专利名称：：添加稀土类纤芯光纤及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及添加稀土类纤芯光纤及其制造方法。基于本发明的添加稀土类纤芯光纤，作为光纤激光器、光放大器等的光放大用纤维而使用，特别地适用于构成光纤激光器。本发明，要求于2005年10有26曰在曰本申请的特愿2005-311002号的优先权，并援用其内容。
背景技术：
：近年来，报告了以添加了钕(Nd)、铒(Er)、镨(Pr)、镱(Yb)等的稀土类元素的光纤(以下记为添加稀土类纤芯光纤)为激光器活性物质的单一模式光纤激光器或光放大器，在光传感器、光通信领域中具有多种利用的可能性，并正期待其应用。作为该应用例之一，有使用了在纤芯中添加了Yb的光纤(以下，记为添加Yb纤芯光纤)的添加Yb纤芯光纤激光器，正研究其在标记、修理、焊接、切割/钻孔、溶接等的用途，并正在产品化。一直以来，作为用于这些加工用途的激光器，以YAG激光器为主流，但是，近年来对于加工性能的要求变得更加严格，其结果，对于激光器性能的要求也变得更高。若举例，则有如下等的要求1.为了能进行高精细加工而要求更小的光点尺寸。2.要求更高的输出。3.要求缩短激光器维护等的停止时间(MTBF、MTBM)。针对这些要求，添加Yb纤芯光纤激光器，具有以下特征1.pm级的光点尺寸。2.从数W到数kW的输出。3.3万小时以上的预测寿命。与以往的YAG激光器相比，添加Yb纤芯光纤激光器具有较大的优点。作为添加稀土类纤芯光纤，一般可知有专利文献1和专利文献2中记载的使用稀土类元素掺杂玻璃而得到的光纤。对于该稀土类元素掺杂玻璃，在由Si02系成分构成的基质玻璃中，添加了稀土类元素、铝、氟，成为以该玻璃为纤芯部分的添加稀土类纤芯光纤，所以，在纤芯部分为添加了稀土元素、铝、氟的情形。对一般的使用于光纤中的Si02玻璃或GeOrSi02系玻璃，如果添加了大约0.1质量％以上的稀土类元素则有产生所谓的浓度消光的缺点。这是由于稀土类离子彼此在玻璃中集结(簇化)，所激发的电子能量，通过非放射性的过程而变得容易失去的现象，损害了发光的寿命、效率。通过共同掺杂稀土类元素和Al,可以不损害发光特性地添加高浓度的稀土类元素，即使与激发光之间的作用长度较短也能得到充分的放大增益，所以，可以实现激光器或光放大器的小型化，对此，在专利文献l中有记载。关于添加稀土类纤芯光纤，特别是关于稀土类元素掺杂玻璃的制作方法，在专利文献2中有记载。在该方法中，将具有已连结的开气孔的石英系多孔质玻璃制的母材，浸渍在含有稀土类元素离子及铝离子的溶液中，使稀土类元素和铝含浸于该母材中，之后，进行将母材干燥使稀土类元素和铝的盐沉积在母材的气孔内，将沉积后的盐氧化并进行使其稳定的干燥工序，对干燥工序后的母材进行烧结来使其玻璃化。并且，在从上述千燥工序结束后到上述烧结工序结束为止的期间，在含有氟的环境中，对上述母材进行加热处理，来掺杂氟。在这样得到的稀土类元素掺杂玻璃的周围，合成成为包层部分的玻璃，而制成光纤制造用的玻璃母材，之后，对该母材进行拉丝而得到稀土类元素掺杂光纤。在此，为了得到用于在添加Yb纤芯光纤激光器中使用的光纤，在该稀土类元素掺杂玻璃的制作工序中，作为稀土类元素使用镱(Yb)即可。作为添加Yb纤芯光纤的其他的制作方法，作为代表，有如在非专利文献l中记载的MCVD法+液浸法。在该方法中，首先，使SiCl4、GeCU、02气等在成为包层玻璃的石英玻璃管内流通，利用在石英玻璃管的外侧设置的氢氧燃烧器等的热源，使SiCU、GeCU发生氧化反应来生成SK)2、Ge02玻璃微粒子，并使其在石英玻璃管的内侧堆积。这时，使堆积时的温度下降来进行控制，以使不成为完全的透明玻璃，而使其成为多孔质状态。然后，将含有Yb离子的溶液导入所制作的在内面具有多孔质玻璃层的石英玻璃管的内部，使溶液浸透多孔质部分。在充分地使溶液浸透后，从石英玻璃管中取出溶液，使管干燥，并在氯环境中进行脱水后，使多孔质部分透明，并进一步进行实心化来制作添加Yb纤芯光纤用母材。根据需要，在所制作的母材的周围合成成为包层部分的玻璃，制成光纤制造用的透明玻璃母材，之后，对该母材进行拉丝，得到添加Yb纤芯光纤。并且，使用所得到的光纤可以构成添加Yb纤芯光纤激光器。图1是表示添加Yb纤芯光纤激光器的一例的构成图，该添加Yb纤芯光纤激光器的构成为，具有添加Yb纤芯光纤l;作为激发光源的LD2，其以从该光纤的一端入射激发光的方式被耦合；光纤光栅3、4,其在添加Yb纤芯光纤l的两端部被耦合。[专利文献l]:日本特开平11-314935号^S才艮[专利文献2]:日本特开平3-265537号公报[非专利文献1须藤昭一编铒添加光纤放大器OPTRONICS公司[非专利文献2LaserFocusWorldJapan2005.8，51-53页发行所E-EXPRESS公司[非专利文献3Z.Burshtein，et.al.,"ImpurityLocalPhononNonradiativeQuenchingofYb3+FluorescenceinYtterbium-DopedSilicateGlasses",IEEEJournalofQuantumElectronics,vol.36,No.8,August2000,pp.l000-1007使用以往的制法制作添加Yb纤芯光纤，构成如图1所示那样的添加Yb纤芯光纤激光器，尝试使激光器振荡，结果，由本发明者观测到如下现象激光器振荡波长1060nm的光的输出随着时间的经过而衰减，最终，激光器振荡停止。本发明者还对作为用于光纤激光器的光纤而由厂家在市面上销售的添加Yb纤芯光纤进行了观察，发现产生了同样的现象。因此，可以得到结论，以往的添加Yb纤芯光纤不能承受光纤激光器的长时间使用。在非专利文献2中记载了，该激光器振荡光的输出衰减是由于被称为"光子暗化(Photodarkening)"的现象而引起的。而且，可以认为上述现象是，由于光子暗化，而产生了激发光和激光器振荡光的功率损失，而引起激光器振荡光的输出衰减。