JP2007108642A - 光ファイバおよび光伝送媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減するとともにシングルモードで光を伝送できる光ファイバおよび光伝送媒体を容易に実現できること。
【解決手段】本発明にかかる光ファイバ1は、コア部2の外周に、コア部2に比して屈折率が低い第1クラッド部3を有する光ファイバであって、この第1クラッド部3内に前記第1クラッド部3の主媒質部に比して屈折率が低い副媒質部5a〜5f,6a〜6fを多層配置したものである。この場合、この第1クラッド部3の内側クラッド領域3aには、横断面が直径d1の円形である副媒質部5a〜5fを配置し、外側クラッド領域3bには、横断面が直径d2(>d1)の円形である副媒質部6a〜6fを配置した。
【選択図】 図1

Description

本発明は、クラッド内に主媒質よりも屈折率が低い副媒質からなる複数の副媒質部を形成した微細構造の光ファイバおよび光伝送媒体に関するものである。
一般に、光ファイバは、例えばゲルマニウムをドープすることによって屈折率を高めたシリカガラスからなるコア部と、その周囲に層を形成するように取り囲み、コア部より屈折率が低いシリカガラスから成るクラッド部とから構成されている。そして、クラッド部とコア部との境界面における光の全反射の作用によりコア部内を光が導波する。しかしながら、従来、このコア部とクラッド部との比屈折率差は、大きくても3〜4%程度であった。
これに対して、近年、このような構造の光ファイバに比して大きな比屈折率差を得ることができる光ファイバが報告されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1によると、クラッド部のガラス中に複数の空孔を配置して形成される微細構造を長手方向に設けることによって、クラッド部の平均屈折率を大きく低減できることが報告されている。すなわち、このような微細構造を有する光ファイバは、コア部の実効屈折率を従来の光ファイバに比して格段に大きくすることができる。
このようなこともあり、近年、通常のシングルモード光ファイバ(以下、SMFと称する)と同等の屈折率分布構造を有する光ファイバのコア部の周囲に空孔等を形成した微細構造の光ファイバが注目されている。例えば、かかる微細構造を設けることによって、直径15mmの小径曲げに対するマクロベンディングロス(Macro-bending loss r=15mm)を0.04dB/mまで低減することができたという報告がなされている(例えば、非特許文献1参照)。さらにその後、0.01dB/m未満まで低減することができたという報告もなされている(例えば、非特許文献2参照)。一方、従来のSMFとの接続を考慮して、モードフィールド径(以下、MFDと称する)を大きく保ちながらマクロベンディングロスを低減させた光ファイバが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
この特許文献2に記載された光ファイバは、コア部の外周に配置されるクラッド部中に六方格子配列の副媒質部が多層に形成された微細構造を有するものである。すなわち、かかる光ファイバは、コア部を中心にした6回の回転対称の位置に副媒質部を多層に形成した微細構造を有するものである。なお、この副媒質部は、かかるクラッド部に六方格子配列で多層に形成された各空孔の中を満たす気体、液体、またはガラス等からなり、クラッド部の主媒質に比して屈折率が小さい。
このように副媒質部が6回の回転対称の位置に多層形成された微細構造(以下、6回回転対称の微細構造と称する)は、所定の波長帯域の信号光をシングルモードで伝送しつつマクロベンディングロスを低減する光ファイバの構造として有効である。
特許第3306847号公報 T.Hasegawa他、Microoptics Conference(2003),K2 西岡大造 他、信学技法、OFT2003-63、P23〜 特開2004−220026号公報
しかしながら、上述した従来の微細構造の光ファイバでは、曲率半径が小さい曲げ(小径曲げ)に対するマクロベンディングロスを低減しつつシングルモードで光を伝送するために、クラッド部内に多数の副媒質部または空孔を高密度に形成しなければならない。副媒質部または空孔を高密度に形成するためには、高度な技術が必要であり、小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減しつつシングルモードで光を伝送可能な微細構造の光ファイバを安定して製造することは困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減するとともにシングルモードで光を伝送できる光ファイバを容易に実現することを目的とする。また、光ファイバに対して小径曲げが形成された場合であってもマクロベンディングロスを低減するとともにシングルモードで光を伝送できる光伝送媒体を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1にかかる光ファイバは、コア部の外周にクラッド部を有する光ファイバであって、前記クラッド部は、前記コア部の外周に、主媒質部と該主媒質部に比して屈折率が低い副媒質部とからなる第1クラッド部を有し、前記副媒質部は、前記コア部の外周に沿って複数配置された内側副媒質部と、前記内側副媒質部の外側であって前記コア部の外周に沿って複数配置され、且つ前記内側副媒質部に比して横断面積が大きい外側副媒質部と、を有することを特徴とする。
また、請求項2にかかる光ファイバは、上記の発明において、複数の前記外側副媒質部の各横断面の中心は、複数の前記内側副媒質部のうちの互いに隣接する内側副媒質部の各横断面の中心と前記コア部の横断面の中心とをそれぞれ通る各直線によって挟まれた各領域内にそれぞれ位置することを特徴とする。
また、請求項3にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の各横断面の中心は、前記コア部を中心にした同心円上にそれぞれ位置することを特徴とする。
また、請求項4にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記内側副媒質部は、前記コア部を中心にした6回の回転対称の各位置にそれぞれ配置され、前記外側副媒質部は、前記コア部を中心にした6回の回転対称の各位置にそれぞれ配置されることを特徴とする。
また、請求項5にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記副媒質部を配置する各位置に前記コア部の中心軸に沿って空孔がそれぞれ形成され、前記副媒質部は、前記各空孔の内部をそれぞれ満たす気体、液体、または固体の何れかの媒質からなることを特徴とする。
また、請求項6にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記クラッド部は、前記第1クラッド部の外周に均質な第2クラッド部を備え、前記コア部の前記第2クラッド部に対する比屈折率差が0.3%以上、0.4%以下であることを特徴とする。
また、請求項7にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記第2クラッド部の媒質は、純粋なシリカガラスであることを特徴とする。
また、請求項8にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記第2クラッド部の媒質は、フッ素を添加したシリカガラスであることを特徴とする。
また、請求項9にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記第2クラッド部の媒質は、前記第1クラッド部の主媒質部を構成する媒質と同一媒質であることを特徴とする。
また、請求項10にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記コア部は、ゲルマニウムおよびリンの少なくとも一つを添加したシリカガラスによって形成されることを特徴とする。
また、請求項11にかかる光ファイバは、上記の発明において、1500nm以上の波長帯域の光がシングルモードで伝搬することを特徴とする。
また、請求項12にかかる光ファイバは、上記の発明において、1280nm以上の波長帯域の光がシングルモードで伝搬することを特徴とする。
また、請求項13にかかる光ファイバは、上記の発明において、波長1550nmにおけるモードフィールド径が6μm以上、11μm以下であり、波長1550nmにおける曲率半径7.5mmのマクロベンディングロスが0.1dB/m以下であることを特徴とする。
また、請求項14にかかる光ファイバは、上記の発明において、波長1550nmにおける曲率半径5.0mmのマクロベンディングロスが0.1dB/m以下であることを特徴とする。
また、請求項15にかかる光伝送媒体は、請求項1〜14のいずれか一つに記載の光ファイバを、曲率半径3mm以上、60mm以下の曲げを形成した状態で備えたことを特徴とする。
また、請求項16にかかる光伝送媒体は、上記の発明において、前記光ファイバは、曲率半径3mm以上、60mm以下のコイル状に巻かれた状態であることを特徴とする。
