CN100347574C - 光纤及采用了光纤的光纤耦合器、掺铒光纤放大器、光导波路 - Google Patents

光纤及采用了光纤的光纤耦合器、掺铒光纤放大器、光导波路 Download PDF

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Abstract

一种光纤，具有：设置于中心并由至少包含锗的石英系玻璃来组成的纤芯；在纤芯的周围设置成与纤芯同心圆状而且扩散系数大的内侧覆层；设置于内侧覆层周围而且扩散系数小的外侧覆层，在该光纤中，在纤芯内包含内侧覆层的200%以上浓度的锗，这样，对单一模式光纤或掺铒光纤之类MFD各异的光纤，也可以以低连接损失及足够的连接强度来连接。

Description

光纤及采用了光纤的光纤耦合器、掺铒光纤放大器、光导波路
技术领域
本发明涉及构成光通信中所用光部件的光纤及采用了该光纤的光纤耦合器、掺铒光纤放大器及光导波路，尤其涉及在与模场直径各异的光纤的熔接中，可以以低连接损失及足够的连接强度来进行连接的光纤及采用了光纤的光纤耦合器、掺铒光纤放大器及光导波路。
本说明书是基于在日本国的专利申请(特愿2002-199959号)，该日本申请的记载内容作为本说明书的部分内容被引用。
背景技术
在模场直径(以下简称“MFD”)大小各异的光纤之间进行熔接时，会产生连接损失。用于降低该连接损失的已知方法如下：即，在熔接光纤时对光纤预热，或者在熔接后实施追加放电等加热处理，使光纤的纤芯中包含的掺杂剂在覆层中扩散，以扩大MFD较小的光纤的MFD，从而缩小光纤之间的MFD之差。
基于光纤纤芯中所含掺杂剂的扩散所引起的纤芯半径变化由下式(1)来表示。
r2＝(r1 2+4Dt)1/2        (1)
在上述式(1)中，r1是掺杂剂扩散前的纤芯半径，r2是掺杂剂扩散后的纤芯半径。D是扩散系数，t是光纤的加热时间。为了即使纤芯中包含的掺杂剂发生扩散，也能使光纤的标准频率(∝纤芯半径×Δ1/2)保持一定，MFD与上述式(1)的纤芯半径r2成比例。这样，通过使纤芯中包含的掺杂剂扩散，在纤芯半径r2按上式(1)来扩大时，MFD也与其成比例来扩大。
在MFD大小各异的光纤之间的熔接中，为了在连接后实施追加放电等加热处理以降低连接损失，需要若干条件。这些条件如下：MFD针对加热时间的扩大速度在所连接的各光纤中不同，即掺杂剂的扩散系数不同，而且在小MFD的光纤中，MFD针对加热时间的扩大速度更大一些，即DLM＜DSM(DLM：大MFD光纤的扩散系数，DSM：小MFD光纤的扩散系数)。
如果满足上述条件，由于由基于追加放电等的加热，在使纤芯中包含的掺杂剂扩散时，小MFD光纤的MFD扩大速度大于大MFD光纤的MFD扩大速度，因而两者的MFD之差将随加热时间而缩小，连接损失得到降低。
作为连接MFD大小各异的光纤的公知方法一例，有一种专利第2911932号公报中所展示的方法。根据该方法，由光通信用的光传送路即1.3μm零分散单一模式光纤(以下简称“单一模式光纤”。)与开口数为0.24～0.15的光纤(以下简称“高开口数光纤”。)的熔接、以及通过熔接后的加热处理，来降低连接损失。单一模式光纤的芯径大约为8μm，MFD大约为10μm，纤芯与覆层的折射率差Δn大约为0.004。
另一方面，高开口数光纤的芯径约为4μm，MFD约为4μm，芯径及MFD小于单一模式光纤，纤芯与覆层的折射率差Δn为0.02～0.008，成为较大的值。此外高开口数光纤纤芯中包含的掺杂剂的浓度高于单一模式光纤纤芯中包含的掺杂剂的浓度。由于高开口数光纤纤芯中包含的掺杂剂浓度较高，因而纤芯的软化温度较低，所以规定温度下掺杂剂的扩散速度与单一模式光纤相比显著增加。因此，高开口数光纤的扩散系数大于单一模式光纤的扩散系数。由于高开口数光纤的MFD小而扩散系数大，单一模式光纤的MFD大而扩散系数小，因而满足降低上述的连接损失的条件。
在熔接MFD不同而扩散系数相同的光纤的场合下，难以由上述的连接方法来实现低连接损失。在这种场合下，有以下的已知方法：即，在小MFD光纤的覆层中添加氟，以使光纤的纤芯中所含掺杂剂的扩散速度大于大MFD光纤的扩散速度，由此来降低连接损失。作为该方法一例，有一种对掺铒光纤放大器中的掺铒光纤与色散转移光纤进行熔接的方法。
在该方法中，假设在比如信号波长1550nm下，掺铒光纤的MFD为5μm，色散转移光纤的MFD为8μm。在掺铒光纤的覆层中，为使纤芯中所含掺杂剂在覆层中扩散时的扩散速度增加，而在覆层中添加氟。由掺铒光纤与色散转移光纤熔接后的加热，纤芯中包含的掺杂剂在覆层中扩散，MFD得到扩大，但由于小MFD的掺铒光纤中MFD的扩大速度大于色散转移光纤中MFD的扩大速度，因而连接损失被降低到0.05dB以下。
作为这种MFD各异的光纤之间的熔接，也可以举出掺铒光纤放大器内熔接延伸型光纤耦合器与掺铒光纤或单一模式光纤的连接等。
图8是表示掺铒光纤放大器的构成一例的模式图。
该示例的掺铒光纤放大器大体由掺铒光纤1、激励掺铒光纤1的激励用光源980nm半导体激光器2、用于使激励光与信号光合波的光纤耦合器3、对它们进行连接的单一模式光纤4、980nm截止转移光纤5来构成。
在该示例的掺铒光纤放大器中，掺铒光纤1及光纤耦合器3是由光纤构成的光部件。
掺铒光纤1与光纤耦合器3，以及光纤耦合器3与单一模式光纤4被熔接。
在单一模式光纤3中，针对波长1550nm范围的光的MFD大约为10μm。单一模式光纤3的实效阻断波长为1300nm以下。
由于在掺铒光纤1与光纤耦合器3中，需要以单一模式来对从980nm半导体激光器2输出的光导波，因而实效阻断波长必须小于980nm。
光纤耦合器3需要在波长980nm下进行单一模式动作，而且对波长1550nm的光也要进行低损失导波。然而由于光纤耦合器3的实效阻断波长是远远小于1550nm的短波长，因而如果对波长1550nm范围的光进行导波，便易于产生较大的弯曲损失。因此，作为用于光纤耦合器3的光纤，有必要采用能增大纤芯与覆层的比折射率差，而且波长1550nm范围的光的弯曲损失较低的光纤。为了增大光纤的纤芯与覆层的比折射率差，同时使光纤耦合器3的实效阻断波长小于980nm，有必要缩小形成光纤耦合器3的光纤的芯径，MFD当然也要缩小。
另一方面，掺铒光纤1中，添加了铒的纤芯需要由从激励光源980nm半导体激光器2输出的激励光来激励。因此，为了提高激励效率，掺铒光纤1一般成为一种高开口数结构，因而MFD缩小。
不过，为能得到高性能的掺铒光纤放大器，需要在掺铒光纤与光纤耦合器的熔接以及光纤耦合器与单一模式光纤的熔接中，对它们进行低损失连接，而且使连接部分具有足够的耐用强度。
