JP2010102276A - 光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】モード干渉を抑制することができる光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１を覆うように設けられコア１１よりも屈折率が低い第１クラッド１２と、第１クラッド１２を覆うように設けられ第１クラッド１２よりも屈折率が低い第２クラッド１３と、を備える。第１クラッド１２には、内周側から外周側に向かって濃度が高くなるように光減衰ドーパントがドープされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コア、第１クラッド、及び第２クラッドを備えた光ファイバ、並びにその製造方法に関する。
コア及びクラッドの２層構造を有する光ファイバの他、クラッドを複数層有し、曲げ損失を低減させた光ファイバも実用化されている。
特許文献１には、コバルト酸化物が溶液ドープされた石英ガラスの高吸収型外部クラッドガラスと、 非吸収型内部クラッドガラスと、非吸収型コアガラスとを備えたシングルモード光ファイバが開示されている。
特表２００２−５２８７５７号公報
ところで、クラッド層を複数層有する光ファイバを一般の通信用のシングルモード光ファイバに接続したときにコアの軸ずれが生じると、図６に示すように、主としてコア１１’に基本モードの信号光が伝搬すると共にコア１１’の外周側のクラッド１２’に高次モードの信号光が発生して伝搬し、そして、図７に示すように、例えば温度変化があると、基本モードと高次モードとの位相差が変化してモード干渉を生じ、出射端において基本モードの信号光の光強度変動が生じるという問題がある。なお、このモード干渉の問題は、ファイバ長や信号光の波長にも依存しても生じる。
本発明は、モード干渉を抑制することができる光ファイバ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の光ファイバは、コアと、該コアを覆うように設けられ該コアよりも屈折率が低い第１クラッドと、該第１クラッドを覆うように設けられ該第１クラッドよりも屈折率が低い第２クラッドと、を備えた光ファイバであって、
上記第１クラッドには、内周側から外周側に向かって濃度が高くなるように光減衰ドーパントがドープされている。
本発明の光ファイバの製造方法は、本発明の光ファイバを、コア形成部と、該コア形成部を覆うように設けられた第１クラッド形成部と、該第１クラッドを覆うように設けられた第２クラッド形成部と、を備えたプリフォームを線引きすることにより製造する方法であって、
第１クラッド形成部を形成した後、該第１クラッド形成部の外周から光減衰ドーパントを導入する工程を有する。
本発明によれば、第１クラッドに光減衰ドーパントがドープされており、しかも、その光減衰ドーパントが第１クラッドの内周側から外周側に向かって濃度が高くなるようにドープされているので、主として基本モードの信号光が伝搬するコアに近い側の濃度は相対的に低いため、基本モードの信号光の減衰を低く抑えることができ、一方、主として高次モードの信号光が伝搬する第１クラッドにおける第２クラッドとの界面側の濃度は相対的に高いため、その界面の反射前後において高次モードの信号光を効果的に減衰させることができ、従って、これらによって基本モードと高次モードとのモード干渉を抑制することができる。
図１は、本実施形態に係る光ファイバ１０を示す。この光ファイバ１０は、通信用であって、例えば、光ファイバケーブルから分岐したシングルモード光ファイバに接続され、特に曲げ変形が加わる部分に設けられるものである。
本実施形態に係る光ファイバ１０は、ファイバ中心から順に、コア１１、第１クラッド１２、第２クラッド１３、及びサポート層１４が同心円状に一体に設けられた構造を有する。
コア１１は、例えば、高屈折率化ドーパントがドープされた石英で形成されており、外径が８〜１０．２μｍ（好ましくは８．２〜１０μｍ）、屈折率が１．４６０〜１．４６２である。なお、本出願において、屈折率とは、常温、標準空気に対する屈折率をいう。
高屈折率化ドーパントとしては、例えば、典型的にはゲルマニウム（Ｇｅ）が挙げられ、その他に、リン（Ｐ）等が挙げられる。高屈折率化ドーパントは、単一種がドープされていてもよく、また、複数種がドープされていてもよい。高屈折率化ドーパントの濃度は２．９〜４．０重量％であることが好ましい。
