JP2004177630A

JP2004177630A - 光信号減衰用ファイバ

Info

Publication number: JP2004177630A
Application number: JP2002343222A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Yamaguchi; 雅光山口; Hajime Tanimoto; 元谷本; Kentaro Nouchi; 健太郎野内; Yuichi Morishita; 裕一森下; Eiji Matsuyama; 栄治松山
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24
Also published as: US20040114903A1; CA2450333A1; CN1503015A; US7092610B2; CA2450333C

Abstract

【解決手段】光ファイバのコアおよび／またはクラッドに２種類以上の光信号減衰用ドーパントを共に添加して、ドーパントの種類と濃度を調整することにより光信号減衰用ファイバ１とする。好ましくは波長が長くなるほど光信号の吸収が増大するドーパントと波長が長くなるほど光信号の吸収が減少するドーパントを共に添加する。上記ドーパントとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｔｍから選択された２種以上の遷移金属であることが好ましく、またドーパントを添加する領域がコアを中心としてコア径の６倍以下の領域であることが好ましい。
【効果】広い波長範囲に亘って減衰量が平坦な光信号減衰用ファイバを提供できる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光減衰器や光終端器などに用いられる光信号を減衰するためのファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年光ファイバ通信網の発達が著しく、この中で様々な光デバイスが用いられてきている。この光デバイスの一種である光固定減衰器は、光信号を積極的に減衰させることにより光ファイバ通信網における光パワーレベルを適正範囲に調整するためのデバイスである。また、光終端器は、一度入力した光信号が端面から反射等により戻り光として再入力した場合にこの戻り光を減衰させて、不要な光信号の影響を取り除くためのデバイスである。
【０００３】
これらの光デバイスに用いられる光信号減衰用ファイバは、通常、Ｇｅ（ゲルマニウム）をドープして屈折率を高くした石英ガラスからなるコアに光信号を積極的に減衰させるコバルト（Ｃｏ）をドーパントとして含有させている。
【０００４】
近年、ＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）ネットワークの進展により、光固定減衰器や光終端器の需要が非常に高まってきている。このＷＤＭシステムにおいては光信号の波長は百数十波にもなる勢いである。そしてそれぞれの波長において減衰量は一定であることが求められてきている。
【０００５】
従って、光固定減衰器や光終端器に用いられる光信号減衰用ファイバにおいては通信波長である１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの両波長のみならず広い波長範囲で同等の減衰量を有する光信号減衰用ファイバが望まれている。
【０００６】
従来は広い波長範囲に亘って減衰量が一定である光信号減衰用ファイバを得るために、モードフィールド径（ＭＦＤ）の波長特性を利用してコア内のドーパント領域を狭め、構造を最適化する方法により対応してきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１３６７３６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
即ち、従来から光信号減衰用ファイバに用いられているドーパントであるＣｏは、波長が長くなるほど光信号の吸収が増大する特性を有している。このような特性のＣｏをコアに添加して広い波長範囲に亘って減衰量が平坦な光信号減衰用ファイバを作成する場合、前記したようにモードフィールド径（ＭＦＤ）の波長特性を利用してコア内のドーパント領域を狭め、構造を最適化する方法を採用してきた。
【０００９】
しかし、コア内のドーパント領域を狭めてＣｏを添加する方法では、ドーパント領域が狭くなったために、ある減衰量を得るためにはＣｏの濃度を高めて行かなければならない。一方、Ｃｏを添加する方法は含浸法と呼ばれる方法を用いているため、高濃度のＣｏを添加することが極めて困難であった。
【００１０】
本発明は広い波長範囲に亘って同等の減衰量を有する光信号減衰用ファイバを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
【００１２】
〈構成１〉
光信号を減衰させるｎ種類（ｎ≧２）のドーパントをコアおよび／またはクラッドに含有している光信号減衰用ファイバであって、波長 λｉ（ｉ＝１、２、・・・・、ｍ：ただしｍ≧２）で使用され、かつ次のような関係式が満たされるように前記ドーパントの濃度ｗｊ（ｊ＝１，２，３，・・・，ｎ）が調整されたことを特徴とする光信号減衰用ファイバ。
【式１】

