JPS58130129A - 低偏波分散単一偏波フアイバの製造方法 - 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】 本発明はコヒーレント光伝送方式、光７アイパ応用計測
、光集積（ロ）路との結合等において用いられる単一偏
波光ファイバの製造方法に関し、特に直交する二つの偏
波モード間の遅延時間差を最少にするようにし友もので
ある〇 光ファイバの直交する二つの主軸方向に偏光したＨＢ、
□モードの光に対する伝搬定数をそれぞれβ　８　とす
ると、モード複屈折率（Ｍｏｄａｌ　Ｂｉｒｅ　−Ｉ　
　ｙ ｆｒｉｎｇｅｎｃｅ　）　Ｂは、 Ｂ＝（β８−β、）／、　　　　　　（１）で与えられ
る。ここで、ｋは真空中の光の波数と呼ばれ、ｋ＝２π
／Ａ　（λは真空中の光の波長）である。光ファイバの
主軸方向に直線偏光の光を入射した時、曲げや圧力等の
外力に１って［４１偏光状態が擾乱を受けないようにす
るためには、モード複屈折率Ｂが１０　　程度以上でな
ければならないことが知られている（　ＲｌＵｌｒｉｃ
ｈ　ｅｔ、ａｌ、　＊Ｂｅｏｄｌｎｇ　−４ｎｄｍｃｅ
ｄ　ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｖａｃｅ　ｉｎ　ｓｌｎｇｌｅ
−ｍｏｄｅ　ｆｌｂｅｒ＠”。

１へＯｐｔ　ｉｃｅ　Ｌｅｆｔ　＋＠　Ｖ（１１，Ｌ　
Ａ　８　＊　ｐｐ、　２’ｌ１３〜１７５゜１９ｇｏ　
）。そこで、＠１図に示すように、クラッドｌの中心部
に非円形状構造のコア２を設け（Ｃ。

Ｙｅｈ、＠Ｅｌｌｌｐｔｌｃａｌ　ｄｌｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ　ｖａｖａｇｕｌｄｅｓｌＩ、　Ｊ。

ｏｆ　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、　Ｖｏｌ、ＪＩＪＩ、　
Ａ６１１．　ｐｐ、８　Ｂ　８５〜δ！４８．１９ｆｓ
ｇ）、ま虎は、第２図に示すようにコア２の両側にコア
８お１びクラッド１の材料と熱膨張係数の違う材料で形
成しｅｇｇクラッド８を配置し、コア８に非対称応力を
付与するような構成（宮他、［内部応力複屈折性単一モ
ード光ファイバの製造方法」特願昭５６−４５１号）に
より、モード複屈折率を大きくすることが提案されてい
るＯ 非円形状のコア２を有する光７アイパにおいて、そのモ
ード複屈折率は次式で与えられる。

Ｂ−（β　−β　）／に＋Ｐ・（σ−σ）　　　　（幻
ｘｏ　　　ｙｏ　　　　　　　　　　　ｘ　　　　ｙ念
だし、β　およびβ　は無応力時の伝搬定数、ｘｏ　　
　　　　　　　ｙ。

σおよびσは主軸方向の主応力（単位ｋｆ／ｍｆｆ１）
でｘ　　　　　　　　　ｙ あり、Ｐは石英ガラスの光弾性係数で、ｐ　＝　ａ、ａ
ｅ　Ｘ　１０　　（！１１！！ｌ／Ｉ＃）　　　　　　
　　（ｓ）である。式偵）の第１項は導波構造性複屈折
率Ｂｇ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ　ｍｎ１ｓｏｔｒｏｐ
ｙ　）と呼ばれ、第３項は応力誘起複屈折率Ｂ　（８ｔ
ｒｅｓｓ−星ｎｄｕｃｅｄ　ｂｉｒｅｆｒｉ　−ｎｇｅ
ｎｃｅ　）と呼ばれている０楕円コア光ファイバの導波
構造性複屈折率Ｂ　および応力誘起複屈折率Ｂ　を計算
した結果を、＠８図および第４図に８魯 す。ただし、図において楕円率Ｃは ε＝１−−　　　　　　　　　　　　　（４）で定義さ
れる。−例として、比屈折率差ｊ＝０．６１゜Ｓ ８．１　Ｘ　１０　　であ抄、モード複屈折率は、−纂 Ｂ＝Ｂ＋８＝４．δＸ　１０　　　　　（ｓ）ｓ であることがわかる。

