JPH09218319A

JPH09218319A - 光ファイバ

Info

Publication number: JPH09218319A
Application number: JP8022889A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kumayasu; 敏熊安; Kazuhiko Aikawa; 和彦愛川; Akira Wada; 朗和田; Ryozo Yamauchi; 良三山内; Masaharu Ohashi; 正治大橋; Kazuhide Nakajima; 和秀中島
Original assignee: Fujikura Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Fujikura Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-19
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: JP3386948B2

Abstract

(57)【要約】【課題】誘導ブリルアン散乱の発生を抑制できるよう
した光ファイバを提供する。【解決手段】シングルモード光ファイバであって、コ
ア２が、少なくとも、屈折率を上げかつ縦音響波の速度
を遅くする第１のドーパントと、屈折率を下げかつ縦音
響波の速度を遅くする第２のドーパントとを含むＳｉＯ
₂ガラスからなり、クラッド３がＳｉＯ₂ガラスからな
り、コア径が光ファイバ長さ方向に変化している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導ブリルアン散
乱の発生を抑えて、高レベルの光を入射、伝送できるよ
うにした光ファイバに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高出力光ブースターアンプ等の光
増幅器により出力の大きな光が得られるようになったこ
とから、これを用いて中継器を使用しない無中継伝送の
長スパン化が検討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光増幅器を用いた光伝送システムにおいては、光フ
ァイバに入射される信号光強度が大きくなるために、誘
導ブリルアン散乱が発生し易いという問題があった。図
１０は、光ファイバの一端から入射される入射光強度を
増大させたときの、他端から出射される前方透過光強度
（図中○で示す）、および入射端から出射される後方散
乱光強度（図中●で示す）の変化を示したものである。
この図に示されるように、入射光強度が７ｄＢｍ（５ｍ
Ｗ）以上になると後方散乱光強度が飛躍的に増大し、前
方透過光強度が減少している。すなわち、光ファイバに
高強度の光を入射しても、入射光強度がある値を超える
と、入射光の大半が誘導ブリルアン散乱光として入射端
へ戻ってきてしまうのである。したがって、光増幅器で
得られる高強度の光を光ファイバで有効に伝送すること
ができず、光信号の無中継伝送距離を延ばすことができ
ない、という不都合があった。

【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、誘導ブリルアン散乱の発生を抑制できるようした光
ファイバの提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の請求項１記載の光ファイバは、石英系シング
ルモード光ファイバであって、コアが、少なくとも１種
の屈折率を上げかつ縦音響波の速度を遅くする第１のド
ーパントと、少なくとも１種の屈折率を下げかつ縦音響
波の速度を遅くする第２のドーパントとを含むＳｉＯ₂
ガラスからなり、コア径が光ファイバ長さ方向に変化し
ていることを特徴とするものである。また請求項２記載
の光ファイバは、前記第１のドーパントがＧｅＯ₂であ
り、前記第２のドーパントがＦであることを特徴とする
ものである。さらに、請求項３記載の光ファイバは、請
求項１または２記載の光ファイバであって、クラッド
が、少なくとも１種の屈折率を上げかつ縦音響波の速度
を速くする第３のドーパントを含むＳｉＯ₂ガラスから
なることを特徴とするものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の光ファイバとしては石英系のシングルモード光
ファイバが用いられる。ここでのシングルモード光ファ
イバとは、実質的にシングルモード伝送が可能なファイ
バであり、仮に二次モードが理論的に伝送可能であって
も、比較的に短い距離、例えば１ｋｍ以下の距離で減衰
してしまい、実質的にシングルモード伝送と見做してよ
いものも含まれる。

【０００７】本発明の光ファイバにおいて、コアは少な
くとも１種の第１のドーパントと、少なくとも１種の第
２のドーパントを含むＳｉＯ₂ガラスからなっている。
コアに含まれる第１のドーパントは、ＳｉＯ₂ガラスの
屈折率を上げかつコアを伝搬する縦音響波の速度を遅く
する作用を有するもので、このようなドーパントとして
は、例えばＧｅＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＰｂＯ等がある。これら
のドーパントはいずれか１種をコアに添加してもよく、
また複数種類をコアに添加してもよい。またコアに含ま
れる第２のドーパントは、ＳｉＯ₂ガラスの屈折率を下
げかつコアを伝搬する縦音響波の速度を遅くする作用を
有するもので、このようなドーパントとしては、例えば
Ｆ、Ｂ₂Ｏ₃等がある。これらのドーパントはいずれか１
種をコアに添加してもよく、また複数種類をコアに添加
してもよい。

【０００８】第１のドーパントおよび第２のドーパント
の添加によってコアの屈折率および光ファイバの屈折率
分布の形状が変化するので、得ようとする光ファイバの
特性に応じた好ましいコア−クラッド比屈折率差（以
下、単に比屈折率差という）、および好ましい屈折率分
布が得られるように、これらのドーパントの添加量が設
定される。そしてコアへの第２のドーパントの添加量を
多くして、その分、第１のドーパントの添加量を多くす
るほど誘導ブリルアン散乱抑制効果は大きくなり、誘導
ブリルアン散乱のしきい値をより高くすることができ
る。ただし、コア中のドーパントの濃度が増すとレーリ
ー散乱係数が大きくなるために伝送損失が大きくなって
しまうので、伝送損失当りの誘導ブリルアン散乱しきい
値の上昇分ができるだけ大きくなるように各ドーパント
の添加量を設定するのが好ましい。例えば第２のドーパ
ントとしてＦを用いる場合には、純粋ＳｉＯ₂ガラスに
Ｆのみを添加したときの純粋ＳｉＯ₂ガラスとの比屈折
率差の絶対値が０．７％を超えない量（比屈折率差が−
０．７より大きくなる量、以下単に純粋ＳｉＯ₂に対し
て−０．７％より大きい等という）、好ましくは純粋Ｓ
ｉＯ₂に対して−０．３％以上とするのが好ましい。