【式２】

【００１３】
〈構成２〉
前記ドーパントは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｔｍから選択された２種以上の遷移金属であることを特徴とする構成１記載の光信号減衰用ファイバ。
【００１４】
〈構成３〉
前記ドーパントを添加する領域がコアを中心としてコア径の６倍以下の領域であることを特徴とする構成１または構成２記載の光信号減衰用ファイバ。
【００１５】
〈構成４〉
前記光信号波長は１２００〜１７００ｎｍの範囲であることを特徴とする構成１から構成３までのいずれかの構成に記載の光信号減衰用ファイバ。
【００１６】
〈構成５〉
前記光信号波長は１３１０ｎｍと１５５０ｎｍであることを特徴とする構成４記載の光信号減衰用ファイバ。
【００１７】
〈構成６〉
前記光信号減衰用ファイバは、前記光信号波長においてシングルモードであることを特徴とする構成１から構成５までのいずれかの構成に記載の光信号減衰用ファイバ。
【００１８】
〈構成７〉
前記ドーパントを添加する領域において、前記ドーパントの分布が不均一であることを特徴とする構成１から構成６までのいずれかの構成に記載の光信号減衰用ファイバ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。
【００２０】
図１は光減衰器や光終端器を構成するフェルール内に本発明の光信号減衰用ファイバを配置した例を表した図である。図１（ａ）はその縦断面図であり、図１（ｂ）は横断面図である。
【００２１】
図１において、１はコアに光信号減衰用ドーパントが添加されている光信号減衰用ファイバで、通常シングルモードファイバが用いられる。この光信号減衰用ファイバの外径は１２５μｍであり、内径が１２６μｍ程度のフェルール２の挿入孔内に挿入され、接着剤により固定されている。この場合における光信号減衰用ファイバの長さは標準的には２２．４ｍｍである。そしてこの光信号減衰用ファイバ１が挿入されたフェルール２は図示しない光コネクタ等に配置され光固定減衰器や光終端器を構成している。
【００２２】
本発明の基本的な考え方は、少なくとも２種類の光信号減衰用ドーパントを光ファイバに共添加して、広範囲な波長域に亘って光信号の減衰量が平坦になるようにしたものである。従って、それぞれの光信号減衰用ドーパントを本発明を構成する式を満たすように光ファイバに共添加すればその目的が達成される。
次の式は、この光ファイバは、実際に伝送されるどの波長の光に対しても、減衰量のばらつきが、０．９〜１．１の範囲にあることを意味する。
【式１】

