JP2005326800A

JP2005326800A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2005326800A
Application number: JP2004229722A
Authority: JP
Inventors: Hei Yo; 兵姚; Kazumasa Osono; 和正大薗; Yoshinori Kurosawa; 芳宣黒沢
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】曲げ損失及びＳＭＦとの接続損失を改善した光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバ１１のコア１２中心を中心軸としてその円周上に等間隔に４つ以上の偶数本の空孔１４を備え、空孔１４が形成するコア側の包絡面１５とコア１２中心との距離Ｌが１０μｍ＜Ｌ＜２０μｍの範囲としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバに係り、特に、コアの周囲に空孔のある高耐応力光ファイバに関するものである。

光通信において有望視されている波長分割多重方式は、１本の光ファイバで複数の信号光を伝送できるので、伝送容量を１００倍程度に増大させることが可能な技術である。今日、通信事業者と各家庭を直接光ファイバで結び超高速通信サービスを提供するＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスが開始されている。ＦＴＴＨでは、各ユーザ宅への引き込みや構内配線には、取扱い性が向上され、宅内装置、接続箱の小型化を可能とする曲げに強い光ファイバが求められる。

現在、光伝送システムで用いられているのは石英系シングルモード光ファイバが主流であるが、非特許文献１に示すように、曲げに対して非常に損失の小さいホーリー光ファイバの実用化が検討されている。

姚等，「ホーリーファイバの実用化に関する一検討」，信学技報，社団法人電子情報通信学会，２００３年１月２３日，第１０２巻，第５８１号，ｐ．４７−５０

しかしながら、現在光伝送システムで最も多く用いられている１．３μｍシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）では、直径２０ｍｍの円筒に１ｍ巻き付けた際の生じる損失の増加は２〜１０ｄＢ／ｍが一般的であることから、曲げに対して非常に損失が大きいという問題があった。また、比屈折率差が大きい高非線形ファイバは曲げ径１０ｍｍにおける損失の増加は僅か０．０１ｄＢ／１０ターンであるが、そのモードフィールド径が通常のＳＭＦのモードフィールド径より小さい。よって、その高非線形ファイバと通常のＳＭＦとの接続においてＭＦＤの違いによる接続損失が大きいという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、曲げ損失及びＳＭＦとの接続損失を改善した光ファイバを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光ファイバのコア中心を中心軸としてその円周上に等間隔に４つ以上の偶数本の空孔を備え、曲げ径２０ｍｍ、波長１．５５μｍにおいて曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以下であり、モードフィールド径が９〜１１μｍであることを特徴とする光ファイバである。

空孔が形成するコア側の包絡面とコア中心の距離が１０〜２０μｍであると良い。好ましくは１３〜１６μｍであると良い。

空孔の径が５〜１６μｍであると良い。好ましくは８〜１２μｍであると良い。

空孔の数が４、６又は８であることが好ましい。

本発明によれば、光ファイバの曲げ損失、及び他の光ファイバと接続した際の接続損失の低減化といった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に本実施の形態の光ファイバの断面図を示す。

本実施の形態の光ファイバ１１は、純シリカに屈折率を高めるゲルマニウム（Ｇｅ）をドープした材料（ＧｅＯ_２−ＳｉＯ_２）によって形成されるコア１２と、コア１２の周りに純石英で形成されるクラッド１３とからなる。

図１に示すように、本発明に係る光ファイバ１１はコアまたはクラッドに空孔を有するホーリー光ファイバ１１であり、本実施の形態のホーリー光ファイバ１１のクラッド１３には、コア１２中心を中心軸としてその円周上に等間隔となるように６個の空孔１４が形成される。各空孔１４の径は１０μｍで、空孔１４の中心はコアの中心から半径１５μｍの円周上に位置しており、各空孔間の距離は約５μｍである。空孔１４内は空気またはＮ_２，Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガスで満たされている。

ホーリー光ファイバ１１の空孔１４の直径は１０μｍであるが、５μｍ〜１６μｍの範囲で可能であり、好ましくは、８μｍ〜１２μｍが望ましい。また、コア１２の中心とコア側包絡面１５との距離は１０μｍであるが、これは１０μｍ〜２０μｍの範囲で可能であり、好ましくは、１３μｍ〜１６μｍが望ましい。

