JP6746625B2 - Optical fiber - Google Patents
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Description
本発明は、熱拡散によりコアを拡大可能な光ファイバに関する。 The present invention relates to an optical fiber whose core can be expanded by thermal diffusion.
シリコン光導波路に代表される半導体光導波路は、光通信用デバイスの集積化に寄与する技術として、大きな期待が寄せられている。例えば、光変調器、光検出器、光スイッチなどの機能を有するシリコン導波路が実現されており、光通信への利用が始まっている。 Semiconductor optical waveguides typified by silicon optical waveguides are highly expected as a technology that contributes to the integration of optical communication devices. For example, silicon waveguides having functions such as an optical modulator, a photodetector, and an optical switch have been realized, and their use in optical communication has begun.
半導体光導波路に入力する光、又は、半導体光導波路から出力された光を伝搬するために、半導体光導波路には、しばしば、CSMF(Conventional Single Mode Fiber)が接続される。ところが、半導体光導波路のモードフィールド径が1μm程度であるのに対して、CSMFのモードフィールド径は10μm程度である。このため、半導体光導波路にCSMFを突き合わせ接続すると、モードフィールド径の差に起因する接続損失が大きくなり過ぎて実用に耐えない。 A CSMF (Conventional Single Mode Fiber) is often connected to the semiconductor optical waveguide in order to propagate the light input to the semiconductor optical waveguide or the light output from the semiconductor optical waveguide. However, the mode field diameter of the semiconductor optical waveguide is about 1 μm, whereas the mode field diameter of CSMF is about 10 μm. For this reason, if the CSMF is butt-connected to the semiconductor optical waveguide, the connection loss due to the difference in the mode field diameter becomes too large and it cannot be put to practical use.
そこで、半導体光導波路にSSC(Spot Size Converter)を作り込み、SSCにCSMFを接続する方法が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、SSCを用いて半導体光導波路のモードフィールド径をCSMFのモードフィールド径と同程度まで拡大すると、SSCにおける損失が大きくなるという問題がある。このため、SCCを用いてモードフィールド径が4μmに拡大された半導体光導波路に、モードフィールド径が4μmのブリッジファイバの一端を突き合わせ接続し、このブリッジファイバの他端にモードフィールド径が10μmのCSMFを融着接続することが検討されている。 Therefore, there has been proposed a method of forming an SSC (Spot Size Converter) in the semiconductor optical waveguide and connecting a CSMF to the SSC (see Patent Document 1). However, if the mode field diameter of the semiconductor optical waveguide is expanded to the same extent as the mode field diameter of CSMF by using SSC, there is a problem that the loss in SSC becomes large. Therefore, one end of a bridge fiber having a mode field diameter of 4 μm is butt-connected to a semiconductor optical waveguide whose mode field diameter is expanded to 4 μm by using SCC, and the other end of the bridge fiber has a mode field diameter of 10 μm. It is considered to fusion-splice.
このようなブリッジファイバには、TEC(Thermally Diffused Expanded Core)を有する光ファイバ、すなわち、熱拡散によりコアを拡大可能な光ファイバを用いる(特許文献2、3参照)。そうすると、ブリッジファイバのコアがCSMFとの融着時又はその後の加熱により拡大するため、ブリッジファイバとCSMFとの間にモードフィールド径の不整合が軽減され、その結果、ブリッジファイバとCSMFとの融着点における接続損失を小さく抑えることができるからである。 As such a bridge fiber, an optical fiber having a TEC (Thermally Diffused Expanded Core), that is, an optical fiber whose core can be expanded by thermal diffusion is used (see Patent Documents 2 and 3). Then, the core of the bridge fiber expands during fusion with the CSMF or by subsequent heating, so that the mode field diameter mismatch between the bridge fiber and the CSMF is reduced, and as a result, the fusion between the bridge fiber and the CSMF is reduced. This is because the connection loss at the landing point can be reduced.
なお、熱拡散によるコアの拡大は、コアを形成するために添加されたアップドーパント(石英ガラスの屈折率を上げるための添加物)が加熱により周囲に拡散することによって生じる。コアを形成するために添加されたアップドーパントがゲルマニウム(Ge)である場合、周囲にゲルマニウム、リン(P)、及びフッ素(F)を共添加することによって、コアの拡大を促進できることが知られている(特許文献4参照)。 The expansion of the core by thermal diffusion is caused by up-dopants (additives for increasing the refractive index of quartz glass) added to form the core being diffused to the surroundings by heating. When the updopant added to form the core is germanium (Ge), it is known that co-addition of germanium, phosphorus (P), and fluorine (F) around the core can promote the expansion of the core. (See Patent Document 4).
