JP2004354809A

JP2004354809A - Optical fiber connecting structure and connection method, and dispersion compensating optical fiber

Info

Publication number: JP2004354809A
Application number: JP2003153953A
Authority: JP
Inventors: Eiichiro Yamada; 英一郎山田; Kazuto Saito; 和人斎藤; Mitsuaki Tamura; 充章田村; Takatoshi Kato; 考利加藤; Keiji Ishimaru; 敬二石丸
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To connect, through an intermediate optical fiber, a single mode optical fiber and a dispersion compensating optical fiber having greatly different mode field diameters, by selectively setting an optimum condition between respective optical fibers. <P>SOLUTION: An intermediate optical fiber 3 having a prescribed mode field diameter is used for a specific dispersion compensating optical fiber 1 having at least double clads. One end of the intermediate optical fiber 3 and the dispersion compensating optical fiber 1 are connected by a physical coupling part 4 (optical connector). The intermediate optical fiber 3 and the single mode optical fiber 2 are connected by a fusion splicing part 5 or physical coupling parts 6, 6' (optical connectors) of which the mode field diameters are matched. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モードフィールド径が互いに異なるシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの接続構造及び接続方法、並びにシングルモード光ファイバからなる光伝送路に接続する分散補償光ファイバモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の急速な通信容量の需要増加に対応するため、高密度波長多重（ＤＷＤＭ：ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送技術の導入が進んでいる。ＤＷＤＭ伝送用の光伝送（光ファイバ）では、一般に伝送損失の少ないＣバンドと呼ばれる波長帯（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）に加え、Ｌバンドと呼ばれる波長帯（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）も使用することが考慮されている。このような広い波長帯域で、高速、大容量化を図るには伝送損失を低減し、累積波長分散と分散スロープが小さく、非線形効果を抑制できる光伝送路の開発が望まれている。
【０００３】
累積波長分散の補償技術として幾つかの方法があるが、標準のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ：ＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅｏｐｔｉｃａｌ−Ｆｉｂｅｒ）を用いた光伝送路において、分散補償光ファイバ（ＤＣＦ：ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇＦｉｂｅｒ）は、その良好な特性のために広く使われている。ＤＣＦを用いた分散補償とは、負の波長分散を持つＤＣＦを光伝送路に直列に接続して、累積した正の波長分散を相殺するもので、通常、必要な長さのＤＣＦをコイル状にして収納したモジュールに形成し、光伝送路に接続される。
【０００４】
このためのＤＣＦとしては、種々のものが提案されているが、一般的には、１．３μｍ付近に零分散波長を有する標準的なＳＭＦを用いた光伝送路に接続され、１．５５μｍ波長帯での累積波長分散を低減する。また、例えば、１．５５μｍ付近で正の波長分散を有する非零分散シフト光ファイバ（ＮＺＤＳＦ：Ｎｏｎ−ＺｅｒｏＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＳｈｉｆｔＦｉｂｅｒ）に，波長分散及び分散スロープを補償するＤＣＦを接続し、１．５５μｍ波長帯の累積波長分散を低減することも知られている。
【０００５】
しかし、累積波長分散と分散スロープの双方を低減するには、長い距離の分散補償光ファイバを必要とする場合がある。また、ＳＭＦの波長分散をＤ_ＳＭＦ、分散スロープをＳ_ＳＭＦ、とし、これに接続するＤＣＦの波長分散をＤ_ＤＣＦ、分散スロープをＳ_ＤＣＦ、としたとき、波長分散に対する分散スロープの比「Ｓ_ＳＭＦ／Ｄ_ＳＭＦ」と、「Ｓ_ＤＳＦ／Ｄ_ＤＳＦ」とがほぼ等しいことが要求される。このような要求に対応する分散補償光ファイバとして、例えば、特許文献１に示されるような２重以上のクラッドをもつ形状のものが知られている。
【０００６】
また、通常、光伝送路に用いられているＳＭＦのモードフィールド径（以下、ＭＦＤという）は、９μｍ前後のものが用いられているが、ＤＣＦのＭＦＤは５μｍ前後のものが用いられる。このように、ＭＦＤ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るという問題がある。この問題を解決するのに、例えば、特許文献２に開示されているように、ＳＭＦとＤＣＦのＭＦＤの中間のＭＦＤを有する短尺の中間光ファイバを介して接続する方法が知られている。特許文献２においては、さらにＳＭＦとＤＣＦとのＭＦＤの差が大きいときの中間光ファイバの有効コア断面積についても言及し、最適なＭＦＤを備えた中間光ファイバを選定した接続構造を提案している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１８２０５６号公報
【特許文献１】
特開２００１−３５６２２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＦＤの異なる光ファイバ同士は、通常、融着により接続され、その融着接続部を追加加熱しＭＦＤの小さい側のコア部のドーパントをクラッド部に熱拡散して、双方のＭＦＤを整合させることにより、接続損失が増大するのを抑制している。上述の特許文献２においても、図１０（Ａ）に示すように、中間光ファイバとＤＣＦとを融着で接続し、また、中間光ファイバとＳＭＦとを融着で接続している。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示のような２重以上のクラッドを備えたＤＣＦを、融着のため加熱したり、ＭＦＤ拡大処理のため加熱したりすると、加熱された部分の屈折率分布が変化しやすく損失を増加させ、伝送特性を劣化させるということがあり、融着による接続及びＭＦＤ拡大処理のため加熱が難しい。図１０（Ｂ）は、２重以上のクラッドを備えたＤＣＦの中間被覆部に微小パワー（融着接続の最小設定）で放電を与えたときの損失を測定した例である。この結果、０．５秒の放電を与えただけで、１５９０ｎｍにおける損失は２ｄＢに達し、１．０秒の放電で４ｄＢ、１．５秒の放電で６ｄＢを超える損失が発生してしまう。
【００１０】
このため、中間光ファイバのＭＦＤが、実質的にＤＣＦのＭＦＤに一致している（整合している）ものを用いて、熱を加えずに物理的接続させることが考えられる。しかし、この場合、特許文献２でも提言されているように、ＤＣＦとＳＭＦとのＭＦＤの差が大きいと、中間光ファイバとＳＭＦとの接続側で、ＳＭＦのＭＦＤに中間光ファイバのＭＦＤを整合させるための熱拡散の加熱条件が過酷となり時間も長くなる。このため、作業性が低下し、外形が熱によって変形する場合がある。
【００１１】
また、光ファイバのＭＦＤの表示に関して、光を入射した光ファイバの出射端面に焦点を当てて、顕微鏡で光の強度分布を測定し、出射端のごく近傍のフィールドパターンを観測するＮＦＰ（ＮｅａｒＦｉｅｌｄＰａｔｔｅｒｎ）法による表示パラメータがある。これと共に、光ファイバからの出射光をスクリーン上に投影し、明るい部分の広がり角度からフィールドパターンを観測するＦＦＰ（ＦａｒＦｉｅｌｄＰａｔｔｅｒｎ）法による表示パラメータがある。ＮＦＰ法によるＭＦＤとＦＦＰ法によるＭＦＤでは、ＳＭＦ等の１重クラッドを持つマッチドクラッド型の光ファイバでは、ほぼ同じであるが、本発明で対象としている２重以上のクラッドを持つＤＣＦは、大きく異なっている。
【００１２】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、ＭＦＤが大きく異なるＳＭＦとＤＣＦを中間光ファイバを介して接続するに際して、中間光ファイバとＤＣＦのＭＦＤ、並びに、中間光ファイバとＳＭＦのＭＦＤとの接続を最適な状態になるように選定された光ファイバの接続構造及び接続方法並びに分散補償光ファイバの提供を課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ファイバの接続構造及び接続方法は、モードフィールド径が互いに異なるシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバを、中間光ファイバを介在させて接続するものである。この接続で用いられる分散補償光ファイバは、２重以上のクラッドを有し、コア部のコア径が２μｍ以上８μｍ未満、第１クラッド径が２０μｍ未満、最外層クラッドに対する前記コア部の非屈折率差が１．０％以上５．０％以下、前記最外層クラッドに対する前記第１クラッド径の比屈折率差が−２．０％以上−０．１％以下であり、波長１．５３μｍ〜１．６３μｍの帯域で負の波長分散を有する。
【００１４】
また、前記波長帯域から選択される任意の波長における、ＮＦＰ法によるモードフィールド径をＭＦＤ１、ＦＦＰ法によるモードフィールド径をＭＦＤ２としたとき、（中間光ファイバＭＦＤ１）／（分散補償光ファイバＭＦＤ１）が０．５以上１．０以下であり、（中間光ファイバＭＦＤ２）／（分散補償光ファイバＭＦＤ２）が０．８以上１．５以下とし、分散補償光ファイバと中間光ファイバとは、物理的結合により接続する。そして、中間光ファイバとシングルモード光ファイバの接続部においては、中間光ファイバのＭＦＤ１及びＭＦＤ２と、シングルモード光ファイバのＭＦＤ１及びＭＦＤ２との少なくともいずれか一方が熱拡散され、整合するようにして接続されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の接続構造の概略を説明する図である。図中、１は分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）、２，２’はシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）、３は中間光ファイバ、４は物理的結合部、５は融着接続部、６、６’は物理的結合部（光コネクタ）を示す。
【００１６】
本発明による中間光ファイバ３は、ＤＣＦ１に対して所定の関係にあるＭＦＤを有するファイバを用い、中間光ファイバ３の一方とＤＣＦ１とは、物理的結合部４により接続する。しかし、中間光ファイバ３の他方とＳＭＦ２とは、融着接続部５或いは物理的結合部６，６’により接続することができる。なお、光ファイバの物理的結合とは、融着以外の光コネクタを用いた接続、メカニカルスプライサを用いた接続等の、互いに接続される光ファイバ同士の接続端を物理的に接近又は接触させて光接続を形成することをいう。
【００１７】
図１（Ａ）は、中間光ファイバ３とＳＭＦ２とは融着接続部５により接続する例を示す図である。融着接続部５は、ＭＦＤの異なる中間光ファイバ３とＳＭＦ２とを融着接続した後、融着接続部分に追加加熱を行ない、少なくともＭＦＤの小さい方の光ファイバ（この場合中間光ファイバ３）のコア部のドーパントをクラッド部側に熱拡散させて（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄＥｘｐａｎｄｅｄＣｏｒｅ、以下、ＴＥＣという）、ＳＭＦ２のＭＦＤと整合をさせることができる。この場合の、ＳＭＦ２は光伝送路の光ファイバであってもよく、光伝送路の光ファイバに接続するための中継的なものであってもよい。
【００１８】
図１（Ｂ）は、中間光ファイバ３とＳＭＦ２とを物理的結合部６’により接続する例を示す図である。この物理的結合部６’は、メカニカルスプライサを用いた固定的な接続であってもよいが、着脱可能な光コネクタを用いた接続が望ましい。なお、物理的結合部４，６，６’に用いるに適した光コネクタの詳細等については後述するが、ＭＦＤの小さい方の光ファイバ（この場合中間光ファイバ３）の接続端をＴＥＣ処理しておく。ＴＥＣ処理された部分は、光コネクタ６’の一方の側に内蔵され、ＳＭＦ側の光コネクタと接続された際に、双方の光ファイバのＭＦＤが整合するようにしている。
【００１９】
図１（Ｃ）は、中間光ファイバ３に短尺のＳＭＦ２’を融着接続部５により接続しておき、光伝送路のＳＭＦ２に物理的結合部６（光コネクタ）で接続する例を示す図である。このときの融着接続部５は、図１（Ａ）で説明したのと同様にＴＥＣ処理を行ない、中間光ファイバ３と短尺のＳＭＦ２’との間でＭＦＤを整合させておく。短尺のＳＭＦ２’とＳＭＦ２との接続は、通常のＭＦＤが互いに等しいＳＭＦ同士の光コネクタ接続が用いられる。この場合、物理的結合部６を融着接続で行なってもよいが、ＴＥＣ処理は不要である。
【００２０】
図２（Ａ）は、本発明の対象としているＤＣＦの屈折率分布の一例を説明する図、図２（Ｂ）は本発明で用いる中間光ファイバの屈折率分布の一例を説明する図である。図中、１ａはコア部、１ｂは第１クラッド、１ｃは第２クラッド、１ｄは第３クラッド、１ｅは最外層クラッドを示す。
【００２１】
本発明で用いられるＤＣＦ１は、図２（Ａ）に示すようなクラッドの構成が、少なくとも第１クラッド１ｂを有する２重以上のクラッドを有するものである。そして、このＤＣＦ１は、コア部１ａのコア径ａが２μｍ〜８μｍで、コア部１ａの最外層クラッドに対する比屈折率差Δａが１．０％以上５．０％未満とされている。また、第１クラッド１ｂのクラッド径ｂが２０μｍで、第１クラッドの最外層クラッド１ｅに対する比屈折率差Δｂが−２．０％以上−０．１％以下とされている。また、波長１．５３μｍ〜１．６３μｍの帯域で負の波長分散を有している。
【００２２】
第１クラッド１ｂの外側に第２クラッド１ｃを設けた３重クラッドの場合は、第２クラッド１ｃの外径ｃが２４μｍ以下で、第２クラッド１ｃの最外層クラッド１ｅに対する比屈折率差Δｃが０％を超え１．０％以下とされている。さらに、第２クラッド１ｃの外側に第３クラッド１ｄを設けた４重クラッドの場合は、第３クラッド１ｄの外径ｄが６０μｍ以下で、第３クラッド１ｄの最外層クラッド１ｅに対する比屈折率差Δｄが−１．０％以上０％未満とされている。
【００２３】
図２（Ｂ）は、図１の中間光ファイバ３に用いられるファイバを示し、１重クラッドでコア部３ａとクラッド部３ｂからなるマッチドクラッド型と言われている屈折率分布を有するファイバが用いられる。中間光ファイバ３としてこのファイバを選定する理由としては、後述するようにＭＦＤの選定が容易となる。また、ＳＭＦと融着接続した際に、ＴＥＣの相性がよく整合をとりやすい。なお、中間光ファイバ３のカットオフ波長は、標準のＳＭＦのカットオフ波長と同等のものが望ましい。
【００２４】
また、光伝送路の波長分散と分散スロープの双方を低減するには、光伝送路に見合った長さのＤＣＦを必要とする。然るにＤＣＦは、通常コイル状にして用いられるが、曲げによる基底モード光が漏洩しやすく基底モードの損失が大きい。このため、ＤＣＦの長さが長いと伝送損失が増大し、中継区間を大きくとることができなくなる。したがって、できるだけ短い長さのＤＣＦで光伝送路の波長分散を補償でき、しかも広帯域の補償が望まれる。
【００２５】
このためには、光ファイバの波長分散をＤ、分散スロープをＳとしたときの比をＲＤＳ（ＲｅｌａｔｉｖｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＳｌｏｐｅ）とすると、ＤＣＦ側のＲＤＳ「Ｓ_ＤＣＦ／Ｄ_ＤＣＦ」が０．０１以上であることが望まれる。また、このＤＣＦが接続される光伝送路のＳＭＦのＲＤＳ「Ｓ_ＳＭＦ／Ｄ_ＳＭＦ」とほぼ等しいことが要求される。このような厳しい条件を満たせるＤＣＦとしては、上述の図２（Ａ）で示したような２重以上のクラッドをもつファイバ構造のものが用いられる。
【００２６】
また、光ファイバのＭＦＤに関して、「発明が解決しようとする課題」の項で述べたように、ファイバの出射端のごく近傍のフィールドパターンを観測するＮＦＰ法（ペーターマンＩとも言われる）と、ファイバからの出射光をスクリーン上に投影し、明るい部分の広がり角度からフィールドパターンを観測するＦＦＰ法（ペーターマンＩＩとも言われる）による表示パラメータがある。
【００２７】
ＮＦＰ法によるＭＦＤとＦＦＰ法によるＭＦＤは、ＳＭＦ等の１重クラッドを持つマッチドクラッド型のファイバでは、ほぼ同じであるが、本発明で対象とする２重以上のクラッドを持つＤＣＦは、大きく異なっている。このため、一般的には単にＭＦＤといった場合は、ＦＦＰ法によるＭＦＤ（以下、ＭＦＤ２という）を意味するが、本発明では、ＮＦＰ法によるＭＦＤ（以下、ＭＦＤ１という）についても特定される。
【００２８】
図３は、ＤＣＦ側のＭＦＤ１とＭＦＤ２をそれぞれＭＦＤ１ｄとＭＦＤ２ｄとし、中間光ファイバ側のＭＦＤ１とＭＦＤ２をそれぞれＭＦＤ１ｍとＭＦＤ２ｍとして、これらの比と物理的結合による接続損失の関係を示す図である。図３（Ａ）と（Ｂ）は、Ｃバンド対応のＤＣＦに対する例、図３（Ｃ）と（Ｄ）はＬバンド対応のＤＣＦに対する例を示す図である。なお、ＤＣＦは次の図４、図５で示す構成のもので、Ｃバンド用ＤＣＦは波長１．５５μｍにおけるＭＦＤ１ｄが６．１μｍ、ＭＦＤ２ｄが３．９μｍのものを用い、Ｌバンド用ＤＣＦは波長１．５９μｍにおけるＭＦＤ１ｄが６．６μｍ、ＭＦＤ２ｄが４．１μｍのものを用いた。
【００２９】
図３（Ａ）及び（Ｃ）の中間光ファイバには、図２（Ｂ）に示した１重クラッドのマッチドクラッド型のファイバを用い、コア部の比屈折率差Δｎを３．３〜０．７１％で種々変化させたときの、ＭＦＤ１ｍとＭＦＤ２ｍを測定した。なおＣバンドＤＣＦ用では波長１．５５μｍで測定し、ＬバンドＤＣＦ用では波長１．５９μｍで測定した。接続損失は、ＤＣＦ両端の２ヶ所の合計で示した。ＭＦＤ１＞ＭＦＤ２であるが、２〜８％程度の差で大きな差はなく、ほぼ一致していると言える。
【００３０】
Ｃ，Ｌの両バンドともＭＦＤ２に関しては、ほぼ中間光ファイバとＤＣＦで一致している場合に接続損失が最小になる。しかし、ＭＦＤ１に関しては、ＭＦＤ１ｍ／ＭＦＤ１ｄが０．６７付近で最小となり、両者のＭＦＤ１が一致する１．０を超えると接続損失は増加する傾向をしめす。したがって、接続損失を１．０ｄＢ（０．５ｄＢ／１ヶ所）以下に抑制するとすれば、Ｃ，Ｌの両バンドともＭＦＤ１ｍ／ＭＦＤ１ｄは０．５以上１．０以下とし、ＭＦＤ２ｍ／ＭＦＤ２ｄは０．８以上１．５以下で選定するのが好ましい。
【００３１】
また、中間光ファイバに３重クラッドの屈折率分布を有するファイバを用いた例を図３（Ｂ）と（Ｄ）で示す。この図から明らかなように、ＭＦＤ１ｍとＭＦＤ２ｍが大きく相違し、ＭＦＤ１ｍはＭＦＤ２ｍの３倍近い値となる。ここで、ＭＦＤ２ｍにのみ着目していると、ＤＣＦのＭＦＤ２ｄとの整合がとれているので、接続損失が小さくなるかのように見える。しかし、実際にはそうではなく、ＭＦＤ１ｍとＭＦＤ１ｄにも注意を払う必要がある。これに対し、マッチドクラッド型のファイバはＭＦＤ１とＭＦＤ２が、ほぼ同等であるので選定しやすい。したがって、中間光ファイバとしては、マッチドクラッド型のファイバを用いるのが望ましい。
【００３２】
図４及び図５は、中間光ファイバとＤＣＦとを物理的結合で接続することについて説明する図である。図４はＣバンド用ＤＣＦの例を説明する図、図５はＬバンド用ＤＣＦの例を説明する図である。なお、ＤＣＦとの接続に用いる中間光ファイバは、図３（Ａ）及び（Ｃ）に示したものの中から選定した。
【００３３】
Ｃバンド用のＤＣＦとして、図４（Ｂ）に示すパラメータからなる３重クラッドを有する構造のものを用いた。これに対する中間光ファイバは、図４（Ｃ）に示すように比屈折率差が１．８５％（コア径が５μｍ）、波長１．５５μｍにおけるＭＦＤ１が５．０μｍ、ＭＦＤ２が４．８μｍである。中間光ファイバとＤＣＦとのＭＦＤ関係は、図４（Ｄ）に示すようにＭＦＤ１ｍ／ＭＦＤ１ｄが０．８２、ＭＦＤ２ｍ／ＭＦＤ２ｄが１．２３のものを選定した。
【００３４】
図４（Ａ）に示す従来例（サンプル数３）とは、上記のＤＣＦに標準のＳＭＦを直接融着接続し、ＭＦＤの差を解消するためにＴＥＣ処理した場合で、各波長での接続損失（２ヶ所合計）を示したものである。この従来例の接続方法では、３ｄＢ前後の損失が生じてしまい、実用的でない。比較例（サンプル数５）とは、図４（Ｂ）のＤＣＦに対して選定された図４（Ｃ）の中間光ファイバを融着で接続した場合を示すもので、特許文献２で開示の技術に近いものである。この場合、１５３０ｎｍ以下の波長帯では、比較的損失は小さいものの、長波長側に移るにしたがって損失が増大し、１５９０ｎｍ近くの波長帯では、従来例と同程度（３ｄＢ前後）の損失が生じてしまう。
