JP2004123527A - スピン振幅非対称制御を利用する光ファイバ線引き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】距離による１次偏光モード分散だけでなく、波長により発生する２次偏光モード分散も適切に制御可能なように光ファイバにスピンを与える方法を提供する。
【解決手段】本発明は、光ファイバ母材を使用する光ファイバ製造方法において、光ファイバ母材の終端を加熱して溶融させて引き出す溶融線引き過程と、光ファイバの引出方向に交差する予め設定された方向に一定のスピンを与える１次スピン形成過程と、所定のスピン関数により、１次スピンが与えられた光ファイバ上に追加的なスピンを与える２次スピン形成過程とを含むことを特徴とするスピン振幅非対称制御を利用する光ファイバ引出方法を提供する。
【選択図】　図３

Description

　本発明は光ファイバの偏光モード分散(Polarization Mode Dispersion)を最小化するための光ファイバ制作方法に関して、特にスピン関数(Function)による周期を有する光ファイバの制作方法に関するものである。

　偏光モード分散現象は、光ファイバの幾何学的な欠陥などにより、光ファイバ内を進行するとともに縮退(Degenerated)していく光信号が、その偏光モード間の進行速度に時間遅延(Differential Group Delay)現象を生じることを意味し、このような時間遅延現象が、光信号を構成する各構成偏光モードが相互重畳してしまう要因として作用する。

　このような偏光モード分散現象の要因としては、光ファイバを構成する材質自体の屈折率特性による材料分散と、光ファイバに加えられる張力、軸圧、及び温度変化による熱応力などの多様な応力により発生する幾何学的な構造欠陥などがある。

　この偏光モード分散は光信号のスペクトル幅を拡大させ、光信号間の相互干渉の要因として作用し、長距離伝送及び一定の光通信波長帯域を多分割する波長分割多重化方式の光通信網の制限要因として作用する。

　通常は、偏光モード分散現象を最小化するために、光ファイバの線引き工程において、光ファイバにスピンを与える方法が採用されている。この方法には、単一周期のスピン関数で光ファイバにスピンを与える方法と、多少相違した変化率をもって光ファイバにスピンを与える方法がある。光ファイバにスピンを印加する程度はほとんどの場合単位長さ当たりのスピン数(turns/meter)で示されるが、スピン数の増加と偏光モード分散の減少幅との相関関係について多様な研究が以前から行われている。

　光ファイバにスピンを与える方法におけるスピンの振幅(Amplitude)と周期を変調させる方法に関して、特許文献１に、振幅と周期を正弦関数により変調させたスピン関数について開示されている。

米国特許第５，９４３，４６６号

　数式１によれば、ｆ_ｍsin（２πｚ／Λ)の正弦関数をｆ_０ｚ項に適用して周期項を変調するスピン関数がわかる。

　数式１において、α(z)は光ファイバに印加されるスピンの周期と振幅を示すスピン関数で、α0はスピン振幅を意味し且つturns/meterを示し、ｆ0は中心周波数、ｆmは変調周波数、Λは変調周期をそれぞれ示す。Zは、光ファイバの引出方向への長さを意味する。上記の数式１を分解すれば、下記のようである。

　すなわち、２つの正弦関数の和であり、図１及び図２に示したような周波数及び振幅変調関数で示され、それぞれの形態はｆ_m及びΛにより異なってきている。また、各項は周波数と振幅を正弦関数に則って変調させる。

　このような従来の、振幅と周期を正弦関数により変調する方式は、距離による１次偏光モード分散を最小化させる。

　しかし、従来の振幅と周期を正弦関数により変調する方式は、正弦関数を利用してスピンの周期と振幅を変調することから、スピン数と方向を非対称に成形することは不可能である。また、従来の正弦関数を利用した周期と振幅を変調する方法のスピン関数は、距離による偏光モード分散を示す１次偏光モード分散現象以外に、それぞれの波長による偏光モード分散を示す２次偏光モード分散現象により波長分割多重化方式の長距離光通信網の信号が攪乱されるという問題を解決することができない。