第１クラッド１２は、例えば、光減衰ドーパントがドープされた石英で形成されており、外径が３０〜４５μｍ（好ましくは３０〜４０μｍ）、屈折率が１．４５０〜１．４５４である。第１クラッド１２の外径のコア１１の外径に対する比は２．９〜５．５であることが好ましい。
光減衰ドーパントとしては、例えば、水酸基（ＯＨ）、水素（Ｈ２）等が挙げられる。これらのうち光の吸収の制御の容易さの観点からＯＨが好ましい。光減衰ドーパントは、単一種がドープされていてもよく、また、複数種がドープされていてもよい。
光減衰ドーパントは、第１クラッド１２の内周側から外周側に向かって連続的に濃度が変調して高くなるようにドープされている。なお、光減衰ドーパントの第１クラッド１２での平均濃度は１００〜１００００重量ｐｐｍであることが好ましい。
第２クラッド１３は、例えば、低屈折率化ドーパントがドープされた石英で形成されており、外径が４４〜７５μｍ、屈折率が１．４３０〜１．４４４である。
低屈折率化ドーパントとしては、例えば、ホウ素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）等が挙げられる。低屈折率化ドーパントは、単一種がドープされていてもよく、また、複数種がドープされていてもよい。低屈折率化ドーパントの濃度は２．０〜２５重量％であることが好ましい。
サポート層１４は、例えば、純粋石英で形成されており、外径が１２３〜１２７μｍ（典型的には１２５μｍ）、屈折率が１．４５０〜１．４５４である。
なお、以上の構成の光ファイバ１０は、図示しない樹脂製の被覆層で被覆されて光ファイバ心線とされて用いられる。
図２は、本実施形態に係る光ファイバ１０の屈折率分布を示す。
本実施形態に係る光ファイバ１０では、第１クラッド１２及びサポート層１４の屈折率を基準とすると、コア１１が突出した高屈折率部分となっており、一方、第２クラッド１３が大きく没入した低屈折率部分となったトレンチ型構造を有する。これにより、この光ファイバ１０では、曲率半径の小さな曲げ変形が加えられても、第２クラッド１３の外部に光が漏れるのが効果的に抑制されることとなる。
そして、本実施形態に係る光ファイバ１０によれば、他のシングルモード光ファイバと接続したときにコア１１の軸ずれが生じ、図３に示すように、主としてコア１１に基本モードの信号光が伝搬すると共に第１クラッド１２に高次モードの信号光が発生して伝搬しても、第１クラッド１２に光減衰ドーパントがドープされており、しかも、その光減衰ドーパントが第１クラッド１２の内周側から外周側に向かって濃度が高くなるようにドープされているので、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、主として基本モードの信号光が伝搬するコア１１に近い側の濃度は相対的に低いため、基本モードの信号光の減衰を低く抑えることができ、一方、主として高次モードの信号光が伝搬する第１クラッド１２における第２クラッド１３との界面側の濃度は相対的に高いため、その界面の反射前後において高次モードの信号光を効果的に減衰させることができ、従って、これらによって基本モードと高次モードとのモード干渉を抑制することができる。
また、第１クラッド１２にドープする光減衰ドーパントが水酸基（ＯＨ）のように吸収により減衰させる光の波長帯が狭ければ、例えば、波長１３００ｎｍ帯の信号光については効果的に吸収して減衰させることができ、一方、心線対照を行う際に第１クラッド１２に伝搬させる波長１６５０ｎｍ帯及び６５０ｎｍ帯の心線識別光の吸収による減衰は小さく、心線対照を行うに際して支障がない。なお、信号光の損失と心線識別光の損失との差は１０ｄＢ以上であることが好ましい。
次に、本実施形態に係る光ファイバ１０の製造方法について説明する。
本実施形態に係る光ファイバ１０は、コア形成部２１、そのコア形成部２１を覆うように設けられた第１クラッド形成部２２と、その第１クラッド形成部２２を覆うように設けられた第２クラッド形成部２３と、第２クラッド形成部２３を覆うように設けられたサポート層形成部２４（第３クラッド形成部）とを備えたプリフォーム２０を線引きすることにより製造することができる。
