JP3307518B2 - 低分散光ファイバの製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光の伝送波長におけ
る波長分散がゼロに近い低分散光ファイバの製法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在広く使用されている１．３μｍ帯用
シングルモード光ファイバは、１．３μｍでは波長分散
がほぼゼロであるが、レーリー散乱による損失が少ない
１．５５μｍでは波長分散が＋１０ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ以
上となり、信号の伝送速度が高い場合や伝送距離が長い
場合には、大きな不都合となる。このため、１．５５μ
ｍでの波長分散をゼロに近づけた分散シフトファイバや
１．３μｍから１．５５μｍにかけて波長分散をゼロに
近づけた分散フラットファイバが開発されている。

【０００３】このような分散シフトファイバや分散フラ
ットファイバは、その屈折率分布をデュアルコア型、リ
ングコア型などとすることで構造分散を変え、これら波
長域での波長分散を小さくするようにしたものである。
しかし、これらの分散シフトファイバや分散フラットフ
ァイバでは、分散値を制御するために、コア径の精密な
調整が必要であった。特に分散フラットファイバにおい
てはコア径を極めて精密に制御する必要があり、かつ屈
折率分布が複雑であるため、製造が容易ではないと言う
難点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】よって、この発明にお
ける課題は、従来の分散シフトファイバや分散フラット
ファイバとは異なる新しいタイプの波長分散がゼロまた
はゼロに近い光ファイバが製造できる製法を得ることに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１にかかる発明は、コア部の径とクラッド部
の径との比が長さ方向に一定であるファイバ母材を、そ
の外周形状がテーパー状となるように加工して、その両
端部での各コアクラッド比が、予め波長分散がファイバ
の長さ方向に打ち消し合って波長分散値がゼロもしくは
ゼロに近い値となるように設定されたファイバの両端部
での各コアクラッド比と一致するようにし、ついでこれ
を一定の外径で紡糸することを特徴とする低分散光ファ
イバの製法である。

【０００６】請求項２にかかる発明は、コア部の径とク
ラッド部の径との比が長さ方向に一 定であるファイバ母
材を用意し、このファイバ母材の屈折率分布を測定し、
その測定結果からこのファイバ母材を紡糸して得られる
ファイバの特性を予測し、この特性から波長分散とコア
径の関係を求め、この関係に基づいて波長分散がファイ
バの長さ方向に打ち消し合って波長分散値がゼロもしく
はゼロに近い値となるようにファイバの始端および終端
のコア径を定め、これらコア径からファイバの始端およ
び終端でのコアクラッド比を定め、このファイバの始端
および終端でのコアクラッド比と上記ファイバ母材の終
端および始端でのコアクラッド比がそれぞれ一致するよ
うに、ファイバ母材の外周形状をテーパー状に加工し、
これを一定の外径で紡糸することを特徴とする低分散光
ファイバの製法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明を詳しく説明す
る。図１は、この発明の製法で得られた低分散光ファイ
バの一例を模式的に示すものである。この低分散光ファ
イバ１は、シングルモード光ファイバであって、ファイ
バ１の始端１Ａから終端１Ｂにかけてコア２のコア径が
一様に減少しており、かつファイバ径は始端１Ａから終
端１Ｂに至るまで一定となっている。ここでのシングル
モード光ファイバとは、実質的にシングルモード伝送が
可能なファイバであり、仮に二次モードが理論的に伝送
可能であっても、比較的短い距離、例えば１ｋｍ以下の
距離で減衰してしまい、実質的にシングルモード伝送と
見做してもよいファイバを言う。

【０００８】ファイバ１の長さは特に限定されないが、
通常数ｋｍから数１０ｋｍとされる。ファイバ１の屈折
率分布形状は、ステップインデックス型、階段コア部を
有するデュアルコア型などとされ、始端１Ａでの形状と
終端１Ｂでの形状はほぼ相似となっている。そして、フ
ァイバ１の始端１Ａでのコア径ｒ_A と、終端１Ｂでのコ
ア径ｒ_B とは以下のようにして定められている。

