JP4145658B2

JP4145658B2 - 高伝送速度に適した光ファイバーの製造方法

Info

Publication number: JP4145658B2
Application number: JP2002569745A
Authority: JP
Inventors: アロイシウスカイパースエリック; ヨハネステオドルスプルーニスペーター
Original assignee: ドゥラカファイバーテクノロジーベーヴェー
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: JP2004528257A; EP1365999B1; EP1365999A1; US7116877B2; CN1232462C; US20020170321A1; DK1365999T3; KR20030082604A; ATE486823T1; KR100827727B1; RU2003129654A; US20060037365A1; NL1017523C2; DE60238181D1; US7068895B2; CN1494516A; WO2002070416A1; RU2286962C2; ZA200305992B; BR0209900B1

Description

本発明は、高伝送速度に適した光ファイバーの製造方法で、
i）１種以上のガラス形成前駆物質と、場合によってはドーパントとを石英基材チューブに供給する工程と、
ii）該反応性混合物の反応を引き起こしてドープされているか又はされていないガラス層を石英基材チューブの内部に形成するために、前記基材チューブ内にプラズマを形成する工程と、
iii）前記工程ii）で得られた前記基材チューブを、加熱しながらプリフォームへ圧潰する工程と、
iv）光ファイバーを、前記プリフォームから加熱しながら引き伸ばす工程と
からなる光ファイバーの製造方法に関する。

本発明は、さらに高伝送速度に適した光ファイバーに関する。

上記のような方法自体は、本出願人に付与された米国特許第4,793,843及び5,188,648号から既知である。該特許文献から、ガラス層の中心部におけるドーパントの一部が、加熱中の石英基材チューブの圧潰によって蒸発し得ることが知られている。該蒸発は、最終ファイバーにおける屈折率分布の外乱になる。かかる屈折率分布の外乱は、光ファイバーの帯域幅に悪影響を及ぼす。

電気通信産業における今後の発展には、これまでより高いビット速度（bits/sec）でさらに長い距離を越えて情報を伝送することが挙げられる。現在のデータネットワークでは、比較的低いビット速度が用いられている。従って、発光ダイオード（LED）が、今のところこれらの応用において最も用いられている光源である。LEDの変調能力よりも高いデータ伝送速度への要求のために、レーザー源がLEDの代わりに用いられる。この転換自体は、ギガビットイーサネット（登録商標）規格（IEEE 802.3z.1998）で定義される速度及びそれより高い速度で情報を供給することができるシステムの使用に現れる。ギガビットイーサネット（登録商標）規格は、1.25 ギガビット/秒の伝送速度に該当する。

電気通信システムに現在用いられている多モード光ファイバーは、主に上記LED光源と共に用いるために設計されている。さらに、多モード光ファイバーは、ギガビットイーサネット（登録商標）と等しいか又はそれより高い速度で情報を伝送するために設計されているシステム中に存在するレーザー源との使用のために最適化されていない。換言すれば、レーザー源は、多モード光ファイバーの質及び設計に対してLED源と異なった要求がある。特に、多モード光ファイバーのコア中心における屈折率分布は大変重要であり、この場合正確に規定された放物線分布が、情報伝送速度の減少を防ぐために特に要求される。従って、前記ファイバーの分布中心における小さな偏差は、出力信号に重大な外乱を引き起こす場合があり、該外乱は、システムの動作に大きな影響を及ぼす。この影響は、非常に小さい帯域幅若しくは非常に高いジッター又はそれらの両方の形で現れる。

当該ファイバーにおけるデータ伝送が生じる波長は、それぞれ770 nmから920 nmまでの間として定義される850 nm帯域、及び1260 nmから1360 nmまでの間として定義される1300 nm帯域である。

従って、本発明の目的は、1ギガビット/秒と同等又はそれよりも高い速度でデータを伝送することができる多モード伝送システムでの使用に適した光ファイバーを製造する方法を提供することにある。かかる多モード伝送システムは、少なくとも1.25ギガビット/秒の速度で情報を伝送するレーザー源と、該レーザー源によって照射される多モード光ファイバーを含む。

