TW201405183A - 光纖 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種光纖，其係在不損害彎曲損失下，減低光纖之因瑞利散射所造成的傳送損失。本發明的解決手段為一種由在中心部之芯、鄰接於該芯且包覆其外周之低折射率層、及鄰接於該低折射率層且包覆其外周之包層所構成的光纖，其特徵為前述低折射率層的折射率係自內側朝向外側逐漸降低，且由在中心部的最大折射率n1之芯、鄰接於該芯且包覆其外周的最低折射率n2之低折射率層、及鄰接於該低折射率層且包覆其外周的平均折射率n3之包層所構成的光纖中，前述低折射率層之位於與最內側的芯之邊界部的折射率為n3，並使前述低折射率層之位於與最外側的包層之邊界部的折射率為n2。

Description

光纖
本發明關於光通訊用之光纖，尤其關於適用作為傳送數十公里長度的長距離線路及光纖到家(FTTH)或區域網路(LAN)的宅內外配線用之光纖。
光纖由於其寬頻帶特性而適用於遠距離通訊之領域，廣泛使用於數十公里以上之長距離的幹線線路之通訊。
另一方面，由於網際網路的急速普及，各個個人電腦所收發的資訊量亦跳躍地增大。於此所廣用的通訊線路係同軸電纜或或無遮蔽雙絞線(UTP)電纜等之銅線電纜。然而，電纜係頻帶窄，而且由於容易受到電磁波雜訊之影響，故傳送龐大的資訊量係困難。因此，不僅電信局間的長距離通訊，在電信局與各用戶之間的通訊，亦使用光纖，作為使傳送容量增大之技術，FTTH係正在普及。
於FTTH中，利用光纖的寬頻帶特性，在至用戶群的附近為止，複數之用戶共用一條光纖，然後將光訊號分岔至每用戶，進行將光纖的引入線分配至各用戶的方式。
於引入線或宅內配線中，作為光纖所要求之重要特 性，可舉出彎曲損失。相對於長距離幹線電纜係鋪設在地下導管等不易受到外力影響的場所，於宅內外之配線中為了保持可撓性及輕量化，以比較細(直徑數mm)的電線之狀態進行配線，故容易受到外力之影響，光纖所受到的彎曲半徑亦多為20mm以下。
由於原本光纖是沿著光纖之芯傳播訊號光，具有即使光纖為彎曲的狀態也能傳送之特徵，但隨著其彎曲半徑之變小，不能完全傳播，自芯所洩漏的光之比例係指數函數地增大，成為傳送損失。此為彎曲損失。
作為如此用途中所用之單模光纖，非專利文獻1揭示藉由在芯之外側設有低折射率層的抑制型光纖，可一邊大地設計MFD，一邊減低彎曲損失之要旨。以如此的構造減低雜質所致的吸收損失，使零分散波長最合適化之光纖係揭示於專利文獻1中，使低折射包層的比折射率差△成為約-0.020~-0.0007%左右，將MFD設計在9.2μm左右。
再者，改善彎曲特性的光纖係揭示於專利文獻2中，但一邊使低折射率包層之比折射率差△成為更低之-0.08~-0.02%，一邊將MFD設計在稍小之8.2~-9.0μm。
於矽石玻璃系的光纖之情況，一般摻雜鍺以提高折射率，摻雜氟以降低折射率。以往，此情況係在芯中摻雜鍺與氟這兩者。其理由之一係因為製造上的限制，於將多孔質體在含氟的氣體環境中加熱處理時，在含有鍺的芯部分中，氟亦擴散而摻雜。另一理由為在形成折射率分布時， 以進行折射率分布之微調整者作為目的，同時摻雜兩者之元素，藉此而容易設計出具有所欲的玻璃折射率之光纖。
另一方面，雜質經充分去除的光纖之傳送損失多半為瑞利散射損失。瑞利(Rayleigh)散射損失係起因於以光纖的芯作為中心的光傳播部分之玻璃成分的波動。因此，芯中所含有的摻雜劑之量愈增加，瑞利散射損失愈增大，結果有傳送損失增大之問題。
因此，於習知型的光纖之情況，結果芯中摻雜的鍺及氟之摻雜劑的總量係增大，本質上有難以得到低損失的光纖之問題。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 特開2002-47027號
[專利文獻2] 特開2006-133496號
[非專利文獻]
[非專利文獻1] Shojiro Kawakami and Shigeo Nishida, “Characteristics of a Doubly Clad Optical Fiber with A Low-Index Inner Cladding,” IEEE Journal of Quantum Electronics, vol QE-10, no. 12, pp. 879-887, December 1974
