JPS62291605A - 光フアイバ - 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】 己発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は製造上零分散波長の制御性がよく、曲げ損失な
らびに接続損失特性が良好で、［２かも伝送損失が低い
分散シフト単一モード光ファイバの構造に関するもので
ある。

〔従来の技術・発明が解決しようとする問題点〕第８図
に屈折率分布を示すステップ状のコア（半径ａ１．クラ
ッドとの比屈折率差Δ）を有する従来の分散シフト単一
モード光ファイバは充分な曲げ損失特性を得ようとする
と、大きな比屈折率差Δを必要とし、それに伴ってスポ
ットサイズが急激に小さくなり接続損失特性を著しく悪
化させる。加えて、零分散波長は２次モードの遮断波長
の変動、具体的にはコア半径ａ１の変動に対して非常に
大きく変化し、製造上零分散波長の制御が極めて難しい
という欠点を有していた。

これらの特性は第９図に示すような正規化使ととてＶは
正規化周波数ｐＶＱ　は正規化遮断周波数、Ｂは正規化
伝搬定数、λＣは理論遮断波長、λは使用波長であり、
ｎｃ　　をクラッドの屈折率、Δをコアとクラッドの比
屈折率差、０を真空中での光速とすると導波路分散σ、
はで表わされる。第９図には従来の分散シフト単一モー
ド光ファイバの７ｗを示した。第９図において７□が極
大値をもつ１Ｃ／λ−Ｃｌ３に使用波長λ−１，５５μ
惰を設定すると、ｔ５μｍ帯でガラス自体がもつ大きな
材料分散σｍを比較的小さなΔで打ち消すことができ、
分散がシフトする。

しかし、このときλ。＝（ＬＳＩ悔となシ曲げに対して
極めて弱くなる。

λ そこで１曲げに対して強くするため　Ｃ／λを１に近づ
ける、すなわちλＣを大きくすると７ｗを急激に減少し
、分散をシフトさせるのに大きなΔを必要とし、それに
伴いスポットサイズが急激に小さくなシ、また伝送損失
も増加する。

加えて、第９図に示されるように、′Ｃ／λを１に近づ
けると２Ｃ７λに対する７１の変化が急であるため、λ
。の変動、具体的にはコア半径の変動に対してσ１は大
きく変化し、従って零分散波長λ０の制御性は悪くなる
。

更に、Δを大きくするとコアとクラッドの界面でガラス
組成の著しい変化が生じこれに起因する線引時の熱残留
応力の集中が生起して伝送損失を大きくするという不具
合が知られている〔文献１：アインスリイ・ピー・ジエ
イ　外、エレクトロニクスレター、（１９８２年Ｉ　８
巻８４２〜８４４頁、文献２ニアインスリー・ビー・ジ
エイ′外、オプティカル・ファイバ・コミュニケーショ
ン（１９８２年アリシナ州、フェニックス、米国）論文
ＴＨＥＦｔ　６　）。

本発明は従来の分散シフト単一モード光ファイバのもつ
上記のような欠点を解決し、製造上零分散波長の制御性
がよく、曲げ損失ならびに接続損失特性が良好で、しか
も伝送損失が低い分散シフト単一モード光ファイバの構
造を提供するとともに、ガラス組成の不連続に起因する
熱残留応力の集中をも緩和するような構造を提供するこ
とを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は光ファイバ断面半径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）
が下記（１）式であらわされるような、す々わち光ファ
イバの中心に屈折率分布の形状を決めるパラメータαが
１〜４であシ半径ａｌ　ｌ中心の屈折率ｎｉの第１コア
を有し、該第１コアの外側に半径ａ、でその屈折率ｎ、
が前記第１コアの屈折率ｎ、よりも小さいステップ状の
第２コアを有し、該第２コアの外側にその屈折率ｎｃが
前記第２コアの屈折率ｎ、よりも小さいクラッドを有し
てなる分散シフト単一モード光ファイバ但し、Δ１は第
１コアの中心と第２コア間の比屈折率差αは１〜４　　
でちる。

である。

本発明の特に好ましい実施態様としては、第１コアの中
心とクラッド間の比屈折率差Δに対する、第２コアとク
ラッド間の比屈折率差Δ−の比ＲΔ諺Δムがα１〜α４
であシ、第２コアの半径ａ！に対する第１コアの半径ａ
！の比Ｒａ　ｅｓ■ａｌ／ａｔ　がα５−ｃＬ６である
上記の分散シフト単一モード光ファイバが挙げられる。

