JP2018511077A - 極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ - Google Patents
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Abstract
コア層とクラッド層を含む極低減衰の単一モード光ファイバにおいて、コア層は、半径ｒ１が３.０〜３．９μｍであり、相対屈折率差Δｎ１が−０．０４％〜０．１２％であり、コア層の外部には、内側から外側へ順に、半径ｒ２が８〜１４μｍ、相対屈折率差Δｎ２が−０．３５％〜−０．１０％である内部クラッド層、半径ｒ３が１４〜２０μｍ、相対屈折率差Δｎ３が−０．６％〜−０．２％である陥没内部クラッド層、半径ｒ４が３５〜５０μｍ、相対屈折率差Δｎ４が−０．４％〜−０．１５％である補助的外部クラッド層、及び外部クラッド層である。本発明は、光ファイバの減衰パラメータを低下させ、優れた曲げ性能を有し、光ファイバのコア層とクラッド層屈折率分布構造設計で、光ファイバのＭＦＤが８．４以上である。本発明の遮断波長、ベンド損失、色分散などの総合的性能パラメータは、応用波長域で優れ、Ｇ．６５７．Ａ２標準との互換性がある。【選択図】図１
Description
本発明は、光通信技術分野に関し、具体的には、光通信システムに用いられる極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバに関する。該光ファイバは、極低損失性能を有し、優れたベンド不敏感特性を有し、モードフィールド径（ＭＦＤ）がＧ．６５７．Ａ２標準との互換性がある。
光ファイバ通信は容量が大きく、伝送距離が長く、コストも低いため、長距離ネットワーク、メトロポリタン・エリア・ネットワーク及びアクセスネットワークによく用いられる。光ファイバ通信技術の発展は、より速い伝送速度、より大きい容量及びより長い伝送距離を目標とし、光ファイバの性能を上げ、光ファイバ通信技術を向上させつつある。近年、IＰネットワークデータサービスの著しい発展に伴い、通信ネットワークが持続可能な次世代ネットワークの発展に向け、次世代ネットワークの物理的構成である巨大な伝送容量と距離を有する光ファイバ基盤を作る。光ファイバ通信システムの発展に対する要求を満たすため、光ファイバ通信ネットワークの伝送媒体である光ファイバの関連性能向上が必要になっている。
光ファイバの減衰係数が最も重要な性能パラメータの一つであり、光通信の中継距離の決定的要因である。光ファイバの減衰係数が低いほど、光信号を伝送できる距離が長く、同じ伝送距離の場合、光信号の減衰幅が小さい。減衰係数を下げることで、光通信の光Ｓ／Ｎ比（ＯＳＮＲ）を有効に向上させ、システムの伝送品質と伝送距離を増加できる。長距離光通信において、光信号が中継器を介して伝送され、光ファイバの減衰係数が低いほど、無中継光信号の伝送距離が長く、中継器の間隔を延長でき、中継器の設置を減らし、運営費を軽減できる。よって、システム構造の最適化と運営費削減において、光ファイバ減衰係数を下げることが非常に重要である。一方、近年ＦＴＴＸ（Ｆｉｂｅｒ ｔｏ Ｔｈｅ ｘ）の発展に伴い、Ｇ．６５２光ファイバは、ユーザーの要求する性能を出しにくく、抗曲げ性能を有する光ファイバが要求されるため、Ｇ．６５２光ファイバに基づいて、ベンド不敏感の単一モード光ファイバＧ．６５７光ファイバが新たに開発された。Ｇ．６５７光ファイバは、Ｇ．６５２標準との互換性があるＧ．６５７．Ａ光ファイバおよびＧ．６５２標準との互換性がないＧ．６５７．Ｂ光ファイバを含む。Ｇ．６５７．Ａ光ファイバはＧ．６５２．Ｄ光ファイバとの互換性がよく、Ｇ．６５２．Ｄ光ファイバより優れた抗曲げ性能を有するため、Ｇ．６５２光ファイバの代わりに用いられる可能性が高いと考えられる。よって、Ｇ．６５２標準との互換性があり、極低減衰と比較的に大きいＭＦＤを有する、ベンド不敏感の単一モード光ファイバが光通信分野における研究の中心になっている。
光ファイバ母材ロッドの製造において、光ファイバ減衰を下げる以下の方法が用いられる。外部不純物導入確率を低下させるため、より高純度の材料を利用して、製造環境を改善し、装置の密閉性を向上させる。特許文献１（中国特許出願番号２０１１１０１７８８３３．３）において、外部不純物導入を低下させるため、光ファイバ母材ロッド堆積工程における不通気性を向上させる。また、大きいサイズの母材ロッドの希釈効果で光ファイバ減衰を低下させる、より大きい外径を有する母材ロッドを製造する方法も用いられている。光ファイバの製造工程において、裸ファイバ表面コーディング層のコーディング工程が光ファイバ減衰性能を影響する重要な要因である。しかしながら、理論か、実際の光ファイバの製造コストと工程制御を考慮すると、光ファイバ減衰を低下させる最も簡単かつ有効な方法は、光ファイバのドーピングを下げて、光ファイバの屈折率分布を最適化することである。