TWI226464B - Optical fiber, non-linear optical fiber, optical amplifier using the same optical fiber, wavelength converter and optical fiber manufacture method - Google Patents

Optical fiber, non-linear optical fiber, optical amplifier using the same optical fiber, wavelength converter and optical fiber manufacture method Download PDF

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TWI226464B
TWI226464B TW090128010A TW90128010A TWI226464B TW I226464 B TWI226464 B TW I226464B TW 090128010 A TW090128010 A TW 090128010A TW 90128010 A TW90128010 A TW 90128010A TW I226464 B TWI226464 B TW I226464B
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TW
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optical fiber
wavelength
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linear
light
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TW090128010A
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Masaaki Hirano
Masashi Onishi
Toshiaki Okuno
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Sumitomo Electric Industries
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Description

1226464 五、發明説明（1 ) 〔發明之背景〕 發明之領域 本發明有關於光纖、非線型光纖、使用此等光纖之光 放大器、波長轉換器及光纖製造方法。 相關之背景技術 一般之情況，當高強度（高光密度）之光在媒質中傳輸 時，在媒質中會產生感應拉曼（Raman)效應或四光波混 合等之各種非線型光學現象爲一般習知者。該等之非線 型光學現象在光纖中於光傳送時亦會產生，此種光纖中 之非線型光學現象可以使用在光放大和波長轉換等（例如 ，參照國際專利案W0 99 / 1 0770號）。 〔發明之槪要〕 光纖之非線型以下式之非線型係數7， γ = (2 π /λ)χ(Ν2/Α6ίί) 表不。在此處之λ是光之波長，Ν2是λ之光在光纖中之 非線型折射率，Aeff是λ之光在光纖之有效剖面積 。依照此式，要使非線型係數7變大時，可以使添加在 光纖之芯子內之Ge02之添加濃度變高用來使非線型折 射率N2變高，和使芯子和包蓋之比折射率差變大用來 使有效剖面積Aeff變小。 但是，當使用上述之構成條件使非線型係數r變大之 情況時，會產生光纖之截止波長λ c變長之問題。特別 是當使用光纖中所發生之四光波混合用來進行波長轉換 時，需要激勵光之波長在光纖之零色散波長附近。與此 1226464 五、發明説明（2 ) 相對的，在上述之構造中，截止波長λ C變成比零色散 波長，因爲不能成爲單模態，所以波長轉換之效率會降 低。 另外，近年來光傳送系統所使用之信號光之波長帶進 行擴大，所以光放大器不僅利用通常使用之EDFA之放 大頻帶，而且亦檢討較短波長側之波長1.45 # m 〜1 · 5 3 μιη之S帶之波長帶之利用。對於該S帶之波長 帶，要使用偏離.放大波長帶之EDFA會有困難，所以不 能成爲有效之光放大器。另外，當使用拉曼放大器時， 在高非線型之光纖，截止波長λ c變成大於波長1.3 μιη 〜1.5 μιη程度之激勵光波長，造成拉曼放大之效率之降 低。 本發明用來解決以上之問題，其目的是提供具有充分 之非線型而且使截止波長變短之光纖，非線型光纖 ’使用此等光纖之光放大器，波長轉換器及光纖製造方 法。 用以達成此種目的之本發明是一種光纖，其特徵是（1) 至少具備有：芯子區域，其折射率之最大値爲η 1 :第1 包蓋區域，被設在芯子區域之外周，其折射率之最小値 爲η2(其中η2<ηι);和第2包蓋區域，被設在第1包蓋 區域之外周，其折射率之最大値爲η3(其中η2< n^m):和（2)對於波長1·55μηι之光，所具有之各種特 性是：1 1 μπι2以下之有效剖面積；在2m之光纖長度爲 0_7μΐΉ以下1 ,6μΓη以下之截止波長λ c ;和1 8/W/km以 -4- 1226464 五、發明説明（3 ) 上之非線型係數。 在此種光纖中，不使用單包蓋構造，而是使用在芯子 區域之外周設有第1和第2包蓋區域之雙包蓋構造 。利用此種方式，即使在爲著使非線型係數變大，使添 加在芯子內之Ge02之添加濃度高用來使非線型折射率 變局，或使芯子和包蓋之比折射率變大用來使有效剖面 積Aeff變小之情況時，亦可以使截止波長λ c充分的變 短。另外，在此種構造中可以使色散梯度成爲負値。 另外，對於包蓋之構造亦可以構建成在該第1包蓋區 域和第2包蓋區域之中間，更設置具有指定之折射率和 幅度之1層或多層之其他之包蓋區域。 本發明之非線型光纖是上述之光纖，其特徵是利用輸 入指定波長之光所發現之非線型光學現象。經由積 極的利用本光纖之高非線型，可以應用在各種用途，和 可以獲得具有良好之特性之非線型光纖。
本發明是一種光放大器，其特徵是具備有：（a)上述之 非線型光纖，其截止波長λ c ;和（b)激勵光源，對於被 輸入到非線型光纖之波長Xs之信號光，對非線型光纖供 給指定波長λρ(其中λ〇<λρ)之激勵光；和（c)利用在非線 型光纖所發現之非線型光學現象，用來對信號光進行放 大0 以此方式構成之光放大器使用在非線型光纖中所產生 之感應拉曼效應，可以作爲拉曼放大器。另外，依照上 述構造之非線型光纖時，可以使截止波長λ C比激勵光 1226464 五、發明説明（4 ) (pump light)之波長λρ短，可以以單模態進行高效率之 光放大。 依照本發明是一種波長轉換器，其特徵是具備有：（a) 上述之非線型光纖，其截止波長爲λ c ;和（b)激勵光 源，對於被輸入到非線型光纖之波長(其中λ(：<λ5)之 信號光，對非線型光纖供給指定波長λρ(其中λ(：<λρ)之 激勵光；和（C)利用在非線型光纖所發現之非線型光學現 象，用來對信號光進行波長轉換，藉以輸出波長λ S，（其 中Xc<Xs’）之轉換光。 以此方式構成之波長轉換器可以使用在非線型光纖中 所產生之回光波混合，藉以作爲波長轉換器。另外，依 照上述構造之非線型光纖時，可以使截止波長λ C小於 信號光，轉換光，和激勵光之波長，可以以單模態進行 高效率之波長轉換。另外，信號光亦不會受到模態色散 之影響，可以保持良好之傳送特性。 本發明是一種光纖製造方法，其特徵是具備有：（1)第 1工程，對於由添加有指定量Ge02之Si02所構成之作 爲芯子區域之芯子用玻璃棒，其製成是利用VAD法或 OVD法進行合成和延伸成爲指定之外徑；（2)第2工 程，對於由添加有指定量F之S i 02所構成之作爲第1包 蓋區域之第1包蓋用玻璃管，其製成是利用VAD法或 OVD法進行合成和延伸成爲指定之內徑和外徑；（3)第3 工程，使指定之氣體流到該第1包蓋用玻璃管之內面， 和進行加熱，用來使其內周表面平滑化；（4)第4工程， -6- 1226464 五、發明説明（5 ) 將芯子用玻璃棒插入到第1包蓋用玻璃管內，以1 300。