JPS63143512A - 単一モ−ドフツ化物ガラスフアイバ - 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】 （発明の技術分野） 本発明は単一モードフッ化物ガラスファイバに係わり、
特にファイバの微少な曲がりにより生じるマイクロベン
ド損失を低減した極低損失の単一モードフッ化物ガラス
ファイバに関するものである。

（従来技術とその問題点） フッ化物ガラスファイバの固有損失は、理論的に波長２
〜３μｍ帯で１０−　”　〜１０−３６Ｂ　／　ｋｍと
見込まれ、長距離光海底ケーブルシステムや無中継長距
離伝送システムの伝送路として注目されている。

このような極低損失の光伝送路を実現するためには、フ
ッ化物ガラスの物理的性質によりきまる固有の損失以外
の付加的な損失を極力減少する必要がある。

一般に、光ファイバの付加的な損失には、コア・クラッ
ド界面の不完全性及びガラスの結晶化による散乱損失、
ファイバの微少な曲がりによるマイクロベンド損失、ケ
ーブル化時の撚りによる餌げ損失と接続を置火が考えら
れる。

このうち、石英ガラスファイバの開発過程から明らかな
ように、マイクロベンド損失以外の付加的な損失は技術
の進歩と共に減少することが期待される。

これに対して、マイクロベンド損失は、現在、最も進歩
した石英ガラスファイバの技術でも完全に除去すること
は困難である。

石英ガラスファイバの場合、マイクロベンド損失の大き
さは石英ガラスファイバの固有損失の１／１０〜ｌ／１
００程度と推定されている。しかし、フッ化物ガラスフ
ァイバの場合には固有損失が石英ガラスファイバの固有
損失の１７２０〜１／２００と小さくなるため、極低損
失のフッ化物ガラスファイバを実現するためには、マイ
クロベンド損失をフッ化物ガラスファイバの固有損失の
１／１００程度にする必要があるが、現在のところその
ようなフッ化物ガラスファイバは実現されていない。

光ファイバのマイクロベンド損失の大きさＬ（ｄ　Ｂ　
／　ｋｍ　）は理論的に次式で評価されることが知られ
ている。

ここで、π、λ、Δ＋　　ｎｌ＋　ｖ、Ｎ、Ｒ”、Ｗ。

Ｋｌ（ω）、及びωはそれぞれ円周率、波長、比屈折率
差、コアガラスの屈折率、規格化周波数、単位長さ当た
りの平均曲げ数、曲率半径の２乗平均。

相関長、変形バンケル関数、及び規格化伝搬定数である
。

この式より、マイクロベンド損失を低減する方法として
は、（１）コア径を大きくする、（２）コア・クラッド
の比屈折率差を大きくする、（３）クラツド径を大きく
する、の三つの方法があることがわかる。

しかし、（１１の方法では、単一モードファイバを製作
するためには、コア半径ａと比屈折率差Δとの間には次
式の関係が成立しなければならない。

従って、コア径ａを大きくしすぎるとファイバは多モー
ドファイバとなり、コア径ａを大きくするには限界があ
る。

次に（２）の方法では、フッ化物ガラスの屈折率を変化
させるためにはガラスの組成を変化させる必要があり、
コアとクラッドの比屈折率差Δを大きくしすぎると少な
（とも一方のガラスの不安定性が増し、ファイバの製造
過程で結晶相が析出し散乱損失が増加する問題がある。

次に（３）の方法は、引っ張り応力に対し強くなるが、
可撓性を劣化させ取り扱いにくくなり、しかも原料を多
量に必要とし経済的ではない。

このため、マイクロベンド損失が極めて小さなフッ化物
ガラスファイバを製造するためにはファイバの構造を最
適化する必要があるが、現在までマイクロベンド損失が
フン化物ガラスファイバの固有損失の１／１００になる
ようなファイバ構造についてはまだ開示されておらず、
強く望まれていた。

（発明の目的及び特徴） 本発明の目的は、上述したような従来技術の問題点を解
決するために、フッ化物ガラスファイバのマイクロベン
ド損失が所望の光の伝送帯域内で、フッ化物ガラスファ
イバの固有損失の１／１００以下になるような単一モー
ドのフッ化物ガラスファイバを提供することにある。

本発明の特徴は、所望の光の伝送帯域内でフン化物ガラ
スのマイクロベンド損失がファイバの固有損失の１／１
００以下になるコア径と比屈折率差とクラツド径とを規
定することにより、所望のクラツド径に対し、マイクロ
ベンド損失が極めて小さい極低損失の単一モードのフッ
化物ガラスファイバを可能としたものである。

