CN106662705B - 光纤 - Google Patents

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Abstract

一种光纤，其中，纤芯(10)具有：内侧纤芯部(11)，其包括纤芯(10)的中心轴C；和外侧纤芯部(12)，其包围内侧纤芯部(11)并且比内侧纤芯部(11)折射率低，包层(20)具有：内侧包层部(21)，其径向上的折射率一定，与纤芯(10)接触；和外侧包层部(22)，其包围内侧包层部(21)，内侧纤芯部(11)中的与外侧纤芯部(12)的边界接触的区域的折射率比外侧纤芯部(12)的折射率高，外侧纤芯部(12)的折射率从内周侧朝向外周侧逐渐变低，内侧包层部(21)的折射率与外侧纤芯部(12)的最外周的折射率相等并且为外侧包层部(22)的折射率以下。

Description

光纤
技术领域
本发明涉及光纤，适于减少弯曲损耗的情况。
背景技术
在光通信中使用的光纤铺设在办公室或家庭，在多个光纤配置于护套的光缆中使用。在像上述那样铺设光纤的情况下，一般以至少一部分弯曲的状态配置。另外，在像上述那样光纤在光缆中使用的情况下，一般光纤在护套中呈螺旋状，因此以整体弯曲的状态配置。
公知若光纤处于弯曲状态且光在纤芯传播，则发生光从纤芯泄漏而损耗的所谓的弯曲损耗。作为抑制这样的弯曲损耗的光纤的一个例子，公知有一种纤芯和包层之间的相对折射率差大的光纤。在下述专利文献1中记载有这样的光纤。根据这样的光纤，纤芯的光限制力变大，与纤芯和包层之间的相对折射率差小的情况相比，光难以从纤芯泄漏，也能够减少弯曲损耗。另外，作为抑制弯曲损耗的光纤的其他例，公知有一种在纤芯周围设置折射率比包层低的低折射率层的光纤。在下述专利文献2中记载有这样的光纤。对于这样的光纤，在从折射率的观点理解的情况下，低折射率层呈沟槽状，因此称之为沟槽型光纤。根据这样的光纤，低折射率层限制光，因此光难以从纤芯泄漏，也能够减少弯曲损耗。
专利文献1：日本专利第4268115号公报
专利文献2：日本特开2013-88818号公报
在上述专利文献1所记载的光纤中，纤芯的光限制力大，因此存在光的模场直径变小的趋势。在该情况下，和其他光纤连接时光变得容易损耗。另外，根据上述专利文献2中记载的光纤，能够防止像专利文献1中记载的光纤那样光的模场直径变小。但是，专利文献2中记载的光纤需要设置沟槽层，因此存在光纤的结构复杂且高成本化的担忧。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制光的模场直径变小以及结构复杂化并且抑制弯曲损耗的光纤。
为了解决上述课题，本发明的光纤的特征在于，具备纤芯和包围上述纤芯的包层，上述纤芯具有：内侧纤芯部，其包含上述纤芯的中心轴，并且径向上的折射率恒定；和外侧纤芯部，其包围上述内侧纤芯部，上述包层具有：内侧包层部，其径向上的弯曲率恒定，并且与上述纤芯接触；和外侧包层部，其包围上述内侧包层部，上述内侧纤芯部中的与上述外侧纤芯部接触的区域中的折射率比上述外侧纤芯部的折射率高，上述外侧纤芯部的折射率从内周侧朝向外周侧逐渐变低，上述内侧包层部的折射率与上述外侧纤芯部的最外侧区域中的折射率相等，并且为上述外侧包层部的折射率以下。
根据这样的光纤，本发明人等确认：即便不像在专利文献1中记载的光纤那样提高纤芯的折射率也能够减少弯曲损耗。另外，折射率被形成为和外侧纤芯部的最外周的折射率相等的内侧包层部的折射率恒定，不需要像专利文献2中记载的光纤那样设置沟槽层，因此能够抑制成为复杂的结构。
另外，优选上述内侧包层部的折射率比上述外侧包层部的折射率小。根据这样的结构的光纤，与内侧包层部的折射率和外侧包层部的折射率彼此相等的情况相比，能够进一步减少弯曲损耗。