【０００９】本発明の光ファイバにおいて、クラッド
は、純粋ＳｉＯ₂ガラスでもよいが、ＳｉＯ₂にドーパン
トが添加されたものであってもよい。クラッドにドーパ
ントを添加すると、紡糸時のコア−クラッド間の粘度差
を小さくすることができるので好ましい。コア−クラッ
ド間の粘度差が大きいと、紡糸後にコアとクラッドの界
面に歪が残り、伝送損失を大きくする要因となるからで
ある。クラッドに添加するドーパントとして、Ａｌ₂Ｏ₃
やＬｉ₂Ｏなどの屈折率を上げかつ縦音響波の速度を速
くする作用を有するもの（第３のドーパント）を用いれ
ば、コア−クラッド間の粘度差を小さくできるだけでな
く、後述のように誘導ブリルアン散乱抑制効果をより大
きくすることができるので好ましい。あるいは、コア−
クラッド間の粘度差を小さくするという目的のために
は、縦音響波の速度を速くする作用を有しないドーパン
ト、例えばＧｅＯ₂、Ｆ、Ｂ₂Ｏ3等適宜のものを添加す
ることができる。ただし本発明の光ファイバにおいて
は、これらのドーパントの添加量が多いと誘導ブリルア
ン散乱抑制効果が損われるので、伝送損失当りの誘導ブ
リルアン散乱しきい値の上昇分ができるだけ大きくなる
ように添加量を設定するのが好ましい。

【００１０】また本発明の光ファイバは、コア径が光フ
ァイバ長さ方向に変化している。このコア径の変化は、
コア径が長さ方向に不均一であればよいもので、例えば
光ファイバの始端から終端にかけて一方向的に変化させ
てもよく、あるいは周期的に変化させてもよい。光ファ
イバが長尺である場合には周期的に変化させることが好
ましい。コア径の範囲は、これによって光ファイバの波
長分散特性などの特性が変化するので、得ようとする光
ファイバの特性に応じて好ましく設定される。

【００１１】ここで、本発明の作用について説明する。
誘導ブリルアン散乱は光ファイバを構成しているガラス
中の縦音響波と透過光との相互干渉により、光の周波数
がシフトした散乱光が発生する現象である。ところで、
コア物質中の音響波の速度がクラッド物質中の音響波の
速度より遅い場合、コア−クラッド構造を有する光ファ
イバ中の音響波は、光の場合と同様にコア中を伝搬する
モード構造をとり、コア中を伝搬する縦音響波の速度は
コア径によって変化する。また、縦音響波の速度が変化
するとブリルアンシフト周波数はこれに比例して変化
し、これらの関係は下記数式（Ｉ）で示されることが知
られている（文献１；C.Jen, A.Safaai, and G.W.Farne
ll, ”Leaky modes in weakly guiding fiber acoustic
waveguides", IEEE Trans, Ultrason, Ferroelectr, F
req. Countr.UFFC-33,634, 1986, ）。

【００１２】

【数１】

【００１３】図８は、上記文献１に記載されているもの
で、光ファイバ中における縦音響波の速度およびブリル
アンシフト周波数がコア径とともに変化する様子を表わ
している。この図に示されるように、縦音響波の各導波
モード（Ｌ₀₁、Ｌ₁₁、…）の速度は、コア物質中におけ
る音響波速度（Ｖ_core＝5736m/sec）と、クラッド物質
中における音響波速度（Ｖ_clad＝5933m/sec）との間
を、コア径の変化に伴って変化している。したがって、
光ファイバ長さ方向にコア径を変化させれば、縦音響波
の速度が光ファイバ長さ方向に変化するので、これによ
りブリルアンシフト周波数を光ファイバ長さ方向に変化
させることができる。このようにコア径を変化させてブ
リルアンシフト周波数を長さ方向に変化させることによ
って誘導ブリルアン散乱を抑制できるようにした光ファ
イバが、既に本発明者らによって提案されている（特願
平３−１６６４０３号）。

【００１４】さらに図８において、Ｖ_coreの値を低下さ
せることができれば、Ｖ_coreとＶ_cla_dとの差が大きくな
るので、各導波モードの曲線の傾きは大きくなる。する
と、コア径が変化したときの導波モードの速度の変化は
大きくなる。本発明は、このようにコア物質中の音響波
の速度とクラッド物質中の音響波の速度との差が大きい
ほど、このコア径の変化による縦音響波の速度の変化の
度合いが大きくなるという性質を用いて、大きな誘導ブ
リルアン散乱抑制効果が得られるようにしたものであ
る。

【００１５】すなわち、光ファイバの比屈折率差は得よ
うとする特性によってその値が規定されるものであり、
通常は、光ファイバのコアに屈折率を上げるドーパント
を添加する、および／またはクラッドに屈折率を下げる
ドーパントを添加することによって比屈折率差を制御す
ることが行なわれている。したがって、比屈折率差の値
によって光ファイバのコアに添加されるドーパントの量
が決められていた。本発明の光ファイバは、コアに屈折
率を上げる第１のドーパントと屈折率を下げる第２のド
ーパントを添加するものである。したがって、所定の比
屈折率差を得るのにコアの屈折率を上げる第１のドーパ
ントのみを添加する場合に比べて、ドーパントの総添加
量を、第２のドーパントの分、およびこれに対応して増
加される第１のドーパントの分だけ多くすることでき
る。そして第１のドーパントおよび第２のドーパントと
して縦音響波の速度を遅くするはたらきを有するものが
用いられるので、コア物質中の音響波の速度Ｖ_coreは大
きく下げられることになる。

【００１６】この結果、コア物質中の音響波の速度Ｖ
_coreとクラッド物質中の音響波の速度Ｖ_cladとの差が大
きくなる。したがって、コア径を光ファイバ長さ方向に
変化させたことによって生じるコア中の縦音響波の速度
変化が大きくなり、光ファイバ長さ方向におけるブリル
アンシフト周波数の変化がより大きくなる。このことか
ら、コアに屈折率を上げるドーパントしか含まれていな
い通常の光ファイバの場合に比べて、コア径の変化量が
同じでも、誘導ブリルアン散乱のしきい値を高くするこ
とができ、より大きな誘導ブリルアン散乱抑制効果が得
られる。しかも、新たに添加される第２のドーパントに
よる屈折率の変化は第１のドーパントの添加量を増加さ
せることによって相殺することができるので、光学的な
特性を変化させずに、誘導ブリルアン散乱抑制効果を高
めることができる。