しかしながら、コアがゲルマニウムを添加した石英ガラスにより構成され、内側クラッドがゲルマニウム、リン、及びフッ素を添加した石英ガラスにより構成された光ファイバについて、これらのドーパントを公知の濃度で添加しただけでは、CSMFとの融着点における接続損失が十分に小さくならない(例えば、0.2dB以下にならない)ことを、本願発明者らは見出した。これは、熱拡散によるコアの拡大が不十分であることを意味する。 However, with respect to an optical fiber whose core is composed of silica glass doped with germanium and whose inner cladding is composed of silica glass doped with germanium, phosphorus, and fluorine, it is only necessary to add these dopants at known concentrations. The inventors of the present application have found that the connection loss at the fusion-bonding point with does not become sufficiently small (for example, does not become 0.2 dB or less). This means insufficient expansion of the core due to thermal diffusion.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱拡散によりコアが拡大する光ファイバであって、CSMFとの融着点における接続損失が十分に小さくなる(例えば、0.2dB以下になる)光ファイバを実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is an optical fiber in which a core expands by thermal diffusion, and a connection loss at a fusion point with CSMF is sufficiently small (for example, It is to realize an optical fiber (less than 0.2 dB).
上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバは、アップドーパントが添加された石英ガラスにより構成されたコアと、上記コアの側面を覆う内側クラッドであって、アップドーパント及びダウンドーパントの両方が添加された石英ガラスにより構成された内側クラッドと、上記内側クラッドの外側面を覆う外側クラッドであって、石英ガラスにより構成された外側クラッドと、を備えており、上記内側クラッドの屈折率は、上記外側クラッドの屈折率と実質的に等しく、上記内側クラッドにおける上記アップドーパントの濃度は、当該アップドーパントによる屈折率上昇率が0.25%以上0.5%以下となるように定められている、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical fiber according to the present invention is a core made of silica glass to which an updopant is added, and an inner clad that covers the side surface of the core, both an updopant and a downdopant. An inner clad made of silica glass to which is added, and an outer clad that is an outer clad that covers the outer surface of the inner clad and is made of quartz glass, and the refractive index of the inner clad is , The refractive index of the outer cladding is substantially equal, and the concentration of the updopant in the inner cladding is determined so that the rate of increase in the refractive index due to the updopant is 0.25% or more and 0.5% or less. It is characterized by
上記の構成によれば、当該光ファイバを他の光ファイバ(例えば、CSMF)に融着接続する場合、融着点近傍においてコアを十分に拡大することができ、その結果、各融着点における接続損失を十分に小さくする(例えば、0.2dB以下にする)ことができる。 According to the above configuration, when the optical fiber is fusion-spliced to another optical fiber (for example, CSMF), the core can be sufficiently expanded in the vicinity of the fusion point, and as a result, at each fusion point. The connection loss can be made sufficiently small (for example, 0.2 dB or less).
本発明に係る光ファイバにおいて、上記コアにおける上記アップドーパントの濃度は、波長1550nmにおけるモードフィールド径が3.5μm以上6.5μm以下となるように定められている、ことが好ましい。 In the optical fiber according to the present invention, the concentration of the updopant in the core is preferably set so that the mode field diameter at a wavelength of 1550 nm is 3.5 μm or more and 6.5 μm or less.
上記の構成によれば、当該光ファイバを半導体導波路に突き合わせ接続する際、軸ずれに対するトレランスを保ちつつ、接続損失を小さく抑えることができる。 According to the above configuration, when the optical fiber is butt-connected to the semiconductor waveguide, the connection loss can be suppressed to be small while maintaining the tolerance against the axis deviation.
本発明に係る光ファイバにおいて、上記内側クラッドにおける上記ダウンドーパントの濃度は、上記外側クラッドに対する上記内側クラッドの比屈折率差の絶対値が0.1%以下となるように定められている、ことが好ましい。 In the optical fiber according to the present invention, the concentration of the downdopant in the inner cladding is determined so that the absolute value of the relative refractive index difference of the inner cladding with respect to the outer cladding is 0.1% or less. Is preferred.
上記の構成によれば、カットオフ波長や曲げ損失などを、所期の値(上記内側クラッドの屈折率と上記外側クラッドの屈折率とが一致する場合に期待される値)に近づけることができる。なお、上記外側クラッドに対して、内側クラッドの屈折率が大きい場合には、カットオフ波長が長くなり、シングルモード動作が困難になるという問題を生じる可能性がある。 According to the above configuration, the cutoff wavelength, the bending loss, etc. can be brought close to a desired value (a value expected when the refractive index of the inner cladding and the refractive index of the outer cladding match). .. If the refractive index of the inner cladding is larger than that of the outer cladding, the cutoff wavelength becomes long, which may cause a problem that the single mode operation becomes difficult.
本発明に係る光ファイバおいて、上記コアには、上記アップドーパントとして、ゲルマニウムが添加されており、上記内側クラッドには、上記ダウンドーパントとして、フッ素が添加されている、ことが好ましい。 In the optical fiber according to the present invention, it is preferable that germanium is added to the core as the up-dopant and fluorine is added to the inner cladding as the down-dopant.
上記の構成によれば、当該光ファイバを他の光ファイバに融着接続する場合、融着点近傍においてコアを更に拡大することができ、その結果、融着点における接続損失を更に小さくすることができる。 According to the above configuration, when the optical fiber is fusion-spliced to another optical fiber, the core can be further expanded in the vicinity of the fusion point, and as a result, the connection loss at the fusion point can be further reduced. You can
本発明に係る光ファイバにおいて、上記内側クラッドには、例えば、上記アップドーパントとして、リン及びゲルマニウムの一方又は両方が添加されていてもよい。また、本発明に係る光ファイバにおいて、上記内側クラッドには、上記ダウンドーパントとして、更にホウ素が添加されていてもよい。 In the optical fiber according to the present invention, for example, one or both of phosphorus and germanium may be added to the inner cladding as the updopant. Further, in the optical fiber according to the present invention, boron may be further added to the inner cladding as the down dopant.