【０００９】図２は、シングルモード光ファイバのコア
径の変化に対応するある伝送波長（例えば１．５５μ
ｍ）での波長分散の変化の例を模式的に示すグラフであ
る。このグラフのように、シングルモードファイバのコ
ア径が変化するとこれに応じて波長分散も変化し、例え
ば曲線（イ）ないし曲線（ニ）などの曲線で表されるよ
うな変化を示す。グラフに示した４種の曲線（イ）〜
（ニ）は、それぞれ構造パラメータが異なるシングルモ
ードファイバでのものであり、一般にこのコア径と波長
分散との関係は二次曲線に表され、曲線（ニ）のものは
極小点がコア径の小さい領域にあり、曲線（ハ）のもの
は極小点がコア径の大きい領域にあるものである。

【００１０】そして、シングルモードファイバの構造パ
ラメータを適宜定めることにより、図２のグラフに示し
た曲線（イ）および曲線（ハ）のように、波長分散の値
が正になるコア径の部分と負になるコア径の部分とが連
続するコア径の範囲が存在するようになる。そして、こ
のような条件を満たすコア径の範囲で、ファイバの始端
のコア径ｒ_A と終端のコア径ｒ_B を定めるのである。

【００１１】例えば、曲線（イ）について言えば、グラ
フにおける波長分散値が正の値をとる２つの領域（Ｎ，
Ｍ）の面積の和と負の値をとる領域（Ｌ）の面積が等し
くあるいはほぼ等しくなるような２つのコア径ｒ_A およ
びｒ_B を定めるのである。同様に曲線（ハ）について
も、波長分散値が正の値をとる領域の面積と負の値をと
る領域の面積が等しくあるいはほぼ等しくなるように２
のコア径ｒ_A およびｒ_B を定めるのである。このように
すれば、波長分散を実用上問題のない程度に抑えること
が可能である。さらに、分散値を低くするような場合に
は、以下の事情を考慮する必要がある。テーパー状に加
工した母材を紡糸する際に、外径の大きな部分は小さな
部分に比べて長く紡糸される。従って、ファイバ全長に
わたる波長分散の平均値には、母材外径の大きな側、す
なわち図２中のｒ_B の側の波長分散の、全体に占める重
みが大きくなる。以上の事情を考慮してファイバ両端の
コア径を定めておけば、波長分散をより低い値に抑える
ことが可能である。

【００１２】このようにして定められた２つのコア径ｒ
_A およびｒ_B をファイバ１の始端１Ａおよび終端１Ｂの
コア径とする。これによってファイバ１の始端１Ａから
入射された伝送波長の光が終端１Ｂに至る間に生じた正
の波長分散と負の波長分散とが打ち消されることにな
り、結果的に終端１Ｂから出射される光は波長分散がゼ
ロに近づくものとなり、例えば波長分散を±２ｐｓ／ｋ
ｍ・ｎｍ以内に抑えることが可能となる。

【００１３】原則的には、上述のようにファイバ１の始
端１Ａのコア径ｒ_A と終端１Ｂのコア径ｒ_B が定められ
るが、実際には、コア径ｒ_A とｒ_B との間の任意のコア
径における波長分散が±５ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ以内となる
ように、カットオフ波長が伝送波長を越えるコア径の部
分があまり長くならないように、かつ曲げ損失、レイリ
ー損失が過大とならないように、コア径およびその他の
構造パラメータを定める必要がある。これらの点から、
ファイバ１としては、その屈折率分布形状が、中心コア
部と階段コア部とからなるコアを有するデュアルコア型
のものが好ましいことになる。

【００１４】次にこの発明の低分散光ファイバの製法に
ついて説明する。まず、外径およびコア部の径が長さ方
向に一定のファイバ母材を用意し、このファイバ母材の
屈折率分布を測定する。この測定結果からこのファイバ
母材を種々のコア径で紡糸して得られるファイバの諸特
性を予測、算出する。この諸特性から伝送波長、例えば
１．５５μｍでの波長分散値がコア径の変化に対応して
どのように変化するか、すなわち、図２のグラフ中の曲
線を得ることができる。そして、この曲線として例えば
曲線（イ）のものが得られたとすると、上述のようにし
てファイバの始端１Ａでのコア径ｒ_A と、終端１Ｂでの
コア径ｒ_B を定める。