また、請求項17にかかる光伝送媒体は、上記の発明において、前記光ファイバは、コア部の中心軸に沿ってクラッド部に形成された前記副媒質部の端部を閉塞した状態で他の光ファイバに接続されることを特徴とする。
また、請求項18にかかる光伝送媒体は、上記の発明において、前記副媒質部の端部は、所定の充填物を充填することによって閉塞されることを特徴とする。
また、請求項19にかかる光伝送媒体は、上記の発明において、前記副媒質部の端部は、潰すことによって閉塞されることを特徴とする。
本発明によれば、コア部に対して基底モードのみを閉じ込めるとともに小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減するためにクラッド部内に配置される副媒質部の配置数量を低減することができる。この結果、かかるクラッド部内に副媒質群を多層配置した微細構造を容易に形成することができ、製造の容易性を高めるとともに、小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減しつつシングルモードで光を伝送できる光ファイバを容易に実現できるという効果を奏する。また、本発明にかかる光ファイバを用いることによって、曲率半径の小さい曲げ部が形成された場合であってもマクロベンディングロスを低減できるとともに、シングルモードで光を伝送できる光伝送媒体を容易に実現できるという効果を奏する。
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる光ファイバおよび光伝送媒体の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明にかかる実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
(実施の形態)
まず、本発明の実施の形態にかかる光ファイバについて説明する。図1は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバの一構成例を示す横断面模式図である。この実施の形態にかかる光ファイバ1は、クラッド部8内に複数の副媒質部を配置した微細構造の光ファイバである。すなわち、図1に示すように、光ファイバ1は、光が伝搬するコア部2と、複数の副媒質部5a〜5fおよび副媒質部6a〜6fが配置された第1クラッド部3と、略均質な媒質によって形成された第2クラッド部4とを有する。この場合、クラッド部8は、かかる第1クラッド部3と第2クラッド部4とを有する。また、コア部2、第1クラッド部3、および第2クラッド部4は、光ファイバ1の長手方向の中心軸(すなわち光ファイバ1の横断面の中心)から外側に向けて同心円状に順に配置される。
コア部2は、例えば屈折率を上げる添加物を添加したシリカガラスによって形成され、光ファイバ1の横断面の略中心(すなわち光ファイバ1の長手方向の中心軸上)に配置される。コア部2は、光の伝搬路として機能する。また、屈折率を上げる添加物を添加したコア部2を形成することによって、このコア部2を伝搬する光の伝送損失を低減することができる。このような添加物が添加されたコア部2は、第2クラッド部4に対し、0.3%以上、0.4%以下の比屈折率差Δn1を有する。なお、かかるコア部2の媒質に添加される添加物は、例えばゲルマニウム(Ge)およびリン(P)の少なくとも一つである。
ここで、光の伝搬路に用いられる標準的なSMFにおいて、そのコア部とクラッド部との比屈折率差Δn1は、一般に、0.3%以上、0.4%以下である。このとき、かかるSMFのコア部にゲルマニウムを添加した場合、ゲルマニウムのモル濃度は、約3〜4mol%である。このような標準的なSMFに接続する光ファイバ1のコア部2には、かかるSMFのコア部の場合と同じモル濃度のゲルマニウムを添加することが望ましい。これにより、第2クラッド部4に対するコア部2の比屈折率差Δn1は、このSMFと同様に0.3%以上、0.4%以下に設定される。この結果、かかるSMFと光ファイバ1との接続損失を低減することができる。
このようなコア部2の比屈折率差Δn1(第2クラッド部4に対するコア部2の比屈折率差)は、第2クラッド部4の媒質が純粋なシリカガラスおよびフッ素が添加されたシリカガラスのいずれの場合であっても、0.3%以上、0.4%以下に設定することが望ましい。これにより、光ファイバ1の端部の副媒質部を除去する(あるいは所定の屈折率整合剤に代える)ことによって、この光ファイバ1の端部でのMFDを標準的なSMFと同等なMFDにすることができるからである。この結果、光ファイバ1と標準的なSMFとの接続損失を低減することができる。
なお、上述した比屈折率差Δn1[%]は、コア部2の最大屈折率ncoreと第2クラッド部4の屈折率ncladとを用い、次式(1)によって定義される。
Δn1={(ncore−nclad)/ncore}×100 ・・・(1)
第1クラッド部3は、複数の副媒質部が配置された微細構造を有する。具体的には、第1クラッド部3は、コア部2の外周に配置され、コア部2に比して屈折率が低い主媒質とこの主媒質に比して屈折率が小さい複数の副媒質部とからなる。さらに具体的には、第1クラッド部3は、コア部2を中心にして同心円状に内側クラッド領域3aと外側クラット領域3bとに分割した場合(図1を参照)、この内側クラッド領域3a内に副媒質部5a〜5fを有し、この外側クラッド領域3b内に副媒質部6a〜6fを有する。この場合、内側クラッド領域3aは、第1クラッド部3の内部であってコア部2の外周に沿った内側領域である。外側クラッド領域3bは、第1クラッド部3の内部であって内側クラッド領域3aの外周に沿った外側領域である。このように、クラッド部3は、副媒質部5a〜5fと副媒質部6a〜6fとを径方向に多層配置した微細構造を有する。なお、内側クラッド領域3aと外側クラット領域3bは重なり合うように構成してもよい。
また、この第1クラッド部3の主媒質は、例えば純粋なシリカガラスまたはフッ素を添加したシリカガラスである。なお、ここでいう純粋なシリカガラスとは、屈折率を変化させる目的で添加される物質(たとえばGe、Fなど)が添加されていないシリカガラスであり、Cl2などを含んでいてもよい。
副媒質部5a〜5fは、内側クラッド領域3a内であってコア部2を中心にした6回の回転対称の各位置にそれぞれ配置される。この場合、副媒質部5a〜5fは、その横断面が直径d1の円形であって、コア部2の長手方向に沿って配置される。一方、副媒質部6a〜6fは、外側クラッド領域3b内であってコア部2を中心にした6回の回転対称の各位置にそれぞれ配置される。この場合、副媒質部6a〜6fは、その横断面が直径d2の円形であって、コア部2の長手方向に沿って配置される。ここで、かかる外側の副媒質部6a〜6fの各横断面の直径d2は、上述した内側の副媒質部5a〜5fの各横断面の直径d1に比して大きい。すなわち、外側の副媒質部6a〜6fの各横断面積は、内側の副媒質部5a〜5fの各横断面積に比して大きい。
このような副媒質部5a〜5fおよび副媒質部6a〜6fは、第1クラッド部3の主媒質に比して屈折率が低い媒質からなり、例えば第1クラッド部3内に形成した空孔の内部に充満する液体、気体(例えば空気等)、または固体からなる。
具体的には、かかる副媒質部5a〜5fを配置するための内側の各空孔は、横断面が直径d1の円形であり、上述した内側クラッド領域3a内の6回の回転対称の各位置にコア部2に沿ってそれぞれ形成される。一方、かかる副媒質部6a〜6fを配置するための外側の各空孔は、横断面が直径d2(>d1)の円形であり、上述した外側クラッド領域3b内の6回の回転対称の各位置にコア部2に沿ってそれぞれ形成される。このような内側または外側の各空孔は、コア部2の長手方向の中心軸(すなわち光ファイバ1の長手方向の中心軸)に対してほぼ平行である。また、このような内側または外側の各空孔の横断面積と光ファイバ1の横断面積との面積比は、10%以下である。上述した副媒質部5a〜5fは、このような内側の各空孔の内部をそれぞれ満たす媒質からなり、上述した副媒質部6a〜6fは、このような外側の各空孔の内部をそれぞれ満たす媒質からなる。
このように複数の副媒質部を多層配置した微細構造の第1クラッド部3は、純粋なシリカガラス等の主媒質のみによって形成された場合に比して平均屈折率を大きく低下させることができる。この結果、コア部2と第1クラッド部3との比屈折率差を容易に非常に大きく設定できるようになる。この場合、かかる内側の副媒質部5a〜5fおよび外側の副媒質部6a〜6fは、シングルモードでの光伝送とマクロベンディングロスの低減とを考慮し、各横断面の直径d1,d2(すなわち上述した各空孔の空孔径)および各横断面の中心の位置(すなわち上述した空孔の中心軸の位置)とコア部2の横断面の中心との距離(以下、中心間距離と称する)を最適化して配置される。このようにして、内側クラッド領域3aの横断面積に占める副媒質部5a〜5fの全横断面積の割合と外側クラッド領域3bの横断面積に占める副媒質部6a〜6fの全横断面積の割合とが最適化される。