本発明に係る光ファイバは、コアに対して対称に配置された1対の応力付与部を更に備えている、ことが好ましい。 It is preferable that the optical fiber according to the present invention further includes a pair of stress applying portions symmetrically arranged with respect to the core.
上記の構成によれば、当該光ファイバを偏波保持ファイバとして機能させることができる。 According to the above configuration, the optical fiber can function as a polarization maintaining fiber.
本発明に係る光ファイバにおいて、上記1対の応力付与部は、その外縁が上記内側クラッドの外縁と接するように、又は、その外縁が上記内側クラッドの外縁から離間するように配置されている、ことが好ましい。 In the optical fiber according to the present invention, the pair of stress applying portions are arranged such that their outer edges are in contact with the outer edge of the inner clad, or their outer edges are separated from the outer edge of the inner clad, It is preferable.
上記の構成によれば、コアの非円度を低くすること、すなわち、コアの真円度を高くすることができる。 According to the above configuration, it is possible to reduce the non-circularity of the core, that is, increase the circularity of the core.
なお、上記光ファイバと、上記光ファイバの一端に突き合わせ接続された半導体光導波路と、上記光ファイバの他端に融着接続されたCSMF(Conventional Single Mode Fiber)とを備えている光デバイスも、本発明の範疇に含まれる。 An optical device including the optical fiber, a semiconductor optical waveguide butt-connected to one end of the optical fiber, and a CSMF (Conventional Single Mode Fiber) fusion-bonded to the other end of the optical fiber, Within the scope of the present invention.
本発明によれば、熱拡散によりコアを拡大可能な光ファイバであって、CSMFとの融着点における接続損失が十分に小さくなる光ファイバを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an optical fiber whose core can be expanded by thermal diffusion and which has a sufficiently small connection loss at the fusion point with CSMF.
(光ファイバの構造)
本発明の一実施形態に係る光ファイバ1の構造について、図1を参照して説明する。図1の上段は、光ファイバ1の構造を示す断面図であり、図1の下段は、光ファイバ1の屈折率分布を示すグラフである。
(Structure of optical fiber)
The structure of the optical fiber 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The upper part of FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the optical fiber 1, and the lower part of FIG. 1 is a graph showing the refractive index distribution of the optical fiber 1.
光ファイバ1は、図1の上段に示すように、円形状の断面を有するコア11と、コア11の側面を覆う、円環状の断面を有する内側クラッド12と、内側クラッド12の外側面を覆う、円環状の断面を有する外側クラッド13と、を備えている。光ファイバ1は、外側クラッド13の外側面を覆う、円環状の断面を有する保護被覆層(不図示)を更に備えていてもよい。
As shown in the upper part of FIG. 1, the optical fiber 1 covers a
本実施形態においては、コア11の直径d1を4μmとし、内側クラッド12の直径(外径)d2を16μmとし、外側クラッド13の直径(外径)d3を80μmとしている。ここで、外側クラッド13の直径d3を80μmとしているのは、機械的強度に関する信頼性を曲げた状態でも担保するためである。使用目的や使用環境によっては、外側クラッド13の直径d3を125μmとしてもよい。
In this embodiment, the diameter d1 of the
コア11は、アップドーパントであるゲルマニウム(Ge)が添加された石英ガラスにより構成されている。このため、コア11の屈折率n1は、図1の下段に示すように、外側クラッド13の屈折率n3(後述するように、純粋石英ガラスの屈折率と実質的に同一)よりも高くなる。本実施形態においては、波長1550nmにおけるモードフィールド径が3.5μm以上6.5μm以下にするために、外側クラッド13に対するコア11の比屈折率差Δ1={(n1−n3)/n1}×100が1.0%以上2.8%以下になるようコア11に添加するアップドーパントの濃度が定められている。
The
なお、本実施形態においては、ゲルマニウムをアップドーパントとしてコア11に添加する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ゲルマニウムの代わりにリン(P)をアップドーパントとしてコア11に添加する構成を採用してもよいし、ゲルマニウムに加えてリンをアップドーパントとしてコア11に添加する構成を採用してもよい。 In the present embodiment, germanium is added to the core 11 as an updopant, but the present invention is not limited to this. That is, a configuration in which phosphorus (P) is added as an updopant to the core 11 instead of germanium may be adopted, or a configuration in which phosphorus is added to the core 11 as an updopant in addition to germanium may be adopted.