本発明の他の目的は、1300 nm帯域のギガビットイーサネット（登録商標）で少なくとも1000 mの距離にわたって情報を伝送するのに適した多モード光ファイバーを提供することにある。

さらに、本発明の目的は、1300 nm帯域のギガビットイーサネット（登録商標）で少なくとも550 mの距離にわたって情報を伝送する他に、850 nm帯域のギガビットイーサネット（登録商標）で少なくとも550 mの距離にわたって情報を伝送するのに適した多モード光ファイバーを提供することにある。

また、本発明の目的は、少なくとも10ギガビット/秒の速度で、850 nm帯域において、少なくとも300 mの距離にわたって情報を伝送するのに適した多モード光ファイバーを提供することにある。

本発明の他の目的は、少なくとも10ギガビット/秒の速度で、850 nm帯域において、少なくとも300 mの距離にわたって情報を伝送するのに適した多モード光ファイバーを提供することにあり、該ファイバーは、500 Mhz.km以上のOFL帯域幅を有する。

さらに、本発明の他の目的は、光ファイバーが高速レーザー源ならびにLED源との使用に十分に互換性があるところの光ファイバーを製造する方法を提供することにある。

本発明によれば、序文に述べた本方法において、個々のガラス層が最終的に引き伸ばされた光ファイバーの中心で高々10μmの直径を有する領域に堆積されるように、ドープされているか又はされていないガラス層を基材チューブの内部に堆積させ、前記個々の層のうち少なくとも１つが高々2μm²の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーの屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする。

かかる方法を用いると、光ファイバーのコアの非常に明確な重層構造が可能となり、その結果、最終ファイバーにおいて正確に規定された屈折率分布が得られ、この場合ファイバーを通過する光のパルスは小さい範囲に広がるのみで、その結果として該ファイバーは高い伝送能力を有する。

光ファイバーの中心で高々10μmの直径を有する領域に別々に堆積させた層は、互いに異なる屈折率の値を有することが特に好ましい。

ガラス形成前駆物質よりも屈折率の値が高い該ガラス形成前駆物質の反応性混合物にドーパントを供給することにより、各層の屈折率の値を変えることができる。かかる変化は、例えば、石英基材チューブに供給すべきガス状混合物の組成を変えることによって生じさせることができる。ガスの速度、プラズマが基材チューブを通り過ぎて移動する速度及びプラズマ自体の能力を変化させることによって層の厚さを変えることができる。

個々の層が最終的に引き伸ばされたファイバーの中心で高々10μmの直径を有する領域内に堆積されるようにドープされているか又はされていないガラス層を基材チューブの内部に堆積させ、各個々の層が、高々1μm²の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加するのが特に好ましい。

本発明は、さらに、光ファイバーに関するもので、該光ファイバーが、1300 nmの範囲内の波長で少なくとも1000 mの距離にわたり少なくとも1ギガビット/秒のデータ伝送速度に適し、その中心で高々10μmの直径を有する領域に個々の層を堆積させ、該個々の層の少なくとも１つが高々2μm²、特に多くて1μm²の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする。

本発明は、さらに多モード光ファイバーに関し、該ファイバーが、少なくとも1ギガビット/秒の速度で、1300 nm帯域内で、少なくとも550 mの距離にわたって情報を伝送するのに適し、また少なくとも1ギガビット/秒の速度で、850 nm帯域内で、少なくとも550 mの距離にわたって情報を伝送するのに適し、個々の層を最終的に引き伸ばされたファイバーの中心で高々10μmの直径を有する領域内に堆積させ、該個々の層の少なくとも１つが高々2μm²、特に多くて1μm²の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする。

さらに、本発明は、少なくとも10ギガビット/秒の速度で、850 nm帯域内で、少なくとも300 mの距離にわたって情報を伝送するのに適した多モード光ファイバーを提供するもので、個々の層を最終的に引き伸ばされたファイバーの中心で高々10μmの直径を有する領域に堆積させ、該個々の層の少なくとも1つが高々2μm²、特に多くて1μm²の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加することにある。