（発明の原理） 本発明の対象となる波長範囲は、フッ化物ガラスファイ
バの固有損失が石英ガラスファイバの最低損失のｌ／１
０以下となる２〜４μｍに限定した。

またクラツド径は、実用上の観点から、１００〜２００
μ割の範囲に制限した。

また、本発明を実施するためには安定な組成のコアガラ
ス、クラ・ノドガラスが必要であるが、これまでに開発
されたガラス組成のうち、コアガラスとしてＺｒＦ、、
−Ｂ、ａＦｚ−ＮａＦ−ＬａＦ３−ＡｌＦ２、クラッド
ガラスとしてＺｒＦ、　−ＢａＦ、　−ＮａＦ　−Ｌａ
Ｆｓ　　Ａ　Ｉ　Ｆ３−ＨｆＦａを用いた系では、比屈
折率差１．５％までのファイバを散乱損失の増加を伴わ
ずに作製できることが知られている。そこで、以下の説
明ではこの系で実現可能な比屈折率差Δの範囲でマイク
ロベンド損失がフン化物ガラスファイバの固有損失の１
／１００となる比屈折率差Δの下限値を求める。

第１図は本発明を説明するための比屈折率差Δの計算特
性図で、フッ化物ガラスファイバのクラツド径（以下、
略して単に「外径」と称す）が１５０μｍのとき、波長
２μｍ、　２．５μＩｌｌ、　３μｍ、　３．５μｍ。

４μｍに対しマイクロベンド損失がフッ化物ガラスファ
イバの固有損失の１／１００以下となる比屈折率差Δの
下限値を示したもので、横軸はコア半径ａである。以下
この曲線群をマイクロベンド損失条件と呼ぶ。

この図から明らかなように、第１図の斜線の部分、即ち
曲線Ａの左下の領域では、本発明の対象とする波長範囲
の何れの波長でもマイクロベンド損失がファイバの損失
の１／１００以下となるフッ化物ガラスファイバの実現
が不可能な領域である。

一方、単一モードのフッ化物ガラスファイバを作製する
ためにはコア半径ａと比屈折率差Δの間には第２式の関
係式が成立しなければならない。

そこで、第１図と同様に波長２μｍ、　２．５μｍ、３
μｍ。

３．５μｍ＋　４μｍに対する比屈折率差Δの上限値を
第２図に示した。以下この曲線群を単一モード条件と呼
ぶ。図中の斜線の部分、即ち曲線Ｂの右上のＭ域では、
波長４μｍ以下のいずれの波長でも単一モードのフン化
物ガラスファイバの実現が不可能な領域である。

従って、単一モードで、かつ、マイクロベンド素質がフ
ン化物ガラスファイバの固有損失の１／１００以下のフ
ッ化物ガラスファイバを実現するためには、これらの二
つの条件を同時に満足する必要がある。

第３図はマイクロベンド損失条件と単一モード条件を同
時に満足する領域を表した図である。なお、図中点線は
マイクロベンド損失条件を表したもので、実線は単一モ
ード条件を表したものである。この二つの条件の交点を
各波長毎に結んだ線Ｃの右下の斜線の部分は如何なる波
長でもマイクロベンド損失条件と単一モード条件を同時
に満足できない領域を示している。また、線Ｃは本発明
者らの経験によれば直線となることがわかった。

従って、本発明の対象とする波長２μＩ１１〜４μｍの
範囲内の何れかの波長域で単一モードで、かつ、マイク
ロベンド損失がフン化物ガラスファイバの損失の１／１
００となる極低損失のフン化物ガラスファイバを実現す
るためには、曲線Ａと曲線Ｂと直線Ｃに囲まれた頭載内
のコア半径ａと比屈折率差Δを選択しフッ化物ガラスフ
ァイバを作製すればよいことがわかる。

これまではフッ化物ガラスファイバの外径が１５０μｍ
の場合について説明してきたが、先に述べたようにマイ
クロベンド損失はフッ化物ガラスファイバの外径に依存
する。そこで、第１式を用いて求めた波長２．ＯＩｌｍ
におけるマイクロベンド損失条件の外径依存性とマイク
ロベンド損失条件と単一モード条件との交点を結んだ直
線Ｃの外径依存性を第４図に示す。この図から分かるよ
うに、同じ比屈折率差Δのコアガラスとクラッドガラス
を用い、同じコア半径ａのフッ化物ガラスファイバを作
製してフン化物ガラスファイバの外径が異なるとマイク
ロベンド損失がフン化物ガラスファイバの固有損失の１
／１００以下となるフッ化物ガラスファイバが実現でき
ない場合が生ずる。従って、マイクロベンド損失をフッ
化物ガラスファイバの固有損失の１／１００以下にする
ためには、所望のフン化物ガラスファイバの外径毎に比
屈折率差Δとコア半径ａを選択する必要がある。

ところで、第１式によりマイクロベンド損失を正確に求
めるためには電子計算機を用いたが、本発明者らのこれ
までの実験結果等の経験から、波長２．０μｍに於いて
マイクロベンド損失がフン化物ガラスファイバの固有損
失の１／１００となる比屈折率差Δとコア半径ａの間に
は第３式に示した近似式で表されることがわかった。

