值是0. 193。進(jìn)而，表示芯中相對(duì)地五氧化二磷過剩的區(qū)域 (五氧化二磷的摩爾濃度為5. Omol %以上時(shí))的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值是 0. 037。將這些結(jié)果示于表1。
表1
$驗(yàn)例1實(shí)驗(yàn)例2實(shí)驗(yàn)例3實(shí)驗(yàn)例4實(shí)驗(yàn)例ItT平均值YIj2O3摩爾濃度(mol%).0200.100.400.70OJOAI2O3摩爾濃庋(mol5t)2.55.05J)2.5ο-.GeOs摩爾濃度(molX)一—一1.0—相對(duì)折射率差的S:小值( )0.100.0602Z0.350^0表示芯中相對(duì)地鋁過刺的區(qū)域的折射率變化的直線的鈄率絕對(duì)值0.1900.1860.1900.1930.1S20. 90表示芯中相對(duì)地縛過剩的區(qū)域的抽射率變化的t線的斜率絕對(duì)值0.0400.0410.0420.0370.0400.Q40從表1的結(jié)果可知，在五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鋁的摩爾濃度基本相同時(shí)， 芯與包層的相對(duì)折射率差顯示出最小值。另外，知道了如果芯中相對(duì)地氧化鋁的摩爾濃度或者五氧化二磷的摩爾濃度過剩，則芯與包層的相對(duì)折射率差變大。此時(shí)，知道了如果芯中的五氧化二磷的濃度與芯中的氧化鋁的濃度之比為大于1且3以下，則在該光纖中芯與包層的相對(duì)折射率差在0. 1 0.3。另外，知道了如果芯中的五氧化二磷的濃度與芯中的氧化鋁的濃度之比為0. 56以上且小于1，則在該光纖中芯與包層的相對(duì)折射率差在0. 1 0. 3。另外，實(shí)驗(yàn)例1 4中算出的、表示芯中相對(duì)地氧化鋁過剩的區(qū)域的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值的平均值是0. 19。另外，實(shí)驗(yàn)例1 4中算出的、表示芯中相對(duì)地五氧化二磷過剩的區(qū)域的相對(duì)折射率差變化的直線的斜率絕對(duì)值的平均值是0. 04。從以上結(jié)果可知，如果將這些直線的斜率值換算為每Imol %，則芯中相對(duì)過剩的氧化鋁對(duì)芯與包層的相對(duì)折射率差的貢獻(xiàn)率(變化率)為0. 19% /mol%，芯中相對(duì)過剩的五氧化二磷對(duì)芯與包層的相對(duì)折射率差的貢獻(xiàn)率(變化率)為0. 04% /mol%。圖2是基于表1所示結(jié)果表示氧化鐿的摩爾濃度和芯與包層的相對(duì)折射率差的關(guān)系的曲線圖。圖2所示的曲線圖可以擬合為通過原點(diǎn)的直線，該直線的斜率為0.5%/mol%。因此，如果將該值換算為每Imol %，則氧化鐿對(duì)芯與包層的相對(duì)折射率差的貢獻(xiàn)率(變化率) 為 0. 5% /mol%。另外，圖2所示的曲線圖是表示在將氧化鋁的摩爾濃度設(shè)為2. 5mol% (實(shí)驗(yàn)例1、 2)或者設(shè)為5. Omol^ (實(shí)驗(yàn)例3、4)的情況下，氧化鐿的摩爾濃度與相對(duì)折射率差的關(guān)系的曲線圖。如圖2所示可知，能夠?qū)⒃诓煌?種氧化鋁的摩爾濃度時(shí)的相對(duì)折射率差繪在幾乎同一直線上，因此，氧化鐿的摩爾濃度對(duì)相對(duì)折射率差的貢獻(xiàn)是獨(dú)立于氧化鋁的摩爾濃度、五氧化二磷的摩爾濃度的。總結(jié)由實(shí)驗(yàn)例1 4得到的結(jié)論，內(nèi)容如下所示。對(duì)于芯中含有鐿、鋁及磷并將二氧化硅玻璃作為主成分的摻％光纖，在五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鋁的摩爾濃度基本相同時(shí)，芯的折射率接近于二氧化硅玻璃的折射率。另外，芯中相對(duì)過剩的氧化鋁對(duì)芯與包層的相對(duì)折射率差的貢獻(xiàn)率(變化率)為 0. 19%/mol%。芯中相對(duì)過剩的五氧化二磷對(duì)芯與包層的相對(duì)折射率差的貢獻(xiàn)率(變化率)為 0.04% /mol%。進(jìn)而，氧化鐿的摩爾濃度獨(dú)立于氧化鋁摩爾濃度、五氧化二磷的摩爾濃度地與芯的折射率的變化相關(guān)。