【００１５】次に、予め設定されているファイバ１の外
径と始端１Ａのコア径ｒ_A と終端１Ｂのコア径ｒ_B か
ら、ファイバ母材の長さ方向の外径を定めることにな
る。そのためには、まず、ファイバ母材の始端でのコア
部とクラッド部との径比（コアクラッド比）が、紡糸後
のファイバ１の終端１Ｂでのコアクラッド比と一致し、
ファイバ母材の終端でのコアクラッド比が紡糸後のファ
イバ１の始端１Ａでのコアクラッド比と一致するように
せねばならない。ファイバ母材は外径およびコア部の径
は一定であるため、上記条件を満たすには、ファイバ母
材の外径をテーパー状に切削加工し、その始端での外径
を小さく、終端での外径を大きくすればよい。

【００１６】この際、ファイバ母材の最初の寸法によっ
ては、クラッド部の厚さが不足し、終端でのコアクラッ
ド比を満たしえない場合が生じる。この場合には、新た
な追加のクラッド部を外付け法によって形成して上記コ
アクラッド比を満たしたのちに、テーパー状に研削加工
すればよい。ついで、このようにして得られたテーパー
状のファイバ母材を一定の外径となるように紡糸すれ
ば、図１に示した低分散光ファイバを得ることができ
る。この紡糸は引取速度を徐々に変化させることによ
り、外径を一定とすることができる。

【００１７】このようにして得られた低分散ファイバ１
にあっては、上述のようにファイバ１の全長にわたって
の波長分散の平均値がゼロもしくはゼロに近づくため、
ファイバ１全体での波長分散を±２ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ以
内、場合によっては±１ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ以内に抑える
ことができる。

【００１８】また、コア径がファイバ１の長さ方向に変
化しているために誘導ブリュアン散乱が発生しにくいも
のとなる。誘導ブリュアン散乱は、光ファイバへの入射
光の強度があるしきい値以上になると発生するもので、
その散乱光が光の入射端に戻ってくる現象である。この
ため、光ファイバに高レベルの光を実質的に入射、伝送
することができない不都合がある。

【００１９】シングルモード光ファイバのコア径を長手
方向に変化させることにより、誘導ブリュアン散乱が抑
制されることは、本出願人が既に特願平３−１６６４０
３号で開示している。このため、この低分散光ファイバ
は波長分散がゼロもしくはゼロに近いものであるととも
に高出力の信号光を入射、伝送することができるもので
もある。

【００２０】また、前述の説明では、１本のファイバ１
の始端１Ａから終端１Ｂにかけて、そのコア径が一様に
変化するものについて説明したが、本発明の低分散光フ
ァイバでは、これに限られるものではなく、１本のファ
イバの長さ方向において、コア径の一様な変化が２回以
上繰り返されていてもよく、その１回のコアの一様な変
化の範囲毎に、波長分散がゼロに平均化されるため、全
体として波長分散がゼロもしくはゼロに近いものとな
る。

【００２１】したがって、コア径が始端から終端にかけ
て一様に変化するファイバを複数本、端部のコア径が等
しくなる向きに融着接続するなどして接続したものも、
同様に接続されたファイバ全長にわたって波長分散をゼ
ロもしくはゼロに近い値に維持することができる。

【００２２】以下、具体例を示すが、本発明はこれに限
定されるものではない。 （実施例） 図３に示す屈折率分布のデュアルコア型分散シフトファ
イバ用のファイバ母材を用意した。このファイバ母材の
外径は３０ｍｍ、コア部の径は３．６ｍｍで、コアクラ
ッド比８．３であり、この寸法はその長さ方向で一定で
あった。なお、このファイバ母材を外径１２５μｍの一
定外径で紡糸すればそのファイバのコア径は１５μｍと
なる。

【００２３】このファイバ母材の屈折率分布の解析の結
果、伝送波長１．５５μｍでの波長分散は、コア径の変
化に伴って図４に示す曲線（ホ）のように変化すること
が算出された。図４の曲線（ホ）から波長分散が正とな
る部分と負となる部分との両者の面積がほぼ等しくなる
ようにファイバの始端のコア径と終端のコア径を定めた
ところ、ｒ_A が２５．０μｍとｒ_B １２．５μｍの値が
得られた。

【００２４】紡糸後のファイバ１の径を１２５μｍと一
定とすると、紡糸後のファイバ１の始端１Ａでのコアク
ラッド比は１２５／２５＝５となり、終端１Ｂでのコア
クラッド比は１２５／１２．５＝１０となる。一方、用
意した上述のファイバ母材のコアクラッド比は一様に
８．３であるので、ファイバ母材の終端側でのコアクラ
ッド比が１０以上となるようにクラッド部と同じ屈折率
のガラスを外付けし、その外径を３６ｍｍとした。つい
で、図５に示すように、外径３６ｍｍのファイバ母材１
１をその終端側１１Ｂで外径３６ｍｍに、その始端側１
１Ａで外径１８ｍｍとなるようにテーパー状に研削し
た。なお、図５中符号１２はコア部を示す。

