JPS62280704A

JPS62280704A - 単一偏波光フアイバおよびその製造方法

Info

Publication number: JPS62280704A
Application number: JP61123644A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Senda; 千田　和憲; Itaru Yokohama; 横浜　至; Juichi Noda; 野田　壽一
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1987-12-05

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】３、発明の詳細な説明［産業上の利用分野］本発明は、クロストークの極めて小さい偏波保持光ファ
イバカップラを作成するのに好適な車−偏波光ファイバ
およびその製造方法に関するものである。

［従来の技術］光ファイバ製造技術の進展に伴ない、直線偏波を主軸に
沿って長距離にわたって安定に保存する単一モード光フ
ァイバが開発され、単一偏波光ファイバと呼ばれて光通
信や光ファイバセンサの分野に新たな進歩を生み出すも
のと朗待されている。特に、単一偏波光ファイバを用い
た偏波保持光ファイバカップラは、コヒーレント光伝送
、光ファイバセンサ等の構成部品として重要な位置を占
めている。

かかる偏波保持光ファイバカップラとして、従来から第
３図に示す構造が提案されている。

第３図において、２木の直線偏波保持性光ファイバ１−
１８．２−２８は、その一部が融着・延伸されている。

直線偏波光保持性光ファイバ１．ｌａ、２゜２８の各々
は、コア４ａの周囲のクラッド４ｂに応力付与部５を宥
し、この応力付与部５で定まるファイバ主軸６ａ、　６
ｂが、融着・延伸部３の断面において、ファイバ１−１
ａと２−２８との開で互いに平行に揃うように、ファイ
バ１．ｌａ、２．２ａが配列されている。

ファイバ１に入射した直線偏光８は、ファイバで、それ
ぞれファイバｌａ、　２ａから出射する。

第４図（ａ）〜（ｄ）は、従来の偏波光ファイバを用い
たカップラの作成手順を示すものである。

第４図（ａ）　は、従来使用されている光ファイバの被
覆材を除去した状態の断面図であり、図示の光ファイバ
は、コア４ａと、コア４ａを囲むクラッド４ｂと、コア
４ａの相対向する両側に配置され、クラッド４ｂの熱膨
張係数と異なる熱膨張係数を有する応力付与部５とを具
備して構成されている。

この光ファイバは、例えば、外形１２５μｍ、コア径６
．５　μｍ、比屈折率差△＝０、イ机カットオフ波長λ
ｃ　＝１．１　μｍのシングルモード光ファイバである
。

そして、カップラ作成の工程は以下の通りである。まず
、第４図（ｂ）　　に示すように、２木の光ファイバ１
および２の中央部分の被覆材を除去し、顕ｍ鏡２０で光
ファイバ側面から応力付与部５を観察する。その際、光
ファイバ１および２は、屈折率整合液に侵し観察を容易
にし、必要に応じて光ファイバを回転させて、所望の配
列に、例えば、各光ファイバ１および２の応力付与部５
によって形成される主軸面が互いに平行に、位置するよ
うに揃える。

次いで、光ファイバｌおよび２の融着を助けるために、
配列した光ファイバ１および２の側面に５ｉ０２系ガラ
ス微粒子を薄く堆積する。

続いて、酸素プロパン炎で上記配列部を加熱することに
よって、第４図（Ｃ）に示すように、両ファイバ１と２
とを平行に融着する。

最後に、融若部を加熱しつつ、光ファイバ１および２の
支持台を移動し、第４図（ｄｉ　に示すように、テーパ
状に延伸する。この延伸により、ファイバ外径とともに
コア径が小さくなり、光電界の広がりが増し、２つのコ
ア４８間に光結合が生ずるカップラ部分３が形成される
。

