JP2002031725A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続相手側の光ファイバとの接続特性が良好
で、機械的強度等の信頼性が高く、小型のファイバグレ
ーティング形成に適する光ファイバを提供する。 【解決手段】 コア１の外周側をコア１よりも屈折率が
小さいクラッド３で覆う。コア１には純石英との比屈折
率差に換算した値が０．４％以上となるようにゲルマニ
ウムを添加する。コア１のクラッド３に対する比屈折率
差の値をΔＴ（％）とし、シングルモード光ファイバに
おけるコアのクラッドに対する比屈折率差の値をΔＳ
（％）としたとき、ΔＴをΔＳ−０．０５％以上かつΔ
Ｓ＋０．０５％以下と成し、使用波長光に対するモード
フィールド径の値をＡ（μｍ）とし、前記接続相手側の
光ファイバにおける前記使用波長光に対するモードフィ
ールド径の値をＢ（μｍ）としたとき、Ａの値をＢ−１
μｍ以上かつＢ＋１μｍ以下と成し、実効遮断波長を
１．３０μｍ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る光ファイバに関するものであり、特にファイバグレー
ティング等の光部品として用いられる光ファイバに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信用の光伝送路として、１．３μｍ
零分散シングルモード光ファイバ（以下、シングルモー
ド光ファイバと称する）が広く用いられている。シング
ルモード光ファイバは、図３に示すように、コア１の外
周側をコア１よりも屈折率が小さいクラッド３で覆って
形成される光ファイバであって、一般に、クラッド３は
純石英により形成され、コア１はゲルマニウムを添加
（ドープ）した石英系ガラスにより形成されている。

【０００３】シングルモード光ファイバにおいて、コア
１のクラッド３に対する比屈折率差の値（ΔＳ）は約
０．３５％と成し、波長１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）
光に対するモードフィールド径の値は１０．１μｍ程度
と成している。また、シングルモード光ファイバの実効
遮断波長は１．３０μｍ以下と成している。

【０００４】上記のようなシングルモード光ファイバを
用いた光ファイバ型光部品として、例えばファイバグレ
ーティング（ＦＢＧ）や光ファイバカプラ、光ファイバ
センサ等が用いられている。このうち、ファイバグレー
ティングは、例えば波長多重伝送システムにおいて、予
め定めた設定波長の光を反射する光反射用の光部品とし
て注目されている。

【０００５】従来のファイバグレーティングは、シング
ルモード光ファイバのコアを形成するゲルマニウム（Ｇ
ｅ）ドープ石英（ＳｉＯ_２）ガラスに強い紫外光を照射
することによって、紫外光が照射された部位の屈折率を
高め、それにより、シングルモード光ファイバのコア内
に周期的な屈折率変化を起こさせ、回折格子を形成した
ものである。ファイバグレーティングの形成方法として
は、例えば、フェイズマスク法やボログラフィック法が
知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ファイ
バグレーティングを形成するときには、一般に、光ファ
イバのグレーティング形成領域の被覆を剥がし、この被
覆除去したグレーティング形成領域に紫外光を照射して
グレーティングの形成（書き込み）を行なうため、被覆
剥離作業で光ファイバの表面に生じる傷や、紫外光照射
による熱的・化学的影響によって光ファイバの機械的強
度の低下が生じ、信頼性の低下が生じる。

【０００７】しかしながら、従来のファイバグレーティ
ングは、上記の如くシングルモード光ファイバを用いて
形成されており、シングルモード光ファイバにドープさ
れているゲルマニウムのドープ量（添加量）は少ない
（純石英との比屈折率差Δに換算した値が０．３５％程
度である）ために、グレーティング形成によって所望の
特性を得ようとした場合にグレーティングの形成長さが
長くなり、それに伴い、上記光ファイバの機械的強度の
低下する部分の長さが長くなり、ファイバグレーティン
グの信頼性を向上させることができないといった問題が
あった。

【０００８】また、グレーティングの形成長さが長くな
ると、その分だけ取り扱いが容易でなくなり、ファイバ
グレーティングをモジュール化して光モジュールとする
場合にも、光モジュールの小型化が困難となるといった
問題もあった。

【０００９】なお、周知の如く、零分散波長を約１．５
５μｍとした分散シフト光ファイバが開発されており、
この光ファイバは、図４に示すような、コア１の周りを
サイドコア２で覆い、その周りをクラッド３で覆った屈
折率プロファイルを有し、コア１へのゲルマニウムドー
プ量を多くしている。そして、この分散シフト光ファイ
バにグレーティングを形成する場合は、ゲルマニウムが
ドープされている領域の屈折率変化量が大きくなるた
め、グレーティング長を短くすることが可能となる。