【００３５】
これに対し、本発明（サンプル数５）とは、図４（Ｂ）ＤＣＦに対して選定された図４（Ｃ）の中間光ファイバを、ＤＣＦに熱を加えない物理的結合（光コネクタ）で接続したものである。このときの接続損失は、長波長側に移るにしたがって、多少の損失増加はあるものの、１．５ｄＢ以下に抑えることができ、上述の従来例及び比較例と比べて損失の発生を大幅に抑制することができた。
【００３６】
図５はＬバンド用のＤＣＦの例で、図５（Ｂ）に示すパラメータからなる３重クラッドを有する構造のものを用いた。これに対する中間光ファイバは、図５（Ｃ）に示すように比屈折率差が１．８５％（コア径が５μｍ）、波長１．５９μｍにおけるＭＦＤ１が５．２μｍ、ＭＦＤ２が４．９μｍである。中間光ファイバとＤＣＦとのＭＦＤの関係は、図４（Ｄ）に示すようにＭＦＤ１ｍ／ＭＦＤ１ｄが０．７９、ＭＦＤ２ｍ／ＭＦＤ２ｄが１．２のものを選定した。
【００３７】
図５（Ａ）に示す従来例（サンプル数３）とは、上記のＤＣＦに標準のＳＭＦを直接融着接続し、ＭＦＤの差を解消するためにＴＥＣ処理した場合で、各波長での接続損失（２ヶ所合計）を示したものである。この従来例（サンプル数３）の接続方法では、３ｄＢ前後の損失が生じてしまい、実用的でない。比較例（サンプル数５）とは、図５（Ｂ）のＤＣＦに対して選定された図５（Ｃ）の中間光ファイバを融着で接続した場合を示すものである。この場合、１５９０ｎｍ以下の波長帯では、比較的損失は小さい（１ｄＢ前後）ものの、長波長側に移るにしたがって損失が増大し、１６３０ｎｍ近くの波長帯では、２ｄＢ前後の損失が生じてしまう。
【００３８】
これに対し、本発明（サンプル数５）とは、図５（Ｂ）のＤＣＦに対して選定された図５（Ｃ）の中間光ファイバを、ＤＣＦに熱を加えない物理的結合（光コネクタ）で接続したものである。このときの接続損失は、長波長側に移るにしたがって、多少の損失増加はあるものの、１ｄＢ以下に抑えることができ、上述の従来例及び比較例と比べて損失の発生を大幅に抑制することができた。
【００３９】
以上の図４及び図５から明らかなように、本発明で使用される２重クラッド以上の屈折率分布を有するＤＣＦをＳＭＦを直接に接続すると、ＭＦＤの差が大きくＴＥＣ処理は必須となる。しかし、この、ＤＣＦは加熱に弱く、ＴＥＣ処理による加熱でかえって接続損失が増加してしまう。一方、中間光ファイバを用い、「ＤＣＦ＋中間光ファイバ＋ＳＭＦ」での全体のＭＦＤの整合関係を改善することにより、ＭＦＤの差に起因する接続損失を改善することができる。しかし、ＤＣＦと中間光ファイバを融着接続すると、ＤＣＦとＳＭＦを直接接続する場合よりは損失発生を低減することはできるが、融着接続によるＤＣＦへの加熱があるため、長波長側での損失増大が大きく十分ではない。したがって、ＤＣＦと中間光ファイバの接続は、ＤＣＦの加熱を伴わない物理的結合で接続するのが最適といえる。
【００４０】
ＤＣＦと中間光ファイバの物理的結合による接続として、具体的にはメカニカルスプライサを用いる場合と、光コネクタを用いる場合がある。メカニカルスプライサを用いた接続は、通常、Ｖ溝台を用いて互いに接続しようとする光ファイバの位置合わせを行なうと共に接続端を突き合せて、スプリングクリップ等を用いて機械的に接続を固定するものである。接続作業に電源、熱源、接着剤等が不要で、接続が短時間で行なえることから、環境があまりよくない作業現場での接続に適している。
【００４１】
しかし、外径差があると、接続損失が多少大きくなるという問題はあるが、ＤＣＦと中間光ファイバの接続端における外径精度を高めることにより解消可能であり、上述したように加熱による融着接続が困難なＤＣＦに対しては、メカニカルスプライサによる接続は有用である。なお、ＤＣＦと中間光ファイバの外径の差を±１％以内とすることにより、光軸のずれによる接続損失の発生を実質的に問題ない程度に抑制できる。また、ファイバ外径の差をなくすには、外径が大きい方のファイバをフッ酸に浸すことにより容易に実現することができる。
【００４２】
また、ＤＣＦと中間光ファイバとを光コネクタを用いて、着脱可能に接続することも有用である。しかし、光コネクタを用いて接続すると、ＤＣＦのＭＦＤは通常の光ファイバより小径であるため、接続位置がわずかにずれても接続損失が大きくなるという問題がある。通常は、これを回避するために、接続端部のＭＦＤをＴＥＣにより拡大して、接続の位置ずれにある程度の裕度を持たせている。しかるに、本発明で使用するＤＣＦは、加熱を伴うＴＥＣ処理ができないということから、高精度での接続が可能な光コネクタが必要とされる。
【００４３】
図６（Ａ）は、ＤＣＦと中間光ファイバを接続するのに適した光コネクタの一例を説明する図である。図中、１１は光ファイバ、１２はコア部、１３はクラッド部、１４はファイバ被覆、１５はフェルール、１５ａはフェルール端面、１５ｂは細径の光ファイバ孔、１５ｃは太径のファイバ挿入孔、１５ｄはテーパ孔、１６は保持具、１６ａは貫通孔、１７は接着剤を示す。
【００４４】
光ファイバ１１は、上述したＤＣＦ及び中間光ファイバを意図するもので、コア部１２とクラッド部１３からなり、外周面をファイバ被覆１４により保護されている。光コネクタとしては、光ファイバ１１をフェルール１５内に挿入固定し、フェルール１５を保持具１６により保持固定して構成される。フェルール１５には、端面１５ａ側に光ファイバ１１の先端部を装着する細径の光ファイバ孔１５ｂが形成され、その後方に太径のファイバ挿入孔１５ｃが形成される。
【００４５】
光ファイバ１１は、フェルール１５の細径の光ファイバ孔１５ｂで位置決めされ、太径のファイバ挿入孔１５ｃ内に接着剤１７を充填して接着固定される。接着剤１７は、光ファイバ孔１５ｂと光ファイバ１１との間隙、及び、太径のファイバ挿入孔１５ｃとファイバ被覆１４との間隙、並びに、保持具１６の貫通孔１６ａとファイバ被覆１４との間隙にも浸透してフェルール１５と光ファイバ１１とを接着一体化する。
【００４６】
細径の光ファイバ孔１５ｂと太径のファイバ挿入孔１５ｃをテーパ孔１５ｄで連通させることにより、孔の断面積が急に変化しないようにスムーズな体積変換を行ない、接着剤１７の硬化時に光ファイバ１１に応力集中が生じないようにし、損失増加を抑制する。また、環境温度の変化により接着剤１７の膨張収縮の影響による、光ファイバ１１に加わる応力変化も緩和することもできる。この結果、光ファイバ１１に不均一な曲げ応力が作用して不規則な曲げによる損失変動が生じるのを回避することができる。テーパ孔１５ｄのテーパ角θは、９０°以下、さらに好ましくは６０°以下で形成されているのが望ましい。
【００４７】
細径の光ファイバ孔１５ｂは、装着される光ファイバ１１の外径にほぼ等しい高精度で形成し、光ファイバ１１とのクリアランスを可能な限り小さくすることにより、光ファイバ１１の正確な位置決めを行なう。光ファイバ１１は、クラッド部１３の外径が、例えば、公称外径１２５μｍである場合、細径の光ファイバ孔１５ｂの孔径Ｄは、１２５μｍ〜１２６μｍの間で形成するのが好ましい。細径の光ファイバ孔１５ｂの孔径Ｄは、光ファイバ外径＋（０μｍを超え１μｍ以下）で形成するのが望ましい。また、細径の光ファイバ孔１５ｂの長さＬは、光ファイバ１１の位置決めに必要な最小長さとする。この長さは、短いほど高精度に形成しやすく、２．５ｍｍ以下で形成するのが望ましい。
【００４８】
図７（Ａ）は、フェルールと光ファイバとの間に充填されて接着固定する接着剤の硬化収縮率による波長特性を示すものである。光コネクタに光ファイバを装着する場合、接着剤樹脂が硬化収縮する際に、光コネクタ内で応力が生じ残留する。この接着剤樹脂による残留応力は、光コネクタ内で光ファイバにマイクロベンドを引き起こし、損失増加の一因となる。特にＤＣＦは曲げによる損失増が起こりやすいファイバであるので、接着剤の硬化収縮率は小さいほうが望ましい。
【００４９】
図７（Ａ）で示すように、エポキシ系接着剤の樹脂配合を変えて、硬化収縮率が４％と６％の接着剤を用意し、この接着剤を用いて、ＤＣＦを図６（Ａ）に示す構成で光コネクタ内に装着して、その波長特性を測定してみた。硬化収縮率が６％の接着剤は、硬化収縮率が４％の接着剤と比べて、長波長側で損失増加と波長の乱れが見られる。この結果から、接着剤の硬化収縮率は５％以下とするのが望ましい。
【００５０】
図７（Ｂ）は、フェルールと光ファイバとの間に充填されて接着固定する樹脂接着剤の硬化後のヤング率による波長特性を示すものである。光コネクタに充填された接着剤は、温度変化によって膨張・収縮する。硬化後のヤング率が大きい場合は、樹脂接着剤が膨張・収縮した際に、光ファイバに大きな応力を与える。接着剤のヤング率は低温で大きくなることから、低温時の樹脂接着剤の収縮が、光ファイバにマイクロベンドを引き起す大きな要因となる。特にＤＣＦは曲げによる損失増が起こりやすいファイバあるので、接着剤の硬化後のヤング率は小さい方が望ましい。
【００５１】
硬化後のヤング率が２４５０ＭＰａと３４３０ＭＰａの接着剤樹脂を用いて、図６（Ａ）に示す光コネクタ内にＤＣＦを装着した。硬化後のヤング率が３４３０ＭＰａの接着剤は、硬化後のヤング率が２４５０ＭＰａの接着剤と比べて、長波長側で損失増加が見られる。この結果から、接着剤の硬化後のヤング率は２９４０ＭＰａ以下とするのが望ましい。
【００５２】
中間光ファイバは、図３で説明したようにマッチドクラッド型のファイバが用いられるので、加熱によって特に損失が増加するということはない。したがって、中間光ファイバと光伝送路のＳＭＦとの接続では、融着接続が可能であり、ＴＥＣ処理によるＭＦＤを整合させることも可能である。しかし、ＴＥＣ処理を行うとしても、中間光ファイバとＳＭＦのＭＦＤの差が大きいと、ＴＥＣに要する加熱時間も大きく作業効率が低下し、熱による外径の変形する恐れもある。
【００５３】
このため、ＴＥＣ処理を行なうとしても、中間光ファイバとＳＭＦのＭＦＤの差は小さい方が好ましい。望ましくは、ＭＦＤ１及びＭＦＤ２の何れにおいても、±１０％以下であることが望ましい。この範囲内にあれば、ＭＦＤの差は最大２０％の範囲内に収めることができるので、ＴＥＣ処理を行なわなくても０．２（ｄＢ／１ヶ所）以下の損失に抑えることが可能となる。
【００５４】
図１において、中間光ファイバ３と光伝送路側のＳＭＦ２又は短尺のＳＭＦ２’とをＴＥＣ処理によりＭＦＤを整合させる場合、通常、ＳＭＦ２，２’のＭＦＤより中間光ファイバ３のＭＦＤの方が小さいので、少なくとも中間光ファイバ３側のコア部のドーパントを熱拡散させている。融着接続部５においては、両者のＭＦＤの差が小さければ、融着時の加熱で多少ＴＥＣ処理も進行することから格別の追加加熱を行なわないですむ場合もある。ＴＥＣ処理の加熱は、融着接続した後に行なってもよいし、予め中間光ファイバ３にＴＥＣ処理を行ない、接続端にＴＥＣの拡大部をＳＭＦに突き合わせ融着接続するようにしてもよい。
【００５５】
中間光ファイバ３とＳＭＦ２とは、融着接続以外に中間光ファイバ３とＤＣＦ１との接続と同様に、メカニカルスプライスを用いて接続することもできる。しかし、通常、ＭＦＤを拡大するための熱処理を行なうと、光ファイバ外径（クラッド外径）が僅かながら細くなる。このため、中間光ファイバ３とＳＭＦ２との外径差が生じ、接続損失が多少大きくなるという問題はある。しかし、外径が大きい方のファイバ（ＳＭＦ）をフッ酸に浸すことにより、外径を調整することが可能である。ＳＭＦと中間光ファイバの外径の差を±１％以内とすることにより、光軸のずれによる接続損失の発生を実質的に問題ない程度に抑制できる。
【００５６】
光コネクタを用いた接続も接続の着脱が簡単に行なえるので、試験測定のために接続を外したり、接続変え等も容易に行なうことができ有用である。図１（Ｂ）において光コネクタ６’には、予めＴＥＣ処理され拡大された接続端部分を光コネクタ６’の一方の側に内蔵させ、ＳＭＦ側の光コネクタと接続された際に、双方の光ファイバのＭＦＤが整合するようにしている。ＴＥＣ処理され拡大された接続端部分は、強度が劣化しているため、光コネクタ６’内に内蔵させることにより、保護強化することができる。しかし、上述したように、ＭＦＤを拡大するための熱処理を行なうと、光ファイバ外径（クラッド外径）が僅かながら細くなるという問題がある。
【００５７】
図６（Ｂ）は、光伝送路のＳＭＦと中間光ファイバを接続するのに適した光コネクタの一例を説明する図である。図中の符号は図６（Ａ）に対応させて同じ符号を用いることにより説明を省略する。この図に示す光ファイバ１１’は、中間光ファイバを意図するもので、コア部１２とクラッド部１３からなり、外周面をファイバ被覆１４により保護されている。ただ、光ファイバ先端部分は、ＴＥＣ処理によりコア部１２のＭＦＤが熱拡散され、ＭＦＤ拡大部１２ａが形成されている。ＭＦＤ拡大部１２ａは、相手方光コネクタに装着されたＳＭＦのＭＦＤに整合するように熱拡散されている。
【００５８】
ＴＥＣ処理による光ファイバ外径（クラッド外径）の細りは、通常の場合、加熱処理しない時のクラッド外径に対して、０．５μｍ〜２μｍ程度細ったものとなる。例えば、クラッド外径が１２５μｍ、ＭＦＤが６．５μｍの光ファイバを、ＭＦＤが１０．５μｍになるように拡大すると、その拡大領域Ｍのクラッド外径が１２３．８μｍになる。すなわち、熱処理により１％程度外径が細くなる。
【００５９】
したがって、ＭＦＤ拡大部１２ａを有する光ファイバ１１’を装着する場合は、細径の光ファイバ孔１５ｂの孔径Ｄａを多少細くする必要がある。すなわち、ＭＦＤ拡大部１２ａを有する光ファイバ１１’を装着する場合、細径の光ファイバ孔１５ｂの孔径Ｄａは、非ＭＦＤ拡大部部の光ファイバ外径＋（−１μｍ以上０μｍ未満）で形成するのが望ましい。なお、細径の光ファイバ孔１５ｂの孔径Ｄａは、細った状態の外径を基準に管理してもよい。この場合、ＴＥＣ領域の外径＋（０μｍを超え１μｍ以下）で形成するのが望ましい。また、光ファイバ孔１５ｂの軸方向長さＬａは、光ファイバのＴＥＣ領域より短くする。接着剤１７の特性については、図７で説明したように図６（Ａ）の光コネクタと同様のものを用いることができる。
【００６０】
次に、図８及び図９により本発明による分散補償光ファイバモジュールの実施の形態について説明する。図８（Ａ）及び図９（Ａ）は中間光ファイバの両端を光コネクタで接続する例を示す図、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）は中間光ファイバに短尺のＳＭＦを融着接続する例を示す図である。図中、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは分散補償光ファイバモジュール、１９はモジュール筺体、２０ａはモールド樹脂、２０ｂはモールド用筐体、２１はＤＣＦコイル、２１ａはコイルリード、２２は光伝送路のＳＭＦ、２２ａは短尺のＳＭＦ、２３は中間光ファイバ、２４，２５，２７は光コネクタ装置、２４ａ，２４ｂ，２５ａ、２５ｂ，２７ａ，２７ｂは光コネクタ、２４ｃ，２５ｃ，２７ｃは接続アダプタ、２６は融着接続部を示す。
【００６１】
図８（Ａ）に示す分散補償光ファイバモジュール１８ａは、図１（Ｂ）の接続構造例に対応する構成のものである。この分散補償光ファイバモジュール１８ａは、モジュール筺体１９内にＤＣＦコイル２１を収納し、そのコイルリード２１ａに中間光ファイバ２３の一方の端部を光コネクタ装置２４を介して接続する。中間光ファイバ２３の他方の端部は、光コネクタ装置２５を介して光伝送路等のＳＭＦ２２と接続する。光コネクタ装置２５の接続アダプタ２５ｃは、モジュール筺体１９の壁部に取付けられ、モジュール筺体内の中間光ファイバ２３と外部の光伝送路のＳＭＦ２２とは、それぞれに取付けられた光コネクタ２５ａと２５ｂにより着脱可能に接続できるようにされている。
【００６２】
また、中間光ファイバ２３として、最近開発された曲げに対して損失の小さい光ファイバを用いることができる。この光ファイバは、例えば、波長１．５５μｍにおけるペーターマン−Ｉの定義によるＭＦＤが８μｍ以下で、波長１．３μｍ及び波長１．５５μｍにおける波長分散の絶対値が共に１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下で、かつケーブルカットオフ波長が１．２６μｍ以下である。この光ファイバを、上述の中間光ファイバ２３に用いることにより、モジュール筺体１９内での曲げ径を小さくでき、また、接続の余長、配線を短くできるため、小型化が可能となる。
【００６３】
ＤＣＦコイル２１は、光伝送路のＳＭＦを分散補償するのに必要な所定長さのＤＣＦがコイル状に巻回され、モールド用筐体２０ｂに入れられ、モールド樹脂２０ａでモールドされ巻崩れ等が生じないように構成されている。また、ＤＣＦコイル２１は、図２（Ａ）で説明したように２重以上のクラッドからなり所定のコア径とクラッド径及び比屈折率差を有したものが使用される。そして、中間光ファイバ２３には、図２（Ｂ）で説明したようにＤＣＦコイル２１のＭＦＤと所定の関係にあるＭＦＤを有するファイバが使用される。
【００６４】
また、ＤＣＦコイル２１は、波長１．５３μｍ〜１．６３μｍの帯域から選択される任意の波長における波長分散Ｄ_ＤＣＦ（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）に対する分散スロープＳ_ＤＣＦ（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）の比ＲＤＳ（Ｓ_ＤＣＦ／Ｄ_ＤＣＦ）が０．０１以上となるＤＣＦで形成される。これにより、ＤＣＦコイル２１はファイバ長を短くでき、伝送損失の増加を抑えると共にコイル形状を小さくできるので、分散補償光ファイバモジュール自体の形状を小型にすることができる。
【００６５】
ＤＣＦコイル２１のコイルリード２１ａと中間光ファイバ２３の一方の端部は、光コネクタ装置２４により物理的結合により接続される。なお、光コネクタ装置２４に代えて、メカニカルスプライサを用いて接続することもできる。光コネクタ装置２４は、例えば、コイルリード２１ａに設けられる光コネクタ２４ａと中間光ファイバ２３に設けられる光コネクタ２４ｂと、双方の光コネクタ２４ａと２４ｂを結合する接続アダプタ２４ｃとから成る。光コネクタ２４ａと２４ｂは、例えば、図６（Ａ）に示した形状の光コネクタを用いることにより、ＭＦＤの位置ずれを小さくし、接続損失の増加を抑えることができる。
【００６６】
中間光ファイバ２３の他方の端部は、図１（Ｂ）の物理的結合部６’に示したように、ＴＥＣ処理によりＭＦＤを拡大させ、そのＭＦＤ拡大部を光コネクタ２５ａに収納内蔵させる。なお、ＭＦＤ拡大は、図３で説明したＭＦＤ１及びＭＦＤ２が整合するように形成される。光コネクタ２５ａは、例えば、図６（Ｂ）に示した形状の光コネクタを用いることにより、ＭＦＤの位置ずれを小さくし、接続損失の増加を抑えることができる。なお、光コネクタ２５ａと接続する相手方の光コネクタ２５ｂは、光コネクタ２４ａと２４ｂと同様に、図６（Ａ）に示した形状の光コネクタを用いることができる。
【００６７】
図８（Ｂ）に示す分散補償光ファイバモジュール１８ｂは、図１（Ｃ）の接続構造例に対応する構成のものである。この分散補償光ファイバモジュール１８ｂは、モジュール筺体１９内にＤＣＦコイル２１を収納し、そのコイルリード２１ａに中間光ファイバ２３の一方の端部を図８（Ａ）と同様に光コネクタ装置２４を介して接続する。中間光ファイバ２３の他方の端部は、光伝送路のＳＭＦ２２と同じか、又は、同程度のＭＦＤを有する短尺のＳＭＦ２２ａを融着接続し、このＳＭＦ２２ａの他方の端部には光コネクタ装置２７の光コネクタ２７ａを取付ける。
【００６８】
中間光ファイバ２３と短尺のＳＭＦ２２ａの融着接続部２６は、必要に応じてＴＥＣ処理を行ない、中間光ファイバ２３と短尺のＳＭＦ２２ａとのＭＦＤを、図３で説明したようにＭＦＤ１及びＭＦＤ２のそれぞれで整合させる。光コネクタ装置２７の接続アダプタ２７ｃは、モジュール筺体１９の壁部に取付けられ、モジュール筺体１９内の短尺のＳＭＦ２２ａと外部の光伝送路のＳＭＦ２２とは、それぞれに取付けられた光コネクタ２７ａと２７ｂにより着脱可能に接続できるようにされている。
【００６９】
モジュール筺体１９内に収納されたＤＣＦコイル２１、中間光ファイバ２３及び光コネクタ装置２４（又はメカニカルスプライサ）、融着接続部２６等は、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、モールド筺体２０ｂ内に収納し、モールド樹脂２０ａを充填して一体化することができる。これによる分散補償光ファイバモジュール１８ｃ及び１８ｄは、構成部品をモールド樹脂２０ａにより一体化することにより、ＤＣＦコイル２１の特性を安定化すると共に全体をコンパクトにまとめることができる。
【００７０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、モードフィールド径が大きく異なるシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを中間光ファイバを介して接続し、光伝送路の波長分散をＣバンド、Ｌバンドの広帯域で補償するに際して、中間光ファイバと分散補償光ファイバのモードフィールド径、並びに、中間光ファイバとシングルモード光ファイバのモードフィールド径とを最適な関係で選定できる。これにより、接続損失の増加を抑制した光ファイバの接続構造及び接続方法並びに分散補償光ファイバモジュールを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における光ファイバの接続構造の概略を説明する図である。
【図２】本発明で用いる分散補償光ファイバと中間光ファイバの屈折率分布を説明する図である。
【図３】中間光ファイバのモードフィールド径と接続損失の関係を説明する図である。
【図４】中間光ファイバと分散補償光ファイバ（Ｃバンド用）とを物理的結合で接続することについて説明する図である。
【図５】中間光ファイバと分散補償光ファイバ（Ｌバンド用）とを物理的結合で接続することについて説明する図である。
【図６】分散補償光ファイバと中間光ファイバを接続するのに適した光コネクタの例を説明する図である。
【図７】光コネクタフェルールと光ファイバとの間に充填する接着剤の硬化収縮率及びヤング率による波長特性を説明する図である。
【図８】本発明による分散補償光ファイバモジュールの実施形態を説明する図である。
【図９】本発明による分散補償光ファイバモジュールの他の実施形態を説明する図である。
