JPH01321406A - 広波長域低分散フッ化物単一モード光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超低損失な光伝送媒体として期待されている
フッ化物光ファイバにおいて、広い波長域で低分散な単
一モード光ファイバを実現するためのファイバ構造およ
びファイバ用ガラスの組成に関するものである。

［従来の技術］ ＺｒＦ、を主成分とするフッ化物ガラス光ファイバ（以
下フッ化物光ファイバという）は石英系光ファイバを凌
ぐ１０−’ｄＢ／ｋｆｆｌ以下の伝送損失を持つことが
理論的に期待され、将来の長距離大容量光通信媒体とし
て現在開発研究が進められている。

大容量光伝送を実現するためには、波長分散が小さく、
光フアイバ中を伝搬する光パルスの被るひずみを小さく
おさえることのできる単一モード光ファイバが必要とな
る。ところで、伝送帯域を決める分散特性を考慮したと
き、フッ化物ガラスの特徴として、石英系ガラスに比較
して材料分散スペクトルの波長依存性が極めて小さいと
いうことが挙げられる（たとえば、に、Ｊｉｎｇｕｊｉ
　ｅｔ　ａｌ、。

ＥＩｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、ｖｏｌ、１８．ｐ、１６
４，１９８２）、　−ＱＬ−モード光ファイバの全分散
は、導波路分散と材料分散の和で与えられる。フッ化物
ガラスの材料分散が平となる波長は、１．６〜１．７μ
ｍにある。フッ化物光ファイバが最低損失を取ると予想
される２、５μ■帯においては、材料分散と導波路分散
との符号が異なるため互いに打ち消し合い、全分散は、
材料分散、導波路分散のそれぞれの単独の値よりもノ（
＼さくりる。フッ化物ガラスの材料分散の波長依存性が
小さいという特性は、材料分散が雫となる波長域である
１、６〜１．７μｍより離れた２６５μｍ帯においても
、比屈折率差を極端に上げ、かつ、コア径を極端に小さ
くすることなく材料分散と導波路分散とを打ち消し合わ
せ、全分散を’ｊｐｓ／ｋａ＋／ｎｍ近くに設定できる
ことを可能と１゛る。また、材料分散平波長域から最低
損失波長にかけての広い波長域において条分散を小さく
設定できることも可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、今日まで、広い波長域にわたって低分１
ｉｋなファイバとなるフッ化物単一モード光ファイバの
導波構造パラメ］りは知られておらず、またそのような
光ファイバを得るために必要なファイバガラス組成も見
い出されていない。

、本発明の６的は、フッ化物単一モード光ファイバの導
波構造パラメータの最適化を図り、広波長域で低分散な
伝送特性を持つフッ化物単一モード光、ファイバを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、フッ化物
ガラスからなるステップインデックス型の単一モード光
ファイバにおいて、コア、クラッド間の比屈折率差が１
．３％〜２．８％であり、かつカットオフ波長が１．１
１μ１１〜２．１μＩとなるコア径を有することを特徴
とする。

コアガラスはＺｒＦ４−ＢｕＦ２−ＬａＦ、−ＹＦｓ−
＾ｆＦ＝−ＮａＦガラスに３Ｊｍｏｊ２％以上、１２１
１１ｏｆ％以下のＰｂＦ２を添加したガラスであってよ
い。

［作　用］ 本発明においては、材料分散が零となる波長と導波路分
散が７となる波長が近接し、かつ材料分散と導波路分散
が逆の符号で打ち消しあい、全分散が零となるよう、コ
アとクラッドの比屈折率差およびコア径を設定する。

基底モードであるＬＰｏ＋の導波路分散は規格化周波数
Ｖ＝３において、零となる（たとえばＴ　、０ｋｏｓｈ
ｉ　　０ｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ−＾ｃａｄｅｍｉｃ
　Ｐｒｅｓｓ。

１９８２）　。

また、第１次高次モードであるＬＰ、、モードは理論的
にはＶ＜２．４０５の領域においてはコア中を伝搬しな
いことになっている。しかし、実際のファイバ中では遮
断波長（Ｖ　＝　２．４０５）の近傍でＬｈ＋モードの
損失は大きくなるため、理論上はＬＰ＋＋モードの導波
が可能な遮断波長より短波長側の波長領域においても事
実上基本モードのＬＰｏ　ｒモードしか導波しない。こ
の実効的な単一そ−ド領域はＶ＝３となる波長にまで及
ぶことが知られている。　（Ｗ、八、Ｇａｍｂ目ｎｇ　
　ｅｔ　　ａｌ、、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ。

ｖｏｌ、１４．ｐ、６１（１，１９７１１）しかるにコ
ア径および比屈折率を適当に定め、Ｖ＝３となる波長を
材料分散が零となる波長近傍に設定すると、材料分散τ
波長で全分散が零となるとともにそれより長波長域にお
いて単＝千−ド導波されることになる。