针对波长1550nm的光的MFD大小，在单一模式光纤中约为10μm，在光纤耦合器中约为6.5μm，在掺铒光纤中约为5.5μm。
光纤耦合器除了可以对单一模式光纤与掺铒光纤的任意一方进行低损失连接之外，还需要具有足够的耐用强度。以往，尽管光纤耦合器的MFD较小，但为了降低波长1550nm范围的光的弯曲损失，往往增大形成光纤耦合器的光纤芯与覆层的比折射率差，因而开口数也增大。因此在光纤耦合器与单一模式光纤的连接中，可降低连接损失。
这里，图9是表示MFD针对光纤耦合器与单一模式光纤的加热时间的变化的附图。
从图9可看出，当两者的MFD一致时，便达到最低连接损失。然而根据上式(1)，尽管MFD的平方与加热时间成比例关系，但由于扩散系数随加热温度而变，因而MFD的平方不一定与加热时间成比例。
就连接强度而言，专利第2911932号公报中展示的连接方法，不一定是一种可确保足够强度的连接方法。如果采用专利第2911932号公报中展示的连接方法来进行光纤耦合器与单一模式光纤的熔接，则直至达到最低连接损失为止，大约需要30秒的加热时间。如果采用普通的熔接方法，在同种光纤之间进行熔接的场合下，持续时间为2～3秒，便可进行低连接损失并具有足够强度的熔接。光纤耦合器与单一模式光纤的熔接所需的时间约为30秒这一点与同种光纤之间的熔接所需的时间相比是一个相当长的时间，因而不一定达到与同种光纤之间的连接强度同样的强度。
此外在掺铒光纤与光纤耦合器连接的场合下，即使采用专利第2911932号公报中展示的连接方法等，也难以实现低损失，而且连接部分难以具有足够的耐用强度。其原因在于，掺铒光纤的MFD与光纤耦合器的MFD均为比较接近的值，因而掺铒光纤与光纤耦合器的任意一方均具有高开口数。
由于掺铒光纤与光纤耦合器均具有高开口数，因而纤芯中包含的掺杂剂的浓度便增高，扩散系数增大。因此在至掺铒光纤与光纤耦合器的MFD达到一致从而实现最低损失为止，对连接部分加热所需的时间非常短。
图10是表示MFD针对光纤耦合器与掺铒光纤的加热时间的变化的附图。
从图10可看出，当熔接尚不完全时，掺铒光纤与光纤耦合器的MFD便趋于一致，从而达到了最低损失，如果在这一时点停止熔接作业，便不能实现低连接损失而且具有足够的耐用强度的连接。
此外，为提高掺铒光纤的光放大特性，需要在纤芯中高浓度添加1种掺杂剂即铝。高浓度添加铝后，掺杂剂的扩散系数便增加。因此随着掺铒光纤的光放大特性的提高，越发难以实现掺铒光纤与光纤耦合器的连接强度的提高。因此，为实现掺铒光纤放大特性的提高以及掺铒光纤与光纤耦合器的连接强度的提高，要求改良光纤耦合器。
在掺铒光纤与光纤耦合器的连接中，为了实现低损失而且连接部分具有足够的耐用强度的连接，可以增大形成光纤耦合器的光纤的扩散系数，并足够地延长掺铒光纤与光纤耦合器的MFD达到一致为止的加热时间。作为增大形成光纤耦合器的光纤的扩散系数的手段，可将公知文献(A.Wada，T.sakai，D.Tanaka，T.Nozawa and R.Yamauchi，OAA1991，FD3，1991.High-Efficiency Erbium-Doped Fiber Amplifier Using Mode FieldDiameter Adjusting Technique)中记载的在覆层内添加氟的方法用于形成光纤耦合器的光纤，但如果氟的添加量过少，则增大扩散系数的效果便不充分。
如果氟的添加量过多，纤芯与覆层的比折射率差便增大，其结果是传送特性也变化。此外，如果只单纯使形成光纤耦合器的光纤的扩散系数大于掺铒光纤的扩散系数，即使改变加热时间，也存在着光纤耦合器与掺铒光纤的MFD不一致、不能进行低连接损失的连接的问题。
发明内容
本发明鉴于上述课题，其目的在于：提供一种在与模场直径相异的光纤的熔接中，可以以低连接损失及足够的连接强度来连接的光纤及采用了该光纤的光纤耦合器、掺铒光纤放大器及光导波路。
为解决上述课题，本发明采用以下手段。
本发明的光纤是一种高开口数的光纤，具有纤芯，其设置于中心，由石英系玻璃构成；内侧覆层，设置在该纤芯的周围，且设置成与该纤芯呈同心圆状，由石英系玻璃构成；以及外侧覆层设置于该内侧覆层周围，由石英系玻璃构成，其特征在于：上述纤芯中包含上述内侧覆层的200％程度以上浓度的锗；上述内侧覆层的直径为10μm～40μm，且含有0.2～1.5质量％的锗、0.5～1.5质量％的磷、0.1～1.0质量％的氟，在该内侧覆层中扩散的锗的扩散系数较大，其折射率与石英玻璃的折射率实质上相等；在上述外侧覆层中扩散的锗的扩散系数与上述内侧覆层相比较小；该光纤要连接的石英系玻璃光纤是单一模式光纤或掺铒光纤；并且，使该光纤的基于与要连接的石英系玻璃光纤进行连接时的加热的扩大MFD，与上述要连接的石英系玻璃光纤的扩大MFD一致，且使它们两者连接时的累计断裂率为50％的断裂张力超过2.0GPa，该加热是使用电弧放电以最低连接损失时间连接时的加热。
本发明是一种光纤，其特征在于：上述光纤的外径为70μm～90μm。
本发明是一种光纤，其特征在于：在包覆上述纤芯的覆层内，具有对该纤芯对称配置的2个应力附加部。
本发明是一种光纤耦合器，其特征在于：是采用上述光纤来制造的。
本发明是一种掺铒光纤放大器，其特征在于：是采用上述光纤来制造的。
本发明是一种光导波路，其特征在于：是将上述光纤用作抽头来制造的。
本发明是一种光纤，其特征在于：上述纤芯中添加了氟。
本发明是一种光纤放大器，其特征在于，具有：使用一对上述光纤，利用熔接延伸法制成的光纤耦合器；在该光纤耦合器的一端以两者的最低连接损失时间熔接的单一模式光纤；以及在上述光纤耦合器的另一端以两者的最低连接损失时间熔接的掺铒光纤。
附图说明
图1是表示掺铒光纤放大器的部分模式图。
图2是表示光纤的折射率分布的图。
图3是表示MFD针对掺铒光纤与本发明的光纤或传统的具有高开口数的光纤熔接时的加热时间的变化状态的图。
图4是表示MFD针对光纤的加热时间的变化状态的图。
图5是表示PANDA型保偏光纤的断面图。
图6是表示Tap耦合器的模式图。
图7是掺铒光纤放大器外包装的概略断面图。
图8是表示掺铒光纤放大器的构成一例的模式图。
图9是表示MFD针对光纤耦合器与单一模式光纤的加热时间的变化的图。
图10是表示MFD针对光纤耦合器与掺铒光纤的加热时间的变化的图。
具体实施方式
本发明的光纤是一种具有设置于中心，由至少包含锗的石英系玻璃构成的纤芯；在纤芯的周围设置成与纤芯同心圆状且扩散系数大的内侧覆层；设置于内侧覆层周围且扩散系数小的外侧覆层的光纤，是纤芯中包含超过内侧覆层200％程度的浓度的锗的光纤。
