JP3220062B2 - Geドープ光ファイバの製造方法 - Google Patents

Geドープ光ファイバの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、励起ブリリュアン
散乱に起因した損失を減少させたGeドープ光ファイバ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバは、現代の通信システムのキ
ーコンポーネントである。光ファイバは、長距離を低損
失で大量の情報を含む光信号を伝送できるガラス繊維で
ある。
【0003】光ファイバは、小径の導波路で第1屈折率
のコアと、その周囲に配置される第2屈折率(第1屈折
率より低い)のクラッド層を有している。ある臨界角以
下の角度でコア内に注入される光は、ファイバのコア内
で全内部反射される。これらの光線は、最低の減衰率で
もって光ファイバの軸方向に伝播される。通常の通信用
ファイバは、コア内にゲルマニウムをドーピングして屈
折率を高めた純粋シリカ製である。
【0004】光ファイバは、適切な成分の光ファイバプ
リフォームを形成し、このプリフォームから光ファイバ
を引き抜くことにより製造される。従来の方法において
は、このプリフォームは、RF誘導加熱路の絶縁サセプ
タ内に導入され、そこで高温の引き抜き温度まで加熱さ
れる。このガラス製ストランドは、光ファイバの加熱部
分からある引っ張り強度と、ある速度でもって引き抜か
れて所望の直径の光ファイバに引き抜く。
【0005】通信用光ファイバに対する制限は、励起ブ
リリュアン散乱(stimulated Brillouin scattering
(SBS))に起因する損失である。SBSは、光ファ
イバ中を伝播する入力(ポンプ)光波が電気歪のプロセ
スにより音響波を生成することにより発生する。そして
この音響波が光ファイバの屈折率の周期的変調を引き起
こし、ブラググレティングとして動作してフォトンがそ
こから散乱させる。その結果、ポンプ波とは反対方向に
伝播する周波数が若干下方シフトした光波(ストークス
波)が選択的に増幅されることになる。
【0006】光ファイバの特性を変化させることによ
り、SBSを低減させる様々な実験が試みられたが、G
eドープの通信用ファイバとともに用いられるような将
来性のあるものは見いだされなかった。光ファイバの長
さ方向に沿ってフッ素のドーパント濃度を変化させるこ
とによりSBSを低減することが行われた。これに関し
ては、Tateda et al. 著の OFC/IOOC 1993 Technical D
igest Paper Th 14 と、K. Shiraki et al. 著の J. Li
ghtwave Technol., 14, pp. 50-57 and 549-554(both 1
996) を参照のこと。しかしこのドーパント濃度を変化
させる方法は、通信用ファイバの他の特性に悪影響を及
ぼしてしまう。
【0007】アン(未)ドープのシリカ製コアを有する
光ファイバを用いた他の実験では、2.5km毎に16
gの矩形に引っ張り力を変動をさせることにより、SB
Sを低減できることを示したものもある。これに関して
は、Wada et al. 著の Proc.European Conf. on Opt. C
ommun. 1991 MoBl (1991)を参照のこと。しかし、Wada
et al.著の方法では、コアからGeドーパントを除いて
いるために、引き抜きプロセスの間クラッド層が固化す
る前にコアが固化してしまい、そのためコア内に残留応
力が残ってしまう。
【0008】これに対し、Geをドープしたコアを有す
る光ファイバの場合には、クラッド層が最初に固化する
ために、コア内のコアの歪を大幅に低減する。したがっ
て、Wada et al. 著の論文では一般的に用いられるGe
をドープした光ファイバのSBSの低減は、余り大きい
ものではないことを示唆している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、ブリリュアン散乱を低減したGeをドープした通
信用ファイバの製造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、Geを
ドープした光ファイバのブリリュアン散乱の損失を低減
するには、引き抜きプロセスの間光ファイバに係る引っ
張り力を変化させることにより行う。この引き抜き引っ
張り力は、10−50gの低引っ張り力範囲から150
−250gの高引っ張り力範囲に亘って変化させるもの
である。その結果、SBSは抑制されるがファイバ端末
間の損失および分散の大幅な変化はない。
【0011】
【発明の実施の形態】図1において、第1ステップ
(A)では、Geドープの光ファイバプリフォームを用
意する。このプリフォームは通信用ファイバを作るのに
通常用いられる従来のプリフォームと同一である。この
プリフォームは、長さが約1mで、外径が20−200
mmのガラスロッドである。このロッドの内側コアは、
高純度でその直径が1−5mmの低損失のGe含有シリ
ケートガラスである。同心の外側のシリンダ(クラッド
層)は、内側のコアの屈折率よりも低い屈折率のガラス
の層である。
【0012】(B)で表される次のステップは、このプ
リフォームの端部(22)を高温に加熱して光ファイバ
を引き抜くものである。これは、プリフォームを加熱炉
23内に引き込みプリフォームを溶融温度まで加熱する
ことにより行われる。
【0013】第3のステップ(C)は、この加熱された
プリフォームから引っ張り力を適宜変化させてファイバ
を引き抜くことである。十分加熱した後、ガラス製のス
トランドのプリフォームの溶融先端部(22)が落下し
て、そのストランド24が引き抜き装置25内に挿入さ
れる。この際適宜パラメータを調節して、所望の直径と
均一性を有するファイバを生成する。
【0014】図2は、プリフォーム端部22を搭載装置
21に搭載して、プリフォーム端部22を加熱炉23内
に配置している。このストランド24は、引き抜き装置
25内に挿入される。この引き抜き装置25は従来のフ
ァイバ引き抜き装置、例えばOptical Fiber Telecommun
ications,( Ed. S. E. Millerと、P. Kaminow 著 Acad
emic Press, 1988), pp. 182-185 に記載されている。
このファイバの引き抜き速度と引き抜き引っ張り力は、
コンピュータで制御している。
【0015】本発明によれば、光ファイバに係る引っ張
り力は、ファイバの長さ方向に沿ってサイン波形,三角
波形あるいは台形波形で、その最小引っ張り値が10−
50gで、最大引っ張り値が150−250gである。
サイン波形は、真のサイン波形の正の半分の部分であ
り、その波長は、最低の引っ張り範囲から最大の引っ張
り範囲に、そしてさらに最少の引っ張り範囲に亘る長さ
として定義される。サイン波形の好ましい波長は、光フ
ァイバの長さに沿って、3−30kmの範囲内である。
好ましい三角波形はその底辺が3−30kmの範囲内で
あり、好ましい台形波形は、光ファイバの長さに沿って
底辺(長辺)が3−15kmで上辺(短辺)が1−13
kmの範囲内にある。
【0016】このようにして得られた光ファイバは、G
eをドープしたコアとこのコアを包囲するクラッド層を
有する光ファイバである。このコアの特徴は、変調歪の
繰り返しパターンを有することである。この歪は、長さ
方向に沿って10−50gの応力により生成された低歪
部分と150−250gの応力により生成された高歪部
分との間で変化している。その変調パターンの特徴は、
長さが3−30kmの範囲での繰り返す点である。この
パターンの波形は、好ましくはサイン波形,三角波形,
あるいは台形波形である。
【0017】一連の引っ張り力の例を図3に示す。一定
の引っ張り引き抜き力は、ひし形の点で、三角波形の引
っ張り力は、黒丸の点で、二種類の台形波形の引っ張り
力は、四角の点と三角の点でそれぞれ示す。
【0018】引き抜きプロセスの間光ファイバに導入さ
れた残留応力が、SBSを低減させる。理由は、この残
留歪の変化がファイバ中の音響波の速度を変化させ、こ
のため増幅されるストークス光の周波数をシフトさせ、
入力光のディプレーション(消耗)が低減されるからで
ある。SBSの抑制量は、入力パワーのしきい値Pin c
の増加でもって測定される。この入力パワーのしきい値
inc は、光ファイバの入力点におけるストークス光が
伝送されるポンプ光に等しくなるのに必要な入力パワー
として定義できる。
【0019】入力パワーしきい値が大きくなるとSBS
の抑制量も大きくなる。Pinc 以上の入力ポンプパワー
に対し、SBSの影響が大きいと見なされる。したがっ
て利用可能な光ファイバを得るためには、一定引っ張り
力で引き抜かれたファイバに比較して2dB以上SBS
を抑制しなければならない。
【0020】
【発明の効果】図4は、引っ張り力の波形を様々に変化
させて処理した25kmの長さの光ファイバに対する入
力しきい値の計算値を示す。同図から分かるように、三
角波形と台形波形の引っ張り力が、線形波形あるいはス
テップ状波形の引っ張り力よりもより高いしきい値を示
す。台形波形の引っ張り力は、一定引っ張り力により引
かれた光ファイバに比較して意外なことに2.5dBS
BSの抑制力を示す。以上述べたように本発明の製造方
法は、隆起ブリリュアン散乱に起因した損失を低減した
Geをドープした通信用ファイバを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光ファイバの製造方法を示すブロ
ック図
