JP4825092B2

JP4825092B2 - 偏波保持光ファイバ

Info

Publication number: JP4825092B2
Application number: JP2006254745A
Authority: JP
Inventors: 和彦愛川; 克昭井添; 学工藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2008076655A

Description

本発明は、主に青色レーザダイオードを用いた光伝送システムに好適な偏波保持光ファイバに関し、特に、約４００ｎｍから約６３０ｎｍまでの帯域における伝送損失および曲げ損失が低減された偏波保持光ファイバに関する。

偏波保持光ファイバは、直線偏波を保持しつつ光を伝送することが可能な単一モード光導波路（シングルモードファイバ）である。その一種として、いわゆるＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバがある。この光ファイバは、コアの周囲を取り囲むクラッド領域中に、コアを中心として対称であって、コアと並置して延びる一対の応力付与部を有している。応力付与部は、コアに応力を付与して複屈折を誘起するために設けられ、クラッドを構成するガラスの熱膨張率と異なる熱膨張率と、コアの直径よりも大きい直径とを有している。

偏波保持光ファイバは、光通信だけではなく、偏波依存性を有する光部品どうしの接続のために用いられたり、光ファイバグレーティングや光ファイバカプラなどの伝送用光部品として加工されて、光ファイバ型ジャイロスコープ、光伝送装置および各種の計測機器等に用いられたりしている。特に光伝送用光部品として用いられる偏波保持光ファイバは、その製造性、品質の安定性、製造性などから、コアにＧｅＯ_２を添加した光ファイバ用プリフォームを用いて製造されている。
さらに、偏波保持光ファイバは、近年の青色レーザダイオード（特許文献１）の高出力化に伴って、３７０ｎｍから４８０ｎｍまでの波長領域においても使用されるようになった。
http://www. nichia.co.jp/jp/product/laser-main.html http://www.nufern.com/images /standard_fiber_page /prod_ pdf17.pdf http://www.nufern.com/images /standard_fiber_page /76/PM％2C460-630-780%20Fiber.pdf http://www.fujikura.co.jp/optde/jp2004/pdf/16spd04j.pdf 特開平５−１４７９６６号公報特開２００３−３２１２４８号公報

しかし、従来の４５０ｎｍから６００ｎｍまでの波長範囲での使用が意図される短波長用シングルモード光ファイバは、波長５１５ｎｍにおいて３０ｄＢ／ｋｍとかなり高い損失を有している（非特許文献２）。このため、この光ファイバを他の光ファイバの測定の目的に使用する場合に、被測定光ファイバが長いとき、又は被測定光ファイバとの光結合が高いときは、出射端にまで光が届かず、測定を行えないといった事態ともなる。

また、４６０ｎｍから６３０ｎｍまでの波長範囲での使用が企図される偏波保持光ファイバにおいても、波長４６０ｎｍでの損失は、約３０ｄB／ｋｍである（非特許文献３）。さらに、波長４８０ｎｍで使用される偏波保持光ファイバでも、同様な損失値が知られている（非特許文献４）。

さらに、短波長領域ではレイリー散乱の影響で損失が大きくなる傾向があることを考慮して、ＧｅＯ_２添加コアに比べてレイリー散乱の低い純粋石英コアによる短波長領域用の偏波保持光ファイバを使用することも考えられる。しかし、図７に示す通り、このような偏波保持光ファイバにおいても、波長４００ｎｍ付近での損失は約１８ｄＢ／ｋｍであり、損失が十分に低減されているとは言えない。