該氧化鐿的摩爾濃度對(duì)芯的折射率的貢獻(xiàn)率(變化率)是0.5% /mol %。實(shí)驗(yàn)例5使芯中的氧化鐿的摩爾濃度、芯中的氧化鋁的摩爾濃度及芯中的五氧化二磷的摩爾濃度變化，除此以外，與實(shí)驗(yàn)例1進(jìn)行同樣地操作，制成多種摻％光纖。通過以下的方法來評(píng)價(jià)制作的摻％光纖的因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量。(因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量的評(píng)價(jià)方法)使用中心軸方向的長(zhǎng)度使得芯的％吸收量為340dB的摻％的光纖，對(duì)其芯照射 100分鐘波長(zhǎng)976nm的激發(fā)光以使入射光量為400mW。此外，將波長(zhǎng)SOOnm的照射前后的損耗的差分作為“因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量”。圖3是表示摻％光纖的芯中的五氧化二磷的摩爾濃度與芯中的氧化鐿的摩爾濃度之比和因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量的關(guān)系的曲線圖。從圖3的結(jié)果可知，因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量很大程度依賴于芯中的五氧化二磷的摩爾濃度與芯中的氧化鐿的摩爾濃度之比。知道了如果該摩爾濃度比在10以上，則能夠?qū)⒁蚬獍祷瘜?dǎo)致的損耗增加量控制在0. 5dB以下，能夠充分地抑制光暗化。另一方面，如果該摩爾濃度比小于10，則因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量大于0.5dB。因此，使用這種摻％ 光纖的光纖激光器，使激光器長(zhǎng)時(shí)間振蕩時(shí)出現(xiàn)輸出功率下降，在可靠性方面存在問題。另外，從圖3的結(jié)果明確了該摩爾濃度比越大的區(qū)域，因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量能夠變得越小(能夠到達(dá)接近零的水平)。而且，明確了如果該摩爾濃度比小于10，則因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量急劇地增加。如圖3所示，如果該摩爾濃度比在20以上，則因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量基本為零。理想地，優(yōu)選因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量為零。但是，0.5dB左右的損耗增加實(shí)質(zhì)上是接近零的水平，實(shí)用上沒問題。另外，如果該摩爾濃度比為20以上，則雖然因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量基本為零，但五氧化二磷的摩爾濃度變高。此時(shí)，制作光纖母料時(shí)，母料易于破碎。因此，難以使芯中的五氧化二磷的濃度分布均勻，其結(jié)果難以制造大型母料，不利于低成本化。從以上的結(jié)果能夠得到如下結(jié)論如果因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量為0. 5dB以下、即芯中的五氧化二磷的摩爾濃度與芯中的氧化鐿的摩爾濃度之比為10以上，則是實(shí)質(zhì)上沒有問題的摻％光纖。實(shí)驗(yàn)例6對(duì)實(shí)驗(yàn)例5中制作的摻％光纖，測(cè)定波長(zhǎng)1200nm處的損耗波長(zhǎng)特性。圖4是表示摻％光纖的芯中的五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鐿的摩爾濃度之比和波長(zhǎng)1200nm處的本底損耗值的關(guān)系的曲線圖。從圖4的結(jié)果可知，本底損耗值很大程度依賴于芯中的五氧化二磷的摩爾濃度與芯中的氧化鐿的摩爾濃度之比。另外，知道了如果該摩爾濃度比在30以下，則本底損耗值在100dB/km以下，可充分得到降低損耗值的效果。另一方面，如果該摩爾濃度比超過30，則本底損耗值大于100dB/km。因此，在將該摻％光纖應(yīng)用于光纖激光器時(shí)，該光纖激光器的能量轉(zhuǎn)換效率顯著地降低。另外，從圖4的結(jié)果可以看出，如果該摩爾濃度比大于30，則本底損耗值急劇地變大。通常知道如果本底損耗值變大，則在將該摻％光纖用于光纖激光器時(shí)，該光纖激光器