(： 以上之指定溫度進行空燒後，加熱成一體作爲中間玻璃 棒；（5)第5工程，調整中間玻璃棒之芯子區域和第1包 蓋區域之外徑之比後，於中間玻璃棒之外周上，形成作 爲第2包蓋區域之玻璃體，藉以製成光纖胚料；和（6)第 6工程，對光纖胚料進行加熱拉線，所製成之光纖至少 具備有；芯子區域，其折射率之最大値ηι ;第1包蓋區 域，被設在芯子區域之外周，其折射率之最小値爲n2(其 中nfm);和第2包蓋區域被設在第1包蓋區域之外周 ，其折射率之最大値爲η 3 (其中n 2 < n 3 < n 7)第4工程 中之芯子用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管之加熱成一體之 進行條件是使其加熱溫度成爲1 8 0 0 °C以下，芯子用玻璃 棒之外周表面之粗度成爲5 μηι以下，第1包蓋用玻璃管 之內周表面之粗度成爲5 μηι以下，和從芯子用玻璃棒之 外周表面起之厚度2μπι以內之Ge02濃度之最大値成爲 5111〇1%以下，和（8)在弟6工程’對於波長1.55卜111之光 所具有之各種特性是；1 1 μη2以下之有效剖面積；在2m 之光纖長度具有〇·7μπι以上1·6μπι以下之截止波長；t c ; 和1 8 / W / k m以上之非線型係數。 依照此種之光纖製造方法時，可以以傳送損失被減小 等之良好之傳送特性，用來製成具有高非線型之雙包蓋 構造之光纖。 〔圖式之簡單說明〕 第1圖槪略的表示光纖之第1實施例之剖面構造和折 1226464 五、發明説明（6 ) 射率型樣。 第2圖表示氣泡之發生個數與加熱溫度之相關性。 第3圖表示氣泡之發生個數與空燒溫度之相關性。 第4圖表示氣泡之發生個數與第1包蓋用玻璃管之表 面粗度之相關性。 第5圖表示氣泡之發生個數與芯子用玻璃棒之表面粗 度之相關性。 第6圖表示氣泡之發生個數與從芯子用玻璃棒之外周 表面起之厚度2μιη以內之區域之Ge02濃度之相關性。 第7圖槪略的表示光纖之第2實施例之剖面構造和折 射率型樣。 第8A圖和第8B圖表示光纖A!，A2之折射率型樣。 第9圖之表用來表示第8A圖和第8B圖所示之光纖之 波長1550ηιιι之各種特性。 第10A圖和第10B圖表示光纖B】，B2，C!，C2之折 射率型樣。 第11圖表示光纖D!〜D5之折射率型樣。 第12圖表示第10A圖和第10B圖所示之光纖在波長 1 5 50nm時之各種特性。 第13圖表示第1 1圖所示之光纖在波長1 5 5 0nm時之 各種特性。 第14圖表示光纖Ei〜E8在波長1 5 50nm時之各種特 性。 第1 5圖槪略的表示光纖之另一實施例之剖面構造。 1226464 五、發明説明（7 ) 弟16圖表不先繊Fi〜F3在波長155011 m之各種特 性。 第1 7圖之圖形表示光纖之傳送損失與波長之相關 性。 第1 8圖槪略的表示光纖線圈之構造。 第1 9圖之圖形表示光纖之傳送損失與波長之相關性。 第20圖是構造圖，用來表示拉曼放大器之一實施例。 第21圖是構造圖，用來表示拉曼放大器之另一實施 例。 第22圖之圖形用來表示光纖之有效剖面積與波長之 相關性。 第23圖是構造圖，用來表示波長轉換器之一實施 例。 第24A圖〜第24C圖槪略的表示第23圖所示之波長 轉換器之波長轉換。 · 〔較佳實施例之說明〕 下面將根據圖面用來詳細的說明本發明之光纖，非線 型光纖，使用此等光纖之光放大器，波長轉換器，及光 纖之製造方法之較佳實施例。另外，在圖面之說明中， 在相同之元件附加相同之符號而其重複之說明則加以省 略。另外，圖面之尺寸比例不一定與說明者一致。 第1圖槪略的表示本發明之光纖之第1實施例之剖面 構造和光纖徑方向（圖中之線L所示之方向）之折射率型 樣。另外，第1圖所示之折射率型樣之橫軸其比例尺不 -9- 1226464 五、發明説明（8 ) 同，相當於沿著圖中之剖面構造所示之線L之對光纖中 心軸垂直之剖面上之各個位置。另外，折射率型樣之縱 軸，爲著比較用，以虛線表示純Si02之折射率。另外， 對於折射率型樣之各個區域，附加與光纖之剖面構造之 各個區域相同之符號。 該光纖是光導波路，以Si02(石英玻璃）作爲主成分， 其構成具有：芯子區域1 0，包含光纖之中心軸；第1包 蓋區域20，被設在芯子區域10之外周；和第2包蓋區 域30，被設在第1包蓋區域20之外周。 芯子區域1 0之形成是使其外徑（直徑）爲2 r 1，和在 純Si02玻璃添加指定量之Ge02作爲用以提高折射率之 添加物，用來使折射率之最大値成爲ηι(其中ηι>η〇 ，nG是純Si02之折射率）。另外，本實施例之芯子區域 10如第1圖所示，在光纖之中心軸近傍使Ge02之 添加量和折射率成爲最大，形成梯度型之折射率分布。 另外，第1包蓋區域20之形成是使其外徑爲2 r 2 ，和在純Si02玻璃添加指定量之F作爲用以使折射率降 低之添加物，用來使折射率之最小値成爲n2(其中 n2<nG，ηγη!)。另外，第2包蓋區域之形成是使其外徑 爲2 r 3，和利用純Si02玻璃或在純Si02玻璃添加指定 量F作爲用以使折射率降低之添加物，用來使折射率之 最大値成爲n3(其中n3gn〇，n^n^m)。 在此處各個部分之比折射率差定義成爲以第2包蓋 區域3 0之折射率η 3作爲基準。這時，如第1圖所示 -10- 1226464 五、發明説明（9 ) ’與芯子區域1 〇之折射率〜對應之比折射率差爲八+ = (η〗-η3)/ η3χ1 〇〇(%)，和與第1包蓋區域20之折射率 h對應之比折射率差= (η2-η3) / η3Χ1 〇〇(%)，以此方 式定義。 在本實施例之光纖中，不是單包蓋構造，而是使用在 芯子區域10之外周設有第1包蓋區域20和第2包蓋區 域30之雙包蓋構造，在具有單包蓋構造之光纖中，當 非線型係數r變大時，會產生截止波長λ C變長之問 題。 與此相對的，經由採用上述方式之雙包蓋構造，要使 非線型係數r變大時，在使添加在芯子內之Ge〇2之添 加濃度變高用來使非線型折射率變高，或使芯子和包蓋 之比折射率差變大用來使有效剖面積Aeff變小之情況 時，亦可以使截止波長λ c充分的變短。另外，在此種 構造中，色散梯度成爲負値。 另外，對於包蓋之構造，亦可以構建成在上述之第1 包蓋區域和第2包蓋區域之中間，更設置具有指定之折 射率和幅度之1層或多層之其他之包蓋區域。 本實施例之光纖可以使用作爲非線型光纖，利用輸入 指定波長（指定之波長帶內）之光所發現之非線型光學現 象，可以適用於各種用途和具有良好之特性。特別是在 非線型係數r變大之同時可以使截止波長λ c充分的變 短，所以可以實現利用非線型光學現象之高效率之光 纖。另外，對於光纖之具體之各種特性，將於後面進行 -11- 1226464 五、發明説明（1G ) 更詳細之說明。 對於利用第1圖所示之構造製成光纖（非線型光纖）之 光纖之製造方法，下面說明其一實例。在本製造方法 中，不是利用VAD法或OVD法之接合，一起合成芯子 區域1 0和第1包蓋區域20，而別分別製成芯子用玻璃 棒和第1包蓋用玻璃管之後，再使用對該等加熱使其成 爲一體之方法。 首先，製成芯子用玻璃棒使其成爲上述之光纖之芯子 區域1 〇 (第1工程）。在此處是以S i 0 2作爲主成分，添加 指定量之Ge02作爲用以提高折射率之添加物，利用 VAD法或OVD法合成所形成之玻璃棒之後，延伸成爲 指定之外徑，作爲芯子用玻璃棒。 然後，製成第1包蓋用玻璃管用以形成光纖之第1包 蓋區域20(第2工程）。在此處是以Si02作爲主成分 ，添加指定量之F作爲用以降低折射率之添加物，利用 VDA法或OVD法合成所形成之玻璃管後，延伸成爲指 定之內徑和外徑，作爲第1包蓋用玻璃管。 然後，對於所獲得之第1包蓋用玻璃管，進行氣相蝕 刻用來使玻璃管之內周表面平滑化（第3工程）。在此處 是使SF6等之指定之氣體流到第1包蓋用玻璃管之內面 (例如，成爲SF6 + C12之氣體環境）和進行加熱，用來蝕 刻等之內面。 其次，對所獲得之芯子用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管 進行加熱使其成爲一體（第4工程）。將芯子用玻璃棒插 -12- 1226464
