JP2001051148A

JP2001051148A - 光ファイバの接続方法

Info

Publication number: JP2001051148A
Application number: JP11228903A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Aikawa; 和彦愛川; Akira Wada; 朗和田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁界分布が大きく異なる２本の光ファイバ
を低損失で接続できる方法を提供する。【解決手段】ガウシアン分布に近い屈折率分布形状を
備えた第１の光ファイバと、クラッド１４よりも低屈折
率の中心部（中心コア部１１）と、最も高屈折率の周辺
部（周辺コア部１２）とを含む少なくとも２層以上から
なるコア１３を備え、かつ、使用波長における有効コア
断面積が８０μｍ² 以上である第２の光ファイバとを接
続する際に、第２の光ファイバに近い屈折率分布形状を
有し、かつ使用波長における有効コア断面積が、前記第
２の光ファイバよりも小さい第３の光ファイバを挿入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバの接続方
法に関し、特に電磁界分布が大きく異なる光ファイバの
接続において、低損失で接続可能とするものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信システムには、各種伝送
用光ファイバ、アンプ用の光ファイバ、光源用光ファイ
バ、分散補償光ファイバなどのさまざま電磁界分布を有
する光ファイバが用いられている。これらの光ファイバ
は、モードフィールド径（ＭＦＤ）や有効コア断面積
（Ａｅｆｆ）が異なる場合が多い。

【０００３】ＭＦＤやＡｅｆｆが異なる光ファイバ同士
を接続すると接続損失が大きくなりやすい。よって、こ
のような光ファイバ相互間の接続における接続損失の低
減は、伝送路全体の損失を低く抑え、通信システム全体
の信頼性を向上させるために、非常に重要である。従
来、ＭＦＤやＡｅｆｆが異なる石英系光ファイバの接続
においては、光ファイバの融着接続後、その接続部分を
加熱し、コアに添加されているドーパントを拡散させる
ことにより、双方の光ファイバのＭＦＤやＡｅｆｆの差
を小さくして接続損失を低減する方法が適用されてき
た。

【０００４】しかしながら、最近ではＭＦＤやＡｅｆｆ
の大きさが多岐にわたっており、ＭＦＤやＡｅｆｆの差
が大きくなる場合があった。さらにコアの中心が最も高
屈折率で、ガウシアン分布に近い屈折率分布形状を備
え、電磁界分布の中心にピークを有する光ファイバ以外
に、種々の屈折率分布形状を備えた光ファイバが提案さ
れるようになってきた。

【０００５】ガウシアン分布からかけはなれた屈折率分
布形状を有する光ファイバと、ガウシアン分布に近い屈
折率分布形状を有する光ファイバとは、電磁界分布が大
きく異なる。図１は、ガウシアン分布に近い屈折率分布
形状を備え、中心にピークを有する光ファイバの電磁界
分布の一例を示したものであり、図２は、ガウシアン分
布とかけはなれた屈折率分布形状を備え、中心からはな
れた位置にピークを有する電磁界分布の一例を示したも
のである。図１、図２に示したような電磁界分布を有す
る光ファイバ同士を接続すると、例えＭＦＤやＡｅｆｆ
の差が小さくても、電磁界分布の違いによって接続損失
が大きくなりやすい。そして、この接続損失は、上述の
接続部分のドーパントの拡散によって、ある程度低減す
ることができるが、十分な効果が得られない場合があっ
た。

【０００６】ガウシアン分布に近い屈折率分布形状を備
えたものの代表例としては、伝送用の光ファイバである
１．３μｍ用シングルモード光ファイバが広く知られて
いる。１．３μｍ用シングルモード光ファイバは、例え
ば、高屈折率のコアと、その外周上に設けられた低屈折
率のクラッドとを備えたステップ型の屈折率分布形状を
有している。

【０００７】また、最近では伝送用の光ファイバとし
て、同様にガウシアン分布に近い屈折率形状を備えた分
散シフト光ファイバ（以下、ＤＳＦと記す）が用いられ
ている。ＤＳＦは、石英系光ファイバの損失が最小であ
る波長１．５５μｍ帯における損失がゼロ、もしくはほ
ぼゼロとされているものである。