図２に、図１のＡ−Ａ線に沿ったホーリー光ファイバ１１の屈折率分布を示す。ホーリー光ファイバ１１は、クラッド１３に形成された空孔１４では屈折率が約１であり、コア１２はクラッド１３より少しだけ高い屈折率である屈折率分布をしている。

ここで、空孔１４の数を４個以上の偶数個で軸対称に配列している理由について述べる。

空孔数が２個の場合ホーリー光ファイバの断面において、１軸にのみ空孔１４が存在するため、その空孔１４を通る軸とその他の軸との間で、空孔１４による実効的なクラッド１３の屈折率の低減効果に差が生じるため、疑似的な偏波面保存ファイバの特性になってしまい、高速伝送時に問題となる偏波分散特性が劣化してしまう。

また、空孔１４の数が奇数個になると、空孔１４をどのように配置しても、光ファイバ断面上の２つの直交する軸に対して、空孔１４による実効的なクラッドの屈折率分布が非対称になり、偏波分散特性が劣化してしまう。

以上より空孔１４の数は４個以上の偶数本が好ましい。

次に空孔１４の径が５μｍ以上１６μｍ以下である理由を説明する。

図３は、空孔の数が６個であるホーリー光ファイバ１１の空孔１４の径と曲げ損失の関係を示したものである。図３に示すように、空孔１４の径が５μｍ以上の範囲において、曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以下となる。この１ｄＢ／ｍは従来の光ファイバでは成し得ない特性であり、光ファイバのケーブル化や敷設を考慮したときに実用上の利点が顕れる値である。

空孔１４の径をさらに大きくすると曲げ特性はより改善されるが、空孔１４が光ファイバの断面積に占める割合が高くなるので、ホーリー光ファイバ１１の強度が低下し、ファイバ製造中の破断が起こりやすくなる。空孔１４の径を１６μｍ以上にすると、強度低下によるホーリー光ファイバ１１の破断が頻繁に起こった。よって、空孔１４の径は１６μｍ以下とする。

また、コア１２の周囲に存在する空孔１４のコア側包絡面１５とコア１２中心との距離ＬがＬ≦１０μｍの場合、空孔１４によるクラッドの実効的な屈折率の低減効果が強すぎるため、ＭＦＤが小さくなり、ホーリー光ファイバ１１と通常のＳＭＦとの接続損失が大きくなる。ＭＦＤは９〜１１μｍであることが好ましい。

一方、距離ＬがＬ≧２０μｍの場合、空孔１４がコア１２から離れ過ぎているため空孔１４によるクラッドの実効的な屈折率の低減効果が少なく、曲げ特性を改善できなくなる。以上のことから、空孔１４が形成するコア側の包絡面１５とコア１２の中心との距離Ｌは１０μｍ＜Ｌ＜２０μｍの範囲であるのが望ましい。

以上、６穴型のホーリー光ファイバ１１について説明したが、形成される空孔の数が４つのホーリー光ファイバでは、空孔の径は６〜１６μｍの範囲内にあり、コア側包絡線とコア中心との距離が１０〜２０μｍの範囲内にあるのが好ましい。

また、空孔の数が８つのホーリー光ファイバでは、ホーリー光ファイバに形成される空孔の径は４〜１６μｍの範囲内にあり、コア側包絡線とコア中心との距離が１０〜２０μｍの範囲内にあるのが好ましい。

次に、本実施の形態のホーリー光ファイバ１１の製造方法について説明する。

ホーリー光ファイバ１１は、母材作製工程、穿孔工程、線引工程を経て作製される。

まず、母材作製工程では、ファイバ部材となる石英プリフォームをＶＡＤ法により作製した。その作製方法は通常のシングルモードファイバ用プリフォームと同様の方法で、直径１２０ｍｍ、長さ１ｍのスートプリフォーム（図示せず）を作製し、コアとなるスート領域に石英の屈折率を上げるためのゲルマニウムを添加する。スートプリフォームを塩素等の脱水効果のある雰囲気中で焼結し、外径６０ｍｍ、長さ４０ｃｍの高純度透明ガラス化母材を得る。

図４（ａ）は、ガラス化母材２０の横断面図を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示したものである。

