JP2014238526A

JP2014238526A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2014238526A
Application number: JP2013121562A
Authority: JP
Inventors: 春名　徹也; Tetsuya Haruna; 徹也春名; 平野　正晃; Masaaki Hirano; 正晃平野; 欣章田村; Yasuaki Tamura; 宣廣曵地; Nobuhiro Hikichi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2014-12-18
Anticipated expiration: 2033-06-10
Also published as: EP3009868A1; EP3009868A4; JP6268758B2; CN105324691A; CN105324691B; WO2014199922A1; EP3009868B1; US20160131832A1; US9588286B2

Abstract

【課題】Ｃｌ添加ＳｉＯ２ガラスのコアならびにフッ素添加ＳｉＯ２ガラスの第一クラッドおよび第二クラッドを含むディプレストクラッド構造を有し、信号光波長においてシングルモード伝播を実行可能な光ファイバを提供する。【解決手段】光ファイバは、コア、第一クラッドおよび第二クラッドを備える。コアは、Ｃｌ添加ＳｉＯ２ガラスからなる。第一クラッドおよび第二クラッドは、フッ素添加ＳｉＯ２ガラスからなる。第一クラッドの屈折率は、コアの屈折率より低い。第二クラッドの屈折率は、コアの屈折率より低く、第一クラッドの屈折率より高い。第二クラッドは、一様な屈折率を有する外側領域と、外側領域の屈折率より高い屈折率を有する内側領域とに区分される。内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは０.１０％以下である。内側領域の径方向の厚みＲは２５μｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバに関するものである。

低損失な光ファイバとして、少なくともＣｌが添加されたＳｉＯ_２ガラスからなるコアと、コアの屈折率より低い屈折率を有するように少なくともフッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなる第一クラッドと、を備えるものが知られている。ここで、コアへのＣｌの添加濃度は、１０原子ｐｐｍ程度以上２０,０００原子ｐｐｍ以下である。また、この光ファイバのより詳細な屈折率構造として、クラッドが第一クラッドおよび第二クラッドからなるディプレストクラッド構造が知られている。このディプレストクラッド構造では、コアを取り囲む第一クラッドは、コアの屈折率より低い屈折率を有し、第一クラッドを取り囲む第二クラッドは、コアの屈折率より低く第一クラッドの屈折率より高い屈折率を有する。

このようなディプレストクラッド構造の光ファイバを製造する為の光ファイバ母材は以下のようにして製造することができる。光ファイバのコアとなるべき少なくともＣｌが添加されたＳｉＯ_２ガラスからなるロッドを作製するとともに、光ファイバの第一クラッドとなるべき少なくともフッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなるパイプを作製する。このパイプにロッドを挿入し、パイプとロッドとを加熱し一体化してガラス中間体を作製する。光ファイバの第二クラッドとなるべきガラス層をガラス中間体の周りに形成して、これにより光ファイバ母材を製造する。この光ファイバ母材を線引することで、ディプレストクラッド構造の光ファイバを製造することができる。

光ファイバの第二クラッドとなるべきガラス層をガラス中間体の周りに形成する方法としてロッドインコラプス法がある。このロッドインコラプス法では、第二クラッドとなるべき少なくともフッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなるパイプを作製し、このパイプにガラス中間体を挿入し、パイプとガラス中間体とを加熱し一体化して光ファイバ母材を製造する。

また、光ファイバの第二クラッドとなるべきガラス層をガラス中間体の周りに形成する方法としてＶＡＤやＯＶＤ法もある。この場合、ＶＡＤやＯＶＤ法によりガラス中間体の外周面上にＳｉＯ_２煤を堆積させ、このＳｉＯ_２煤をフッ素含有雰囲気で焼結して透明ガラス化して、これにより光ファイバ母材を製造する。

国際公開第００／０４２４５８号

光ファイバの第二クラッドとなるべきガラス層をガラス中間体の周りに形成する際に、ロッドインコラプス法を用いる場合、フッ素添加ＳｉＯ_２ガラスのパイプを製造する必要があり、工程が増えて、結果的にコスト増となり、実用的では無い。

これに対して、ＶＡＤやＯＶＤ法を用いる方法は、ロッドインコラプス法を用いる場合と比べて低コストであり実用的である。しかし、この方法では以下のような問題があることを本発明者は見出した。