　上記問題点に鑑みて本発明の主な目的は、距離による１次偏光モード分散だけでなく、波長により発生する２次偏光モード分散も適切に制御可能なように光ファイバにスピンを与える方法を提供することにある。

　このような目的を達成するために本発明は、光ファイバ母材を使用する光ファイバ製造工程において、光ファイバ母材の終端を加熱し溶融させて線引きを行う溶融線引き過程と、その線引き方向に交差する予め設定された方向で、引き出した光ファイバに一定の１次スピンを与える１次スピン形成過程と、所定のスピン関数により、１次スピンが与えられた光ファイバに追加的な２次スピンを与える２次スピン形成過程と、を含むことを特徴とするスピン振幅非対称制御を利用した光ファイバ線引き方法を提供する。

　すなわち、一定周期のねじりである１次スピンを光ファイバに加えたうえに、たとえば正弦関数としたスピン関数に従う周期的変動のねじりである２次スピンをさらに加える線引き方法とするものである。

　本発明は、光ファイバの線引き過程で光ファイバに１次スピンを与えた後、所定のスピン関数により前記１次スピンが与えられた光ファイバ上に追加的な２次スピンを与えることにより、距離による偏光モード分散の１次偏光モード分散現象と、多数の波長別に発生し得る偏光モード分散の２次以上の偏光モード分散現象を最小化させる効果がある。

　以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。本発明の説明において、関連した公知機能あるいは構成に関する具体的な説明は、本発明の要旨を明確にする意味から、その詳しい説明は省略する。

　数式３は、光ファイバ上に予め設定された周期と振幅を有するスピンを印加した後、さらに正弦関数に則って周期が変調するスピンを印加することを示すものである。

　Ｓ(z)は光ファイバに印加されるスピンの周期と振幅を示すスピン関数で、α0はスピン振幅で且つturns/meterを示す。また、ｆ0は中心周波数を、αは整数形態のスピン振幅をそれぞれ示し、図３のように具現される。

　光信号を伝送するコアとこのコアの外周面を取り囲むクラッドとを有する光ファイバ母材を使用する光ファイバ製造工程は、本発明によると、光ファイバ母材の終端を加熱し溶融させて線引きを行う溶融・線引き過程と、１次スピン形成過程と、２次スピン形成過程とを含む。

　溶融・線引き過程は、光ファイバ母材の終端を加熱し溶融させて線引きを行い、光ファイバを引き出す過程である。

　１次スピン形成過程は、光ファイバの線引き方向に交差する予め設定された方向で、引き出した光ファイバに一定のスピンを与える過程である。例えば、光ファイバの線引き方向に対して交差する時計方向または反時計方向の一定方向にスピンを印加する。１次スピンの形成過程は数式３のnα項に該当し、光ファイバ線引き過程のうちに、スピン関数の形態ではなく、所定の間隔で一定の定数形態で光ファイバにスピン（ねじり）を与えることを意味する。

　２次スピン形成過程は、１次スピン形成により初期スピンが与えられた光ファイバに、所定のスピン関数により追加的なスピンを与える過程である。

　このようなスピン振幅の非対称制御を通じる光ファイバ線引き方法は、１次スピン形成過程と２次スピン形成過程とにおいて、光ファイバに加えるスピン数につき、相互に異なるように与えることを意味する。例えば、線引き過程で予め設定された回数のスピンを光ファイバに加えると仮定すれば、その１次スピンが形成された光ファイバに対し、１次スピンの数と異なる回数の２次スピンを与える方法である。すなわち、nαにより予め設定された方向とスピン数で光ファイバに１次スピンを与えた後、α0Sin（２πｆ0）により、スピン方向とスピン数が相違する非対称構造の２次スピンを与えることにより、１次偏光モード分散と偏差(Deviation)を減少させ、且つ２次偏光モード分散特性を向上させる。