【００１０】しかしながら、この種の分散シフト光ファ
イバは、コア１のクラッド３に対する比屈折率差が例え
ば同図において０．９％であるように、シングルモード
光ファイバにおける値と大きく異なり、また、波長多重
伝送システムにおいて用いられる使用波長光（一般に
１．５５μｍ帯の光）に対するモードフィールド径がシ
ングルモード光ファイバに比べて小さい。したがって、
分散シフト光ファイバはシングルモード光ファイバとの
接続特性が悪く（接続損失が大きく）、例えば上記波長
多重伝送システムにおける損失増加を招くといった問題
があった。

【００１１】また、この分散シフト光ファイバは、１．
５５μｍ付近での波長分散を零とするため、使用波長帯
として想定されない１．３μｍ付近でのシングルモード
動作が保証されておらず、１．３μｍ帯の光伝送に適さ
ないものとなることもある。

【００１２】本発明は上記従来の課題を解決するために
成されたものであり、その目的は、シングルモード光フ
ァイバ等の接続相手側の光ファイバとの接続特性が良好
で、かつ、機械的強度等の信頼性が高く、小型のファイ
バグレーティング光モジュールを形成可能な光ファイバ
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、第１の発明は、コアの
外周側を該コアよりも屈折率が小さいクラッドで覆って
形成される光ファイバであって、前記コアにはゲルマニ
ウムが添加され、該ゲルマニウムの添加量は純石英との
比屈折率差に換算した値が０．４％以上と成しており、
前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差の値をΔＴ
（％）とし、接続相手側の光ファイバにおけるコアのク
ラッドに対する比屈折率差の値をΔＳ（％）としたと
き、ΔＴをΔＳ−０．０５％以上かつΔＳ＋０．０５％
以下と成し、使用波長光に対するモードフィールド径の
値をＡ（μｍ）とし、前記接続相手側の光ファイバにお
ける前記使用波長光に対するモードフィールド径の値を
Ｂ（μｍ）としたとき、Ａの値をＢ−１μｍ以上かつＢ
＋１μｍ以下と成し、実効遮断波長が１．３０μｍ以下
と成している構成をもって課題を解決する手段としてい
る。

【００１４】また、第２の発明は、上記第１の発明の構
成に加え、前記コアはゲルマニウムとフッ素を添加した
石英系ガラスにより形成されている構成をもって課題を
解決する手段としている。

【００１５】さらに、第３の発明は、上記第１の発明の
構成に加え、前記コアはゲルマニウムを添加した石英系
ガラスにより形成され、クラッドはゲルマニウムとフッ
素を添加した石英系ガラスにより形成されている構成を
もって課題を解決する手段としている。

【００１６】さらに、第４の発明は、上記第１又は第２
又は第３の発明の構成に加え、少なくともゲルマニウム
が添加されている領域にグレーティングを形成した構成
をもって課題を解決する手段としている。

【００１７】上記構成の本発明において、コアに添加さ
れているゲルマニウムは、石英との比屈折率差に換算し
た値（添加濃度）が０．４％以上と成しており、この値
はシングルモード光ファイバに比べて大きく、紫外光照
射によるコア等のゲルマニウム添加部の屈折率変化量の
度合いが大きい。

【００１８】したがって、本発明の光ファイバは、シン
グルモード光ファイバと比較した場合、同じ機能を得る
ために必要なグレーティング形成長さが短くてすみ、そ
の分だけ取り扱いが容易となり、小型なファイバグレー
ティング光モジュールの形成が可能となる。また、本発
明の光ファイバは、上記の如く、同じ機能を得るために
必要なグレーティング形成長さがシングルモード光ファ
イバより短くなる分だけ、機械的強度の低下が低減さ
れ、より信頼性の高いファイバグレーティングを形成可
能となる。

【００１９】さらに、本発明の光ファイバは、コアのク
ラッドに対する比屈折率差の値をΔＴ（％）とし、接続
相手側の光ファイバにおけるコアのクラッドに対する比
屈折率差の値をΔＳ（％）としたとき、ΔＴをΔＳ−
０．０５％以上かつΔＳ＋０．０５％以下と成し、使用
波長光に対するモードフィールド径の値をＡ（μｍ）と
し、前記接続相手側の光ファイバにおける前記使用波長
光に対するモードフィールド径の値をＢ（μｍ）とした
とき、Ａの値をＢ−１μｍ以上かつＢ＋１μｍ以下と成
しており、コアのクラッドに対する比屈折率差および使
用波長光に対するモードフィールド径が接続相手側の光
ファイバにおける値に近い値であるために、接続相手側
の光ファイバとの接続特性が良好となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明におい
て、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。図１には、本発明に係る光ファイバ
の第１実施形態例（実施形態例１）の屈折率プロファイ
ルが示されている。