すなわち、第二クラッドのうち第一クラッドに近い内側領域は、この内側領域より外側にある外側領域と比べてフッ素が十分に添加されず、外側領域の屈折率より高い屈折率を有することがある。第二クラッドの内側領域と外側領域との間の屈折率差が大きすぎたり、屈折率が高い内側領域の径方向の厚みが大きすぎたりすると、光ファイバにおいて高次モードが残留して、信号光波長においてシングルモード伝播ができなくなったり、光ファイバの伝送損失が悪化したりする可能性がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、Ｃｌ添加ＳｉＯ_２ガラスのコアならびにフッ素添加ＳｉＯ_２ガラスの第一クラッドおよび第二クラッドを含むディプレストクラッド構造を有し、信号光波長においてシングルモード伝播を実行可能な光ファイバを提供することを目的とする。

本発明の光ファイバは、(1) 少なくともＣｌが添加されたＳｉＯ_２ガラスからなるコアと、(2) コアを取り囲み、コアの屈折率より低い屈折率を有し、少なくともフッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなる第一クラッドと、(3) 第一クラッドを取り囲み、コアの屈折率より低く第一クラッドの屈折率より高い屈折率を有し、少なくともフッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなる第二クラッドと、を備える。第二クラッドは、実質的に一様な屈折率を有する外側領域と、外側領域より内側にあって外側領域の屈折率より高い屈折率を有する内側領域とに区分される。そして、内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差は０.１０％以下であり、内側領域の径方向の厚みは２５μｍ以下であることを特徴とする。内側領域の最大屈折率と第一クラッドの屈折率との差が０.０５％以上０.１５％以下であるのが好適である。実質的に一様とは、クラッド部の外側領域の屈折率の変動が平均値に対して±０.０１％以下であることを言う。

本発明の光ファイバは、Ｃｌ添加ＳｉＯ_２ガラスのコアならびにフッ素添加ＳｉＯ_２ガラスの第一クラッドおよび第二クラッドを含むディプレストクラッド構造を有し、信号光波長においてシングルモード伝播が可能であり、また、低い伝送損失を有することができる。

本実施形態の光ファイバの屈折率分布を示す図である。ケーブルカットオフ波長と屈折率差ΔＰとの関係を示すグラフである。波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失と屈折率差ΔＰとの関係を示すグラフである。ケーブルカットオフ波長と第二クラッド部内側領域の径方向の厚みＲとの関係を示すグラフである波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失と第二クラッド部内側領域の径方向の厚みＲとの関係を示すグラフである。コア、クラッドの構造例を示す図である。コア、クラッドの構造例を示す図である。コア、クラッドの構造例を示す図である。コア、クラッドの構造例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態の光ファイバの屈折率分布を示す図である。本実施形態の光ファイバは、コアと、このコアを取り囲む第一クラッドと、この第一クラッドを取り囲む第二クラッドとを備える。コアは、少なくともＣｌが添加されたＳｉＯ_２ガラスからなる。第一クラッドおよび第二クラッドそれぞれは、少なくともフッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなる。第一クラッドの屈折率は、コアの屈折率より低い。第二クラッドの屈折率は、コアの屈折率より低く、第一クラッドの屈折率より高い。すなわち、本実施形態の光ファイバはディプレストクラッド構造の屈折率分布を有する。

図１に示されるように、本実施形態の光ファイバの第二クラッドは、一様な屈折率を有する外側領域と、この外側領域より内側にあって外側領域の屈折率より高い屈折率を有する内側領域とに区分される。そして、内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは０.１０％以下である。内側領域の径方向の厚みＲは２５μｍ以下である。また、この時、内側領域の最大屈折率と第一クラッドの屈折率との差ΔＤは０.０５％以上０.１５％以下である。

例えば、本実施形態の光ファイバにおいて、コアの外径に対する第一クラッドの外径の比は３以上５以下の範囲である。第一クラッドの外径に対する光ファイバの外径の比は２以上５以下の範囲である。また、コアと第一クラッドとの相対屈折率差は０.２５％〜０.５０％の範囲である。以下では、このような光ファイバについて、ΔＰ，Ｒ，ΔＤと、ケーブルカットオフ波長、伝送損失との関係を説明する。