ここで、ａはコア半径、Ｄはファイバの外径で、単位は
μｍで、Δは比屈折率差で、単位は％である。

また、マイクロベンド損失条件と単一モード条件の交点
を結んだ直線（Ｃ）は第４式で表されることがわかった
。

従って、適宜なフッ化物ガラスファイバの外径りに対し
てマイクロベンド損失がフッ化物ガラスファイバの固有
ｔ■失の１／１００以下となるフッ化物ガラスファイバ
を実現するためには、比屈折率差Δとコア半径ａは との三つの不等式を同時に満足し、かつ比屈折率差が１
．５％以下の範囲でなければならない。

これまでは、コアガラスがＺｒＦ４−　Ｂａ１ｔ　−Ｎ
ａＦ　−１、ａＦ、−八ｌＦ３、クラッドガラスがＺｒ
Ｆ４−１１ｆＦｎ−ＢａＦｚ　−ＮａＦ　−ＬａＦ、　
−Ａ　Ｉ　Ｆ３で構成されたフッ化物ガラスファイバに
ついて述べてきたが、この他の組成のフン化物ガラスフ
ァイバの屈折率とその波長依存性を調べたところ、何れ
の組成のガラスを用いても第５式、第６式、第７式の差
は５％以下であり、比屈折率差への上限値のみがコアガ
ラスとクラッドガラスの組成の組み合わせにより変わる
ことが分かり、第５式、第６式、第７式を適用できる。

この場合には、上述した比屈折率差Δが１．５以上でも
かまわない。

（実施例） 次に本発明の原理に基づいて作製したフン化物ガラスフ
ァイバの具体例について説明する。

フッ化物ガラスファイバの作製にあたっては、コアガラ
スの組成は５３Ｚｒ　−２０８ａ　−２ＯＮａ　−４Ｌ
ａ　−３＾ｌ一定とし、クラッドガラスは、コアガラス
のＺｒの一部あるいは全部を１１「と置換し、かつ、線
引き温度におけるコアガラスとクラッドガラスの粘性が
ほぼ一致するようにＮａの量を調整した。作製したガラ
スの組成と比屈折率差Δを第１表に示した。

第　　１　　表 これらの組成のガラスを用いクラツド径が１５０μｍお
よび１７５μｍのファイバを作製した場合、マイクロベ
ンド損失がファイバの固有損失の１／１００以下となる
コア半径の選択範囲とコア半径が５μｍ。

６μｍ、　７μ…のフッ化物ガラスファイバを作製した
場合にマイクロベンド損失がフッ化物ガラスファイバの
固有損失の１ノ１００以下となる波長範囲を第２表に示
した。なお、図中のＭはファイバがマルチモードである
ことを示している。

第　　　２　　　表 第２表から明らかなようにコアガラスとして５３Ｚｒ−
２０８ａ−２ＯＮａ　−４Ｌａ　−３ＡＪ　　を用いク
ラッドガラスにコアガラスのＺｒの一部あるいは全部を
Ｈｆに置換したガラスを用い本発明の原理に基づいてフ
ン化物ガラスファイバを作製すれば、マイクロヘンド損
失がファイバの固有損失の１／１００以下になるファイ
バが製作出来ることが確認できた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の範囲内の比屈折率差Δと
コア半径ａを選択すれば、マイクロヘンド損失がフッ化
物ファイバの固有損失の１／１００以下となる極低損失
のフン化物ガラスファイバを作製することが出来るよう
になり、その効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるクランド径１５０μｍのときのマ
イクロベンド損失条件を説明するための図、第２図は本
発明による単一モード条件を説明するための図、第３図
は本発明によるマイクロベンド損失条件と単一モード条
件を同時に満足する領域を説明するための図、第４図は
本発明によるマイクロベンド損失条件と単一モード条件
を同時に満足ひする領域のクラツド径依存性を説明する
ための図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 フッ化ジルコニュウムを主成分とするフッ化物ガラスフ
   ァイバに於て、所望のクラッドの外径をＤ（単位はμｍ
   ）であらわし、ファイバのコア半径をａ（単位はμｍ）
   であらわし、コアとクラッドの比屈折率差をΔ（単位は
   ％）であらわしたとき、所望のクラッドの外径Ｄと、比
   屈折率差Δとコア半径ａが Δ≧（１１５／Ｄ＾０＾．＾７＾５）（１／ａ＾１＾．
   ＾５）＋（３．９１２×１０＾４／Ｄ＾３＾．＾４）と Δ≦５４．１４／ａ＾２ Δ≧（３．６５９×１０＾３／Ｄ＾４）＋（１．３７４
   ×１０＾１＾１／Ｄ＾５＾．＾５）の三式を同時に満足
   するように定められていることを特徴とする単一モード
   フッ化物ガラスファイバ。