【図１０】従来技術の解決すべき課題を説明する図である。
【符号の説明】
１…分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）、１ａ…コア部、１ｂ…第１クラッド、１ｃ…第２クラッド、１ｄ…第３クラッド、１ｅ…最外層クラッド、２、２’…シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）、３…中間光ファイバ、３ａ…コア部、３ｂ…クラッド部、４…物理的結合部、５…融着接続部、６、６’ …物理的結合部（光コネクタ）、１１，１１’ …光ファイバ、１２…コア部、１２ａ…ＭＦＤ拡大部、１３…クラッド部、１４…ファイバ被覆、１５…フェルール、１５ａ…フェルール端面、１５ｂ…細径の光ファイバ孔、１５ｃ…太径のファイバ挿入孔、１５ｄ…テーパ孔、１６…保持具、１６ａ…貫通孔、１７…接着剤、１８ａ，１８ｂ…分散補償光ファイバモジュール、１９…モジュール筺体、２０ａ…モールド樹脂、２０ｂ…モールド用筐体、２１…ＤＣＦコイル、２１ａ…コイルリード、２２…光伝送路のＳＭＦ、２２ａ…短尺のＳＭＦ、２３…中間光ファイバ、２４，２５，２７…光コネクタ装置、２４ａ，２４ｂ，２５ａ、２５ｂ，２７ａ，２７ｂ…光コネクタ、２４ｃ，２５ｃ，２７ｃ…接続アダプタ、２６…融着接続部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection structure and a connection method between a single mode optical fiber and a dispersion compensating optical fiber having different mode field diameters, and a dispersion compensating optical fiber module connected to an optical transmission line including the single mode optical fiber.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In order to respond to the recent rapid increase in demand for communication capacity, the introduction of DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) transmission technology has been advanced. In optical transmission (optical fiber) for DWDM transmission, it is considered that a wavelength band (1565 nm to 1625 nm) called an L band is used in addition to a wavelength band called a C band (1530 nm to 1565 nm), which generally has a small transmission loss. I have. In order to achieve high speed and large capacity in such a wide wavelength band, it is desired to develop an optical transmission line which can reduce transmission loss, reduce accumulated chromatic dispersion and dispersion slope, and suppress nonlinear effects.
[0003]
There are several methods for compensating the accumulated chromatic dispersion. In an optical transmission line using a standard single mode optical fiber (SMF), a dispersion compensating fiber (DCF) is used. Widely used for its good properties. Dispersion compensation using DCF is to connect a DCF having negative chromatic dispersion in series to an optical transmission line to cancel the accumulated positive chromatic dispersion. Usually, a DCF having a required length is coiled. And is connected to the optical transmission line.
[0004]
Various DCFs have been proposed for this purpose. Generally, the DCF is connected to an optical transmission line using a standard SMF having a zero-dispersion wavelength around 1.3 μm, and has a wavelength of 1.55 μm. Reduce cumulative chromatic dispersion in the band. Also, for example, a DCF for compensating chromatic dispersion and dispersion slope is connected to a non-zero dispersion shift fiber (NZDSF) having a positive chromatic dispersion near 1.55 μm, and a 1.55 μm wavelength is connected. It is also known to reduce the cumulative chromatic dispersion of the band.
[0005]
However, reducing both the cumulative chromatic dispersion and the dispersion slope may require a long distance dispersion compensating optical fiber. Further, the chromatic dispersion of the SMF is represented by D _SMF And the dispersion slope is S _SMF , And the chromatic dispersion of the DCF connected to the _DCF And the dispersion slope is S _DCF , The ratio of the dispersion slope to the chromatic dispersion “S _SMF / D _SMF "And" S _DSF / D _DSF Is required to be substantially equal. As a dispersion compensating optical fiber meeting such a demand, for example, a fiber having a shape having a double or more cladding as shown in Patent Document 1 is known.
[0006]
Normally, an SMF used for an optical transmission line has a mode field diameter (hereinafter, referred to as MFD) of about 9 μm, while a DCF MFD of about 5 μm is used. As described above, when optical fibers having different MFDs are connected to each other, there is a problem that a connection loss increases. In order to solve this problem, for example, as disclosed in Patent Document 2, a method of connecting via a short intermediate optical fiber having an MFD intermediate between the MFD of the SMF and the DCF is known. Patent Document 2 further mentions the effective core area of the intermediate optical fiber when the difference between the MFDs of the SMF and the DCF is large, and proposes a connection structure in which an intermediate optical fiber having an optimal MFD is selected. I have.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-182056 A
[Patent Document 1]
JP 2001-356223 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The optical fibers having different MFDs are usually connected by fusion, and the fusion spliced portion is additionally heated, and the dopant of the core portion on the smaller side of the MFD is thermally diffused into the cladding portion to match the two MFDs. This suppresses an increase in connection loss. In the above-mentioned Patent Document 2, as shown in FIG. 10A, the intermediate optical fiber and the DCF are connected by fusion, and the intermediate optical fiber and the SMF are connected by fusion.
[0009]
However, when a DCF having a double or more cladding as disclosed in Patent Document 1 is heated for fusion or heated for MFD expansion processing, the refractive index distribution of the heated portion changes. This may easily increase the loss and degrade the transmission characteristics, and it is difficult to heat due to the connection by fusion and the MFD expansion process. FIG. 10B is an example in which a loss is measured when a small power (minimum setting of fusion splicing) is applied to the intermediate coating portion of the DCF having a double or more cladding. As a result, the loss at 1590 nm reaches 2 dB only by applying a discharge for 0.5 second, and a loss of more than 4 dB occurs for a discharge of 1.0 second and more than 6 dB occurs for a discharge of 1.5 seconds.
[0010]
For this reason, it is conceivable to use an optical fiber in which the MFD of the intermediate optical fiber substantially matches (matches) the MFD of the DCF and performs physical connection without applying heat. However, in this case, as suggested in Patent Document 2, if the difference between the MFD of the DCF and the SMF is large, the MFD of the intermediate optical fiber is matched to the MFD of the SMF at the connection side between the intermediate optical fiber and the SMF. The heating conditions for thermal diffusion for making the heat treatment become severe and the time becomes long. For this reason, workability is reduced, and the outer shape may be deformed by heat.
[0011]
Regarding the display of the MFD of the optical fiber, an NFP (Near Field) that focuses on the output end face of the optical fiber on which light is incident, measures the light intensity distribution with a microscope, and observes a field pattern in the immediate vicinity of the output end. There are display parameters according to the (Pattern) method. At the same time, there is a display parameter by the FFP (Far Field Pattern) method for projecting the light emitted from the optical fiber onto a screen and observing a field pattern from the spread angle of a bright portion. In the MFD by the NFP method and the MFD by the FFP method, a matched clad type optical fiber having a single clad such as SMF is almost the same, but the DCF having a double clad or more, which is the object of the present invention, is large. Is different.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and when connecting an SMF and a DCF having greatly different MFDs via an intermediate optical fiber, the MFD of the intermediate optical fiber and the DCF, and the MFD of the intermediate optical fiber and the SMF. An object of the present invention is to provide a connection structure and a connection method of an optical fiber selected so that the connection with the optical fiber is in an optimum state, and a dispersion compensation optical fiber.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A connection structure and a connection method for an optical fiber according to the present invention connect a single mode optical fiber and a dispersion compensation optical fiber having different mode field diameters with an intermediate optical fiber interposed. The dispersion compensating optical fiber used in this connection has a cladding of two or more layers, the core diameter of the core part is 2 μm or more and less than 8 μm, the first cladding diameter is less than 20 μm, and the non-refractive index of the core part with respect to the outermost cladding. The difference is 1.0% or more and 5.0% or less, the relative refractive index difference of the first cladding diameter with respect to the outermost cladding is -2.0% or more and -0.1% or less, and the wavelength is 1.53 μm to 1%. It has a negative chromatic dispersion in a band of .63 μm.
[0014]
When the mode field diameter according to the NFP method is MFD1 and the mode field diameter according to the FFP method is MFD2 at an arbitrary wavelength selected from the wavelength band, (intermediate optical fiber MFD1) / (dispersion compensating optical fiber MFD1) 0.5 to 1.0, (intermediate optical fiber MFD2) / (dispersion compensating optical fiber MFD2) is 0.8 to 1.5, and the dispersion compensating optical fiber and the intermediate optical fiber are physically coupled. Connect with At the connection between the intermediate optical fiber and the single mode optical fiber, at least one of the MFD1 and MFD2 of the intermediate optical fiber and the MFD1 and MFD2 of the single mode optical fiber are connected so that they are thermally diffused and aligned. Have been.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a connection structure according to the present invention. In the figure, 1 is a dispersion compensating optical fiber (DCF), 2, 2 'is a single mode optical fiber (SMF), 3 is an intermediate optical fiber, 4 is a physical coupling section, 5 is a fusion splicing section, 6, 6'. Indicates a physical connection (optical connector).