　 本発明の一実施例を示した図５を参照すれば、光ファイバ母材から光ファイバを引き出すホイール５３０を、光ファイバ引出軸５１０から予め設定された角度傾いた傾斜軸５２０で設置することによりし、引き出される光ファイバに単一方向に予め設定された初期角度θiのねじりを与えることができる（１次スピン形成過程）。この初期角度θiを基準としてホイール５３０を、スピン関数の数式３により所定範囲のスピン角度θ_ｓ１， θ_ｓ２で、光ファイバ引出軸５１０と交差する方向の左右に往復運動（揺動）させることにより、光ファイバに偏光モード分散現象を最小化するための追加のねじりが形成される（２次スピン形成過程）。すなわち、光ファイバに１次スピンを形成させるため、ホイール５３０を予め設定された初期角度θiで 傾け、この状態で引き出される光ファイバに２次スピンを形成するために、ホイール５３０を予め設定された範囲の角度θs1，θs2内で左右往復揺動させることにより、引き出される光ファイバには数式３のようなスピンが追加される。

　本発明の他の実施例を示す図６を参照すれば、光ファイバ引出軸６１０から予め設定された初期角度θiだけ傾いた軸６２０を有する第１ホイール６３０と、この第１ホイール６３０により初期角θiに従う１次スピンが形成された光ファイバに、２次スピンを形成するための第２ホイール６３１とが備えられている。

　第１ホイール６３０は、光ファイバ引出軸６１０から予め設定された初期角度θiだけ傾いており、第１ホイール６３０を経て引き出される光ファイバに一定周期のねじりを与えることができる。

　第２ホイール６３１は、数式３のようなスピン関数により所定のスピン角範囲内(θs1，θs2)で、光ファイバ引出軸６１０を基準として、引出軸６１０と交差する左右方向に往復運動をする。すなわち、初期角θiによるねじりが形成された光ファイバに、再び数式３のようなスピン関数により周期と振幅が変調された２次スピンが形成された光ファイバが制作される。

　光ファイバの長さによる偏光モード分散偏差を示す図４を参照すれば、従来の偏光モード分散４１０に比べて、本例の非対称制御スピン振幅変調を利用する光ファイバ線引き方法の偏光モード分散４２０は減少することがわかる。

従来における正弦関数によるスピン振幅変調を示すグラフ。 従来における正弦関数によるスピン振幅変調の他の例を示すグラフ。 本発明に係るスピン関数の重畳を示すグラフ。 光ファイバ長さによる偏光モード分散偏差を比較して示すグラフ。 本発明の一実施例を示し、光ファイバに１次スピンと２次スピンを与えるホイールの概略平面図。 本発明の他の実施例を示し、光ファイバに１次スピンを与えるホイールと２次スピンを与えるホイールの概略平面図。

Claims (3)

1. 　光ファイバ母材を使用する光ファイバ製造工程で、前記光ファイバ母材の終端を加熱し溶融させて線引きを行う光ファイバ線引き方法において、
   　光ファイバの線引き方向に交差する予め設定された方向で、引き出される光ファイバに一定の１次スピンを与える１次スピン形成過程と、
   　所定のスピン関数により、前記１次スピンが与えられた光ファイバに追加的な２次スピンを与える２次スピン形成過程と、を含むことを特徴とする光ファイバ線引き方法。
2. 　光ファイバに与える１次及び２次スピンのスピン数が相互に異なる請求項１記載の光ファイバ線引き方法。
3. 　光ファイバ母材を使用する光ファイバ製造工程で、前記光ファイバ母材端部を溶融させて光ファイバを引き出す光ファイバ線引き方法において、
   　引き出される光ファイバに対し、数式１(式中、Ｓ(z)はスピン関数、α0はスピン振幅、ｆ0 は中心周波数、αは所定の整数形態のスピン振幅)を利用して、予め設定された一定周期の１次スピンを与えるとともに該１次スピンの形成された光ファイバに正弦関数に従うスピン関数で変調する２次スピンを与えることを特徴とする光ファイバ線引き方法。