このような偏波保持カップラにおいて重要なパラメータ
としては、挿入損失とクロストークが挙げられる。

挿入損失に関しては、２つの光ファイバ１および２のそ
れぞれの応力付与部５の配列とは無関係であるが、クロ
ストークに関しては重要な影響がある。

例えば、第５図（ａ）　に示すように、２つの光ファイ
バ１および２の容土１ｊｉＩｈｘ　ｉおよびＸ２に配列
角度△θが有るとき、第５図（ｂ）　に示すように、融
着延伸されたカップラ部分３にも主軸Ｘ１′　およびＸ
２′の角度誤差△θ′が残る。

実験の結果、第５図（ｂ）の配列の場合には、融着前の
２つの光ファイバ１および２の各主軸ｘｌ′およびＸ２
′の配列角度誤差△θと、融着延伸されたカップラ部分
３における主＠Ｘ工′およびｘ２′の角度誤差△θ′　
との関係は、次の如くであった。

△θ′　≠０６　へθ　　　　　　　　　　　　　（１
）そして、カップラ部分３の角度誤差とクロストークＸ
Ｔとの関係は、ＸＴ＝１０　１ｏ３　　［ｔａｎ２　（△θ’　　　）
］［ｄＢ］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（２）で与えられる。

ここで、光ファイバの配列角度誤差△θとクロストーク
の関係を第６図に示す。第６図からは、クロストークが
一４０ｄＢ以下の偏波保持カップラを作成するためには
、 △θ≦０．９５°　　　　　　　　　　　（３）でなけ
ればならない。

しかし、従来のようにクラッドが円形の先ファイバを用
いる場合には、配列誤差△θ≠５°程度が限度であり、
従って、クロストークも一２５ｄＢ以下のカップラは得
られないという困難さがあった。

また、たとえ偶然に、△θ押１°の配列が達成されたと
しても、融着延伸の１際にファイバが回転してクロスト
ークが劣化するという欠点があった。

［発明が解決しようとする問題点］以上のように、クラッドが円形をなしている単一偏波光
ファイバを用いて単一偏波光ファイバカップラを作成す
ると、主軸配列誤差が大きく、クロストークが十分小さ
いカップラを実現できなかった。

そこで、本発明の目的は、主軸の配列を容易に行うこと
ができ、かつ配列誤差を極めて小さくすることのできる
単一偏波光ファイバを提供することにある。

本発明の他の目的は、主軸の配列を容易に行うことがで
き、かつ配列誤差を極めて小さくすることのできる車−
偏波光ファイバを簡単な工程で容易に製造することので
きる製造方法を提供することにある。

［問題点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、本発明のφ−−偏諸
光ファイバでは、クラッドの最外周に位置決め用のマー
カを軸方向に溶融付着する。

すなわち、本発明車−偏波光ファイバは、コアと、コア
を囲むクラッドと、クラッド内においてコアの相対向す
る両側に配置され、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、応力付与部により規定さ
れる主軸面に対して角度αにあるクラッドの最外周にお
いて、クラットの軸方向に沿って、設けた位置決め用の
マーカとを具備し、角度αを、但し、ｄはマーカの外径りはクラッドの外径により定めたことを特徴とする。

本発明単一偏彼光ファイバの製造方法では、単一偏波光
ファイバに線引きするに先立ち、単一偏波光ファイバ用
母材の最外周の所望の位置に位置決め用マーカを溶融付
着し、しかる後に線引きを行って単一偏波光ファイバを
形成する。

すなわち、本発明製造方法の−の形態は、コアと、コア
を囲むクラッドと、クラッド内においてコアの相対向す
る両側に配置され、クラッドの熱膨張係数と異なる応力
付与部とを具備した単一偏波光ファイバ用母材の最外周
に位置決め用のマーカ母材を溶融付着し、しかる後、光
ファイバ線引炉中に、マーカ母材の溶融付着した単一偏
波光ファイバ用母料を挿入して加熱して溶融しながら延
伸して、位置決め用マーカの設けられた単一偏波光ファ
イバを形成することを特徴とする。