【００１７】また、コアに上記のような第１のドーパン
トおよび第２のドーパントを添加するとともに、クラッ
ドに屈折率を上げる第３のドーパントを添加すれば、所
定の比屈折率差を得るために、コアの屈折率を上げる第
１のドーパントの添加量を、さらにこの第３のドーパン
トに相当する分だけ増加させることができる。これによ
り、コア物質中の音響波の速度Ｖ_coreは遅くなる。そし
てこの第３のドーパントは縦音響波の速度を速くする作
用を有するものであるので、コア物質中の音響波の速度
Ｖ_coreとクラッド物質中の音響波の速度Ｖ_cladとの差
は、クラッドの第３のドーパントを添加しない場合に比
べて大きくなり、誘導ブリルアン散乱抑制効果がさらに
高められる。

【００１８】図９は、光ファイバのコア（コア径は一
定）に、第１のドーパントとしてＧｅＯ₂、第２のドー
パントとしてＦをコドープしたときの、各ドーパントの
添加量と音響波速度との関係を示したものである。尚、
このグラフにおいて各ドーパントの添加量は、純粋Ｓｉ
Ｏ₂ガラスに該ドーパントのみを添加したときの純粋Ｓ
ｉＯ₂ガラスとの比屈折率差の絶対値（％）で表わして
いる。この図に示されるように、ドーパントの濃度が増
加すると、それに伴って音響波速度は直線的に減少して
いる。したがって、これらのドーパントの濃度を増加さ
せることによって、純粋ＳｉＯ₂からなるクラッド物質
中（ＧｅＯ₂＝０％、Ｆ＝０％）における音響波速度Ｖ
_cladと、コア物質中における音響波速度Ｖ_coreとの差を
大きくすることができる。

【００１９】図１は、本発明の光ファイバの第１の実施
例を模式的に示すものであって、使用波長における波長
分散がゼロに近くなるようにした低分散光ファイバを構
成した例である。本実施例の光ファイバ１は、その始端
１Ａから終端１Ｂにかけてコア２のコア径が一様に減少
しており、かつ光ファイバ径は始端１Ａから終端１Ｂに
至るまで一定となっている。光ファイバ１の長さは特に
限定されないが、通常数ｋｍから数１０ｋｍとされる。

【００２０】本実施例の光ファイバ１は、コア２がＧｅ
Ｏ₂およびＦを含有するＳｉＯ₂ガラスからなり、クラッ
ド３が純粋ＳｉＯ₂ガラスからなっている。光ファイバ
１の屈折率分布形状は、ステップインデックス型、階段
コア部を有するデュアルコア型などとされ、始端１Ａで
の形状と終端１Ｂでの形状はほぼ相似となっている。光
ファイバ１の屈折率分布は、コア２に含まれている少な
くとも一方のドーパントの量を径方向に変化させること
によって制御することができるが、Ｆの添加量を径方向
に一定とし、ＧｅＯ₂の添加量を径方向に変化させるこ
とにより所望の屈折率分布を好ましく得ることができ
る。

【００２１】例えば、１．５５μｍ帯での波長分散がゼ
ロに近い低分散光ファイバにおいて、コア径を長さ方向
に変化させて誘導ブリルアン散乱を抑えた低分散光ファ
イバを構成する場合には、コア−クラッド比屈折率差が
大きいほど大きな誘導ブリルアン散乱抑制効果が期待で
きる。また上述したように、コア中へのＧｅＯ₂および
Ｆの添加量が多いほど誘導ブリルアン散乱を抑制する効
果は大きくなるが、伝送損失が増大してしまう。ところ
で、通常の１．５５μｍ帯低分散光ファイバの屈折率分
布は、例えば比屈折率差が０．８％程度のピーク値を有
する単峰型の中心コア部と、その外側に比屈折率差が
０．２％の平らな階段コア部とを有するデュアルコア型
に構成されている。したがって、本発明に係る誘導ブリ
ルアン散乱を抑えた低分散光ファイバを構成する場合に
は、これよりも設計可能な範囲で中心コア部および階段
コア部の比屈折率差を高めにして、伝送損失当りの誘導
ブリルアン散乱しきい値の上昇分が最大となるように、
屈折率分布を設定するのが好ましい。例えば中心コア部
の比屈折率差は０．８〜１．５％程度、階段コア部の比
屈折率差は０．２〜０．３％程度の範囲内で好ましく設
定される。

【００２２】また本実施例において、０に近い波長分散
を得るために、光ファイバ１のコア径の範囲は、コア径
の変化に伴って変化する波長分散が正になるコア径の部
分と負になるコア径の部分とにまたがるように設定され
る。具体的には始端１Ａでのコア径ｒ_A と、終端１Ｂで
のコア径ｒ_B とは、以下のようにして定められている。

【００２３】図２は、シングルモード光ファイバのコア
径の変化に対応するある伝送波長（例えば１．５５μ
ｍ）での波長分散の変化の例を模式的に示すグラフであ
る。このグラフのように、シングルモード光ファイバの
コア径が変化するとこれに応じて波長分散も変化し、例
えば曲線（イ）ないし曲線（ニ）などの曲線で表される
ような変化を示す。グラフに示した４種の曲線（イ）〜
（ニ）は、それぞれ構造パラメータが異なるシングルモ
ード光ファイバでのものであり、一般にこのコア径と波
長分散との関係は二次曲線に表され、曲線（ニ）のもの
は極小点がコア径の小さい領域にあり、曲線（ハ）のも
のは極小点がコア径の大きい領域にあるものである。