[0016]
The intermediate optical fiber 3 according to the present invention uses a fiber having an MFD having a predetermined relationship with the DCF 1, and one of the intermediate optical fibers 3 is connected to the DCF 1 by a physical coupling section 4. However, the other end of the intermediate optical fiber 3 and the SMF 2 can be connected by the fusion splicing part 5 or the physical coupling parts 6, 6 '. The physical coupling of the optical fibers means that the connection ends of the optical fibers to be connected to each other, such as a connection using an optical connector other than fusion bonding and a connection using a mechanical splicer, are physically close to or in contact with each other. Forming an optical connection.
[0017]
FIG. 1A is a diagram showing an example in which the intermediate optical fiber 3 and the SMF 2 are connected by a fusion splicing section 5. The fusion splicing section 5 fusion splics the intermediate optical fiber 3 and the SMF 2 having different MFDs, and then additionally heats the fusion spliced portion, and at least an optical fiber having a smaller MFD (in this case, the intermediate optical fiber 3). Can be thermally diffused to the cladding side (Thermally-diffused Expanded Core, hereinafter referred to as TEC) to match the MFD of SMF2. In this case, the SMF 2 may be an optical fiber of an optical transmission line, or may be a relay for connecting to the optical fiber of the optical transmission line.
[0018]
FIG. 1B is a diagram illustrating an example in which the intermediate optical fiber 3 and the SMF 2 are connected by a physical coupling unit 6 ′. The physical connection portion 6 'may be a fixed connection using a mechanical splicer, but is preferably a connection using a detachable optical connector. Although details of an optical connector suitable for use in the physical coupling portions 4, 6, and 6 'will be described later, the connection end of the optical fiber having the smaller MFD (in this case, the intermediate optical fiber 3) is subjected to TEC processing. Keep it. The portion subjected to the TEC processing is incorporated in one side of the optical connector 6 'so that when connected to the optical connector on the SMF side, the MFDs of both optical fibers are matched.
[0019]
FIG. 1C is a diagram showing an example in which a short SMF 2 ′ is connected to the intermediate optical fiber 3 by a fusion splicing unit 5 and is connected to the SMF 2 of the optical transmission line by a physical coupling unit 6 (optical connector). It is. At this time, the fusion splicing section 5 performs TEC processing in the same manner as described with reference to FIG. 1A, and matches the MFD between the intermediate optical fiber 3 and the short SMF 2 ′. For the connection between the short SMF 2 ′ and the SMF 2, an optical connector connection between SMFs whose normal MFDs are equal to each other is used. In this case, the physical coupling portion 6 may be formed by fusion splicing, but the TEC process is not required.
[0020]
FIG. 2A is a diagram illustrating an example of a refractive index distribution of a DCF to which the present invention is applied, and FIG. 2B is a diagram illustrating an example of a refractive index distribution of an intermediate optical fiber used in the present invention. . In the figure, 1a indicates a core portion, 1b indicates a first clad, 1c indicates a second clad, 1d indicates a third clad, and 1e indicates an outermost clad.
[0021]
The DCF 1 used in the present invention has a clad configuration as shown in FIG. 2A, which has at least a first clad 1b and a double or more clad. In the DCF 1, the core diameter a of the core portion 1a is 2 μm to 8 μm, and the relative refractive index difference Δa of the core portion 1a with respect to the outermost cladding is 1.0% or more and less than 5.0%. The cladding diameter b of the first cladding 1b is 20 μm, and the relative refractive index difference Δb of the first cladding relative to the outermost cladding 1e is −2.0% or more and −0.1% or less. Further, it has a negative chromatic dispersion in a wavelength band of 1.53 μm to 1.63 μm.
[0022]
In the case of a triple clad provided with the second clad 1c outside the first clad 1b, the outer diameter c of the second clad 1c is 24 μm or less, and the relative refractive index difference Δc of the second clad 1c with respect to the outermost clad 1e is reduced. It is more than 0% and 1.0% or less. Further, in the case of a quadruple clad having the third clad 1d provided outside the second clad 1c, the outer diameter d of the third clad 1d is 60 μm or less, and the relative refractive index difference of the third clad 1d with respect to the outermost clad 1e. Δd is -1.0% or more and less than 0%.
[0023]
FIG. 2B shows a fiber used for the intermediate optical fiber 3 in FIG. 1, and uses a single clad fiber having a refractive index distribution called a matched clad type comprising a core portion 3a and a clad portion 3b. Can be The reason for selecting this fiber as the intermediate optical fiber 3 is that the selection of the MFD becomes easy as described later. Also, when fusion-spliced with the SMF, the compatibility of the TEC is good and it is easy to achieve matching. Note that the cutoff wavelength of the intermediate optical fiber 3 is desirably equivalent to the cutoff wavelength of the standard SMF.
[0024]
Further, in order to reduce both the chromatic dispersion and the dispersion slope of the optical transmission line, a DCF having a length suitable for the optical transmission line is required. However, the DCF is usually used in the form of a coil. However, the fundamental mode light due to bending easily leaks, and the loss of the fundamental mode is large. For this reason, if the length of the DCF is long, the transmission loss increases, and it becomes impossible to make the relay section large. Therefore, it is desired that the chromatic dispersion of the optical transmission line can be compensated for using a DCF having a length as short as possible, and that compensation over a wide band is required.
[0025]
For this purpose, if the ratio when the chromatic dispersion of the optical fiber is D and the dispersion slope is S is RDS (Relative Dispersion Slope), the RDS “S _DCF / D _DCF Is desired to be 0.01 or more. Also, the RDS “S” of the SMF of the optical transmission line to which this DCF is connected _SMF / D _SMF ”Is required. As a DCF that can satisfy such severe conditions, a fiber having a double or more clad structure as shown in FIG. 2A is used.
[0026]
Further, regarding the MFD of an optical fiber, as described in the section of “Problems to be Solved by the Invention”, an NFP method (also called Peterman I) for observing a field pattern very near an emission end of the fiber, There is a display parameter by the FFP method (also called Peterman II) that projects the light emitted from the fiber onto a screen and observes a field pattern from the spread angle of a bright part.
[0027]
The MFD by the NFP method and the MFD by the FFP method are almost the same in a matched clad type fiber having a single clad such as SMF, but the DCF having a double clad or more which is the object of the present invention is greatly different. ing. For this reason, in general, simply MFD means MFD by the FFP method (hereinafter, MFD2), but in the present invention, MFD by the NFP method (hereinafter, MFD1) is also specified.
[0028]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between these ratios and the connection loss due to physical coupling, where MFD1 and MFD2 on the DCF side are MFD1d and MFD2d, respectively, and MFD1 and MFD2 on the intermediate optical fiber side are MFD1m and MFD2m, respectively. FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating examples of DCF corresponding to C band, and FIGS. 3C and 3D are diagrams illustrating examples of DCF corresponding to L band. The DCF has the configuration shown in FIGS. 4 and 5 below. The DCF for the C band uses a 6.1 μm MFD1d and 3.9 μm MFD2d at a wavelength of 1.55 μm. MFD1d at 1.59 μm used was 6.6 μm, and MFD2d used was 4.1 μm.
[0029]
3A and 3C, the single clad matched clad fiber shown in FIG. 2B is used, and the relative refractive index difference Δn of the core is 3.3 to 0. MFD1m and MFD2m when variously changed at 0.71% were measured. The measurement was performed at a wavelength of 1.55 μm for the C-band DCF, and at a wavelength of 1.59 μm for the L-band DCF. The connection loss is shown as the sum of two locations at both ends of the DCF. Although MFD1> MFD2, there is no large difference with a difference of about 2 to 8%, and it can be said that they substantially match.
[0030]
Regarding the MFD2 in both the C and L bands, the connection loss is minimized when they substantially coincide with the intermediate optical fiber and the DCF. However, with respect to the MFD1, the MFD1m / MFD1d becomes minimum near 0.67, and the connection loss tends to increase when the MFD1 of both exceeds 1.0, which is the same. Therefore, assuming that the connection loss is suppressed to 1.0 dB (0.5 dB / one place) or less, the MFD1m / MFD1d is set to 0.5 or more and 1.0 or less in both the C and L bands, and the MFD2m / MFD2d is set to 0. It is preferable to select between 8 and 1.5.
[0031]
FIGS. 3B and 3D show examples in which a fiber having a triple clad refractive index distribution is used as the intermediate optical fiber. As is clear from this figure, MFD1m and MFD2m are greatly different, and MFD1m has a value nearly three times as large as MFD2m. Here, when attention is paid only to the MFD 2m, it looks as if the connection loss is small because the DCF is matched with the MFD 2d. However, in practice, this is not the case and attention must be paid to MFD1m and MFD1d. On the other hand, the matched clad type fiber is easy to select because the MFD1 and the MFD2 are almost equal. Therefore, it is desirable to use a matched clad fiber as the intermediate optical fiber.