【図2】図1の方法による光ファイバの製造装置を表す
【図3】様々な種類の波形の引っ張り力と、光ファイバ
の長さとの関係を表す図
【図4】図3の引っ張り変調波形により導入された位相
シフトとSBS計算しきい値Pinc との関係を表すグラ
【符号の説明】
A Geをドープしたプリフォームを用意する B プリフォームを加熱する C 変調引っ張り力でファイバを引き抜く 20 光プリフォーム 21 搭載装置 22 プリフォーム端部 23 加熱炉 24 ストランド 25 引き抜き装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New J ersey 07974−0636U.S.A. (72)発明者 ラルス エリック エスキルセン デンマーク、リンビー ディケー− 2800、4ティエッチ、ジェンバネブ 3 エッチ (72)発明者 パー バン ハンセン アメリカ合衆国、07720 ニュージャー ジー、ブラドリー ビーチ、ラ レイン アベニュー 301、アパートメント ナンバー4 (72)発明者 クリフォード ヘッドリー アメリカ合衆国、07060 ニュージャー ジー、ノース プレインフィールド、ノ ース ドライブ 375、アパートメント エッチ6 (72)発明者 ウィリアム アルフレッド リード アメリカ合衆国、07901 ニュージャー ジー、サミット、ブラックバーン ロー ド 143 (56)参考文献 特開 平1−298037(JP,A) 特開 昭63−185839(JP,A) 欧州特許出願公開518749(EP,A 1) 欧州特許出願公開540042(EP,A 1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 37/027

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Geドープ光ファイバの製造方法におい
    て、 (A) Geドープのコアを有するガラス製光ファイバ
    プリフォームを用意するステップと、 (B) 光ファイバを形成するために前記プリフォーム
    の一部を加熱するステップと、 (C) 前記プリフォームから長さ方向に沿って変化さ
    せた引き抜き引っ張り力でもって光ファイバを引き抜き
    形成するステップと、 からなり、前記変化させた引き抜き引っ張り力は、10
    −50gの低領域の引っ張り力と150−250gの高
    領域の引っ張り力との間で変化させることを特徴とする
    Geドープ光ファイバの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記引き抜き引っ張り力は、光ファイバ
    の長さ方向の3kmから30kmの範囲に亘ってサイン
    波形の半分の形状でもって変化させることを特徴とする
    請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 前記引き抜き引っ張り力は、光ファイバ
    の長さ方向の3kmから30kmの範囲に亘って三角波
    形の形状でもって変化させることを特徴とする請求項1
    の方法。
  4. 【請求項4】 前記引き抜き引っ張り力は、光ファイバ
    の長さ方向の底辺が3kmから15km、上辺が1km
    から15kmの範囲に亘って台形波形の形状でもって変
    化させることを特徴とする請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 請求項1のプロセスで製造したことを特
    徴とするGeドープの光ファイバ。
  6. 【請求項6】 Geドープのコアとこのコアの周囲を包
    囲するクラッド層からなる引き抜き型光ファイバにおい
    て、 前記コアは、前記光ファイバの引き抜き中に10−50
    gの応力により生成された低歪と、150−250gの
    応力により生成された高歪の間の歪変化の繰り返しパタ
    ーンの歪を有し、 前記繰り返えされた変化パターンは、3−30kmの範
    囲内にあることを特徴とするGeドープからなる光ファ
    イバ。
  7. 【請求項7】 一定応力で引き抜かれた光ファイバに比
    較して2dBだけ励起ブリリュアン散乱が抑制されてい
    ることを特徴とする請求項6の光ファイバ。
  8. 【請求項8】 前記変化パターンは、サイン波形である
    ことを特徴とする請求項6の光ファイバ。
  9. 【請求項9】 前記変化パターンは、三角波形であるこ
    とを特徴とする請求項6の光ファイバ。
  10. 【請求項10】 前記変化パターンは、台形波形である
    ことを特徴とする請求項6の光ファイバ。
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