内側クラッド12は、コア11に添加されたアップドーパントの拡散を促進するためのダウンドーパントであるフッ素(F)と、このダウンドーパントによる屈折率低下を相殺するためのアップドーパントであるゲルマニウム(Ge)及びリン(P)とが添加された石英ガラスにより構成されている。このため、内側クラッド12の屈折率n2は、図1の下段に示すように、外側クラッド13の屈折率n3と実質的に同一になる。本実施形態においては、(1)アップドーパントによる屈折率上昇率Δが0.25%以上0.50%以下になるように、内側クラッド12に添加するアップドーパントの濃度が定められ、(2)外側クラッド13に対する内側クラッド12の比屈折率差Δ2={(n2−n3)/n2}×100の絶対値が0.10%以下になるように、内側クラッド12におけるダウンドーパントの濃度が定められている。ここで、アップドーパントによる屈折率上昇率Δとは、そのアップドーパントが添加される前の石英ガラスの屈折率をn、そのアップドーパントが添加された後の石英ガラスの屈折率をn’として、{(n’−n)/n’}×100より定義される量である。
The inner clad 12 is fluorine (F), which is a down dopant for promoting diffusion of the up-dopant added to the
なお、本実施形態においては、フッ素をダウンドーパントとして内側クラッド12に添加する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、フッ素の代わりにホウ素(B)をダウンドーパントとして内側クラッド12に添加する構成を採用してもよいし、フッ素に加えてホウ素をダウンドーパントとして内側クラッド12に添加する構成を採用してもよい。また、本実施形態においては、ゲルマニウム及びリンの両方をアップドーパントとして内側クラッド12に添加する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ゲルマニウムのみをアップドーパントとして内側クラッド12に添加する構成を採用してもよいし、リンのみをアップドーパントとして内側クラッド12に添加する構成を採用してもよい。
In addition, in the present embodiment, a configuration in which fluorine is added to the
外側クラッド13は、塩素(Cl)以外のドーパントが意図的に添加されていない石英ガラスにより構成されている。すなわち、外側クラッド13を構成する石英ガラスには、アップドーパントもダウンドーパントも添加されていないので、外側クラッド13の屈折率n3は、純粋石英ガラスの屈折率1.46と実質的に同一になる。
The
以上のように、内側クラッド12には、ダウンドーパントが十分に(内側クラッド12に添加されたアップドーパントによる0.25%以上の屈折率上昇率Δを相殺するに足る量)含まれている。このダウンドーパントは、それ自身がコア11に拡散することによりコア11の屈折率を低下させる作用と、コア11に添加されたアップドーパントの内側クラッド12への拡散を促進することにより内側クラッド12の屈折率を低下させる作用とを有する。このため、光ファイバ1を他の光ファイバと融着する際に、融着点近傍においてコア11の直径d1を十分に拡大し、融着点における接続損失を十分に抑制することができる。
As described above, the
特に、内側クラッド12に添加されたフッ素は、コア11に添加されたゲルマニウムの拡散を顕著に促進する。したがって、本実施形態のように、コア11にアップドーパントとしてゲルマニウムを添加すると共に、内側クラッド12にダウンドーパントとしてフッ素を添加する構成を採用することによって、融着点近傍においてコア11の直径d1を顕著に拡大し、融着点における接続損失を顕著に抑制することができる。
In particular, the fluorine added to the inner clad 12 remarkably promotes the diffusion of germanium added to the
また、外側クラッド13に対するコア11の比屈折率差Δ1が1.0%よりも小さい場合、波長1550nmにおけるモードフィールド径が6.5μmよりも大きくなる。このため、光ファイバ1をシリコン導波路に接続する際、接続損失が大きくなる。一方、外側クラッド13に対するコア11の比屈折率差Δ1が2.8%よりも大きい場合、波長1550nmにおけるモードフィールド径が3.5μmよりも小さくなる。このため、光ファイバ1をシリコン導波路に接続する際、調心が困難になる(軸ずれに対するトレランスが小さくなる)。したがって、本実施形態のように、外側クラッド13に対するコア11の比屈折率差Δ1を1.0%以上2.8%以下にすることによって、光ファイバ1をシリコン導波路に接続する際、接続損失を小さく抑えると共に、調心を容易にすることができる。
When the relative refractive index difference Δ1 of the core 11 with respect to the
なお、内側クラッド12に添加されるダウンドーパントの濃度を、内側クラッド12に添加されるアップドーパントの濃度と外側クラッド13に対する内側クラッド12の比屈折率差Δ2とを用いて間接的に規定しているのは、内側クラッド12に添加されたダウンドーパントであるフッ素の濃度を直接的に測定することが困難だからである。
The concentration of the down-dopant added to the inner clad 12 is indirectly defined by using the concentration of the up-dopant added to the inner clad 12 and the relative refractive index difference Δ2 of the inner clad 12 with respect to the outer clad 13. This is because it is difficult to directly measure the concentration of fluorine, which is the down dopant added to the
(光ファイバにおけるコア拡大)
次に、光ファイバ1を他の光ファイバに融着する際に生じるコア拡大について説明する。
(Expansion of core in optical fiber)
Next, the core expansion that occurs when the optical fiber 1 is fused to another optical fiber will be described.