一般的に、ドーピング濃度が低いほど、レイリー散乱がもたらした損失が小さい。従来の単一モード光ファイバにおいて、光ファイバの全反射のため、コア層と内部クラッド層との十分な屈折率差が必要で、コア層の相対屈折率が内部クラッド層より遥かに大きい。このような設計を保証するため、コア層への大量なゲルマニウム添加またはゲルマニウムとフッ素の共添加が必要であるが、従来の光ファイバの屈折率分布設計は、光ファイバの屈折率分布においてレーザエネルギーがガウス分布に従い、光ファイバのレーザエネルギーの７０％ぐらいはより多くドーピングされたコア層において伝送される。高エネルギー密度のレーザ伝送はレイリー係数が比較的高い高濃度ドーピングコア層において行われる。合理的な光ファイバの屈折率分布設計で、エネルギーがガウス分布ではない分布をして、高濃度ドーピングコア層におけるエネルギー損失を低下させると、光ファイバの減衰性能を著しく減少できる。
現在、一般的なＧ．６５７光ファイバの屈折率分布設計と製造方法において、最優マクロベンド性能を得るため、コア層へのゲルマニウムとフッ素の共添加が行われ、コア層の相対屈折率が０．３５％以上で、コア層へのゲルマニウム添加が比較的多く、レイリー散乱をもたらして、光ファイバの減衰が増加していた。
超低減衰光ファイバの設計が提案された特許文献２（中国特許出願番号２０１３１０３９４４０４）においては、純シリコンコアの設計が採用され、代表的なステップ・インデックス型光ファイバを利用し、ベンド性能向上ための埋め込みクラッド層を利用せず、コア層へのゲルマニウム（Ｇｅ素）の添加が行われないため、母材ロッドを製造する時に粘度の不一致が発生し、光ファイバの減衰とベンド性能が比較的低い。
以下は、本発明に言及される一部の用語の定義と説明である。
光ファイバのコア軸線から数え、屈折率の変化に応じて、軸線に最も近い層をコア層、光ファイバの最も外の層、即ち純シリカ層を光ファイバの外部クラッド層と定義する。
光ファイバの各層の相対屈折率Δｎｉは、以下の方程式により定義される。
Δｎｉ＝（（ｎi−ｎｃ）／ｎｃ）×１００％
ここで、ｎｉは、コアの屈折率であり、ｎｃは、クラッド層の屈折率、即ち純シリカの屈折率である。
光ファイバコア層のゲルマニウムドーピングによる屈折率寄与度ΔＧｅは、以下の方程式により定義される。
ΔＧｅ＝（（ｎＧｅ−ｎｃ）／ｎｃ）×１００％
ここで、ｎＧｅは、ゲルマニウム（Ｇｅ）を純石英にドープすることで得られる、コア層の石英ガラスの屈折率の変化量であり、ｎｃは、外部クラッド層の屈折率で、即ち純石英の屈折率である。
ケーブルの遮断波長λｃｃ：
ＩＥＣ（国際電気標準会議）標準６０７９３−１−４４の定義によると、ケーブルの遮断波長λｃｃは、光信号が光ファイバ中で２２メートルを超える伝搬をした後にもはや単一モードではなくなる波長である。テストの際に、光ファイバに対し半径１４ｃｍの１巻き、半径４ｃｍの２巻きをしてデータを取得する。
光ファイバの各層の相対屈折率Δｎｉは、以下の方程式により定義される。
Δｎｉ＝（（ｎi−ｎｃ）／ｎｃ）×１００％
ここで、ｎｉは、コアの屈折率であり、ｎｃは、クラッド層の屈折率、即ち純シリカの屈折率である。
光ファイバコア層のゲルマニウムドーピングによる屈折率寄与度ΔＧｅは、以下の方程式により定義される。
ΔＧｅ＝（（ｎＧｅ−ｎｃ）／ｎｃ）×１００％
ここで、ｎＧｅは、ゲルマニウム（Ｇｅ）を純石英にドープすることで得られる、コア層の石英ガラスの屈折率の変化量であり、ｎｃは、外部クラッド層の屈折率で、即ち純石英の屈折率である。
ケーブルの遮断波長λｃｃ：
ＩＥＣ（国際電気標準会議）標準６０７９３−１−４４の定義によると、ケーブルの遮断波長λｃｃは、光信号が光ファイバ中で２２メートルを超える伝搬をした後にもはや単一モードではなくなる波長である。テストの際に、光ファイバに対し半径１４ｃｍの１巻き、半径４ｃｍの２巻きをしてデータを取得する。
本発明の解決しようとする技術問題は、光ファイバ製造コストが低く、極低減衰係数と優れたベンド性能を有する極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバを提供することである。
本発明は、以上の問題を解決するために、以下の技術的解決手段を採用する。
コア層とクラッド層を含む光ファイバにおいて、前記コア層は、半径ｒ１が３.０〜３.９μｍであり、相対屈折率差Δｎ１が−０．０４％〜０．１２％であり、コア層の外部には、内側から外側へ順に、半径ｒ２が８〜１４μｍ、相対屈折率差Δｎ２が−０．３５％〜−０．１０％である内部クラッド層、半径ｒ３が１４〜２０μｍ、相対屈折率差Δｎ３が−０．６％〜−０．２％である陥没内部クラッド層、半径ｒ４が３５〜５０μｍ、相対屈折率差Δｎ４が−０．４％〜−０．１５％である補助的外部クラッド層、及び純シリカガラス層である外部クラッド層が被覆され、外部クラッド層の直径が１２５μｍである。
コア層とクラッド層を含む光ファイバにおいて、前記コア層は、半径ｒ１が３.０〜３.９μｍであり、相対屈折率差Δｎ１が−０．０４％〜０．１２％であり、コア層の外部には、内側から外側へ順に、半径ｒ２が８〜１４μｍ、相対屈折率差Δｎ２が−０．３５％〜−０．１０％である内部クラッド層、半径ｒ３が１４〜２０μｍ、相対屈折率差Δｎ３が−０．６％〜−０．２％である陥没内部クラッド層、半径ｒ４が３５〜５０μｍ、相対屈折率差Δｎ４が−０．４％〜−０．１５％である補助的外部クラッド層、及び純シリカガラス層である外部クラッド層が被覆され、外部クラッド層の直径が１２５μｍである。
上記技術的解決手段において、光ファイバのコア層は、ゲルマニウムとフッ素を共添加したシリカガラス層であるか、ゲルマニウムのみを添加したシリカガラス層であり、ゲルマニウムの添加寄与量が０.０２％〜０.１０％であり、０.０４％〜０.０８％がより好ましい。
上記技術的解決手段において、前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．４〜９．１μｍであり、８．５〜８．８μｍがより好ましい。
上記技術的解決手段において、前記光ファイバは、ケーブリングにおける遮断波長が１２６０ｎｍ以下である。
上記技術的解決手段において、前記光ファイバは、ゼロ分散点が１３００〜１３２４ｎｍで、ゼロ分散スロープが０．０９２以下である。
上記技術的解決手段において、前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおける色分散が１８ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍ以下であり、波長１６２５ｎｍにおける色分散が２２ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍ以下である。
上記技術的解決手段において、前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおける減衰が０．３２４ｄＢ／ｋｍ以下であり、０．３０４ｄＢ／ｋｍ以下がより好ましい。
上記技術的解決手段において、前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける減衰が０．１８４ｄＢ／ｋｍ以下であり、０．１７４ｄＢ／ｋｍ以下がより好ましい。
上記技術的解決手段において、前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、１５ｍｍのベンド半径で１０周巻き取ることによるベンド付加損失が０．０３ｄＢ以下であり、１０ｍｍのベンド半径で１周巻き取ることによるベンド付加損失が０．１ｄＢ以下である。
上記技術的解決手段において、前記光ファイバは、コーティング層の厚さが２５０μｍまたは２００μｍである。
本発明の利点は、以下である。１）光ファイバのコア層とクラッド層の屈折率分布構造設計により、光ファイバ内部の粘度マッチングが合理的に設計され、光ファイバ製造過程の不備を減少し、光ファイバの減衰パラメータを低下させ、光ファイバが超低減衰性能を有する。２）ゲルマニウムを添加した陥没構造と合理的な光ファイバの各コア層とクラッド層の設計により、光ファイバはモードフィールド径（ＭＦＤ）が８．４以上である。３）本発明の遮断波長、ベンド損失、色分散などの総合的性能パラメータは、応用波長域で優れ、十分に小さいケーブリング遮断波長により、当該種類の光ファイバのＣ波長域伝送応用で光信号の単一モード状態を保証し、光ファイバの屈折率分布にマルチステップ・インデックス型陥没クラッド構造を有し、広幅の陥没クラッド構造を有して光ファイバのベンド損失に優れた改良作用を有し、Ｇ．６５７．Ａ２標準との互換性がある。４）最も外部の層の外部クラッド層構造に純シリカの設計が採用され、フッ素添加ガラスの光ファイバでの割合を低下させることで、光ファイバの生産コストを低減させる。
以下、実施例を参照して詳細に記載する。
ゲルマニウムとフッ素を共添加したシリカガラス層であるか、ゲルマニウムを添加したシリカガラス層であるコア層とクラッド層を含み、コア層の外部には、内側から外側へ順に、内部クラッド層、陥没内部クラッド層、補助的外部クラッド層、及び外部クラッド層が被覆される。外部クラッド層が純シリカガラス層であり、直径が１２５μｍである。
表１は、本発明の好適な実施例における屈折率分布パラメータであり、ΔＧｅは、コア層におけるＧｅの添加量である。表２は、表１に記載する光ファイバに対応する光伝送特性を示す。
本発明の実施例における光ファイバの屈折率分布パラメータ