第１図に本発明の分散シフト単一モード光ファイバの屈
折率分布構造を示す。（１）式に示したように、コアは
中心に配された屈折率分布の形状を決めるパラメータα
が１〜４なる第１コア（中心の屈折率ｎｌ　を半径ａｌ
　）とその外側に配されたステップ状の第２コア（屈折
率”！　＋半径−）とからなシ、クラッド（屈折率ｎｃ
）は最外ＩＩまで均一である。ここで、 但し、Δ＋は第１コアの中心と第２コア間のる。

この構造は第１コアの中心とクラッド間の比の比ＲΔ−
Δ−乙、と第２コアの半径ａ、に対する第１コアの半径
ａ１の比Ｒａ冨ζ／ａｉの２つのパラメータによシ決定
される。本発明者はとの２つのパラメータを種々に変え
ることにより前記の従来の分散シフト単一モード光ファ
イバが有する欠点を解決するようなパラメータＲΔ、Ｒ
ａを発見することができた。

〔作用〕

第２図にＲａ−ＣＬ２としたときの正規化導波路分散７
ｗをＲａをパラメータにして示す。第２図である。第２
図よＦ）Ｒ，９：［１Ｌ４０〜α５０に設定すると７ｗ
が比較的大きな値を保ちながらλｙλが（Ｌ５０〜１．
０の広い範囲で平坦になることがわかる。７ｗが平坦で
あるため２次モードの遮断波長λＣの変動に対して導波
路分散σ１の変化が少なく、従って零分散波長λ。の変
動を小さく押えることができるとともに、これが比較的
太き表値を保ちながら広い範囲にわたっていることから
、それほどΔを大きくすることなく、すなわちスポット
サイズを小さくすることなくλ。／λを１に近づけるこ
とができ、曲げに強い分散シフト単一モード光ファイバ
を作製することができる。

第３図に第１コアの屈折率分布の形状を決めるパラメー
タαＷ　２　、　ＲΔｍ　［１２０に設定しＲａｇｌＩ
［Ｌ４０．α４５．［Ｌ５０としたときの曲げ損失αｂ
とスポットサイズＷの関係を従来の分散シフト単一モー
ド光ファイバ（以下従来型という）と比較して示す。一
点及び二点鎖線は本発明品、破線は従来品である。但し
、零分散波長鳥は１．５５μ渇であり、曲げ損失αｂは
曲げ半径２０ｆｉのときの値で、スポットサイズはビー
タ−マンの第２定義による値で示した。ここでビータ−
マンの第２定義とはニアフィールドの半径方向の電界分
布をｆ　（ｒ）とすると次の（３）式でスポットサイズ
Ｗを与えるものである。

第５図より例えばＲａ−Ｑ、Ｊ５に取ると、従来型に比
べて曲げ損失が同等となるように構造パラメータを定め
るとスポットサイズが５〜７チ程度大きくカリ、またス
ポットサイズが同等となるように構造パラメータを定め
ると曲げ損失が２〜６桁程度改善されることがわかる。

第４図に同じくα謬２．ＲΔ！［１，２０，Ｒ＆！α４
５に設定したときのコア半径の変化率に対する零分散波
長λ。の変化を従来型と比較して示す。第４図中実線は
本発明品、破線は従来品をあられす。尚、各々の諸元は
表１に示すとおりである。第４図よシλ。の変化はコア
半径の±５チの変動に対して従来型が±６０ｎｍ程度で
あるのに比べ、本発明の構造では±５ｎｍ程度と小さく
押えることができ極めてλ。の制御性のよいことがわか
る。

表　　　　１ また本発明では、従来のステップ状のコアを有する分散
シフト単一モード光ファイバで問題と表っていた、コア
とクラッドの界面でのガラス組成の著しい変化に起因す
る線引時の熱残留応力の集中がもたらす伝送損失増を、
第１コアをαが１〜４のグレーディト型にすることによ
シ解決している。

更に低損失を求める観点から、ファイバ各部の材料組成
を考えると第１コアをＧｅｍ、を添加した日１鳴に、第
２コアを高純度な８１０．にし、クラッドをフッ素を添
加した８１へとすれば、コアへのＧａｐ、添加量の低減
によって、ＧｅＯ！による光の散乱を低く押えられると
ともに、表１に示すように第２コアの半径ａ、がスポッ
トサイズとほぼ同等となるため、伝送される光のパワー
の大部分が高純度な８１０！部分を伝送されることとな
り、よシ一層の低損失化が期待できる。

〔実施例〕

第５図に本発明に従って製作した単一モード光ファイバ
の伝送損失特性を示す。低損失化を図るため第１コアに
は日１偽にＧｅｍ、を添加、第２コアは純石英でクラッ
ドにはフッ素を添加したＳ１偽を用いた。α腸２とし、
Δ１コ１９０チ、Δ−■α２５チ、　Ｂ、　ｍ　４　Ｑ
μ倶、ζ漠ＺＯμ慣と設定することにより零分散波長λ
。はｔ５４μ情を得ることができた。伝送損失はλ−１
，５５μ嘱でα２０５ｄＢ／ｋｆｆｌであり充分低損失
な値を実現している。