通过使光纤成为如此构成，在光纤熔接后的连接部分的加热中，可改变MFD针对加热时间的变化状态。具体地说，在本发明的光纤中，在加热初期，MFD急剧增大，从加热中期至结束阶段，MFD的扩大程度渐渐趋缓。该现象的原因在于：纤芯中添加的锗在加热开始后向覆层扩散，但由于加热初期在扩散系数大的内侧覆层中扩散，因而锗的移动速度较快，所以MFD急剧增大。从加热中期至结束阶段，所扩散的锗到达扩散系数小的外侧覆层后，锗在外侧覆层内扩散的速度变慢，因而MFD的扩大速度得到抑制，扩大的程度逐渐趋缓。
当对本发明的光纤与掺铒光纤进行熔接，并加热这些连接部分后，在加热初期，本发明光纤的MFD较大。然而从加热中期至结束阶段，本发明光纤的MFD的扩大程度逐渐趋缓，本发明光纤的MFD与掺铒光纤的MFD不久便达到一致，两者的连接部分中的连接损失降低。此外由于两者的连接部分被充分加热至降低连接损失为止，因而也具有足够的强度。
此外在本发明的光纤与单一模式光纤的熔接中，由于在加热初期，本发明光纤的MFD急剧扩大，因而可较快地使本发明光纤的MFD与单一模式光纤的MFD达到一致。因此可缩短为扩大本发明光纤的MFD而加热所需的时间，所以可抑制基于长时间加热的光纤强度劣化。因此可进行具有足够的连接强度而且损失较低的熔接。
本发明的光纤中，最好内侧覆层由包含锗(Ge)、磷(P)及氟(F)的石英系玻璃构成，而外侧覆层由石英(SiO2)构成。为合成外侧覆层，有时也采用四氯化硅(SiCl4)作为引发原料，因而在外侧覆层中作为杂质包含若干的氯，但不会发生特别的问题。这样，纤芯中添加的锗在内侧覆层内扩散时的扩散速度便较快，而在外侧覆层内扩散时的扩散速度则较慢。通过将内侧覆层中所添加的元素设为锗、磷及氟这3种，与只添加了氟的场合相比，可以得到更大的扩散速度。
对本发明的光纤，纤芯直径最好为9μm以下。
对本发明的光纤，内侧覆层的直径最好为10μm～40μm，如为15μm～25μm则更好。
如果内侧覆层的直径小于10μm，则在加热初期便会产生MFD扩大的抑制作用，在本发明的光纤与掺铒光纤的熔接中，尚未得到足够的连接强度便已达到了最低连接损失。而如果内侧覆层的直径超过40μm，则在本发明的光纤与单一模式光纤的熔接中，在发生基于本发明光纤加热的MFD扩大的抑制作用之前，本发明光纤的MFD与单一模式光纤的MFD便达到了一致，尚未得到足够的连接强度便已达到了最低连接损失。
本发明的光纤中，通过使内侧覆层的直径处于上述范围内，可以与单一模式光纤或掺铒光纤进行低损失而且具有足够连接强度的连接。
光纤耦合器的制作方法为：使2个光纤平行排列，对其一部进行加热熔接，然后边对所熔接的部分加热边延伸，但由加热及延伸，2个光纤的纤芯中所包含的掺杂剂将在覆层内扩散，因而MFD便扩大。MFD因加热及延伸而扩大的速度与光纤耦合器的耦合长(熔接延伸部分的长度)有关，MFD的扩大速度加快后，可使耦合长缩小到较短。缩短耦合长后，可减小光纤耦合器的体积。但如果MFD的扩大速度过快，则耦合部分终端(相当于光纤耦合器的分支的部分)的MFD便会扩大到不必要的程度，因而在形成光纤耦合器的光纤中，未耦合部分的MFD与耦合部分终端的MFD便会产生大的差异。
如果存在这种MFD相差较大的部分，则在对该部分进行光导波时便会产生损失，其结果是造成光纤耦合器的过剩损失。为得到过剩损失少的良好的小型光纤耦合器，有必要采用一种在加热及延伸中加快MFD的扩大速度，而在加热及延伸结束时，MFD不扩大到不必要的程度的光纤。
根据本发明的光纤，通过使内侧覆层的直径处于上述范围内，可以得到过剩损失少的良好的小型光纤耦合器，因而可形成一种可与单一模式光纤及掺铒光纤进行低损失而且具有足够连接强度的连接的光纤耦合器。
本发明的光纤中，覆层中包含的锗的浓度为3.0～21.0质量％，氟的浓度为0～1.0质量％。
最好，内侧覆层中包含的锗的浓度为0.2～1.5质量％，磷的浓度为0.5～1.5质量％，氟的浓度为0.1～1.0质量％，如果内侧覆层中包含的锗的浓度为0.8～1.2质量％，磷的浓度为0.8～1.2质量％，氟的浓度为0.3～0.7质量％则更好。
基于本发明光纤的加热的MFD扩大的抑制作用还与内侧覆层中掺杂剂的扩散速度有关，因而与内侧覆层中所含掺杂剂的锗、磷、氟的浓度有关。如果使内侧覆层中所含掺杂剂的浓度处于上述范围内，则本发明的光纤可与单一模式光纤及掺铒光纤进行低损失而且具有足够连接强度的连接。
如果内侧覆层中所含掺杂剂的锗、磷、氟的浓度小于上述范围的下限值，则内侧覆层中掺杂剂的扩散速度便不会过大，在本发明的光纤与掺铒光纤的熔接中，尚未得到足够的连接强度便已达到了最低连接损失。而如果内侧覆层中所含掺杂剂的锗、磷、氟的浓度超过上述范围的上限值，则在本发明的光纤与单一模式光纤的熔接中，在发生基于本发明光纤加热的MFD扩大的抑制作用之前，本发明光纤的MFD与单一模式光纤的MFD便达到了一致，尚未得到足够的连接强度便已达到了最低连接损失。
本发明光纤的外径最好为70μm～90μm，如为75μm～85μm则更好。
对掺铒光纤放大器等光纤型光部件，要求缩小装置的尺寸。为使光部件小型化，需要使光纤的外径小于传统的125μm，并减小光纤所容许的弯曲半径，以缩小光纤的收存尺寸。因此通过使光纤的外径处于上述范围内，不仅可得到弯曲损失小的良好的小型光部件，而且还可形成一种可与单一模式光纤及掺铒光纤进行低损失而且具有足够连接强度的连接的光纤。
进一步说，如果采用本发明的外径为70μm～90μm的光纤，则可使熔接延伸型光纤耦合器小型化。熔接延伸型光纤耦合器的小型化通过缩短耦合长(熔接延伸部的长度)来实现。与传统的光纤外径125μm相比，本发明光纤的外径缩小至70μm～90μm，因而可使用于产生模式耦合的耦合长比传统的光纤更短，因而可实现光纤耦合器的小型化。
此外本发明的光纤，最好是一种在包覆纤芯的覆层内，具有对该纤芯对称配置的2个应力附加部的保偏光纤。
为对应近年来通信需要量的增大，作为高密度波分复用传送技术之一，开发出一种偏振波交错复用传送技术。在该偏振波交错复用传送技术中，一种可以边保持偏振波面边放大信号光的偏振波面保持型掺铒光纤放大器是不可或缺的。因此构成该偏振波面保持型掺铒光纤放大器的主要部件即掺铒光纤及光纤耦合器等有必要是偏振波面保持型的。如果是光纤型光部件，通过采用在包覆纤芯的覆层内具有对该纤芯对称配置的2个应力附加部的所谓PANDA型光纤及Bow-Tie型光纤这种保偏光纤来制作光部件，便可以获得偏振波面保持型光部件，这一点已为人们所知。在偏振波面保持型掺铒光纤放大器中，在连接各部件时，同样要求进行低损失而且具有足够连接强度的连接。由以上可看出，本发明的光纤如果是保偏光纤，便可作为构成偏振波面保持型掺铒光纤放大器的光纤来使用。
本发明的光纤耦合器，是采用本发明的光纤来制造的熔接延伸型光纤耦合器。
