JP6082875B2 - 大有効面積を有する低減衰光ファイバ - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバに関し、大有効面積を有する低減衰シングルモード光ファイバに係る。
国際通信サービスの発展に伴い、インターネット技術、３Ｇ、受動光ネットワークなどの技術が進歩し、光ファイバ帯域幅を利用した通信システムへのニーズが急増している。長距離大容量高速度通信システムは、通常光ファイバ増幅器と波長多重技術を使用する。このため、中枢網と海底通信において、光ファイバの無中継距離と輸送容量への要求がより高くなった。輸送容量と距離の増加は、より高いファイバ電力を供給し、より低くファイバ損失を抑え、可識別信号対ノイズ要求を満たすことで実現するべきである。ファイバ電力が増加すると、狭い光ファイバコア層においてサブ位相変調、交差位相変調や四波混合等の非線形効果が発生することが避けられない。特に、閾値が低い誘導ブリュアン散乱が発生した場合、システムが信号をクロストークしてしまい、またはシステムの信号対ノイズが低減してしまい、輸送容量を増加させることができない。
非線形効果は、光ファイバの光パワー密度に関連し、比較的に大有効面積で光ファイバの光パワー密度を低減でき、非線形効果の閾値を低減し、伝送パワーを増加できる。しかしながら、有効面積の増加につれて、光ファイバのモード信頼性評価基準(ＭＡＣ)の基準値が高まり、光ファイバがベンドによってセンシティブになる。実際に、ベンドによる付加損失で、光ファイバ損失が増加し、伝送性能に影響がある。一方、光ファイバ損失が低いほど、同一のファイバ電力でより長い距離を伝送でき、光ファイバの輸送容量を向上できる。
国際電気通信連合ＩＴＵ−ＴのＧ．６５４標準は、カットオフシフトのシングルモード光ファイバを定義する。その光ファイバの減衰レーベルが０．２２ｄＢ／ｋｍより下回り、波長１５５０ｎｍウィンドウにおいてモードフィールド径が９．５〜１３μｍで、標準シングルモードファイバ（ＳＳＭＦ）よりモードフィールド径が１〜２μｍ高まった。したがって、より大きい有効面積を有し、海底ケーブルに利用される場合無中継スパン長を増加させるが、マイクロベンド性能がＳＳＭＦに比べて明白に低下する。
特許文献１は以下の光ファイバを掲載した。該光ファイバは、中央コア層と、インナークラッド層と、アウタークラッド層を含み、１３１０ｎｍ波長において有効面積が８０μｍ２より高く、ベンド半径１０ｍｍでマイクロベンド損失が０．７ｄＢ/周より小さく、光ファイバ減衰値が０．１９ｄＢ／ｋｍ以下であり、すべての実施例は１５５０ｎｍ波長ウィンドウにおいて最も大きい有効面積が単に１３１．２μｍ２である。
特許文献２は以下の光ファイバを掲載した。該光ファイバは、中央コア層と、インナークラッド層と、アウタークラッド層を含み、１５５０ｎｍ波長において減衰値が０．１９ｄＢ／ｋｍ以下である。しかしながら、そのファイバには、中央コア層とクラッド層の屈性率差が非常に高く、１００μｍ２以上の有効面積を得ることができなく、コア層屈折率の絶対値が比較的に高いため、より高いゲルマニウムのドーピング濃度が必要となり、光ファイバの減衰値が０．１８５ｄＢ／ｋｍ以上になる。
一般的に以下の方法で光ファイバの有効面積を増加させる。コア層のサイズを増やすことにより、コア層の屈折率がクラッド層より高く、光ファイバの中に多くの光がコア層において伝送し、コア層径の増加により有効面積も増加するが、カットオフ波長に影響がある。カットオフ波長の数値が通信ウィンドウ波長より小さくされることが必要であり、コア層径の増加に限度がある。他には、コア層の比屈折率を低減することにより、光フィールド分布がより均一になり、有効面積が増加し、カットオフ波長も低下するが、光ファイバ減衰には逆効果となる。
コア層構造の変化とコア層サイズの増加により、有効面積が増加するが、光ファイバのベンド性能と減衰性能が劣化する。光ファイバのベンド性能を考慮すると、上記の特許文献２による光ファイバは、有効面積の増加が制限される。現状では、有効面積が１３５μｍ２以上で、よいベンド性能を有する光ファイバは存在していない。
本発明の内容を説明しやすくするために、一部の用語を定義する。
比屈折率差：光ファイバ各層と純石英の屈折率の差、と純石英の屈折率の比率である。
比屈折率差：光ファイバ各層と純石英の屈折率の差、と純石英の屈折率の比率である。
コア層：光ファイバにおいて屈折率が比較的に高いところで、光ファイバの主な光誘導領域である。本発明のコア層は、インナーコア層とアウターコア層とを含み、アウターコア層がインナーコア層を被覆する。
インナークラッド層：光ファイバにおいてコア層を密接に囲むクラッド領域であり、光ファイバの埋め込みクラッド層と接する。