[0032]
FIGS. 4 and 5 are diagrams illustrating the connection of the intermediate optical fiber and the DCF by physical connection. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a C-band DCF, and FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an L-band DCF. The intermediate optical fiber used for connection with the DCF was selected from those shown in FIGS. 3 (A) and 3 (C).
[0033]
As the DCF for the C band, one having a structure having a triple clad having the parameters shown in FIG. 4B was used. On the other hand, in the intermediate optical fiber, as shown in FIG. 4C, the relative refractive index difference is 1.85% (the core diameter is 5 μm), the MFD1 at the wavelength of 1.55 μm is 5.0 μm, and the MFD2 is 4.8 μm. . As the MFD relationship between the intermediate optical fiber and the DCF, as shown in FIG. 4 (D), MFD1m / MFD1d of 0.82 and MFD2m / MFD2d of 1.23 were selected.
[0034]
The conventional example (sample number 3) shown in FIG. 4A is a case where a standard SMF is directly fusion-spliced to the DCF and subjected to TEC processing in order to eliminate a difference in MFD. It shows the loss (total of two places). With this conventional connection method, a loss of about 3 dB occurs, which is not practical. The comparative example (number of samples: 5) shows a case in which the intermediate optical fiber of FIG. 4 (C) selected by fusion bonding to the DCF of FIG. 4 (B) is disclosed in Patent Document 2. It is close to technology. In this case, although the loss is relatively small in the wavelength band of 1530 nm or less, the loss increases as the wavelength shifts to the longer wavelength side, and in the wavelength band near 1590 nm, the loss is about the same as the conventional example (about 3 dB). I will.
[0035]
On the other hand, the present invention (number of samples: 5) means that the intermediate optical fiber of FIG. 4C selected for the DCF of FIG. 4B is physically coupled without applying heat to the DCF (optical connector). It is connected by. The connection loss at this time can be suppressed to 1.5 dB or less, although there is a slight increase in loss as the wavelength shifts to the longer wavelength side, and the occurrence of loss is significantly suppressed as compared with the above-described conventional example and comparative example. We were able to.
[0036]
FIG. 5 shows an example of an L-band DCF having a triple clad structure having the parameters shown in FIG. 5B. On the other hand, as shown in FIG. 5C, the intermediate optical fiber has a relative refractive index difference of 1.85% (core diameter of 5 μm), MFD1 at a wavelength of 1.59 μm of 5.2 μm, and MFD2 of 4.9 μm. . As for the MFD relationship between the intermediate optical fiber and the DCF, one having an MFD1m / MFD1d of 0.79 and an MFD2m / MFD2d of 1.2 was selected as shown in FIG.
[0037]
The conventional example (3 samples) shown in FIG. 5A is a case where a standard SMF is directly fusion-spliced to the DCF and subjected to TEC processing in order to eliminate a difference in MFD. It shows the loss (total of two places). In the connection method of the conventional example (the number of samples is 3), a loss of about 3 dB occurs, which is not practical. The comparative example (the number of samples: 5) shows a case where the intermediate optical fiber of FIG. 5C selected by fusion bonding to the DCF of FIG. 5B. In this case, although the loss is relatively small (around 1 dB) in the wavelength band of 1590 nm or less, the loss increases as the wavelength shifts to the longer wavelength side, and a loss of around 2 dB occurs in the wavelength band near 1630 nm.
[0038]
On the other hand, the present invention (the number of samples is 5) means that the intermediate optical fiber of FIG. 5C selected for the DCF of FIG. 5B is physically coupled without applying heat to the DCF (optical connector). ). The connection loss at this time can be suppressed to 1 dB or less although there is a slight increase in loss as the wavelength shifts to the longer wavelength side, and the occurrence of loss can be significantly suppressed as compared with the above-described conventional example and comparative example. Was completed.
[0039]
As is apparent from FIGS. 4 and 5, when a DCF having a refractive index distribution equal to or more than a double clad used in the present invention is directly connected to an SMF, a difference in MFD is large and TEC processing is indispensable. However, this DCF is weak to heating, and the connection loss increases by heating by TEC processing. On the other hand, by using the intermediate optical fiber and improving the overall MFD matching relationship in “DCF + intermediate optical fiber + SMF”, it is possible to improve the connection loss due to the difference in the MFD. However, when the DCF and the intermediate optical fiber are fusion-spliced, the loss can be reduced as compared with the case where the DCF and the SMF are directly connected. The loss increase is large and not enough. Therefore, it can be said that the connection between the DCF and the intermediate optical fiber is optimally connected by physical coupling without heating the DCF.
[0040]
As the connection by the physical coupling between the DCF and the intermediate optical fiber, there are specifically a case where a mechanical splicer is used and a case where an optical connector is used. In connection using a mechanical splicer, usually, optical fibers to be connected to each other are aligned using a V-groove table, and the connection ends are abutted, and the connection is mechanically fixed using a spring clip or the like. Things. Since the connection operation does not require a power source, a heat source, an adhesive, and the like, and the connection can be performed in a short time, it is suitable for connection at a work site where the environment is not very good.
[0041]
However, if there is an outer diameter difference, there is a problem that the connection loss becomes slightly large, but it can be solved by increasing the outer diameter accuracy at the connection end between the DCF and the intermediate optical fiber. For a DCF that is difficult to connect, connection using a mechanical splicer is useful. By setting the difference between the outer diameter of the DCF and the outer diameter of the intermediate optical fiber within ± 1%, it is possible to suppress the occurrence of the connection loss due to the deviation of the optical axis to a level that does not substantially cause a problem. Further, the difference in the fiber outer diameter can be easily realized by immersing the fiber having the larger outer diameter in hydrofluoric acid.
[0042]
It is also useful to detachably connect the DCF and the intermediate optical fiber using an optical connector. However, when connection is performed using an optical connector, the MFD of the DCF has a smaller diameter than a normal optical fiber, so that there is a problem that a connection loss increases even if the connection position is slightly shifted. Normally, in order to avoid this, the MFD at the connection end is enlarged by TEC to give a certain degree of tolerance to the connection displacement. However, since the DCF used in the present invention cannot perform TEC processing involving heating, an optical connector that can be connected with high precision is required.
[0043]
FIG. 6A is a diagram illustrating an example of an optical connector suitable for connecting a DCF and an intermediate optical fiber. In the figure, 11 is an optical fiber, 12 is a core portion, 13 is a clad portion, 14 is a fiber coating, 15 is a ferrule, 15a is a ferrule end face, 15b is a small-diameter optical fiber hole, 15c is a large-diameter fiber insertion hole, 15d is a tapered hole, 16 is a holder, 16a is a through hole, and 17 is an adhesive.
[0044]
The optical fiber 11 is intended for the DCF and the intermediate optical fiber described above, and includes a core portion 12 and a clad portion 13, and the outer peripheral surface is protected by a fiber coating 14. The optical connector is configured by inserting and fixing the optical fiber 11 into the ferrule 15 and holding and fixing the ferrule 15 by the holder 16. The ferrule 15 has a small-diameter optical fiber hole 15b for mounting the distal end of the optical fiber 11 on the end face 15a side, and a large-diameter fiber insertion hole 15c formed behind it.
[0045]
The optical fiber 11 is positioned in the small-diameter optical fiber hole 15b of the ferrule 15, and is filled and fixed with an adhesive 17 in the large-diameter fiber insertion hole 15c. The adhesive 17 has a gap between the optical fiber hole 15b and the optical fiber 11, a gap between the large-diameter fiber insertion hole 15c and the fiber coating 14, and a gap between the through hole 16a of the holder 16 and the fiber coating 14. The ferrule 15 and the optical fiber 11 are bonded and integrated.
[0046]
By connecting the small-diameter optical fiber hole 15b and the large-diameter fiber insertion hole 15c with the tapered hole 15d, a smooth volume conversion is performed so that the cross-sectional area of the hole does not suddenly change. Stress concentration is prevented from occurring in the fiber 11 and increase in loss is suppressed. Further, a change in stress applied to the optical fiber 11 due to the influence of expansion and contraction of the adhesive 17 due to a change in environmental temperature can be reduced. As a result, it is possible to avoid the occurrence of loss fluctuation due to irregular bending due to uneven bending stress acting on the optical fiber 11. The taper angle θ of the tapered hole 15d is desirably 90 ° or less, more preferably 60 ° or less.