光子暗化的现象是明显不同于上述浓度消光的现象。浓度消光是稀土类离子彼此在玻璃中集结(簇化)，所激发的电子能量，通过非放射性的过程而变得容易失去的现象。在激光器振荡中，稀土类离子的集结状态通常不发生较大变化，所以，即使进行长时间的激光器振荡，浓度消光的程度也不会变化，不能成为激光器振荡输出随着时间而衰减的主要原因。作为以往技术的专利文献1和2，也许可以解决使用稀土类元素掺杂玻璃而得到的光纤的浓度消光，但是，以往技术不能解决起因于光子暗化现象而引起的激光器振荡输出的衰减。本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供可以制作即使长时间使用也可以维持充分的激光器振荡输出的光纤激光器的添加稀土类纤芯光纤及其制造方法。为了达到上述目的，本发明提供添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，具有纤芯，由至少含有铝和镱的石英系玻璃构成；包层，设置于该纤芯的周围，由折射率比纤芯低的石英系玻璃构成，在纤芯中添加了铝和镱，以使光子暗化损失增加量TpD满足下述不等式(A)[式(A)中，TpD表示波长810nm下的光子暗化损失增加量的希望值(单位dB)，DA,表示在纤芯中含有的铝浓度(单位是质量％)，AYb表示基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量(单位是dB/m)。另外，本发明提供添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，具有纤芯，由至少含有铝和镱的石英系玻璃构成；包层，设置于该纤芯的周围，由折射率比纤芯低的石英系玻璃构成，纤芯的铝浓度是2质量％以上，且以如下的浓度添加了镱，即，基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为800dB/m以下的浓度。优选在本发明的添加稀土类纤芯光纤的纤芯中还含有氟。优选在本发明的添加稀土类纤芯光纤的包层的外周，具有折射率比该包层低的聚合物层。优选在上述的添加稀土类纤芯光纤中，包层由位于纤芯邻近侧的内侧包层、和位于该内侧包层的外侧的外侧包层构成，纤芯的折射率nl、内侧包层的折射率n2、外侧包层的折射率n3、聚合物层的折射率n4满足nl>n2>n3>n4的关系。在本发明的添加稀土类纤芯光纤中，也可以构成为，在包层玻璃的一部分存在空孔。另外，本发明提供添加稀土类纤芯光纤的制造方法，其特征在于，包括如下工序堆积工序，将由多种卣化物气体和氧气构成的原料气体，从以石英为主要成分的玻璃管的第一端面侧向上述玻璃管的空心部导入，利用加热装置，对上述玻璃管进行加热，使卣化物气体发生氧化反应，形成烟灰状的氧化物，并使其在玻璃管内表面堆积，将所堆积的烟灰状的氧化物进行烧结，来堆积多孔质玻璃层；添加工序，在该堆积工序后，将添加物添加到上述玻璃管的内表面的上述多孔质玻璃层内；透明化工序，在该添加工序后，对上述玻璃管进行加热，使上述多孔质玻璃层透明玻璃化；实心化工序，在该透明化工序后，将上述玻璃管的空心部消除而进行实心化，形成预型体(preform);拉丝工序，在该实心化工序后，对包含上述预型体的光纤母材进行拉丝，得到添加稀土类纤芯光纤，上述卣化物气体至少含有SiCl4、A1C13,上述添加物至少含有稀土类元素，在堆积工序和透明化工序的任意一方或两方的工序中，将氟化物气体从上述玻璃管的第一端面侧向上述玻璃管的空心部导入。在本发明的制造方法中，作为上述添加物而使用的稀土类元素优选至少含有镱。在本发明的制造方法中，优选所得到的添加稀土类纤芯光纤的纤芯中的铝浓度是2质量％以上，且以如下的浓度添加镱，即，使基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为800dB/m以下的浓度。在本发明的制造方法中，优选在上述拉丝工序中还具有，在光纤的包层的外周，形成折射率比该包层低的聚合物层的工序。在本发明的制造方法中，优选所得到的添加稀土类纤芯光纤的包层由位于纤芯邻近侧的内侧包层、和位于该内侧包层的外侧的外侧包层构成，纤芯的折射率nl、内侧包层的折射率n2、外侧包层的折射率n3、聚合物层的折射率n4满足nl>n2>n3>n4的关系。对于本发明的添加稀土类纤芯光纤，如果在以镱为激光器活性物质的光纤激光器中使用本发明的添加稀土类纤芯光纤，则可以制造即使进行长时间的激光器振荡，激光器振荡波长的光输出也几乎不衰减，即使长时间使用，也可以维持充分的激光器振荡输出的光纤激光器。本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法，可以更有效地制造可以制作如上所述即使长时间使用也可以维持充分的激光器振荡输出的光纤激光器的添加稀土类纤芯光纤。图l是表示光纤激光器的一例的构成图。图2A是表示本发明的添加稀土类纤芯光纤的第1实施方式的第1例的截面图。图2B是表示本发明的添加稀土类纤芯光纤的第1实施方式的第3例的截面图。图3是表示本发明的添加Yb纤芯光纤的基于Yb的光吸收光镨的曲线图。图4A是表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法的一例的图，是表示堆积工序的截面图。图4B是表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法的一例的图，是表示添加工序的截面图。图5A是表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法的一例的图，是表示干燥工序的截面图。图5B是表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法的一例的图，是表示脱水工序的截面图。图5C是表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法的一例的图，是表示透明化工序的截面图。