次の式は、ある波長に対する光信号の減衰量が、全てのドーパントによる減衰量を累積したものであることを示し、上記の式の分母と分子は、こうして求める。
【式２】

【００２３】
光信号減衰用ドーパントは従来から知られているように波長によって減衰量が異なっている。図２に各光信号減衰用ドーパントの減衰量の波長特性を示す。これは光ファイバのコア全体に均一に光信号減衰用ドーパントをそれぞれ添加し、作製条件を同一にして光信号減衰用ファイバを作製し、その吸収波長特性を測定したものである。このときのコアとクラッドの比屈折率差は０．３％、コアには屈折率を上昇させるドーパントであるＧｅを添加し、クラッドには純石英ガラスを用いた。コア径は８μｍとした。またドーパントの濃度は減衰量１〜１０ｄＢ／ｃｍが得られる濃度である１０００〜１００００ｐｐｍとした。図２には通信波長である１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの各光信号減衰用ドーパント１ｐｐｍ当たりの減衰量も同時に示す。
【００２４】
ところで、ガラス中に含有された遷移金属はイオンの状態で存在することが知られている。例えば、ＶはＶ^３＋、Ｖ^４＋、Ｖ^５＋、ＣｒはＣｒ^３＋、Ｃｒ^６＋、ＭｎはＭｎ^２＋、Ｍｎ^３＋、ＦｅはＦｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、ＣｏはＣｏ^２＋、ＮｉはＮｉ^２＋である。この中でＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅは２種以上のイオン状態で存在する。この２種以上のイオン状態の比率（平衡状態）はガラスを作製するときの雰囲気、例えば、酸化・還元雰囲気に大きく影響される。一般に酸化雰囲気でガラスが作製されれば価数の小さいイオン状態の比率が増え、還元雰囲気で作製されれば価数の大きいイオン状態の比率が増えてくる。遷移金属イオンの価数が変わればその吸収の波長特性が変わることから、ガラスの作製雰囲気によって遷移金属イオン添加ガラスの吸収の波長特性が変わってくることになる。
【００２５】
一方、Ｃｏ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^３＋の配位状態はガラスの冷却速度によって異なることが知られている。この配位状態の違いによっても遷移金属イオン添加ガラスの吸収の波長特性が変わってくる。このことは光ファイバの線引き速度が異なる場合もその冷却速度が異なってくるので吸収の波長特性が変わってくることになる。本発明では以上のような種々の条件を勘案して最も適した遷移金属の組合せを選択すればよい。
【００２６】
また、光信号減衰用ファイバの減衰量は、光信号減衰用ドーパントの濃度分布と光ファイバを伝播する光信号のモード分布にも影響される。光ファイバのモード分布全体（コア・クラッドの全体）に減衰ドーパントが均一に分布しているときの減衰量を基準にとると、例えばコアの中心部にドーパントが均一に分布している場合は、基準に比べて減衰量が小さくなる。つまり、ドープ領域の範囲が広くなると減衰量も大きくなる。一般にコア径に対して６倍の領域までドーパントを均一に分布させると上記基準とほぼ等しくなる。
【００２７】
また、光ファイバ（特にシングルモードファイバ）のモード分布は、光の回折効果から波長が長くなるのに従いモード分布は広がっていく。コアにドーパントが分布している場合、モード分布が広がるのにつれて減衰量は小さくなる。つまりモード分布の波長に対する広がり方によっても、減衰量の波長依存性は変わる。そして、このモード分布の広がり方は、光ファイバのコア・クラッドの屈折率分布に大きく影響を受けることから、コア・クラッドの屈折率分布も減衰量の波長依存性には大きな影響を与える。
【００２８】
上記議論は、減衰性ドーパントが均一に含有されていることを前提に進めているが、減衰性ドーパントの濃度分布が不均一な場合も同様に減衰量の波長依存性は影響を受けることは容易に想像がつく。つまり、減衰性ドーパントの濃度分布も重要なパラメータの一つとなる。
【００２９】
以上より、ドーパントの濃度分布およびコア・クラッド屈折率分布によって減衰量の波長特性は変わっていくが、いかなる濃度分布およびいかなるコア・クラッド屈折率分布の場合であっても本発明の構成要件である式を満たす限りにおいては差し支えない。
【００３０】
【実施例】
次に具体的に数種類の光信号減衰用ドーパントを共添加した場合の実施例を示す。本実施例の光信号減衰用ファイバはいずれもコアに屈折率を上昇させるためのＧｅが添加されているシングルモードファイバである。
【００３１】
〈実施例１〉
光信号減衰用ドーパントとしてＶとＣｏを使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。図３（ａ）（ｂ）はＣｏおよびＶを単独でドープした場合の減衰波長特性である。縦軸は任意スケールで表しており、図３（ａ）はＣｏの減衰量の傾向を表し、図３（ｂ）はＶの減衰量の傾向を表している。図４は本発明の共添加した光信号用減衰ファイバの波長特性の一実施例を表した図である。なお、縦軸の減衰量は光固定減衰器や光終端器の標準的な長さである２２．４ｍｍにおける減衰量を示している。そのときのＶとＣｏの重量％比率（Ｖ：Ｃｏ）は、１：３であり、１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量の比（１３１０ｎｍの減衰量／１５５０ｎｍの減衰量）は、０．９５であった。減衰量の比が０．９〜１．１にあればほぼ平坦化されているといえるため、本実施例ではほぼ平坦化されていることがわかった。
【００３２】
〈実施例２〉
光信号減衰用ドーパントとしてＦｅとＮｉを使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。そのときのＦｅとＮｉの重量％比率は、１：０．３であった。このときの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量の比は、１．０３であり、ほぼ平坦化されていた。