[0047]
The small-diameter optical fiber hole 15b is formed with high precision substantially equal to the outer diameter of the optical fiber 11 to be mounted, and the clearance between the optical fiber 11 and the optical fiber 11 is made as small as possible so that the accurate positioning of the optical fiber 11 is achieved. Do. When the outer diameter of the clad portion 13 of the optical fiber 11 is, for example, a nominal outer diameter of 125 μm, the hole diameter D of the small-diameter optical fiber hole 15b is preferably formed between 125 μm and 126 μm. The hole diameter D of the small-diameter optical fiber hole 15b is desirably formed by the outer diameter of the optical fiber + (more than 0 μm and 1 μm or less). The length L of the small-diameter optical fiber hole 15b is the minimum length necessary for positioning the optical fiber 11. The shorter the length, the more easily it can be formed with high precision, and it is desirable that the length be 2.5 mm or less.
[0048]
FIG. 7A shows a wavelength characteristic according to a curing shrinkage of an adhesive filled and fixed between a ferrule and an optical fiber. When an optical fiber is attached to an optical connector, when the adhesive resin cures and contracts, stress is generated in the optical connector and remains. The residual stress caused by the adhesive resin causes microbending of the optical fiber in the optical connector, which causes an increase in loss. In particular, since DCF is a fiber in which loss tends to increase due to bending, it is desirable that the curing shrinkage of the adhesive be small.
[0049]
As shown in FIG. 7 (A), an adhesive having a curing shrinkage of 4% and 6% was prepared by changing the resin composition of the epoxy-based adhesive, and DCF was formed using this adhesive. ) Was mounted in an optical connector with the configuration shown in ()), and its wavelength characteristics were measured. The adhesive having a curing shrinkage of 6% shows an increase in loss and disorder of the wavelength on the long wavelength side as compared with the adhesive having a curing shrinkage of 4%. From this result, it is desirable that the curing shrinkage of the adhesive be 5% or less.
[0050]
FIG. 7B shows the wavelength characteristics according to the Young's modulus after curing of the resin adhesive filled and fixed between the ferrule and the optical fiber. The adhesive filled in the optical connector expands and contracts due to a change in temperature. When the Young's modulus after curing is large, a large stress is applied to the optical fiber when the resin adhesive expands and contracts. Since the Young's modulus of the adhesive increases at low temperatures, shrinkage of the resin adhesive at low temperatures is a major factor causing microbending in the optical fiber. In particular, since DCF is a fiber in which the loss is likely to increase due to bending, it is desirable that the Young's modulus of the adhesive after curing is small.
[0051]
DCF was mounted in the optical connector shown in FIG. 6A using an adhesive resin having Young's modulus of 2450 MPa and 3430 MPa after curing. The adhesive having a cured Young's modulus of 3430 MPa shows an increase in loss on the long wavelength side as compared with the adhesive having a cured Young's modulus of 2450 MPa. From this result, it is desirable that the Young's modulus of the adhesive after curing is 2940 MPa or less.
[0052]
As described in FIG. 3, a matched clad type fiber is used for the intermediate optical fiber, so that the loss does not increase particularly by heating. Therefore, in the connection between the intermediate optical fiber and the SMF of the optical transmission line, fusion splicing is possible, and it is also possible to match the MFD by the TEC process. However, even if the TEC process is performed, if the difference between the MFD of the intermediate optical fiber and that of the SMF is large, the heating time required for the TEC is large, the work efficiency is reduced, and the outer diameter may be deformed by heat.
[0053]
For this reason, even if the TEC processing is performed, it is preferable that the difference between the MFD of the intermediate optical fiber and that of the SMF is small. Desirably, in both MFD1 and MFD2, it is desirable to be ± 10% or less. Within this range, the MFD difference can be kept within a maximum range of 20%, so that the loss can be suppressed to 0.2 (dB / one place) or less without performing TEC processing. .
[0054]
In FIG. 1, when the MFD of the intermediate optical fiber 3 and the SMF 2 or the short SMF 2 'on the optical transmission line side are matched by TEC processing, the MFD of the intermediate optical fiber 3 is usually smaller than the MFD of the SMF 2, 2'. At least, the dopant in the core portion on the side of the intermediate optical fiber 3 is thermally diffused. In the fusion splicing section 5, if the difference between the two MFDs is small, the TEC processing may be slightly advanced by the heating during fusion, so that extra heating may not be required in some cases. The heating of the TEC process may be performed after the fusion splicing, or the TEC process may be performed on the intermediate optical fiber 3 in advance, and the enlarged end of the TEC may be abutted to the SMF at the connection end and fusion spliced.
[0055]
The intermediate optical fiber 3 and the SMF 2 can be connected using a mechanical splice other than the fusion splicing, similarly to the connection between the intermediate optical fiber 3 and the DCF 1. However, usually, when a heat treatment for expanding the MFD is performed, the outer diameter of the optical fiber (cladding outer diameter) is slightly reduced. For this reason, there is a problem that an outer diameter difference between the intermediate optical fiber 3 and the SMF 2 is generated, and the connection loss is slightly increased. However, the outer diameter can be adjusted by immersing the fiber (SMF) having the larger outer diameter in hydrofluoric acid. By setting the difference between the outer diameters of the SMF and the intermediate optical fiber within ± 1%, it is possible to suppress the occurrence of the connection loss due to the deviation of the optical axis to a level that does not substantially cause a problem.
[0056]
Since the connection using the optical connector can be easily attached and detached, it is useful that the connection can be easily disconnected or changed for a test measurement, and the connection can be easily changed. In FIG. 1B, the optical connector 6 'is provided with a connection end portion which has been subjected to TEC processing in advance and is enlarged on one side of the optical connector 6'. The MFD of the optical fiber is matched. Since the strength of the connection end portion expanded by the TEC processing is deteriorated, the protection can be enhanced by incorporating the connection end portion in the optical connector 6 '. However, as described above, when the heat treatment for expanding the MFD is performed, there is a problem that the outer diameter of the optical fiber (cladding outer diameter) is slightly reduced.
[0057]
FIG. 6B is a diagram illustrating an example of an optical connector suitable for connecting an SMF of an optical transmission line to an intermediate optical fiber. The reference numerals in the figure are the same as those in FIG. The optical fiber 11 ′ shown in this figure is intended as an intermediate optical fiber, and comprises a core 12 and a clad 13, and the outer peripheral surface is protected by a fiber coating 14. However, the MFD of the core portion 12 is thermally diffused by the TEC process at the tip portion of the optical fiber, and the MFD enlarged portion 12a is formed. The MFD expansion section 12a is thermally diffused so as to match the MFD of the SMF mounted on the mating optical connector.
[0058]
The outer diameter of the optical fiber (cladding outer diameter) due to the TEC processing is usually about 0.5 μm to 2 μm smaller than the outer diameter of the cladding when no heat treatment is performed. For example, when an optical fiber having a cladding outer diameter of 125 μm and an MFD of 6.5 μm is enlarged so that the MFD becomes 10.5 μm, the cladding outer diameter of the enlarged region M becomes 123.8 μm. That is, the outer diameter is reduced by about 1% by the heat treatment.
[0059]
Therefore, when attaching the optical fiber 11 'having the MFD enlarged portion 12a, it is necessary to make the diameter Da of the small-diameter optical fiber hole 15b slightly smaller. That is, when the optical fiber 11 ′ having the MFD enlarged portion 12 a is attached, the hole diameter Da of the small-diameter optical fiber hole 15 b is formed by the optical fiber outer diameter of the non-MFD enlarged portion + (−1 μm or more and less than 0 μm). It is desirable. The diameter Da of the small-diameter optical fiber hole 15b may be managed based on the outer diameter of the thinned optical fiber hole 15b. In this case, it is desirable to form the outer diameter of the TEC region + (more than 0 μm and 1 μm or less). The axial length La of the optical fiber hole 15b is shorter than the TEC region of the optical fiber. As for the characteristics of the adhesive 17, the same one as the optical connector of FIG. 6A can be used as described with reference to FIG.
[0060]