図２は、ケーブルカットオフ波長と屈折率差ΔＰとの関係を示すグラフである。この時、第二クラッド部の外側領域の屈折率と第二クラッド部との界面部に位置する第一クラッド部での屈折率との差ΔＪは０.０５％であり、内側領域の径方向の厚みＲは１５μｍであった。同図に示されるように、ΔＰが大きくなるほど、ケーブルカットオフ波長は短くなるが、ΔＰが０.１１％以上になると、ケーブルカットオフ波長は急激に長くなり、ΔＰ＝０.１１％でケーブルカットオフ波長が１５５０ｎｍとなり、伝送波長帯（１５３０-１５７５ｎｍ）においてシングルモード伝送ができなくなる。よって、ΔＰは０.１０％以下、即ち、ΔＤは０.１５％以下であることが好ましいことが分かる。

図３は、波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失と屈折率差ΔＰとの関係を示すグラフである。縦軸の光ファイバの伝送損失は、ΔＰ＝０％のときの伝送損失に対する増分を表している。また、この時、第二クラッド部の外側領域の屈折率と第二クラッド部との界面部に位置する第一クラッド部での屈折率との差ΔＪは０.０５％であり、内側領域の径方向の厚みＲは１５μｍであった。同図に示されるように、内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰが０.１０％以下、即ち、ΔＤが０.１５％以下であれば、伝送損失増が発生しないことが判る。

図４は、ケーブルカットオフ波長と内側領域の径方向の厚みＲとの関係を示すグラフである。この時、第二クラッド部の外側領域の屈折率と第二クラッド部との界面部に位置する第一クラッド部での屈折率との差ΔＪは０.０５％であり、縦軸のケーブルカットオフ波長は、Ｒ＝３０μｍになると、ケーブルカットオフ波長は１５５０ｎｍとなり、伝送波長帯においてシングルモード伝送が出来なくなり、Ｒ＝２５μｍ以下であれば、ケーブルカットオフ波長は伝送波長帯より短く、伝送波長帯においてシングルモード伝送できることが判る。

図５は、波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失と内側領域の径方向の厚みＲとの関係を示すグラフである。この時、クラッド部の外側領域の屈折率と第二クラッド部との界面部に位置する第一クラッド部での屈折率との差ΔＪは０.０５％であり、縦軸の光ファイバの伝送損失は、Ｒ＝０μｍのときの伝送損失に対する増分を表している。内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは、０.０１％、０.０５％および０.１０％それぞれとされた。同図に示されるように、内側領域の径方向の厚みＲが２５μｍ以下であれば、伝送損失増が発生しないことが判る。

内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは０％に近いほど好ましく、内側領域の径方向の厚みＲは０μｍに近いほど好ましい。しかし、光ファイバ母材製造時に第二クラッド部を合成する工程において、コア部および第一クラッド部からなるガラス中間体にＳｉＯ_２煤を堆積させ、このＳｉＯ_２煤をフッ素含有雰囲気で焼結して透明ガラス化する際に、ＳｉＯ_２煤堆積体の中にフッ素を均一に添加させることは難しい。

例えば、純ＳｉＯ_２ガラスに対する第二クラッド部の比屈折率差を−０.２５％より高くしようとすると、ＳｉＯ_２煤の嵩密度を径方向に微調整するか、或いは、フッ素を添加する時間を極端に長くする必要があり、コスト高となって製造量を大きく悪化させる要因となるので、実用上は困難である。したがって、製造上、現実的には、内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは０.０２％以上であることが望ましく、内側領域の径方向の厚みＲは１０μｍ以上であることが望ましい。

コア部、クラッド部の屈折率プロファイルは、図１のようなステップ型に限定されるものではなく、例えば図６〜図９に示すような構造であっても良い。

Claims

少なくともＣｌが添加されたＳｉＯ_２ガラスからなるコアと、
前記コアを取り囲み、前記コアの屈折率より低い屈折率を有し、少なくともフッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなる第一クラッドと、
前記第一クラッドを取り囲み、前記コアの屈折率より低く前記第一クラッドの屈折率より高い屈折率を有し、少なくともフッ素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなる第二クラッドと、
を備え、
前記第二クラッドが、一様な屈折率を有する外側領域と、前記外側領域より内側にあって前記外側領域の屈折率より高い屈折率を有する内側領域とに区分され、
前記内側領域の最大屈折率と前記外側領域の屈折率との差が０.１０％以下であり、
前記内側領域の径方向の厚みが２５μｍ以下である、
ことを特徴とする光ファイバ。
前記内側領域の最大屈折率と前記第一クラッドの屈折率との差が０.０５％以上０.１５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。