一方、紫外線領域で使用されるバンドルファイバにおいて、耐紫外線特性の向上を意図として、コアにＯＨ基とフッ素とが添加されたものが知られている（特許文献１、特許文献２）。しかし、偏波保持光ファイバにおいて、３７０ｎｍから４８０ｎｍまでの短波長領域における伝送損失や曲げ損失が低減されるかどうかは、明らかにされていない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、短波長領域での伝送損失および曲げ損失を低減できる偏波保持光ファイバを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、水酸基を６００ｐｐｍ以上１４００ｐｐｍ以下の濃度で含有するコアと、コアを取り囲むクラッドと、クラッドの一部を貫通し、コアを中心として対称であってコアの長手方向に並置する一対の応力付与部と、を備える偏波保持光ファイバを提供する。
本発明に係る偏波保持光ファイバは、光通信用の偏波保持光ファイバであって、水酸基を６００ｐｐｍ以上１４００ｐｐｍ以下の濃度で含有するコアと、前記コアを取り囲むクラッドと、前記クラッドの一部を貫通し、前記コアを中心として対称であって前記コアの長手方向に並置する一対の応力付与部と、を備え、前記コアの直径が２μｍ以上４μｍ以下であり、前記クラッドが、フッ素を含有し、前記コアに対する比屈折率差が０．１７％以上０．２７％以下であることを特徴とする。
本発明に係る偏波保持光ファイバにおいて、直径６０ｍｍに曲げたときの波長４８０ｎｍにおける損失が５０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．４７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る偏波保持光ファイバにおいて、直径６０ｍｍに曲げたときの波長４１０ｎｍにおける損失が５０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．４０μｍ以下であり、かつ、波長４１０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る偏波保持光ファイバにおいて、直径６０ｍｍに曲げたときの波長３８０ｎｍにおける損失が５０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．３７μｍ以下であり、かつ、波長３８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る偏波保持光ファイバは、光通信用の偏波保持光ファイバであって、水酸基を６００ｐｐｍ以上１４００ｐｐｍ以下の濃度で含有するコアと、前記コアを取り囲むクラッドと、前記クラッドの一部を貫通し、前記コアを中心として対称であって前記コアの長手方向に並置する一対の応力付与部と、を備え、前記コアの直径が２μｍ以上４μｍ以下であり、前記クラッドが、フッ素を含有し、前記コアに対する比屈折率差が０．１５％以上０．３３％以下であることを特徴とする。
本発明に係る偏波保持光ファイバにおいて、直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．４７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る偏波保持光ファイバにおいて、直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．４０μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る偏波保持光ファイバにおいて、直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．３７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。

上記の構成によれば、短波長領域での伝送損失および曲げ損失を低減できる偏波保持光ファイバが提供される。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、添付図面は、実施形態に係る偏波保持光ファイバおよびその製造方法等を模式的に示しているに過ぎない。このため、コアの直径とクラッドの直径との比率等が、現実に設計される通りに表示されているとは限らないことに留意すべきである。

初めに、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態による偏波保持光ファイバの製造方法について説明する。
まず、ＯＨ基を６００ｐｐｍから１４００ｐｐｍの濃度で含有する石英ガラスロッド２を用意する（図１（ａ））。このような石英ガラスロッド２は、具体的には、以下のようにして用意される。テトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４）やメチルトリメトキシシラン（ＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３）などのケイ素化合物ガスと、水素（Ｈ_２）ガスと、酸素（Ｏ_２）ガスとを用いて燃焼反応させて合成シリカ微粒子を得る。このように酸水素火炎中で合成したシリカ微粒子には、Ｓｉ−ＯＨが含まれている。次に、この微粒子を原料として多孔質シリカの焼結体を作製する。この後、この焼結体を不活性ガス下で加熱して透明ガラス化して石英ガラスロッドを得る。このようにして複数本のガラスロッドを得、これらについてＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光計）によりＯＨ基濃度を測定して、ＯＨ基濃度が上記の範囲にある石英ガラスロッドを選別する。なお、透明ガラス化の際の加熱温度や加熱時間により、また、塩素ガスを用いた脱水処理により、さらにはＨ_２又はＨ_２Ｏ添加処理により、ＯＨ基濃度を調整することも可能である。

次に、外付け法により、石英ガラスロッド２に対する屈折率差Δが−０．２１％であるフッ素添加石英ガラススート４をバーナー３を用いて石英ガラスロッド２の外周に堆積し（図１（ｂ））、このスート４を加熱して透明ガラス化する。ここまでの工程で、コア部２ａと、その周囲を囲むクラッド部４ａとから構成されるコアクラッド母材６（図１（ｃ））が作製される。なお、外付けする石英ガラススート４の厚さは、例えば、最終製品である光ファイバのコア径を約３．４μｍとしたときに、クラッド径が約１２５μｍとなるように調整することができる。

次いで、コアクラッド母材６のクラッド部４ａに、コア部２ａを中心として対称に位置し、コアクラッド母材６の長手方向に貫通し、所定の直径を有する一対の貫通孔８をあける。この後、貫通孔８の内表面を研削し、研磨して鏡面化する。これにより、孔開き母材１０が得られる（図１（ｄ））。