由于本发明的光纤可与单一模式光纤或掺铒光纤进行低损失而且具有足够连接强度的连接，因而本发明的光纤耦合器也同样成为一种可进行低损失而且具有足够连接强度的连接的光纤耦合器。
本发明的掺铒光纤放大器采用本发明的光纤来制造，大体由光纤型光部件及非光纤型光部件构成。
通常，构成掺铒光纤放大器的光部件的MFD分别各异。因此有必要在掺铒光纤放大器中，在MFD各异的部件之间进行低损失而且具有足够连接强度的连接。在本发明的掺铒光纤放大器中，将本发明的光纤插入到各部件之间的连接部，并使各部件连接，这样，与在部件之间进行直接连接相比，可进一步实现低损失而且具有足够连接强度的连接，其结果是可提高性能。
本发明的光导波路，是将本发明的光纤用作抽头来制造的，是将MFD各异的至少2种以上的光纤或光部件连接而成的光纤型光部件。
通常，光导波路需要将来自用于光通信的单一模式光纤的波长1550nm光导入到光导波路。但是单一模式光纤与光导波路的MFD各异。因此如果采用将本发明的光纤用作抽头来制造的光导波路，便可与该光导波路及单一模式光纤以足够的连接强度来进行低损失连接。
以下，通过实施例对本发明作具体说明，但本发明不局限于以下实施例。
(实施例1)
图1是表示掺铒光纤放大器的一部的模式图。
该例的掺铒光纤放大器大体由掺铒光纤11；光纤14、14熔接延伸而成的光纤耦合器12；与形成光纤耦合器12的本发明光纤14连接的单一模式光纤13来构成。
如图1所示，该例的掺铒光纤放大器中，光纤耦合器12、掺铒光纤11及单一模式光纤13由熔接部16来连接。光纤耦合器12的连接损失及连接强度，与形成它的光纤14、14的连接损失及连接强度相同。这里，作为形成光纤耦合器12的光纤14、14，准备了本发明光纤及传统的具有高开口数的光纤，制作出2个本发明光纤所组成的光纤耦合器12及2个传统的具有高开口数的光纤所组成的光纤耦合器12。
这里，图2是表示光纤的折射率分布的附图，(a)表示本发明光纤的折射率分布，(b)表示传统的具有高开口数的光纤的折射率分布。
如图2(a)所示，本发明的光纤是一种纤芯外周由折射率小于纤芯的覆层来包围的光纤，覆层是一种组成各异的内侧覆层与外侧覆层的2层结构。
纤芯由添加有锗(Ge)及氟(F)的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为12质量％，氟为0.2质量％。
内侧覆层由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗大约为1质量％，磷大约为1质量％，氟大约为0.5质量％。
外侧覆层由石英玻璃(SiO2)来形成。
内侧覆层与外侧覆层的比折射率差Δ几乎不存在，内侧覆层的直径为20μm。
如图2(b)所示，传统的具有高开口数的光纤是一种纤芯外周侧由折射率小于纤芯的覆层来包围的光纤。
纤芯由添加有锗及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为12质量％，氟为0.2质量％。
覆层由纯石英玻璃(SiO2)来形成。
表1表示构成图1所示的掺铒光纤放大器的各光纤的特性。
表1
光纤种类   比折射率差Δ(％) 开口数   芯径(μm)   MFD(@1550nm)(μm)   实效阻断波长(μm)
  本发明的光纤 1.0 0.21 3.5 6.5 0.92
  传统的具有高开口数的光纤 1.0 0.21 3.5 6.5 0.92
  单一模式光纤 0.35 0.12 8.2 10 1.28
  掺铒光纤   1.22   0.23   2.9   5.5   0.88
本发明的光纤与传统的具有高开口数的光纤均具有以下值：纤芯与覆层的比折射率差Δ为1.0％，纤径为3.5μm，开口数为0.21，实效阻断波长为0.92μm，波长1550nm光的MFD为6.5μm。
在利用这2种光纤的任意一方来制作的光纤耦合器12中，分别熔接掺铒光纤11及单一模式光纤13，并进行了熔接部16中连接损失及连接强度的测定。
以下对熔接部16中连接损失及连接强度的测定顺序作以说明。
通过光纤斩劈等方法对所连接的各光纤端面进行处理，以形成平面状，然后在普通的电弧放电型熔接装置内放置光纤，在存在电弧的情况下使光纤之间熔接，为进行用于扩大MFD的加热处理而持续维持电弧。加热处理中的电弧电流选择成：光纤的温度上升至1400～1600℃程度的玻璃软化点为止。在熔接中及连接后的加热处理中，测定熔接部16的传播损失的变化，将传播损失达到最低的时点作为熔接部16的最低连接损失。还测定了传播损失针对电弧的维持时间的变化，并将至达到最低连接损失为止的电弧维持时间作为最低连接损失时间。接下来，各准备50根在最低连接损失时间内完成了光纤熔接的光纤，并对这些熔接部16进行了拉伸试验。拉伸试验方法是：在公知的拉伸试验机中固定所熔接的试样，以在1分钟内拉伸畸变量达到5％的拉伸速度来拉伸试样，并记录了断裂时的张力。对所准备的50根光纤进行试验，并计算出了累计断裂率达到50％的断裂张力。这里，所谓累计断裂率，是在某个断裂张力以下的断裂率。在本实施例中，对由拉伸试验所得到的50根光纤的断裂张力数据，按威布尔解析方法来获得累计断裂率与断裂张力的关系。表2表示其结果。
表2
  所连接的光纤(1)   所连接的光纤(2)   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂概率达到50％的断裂张力(GPa)
  单一模式光纤   本发明的光纤 0.1 10 2.4
  单一模式光纤   传统的具有高开口数的光纤 0.2 30 2.0
掺铒光纤   本发明的光纤 0.1 2 2.5
掺铒光纤   传统的具有高开口数的光纤 0.2 1 1.2
根据表2的结果，在与单一模式光纤的连接中，本发明光纤的最低连接损失为0.1dB，传统的具有高开口数的光纤的最低连接损失为0.2dB。至于最低连接损失时间，本发明的光纤为10秒，而传统的具有高开口数的光纤则为30秒。这是因为本发明光纤的纤芯中包含的掺杂剂的扩散速度较快，还因为本发明光纤的MFD与单一模式光纤的MFD能较快地达到一致。
在拉伸试验中，在熔接了本发明的光纤与单一模式光纤的场合下，累计断裂率达到50％的断裂张力为2.4GPa，在熔接了传统的具有高开口数的光纤与单一模式光纤的场合下为2.0GPa，最低连接损失时间较长的具有高开口数的传统光纤的强度较弱。如果与连接强度较强的单一模式光纤之间的连接部分的强度进行比较，单一模式光纤之间的连接部分的断裂张力为2.5GPa，与本发明的光纤及单一模式光纤的连接强度几乎相等。因此确认出在本发明的光纤与单一模式光纤的连接中，可以得到低损失及足够的强度。