在该情况下，可以构成为上述内侧包层部相对于上述外侧包层部的相对折射率差为－0.02％以上。通过将内侧包层部的相对折射率差形成为这样的范围，能够使光纤的零色散波长为根据ITU-T G.652推荐的1.300μm～1.324μm。
或者优选上述内侧包层部的折射率与上述外侧包层部的折射率彼此相等。在该情况下，能够使内侧包层部的组成和外侧包层部的组成同样，因此能够形成为简单的结构。
另外，在上述光纤中，优选在从上述中心轴至上述外侧纤芯部的内周的距离为r1，从上述中心轴至上述外侧纤芯部的外周的距离为rs，距上述中心轴距离r处的上述外侧纤芯部相对于上述包层部的相对折射率差为Δ(r)，上述内侧包层部相对于上述外侧包层部的相对折射率差为Δ2的情况下，下式(1)所表示的S为0.3以下。
Figure BDA0001228436750000031
本发明人等发现通过将本式的S形成为0.3以下，能够使截止波长小于1.30小。因此通过满足上式(1)，能够抑制由于截止波长的长波长化致使通信频带变窄。
而且，优选上述S为0.25以下。通过满足该条件，能够使截止波长为1.26μm以下，而且，能够使模场直径为9.5μm以下。
如上所述，根据本发明，提供一种能够抑制光的模场直径变小以及结构复杂化并且抑制弯曲损耗的光纤。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的光纤的与长度方向垂直的剖面的构造的图。
图2是表示图1的光纤的折射率分布的图。
图3是表示1550nm的光在图1的光纤中传播的情况下的外侧纤芯部的内径和外径之间的比与在弯曲直径30mm处的弯曲损耗之间的关系的图。
图4是表示1550nm的光在图1的光纤中传播的情况下的外侧纤芯部的内径和外径之间的比与在弯曲直径20mm处的弯曲损耗之间的关系的图。
图5是表示1550nm的光在图1的光纤中传播的情况下的外侧纤芯部的相对折射率差面积与在弯曲直径30mm处的弯曲损耗之间的关系的图。
图6是表示1550nm的光在图1的光纤中传播的情况下的外侧纤芯部的相对折射率差面积与在弯曲直径20mm处的弯曲损耗之间的关系的图。
图7是表示图1的光纤的外侧纤芯部的相对折射率差面积与线缆截止波长之间的关系的图。
图8是表示图1的光纤的外侧纤芯部的相对折射率差面积与波长1310nm的光的模场直径之间的关系的图。
图9是表示图1的光纤的外侧纤芯部的相对折射率面积与零色散波长之间的关系的图。
图10是表示第2实施方式所涉及的光纤的折射率分布的图。
图11是表示1550nm的光在图10说明的光纤中传播的情况下的外侧纤芯部的内径和外径之间的比与在弯曲直径30mm处的弯曲损耗之间的关系的图。
图12是表示1550nm的光在图10说明的光纤中传播的情况下的外侧纤芯部的内径和外径之间的比与在弯曲直径20mm处的弯曲损耗之间的关系的图。
图13是表示1550nm的光在图10说明的光纤中传播的情况下的外侧纤芯部的相对折射率差面积与在弯曲直径30mm处的弯曲损耗之间的关系的图。
图14是表示1550nm的光在图10说明的光纤中传播的情况下的外侧纤芯部的相对折射率差面积与在弯曲直径20mm处的弯曲损耗之间的关系的图。
图15是表示图10说明的光纤的外侧纤芯部的相对折射率差面积与线缆截止波长之间的关系的图。
图16是表示图10说明的光纤的外侧纤芯部的相对折射率差面积与波长1310nm的光的模场直径之间的关系的图。
图17是表示图10的光纤的外侧纤芯部的相对折射率差面积和零色散波长之间的关系的图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明所涉及的光纤的适当的实施方式详细地进行说明。
(第1实施方式)
图1是表示本实施方式所涉及的光纤的与长度方向垂直的剖面的构造的图。
如图1所示，本实施方式的光纤1具备：纤芯10；包层20，其无间隙地包围纤芯10的外周面；内侧保护层31，其包覆包层20的外周面，以及外侧保护层32，其包覆内侧保护层的外周面。