图5D是表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法的一例的图，是表示实心化工序的截面图。图6是表示本发明的添加稀土类纤芯光纤的第2实施方式的截面图。图7是表示本发明的添加稀土类纤芯光纤的第3实施方式的截面图。图8是表示在实施例中使用的光子暗化损失增加量测量装置中的测量顺序的构成图。图9A是表示在实施例1中测量的光子暗化损失增加量的结果的曲线图。图9B是表示在实施例1中测量的光子暗化损失增加量的结果的曲线图。图IO是表示在实施例2中测量的光子暗化损失增加量的结果的曲线图。图11是表示在实施例3中测量的光子暗化损失增加量的结果的曲线图。图12是表示在实施例4中测量的光子暗化损失增加量的结果的曲线图。图13是表示Yb光吸收量800dB/m时光子暗化损失增加量和Al浓度的关系的曲线图。符号说明1-添加Yb纤芯光纤；2-激发光源；3、4-光纤光栅；10B~10E-添加稀土类纤芯光纤；11B~11E-纤芯；12B-12D-包层；13-聚合物层；14-内侧包层；15-外侧包层；20-石英玻璃管；21-多孑L质玻璃层；22-氢氧燃烧器；23-水溶液；24-塞子；25-透明玻璃层；26-纤芯部分；27-包层玻璃层；28-预型体。具体实施方式根据专利文献1和2，公开了在由Si02系成分构成的基质玻璃中，添加了稀土类元素、铝、氟的稀土类元素掺杂玻璃及其制造方法，作为稀土类元素使用镱(Yb)，另外，将该Yb掺杂玻璃使用在纤芯部分来制成添加Yb纤芯光纤，这使用以往的技术也可以。但是，在专利文献1和2中，只详细地记载了作为稀土而选择了铒(Er)，对于作为稀土而选择镱，没有任何记载。另外，专利文献1和2中公开的技术，是用于解决稀土类元素的浓度消光的方法，因而，对于激光器振荡光经时输出衰减这样的课题，即使使用基于以往技术的添加Yb纤芯光纤来解决也是困难的。进一步来说，众所周知，添加Yb纤芯光纤中的镱离子(Yb3+)的参与激光器振荡的能量水平，只具有基本状态的47/2状态和激发状态的^5/2状态的两种状态，所以，难于引起浓度消光。在非专利文献3中公开了，在未添加铝和氟的玻璃中产生浓度消光时的镱浓度是5xl02°Cm_3。在光纤激光器中使用的添加Yb纤芯光纤，一般地，对镱的浓度进行了调整，以使存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为100~2000dB/m的范围。将其换算成镱浓度，则为0.11x1020cm-3~2.2x102W3,比在非专利文献3中所示的产生浓度消光时的镱浓度还小。因而认为，为了抑制镱的浓度消光，所需要的铝并不必要。另一方面，对于激光器振荡光的输出衰减的课题，如后述，这里也是在添加Yb纤芯光纤中添加铝作为解决方法，但是，这时的铝添加量比抑制浓度消光所需要的铝添加量远远地多。例如，纤芯的氟浓度是0.6质量％，铝浓度是0.1质量o/0，且以如下浓度添加了镱的添加Yb纤芯光纤完全观测不到浓度消光，即，使基于纤芯中包含的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为1000dB/m这样的浓度。但是，基于光子暗化的损失增加显著地表现出来。并且，对将纤芯的氟浓度设为0.6质量％，将铝浓度设为O.l质量%,在Yb光吸收量从200dB/m到1900dB/m的范围内有少许不同的添加Yb纤芯光纤，测量了荧光寿命。将其结果表示于表l.<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>不依赖于Yb光吸收量荧光寿命是一定的值，因此，即使在Yb光吸收量从200dB/m到1900dB/m的范围内，也未发生浓度消光。在作为以往技术的专利文献1和2中，未公开关于镱、铝、氟的浓度的适当的浓度，因而，对于激光器振荡光的输出衰减这样的课题，即使使用基于以往技术的添加Yb纤芯光纤来解决也是困难的。另一方面，本发明的添加稀土类纤芯光纤，为了解决激光器振荡光的输出衰减这样的课题，其具有纤芯，由至少含有铝和镱的石英系玻璃构成；包层，设置于该纤芯的周围，由折射率比纤芯低的石英系玻璃构成，该添加稀土类纤芯光纤，对纤芯中含有的铝浓度及基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量进行了调整，以使光子暗化损失增加量为所希望的值。(第1实施方式的第l例)参照图2A对基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的第1实施方式的第l例进行说明。本例的添加稀土类纤芯光纤IOB，由添加了稀土类元素的纤芯IIB，和包围该纤芯且折射率比该纤芯低的包层12B构成。图2A的添加稀土类纤芯光纤IOB，具有纤芯11B,由含有铝(Al)和作为稀土类元素的镱(Yb)的石英系玻璃构成；包层12B,设置于该纤芯的周围，由石英(Si02)玻璃构成。另外，纤芯的A1浓度是2质量％以上。并且，以如下浓度在纤芯中含有Yb，即，使由于在该纤芯中含有的Yb而引起的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为800dB/m以下这样的浓度。在图3中表示了基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的Yb的光吸收光谱的一例。如果使用在纤芯中添加了Yb的添加稀土类纤芯光纤来构成光纤激光器，则可以得到输出激光器振荡波长1060nm的光的光纤激光器，但是，如果是使用了以往的添加Yb纤芯光纤的光纤激光器，则激光器振荡波长1060nm的光的输出，随着时间的经过而衰减，最后，出现激光器振荡停止的现象。另一方面，如果是使用本发明的添加稀土类纤芯光纤而构成的光纤激光器，即使进行长时间激光器振荡，也可以大幅地降低激光器振荡波长1060nm的光的输出的衰减速度。