本発明は、さらに、少なくとも10ギガビット/秒の速度で、850 nm帯域内で、少なくとも300 mの距離にわたって情報を伝送するのに適した多モード光ファイバーを特徴とし、該ファイバーが1300 nmで500 Mhz.km以上のOFL（“Over Filled Launch（全モード励振）”、LEDの照射により測定された帯域幅）帯域幅を有し、個々の層を最終的に引き伸ばされたファイバーの中心で高々10μmの直径を有する領域に堆積させ、該個々の層の少なくとも1つが高々2μm²、特に多くて1μm²の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加することにある。

以下、本発明を幾つかの実施例により詳細に説明する。この場合、該実施例に用いた条件は、単に実例として記載されたにすぎず、これに限定するものとして解釈されるべきではない。ここに「クラッド径」と称するは、剥ぎ取ることが可能な存在し得る外側の被膜を除いた光ファイバーの全直径である。

（比較例１）
多モード光ファイバーを、工程i）からiv）の記載のとおりに、PCVD技術により製造した。工程i）の間に、実質的に同一容積を有する960のコア層を基材チューブに堆積させ、この場合該基材チューブに供給するガラス形成前駆物質SiCl₄及びGeCl₄の比率を変化させることによって各層の屈折率を前層と比較して増加させた。最終ファイバーが現在多用されている850 nm及び1300 nmの両波長帯域での使用に適するように、屈折率分布を制御した。工程iii）に従って圧潰した後に得られたプリフォームから、62.5μmのコア径及び125μmのクラッド径を有する光ファイバーを引き伸ばした。このようにして得た光ファイバーの層は、各々、3.2μm²の表面積を有していた。

850nmのレーザーを1.25ギガビット/秒の伝送速度で用いて前記ファイバーの伝送試験を行った。該ファイバーの最大伝送距離は350 mで、本要件を満たすには低すぎる値である。

（実施例１）
光ファイバーを、比較例１と同様の手順を実施することによって製造した。ただし、2750のコア層を堆積させて62.5μmのコア径を有するファイバーを形成した。このようにして得た光ファイバーにおける前記層の各々は、1.1μm²の表面積を有していた。このファイバーの伝送試験では、1.25ギガビット/秒及び850 nmレーザーでの最大伝送距離が600 mであった。

（比較例２）
光ファイバーを、実施例１の手順を実施することによって製造した。しかし、この場合、該ファイバーを850 nm帯域での使用に最適化されるように屈折率分布を制御した。前記ファイバーにおける個々の層が各々3.2μm²の表面積を有しており、該ファイバーに10 ギガビット/秒での伝送試験を行った。このビット速度での前記ファイバーを介した最大伝送距離は250 mで、この値は伝送距離に関して本要件を満たしていない。

（実施例２）
実施例１の手順を実施することによって製造した光ファイバーは、そのファイバー内の個々の層が各々1.1μm²の表面積を有し、信号を10ギガビット/秒で、350 mの最大距離にわたって伝送した。

（実施例３）
50μmのコア径を有する多数の多モード光ファイバーを、工程i）からiv）に記載したとおりに、PCVD技術により製造した。工程i）の間に、実質的に同一容積を有する±1600のコア層を基材チューブに堆積させ、この場合該基材チューブに供給するガラス形成前駆物質SiCl₄及びGeCl₄の比率を変化させることによって各層の屈折率を前層と比較して増加させた。種々の屈折率分布を、850 nm帯域及び1300 nm帯域にて最適の性能が得られるように制御した。前記ファイバーにおける堆積層は、各々1.2μm²の表面積を有していた。

両方の伝送帯域において1.25ギガビット/秒の伝送速度で前記ファイバーの伝送試験を行った。その試験結果を以下に要約する。表１より、すべての測定値が伝送距離に関して本要件を満たすことは明らかである。