全分散は次式で与えられる。

Ｖ　＝　ｋａ（ｎ、２−ｎ、”）　”’ｕ　＝　ａ　（
ｋ２ｎ１２−β）■／２ｘ　＝ｕ２／ｖ”　　（０≦Ｘ
≦１） Ｎ　Ｉ＝　ｎ　ｌ＋　ｋｄｎ　１／ｄｋΔ＝　（ｎ、”
−ｎ２２）／２ｎ１’　　　　、。

ｋ＝２π／λ ここでｎ、はコアの屈折率 ｎ２はクラッドの屈折率 ａはコアの半径 βは伝搬定数 （たとえば、Ｔ　、０ｋｏｓｈｉ　；前掲）全分散は（
１）式で示すように第１項の材料分散と第２項の導波路
分散との和で与えられ、フッ化物ファイバを２．５μｍ
帯で単一モード動作させた場合、材料分散と導波路分散
とは異なる符号を取る。

導波路分散の大ぎさは比屈折率差Δに依存するため、比
屈折率差Δを大ぎく取れば、導波路分散の全分散への寄
与を大きくでき、全分散をより低く設定できる。

［実施例Ｊ まずフッ化物光ファイバにおいて、車に材料分散と導波
路分散のそれぞれを墨にした場合について説明する。

コアガラス組成をモル比でｚｒｖａ（４９％）−１１ａ
Ｆ２（２５％）−ＬａＦ３（：１．５％）−ＹＦ３（２
％）−Δｊ２Ｆ、（２，５％）−ＬｉＦ（１８％）、タ
ララドガラス組成なモル比でＺｒＦ４（４９％）−〇ａ
Ｆ２（２５％）−ＬａＦｓ　（３，５％）−ＹＦ３（２
％）−八ｊ２Ｆ、（２，５％）−＋ｊＦ（ａ％）−Ｎａ
Ｆ（１０％）とし、コア・クラッド間の比屈折率差を０
６３５％、コア径を１２．５μｍとしたとぎの全分散ス
ペクトルを第１図に示す。

コアの屈折率、比屈折率差およびコア径によって定まる
カットオフ波長は、この場合２．０６μｍである。

このとき全分散はコアガラスの材料分散が平となる　１
．６μｍ帯において墨になることがわかる。

これは、導波路分散がτとなる規格化周波数■が３とな
る波長とコアガラスの材料分散が７となる波長とが、一
致するようにカットオフ波長を設定したことによる。こ
のとき、ＶＳ３となる波長域では、実効的に単一モード
動作がなされるため、Ｌ、Ｓμ徊より、長波長域では、
この光ファイバは！１１−モード光ファイバとして使用
可能である。

しかしながら、この場合、比屈折率差が小さいため、導
波路分散の全分散に対する寄与が小さく、２．５　μｍ
帯において、全分散は、ｌ　７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍという
高い値となってしまう。

コア・クラッド間の比屈折率差を大きくするとＶＳ２の
波長域の導波路分散を大きくとれ、長波長域において、
材料分散をより打ち消すことが可能となり、全分散を低
減できる。

第２図〜第４図は、それぞれカットオフ波長が２μｍ、
　１．９μｍおよび１．８μｌとなるように、比屈折率
差およびコア径を選定した時、全分散が±ｌｐｓ／ｋｍ
／ｎｍとなる波長域を比屈折率差に対して示したもので
ある。この全分散の値は５Ｇｂ／ｓの伝送速度で５００
ｋｍ以上の伝送距離が確保できる値である（杉江利彦　
他、昭和６３年電子情報通信学会春季全国大会、講演予
稿集、分冊８−１　、ＰＩ−［１２（１）。

第２〜第４図には、各比屈折率差の値に対してカットオ
フ周波数が設定値となるようなコア径が同時に示されて
いる。

第２図はカットオフ周波数を２μｍと設定した場合であ
る。比屈折率差が１．９％のとき１．５７〜１．７１　
μｍおよび２．４〜３．３５μｍにおいて、また１、９
３％のとき１．５７〜１．７１　ｐｔｏ、および２．３
４〜３．４２μｍにおいて、また２、２％のとぎ、１．
５７〜２．７μｍにおいて全分散は±ｌｐｓ／ｋｍ／ｎ
ｍとなることがわかる。

カットオフ波長を２μｍに設定すると波長１．８μＩに
おいてＶＳ３となり、λ≧１．６μｍの波長域において
実効的なＡ１−モード動作が可能であるので広い波長域
で低分散な単一モード光ファイバとなることがわかる。

第３図はカットオフ波長を１．９μｍに設定した場合で
ある。比屈折率差が１．６５％のとき１．６９〜３．１
５μｍの波長域で全分散が±ｌｐｓ／ｋｍ／ｎｍとなる
。カットオフ波長が１．９μＩのとき、波長１．５２μ
ｍにおいてＶＳ３となり、λ≧１．５２μＤの波長域で
実効的な単一モード動作が可能となるので極めて広い波
長域で低分散になることがわかる。