【００２１】同図に示すように、本実施形態例の光ファ
イバは、コア１の外周側をコア１よりも屈折率が小さい
クラッド３で覆って形成される光ファイバである。前記
コア１はゲルマニウムとフッ素（Ｆ）を添加した石英系
ガラス（ＳｉＯ_２−ＧｅＯ_２−Ｆ）により形成されてお
り、コア１へのゲルマニウムの添加量は純石英との比屈
折率差に換算した値が０．４％以上と成している。クラ
ッド３は純石英ガラス（ＳｉＯ_２）により形成されてい
る。

【００２２】また、本実施形態例の光ファイバは、表１
に示すように、コア１のクラッド３に対する比屈折率差
の値（ΔＴ）が０．３５％と成しており、この値は接続
相手側光ファイバとしてのシングルモード光ファイバに
おけるコア１のクラッド３に対する比屈折率差の値（Δ
Ｓ）と等しい値である。

【００２３】

【表１】

【００２４】さらに、表１に示すような構造の光ファイ
バを試作した。ここで、クラッド外径は１２５μｍ、被
覆後の外径は２５０μｍとなるようにした。本実施形態
例の光ファイバは、使用波長光としての波長１．５５μ
ｍ光に対するモードフィールド径の値Ａが１０．２μｍ
と成しており、この値Ａはシングルモード光ファイバの
モードフィールド径の値Ｂ−１μｍ以上Ｂ＋１μｍ以下
（ここでは、シングルモード光ファイバのモードフィー
ルド径が１０．１μｍであるから、Ａ＝Ｂ＋０．１μ
ｍ）である。また、本実施形態例の光ファイバの実効遮
断波長は１．３０μｍ以下の１．２８μｍと成してい
る。

【００２５】なお、表１には、図４に示した分散シフト
光ファイバの特性も示されており、この分散シフト光フ
ァイバは、コア１のクラッド３に対する比屈折率差が
０．９０％と大きく、石英に高濃度のゲルマニウムがド
ープされている。

【００２６】本実施形態例は上記のように構成されてお
り、コア１へのゲルマニウムの添加量がシングルモード
光ファイバに比べて大きいために、紫外光照射によるコ
ア部の屈折率変化量の度合いが大きく、同じ遮断特性
（アイソレーション）を得るために必要なグレーティン
グ長さが、シングルモード光ファイバに比べて短くてす
む。

【００２７】実際に、本発明者が、表１に示したそれぞ
れの光ファイバについて、コア１のグレーティング形成
領域に紫外光を照射してグレーティングを形成し、アイ
ソレーションが３１ｄＢとなる遮断特性を得るために必
要なグレーティングの長さを求めたところ、表２に示す
結果が得られた。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、本実施形態例の
光ファイバは、同じ遮断特性（アイソレーション）を得
るために必要なグレーティング長さが、シングルモード
光ファイバに比べて格段に短くてすむことが分かった。

【００３０】したがって、本実施形態例の光ファイバを
ファイバグレーティングとして適用すると、シングルモ
ード光ファイバを用いて形成したファイバグレーティン
グに比べてグレーティング形成長さが短くてすむ分だけ
取り扱いが容易となり、小型なファイバグレーティング
光モジュールの形成が可能となる。

【００３１】また、本実施形態例の光ファイバは、上記
の如く、同じ機能を得るために必要なグレーティング形
成長さがシングルモード光ファイバより短くなる分だ
け、機械的強度の低下を低減することができ、より信頼
性の高いファイバグレーティングを形成できる。

【００３２】実際に、本発明者が表１に示した各光ファ
イバにそれぞれ上記グレーティングを形成して、これら
のファイバグレーティングに１４．７Ｎまで荷重を加え
て引っ張り強度試験を行なった結果、表３の結果が得ら
れ、本実施形態例の光ファイバがシングルモード光ファ
イバよりも機械的強度の低下が少ないことが確認でき
た。なお、表３に示す試験結果は、それぞれの光ファイ
バごとに５０個ずつファイバグレーティングを形成し
（サンプル数ｎをそれぞれ、ｎ＝５０とし）、その中で
破断した光ファイバの数を調べた結果である。