五、發明説明（ι〗） A到第1包蓋用玻璃管內，依照後面所述之步驟和條 件’進行加熱使其成爲一體，藉以製成中間玻璃棒。 然後調整中間玻璃棒之芯子區域和第1包蓋區域之外 徑之比’使其成爲指定之比後，在中間玻璃棒之外周 上’形成作爲第2包蓋區域3 0之玻璃體，藉以製成光 纖胚料（第5工程）。 在此處之中間玻璃棒之外徑之比之調整之進行是利用 HF溶液等硏削其外周部。當使用氫氧等火炎作爲上述 之加熱成一體或其延伸工程之熱源，使該火炎接觸在玻 璃表面之情況，用以除去附著在玻璃表面之0H基和金 屬等之火炎中之不純物是必要的。 另外，對於用以形成第2包蓋區域3 0之玻璃體之合 成，例如亦可以使用VAD法或OVD法形成。或是利用 棒陷縮形成，亦可以在棒陷縮之後，再利用VAD法或 OVD法合成。 然後，對所獲得之光纖胚料進行加熱拉線，用來製成 光纖（第6工程）。利用以上之工程，用來獲得具有第1 圖所示之雙包蓋構造之光纖。 對於將芯子用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管加熱成一體 之第4工程，下面將更進一步的說明其步驟和條件。 在具有雙包蓋構造之光纖之製造方法中，當一起合成 芯子區域和第1包蓋區域時’除了芯子區域G e 〇 2添加 濃度變高外，第1包蓋區域之下添加濃度亦變高，所以 添加物容易擴散’在玻璃微粒子體（接合體）內互相擴 -13- 1226464 五、發明説明（12 ) 散。這時會產生GeF4或GeO等之缺陷，因而使傳送損 失劣化。另外，當利用M C V D法合成添加高濃度之 Ge02之Si02玻璃時，傳送損失變大，會有劣化之問 題。 與此相對的，在上述之製造方法中，於分別合成芯子 區域10和第1包蓋區域20(第1，第2工程）之後，進行 加熱成一體（第4工程）。但是，在此種情況，於加熱成 一體時，Ge02和F會進行反應，形成GeO等之氣體， 在芯子區域10和第1包蓋區域20之界面成爲氣泡的殘 留。這時，由於殘留之氣泡會使光纖之傳送損失和機械 強度等之特性劣化。 爲著抑制此種氣泡之發生，在本製造方法中，在進行 加熱成一體之第4工程，依照以下之5個條件之一或該 等之組合用來進行加熱成一體。亦即，（1)以1 800 °C 以下之加熱溫度進行一體化。（2)在加熱成一體之前，在 Cl2之氣體環境中，以130(TC以上之指定溫度進行空 燒。（3)使第1包蓋用玻璃管之內周表面之粗度成爲5μιη 以下。（4)使芯子用玻璃棒之外周表面之粗度成爲5μηι 以下。（5)在從芯子用玻璃棒之外周表面起之厚度2 μηι 以內之區域，使Ge02濃度之最大値成爲5mol%以下。 使用以上之之條件之任何一個或該等之組合進行加熱成 一體，可以抑制氣泡之發生。 經由變化條件，實施加熱成一體，用來進行確認上 述之製造條件之效果。在此處之芯子用玻璃棒， -14- 1226464 五、發明説明（13 )
Ge02添加濃度最大爲30mol%，用來使芯子內之折射率 分布形狀成爲近似拋物線狀。另外，加熱成一體時之芯 子用玻璃棒之外徑（以下之外徑和內徑全部表示直徑）爲 6 mm。另外一方面，第1包蓋用玻璃管，使F添加濃度 最大爲1 .5mol%，用來使第1包蓋內之折射率分布形狀 近似階梯狀。 另外，加熱成一體時之第1包蓋用玻璃管之外徑爲 32mm，內徑爲 9mm。以 SF6 爲 300cm3 /min，Cl2 爲 200 Cm3/min，加熱溫度1 500°C(以測高溫計測定到之玻璃表 面之最高溫度）之條件，對所獲得之第1包蓋用玻璃管進 行蝕刻，用來使其表面平滑化。另外，加熱成一體時之 管內之環境氣體是氯爲200 cm3/min，氧爲300 cm3/min，管內之減壓度爲lkPa。 首先，（1)以1 800°C以下之加熱溫度進行一體化，對 各種條件確認氣泡發生之抑制效果。在此處使加熱成一 體之加熱溫度在1 95 0°C〜1800 °C之範圍變化，進行芯子 用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管之加熱成一體。對於其以 外之條件，以1 300°C進行空燒，和使第1包蓋用玻璃管 之內周表面之粗度成爲5 μπι，芯子用玻璃棒之外周表面 之粗度成爲5 μιη，從芯子用玻璃棒之外周表面起之厚度 2μηι以內之區域之Ge02濃度之最大値成爲5mol%。 這時，在芯子用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管之界面所 產生之氣泡之發生個數如第2圖所示。依照陷縮後（玻璃 棒）之每10mm長度所發生之氣泡之個數’用來評估該氣
15- 1226464 五、發明説明（14 ) 泡之發生個數。如第2圖之表所示’氣泡之發生個數隨 著加熱溫度之減低而減少，在加熱溫度爲18〇(TC時，大 致不會發生氣泡。這是因爲使加熱成一體之加熱溫度成 爲低溫時，可以抑制化學反應之進行。 其次，（2)在加熱成一體之前，在Cl2之氣體環境中 ，以1 3 0 0 °C以上之指定溫度進行空燒，對各種條件確認 氣泡發生之抑制效果。在此處使空燒用之空燒溫度在 1 0 0 0 °C〜1 3 0 (TC之範圍變化，進行加熱成一體。對於其 以外之條件，使加熱溫度成爲1800°C，第i包蓋用玻璃 管之內周表面之粗度成爲5μηι，芯子用玻璃棒之外周表 面之粗度成爲5 μηι，芯子用玻璃棒之外周表面之粗度成 爲5μιη，從芯子用玻璃棒之外周表面起之厚度2μιη以內 之區域之Ge02濃度之最大値成爲5mol%。 這時，在芯子用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管之界面所 產生之氣泡之發生個數如第3圖所示。如第3圖之表所 示，氣泡之發生個數隨著空燒溫度之上升而減少 ，在空燒溫度130(TC時，大致不會發生氣泡。這是因爲 以充分之溫度進行空燒，可以隨去表層之不穩定之Ge 化合物和F化合物，和使其表面狀態變爲平滑。 其次，（3)使第1包蓋用玻璃管之內周表面之粗度成爲 5 μηι以下，對各種條件確認氣泡發生之抑制效果。在此 處使玻璃管之內周表面之粗度在ΙΟμιη〜5μηι之範圍變 化，進行加熱成一體。對於其以外之條件，以1 300°C進 行空燒，和使加熱溫度成爲1 8 0 〇 °C，芯子用玻璃棒之外 -16- 1226464 五、發明説明（15 ) 周表面之粗度成爲5μπι，從芯子用玻璃棒之外周表面起 之厚度2μηι內之區域之Ge02濃度之最大値成爲5mol %。 這時，在芯子用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管之界面所 產生之氣泡之發生個數如第4圖所示。如第4圖之表所 示，氣泡之發生個數隨著第1包蓋用玻璃管之內周表面 之粗度之減小而減少，在表面粗度爲5 μπι時，大致不會 發生氣泡。這是因爲使表面粗度充分的平滑化，可以防 止在粗的表面部份成爲發生氣泡之核。 其次，（4)使芯子用玻璃棒之外周表面之粗度成爲5μηι 以下，對各種條件確認發生氣泡之抑制效果。在此處使 玻璃棒之外周表面之粗度在ΙΟμιη〜5μπα之範圍變化，進 行加熱成一體。對於其以外之條件，以1300°C 進行空燒，和使加熱溫度成爲1800°C，第1包蓋用玻璃 管之內周表面之粗度成爲5 μπι，從芯子用玻璃棒之外周 表面起之厚度2μιη內之區域之Ge02濃度之最大値成爲 5 m ο 1 % 〇 這時，在芯子用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管之界面所 產生之氣泡之發生個數如第5圖所示。如第5圖之表所 示，氣泡之發生個數隨著芯子用玻璃棒之外周表面之粗 度之減小而減少，在表面粗度爲5 μηι時，大致不會發生 氣泡。這是因爲與玻璃棒之情況同樣的，經由使表面粗 度充分的平滑化，可以防止在粗的表面部份成爲發生氣 泡之核。 -17- 1226464 五、發明説明（16 ) 其次，（5)在從芯子用玻璃棒之外周表面起之厚度2μηι 以內之區域，使Ge02濃度之最大値成爲5mol%以下’ 對各種條件確認發生氣泡之抑制效果。在此處使該區域 之Ge02濃度之最大値在lOmol%〜5mol%之範圍變化， 進行加熱成一體。對於其以外之條件，以13〇〇°C進行空 燒，和使加熱溫度成爲1 800°C，第1包蓋用玻璃管之內 周表面之粗度成爲5 μηι，芯子用玻璃棒之外周表面之粗 度成爲5 μ m。 這時，在芯子用玻璃棒和第1包蓋用玻璃管之界面所 產生之氣泡之發生個數如第6圖所示。如第6圖之表所 示，氣泡之發生個數隨著Ge02濃度之最大値之減小而 減少，在〇£〇2濃度之最大値爲5mol%時，大致不會發 生氣泡。這是因爲表層之Ge02濃度減小，變爲不容易 發生氣泡。