【０００８】具体的には、例えば図３に示したような階
段型の屈折率分布形状を有するものが一般的である。図
中符号１は中心コア部であり、この中心コア部１の外周
上に、この中心コア部１よりも低屈折率の階段コア部２
が設けられてコア３が構成されている。そして、このコ
ア３の外周上に、前記階段コア部２よりも低屈折率のク
ラッド４が設けられている。

【０００９】この階段型の屈折率分布形状を有するＤＳ
Ｆにおいては、高パワー密度の光を入射すると非線形効
果が発生し、伝送劣化を生じる。そのため、高パワー密
度の光を有効に伝送することが困難となる。よって、最
近検討されている高出力ブースターアンプなどを用いて
高パワー密度の光を発生させ、この高パワー密度の光を
光ファイバで伝送することにより、無中継伝送の長スパ
ン化を図る光通信システムには不適当である。

【００１０】AlcatelのP.Nouchiらは、非線形効果を低
減できるものとして、図４に示したように、電磁界分布
の中心が周辺よりも低くなっている、ガウシアン分布か
らかけはなれたクラウン型の屈折率分布形状を有するＤ
ＳＦを提案した。非線形効果の大きさは、ｎ₂／Ａｅｆ
ｆで表される。ここで、ｎ₂は光ファイバの非線形屈折
率である。ｎ₂は材料に固有の値であるため、非線形効
果を低減するためにはＡｅｆｆを大きくする必要があ
る。そして、このＤＳＦにおいては、Ａｅｆｆの拡大と
分散スロープの低減を図ることができる（P.Nouchi et
al,”New dispersion shifted fiber with effect-ive
area larger than 90μm²,”ECOC'96,MoB.3.2,199
6.）。

【００１１】図４中符号１１は中心コア部であり、中心
コア部１１の外周上にはこの中心コア部１１よりも高屈
折率の周辺コア部１２が設けられて、コア１３が構成さ
れている。また、この周辺コア部１２の外周上には前記
中心コア部１１よりも高屈折率で、前記周辺コア部１２
よりも低屈折率のクラッド１４が設けられている。すな
わち、この光ファイバにおいては、周辺コア部１２が最
も高屈折率であり、その中心（中心コア部１１）が最も
低屈折率である。よって一般的な光ファイバと異なり、
中心付近が最も高屈折率のガウシアン分布とはかけはな
れた屈折率分布形状となっている。

【００１２】このように図４に示した屈折率分布形状を
有する光ファイバは、本発明者らの検討によれば、１．
５５μｍ帯において、Ａｅｆｆを８０μｍ² 以上に拡大
することができ、非線形効果を低減し、高パワー密度の
光信号を効率よく伝送することができる。しかし、実際
に光通信システムを構築するにおいては、上述のよう
に、図３に示したようなガウシアン分布に近い屈折率分
布形状を備えたＤＳＦなどと低損失で接続できなけれ
ば、システム全体としての伝送劣化が生じるため不都合
である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記事情に鑑
みてなされたもので、図４に示したように、ガウシアン
分布とかけはなれた屈折率分布形状を有し、かつ使用波
長における有効コア断面積が８０μｍ² 以上である光フ
ァイバと、ガウシアン分布に近い屈折率分布形状を備え
た光ファイバとを低損失で接続できる方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の光ファイバの接続方法は、コアの中心付近
が最も高屈折率である第１の光ファイバと、クラッドよ
りも低屈折率の中心部と、最も高屈折率の周辺部とを含
む少なくとも２層以上からなるコアを備え、かつ使用波
長における有効コア断面積が８０μｍ² 以上である第２
の光ファイバとを接続する際に、当該２本の光ファイバ
の間に第３の光ファイバを挿入する光ファイバの接続方
法であって、第３の光ファイバは、中心部と、最も高屈
折率の周辺部とを含む少なくとも２層以上からなるコア
を備え、かつ使用波長における有効コア断面積が、前記
第２の光ファイバよりも小さいことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明において、第１の光ファイ
バは、図３に示した階段型の屈折率分布形状を有する光
ファイバなどのように、コアの中心付近の屈折率が最も
高いガウシアン分布に近い屈折率分布を備えたものであ
る。この例において、中心コア部１は屈折率を上昇させ
る作用を有するゲルマニウムを添加した石英ガラス、階
段コア部２はゲルマニウム添加石英ガラス、あるいは純
石英ガラス、クラッド４は純石英ガラス、あるいは屈折
率を低下させる作用を有するフッ素を添加した石英ガラ
スから構成されている。また、ａ₁は中心コア部１の半
径、ｂ₁は階段コア部２の半径、Δ1はクラッド４を基準
としたときの中心コア部１とクラツド４との比屈折率
差、Δ2はクラッド４を基準にしたときの階段コア部２
とクラッド４の比屈折率差を示している。この例におい
て、ａ₁は１．６３μｍ、ｂ₁は４．０８μｍ、Δ1は
０．８０％、Δ2は０．１５％である。また、クラッド
４の外径は約１２５μｍである。また、この例における
第１の光ファイバの１．５５μｍにおける特性の計算結
果を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】第１の光ファイバは、電磁界分布の最も高
い部分が中心に位置しているものであれば特に限定され
ない。図３に示したもの以外には、上述のステップ型の
屈折率分布形状や、図５に示したような、いわゆるリン
グ型の屈折率分布形状などを例示することができる。図
５中符号３１は中心コア部であり、この中心コア部３１
の外周上に、この中心コア部３１よりも低屈折率の中間
部３２が設けられ、さらにこの中間部３２の外周上に、
この中間部３２よりも高屈折率であり、かつ前記中心コ
ア部３１よりも低屈折率の周辺コア部３３が設けられて
コア３４が構成されている。そして、このコア３４の外
周上に、前記周辺コア部３３よりも低屈折率のクラッド
３５が設けられている。この例において、中心コア部３
１と周辺コア部３３はゲルマニウム添加石英ガラス、中
間部３２とクラッド３５は純石英ガラスから構成されて
いる。