12能量轉(zhuǎn)換效率降低。因此，優(yōu)選本底損耗值越小越好。但是，已知實(shí)際中如果本底損耗值是比一定水平低的值，則能夠?qū)嵱谩Ｒ虼?，如果作為本底損耗值急劇地變化的臨界點(diǎn)的、芯中的五氧化二磷的摩爾濃度與芯中的氧化鐿的摩爾濃度之比在30以下的區(qū)域、即本底損耗值為100dB/km(波長(zhǎng) 1200nm)以下，則是實(shí)用上沒有問題的摻％光纖。實(shí)驗(yàn)例7對(duì)于本發(fā)明的在芯中含有鐿、鋁及磷并將二氧化硅玻璃作為主成分的摻％光纖， 發(fā)現(xiàn)了兼顧抑制光暗化以及通過抑制芯的折射率上升來抑制非線性光學(xué)效應(yīng)的光纖的構(gòu)成。理想地是將光暗化與非線性光學(xué)效應(yīng)完全地抑制、即使其為零，但實(shí)際上將它們完全地抑制是很困難的。另外，要完全地抑制光暗化與非線性光學(xué)效應(yīng)，則存在制造裝置的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、制造成本增加這樣的問題。因此，將光暗化和非線性光學(xué)效應(yīng)抑制到作為工業(yè)制品能夠允許的某種程度的水平是實(shí)際的辦法。因此，在本發(fā)明中，將實(shí)際的數(shù)值設(shè)定為 “目標(biāo)值”。將抑制光暗化的目標(biāo)值設(shè)定為因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量為0. 5dB以下。將抑制非線性光學(xué)效應(yīng)的目標(biāo)值設(shè)定為芯與包層的相對(duì)折射率差為0.05% 0. 30%。將因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量的目標(biāo)值設(shè)定為0.5dB以下的理由是，在讓使用已達(dá)到該目標(biāo)值的光纖的光纖激光器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1000小時(shí)的情況下，1000小時(shí)后的輸出光功率為初期的輸出光功率的70%以上。對(duì)輸出功率下降的要求標(biāo)準(zhǔn)，雖然隨每種產(chǎn)品或者每位用戶而不同，但如果在運(yùn)轉(zhuǎn)開始的1000小時(shí)后可維持在初期70%以上的輸出功率，則是作為工業(yè)產(chǎn)品能夠允許的水平。將抑制非線性光學(xué)效應(yīng)的目標(biāo)值設(shè)為芯與包層的相對(duì)折射率差為0.05% 0. 30%的理由是，使用達(dá)到該目標(biāo)值的光纖的光纖激光器，其輸出光功率與光束品質(zhì)良好。一般來說，已知在芯與包層的相對(duì)折射率差非常小的情況下，例如在小于0. 05% 的情況下，光的封閉效果低。因此判斷，相對(duì)于因光纖的彎曲、對(duì)光纖施加側(cè)壓而產(chǎn)生的外部應(yīng)力以及與因溫度變化而產(chǎn)生的體積變化相伴的應(yīng)力，光的傳播狀態(tài)變得不穩(wěn)定，因此不實(shí)用。在芯與包層的相對(duì)折射率差非常大的情況下，例如，在0.30%以上的情況下，有效芯截面積(Arff)變小，非線性光學(xué)效應(yīng)的影響變大。例如，多發(fā)生作為非線性光學(xué)效應(yīng)中一種的受激拉曼散射，激光器輸出光的光譜譜寬擴(kuò)展，有時(shí)導(dǎo)致光束品質(zhì)的下降、有時(shí)因拉曼光產(chǎn)生效應(yīng)導(dǎo)致輸出功率降低。為了抑制光束品質(zhì)的降低，也有時(shí)使用以下方法將波長(zhǎng)濾波器配置于放大用光纖的出口側(cè)，屏蔽在激光器輸出光偏長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)出現(xiàn)的受激拉曼散射光。在這種情況下，最終用波長(zhǎng)濾波器將受激拉曼散射光屏蔽，所以無法充分地得到輸出光功率。另外，即使對(duì)于能夠允許非線性光學(xué)效應(yīng)的系統(tǒng)，如果要進(jìn)一步得到高輸出功率，則會(huì)產(chǎn)生作為放大介質(zhì)的光纖因光損傷而被破壞的現(xiàn)象。光損傷的閾值很大程度依賴于光的功率密度。因此，為了避免破壞，需要增大有效芯截面積、即需要維持芯與包層的相對(duì)折射率差較低。實(shí)驗(yàn)例8
