JPS63208003A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐環境性の光ファイバに関するもので、特に広
い波長範囲にわたって低分散なものに使用される。

〔従来の技術〕

大、容量で長距離の光通信を実現するためには、光ファ
イバは低分散であって伝送損失が小さいことが要求され
る。すなわち、光ファイバにある程度以上の分散がある
と、変調によって発生する光源波長の広がりが無視でき
なくなり、大容量の通信が難しくなる。また、光の伝送
損失が高いと光フアイバケーブルに中継器を多く設置し
なければならず、長―離通信に適しなくなる。　　　□
一般に、石英系光ファイバでは１．３μｍ帯と１．５５
μｍ帯において低損失になることが知られており、特に
１．５５μｍ帯で低損失が著しい。

そこで従来から、この１．５５μｍ帯において低分散と
なる光ファイバの研究、開発がなされている。

１．５５μｍ帯で低分散の光ファイバを実現する従来技
術として、第１に分散シフトファイバと呼ばれるものが
知られている。これは、波長分散が零近傍となる状態を
前述の１．３μｍ帯から１．５５μｍ帯にシフトさせよ
うとするものである。この方式によれば、１．５５μｍ
帯という光伝送損失の低い波長域で波長分散を著しく低
く抑えることができるので、大容量で長距離の光通信が
可能となる。

し・かじながら、上記第１の従来方式によれば、分散を
低く抑えることのできる波長域は狭い。このため、発光
波長の異なる発光素子（例えば半導体レーザ、発光ダイ
オード）を用いるたびに異なる光ラアイバとしなければ
ならず、また広い帯域での光通信にも適していなかった
。

低分散ファイバを実現する第２の従来技術としては、例
えばレオナルト・シー・コーエンらによる［オプティッ
クス・レターズ］第７巻第４号第１８３〜１８５頁（１
９８２）や、用土らによるｒｌＥＥ、Ｅジャーナル・オ
ブ・ファンタム・エレクトロニクス・キュー・イー」第
１０巻第１２号第８７９〜８８７頁（１９７４）に示さ
れるものがある。第５図はこのような光ファイバの屈折
重分イＦを示す図である。

図示の通りこの光ファイバは、中心部のコア１と、その
周辺部の第１クラッド２と、更にその周辺部の第２クラ
ッド３より構成される。そして、コア１の屈折率ｎ１と
第１おＪ：び第２クラッド２゜３の屈折率ｎ２．ｎ３の
関係は となっている。

かかる構造の光ファイバにおいて、コア１と第１クラッ
ド２の比屈折率差Δ１を大きくとると、広い波長範囲で
低分散な特性を実現することかできる。すなわち、第６
図に示す如く、波長１．３〜１．５５μｍ帯において、
−分散値を狭い範囲内に抑えることができる。なお１、
第６図において符号へで示す如き特性とするか、符号Ｂ
で示す如き特性（１，３〜１．５５μｍ帯で有効な特性
）とするかは、第５図のａ、ｂ、Δ１．Δ２で示す諸元
を適当に設定することにより実現できる。また、第６図
中の符＠Ｃは通常のステップインデックス光ファイバの
分散特性を示す。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の如き２重クラッド構造の光ファイ
バ（第２の従来方式の光ファイバ）を、水素雰囲気ある
いは放射線照射などの如き苛酷な環境下で使用すると、
その光、伝送特性が著しく劣化する。

第１に、Ｇｅ　Ｏを含有するＳｉＯ２コアの光ファイバ
を水素雰囲気下に置、くと、コア内に水素分子が拡散し
、化学反応によってＯｌ−Ｉ　Ｗが生成される。このよ
うなＯＨＩがコア中のＧｅ　Ｏ；２によって生成される
と、１．４μｍ近傍の１１失増加の他に１．５μｍより
長波長域でも損失増加が現れる。これは、２．７μｍ帯
でのＯＨ基による赤外吸収の裾引きによるものであり、
かかるＯＨ基は不可逆であって一度発生すると取り除く
ことかできない。そして、このＯＨ基の生成量がコア内
のＧｅ　ｏｚｆＪ度に依存することが、例えば９藤らに
よる「電子通信学会研究実用化報告」、第３５巻第６項
第６２５〜６３１頁（１９８６）などに示されている。

第２に、ＧｅＯを含有する５ｉ０２コアの光ファイバを
放射線照射下に置くと、放射線エネルギーによって組成
′ガラス中に光の吸収中心・などか生成される。そして
、これらは光伝送損失の増加をもたらす。このように、
従来の広い波長域で低分散なＧｅ０−２含有コア型の光
ファイバでは、耐環境性が低いために苛酷な条件下での
使用に適さず、また長期の信頼性に乏しいものであった
。