纤芯的A1浓度越高，光纤激光器的激光器振荡输出的衰减速度越变小，另外，纤芯中含有的Yb浓度越高，光纤激光器的激光器振荡输出的衰减速度越变大，所以，通过使纤芯的Al浓度及由于Yb引起的光吸收量为如本发明的添加稀土类纤芯光纤那样，可以大幅地降低光纤激光器中的输出衰减速度。(第1实施方式的第2例)例举具体例对本实施方式的添加稀土类纤芯光纤的第2例进行说明。本例的添加稀土类纤芯光纤的基本构造几乎与图2A所示的添加稀土类纤芯光纤相同，但是，对于由含有铝(A1)和作为稀土类元素的镱(Yb)的石英系玻璃构成的纤芯IIB而言，更具体地是，当设纤芯中含有的铝浓度为DA1(单位是质量％)，设基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量为AYb(单位是dB/m)时，以满足上述不等式(A)的方式来添加了铝及镱的添加稀土类纤芯光纤。上述不等式(A)中，Tpd是添加Yb纤芯光纤中的波长810nm下的光子暗化损失增加量的希望值，单位是dB。TpD是使用本发明的添加Yb纤芯光纤来设计光纤激光器时决定的值，是考虑光纤激光器的输出衰减速度的容许量、使用环境、输入添加Yb纤芯光纤的激发光源的强度、激光器振荡输出的希望值等来决定的值。当把TpD设定为某个值时，如果添加Yb纤芯光纤的光子暗化损失增加量是TPD以下，则使用了该添加Yb纤芯光纤的光纤激光器可以得到良好的特性。相反，在添加Yb纤芯光纤的光子暗化损失增加量是超过了TpD的值时，使用了该添加Yb纤芯光纤的光纤激光器的激光器振荡输出的衰减速度会比设想的大，因此，不能进行长时间的激光器振荡。根据不等式(A)的右边，使用在纤芯中含有的铝浓度DA,(单位是质量％)及基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量AYb(单位dB/m)这两个参数，可以推测添加Yb纤芯光纤的光子暗化损失增加量。但是，不等式(A)是根据试制的各种添加Yb纤芯光纤的铝浓度、Yb光吸收量、光子暗化损失增加量的数据得到的经验公式。关于得到经验公式的过程如后述。如本发明，如果是以使光子暗化损失增加量为所希望的值的方式，对在纤芯中含有的铝浓度及基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量进行了调整的添加稀土类纤芯光纤，即使添加Yb纤芯光纤中的镱的浓度大小各不相同，使用了本发明的添加稀土类纤芯光纤的光纤激光器也可以得到良好的特性。特别地，可以得到如下述等的效果。即使进行长时间激光器振荡，激光器振荡波长的光输出也几乎不衰减，即使长时间使用也能维持充分的激光器振荡输出。即使使添加Yb纤芯光纤中的镱的浓度变高，也能使激光器振荡波长的光的输出衰减维持在较小不变。由于可以使添加Yb纤芯光纤中的镱浓度变高，所以，使激光器振荡所需要的纤维较短即可。由此，可以降低成本，抑制基于非线性光学现象的噪声光的产生等。(第1实施方式的第3例)图2B的添加稀土类纤芯光纤10C是表示第1实施方式的第3例的图。该添加稀土类纤芯光纤IOC，由下述构成纤芯IIC，由含有Al、作为稀土类元素的Yb及氟(F)的石英系玻璃构成；包层12C,设置在该纤芯的周围由石英玻璃构成。在将Al添加于纤芯部分的情况下，如果A1浓度较高，则纤芯的折射率会上升，模场直径、截止波长等光学特性会发生变化，但是，在本例中，通过在纤芯中添加氟，可以抵消基于Al浓度增加的折射率上升，维持作为光纤来说适当的纤芯的折射率、与包层的比折射率差不变，以高浓度添加A1。(本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法)图4和图5是按工序顺序表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法的一例的图。本发明的制造方法，首先，准备具有适当的外径和壁厚的石英玻璃管20，如图4A所示那样进行如下的堆积工序，即，从该石英玻璃管20的第1端面侧，将作为离化物气体的SiCl4、A1C13,及02气送到石英玻璃管20的空心部，利用作为加热装置的氢氧燃烧器22对石英玻璃管20进行加热，使SiCl4和A1C13发生氧化反应，来形成由Si02、入1203构成的烟灰状的氧化物，使其在石英玻璃管20的内表面堆积，通过对所堆积的烟灰状的氧化物进行烧结，来堆积多孔质玻璃层21。此外，在图4A所示的堆积工序中，将原料气体设为SiCl4、A1C13，及02气，但是，对于此，也可以使用其他的卣化物气体，例如可以合用GeCl4。在导入了GeCU的情况下，生成作为氧化物的Ge02。另夕卜，也可以以降低纤芯的折射率为目的而在堆积工序中使用SiF4。或也可以在堆积工序中不使用SiF4，而只在后述的透明化工序(图5C)中使用。并且，也可以使用SiF4以外的氟系化合物(例如，SF6、CF4、C2F6等)。在图4A所示的堆积工序中，在生成烟灰状的氧化物，并使其堆积在石英玻璃管20内表面时，是一边使氢氧燃烧器22沿石英玻璃管20的长度方向移动一边实施，以使能够沿石英玻璃管20的长度方向均匀地堆积氧化物。这时，对于氲氧燃烧器的加热温度，需要非常注意地进行温度控制，以使堆积的烟灰状的氧化物烧固而形成不透明的多孔质玻璃层21。如果温度过高，则多孔质玻璃层21就会成为透明玻璃，不能进行添加工序。对于这时的基于氢氧燃烧器的加热温度，以比成为透明玻璃体的温度低200~300°C左右的温度进行烧固。通过进行1次及至数次氢氧燃烧器22的往复运动，形成由Si02、A1203构成的多孔质玻璃层21。然后，进行如下的添加工序，即，停止原料气体的供给和氢氧燃烧器22，放置冷却后，在内表面形成了多孔质玻璃层21的石英玻璃管20的单侧，插入塞子24，并以使塞子24侧朝下的方式将管竖立放置，如图4B所示，从另一侧的端面将含有稀土类元素化合物的水溶液23向管内注入，使该水溶液23浸透多孔质玻璃层21，将水溶液中的稀土类元素添加入多孔质玻璃层21。