図４に示すように、穿孔工程では、母材２０のコア２１中心を中心軸とした円周上に等間隔に直径２．５ｍｍの孔２２を研削法により加工した。研削法はガラス化母材をガラス旋盤等で穿孔し、空孔を形成する方法である。研削後の母材２０の片端を封止加工し、その他端に外径６０ｍｍ、内径５０ｍｍの石英ダミー管（図示せず）を接続し、線引用プリフォームとした。さらに、プリフォームの端面には塩素を含むガスをプリフォームの研削加工孔に充填させるためのガス投入部（図示せず）を接続した。

次に、線引工程（図示せず）について説明する。線引きはプリフォームを加熱溶融して径の細いファイバにする工程である。線引する際、プリフォームの内圧が低すぎると空孔が潰れ、ファイバ化しても空孔のないファイバになってしまう。また、プリフォーム内圧が高くなると、ファイバ内の空孔の占める割合が大きくなり、線引張力、及び線引速度から決まるプリフォーム内圧の限界点を越えたとき、線引中にプリフォームの空孔部が破裂し、ファイバ形成が不可能となる。よって、ファイバ空孔径と線引時内圧の関係から、ファイバに所望の径の空孔部を形成しようとする場合、最適な内圧は１．０ｋＰａ程度である。その圧力に設定して線引を行い、径が１０μｍの空孔を有するホーリー光ファイバ１１が得られる。

このホーリー光ファイバ１１を１０ｋｍ作製したところの損失は波長１．３１μｍにおいて０．３７ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおいて０．２２ｄＢ／ｋｍであった。その損失要因は、構造不整損失が０．０２ｄＢ／ｋｍあり、他の損失を押し上げた結果であった。この構造不整損失は、プリフォームの加工精度によるもので、加工法の改良により改善可能である。

また、ホーリー光ファイバ１１の曲げ損失は、曲げ径２０ｍｍ、波長１．５５μｍにおいて、０．０５ｄＢ／ｍであり、通常のＳＭＦと比較して１／１００以下と非常に小さい値であった。さらに、カットオフ波長及び、波長１．５５μｍでのＭＦＤはそれぞれ１．２４μｍ、１０．１μｍであり、通常のＳＭＦとの接続に際して問題ない値であった。

波長１．３９μｍでのＯＨ基吸収損失は１．５ｄＢ／ｋｍと通常のＳＭＦと同レベルであった。また、ホーリー光ファイバ１１同士、及びホーリー光ファイバ１１と通常のＳＭＦとの融着接続損失はいずれの場合においても０．１ｄＢ以下に抑えることができた。

また、ワイブル強度が６０〜７０Ｎ、ファイバ動疲労係数が２１であり、ホーリー光ファイバ１１の強度もまた通常のＳＭＦとほぼ同じ結果が得られた。

以上より、空孔１４の径ｄを５≦ｄ≦１６μｍ、コア１２の中心と空孔１４のコア側の包絡面１５との距離Ｌを１０＜Ｌ＜２０μｍの範囲で、空孔１４を有するホーリー光ファイバ１１は、その曲げ損失及び、他ファイバと接続する際の接続損失が共に低減化される。

本実施の形態における光ファイバの断面図である。図１におけるＡ-Ａ線に沿った屈折率分布を示す図である。ホーリー光ファイバの空孔径と曲げ損失との関係を示す図である。（ａ）は、本実施の形態の光ファイバを作製するためのガラス化母材の横断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ-Ｂ線に沿った断面図である。

符号の説明

１１光ファイバ（ホーリー光ファイバ）
１２コア
１３クラッド
１４空孔
１５空孔のコア側包絡面

Claims

光ファイバのコア中心を中心軸としてその円周上に等間隔に４つ以上の偶数本の空孔を備え、曲げ径２０ｍｍ、波長１．５５μｍにおいて曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以下であり、モードフィールド径が９〜１１μｍであることを特徴とする光ファイバ。
前記空孔が形成するコア側の包絡面とコア中心の距離が１０〜２０μｍである請求項１に記載の光ファイバ。
前記空孔が形成するコア側の包絡面とコア中心の距離が１３〜１６μｍである請求項１に記載の光ファイバ。
前記空孔の径が５〜１６μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ。
前記空孔の径が８〜１２μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ。
前記空孔の数が４、６又は８である請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバ。