JP3068013B2 - 分散補償ファイバ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、１．３μｍ帯零
分散ファイバを含む伝送系に適用され、波長１．５５μ
ｍ帯の光に対して、該伝送系の波長分散と波長依存性を
補償するための分散補償ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、１．３μｍ帯零分散ファイバを含
む伝送系において、波長１．５５μｍ帯の光に対する該
伝送系の波長分散と波長依存性を補償するための分散補
償ファイバとしては、例えば図１９に示されたような屈
折率プロファイルを有する分散補償ファイバが知られて
いる（特開平７−２６１０４８号公報）。この分散補償
ファイバは、石英ガラス（以下、ＳｉＯ₂ ガラスとい
う）を主成分とし、ＧｅＯ₂ が高濃度に添加されたコア
１００と、該コア１００の外周に密着して形成され、か
つ、フッ素が添加された第１クラッド２００と、該第１
クラッド２００の外周に密着して形成された純粋石英ガ
ラス領域である第２クラッド３００により構成されてい
る。

【０００３】なお、この図１９に示された分散補償ファ
イバの光強度分布及び屈折率プロファイルの各横軸は、
スケールは異なるが、それぞれ図中の線Ｌ２に沿ったコ
ア１００の中心軸に垂直な断面上の各位置に相当してい
る。したがって、図中の屈折率プロファイルにおいて、
領域１０１はコア１００の線Ｌ２上の領域、領域２０１
は第１クラッド２００の線Ｌ２上の領域、領域３０１は
第２クラッド３００の線Ｌ２上の領域にそれぞれ対応し
ている。

【０００４】従来の分散補償ファイバは、コア１００、
第１クラッド２００及び第２クラッド３００それぞれの
屈折率を、図１９に示された特定の範囲に規定すること
で、波長１．５５μｍの近傍の光に対し、負の波長分散
値を得るとともに波長分散スロープを負に設定してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の分散補償ファイ
バは、以上のようにコア１００にＧｅＯ₂ を高濃度に添
加してその屈折率を上げるとともに、第１クラッド２０
０にフッ素を添加してその屈折率を下げ、該コア１００
と第１クラッド２００の間の相対的な屈折率差が大きく
なるよう各領域の屈折率を設定することで、より大きな
波長分散値を得ている。換言すれば、分散補償ファイバ
の所定波長に対する分散値は、図１９に示された屈折率
プロファイルの凹み領域Ａの深さに大きく依存してい
る。

【０００６】一方、上記コア１００にＧｅＯ₂ が１０〜
３０ｍｏｌ％程度という高濃度に添加された場合、ファ
イバを製造する際の線引工程では、ファイバ母材を通常
の伝送用光ファイバ（ＧｅＯ₂が５ｍｏｌ％程度以下添
加されている）の場合よりも低温で線引することが望ま
しい。これは、高温で線引を実施した場合、得られたフ
ァイバの光伝送損失が該ＧｅＯ₂ 濃度の増加とともに増
大するからである。

【０００７】ここで、上述した従来の分散補償ファイバ
の第２クラッド（最外層）は、純粋石英ガラスであるた
め、通常は１９５０℃〜２０００℃という高温度で線引
する必要がある。このことは、コア１００における光伝
送損失の増大をある程度犠牲にしても、高い温度で線引
しなければならないことを意味し、該光伝送損失をより
一層低減させる上で大きな制約となる。なお、上述の線
引温度はあくまでも相対的な値であって測定場所や測定
方法により異なる値を取るのは周知であるため、ここで
は参考程度の意味で具体的な数値が示されている。

【０００８】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたものであり、従来よりも低温での線引き
を可能にし光伝送損失を低減させ得る分散補償ファイバ
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る分散補償
ファイバは、例えば図１に示されたように、石英ガラス
を主成分とする光導波路であって、ＧｅＯ₂ が１０ｍｏ
ｌ％以上添加されたコア部１と、該コア部１の外周に形
成され、かつ、その屈折率が該コア部１よりも低く設定
されたクラッド部とを備えている。そして、このクラッ
ド部は、上記コア部１の外周に密着して形成された第１
クラッド２と、該第１クラッド２の外周に密着して形成
された第２クラッド３と、そして、該第２クラッド３の
外周に密着して形成された第３クラッド４を備えてい
る。特に、この第３クラッド４は、所定温度（例えば、
線引時の温度）におけるガラス粘性を制御するための不
純物が添加されたガラス領域である。具体的なガラス粘
性制御用の不純物としては、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃ
ｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ホウ素
（Ｂ）等があり、図２は、代表的な不純物について、そ
の添加量と１５００℃におけるガラス粘性の関係を示
す。

【００１０】なお、当該分散補償ファイバにおいて、少
なくとも、上記第１クラッド２には、例えばフッ素、ホ
ウ素等の屈折率を低下させるための不純物が所定量添加
されており、コア部１と第１クラッド２との間の相対的
な屈折率差が大きくなるよう各領域の屈折率が設定され
ている。このように、該不純物の添加量を制御して（図
３参照）、コア部１と第１クラッド２との間に十分な屈
折率差を設定することにより、当該分散補償ファイバの
波長分散値を負にするとともに、分散スロープを負に設
定することができる。また、当該分散補償ファイバは、
上記コア部の外径が２〜４μｍ、上記第１クラッド２の
外径が４〜２０μｍに設定されており、所定のシングル
モード条件を満たした光導波路である。

【００１１】このようなシングルモードの分散補償ファ
イバにおいて、伝搬される光は、コア部１の近傍ガラス
領域（上記クラッド部の一部）にも広がって伝搬され
る。このような光のファイバ径方向（光の伝搬方向に対
して垂直な方向）への広がりは、指数関数的に減少する
ため、該クラッド部の外周部には光がほとんど伝搬され
ない領域が存在する。このような領域に位置するクラッ
ドは、主に物理的強度を確保するガラス領域であるため
物理的クラッド又はジャケット層とも呼ばれ、上記第３
クラッド４がこの物理的クラッドに相当する。また、該
物理的クラッドの内側にあって光が伝搬されるガラス領
域は光学的クラッドとも呼ばれ、上記第１及び第２クラ
ッド２、３がこの光学的クラッドに相当する。

【００１２】この発明に係る分散補償ファイバは、この
ように光信号の伝搬に実質的に寄与しない物理的クラッ
ドに相当する第３クラッド４に、たとえばフッ素、塩素
等のガラス粘性制御用の不純物を添加しておくことによ
り、該第３クラッド４の、線引時の所定温度におけるガ
ラス粘性を制御している。このように所定温度における
ガラス粘性が制御された第３クラッド４を物理的クラッ
ドとして形成することで、該所定温度におけるガラス粘
性の高い光学的クラッドが占める、全断面積（光の伝搬
方向に対して垂直な面の面積）に対する割合が減少す
る。このため、線引を実施した場合には、より低温で線
引を実施することができる。

【００１３】具体的に、請求項１に係る分散補償ファイ
バは、ＧｅＯ₂ が１０〜３０ｍｏｌ％程度添加され、そ
の外径が２〜４μｍのコア部１を備える。そして、該コ
ア部１の外周に形成されたクラッド部は、フッ素等が添
加され、屈折率制御されたガラス領域であって、その外
径が４〜２０μｍの第１クラッド２（光学的クラッドの
一部を構成）と、該第１クラッド２の外周に密着して形
成された第２クラッド３（第１クラッド２とともに光学
的クラッドを構成）と、そして、該第２クラッド３の外
周に密着して形成され、かつ、線引時におけるガラス粘
性が該第２クラッドよりも低いガラス領域であって、そ
の外径が８０〜１５０μｍの第３クラッド４（物理的ク
ラッドを構成）を備えている。特に、この請求項１に係
る分散補償ファイバにおいて、第１クラッド２と第２ク
ラッド３との屈折率差の制御は、該第１クラッド２に添
加されるフッ素等の添加量を制御することにより行われ
ており、第２クラッド３の屈折率制御は行われていな
い。また、この請求項１に係る分散補償ファイバのガラ
ス粘性の制御は、第３クラッド４に対して行われてお
り、所定温度における第３クラッド４のガラス粘性が第
２クラッド３よりも低くなるよう制御されている。

【００１４】発明者らは、第３クラッド４に０．１〜２
ｗｔ％のフッ素、あるいは０．２５〜１ｗｔ％の塩素を
添加することにより、所望の光導波路製品が得られるこ
とを確認した。

【００１５】さらに、請求項２に係る分散補償ファイバ
も、ＧｅＯ₂ が１０〜３０ｍｏｌ％程度添加され、その
外径が２〜４μｍのコア部１と、該コア部１の外周に形
成されたクラッド部を備えている。ただし、このクラッ
ド部は、フッ素等が添加され、屈折率制御されたガラス
領域であって、その外径が４〜２０μｍの第１クラッド
２（光学的クラッドの一部を構成）と、該第１クラッド
２の外周に密着して形成され、かつ、所定温度における
ガラス粘性が純粋石英ガラスよりも低い第２クラッド３
（第１クラッド２とともに光学的クラッドを構成）と、
そして、該第２クラッド３の外周に密着して形成され、
かつ、所定温度におけるガラス粘性が該純粋石英ガラス
よりも低いガラス領域であって、その外径が８０〜１５
０μｍの第３クラッド４（物理的クラッドを構成）を備
えている。

【００１６】特に、この請求項２に係る分散補償ファイ
バは、第２クラッド３にも、所定温度（例えば線引時の
温度）における該第２クラッドのガラス粘性を低下させ
るための不純物が添加されたことを特徴としている。第
２クラッド３が純粋石英ガラスである場合（請求項１に
係る分散補償ファイバ）、線引時において、上記第３ク
ラッド４よりもガラス粘性の高い該第２クラッド３に線
引張力が集中し過ぎると、このガラス領域の屈折率変化
（残留応力に起因する屈折率の低下）を招くからであ
る。

【００１７】この場合、第２クラッド３に添加される不
純物は、塩素等の屈折率を増加させる材料であることが
好ましい。第１クラッド２の屈折率を低下させるととも
に第２クラッド３の屈折率を増加させて該第１及び第２
クラッド間２、３の屈折率差を制御することにより、図
１の屈折率プロファイル中の凹み領域Ａ（コア部１に相
当する領域１０、第１クラッド２に相当する領域２０、
及び第２クラッド３に相当する領域３０の各屈折率プロ
ファイルにより定義される領域）をより深くすることが
できる。また、このように屈折率プロファイルを制御す
ることにより、当該分散補償ファイバの分散特性をさら
に改善することができる（十分な負の波長分散値が得ら
れるとともに波長分散スロープの絶対値を大きくするこ
とができる）。

【００１８】具体的に、この請求項２に係る分散補償フ
ァイバにおいて、第１クラッド２と第２クラッド３との
間の屈折率差の制御（図１の屈折率プロファイル中の凹
み領域Ａの深さ制御）は、該第１クラッド２に添加され
るフッ素等の添加量と第２クラッド３に添加される塩素
等の添加量を制御することにより行われている。一般
に、フッ素等の不純物の添加量が増加するにしたがって
技術的な困難性が増加するが、塩素等を添加して第２ク
ラッド３の屈折率を増加させることにより、第１及び第
２クラッド２、３間の十分な屈折率差（大きな波長分散
値）を容易に得ることができる。また、この請求項２に
係る分散補償ファイバのガラス粘性の制御は、第２及び
第３クラッド２、３において行われており、所定温度に
おける第２及び第３クラッド３、４の各ガラス粘性が純
粋石英ガラスよりも低くなるよう制御されている。すな
わち、第２クラッド３には、０．２５〜１ｗｔ％の塩素
が添加され、屈折率の制御とともにガラス粘性の制御を
実現している。併せて、第３クラッド４には、０．１〜
２ｗｔ％のフッ素、あるいは０．２５〜１ｗｔ％の塩素
を添加することにより、所望の光導波路製品が得られる
ことを発明者らは確認した。

【００１９】なお、第３クラッド４に添加されるガラス
粘性制御用の不純物として、第２クラッド３に添加され
た不純物、例えば屈折率を増加させるとともに所定温度
におけるガラス粘性を低下させるための塩素等と同一の
不純物を選択し、かつ、この選択された同一不純物を該
第２クラッド３への添加量と同程度だけ、該第３クラッ
ド４に添加することにより、製造工程を簡略化すること
ができる。

【００２０】また、この発明に係る分散補償ファイバ
は、予め用意されたファイバ母材を５〜１６ｋｇ／ｍｍ
² の張力で線引することが望ましい。これにより、上述
した課題を克服した、光伝送損失の低い分散補償ファイ
バが得られる。

【００２１】また、この発明に係る分散補償ファイバ
は、波長１．５５μｍ帯の光に対し、その光伝送損失が
１ｄＢ／ｋｍ以下の低損失であることが、実用上望まし
い。

【００２２】さらに、この発明に係る分散補償ファイバ
は、波長１．５５μｍ帯の光に対して、その波長分散値
が−５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下に設定され、かつ、その
波長分散スロープを負に設定することにより、１．３μ
ｍ帯零分散ファイバを含む伝送系の波長分散と波長依存
性を効果的に補償することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る分散補償フ
ァイバの各実施例を図１〜図１８を用いて説明する。

【００２４】図１は、この発明に係る分散補償ファイバ
の断面構造、ファイバ径方向（線Ｌ１で示された方向）
の光強度分布、及び、ファイバ径方向の屈折率プロファ
イルを示す図である。なお、この図１に示された分散補
償ファイバの光強度分布及び屈折率プロファイルの各横
軸は、スケールは異なるが、それぞれ図中の線Ｌ１に沿
ったコア部１の中心軸に垂直な断面上の各位置に相当し
ている。したがって、図中の屈折率プロファイルにおい
て、領域１０はコア部（以下、コアという）１の線Ｌ１
上の領域、領域２０は第１クラッド２の線Ｌ１上の領
域、領域３０は第２クラッド３の線Ｌ１上の領域、領域
４０は第３クラッド４の線Ｌ１上の領域にそれぞれ対応
している。また、図中の屈折率プロファイルの縦軸は純
粋石英ガラスを基準とした比屈折率差を表す。

【００２５】この発明に係る分散補償ファイバは、石英
ガラス（以下、ＳｉＯ₂ ガラスという）を主成分とする
光導波路である。その中心に位置するコア１には高濃度
に（１０〜３０ｍｏｌ％程度、より好ましくは２０〜２
５ｍｏｌ％程度）ＧｅＯ₂ を添加されており、その屈折
率が高くなるよう屈折率制御されている。コア１の外側
に設けられた第１クラッド２にはフッ素を添加して屈折
率を下げ、この間の相対的な屈折率差を大きくとってい
る。また、第１クラッド２の外側には、第２クラッド３
（純粋石英ガラスで構成するか、あるいはガラス粘性を
低下させるための不純物を含む構成がある）が形成され
ており、図示したように、このファイバ内を伝送される
光は、コア１を中心として第２クラッド３まで広がって
いる。したがって、第２クラッド３の外側の領域は、実
質的に信号光の伝搬に寄与しないガラス領域となってお
り、この発明に係る分散補償ファイバでは、このガラス
領域（第３クラッド４）にフッ素等が所定量添加されて
おり、純粋石英ガラスと比較して所定温度におけるガラ
ス粘性を低下させている。

【００２６】ここで、図１の屈折率プロファイル中の参
照符合について説明する。この屈折率プロファイル中の
２ａはコア１の外径（コア径）、２ｂは第１クラッド２
の外径、２ｃは第２クラッド３の外径を示す。また、Δ
は純粋石英ガラスを基準とした比屈折率差を示す。 Δ⁺ ＝（ｎ₁−ｎ₀）／ｎ₀ Δ^- ＝（ｎ₂−ｎ₀）／ｎ₀ ΔＰ＝（ｎ₃−ｎ₀）／ｎ₀ ΔＪ＝（ｎ₄−ｎ₀）／ｎ₀ なお、ｎ₀は純石英ガラスの屈折率、ｎ₁はコア１の屈折
率、ｎ₂は第１クラッド２の屈折率、ｎ₃は第２クラッド
３の屈折率、ｎ₄は第３クラッド４の屈折率である。ま
た、各式の屈折率パラメータは順不同である。したがっ
て、所定ガラス領域の比屈折率差が負の値の場合、該ガ
ラス領域は純石英ガラスの屈折率よりも低い屈折率を有
することを意味する。

【００２７】次に、第２クラッド３の外径の決定方法に
ついて説明する。上述したように、シングルモードの光
ファイバでは、伝搬される光の強度分布は、コア１だけ
でなく近傍のクラッド部にも広がっている（図１参
照）。おおよその目安として、コア１を中心として、モ
ードフィールド径（ＭＦＤ）の約５〜６倍の範囲に広が
って伝搬するため、この光が伝搬するガラス領域（光学
的クラッド）の外側に位置するガラス領域（物理的クラ
ッド）にフッ素等が添加され、その屈折率が変化した場
合であっても、当該光ファイバの光学的特性には何等影
響はない。

【００２８】当該ファイバ内を伝搬する光の強度分布を
考慮し、より厳密に第２クラッド３の外径を決定する。
図４に示されたように、コア１の中心を原点“ｏ”、コ
ア１の中心”ｏ”から第２クラッド３の外径までの距離
を“ａ”、光ファイバ断面のｏ−ａ間の光強度をＰ_o-a
とし、光強度全体を“１”とすると、 Ｐ_o-a ＝１−ｅｘｐ（−２ａ² ／ω² ） と表される。ただし、ωはファイバのモードフィールド
径である。そこで、この式を基に、１−Ｐ_o-a ＝ｅｘｐ
（−２ａ² ／ω² ）が無視できるほど小さくなる“ａ”
の値を求めると、求めた距離ａの位置での光強度は実質
的にゼロとみなすことができる。

【００２９】なお、ここでは、１−Ｐ_o-a の値を、１０
^-30 、１０^-40 、１０^-50 の３種類を想定して計算を行
った。この計算結果を、図５及び図６の表に示す。

【００３０】特に、図５ではΔ⁺＝２．５％に設定され
た場合の、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．６について、図６
ではΔ⁺＝２．１％に設定された場合の、サンプルＮ
ｏ．１〜Ｎｏ．７について、各計算結果が示されてい
る。この計算では、コア１の外径（図１に示された屈折
率プロイファイル中の２ａ）及び第１クラッド２の外径
（図１に示された屈折率プロイファイル中の２ｂ）に対
し、対応する各種第２クラッド３の外径（図１に示され
た屈折率プロイファイル中の２ｃ）を求めた。なお、こ
れらの表には、有限要素法で計算された分散特性（波長
分散値及び分散スロープの値）も示されている。

【００３１】図５及び図６で示されたコア１の外径は、
各図とも分散補償ファイバとして好適なコア径の範囲内
（２〜４μｍ）にある。なお、この範囲の下限よりもコ
ア径が小さいと、曲げ損失が大きくなり好ましくない。
一方、この範囲の上限よりもコア径が大きいと、分散ス
ロープの絶対値が小さくなり、分散補償ファイバとして
は有効に機能しない。

【００３２】このようにして規定される第２クラッド３
の外径よりも外側のガラス領域には、フッ素、塩素、ゲ
ルマニウム、リン、ホウ素など、主成分であるＳｉＯ₂
ガラスの所定温度におけるガラス粘性を低下させるため
の不純物が添加された第３クラッド４（ジャケット層と
もいう）が設けられている。図２は、代表的な不純物の
添加量（ｗｔ％）と、これら不純物を含むＳｉＯ₂ガラ
スの１５００℃におけるガラス粘性との関係を示す図で
ある。特に、縦軸はガラス粘性の単位としてポアズ（po
ise、記号：Ｐ、１０Ｐ＝１Ｎ・ｓ／ｍ²）で表されてい
る。

【００３３】なお、上述の計算では伝送特性に影響を与
えないクラッド領域を求めるべく、１−Ｐ_o-a の値とし
て、１０^-30 、１０^-40 、１０^-50 の３種類を想定して
試算したが、これらの値をどの程度の値に設定するか
は、設計事項の範囲であり、ファイバの特性等に応じて
適宜選定すればよい。なお、以下に示す実施例では、伝
送特性に全く影響を与えない値として、１−Ｐ_o-a ＝１
０^-50 として分散補償ファイバを設計している。

【００３４】また、図５及び図６に示された条件を満た
す光ファイバは、いずれも波長分散スロープが負であ
り、かつ、その波長分散値もおおよそ−５０ｐｓ／ｋｍ
／ｎｍ以下であり、分散補償ファイバとして有効に機能
し得る。

【００３５】次に、この発明に係る分散補償ファイバの
製造工程を、図７を用いて説明する。なお、以下に説明
する製造工程では、ＳｉＯ₂ ガラスの所定温度における
ガラス粘性を低下させるための不純物としてフッ素等の
屈折率制御用の不純物を用い、その添加量の割合を変化
させて分散補償ファイバを作製した。この作製はＶＡＤ
法によって行った。

【００３６】まず、図７に示されたように、中心から周
辺に向かって屈折率が２〜５乗又はステップ状に減少す
るように、ＳｉＯ₂ ガラスに対してＧｅＯ₂ の添加量を
調整し、屈折率ｎ₁ の円柱状のコア部材１１を作製す
る。続いて、ＳｉＯ₂ ガラスに対して均一にフッ素を添
加して屈折率をｎ₂ に低下させた第１クラッド部材２１
を作製し、得られた第１クラッド部材２１の中心に孔２
１０をあける。そして、この第１クラッド部材２１に設
けられた孔２１０に、先に得られたコア部材１１を挿入
する。さらに、屈折率ｎ₃ のＳｉＯ₂ ガラスを主成分と
する円柱状の第２クラッド部材３１を作製し、その中心
に孔３１０をあける。なお、この第２クラッド部材３１
が純粋石英ガラスである場合、ｎ₃＝ｎ₀であるが（後述
する第１及び第２実施例）、この第２クラッド部材３１
にも屈折率制御用の不純物を添加してもよい（後述する
第３及び第４実施例）。そして、この第２クラッド部材
３１に設けられた孔３１０に、先に円柱状に一体化させ
たコア部材１１及び第１クラッド部材２１を挿入する。
さらに、ＳｉＯ₂ ガラスに対して均一にフッ素を添加さ
れ、所定温度におけるそのガラス粘性を低下させられ
た、屈折率ｎ₄ の円柱状の第３クラッド部材４１を作製
し、その中心に孔４１０をあける。そして、上述した孔
４１０に、先に一体化されたコア部材１１、第１クラッ
ド部材２１及び第２クラッド部材３１を挿入し、これら
を加熱して光ファイバ母材を作製した（図８参照）。そ
して、このファイバ母材を線引し、外径１２５μｍのシ
ングルモード分散補償ファイバを得た。なお、得られた
ファイバ母材の線引工程は、例えば特公昭５４−３３８
５９号公報に開示されている。

【００３７】第１実施例 次に、この発明に係る分散補償ファイバの第１実施例
を、図９を用いて説明する。なお、図９は当該第１実施
例の屈折率プロファイルを示す図であり、各領域１０
ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａは図１の領域１０、２０、
３０、４０にそれぞれ対応している。したがって、図９
に示された屈折率プロファイルの横軸は、図１のファイ
バ断面における線Ｌ１上の各位置に対応している。ま
た、該屈折率プロファイルの縦軸は、純粋石英ガラスを
基準とした比屈折率差を表す。

【００３８】この第１実施例におけるコア１、及び第１
〜第３クラッド２〜４は、以下のように構成されてい
る。

【００３９】 コア１ ：ＧｅＯ₂が所定量添加（屈折率は増加）されたＳｉＯ₂ガラス 第１クラッド２：フッ素が所定量添加（屈折率は低下）されたＳｉＯ₂ガラス 第２クラッド３：純粋石英ガラス 第３クラッド４：フッ素が所定量添加され（屈折率は低下）、線引時における ガラス粘性が該第２クラッド３よりも低くなるよう制御され たＳｉＯ₂ガラス実験１ 発明者らは、上記第１実施例（図９）の構造を備えた分
散補償ファイバを以下の条件で試作した。具体的には、
Δ⁺ ＝２．９％、Δ^- ＝−０．３６％、ΔＰ＝０％と
し、ΔＪの値を、０％、−０．１％、−０．３％、−
０．４％、−０．６％、−０．７％と変えた複数種のフ
ァイバ母材を作製した。そして、線引時の張力を９．８
ｋｇ／ｍｍ² とし、かつ、線引速度を一定にして各ファ
イバ母材を線引し、２ａ＝２．２５μｍ、２ｂ＝７．５
μｍ、２ｃ＝３９μｍの分散補償ファイバを作製した。
なお、得られた各分散補償ファイバの、波長１．５５μ
ｍの光に対する分散特性は、波長分散値が−１４４ｐｓ
／ｋｍ／ｎｍであり、分散スロープが−０．４５ｐｓ／
ｋｍ／ｎｍ²である。

【００４０】上述した各ΔＪの値を有する分散補償ファ
イバごとに、波長１．５５μｍの光に対する光伝送損失
を測定した結果を図１０に示す。

【００４１】図１０に示されたグラフにおいて、フッ素
を添加していない従来の分散補償ファイバ（ΔＪ＝０
％：第３クラッドが純粋石英ガラス）では、ガラス粘性
が高いため、より高温の２０００℃程度で線引してい
る。一方、ΔＪ＝−０．４％の場合には１８４０℃程
度、ΔＪ＝−０．７％（フッ素添加量：２ｗｔ％）の場
合には１８２０℃程度と、第３クラッド４に対するフッ
素の添加量の割合が増加するにつれて（比屈折率差ΔＪ
が小さくなるにつれて）線引温度が減少する傾向にあ
る。これは、フッ素の添加量の割合が増加するにつれ
て、線引時における第３クラッド４のガラス粘性が純粋
石英ガラス（第２クラッド３）よりも低いためである。
したがって、このような第３クラッド４を備えることに
より、従来の分散補償ファイバを製造する場合よりも低
い温度で線引を実施することが可能となり、これによっ
て光伝送損失も減少することが分かる。

【００４２】なお、図３に、純粋石英ガラスに対するフ
ッ素の添加量（ｗｔ％）と、純粋石英ガラスを基準とし
た比屈折率差Δ（％）との関係を示しておく。

【００４３】実験２ さらに、発明者らは、以下の条件で第１実施例（図９）
の構造を備えた分散補償ファイバを試作した。具体的に
は、Δ⁺ ＝２．６％、Δ^- ＝−０．３５％、ΔＰ＝０％
とし、ΔＪの値を、０％、−０．１％、−０．３％、−
０．５％、−０．６％、−０．７％と変えた複数種のフ
ァイバ母材を作製した。そして、線引時の張力を９．８
ｋｇ／ｍｍ² とし、かつ、線引速度を一定にして各ファ
イバ母材を線引し、２ａ＝２．６μｍ、２ｂ＝８．８μ
ｍ、２ｃ＝４６μｍの分散補償ファイバを作製した。な
お、得られた各分散補償ファイバの、波長１．５５μｍ
の光に対する分散特性は、波長分散値が−１００ｐｓ／
ｋｍ／ｎｍであり、分散スロープが−０．２ｐｓ／ｋｍ
／ｎｍ²である。

【００４４】上述した各ΔＪの値を有する分散補償ファ
イバごとに、波長１．５５μｍの光に対する光伝送損失
を測定した結果を図１１に示す。

【００４５】この場合も、上述した実験１と同様に、第
３クラッド４に添加されたフッ素の添加量の割合が増加
するにつれて（比屈折率差ΔＪが小さくなるにつれ
て）、光伝送損失が減少することが分かる。

【００４６】実験３ さらに、発明者らは、以下の条件で第１実施例（図９）
の構造を備えた分散補償ファイバを試作した。具体的に
は、Δ⁺ ＝２％、Δ^- ＝−０．３５％、ΔＰ＝０％と
し、ΔＪの値を、０％、−０．１％、−０．２％、−
０．３％、−０．５％、−０．６％、−０．７％と変え
た複数種のファイバ母材を作製した。また、線引時の張
力を９．８ｋｇ／ｍｍ² とし、かつ、線引速度を一定と
して各ファイバ母材を線引し、２ａ＝３μｍ、２ｂ＝１
０μｍ、２ｃ＝５３μｍの分散補償ファイバを作製し
た。なお、得られた各分散補償ファイバの、波長１．５
５μｍの光に対する分散特性は、波長分散値が−８５ｐ
ｓ／ｋｍ／ｎｍであり、分散スロープが−０．２ｐｓ／
ｋｍ／ｎｍ²である。

【００４７】上述した各ΔＪの値を有する分散補償ファ
イバごとに、波長１．５５μｍの光に対する光伝送損失
を測定した結果を図１２に示す。

【００４８】この場合も、上述した実験１及び実験２と
同様に、第３クラッド４に添加されたフッ素の添加量の
割合が増加するにつれて（比屈折率差ΔＪが小さくなる
につれて）、光伝送損失が減少することが分かる。

【００４９】実験４ 次に、線引張力と得られた分散補償ファイバの光伝送損
失の関係を実測した結果について以下説明する。この実
験４では、ΔＪ＝−０．３５％とし、その他の値は、上
述した実験１で作製したファイバ母材と同一の母材を用
い、線引時の張力を種々変更して線引を実施して分散補
償ファイバを作製した。なお、図１３は、線引した各張
力ごとに、波長１．５５μｍの光に対する得られた分散
補償ファイバの伝送損失を測定した結果を示すグラフで
ある。

【００５０】図１３に示されたグラフから、線引時の張
力を増加させると、光伝送損失も低減することが分か
る。ただし、１６ｋｇ／ｍｍ² を超える大きな張力によ
って線引した場合には、光ファイバが断線する結果とな
った。また、光伝送損失は、勿論、より低い値であるこ
とが望ましいが、実用上 １．０ｄＢ／ｋｍよりも低い
値であることが望ましい。これらを踏まえ、ファイバ母
材は、４ｋｇ／ｍｍ² 以上、より好ましくは５ｋｇ／ｍ
ｍ² 以上であって１６ｋｇ／ｍｍ² 以下の張力を付与し
て線引することが望ましい。

【００５１】参考のため、図１４に、線引速度ｖを１０
０ｍ／ｍｉｎの一定とした場合における、線引温度と線
引張力との一般的な関係を示しておく。対象となるファ
イバ母材の構造は、実験１の場合と同一である（ΔＪ＝
−０．３５％）。この関係は、ファイバ母材の外径、炉
の内径、雰囲気等により大きく変動するため、これらの
条件次第で、上下に数１０℃のオーダでグラフが平行移
動し得る。なお、この図１４に示された線引張力と線引
温度との関係は、この発明とは無関係に示されたもので
あり、当該発明に係る分散補償ファイバの製造条件を示
唆するものではない。

【００５２】第２実施例 次に、この発明に係る分散補償ファイバの第２実施例
を、図１５を用いて説明する。なお、図１５は当該第１
実施例の屈折率プロファイルを示す図であり、各領域１
０ｂ、２０ｂ、３０ｂ、４０ｂは図１の領域１０、２
０、３０、４０にそれぞれ対応している。したがって、
図１５に示された屈折率プロファイルの横軸は、図１の
ファイバ断面における線Ｌ１上の各位置に対応してい
る。また、該屈折率プロファイルの縦軸は、純粋石英ガ
ラスを基準とした比屈折率差を表す。

【００５３】この第２実施例におけるコア１、及び第１
〜第３クラッド２〜４は、以下のように構成されてい
る。

【００５４】 コア１ ：ＧｅＯ₂が所定量添加（屈折率は増加）されたＳｉＯ₂ガラス 第１クラッド２：フッ素が所定量添加（屈折率は低下）されたＳｉＯ₂ガラス 第２クラッド３：純粋石英ガラス 第３クラッド４：塩素が所定量添加され（屈折率は増加）、線引時におけるガ ラス粘性が該第２クラッド３よりも低くなるよう制御された ＳｉＯ₂ガラス この第２実施例と上述した第１実施例との構造上の差異
は、第３クラッド４に添加される不純物が異なる点であ
る。この構成によっても線引時のガラス粘性を低下させ
ることが可能である。

【００５５】発明者らは、以下の条件でこの第２実施例
（図１５）の構造を備えた分散補償ファイバを試作し
た。具体的には、Δ⁺ ＝２．１％、Δ^- ＝−０．３５
％、ΔＰ＝０％とし、ΔＪの値を、０％、０．０３％、
０．０８％、０．１２％と変えた複数種のファイバ母材
を作製した。また、線引時の張力を９．８ｋｇ／ｍｍ²
とし、かつ、線引速度を一定として各ファイバ母材を線
引し、２ａ＝２．７５μｍ、２ｂ＝７．９μｍ、２ｃ＝
４７μｍの分散補償ファイバを作製した。なお、得られ
た各分散補償ファイバの、波長１．５５μｍの光に対す
る分散特性は、波長分散値が−８５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍで
あり、分散スロープが−０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ²であ
る。

【００５６】第３実施例 次に、この発明に係る分散補償ファイバの第３実施例
を、図１６を用いて説明する。なお、図１６は当該第１
実施例の屈折率プロファイルを示す図であり、各領域１
０ｃ、２０ｃ、３０ｃ、４０ｃは図１の領域１０、２
０、３０、４０にそれぞれ対応している。したがって、
図１６に示された屈折率プロファイルの横軸は、図１の
ファイバ断面における線Ｌ１上の各位置に対応してい
る。また、該屈折率プロファイルの縦軸は、純粋石英ガ
ラスを基準とした比屈折率差を表す。

【００５７】この第３実施例におけるコア１、及び第１
〜第３クラッド２〜４は、以下のように構成されてい
る。

【００５８】 コア１ ：ＧｅＯ₂が所定量添加（屈折率は増加）されたＳｉＯ₂ガラス 第１クラッド２：フッ素が所定量添加（屈折率は低下）されたＳｉＯ₂ガラス 第２クラッド３：塩素が所定量添加され（屈折率は増加）、線引時における ガラス粘性が純粋石英ガラスよりも低くなるよう制御された ＳｉＯ₂ガラス 第３クラッド４：フッ素が所定量添加され（屈折率は低下）、線引時における ガラス粘性が純粋石英ガラスよりも低くなるよう制御された ＳｉＯ₂ガラス この第３実施例と上述した第１実施例との構造上の差異
は、第２クラッド３に塩素が添加されている点である。
この構成によっても線引時のガラス粘性を低下させるこ
とが可能である。第２クラッド３が純粋石英ガラスであ
る場合（第１及び第２実施例）、線引時において、第３
クラッド４よりもガラス粘性の高い該第２クラッド３に
線引張力が集中し過ぎると、このガラス領域の屈折率変
化（残留応力に起因する屈折率の低下）を招く。この第
３実施例の構成は係る課題を解決する。また、第２クラ
ッド３に添加される不純物として、塩素等の屈折率を増
加させる材料を選択するのは、第１クラッド２の屈折率
を低下させるとともに第２クラッド３の屈折率を増加さ
せて該第１及び第２クラッド間２、３の屈折率差を制御
することにより、図１６の屈折率プロファイル中の凹み
領域Ａ（図１のコア部１に相当する領域１０ｃ、図１の
第１クラッド２に相当する領域２０ｃ、及び図１の第２
クラッド３に相当する領域３０ｃの各屈折率プロファイ
ルにより定義される領域）をより深くするためである。
また、このように屈折率プロファイルを制御することに
より、当該分散補償ファイバの分散特性をさらに改善す
ることができる（十分な負の波長分散値が得られるとと
もに波長分散スロープの絶対値を大きくすることができ
る）。

【００５９】発明者らは、以下の条件でこの第３実施例
（図１６）の構造を備えた分散補償ファイバを試作し
た。具体的には、Δ⁺ ＝２．１％、Δ^- ＝−０．３５
％、ΔＰ＝０．０８％とし、ΔＪの値を、０％、−０．
０４％、−０．１％、−０．２％、−０．３５％、−
０．５％、−０．７％と変えた複数種のファイバ母材を
作製した。また、線引時の張力を９．８ｋｇ／ｍｍ² と
し、かつ、線引速度を一定として各ファイバ母材を線引
し、２ａ＝２．８μｍ、２ｂ＝８μｍ、２ｃ＝４６μｍ
の分散補償ファイバを作製した。なお、得られた各分散
補償ファイバの、波長１．５５μｍの光に対する分散特
性は、波長分散値が−１０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、
分散スロープが−０．２５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ²である。

【００６０】第４実施例 次に、この発明に係る分散補償ファイバの第４実施例
を、図１７を用いて説明する。なお、図１７は当該第１
実施例の屈折率プロファイルを示す図であり、各領域１
０ｄ、２０ｄ、３０ｄ、４０ｄは図１の領域１０、２
０、３０、４０にそれぞれ対応している。したがって、
図１７に示された屈折率プロファイルの横軸は、図１の
ファイバ断面における線Ｌ１上の各位置に対応してい
る。また、該屈折率プロファイルの縦軸は、純粋石英ガ
ラスを基準とした比屈折率差を表す。

【００６１】この第４実施例におけるコア１、及び第１
〜第３クラッド２〜４は、以下のように構成されてい
る。

【００６２】 コア１ ：ＧｅＯ₂が所定量添加（屈折率は増加）されたＳｉＯ₂ガラス 第１クラッド２：フッ素が所定量添加（屈折率は低下）されたＳｉＯ₂ガラス 第２クラッド３：塩素が所定量添加され（屈折率は増加）、線引時における ガラス粘性が純粋石英ガラスよりも低くなるよう制御された ＳｉＯ₂ガラス 第３クラッド４：塩素が所定量添加され（屈折率は増加）、線引時におけるガ ラス粘性が純粋石英ガラスよりも低くなるよう制御された ＳｉＯ₂ガラス この第４実施例と上述した第３実施例との構造上の差異
は、第３クラッド４に添加された不純物が異なる点にあ
る。すなわち、この第４実施例では、第２クラッド３と
第３クラッド４のいずれにも塩素が添加されている。特
にこの場合、第２及び第３クラッド３、４の線引時にお
けるガラス粘性を一致させることにより（塩素の添加量
を一致させる）、当該分散補償ファイバの製造工程の簡
略化が可能になる。

【００６３】発明者らは、以下の条件でこの第４実施例
（図１７）の構造を備えた分散補償ファイバを試作し
た。具体的には、Δ⁺ ＝２．１％、Δ^- ＝−０．３５
％、ΔＰ＝０．０８％とし、ΔＪの値を、０％、０．０
３％、０．０８％、０．１２％と変えた複数種のファイ
バ母材を作製した。また、線引時の張力を９．８ｋｇ／
ｍｍ² とし、かつ、線引速度を一定として各ファイバ母
材を線引し、２ａ＝２．７μｍ、２ｂ＝７．７μｍ、２
ｃ＝４６μｍの分散補償ファイバを作製した。なお、得
られた各分散補償ファイバの、波長１．５５μｍの光に
対する分散特性は、波長分散値が−１０１ｐｓ／ｋｍ／
ｎｍであり、分散スロープが−０．３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ
²である。

【００６４】上述した各ΔＪの値を有する分散補償ファ
イバごとに、波長１．５５μｍの光に対する光伝送損失
を測定した結果を図１８に示す。この図１８に示された
グラフからも分るように、第３クラッド４に添加された
塩素の添加量の割合が増加するにつれて（比屈折率差Δ
Ｊが小さくなるにつれて）、光伝送損失が減少している
ことが分かる。

【００６５】なお、発明者らは、上述した第２実施例の
試料について第３クラッド４の非屈折率差ΔＪと光伝送
損失との関係が、図１２に示されたグラフに略一致する
ことを確認した。また、発明者らは、上述した第３実施
例の試料についても、第３クラッド４の非屈折率差ΔＪ
と光伝送損失との関係が、上述の図１８に示されたグラ
フに略一致することを確認した。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る分
散補償ファイバは、実質的に光信号の伝搬に寄与しない
ガラス領域であって第２クラッド３あるいは純粋石英ガ
ラスに比べて所定温度におけるガラス粘性が低下するよ
う制御された第３クラッド４を第２クラッド３の外側に
設けたので、線引を実施した場合には、より低温でのフ
ァイバ母材の線引が可能になるため、コア１に高濃度の
ＧｅＯ₂ を添加したタイプの分散補償ファイバを製造す
る場合にも、光伝送損失をより低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る分散補償ファイバの断面構造、
対応する光強度分布、及び対応する屈折率プロファイル
を示す図である。

【図２】純粋石英ガラスに添加される代表的な屈折率制
御用の不純物について、その添加量と所定温度における
そのガラス粘性との関係を示すグラフである。

【図３】純粋石英ガラスに添加されるフッ素の添加量
（ｗｔ％）と、純粋石英ガラスを基準としたその比屈折
率差（％）との関係を示すグラフである。

【図４】第２クラッドの外径算出にあたって示した参考
図であり、屈折率プロファイルとそれに対応する光強度
分布を示す図である。

【図５】試作した分散補償ファイバの構造及び諸特性を
示す図表である（Δ⁺＝２．５％の場合）。

【図６】試作した分散補償ファイバの構造及び諸特性を
示す図表である（Δ⁺＝２．１％の場合）。

【図７】この発明に係る分散補償ファイバの製造工程の
一部を示す工程図である。

【図８】図７に示された工程を経て得られたファイバ母
材の構造を示す図である。

【図９】この発明に係る分散補償ファイバの第１実施例
の屈折率プロファイルを示す図である。

【図１０】実験１で試作された第１実施例の分散補償フ
ァイバについて、ΔＪ（純粋石英ガラスを基準とした第
３クラッドの比屈折率差）と光伝送損失との関係を示す
グラフである。なお、試作された各分散補償ファイバ
の、波長１．５５μｍの光に対する分散特性は、波長分
散値が−１４４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、分散スロープ
が−０．４５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ²である。

【図１１】実験２で試作された第１実施例の分散補償フ
ァイバについて、ΔＪ（純粋石英ガラスを基準とした第
３クラッドの比屈折率差）と光伝送損失との関係を示す
グラフである。なお、試作された各分散補償ファイバ
の、波長１．５５μｍの光に対する分散特性は、波長分
散値が−１００ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、分散スロープ
が−０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ²である。

【図１２】実験３で試作された第１実施例の分散補償フ
ァイバについて、ΔＪ（純粋石英ガラスを基準とした第
３クラッドの比屈折率差）と光伝送損失との関係を示す
グラフである。なお、試作された各分散補償ファイバ
の、波長１．５５μｍの光に対する分散特性は、波長分
散値が−８５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、分散スロープが
−０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ²である。

【図１３】実験１で試作された分散補償ファイバについ
て、製造時の線引張力と光伝送損失との関係を示すグラ
フである（実験４）。

【図１４】光ファイバ製造時において、線引速度が一定
の場合における、一般的な線引張力と線引温度との関係
を示すグラフである。

【図１５】この発明に係る分散補償ファイバの第２実施
例の屈折率プロファイルを示す図である。

【図１６】この発明に係る分散補償ファイバの第３実施
例の屈折率プロファイルを示す図である。

【図１７】この発明に係る分散補償ファイバの第４実施
例の屈折率プロファイルを示す図である。

【図１８】試作された第４実施例の分散補償ファイバに
ついて、ΔＪ（純粋石英ガラスを基準とした第３クラッ
ドの比屈折率差）と光伝送損失との関係を示すグラフで
ある。

【図１９】従来の分散補償ファイバの構造及びそれに対
応する屈折率プロファイルを示す図である。

【符号の説明】

１…コア、２…第１クラッド、３…第２クラッド、４…
第３クラッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−198978（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−139504（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−11620（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−222235（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−270636（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−155639（ＪＰ，Ａ) ＳＰＩＥ ＶＯＬ．1171，Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ （1989），ｐｐ．181−191 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/54

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その外径が２〜４μｍであってＧｅＯ₂
   が１０ｍｏｌ％以上添加されたコア部と、該コア部の外
   周に形成され、かつ、その屈折率が該コア部よりも低く
   設定されたクラッド部とを備えた、石英ガラスを主成分
   とする分散補償ファイバにおいて、 前記クラッド部は、前記コア部の外周に密着して形成さ
   れ、その外径が４〜２０μｍであり、かつ、屈折率を低
   下させるための不純物が添加されたガラス領域であっ
   て、光学的クラッドの一部を構成する第１クラッドと、 前記第１クラッドの外周に密着して形成され、かつ、該
   第１クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有するガラス
   領域であって、該第１クラッドとともに前記光学的クラ
   ッドを構成する第２クラッドと、 前記第２クラッドの外周に密着して形成され、かつ、所
   定温度において該第２クラッドよりも低いガラス粘性を
   有するガラス領域であって、物理的クラッドを構成する
   第３クラッドと、 を備えたことを特徴とする分散補償ファイバ。
2. 【請求項２】 その外径が２〜４μｍであってＧｅＯ₂
   が１０ｍｏｌ％以上添加されたコア部と、該コア部の外
   周に形成され、かつ、その屈折率が該コア部よりも低く
   設定されたクラッド部とを備えた、石英ガラスを主成分
   とする分散補償ファイバにおいて、 前記クラッド部は、前記コア部の外周に密着して形成さ
   れ、その外径が４〜２０μｍであり、かつ、屈折率を低
   下させるための不純物が添加されたガラス領域であっ
   て、光学的クラッドの一部を構成する第１クラッドと、 前記第１クラッドの外周に密着して形成され、かつ、該
   第１クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有するととも
   に所定温度におけるガラス粘性が純粋石英ガラスよりも
   低いガラス領域であって、該第１クラッドとともに前記
   光学的クラッドを構成する第２クラッドと、 前記第２クラッドの外周に密着して形成され、かつ、所
   定温度における純粋石英ガラスよりも低いガラス粘性を
   有するガラス領域であって、物理的クラッドを構成する
   第３クラッドと、 を備えたことを特徴とする分散補償ファイバ。
3. 【請求項３】 前記第２クラッドは、塩素が０．２５〜
   １ｗｔ％添加されたガラス領域であることを特徴とする
   請求項２記載の分散補償ファイバ。
4. 【請求項４】 前記第１クラッドは、フッ素が所定量添
   加されたガラス領域であることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか一項記載の分散補償ファイバ。
5. 【請求項５】 前記第３クラッドは、フッ素が０．１〜
   ２ｗｔ％添加されたガラス領域であることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか一項記載の分散補償ファイバ。
6. 【請求項６】 前記第３クラッドは、塩素が０．２５〜
   １ｗｔ％添加されたガラス領域であることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか一項記載の分散補償ファイバ。
7. 【請求項７】 波長１．５５μｍ帯の光に対し、その光
   伝送損失が１ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請
   求項１〜６のいずれか一項記載の分散補償ファイバ。
8. 【請求項８】 波長１．５５μｍ帯の光に対し、その波
   長分散値が−５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であり、かつ、
   波長分散スロープが負であることを特徴とする請求項１
   〜７のいずれか一項記載の分散補償ファイバ。
9. 【請求項９】 ５〜１６ｋｇ／ｍｍ²の張力によって線
   引されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項
   記載の分散補償ファイバ。