【００２４】そして、シングルモード光ファイバの構造
パラメータを適宜定めることにより、図２のグラフに示
した曲線（イ）および曲線（ハ）のように、波長分散の
値が正になるコア径の部分と負になるコア径の部分とが
連続するコア径の範囲が存在するようになる。そして、
このような条件を満たすコア径の範囲で、光ファイバ１
の始端のコア径ｒ_A と終端のコア径ｒ_B を定めるのであ
る。

【００２５】例えば、曲線（イ）について言えば、グラ
フにおける波長分散値が正の値をとる２つの領域（Ｎ，
Ｍ）の面積の和と負の値をとる領域（Ｌ）の面積が等し
くあるいはほぼ等しくなるような２つのコア径ｒ_A およ
びｒ_B を定めるのである。同様に曲線（ハ）について
も、波長分散値が正の値をとる領域の面積と負の値をと
る領域の面積が等しくあるいはほぼ等しくなるように２
のコア径ｒ_A およびｒ_B を定めるのである。このように
すれば、波長分散を実用上問題のない程度に抑えること
が可能である。

【００２６】さらに分散値を低くするような場合には、
以下の事情を考慮する必要がある。すなわち、後述する
ようにテーパー状に加工した母材を一定の外径となるよ
うに紡糸する際には、母材の外径の大きな部分は小さな
部分に比べて長く紡糸される。従って、光ファイバ全長
にわたる波長分散の平均値には、母材外径の大きな側、
すなわち図２中のｒ_B の側の波長分散の、全体に占める
重みが大きくなる。以上の事情を考慮して光ファイバ両
端のコア径を定めておけば、波長分散をより低い値に抑
えることが可能である。

【００２７】このようにして定められた２つのコア径ｒ
_A およびｒ_B を光ファイバ１の始端１Ａおよび終端１Ｂ
のコア径とする。これによって光ファイバ１の始端１Ａ
から入射された伝送波長の光が終端１Ｂに至る間に生じ
た正の波長分散と負の波長分散とが打ち消されることに
なり、結果的に終端１Ｂから出射される光は波長分散が
ゼロに近づくものとなり、例えば波長分散を±３ｐｓ／
ｋｍ／ｎｍ以内に抑えることが可能となる。

【００２８】原則的には、上述のように光ファイバ１の
始端１Ａのコア径ｒ_A と終端１Ｂのコア径ｒ_B が定めら
れるが、実際には、コア径ｒ_A とｒ_B との間の任意のコ
ア径における波長分散が±５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内とな
るように、カットオフ波長が伝送波長を越えるコア径の
部分があまり長くならないように、かつ曲げ損失、レイ
リー損失が過大とならないように、コア径およびその他
の構造パラメータを定める必要がある。これらの点か
ら、光ファイバ１としては、その屈折率分布形状が、中
心コア部と階段コア部とからなるコアを有するデュアル
コア型のものが好ましいことになる。これに対して、一
般に単峰型の屈折率分布形状として低分散光ファイバを
設計すると曲げ損失が大きくなるため、十分なコア径変
動範囲がとれなくなる。

【００２９】次に本実施例の低分散光ファイバの製法に
ついて説明する。まず、コア部がＧｅＯ₂およびＦが添
加されたＳｉＯ₂ガラスからなり、クラッド部が純粋Ｓ
ｉＯ₂からなり、外径およびコア部の径が長さ方向に一
定のガラス母材を用意し、このガラス母材の屈折率分布
を測定する。この測定結果からこのガラス母材を種々の
コア径で紡糸して得られる光ファイバの諸特性を予測、
算出する。この諸特性から伝送波長、例えば１．５５μ
ｍでの波長分散がコア径の変化に対応してどのように変
化するか、すなわち、図２のグラフ中の曲線を得ること
ができる。そして、この曲線として例えば曲線（イ）の
ものが得られたとすると、上述のようにして光ファイバ
の始端１Ａでのコア径ｒ_A と、終端１Ｂでのコア径ｒ_B
を定める。

【００３０】次に、予め設定されている光ファイバ１の
外径と始端１Ａのコア径ｒ_A と終端１Ｂのコア径ｒ_Bか
ら、光ファイバ母材の長さ方向の外径を定める。（尚、
ここでは母材の終端から紡糸を行ない、母材の終端が光
ファイバ１の始端となるものとする。）そのためには、まず、光ファイバ母材の始端でのコア部
とクラッド部との径比（コア−クラッド比）が、紡糸後
の光ファイバ１の終端１Ｂでのコア−クラッド比と一致
し、光ファイバ母材の終端でのコア−クラッド比が紡糸
後の光ファイバ１の始端１Ａでのコア−クラッド比と一
致するようにせねばならない。光ファイバ母材は外径お
よびコア部の径は一定であるため、上記条件を満たすに
は、光ファイバ母材の外径をテーパー状に切削加工し、
その始端での外径を小さく、終端での外径を大きくすれ
ばよい。

【００３１】この際、光ファイバ母材の最初の寸法によ
っては、クラッド部の厚さが不足し、終端でのコア−ク
ラッド比を満たしえない場合が生じる。この場合には、
新たな追加のクラッド部を外付け法によって形成して上
記コア−クラッド比を満たしたのちに、テーパー状に研
削加工すればよい。ついで、このようにして得られたテ
ーパー状の光ファイバ母材を一定の外径となるように紡
糸すれば、図１に示した低分散光ファイバを得ることが
できる。この紡糸は引取速度を徐々に変化させることに
より、外径を一定とすることができる。あるいは、母材
を下降させて加熱炉へ導入する際の、母材の下降速度を
徐々に変化させることによっても、外径を一定とするこ
とができる。

【００３２】このような低分散光ファイバ１にあって
は、コア２に縦音響波の速度を遅くする第１のドーパン
トおよび第２のドーパントが含まれており、かつコア径
が光ファイバ１の長さ方向に変化しているため、誘導ブ
リルアン散乱の発生が抑制されている。また上述のよう
に光ファイバ１の全長にわたっての波長分散の平均値が
ゼロもしくはゼロに近づくため、光ファイバ１全体での
波長分散を±３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内に抑えることがで
きる。このため、この低分散光ファイバは波長分散がゼ
ロもしくはゼロに近いものであるとともに高出力の信号
光を入射、伝送することができるものでもある。