【００１８】また、ａ₄、ｂ₄、ｃ₄は、それぞれ中心コ
ア部３１、中間部３２、周辺コア部３３の半径を示して
る。また、Δ31、Δ32、Δ33は、それぞれ、クラッド３
５の屈折率を基準にしたときの中心コア部３１とクラッ
ド３５との比屈折率差、中間部３２とクラッド３５との
比屈折率差、周辺コア部３３とクラッド３５との比屈折
率差である。この例において、ｂ₄／ａ₄は３．０、ｃ₄
／ａ₄は３．７、ｃ₄は６．０μｍ、Δ33は０．７１％、
Δ32は０％、Δ31は０．９０％である。また、クラッド
３５の外径は約１２５μｍである。また、１．５５μｍ
における特性の計算結果の例を表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】第１の光ファイバの構造パラメータ、特性
などは特に限定されないが、使用波長におけるＡｅｆｆ
は、後述する第２の光ファイバとほぼ同程度、もしくは
それ以下である。

【００２１】Ａｅｆｆは以下の式で定義されるものであ
る。

【００２２】

【数１】

【００２３】使用波長は１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯
などから選択されるが、上述のように石英系光ファイバ
の損失が小さい１．５５μｍ帯を適用すると好ましい。

【００２４】１．５５μｍ帯は、１．５３〜１．６１μ
ｍの範囲をいうものとし、使用波長はこの範囲から適宜
選択すると好ましい。

【００２５】本発明の第２の光ファイバは、例えば図４
に示したように、中心コア部１１が最も低屈折率であ
り、コア１３の周辺付近に最も高屈折率の周辺コア部１
２が設けられ、その周囲に前記中心コア部１１よりも高
屈折率で、かつ前記周辺コア部１２よりも低屈折率のク
ラッド１４が設けられてなる屈折率分布形状を備えたも
のである。この例において、中心コア部１１はフッ素添
加石英ガラス、周辺コア部１２はゲルマニウム添加石英
ガラス、クラッド４は純石英ガラスから構成されてい
る。また、ａ₂は中心コア部１１の半径、ｂ₂は周辺コア
部１２の半径、Δ11はクラッド１４を基準としたときの
中心コア部１１とクラツド１４との比屈折率差、Δ12は
クラッド１４を基準としたときの周辺コア部１２とクラ
ッド１４との比屈折率差を示している。この例におい
て、ａ₂は３．０μｍ、ｂ₂は４．０μｍ、Δ11は−０．
２％、Δ12は１．３％である。また、クラッド１４の外
径は約１２５μｍである。また、この例における第２の
光ファイバの特性の１．５５μｍにおける計算結果を表
３に示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】第２の光ファイバの屈折率分形状は、コア
が２層以上からなり、コアの中心が低屈折率で、コアの
周辺部が最も高屈折率となっているガウシアン分布とか
けはなれたものであれば特に限定するものではない。ま
た、この第２の光ファイバのＡｅｆｆは８０μｍ² 以上
とされる。このような大きな有効コア断面積は、従来の
ガウシアン分布に近い屈折率分布形状を有するものにお
いては、実現が非常に困難であった。