纤芯10由包括纤芯10的中心轴C的内侧纤芯部11和无间隙地包围内侧纤芯部11的外周面的外侧纤芯部12构成。另外，包层20由无间隙地包围纤芯10的外侧纤芯部12的内侧包层部21和无间隙地包围内侧包层部21的外侧包层部22构成。
图2是表示光纤1中的纤芯10、包层20的折射率分布的图。此外，在图2中，将表示图1中的内侧纤芯部11的相对折射率差的部位作为11、将表示外侧纤芯部12的相对折射率差的部位作为12、将表示内侧包层部21的相对折射率差的部位作为21、将表示外侧包层部22的相对折射率差的部位作为22而示出。如图2所示，内侧纤芯部11具有阶梯型的折射率分布，内侧纤芯部11中的折射率在径向上恒定。外侧纤芯部12的折射率从内周侧向外周侧逐渐降低。另外，内侧纤芯部11中的和外侧纤芯部12接触的区域的折射率比外侧纤芯部12中的和内侧纤芯部11接触的区域的折射率高。因此，内侧纤芯部11的折射率整体上比外侧纤芯部12的折射率高。
内侧包层部21以及外侧包层部22的折射率在径向上恒定。另外，在本实施方式中，内侧包层部21的折射率比外侧包层部22的折射率低，并且和外侧纤芯部12的最外周的折射率相等。
这里，如图2所示，设定从中心轴C至外侧纤芯部12的内周的距离(从中心轴C至内侧纤芯部11的外周的距离)为r1，从中心轴C至外侧纤芯部12的外周的距离(从中心轴C至内侧包层部21的内周的距离)为rs，从中心轴C至内侧包层部21的外周的距离(从中心轴C到外侧包层部22的内周的距离)为r2。而且，设定内侧纤芯部11的相对于外侧包层部22的相对折射率差为Δ1，外侧纤芯部12的与内侧纤芯部11接触的区域的相对外侧包层部22的相对折射率差为Δs，外侧纤芯部12的与内侧包层部21接触的区域的相对外侧包层部22的相对折射率差为Δ2。此外，在该情况下，内侧包层部21的相对于外侧包层部22的相对折射率差也成为Δ2。
内侧纤芯部11的相对折射率差Δ1例如为0.3％以上0.5％以下，在外侧纤芯部12中的与内侧纤芯部11连接的区域的相对折射率差Δs例如为0.02％以上0.12％以下，外侧纤芯部12的与内侧包层部21接触的区域的相对折射率差Δ2小于0％，例如为－0.02％以上。
构成具有这样的折射率分布的光纤1的纤芯10、包层20的材料不做特别限定，例如像以下那样。具体而言，外侧包层部22由纯粹的石英构成，内侧包层部21由适当添加使折射率降低的氟(F)等掺杂剂的石英构成。另外，内侧纤芯部11由添加使折射率上升的锗(Ge)等掺杂剂的石英构成。另外，外侧纤芯部12由适当添加使折射率上升的掺杂剂和使折射率降低的掺杂剂的石英构成，以折射率沿径向降低的方式改变上述掺杂剂的量。
接下来，在光纤1中，使用上述值进行以下的模拟。在本模拟中，设定内侧纤芯部11的相对折射率差Δ1为0.35％，内侧纤芯部11的半径r1为4.2μm，外侧纤芯部12的与内侧包层部21接触的区域的相对折射率差Δ2为－0.02％。此外，上述相对折射率差Δ1的值和具有阶梯型的折射率分布一般的通信用光纤的纤芯的相对折射率差等同。
图3以及图4是表示在光纤中的rs/r1与弯曲损耗之间的关系的图。在图3中，设定光纤1的弯曲直径为30mm，在图4中，设定光纤1的弯曲直径为20mm，在各图中，设定1550nm的光在纤芯10中传播。在图3、图4中，虚线表示未设置外侧纤芯部12的光纤的弯曲损耗，在该情况下，折射率分布为矩形，因此在图中表示为矩形。由图3、图4可见，通过设置外侧纤芯部12，弯曲损耗减少。另外，可见rs/r1越大，即外侧纤芯部12的外径越大，弯曲损耗越少。而且，可见Δs－Δ2的值越大，弯曲损耗越少。另外，由图4可见，无论Δs－Δ2的值如何，在弯曲直径为20mm的条件下，在rs/r1大致为1.7以上的区域，上述的弯曲损耗不怎么发生变化。