【００３３】また、上記の実施例では、１本の光ファイ
バ１の始端１Ａから終端１Ｂにかけて、そのコア径が一
様に変化するものについて説明したが、これに限られる
ものではなく、１本の光ファイバの長さ方向において、
コア径の一様な変化が２回以上繰り返されていてもよ
く、その１回のコアの一様な変化の範囲毎に、波長分散
がゼロに平均化されるため、全体として波長分散がゼロ
もしくはゼロに近いものとなる。したがって、コア径が
始端から終端にかけて一様に変化する光ファイバを複数
本、端部のコア径が等しくなる向きに融着接続するなど
して接続したものも、同様に接続された光ファイバ全長
にわたって波長分散をゼロもしくはゼロに近い値に維持
することができる。このような構成は光ファイバが長尺
である場合に好適である。

【００３４】次に、本発明の光ファイバの第２の実施例
として、分散補償光ファイバを構成した例について説明
する。本実施例の分散補償光ファイバは、１．３μｍ帯
に零分散波長を有する石英系単一モード光ファイバより
もコア径を小さくし、かつコア−クラッド比屈折率差を
大きくすることによって、使用波長においてその１．３
μｍ帯石英系単一モード光ファイバよりも絶対値の大き
い負の波長分散値を有するように設計されたものをい
う。尚、１．３μｍ帯に零分散波長を有する石英系単一
モード光ファイバは、通常、コア径約９μｍ、コア−ク
ラッド比屈折率差約０．３５％に設計されている。

【００３５】図３は本実施例の分散補償光ファイにおけ
るファイバ外径の変化を示したものである。本実施例の
分散補償光ファイバは、コアがＧｅＯ₂およびＦを含有
するＳｉＯ₂ガラスからなり、クラッドが純粋ＳｉＯ₂ガ
ラスからなっている。また、ファイバ外径およびコア径
が図３に示すように光ファイバ長さ方向に周期的に変化
するように形成されている。本実施例において、分散補
償光ファイバの使用波長は、１．５２５〜１．５７５μ
ｍの範囲に好ましく設定され、この波長範囲において所
望の波長分散値、カットオフ波長および曲げ損失が得ら
れるようにコア径の範囲および比屈折率差が好適に設定
される。

【００３６】分散補償光ファイバの波長分散値は小さい
ほど好ましいが、後で述べる理由から−５０ｐｓ／ｋｍ
／ｎｍ以下とすることが好ましい。上記波長範囲におい
て単一モード伝送可能となるように、カットオフ波長は
１．５μｍ以下に好ましく設定される。また曲げ損失は
小さい方がよく、例えば１．０ｄＢ／ｍ（曲げ直径２０
ｍｍ）以下となるように好ましく設定される。そして屈
折率分布は、光ファイバの分散値を大きくするためにコ
アとクラッドとの屈折率差が大きい方が好ましく、例え
ばステップ型屈折率分布、単峰型等に好ましく形成され
る。屈折率分布は、コアに含まれている少なくとも一方
のドーパントの量を適宜設定することによって制御する
ことできる。コアの屈折率が径方向に変化する場合に
は、例えばＦの添加量を径方向に一定とし、ＧｅＯ₂の
添加量を径方向に変化させることにより所望の屈折率分
布を好ましく得ることができる。あるいは、ＧｅＯ₂の
添加量を径方向に一定とし、Ｆの添加量を径方向に変化
させてもよく、またＧｅＯ₂およびＦの添加量を径方向
に変化させてもよい。

【００３７】図４は、ステップ型屈折率分布の単一モー
ド光ファイバにおいて、波長１．５５μｍを使用する場
合を例にとって、比屈折率差とコア径を変化させたとき
に、曲げ損失、カットオフ波長、および波長分散値がど
のように変化するかを計算した結果を示したものであ
る。この図中、Ａは曲げ直径２０ｍｍにおける曲げ損失
が１．０ｄＢとなる境界を示しており、通常はこれより
左下の領域では曲げ損失が大き過ぎるので好ましくな
い。またＢはカットオフ波長が１．５μｍとなる境界を
示しており、これより右上の領域ではカットオフ波長が
増大するので好ましくない。

【００３８】Ｃは、比屈折率差が３．５％となる境界で
あり、これより比屈折率差が大きいと母材作製時に熱ひ
ずみによる割れなどが生じるため、作製が非常に困難と
なるので好ましくない。この図では、比屈折率差が大き
いほど、またコア径が小さいほど、波長分散値（負）が
小さく（絶対値が大きく）なっている。Ｄは、波長１．
５５μｍにおける波長分散値が−５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ
となる境界を示しており、これより上の領域が波長分散
値−５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の領域である。したがっ
て使用波長が１．５５μｍの場合には、コア径および比
屈折率差がそれぞれ図４中斜線で示した領域内に含まれ
るように設定することによって、波長分散値、曲げ損
失、およびカットオフ波長の好ましい条件を満たす分散
補償光ファイバが得られる。尚、図４は、使用波長、波
長分散値、曲げ損失等の与えられた条件に対して、コア
径および比屈折率差の使用可能な範囲を算出する方法の
一例を示したもので、異なった条件に場合にも、同様に
してコア径および比屈折率差の範囲を算出できるのは勿
論のことである。

【００３９】また本実施例の分散補償光ファイバにおい
て、コア径は長さ方向に周期的に変化するように形成さ
れている。コア径は、上記図４に示した好ましい範囲内
で変化させることができる。コア径の変化量は小さすぎ
ると誘導ブリルアン散乱を抑制する効果が得られず、コ
ア径の変化量が大きいほど誘導ブリルアン散乱抑制効果
が大きい。例えば、コアが単峰型の屈折率分布を有し、
コアの中心部とクラッドとの比屈折率差が約２．３％で
あって、波長分散値−５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の分散
補償光ファイバについて、コア径の変化量を変えて誘導
ブリルアン散乱しきい値の上昇分を測定したところ、コ
ア径の変化量を±５％としたときには、しきい値が４ｄ
Ｂ程度上昇したのに対して、コア径の変化量を±３％と
したときには、しきい値は１ｄＢしか上昇しなかった。