そして、孔開き母材１０の貫通孔８のそれぞれに、ＭＣＶＤ法により作製され応力付与部となるガラスロッド１２を挿入する（図１（ｅ））。次に、ガラスロッド１２が挿入された母材１０を、線引き炉で加熱しながら、クラッド径が１２５μｍとなるように線引きし、偏波保持光ファイバ１４を得る（図１（ｆ））。この後、光ファイバ１４の外周に所定の樹脂を被覆すると、偏波保持光ファイバ素線が得られる。なお、被覆樹脂としては、紫外線硬化型アクリレート樹脂を用いることができる。また、例えば、約２００μｍの厚さで光ファイバ１４を被覆し、次いで約２５０μｍの厚さで被覆するというように２層被覆をすることも可能である。
偏波保持光ファイバ１４の断面およびその断面に沿った屈折率分布を図２に示す。図示の通り、偏波保持光ファイバ１４は、光が導波するコア２ｂと、コア２ｂの屈折率よりも低い屈折率を有しコア２ｂを取り囲むクラッド４ｂと、クラッド４ｂの一部を貫通し、コア２ｂを中心として対称であってコア２ｂの長手方向に並置する一対の応力付与部１２ｂと、を有している。また、偏波保持光ファイバ１４は上述の母材１０から製造されるため、そのコア２ｂは、６００ｐｐｍ以上１４００ｐｐｍ以下の濃度のＯＨ基を含有している。
なお、コア２ｂの直径が約３．４μｍであり、クラッド４ｂの直径が約１２５μｍであるとき、応力付与部１２ｂの直径は約３５μｍである。

次に、上述の製造方法により作製した偏波保持光ファイバ素線の光学特性について説明する。光学特性の測定の対象とした偏波保持光ファイバ素線の主要な構造パラメータと、その光学特性とを図３に示す。なお、図３には、コアのＯＨ基濃度が５００ｐｐｍの偏波保持光ファイバ素線と、コアのＯＨ基濃度が測定限界以下の偏波保持光ファイバ素線の結果をも併せて示す。

図４は、図３に示した各偏波保持光ファイバ素線のＯＨ基濃度と伝送損失との関係を示すグラフである。図４から、ＯＨ基濃度が増加するとともに、波長４８０ｎｍにおける伝送損失が低減し、ＯＨ基濃度６００ｐｐｍ以上では伝送損失が５ｄＢ／ｋｍ以下となっていることが分かる。このような伝送損失は、非特許文献１〜３や図７に示される伝送損失と比べて、十分に低減されているということができる。ただし、本発明者らが、コアのＯＨ基濃度が１４００ｐｐｍを超えるように偏波保持光ファイバ素線を作製しようとしたところ、石英ガラスロッド２の外周の石英ガラススートを加熱する際に多数の気泡が発生し、光ファイバの作製に適したコアクラッド母材６を得ることができなかった。この結果から、４８０ｎｍという短波長領域光での損失を低減するためには、コアのＯＨ基の濃度は６００ｐｐｍ以上１４００ｐｐｍ以下が好適であることが明らかとなった。

続けて、コアに対するクラッドの比屈折率差（以下、単にデルタ又はΔとも記す）をパラメータとして図示したカットオフ波長とコア径との関係（図５）、および曲げ損失とコア径との関係（図６）を参照しながら、本発明にかかる偏波保持光ファイバの特に好適な形態について説明する。

図５および図６を参照すると、曲げ損失が許容される範囲においてコア径を小さくすると、カットオフ波長が短くなり、短波長領域においてシングルモードでの使用が可能となる。その一方で、接続損失低減の観点から、コア径やモードフィールド径（以下、ＭＦＤ）をできるだけ大きくしたいという要請もある。そのため、曲げ損失が許容される範囲で、デルタを小さくして、コア径とＭＦＤとをできるだけ大きくし、カットオフ波長を短くする必要がある。かかる状況から、コアに含有されるＯＨ基の濃度が６００ｐｐｍ以上１４００ｐｐｍ以下であることに加えて、以下の１）から６）の構成および特性を有する偏波保持光ファイバが有益である。

１）コアの直径が２μｍ以上４μｍ以下であり、クラッドにフッ素が添加されており、デルタが０．１７％以上０．２７％以下であって、直径６０ｍｍに曲げたときの損失が波長４８０ｎｍにおいて５０ｄＢ／ｍ以下であり、ＭＦＤが３μｍ以上であり、カットオフ波長が０．４７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である偏波保持光ファイバ。

デルタが０．１７％以上であるのは、これ未満では曲げ損失が増大するからである。また、デルタが０．２７％以下であるのは、コア径とＭＦＤとが小さくなってしまい、当該偏波保持光ファイバを他の光ファイバと接続するときなどに接続損失が増大してしまうからである。デルタを上記の範囲とし、コア径を２μｍ以上４μｍ以下とすることによって、ＭＦＤが３μｍ以上であり、カットオフ波長が０．４７μｍ以下である偏波保持光ファイバを得ることができる。