这里，能够根据外侧纤芯部12的宽度和相对于外侧包层部22的相对折射率差来定义外侧纤芯部12的相对折射率差面积S。具体而言，设定从纤芯10的中心轴C起的距离为r，外侧纤芯部12的相距中心轴C的距离r的区域的相对于外侧包层部22的相对折射率差为Δ(r)，此时，相对折射率差面积S能够如下式(1)那样表示。
Figure BDA0001228436750000071
图5以及图6是表示相对折射率差面积S和弯曲损耗之间的关系的图。图5中，设定光纤1的弯曲直径为30mm，图6中，设定光纤1的弯曲直径为20mm，在各图中，设定1550nm的光在纤芯10中传播。此外，在图5、图6中的虚线与图3、图4中的虚线同样，表示未设置外侧纤芯部12的光纤的弯曲损耗，在图中表示为矩形。由图5、图6可见，相对折射率差面积S的值越大，弯曲损耗越小。另外，在本实施方式的光纤1中，若相对折射率差面积S为0.1％μm以上，则能够使弯曲损耗大致为最小。
图7是表示相对折射率差面积S和线缆截止波长之间的关系的图。在图7中，虚线表示未设置外侧纤芯部12的光纤的线缆截止波长，在图中，表示为矩形。如图7所示，在本实施方式的光纤1中，若相对折射率差面积S为0.3％μm以下，则能够使线缆截止波长比1.30μm小，若相对折射率差面积S为0.25％μm以下，则能够使线缆截止波长为1.26μm以下。此外，在ITU-T G.652中，推荐截止波长为1.26μm以下，若相对折射率差面积S为0.25％μm以下，则能够满足该推荐。
图8是表示相对折射率差面积S和波长1310nm的光的模场直径之间的关系的图。在图8中，虚线表示未设置外侧纤芯部12的光纤的模场直径，在图中，表示为矩形。如图8所示，根据本实施方式的光纤1，和在具有阶梯型的折射率分布的一般的通信用光纤传播的波长1310nm的光的模场直径相比，能够抑制光的模场直径变小。另外，若相对折射率差面积S为0.3％μm以下，则波长1310nm的光的模场直径能够大致为9.5μm以下。此外，在ITU-T G.625中，推荐波长1310nm的光的模场直径为8.6～9.5μm，若S为0.3％μm以下，则能够满足该推荐。
图9是表示图1的光纤的外侧纤芯部的相对折射率差面积和零色散波长之间的关系的图。在图9中，虚线表示未设置外侧纤芯部12的光纤的零色散波长，在图中，表示为矩形。由图9可见，通过设置外侧纤芯部12，零色散波长变小。另外，可见Δs－Δ2的值越大零色散波长越小，与各个Δs－Δ2的值对应地存在零色散波长最小的相对折射率差面积S。如上所述，在相对折射率差Δ2是-0.02％的情况下，能够使光纤的零色散波长为根据ITU-TG.652推荐的1.300μm～1.324μm的范围。
像以上说明过的那样，根据本实施方式的光纤1，即使不提高纤芯的折射率，也能够通过设置上述那样的外侧纤芯部12来减少弯曲损耗。另外，被形成为折射率与外侧纤芯部12的最外周的折射率相等的内侧包层部21的折射率为恒定，未设置折射率比内侧包层部21更低的沟槽层，因此能够抑制成为复杂的结构。
(第2实施方式)
接下来，参照图10～图17对本发明所涉及的光纤的第2实施方式详细地进行说明。此外，对于与第1实施方式的光纤1相同或等同的结构要素，除了特别说明的情况之外，标注相同的附图标记并省略重复的说明。
图10是以与和图2同样的方式表示本实施方式所涉及的光纤中的纤芯10、包层20的折射率分布的图。如图10所示，本实施方式的光纤与第1实施方式的光纤1的不同之处在于，内侧包层部21的折射率和外侧包层部22的折射率彼此相等。
这里，在本实施方式的光纤中进行以下的模拟。在本模拟中，设定内侧纤芯部11的相对折射率差Δ1为0.34％，内侧纤芯部11的半径为4.1μm。此外，外侧纤芯部12的与内侧包层部21接触的区域的相对折射率差Δ2与内侧包层部21的相对折射率差相同，因此为－0％。