【００４０】本実施例では、コア径はファイバ外径に比
例して図３に示すような三角波状に変化しているが、こ
の波形に限らず、コア径が長さ方向に不均一であればよ
いものである。したがってコア径変化の形状は正弦波状
等でもよく、周期も適宜設定することができる。またコ
ア径を光ファイバの一端から他端へ一様に増加または減
少させてもよい。コア径が光ファイバ長さ方向にバラつ
いているほど、散乱抑制効果は大きい。ただし、屈折率
分布が異なる光ファイバを多段接続したものや、コア径
が矩形波状に変化するものなどコア径が急激に変化する
ものは、伝送損失の増大を招くので好ましくない。コア
径の変化の度合いは、使用波長での伝送損失が０．５ｄ
Ｂ／ｋｍ以下となる程度に緩やかであることが好まし
い。

【００４１】ここで、分散補償光ファイバの波長分散値
を−５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下とし、伝送損失を０．５
ｄＢ／ｋｍ以下とすることが好ましい理由は次の通りで
ある。すなわち、既に敷設されている通常の１．３μｍ
帯単一モード光ファイバ通信システムの多くは長さが５
０〜１００ｋｍ程度であり、１．５μｍ帯における波長
分散は概略２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度である。よって、
１．５μｍ帯における総波長分散量は１０００〜２００
０ｐｓ／ｎｍ程度となる。一方、伝送線路の損失は波長
１．３μｍ帯において約０．４ｄＢ／ｋｍ、波長１．５
μｍ帯において約０．２ｄＢ／ｋｍである。この時、総
損失量は波長１．３μｍ帯において２０〜４０ｄＢとな
り、波長１．５μｍ帯において１０〜２０ｄＢとなる。

【００４２】そこで、以下の条件(１)(２)が成立すれ
ば、光通信システムを波長１．５μｍ帯の光通信システ
ムに再構築することができる。 (１)１．５μｍ帯における全波長分散量＝単一モード光ファイバの全波長分散量＋分散補償光フ
ァイバの全波長分散量 ≒０ (２)１．５μｍ帯における全損失＝１．５μｍ帯における単一モード光ファイバの全損失
＋１．５μｍ帯における分散補償光ファイバの全損失 ≦１．３μｍ帯における全損失＝１．３μｍ帯における単一モード光ファイバの全損失ここで、分散補償光ファイバの損失が、０．５ｄＢ／ｋ
ｍ以下であれば、(２)より、分散補償光ファイバの長さ
は２０〜４０ｋｍまで使用することが許される。従って
(１)より分散補償光ファイバの波長分散値は−５０ｐｓ
／ｋｍ／ｎｍ以下とすることが好ましいことがわかる。

【００４３】本実施例の分散補償光ファイバは、例えば
以下のようにして製造することができる。まず、コア部
がＧｅＯ₂およびＦが添加されたＳｉＯ₂ガラスからな
り、クラッド部が純粋ＳｉＯ₂からなる母材を図４に示
した条件を満たすような屈折率分布に形成する。母材の
外径および屈折率分布は長さ方向に均一にする。この母
材を加熱炉を用いて線引する際に、線引温度、線引速
度、母材送り出し速度を適宜制御することによって、光
ファイバの外径が図３に示すような三角波状に長さ方向
に変化するように紡糸する。このように、紡糸時に光フ
ァイバの外径を周期的に変化させることによって、コア
径もファイバ外径に比例して三角波状に長さ方向に変化
している分散補償光ファイバが得られる。

【００４４】得られた分散補償光ファイバは、コアに縦
音響波の速度を遅くする第１のドーパントおよび第２の
ドーパントが含まれており、かつ長さ方向にコア径が変
化している。このため、光ファイバ長さ方向各部におけ
るブリルアンシフト周波数が変化し、光ファイバ全長に
おける誘導ブリルアン散乱の発生量を抑制することがで
きる。したがって、この分散補償光ファイバは波長分散
を補償できるとともに高出力の信号光を入射、伝送する
ことができる。

【００４５】また、長さ方向にコア径が変化している分
散補償光ファイバの他の製造方法として、母材の段階で
コア径を変化させる方法もある。すなわち母材を形成す
る際に、まずコア部分となるガラスロッドを作製し、こ
のガラスロッドの外周面を外削することによって、ある
いは外削後、延伸を行うことによって、ガラスロッド径
を例えば三角波状に長さ方向に変化させ、その周上にク
ラッド部分となるガラス層を形成する。このような母材
を、外径が均一となるように紡糸して光ファイバとすれ
ば、コア径が長さ方向に変化している分散補償光ファイ
バを得ることができる。

【００４６】

【実施例】以下、具体例を示すが、本発明がこれに限定
されるものではない。（実施例１）以下のようにして１．５５μｍ帯での波長
分散がゼロに近い低分散光ファイバを作製した。ＧｅＯ
₂とＦが添加されたＳｉＯ₂ガラスからなるコアと、純粋
ＳｉＯ₂ガラスからなるクラッドからなる低分散光ファ
イバ用のファイバ母材を用意した。このファイバ母材の
コア中のＦの添加量は径方向に均一で、純粋ＳｉＯ₂に
対して−０．４％とした。またＧｅＯ₂の添加量を径方
向に変化させて母材の屈折率分布が図５に示すようなデ
ュアルコア型となるようにした。ＧｅＯ₂はコア中心部
のピーク位置で純粋ＳｉＯ₂に対して＋１．６％となる
ように添加した。またファイバ母材の外径は３０ｍｍ、
コア部の径は３．６ｍｍで、コアクラッド比８．３であ
り、この寸法はその長さ方向で一定であった。

【００４７】このファイバ母材の屈折率分布の解析の結
果、伝送波長１．５５μｍでの波長分散は、コア径の変
化に伴って図６に示す曲線（ホ）のように変化すること
が算出された。この曲線（ホ）から波長分散が正となる
部分と負となる部分との両者の面積がほぼ等しくなるよ
うにファイバの始端のコア径と終端のコア径を定めたと
ころ、ｒ_A が２５．０μｍとｒ_B １２．５μｍの値が得
られた。