例えば、外側クラッド領域3bに配置される副媒質部6a〜6fは、内側の副媒質部5a〜5fに比してコア部2の中心から径方向に離れた位置に配置されるので、上述した中心間距離L1,L2の差分の増加に比例して直径d2を大きくし、副媒質部5a〜5fに比して各横断面積を大きくしている。このようにして、外側クラッド領域3bの横断面積に占める副媒質部6a〜6fの全横断面積の割合を最適化している。
具体的には、光ファイバ1が上述した従来の6回回転対称の微細構造を有する光ファイバと同等の光閉じ込め効果を得るために、外側の副媒質部6a〜6fの各横断面の直径d2は、上述した従来の6回回転対称の微細構造を有する光ファイバのクラッド部内の外側クラッド領域に配置された副媒質群の横断面積の合計と副媒質部6a〜6fの横断面積の合計とがほぼ同値になるように設定される。なお、この従来の光ファイバの外側クラッド領域は、コア部の外周に沿って1層目の副媒質部が形成された領域に対して外側に位置する領域である。このように直径d2を設定することによって、光ファイバ1は、かかる従来の6回回転対称の微細構造を有する光ファイバと同様に、伝搬する光の基底モード(以下、基底モードと称する)をコア部2に閉じ込めるとともに、伝搬する光の高次モード(以下、高次モードと称する)を外部に漏らす(すなわち除去する)ことができる。
これに加え、光ファイバ1は、外側クラッド領域3bに配置される副媒質部の各横断面積を従来の光ファイバに比して大きくすることができるとともに、この外側クラッド領域3bにおける副媒質部の配置数量を従来の光ファイバに比して少なくすることができる。これによって、上述した光ファイバ1の微細構造を従来の光ファイバに比して容易に実現することができ、この結果、かかる光ファイバ1を従来の光ファイバに比して容易に製造できるようになる。
なお、上述した従来の微細構造の光ファイバは、このクラッド部内における各層の横断面積に占める副媒質群の全横断面積の割合を各層毎に最適化するために、かかる副媒質群の配置位置がコア部の中心から径方向に離れるにつれて各層における副媒質の配置数量を増やす必要があった。かかるクラッド部内に小径の空孔を多数形成することは、空孔の形成位置および直径(または横断面積)を高精度に制御する必要がある点に起因して困難である。したがって、かかる空孔を多数形成して副媒質部を高密度に配置することは、光ファイバの製造上困難である場合が多い。すなわち、このような従来の微細構造の光ファイバは、クラッド部内に小径の空孔を多数形成して副媒質部を高密度に配置しなければならないため製造が困難である。
第2クラッド部4は、所定の媒質によって形成される均質な層であり、第1クラッド部3の外周に配置される。この場合、第2クラッド部4の媒質は、上述したクラッド部3と同様に、例えば純粋なシリカガラスまたはフッ素を添加したシリカガラス等のコア部2に比して屈折率が低い媒質であることが望ましい。この結果、第2クラッド部4は、コア部2に対して屈折率差を生じることができる。
なお、かかる第2クラッド部4の外周には、可撓性を有する被覆部(図示せず)が同心円状に配置される。このような被覆部は、光ファイバ1の損傷および強度劣化を防止するとともに、かかる光ファイバ1の内部に加えられた外力(応力)に起因して生じる歪みによって光伝送特性が劣化することを防止する。
つぎに、第1クラッド部3内における内側の副媒質部5a〜5fおよび外側の副媒質部6a〜6fの配置について説明する。図2は、第1クラッド部3内における内側の副媒質部5a〜5fおよび外側の副媒質部6a〜6fの配置例を示す横断面模式図である。図2に示すように、副媒質部5a〜5fは、内側クラッド領域3a内において、コア部2を中心に6回の回転対称の各位置にそれぞれ配置される。副媒質部6a〜6fは、外側クラッド領域3b内において、コア部2を中心に6回の回転対称の各位置にそれぞれ配置される。
ここで、このようにク第1クラッド部3内の6回の回転対称の各位置に副媒質部がそれぞれ配置される場合、かかる副媒質部の横断面の中心は、コア部2の横断面の中心を同一中心とした相似な正六角形の各頂点(すなわちコア部2を同一中心とした同心円の各周上)にそれぞれ位置する。具体的には、副媒質部5a〜5fの各横断面の中心は、コア部2を中心にして内側クラッド領域3aの内部に形成される正六角形の各頂点にそれぞれ位置する。また、副媒質部6a〜6fの各横断面の中心は、コア部2を中心にして外側クラッド領域3bの内部に形成される正六角形の各頂点にそれぞれ位置する。この場合、副媒質部5a〜5fの各横断面の中心は、コア部2の横断面と副媒質部5a〜5fの各横断面との中心間距離L1を半径としコア部2を中心とする円の周上に、それぞれ位置する。一方、副媒質部6a〜6fの各横断面の中心は、コア部2の横断面と副媒質部6a〜6fの各横断面との中心間距離L2(>L1)を半径としコア部2を同一中心とする円の周上に、それぞれ位置する。
このように同心円の各周上に副媒質部5a〜5f,6a〜6fの各横断面の中心が位置することによって、かかる副媒質部5a〜5d,6a〜6hを上述した第1クラッド部3内の6回の回転対称の各位置に配置し易くなり、この結果、本発明にかかる光ファイバ1の製造性(製造し易さ)を向上することができる。
また、このような外側の副媒質部6a〜6fの各横断面の中心は、内側の副媒質部5a〜5fのうちの互いに隣接する副媒質の各横断面の中心とコア部2の横断面の中心とをそれぞれ通る各直線によって挟まれた各領域内にそれぞれ位置する。なお、かかる副媒質部6a〜6fの各横断面の中心が位置する各領域とは、このような各直線によって挟まれた外側クラッド領域3bの各部分領域である。
例えば図2に示すように、外側の副媒質部6aの横断面の中心は、内側の副媒質部5a〜5fのうちの互いに隣接する副媒質部5a,5fの各横断面の中心とコア部2の横断面の中心とをそれぞれ通る2つの直線A1,A2によって挟まれた外側クラッド領域3bの部分領域内に位置する。この場合、副媒質部6aの横断面の中心は、直線A1上または直線A2上に位置してもよいが、かかる直線A1,A2によって挟まれた部分領域に位置することが望ましい。すなわち、この副媒質部6aの横断面の中心とコア部2の横断面の中心とを通る直線A3と直線A1とのなす角度θは、0度または60度であってもよいが、0度を超え且つ60度を下回る範囲内のいずれかの値であることが望ましい。さらには、この角度θは、20度以上、40度以下であることが望ましい。以上のことは、残りの内側の副媒質部5b〜5eおよび外側の副媒質部6b〜6fについても同様である。
ここで、この角度θが20度以上、40度以下である場合、6回の回転対称の位置関係にある外側の副媒質部6a〜6fは、内側の副媒質部5a〜5fの各間の主媒質を境にコア部2にそれぞれ対向するように位置する。このように内側の副媒質部5a〜5fと外側の副媒質部6a〜6fとの位置関係を設定することによって、光ファイバ1の曲げ方向に対するマクロベンディングロスの依存性を低減することができる。この結果、かかる位置関係に設定された光ファイバ1は、曲げ方向に依存することなく、全ての曲げ方向の小径曲げに対するマクロベンディングロスを所望の値に低減することができる。また、このような副媒質の位置関係を設定することによって、かかる内側の副媒質と外側の副媒質との間隔をより大きくすることができる。この結果、第1クラッド部3の内部に副媒質部5a〜5f,6a〜6fを配置し易くなる(すなわち副媒質を配置するための空孔を形成し易くなる)ので、光ファイバ1の製造性をより向上することができる。
上述したように複数の副媒質部(例えば内側の副媒質部5a〜5fおよび外側の副媒質部6a〜6f)が多層配置された第1クラッド部3によれば、コア部2への光の閉じ込めを非常に強くすることができる。すなわち、このような第1クラッド部3を有する光ファイバ1は、小径曲げ(例えば曲率半径rが3mm以上、60mm以下の曲げ)が形成された場合であってもクラッド部3への光の漏れを少なくできる。この結果、かかる光ファイバ1の小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減することができる。
なお、かかる光ファイバ1の微細構造を形成する複数の副媒質部は、上述した6回の回転対称の各位置に代えて例えば3回または4回等の所望回数の回転対称の各位置に配置されてもよいが、上述したように6回の回転対称の各位置に配置されることが望ましい。これは、第1クラッド部3内の6回の回転対称の各位置に複数の副媒質部を多層配置した場合、内側クラッド領域3a内の副媒質部に起因する基底モードの閉じ込め作用が大きいため、外側クラッド領域3b内の副媒質部の直径または中心位置を調整して光ファイバ1のカットオフ波長を容易に調整できるからである。
また、上述したように第1クラッド部3内における複数の副媒質部5a〜5f,6a〜6fの多層配置を最適化することによって、基底モードの光のコア部2への閉じ込め効果を維持しつつ、高次モードの光のコア部2への閉じ込めを弱めることができる。この結果、基底モードをコア部2に閉じ込めつつ高次モードをクラッド部へ漏らすことができる。すなわち、かかるクラッド部3を有する光ファイバ1は、シングルモードで光を伝送(基底モードのみを導波)するとともに、上述した小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減できる。