【００２８】図６は、第１の光ファイバと第２の光ファ
イバとの接続時に、これらの間に挿入する接続用の第３
の光ファイバの屈折率分布形状の一例を示したものであ
る。図６中符号２１は中心コア部であり、その外周上
に、この中心コア部２１よりも高屈折率の周辺コア部２
２が設けられてコア２３が構成されている。そして、こ
のコア２３の外周上に、周辺コア部２２よりも低屈折率
のクラッド２４が設けられている。この例において、中
心コア部２１は純石英ガラスまたはフッ素添加石英ガラ
ス、周辺コア部２２はゲルマニウム添加石英ガラス、ク
ラッド２４は純石英ガラスまたはフッ素添加石英ガラス
から構成されている。また、ａ₃は中心コア部２１の半
径、ｂ₃は周辺コア部２２の半径、Δ２1はクラッド２４
を基準としたときの周辺コア部２２とクラッド２４との
比屈折率差を示している。クラッド２４を基準にしたと
きのクラッド２４と中心コア部２１との比屈折率差は特
に限定されず、後述するＡｅｆｆの設定値によって適宜
調整される。この例においては、クラッド２４と中心コ
ア部２１の屈折率は等しくなっている。この例におい
て、ａ₃は１．８μｍ、ｂ₃は２．７μｍ、Δ21は１．１
２％である。また、クラッド２４の外径は約１２５μｍ
である。また、この例における第３の光ファイバの特性
の１．５５μｍにおける計算結果を表４に示す。

【００２９】

【表４】

【００３０】第３の光ファイバの使用波長におけるＡｅ
ｆｆは、第２の光ファイバのＡｅｆｆよりも小さく設定
されている。第２の光ファイバのＡｅｆｆが第１の光フ
ァイバのＡｅｆｆよりも大きい場合、第３の光ファイバ
のＡｅｆｆは、第２の光ファイバのＡｅｆｆの値と第１
の光ファイバのＡｅｆｆの値の中心値の±１０μｍ² の
範囲が好ましく、この中心値に設定すると最も好まし
い。また、第１の光ファイバのＡｅｆｆの方が、第２の
光ファイバのＡｅｆｆよりも大きい場合、第３の光ファ
イバのＡｅｆｆの値は、第２のＡｅｆｆの値よりも１０
μｍ² 以上小さいと好ましい。また、第３の光ファイバ
の挿入長さは数百ｍ以下とされる。必要以上に長くなる
と、伝送用光ファイバのＡｅｆｆ拡大の効果が減少す
る。

【００３１】第１ないし第３の光ファイバは、ＶＡＤ法
などによって製造することができる。第１の光ファイバ
と第３の光ファイバ、および第３の光ファイバと第２の
光ファイバとの接続方法は特に限定されず、融着接続
法、接着接続法、コネクタ接続法などを例示することが
でき、用途にあわせて適宜選択されるが、接続損失が小
さく、長期信頼性が高いため、通常、融着接続法が適用
される。また、融着接続を行った後、さらに接続部分を
加熱して、コアに添加されているゲルマニウム、フッ素
などのドーパント拡散させると、接続損失をさらに低減
することができ、好ましい。融着接続やドーパントの拡
散においては、アーク放電による放電加熱法、バーナ
ー、レーザなどによる加熱法などが用いられる。また、
加熱条件は特に限定されず、加熱方法や光ファイバの特
性などによって適宜調整される。