【００３３】
〈実施例３〉
光信号減衰用ドーパントとしてＦｅとＣｏを使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。そのときのＦｅとＣｏの重量％比率は、１：０．２３であった。このときの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量の比は、１．０１であり、ほぼ平坦化されていた。
【００３４】
〈実施例４〉
光信号減衰用ドーパントとしてＶとＣｒを使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。そのときのＶとＣｒの重量％比率は、１：４０であった。このときの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量の比は、１．００であり、平坦化されていた。
【００３５】
〈実施例５〉
光信号減衰用ドーパントとしてＭｎとＣｏを使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。そのときのＭｎとＣｏの重量％比率は、１：０．０４であった。このときの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量の比は、１．０６であり、ほぼ平坦化されていた。
【００３６】
〈実施例６〉
光信号減衰用ドーパントとしてＭｎ、Ｎｉ、Ｖの３種類の元素を使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。そのときのＭｎとＮｉとＶの重量％比率は、１：０．６：０．１５であった。このときの１３１０ｎｍと１４５０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量の比は、１：０．９８：０．９７であり、ほぼ平坦化されていた。
【００３７】
〈実施例７〉
光信号減衰用ドーパントとしてＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの３種類の元素を使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。そのときのＣｏとＦｅとＮｉの重量％比率は、１：３３：２．７であった。このときの１４５０ｎｍと１５５０ｎｍと１６５０ｎｍの減衰量の比は、１：０．９５：０．９５であり、ほぼ平坦化されていた。
【００３８】
〈実施例８〉
光信号減衰用ドーパントとして、コアにＦｅ、クラッドにＮｉを使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。光信号減衰用ドーパントをコア近傍のクラッドにもドープさせるのは、クラッドに染み出した光を利用して、２つ以上の波長における減衰量をそれぞれ同等にするためである。そのときのＦｅとＮｉの重量％比率は、１：０．４９であった。このときの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量の比は、１：０．９９であり、ほぼ平坦化されていた。
【００３９】
〈実施例９〉
光信号減衰用ドーパントとしてＦｅとＶを使用し、光信号減衰用ファイバを作製した。ただし、光信号減衰用ドーパントのドープ領域はクラッドのみとした。そのときのＦｅとＶの重量％比率は、１：０．３６であった。このときの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量の比は、１．００であり、平坦化されていた。
【００４０】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、２つ以上の光信号減衰用ドーパントを光ファイバに共に添加することによって、広い波長範囲において減衰量が平坦化された光信号減衰用ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光信号減衰用ファイバをフェルールに挿入した状況を示す断面図である。
【図２】光信号減衰用ドーパントの波長特性を示す図である。
【図３】Ｃｏ及びＶの光信号の減衰量の傾向を表す図である。
【図４】本発明の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１光信号減衰用ファイバ
２フェルール

Claims

光信号を減衰させるｎ種類（ｎ≧２）のドーパントをコアおよび／またはクラッドに含有している光信号減衰用ファイバであって、波長 λｉ（ｉ＝１、２、・・・・、ｍ：ただしｍ≧２）で使用され、かつ次のような関係式が満たされるように前記ドーパントの濃度ｗｊ（ｊ＝１，２，３，・・・，ｎ）が調整されたことを特徴とする光信号減衰用ファイバ。
【式１】

【式２】
前記ドーパントは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｔｍから選択された２種以上の遷移金属であることを特徴とする請求項１記載の光信号減衰用ファイバ。
前記ドーパントを添加する領域がコアを中心としてコア径の６倍以下の領域であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光信号減衰用ファイバ。
前記光信号波長は１２００〜１７００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の光信号減衰用ファイバ。
前記光信号波長は１３１０ｎｍと１５５０ｎｍであることを特徴とする請求項４記載の光信号減衰用ファイバ。
前記光信号減衰用ファイバは、前記光信号波長においてシングルモードであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の光信号減衰用ファイバ。
前記ドーパントを添加する領域において、前記ドーパントの分布が不均一であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の光信号減衰用ファイバ。