具体的には、上述したような構成を有する光ファイバ1は、例えば1500nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる。これによって、光ファイバ1は、CバンドおよびLバンドを含む波長帯域の光を伝送することができる。また、かかる光ファイバ1は、波長1550nmの光をシングルモードで伝送する場合、6μm以上、11μm以下のMFDを有し、且つ、曲率半径rが7.5mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できる。
このような光ファイバ1は、例えば、上述した比屈折率差Δn1、副媒質部5a〜5f,6a〜6fの各直径d1,d2(すなわち上述した各空孔の空孔径)、または中心間距離L1,L2等のパラメータを用途に応じて適宜操作することによって、伝送する光の低波長帯域化、さらに小径な曲げに対するマクロベンディングロスの低減等を実現できる。具体的には、このようなパラメータを適宜操作した光ファイバ1は、例えば1250nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる。これによって、光ファイバ1は、Sバンド、Cバンド、Lバンド、およびEバンドを含む広範囲な波長帯域の光を伝送することができる。また、このようなパラメータを適宜操作した光ファイバ1は、波長1550nmの光をシングルモードで伝送する場合、6μm以上、11μm以下のMFDを有し、且つ、曲率半径rが5.0mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できる。
なお、上述したシングルモードでの光の伝送は、カットオフ波長λcが使用波長(伝送する光の波長)に比して短いことで定義される。このカットオフ波長λcは、ITU−T(国際電気通信連合)G.650.1.1に定義されるファイバカットオフ波長である。その他、本明細書において特に定義していない用語等については、ITU−T G.650.1またはG.650.2による定義および測定方法に従う。
一方、上述したように小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減できるシングルモードファイバとして機能する光ファイバ1は、例えば屋内またはビル等の壁または柱に沿った局所位置に曲率半径が小さい状態で敷設できる。具体的には、光ファイバ1は、3mm以上、60mm以下の曲率半径の小径曲げを1箇所以上に形成した状態で敷設された場合であっても、かかる小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減しつつ、1550nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。このことは、3mm以上、60mm以下の曲率半径の小径曲げを形成しつつ光ファイバ1をコイル状に巻いた場合も同様である。
ここで、このようなマクロベンディングロスは、光ファイバ1を伝搬する光が低波長帯域であるほど低減される。したがって、光ファイバ1は、1550nm以下の波長帯域、例えば1310nm以上または1250nm以上の波長帯域の光を伝送する場合も、上述した1550nm以上の波長帯域の光を伝送する場合と同様の作用効果を奏する。
また、上述したように6μm以上、11μm以下のMFDを有する光ファイバ1は、光の伝搬路に用いられる標準的なSMF(以下、この標準的なSMFとは、ITU−T G.652相当のファイバを指す)に接続した場合に生じる接続損失を低減することができる。これは、この標準的なSMFのMFDが波長1550nmで約10μmであり、光ファイバ1のMFD(6μm以上、11μm以下)に近い値であることに起因する。すなわち、標準的なSMFと光ファイバ1とを接続する場合、かかる標準的なSMFのMDFと光ファイバ1のMFDとの差が零に近いほど、これら両者の接続損失を低減できるからである。このことは、かかる標準的なSMFと光ファイバ1とを融着接続する場合も同様である。
上述したような作用効果を奏する光ファイバ1を用いることによって、3mm以上、60mm以下の曲率半径の小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できるとともに、1250nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる線状またはコイル状の光伝送媒体を実現することができる。かかる光伝送媒体を用いることによって、かかる小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減するとともに1250nm以上の波長帯域の光を伝送可能な導波路または光デバイスを容易に実現できる。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ1の製造方法を説明し、この製造方法に基づいて製造した光ファイバ1の一実施例を具体的に説明する。図1に例示した光ファイバ1は、以下に示す製造方法に基づいて製造された。
まず、VAD(Vapor-phase Axial Deposition)法またはMCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)法によってシリカガラスに添加物を添加してコア部を形成し、この添加物を添加したコア部を含むシリカガラスを製造する。この場合、かかるコア部に添加される添加物は、ゲルマニウムおよびリンの少なくとも一つである。また、かかるコア部の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差は0.37%に調整される。
なお、VAD法またはMCVD法によれば、コア部を形成するためにシリカガラスに添加する添加物の量を微調整することができる。この結果、光ファイバ1に含まれる第2クラッド4(例えば純粋なシリカガラス)に対するコア部2の比屈折率差Δn1を0.01%刻みに調節することができる。
つぎに、OVD(outside Vapor Deposition)法に基づいて、かかるコア部を含むシリカガラスの外周に、純粋なシリカガラス層を形成(外付け)した。これによって、外径が53.33mmであり、コア径が5.0mmである母材を作製した。この場合、かかる母材は、長手方向の中心軸から径方向(外側)に向けて順次同心円状に層形成されたコア部と純粋なシリカガラス部とを有する。なお、純粋なシリカガラス部分は、フッ素を添加したシリカガラスに代えてもよい。
その後、例えば超音波ドリル等の機械式ドリルを用いて母材のシリカガラス部を穿孔し、この母材のシリカガラス部に複数の空孔を形成した。この場合、かかる複数の空孔は、横断面が略円形であって、図2に例示したような6回の回転対称の各位置にコア部の中心軸に沿って形成される。具体的には、この母材のコア部の外周近傍のシリカガラス部であってこのコア部を中心にした6回の回転対称の各位置(図2に示した副媒質部5a〜5fに対応する各位置)に、このコア部に平行な空孔が1つずつ形成される。続いて、かかる6つの空孔が形成されたシリカガラス部の外側に位置するシリカガラス部であってこのコア部を中心にした6回の回転対称の各位置(図2に示した副媒質部6a〜6fに対応する各位置)に、このコア部に平行な空孔が1つずつ形成される。この場合、内側の各空孔は、仕上がり直径が2mmになるように形成され、外側の各空孔は、仕上がり直径が5.33mmになるように形成される。その後、このような内側および外側の各空孔の内壁面を研磨した。
つぎに、このような内側および外側の各空孔に所定のガスを流入しつつ母材を線引きし、所望の外径の光ファイバを形成した。ここで、かかる母材に形成した各空孔は、このように所定のガスを流入することによって空孔内部の圧力が調整される。この結果、かかる内側および外側の各空孔は、線引きとともに所望の直径d1,d2にそれぞれ調整される。具体的には、ファイバクラッド外径(すなわちコア部の外周に形成したシリカガラス部の外径)が80μmになるように線引きした。このようにして、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ1の実施例1であるサンプル#1が作製された。
この実施例1であるサンプル#1は、上述した光ファイバ1の構成を有する(図1,2を参照)。具体的には、サンプル#1のコア部2は、横断面の直径(すなわちコア径)が7.5μmであり、第2クラッド部4に対して0.37%の比屈折率差Δn1を有する。また、サンプル#1のクラッド部3に配置された内側の副媒質部5a〜5fおよび外側の副媒質部6a〜6fは、上述した空孔の内部空間を満たす気体(例えば空気等)からなり、これらの各横断面(すなわち上述した空孔の横断面)は略円形である。この場合、内側の副媒質部5a〜5fの各横断面の直径d1(すなわち内側の空孔径)は3μmであり、外側の副媒質部6a〜6fの各横断面の直径d2(すなわち外側の空孔径)は8mであった。