埋め込みインナークラッド層：光ファイバにおいて、屈折率が最も低い領域であり、その比屈折率差が近隣するコア層とクラッド層より下回り、光ファイバプレフォームにおいてＰＣＶＤ工程でフッ素をドーピングして作成される、またはフッ素ドーピング石英チューブからなる。
アウタークラッド層：光ファイバガラス構造において最外側にあるクラッド領域であり、光ファイバのプラスチックと接する。
ｒ１：インナーコア層の半径で、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
ｒ２：アウターコア層の半径で、本発明のコア層半径であり、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
ｒ３：インナークラッド層の半径で、本発明の埋め込みインナークラッド層の内側の半径であり、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
ｒ４：アウタークラッド層の半径で、本発明の埋め込みインナークラッド層の外側の半径であり、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
ｒ５：アウタークラッド層の半径で、本発明の光ファイバ半径であり、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
Δ１２：インナーコア層とアウターコア層の比屈折率差である。
Δ１：インナーコア層と純石英ガラスの比屈折率差である。
Δ２：アウターコア層と純石英ガラスの比屈折率差である。
Δ３：インナークラッド層と純石英ガラスの比屈折率差である。
Δ４：埋め込みクラッド層と純石英ガラスの比屈折率差である。
Δ５：アウタークラッド層と純石英ガラスの比屈折率差である。
ｒ１：インナーコア層の半径で、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
ｒ２：アウターコア層の半径で、本発明のコア層半径であり、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
ｒ３：インナークラッド層の半径で、本発明の埋め込みインナークラッド層の内側の半径であり、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
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ｒ５：アウタークラッド層の半径で、本発明の光ファイバ半径であり、単位がマイクロ・メートル（μｍ）である。
Δ１２：インナーコア層とアウターコア層の比屈折率差である。
Δ１：インナーコア層と純石英ガラスの比屈折率差である。
Δ２：アウターコア層と純石英ガラスの比屈折率差である。
Δ３：インナークラッド層と純石英ガラスの比屈折率差である。
Δ４：埋め込みクラッド層と純石英ガラスの比屈折率差である。
Δ５：アウタークラッド層と純石英ガラスの比屈折率差である。
本発明により解決しようとする課題は、従来技術の不足を考慮し、大有効面積光ファイバを提供し、光ファイバの低減衰とよいベンド性能を維持し、同時により大きい有効面積を得ることである。
本発明が、上記の提起される問題を解決するために採用する技術案は、以下である。光ファイバはコア層とクラッド層とを含む。該コア層はインナーコア層とアウターコア層とを含む。該インナーコア層の半径ｒ１は１〜４μｍであり、アウターコア層との比屈折率差Δ１２（該インナーコア層の比屈折率差Δ１と、該アウターコア層の比屈折率差Δ２との差Δ１−Δ２）が−０．２％≦Δ１２＜０％である。該アウターコア層の半径ｒ２は４〜７μｍであり、該アウターコア層の比屈折率差Δ２は−０．１５％〜０．０５％である。該クラッド層はインナークラッド層と、埋め込みクラッド層と、アウタークラッド層と、を含む。該インナークラッド層が該コア層を被覆し、該インナークラッド層の半径ｒ３は７〜２０μｍであり、比屈折率差Δ３が−０．５％〜−０．１％である。該埋め込みクラッド層の半径ｒ４は１２〜４０μｍであり、比屈折率差Δ４が−１．０％〜−０．３％である。最外層が該アウタークラッド層であり、該アウタークラッド層の比屈折率差Δ５が−０．４％〜−０．２％である。
上記技術案によれば、前記インナーコア層は、アウターコア層との比屈折率差Δ１２が−０．１％≦Δ１２＜０％である。
上記技術案によれば、前記アウターコア層の比屈折率差Δ２は−０．１５％〜０．０５％であり、前記アウターコア層の半径ｒ２は５〜７μｍである。
上記技術案によれば、前記インナークラッド層の半径ｒ３は１０〜２０μｍであり、比屈折率差Δ３が−０．４％〜−０．２％である。
上記技術案によれば、前記インナークラッド層の半径ｒ３は７〜１５μｍであり、比屈折率差Δ３が−０．３５％〜−０．１％である。
上記技術案によれば、前記埋め込みクラッド層の半径ｒ４は１７〜４０μｍであり、比屈折率差Δ４が−０．６％〜−０．３％である。