含有稀土类元素的水溶液，根据在纤芯中添加的稀土类元素来选择，在制作添加Yb纤芯光纤的情况下，优选含有稀土类元素的水溶液的溶质是YbCl3，溶剂是1120。这种情况下，水溶液23中的YbCl3浓度例如是0.1~5质量％，根据经验求得用于得到所希望的Yb浓度的溶液浓度。以适当的时间，例如3小时左右，使含有稀土类元素化合物的水溶液浸渍在石英玻璃管20内表面的多孔质玻璃层21，之后，取下塞子24,从管内将水溶液23取出，如图5A所示，将干燥后的02气体送入石英玻璃管20内，使水分蒸发。该干燥工序，进行l小时以上，优选进行6小时左右。为了除去残留的水分，将Cl2、02、He气体送入石英玻璃管20内，并且，利用氢氧燃烧器22对石英玻璃管20的外周面进行加热，充分地将水分除去(图5B)。当然，这时为了不使多孔质玻璃层21变为透明，以充分低的加热温度进行作业。之后，将SiF4、He、02送入石英玻璃管20内，并且，使氢氧燃烧器22的火力提高，进行多孔质玻璃层21的透明化(图5C)。在该透明化工序中，通过流入作为氟化合物的SiF4，可以在被透明化的玻璃层(透明玻璃层25)内掺杂氟。此外，如上述，可以在该透明化工序时不使用SiF4,而只在上述堆积工序中使用。并且，也可以使用SiF4以外的氟系化合物(例如，SF6、CF4、QF6等)。无论选择哪一种都可以在透明玻璃层25中掺杂氟。然后，进行如下实心化工序，即，进一步使氢氧燃烧器22的火力加强，进行石英玻璃管20的实心化，制作棒状的预型体28(图5D)。在该预型体28的中心，具有由掺杂了A1、F、Yb的石英系玻璃构成的纤芯部分26,相当于由该预型体28得到的光纤的纤芯。在纤芯部分26的外周，具有通过石英玻璃管20的实心化而形成的包层玻璃层27。通过进行如下的套管工序来制作光纤母材，即，在这样制作的预型体28的外侧，套上成为包层玻璃层的外侧部分的石英管，并进行加热一体化的工序。并且，通过对该母材进行拉丝得到添加稀土类纤芯光纤。此外，包层玻璃层的形成方法，不限定于基于上述套管工序的方法，也可以是外部附加法。利用上述制造方法，可以在石英玻璃管20的内表面堆积的多孔质玻璃层21上均匀地含有Al。本发明者发现，如果将含有稀土类元素的水溶液23浸渍添加在这样制作的多孔质玻璃层21中，则与在多孔质玻璃层生成时不含有Al而在添加工序中添加Al时相比，光纤激光器中的输出的衰减速度降低。本发明者确认了，特别地当稀土类元素是Yb时，如果使用添加Yb纤芯光纤来构成光纤激光器，该添加Yb纤芯光纤是通过对利用本发明的制造方法得到的母材进行拉丝而得到的，则即使光纤激光器进行长时间激光器振荡，激光器振荡波长1060nm的光的输出也不衰减。由此，利用本发明的制造方法及利用该制造方法得到的添加Yb纤芯光纤，可以得到即使长时间使用也可以维持充分的激光器振荡输出的光纤激光器。(第2实施方式)图6是表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的第2实施方式的图。本实施方式的添加稀土类纤芯光纤10D的构成为，在上述第l实施方式的添加稀土类纤芯光纤IOB、10C的包层12B、12C的外周，设置了具有折射率比该包层12B、12C低的聚合物层13。本实施方式的添加稀土类纤芯光纤10D中的纤芯IID及包层12D，可以构成为与上述第1实施方式的添加稀土类纤芯光纤10B、10C中的纤芯11B、11C及包层12B、12C相同。通过制成这样的构造，可以将本发明的添加稀土类纤芯光纤制成双包层纤维，可以插入更高的高功率激发光功率，得到更高输出的激光器振荡。如果是以往的添加稀土类纤芯光纤，如果是高功率的激发光功率，激光器振荡输出的劣化变得更显著，不能承受作为双包层纤维的使用。另一方面，本发明的添加稀土类纤芯光纤，具有如上述那样的组成的纤芯，并且，如果是如在本实施方式中所示那样在包层12D的外周具有聚合物层13的双包层纤维，则可以维持长时间的激光器振荡。(第3实施方式)图7是表示基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的第3实施方式的图。本实施方式的添加稀土类纤芯光纤IOE，由下述构成纤芯11E;内侧包层14，位于该纤芯11E的邻近侧；外侧包层15，位于该内侧包层14的外侧；聚合物层13，位于该外侧包层15的外侧。纤芯11E由含有Al和Yb等的稀土类元素以及氟(F)的石英系玻璃构成，内侧包层，由含有Ge的石英系玻璃构成，外侧包层由石英玻璃构成。该添加稀土类纤芯光纤IOE具有如下的折射率构造，即，纤芯11E的折射率nl、内侧包层14的折射率n2、外侧包层的折射率n3、及聚合物层13的折射率n4满足nl>n2>n3>n4的关系。也就是，本构造的包层是三层包层构造，即，由内侧包层14、外侧包层15、及聚合物层13构成。通过设成这样的构造，可以使纤芯11E和内侧包层14的折射率差nA(=nl-n2)比纤芯11E和外侧包层15的折射率差nB(=nl-n3)小，所以，可以使激光器振荡波长1060nm的光的有效截面积Aeff更大，可以降低基于受激拉曼散射、受激布里渊散射、四光波混合等非线性光学现象的噪声光的产生。在以往的光纤中，为使有效截面积Aeff增大，需要使纤芯和包层的折射率差减小，必须使纤芯中含有的A1、锗等的掺杂少，但是，如果A1浓度减少，则光纤激光器的输出的衰减速度变大。本实施方式的添加稀土类纤芯光纤10E,可以在纤芯11E中添加充分量的A1，并且，可以使有效截面积Aeff更大，使用本实施方式的添加稀土类纤芯光纤10E的光纤激光器，可以制成更高性能、更高质量的光纤激光器。在基于本发明的添加稀土类纤芯光纤中，即使在包层的一部分设置空孔，也可以制成可以长时间维持激光器振荡的双包层纤维。另外，通过对空孔位置进行最优化，可以实现高NA、降低斜射光等。实施例在图2A所示那样构造的添加Yb纤芯光纤中，准备纤芯中含有的Al及Yb的浓度不同的多个光纤。