使用以上之條件進行加熱成一體，亦即使用以13〇〇 °C 進行空燒，和使加熱溫度成爲1 800 °C，第1包蓋用玻璃 管之內周表面之粗度成爲5 μπι，芯子用玻璃棒之外周表 面之粗度成爲5 μηι，從芯子用玻璃棒之外周表面起之厚 度2μηι以內之區域之Ge02濃度之最大値成爲5 mol%之條件，進行加熱成一體，可以獲得沒有氣泡之外 徑3 0mm之中間玻璃棒(第1中間玻璃棒）。 另外，在使該第1中間玻璃棒延伸成爲外徑8mm之 後，利用HF溶液硏削其外周部直至成爲外徑5.4mm ，調整成爲（芯子直徑）/ (第1包蓋外直徑0·30。另 -18- 1226464 五、發明説明（17 ) 外，與該第1中間玻璃棒分開的，製成第2包蓋用玻璃 管用以形成第2包蓋區域3 0之內周側部份。該第2包 蓋用玻璃管是F添加濃度爲〇.7mol%，外徑32mm ，內徑8mm之Si02玻璃管。另外，將第1中間玻璃棒 插入到第2包蓋用玻璃管內，加熱成一體，可以獲得外 徑3 0mm之第2中間玻璃棒。 其次，在所獲得之第2中間玻璃棒之外周上，使構成 第2包蓋區域30之外周側部份之玻璃體，成爲與第2 包蓋用玻璃管同樣之F添加濃度爲0.7mol%之Si02玻 璃，利用VAD法或OVD法進行合成，用來製成光纖胚 料。在此處是（第2包蓋直徑）/(第1包蓋直徑）二7.8。 另外，在該第2包蓋區域30之合成方法中，利用玻 璃管之加熱成一體用來形成其內周側部份。亦即用來減 少作爲光纖時之OH基之混入量。然後，利用VAD法或 OVD法之附加法用來形成其外周側部份。亦即，用來使 光纖胚料大型化。 對於此種第2包蓋區域3 0之合成方法，亦可以依照 個別條件使用各種方法。例如，在光之功率場分布不很 廣，利用附加法之第2包蓋合成所混入之OH基之影響 可以忽視之情況時，亦可以不進行玻璃管之加熱成一 體。另外，亦可以不進行附加法之合成，只利用玻璃管 之加熱成一體用來合成第2包蓋。 對利用以上之製造方法和製造條件所製成之光纖胚料 進行加熱拉線，可以獲得如第1圖所示之雙包蓋構造之 -19- 1226464 五、發明説明（18 ) 光纖。其構造是芯子區域1 0之外徑2 7/ 1 == 4.8 μ m ，比折射率差△ + = 3.3%，第1包蓋區域20之外徑 2Τ2=16μπι，比折射率差△·=·〇.25%，第2包蓋區域 30 之外徑 2 r 3 = 125μιη。 另外，對於波長1.5 5 μηι之光之各種特性是： 色散=+〇.22ps/km/nm，
色散梯度=+〇.〇45ps/km/nm2， 有效剖面積Aeff= 10.4μηι2， 截止波長λ c = 1510nm， 零色散波長二1545nm， 傳送損失=〇.46dB/km， 模態場直徑=3.6 9 μ m， 非線型係數Τ = 20.8/W/km, 偏極波模態色散PMD= 0.05ps/VH， 可以獲得良好特性之光纖（非線型光纖）。
該光纖之各種特性是對於波長1·55μπι之光可以滿足 以下之特定條件： Ιίμιη2以下之有效剖面積Aeff， 在2m之光纖長度，具有0·7μιη以上1 ·6μηι以下之截 止波長λ c， 18 / W/km以上之非線型係數r 。另外，對於波長1·5 5μηι之光，其傳送損失可以滿足 3.〇dB/km以下，或是更可以滿足1.0dB/km以下之特性 條件。 -20- 1226464 五、發明説明（19 ) 依照此種方式，經由採用雙包蓋構造，即使在使芯子 之Ge02濃度變高和使有效剖面積Aeff變小，藉以使非 線型係數r變大之情況時，亦可以獲得具有適當之截止 波長λ c之高非線型之光纖。 另外，對於芯子區域1 〇和第2包蓋區域3 0之比折射 率差△ +，爲著要使有效剖面積Aeff充分的變小，所以 最好使△+成爲2.7%以上。當此種大比折射率差之情況 時，在單包蓋構造其截止波長λ c變長，但是依照雙包 蓋構造時，如上述之方式可以使截止波長λ c充分的變 短。 第7圖槪略的表示本發明之光纖之第2實施例之剖面 構造，和光纖徑方向（圖中之線L所示之方向）之折射率 型樣。 該光纖是以Si02(石英玻璃）作爲主成分之光導波路 徑，其構成包含有：芯子區域1 0，包含光纖之中心軸 ;第1包蓋區域20，被設在芯子區域1〇之外周；和第 2包蓋區域30，被設在第1包蓋區域20之外周。此處 之第1包蓋區域20和第2包蓋區域30之構造與第1實 施例相同。 另外一方面，芯子區域1 0之形成是使其外徑（直徑）成 爲1，和在純Si02玻璃添加指定量之Ge02作爲用以 提高折射率之添加物，使折射率之最大値成爲ηι (其中niho)。另外，本實施例之芯子區域10如第7圖 所示，在光纖之中心軸近傍，Ge02之添加量和折射率成 -21- 1226464 五、發明説明（20 ) 爲最大，形成梯度型之折射率分布。 另外，在芯子區域10內之外周側之指定範圍’於被 芯子區域1 0和第1包蓋區域2 0包夾之位置，設有中間 區域1 5。在該中間區域1 5，以高濃度添加G e 0 2 ，成分第7圖所示之角（尖峰）狀突出之折射率分布（添加 濃度分布）。在此處使中間區域1 5之折射率之最大値成 爲n5 (其中n5>n〇)，其比折射率差成爲^5=(115-:113) / n3。 本發明實施例之光纖，與第1實施例之光纖同樣的 ，不是單包蓋構造，而是使用在芯子區域10之外周設 有第1包蓋區域20和第2包蓋區域30之雙包蓋構造 。利用此種方式，即使在爲著使非線型係數r變大，使 添加在芯子內之Ge02之添加濃度變高用來使非線型折 射率變高，或使芯子和包蓋之比折射率差變大用來使有 效剖面積A e ff減小之情況時，亦可以使截止波長；I c充 分的變短。另外，在此種構造中，分散梯度可以成爲負 値。另外，對於中間區域1 5之效果，將於後面和光纖 製造方法一起說明。 本實施例之光纖亦可以利用輸入指定波長（指定之波 長帶內）之光所發現之非線型光學現象，應用在各種用途 和可以使用作爲具有良好特性之非線型光纖。 對於用以製成由第7圖所示構造形成之光纖（非線型 光纖）之光纖之製造方法，下面將說明其一實例。 首先，對於作爲芯子區域10(包含中間區域15)之區 -22- 1226464 五、發明説明（21 ) 域，和作爲第1包蓋區域20之前驅區域所構成之玻璃 微粒子體（接合體）進行合成。在此處之作爲芯子區域10 之區域是最大添加30mol%之比Ge02之Si02玻璃，在 其外周部份之與中間區域1 5相當之區域是以尖峰値之 添加濃度成爲5mol%之方式，添加Ge02之Si02 玻璃。另外，第1包蓋區域20之前驅區域在外周上合 成純Si02玻璃。 將所獲得之玻璃微粒子體（玻璃多孔質體）放入燒結 爐，在氯和氨之混合氣體環境中，以1 3 00 °C之加熱溫度 進行加熱，在脫水處理後，在氦之氣體環境中，以1 4 0 0 °C之加熱溫度進行加熱，使作爲芯子區域1 0和中間區 域1 5之區域選擇性的高密度化（透明化）。 這時，成爲該芯區域1 〇和中間區域1 5之區域，因爲 以高濃度添加Ge02，高密度化溫度變低，所以利用加熱 可以充分獲得高密度化之效果。