Next, an embodiment of a dispersion compensating optical fiber module according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8 (A) and 9 (A) are views showing an example in which both ends of an intermediate optical fiber are connected by optical connectors, and FIGS. 8 (B) and 9 (B) show a short SMF fused to the intermediate optical fiber. It is a figure showing the example of connection. In the figure, 18a, 18b, 18c and 18d are dispersion compensating optical fiber modules, 19 is a module housing, 20a is a molding resin, 20b is a molding housing, 21 is a DCF coil, 21a is a coil lead, and 22 is an optical transmission line. SMF, 22a is a short SMF, 23 is an intermediate optical fiber, 24, 25, 27 are optical connector devices, 24a, 24b, 25a, 25b, 27a, 27b are optical connectors, 24c, 25c, 27c are connection adapters, 26 is 3 shows a fusion splice.
[0061]
The dispersion compensating optical fiber module 18a shown in FIG. 8A has a configuration corresponding to the connection structure example of FIG. 1B. In the dispersion compensating optical fiber module 18a, a DCF coil 21 is housed in a module housing 19, and one end of the intermediate optical fiber 23 is connected to the coil lead 21a via an optical connector device 24. The other end of the intermediate optical fiber 23 is connected to an SMF 22 such as an optical transmission line via an optical connector device 25. The connection adapter 25c of the optical connector device 25 is mounted on the wall of the module housing 19, and the intermediate optical fiber 23 in the module housing and the SMF 22 of the external optical transmission line are connected by the optical connectors 25a and 25b mounted respectively. It is configured to be detachably connected.
[0062]
Further, as the intermediate optical fiber 23, an optical fiber having a small loss with respect to bending recently developed can be used. This optical fiber has, for example, an MFD defined by Peterman-I at a wavelength of 1.55 μm of 8 μm or less, and an absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 1.3 μm and a wavelength of 1.55 μm both of 12 ps / nm / km or less. And the cable cutoff wavelength is 1.26 μm or less. By using this optical fiber for the above-mentioned intermediate optical fiber 23, the bending diameter in the module housing 19 can be reduced, and the extra connection length and wiring can be shortened, so that downsizing can be achieved.
[0063]
The DCF coil 21 is formed by winding a DCF having a predetermined length necessary for dispersion-compensating the SMF of the optical transmission line into a coil shape, placing the DCF in a molding housing 20b, and molding with a molding resin 20a to prevent collapse. It is configured not to occur. The DCF coil 21 has a predetermined core diameter, a predetermined clad diameter, and a specific refractive index difference as described with reference to FIG. 2A. As the intermediate optical fiber 23, a fiber having an MFD having a predetermined relationship with the MFD of the DCF coil 21 is used as described with reference to FIG.
[0064]
The DCF coil 21 has a chromatic dispersion D at an arbitrary wavelength selected from the band of wavelengths 1.53 μm to 1.63 μm. _DCF (Ps / nm / km) Dispersion slope S _DCF (Ps / nm ² / Km) RDS (S _DCF / D _DCF ) Is 0.01 or more. Thereby, the DCF coil 21 can shorten the fiber length, suppress the increase in transmission loss, and reduce the coil shape, so that the shape of the dispersion compensating optical fiber module itself can be reduced in size.
[0065]
The coil lead 21a of the DCF coil 21 and one end of the intermediate optical fiber 23 are physically connected by an optical connector device 24. Note that, instead of the optical connector device 24, the connection can be made using a mechanical splicer. The optical connector device 24 includes, for example, an optical connector 24a provided on the coil lead 21a, an optical connector 24b provided on the intermediate optical fiber 23, and a connection adapter 24c for connecting both optical connectors 24a and 24b. As the optical connectors 24a and 24b, for example, by using an optical connector having the shape shown in FIG. 6A, the displacement of the MFD can be reduced, and the increase in connection loss can be suppressed.
[0066]
The other end of the intermediate optical fiber 23 expands the MFD by TEC processing as shown in the physical coupling section 6 'in FIG. 1B, and stores the expanded MFD in the optical connector 25a. Note that the MFD enlargement is formed so that the MFD 1 and the MFD 2 described with reference to FIG. 3 match. As the optical connector 25a, for example, by using the optical connector having the shape shown in FIG. 6B, the displacement of the MFD can be reduced, and the increase in connection loss can be suppressed. As the optical connector 25b to be connected to the optical connector 25a, an optical connector having the shape shown in FIG. 6A can be used similarly to the optical connectors 24a and 24b.
[0067]
The dispersion compensating optical fiber module 18b shown in FIG. 8B has a configuration corresponding to the connection structure example of FIG. 1C. In this dispersion compensating optical fiber module 18b, a DCF coil 21 is housed in a module housing 19, and one end of the intermediate optical fiber 23 is connected to its coil lead 21a via an optical connector device 24 as in FIG. Connect. The other end of the intermediate optical fiber 23 is fusion spliced with a short SMF 22a having the same or the same MFD as the SMF 22 of the optical transmission line, and the other end of the SMF 22a is connected to the optical connector device 27. Optical connector 27a.
[0068]
The fusion splicing part 26 of the intermediate optical fiber 23 and the short SMF 22a performs TEC processing as necessary, and converts the MFD of the intermediate optical fiber 23 and the short SMF 22a into the MFD1 and the MFD2 as described with reference to FIG. To match. The connection adapter 27c of the optical connector device 27 is attached to the wall of the module housing 19, and the short SMF 22a in the module housing 19 and the SMF 22 of the external optical transmission line are connected by the optical connectors 27a and 27b attached respectively. It is configured to be detachably connected.
[0069]
The DCF coil 21, the intermediate optical fiber 23, the optical connector device 24 (or mechanical splicer), the fusion splicing part 26, and the like housed in the module housing 19 are as shown in FIGS. 9A and 9B. Then, it can be housed in the mold housing 20b, filled with the mold resin 20a, and integrated. The dispersion compensating optical fiber modules 18c and 18d can stabilize the characteristics of the DCF coil 21 and can be compact as a whole by integrating the components with the mold resin 20a.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a single-mode optical fiber and a dispersion-compensating optical fiber having greatly different mode field diameters are connected via an intermediate optical fiber, and the chromatic dispersion of the optical transmission line is reduced to C band and L band. When compensating in a wide band, the mode field diameter of the intermediate optical fiber and the dispersion compensating optical fiber, and the mode field diameter of the intermediate optical fiber and the single mode optical fiber can be selected in an optimal relationship. This makes it possible to form an optical fiber connection structure and connection method and a dispersion-compensating optical fiber module in which an increase in connection loss is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an optical fiber connection structure according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a refractive index distribution of a dispersion compensating optical fiber and an intermediate optical fiber used in the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a mode field diameter of an intermediate optical fiber and a connection loss.
FIG. 4 is a diagram illustrating a physical connection between an intermediate optical fiber and a dispersion compensating optical fiber (for C band).
FIG. 5 is a diagram illustrating a physical connection between an intermediate optical fiber and a dispersion compensation optical fiber (for L band).
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an optical connector suitable for connecting a dispersion compensating optical fiber and an intermediate optical fiber.
FIG. 7 is a diagram for explaining wavelength characteristics according to a curing shrinkage ratio and a Young's modulus of an adhesive filled between an optical connector ferrule and an optical fiber.
FIG. 8 is a diagram illustrating an embodiment of a dispersion compensating optical fiber module according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating another embodiment of the dispersion compensating optical fiber module according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining a problem to be solved in the related art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dispersion compensation optical fiber (DCF), 1a ... Core part, 1b ... 1st clad, 1c ... 2nd clad, 1d ... 3rd clad, 1e ... Outer layer clad, 2 and 2 '... Single mode optical fiber (SMF) 3) Intermediate optical fiber, 3a ... core part, 3b ... clad part, 4 ... physical coupling part, 5 ... fusion splicing part, 6, 6 '... physical coupling part (optical connector), 11, 11' ... optical fiber, 12 ... core part, 12a ... MFD enlarged part, 13 ... cladding part, 14 ... fiber coating, 15 ... ferrule, 15a ... ferrule end face, 15b ... small diameter optical fiber hole, 15c ... large diameter fiber insertion Hole, 15d: tapered hole, 16: holder, 16a: through hole, 17: adhesive, 18a, 18b: dispersion compensation optical fiber module, 19: module housing, 20a: molding resin, 20b: mold Casing, 21 DCF coil, 21a coil lead, 22 SMF of optical transmission line, 22a short SMF, 23 intermediate optical fiber, 24, 25, 27 optical connector device, 24a, 24b, 25a, 25b , 27a, 27b ... optical connector, 24c, 25c, 27c ... connection adapter, 26 ... fusion spliced part.