【００３２】

【実施例】（実施例１）図３、表１に示した第１の光フ
ァイバと、図４、表３に示した第２の光ファイバとを接
続するにおいて、図６、表４に示した第３の光ファイバ
２ｍを挿入してそれぞれ、放電加熱法によって融着接続
した。第２の光ファイバと第３の光ファイバとの接続部
分の接続損失は０．３ｄＢであった。また、第１の光フ
ァイバと第３の光ファイバとの接続部分の接続損失は
０．６ｄＢであった。ついで、各接続部分に対して追加
放電を行なった結果、それぞれの接続損失は０．１ｄ
Ｂ、０．２ｄＢとなり、合計で０．３ｄＢの損失に抑え
ることができた。

【００３３】（比較例１）第３の光ファイバを挿入しな
い以外は実施例１と同様にして第１の光ファイバと第２
の光ファイバとを直接融着接続し、その後追加放電を行
った。その結果、融着接続後の初期の接続損失は１．５
ｄＢであり、追加放電後の接続損失は１．１ｄＢであっ
た。

【００３４】（実施例２）図５、表２に示したリング型
の屈折率分布形状を有する第１の光ファイバと、第２の
光ファイバとして、図４に示した屈折率分布形状を備
え、ａ₂を３．４μｍ、ｂ₂を５．１μｍ、Δ11を−０．
３％、Δ12を１．２％に設定したものを用いた。この第
２の光ファイバの特性を表５に示した。

【００３５】

【表５】

【００３６】そして、これら第１の光ファイバと第２の
光ファイバとを接続するにおいて、実施例１と同様の第
３の光ファイバ２ｍを挿入してそれぞれ、放電加熱法に
よって融着接続した。第２の光ファイバと第３の光ファ
イバとの接続部分の接続損失は０．１５ｄＢであった。
また、第１の光ファイバと第３の光ファイバとの接続部
分の接続損失は０．５０ｄＢであった。ついで、各接続
部分に対して追加放電を行なった結果、それぞれの接続
損失は０．０５ｄＢ、０．３ｄＢとなり、合計で０．３
５ｄＢの損失に抑えることができた。

【００３７】（比較例２）第３の光ファイバを挿入しな
い以外は実施例２と同様にして第１の光ファイバと第２
の光ファイバとを直接融着接続し、その後追加放電を行
った。その結果、融着接続後の初期の接続損失は０．８
ｄＢであり、追加放電後の接続損失は０．６ｄＢであっ
た。

【００３８】実施例１、２と比較例１、２の結果より、
本発明に係る実施例１、２においては、第１の光ファイ
バと第２の光ファイバとを直接接続した比較例１、２と
くらべて、接続損失を低減できることが明らかとなっ
た。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
中心部と、最も高屈折率の周辺部とを含む少なくとも２
層以上からなるコアを備え、かつ使用波長における有効
コア断面積が、第２の光ファイバよりも小さい第３の光
ファイバを挿入することにより、電磁界分布が大きく異
なり、かつＡｅｆｆの差が大きい第１の光ファイバと第
２の光ファイバとを、従来法と比較して大幅に低損失で
接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の光ファイバの電磁界分布の一例を示し
た図である。

【図２】第２の光ファイバの電磁界分布の一例を示し
た図である。

【図３】第１の光ファイバの屈折率分布形状の一例を
示したグラフである。

【図４】第２の光ファイバの屈折率分布形状の一例を
示したグラフである。

【図５】第１の光ファイバの屈折率分布形状の他の例
を示したグラフである。

【図６】第３の光ファイバの屈折率分布形状の一例を
示したグラフである。

【符号の説明】

１、１１、２１、３１…中心コア部、２…階段コア部、
３２…中間部、１２、２２、３３…周辺コア部、３、１
３、２３、３４…コア、４、１４、２４、３５…クラッ
ド。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアの中心付近が最も高屈折率である第
１の光ファイバと、クラッドよりも低屈折率の中心部
と、最も高屈折率の周辺部とを含む少なくとも２層以上
からなるコアを備え、かつ使用波長における有効コア断
面積が８０μｍ ² 以上である第２の光ファイバとを接続
する際に、当該２本の光ファイバの間に第３の光ファイ
バを挿入する光ファイバの接続方法であって、第３の光ファイバは、中心部と、最も高屈折率の周辺部
とを含む少なくとも２層以上からなるコアを備え、かつ
使用波長における有効コア断面積が、前記第２の光ファ
イバよりも小さいことを特徴とする光ファイバの接続方
法。