【００４８】紡糸後のファイバ１の径を１２５μｍと一
定とすると、紡糸後のファイバ１の始端１Ａでのコアク
ラッド比は１２５／２５＝５となり、終端１Ｂでのコア
クラッド比は１２５／１２．５＝１０となる。一方、用
意した上述のファイバ母材のコアクラッド比は一様に
８．３であるので、ファイバ母材の終端側でのコアクラ
ッド比が１０以上となるようにクラッド部と同じ屈折率
のガラスを外付けし、その外径を３６ｍｍとした。つい
で、図７に示すように、外径３６ｍｍのファイバ母材１
１をその終端側１１Ｂで外径３６ｍｍに、その始端側１
１Ａで外径１８ｍｍとなるようにテーパー状に研削し
た。なお、図７中符号１２はコア部を示す。

【００４９】このテーパー状のファイバ母材１１を一定
外径１２５μｍで紡糸し、全長１４ｋｍの光ファイバを
得た。得られたファイバの特性を測定したところ、以下
のようであった。始端１Ａ始端１Ｂクラッド外径（μｍ）１２５１２５コア径（μｍ）２５１２．５１．５５μｍでのモードフィールド径（μｍ）６．４３８．６３１．５５μｍでの全長にわたっての波長分散＋０．４３（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）また、このファイバの誘導ブリルアン散乱が発生する入
射光量のしきい値は約１３ｄＢｍであった。

【００５０】（比較例１）上記実施例１において、コア
にＦを添加せず、ＧｅＯ₂の添加量がコア中心部のピー
ク位置で純粋ＳｉＯ₂に対して＋１．２％となるように
した以外は同様にして低分散光ファイバを作製した。得
られたファイバの特性を測定したところ、１．５５μｍ
での全長にわたっての波長分散は＋０．４３ｐｓ／ｋｍ
／ｎｍと上記実施例１のものと同じであったが、誘導ブ
リルアン散乱のしきい値は約１１ｄＢｍと低い値であっ
た。

【００５１】（比較例２）上記実施例１と同様にコアに
ＧｅＯ₂およびＦを添加したファイバ母材を用意し、こ
のファイバ母材を外削せずに、外径１２５μｍの一定外
径で紡糸した。得られたファイバのコア径は１５μｍで
全長にわたって一定であった。また、このファイバの誘
導ブリルアン散乱のしきい値は約７ｄＢｍであった。

【００５２】上記実施例１および比較例１の結果より、
コア径を変化させた低分散光ファイバにおいて、コアに
ＧｅＯ₂に加えてＦを添加することによって、波長分散
特性を変化させることなく、誘導ブリルアン後方散抑制
効果を高めることができることが認められた。また上記
実施例１および比較例２の結果より、コアにＧｅＯ₂お
よびＦを添加するとともに、コア径を変化させることに
よって、誘導ブリルアン散乱抑制効果が得られることが
認められた。

【００５３】（実施例２）以下のようにして、１．５５
μｍ帯で大きな負の波長分散を有する分散補償光ファイ
バを作製した。ＧｅＯ₂とＦが添加されたＳｉＯ₂ガラス
からなるコアと、純粋ＳｉＯ₂ガラスからなるクラッド
からなる分散補償光ファイバ用のファイバ母材を用意し
た。このファイバ母材のコア中のＦの添加量は径方向に
均一で、純粋ＳｉＯ₂に対して−０．４％とした。また
ＧｅＯ₂の添加量を径方向に変化させて母材の屈折率分
布が単峰型となるようにした。ＧｅＯ₂はコア中心部の
ピーク位置で純粋ＳｉＯ₂に対して＋２．７％となるよ
うに添加した。またクラッドの厚さは、クラッド径／コ
ア径＝約５４とし、コアおよびクラッドの寸法はファイ
バ母材の長さ方向で一定とした。

【００５４】この母材を線引する際の線引温度、線引速
度、母材送り出し速度を周期的に変化させ、図３に示す
ように光ファイバ外径が三角波状に周期的に変化するよ
うに紡糸した。光ファイバ外径の平均値は１２５μｍ
で、外径の変化量は±５％とした。変化の周期は５００
ｍ毎とし、全長５ｋｍの光ファイバを得た。得られた光
ファイバの波長１．５５μｍにおける波長分散値は−５
０．７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであった。また、このファイバ
の誘導ブリルアン散乱が発生する入射光量のしきい値は
約１１ｄＢｍであった。

【００５５】（比較例３）上記実施例２において、コア
にＦを添加せず、ＧｅＯ₂の添加量がコア中心部のピー
ク位置で純粋ＳｉＯ₂に対して＋２．３％となるように
した以外は同様にして分散補償光ファイバを作製した。
得られたファイバの特性を測定したところ、１．５５μ
ｍでの全長にわたっての波長分散は−５０．７ｐｓ／ｋ
ｍ／ｎｍと上記実施例２のものと同じであったが、誘導
ブリルアン散乱のしきい値は約１０ｄＢｍと低い値であ
った。

【００５６】（比較例４）上記実施例２と同様にコアに
ＧｅＯ₂およびＦを添加したファイバ母材を用意し、こ
の母材を線引する際の線引温度、線引速度、母材送り出
し速度を変化させず、光ファイバ外径が一定となるよう
に紡糸して全長５ｋｍの光ファイバを得た。得られた
光ファイバの波長１．５５μｍにおける波長分散値は−
５５．０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであった。また誘導ブリルア
ン散乱のしきい値は約８ｄＢｍであった。

【００５７】上記実施例２および比較例３の結果より、
コア径を変化させた分散補償光ファイバにおいて、コア
にＧｅＯ₂に加えてＦを添加することによって、波長分
散特性を変化させることなく、誘導ブリルアン後方散抑
制効果を高めることができることが認められた。また上
記実施例２および比較例４の結果より、コアにＧｅＯ₂
およびＦを添加するとともに、コア径を変化させること
によって、誘導ブリルアン散乱抑制効果が得られること
が認められた。