（実施例４）
多モード光ファイバーを、工程i）からiv）に記載したとおりに、PCVD技術により製造した。工程i）において、比較的大容積を有する550のコア層を基材チューブにまず堆積させ、次に、小容積を有する120のコア層を堆積させ、この場合該基材チューブに供給するガラス形成前駆物質SiCl₄及びGeCl₄の比率を変化させることによって各層の屈折率を前層と比較して増加させた。最終ファイバーが、850 nm及び1300 nmの波長帯域での使用に適するように、屈折率分布を制御した。工程iii）に従って圧潰した後に得たプリフォームから62.5μmのコア径及び125μmのクラッド径を有する光ファイバーを引き伸ばした。このようにして得た光ファイバー内の各層は、該ファイバーの中心で10μmの直径を有する領域に1.1μm²の表面積を有していた。850 nmのレーザーを用いた前記ファイバーの伝送試験では、1.25ギガビット/秒の伝送速度での最大伝送距離が600 mであった。このことから、特に光ファイバーのコアの中央部内の層は、本発明の目的を満たすために、その表面積が小さくなければならないことが明らかとなった。一方で、直径が10μmである光ファイバーの中央部の外側の層は、2μm²以上の表面積を有することが可能である。

Claims

1ギガビット/秒と同等又はそれ以上の高伝送速度に適した多モード光ファイバーを製造する方法で、該方法が
i）１種以上のガラス形成前駆物質、又は１種以上のガラス形成前駆物質とドーパントとを石英基材チューブに供給する工程と、
ii）２種以上の前記ガラス形成前駆物質、又は１種以上の前記ガラス形成前駆物質とドーパントとの混合物の反応を引き起こしてドープされているか又はされていないガラス層を石英基材チューブの内部に形成するために、前記基材チューブ内にプラズマを形成する工程と、
iii）前記工程ii）で得られた前記基材チューブを、加熱しながらプリフォームへ圧潰する工程と、
iv）光ファイバーを、前記プリフォームから加熱しながら引き伸ばす工程と
からなり、個々のガラス層が最終的に引き伸ばされた光ファイバーの中心で10 μ m 以下の直径を有する領域に堆積されるように、ドープされているか又はされていないガラス層を基材チューブの内部に堆積させ、前記個々の層のうち少なくとも１つが2 μ m ² 以下の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーの屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする光ファイバーの製造方法。

個々のガラス層が最終的に引き伸ばされた光ファイバーの中心で10 μ m 以下の直径を有する領域に堆積されるように、ドープされているか又はされていないガラス層を基材チューブの内部に堆積させ、前記個々の層のうち少なくとも１つが1 μ m ² 以下の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーの屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする請求項１記載の方法。

850 nm 帯域内で少なくとも 300 m の距離にわたって少なくとも 10 ギガビット / 秒の伝送速度に適する光ファイバーで、該光ファイバーの中心で 10 μ m 以下の直径を有する領域に個々の層を堆積させ、該個々の層の少なくとも１つが 2 μ m ² 以下の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする光ファイバー。

前記光ファイバーの中心で 10 μ m 以下の直径を有する領域に個々の層を堆積させ、前記個々の層の少なくとも１つが 1 μ m ² 以下の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする請求項３記載の光ファイバー。

850 nm 帯域内で少なくとも 300 m の距離にわたって少なくとも 10 ギガビット / 秒の速度で情報を伝送するのに適する光ファイバーで、該ファイバーが 500 Mhz.km 以上の OFL 帯域幅を有し、最終的に引き伸ばされた光ファイバーの中心で 10 μ m 以下の直径を有する領域に個々の層を堆積させ、該個々の層の少なくとも１つが 2 μ m ² 以下の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする光ファイバー。

最終的に引き伸ばされた光ファイバーの中心で 10 μ m 以下の直径を有する領域に個々の層を堆積させ、該個々の層の少なくとも１つが 1 μ m ² 以下の表面積を有し、最終的に引き伸ばされたファイバーにおける屈折率の値がその中心方向に増加することを特徴とする請求項５記載の光ファイバー。

光ファイバーの中心で10 μ m 以下の直径を有する領域に別々に堆積された層が、互いに異なる屈折率の値を有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１つの請求項に記載の光ファイバー。