JPH09509765A - 単一モード光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、光クラッド（３）に囲まれた、光波の大部分の案内のための光コア（２）を含む小径のシングルモード光ファイバ（１）に関する。コアの最大屈折率と光クラッドの最大屈折率との差はΔｎとされ、光クラッドの直径は５０〜１００μｍである。

Description

【発明の詳細な説明】 単一モード光ファイバ 本発明は単一モード光ファイバに関する。 光ファイバとは、光クラッドと呼ばれる周辺部分に囲まれた、光波の大部分の 案内に使用する光コアと呼ばれる中央部分から成る光ウェーブガイドである。一 般的に光クラッドは、５０μｍ程度の厚みの合成材（例えば樹脂）の保護被覆を 周囲に巡らしてある。 現在光ファイバに関し選択されている伝送波長は１．３または１．５５μｍで ある。事実、光伝送における減衰が０．４ｄＢ／ｋｍ未満と最小となるのはこの 波長である。 従って本発明の範囲内では、想定されるファイバは、伝送に関し最も有効な１ ．３または１．５５μｍの波長で使用されるためのものである。 さらに、単一モード光ファイバは多モードファイバよりもはるかに大きな帯域 を有することが解っており、そのため光ファイバの分野における現在および今後 の開発は単一モード光ファイバを中心としている。 従って本発明は特に、１．３または１．５５μｍの波長で使 用するための単一モード光ファイバに関する。 現在の単一モード光ファイバは８〜１０μｍのコア径を有するが、光クラッド 径は多モード光ファイバのコア径と同一の１２５μｍである。コアと光クラッド から成るアセンブリの直径が比較的大きいため、標準的な単一モード光ファイバ が線引されるプリフォームをつくるのに使用するシリカのコストは高い。このコ ストを下げるため、クラッド径は１２５μｍに維持しつつ、コア径を２．５〜３ μｍまで小さくする方法がすでに提案されている。 しかしながらコアの直径をこのように小さくしてもコストは十分に下がらない 。 その上、光クラッド径は一定であるので、そのようなファイバを含む光ファイ バケーブルの伝送能力は向上しない。 本発明の一つの目的は、既知の単一モード光ファイバよりも製造コストの安価 な単一モード光ファイバを実現することである。 本発明の別の目的は、光ファイバケーブルの能力を向上させるため、単一モー ド光ファイバの空間所要寸法を小さくすることである。 この目的のため本発明は、光クラッドに囲まれた、光波の大部分の案内に使用 する光コアを含む単一モード光ファイバであって、前記コアの最大屈折率と前記 光クラッドの最大屈折率との差をΔｎで示し、前記コアの半径をａで示したとき 、 − ａ∈［０．６ａ_c；１．１ａ_c］であり、ここでａ_cは、 られ、式中ｋ＝２π／λ（但し、λはμｍ単位での波長）、ｎ_gは光クラッドの 屈折率で、３．１０^-3以内の誤差で純シリカの屈折率に等しく、 − Δｎが０．０１以上であること、および ψがμｍ単位での前記クラッドの直径を示すものとすると、ψ∈［ψ_min；１ ００］であり、ψ_minがμｍを単位する次式 で与えられることを特徴とする光ファイバを対象とする。 前記のようにして光ファイバに固有なパラメータ、すなわちａ、Δｎ、および ψを選択することにより、標準的ファイバと同程度の減衰および微細曲げに対す る感応度を有しつつ、先行技術によるファイバに比べクラッド径が小さい、１． ３または１．５５μｍ程度の伝送波長の単一モード光ファイバをつくることが可 能となる。 従って本発明によれば、単一モード光ファイバについて、光クラッドの直径を １２５μｍ程度とする必要はないことがわかる。単一モードファイバの最初の設 計時にこのような直径が選択されるとすれば、それは同一の寸法を有する単一モ ードおよび多モードファイバを得ようとする目的のためである（コア径が８５μ ｍに達することのあるマルチモードファイバの場合、ファイバの可とう性を維持 しつつ所望の案内を得るため光クラッドの直径は１２５μｍ程度である）。 本発明により、伝送性能を犠牲にすることなく光ファイバの空間所要寸法を小 さくすることができ、その結果、光ファイバの製造コストを下げつつ光ファイバ ケーブルの能力を向上させることが可能である。 本発明によるａ、Δｎ、およびψについての条件が満たされれば、本発明によ る光ファイバの屈折率プロファイルは、ステップ型、台形、または三角形の中か ら選択することができる。 本発明の他の特徴および長所は、以下の説明と、非限定的例として示した本発 明による光ファイバの例において明らかになろう。 第１図は、本発明による光ファイバの横断面図である。 第２図は、第１図の屈折率プロファイルを示す図である。 第３図は、台形型の屈折率プロファイルを示す図である。 第４図は、三角形型の屈折率プロファイルを示す図である。 第５図は、Δｎおよびａに応じたψ_minを示す図である。 これら全図において共通の要素は同一の参照番号を有する。 第１図には、本発明による光ファイバ１が示され、該光ファイバ１は光ファイ バ１の長手方向軸Ｘに沿った中央位置に、純シリカの屈折率よりも屈折率を向上 させるためゲルマニウムでドープした、例えばシリカを主成分とする材質の光コ ア２を含む。