上記技術案によれば、前記埋め込みクラッド層の半径ｒ４は１２〜２０μｍであり、比屈折率差Δ４が−１．０％〜−０．４％である。
上記技術案によれば、前記アウタークラッド層はフッ素ドーピングの純石英ガラスであり、半径ｒ５は６２．５±０．５μｍである。
上記技術案によれば、前記光ファイバコア層材料は、フッ素ドーピング材料またはゲルマニウムとフッ素ドーピング材料である。
上記技術案によれば、前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける有効面積が１１０〜１５０μｍ２であり、波長１５５０ｎｍにおける減衰値が０．１８０ｄＢ／ｋｍ以下である。
上記技術案によれば、光ファイバからなるケーブルは、カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である。
上記技術案によれば、光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、１０ｍｍのベンド半径で１周巻き取ることによるベンド付加損失が０．７ｄＢ以下であり、波長１６２５ｎｍにおいて、１０ｍｍのベンド半径で１周巻き取ることによるベンド付加損失が１．５ｄＢ以下であり、波長１６２５ｎｍにおいて、３０ｍｍのベンド半径で１００周巻き取ることによるベンド付加損失が０．０５ｄＢ以下である。
上記技術案によれば、光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、有効面積が１１０〜１４０μｍ２であり、波長１５５０ｎｍにおいて、減衰値が０．１７５ｄＢ/ｋｍ以下である。
本発明により取得する有益な効果は以下のとおりである。第一に、コア層の比屈折率は純石英ガラスの屈折率に近く、普通の標準シングルモードファイバ（ＳＳＭＦ）に比べて、十分にレイリー散乱による損失を低減し、光ファイバ減衰の減少に有益である。インナーコア層の低い屈折率分布を設計することにより、光ファイバにおいて伝送する光量分布がより均一になり、コア層の全体サイズが変わらない場合でも、有効面積を増加させ、同時に本発明の光ファイバと普通のＳＳＭＦの溶接損失が減少する。第二に、コア層は二層構造で、アウターコア層は適切な比屈折率を有し、インナーコア層が埋め込まれ、よい減衰特性と同一のコア層径を維持すると共に、有効面積を増加させ、カットオフ波長を低減できる。第三に、比較的に深い埋め込みクラッド層を有し、有効面積が増加する一方、よい光ファイバベンド性能を得て、有効面積の増加がベンド性能に与える逆効果を改善でき、光量分布範囲を制限し、光ファイバにおいて伝送する光量をコア層に集中させ、光ファイバ減衰の低下に有益である。第四に、コア層は、ゲルマニウムとフッ素ドーピングで、コア層の粘度を低減し、コアパッケージの粘度ミスマッチを改善でき、光ファイバ減衰の低下に有益である。
本発明の光ファイバは、より大きい有効面積と比較的に低い輸送損失を有するので、容量が大きく、伝送速度が高い長距離輸送システムに適用される。例えば海底光ケーブル通信システムと長距離陸地輸送システムに利用される場合、該光ファイバはＧ．６５４光ファイバとの互換性があり、よいベンド性能を有し、光ファイバ作製と構築工程で適用することができ、有益となる。
以下、詳細な実施例を挙げて本発明をさらに説明する。
光ファイバは、コア層とクラッド層とを含み、コア層はインナーコア層（１）とアウターコア層（２）とを含み、アウターコア層（２）がインナーコア層（１）を被覆する。インナーコア層（１）の比屈折率差は、アウターコア層（２）の比屈折率差より小さく、インナーコア層（１）とアウターコア層（２）はフッ素（Ｆ）ドーピング、またはゲルマニウムとフッ素ドーピングとの石英ガラスからなり、アウターコア層（２）の比屈折率差は、クラッド層の比屈折率差より大きい。光ファイバのクラッド層は、インナークラッド層（３）と、埋め込みクラッド層（４）と、アウタークラッド層（５）とを含み、埋め込みクラッド層（４）の比屈折率差は、インナークラッド層（３）とアウタークラッド層（５）の比屈折率差より小さい。
光ファイバは、コア層とクラッド層とを含み、コア層はインナーコア層（１）とアウターコア層（２）とを含み、アウターコア層（２）がインナーコア層（１）を被覆する。インナーコア層（１）の比屈折率差は、アウターコア層（２）の比屈折率差より小さく、インナーコア層（１）とアウターコア層（２）はフッ素（Ｆ）ドーピング、またはゲルマニウムとフッ素ドーピングとの石英ガラスからなり、アウターコア層（２）の比屈折率差は、クラッド層の比屈折率差より大きい。光ファイバのクラッド層は、インナークラッド層（３）と、埋め込みクラッド層（４）と、アウタークラッド層（５）とを含み、埋め込みクラッド層（４）の比屈折率差は、インナークラッド層（３）とアウタークラッド層（５）の比屈折率差より小さい。