在芯中的氧化鐿的摩爾濃度、芯中的五氧化二磷的摩爾濃度以及芯中的氧化鋁的摩爾濃度沒有較大變化的范圍，微調(diào)這些摻雜劑的摩爾濃度，使芯與包層的相對(duì)折射率差變化，除此以外，與實(shí)驗(yàn)例1進(jìn)行同樣的操作，制造數(shù)種摻％光纖。在制作相對(duì)折射率差小的光纖時(shí)，適量添加具有降低折射率效果的氟來調(diào)整相對(duì)折射率差。在該實(shí)驗(yàn)例8中，將摻％光纖制做成如下雙包層光纖芯直徑為30 μ m的具有階躍分布的芯，包層直徑為400 μ m，用低折射率樹脂涂布其外周，進(jìn)一步再用高折射率樹脂涂布其外周。使用該雙包層光纖作為放大用光纖，將其全長(zhǎng)纏繞在直徑300mm的圓柱狀構(gòu)件上。對(duì)處于纏繞在圓柱狀構(gòu)件上的狀態(tài)的放大用光纖的芯射入波長(zhǎng)lOeOnm、平均功率 IW的脈沖狀的籽光(種光)。另外，對(duì)包層射入波長(zhǎng)915nm、功率50W的激發(fā)光來放大波長(zhǎng) 1060nm 的光。然后，測(cè)定經(jīng)放大用光纖放大了的波長(zhǎng)lOeOnm的光的輸出光功率。這里，在不使用波長(zhǎng)濾波器的情況下測(cè)定由放大用光纖輸出的波長(zhǎng)lOeOnm帶(含有受激拉曼散射光)的輸出光功率。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整放大用光纖的長(zhǎng)度以使輸出光功率最大。通過該測(cè)定得到的、放大用光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差和激光器輸出光功率的關(guān)系如圖5所示。在圖5所示的曲線圖中，橫軸表示放大用光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差，縱軸表示放大用光纖的出口側(cè)的激光器輸出光功率。從圖5的結(jié)果可想到，如果芯與包層的相對(duì)折射率差為0.05%以上，則輸出光功率為30W以上，得到了實(shí)用水平的能量轉(zhuǎn)換效率。另一方面，知道了如果芯與包層的相對(duì)折射率差小于0. 05%，則光的封閉效果低，因此彎曲損耗增大，得到的輸出光功率顯著地下降。雖然也可想到如果使放大用光纖的纏繞直徑比300mm大，則能夠降低彎曲損耗，但不能使光纖激光器裝置小型化。因此，不優(yōu)選在此基礎(chǔ)之上增大纏繞直徑。如果僅考慮彎曲損耗，則芯與包層的相對(duì)折射率差大的情形能夠使彎曲損耗變小，能夠減小纏繞直徑，所以有利于光纖激光器裝置的小型化。以上，認(rèn)為在本發(fā)明中，將芯與包層的相對(duì)折射率差設(shè)定為0.05%以上的目標(biāo)值是妥當(dāng)?shù)?。?shí)驗(yàn)例9在芯中的氧化鐿的摩爾濃度、芯中的五氧化二磷的摩爾濃度以及芯中的氧化鋁的摩爾濃度沒有較大變化的范圍，微調(diào)五氧化二磷的摩爾濃度和氧化鋁的摩爾濃度，使芯與包層的相對(duì)折射率差變化，除此以外，與實(shí)驗(yàn)例1進(jìn)行同樣的操作，制造數(shù)種摻％光纖。在該實(shí)驗(yàn)例9中，將摻％光纖做成如下雙包層光纖芯直徑為30 μ m的具有階躍分布的芯，包層直徑為400 μ m，用低折射率樹脂涂布其外周，進(jìn)一步再用高折射率樹脂涂布其外周。使用該雙包層光纖作為放大用光纖，對(duì)該放大用光纖的芯射入波長(zhǎng)lOeOnm、平均功率IW的脈沖狀的籽光。另外，對(duì)包層射入波長(zhǎng)915nm、功率50W的激發(fā)光來放大波長(zhǎng) 1060nm 的光。將屏蔽波長(zhǎng)IlOOnm以上的光的波長(zhǎng)濾波器配置在放大用光纖的出口側(cè)。
在將波長(zhǎng)lOeOnm附近的輸出光放大時(shí)，在波長(zhǎng)IllOnm附近產(chǎn)生一次受激拉曼散射光。進(jìn)而，在波長(zhǎng)lieOnm附近產(chǎn)生二次受激拉曼散射光。屏蔽波長(zhǎng)IlOOnm以上的光的目的是抑制受激拉曼散射光的發(fā)生，抑制光束品質(zhì)的降低。由于這種關(guān)系，使用芯與包層的相對(duì)折射率差不同的放大用光纖來制造光纖激光器，測(cè)定通過波長(zhǎng)濾波器后的激光器輸出光功率。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整放大用光纖的長(zhǎng)度以使輸出光功率最大。通過該測(cè)定得到的、放大用光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差和激光器輸出光功率的關(guān)系如圖6所示。在圖6所示的曲線圖中，橫軸表示放大用光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差，縱軸表示通過波長(zhǎng)濾波器后的激光器輸出光功率。從圖6結(jié)果可想到，如果芯與包層的相對(duì)折射率差在0. 30%以下，則輸出功率為 25W以上，可得到實(shí)用水平的能量轉(zhuǎn)換效率。另一方面，知道了如果芯與包層的相對(duì)折射率差大于0.30%，則受激拉曼散射光的產(chǎn)生變多，得到的輸出光功率顯著地下降。該實(shí)驗(yàn)例9中得到的輸出光功率比實(shí)驗(yàn)例8 中得到的輸出光功率稍微下降一些。認(rèn)為這是受到在出口側(cè)配置波長(zhǎng)濾波器而導(dǎo)致的損耗的影響。因此，明確了通過使放大用光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差為0. 30%以下，能夠提高輸出光功率。以上，認(rèn)為在本發(fā)明中將芯與包層的相對(duì)折射率差設(shè)為0.30%以下的目標(biāo)值是妥當(dāng)?shù)摹?shí)驗(yàn)例10制造芯中含有鐿、鋁、磷及鍺的摻Y(jié)b光纖。添加lmol%二氧化鍺(GeO2),除此以夕卜，與實(shí)驗(yàn)例1同樣地操作來進(jìn)行制作。另外，與實(shí)驗(yàn)例1同樣地，將芯中的氧化鐿的摩爾濃度固定設(shè)為0. 20mol%，將芯中的氧化鋁的摩爾濃度固定設(shè)為2. 5mol%，使芯中的五氧化二磷的摩爾濃度變化，求出摻％光纖的芯與包層的相對(duì)折射率差的變化。將得到的結(jié)果示于表1和圖7。如圖7所示可知，在五氧化二磷的摩爾濃度與氧化鋁的摩爾濃度基本相同、為 2. 5mol%左右時(shí)，芯與包層的相對(duì)折射率差最小。另外，明確了在比相對(duì)折射率差為最小時(shí)的五氧化二磷的摩爾濃度低的濃度區(qū)域、及高的濃度區(qū)域，相對(duì)折射率差的變化基本能夠近似于直線，其斜率的絕對(duì)值分別為0. 192,0. 040。這些斜率與實(shí)驗(yàn)例1 4中得到的結(jié)果是基本相同的。與實(shí)驗(yàn)例1所不同的是相對(duì)折射率差最小值的值為0. 20%，比實(shí)驗(yàn)例1中相對(duì)折射率差最小值的值大。這是因?yàn)橛捎谛局泻卸趸N而使芯的折射率上升。通?？芍?，含有鍺的二氧化硅玻璃，每Imol % 二氧化鍺引起約0. 1 %的折射率上升。將圖7所示的結(jié)果與圖1所示的結(jié)果進(jìn)行比較后，發(fā)現(xiàn)無論在任一五氧化二磷濃度的條件下，相對(duì)折射率差的值都是變大0. 左右。認(rèn)為這是因?yàn)橛捎诤墟N而產(chǎn)生了通常已知程度的折射率上升。如上所述，優(yōu)選使芯與包層的相對(duì)折射率差為0. 30%以下。在圖1所示的結(jié)果中， 相對(duì)折射率差為0. 30%以下的五氧化二磷的摩爾濃度的范圍在1. 5 7. 5mol%的較大范圍。另一方面，在圖7所示的結(jié)果中，則變窄到1.8 5. 0mOl%。因此，從相對(duì)折射率差的觀點(diǎn)考慮可以說優(yōu)選在芯中不含鍺。
使用本實(shí)驗(yàn)例10中得到的光纖，與實(shí)驗(yàn)例5同樣地評(píng)價(jià)因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量。其結(jié)果明確了無論是否含有二氧化鍺，因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量的值都沒有較大變化。從以上的結(jié)果看出，在沒有安裝光柵等添加二氧化鍺的特殊目的的情況下，優(yōu)選盡量不添加二氧化鍺。因?yàn)槿缜八?