另一方面，在与掺铒光纤的连接中，本发明的光纤的最低连接损失为0.1dB，传统的具有高开口数的光纤的最低连接损失为0.2dB。
图3是表示MFD针对掺铒光纤与本发明光纤或传统的具有高开口数的光纤熔接时的加热时间的变化状态的附图。最低连接损失时间在本发明的光纤中为2秒，而在传统的具有高开口数的光纤中则为1秒。由于掺铒光纤的纤芯中包含的掺杂剂的扩散速度大大高于传统的具有高开口数的光纤，因而在短时间内MFD便达到了一致。另一方面，由于本发明光纤加热初期的纤芯中包含的掺杂剂的扩散速度高于传统的具有高开口数的光纤的扩散速度，因而可以使与掺铒光纤的MFD达到一致的时间长于传统的具有高开口数的光纤，其结果是，可以将最低连接损失时间延至较长。
在拉伸试验中，累计断裂率达到50％的断裂张力在熔接了本发明光纤与掺铒光纤的场合下，为2.5GPa，具有与连接强度较强的单一模式光纤之间连接部分的强度2.5GPa同等的强度。而在熔接了传统的具有高开口数的光纤与掺铒光纤的场合下则为1.2GPa，强度很低。这是因为传统的具有高开口数的光纤与掺铒光纤的最低连接损失时间较短，因而不能得到足够的连接强度。因此，对于传统的具有高开口数的光纤与掺铒光纤的连接而言，即使连接损失较低，连接强度也会降低，因而不耐用。而本发明的光纤则可以以低损失及足够的连接强度来与掺铒光纤连接。
(实施例2)
对图2(a)所示构造的光纤，准备了内侧覆层直径各异的3种光纤。将内侧覆层直径分别设为10μm，20μm，40μm。
如图2(a)所示，本发明的光纤是一种纤芯外周由折射率小于纤芯的覆层来包围的光纤，覆层是一种组成各异的内侧覆层与外侧覆层的2层结构。
纤芯由添加有锗(Ge)及氟(F)的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为12质量％，氟为0.2质量％。
内侧覆层由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗大约为1质量％，磷大约为1质量％，氟大约为0.5质量％。
外侧覆层由石英玻璃(SiO2)来形成。
内侧覆层与外侧覆层的折射率差Δ几乎不存在。
全部光纤的纤芯结构与实施例1的本发明光纤同样。将纤芯的比折射率差Δ设为1.0％，将开口数设为0.21，将芯径设为3.5μm，将MFD(@1550nm)设为6.5μm，将实效阻断波长设为0.92μm。
与实施例1同样，使内侧覆层直径各异的光纤分别与单一模式光纤或掺铒光纤熔接，并进行了此时的连接损失及连接强度的测定。测定顺序与实施例1相同。表3表示其结果。
表3
  本发明的光纤   所连接的光纤   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂率达到50％的断裂张力(GPa)
  内侧覆层10μm   单一模式光纤 0.12 18 2.2
  内侧覆层20μm   单一模式光纤 0.10 10 2.4
  内侧覆层40μm   单一模式光纤 0.12 4.5 2.5
  内侧覆层10μm   掺铒光纤   0.12   1.8   2.3
  内侧覆层20μm   掺铒光纤   0.10   2.0   2.5
  内侧覆层40μm   掺铒光纤   0.12   4.0   2.4
根据表3的结果，内侧覆层的直径设为20μm的光纤具有最佳的连接损失，但与内侧覆层直径10μm及40μm的差达到0.02dB程度。3种连接强度均良好。因此可确认出在内侧覆层直径为10μm～40μm的本发明光纤与单一模式光纤或掺铒光纤的连接中可得到低损失及足够的强度。
(比较例1)
对实施例2构造的光纤，准备了只有内侧覆层直径与实施例2相异的2种光纤。将内侧覆层直径分别设为5μm和45μm。
与实施例1同样，使内侧覆层直径各异的光纤分别与单一模式光纤或掺铒光纤熔接，并进行了此时的连接损失及连接强度的测定。测定顺序与实施例1相同。表4表示其结果。
表4
  所连接的光纤(1)   所连接的光纤(2)   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂率达到50％的断裂张力(GPa)
  内侧覆层5μm   单一模式光纤 0.18 25 2.1
  内侧覆层45μm   单一模式光纤 0.18 1.5 2.0
  内侧覆层5μm   掺铒光纤   0.15   1.2   1.8
  内侧覆层45μm   掺铒光纤   0.15   5.0   2.4
根据表4的结果，有的光纤的连接损失比实施例2更高，而连接强度低于2.0GPa。
由此可确认出，在内侧覆层直径超出10μm～40μm范围的光纤与单一模式光纤或掺铒光纤的连接中，与本发明光纤相比其连接特性变劣。
(实施例3)
对图2(a)构造的光纤，准备了内侧覆层的掺杂剂含有量各异的3种光纤A、B、C。
光纤A的内侧覆层由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为0.2质量％，磷为0.5质量％，氟为0.1质量％。
光纤B的内侧覆层由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗大约为1质量％，磷大约为1质量％，氟大约为0.5质量％。
光纤C的内侧覆层由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为1.5质量％，磷为1.5质量％，氟为1.0质量％。
除了内侧覆层的掺杂剂浓度之外，均与实施例1相同。
即，纤芯由添加有锗(Ge)及氟(F)的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)形成，掺杂剂的含有量设为：锗为12质量％，氟为0.2质量％。
外侧覆层由石英玻璃(SiO2)来形成。
内侧覆层与外侧覆层的折射率差Δ几乎不存在。
纤芯结构均与表1的本发明光纤同样。将纤芯的比折射率差Δ设为1.0％，将开口数设为0.21，将芯径设为3.5μm，将MFD(@1550nm)设为6.5μm，将实效阻断波长设为0.92μm。将内侧覆层的直径设为20μm。
与实施例1同样，使内侧覆层掺杂剂含有量各异的光纤分别与单一模式光纤或掺铒光纤熔接，并进行了此时的连接损失及连接强度的测定。测定顺序与实施例1相同。表5表示其结果。
表5
  本发明的光纤   所连接的光纤   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂率达到50％的断裂张力(GPa)