本発明の実施例の光ファイバのパラメータ
（付記）
（付記１）
コア層とクラッド層を含む極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバにおいて、
前記コア層は、半径ｒ１が３.０〜３．９μｍであり、相対屈折率差Δｎ１が−０．０４％〜０．１２％であり、
前記コア層の外部には、内側から外側へ順に、半径ｒ２が８〜１４μｍ、相対屈折率差Δｎ２が−０．３５％〜−０．１０％である内部クラッド層、
半径ｒ３が１４〜２０μｍ、相対屈折率差Δｎ３が−０．６％〜−０．２％である陥没内部クラッド層、
半径ｒ４が３５〜５０μｍ、相対屈折率差Δｎ４が−０．４％〜−０．１５％である補助的外部クラッド層、及び、
純シリカガラス層である外部クラッド層が被覆され、
前記外部クラッド層の直径が１２５μｍであることを特徴とする極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記１）
コア層とクラッド層を含む極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバにおいて、
前記コア層は、半径ｒ１が３.０〜３．９μｍであり、相対屈折率差Δｎ１が−０．０４％〜０．１２％であり、
前記コア層の外部には、内側から外側へ順に、半径ｒ２が８〜１４μｍ、相対屈折率差Δｎ２が−０．３５％〜−０．１０％である内部クラッド層、
半径ｒ３が１４〜２０μｍ、相対屈折率差Δｎ３が−０．６％〜−０．２％である陥没内部クラッド層、
半径ｒ４が３５〜５０μｍ、相対屈折率差Δｎ４が−０．４％〜−０．１５％である補助的外部クラッド層、及び、
純シリカガラス層である外部クラッド層が被覆され、
前記外部クラッド層の直径が１２５μｍであることを特徴とする極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記２）
前記光ファイバのコア層は、ゲルマニウムとフッ素を共添加したシリカガラス層であり、ゲルマニウムの添加寄与量が０.０２％〜０.１０％であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
前記光ファイバのコア層は、ゲルマニウムとフッ素を共添加したシリカガラス層であり、ゲルマニウムの添加寄与量が０.０２％〜０.１０％であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記３）
前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．４〜９．１μｍであることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．４〜９．１μｍであることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記４）
前記光ファイバは、ケーブリングにおける遮断波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
前記光ファイバは、ケーブリングにおける遮断波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記５）
前記光ファイバは、ゼロ分散点が１３００〜１３２４ｎｍで、ゼロ分散スロープが０．０９２以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
前記光ファイバは、ゼロ分散点が１３００〜１３２４ｎｍで、ゼロ分散スロープが０．０９２以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記６）
前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおける色分散が１８ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍ以下であり、波長１６２５ｎｍにおける色分散が２２ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおける色分散が１８ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍ以下であり、波長１６２５ｎｍにおける色分散が２２ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記７）
前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおける減衰が０．３２４ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおける減衰が０．３２４ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記８）