另外一方面，第1包蓋 區域20之前驅區域因爲是純Si02玻璃，所以高密度化 溫度變高，在1 400°C之加熱時，不會被高密度化，玻璃 微粒子體保持原來之狀態。 在此種狀態，以1 400 °C之加熱溫度，在添加有氨和F 之C2F6，SiF4，CF4等之氣體之混合環境中，對玻璃體 進行加熱，在未被高密度化之第1包蓋區域20之前驅 區域，以lmol%之添加濃度添加F，用來形成第1包蓋 區域2 0。 當此種玻璃微粒子體之加熱燒結時，在添加F之情 -23- 1226464 五、發明説明（22 ) 況，在通常之方法中，添加到包蓋之F亦會侵入到芯子 區域內。這時，會有芯子區域之折射率降低，和發生 GeO或GeF化合物等之雜質使傳送損失劣化之問題 。與此相對的，在本製造方法中，在芯子區域1 0之外 周部份，形成以高濃度添加有Ge02之中間1 5，經由以 低溫加熱用來使該等區域選擇性的高密度化。然後進行 F之添加，用來使F選擇性的只添加到第1包蓋區域20 之前驅區域。 在所獲得之玻璃體之外周上，形成作爲第2包蓋區域 3 〇之玻璃體，藉以製成光纖胚料。在此處之第2包蓋區 域30是以0.3mol%之添加濃度添加有F之Si02玻璃。 另外，各個區域之外徑之比是（芯子直徑）/(第1包蓋直 徑）=0.40，（第2包蓋直徑）/(第1包蓋直徑）=11.6。 對於以上述之製造方法和製造條件所製成之光纖胚料 進行加熱拉線，用來獲得第7圖所示之雙包蓋構造之光 纖。其構造是芯子區域1 〇之外徑2 T !二4.3 μ m，比折射 率差△ + = 3 . 1 %，中間區域1 5之比折射率差△ 5 = 1 . 0%， 第1包蓋區域2 0之外徑2 τ 2 = 1 〇 . 8 μ m，比折射率差△ ~ =-0.2 6%，第1包蓋區域30之外徑2 τ 3 = 125μιη。另 外，芯子區域10之折射率分布（Ge02之添加濃度分布） 近似α〜3.0次方之分布。 另外，對於波長1 . 5 5 μ m之光之各種特性是 色散= +0.98ps/km/nni， 色散梯度=+〇.〇35ps/km/nm2， -24- 1226464 五、發明説明（23 ) 有效剖面積Aeff= 10.2μηι2， 截止波長λ c = 1465nm， 零色散波長=1 520nm， 傳送損失=〇.49dB/km， 模態場直徑=3.6 4 μ m， 非線型係數r = 21.5/W/km, 可以獲得良好特性之光纖（非線型光纖）。 上述之光纖之各種特性對於波長1.55μηα之光可以滿 足以下之特定條件： 1 1 μπι2以下之有效剖面積Aeff， 2m之光纖長度，具有0.7 μιη以上1.6 μιη以下之截止 波長λ c， 18/ W/km以上之非線型係數r 。另外，對於波長1·55μιη之光其傳送損失可以滿足 3.0dB/km以下，或更好之l.〇dB/km以下之特性條件。 經由採用此種方式之雙包蓋構造，即使在使芯子之 Ge02濃度變高和使有效剖面積Aeff變小，用來使非線型 係數r變大之情況時，亦可以獲得具有較佳之截止波長 λ c之高非線型之光纖。 另外，對於芯子區域1 0和第2包蓋區域3 0之比折射 率差△ +，要使有效剖面積Aeff減小時，所以最好使△ + 成爲2 · 7 %以上。在此種大的比折射率差之情況，在單 包蓋構造會使截止波長λ c變長，但是依照雙包蓋構造 時，可以如上所述的使截止波長λ c充分的變短。 -25- 1226464 五、發明説明（24 ) 下面將對本發明之光纖（非線型光纖）之較佳構成條件 和其各種特性進行更進一步的檢討。另外，在以下所示 之光纖之各種特性中，對於與波長有關者，假如沒有特 別之限定就表示是對波長1.5 5 μηι之光之特性。 首先檢討具有上述構造之光纖之傳送損失。在具有高 非線型之光纖中，爲著使非線型折射率變大用來提高非 線型，所以在芯子中以高濃度添加Ge02。這時，由於拉 線時之加熱，容易產生傳送損失之劣化。經由使拉線時 之加熱溫度成爲低溫，可以抑制此種傳送損失之劣化， 但是在低溫之拉線時，因爲在光纖之拉線中被施加過大 之張力，所以會造成光纖之破斷爲其問題。 與此相對的，在第1圖和第7圖所示之雙包蓋構造之 光纖中，最好在佔用光纖之體積之大部份之第2包蓋區 域30添加F(氟）。利用此種方式，因爲第2包蓋區域30 內之軟化溫度可以降低，所以可以使拉線溫度降低，藉 以抑制傳送損失之劣化。 對於該傳送損失之減小，試作具有第8A圖和第8B圖 之折射率型樣所示之構造之2種光纖A」，A2。 光纖A!使用第8A圖所示之折射率型樣，將芯子區域 10製成爲拋物線狀之分布形狀之添加有Ge〇2之si〇2(最 大添加濃度30mol%)，將第1包蓋區域20製成爲添加有 F之Si02(添加濃度1.6mol%)，和將第2包蓋區域30製 成爲添加有F之Si02(添加濃度0.9mol%)。 另外，光纖A2使用第8B圖所示之折射率型樣’將芯 -26- 1226464 五、發明説明（25 ) 子區域1 0製成爲拋物線狀之分布形狀之添加有Ge02之 Si〇2(最大添加濃度30mol%)，將第1包蓋區域20製成 爲添加有F之Si02(添加濃度1 .6mol%)，和將第2包蓋 區域30製成爲純Si02。 另外，光纖Ai，A2均是使拉線時之線速成爲300 m/min，以張力4N(400gw)進行拉線。在此處光纖Αι之 玻璃表面之最高溫度爲1 900 °C，光纖A2之玻璃表面之 最高溫度爲2000 °C，光纖A!可以以較低之溫度進行拉 線。 所獲得之光纖Ai，A2之各種特性如第9圖所示。依 照第9圖之表可以明白，於第2包蓋區域3 0添加有F 之光纖Α!，當與光纖A2比較時，其傳送損失較小，而 且非線型係數r變大。
其次檢討光纖之截止波長λ c，有效剖面積Aeff，和非 線型係數r。在具有高非線型之光纖中，如上所述 ，最好在芯子中以高濃度添加Ge02用來使非線型折射 率變大，和使有效剖面積Aeff變小。這時，非線型係數 r變大，另外一方面，截止波長λ c變長。與此相對 的，假如使用雙包蓋構造之光纖時，在非線型係數r變 大之同時’可以使截止波長Ac充分的變短。 另外，在將非線型光纖應用在使用四光波混合之波長 轉換之情況時，因爲必需進行相位匹配，所以波長轉換 之激勵光之波長λρ之色散値需要大致爲零。因此 ，最好使λρ在零色散波長之近傍。對於波長Is之信號 -27- 1226464 五、發明説明（26 ) 光，波長轉換後之轉換光之波長Xs’成爲 λ s1 = λ ρ — (λ s — λ p) 。例如，當利用波長（525nm之激勵光對波長1 5 3 0nm〜 1 5 65nm之WDM信號光一起進行波長轉換時，轉換光之 波長變成爲在波長1 5 20nm〜1 490nm之範圍。截止波長 λ c，需要考慮到該等之信號光，轉換光，或激勵光， 放大光等之波長，藉以成爲較佳値。 對於該截止波長λ c，有效剖面積Aeff，和非線型係數 r ，試作具有第1 0A圖和第1 0B圖之折射率型樣之構造 之 4 種光纖 Bi ， B2 ， C! ， C2 。 光纖Β!，B2分別使用第10A圖所示之折射率型樣 ，將芯子區域1 0製成爲階梯狀之分布形狀之添加有 Ge02之Si02，將第1包蓋區域20製成爲添加有F之 Si〇2(添加濃度2.1 mol%)，將第2包蓋區域30製成爲添 加有F之Si02(添加濃度0.9m〇l%)。芯子區域1〇之 Ge02添加濃度成爲互異之値。 另外，光纖C!，C2分別使用第10B圖所示之折射率 型樣’將芯子區域1 0製成爲階梯狀之分布形狀之添加 有Ge〇2之Si02，將第1包蓋區域20製成爲添加有f之 Si〇2(添加濃度2.1 mol%)，和將第2包蓋區域30製成爲 純Si〇2。芯子區域1〇之Ge02添加濃度成爲互異之値。 另外，爲著進行比較，製成單包蓋構造之光纖D1 〜D5。該等之光纖Dl〜D5分別以第1 1圖所示之折射率 型樣製成。在此處符號60表示芯子區域，和符號70表 -28- 1226464 五、發明説明（27 ) 示單包蓋構造之包蓋區域。 光纖D!〜D 5分別使用第1 1圖所示之折射率型樣 ，將芯子區域60製成爲階梯狀之分布形狀之添加有 Ge02之Si02，和將包蓋區域製成爲添加有F之 Si〇2(添加濃度〇.9mol%)。芯子區域60之Ge02添加濃 度成爲互異之値。另外，芯子區域60之比折射率差△