  光纤A(浓度小)   单一模式光纤 0.11 16 2.3
  光纤B(浓度中)   单一模式光纤 0.10 10 2.4
  光纤C(浓度大)   单一模式光纤 0.12 5.0 2.4
  光纤A(浓度小)   掺铒光纤   0.12   1.7   2.1
  光纤B(浓度中)   掺铒光纤   0.10   2.0   2.5
  光纤C(浓度大)   掺铒光纤   0.12   2.5   2.5
根据表5的结果，光纤B表现出最佳的连接损失，但与光纤A或光纤C的差达到0.02dB程度。3种连接强度均良好。
如果在本发明的光纤中，将纤芯中包含的锗的浓度设为3.0～21.0质量％，将氟的浓度设为0～1.0质量％，对于内侧覆层中包含的掺杂剂浓度，将锗的浓度设为0.2～1.5质量％，将磷的浓度设为0.5～1.5质量％，将氟的浓度设为0.1～1.0质量％，则可确认出，在与单一模式光纤或掺铒光纤的连接中，可得到低损失及足够的强度。
(比较例2)
对实施例3构造的光纤，准备了只有内侧覆层的掺杂剂含有量与实施例3相异的2种光纤D、E。
光纤D的内侧覆层由添加有磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：磷为0.2质量％，氟为0.05质量％。
光纤E的内侧覆层由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗大约为2.0质量％，磷大约为2.0质量％，氟大约为1.2质量％。
与实施例1同样，使内侧覆层掺杂剂含有量各异的光纤分别与单一模式光纤或掺铒光纤熔接，并进行了此时的连接损失及连接强度的测定。测定顺序与实施例1相同。表6表示其结果。
表6
  所连接的光纤(1)   所连接的光纤(2)   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂率达到50％的断裂张力(GPa)
  光纤D(浓度极小)   单一模式光纤   0.14   20   2.2
  光纤E(浓度极大)   单一模式光纤 0.22 1.5 1.9
  光纤D(浓度极小)   掺铒光纤   0.14   1.5   1.9
  光纤E(浓度极大)   掺铒光纤   0.15   3.5   2.4
根据表6的结果，有的光纤的连接损失高于实施例3，而连接强度低于2.0GPa。
此外如果在光纤中，对于纤芯的掺杂剂浓度，将锗设为12质量％、将氟设为0.2质量％、而对于内侧覆层的掺杂剂浓度，将锗设为0.2～1.5质量％、将磷设为0.5～1.5质量％、将氟设为0.1～1.0质量％的范围之外，则在与单一模式光纤或掺铒光纤的连接中，可确认出与本发明的光纤相比其连接特性劣化。
图4表示对上述光纤A～E，模场直径(MFD)针对加热时间的变化。
从图4可看出，在本发明的光纤即光纤A、B及C与单一模式光纤或掺铒光纤的熔接中，可得到低损失及足够的强度。
(实施例4)
对图5所示构造的PANDA型保偏光纤，准备了内侧覆层直径各异的3种PANDA型保偏光纤。
该PANDA型保偏光纤是由以下部分组成的光纤：直径为3.5μm的纤芯21；内侧覆层22；直径为125μm的外侧覆层23；对纤芯21对称配置的2个应力附加部24、24。
将内侧覆层22的直径分别设为10μm、20μm、40μm。
纤芯21由添加有锗(Ge)及氟(F)的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为12质量％，氟为0.2质量％。
内侧覆层22由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗大约为1质量％，磷大约为1质量％，氟大约为0.5质量％。
外侧覆层23由石英玻璃(SiO2)形成。
2个应力附加部24、24由添加有硼的石英系玻璃(SiO2/B2O3)来形成。
内侧覆层22与外侧覆层23的折射率差Δ几乎不存在。
将纤芯的比折射率差Δ设为1.0％，将MFD(@1550nm)设为6.5μm，将实效阻断波长设为0.92μm。
与实施例1同样，使内侧覆层直径各异的PANDA型保偏光纤分别与单一模式光纤或掺铒光纤熔接，并进行了此时的连接损失及连接强度的测定。测定顺序与实施例1相同。表7表示其结果。
表7
  PANDA型保偏光纤   所连接的光纤   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂率达到50％的断裂张力(GPa)
  内侧覆层10μm   单一模式光纤 0.12 18 2.2
  内侧覆层20μm   单一模式光纤 0.10 10 2.4
  内侧覆层40μm   单一模式光纤 0.12 4.5 2.5
  内侧覆层10μm   掺铒光纤   0.12   1.8   2.3
  内侧覆层20μm   掺铒光纤   0.10   2.0   2.5
  内侧覆层40μm   掺铒光纤   0.12   4.0   2.4
根据表7的结果，内侧覆层22的直径设为20μm的光纤具有最佳的连接损失，但与内侧覆层22的直径为10μm及40μm的差达到0.02dB程度。3种连接强度均良好。因此可确认出在内侧覆层22的直径为10μm～40μm的PANDA型保偏光纤与单一模式光纤或掺铒光纤的连接中可得到低损失及足够的强度。
(比较例3)
对实施例4构造的光纤，准备了只有内侧覆层直径与实施例4相异的2种PANDA型保偏光纤。将内侧覆层直径分别设为5μm和45μm。
与实施例1同样，使内侧覆层直径各异的PANDA型保偏光纤分别与单一模式光纤或掺铒光纤熔接，并进行了此时的连接损失及连接强度的测定。测定顺序与实施例1相同。表8表示其结果。
表8
  PANDA型保偏光纤   所连接的光纤   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂率达到50％的断裂张力(GPa)
  内侧覆层5μm   单一模式光纤 0.18 25 2.1
  内侧覆层45μm   单一模式光纤   0.18   1.5   2.0
  内侧覆层5μm   掺铒光纤   0.15   1.2   1.8
  内侧覆层451μm   掺铒光纤   0.15   5.0   2.4
根据表8的结果，有的光纤的连接损失比实施例4更高，而连接强度低于2.0GPa。
由此可确认出，在内侧覆层的直径超出10μm～40μm范围的PANDA型保偏光纤与单一模式光纤或掺铒光纤的连接中，与本发明的PANDA型保偏光纤相比，连接特性变劣。
(实施例5)