また、サンプル#1の内側の副媒質部5a〜5fとコア部2との中心間距離L1は、6.0μmであった。かかる内側の副媒質部5a〜5fの各横断面の中心は、この中心間距離L1を半径としコア部2を中心とした円の周上に位置する。この場合、かかる内側の副媒質部5a〜5fのうちの隣接する副媒質の各中心の間隔は6μmである。例えば、図2に示した副媒質部5aの横断面の中心と副媒質部5bの横断面の中心との間隔は6μmである。
一方、サンプル#1の外側の副媒質部6a〜6fとコア部2との中心間距離L2は、13.15μmであった。かかる外側の副媒質部6a〜6fの各横断面の中心は、この中心間距離L2を半径としコア部2を中心とした円の周上、すなわち内側の副媒質部5a〜5fの各横断面の中心を通る円と同心円であって中心間距離L2を半径とする円の周上に位置する。この場合、かかる外側の副媒質部6a〜6fのうちの隣接する副媒質部の各中心の間隔は13.15μmである。例えば、図2に示した副媒質部6aの横断面の中心と副媒質部6bの横断面の中心との間隔は13.15μmである。また、内側の副媒質部5a〜5fの各横断面の中心とコア部2の横断面の中心とを通過する直線(例えば直線A1,A2)と外側の副媒質部6a〜6fの各横断面の中心とコア部2の横断面の中心とを通過する直線(例えば直線A3)とのなす角度θは、30度であった。
このような構成を有するサンプル#1は、例えば図3に例示するような諸特性を有する。すなわち図3に例示するように、サンプル#1のカットオフ波長λcは、1450nmである。したがって、サンプル#1は、1450nm以上の波長帯域の光、例えば1.55μm帯域(1530〜1565nm)の光をシングルモードで伝送できる。また、サンプル#1の偏波モード分散は、0.1ps/km1/2以下である。
また、サンプル#1は、波長1550nmの光を伝送する場合、曲率半径r=7.5mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.008dB/mに低減でき、曲率半径r=5.0mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.034dB/mに低減できる。このように、サンプル#1の小径曲げに対するマクロベンディングロスは、0.1dB/m以下であり、小径曲げによる損失増加量が非常に小さい。
このようなサンプル#1は、波長1550nmの光を伝送する場合、6.82μmのMFDを有する。このように標準的なSMFのMFD(約10μm)に近いMFDを有することによって、サンプル#1は、かかる標準的なSMFに接続(例えばメカニカルスプライスを用いた機械的な接続または融着接続)する場合に生じる接続損失を低減できるとともに、光ファイバ内において生じる非線形現象を小さく抑えることができる。具体的には、このサンプル#1の第1クラッド部3内に形成した各空孔の端部を加熱処理によって潰した状態(すなわち各空孔の端部を閉塞状態)にし、この閉塞状態のサンプル#1の端部に標準的なSMFを接続した場合、かかるサンプル#1と標準的なSMFとの接続損失は0.1dB以下であった。
なお、この実施例1では、外径53.33mmの母材をクラッド外径80μmの光ファイバになるように線引きしてサンプル#1を作製したが、これに限らず、用途に応じてクラッド外径を50〜150μmの範囲で変化させてサンプル#1を作製してもよい。例えば、クラッド外径を125μmにしたサンプル#1を作製する場合、上述した製造方法に基づいて、外径を62.5mmにし、コア径を3.75mmにした母材を作製し、この母材のシリカガラス部に直径1.5mmの空孔と直径4mmの空孔を複数形成する。その後、かかる母材をクラッド外径125μmの光ファイバになるように線引きすればクラッド外径125μmのサンプル#1を作製できる。かかるクラッド外径125μmのサンプル#1は、上述したクラッド外径80μmのサンプル#1とほぼ同様の諸特性(図3を参照)を有する。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ1の実施例2について説明する。この実施例2では、上述した光ファイバ1の製造方法に基づいて、この光ファイバ1の実施例1であるサンプル#1の比屈折率差Δn1を増加または減少させたサンプル#2,#3を検討した。この場合、コア部2に添加するゲルマニウムの添加量を変えて比屈折率差Δn1を増加または減少させた。
具体的には、サンプル#2の比屈折率差Δn1は、上述した実施例1であるサンプル#1に比して低い値(Δn1=0.33%)にし、サンプル#3の比屈折率差Δn1は、上述した実施例1であるサンプル#1に比して高い値(Δn1=0.40%)にした。なお、この光ファイバ1の実施例2であるサンプル#2,#3は、かかる比屈折率差Δn1以外について、上述した実施例1であるサンプル#1と同様の構成を有する。
このような実施例2であるサンプル#2,#3は、例えば図4に示すような諸特性を有する。すなわち図4に示すように、サンプル#2は、上述したサンプル#1に比して比屈折率差Δn1を小さくすることによって、カットオフ波長λcを1400nmに下げることができた。これによって、サンプル#2は、1400nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。また、サンプル#2は、波長1550nmの光を伝送する場合、曲率半径rが7.5mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.019dB/mに低減でき、曲率半径rが5.0mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.069dB/mに低減できる。
一方、サンプル#3は、上述したサンプル#1に比して比屈折率差Δn1を大きくすることによって、小径曲げに対するマクロベンディングロスをさらに低減することができる。具体的には、サンプル#3は、波長1550nmの光を伝送する場合、曲率半径rが7.5mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.004dB/mに低減でき、曲率半径rが5.0mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.019dB/mに低減できる。また、サンプル#3のカットオフ波長λcは、図4に示すように1520nmである。したがって、サンプル#2は、1520nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。
このように、かかる実施例2であるサンプル#2,#3は、1520nm以上の波長帯域の光(例えば1.55μm帯域(1530〜1565nm)の光)をシングルモードで伝送できるとともに、曲率半径rが5.0mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できる。また、かかるサンプル#2,#3は、波長1550nmの光を伝送する場合、上述した実施例1であるサンプル#1と同程度のMFDを有する。
なお、この実施例2であるサンプル#2,#3は、上述した実施例1であるサンプル#1と同様に、例えばクラッド外径が50〜150μmになるように母材を線引き(延伸加工)して作製されてもよい。このようにクラッド外径を変化させたサンプル#2,#3は、上述したクラッド外径80μmのサンプル#2,#3とほぼ同様の諸特性(図4を参照)をそれぞれ有する。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ1の実施例3について説明する。この実施例3では、上述した光ファイバ1の製造方法に基づいて、この光ファイバ1の実施例1であるサンプル#1の比屈折率差Δn1、直径d2(外側の空孔径)、および中心間距離L2の少なくとも一つを変化させたサンプル#4〜#15を検討した。
具体的には、かかる実施例3であるサンプル#4〜#15のうち、サンプル#5,#8,#11,#14の比屈折率差Δn1は、上述した実施例1であるサンプル#1と同値(Δn1=0.37%)にし、サンプル#4,#7,#10,#13の比屈折率差Δn1は、上述した実施例1であるサンプル#1に比して低い値(Δn1=0.33%)にし、サンプル#6,#9,#12,#15の比屈折率差Δn1は、上述した実施例1であるサンプル#1に比して高い値(Δn1=0.40%)にした。
また、サンプル#4〜#6の副媒質部6a〜6fの各横断面積(すなわち第1クラッド部3に形成された外側の各空孔の横断面積)は、直径d2を7.5μmに縮小して上述したサンプル#1の約88%に縮小した。これとほぼ同様に、サンプル#7〜#9の副媒質部6a〜6fの各横断面積は、直径d2を7.2μmに縮小して上述したサンプル#1の約81%にさらに縮小し、サンプル#13〜#15の副媒質部6a〜6fの各横断面積は、直径d2を7.0μmに縮小して上述したサンプル#1の約77%にさらに縮小した。一方、サンプル#10〜#12の副媒質部6a〜6fの各横断面積は、直径d2を8.3μmに拡大して上述したサンプル#1の約1.1倍に拡大した。
さらに、サンプル#4〜#9の中心間距離L2は、上述したサンプル#1と同値(L2=13.15μm)にし、サンプル#10〜#12の中心間距離L2は、上述したサンプル#1に比して大きい値(L2=13.60μm)にし、サンプル#13〜#15の中心間距離L2は、上述したサンプル#1に比して低い値(L2=12.90μm)にした。