以包蓋區域40作爲基準。 所獲得之光纖h，B2，C!，C2之比折射率差△ +，△
—，和波長1 5 50nm之各種特性以第12圖表示，另外， 比較用之光纖D!〜D 5之比折射率差△ +，和各種特性以 第13圖表示。依照第13圖之表，在單包蓋構造之光纖 Di-Ds中，當芯子中之Ge02添加濃度變低，△ +變小 時，有效剖面積Aeff變大，非線型係數r之値變小。另 外，當△+成爲2.7%以上時，截止波長大於波長153 Onm 〜1 565nm之WDM信號光中之轉換光（被波長1 525nm之 激勵光一起轉換波長）之波長。 與此相對的，依照第1 2圖之表，在雙包蓋構造之光 纖B〗，Bi，C】，C2中，有效剖面積Aeff變小，和可以 獲得大的非線型係數r。另外，例如即使△+爲4.5 %亦 可以使截止波長成爲1 469nm(光纖C2)等，即使有效剖 面積Aeff小至1 1 μπι2以下，而且非線型係數7之値大至 1 8/W/km以上時，亦可以實現很短之截止波長。 下面將檢討光纖之耐氫特性。當芯子中之Ge02爲高 濃度時，其耐氫特性容易劣化。與此相對的，在成爲光 -29- 1226464 五、發明説明（28 ) 纖之最外層之第2包蓋區域3 0之外周部，最好設置氣 扮式塗層（爹照桌1圖和第7圖所示之氣密式塗層50)， 作爲主成分之物質是非晶形碳或矽碳化物等之對水分子 或氫分子具有遮蔽性之物質。 這時，可以遮斷氫之擴散到光纖之芯子區域和包蓋區 域內。另外，靜疲勞係數成爲1 〇 〇〜1 6 0，破斷機率極 小。利用此種方式可以提高光纖之長期之可靠度。 根據以上所檢討之光纖（非線型光纖）之構造，製造方 法和較佳之製造條件，試作本發明之光纖之光纖E !〜 E8之8種光纖。 該等之光纖Ei〜E8將芯子區域製成爲具有近似α〜 3.0次方之折射率分布之添加有Ge02之Si02，將第1包 蓋區域20製成爲添加有F之Si02，和將第2包蓋區域 30製成爲添加有F之Si02或純Si02。所獲得之光纖E! 〜E8之比折射率差△ +，△ _，第2包蓋區域3 0之F添加 濃度，芯子區域1 0和第1包蓋區域20之外徑2 r !，2 r 2，和各種特性以第14圖表示。另外，所示之特性中 之OH吸收傳送損失表示由於OH基吸收而造成之波長 1 . 3 8 μιη之傳送損失之增加部份（過剩吸收損失）。 第1 4圖之表所示之光纖Ε !〜Ε8之各種特性均對於波 長1 . 5 5 μιη之光可以滿足以下之特性條件： 1 Ιμηι2以下之有效剖面積Aeff， 在2m之光纖長度具有〇.7μηι以上1·6μιη以下之截止 波長λ c， -30- 1226464 五、發明説明（29 ) 1.0dB/km以下之傳送損失， 0.3ps/Vl^以下之偏極波模態色散PMD， 1 8/W/km以上之非線型係數r 。依照此種方式，經由採用雙包蓋構造，即使在使芯子 之Ge02濃度變高和使有效剖面積Aeff變小’用來使非 線型係數變大7之情況時，亦可以獲得具有較佳之截止 波長λ c之高非線型之光纖。另外，亦可以獲得偏極波 模態色散小，而且傳送損失低之高非線型之光纖。 在此處對於波長1.38 μηι之光，由於ΟΗ基所造成之過 剩吸收損失最好爲0.2 dB/km以下。第14圖所示之光纖 E!〜E8均可以滿足此種特性條件。 例如，當在光纖內之指定部位設置應力施加部時，可 以獲得偏極波面保持光纖。第1 5圖表示作爲該種偏極 波面保持光纖之光纖之另一實施例之剖面構造。在該光 纖，於包夾芯子區域1 0之左右兩側，分別形成由添加 有B2〇3之Si02構成之應力施加部40。在此種構造之偏 極波面保持光纖，應力施加部4 0成爲損失之原因，會 使傳送損失劣化，但是可以抑制正交偏極波間之隨機之 耦合。利用此種方式，可以良好的保持被傳送之信號光 之品質。 以此種方式構成之光纖製造方法與第1圖所示之光纖 之製造方法大致相同，但是在第5工程中於中間玻璃棒 之外周上形成作爲第2包蓋區域3 0之玻璃棒體，不直 接作爲光纖胚料，而且以其作爲第3中間玻璃體 -31- 1226464 五、發明説明（30) ，再進行加工。 亦即，在所獲得之第3中間玻璃體之第1包蓋區域或 第2包蓋區域進行開孔，用來形成開孔部。然後’將作 爲應力施加部4 0之玻璃棒插入到該開孔部內’用來製 成光纖胚料。經由對該光纖胚料進行加熱拉線’可以獲 得由具有應力施加部40之構造所形成之光纖。 對於上述之製造方法，下面將說明其一實例。在此處 對於芯子用玻璃棒，使芯子內之折射率分布形狀大致成 爲拋物線狀，G e Ο 2之添加濃度最大爲3 0 m ο 1 %。另外， 加熱成一體時之芯子用玻璃棒之外徑爲8mm。另外一方 面，對於第1包蓋用玻璃棒等，使第1包蓋內之折射率 分布形狀大致爲階梯狀，F之添加濃度最大爲 1 · 5 m ο 1 % 〇 另外，加熱成一體時之第1包蓋用玻璃管之外徑爲 3 2mm，內徑爲9mm。所獲得之第1包蓋甩玻璃管，以 SF6 爲 300cm3/min，Cl2 爲 200cm3/min，加熱溫度 1 5 00 °C (以測高溫計測定到之玻璃表面之最高溫度）進行 鈾刻，用來使表面平滑化。 ' 對於加熱成一體前之空燒是以Cl2爲5 00 cm3/min，加 熱溫度1 5 00 °C進行空燒。加熱成一體時之管內之環境氣 體是氯爲200 cm3/miη，氧爲300 cm3 /min，管內之減壓 度爲1 kPa。 另外，加熱成一體之進行所使用之條件是使加熱溫度 成爲17〇〇t，第1包蓋用玻璃管之內周表面之粗度成爲 -32- 1226464 五、發明説明（31 ) 3μιη以下，芯子用玻璃棒之外周表面之粗度成爲2μηι以 下，在從芯子用玻璃棒之外周表面起之厚度2μιη以內之 區域，使G e 0 2濃度之最大値成爲3 m ο 1 %， 以此等條件進行加熱成一體，可以獲得沒有氣泡之外徑 爲3 0mm之中間玻璃棒（第1中間玻璃管）。 然後，使該第1中間玻璃棒延伸成爲外徑9mm後， 利用HF溶液硏削其外周部直至成爲外徑6mm，調整成 爲（芯子直徑）/(第1包蓋直徑）=〇·40。另外，與該第1 中間棒分開的，製成第2包蓋用玻璃管作爲第2包蓋區 域3 0之內周側部份。該第2包蓋用玻璃管爲大致純 Si〇2，成爲外徑32mm，內徑9mm之Si02玻璃管。另 外，將第1中間玻璃棒插入到第2包蓋用玻璃管，加熱 成一體用來獲得外徑30mm之第2中間玻璃棒。 其次，在所獲得之第2中間玻璃棒之外周上，使作爲 第2,包蓋區域30之外周側部份之玻璃體，成爲與第 2包蓋’用玻璃管同樣之大致爲純Si022 Si02玻璃，利 用VAD法或OVD法進行合成，用來製成第3中間玻璃 體。在此處是(第2包蓋半徑>/(第1包蓋半徑）=10.8。 然後，使該第3中間玻璃體延伸成爲外徑3 6mm。這 時，延伸後之第3中間玻璃體之芯子區域1 0部份之外 徑爲1 .3mm，第1包蓋區域20部份之外徑爲3.3mm 。在該第3中間玻璃體之第2包蓋區域3 0之部份，形 成2個之開孔部作爲第丨5圖所示之應力施加部40。該 第之開孔部是使2個之開孔部之中心間之距離成爲 -33- 1226464 五、發明説明（32 ) 1 5 · 2 m m，各個之開孔部之外徑爲1 0 m m。另外，2個開 孔部之各個之中心，與芯子區域1 〇和第1包蓋區域2 0 之中心，大致在一直線上。 進行硏磨直至所形成之開孔部之內周表面之粗度成爲 2 μηι以下，以除去硏磨材料和硏削碎屑等之異物之方 式，利用水，酒精，王水等進行洗淨。然後，將外徑 9mm之添加有Β2〇3之Si02玻璃棒插入到開口部和進行 密封，成爲用以形成應力施加部4 0之玻璃棒，藉以製 成光纖胚料。 對依照以上之製造方法和製造條件所製成之光纖胚料 進行加熱拉線，用來獲得第1 5圖所示之構造之光纖 。