本發明係鑒於上述的習知技術，目的在於提供一種光纖，其係在不損害彎曲損失下，減低光纖之因瑞利散射所造成的傳送損失。
為了解決上述問題，本發明者們進行專心致力的研究，結果發現藉由採取請求項1~3之構造，可在不損害彎曲損失下，抑制瑞利散射。即，光纖中傳播的光功率係不僅在芯部分，亦一部分摻出至外側的低折射率層，邊分布邊傳播光，但使光纖之構造成為請求項1~3之構造，由於在光功率多分布的低折射率層之愈內側附近，愈減少摻雜劑量，故可抑制瑞利散射。
具體地，本發明的光纖為由在中心部的芯、鄰接於該芯且包覆其外周之低折射率層、及鄰接於該低折射率層且包覆其外周之包層所構成的光纖，其特徵為前述低折射率層的折射率係自內側朝向外側降低，且由在中心部的最大折射率n1之芯、鄰接於該芯且包覆其外周的最低折射率n2之低折射率層、及鄰接於該低折射率層且包覆其外周的平均折射率n3之包層所構成的光纖中，前述低折射率層之位於與最內側的芯之邊界部的折射率為n3，並使前述低折射率層之位於與最外側的包層之邊界部的折射率為n2。
(請求項1~3)
又，於習知型的光纖之情況，結果芯中所摻雜的鍺及 氟之摻雜劑總量係增大，本質上難以得到低損失的光纖，但藉由成為本發明的請求項4~6之構造，不改變折射率分布形狀，可抑制芯、低折射率層、包層中所含有的摻雜劑之總量，可抑制瑞利散射。
即，作為具體的構造，於前述光纖中，在芯中摻雜高折射率用元素，在前述低折射率層中摻雜低折射率用元素。再者，芯係實質上不含低折射率用元素，低折射率層係實質上不含高折射率用元素。更且，包層實質上不含高折射率用元素及低折射率用元素(請求項4~6)。藉由採取如此的構造，可抑制摻雜劑之總量，瑞利散射之抑制係成為可能。
又，本發明之光纖係使摻雜於前述低折射率層中的低折射率用元素之含量自該低折射率層之內側朝向外側增加，在該低折射率層的最內側與芯之邊界部中實質上成為零，在該低層折率層的最外側與包層之邊界部中成為最大。另外，摻雜於前述芯中的高折射率用元素之含量，在該芯的最外側與低折射率層之邊界部中實質上成為零(請求項7~10)。
再者，前述高折射率用元素為鍺，低折射率用元素為氟(請求項11~12)。更且，在波長1550nm的傳送損失為0.19dB/km以下，於直徑20mm的心軸上捲繞光纖時的損失增加為0.5dB/km以下。又，在波長1383nm的傳送損失為0.35dB/km以下(請求項13~15)。
本發明之光纖係藉由採用請求項1~3之構造，雖然光纖中傳播的光功率係不僅在芯部分，亦一部分摻出至外側的低折射率層而分布，但由於在光功率多分布的低折射率層之愈內側附近，愈減少摻雜劑量，故可在不損害彎曲損失下，抑制瑞利散射。
又，藉由採取請求項4~6之構造，不改變折射率分布形狀，可抑制芯、低折射率層、包層中所含有的摻雜劑之總量，可在不損害彎曲損失下，抑制瑞利散射。
圖1(a)係實施例1所得之光纖預成形體的輪廓，(b)顯示在輪廓的半徑方向位置之Ge濃度分布，(c)顯示在輪廓的半徑方向位置之氟濃度分布。
圖2(a)係比較例1所得之光纖預成形體的輪廓，(b)顯示在輪廓的半徑方向位置之Ge濃度分布，(c)顯示在輪廓的半徑方向位置之氟濃度分布。
圖3(a)係實施例2所得之光纖預成形體的輪廓，(b)顯示在輪廓的半徑方向位置之Ge濃度分布，(e)顯示在輪廓的半徑方向位置之氟濃度分布。
[實施發明的形態] (實施例1)
以成為如圖1(a)所示的輪廓之方式，藉由以往的方法，製造光纖預成形體。所謂以往的方法，就是VAD法、OVD法、PCVD法、夾套法，可組合幾個此等的堆積方法來進行。
作為摻雜劑濃度之調整例，圖1(b)顯示自芯中心起的半徑位置之鍺的濃度分布，圖1(c)顯示使氟的濃度分布對應於半徑位置。
將具有圖1(a)之輪廓的光纖預成形體予以拉絲，所得之光纖的損失在使用波長1310nm為0.334dB/km，在另一使用波長1550nm為0.191dB/km之低損失。再者，測定此光纖之瑞利散射係數時，為0.860dB/km．μm4，可說瑞利散射係數係被抑制。