なお、このような実施例3であるサンプル#4〜#15は、上述した比屈折率差Δn1、直径d2、および中心間距離L2以外について、上述した実施例1であるサンプル#1と同様の構成を有する。
ここで、サンプル#4〜#9,#13〜#15は、上述したように副媒質部6a〜6fの各横断面積(すなわち第1クラッド部3に形成された外側の各空孔の横断面積)を縮小したので、実施例1であるサンプル#1に比してカットオフ波長λcを低くできる。具体的には、サンプル#4〜#6はカットオフ波長λcを1400nm以下に低波長化でき、サンプル#7〜#9,#13〜#15は、カットオフ波長λcを1400nm未満に低波長化できる。すなわち、サンプル#4〜#9,#13〜#15は、いずれも1400nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる。この場合、サンプル#4〜#9,#13〜#15のカットオフ波長λcは、比屈折率差Δn1が小さい程、低波長化される。特に、比屈折率差Δn1が0.33%であるサンプル#7,#13のカットオフ波長λcは、それぞれ1250nm、1280nmであり、1300nm未満に低波長化できる。したがって、サンプル#7,#13は、1280nm以上の波長帯域の光、例えば1.3μm帯域(1280〜1330nm)および1.55μm帯域(1530〜1565nm)の光をシングルモードで伝送できる。
また、このようなサンプル#4〜#9,#13〜#15は、波長1550nmの光を伝送する場合、曲率半径rが7.5mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できる。この場合、サンプル#4〜#9,#13〜#15のマクロベンディングロスは、比屈折率差Δn1が大きい程、低減される。特に、比屈折率差Δn1が0.40%であるサンプル#6,#15は、波長1550nmの光を伝送する場合、曲率半径rが5.0mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できる。
一方、サンプル#10〜#12は、上述したように副媒質部6a〜6fの各横断面積(すなわち第1クラッド部3に形成された外側の各空孔の横断面積)を拡大し、かかる各横断面積の拡大に対応して中心間距離L2を大きくしたものである。このようなサンプル#10〜#12は、いずれもカットオフ波長λcを1500nm未満(具体的には1340nm、1410nm、1460nm)に低波長化できる。すなわち、サンプル#10〜#12は、いずれも1460nm以上の波長帯域の光、例えば1.55μm帯域(1530〜1565nm)の光をシングルモードで伝送できる。この場合、サンプル#10〜#12のカットオフ波長λcは、比屈折率差Δn1が小さい程、低波長化される。
また、このようなサンプル#10〜#12は、波長1550nmの光を伝送する場合、曲率半径rが7.5mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できる。特に、サンプル#11,#12は、波長1550nmの光を伝送する場合、曲率半径rが5.0mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できる。
このように、上述した比屈折率差Δn1、外側の副媒質部(または空孔)の直径d2、および中心間距離L2等のパラメータは、光ファイバ1のカットオフ波長λcおよび小径曲げに対するマクロベンディングロスに大きく影響していることがわかる。したがって、かかるパラメータを用途に応じて適宜操作し、比屈折率差Δn1、外側の副媒質部6a〜6fの横断面積およびコア部2からの中心間距離L2等を最適化することによって、基底モードの光の閉じ込め作用を維持しつつ高次モードの光の閉じ込め作用を弱めるとともに、小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減できる。この結果、カットオフ波長λcを1250nmに低波長化でき、小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できる光ファイバ1を容易に製造できる。
なお、この実施例3であるサンプル#4〜#15は、上述した実施例1であるサンプル#1と同様に、例えばクラッド外径が50〜150μmになるように母材を線引き(延伸加工)して作製されてもよい。このようにクラッド外径を変化させたサンプル#4〜#15は、上述したクラッド外径80μmのサンプル#4〜#15とほぼ同様の諸特性(図5を参照)をそれぞれ有する。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光伝送媒体について説明する。この実施例4では、上述した光ファイバ1をコイル状に巻くことによって形成した光伝送媒体の一実施例を説明する。図6は、本発明の実施例4である光伝送媒体の一構成例を示す模式図である。図6に示すように、この実施例4である光伝送媒体20は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ1をコイル状に巻き付けることによって形成される。
具体的には、光伝送媒体20は、例えば長さ100mの光ファイバ1の線条部分をコイル状に巻き、このようにコイル状に束ねた光ファイバ1を樹脂等によって固めて実現される。この場合、光伝送媒体20を形成するコイルの内径は20mmであり、外径は30mmであり、幅は8mmである。
ここで、かかる光伝送媒体20に用いられる光ファイバ1は、上述したように、3mm以上、60mm以下の曲率半径の小径曲げを形成した状態でコイル状に巻かれた場合であっても、かかる小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減しつつ、1250nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。このような光ファイバ1は、コイル状に巻かれる前の状態と巻かれる後の状態との各マクロベンディングロスに殆ど差が無く、このコイル状に巻かれた光ファイバ1のマクロベンディングロスに起因する損失増加量は、ほぼ零(測定限界以下)であった。また、このコイル状に巻かれた光ファイバ1の偏波モード分散は、0.1ps/km1/2以下であった。
このような光ファイバ1を用いた光伝送媒体20は、容易に小型化することができ、3mm以上、60mm以下の曲率半径の小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できるとともに、1250nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる。かかる光伝送媒体20のコイル状の光ファイバ1に標準的なSMF(例えば幹線系のシングルモードファイバ)等を接続することによって、装置規模の小型化を促進するとともに、小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減しつつ1250nm以上の波長帯域の光を伝送できる様々な光デバイスを容易に実現できる。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光伝送媒体の実施例5について説明する。この実施例5では、上述した光ファイバ1の両端に標準的なSMF(幹線系の光ファイバ)を接続して導波路を形成する光伝送媒体の一実施例を説明する。図7は、本発明の実施例5である光伝送媒体の一構成例を示す模式図である。図7に示すように、この実施例5である光伝送媒体30は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ1の両端に幹線系の光ファイバ101,102をそれぞれ接続することによって実現される。
光ファイバ1は、1箇所以上に小径曲げが形成され、両端部に幹線系の光ファイバ101,102がそれぞれ接続される。幹線系の光ファイバ101,102は、上述した標準的なSMFである。この場合、幹線系の光ファイバ101は、接続部C1において光ファイバ1に接続され、幹線系の光ファイバ102は、接続部C2において光ファイバ1に接続される。
このような構成を有する光伝送媒体30は、例えば図7に示すように、障害物110の表面に沿って光ファイバ1を敷設するように配置される。この場合、光ファイバ1は、図7に示す屈曲部B1,B2を形成して障害物110に敷設される。かかる光ファイバ1は、屈曲部B1,B2において曲率半径rが5mmの小径曲げを形成しつつ略直角に曲げられる。
ここで、この光伝送媒体30の光ファイバ1に代えて標準的なSMF(例えば幹線系の光ファイバ101,102のいずれか)を障害物110に敷設し、この標準的なSMFに波長1550nmの光を伝送した場合、この標準的なSMFに形成された屈曲部B1,B2において約5dBのマクロベンディングロスがそれぞれ発生し、すなわち、かかる屈曲部B1,B2の2箇所において合計約10dBのマクロベンディングロスが発生する。この結果、幹線系トータルでの光の伝送損失が非常に大きくなった。