图11以及图12是以与第一实施方式的图3、图4同样的方法表示本实施方式的光纤的rs/r1和弯曲损耗之间的关系的图。图11中，设定光纤的弯曲直径为30mm，图12中，设定光纤的弯曲直径为20mm，在各图中，设定1550nm的光在纤芯10中传播。由图11、图12可见，在本实施方式的光纤中，也通过设置外侧纤芯部12来降低弯曲损耗。此外，在图11中，Δs－Δ2＝0.002％的数据位于比虚线更靠上侧的位置，但认为是计算的误差，认为Δs－Δ2＝0.002％的数据本来位于比虚线更靠下侧的位置。另外，可见rs/r1越大弯曲损耗越少。而且，可见Δs-Δ2的值越大弯曲损耗越少。另外，由图12可见，无论Δs－Δ2的值如何，在弯曲直径为20mm的条件下，在rs/r1大致为1.7以上的区域，上述的弯曲损耗不怎么发生变化。
图13以及图14是以和图5、图6同样的方法表示相对折射率差面积S和弯曲损耗之间的关系的图。图13中，设定光纤1的弯曲直径为30mm，图14中，设定光纤1的弯曲直径为20mm，在各图中，设定1550nm的光在纤芯10中传播。由图13、图14可见，相对折射率差面积S的值越大，弯曲损耗越小。此外，在图13中，Δs－Δ2＝0.002％的数据位于比虚线更靠上侧的位置，但认为是计算的误差，认为Δs－Δ2＝0.002％的数据本来位于比虚线更靠下侧的位置。另外，在本实施方式的光纤中，在弯曲直径为20mm的情况下，若相对折射率差面积S为0.1％μm以上，则能够使弯曲损耗大致为最小。另外，由第1实施方式的图5、图6以及本实施方式的图14可见，若相对折射率差面积S为0.1％μm以上，则在很多情况下能够使弯曲损耗大致为最小。
此外，由第1实施方式的图3～图6以及上述图11～图14可见，从从减少弯曲损耗的观点出发，优选内侧包层部21的折射率比外侧包层部22的折射率小。
图15是以与图7同样的方法表示相对折射率差面积S和线缆截止波长之间的关系的图。如图15所示，在本实施方式的光纤中，如果设定相对折射率差面积S为0.3％μm以下，则能够使线缆截止波长比1.30μm小，如果设定相对折射率差面积S为0.25％以下，则能够使截止波长为1.26μm以下。因此，本实施方式的光纤也和第1实施方式的光纤1一样，若相对折射差面积S为0.25％μm以下，则能够满足ITU-TG.652的推荐。其结果与使用图7说明过的在第1实施方式的光纤1中的相对折射率差面积S和截止波长之间的关系大致一致。
图16是以与图8同样的方法表示相对折射率差面积S和波长1310的光的模场直径之间的关系的图。如图16所示，根据本实施方式的光纤，和第1实施方式的光纤1同样，与在具有阶梯型的折射率分布的一般的通信用光纤传播的波长1310nm的光的模场直径相比，能够抑制光的模场直径变小。另外，若相对折射率差面积S为0.3％μm以下，则能够使波长1310nm的光的模场直径大致为9.7μm以下，如果相对折射率差面积S为0.25％μm以下，则能够使波长1310nm的光的模场直径大致为9.5μm以下。因此，若相对折射率差面积S为0.25％μm以下，则能够满足ITU-TG.652的推荐。
图17是以与图9同样的方法表示图10的光纤的外侧纤芯部的相对折射率差面积和零色散波长之间的关系的图。由图17可见，本实施方式的光纤也与第1实施方式的光纤1同样，通过设置外侧纤芯部12，零色散波长变小。另外，可见Δs－Δ2的值越大零色散波长越小，与各个Δs－Δ2的值对应地存在零色散波长最小的相对折射率差面积S。如上所述，即使在相对折射率差Δ2是－0％的情况下，也能够使光纤的零色散波长为根据ITU-TG.652推荐的1.300μm～1.324μm的范围。像在第1实施方式中使用图9说明过的那样，在相对折射率差Δ2为－0.02％的情况下，能够使光纤的零色散波长为1.300μm～1.324μm的范围，因此认为：在至少相对折射率差Δ2为－0.02％以上－0％(0％)以下的条件下，能够使光纤的零色散波长为1.300μm～1.324μm的范围。
本实施方式的光纤能够使内侧包层部的组成和外侧包层部的组成同样，因此能够形成为比第1实施方式的光纤1更简单的结构。