本発明単一偏彼光ファイバの製造方法の他の形態では、
単一１扁波光ファイバ用母材とマーカ用母材を先ファイ
バ線引炉に同時に挿入し、マーカ用母材が単一偏波光フ
ァイバ母材の所望の位置にくるようにして両者を溶融加
熱しながら延伸することによって、単一偏波光ファイバ
を形成する。

すなわち、本発明製造方法の第２の形態は、コアと、コ
アを囲むクラッドと、クラッド内においてコアの相対向
する両側に配置され、クラットの熱膨張係数と異なる応
力付与部とを具備した単一偏波光ファイバ用母材および
マーカ母材を光ファイバ線引炉中に挿入し、単一偏波光
ファイバ用母材の最外周に位置決め用のマーカ母材を沿
わせて加熱しながら溶融しながら延伸することにより、
位置決め用マーカの設けられた単一偏波光ファイバを形
成することを特徴とする。

［作　用］本発明は、単一偏波光ファイバカップラのクロストーク
劣化要因を鋭意検討した結果、カップラ製造に使用する
単一偏波光ファイバの主軸を短時間で精度よく配列する
ために、単一偏波光ファイバの外周に位置決め用のマー
カを設けることでよい結果を得るに至った。

さらに加えて、このマーカは、ファイバ外周に設けてい
るため、このマーカ部はカップラ製造の融着時に溶着剤
および空隙充填剤として働き、融着部の応力付与部の大
幅な変形を防止するのにも役立つ。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）および（ｂ）は、本発明単一偏波光ファイ
バの一実施例である。

第１図（ａ）に示す光ファイバ１は、コア４ａと、その
コア４ａを囲むクラッド４ｂとを有し、クラット４ｂに
は、コア４ａの相対向する両側にクラッド４ｂと熱膨張
係数の異なった一対の応力付与部５を主軸６ａ上に設け
る。さらに、この主軸６ａと角度αをなす半径方向のク
ラッド最外点１５に接してマーカ１６を溶融付着する。

ここで、かかる単一偏波光ファイバ１において、クラッ
ド４ｂの外径Ｄ、マーカ１６の外径ｄおよび角度αの関
係を、で表わされるように定めるものとする。

第１図（ａ）　に示した単一偏波光ファイバ１の諸元の
一例を示すと、マーカを除いたファイバクラッド４ｂの
外径は１２５　μｍ、コア４ａの直径は６．５μｍ１コ
ア部の比屈折率差　へ＝０．４％、カットオフ波長　λ
ｃ＝１．１μｍ、応力付与部５の直径は４０μｍとし、
応力付与部５には屈折率を低下させるドーパントとして
Ｂ２Ｏ３を１５ｍｏ１％と、屈折率を増加させるドーパ
ントとしてＧｅｍ２を３ｍｏ１％含んでおり、両ドーパ
ントの添加量のバランスにより応力付与部５の屈折率差
がクラッド４ｂと同一になるように制御するものとする
。

このファイバ自体のクロストークは、ｌｏｍ長で−４６
ｄＢであった。

さらに、主＠１１６ａと角度α＝５０°をなす位置に、
（４）式により定めた直径ｄ＝３８．２μｍの石英ガラ
ス製円柱を、マーカ１６として、光ファイバの軸方向に
連続して溶融付着した。

第１図（ａ）　には、ファイバ１と同様のファイバ２を
破線で示しているが、これら２木のファイバ１および２
を配列した場合には、光ファイバ１および２の外径とマ
ーカ１６の外径との幾何学的な関係を（４）式に定める
ことにより、それぞれの主軸６ａを容易に平行に配列で
き、主軸配列誤差△θをｌ°以下にすることができる。