これに対し、上述した光ファイバ1を障害物110に沿って敷設した光伝送媒体30に波長1550nmの光を伝送した場合、屈曲部B1,B2におけるマクロベンディングロスの損失増加量はほぼ零(測定限界以下)であり、かかる屈曲部B1,B2におけるマクロベンディングロスを0.1dB以下に低減することができた。また、接続部C1,C2における幹線系の光ファイバ101,102と光ファイバ1との接続(機械的な接続または融着接続)によって生じる接続損失は、0.1dB以下であった。したがって、かかる接続損失による光の伝送損失増加の弊害は少ない。
このような構成を有する光伝送媒体30は、例えば屈曲部B1,B2を生じさせる障害物に沿って光ファイバ1を敷設した場合においても、マクロベンディングロスを低減するとともにPMD増加を抑制でき、且つ1250nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送可能な導波路を容易に実現できる。かかる光伝送媒体30によって形成された導波路は、上述した標準的なSMF(例えば幹線系の光ファイバ101,102)のみを用いて形成した導波路に比して、幹線系トータルでの光の伝送損失を極めて小さく抑えることができる。
つぎに、上述した接続部C1,C2における光ファイバ1と標準的なSMF(例えば幹線系の光ファイバ101,102)との接続について説明する。図8は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ1と標準的なSMFとの接続方法を例示する断面模式図である。なお、図8には、この実施例5である光伝送媒体30の光ファイバ1と幹線系の光ファイバ102とを接続部C2において接続する場合の接続方法を例示する。
図8に示すように、かかる光伝送媒体30の光ファイバ1は、第1クラッド部3に形成された各空孔(すなわち副媒質部5a〜5f,6a〜6fを充満させる各空孔)の端部を屈折率整合剤11によって閉塞した状態で幹線系の光ファイバ102に接続される。具体的には、まず、かかる光ファイバ1の各空孔の端部の空隙内に屈折率整合剤11を充填し、これら各空孔の端部を閉塞する。その後、このように空孔の端部が閉塞された状態の光ファイバ1の端部と幹線系の光ファイバ102の端部とを接続した。この場合、光ファイバ1は、そのコア部2の中心軸と幹線系の光ファイバ102のコア部103の中心軸とを一致させるように突き合せて融着接続または機械的に接続した。
ここで、かかる空孔の端部に充填する屈折率整合剤11は、例えば粘性が高いグリス等の樹脂剤であり、波長1550nmの光に対する屈折率が約1.44である。このような屈折率整合剤11を各空孔の端部に充填することによって、かかる空孔が形成された第1クラッド部3の端部の屈折率を均質な第2クラッド部4の屈折率に近づけることができる。これによって、光ファイバ1の端部におけるMFDは、拡大するとともに、幹線系の光ファイバ102のMFDの値に近づく。さらには、かかる第1クラッド部3と第2クラッド部4とからなるクラッド部8の端部における屈折率がほぼ一様になる。この結果、フレネル反射による接続損失を低減できるとともに、かかる空孔を閉塞していない場合に比して接続部C2における接続損失を低減することができる。なお、この接続方法によって形成された接続部C2における接続損失は、測定した結果、0.1dB以下であった。
また、かかる屈折率整合剤11によって各空孔の端部を閉塞することによって、光ファイバ1と幹線系の光ファイバ102とを接続する際に各空孔の内部空間(または副媒質部中)にゴミ等の異物が入ることを防止できる。例えば、空孔7aの端部に屈折率整合剤11を充填することによって、この空孔7aの内部空間、すなわち副媒質部6a内に異物が入ることを防止できる。
つぎに、上述した光ファイバ1と幹線系の光ファイバ102との別の接続方法について説明する。上述した光ファイバ1と幹線系の光ファイバ102との接続方法では、光ファイバ1の各空孔の端部を閉塞する場合、上述した屈折率整合剤11を各空孔の端部に充填するものに限らず、かかる各空孔の端部を潰してもよい。図9は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ1と標準的なSMFとの別の接続方法を例示する断面模式図である。なお、図9には、上述した図8と同様に、この実施例5である光伝送媒体30の光ファイバ1と幹線系の光ファイバ102とを接続部C2において接続する場合の接続方法を例示する。
図9に示すように、かかる光伝送媒体30の光ファイバ1は、第1クラッド部3に形成された各空孔(すなわち副媒質部5a〜5f,6a〜6fを充満させる各空孔)の端部を潰すことによって閉塞した状態で幹線系の光ファイバ102に接続される。具体的には、まず、かかる光ファイバ1の各空孔の端部を加熱処理によって潰し、これら各空孔の端部を閉塞する。その後、このように空孔の端部が閉塞された状態(すなわち閉塞部9が形成された状態)の光ファイバ1の端部と幹線系の光ファイバ102の端部とを接続した。この場合、光ファイバ1は、そのコア部2の中心軸と幹線系の光ファイバ102のコア部103の中心軸とを一致させるように突き合せて融着接続または機械的に接続した。
ここで、このように各空孔の端部に閉塞部9を形成することによって、第1クラッド部3の端部の屈折率を均質な第2クラッド部4の屈折率とほぼ同じ値にすることができる。これによって、上述した屈折率整合剤11を各空孔の端部に充填した場合と同様の作用効果を享受することができる。したがって、フレネル反射による接続損失を低減できるとともに、かかる空孔を閉塞していない場合に比して接続部C2における接続損失を低減することができる。なお、この接続方法によって形成された接続部C2における接続損失は、測定した結果、0.1dB以下であった。
なお、このように各空孔の端部を潰して光ファイバ1と幹線系の光ファイバ102とを融着接続する場合、かかる融着接続を行うために光ファイバ1および幹線系の光ファイバ102の各端部に放電する電力は非常に弱くし、且つこの放電時間は長時間に設定する。このようにして、各空孔の端部を徐々に潰しつつ融着接続を行った。これは、光ファイバ1の端部に強い電力を急激に放電した場合、各空孔が膨張し、さらには各空孔が破裂して光ファイバ1の端部に空洞または欠損部分が生じるからであり、このような空孔の膨張を防止するとともに、光ファイバ1の端部における空洞または欠損部分の発生を防止するためである。
上述したような2つの接続方法は、接続部C2における光ファイバ1と幹線系の光ファイバ102との接続に限らず、接続部C1における光ファイバ1と幹線系の光ファイバ101との接続に対しても適用できる。すなわち、かかる光ファイバ1および幹線系の光ファイバ101は、上述した2つの接続方法のいずれかに基づいて接続することによって、接続部C2の場合と同様に、フレネル反射による接続損失を低減できるとともに、かかる空孔を閉塞していない場合に比して接続部C2における接続損失を低減することができる。このことは、上述した実施例4である光伝送媒体20の光ファイバ1の両端部に標準的なSMFを接続する場合も同様である。
以上、説明したように、本発明の実施の形態では、コア部の外周に配置されるクラッド部内であってこのコア部を中心とした所定回数(例えば6回)の回転対称の各位置に、主媒質部に比して屈折率が低い副媒質部を配置し、このような副媒質群をクラッド部内に多層配列するとともに、このように多層配列した副媒質群のうちの外側の副媒質部の横断面積が内側の副媒質部に比して大きくなるように構成した。このため、コア部に対して基底モードのみを閉じ込めるとともに小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減するためにクラッド部内に配置される副媒質部の配置数量を低減することができる。この結果、かかるクラッド部内に副媒質群を多層配置した微細構造を容易に形成することができ、製造の容易性を高めるとともに、基底モードのみをコア部に閉じ込めつつ小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減できる光ファイバを容易に実現することができる。
具体的には、本発明にかかる光ファイバは、曲率半径が7.5mmまたは5.0mmの小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できるとともに、1280nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる。
また、本発明にかかる光ファイバのMFDを6μm以上、11μm以下にすることができるので、かかる光ファイバのMFDを標準的なSMFのMFDに近い値にすることができる。この結果、本発明にかかる光ファイバと標準的なSMFとを接続した場合に生じる接続損失を低減することができる。
さらに、クラッド部内に多層配置した内側の副媒質部および外側の副媒質部の各横断面の中心が、コア部の横断面の中心を同一中心とする同心円上にそれぞれ位置するように構成した。このため。かかる内側の副媒質部と外側の副媒質部とを所定回数(例えば6回)の回転対称の各位置に配置し易くなる。この結果、本発明にかかる光ファイバの製造の容易性をさらに高めることができる。