そこで本発明は、光伝送損失が少なくかつ広い波長域で
低分散でおり、しかも耐環境性に優れた信頼性の高い光
ファイバを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る光ファイバは、コアと、その外側のコアよ
り低屈折率の第１クラッドと、更にその外側のコアより
低屈折率で第１クラッドより高屈折率の第２クラッドと
を備える光ファイバであって、コアの少なくとも中心部
を純粋石英もしくは微最の添加物を含む石英で形成した
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る光ファイバは、以上の通りに構成されるの
で、コア中のＧ。０２によってＯＨＭを生成させたり放
射線照射による光吸収中心を生成させたりすることがな
くなるように作用する。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明のいくつかの実施例
を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同
一符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図は実施例に係る光ファイバの屈折率分布を示す図
で、同図（Ａ＞はその基本型を示し、同図（Ｂ）はこれ
を変形したものを示している。

同図（Ａ＞に示す如く本実施例の光ファイバでは、コア
１１は純粋のシリカで形成し、第１クラッド１２はフッ
素を添加したシリカで形成し、第２クラッド１３より少
ないフッ素を添加したシリカで形成している。このため
、かかる光フファイバが水素雰囲気下に置かれても、水
素分子の拡散によってコア１１中のＧｅＯ２と化学反応
し、ここにＯＨ基が生成されるようなことはない。従っ
て、１．４μｍ帯や２．７μｍ帯での赤外吸収が生じる
ことはない。その結果、１．５５μｍ帯あるいは１．３
μｍ帯における伝送損失の増加を防止することができる
。また、放射線照射下に置かれてもＧｅＯ２が吸収中心
を招くことはなく、伝送損失の増加を抑えることができ
る。

第１図（Ｂ）の変形例では、コア１１の材料は第１図（
Ａ＞のものと同様であるが、第２クラッド１３の屈折重
分イ「を異ならしめている。すなわら、第２クラッド１
３の内側の屈折率を外側に比べて高くしている。このよ
うにすれば、低分散かつ低光損失のファイバにおいて耐
環境性の向上を実現しながら、光ファイバの曲げ損失を
も低くできるという利点がある。

なお、上記第１図（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの光ファイバ
にあっても、コア１の最大屈折率をｎｌ、第１および第
２クラッドの屈折率をｎ２．ｎ３としたときには、 ｎｌ＞ｎ３＞ｎ２　　　　　　　　　　′なる関係が成
立している。また、波長分散が低く、抑えられる波長域
は第１図のファイバの諸元すなわちａ、ｂ、Δ１．Δ２
の値を変えることにより、種々変更することができる。

すなわち、第６図の曲線Ａの如くにすることも、曲線Ｂ
の如くにすることも可能である。

本発明者らは上記実施例の有効性を確認するため、下記
の如き実験を行なった。

まず、本発明に係る第１図（Ａ＞の構造の光ファイバと
しては、コアに純粋シリカを用い、第１クラッドにフッ
素添加シリカを用い、第２クラッドにもフッ素添加シリ
カを用いた。そして、コアおよび第１クラッドの半径ａ
、ｂをそれぞれａ＝２．４μｍ、ｂ＝６．’１ｍ とし、第１クラッドに対するコアの比屈折率差Δ１おＪ
：び第１クラッドに対する第２クラッドの比屈折率差Δ
２をそれぞれ Δ　＝０．９７％、Δ２＝０．３１％ に設定した。

次に、従来技術に係る第５図の構造の光ファイバとして
は、コアにＧｅＯ２添加のシリカを用い、第１クラッド
にフッ素添加のシリカを用い、第２クラッドに純粋シリ
カを用い、下記の諸元のものを作成した。すなわち、コ
アおよび第１クラッドの半径ａ、ｂをそれぞれ ａ＝２．５μｍ、ｂ＝５．１μｍ とし、比屈折率差をそれぞれ Δ１＝１．０９％、Δ２＝０．３８％ に設定した。

上記の如き２種類の光ファイバについて光伝送特性（初
期伝送特性）を調べたところ、第２図の如き結果を得た
。すなわち、本発明に係る光ファイバでは波長が１．５
５μｍのところで光損失が０．２４７ｄＢ／ｋｍであっ
たのに対し、従来例に係る光ファイバでは光損失が０．
３１０ｄＢ／ｋｍとなった。このように、初期伝送損失
が本発明ファイバと従来ファイバで異なるのは、本発明
ではコアにほぼ純粋の石英を用いているためである。す
なわち、従来ファイバではコア中に含まれるＧｅＯ２に
よる散乱が伝送特性を劣化させているのに対し、本発明
ではかかる散乱がないからである。