次に、単一偏波光ファイバの直交する偏波モードの単位
長濱当りの遅延時間は、 で与えられる。このとき、両偏波モード間の単位長さ当
りの遅延時間差（偏波分散）Ｄは。

（Ｃは真空中の光の速度） で表わされる。式（１）、　（ｆｉ＞より偏波分散りは
、Ｄ＝（τ　−τ　）＋−（σ　−σ　）　　　　　　
　　偵）ｘｏ　　　　ｙｏ　　　ｃ　　　　Ｘ　　　　
Ｙで与えられる０式（９）において右辺第１項は非一対
称応力が無い場合の遅延時間差、第２項は応力に起因す
る遅延時間差を表わし、それぞれＤ　およびＤと定義さ
れる。ここで、楕円コア光７アイ暴 パの場合には、Ｄは Ｄ＝ｎＪ？εＦ（マ） ｇ　　Ｃ（１０） で与えられる。ただし、ｎｏはコアの屈折率、Ｆ（ｖ）
は規格化周波数Ｖと楕円率５によって決まる関数であっ
て、第５図のように変化する。また応力に起因する偏波
分散は、第４図から求められる。

−例としてΔ＝０．６憾、ε＝　０．４　、　　マ＝ｏ
、９マ。

（ただしＶは楕円コア光ファイバのカットオフ周波数で
ある。）のとき、Ｆ（マ）＝　０−ＸＳであるからＤｇ
　＝１１　　（ｐｓ　／Ｋｍ　ｌ　　　　　　　　　　
　（１りとなる０まｔＤは第４図↓すＢ＝８．１ｘ１０
　　であるから ＤＳ＝−ｊ　＝　１０８　　（ｐｓ／Ｋｍ）　　　　　
　（ｘｓ）であるこ々がわかる。従って偏波分散はＤ”
＝Ｄ　”　Ｄ　＝　１１４　　（ｐｍ／Ｋｍ）　　　　
　（１８）ｇ　　　＠ である。

次に第６図に示すようにＸ軸方向に非軸対称応力を付与
し虎単−直線偏波光ファイバ（保坂他、「非対称屈折率
溝を有する単一偏波光ファイバ」光量ニレ研資料、０Ｑ
ｉｔ　ｓｘ−ｇｇ、　Ｐ、４８．　１９ｅｌｌ　）の偏
波分散の測定について述べる・なお第６図の単一偏波光
ファイバのコア２はＧｅＯｇ−ｓＩｏ、がら成り、応力
付与層８はＢ、ＯＢ−ｓｉｏ□から成り、クラッド１は
８１０ｇから成っている。またコア２の比屈折率差はΔ
＝　０ｊｌｌ参、コアの楕円率はｇ　＝　０．ｏ７　ｍ
応力付与層の比屈折率差はΔ＝−０，４４％、外径２ｄ
＝　１６０μｍである０偏波分散の測定系を第７図に示
す。第７図において、４は半導体レーザ（λ＝１．８９
綿）、６はレンズ、６は４板、７は単一偏波ファイバ、
８はウォラストンプリズム、９はフィルタ、１０はハー
フミラ−１１１はＰｂｓ検出器、１２はモニタ、１８は
固定ミラー、１４は可動ミラーである。以下、測定原理
を述べる◎検出器の面上におけるＨ　Ｅ　Ｘモードおよ
びＨ１ｉｉＹモード１１　　　　　　　　　　　　　　
１１の光の強麿をＩ□　Ｉ、とし、これら二つのモード
間の遅延時間差をΔτ（＝ＤＬ、Ｌはファイバの長さ）
とすると、全強度工は Ｉ　＝　Ｉ　＋　Ｉ　＋　ｊＶ「「！　ｒ　（Δｒ）Ｉ
ｃｅ−φ（４ｒ）　・ｃｏｓＱ　　（１４）１　　怠　
　　　１２ と表わされる。ただしｒ、φ、Ｑはそれぞれ複索コヒー
レント光、その位相および二つの偏波光の検出器面上で
なす角度である。出射側のし板６を調整することにより
Ω＝０．すなわち。。ＳΩ＝１とすることができる〇一
方、干渉稿の鮮明度Ｖは次式で定義される。

フィルタ９で光強度を調整することに工り−□＝Ｉヵと
すると Ｖ＝Ｉｒ（）７月　　　　　　　（１６）となる。複素
コヒーレンス度は、遅延時間差Δτ＝０とときｌγ（ｏ
）　ｌ　＝　１となることが知られている。したがって
Δτ＝０のときＶ＝１となり。