以上，以第1、第2实施方式为例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。
在第1实施方式所涉及的光纤1中，内侧包层部21的折射率比外侧包层部22的折射率低，在第2实施方式所涉及的光纤中，内侧包层部21的折射率与外侧包层部22的折射率彼此相等。即，在本发明的光纤中，内侧包层部21的折射率为外侧包层部22的折射率以下。因此，只要内侧包层部21相对于外侧包层部22的相对折射率差Δ2为0以下即可，可以和上述实施方式不同。
另外，在上述实施方式中，对具有一个纤芯的光纤进行了说明，但也可以是具有多个本实施方式的内侧纤芯部11、外侧纤芯部12、内侧包层部21且具有无间隙地包围各个内侧包层部21的外侧包层部22的多芯光纤。
像上述说明过的那样，根据本发明的光纤，能够抑制光的模场直径变小以及结构复杂化，并且能够抑制弯曲损耗，能够在光通信领域中利用。
附图标记说明：
1…光纤；10…纤芯；11…内侧纤芯部；12…外侧纤芯部；20…包层；21…内侧包层部；22…外侧包层部。

Claims (9)

1.一种光纤，其特征在于，
具备纤芯和包围所述纤芯的包层，
所述纤芯具有：内侧纤芯部，其包含所述纤芯的中心轴，并且径向上的折射率恒定；和外侧纤芯部，其包围所述内侧纤芯部，
所述包层具有：内侧包层部，其径向上的折射率恒定，并且与所述纤芯接触；和外侧包层部，其包围所述内侧包层部，
所述内侧纤芯部中的与所述外侧纤芯部接触的区域的折射率比所述外侧纤芯部的折射率高，
所述外侧纤芯部的折射率从内周侧朝向外周侧逐渐变低，
所述内侧包层部的折射率与所述外侧纤芯部的最外周的折射率相等，并且为所述外侧包层部的折射率以下，
设定从所述中心轴至所述外侧纤芯部的内周的距离为r1、从所述中心轴至所述外侧纤芯部的外周的距离为rs，
设定距所述中心轴距离r处的所述外侧纤芯部相对于所述外侧包层部的相对折射率差为Δ(r)，
设定所述内侧包层部相对于所述外侧包层部的相对折射率差为Δ2，
在该情况下，由下式(1)所表示的S为0.3％μm以下，
Figure FDA0002242515060000011
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，
所述内侧包层部的折射率比所述外侧包层部的折射率小。
3.根据权利要求2所述的光纤，其特征在于，
所述内侧包层部相对于所述外侧包层部的相对折射率差为－0.02％以上。
4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，
所述内侧包层部的折射率与所述外侧包层部的折射率彼此相等。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光纤，其特征在于，
所述S为0.25％μm以下。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的光纤，其特征在于，
所述外侧纤芯部中的与所述内侧纤芯部接触的区域的相对于所述外侧包层部的相对折射率差为0.02％以上0.12％以下。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的光纤，其特征在于，
rs/r1为1.7以上。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的光纤，其特征在于，
所述S为0.1％μm以上。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的光纤，其特征在于，
所述外侧包层部延伸至所述包层的外周面。
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