在此處插入到開口部之玻璃棒利用拉線時之加熱，用 來與包蓋區域形成一體，藉以成爲應力施加部40。所獲 得之光纖之構造是芯子區域1〇之外徑2 r ι = 4.6 μηι，比 折射率差Δ+=3.0%，第1包蓋區域20之外徑2r2二 1 1.6μιη，比折射率差△ · = -0,5%，第2包蓋區域30之 外徑 2 r 3 = 1 2 5 μ m。 另外，對波長1.55μηι之光之各種特性是 色营夂=+〇.〇lps/km/nm ， 色散梯度=+〇.〇42ps/km/nm2， 有效剖面積Aeff= 10.6μηι2， 截止波長λ c = 1349nm， 零色散波長=1550nm， 傳送損失=1 .5dB/km， -34- 1226464 五、發明説明（33 ) 模態場直徑=3.75 // m， 非線型係數r = 20.2/W/km， 偏極波間之串擾=-2 OdB (光纖長度（km)) ’可以獲得良好特性之光纖（非線型光纖）。 另外，試作本發明之光纖之光纖F i〜F3之3種光纖作 爲具有此種構造之光纖。 該等之光纖Fi-Fs，與光纖E!〜E8同樣的，將芯子 區域10製成爲近似具有α〜3.0次方之折射率分布之添 加有Ge02之Si02，將第1包蓋區域20製成爲添加有F 之Si02，將第2包蓋區域30製成爲添加有F之Si02或 純Si02。所獲得之光纖之比折射率差△ +，△·， 第2包蓋區域30之F添加濃度，芯子區域10和第1包 蓋區域2 0之外徑2 r !，2 r 2，和其各種特性如第1 6圖 之表所示。另外，在所示之特性中，OH吸收傳送損失 表示由於OH基吸收在波長1 · 3 8 // m之傳送損失之增加 部份（過剩吸收損失）。 第1 6圖之表所示之光纖F!〜F3之各種特性均是對於 波長1·55μπι之光可以滿足以下之特性條件： 1 1 μπι2以下之有效剖面積Aeff， 在2m之光纖長度具有〇.7μηι以上1.6μπι以下之截止 波長λ c， 3.0 dB/km以下之傳送損失， -15dB以下之偏極波間之串擾， 18/W/km以上之非線型係數r -35- 1226464 五、發明説明（34 ) 。依照此種方式，經由採用雙包蓋構造’即使在使芯子 之Ge02濃度變高和使有效剖面積Aeff變小’用來使非 線型係數r變大之情況，亦可以獲得具有較佳之截止波 長λ c之高非線型之光纖。另外，可以獲得高非線型之 偏極波面保持光纖。 在此處，對於波長1.38 μηι之光，由於0Η基所產生之 過剩吸收損失最好爲〇·2 dB/km以下。第16圖所示之光 纖F!〜F3均可以滿足該特性條件。 在具有上述之構造和各種特性之光纖中，利用輸入指 定波長之光所發現之非線型光學現象，可以獲得積極利 用高非線型和對截止波長λ c等具有良好之特性之非線 型光纖。此種非線型光纖可以應用在利用非線型光學現 象之各種光裝置。 在此處於使用上述構造之光纖作爲非線型光纖之光放 大器或波長轉換器等之光裝置中，使光纖成爲線圈的進 行收容，可以使用使光裝置被模組化之光模組（例如光放 大器模組或波長轉換器模組）之構造。在此種情況，對於 彎曲特性（包含光纖之彎曲強度和彎曲損失之變化）等之 各種特性，需要保持適於模組化之光纖之特性。 與此相對的，光纖之構造較好是使光纖之玻璃部之外 徑成爲100 // m以下。或更好是使玻璃部之外徑成爲90 // m以下。依照此此種方式，經由使玻璃部之外徑變細 ，則即使被設在玻璃部之外周之被覆部成爲細直徑之情 況時，亦可以成爲具有充分強度（包含對彎曲之強度）之 -36- 1226464 五、發明説明（35 ) 光纖。 例如，當考慮到光纖之對彎曲之強度時’因爲被收容 在線圈化之光模組內，所以當光纖有彎曲之情況時’在 光纖之玻璃部內之各個部份會產生彎曲應力。依照光纖 對彎曲之強度，該彎曲應力會成爲光纖之破斷等之原因。 實質上，在將光纖彎曲捲繞成線圈狀之情況時’在光 纖之玻璃部之中心部位（中心軸近傍），發生彎曲之應力 大致爲零。與此相對的，在光纖線圈之徑方向內側之部 位，當與中心部位比較時，因爲彎曲直徑變小，所以在 玻璃部內產生壓縮應力。另外一方面，在光纖線圈之徑 方向外側之部位，當與中心部位比較時，因爲直徑變大 ，所以在玻璃部內產生拉伸應力。另外，該等之壓縮應 力和拉伸應力之大小，均隨著離開玻璃部之中心部之距 離之變大而變大。 與此相對的，依照使玻璃部之外徑變細之上述構造之 光纖時，位於線圈之徑方向之最內側或最外側之玻璃部 之部位，離開中心部位之距離變小，所以發生在光纖之 玻璃部內之應力之大小可以減小。利用此種方式可以提 高光纖對彎曲之強度，可以防止由於線圈化時之光纖之 應力而造成之破斷。 另外，在具有上述之高非線型之雙包蓋構造之光纖中 ，經由使其有效剖面積Aeff變小等，用來使在玻璃部傳 送之光之電磁場分布之範圍變小。另外，在此種光纖中 ，一般之開口數NA很大。因此，在上述之光纖其彎曲 -37- 1226464 五、發明説明（36 ) 損失很小，和由於玻璃部之外徑之變細對傳送損失之影 響亦小。因此，所獲得之光纖對彎曲具有充分之強度， 和可減小彎曲損失，並且具有良好之彎曲特性。 另外，光纖之玻璃部，除了被設在光纖之外周之樹脂 製之被覆部等之外，更包含有芯子區域，第1包蓋區域 ，和第2包蓋區域之部份。例如，在第1圖和第7圖所 示之光纖中，由芯子區域10，第1包蓋區域20，和第2 包蓋區域30構成之部份成爲玻璃部。另外，當在第2 包蓋區域之外周更設有玻璃製之其他之包蓋區域時，包 含該包蓋區域之部份成爲玻璃部。 另外，對於被設在玻璃部之外周之被覆部，較好是使 被覆部之外徑成爲1 5 0 // m以下。或是使被覆部之外徑 更好成爲1 20 // m以下。依照此種方式，經由使被覆部 之外徑變細，在以上述方式使光纖線圈化將其收容在光 模組內之情況時，可以使光模組小型化。另外，假如是 同一大小之光模組，可以使更長之光纖線圏化，將其收 容在光模組內。 另外’當考慮到使光纖成爲非線型光纖時之光纖之特 性時’在對波長1 · 0 0 // m之光之特性中，傳送損失較好 爲5.0dB/km以下。或是傳送損失更好爲3.〇dB/km以下。 依照此種方式，經由使短波長側之傳送損失變低，可 以減低拉曼放大之激勵光波長之傳送損失等，除了可以 使光纖應用作爲非線型光纖外，可以成爲具有良好特性 之光纖。 -38- 1226464 五、發明説明（37 )
例如，當利用M C V D法合成添加有高濃度G e 0 2之 S i 0 2玻璃，藉以製成大的比折射率差△η之光纖時’因 爲玻璃缺陷變多，所以傳送損失特性產生劣化。此種傾 向在短波長側特別顯著。與此相對的，依照上述之光纖 之構造和其製造方法時’可以獲得短波長側之傳送損失 被充分減小之光纖。另外，在此種光纖中，因爲雷利散 亂係數變低，所以可以抑制拉曼放大時發生之二重雷利 散亂之信號之雜訊。 考慮以上之條件，製成具有第1圖所示之雙包蓋構造 之光纖。其構造是芯子區域10之外徑2r 比折射率差△ + = 3.2% ’第1包蓋區域20之外徑2 r 2 = 13·1μηι，比折射率差△ · = -0.50%，第2包蓋區域30之 外徑（光纖之玻璃部之外徑）2 r 3 = Π 0 // m。在此處對第 2包蓋區域30之F之添加濃度爲0.6mol%。另外，從外 周被覆光纖之被覆部之外徑爲150// m。
另外，對波長1.5 5 μιη之光之各種特性是 色散=-0.64ps/km/nm ’ 色散梯度=+ 〇 . 〇 4 2 p s / k m / n m2， 有效剖面積Aeff = 1 Ο.Ομηι2， 截止波長λ c = 1396nm， 零色散波長=1565nm， 傳送損失=〇.70dB/km， 非線型係數r = 22.2/W/km, 偏極波模態色散PMD=0.05ps/VTii -39- 1226464 五、發明説明（38 ) ，可以獲得良好特性之光纖（非線型光纖）。 使本實施例之光纖以光纖長度1.0km捲繞在直徑φ 6 0mm之捲線軸使其線圈化和模組化。此種光纖之 傳送損失與波長之相關性如第1 7圖所示。在第1 7圖之 圖形中，橫軸表示在光纖傳送之光之波長λ(ηηι)，縱軸 表示各個波長之傳送損失（dB/km)。