所准备的添加Yb纤芯光纤的包层外径设为125pm,纤芯直径根据Al浓度设为5~11mm，纤芯的Al浓度设为0质量％、1质量％、2质量％、3质量％的4种。另外，也准备多个这些添加Yb纤芯光纤的Yb浓度不同的添加Yb纤芯光纤，使由于Yb浓度而引起的波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量在100dB/m到1500dB/m范围内吸收量不同。当评价所准备的添加Yb纤芯光纤的激光器振荡光的功率衰减特性时，参考非专利文献2的"光子暗化的测量系统"。如上所述可以认为，激光器振荡光的功率降低的原因是基于光子暗化的功率损失。如果以较强的功率将波长976nm的激发光入射到添加Yb纤芯光纤，则会产生光子暗化而产生损失。在以一定时间入射波长976nm的激发光后，通过测量某个特定波长下的损失量，可测量被测量光纤中的光子暗化损失增加的大小，因为，这与激光器振荡波长1060nm的光的衰减速度有关系，所以，可以评价添加Yb纤芯光纤激光器振荡光的功率衰减特性。将所准备的添加Yb纤芯光纤，放置在图8所示的光子暗化损失增加量测量装置进行测量。在此，作为测量条件，以使被测量光纤的波长976nm附近的峰值光吸收量(单位dB/m)x样品长度(单位m)=340dB的方式对样品长度进行调整，将波长976nm激发光的光功率设为400mW。对进行了100分钟激发光入射后的波长810nm的光子暗化损失增加量进行测量。在图9A及图9B中表示测量结果。根据图9，可以知道，单位长度的Yb光吸收量越大，即光纤纤芯部分的Yb浓度越大，波长810nm下的光子暗化损失增加量越大。另外，光纤纤芯部分的Al浓度越大，波长810nm下的光子暗化损失增加量越大。下面，使用添加Yb纤芯光纤构成光纤激光器，使该光纤激光器经过长时间地进行激光器振荡，对激光器振荡波长1060nm的光的输出功率进行观测。使用波长810nm下的光子暗化损失增加量是0.5dB以下的添加Yb纤芯光纤构成的光纤激光器，即使进行长时间激光器振荡，激光器振荡波长1060nm的光的输出也几乎不衰减。另一方面，使用波长810nm下的光子暗化损失增加量比0.5dB还大的添加Yb纤芯光纤构成的光纤激光器，随着时间的经过，可观测到激光器振荡波长1060nm的光的输出衰减。另外，光子暗化损失增加量越大，激光器振荡波长1060nm的光的输出衰减速度越大。如图9B所示那样，将添加Yb纤芯光纤的纤芯中的Al浓度设为2质量％以上，且以如下的浓度使其含有Yb，即，使由于在纤芯中含有的Yb引起的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为800dB/m以下的浓度。由此，可以制成波长810nm下的光子暗化损失增加量为0.5dB以下的添加Yb纤芯光纤。[实施例2利用图2B所示那样构造的添加Yb纤芯光纤，准备纤芯中含有的Yb浓度不同的多个光纤。使由于Yb引起的波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量在100dB/m到1500dB/m范围内吸收量不同。所准备的添加Yb纤芯光纤的包层外径设为125nm,纤芯直径大致是10Hm，纤芯的Al浓度设为2质量％。另外，在该纤芯中除了Al、Yb以外，还含有氟(F)。相对包层的纤芯的比折射率A设为约0.12%。另一方面，作为参考例，利用图2B所示构造的添加Yb纤芯光纤，准备纤芯中含有的Yb浓度不同的多个光纤。使由于Yb引起的波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量在100dB/m到1500dB/m范围内吸收量不同。该添加Yb纤芯光纤的包层外径设为125nm，纤芯直径大致是lOjam，在纤芯内不含有氟，纤芯的Al浓度设为1质量％。相对包层的纤芯的比折射率△设为约0.12%。与实施例1同样地，进行波长810nm下的光子暗化损失增加量测量。在图10中表示结果。根据图IO可知，与在纤芯中是否含有氟无关，光纤纤芯部分的Al浓度较大的，波长810nm下的光子暗化损失增加量变小。另一方面，由于与无论哪个光纤的纤芯的比折射率差A都大约为0.12%,所以模场直径和截止波长等光学特性相同。由此，将纤芯中的Al浓度设为2个质量％以上，且以如下的浓度使其含有Yb，即，使由于在该纤芯中含有的Yb引起的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为800dB/m以下的浓度，并且，通过在纤芯中还含有氟，可以制成波长810nm下的光子暗化损失增加量为0.5dB以下的添加Yb纤芯光纤，并且，可以使纤芯的比折射率差保持在较低的值不变。[实施例3依据基于本发明的添加稀土类纤芯光纤的制造方法制造添加Yb纤芯光纤。所制作的光纤是图2B所示构造的添加Yb纤芯光纤，准备纤芯中含有的Yb浓度不同的多个光纤。使由于Yb引起的波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量在100dB/m到1500dB/m范围内吸收量不同。所准备的添加Yb纤芯光纤的包层外径设为125nm，纤芯直径大致是10pm，纤芯的Al浓度设为2质量o/。。另外，在该纤芯中除了Al、Yb以外，还含有氟(F)。相对包层的纤芯的比折射率A大约设为0.12%。在本实施例3的预型体制造中，如图4A所示那样在堆积工序中进行A1添加。另一方面，作为参考例，除了在与图4B类似的添加工序中进行预型体的Al添加以外，与上述实施例3相同，制作添加Yb纤芯光纤。但是，在本参考例中，与图4B所示的添加工序不同，使用在含有稀土类元素化合物的水溶液中还加入了作为Al化合物的AlCl3的7JC溶液，进行添加工序。根据利用该制作方法制作的预型体得到的参考例的添加Yb纤芯光纤，也具有与上述实施例3的添加Yb纤芯光纤相同浓度的Al(2质量%)、F及Yb浓度，纤芯的比折射率也大约为0.12%。与实施例1相同，进行波长810nm下的光子暗化损失增加量测量。在图11中表示结果。哪种光纤的纤芯的Al浓度都是2质量％，波长810nm下的光子暗化损失增加量充分地小，但是，可以看到基于制造方法的差别。在图4A所示的堆积工序中进行了Al添加的实施例3的光纤，与在图4B所示的添加工序中进行了Al添加的参考例的光纤相比，光子暗化损失增加量可以进一步变小。[实施例4在此，对不等式(A)的导出方法进行说明。关于在实施例1中所示的添加Yb纤芯光纤的光子暗化损失增加量的测量结果，尝试了将Yb光吸收量及纤芯中所含有的铝浓度之间的关系利用经验公式进行表示。在经验公式的计算中使用了图9的数据。将图9A的810nm损失增加量用对数进行表示的结果表示于图12中。图12的曲线形成指数函数的形式，并可以利用下述经验公式(1)表<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>在此，LpD表示波长810nm下的光子暗化损失增加量(单位dB)，Ayb表示单位长度的Yb光吸收量(单位是dB/m)。C。、d、C2是调整系数。对图12的各A1浓度的数据使用经验公式(1)分别进行了调整。以使调整最合适的方式，一边对C。、d、C2的调整系数进行调整一边进行了调整。对于各A1浓度，求得C。、d、C2如表2所示。[表2表2.利用经验公式(1)得到的调整系数<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>根据表2可知，即使Al浓度不同调整系数d、C2也几乎相同，但是，调整系数Q根据Al浓度而变化。由于调整系数d、C2针对Al浓度几乎不变，所以，将各A1浓度下得到的d、Q分别进行平均后得到的值是d-4.304，C2=0.00343，代入经验公式(1)中，得到到下述经验公式(2)og(I妙)=C0,4,304*expHX00343*(A坊))(2)预想调整系数Co是Al浓度的函数。下面，只关注图12的数据中的单位长度的Yb光吸收量为800dB/m，对波长810nm下的光子暗化损失增加量和Al浓度之间的关系进行研究。在图13中表示810nm损失增加量和Al浓度的关系。图13将810nm损失增加量用对数表示。观察图13可知，810nm损失增加量的对数和Al浓度呈直线关系，可以用以下的经验公式(3)表示。log(乙幼)="0,6"0,997(3)其中，DA,是纤芯中含有的Al浓度(单位是质量％)。经验公式(3)是只使用单位长度的Yb光吸收量为800dB/m的数据而得到的公式，所以，将800dB/m代入经验公式(2)的A^可以得到下述公式(4)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>将式(4)代入式(3)得到下式(5)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>将式(5)代入式(2)得到下述经验公式(6)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>将公式(6)变形，得到下式(7)由此，式(7)是对光子暗化损失增加量的测量结果，表示Yb光吸收量和在纤芯中含有的Al浓度之间的关系的经验公式。光子暗化损失增加量的测量值Lpd如果是上述的光子暗化损失增加量的希望值TpD以下，即如下式(8)则使用了该添加Yb纤芯光纤的光纤激光器可以得到良好的特性。根据式(7)式(8)可以得到不等式(A)如实施例1和实施例2所示，使用光子暗化损失增加量为0.5dB以下的添加Yb纤芯光纤构成的光纤激光器，即使进行长时间激光器振荡，激光器振荡波长1060nm的光的输出也几乎不衰减。为了得到这样的添加Yb纤芯光纤，使用在不等式(A)中将光子暗化损失增加量的希望值设为TPD=0.5dB的式(B)，设定满足该不等式的关系的Yb光吸收量及铝浓度即可。05>10(*"°'655*(/)^)一4.304丰exp(4,00343+(v^)}+1.274}(g)为了确认不等式(B)的效果，利用图2A所示那样构造的添加Yb纤芯光纤，准备纤芯中含有Al浓度和Yb光吸收量不同的9种纤维。将各纤维的Al浓度和Yb光吸收量表示于表3。表3.所准备的添加Yb纤芯光纤的一览表<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>样品A、B、C，将Yb光吸收量设为600dB/m，各自的Al浓度不同。样品D、E、F，将Yb光吸收量设为800dB/m，各自的Al浓度不同。样品G、H、I，将Yb光吸收量设为1000dB/m,各自的Al浓度不同。如果将作为比较例的样品A、D、G的Yb光吸收量及Al浓度分别代入不等式(B),则任何的纤维，不等式(B)的右边都超过了0.5，因而不满足不等式(B)的条件。另一方面，作为本发明的光纤的样品B、C、E、F、H、I，任何一个都满足不等式(B)的条件。与实施例1同样地，对从样品A到I的添加Yb纤芯光纤，进行了波长810nm下的光子暗化损失增加量测量。将结果表示于表3。根据表3，作为本发明的光纤的样品B、C、E、F、H、I，任何一个的光子暗化损失增加量都是0.5dB以下。另一方面，作为比较例的样品A、D、G,光子暗化损失增加量都比0.5dB大。根据表2的结果可知，通过以在该纤芯中含有铝浓度和基于该纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976mn的光吸收带的峰值光吸收量满足不等式(B)的方式，在纤芯中添加铝和镱，可以得到波长810nm下的光子暗化损失增加量是0.5dB以下的添加Yb纤芯光纤。权利要求1.