しかる後、以上の如き２種の光ファイバについて耐水素
特性を調べた。

まず、本発明ファイバについては、素線状態で５００ｍ
に束取りし、２００℃で１気圧の水素雰囲気に１００時
間放置した。一方、従来ファイバについては、索線状態
で５００ｍに束取りし、２００℃で１気圧の水素雰囲気
に２０時間放置した。そして、このような高温水素処理
を行なった後に光伝送特性を調べたところ、第２図およ
び第３図に示すような結果を得た。図から明らかなよう
に、従来ファイバでは光伝送特性が著しく劣化している
が、本発明ファイバではほとんど劣化が現れていない。

同様に、耐放射線特性についても評価を行なった。

すなわち、前述の本発明ファイバと従来ファイバについ
て、コバルト６０のガンマ（γ）線を１０５Ｒ／時間の
線量率で１時間だけ照射し、１．３μｍ帯での光損失増
加の経時変化を測定した。この測定結果をグラフに示す
と第４図の如くになる。

同図より、下記の２点が確認できる。第１は、放射線照
射時の損失増加が本発明では低く抑えられることであり
、増加量は従来ファイバに比べてほぼ１／３程度となっ
ている。第２は、放射線照射の停止後の回復が本発明で
は良好なことであり、照射停止から１時間経過後には従
来ファイバに比べて１／１０程度となっている。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の
変形が可能である。

例えば、コアの材料は純粋石英に限られず、耐環境性に
悪影響を与えない程度の微量のＧｅ　０２等が添加され
ていてもよい。また、コアの屈折率分布については外側
に向って滑らかに低下するようになっていてもよく、コ
アと第１クラッドの界面あるいは第１クラッドと第２ク
ラッドの界面についても、屈折率が滑らかに変化するよ
うにしてもよい。

また、上記実施例における光ファイバの諸元は波長が１
．５５μｍ帯における低分散を実現するものであって、
諸元の変更により１．３μｍ帯から１．５５μｍ帯に至
るまで、広い波長範囲に適用可能にすることができる。

このようにすれば、例えば１．３μｍ帯から１．５５μ
ｍ帯までの発光波長を持つ複数のＬＥＤ等を用いて、波
長多重光通信を行なうことも可能になる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り、本発明に係る光ファイバに
よれば、コアは純粋の石英もしくは耐環境性に悪影響を
与えない程度の微量の添加物を含む石英によって形成さ
れるので、耐水素特性および耐放射線特性を著しく向上
できる。このため、広い波長域にわたっての低分散を維
持しながら、光伝送特性の劣化を防止でき、しかも耐環
境性を大幅に改善できる効果がある。従って、本発明の
光ファイバは苛酷な環境下で使用される場合や、長距離
、人容吊の光通信を行なうケーブル（例えば海底ケーブ
ル）に用いる場合などに特に適している。

更に、第２クラッドの内側に高屈折率の層を設けるよう
にすれば、曲げ光損失をも少なくできるという格別の利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光ファイバの屈折率分布図、第２
図は光伝送損失を比較する図、第３図はＨ２処理による
従来の光ファイバの損失増加の説明図、第４図はガンマ
線照射による損失増加の説明図、第５図は従来の光ファ
イバの屈折率分布図、第６図は波長分散特性図である。 １・・・コア（ＧｅＯ２添加シリカ）、２・・・第１ク
ラッド（フッ素添加シリカ）、３・・・第２クラッド（
ＩＩＪＴ！粋シリカ）、１１・・・コア（ＩＩＴ！粋シ
リカシリカ２・・・第１クラッド（フッ素添加シリカ）
、１３・・・第２クラッド（フッ素添加シリカ）。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹（Ａ） （Ｂ） 本発明の光ファイバの屈折率分布 第１図 波長 光伝送損失 第２図 Ｈ２処理による損失増加 第３図 ｙ線照射による損失増加（１，３μｍ）第４図 従来の光ファイバの屈折率分布 第５図 波長分散特性 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも中心部が純粋石英又は微量の添加物を含
   む石英からなるコアと、このコアの外側に形成され当該
   コアよりも低屈折率の第１クラッドと、この第１クラッ
   ドの外側に形成され当該第１クラッドよりも高屈折率で
   前記コアの中心部よりも低屈折率の第２クラッドとを備
   える光ファイバ。 ２、前記第２クラッドの内側部分はその外側部分よりも
   高屈折率である特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ
   。 ３、低分散な波長範囲が１．５μｍ帯になるように、少
   くとも前記コアと第１クラッドおよび当該第１クラッド
   と第２クラッドの比屈折率差並びに前記コアおよび第１
   クラッドの半径を設定した特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の光ファイバ。 ４、低分散な波長範囲が１．３μｍから １．５μｍ帯になるように、少くとも前記コアと第１ク
   ラッドおよび当該第１クラッドと第２クラッドの比屈折
   率差並びに前記コアおよび第１クラッドの半径を設定し
   た特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光ファイバ。