本発明における、ＰＫ２０００で光ファイバパラメータと、光ファイバが波長１５５０ｎｍと１６２５ｎｍにおいて異なるベンド半径でのベンド付加損失と、ＯＴＤＲで光ファイバ減衰と、ＮＲ９２００で光ファイバ屈折率断面構造を測定する。
本発明が作成する光ファイバの構造パラメータは、表１を参照する。
本発明が作成する光ファイバの性能パラメータは、表２を参照する。
上記の実施例により、本発明の光ファイバは、モードフィールド径、カットオフ波長と光ファイバ損失などの光学パラメータが、国際電気通信連合データ通信標準化セクターＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５４標準の要求を満たし、ベンド性能もＧ．６５４標準の要求より優れ、有効面積は１２０μｍ２以上に達する。本発明は、有効面積とベンド性能とを同時に可及的に最適化することができる。上記は、容量が大きく、伝送速度が高い長距離輸送にとって重要であり、よいベンド性能を有する光ファイバは、光ファイバシステムの構築費用を低減し、構築工程において通信システムに与えられる逆効果を減少でき、応用価値が非常に大きい。
Claims (10)
- コア層とクラッド層とを含む大有効面積を有する光ファイバにおいて、該コア層はインナーコア層とアウターコア層とを含み、該インナーコア層の半径ｒ１は１〜４μｍであり、該インナーコア層の該アウターコア層との比屈折率差Δ１２（該インナーコア層の比屈折率差Δ１と、該アウターコア層の比屈折率差Δ２との差Δ１−Δ２）が−０．２％≦Δ１２＜０％であり、該アウターコア層の半径ｒ２は４〜７μｍであり、該アウターコア層の比屈折率差Δ２が−０．１５％〜０．０５％であり、該クラッド層はインナークラッド層と、埋め込みクラッド層と、アウタークラッド層とを含み、該インナークラッド層が該コア層を被覆し、該インナークラッド層の半径ｒ３は７〜２０μｍであり、該インナークラッド層の比屈折率差Δ３が−０．５％〜−０．１％であり、該埋め込みクラッド層の半径ｒ４は１２〜４０μｍであり、該埋め込みクラッド層の比屈折率差Δ４が−１．０％〜−０．３％であり、最外層が該アウタークラッド層であり、該アウタークラッド層の比屈折率差Δ５が−０．４％〜−０．２％であることを特徴とする大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記インナーコア層は、前記アウターコア層との比屈折率差Δ１２が−０．１％≦Δ１２＜０％であることを特徴とする請求項１に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記アウターコア層の比屈折率差Δ２は−０．１５％〜０．０５％であり、前記アウターコア層の半径ｒ２は５〜７μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記インナークラッド層の半径ｒ３は１０〜２０μｍであり、比屈折率差Δ３が−０．４％〜−０．２％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記インナークラッド層の半径ｒ３は７〜１５μｍであり、比屈折率差Δ３が−０．３５％〜−０．１％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記埋め込みクラッド層の半径ｒ４は１７〜４０μｍであり、比屈折率差Δ４が−０．６％〜−０．３％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記埋め込みクラッド層の半径ｒ４は１２〜２０μｍであり、比屈折率差Δ４が−１．０％〜−０．４％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記アウタークラッド層はフッ素ドーピングの石英ガラスであり、半径ｒ５は６２．５±０．５μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける有効面積が１１０〜１５０μｍ２であり、波長１５５０ｎｍにおける減衰値が０．１８０ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
- 前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、１０ｍｍのベンド半径で１周巻き取ることによるベンド付加損失が０．７ｄＢ以下であり、波長１６２５ｎｍにおいて、１０ｍｍのベンド半径で１周巻き取ることによるベンド付加損失が１．５ｄＢ以下であり、波長１６２５ｎｍにおいて、３０ｍｍのベンド半径で１００周巻き取ることによるベンド付加損失が０．０５ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の大有効面積を有する光ファイバ。
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