【００２５】このテーパー状のファイバ母材１１を一定
外径１２５μｍで紡糸し、全長１４ｋｍの光ファイバを
得た。得られたファイバの特性を測定したところ、以下
のようであった。 始端１Ａ 始端１Ｂ クラッド外径（μｍ） １２５ １２５ コア径（μｍ） ２５ １２．５ １．５５μｍでのモードフィールド径（μｍ） ６．４３ ８．６３ １．５５μｍでの全長にわたっての波長分散 ＋０．４３ （ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）

【００２６】また、このファイバの誘導ブリュアン散乱
が発生する入射光量のしきい値は約１１ｄＢｍであっ
た。この値は、通常の１．５５μｍ用分散シフトファイ
バの約７ｄＢｍに比べて大きくなっており、誘導ブリュ
アン散乱が抑制されていることがわかった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の低分散光
ファイバの製法によれば、伝送波長における波長分散を
ファイバの長さ方向に平均化してゼロもしくはゼロに近
い値を有する光ファイバを製造することができる。この
ため、この製法で得られた低分散光ファイバは、光源か
らの光のスペクトル幅の拡がりを極めて小さいものとす
ることができ、光信号の伝送速度、伝送距離を高めるこ
とができるとともに、誘導ブリュアン散乱を抑えること
ができるので、高レベルの光を入射、伝送することがで
き、これによっても伝送距離を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明における低分散光ファイバの一例を
模式的に示した概略構成図である。

【図２】 この発明におけるコア径と波長分散との関係
を表すグラフである。

【図３】 実施例で使用したファイバ母材の屈折率分布
を示す図である。

【図４】 実施例でのコア径と波長分散との関係を示す
グラフである。

【図５】 実施例で研削加工されたテーパー状のガラス
母材の概略断面図である。

【符号の説明】

１…低分散光ファイバ、２…コア、１Ａ…始端、１Ｂ…
終端、１１…ファイバ母材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 朗 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フ ジクラ 佐倉工場内 (72)発明者 愛川 和彦 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フ ジクラ 佐倉工場内 (72)発明者 大橋 正治 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 立田 光廣 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−178220（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−24040（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−62603（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−31333（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−194123（ＪＰ，Ａ) ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷ ＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，米国, ＩＥＥＥ，ＶＯＬ．９（３）, （1991），ｐｐ．356−361 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/02 G02B 6/10 G02B 6/16 - 6/22 G02B 6/44 ＩＥＥＥ／ＩＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ ｃ Ｌｉｂｒａｒｙ（ＩＥＬ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コア部の径とクラッド部の径との比が長
   さ方向に一定であるファイバ母材を、その外周形状がテ
   ーパー状となるように加工して、その両端部での各コア
   クラッド比が、予め波長分散がファイバの長さ方向に打
   ち消し合って波長分散値がゼロもしくはゼロに近い値と
   なるように設定されたファイバの両端部での各コアクラ
   ッド比と一致するようにし、ついでこれを一定の外径で
   紡糸することを特徴とする低分散光ファイバの製法。
2. 【請求項２】 コア部の径とクラッド部の径との比が長
   さ方向に一定であるファイバ母材を用意し、このファイ
   バ母材の屈折率分布を測定し、その測定結果からこのフ
   ァイバ母材を紡糸して得られるファイバの特性を予測
   し、この特性から波長分散とコア径の関係を求め、この
   関係に基づいて波長分散がファイバの長さ方向に打ち消
   し合って波長分散値がゼロもしくはゼロに近い値となる
   ようにファイバの始端および終端のコア径を定め、これ
   らコア径からファイバの始端および終端でのコアクラッ
   ド比を定め、 このファイバの始端および終端でのコアクラッド比と上
   記ファイバ母材の終端および始端でのコアクラッド比が
   それぞれ一致するように、ファイバ母材の外周形状をテ
   ーパー状に加工し、これを一定の外径で紡糸することを
   特徴とする低分散光ファイバの製法。