すなわち、本発明によれば、経験や勘によったり、また
は主軸合わせ用の顕微鏡を使用したり、顕微鏡用の偏光
光源等の照明を必要としない。

第１図（Ｃ）の実線で示した部分は、第１図（ａ）の実
線で示した部分と基本的な構成は同じであるが、マーカ
の位置および形状が異なったものである。

ここに示すマーカ１６’　以外の単一偏波光ファイバの
諸元は上述した場合と同一で、マーカ１Ｂ’　のみが、
材質は石英ガラスに屈折率および融点を下げるためのド
ーパントとしてＢ２Ｏ３を３　ｍｏ１％含み、屈折率を
高めるが、融点を下げるためのドーパントとしてＰ２Ｏ
３を２ｍ０１％含んでおり、これらドーパントの添加量
のバランスにより、屈折率差はクラッド４ｂと同一にな
るように制御しである。

溶融温度は石英に比して約２００℃低下するように調整
しである。

また、本例におけるマーカ１６’　は、主軸６ａと角度
α＝５０°をなす位置に光ファイバの軸方向に溶融付着
してあり、その断面は、上例の円形から変形した形状と
なっている。

第１図（Ｃ）　には破線で示した部分も含めて、２木の
光ファイバ１および２を配列した場合を示しであるが、
この場合はマーカＩ８’　が円形から変形しているため
、第１図（ａ）の例のように外径合わせによって主軸を
配列することができない。したがって、この場合には、
マーカ１６’　が互いに対向するように直線上に並べ、
次いでそれぞれのファイバ１および２を逆方向に４０°
ずつ回転させることによフて主軸６ａを容易に平行に配
列でき、その配列誤差はファイバの回軸精度を０．１°
以下とすれば、容易に△θを１°以下にすることができ
る。

第１図（ａ）　また・は（ｃ）のように、２本の単一偏
波光ファイバを配列した後、第４図（ａ）〜（ｄ）の従
来例に関連して説明した場合と同様に、ファイバ１およ
び２の側面に５ｉ０２系ガラス微粒子を薄く堆積した後
、酸素プロパン炎で上記配列部を加熱することによって
ファイバを平行に融着した。次に融着部を加熱しつつ、
光ファイバの支持台を移動してテーパ状に延伸し、カッ
プラ部分３を作成した。

このようにして作成されたカップラ部分３の断面図を第
１図（ｂ）および（ｄ）に示す。加熱して延伸すること
によりカップラ部分３の融着して一体化したクラッド４
ｂの表面は丸くなり、また、応力付与部５が楕円形にな
っている。しかし、融着延伸の際にファイバが回転する
ことなく、応力付与部５によって規定される主軸同士は
平行に配列されていることが分かる。

このようにして作成した２０本の単一偏波光ファイバカ
ップラのクロストークは、第１図（ａ）の場合、平均で
一４０ｄＢ％最良値は一４３ｄＢ、最悪値で−３５ｄＢ
であった。

また、第１図（Ｃ）の場合は、平均で一３９ｄＢ、最良
値は一４３ｄｌ１％最悪値で一３３ｄＢであった。

これに対して、従来の方法で作成した場合には、平均で
一２０ｄＢであり、本発明により、約２０ｄＢの特性改
良がなされた。

なお、本発明で作成したカップラの主軸配列誤差を式（
２）を用いて逆算すると、Δθ′≦０，６゜（△θ≦１
０°）となり、改善されたことがわかる。

第２図（ａ）および（ｂ）は、本発明単一偏波光ファイ
バの製造方法の一実施例における順次の工程の説明図で
ある。

第２図（ａ）では、単一モード光ファイバ母材２１の外
周に石英ガラスのマーカ用母材２２を平行に溶融付着す
る。

次いで、この２木の母材２１と２２の中心を結んだ釉ｘ
３を基準として、角度αの位置にあるｌ１ｌｌ　Ｘ　４
を割り出す。

第２図（ｂ）はこのようにして割り出した釉Ｘ４の上に
コア用母材２５に対し対称の位置にドリル加工で２個の
穴２３を開けた母材、およびこれらの穴２３に充填する
２木の応力付与用母材２４を示している。

最後に、応力付与用母材２４を母材２１の穴に充填した
ものを線引炉に通して加熱し溶融しながら延伸すること
により、単一偏波光ファイバを形成する。

次に、第２図（ａ）および（ｂ）　に示した母材の諸元
例を述べる。母材２１の外径は２５ｍｍφで、コア径は
１．３＋ｎｍφであり、ＶＡＤ法で全合成したものであ
る。マーカ用母材２２としては、外径７．６４ｍｍφの
石英ガラス棒を用いた。母材２１とマーカ用母材２２の
熔融付着はこれら母材の上端と下端を酸水素炎で加熱し
て行った。

また、角度αの割り出しは、ロータリーエンコーダを用
いて０．０１”の精度で行い、穴２３の径は８ｍｍφと
なるように超音波ドリルを用いて加工した。

応力付与部の母材２４としては、Ｂ２０．と　ＧｅＯ２
を添加した外径７．８ｍｍφの石英ガラス棒を用いた。

また、線引き温度は２０００℃となるようにし、張力１
５グラム、線引速度５０ｍ　７分で行った。さらに、線
引きして得られたファイバの外周には、シリコーン樹脂
を厚み約１００μｍはど被覆して、単一偏波用光ファイ
バとした。

このようにして製造した単一偏波用光ファイバの寸法は
第１図（ａ）の諸元例に示したものとなり、十分に本発
明の効果を明らかにする結果を得た。

次に本発明製造方法の他の形態の実施例について示す。

この実施例の基本構成は第２図（ａ）および（ｂ）と同
一であるが、マーカ用母材２２の材質が上述した例と異
なるため、マーカ用母材２２と単一モード光ファイバ母
材２１とは第２図（ａ）の段階では溶着されていない。

マーカ用母材２２として、Ｂ２Ｏ３を３　ｍｏ１％、Ｐ
２Ｏ５を２　ｍｏ１％含んだ石英ガラス棒を用いると、
その溶融温度は石英に比較して約２００℃低下する。こ
の場合に、母材段階で溶着すると、その後の工程の穴あ
け加工で室温まで冷却されるとマーカ用母材２２と単一
モード光ファイバ母材２１との線膨張係数の差により界
面で応力によるクランクが発生する。

そこで、このような場合には、線引きの際、マーカ用母
、材２２と単一モード光ファイバ用母材２１を接触させ
た状態で両者を同一の速度で線引炉に同時に挿入する。

これら母材２１および２２が線引炉中の発熱体で２００
０℃の高温に加熱されると、マーカ用母材２２が最初に
溶融して、単一モード光ファイバ用母材２１の外周に溶
融付着し、次いで、延伸され、マーカを除いた外径が１
２５μｍの単一偏波光ファイバに線引きされる。この結
果、第１図（Ｃ）に実線で示す形状のファイバが得られ
る。

このような形状の単一偏波用光ファイバは、カップラ作
成時に、２木のファイバ間の空隙が充填されるため、第
４図（Ｃ）の融着工程において気泡等の取り込みが少な
くなるとともに、たとえ気泡を取り込んだとしても、さ
らに高温に加熱すると、マーカ部が溶融し、気泡を排出
する効果を有する。この結果、安定して形状の整ったカ
ップラを作成でき、歩留まりの向上に貢献できるととも
に、過剰損失の小さいカップラを実現できる。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明単一偏波光ファイバによれ
ば、主軸配列誤差の極めて小さい単一偏波保持カップラ
を作成でき、クロストークが低く過剰損失の小さい、カ
ップラを再現性よく製造できる。