【００５８】（実施例３）上記実施例１においてクラッ
ドにＡｌ₂Ｏ₃を添加した他は同様にして１．５５μｍ帯
での波長分散がゼロに近い低分散光ファイバを作製し
た。すなわち、ＧｅＯ₂とＦが添加されたＳｉＯ₂ガラス
からなるコアと、Ａｌ₂Ｏ₃が添加されたＳｉＯ₂ガラス
からなるクラッドからなる低分散光ファイバ用のファイ
バ母材を用意した。このファイバ母材のコア中のＦの添
加量は径方向に均一で、純粋ＳｉＯ₂に対して−０．４
％とした。またＧｅＯ₂の添加量を径方向に変化させて
母材の屈折率分布が図５に示すようなデュアルコア型と
なるようにした。ＧｅＯ₂はコア中心部のピーク位置で
純粋ＳｉＯ₂に対して＋２．０％となるように添加し
た。またクラッド中のＡｌ₂Ｏ₃の添加量は径方向に均一
で、純粋ＳｉＯ₂に対して＋０．４％となるようにし
た。またファイバ母材の外径は３０ｍｍ、コア部の径は
３．６ｍｍで、コアクラッド比８．３であり、この寸法
はその長さ方向で一定であった。

【００５９】このファイバ母材を上記実施例１と同様に
テーパ状に研削した後、一定外径１２５μｍで紡糸し、
全長１４ｋｍの光ファイバを得た。得られたファイバの
特性を測定したところ、クラッド外径（μｍ）、コア径
（μｍ）、１．５５μｍでのモードフィールド径（μ
ｍ）、および１．５５μｍでの全長にわたっての波長分
散は実施例１と同様であった。また、このファイバの誘
導ブリルアン散乱が発生する入射光量のしきい値は約１
４ｄＢｍであり、実施例１の光ファイバよりもさらに大
きな誘導ブリルアン散乱抑制効果が得られた。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１記
載の光ファイバは、石英系シングルモード光ファイバで
あって、コアが、少なくとも１種の屈折率を上げかつ縦
音響波の速度を遅くする第１のドーパントと、少なくと
も１種の屈折率を下げかつ縦音響波の速度を遅くする第
２のドーパントとを含むＳｉＯ₂ガラスからなり、コア
径が光ファイバ長さ方向に変化していることを特徴とす
るものである。

【００６１】本発明の光ファイバによれば、コアに第１
のドーパントに加えて第２のドーパントを添加すること
により、コア径の変化により得られる誘導ブリルアン散
乱抑制効果を、コアに第１のドーパントしか含まない光
ファイバに比べて大きくすることができる。したがっ
て、散乱発生のしきい値を増大させることができるの
で、高レベルの光を入射、伝送できる光ファイバが得ら
れる。また本発明によれば、光ファイバの光学的特性を
変化させずに、誘導ブリルアン散乱抑制効果を高めるこ
とができるので、コア径を変化させて構成される誘導ブ
リルアン散乱を抑えた低分散光ファイバや分散補償光フ
ァイバ等の散乱発生しきい値を改善するのに好適であ
る。よって、本発明の光ファイバにより低分散光ファイ
バや分散補償光ファイバを構成し、これを用いて光伝送
システムを構築すれば、波長分散特性に優れているだけ
でなく、高出力の光を入射、伝送できるシステムが得ら
れ、よりいっそうの伝送距離の長大化、伝送容量の増大
化を達成することができる。

【００６２】また請求項３記載の光ファイバは、クラッ
ドが、少なくとも１種の屈折率を上げかつ縦音響波の速
度を速くする第３のドーパントを含むＳｉＯ₂ガラスか
らなることを特徴とするものである。このようにコアに
上記第１のドーパントおよび第２のドーパントを添加す
るとともに、クラッドに第３のドーパントを添加すれ
ば、コアに添加する第１のドーパントの添加量を増加さ
せることができるので、コア径の変化により得られる誘
導ブリルアン散乱抑制効果をさらに大きくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る低分散光ファイバの一例を模式
的に示した概略構成図である。

【図２】本発明に係るコア径と波長分散との関係を示
すグラフである。

【図３】本発明に係る分散補償光ファイバの一例にお
けるコア径の変化を示すグラフである。

【図４】本発明に係る分散補償光ファイバの一例にお
けるコア径および比屈折率差の好適な範囲を示すグラフ
である。

【図５】実施例で使用したファイバ母材の屈折率分布
を示す図である。

【図６】実施例でのコア径と波長分散との関係を示す
グラフである。

【図７】実施例で研削加工したファイバ母材の概略断
面図である。

【図８】縦音響波の速度およびブリルアンシフト周波
数のコア径依存性を示すグラフである。

【図９】ドーパントの量と音響波速度との関係を示す
グラフである。

【図１０】誘導ブリルアン散乱による前方透過光およ
び後方散乱光の入射光パワー依存性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】１…低分散光ファイバ、２…コア、１Ａ…始端、１Ｂ…
終端、１１…ファイバ母材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田朗千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉工場内 (72)発明者山内良三千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉工場内 (72)発明者大橋正治東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者中島和秀東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英系シングルモード光ファイバであっ
て、コアが、少なくとも１種の屈折率を上げかつ縦音響波の
速度を遅くする第１のドーパントと、少なくとも１種の
屈折率を下げかつ縦音響波の速度を遅くする第２のドー
パントとを含むＳｉＯ₂ガラスからなり、コア径が光フ
ァイバ長さ方向に変化していることを特徴とする光ファ
イバ。
【請求項２】前記第１のドーパントがＧｅＯ₂であ
り、前記第２のドーパントがＦであることを特徴とする
請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】クラッドが、少なくとも１種の屈折率を
上げかつ縦音響波の速度を速くする第３のドーパントを
含むＳｉＯ₂ガラスからなることを特徴とする請求項１
または２記載の光ファイバ。