(比較例1)
為了比較，藉由與實施例1同樣之以往的方法，於摻雜劑濃度中，以鍺成為圖2(b)所示之濃度分布的方式，以氟成為圖2(c)所示之濃度分布的方式，製造光纖預成形體，圖2(a)中顯示輪廓。將此預成形體予以拉絲，所得之光纖的損失在使用波長1310nm為0.337dB/km，在另一使用波長1550nm為0.190dB/km之低損失。然而，測定此光纖的瑞利散射係數時，為0.884dB/km．μm4，瑞利散射係數係高於實施例1者，不能說是被抑制。
(實施例2)
作為另一實施例，藉由與實施例1同樣之以往的方法，於摻雜劑濃度中，以鍺成為圖3(b)所示之濃度分布的方式，以氟成為圖3(c)所示之濃度分布的方式，製造光纖預成形體，圖3(a)中顯示輪廓。將此預成形體予以拉絲，所得之光纖的損失在使用波長1310nm為0.329dB/km，在另一使用波長1550nm為0.187dB/km之低損失。測定此光纖的瑞利散射係數時，為0.854dB/km．μm4，瑞利散射係數係比於實施例1者更低，可說是抑制效果高的纖維。

Claims (15)

  1. 一種光纖，其特徵為由在中心部之芯、鄰接於該芯且包覆其外周之低折射率層及鄰接於該低折射率層且包覆其外周之包層所構成的光纖，前述低折射率層的折射率係自內側朝向外側降低。
  2. 如請求項1之光纖，其係由在中心部的最大折射率n1之芯、鄰接於該芯且包覆其外周的最低折射率n2之低折射率層及鄰接於該低折射率層且包覆其外周的平均折射率n3之包層所構成的光纖，其中前述低折射率層之位於與最內側的芯之邊界部的折射率為n3。
  3. 如請求項1或2之光纖，其係由在中心部的最大折射率n1之芯、鄰接於該芯且包覆其外周的最低折射率n2之低折射率層及鄰接於該低折射率層且包覆其外周的平均折射率n3之包層所構成的光纖，其中前述低折射率層之位於與最外側的包層之邊界部的折射率為n2。
  4. 如請求項1之光纖，其係由在中心部之芯、鄰接於該芯且包覆其外周之低折射率層、鄰接於該低折射率層且包覆其外周之包層所構成的以矽石作為主成分之光纖，其中於芯中摻雜高折射率用元素，而且實質上不含低折射率用元素，於前述低折射率層中摻雜低折射率用元素。
  5. 如請求項1之光纖，其係由在中心部之芯、鄰接於該芯且包覆其外周之低折射率層、鄰接於該低折射率層且包覆其外周之包層所構成之以矽石作為主成分之光纖，其中於芯中摻雜高折射率用元素，於前述低折射率層中摻雜 低折射率用元素，而且實質上不含高折射率用元素。
  6. 如請求項1之光纖，其係由在中心部之芯、鄰接於該芯且包覆其外周之低折射率層、鄰接於該低折射率層且包覆其外周之包層所構成之以矽石作為主成分之光纖，其中於芯中摻雜高折射率用元素，於前述低折射率層中摻雜低折射率用元素，包層實質上不含高折射率用元素及低折射率用元素。
  7. 如請求項5或6之光纖，其中摻雜於前述低折射率層中的低折射率用元素之含量係自該低折射率層之內側朝向外側增加而成。
  8. 如請求項5或6之光纖，其中摻雜於前述低折射率層中的低折射率用元素之含量，在該低折射率層的最內側與芯之邊界部中實質上成為零。
  9. 如請求項5或6之光纖，其中摻雜於前述低折射率層中的低折射率用元素之含量，在該低層折率層的最外側與包層之邊界部中成為最大。
  10. 如請求項5或6之光纖，其中摻雜於前述芯中的高折射率用元素之含量，在該芯的最外側與低折射率層之邊界部中實質上成為零。
  11. 如請求項5或6之光纖，其中前述高折射率用元素係鍺。
  12. 如請求項5或6之光纖，其中前述低折射率用元素係氟。
  13. 如請求項1之光纖，其在波長1550nm的傳送損失 為0.19dB/km以下。
  14. 如請求項1之光纖，其中於直徑20mm的心軸上捲繞光纖時，其在波長1550nm的損失增加為0.5dB/km以下。
  15. 如請求項1之光纖，其在波長1383nm的傳送損失為0.35dB/km以下。
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