光ファイバ1の各部に添加された各ドーパントは、加熱処理によって拡散する。時刻0におけるドーパントの濃度分布u(r,0)=δ(r)であるとき、時刻tにおけるドーパントの濃度分布u(r,t)は、(1)式により与えられる。
Each dopant added to each part of the optical fiber 1 is diffused by the heat treatment. When the dopant concentration distribution u(r,0)=δ(r) at
(1)式におけるDは、(2)式により定義され、拡散係数と呼ばれる。(2)式において、Qは活性化エネルギーであり、Rは気体定数であり、Tは絶対温度であり、D0は実験定数である。 D in the equation (1) is defined by the equation (2) and is called a diffusion coefficient. In equation (2), Q is the activation energy, R is the gas constant, T is the absolute temperature, and D 0 is the empirical constant.
図2は、コア11に添加されたアップドーパント(ゲルマニウム)の濃度分布を示すグラフである。図2において、(a)は、加熱処理前のアップドーパントの濃度分布を示し、(b)は、加熱処理中のアップドーパントの濃度分布を示し、(b)は、加熱処理後のアップドーパントの濃度分布を示す。図2において、r1は、加熱処理前のコア11の半径、r2は、加熱処理前の内側クラッド12の半径である。
FIG. 2 is a graph showing the concentration distribution of the updopant (germanium) added to the
図2によれば、加熱処理によって、r<r1となる領域(加熱処理前のコア11)に偏在していたアップドーパントがr>r2となる領域(加熱処理前の内側クラッド12)に拡散していることが分かる。
According to FIG. 2, by the heat treatment, the updopant that was unevenly distributed in the region where r<r1 (
図3は、内側クラッド12に添加されたアップドーパント(ゲルマニウム及びリン)の濃度分布を示すグラフである。図3において、(a)は、加熱処理前のアップドーパントの濃度分布を示し、(b)は、加熱処理中のアップドーパントの濃度分布を示し、(c)は、加熱処理後のアップドーパントの濃度を示す。図3において、r1は、加熱処理前のコア11の半径であり、r2は、加熱処理前の内側クラッド12の半径である。
FIG. 3 is a graph showing the concentration distribution of the updopant (germanium and phosphorus) added to the inner clad 12. In FIG. 3, (a) shows the concentration distribution of the updopant before the heat treatment, (b) shows the concentration distribution of the updopant during the heat treatment, and (c) shows the updopant of the updopant after the heat treatment. Indicates the concentration. In FIG. 3, r1 is the radius of the core 11 before the heat treatment, and r2 is the radius of the
図3によれば、r1<r<r2となる領域(加熱処理前の内側クラッド12)に偏在していたアップドーパントがr<r1となる領域(加熱処理前のコア11)及びr>r2となる領域(加熱処理前の外側クラッド13)に非対称に拡散していることが分かる。アップドーパントが非対称に拡散する、すなわち、r<r1となる領域への拡散がr>r2となる領域への拡散よりも抑制されている理由は、r<r1となる領域にはアップドーパントが添加されているのに対して、r>r2となる領域にはアップドーパントが添加されていないからであると考えられる。
According to FIG. 3, the updopant that was unevenly distributed in the region where r1<r<r2 (the
図4は、内側クラッド12に添加されたダウンドーパント(フッ素)の濃度分布を示すグラフである。図4において、(a)は、加熱処理前のダウンドーパントの濃度分布を示し、(b)は、加熱処理中のダウンドーパントの濃度分布を示し、(c)は、加熱処理後のダウンドーパントの濃度を示す。図4において、r1は、加熱処理前のコア11の半径であり、r2は、加熱処理前の内側クラッド12の半径である。
FIG. 4 is a graph showing the concentration distribution of the down dopant (fluorine) added to the
図4によれば、r1<r<r2となる領域(加熱処理前の内側クラッド12)に偏在していたダウンドーパントがr<r1となる領域(加熱処理前のコア11)及びr>r2となる領域(加熱処理前の外側クラッド13)に略対称に拡散している(アップドーパントよりも拡散の対称性が高い)ことが分かる。ダウンドーパントが略対称に拡散する理由は、r<r1となる領域にもr>r2となる領域にもダウンドーパントが添加されていないからであると考えられる。このため、r1<r<r2となる領域からr<r1となる領域に拡散するダウンドーパントの量は、r1<r<r2となる領域からr<r1となる領域に拡散するアップドーパントの量よりも多くなる。
According to FIG. 4, the down-dopant distributed unevenly in the region where r1<r<r2 (the
図5は、図2、図3、及び図4に示す各ドーパントの分布から推定される光ファイバ1の屈折率分布を示すグラフである。図5において、(a)は、加熱処理前の屈折率分布を示し、(b)は、加熱処理中の屈折率分布を示し、(c)は、加熱処理後の屈折率分布を示す。図5において、r1は、加熱処理前のコア11の半径であり、r2は、加熱処理前の内側クラッド12の半径である。
FIG. 5 is a graph showing the refractive index distribution of the optical fiber 1 estimated from the distributions of the respective dopants shown in FIGS. 2, 3 and 4. In FIG. 5, (a) shows the refractive index distribution before the heat treatment, (b) shows the refractive index distribution during the heat treatment, and (c) shows the refractive index distribution after the heat treatment. In FIG. 5, r1 is the radius of the core 11 before the heat treatment, and r2 is the radius of the
図5によれば、コアとして機能する相対的に屈折率の高い領域が加熱処理によって拡大することが確かめられる。 According to FIG. 5, it is confirmed that the region having a relatively high refractive index, which functions as the core, is expanded by the heat treatment.