参考のためにこの本発明品ファイバと同等の材料組成で
第１コアの屈折率分布をステップ型（α−の）とした光
ファイバ（比較品）についても製作した。尚、諸元はΔ
＋−Ｉ１８０．Δ−１（Ｌ　２５　％　、　＆ｔ−４０
１１ｍ＊　Ｂ−２−１，５μｍである。

この比較品ファイバの伝送損失は第７図に示すようにλ
−ｔ　５５　ｐｍで（Ｌ　２５２　ｄＢ／ｋｍと第１コ
アをグレーディト型とした本発明品に比べて１０チ以上
も損失値が大きくなっている。この原因は前述の如く、
第１コアと第２コアの界面でのガラス組成の不連続な変
化による線引時の熱残留応力の集中の有無であると考え
られる。

更に第６図には第５図の本発明品ファイバの融着接続損
失の実験結果を示す。同図中横軸は接続損失（ｄＢ）、
縦軸は度数（回）である。ｎ−２０回の接続損失平均値
はＱ、０ＪｄＢであり実用上問題のない低損失と言える
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の構造は製造上零分散波長
の制御性がよく、曲げ損失ならびに接続損失特性が良好
で、しかも伝送損失が低い分散シフト単一モード光ファ
イバを与える。

このような曲げ損失が良好でしかも伝送損失が低い分散
シフト単一モード光ファイバは長距離大容量伝送路とし
て有望であり、特に中継器の数をできるだけ減らしたい
長距離海底ケーブル等に利用すると効果的である。

瓜囚面の簡単な説明 第１図〜第６図は本発明の分散シフト単一モード光ファ
イバを説明する図であって、第１図は屈折率分布構造を
示す模式図、第２図は正規化導波路分散（ＲΔ−α２０
）を示すグラフ、第３図は曲げ損失とスポットサイズの
関係を従来品と比較して示すグラフで一点及び２点鎖線
は本発明品、破線は従来品を示す、第４図はコア半径の
変化率と零分散波長の関係を従来品と比較して示すグラ
フで実線は本発明品、破線は従来品を示す、第５図は本
発明の実施例のファイバの伝送損失特性を示すグラフ、
第６図は第５図のファイバの融着接続損失の実験結果を
示す棒グラフである。

第７図は本発明品ファイバと同等の材料組成で第１コア
の屈折率分布をステップ型とした比較品の伝送損失特性
を示すグラフである。

第８図および第９図は従来型の分散シフト単一モード型
光ファイバを説明する模式図であって、第８図は屈折率
分布構造を示す図、第９図は正規化導波路分散を示すグ
ラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバ断面半径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）が
   下記（１）式であらわされるような、すなわち光ファイ
   バの中心に屈折率分布の形状を決めるパラメータαが１
   〜４であり半径ａ＿１、中心の屈折率ｎ＿１の第１コア
   を有し、該第１コアの外側に半径ａ＿２でその屈折率ｎ
   ＿２が前記第１コアの屈折率ｎ＿１よりも小さいステッ
   プ状の第２コアを有し、該第２コアの外側にその屈折率
   ｎ＿ｃが前記第２コアの屈折率ｎ＿２よりも小さいクラ
   ッドを有してなる分散シフト単一モード光ファイバ。 ｎ（ｒ）＝ ｛ｎ＿１（１−２△＾＋（ｒ／ａ）＾α）＾１＾／＾２
   （０≦ｒ＜ａ＿１）ｎ＿２（ａ＿１≦ｒ＜ａ＿２） ｎ＿３（ｒ≧ａ＿２）｝−−−（１） 但し、△＾＋は第１コアの中心と第２コア間の比屈折率
   差 αは１〜４である。
2. （２）第１コアの中心とクラッド間の比屈折率差△に対
   する、第２コアとクラッド間の比屈折率差△＾−の比Ｒ
   △＝△＾−／△が０．１〜０．４であり、第２コアの半
   径ａ＿２に対する第１コアの半径ａ＿１の比Ｒ＿ａ＝ａ
   ＿１／ａ＿２が０．３〜０．６である特許請求の範囲第
   （１）頂記載の分散シフト単一モード光ファイバ。
3. （３）第１コアがＧｅＯ＿２を添加したＳｉＯ＿２から
   成り、第２コアが高純度ＳｉＯ＿２から成りクラッドが
   フッ素を添加したＳｉＯ＿２から成る特許請求の範囲第
   ２項記載の分散シフト単一モード光ファイバ。