Claims

An optical fiber connection structure in which a single mode optical fiber and a dispersion compensation optical fiber having different mode field diameters are connected with an intermediate optical fiber interposed therebetween,
The dispersion compensating optical fiber has a double or more cladding, a core diameter of the core part is 2 μm or more and less than 8 μm, a diameter of the first cladding is less than 20 μm, and a relative refractive index difference of the core part with respect to the outermost cladding is 1 μm. 0.0% or more and 5.0% or less, a relative refractive index difference of the first cladding with respect to the outermost layer cladding is -2.0% or more and -0.1% or less, and a wavelength band of 1.53 μm to 1.63 μm. Has a negative chromatic dispersion at
When the mode field diameter according to the NFP method is MFD1 and the mode field diameter according to the FFP method is MFD2 at an arbitrary wavelength selected from the wavelength band, (intermediate optical fiber MFD1) / (dispersion compensating optical fiber MFD1) is 0. 5 to 1.0, (intermediate optical fiber MFD2) / (dispersion compensating optical fiber MFD2) is 0.8 to 1.5, and the dispersion compensating optical fiber and the intermediate optical fiber are physically coupled. Connected by
A connection structure for an optical fiber, wherein MFD1 and MFD2 of the intermediate optical fiber and MFD1 and MFD2 of the single mode optical fiber are matched at a connection portion between the intermediate optical fiber and the single mode optical fiber. .

The dispersion compensating optical fiber has a triple or more cladding, a diameter of the second cladding is less than 24 μm, and a relative refractive index difference of the second cladding with respect to the outermost cladding is more than 0% and 1.0% or less. The optical fiber connection structure according to claim 1, wherein:

The dispersion compensating optical fiber has a quadruple or more cladding, a diameter of the third cladding is less than 60 μm, and a relative refractive index difference of the third cladding with respect to the outermost cladding is not less than −1.0% and less than 0%. The optical fiber connection structure according to claim 2, wherein:

The dispersion compensating optical fiber has a ratio RDS (S _DCF / D) of a dispersion slope S _DCF (ps / nm ² / km) to a chromatic dispersion D _DCF (ps / nm / km) at an arbitrary wavelength selected from the wavelength band. The optical fiber connection structure according to any one of claims 1 to 3, wherein ( _DCF ) is 0.01 or more.

The optical fiber connection structure according to claim 1, wherein the intermediate optical fiber is an optical fiber having a matched refractive index distribution.

The optical fiber connection structure according to claim 1, wherein a physical connection between the dispersion compensating optical fiber and the intermediate optical fiber is formed by an optical connector.

The optical fiber connection structure according to claim 1, wherein a physical connection between the dispersion compensating optical fiber and the intermediate optical fiber is formed by a mechanical splicer.

At the connection between the intermediate optical fiber and the single mode optical fiber, the difference between the MFD1 of the intermediate optical fiber and the MFD1 of the single mode optical fiber, and the difference between the MFD2 of the intermediate optical fiber and the MFD2 of the single mode optical fiber. The optical fiber connection structure according to claim 1, wherein each of the optical fibers is ± 10% or less.

The MFD1 and MFD2 of the intermediate optical fiber and the MFD1 and MFD2 of the single mode optical fiber at the connection portion are aligned by thermally diffusing at least a dopant in a core on the intermediate optical fiber side. The optical fiber connection structure according to claim 1.

The optical fiber connection structure according to claim 9, wherein the connection between the intermediate optical fiber and the single mode optical fiber is formed by fusion.

The optical fiber connection structure according to claim 9, wherein the connection between the intermediate optical fiber and the single mode optical fiber is formed by an optical connector.

An optical fiber connection method for connecting a single mode optical fiber and a dispersion compensation optical fiber having different mode field diameters with an intermediate optical fiber interposed therebetween,
The dispersion compensating optical fiber has a double or more cladding, a core diameter of the core part is 2 μm or more and less than 8 μm, a first cladding diameter is less than 20 μm, and a difference in non-refractive index of the core part with respect to the outermost cladding is 1. 0% or more and 5.0% or less, a relative refractive index difference of the first cladding diameter with respect to the outermost layer cladding is -2.0% or more and -0.1% or less, and a wavelength band of 1.53 μm to 1.63 μm. Has a negative chromatic dispersion at
When the mode field diameter according to the NFP method is MFD1 and the mode field diameter according to the FFP method is MFD2 at an arbitrary wavelength selected from the wavelength band, (intermediate optical fiber MFD1) / (dispersion compensating optical fiber MFD1) is 0. 5 to 1.0 and (intermediate optical fiber MFD2) / (dispersion compensating optical fiber MFD2) to 0.8 to 1.5 and connecting the dispersion compensating optical fiber and the intermediate optical fiber by physical coupling. And
An optical fiber connection method, wherein the intermediate optical fiber and the single mode optical fiber are connected such that the MFD1 and MFD2 of the intermediate optical fiber match the MFD1 and MFD2 of the single mode optical fiber.

A single mode optical fiber having a different mode field diameter, a dispersion compensating optical fiber module in which a dispersion compensating optical fiber is wound in a coil shape and connected via an intermediate optical fiber,
The dispersion compensating optical fiber has a double or more cladding, a core diameter of the core part is 2 μm or more and less than 8 μm, a first cladding diameter is less than 20 μm, and a difference in non-refractive index of the core part with respect to the outermost cladding is 1. 0% or more and 5.0% or less, a relative refractive index difference of the first cladding diameter with respect to the outermost layer cladding is -2.0% or more and -0.1% or less, and a wavelength band of 1.53 μm to 1.63 μm. Has a negative chromatic dispersion at
When the mode field diameter according to the NFP method is MFD1 and the mode field diameter according to the FFP method is MFD2 at an arbitrary wavelength selected from the wavelength band, (intermediate optical fiber MFD1) / (dispersion compensating optical fiber MFD1) is 0. 5 to 1.0, (intermediate optical fiber MFD2) / (dispersion compensating optical fiber MFD2) is 0.8 to 1.5, and the dispersion compensating optical fiber and the intermediate optical fiber are physically coupled. Connected by
A dispersion compensating optical fiber module, wherein the MFD1 and MFD2 of the intermediate optical fiber and the MFD1 and MFD2 of the single mode optical fiber are matched at a connection portion between the intermediate optical fiber and the single mode optical fiber.

The dispersion compensating optical fiber has a ratio “D _DCF / S _{DCF of} a dispersion slope S _DCF (ps / nm ² / km) to a chromatic dispersion D _DCF (ps / nm / km) at an arbitrary wavelength selected from the wavelength band. Is 0.01 or more, the dispersion compensating optical fiber module according to claim 13.

An optical connector for connection with the single mode optical fiber is attached to the other end of the intermediate optical fiber, and MFD1 and MFD2 of the intermediate optical fiber are connected to the MFD1 and MFD2 of the single mode optical fiber in the optical connector. The dispersion-compensating optical fiber module according to claim 13 or 14, wherein a core enlargement section for matching is accommodated and housed.

A short single mode optical fiber having MFD1 and MFD2 equivalent to the single mode optical fiber is fusion-spliced to the other end of the intermediate optical fiber, and MFD1 and MFD2 of the intermediate optical fiber and the short single mode optical fiber MFD1 and MFD2 are aligned by thermally diffusing at least the dopant in the core on the side of the intermediate optical fiber, and the other end of the short single-mode optical fiber is connected to the single-mode optical fiber. 15. The dispersion compensating optical fiber module according to claim 13, wherein the optical connector is mounted.

14. The dispersion compensating optical fiber and the intermediate optical fiber, and a connection portion between the dispersion compensating optical fiber and the intermediate optical fiber are embedded and integrated by resin in a module casing, according to claim 13, wherein Dispersion compensating optical fiber module.