(実施例)
以下、実施例に係る光ファイバA〜D、及び、比較例に係る光ファイバE〜Gについて、CSMFとの融着点における接続損失を実測した結果について説明する。
(Example)
Hereinafter, the results of actually measuring the connection loss at the fusion point with CSMF for the optical fibers A to D according to the example and the optical fibers E to G according to the comparative example will be described.
光ファイバA〜Gとしては、コアの直径が4μm、内側クラッドの直径が16μm、外側クラッドの直径が80μmの光ファイバを用意した。光ファイバA〜Gの各々において、コアに添加されたアップドーパンとは、ゲルマニウムであり、内側クラッドに添加されたダウンドーパントは、フッ素であり、内側クラッドに添加されたアップドーパントは、ゲルマニウム及びリンである。コアに添加されたゲルマニウムの濃度は、外側クラッドに対するコアの比屈折率差が+1.0%以上+2.8%以下になるように決められており、内側クラッドに添加されたアップドーパントの濃度は、外側クラッドに対する内側クラッドの比屈折率差の絶対値が0.10%以下になるように決められている。CMSFとしては、クラッドの直径が125μmの光ファイバであって、波長1550nmおけるモードフィールド径が10.6μmとなる光ファイバを用意した。 As the optical fibers A to G, optical fibers having a core diameter of 4 μm, an inner cladding diameter of 16 μm, and an outer cladding diameter of 80 μm were prepared. In each of the optical fibers A to G, the up-dopant added to the core is germanium, the down-dopant added to the inner cladding is fluorine, and the up-dopant added to the inner cladding is germanium and phosphorus. Is. The concentration of germanium added to the core is determined so that the relative refractive index difference of the core with respect to the outer cladding is +1.0% or more and +2.8% or less, and the concentration of the updopant added to the inner cladding is The absolute value of the relative refractive index difference of the inner clad with respect to the outer clad is determined to be 0.10% or less. As the CMSF, an optical fiber having a cladding diameter of 125 μm and a mode field diameter of 10.6 μm at a wavelength of 1550 nm was prepared.
まず、各光ファイバA〜Gの内側クラッドに添加された各アップドーパントの濃度を、EPMA(Electron Prove Micro Analyzer)を用いて測定した。また、各光ファイバA〜Gの内側クラッドに添加されたアップドーパントによる屈折率上昇率Δを、測定した各アップドーパントの濃度から非特許文献3に記載の方法に従って算出した。光ファイバA〜Gの各々について、測定された各アップドーパントの濃度を表1の第2列及び第3列に示し、算出された屈折率上昇率Δを表1の第4列に示す。 First, the concentration of each updopant added to the inner cladding of each optical fiber A to G was measured using EPMA (Electron Prove Micro Analyzer). Further, the refractive index increase rate Δ due to the updopant added to the inner cladding of each of the optical fibers A to G was calculated from the measured concentration of each updopant according to the method described in Non-Patent Document 3. For each of the optical fibers A to G, the measured concentration of each updopant is shown in the second and third columns of Table 1, and the calculated refractive index increase rate Δ is shown in the fourth column of Table 1.
次に、各光ファイバA〜GをCSMFに融着し、融着点における接続損失を測定した。各光ファイバA〜GとCMSFとの融着は、以下のように実施した。すなわち、各光ファイバA〜G及びCMSFの端面をファイバクリーナで平滑化した後、平滑化した端面同士をアーク放電型の融着接続装置(具体的には、フジクラ社製のFSM−100P)を用いて融着した。また、融着点における接続損失の測定は、以下のように実施した。すなわち、融着点近傍にアーク放電による加熱処理を施しながら、波長1550nmにおける伝送損失の測定を繰り返し、測定された伝送損失の最小値から接続損失を算出した。光ファイバA〜Gについて、測定された接続損失を表1の第5列に示す。 Next, each optical fiber A to G was fused to CSMF, and the connection loss at the fusion point was measured. The fusion of the optical fibers A to G and the CMSF was performed as follows. That is, after the end faces of the optical fibers A to G and the CMSF are smoothed by a fiber cleaner, the smoothed end faces are connected by an arc discharge type fusion splicing device (specifically, FSM-100P manufactured by Fujikura Ltd.). Fused together. Further, the measurement of the connection loss at the fusion point was carried out as follows. That is, while performing a heat treatment by arc discharge in the vicinity of the fusion point, the measurement of the transmission loss at a wavelength of 1550 nm was repeated, and the connection loss was calculated from the minimum value of the measured transmission loss. The measured connection loss for optical fibers A to G is shown in the fifth column of Table 1.