また、内側の副媒質部およびコア部の各横断面の中心を通る直線(例えば直線A1,A2)と外側の副媒質部およびコア部の各横断面の中心を通る直線(例えば直線A3)とが所定の角度をなす(すなわち同一直線にならない)ように副媒質群を多層配列した。このため、かかる内側の副媒質部と外側の副媒質部との間隔を広げることができる。この結果、かかる副媒質部を配置するための複数の空孔をクラッド部内に容易に多層形成することができ、これによって、本発明にかかる光ファイバの製造の容易性をより一層高めることができる。
さらに、本発明にかかる光ファイバを用いることによって、3mm以上、60mm以下の曲率半径の小径曲げに対するマクロベンディングロスを0.1dB/m以下に低減できるとともに、1280nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる線状またはコイル状の光伝送媒体を容易に実現することができる。
本発明にかかる光伝送媒体を用いることによって、装置規模またはシステム規模の小型化を促進できるとともに、小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減しつつ1280nm以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送可能な導波路または光デバイスを容易に実現できる。
なお、本発明の実施の形態および実施例1〜5では、光ファイバのコア部およびクラッド部の主媒質として、添加物を添加したシリカガラスまたは純粋なシリカガラスを用いていたが、これに限らず、かかる主媒質として光透過性の高いプラスチック等の合成樹脂を用いてもよい。
また、本発明の実施の形態および実施例1〜5では、クラッド部内に配置する複数の副媒質部として空気等の気体、液体、または固体を用いていたが、これに限らず、かかる副媒質部としてシリカガラスまたは光透過性の高い合成樹脂を用いてもよい。
さらに、本発明の実施の形態および実施例1〜5では、クラッド部内であってコア部を中心とした6回の回転対称の各位置に副媒質部をそれぞれ配置していたが、これに限らず、クラッド部内であってコア部を中心とした複数回の回転対称の各位置に副媒質部をそれぞれ配置してもよい。
さらに、本発明の実施の形態および実施例1〜5では、機械式ドリルを用いてクラッド部内に複数の空孔を形成していたが、これに限らず、石英管クラッド部内に配置し、かかる石英管によって複数の空孔を形成してもよい。このように機械式ドリル、または石英管を用いて空孔を形成し、かかる空孔内に充満させた気体で上述した副媒質部を構成することによって、クラッド部内に液体または固体の副媒質部を配置する場合に比して容易に且つ低コストで光ファイバ1を製造することができる。
さらに、本発明の実施の形態および実施例1〜5では、クラッド部内に副媒質群を2層配列していたが、これに限らず、かかるクラッド内に副媒質群を3層以上に多層配列してもよい。
本発明の実施の形態にかかる光ファイバの一構成例を示す横断面模式図である。 クラッド部内に多層配列した内側の副媒質部および外側の副媒質部の配置例を示す横断面模式図である。 本発明にかかる光ファイバの実施例1であるサンプルの諸特性を例示する図である。 本発明にかかる光ファイバの実施例2であるサンプルの諸特性を例示する図である。 本発明にかかる光ファイバの実施例3であるサンプルの諸特性を例示する図である。 本発明の実施例4である光伝送媒体の一構成例を示す模式図である。 本発明の実施例5である光伝送媒体の一構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる光ファイバと標準的なSMFとの接続方法を例示する断面模式図である。 本発明の実施の形態にかかる光ファイバと標準的なSMFとの別の接続方法を例示する断面模式図である。
符号の説明
1 光ファイバ
2 コア部
3 第1クラッド部
3a 内側クラッド領域
3b 外側クラッド領域
4 第2クラッド部
5a〜5f,6a〜6f 副媒質部
7a 空孔
8 クラッド部
9 閉塞部
11 屈折率整合剤
20,30 光伝送媒体
101,102 幹線系の光ファイバ
103 コア部
110 障害物
B1,B2 屈曲部
C1,C2 接続部

Claims (19)

  1. コア部の外周にクラッド部を有する光ファイバであって、
    前記クラッド部は、前記コア部の外周に、主媒質部と該主媒質部に比して屈折率が低い副媒質部とからなる第1クラッド部を有し、
    前記副媒質部は、
    前記コア部の外周に沿って複数配置された内側副媒質部と、
    前記内側副媒質部の外側であって前記コア部の外周に沿って複数配置され、且つ前記内側副媒質部に比して横断面積が大きい外側副媒質部と、
    を有することを特徴とする光ファイバ。
  2. 複数の前記外側副媒質部の各横断面の中心は、複数の前記内側副媒質部のうちの互いに隣接する内側副媒質部の各横断面の中心と前記コア部の横断面の中心とをそれぞれ通る各直線によって挟まれた各領域内にそれぞれ位置することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ。
  3. 前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の各横断面の中心は、前記コア部を中心にした同心円上にそれぞれ位置することを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバ。
  4. 前記内側副媒質部は、前記コア部を中心にした6回の回転対称の各位置にそれぞれ配置され、
    前記外側副媒質部は、前記コア部を中心にした6回の回転対称の各位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  5. 前記副媒質部を配置する各位置に前記コア部の中心軸に沿って空孔がそれぞれ形成され、
    前記副媒質部は、前記各空孔の内部をそれぞれ満たす気体、液体、または固体の何れかの媒質からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  6. 前記クラッド部は、前記第1クラッド部の外周に均質な第2クラッド部を備え、前記コア部の前記第2クラッド部に対する比屈折率差が0.3%以上、0.4%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  7. 前記第2クラッド部の媒質は、純粋なシリカガラスであることを特徴とする請求項6に記載の光ファイバ。
  8. 前記第2クラッド部の媒質は、フッ素を添加したシリカガラスであることを特徴とする請求項6に記載の光ファイバ。
  9. 前記第2クラッド部の媒質は、前記第1クラッド部の主媒質部を構成する媒質と同一媒質であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  10. 前記コア部は、ゲルマニウムおよびリンの少なくとも一つを添加したシリカガラスによって形成されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  11. 1500nm以上の波長帯域の光がシングルモードで伝搬することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  12. 1280nm以上の波長帯域の光がシングルモードで伝搬することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  13. 波長1550nmにおけるモードフィールド径が6μm以上、11μm以下であり、波長1550nmにおける曲率半径7.5mmのマクロベンディングロスが0.1dB/m以下であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  14. 波長1550nmにおける曲率半径5.0mmのマクロベンディングロスが0.1dB/m以下であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  15. 請求項1〜14のいずれか一つに記載の光ファイバを、曲率半径3mm以上、60mm以下の曲げを形成した状態で備えたことを特徴とする光伝送媒体。
  16. 前記光ファイバは、曲率半径3mm以上、60mm以下のコイル状に巻かれた状態であることを特徴とする請求項15に記載の光伝送媒体。
  17. 前記光ファイバは、コア部の中心軸に沿ってクラッド部に形成された前記副媒質部の端部を閉塞した状態で他の光ファイバに接続されることを特徴とする請求項15または16に記載の光伝送媒体。
  18. 前記副媒質部の端部は、所定の充填物を充填することによって閉塞されることを特徴とする請求項17に記載の光伝送媒体。
  19. 前記副媒質部の端部は、潰すことによって閉塞されることを特徴とする請求項17に記載の光伝送媒体。
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