干渉稿の鮮明変も最大となる＠第７図におｈて、可動ミ
ラーＭ、はファイバの長ざがＬのときの鮮明度最大とな
る位置であり、Ｍ’２はファイバの長さが１鴫のときの
鮮明度最大の位置である。ファイハノ長ざが１ｍのとき
には偏波分散は零とみなせるから、Ｍ；は干渉針の両ア
ームの長さが等しい位置である０フアイバの長さがＬの
とき、　ＨＥγ□モードはＭｌ、□モードに対してΔτ
＝（ｒ−τ）Ｌだけ早くファイバ出射端罠到着する。し
たがって手前のアームの長さをｃｌｒだけ短くすれば鮮
明度は最大となる・このときのミラーの移動量をｌとす
ると、ｃｊτ＝２１の関係が成立する。したがって偏波
分散は Δτ　Ｕ ｘ　　ｙ　　Ｌ　　ｃＬ　　　　　　　（１７）で与え
られる。第６図の単一偏波ファイバの鮮明度の測定結果
を第８図に示す。ミラーの移動量は１　＝　１６．４７
　（ｍｍ）　　（Ｌ＝４００　ｍ）　　　　（１８）で
ある０したがって偏波分散は式（１？）よりＤ　＝　２
７５　　（ｐｓ／）ｃｍ）　　　　　　　　　（１９）
である。

以上の説明から明らかなように、偏波時性を外乱に対し
て安定にする目的で炸裂されたモード複屈折率Ｂの大き
い単一直線偏波光ファイバは、大きな偏波分散を有する
ことがわかる。

このような光ファイバＶこおいては、二つの偏波モード
の間に僅かでもモード緒合が有ると、大きな偏波分散が
生じ、コヒーレント光伝送方式等における伝送特性を大
幅に劣化させることになる。

本発明の目的は、従来の前述の欠点を除去するため、単
一偏波ファイバの応力付与部用ガラス母材の位置を長手
方向に交互に直焚する方向で変化させることによって、
両側波モード間の偏鋏分散が極めて小さい単−偏波光フ
ァイバを提供することにある。以下図面によ抄本発明の
詳細な説明するＯ 第９図（１）は石英管１ｂにコア用ガラス母材１６゜応
力付与部用ガラス母材１７お工び石英ガラス棒１８を挿
入したときの様子を示す。

また第９図（ｂ）〜（、）は石英管内に挿入された応力
付与部用ガラス母材おＬび石英棒の位置関係を各区間に
ついて、断面図で示したものである０ここでコア用ガラ
ス母材は、区間１〜ｆｉにわたって連続しているが、応
力付与部用ガラス母材１７および石英１ｅｔｓは各区間
の長さに等しい長さをもち、区間ごとにその相対的位置
が直交する方向で変化させられている。

次に第９図の単−偏波用母材１９を第１０図に示すよう
に、加熱炉ｚＯでｇｏｏｏ℃の高温に加熱して線引きし
、琳−偏波光７アイパ８１を得る〇第１１國は得られた
単一偏波光ファイバの応力付与＠１１’（Ｄ位置変化を
区間（ｔ−１）　〜（１＋１）について示したものであ
る。区間１　％　ｇｌの各々の光ファイバの長さをｔ、
　、　！、〜ｌｎとする。また区間１（１−１−ｎ）の
Ｘ偏波モードおよびｙ偏波モードの遅延時間を各々−ｉ
）　、　、（１）とすると、ファイバｙ 全長にわたってのｘｕＩ波モードおよびｙ（ＪＩ−波−
ドの遅延時間τ　、τ　は次式で与えられる。