プリフォーム２０は、ＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法により作製することができる。そして、上記光ファイバ１０を得るには、このプリフォーム２０の作製工程において、第１クラッド形成部２２を形成した後、第１クラッド形成部２２の外周から光減衰ドーパントを導入する工程を含めればよい。このように第１クラッド形成部２２の外周から光減衰ドーパントを導入すれば、光減衰ドーパントは、第１クラッド形成部２２の外周側では濃く、また、内周側では薄くドープされることとなる。具体的には、例えば、光減衰ドーパントとして水酸基（ＯＨ）をドープする場合、第１クラッド形成部２２を形成した後、第１クラッド形成部２２の外周を火炎酸化させる方法が挙げられる。
また、図５に示すように、プリフォーム２０はロッドインチューブ法により作製することもできる。
具体的には、図５（ａ）に示すように、ＭＣＶＤ法により石英ガラス管からなるサポート層形成部２４に第２クラッド形成部２３を内付けし、それに、図５（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法やＶＡＤ法によってコア形成部２１及び第１クラッド形成部２２の積層体を作製すると共に第１クラッド形成部２２の外周から光減衰ドーパントを導入したものを挿入し、そして、図５（ｃ）に示すように、それらをコラプスすればよい。
作製したプリフォーム２０を線引きする際の炉内温度は例えば１８００〜２２００℃とすることが好ましく、線引き速度は例えば１００〜１０００ｍ／分とすることが好ましい。
なお、本実施形態では、コア１１に高屈折率化ドーパント、第１クラッド１２に光減衰ドーパント、及び第２クラッド１３に低屈折率化ドーパントをドープし、サポート層１４を純粋石英で形成した構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、コア１１よりも第１クラッド１２の方が屈折率が低く、第１クラッド１２よりも第２クラッド１３の方が屈折率が低い構成であれば、その他の構成であってもよい。また、各部には必要に応じてその他のドーパントがドープされていてもよい。
本発明は、コア、第１クラッド、及び第２クラッドを備えた光ファイバについて有用である。
本実施形態に係る光ファイバの構造を示す斜視図である。 本実施形態に係る光ファイバの屈折率分布を示す図である。 本実施形態に係る光ファイバの信号光の伝搬を示す説明図である。 （ａ）基本モード及び（ｂ）高次モードの信号光の光強度分布を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はプリフォームの作製方法を示す説明図である。 従来の光ファイバの信号光の伝搬を示す説明図である。 基本モードの信号光の光強度本実施形態に係る光ファイバの信号光の伝搬を示す説明図である。
符号の説明
１０ 光ファイバ
１１ コア
１２ 第１クラッド
１３ 第２クラッド
２０ プリフォーム
２１ コア形成部
２２ 第１クラッド形成部
２３ 第２クラッド形成部

Claims (4)

  1. コアと、該コアを覆うように設けられ該コアよりも屈折率が低い第１クラッドと、該第１クラッドを覆うように設けられ該第１クラッドよりも屈折率が低い第２クラッドと、を備えた光ファイバであって、
    上記第１クラッドには、内周側から外周側に向かって濃度が高くなるように光減衰ドーパントがドープされている光ファイバ。
  2. 請求項１に記載された光ファイバにおいて、
    上記光減衰ドーパントがＯＨである光ファイバ。
  3. 請求項１又は２に記載された光ファイバにおいて、
    上記第１クラッドの外径の上記コアの外径に対する比が２．９〜５．５である光ファイバ。
  4. 請求項１に記載された光ファイバを、コア形成部と、該コア形成部を覆うように設けられた第１クラッド形成部と、該第１クラッドを覆うように設けられた第２クラッド形成部と、を備えたプリフォームを線引きすることにより製造する方法であって、
    第１クラッド形成部を形成した後、該第１クラッド形成部の外周から光減衰ドーパントを導入する工程を有する光ファイバの製造方法。
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