【００３３】

【表３】

【００３４】また、本実施形態例の光ファイバは、コア
１のクラッド３に対する比屈折率差および使用波長光に
対するモードフィールド径がシングルモード光ファイバ
における値と同等の値であり、実効遮断波長も１．３μ
ｍ以下と成しているために、接続相手側の光ファイバと
の接続特性が良好で、使用波長光（この場合、１．５５
μｍ帯の波長の光）の伝送特性も良好な光ファイバとす
ることができる。

【００３５】実際に、本発明者が本実施形態例の光ファ
イバ、シングルモード光ファイバ、分散シフト光ファイ
バをそれぞれシングルモード光ファイバと接続したとき
の接続損失を求めた結果、表４に示す結果が得られた。

【００３６】

【表４】

【００３７】この表から明らかなように、本実施形態例
の光ファイバは、融着接続とメカニカルスプライス接続
の両方において、シングルモード光ファイバとの接続損
失が小さく、その値はシングルモード光ファイバ同士の
接続損失と大差がなかった。それに対し、分散シフト光
ファイバは、表４に示すように、シングルモード光ファ
イバとの接続特性が悪く、したがって、たとえ表３に示
したようにファイバグレーティングとしての機械的強度
特性は良好であっても波長多重伝送システム等のシステ
ムに適用する際、好ましくないことが分かった。

【００３８】以上のように、本実施形態例の光ファイバ
は、ファイバグレーティングとして用いたときに、その
機械的強度が良好で小型の光モジュールを形成すること
ができるし、シングルモード光ファイバとの接続特性も
良好であり、強度特性と光学的特性の両方が良好な優れ
た光ファイバであり、例えば波長多重伝送等の光通信シ
ステムに適した優れたファイバグレーティング用の光フ
ァイバとすることができる。

【００３９】次に、本発明に係る光ファイバの第２実施
形態例について説明する。図２の（ａ）〜（ｃ）には、
本第２実施形態例として、具体例１〜３の屈折率プロフ
ァイルがそれぞれ示されている。また、具体例１〜３の
コア１およびクラッド３の組成および特性が表５に示さ
れている。

【００４０】

【表５】

【００４１】本第２実施形態例の光ファイバは、上記第
１実施形態例とほぼ同様に構成されており、本第２実施
形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、
コア１およびクラッド３の組成を表５に示した値とした
ことである。

【００４２】具体的には、図２の（ａ）および表５に示
すように、具体例１の光ファイバは、コア１とクラッド
３に同量（純石英との比屈折率差Δに換算した値が＋
０．５１％となる量）のゲルマニウムをドープしてお
り、クラッド３には純石英との比屈折率差に換算したと
きに−０．３４％となる量だけフッ素をドープしてい
る。上記組成により、具体例１は、コア１のクラッド３
に対する比屈折率差を０．３４％としている。

【００４３】また、同図の（ｂ）および表５に示すよう
に、具体例２の光ファイバは、コア１に純石英との比屈
折率差Δに換算した値が＋０．４９％となる量のゲルマ
ニウムをドープしており、クラッド３には純石英との比
屈折率差Δに換算した値が＋０．１５％となる量のゲル
マニウムをドープしており、さらに、コア１とクラッド
３に同量（純石英との比屈折率差Δに換算した値が−
０．１５％となる量）のフッ素をドープしている。上記
組成により、具体例２はコア１のクラッド３に対する比
屈折率差を０．３４％としている。

【００４４】また、同図の（ｃ）および表５に示すよう
に、具体例３の光ファイバは、コア１とクラッド３に互
いに異なる量のゲルマニウムとフッ素をドープしてい
る。すなわち、コア１には純石英との比屈折率差Δに換
算した値が＋０．５３％となる量のゲルマニウムと−
０．０８％となるフッ素をドープしており、クラッド３
には純石英との比屈折率差Δに換算した値が＋０．１５
％となる量のゲルマニウムと−０．０６％となるフッ素
をドープしている。上記組成により、具体例３はコア１
のクラッド３に対する比屈折率差を０．３６％としてい
る。

【００４５】本第２実施形態例の各具体例は以上のよう
に構成されており、各具体例も上記第１実施形態例と同
様に、コア１にドープするゲルマニウムのドープ量がシ
ングルモード光ファイバに比べて多いことから、上記第
１実施形態例と同様に、シングルモード光ファイバと比
較した場合に、同じ機能を得るために必要なグレーティ
ング形成長さが短くてすみ、その分だけ取り扱いが容易
となり、小型なファイバグレーティング光モジュールを
形成できるし、機械的強度の低下を低減して信頼性の高
いファイバグレーティングを形成できる。