しかもまた、かかるマーカ部はカップラ製造の融着時に
溶着剤および空隙充填剤として働き、融着部の応力付与
部の大幅な変形を防止するのにも役立つ。

さらにまた、本発明によれば、主軸の配列を容易に行う
ことができ、かつ配列誤差を極めて小さくすることので
きる単一偏波光ファイバを簡単な工程で容易に製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明単一偏波光ファイバの
２実施例およびそれによるカップラ部の断面を示す断面
図、第２図（ａ）および（ｂ）　　は、本発明、ＱＬ−偏波
光ファイバ製造方法の工程を説明する図、第３図は、従来から提案されている単一偏波光保持ファ
イバカップラの一例を示す斜視図、第４図（ａ）〜（ｄ
）は、従来の単一偏波光保持カップラの作成手順の一例
を示す説明図、第５図（ａ）および（ｂ）は、主軸配列
誤差を説明する図、第６図は、光ファイバの配列角度誤差△θとクロストー
クＸＴの関係を示す特性図である。１　、　ｌａ、　　２．２ａ・・・単一偏波保持光ファ
イバ、３・・・融着・延伸部（カップラ部）、４ａ・・
・コア、４ｂ・・・クラッド、５・・・応力付与部、［ｉａ、　６ｂ・・・ファイバ主軸、８・・・入射した直線偏光、９、ｌＯ・・・出射した直線偏光、１５・・・主軸と角度αをなすクラッド最外点、１６．
１６’　　・・・マーカ、２０・・・顕微鏡、２１・・・単一モード光ファイバ母材、２２・・・マー
カ用母材、２３・・・応力付与用母材充填用穴、２４・・・応力付与用母材、２５・・・コア用母材。特許出願人　　　日本電信電話株式会社代　理　人　　
　弁理士　谷　　義　−刈　　　　　×２（Ｇ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）（Ｃ）　　　　
　　　　　　　　　　（ｄ）本刷６且月５む卑シ汐釦逢
汀看む図第１図本り５Ｂ月アｊ七４列のＬｉｔｈｅ日月図第２図第４図６ａ　　　　　　６ａ　　　　　　　　　　　６ａ　　
　　６ａＸ＋　　Ｘ２　　　　　　　　　　　　Ｘ’ｌ
　　Ｘ’２（Ｇ）　　　　　　　　　　　（ｂ）ギ軸西亡列誤庄ｆ）多免明図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１）コアと、該コアを囲むクラッドと、該クラッド内に
おいて前記コアの相対向する両側に配置され、前記クラ
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、該応力付与部により規定される主軸面に対して角
度αにあるクラッドの最外周において、前記クラッドの
軸方向に沿って、設けた位置決め用のマーカとを具備し
、前記角度αを、ｓｉｎα＝１／（１＋ｄ／Ｄ）但し、ｄは前記マーカの外径Ｄは前記クラッドの外径により定めたことを特徴とする単一偏波光ファイバ。２）コアと、該コアを囲むクラッドと、該クラッド内に
おいて前記コアの相対向する両側に配置され、前記クラ
ッドの熱膨張係数と異なる応力付与部とを具備した単一
偏波光ファイバ用母材の最外周に位置決め用のマーカ母
材を溶融付着し、しかる後、光ファイバ線引炉中に、前
記マーカ母材の溶融付着した単一偏波光ファイバ用母材
を挿入して加熱して溶融しながら延伸して、位置決め用
マーカの設けられた単一偏波光ファイバを形成すること
を特徴とする単一偏波光ファイバの製造方法。３）コアと、該コアを囲むクラッドと、該クラッド内に
おいて前記コアの相対向する両側に配置され、前記クラ
ッドの熱膨張係数と異なる応力付与部とを具備した単一
偏波光ファイバ用母材およびマーカ母材を光ファイバ線
引炉中に挿入し、前記単一偏波光ファイバ用母材の最外
周に位置決め用のマーカ母材を沿わせて加熱して溶融し
ながら延伸することにより、位置決め用マーカの設けら
れた単一偏波光ファイバを形成することを特徴とする単
一偏波光ファイバの製造方法。