７ ただしＬはファイバの全長で Ｌ−Σ　ｔ、　　　　　　　　　（ｉｎ）−１１ である。最も簡単な例で本発明の詳細な説明すると、ま
ずｌニー７Ｂ−・・・−／ｎ−１で・、各区間１〜ｎの
ファイバ構造が全く同じで、応力付惨部のみが直交して
いる場合かある。この場合はｄを各区間の偏波分散とす
ると、 なる関係が成立する。したがって全偏波分散の絶装置は
式（１０）　Ｉ　（ｆｉｌ）よりとなる。本発明のよう
に応力付４部を周期的に反転じない従来の単一偏波ファ
イバの場合には、全−波分散は Ｄ　−ｄ　（ｐｍ／Ｋｍ）　　　　　　　（ＩＩｓ）で
ある。これに対して本発明の単一偏波ファイバの全偏波
分散は式（ｓ４）に示すように最悪鎗で、Ｄ−ｄ　　（
ｐｍ／Ｋｍ）　　　　　　（ｓａ）である。−例として
、Ｌ−１００Ｋｍ、ｊ−１ムとすると、本発明の単一偏
波７了イバの＠ｅ分散は、従来の単一偏波７了イバの一
波分散の１／１００にできることが分かる。以上は各区
間の長さ１１が等しく、かつ応力付４構造が等しい場合
について説明したが、各区間の応力付与部の大きさ、熱
膨張係数が異なる場合でも、 カｆｉ　小Ｋ　ナルよウニ、各区間の長さ／、を調整す
れば、一波分散を極めて小さくすることができる０以上
の説明により明らかなとおり、本発明の低偏波分散単一
偏波ファイバの製造方法によれば、単一偏波光ファイバ
の偏光特性を損うことなく、偏波分散を極めて小さくで
きるので、コヒーレント光伝送方式光ファイバセ／すま
たは光集積回路との結合等において大きな利点がめる◇ またこの実施例の説明では、応力付与部用ガラス母材が
コアのＩＴＩ、ｌｌ１１に１本ずつ挿入される場合につ
いて示したが、これがコアの両飼に複数本ずつ配置され
る場合も、ｌｅ’Ｊ様に応力付与部を周期的に直交する
方向で反転することにＬって、偏波分散を極めて小さく
できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は楕円コア光ファイバの構成例を示す横断面図、
第８図は非軸対称応力付与形光ファイバの構成例を示す
横断面図、第８図は楕円コア光ファイバの導波構造性複
屈折率Ｂ　を表わすグラフ、第４図は楕円コア光ファイ
バの応力誘起複屈折率Ｂｔ−表わすグラフ、第６図は楕
円コア光フ＄ アイμの側波分散特性を決めるＦ（ｖ）を表わすグラフ
、第６図は非軸対称応力付与形単−直線偏波ファイバの
横断面図、第７図は偏波分散の棚定系を表わす図、第８
図はファイバの長さ１賜と４００ｍのときの干渉稿の鮮
明麿を表わすグラフ、第９図（１１）は本発明の一実施
例で、石英管内にコア用ガラス母材、応力付与部用ガラ
ス母材および石英棒を挿入した様子を示す図、第９図（
ｂ）〜（ｅ）は石英管内の応力付与部用ガラス母材とガ
ラス棒の配置が長平方向に周期的Ｋｉ［交方向で反転し
ている様子を具体的に示す断面図、第１０図は加熱炉で
第９図の母材を箸引きする様子を示す図、＠１１図は線
引きされた単一１波フアイバの応力付与部が区間ごとに
直交する方向に反転している様子を具体的に示す模式図
である。 １・・・クラッド、２・・・コア、δ・・・応力付与層
、４・・・半導体レーザ（λ＝　１．２９μｍ）、５・
・・レンズ、６・・・Ａ４板、７・・・単一偏波ファイ
バ、８・・・ウォラストンプリズム、９・・・フィルタ
、ｌＯ・・・ノ１−７ミラー、１１・・・ＰｂＳ検出器
、１ｇ・・・モニタ、１３−゛・固定ミラー、１４・・
・可動ミラー、１５・・・石英管、１６・・・コア用ガ
ラス母材、１７・・・応力付与部用ガラス母材、１　？
’・・・応力付与部、１８・・・石英カラス棒、１９・
・・単一偏波ファイバ用母材、２０・・・加熱炉、２１
・・・単一偏波ファイバ。 特許出願人　　日本電信電話公社 第１図 第２図　　　　　　　り 蔀− 第３図 ０２　　０１０５０１３ｆ、０　　２０Ｉｔ！ＩＮ’ｌ
ｊｌΔＯＡ） 第７図 Ｍ２（４，１２ｍＭ１ン　　　　　　　トイ２（２ｆｆ
Ｑｎｍ）第９図 （２１ン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　コアと該コアの屈折率より小なる屈折率を有し、コ
   アを取り囲む構造のクラッドおよび該クラッド内にコア
   中心に対して対称の位置に配置され、クラッドの熱膨張
   係数と異なる熱膨張係数を有する応力付与部とから成る
   単一偏波ファイバの作製法に係わり、石英より大なる屈
   折率を有するコアと合成りラッド層とから成るコア用ガ
   ラス母材、石英と異なる熱膨張係数を有する応力付与部
   用ガラス母材および石英ガラス棒を石英ガラス管内に挿
   入して線引きするはラドインチューブ法において、石英
   ガラス管内の中心に挿入した１本のコア用ガラス母材の
   周囲に挿入する応力付与部用ガラス母材の配電を、石英
   ガラス管の長平方向に多数の区間で交互に変化させ、相
   接する隣りの区間での応力付与部用ガラス母材のコア用
   ガラス母材に対する方向が、直前の区間での方向に対し
   て直交する方向になるように配置し、石英管内の空隙に
   挿入される石英棒も直前の区間に対して直交する位置に
   配置し、これを高温に加熱し、所定の外径の光ファイバ
   に線引きして偏波分散が零または零に近い極めて小さい
   値を有する単一偏波ファイバを製造することを特徴とす
   る低偏波分散単一偏波ファイバの製造方法。