【００４６】また、本第２実施形態例の光ファイバも上
記第１実施形態例と同様に、コアのクラッドに対する比
屈折率差、使用波長光（ここでは１．５５μｍの光）に
対するモードフィールド径がシングルモード光ファイバ
と同等であり、実効遮断波長が１．３μｍ以下であるた
めに、シングルモード光ファイバと小さい接続損失で接
続でき、使用波長光の伝搬特性も良好で、光学特性と強
度特性が共に良好な優れた光ファイバとすることがで
き、例えば波長多重伝送システムに適したグレーティン
グ用の光ファイバとすることができる。

【００４７】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば本
発明において、コア１やクラッド３にドープするゲルマ
ニウムやフッ素のドープ量は特に限定されるものではな
く、コア１にドープするゲルマニウムのドープ量を純石
英との比屈折率差に換算して０．４％以上とし、かつ、
コアのクラッドに対する比屈折率差、使用波長光に対す
るモードフィールド径を上記各実施形態例のようにシン
グルモード光ファイバ等の接続相手側の光ファイバに近
い特性となるようにすることにより、上記各実施形態例
と同様の効果を奏することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、コアへのゲルマニウム
ドープ量を０．４％以上に多くし、かつ、コアのクラッ
ドに対する比屈折率差の値、使用波長光に対するモード
フィールド径の値を接続相手側の光ファイバに近い値と
したものであるから、紫外光照射によるコア部の屈折率
変化量の度合いを大きくして、同じ機能を得るために必
要なグレーティング形成長さを短くし、かつ、接続相手
側の光ファイバとの接続特性を良好にすることができ
る。また、本発明は、実効遮断波長を１．３μｍ以下と
しているので、例えば前記使用波長光を波長多重伝送用
の波長として一般的な１．５５μｍ帯の波長としたとき
の光伝送特性も良好にできる。

【００４９】また、第２、第３の発明によれば、コアは
ゲルマニウムとフッ素を添加した石英系ガラスにより形
成したり、コアはゲルマニウムを添加した石英系ガラス
により形成し、かつ、クラッドはゲルマニウムとフッ素
を添加した石英系ガラスにより形成したりすることによ
り、従来の光ファイバ製造技術を用いて上記優れた効果
を奏する光ファイバを容易に得ることができる。

【００５０】さらに、第４の発明によれば、少なくとも
コアのグレーティング形成領域にグレーティングを形成
したものであるから、上記効果を奏し、機械的強度の低
下抑制が可能で、取り扱いが容易な小型のファイバグレ
ーティング光モジュールを形成でき、しかも、シングル
モード光ファイバとの接続特性も良好な優れた光ファイ
バとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ファイバの第１実施形態例の屈
折率プロファイルを示す要部構成図である。

【図２】本発明に係る光ファイバの第２実施形態例の屈
折率プロファイルを示す要部構成図である。

【図３】標準的なシングルモード光ファイバの屈折率プ
ロファイルを示す要部構成図である。

【図４】波長１．５５μｍに零分散を有する分散シフト
光ファイバの屈折率プロファイルを示す要部構成図であ
る。

【符号の説明】

１ コア ２ サイドコア ３ クラッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアの外周側を該コアよりも屈折率が小
   さいクラッドで覆って形成される光ファイバであって、
   前記コアにはゲルマニウムが添加され、該ゲルマニウム
   の添加量は純石英との比屈折率差に換算した値が０．４
   ％以上と成しており、前記コアの前記クラッドに対する
   比屈折率差の値をΔＴ（％）とし、接続相手側の光ファ
   イバにおけるコアのクラッドに対する比屈折率差の値を
   ΔＳ（％）としたとき、ΔＴをΔＳ−０．０５％以上か
   つΔＳ＋０．０５％以下と成し、使用波長光に対するモ
   ードフィールド径の値をＡ（μｍ）とし、前記接続相手
   側の光ファイバにおける前記使用波長光に対するモード
   フィールド径の値をＢ（μｍ）としたとき、Ａの値をＢ
   −１μｍ以上かつＢ＋１μｍ以下と成し、実効遮断波長
   が１．３０μｍ以下と成していることを特徴とする光フ
   ァイバ。
2. 【請求項２】 コアはゲルマニウムとフッ素を添加した
   石英系ガラスにより形成されていることを特徴とする請
   求項１記載の光ファイバ。
3. 【請求項３】 コアはゲルマニウムを添加した石英系ガ
   ラスにより形成され、クラッドはゲルマニウムとフッ素
   を添加した石英系ガラスにより形成されていることを特
   徴とする請求項１記載の光ファイバ。
4. 【請求項４】 少なくともゲルマニウムが添加されてい
   る領域にグレーティングを形成したことを特徴とする請
   求項１又は請求項２又は請求項３記載の光ファイバ。