光コア２の周囲は、ほぼ純粋なシリカすなわち純シリカと同じか最 大でも１０^-3しか低くない屈折率の光クラッド３により取り囲まれる（光クラッ ド３の屈折率はコア２の屈折率より は常に低いが、コア２の周囲とファイバ１の外側の間では異なる）。光クラッド ３は、例えば樹脂等合成材の保護被覆４に囲まれる。 第２図は第１図のファイバの屈折率プロファイル、すなわち、光ファイバの軸 Ｘからの距離ｄに応じた、ファイバ１の横断面における光ファイバ１のコア２お よび光クラッド３内の屈折率の変化を示す。第２図に示すプロファイルはステッ プ型と呼ばれる。コア２の最大屈折率をｎ_g＋Δｎとすると、コア２の屈折率は 、曲線が長方形になるようｎ_gとｎ_g＋Δｎの間を変化する。一方、クラッド３は ほぼ一定の屈折率ｎ_gを有する。前記に示したように屈折率ｎ_gは一般的に純シリ カの屈折率に近く、その結果（１．４４４に等しい）純シリカの屈折率よりも最 大でも０．００１小さいだけである。 第３図および第４図に、第１図の光ファイバによって示され得る他の二つのプ ロファイル、すなわち台形型プロファイル（コア２の屈折率は、曲線が台形にな るようｎ_gとｎ_g＋Δｎの間を変化するが、クラッド３はほぼ一定の屈折率ｎ_gを 有する）と、三角形型プロファイル（コア２の屈折率は、曲線が三角形になるよ うｎ_gとｎ_g＋Δｎの間を変化するが、クラッド ３はほぼ一定の屈折率ｎ_gを有する）を示した。 一般化すれば本発明の範囲内では、三角形およびステップ型断面は、上底と下 底との比率がそれぞれ１または０であるような台形プロファイルの特別な場合で あるとみなされる。 本発明によれば、ψ∈［ψ_min；１００］のように、光クラッドの外径ψ（単 位μｍ）を選択することができ、ψ_minはμｍを単位として次式 ここで ｋ＝２π／λ λ（単位μｍ）は伝送波長（１．３または１．５５μｍ）、ａは光ファイバの コア半径で与えられる。 本発明により、［φ_min；１００］の間隔内でψが選択される場合、すなわち 曲げおよび微細曲げによる損失を減らすようにしてψが選択される場合、光ファ イバ内の減衰を０．４ｄＢ／ｋｍ未満に維持しカットオフ波長を必ず伝送波長（ １．３ま たは１．５５μｍ）未満にするため、Δｎは０．０１を超える数値が選択され、 ａ（単位μｍ）は［０．６ａ_c；１．１ａ_c］の間隔内で選択され（ａ_cはμｍを 単位として式 ラッドの直径を１２５μｍ（標準的単一モード光ファイバについての一般的な値 ）よりもはるかに小さな値にすることができ、それにより光ファイバの製造コス トを大きく節約すること、および光ケーブルの能力を向上させることが可能であ る。 例えば標準的シングルモード光ファイバの場合、他は全て同じ条件としてψを １００μｍとすると、光ファイバの空間所要寸法を３３％程度小さくすることが 可能であり、他は全て同じ条件としてψを８０μｍとすると、光ファイバの空間 所要寸法を６０％程度小さくすることが可能である。第一の近似としては、ファ イバの製造コストの低減は断面積の低減すなわち空間所要寸法の低減にほぼ等し い。 第５図に、１．５５μｍで動作するための単一モードファイバに関し、複数の Δｎについて比率ａ／ａ_cの種々の値に関し光クラッドの最小直径ψ_minを与える 複数の曲線を示した。 曲線５１は、Δｎが０．０１の場合に相当し、ψ_minはａ／ａ_cに応じて７５μ ｍから１００μｍの間で選択することが可能であることがわかる。 曲線５２は、Δｎが０．０１５の場合に相当し、ψ_minはａ／ａ_cに応じて６２ ．５μｍから１００ｐｍの間で選択することが可能であることがわかる。 曲線５３は、Δｎが０．０２の場合に相当し、ψ_minはａ／ａ_cに応じて５０μ ｍから７５μｍの間で選択することが可能であることがわかる。 一般的に、本発明によるａ、Δｎおよびψについての基準は、台形型のプロフ ァイルを有する光ファイバ全て（三角形またはステップ型断面を有する光ファイ バを含む）に適用される。 合成材の保護被覆４については、その厚みは５０μｍ程度である。 以下に、本発明による光ファイバの構造の明確な例をいくつか示す。例１〜８ は１．５５μｍで動作するためのファイバに関し、例９〜１１は１．３μｍで動 作するためのファイバに関する。 いずれの例においても、被覆４の厚みは５０μｍである。 本発明により得られ例に示す特性を有するファイバは、減衰が０．４ｄＢ／ｋ ｍ未満であり、微細曲げに対する感応度は、光クラッド径が１２５μｍ、コア径 が８〜１０μｍ、保護被覆の厚みが５０μｍの標準的ファイバと少なくとも同等 である。 例１ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．５５μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０１ ａ＝２．４３μｍ ψ＝１００μｍ 例２ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．５５μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０１ ａ＝２．