对图5所示结构的PANDA型保偏光纤，准备了内侧覆层的掺杂剂含有量各异的3种光纤F、G、H。
光纤F的内侧覆层22由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为0.2质量％，磷为0.5质量％，氟为0.1质量％。
光纤G的内侧覆层22由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗约为1质量％，磷约为1质量％，氟约为0.5质量％。
光纤H的内侧覆层22由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为1.5质量％，磷为1.5质量％，氟为1.0质量％。
除了内侧覆层22的掺杂剂浓度及具有应力附加部24、24这一点之外，均与实施例1相同。
即，纤芯由添加有锗(Ge)及氟(F)的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)来形成，将掺杂剂的含有量设为：锗为12质量％，氟为0.2质量％。
外侧覆层23由石英玻璃(SiO2)形成。
内侧覆层22与外侧覆层23的折射率差Δ几乎不存在。
将纤芯21的比折射率差Δ设为1.0％，将MFD(@1550nm)设为6.5μm，将实效阻断波长设为0.92μm。将内侧覆层22的直径设为20μm。
与实施例1同样，使内侧覆层掺杂剂含有量各异的PANDA型保偏光纤分别与单一模式光纤或掺铒光纤熔接，并进行了此时的连接损失及连接强度的测定。测定顺序与实施例1相同。表9表示其结果。
表9
  PANDA型保偏光纤   所连接的光纤(2)   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂率达到50％的断裂张力(GPa)
  光纤F(浓度小)   单一模式光纤 0.11 16 2.3
  光纤G(浓度中)   单一模式光纤   0.10   10   2.4
  光纤H(浓度大)   单一模式光纤   0.12   5.0   2.4
  光纤F(浓度小)   掺铒光纤   0.12   1.7   2.1
  光纤G(浓度中)   掺铒光纤   0.10   2.0   2.5
  光纤H(浓度大)   掺铒光纤   0.12   2.5   2.5
根据表9的结果，光纤G显示出最好的连接损失，但与光纤F或光纤H的差达到0.02dB程度。3种连接强度均良好。
如果在本发明的PANDA型保偏光纤中，将纤芯21中包含的锗的浓度设为3.0～21.0质量％，将氟的浓度设为0～1.0质量％，对于内侧覆层中包含的掺杂剂浓度，将锗的浓度设为0.2～1.5质量％，将磷的浓度设为0.5～1.5质量％，将氟的浓度设为0.1～1.0质量％，则可确认出，在与单一模式光纤或掺铒光纤的连接中，可得到低损失及足够的强度。
(比较例4)
对实施例5构造的PANDA型保偏光纤，准备了只有内侧覆层22的掺杂剂含有量与实施例3相异的2种PANDA型保偏光纤I、J。
光纤I的内侧覆层22由添加有磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：磷为0.2质量％，氟为0.05质量％。
光纤J的内侧覆层22由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗约为2.0质量％，磷约为2.0质量％，氟约为1.2质量％。
与实施例1同样，使内侧覆层22掺杂剂含有量各异的PANDA型保偏光纤分别与单一模式光纤或掺铒光纤熔接，并进行了此时的连接损失及连接强度的测定。测定顺序与实施例1相同。表10表示其结果。
表10
  PANDA型保偏光纤   所连接的光纤(2)   最低连接损失(dB)   最低连接损失时间(秒)   累计断裂率达到50％的断裂张力(GPa)
  光纤I(浓度极小)   单一模式光纤 0.14 20 2.2
  光纤J(浓度极大)   单一模式光纤   0.22   1.5   1.9
  光纤I(浓度极小)   掺铒光纤   0.14   1.5   1.9
  光纤J(浓度极大)   掺铒光纤   0.15   3.5   2.4
根据表10的结果，有的对象的连接损失高于实施例5，而连接强度低于2.0GPa。
如果对PANDA型保偏光纤中纤芯21的掺杂剂浓度，将锗设为12质量％、将氟设为0.2质量％、对于内侧覆层22的掺杂剂浓度，将锗设为0.2～1.5质量％、将磷设为0.5～1.5质量％、将氟设为0.1～1.0质量％范围之外，则可确认出，在与单一模式光纤或掺铒光纤的连接中，与本发明的光纤相比连接特性变劣。
(实施例6)
制作了图6所示结构的光功率合分支耦合器。
该光功率合分支耦合器，是一种Tap耦合器，是用来取出线路监视用的极少量光的光纤耦合器。该Tap耦合器按照取出信号光波长1550nm功率中的1％的形式来制成。
在该光功率合分支耦合器中，将波长1550nm的信号光入射到第1端口31，并使由光纤耦合器35分支了的光功率中的1％从第3端口33出射，使其余的光功率从第2端口32出射。
该Tap耦合器是采用本发明的光纤来制作的。该光纤的外径为80μm，小于传统光纤的外径125μm。该光纤是一种由直径约为7.2μm的纤芯、直径为20μm的内侧覆层、直径为80μm的外侧覆层组成的光纤。
纤芯由添加有锗(Ge)及氟(F)的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为6.3质量％，氟为0.2质量％。
内侧覆层由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗约为1质量％，磷约为1质量％，氟约为0.5质量％。
外侧覆层由石英玻璃(SiO2)形成。
将纤芯的比折射率差Δ设为0.54％，将MFD(@1550nm)设为8.3μm，将实效阻断波长设为1.34μm。
内侧覆层与外侧覆层具有几乎相同的折射率。
准备了2条该光纤，平行排列并熔接延伸，制作出取出信号光波长1550nm光功率中的1％的Tap耦合器。
该Tap耦合器的耦合长为5mm。由于本发明的光纤中设有内侧覆层，而且外径为80μm，因而可缩短耦合长，其结果是可缩小Tap耦合器的尺寸。
(比较例5)
制作了与实施例6同样的Tap耦合器。
该Tap耦合器是采用传统的光纤来制作的。该比较例中所用的光纤的外径为125μm，是一种由直径约为7.2μm的纤芯、直径为125μm的覆层组成的光纤。
纤芯由添加有锗(Ge)及氟(F)的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为6.3质量％，氟为0.2质量％。