，盡管即使添加二氧化鍺也對(duì)光暗化沒有特別的影響， 但由于添加二氧化鍺從而伴隨出現(xiàn)折射率的上升，因此光纖激光器的輸出光功率與輸出光的光束品質(zhì)變差。同樣地，在未特別確認(rèn)添加Al和P以外的折射率上升劑(Ti等)的效果時(shí)，優(yōu)選盡量不添加折射率上升元素?？偨Y(jié)實(shí)驗(yàn)例1 10的結(jié)果，認(rèn)為如果兼顧因光暗化導(dǎo)致的損耗增加量為0. 5dB以下以及芯與包層的相對(duì)折射率差為0. 05% 0. 30%，則是能抑制光暗化和非線性光學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性的光纖。此時(shí)，優(yōu)選在芯中不含有像鍺這樣使折射率上升的摻雜劑。[產(chǎn)業(yè)上的可利用性]本發(fā)明能夠作為焊接、標(biāo)記、切割等材料加工用途的高功率光源用激光器介質(zhì)來使用。
權(quán)利要求
1.一種摻鐿光纖，其特征在于，具備至少含有鐿、鋁及磷的芯和圍繞該芯的包層， 所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鋁的氧化鋁換算摩爾濃度是相同的，所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10 30，所述芯與所述包層的相對(duì)折射率差為0. 05% 0. 30%。
2.如權(quán)利要求1所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述芯和所述包層是由將二氧化硅玻璃作為基材的玻璃構(gòu)成的。
3.如權(quán)利要求1所述的摻鐿光纖，其特征在于，如果將所述氧化鐿換算摩爾濃度設(shè)為 α，則所述α滿足0. 05 ^ α Χ0. 5 ^ 0. 30的關(guān)系。
4.一種摻鐿光纖，其特征在于，具備至少含有鐿、鋁及磷的芯和圍繞該芯的包層， 所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10 30，所述芯與所述包層的相對(duì)折射率差為0. 05% 0. 30%，如果將所述氧化鐿換算摩爾濃度設(shè)為α，將所述芯中的所述鋁的氧化鋁換算摩爾濃度設(shè)為β，將所述五氧化二磷換算摩爾濃度設(shè)為Y，則所述α、所述β及所述Y在β > Y 時(shí)，滿足 0. 05 ^ (β-γ) Χ0. 19+α Χ0. 5 ^ 0. 30 的關(guān)系。
5.如權(quán)利要求4所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述β和所述Y滿足1<(β/Y) <3 的關(guān)系。
6.一種摻鐿光纖，其特征在于，具備至少含有鐿、鋁及磷的芯和圍繞該芯的包層， 所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10 30，所述芯與所述包層的相對(duì)折射率差為0. 05% 0. 30%，如果將所述氧化鐿換算摩爾濃度設(shè)為α，將所述芯中的所述鋁的氧化鋁換算摩爾濃度設(shè)為β，將所述五氧化二磷換算摩爾濃度設(shè)為Y，則所述α、所述β及所述Y在β < Y 時(shí)，滿足 0. 05 ^ (γ-β)ΧΟ. 04+α Χ0. 5^0. 30 的關(guān)系。
7.如權(quán)利要求6所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述β和所述Y滿足0.56< (β/Y) < 1的關(guān)系。
8.如權(quán)利要求1、4或6中任一項(xiàng)所述的摻鐿光纖，其特征在于，在所述芯中不含有鍺。
全文摘要
本發(fā)明的摻鐿光纖具備至少含有鐿、鋁及磷的芯和圍繞該芯的包層，所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鋁的氧化鋁換算摩爾濃度是相同的，所述芯中的所述磷的五氧化二磷換算摩爾濃度與所述芯中的所述鐿的氧化鐿換算摩爾濃度之比為10～30，所述芯與所述包層的相對(duì)折射率差為0.05％～0.30％。
文檔編號(hào)H01S3/06GK102197550SQ20098014329
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者市井健太郎, 荒井智史, 谷川莊二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉(cāng)