第４図は、カットオフ波長を１．８μｍに設定しノた場
合である。比屈折率差が１．３％のときｌ、７８〜２．
２３　ｐｔａにおいて、１．４５％のとき２．０〜３．
０３μｌにおいて全分散が±ｌｐｓ／ｋｌｌｌ／ｎｍと
なる。カットオフ波長が１．８μｍのとき、波長１．４
４μｍにおいて、Ｖ＝３となり、λ≧１，４４μＩの波
長域で実効的な阜−モード動作が可能となるので、広い
波長域で低分散な単一モード光ファイバが得られること
がわかる。

なお、カットオフ波長を２．１μ−に設定した場合にお
いても、比屈折率差を２．８％以下に設定することによ
りＶ≧３の波長域において全分散を±ｌｐｓ／ｋｍ／ｎ
ｍ以内にすることができる。

このように、比屈折率差を１．３％〜２．８％。

ガツトオフ波長を１．８μｍ〜２．１μｍとすることに
より、広い波長域で低分散となる単一モード光ファイバ
が得られることがわかる。

カットオフ波長の範囲は１．δμ謄以上かつ２．１μ−
以下が最適である。カットオフ波長が１．８μ−未満で
あると光ファイバが曲げられた時に分散が過大となり、
２．１　ｐｍ　Ｉｔ’・越えるとコアとクラッドの比屈
折率差を過大にとらなければならない、カットオフ波長
をこのように設定するには、比屈折率差を、上述したよ
うに、１．３％〜２．８％とし、かつコア径を比屈折率
差に適合させて選べはよい。

第５図にタララドガラスとして、組成がモル比でＺｒＦ
、＋（２３，７％）−１１ｆＦ４（２ｆｆ、８％）−Ｂ
ａＦ２＜２３．５％）−ＬａＦ；（２，５％）−ＹＦ、
（２％）−＾ＪＩＦ３（４，５％）−ＮａＦ　（２０％
）のガラス（比屈折率１’ｌｂ＝　１．４１１９）を用
い、コアガラスとして、組成がモル比でＺｒＦ、　（４
９％）−ＢａＦ。

（２５−Ｘ％）−ＰｂＦ２（Ｘ％）−ＬａＦ、（３，５
％）−ＹＦ、（２％）−八ＡＦ３（２，５％）−ＮａＦ
（１８％）のガラスを用いてＰｂＦ。

の添加量を変えたときの比屈折率差の変化を示す、　Ｐ
ｂＦ２を１２ｍｏｆＬ％まで添加したとき比屈折率差は
２．８％まで取ることができ、カットオフ波長ｔ、ａμ
１１〜２．１μ−を実現し得る比屈折率差をカバーする
ことができる。　ＰｂＦ、の１２ｍｏＪ！％以上の添加
はガラスの熱安定性をそこなうため、それ以上の高濃度
の添加はファイバ用ガラスとして適当ではない、また、
低分散ファイバを実現するためには５少なくとも屈折率
差は１．３％以上設けることが必要であるため、ｂＦ、
は３．３　ｍａｉ１％以上添加することが必要である。

ＰｂＦ２を６．８１１０４！％添加し、比屈折率差を１
．９％とし、カットオフ波長を２．１μｍに設定したと
ぎ、全分散をｔ、ｅμｆｆｌ〜３．３μＩの波長域で±
３ｐｓ／ｋｍ／ｎｓ以下にすることができた。

【発明の効果１ 以上説明したように、本発明の導波構造を有するフッ化
物単一モード光ファイバは広波長域で低分散な単一モー
ド動作が可能である。従って、波長多重技術を利用した
超大容量距離光伝送が可能になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はコア・クラッド間の比屈折率差を０．３５％、
カットオフ波長を２．０６μｍに設定した時の分散スペ
クトル図、 第２図〜ｉ４図はそれぞれ本発明実施例においてカット
オフ波長を２μｍ、１．９μｍおよび１．８μ翔に設定
した時、全分散が±ｌｐｓ／に＋＋／ｎｍとなる波長域
およびコア径と比屈折率差との関係を示す特性図、 第５図は比屈折率差のＰｂＦｚｆｉ度依存性を示す特性
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）フッ化物ガラスからなるステップインデックス型の
   単一モード光ファイバにおいて、コア、クラッド間の比
   屈折率差が１．３％〜２．８％であり、かつカットオフ
   波長が１．８μｍ〜２．１μｍとなるコア径を有するこ
   とを特徴とする広波長域低分散フッ化物単一モード光フ
   ァイバ。 ２）コアガラスが、ＺｒＦ＿４−ＢｕＦ＿２−ＬａＦ＿
   ３−ＹＦ＿３−ＡｌＦ＿３−ＮａＦガラスに３．３ｍｏ
   ｌ％以上、１２ｍｏｌ％以下のＰｂＦ＿２を添加したガ
   ラスからなることを特徴とする請求項１に記載の広波長
   域低分散フッ化物単一モード光ファイバ。