２）コアの直径が２μｍ以上３．５μｍ以下であり、クラッドにフッ素が添加されており、デルタが０．１７％以上０．２７％以下であって、直径６０ｍｍに曲げたときの損失が波長４１０ｎｍにおいて５０ｄＢ／ｍ以下であり、ＭＦＤが３μｍ以上であり、カットオフ波長が０．４０μｍ以下であり、かつ、波長４１０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である偏波保持光ファイバ。

３）コアの直径が２μｍ以上３．１μｍ以下であり、クラッドにフッ素が添加されており、デルタが０．１７％以上０．２７％以下であって、直径６０ｍｍに曲げたときに波長３８０ｎｍにおける損失が５０ｄＢ／ｍ以下であり、ＭＦＤが３μｍ以上であり、カットオフ波長が０．３７μｍ以下であり、かつ、波長３８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である偏波保持光ファイバ。

４）コアの直径が２μｍ以上４μｍ以下であり、クラッドにフッ素が添加されており、デルタが０．１５％以上０．３０％以下であって、直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、ＭＦＤが３μｍ以上であり、カットオフ波長が０．４７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である偏波保持光ファイバ。

５）コアの直径が２μｍ以上４μｍ以下であり、クラッドにフッ素が添加されており、デルタが０．１９％以上０．３０％以下であって、直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、ＭＦＤが２μｍ以上であり、カットオフ波長が０．４０μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である偏波保持光ファイバ。

６）コアの直径が２μｍ以上４μｍ以下であり、クラッドにフッ素が添加されており、デルタが０．２５％以上０．３３％以下であって、直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、モードフィールド径が２μｍ以上であり、カットオフ波長が０．３７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である偏波保持光ファイバ。

以上、実施形態を通して、本発明にかかる偏波保持光ファイバについて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、種々の変形が可能であり、特にクラッドの直径、応力付与部の直径などは、偏波保持光ファイバの使用条件・状況に合わせて適宜変更することができることはいうまでもない。

本発明にかかる偏波保持光ファイバを製造する方法を示す模式図である。本発明にかかる偏波保持光ファイバの断面および屈折率分布を示す図である。本発明にかかる偏波保持光ファイバの構造パラメータおよび光学特性を示す表である。図３に示す偏波保持光ファイバについて、伝送損失の水酸機濃度依存性を示すグラフである。カットオフ波長のコア径依存性を示すグラフである。曲げ損失のコア径依存性を示すグラフである。伝送損失の波長依存性を示すグラフである。

符号の説明

２ａ・・・コア部、４ａ・・・クラッド部、６・・・コアクラッド母材、８・・・貫通孔、１０・・・母材、１４・・・偏波保持光ファイバ。

Claims

光通信用の偏波保持光ファイバであって、
水酸基を６００ｐｐｍ以上１４００ｐｐｍ以下の濃度で含有するコアと、
前記コアを取り囲むクラッドと、
前記クラッドの一部を貫通し、前記コアを中心として対称であって前記コアの長手方向に並置する一対の応力付与部と、
を備え、
前記コアの直径が２μｍ以上４μｍ以下であり、
前記クラッドが、フッ素を含有し、前記コアに対する比屈折率差が０．１７％以上０．２７％以下である偏波保持光ファイバ。
直径６０ｍｍに曲げたときの波長４８０ｎｍにおける損失が５０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．４７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である、請求項１に記載の偏波保持光ファイバ。
直径６０ｍｍに曲げたときの波長４１０ｎｍにおける損失が５０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．４０μｍ以下であり、かつ、波長４１０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である、請求項１に記載の偏波保持光ファイバ。
直径６０ｍｍに曲げたときの波長３８０ｎｍにおける損失が５０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．３７μｍ以下であり、かつ、波長３８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である、請求項１に記載の偏波保持光ファイバ。
光通信用の偏波保持光ファイバであって、
水酸基を６００ｐｐｍ以上１４００ｐｐｍ以下の濃度で含有するコアと、
前記コアを取り囲むクラッドと、
前記クラッドの一部を貫通し、前記コアを中心として対称であって前記コアの長手方向に並置する一対の応力付与部と、
を備え、
前記コアの直径が２μｍ以上４μｍ以下であり、
前記クラッドが、フッ素を含有し、前記コアに対する比屈折率差が０．１５％以上０．３３％以下である偏波保持光ファイバ。
直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．４７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である、請求項５に記載の偏波保持光ファイバ。
直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．４０μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である、請求項５に記載の偏波保持光ファイバ。
直径６０ｍｍに曲げたときの波長６３０ｎｍにおける損失が６０ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長が０．３７μｍ以下であり、かつ、波長４８０ｎｍにおける損失が５ｄＢ／ｋｍ以下である、請求項５に記載の偏波保持光ファイバ。