６０μｍ ψ＝９０ｐｍ 例３ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．５５μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０１５ ａ＝１．７μｍ ψ＝１００ｐｍ 例４ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．５５μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０１５ ａ＝１．９８μｍ ψ＝８０μｍ 例５ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．５５μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０１５ ａ＝２．２６μｍ ψ＝７０μｍ 例６ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．５５μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０２ ａ＝１．４７μｍ ψ＝８０μｍ 例７ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．５５μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０２ ａ＝１．６７μｍ ψ＝７０μｍ 例８ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．５５μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０２ ａ＝１．９６μｍ ψ＝６０μｍ 例９ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．３μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０１ ａ＝２．０３８μｍ ψ＝９６μｍ 例１０ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．３μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０１５ ａ＝１．４２６μｍ ψ＝９６μｍ 例１１ この例においては、ステップ型のプロファイルの本発明による光ファイバは（ １．３μｍにおいて）以下の特性を有する。 Δｎ＝０．０２ ａ＝１．６４４μｍ ψ＝５７．５μｍ もちろん本発明は前記に記載の実施態様に限定されるものではない。 特に合成材の保護被覆は単数または複数の層で構成することができ、その厚み は必ずしも５０μｍ程度でなくてもよい。この厚みは光ファイバに関し求める力 学的特性、ならびに曲げおよび微細曲げに対する光ファイバの感応度に応じて選 択する。 さらに本発明はプロファイルが台形または三角形の光ファイバにも適用される 。この種のファイバの基準パラメータ（ａ、Δｎおよびψ）を、計算によりステ ップ型のプロファイルのファイバの基準パラメータに置き換えること、およびそ の逆が可能である。というのは周知のようにこれらパラメータ間には等価関係式 が存在するからである。この場合、ステップ型プロファイルは三角形または台形 プロファイルと等価であるという。このように、前記に示したプロファイルの例 は、この等価関係式を用いることにより、簡単に三角形または台形プロファイル に置き換えること、すなわち三角形または台形プロファイルの基準パラメータを 直接推論することができる。 最後に、本発明の範囲から逸脱することなくあらゆる手段を同等の手段で置き 換えることが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヌチ，パスカル フランス国、91140・ビルボン・シユル・ イベツト、リユ・デ・ブリユイエール、 10・アー (72)発明者 オージユ，ジヤツク フランス国、91530・サン・シユロン、リ ユ・デ・フレール・キヤピテーヌ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光クラッドに囲まれた、光波の大部分の案内に使用する光コアを含むシング ルモード光ファイバであって、前記コアの最大屈折率と前記光クラッドの最大屈 折率との差をΔｎで示し、前記コアの半径をａで示したとき、 られ、式中ｋ＝２π／λ（但し、λはμｍ単位での波長）、ｎ_g光クラッドの屈 折率で、３．１０^-3以内の誤差で純シリカの屈折率に等しく、 − Δｎが０．０１以上であること、および ψがμｍ単位での前記クラッドの直径を示すものとすると、ψ∈［ψ_min；１ ００］であり、ψ_minがμｍを単位する次式 で与えられることを特徴とする光ファイバ。 ２．ステップ型、台形型、または三角形型のプロファイルを有することを特徴と する請求の範囲第１項に記載のファイバ。 ３．前記光クラッドが合成材の保護被覆に囲まれることを特徴とする請求の範囲 第１項または第２項に記載のファイバ。 ４．前記保護被覆が５０μｍ程度の厚みを有することを特徴とする請求の範囲第 ３項に記載のファイバ。