覆层由纯石英玻璃(SiO2)形成。
将纤芯的比折射率差Δ设为0.54％，将MFD(@1550nm)设为8.3μm，将实效阻断波长设为1.34μm。
准备了2条该光纤，平行排列并熔接延伸，制作出取出信号光波长1550nm光功率中的1％的Tap耦合器。
该Tap耦合器的耦合长为14mm。与实施例6相比，可看出耦合长度较长，如要缩短Tap耦合器的尺寸，传统的光纤是不合适的。
(实施例7)
制作了图7所示结构的掺铒光纤放大器40。
该掺铒光纤放大器40构成为：波分复用耦合器(Wavelength DivisionMultiplexing Coupler以下简称“WDM耦合器”)41与其它部件42被收容到筐体43内。掺铒光纤放大器40的尺寸设为纵向70mm×横向90mm×宽度12mm。
作为其它部件42，采用了激励用980nm激光二极管、光隔离器、Tap耦合器等。为能组装多个部件，将WDM耦合器41的多余光纤部分沿着半径10mm的圆柱部件44卷绕收存，由此来确保空间。
WDM耦合器41采用本发明的光纤来制作。该光纤45的外径为80μm，小于传统光纤的外径125μm。光纤45是一种由直径约为3.1μm的纤芯、直径为20μm的内侧覆层、直径为80μm的外侧覆层组成的光纤。
纤芯由添加有锗(Ge)及氟(F)的石英系玻璃(SiO2/GeO2/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗为14质量％，氟为0.2质量％。
内侧覆层由添加有锗、磷(P)及氟的石英系玻璃(SiO2/GeO2/P2O5/F)来形成，掺杂剂的含有量设为：锗约为1质量％，磷约为1质量％，氟约为0.5质量％。
外侧覆层由石英玻璃(SiO2)形成。
将纤芯的比折射率差Δ设为1.25％，将MFD(@1550nm)设为6.0μm，将实效阻断波长设为0.92μm。
内侧覆层与外侧覆层具有几乎相同的折射率。
光纤45的弯曲半径10mm×5圈的弯曲损失为：对波长1.610μm是0.05dB，对短于波长1.610μm的波长则小于0.05dB，几乎为0dB。
准备了2条光纤45，平行排列并熔接延伸，制作出对激励光波长980nm与信号光波长1550nm进行合分波的WDM耦合器41。
由于如此制作出的WDM耦合器41中，光纤45的外径为80μm，因而与用传统的外径为125μm的光纤制作出的WDM耦合器相比，基于弯曲的畸变减小。因此采用了外径为80μm的光纤45的本发明WDM耦合器的断裂故障率降低。
有关光纤断裂故障率的计算，在满水等著“基于屏蔽试验的光纤强度保证法”，电气通信学会杂志83/7，Vol.J66-B，No.7，p829(1983)中有披露。对于光纤的断裂故障率，一般有必要保证在20年内断裂故障率为10-5(10万比1的比例)，但在采用了外径125μm的光纤的传统WDM耦合器中，在弯曲半径为10mm的使用场合下，20年内的断裂故障率会超过10-5，因而不耐用。而在本发明的WDM耦合器中，在弯曲半径为10mm的情况下使用了光纤的场合，可在20年内保证断裂故障率为10-5，这一点从上述文献可确认。
此外，采用了本发明光纤的WDM耦合器的耦合长为5.4mm，大大短于传统的WDM耦合器。
与实施例6同样，由于本发明的光纤中设有内侧覆层，而且外径为80μm，因而可缩短耦合长。对实施例7的WDM耦合器41，可使其耦合长缩至很短的5.4mm，可缩小WDM耦合器41整体的尺寸。
由于WDM耦合器用于掺铒光纤放大器，因而对实施例的WDM耦合器41，当然也进行与MFD各异的光纤的连接。在该WDM耦合器41中，与实施例1同样，采用将内侧覆层的锗设为大约1质量％，将磷设为大约1质量％，将氟设为大约0.5质量％的光纤，因而可进行具有与实施例1几乎同样的低损失及足够强度的连接。
此外可确认出：采用了设有内侧覆层，而且外径为80μm的本发明光纤的WDM耦合器比传统的WDM耦合器更小，容许弯曲半径也小，并具有良好的连接特性。因此本发明的WDM耦合器可用于比以往更小的掺铒光纤放大器。
此外本发明并非限定于上述实施例，可具有各种实施方式。
产业上的可利用性
如上所述，由于本发明的光纤具有设置于中心，由至少包含锗的石英系玻璃构成的纤芯；在纤芯的周围设置成与该纤芯同心圆状且扩散系数大的内侧覆层；设置于内侧覆层周围且扩散系数小的外侧覆层，而且纤芯中包含内侧覆层的200％程度以上浓度的锗，因而单一模式光纤或掺铒光纤之类的MFD各异的光纤可以以低连接损失及足够的连接强度来与任意的光纤连接。

Claims (8)

1.一种光纤，其是高开口数的光纤，具有：
纤芯，其设置于中心，由石英系玻璃构成；
内侧覆层，设置在该纤芯的周围，且设置成与该纤芯呈同心圆状，由石英系玻璃构成；以及
外侧覆层，设置于该内侧覆层周围，由石英系玻璃构成，
该光纤的特征在于：
上述纤芯中包含上述内侧覆层的200％程度以上浓度的锗，
上述内侧覆层的直径为10μm～40μm，且含有0.2～1.5质量％的锗、0.5～1.5质量％的磷、0.1～1.0质量％的氟，在该内侧覆层中扩散的锗的扩散系数较大，其折射率与石英玻璃的折射率实质上相等，
在上述外侧覆层中扩散的锗的扩散系数与上述内侧覆层相比较小，
该光纤要连接的石英系玻璃光纤是单一模式光纤或掺铒光纤，
并且，使该光纤的基于与要连接的石英系玻璃光纤进行连接时的加热的扩大MFD，与上述要连接的石英系玻璃光纤的扩大MFD一致，且使它们两者连接时的累计断裂率为50％的断裂张力超过2.0GPa，该加热是使用电弧放电以最低连接损失时间连接时的加热。
2.根据权利要求1记载的光纤，其特征在于：
上述光纤的外径为70μm～90μm。
3.根据权利要求1记载的光纤，其特征在于：
在包覆上述纤芯的覆层内，具有对该纤芯对称配置的2个应力附加部。
4.一种光纤耦合器，其特征在于：
是采用权利要求1记载的光纤来制造的。
5.一种掺铒光纤放大器，其特征在于：
是采用权利要求1记载的光纤来制造的。
6.一种光导波路，其特征在于：
是将权利要求1记载的光纤用作抽头来制造的。
7.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：
上述纤芯中添加了氟。
8.一种光纤放大器，其特征在于，具有：
使用一对权利要求1所述的光纤，利用熔接延伸法制成的光纤耦合器；在该光纤耦合器的一端以两者的最低连接损失时间熔接的单一模式光纤；以及在上述光纤耦合器的另一端以两者的最低连接损失时间熔接的掺铒光纤。
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