図6は、アップドーパントによる屈折率上昇率Δと、波長1550nmにおける接続損失との相関を示すグラフである。図6に示すグラフによれば、アップドーパントによる屈折率上昇率Δが0.25%以上0.50%以下であるとき、波長1550nmにおける接続損失を0.2dB以下に抑えられることが分かる。これは、アップドーパントによる屈折率上昇を相殺するために、内側クラッドに十分な濃度のダウンドーパントが添加された結果、コアから内側クラッドへのアップドーパントの拡散が促進され、コアの十分な拡大が図られるからであると考えられる。 FIG. 6 is a graph showing the correlation between the refractive index increase rate Δ due to the updopant and the splice loss at a wavelength of 1550 nm. According to the graph shown in FIG. 6, when the refractive index increase rate Δ due to the updopant is 0.25% or more and 0.50% or less, the connection loss at the wavelength of 1550 nm can be suppressed to 0.2 dB or less. This is because a sufficient concentration of downdopant is added to the inner cladding to offset the increase in refractive index due to the updopant, which promotes diffusion of the updopant from the core to the inner cladding, resulting in sufficient core expansion. It is thought that this is because it can be achieved.
アップドーパントによる屈折率上昇率Δが0.25%よりも小さい場合、波長1550nmにおける接続損失が0.2dBを超えてしまう。また、アップドーパントによる屈折率上昇率Δが0.50%よりも大きい場合、アップドーパントによる屈折率上昇をフッ素のみによる屈折率低下で相殺することができず、その結果、外側クラッド13に対する内側クラッド12の比屈折率差Δ2の絶対値を0.10%以下にすることができない。このため、カットオフ波長が所期の値よりも長くなってしまったり、曲げ損失が所期の値よりも大きくなってしまったりする。
When the refractive index increase rate Δ due to the updopant is smaller than 0.25%, the connection loss at the wavelength of 1550 nm exceeds 0.2 dB. Further, when the refractive index increase rate Δ due to the updopant is larger than 0.50%, the refractive index increase due to the updopant cannot be offset by the refractive index reduction due to only fluorine, and as a result, the inner cladding relative to the
(変形例)
光ファイバ1は、外側クラッド13に応力付与部14a〜14bを付加することによって、偏波保持ファイバとして機能する。
(Modification)
The optical fiber 1 functions as a polarization maintaining fiber by adding the
図7は、偏波保持ファイバとして機能する光ファイバ1の第1の構成例を示す断面図である。図7においては、AA線に沿った屈折率分布(断面図の下側)と、BB線に沿った屈折率分布(断面図の上側)とを併せて示している。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first configuration example of the optical fiber 1 functioning as a polarization maintaining fiber. In FIG. 7, the refractive index distribution along the line AA (lower side of the sectional view) and the refractive index distribution along the line BB (upper side of the sectional view) are also shown.
応力付与部14a〜14bは、外側クラッド13に埋め込まれた、円形状の断面を有する構造体である。応力付与部14a〜14bの屈折率n4は、外側クラッド13の屈折率n3よりも低くなっている。
The
光ファイバ1の各断面において、応力付与部14a〜14bは、コア11に対して対称に、かつ、応力付与部14a〜14bの外縁がそれぞれ内側クラッド12の外縁と接するように配置されている。
In each cross section of the optical fiber 1, the
図8は、偏波保持ファイバとして機能する光ファイバ1の第2の構成例を示す断面図である。図8においては、AA線に沿った屈折率分布(断面図の下側)と、BB線に沿った屈折率分布(断面図の右側)とを併せて示している。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second configuration example of the optical fiber 1 functioning as a polarization maintaining fiber. In FIG. 8, the refractive index distribution along the line AA (lower side of the sectional view) and the refractive index distribution along the line BB (right side of the sectional view) are also shown.
応力付与部14a〜14bは、外側クラッド13に埋め込まれた、円形状の断面を有する構造体である。応力付与部14a〜14bの屈折率n4は、外側クラッド13の屈折率n3よりも低くなっている。
The
光ファイバ1の各断面において、応力付与部14a〜14bは、コア11に対して対称に、かつ、応力付与部14a〜14bの外縁がそれぞれ内側クラッド12の外縁から離間するように配置されている。
In each cross section of the optical fiber 1, the
応力付与部と内側クラッドとが重なり合う構成を採用する場合、図9の(a)に示す断面を有する母材を線引きすることによって、偏波保持ファイバを製造することになる。外側クラッドの粘度ηoc、内側クラッドの粘度ηic、応力付与部の粘度ηsapの間には、ηoc>ηic>ηsapという関係が成り立つので、線引きの際、外側クラッド、内側クラッド、応力付与部がこの順に硬化することになる。この際、母材において断面が非円であった内側クラッドは、表面張力により断面が円形化するように変形し、母材において断面が円形であったコアは、内側クラッドの変形に伴い断面が非円化するように変形する。その結果、得られる偏波保持ファイバの断面は、図9の(b)に示すようになる。図7に示す第1の構成例においても、図8に示す第2の構成例においても、応力付与部14a〜14bは、内側クラッド12と重なり合うことがない。このため、線引きの際に生じ得るコア11の非円化を抑制することができる。したがって、応力付与部と内側クラッドとが重なり合う場合と比べて、コア11の非円度の低い、すなわち、コア11の真円度の高い光ファイバ1を実現することができる。
When the structure in which the stress applying portion and the inner clad overlap each other is adopted, the polarization maintaining fiber is manufactured by drawing a preform having a cross section shown in FIG. The relationship of ηoc>ηic>ηsap is established among the viscosity ηoc of the outer clad, the viscosity ηic of the inner clad, and the viscosity ηsap of the stress applying part. Therefore, when drawing, the outer clad, the inner clad and the stress applying part are in this order. It will cure. At this time, the inner clad whose cross section was non-circular in the base material was deformed by the surface tension so that the cross section was circularized, and the core whose cross section was circular in the base material was It transforms to become non-circular. As a result, the cross section of the obtained polarization-maintaining fiber is as shown in FIG. In both the first configuration example shown in FIG. 7 and the second configuration example shown in FIG. 8, the
(適用例)
本実施形態に係る光ファイバ1は、半導体光導波路とCSMF(Conventional Single Mode Fiber)との間に介在するブリッジファイバとして好適に利用することができる。
(Application example)
The optical fiber 1 according to this embodiment can be suitably used as a bridge fiber interposed between a semiconductor optical waveguide and a CSMF (Conventional Single Mode Fiber).