一种添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，具有纤芯，由至少含有铝和镱的石英系玻璃构成；包层，设置于该纤芯的周围，由折射率比纤芯低的石英系玻璃构成，其中，在纤芯中添加了铝和镱，以使光子暗化损失增加量TPD满足下述不等式(A)<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>T</mi><mi>PD</mi></msub><mo>≥</mo><msup><mn>10</mn><mrow><mo>{</mo><mo>-</mo><mn>0.655</mn><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>D</mi><mi>Al</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mn>4.304</mn><mo>*</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mo>-</mo><mn>0.00343</mn><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>A</mi><mi>Yb</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>}</mo><mo>+</mo><mn>1.274</mn><mo>}</mo></mrow></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mi>A</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>式(A)中，TPD表示波长810nm下的光子暗化损失增加量的希望值(单位是dB)，DAl表示在纤芯中含有的铝浓度(单位是质量％)，AYb表示基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量(单位是dB/m)。2.—种添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，具有纤芯，由至少含有铝和镱的石英系玻璃构成；包层，设置于该纤芯的周围，由折射率比纤芯低的石英系玻璃构成，其中，纤芯的铝浓度是2质量％以上，且以如下的浓度添加了镱，即，使基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为800dB/m以下的浓度。3.根据权利要求1或2所述的添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，纤芯中还含有氟。4.根据权利要求1至3任意一项所述的添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，在包层的外周，具有折射率比该包层低的聚合物层。5.根据权利要求4所述的添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，包层由位于纤芯邻近侧的内侧包层、和位于该内侧包层的外侧的外侧包层构成，纤芯的折射率nl、内侧包层的折射率n2、外侧包层的折射率n3、聚合物层的折射率n4满足nl>n2>n3>n4的关系。6.根据权利要求1至5的任意一项所述的添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，在包层玻璃的局部存在空孔。7.—种添加稀土类纤芯光纤的制造方法，其特征在于，包括如下工序堆积工序，将由多种卣化物气体和氧气构成的原料气体，从以石英为主要成分的玻璃管的第一端面侧向上述玻璃管的空心部导入，利用加热装置，对上述玻璃管进行加热，使卣化物气体发生氧化反应，形成烟灰状的氧化物并使其在玻璃管内表面堆积，对堆积的烟灰状的氧化物进行烧结来堆积多孔质玻璃层；添加工序，在该堆积工序后，将添加物添加到上述玻璃管的内表面的上述多孔质玻璃层内；透明化工序，在该添加工序后，对上述玻璃管进行加热，使上述多孔质玻璃层透明玻璃化；实心化工序，在该透明化工序后，将上述玻璃管的空心部消除而进行实心化，形成预型体；拉丝工序，在该实心化工序后，对包含上述预型体的光纤母材进行拉丝，得到添加稀土类纤芯光纤，上述卣化物气体至少含有SiCl4、A1C13，上述添加物至少含有稀土类元素，在堆积工序和透明化工序的任意一方或两方的工序中，将氟化物气体从上述玻璃管的第一端面侧向上述玻璃管的空心部导入。8.根据权利要求7所述的添加稀土类纤芯光纤的制造方法，其特征在于，作为上述添加物而使用的稀土类元素至少含有镱。9.根据权利要求8所述的添加稀土类纤芯光纤的制造方法，其特征在于，所得到的添加稀土类纤芯光纤的纤芯中的铝浓度是2质量％以上，且以如下的浓度添加镱，即，使基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为800dB/m以下的浓度。10.根据权利要求6至8的任意一项所述的添加稀土类纤芯光纤的制造方法，其特征在于，在上述拉丝工序中还具有，在光纤的包层的外周，形成折射率比该包层低的聚合物层的工序。11.根据权利要求10所述的添加稀土类纤芯光纤的制造方法，其特征在于，所得到的添加稀土类纤芯光纤的包层，由位于纤芯邻近侧的内侧包层、和位于该内侧包层的外侧的外侧包层构成，纤芯的折射率nl、内侧包层的折射率n2、外侧包层的折射率n3、聚合物层的折射率n4满足nl>n2>n3>ii4的关系。全文摘要本发明提供添加稀土类纤芯光纤，其特征在于，具有纤芯，由至少含有铝和稀土类元素的石英系玻璃构成；包层，设置于该纤芯的周围，由折射率比纤芯低的石英系玻璃构成，该添加稀土类纤芯光纤，纤芯的铝浓度是2质量％以上，且以如下的浓度添加了镱，即，使基于纤芯中含有的镱的光吸收带中的、存在于波长976nm附近的光吸收带的峰值光吸收量成为800dB/m以下的浓度。文档编号H01S3/06GK101316800SQ20068003951公开日2008年12月3日申请日期2006年10月26日优先权日2005年10月26日发明者中居道弘,北林和大,姬野邦治,山田成敏,池田正司申请人:株式会社藤仓