前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける減衰が０．１８４ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける減衰が０．１８４ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
（付記９）
前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、１５ｍｍのベンド半径で１０周巻き取ることによるベンド付加損失が０．０３ｄＢ以下であり、１０ｍｍのベンド半径で１周巻き取ることによるベンド付加損失が０．１ｄＢ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、１５ｍｍのベンド半径で１０周巻き取ることによるベンド付加損失が０．０３ｄＢ以下であり、１０ｍｍのベンド半径で１周巻き取ることによるベンド付加損失が０．１ｄＢ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
Claims (9)
- コア層とクラッド層を含む極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバにおいて、
前記コア層は、半径ｒ１が３.０〜３．９μｍであり、相対屈折率差Δｎ１が−０．０４％〜０．１２％であり、
前記コア層の外部には、内側から外側へ順に、半径ｒ２が８〜１４μｍ、相対屈折率差Δｎ２が−０．３５％〜−０．１０％である内部クラッド層、
半径ｒ３が１４〜２０μｍ、相対屈折率差Δｎ３が−０．６％〜−０．２％である陥没内部クラッド層、
半径ｒ４が３５〜５０μｍ、相対屈折率差Δｎ４が−０．４％〜−０．１５％である補助的外部クラッド層、及び、
純シリカガラス層である外部クラッド層が被覆され、
前記外部クラッド層の直径が１２５μｍであることを特徴とする極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。 - 前記光ファイバのコア層は、ゲルマニウムとフッ素を共添加したシリカガラス層であり、ゲルマニウムの添加寄与量が０.０２％〜０.１０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
- 前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．４〜９．１μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
- 前記光ファイバは、ケーブリングにおける遮断波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
- 前記光ファイバは、ゼロ分散点が１３００〜１３２４ｎｍで、ゼロ分散スロープが０．０９２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
- 前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおける色分散が１８ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍ以下であり、波長１６２５ｎｍにおける色分散が２２ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
- 前記光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおける減衰が０．３２４ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
- 前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける減衰が０．１８４ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
- 前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、１５ｍｍのベンド半径で１０周巻き取ることによるベンド付加損失が０．０３ｄＢ以下であり、１０ｍｍのベンド半径で１周巻き取ることによるベンド付加損失が０．１ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低損失でベンド不敏感の単一モード光ファイバ。
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