すなわち、図10に示すように、本実施形態に係る光ファイバ1により構成されたブリッジファイバ102と、ブリッジファイバ102の一端に突き合わせ接続された半導体光導波路101と、ブリッジファイバ102の他端に融着接続されたCSMF103とにより、低損失な光デバイス100を構成することができる。なぜなら、ブリッジファイバ102とCSMF103とを融着接続する際に、融着点近傍においてブリッジファイバ102のコアが十分に拡大されるので、ブリッジファイバ102とCSMF103との融着点における接続損失を十分に抑制することができるからである。
That is, as shown in FIG. 10, the
なお、半導体光導波路101としては、例えば、SSC(Spot Size Converter)が形成されたシリコン導波路が好適である。また、CSMF103としては、例えば、波長1550nmにおけるモードフィールド径が10μm程度となるシングルモードファイバが好適である。ITU−TにおいてG.652又はG.657に分類される光ファイバは、このようなシングルモードファイバの一例である。
As the semiconductor
(付記事項)
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
(Appendix)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
1 光ファイバ
11 コア
12 内側クラッド
13 外側クラッド
14a 応力付与部
14b 応力付与部
1
Claims (9)
アップドーパントが添加された石英ガラスにより構成されたコアと、
上記コアの側面を覆う内側クラッドであって、アップドーパント及びダウンドーパントの両方が添加された石英ガラスにより構成された内側クラッドと、
上記内側クラッドの外側面を覆う外側クラッドであって、石英ガラスにより構成された外側クラッドと、を備えており、
上記内側クラッドの屈折率は、上記外側クラッドの屈折率と実質的に等しく、
上記内側クラッドにおける上記アップドーパントの濃度は、当該アップドーパントによる屈折率上昇率が0.25%以上0.5%以下となるように定められており、
上記コアにおける上記アップドーパントの濃度は、波長1550nmにおけるモードフィールド径が3.5μm以上6.5μm以下となるように定められており、
上記コアに添加された上記アップドーパントは、ゲルマニウムであり、
上記内側クラッドに添加された上記ダウンドーパントは、フッ素であり、
上記内側クラッドに添加された上記アップドーパントは、リン及びゲルマニウムの両方である、
ことを特徴とする光ファイバ。 G. in ITU-T. 652 or G.I. An optical fiber for fusion splicing with a CSMF (Conventional Single Mode Fiber) classified as 657,
A core made of quartz glass with an updopant added,
An inner clad covering the side surface of the core, wherein the inner clad is made of quartz glass to which both up-dopant and down-dopant are added,
An outer clad covering the outer surface of the inner clad, comprising an outer clad made of quartz glass,
The refractive index of the inner cladding is substantially equal to the refractive index of the outer cladding,
The concentration of the updopant in the inner cladding is determined so that the rate of increase in the refractive index due to the updopant is 0.25% or more and 0.5% or less,
The concentration of the up dopants in the core is defined as the mode field diameter at a wavelength of 1550nm is 3.5μm or 6.5μm or less,
The updopant added to the core is germanium,
The down dopant added to the inner cladding is fluorine,
The updopant added to the inner cladding is both phosphorus and germanium,
An optical fiber characterized in that.
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ。 The concentration of the down dopant in the inner clad is determined so that the absolute value of the relative refractive index difference of the inner clad with respect to the outer clad is 0.1% or less.
The optical fiber according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の光ファイバ。 Further comprising a pair of stress applying portions symmetrically arranged with respect to the core,
The optical fiber according to any one of claim 1 to 3, characterized in that.
ことを特徴とする請求項4に記載の光ファイバ。 The pair of stress applying portions are arranged such that an outer edge thereof is in contact with an outer edge of the inner clad, or an outer edge thereof is separated from an outer edge of the inner clad,
The optical fiber according to claim 4 , wherein:
ことを特徴とする請求項7に記載の光ファイバ。 At least one end of the optical fiber after heat treatment, the concentration of the downdopant in the entire inside of the core becomes positive,
The optical fiber according to claim 7 , wherein:
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