如該圖形所示，經由使用本光纖，可以製成即使在長 波長之區域亦不會使傳送損失特性劣化之良好之光模 組。此種光纖例如可以用在波長轉換器模組，用來供給 波長1 5 65 nm之激勵光，將波長帶爲C帶之信號光轉換 成爲L帶，或將波長帶爲L帶之信號光轉換成爲L帶。 或是使用在拉曼放大器模組，經由供給波長比信號光短 之激勵光用來進行信號光之光放大。
另外，該光纖是根據以第1圖有關之上述光纖製造方 法所製成者，但是對於波長Ι.ΟΟμιη之光，其傳送損失 變成爲3·4 dB/km。此爲可以滿足5.0 dB/km以下之條件 之較低値。依照此種在短波長側之傳送損失較低之光纖 時，可以減小波長比信號光短之拉曼放大之激勵光波長 之傳送損失。另外，在此種光纖中，因爲雷利散亂係數 變低，所以可以抑制由於二重雷利散亂而發生之雜訊。 另外，製成具有第1圖所示之雙包蓋構造之光纖，作 爲其他之光纖。其構造是芯子區域1 〇之外徑2 r 1 = 2.5μηι，比折射率差9%，第1包蓋區域20之外 徑2 r 2 = 10· Ομπι，比折射率△-二0.50%，第2包蓋區域 -40- 1226464 五、發明説明（39 ) 30之外徑（光纖之玻璃部之外徑）2 r 3 = 89μηι。在此處對 第2包蓋區域30之F之添加濃度爲0.6mol°/。 。另外，從外周被覆光纖之被覆部之外徑爲1 1 5 μηι。 另外，對波長1.5 5 μηι之光之各種特性是 色散-1 1 0.6 p s / k m / n m， 色散梯度=-0.408ps/km/nm2，
有效剖面積Aeff= 10.6μηι2， 截止波長A c = 729nm， 傳送損失=〇.52dB/km， 非線型係數7 = 20.0/W/km， 偏極波模態色散PMD= 0.03ps/*\/¥^ ，可以獲得良好特性之光纖（非線型光纖）。
該光纖具有負的色散和色散梯度。利用此種方式使本 光纖成爲高非線型光纖，使零色散波長在1.3 μηι帶之單 模態光纖之色散和色散梯度兩者，可以在1.5 5 μηι帶進 行補償。 另外，在該光纖中，其玻璃部之外徑爲1〇〇 μηι以下 ，或成爲更可以滿足90 μιη以下之條件之細外徑之外徑 値89μπι。另外，被覆部之外徑爲150μπι以下，或成爲 更可以滿足1 20μπι以下之條件之細外徑之外徑値 1 1 5 μηι。利用此種方式，可以成爲線圏化時之彎曲特性 良好之光纖。 使本實施例之光纖以光纖長度7.7km進行線圈化和模 組化。但是，在光纖之線圈化時，所使用之構造不是將 -41- 1226464 五、發明説明（4G ) 光纖捲繞在捲線軸上’而是成爲如第1 8圖所示之光纖 線圈之構造，使光纖F不是捲繞在捲線軸的成爲線圈 狀，利用被覆樹脂R覆蓋在該線圈狀之光纖束。 依照此種構造時，因爲不需要用以捲繞光纖之捲線 軸，所以不會產生捲繞張力，另外，因爲樹脂覆蓋在光 纖束全體，所以不會由於光纖本身之重量而產生歪斜之 問題。因此，可以大幅的抑制由於微彎曲而造成之傳送 損失特性之劣化。 此種光纖之傳送損失與波長之相關性如第1 9圖所示 。在第19圖之圖形中，橫軸表示在光纖傳送之光之波 長λ(ηιη)，縱軸表示各個波長之傳送損失（dB/km)。 如該圖形所示，經由使用本光纖和上述之光纖線圈之 構造，可以製成即使在長波長區域亦不會使傳送損失特 性劣化之良好之光模組。另外，對於光纖之溫度特性， 傳送特性最容易受到溫度變動之影響之波長1 620nm之 光，在-40 °C〜+8 0 °C之溫度範圍，其傳送損失之變動成 爲±0.0 1 dB/km以下，可以獲得良好之溫度特性。另外 一方面，在習知之捲繞在捲線軸之形狀中，由於捲線軸 之熱膨脹會使施加在光纖之捲繞張力產生變化，在長波 長側之溫度特性容易發生不良。 另外，該光纖是根據與第1圖有關之上述之光纖製造 方法所製成者，對於波長1 . 〇 〇 μ ni之光，其傳送損失 成爲2.1 dB/km。成爲可以滿足5 · 0 dB/km以下，或更好 之3.0 dB/km以下之條件之較低之値。利用此種方式， - 42- 1226464 五、發明説明（41 ) 假如使用短波長側之傳送損失較低之光纖時，可以減小 波長比信號光短之短波側之拉曼放大之激勵光 波長之傳送損失。另外，在此種光纖中，因雷利散亂係 數變低，所以可以抑制由於二重雷利散亂而發生之雜 訊。 另外，依照本光纖時，零色散波長在1 . 3 μηι帶之光纖 長度5 Okm之單模態光纖之色散和色散梯度，可以在 1.55μιη帶進行補償。 另外，製作具有第1圖所示之雙包蓋構造之光纖作爲 其他之光纖。其構造是芯子區域1 〇之外徑2 r != 2.2μιη，比折射率差△ + = 3.2%，第1包蓋區域20之外 徑2=8.8μπι，比折射率差△·=-0.60%。此處之對第 2包蓋區域30之F之添加濃度爲0.6mol%。 另外，對波長1.5 5 μηι之光之各種特性是 色散=-205.7ps/km/nm， 色散梯度=- l.^ps/km/nm2， 有效剖面積A e f f = 1 0.1 μ m 2， 截止波長λ c = 7 Ο 7 n m， 傳送損失=0.51dB/km， 非線型係數r = 21.7/W/km， 偏極波模態色散PMD=0.01ps/VYiir ’可以獲得良好特性之光纖（非線型光纖）。 另外，該光纖對波長1.5 0 μ1Ώ之光具有以下之 之各種特性， -43- 1226464 五、發明説明（42 ) 色散=-147.4ps/km/nm， 色散梯度=-〇.696ps/km/nm2， 有效剖面積Aeff= 8.6μπι2， 傳送損失=〇.58dB/km， 非線型係數r = 24.0/W/km，
偏極波模態色散PMD=0.01ps/V¥iT 該光纖具有負的色散和色散梯度。利用此種方式，本 光纖可以成爲高非線型光纖，可以對零色散波長在 1·3μιη帶之單模態光纖之色散和色散梯度兩者，在 1·50μΐτι帶進行補償。因此，可以使用作爲拉曼放大用光 纖，例如供給1.40 μηι帶之波長之激勵光。 下面將說明可以使用具有上述之構造和各種特性之光 纖作爲非線型光纖之光裝置（或使其模組化之光模組）之 實例，作爲光放大器之拉曼放大器，和波長轉換器。
第20圖是構造圖，用來表示本發明之拉曼放大器之 一實施例。本拉曼放大器1 00用來對被輸入之波長Xs之 信號光進行光放大，其構成具備有：拉曼放大用光纖 11〇(截止波長λ c)，使用上述之光纖作爲非線型光纖； 和激勵光源1 5 0，用來將指定波長λρ之激勵光供給到拉 曼放大用光纖110。 激勵光源1 5 0，經由位於拉曼放大用光纖π 0之下游 側之光合波部1 60，連接到拉曼放大器1 〇〇內之光傳送 路徑。利用此種方式，本拉曼放大器1 00被構建成爲後 方激勵（逆向激勵）之光放大器。依照此種方式，利用在 -44- 1226464 五、發明説明（43 ) 拉曼放大用光纖1 1 0發現之非線型光學現象之感應拉曼 效應，用來對被輸入之信號光進行光放大，作爲放大光 的被輸出。 此種拉曼放大器與EDF A等之光放大器不同，不選擇 被放大之波長帶，假如是Si02系光纖時，因爲放大波長 帶亦廣至1 OOnm程度，所以適於使用在寬頻帶之WDM 傳送之光放大。另外，激勵光之波長λρ使用比信號光 之波長λ s短之波長。例如，假如對波長1 · 5 5 μ m帶之信 號光進行光放大時，就使用波長1 ·45μηι程度之激勵 光。
在應用於拉曼放大器100之拉曼放大用光纖丨1〇中 ，當對WDM信號一起進行光放大時 > 以不會產生四光 波混合之方式’使對波長λδ之信號光之色散値最好成爲 + 2ps/km/nm以上，或一2ps/km/nm以下。例如，對於波 長1 ·5 5μηι帶之信號光，最好使用第14圖之光纖El，E2 等。 在色散値爲正値之情況時，因爲需要使芯子區域1 0 之外徑2 T i變大，所以使截止波長；（c變長。與此相對 的，在雙包盖構造之上述光纖中，可以使截止波長入c 小於1 ·4 5μηι程度之激勵光波長λρ(λ(：<λρ)。依照此種方 式’利用λ(：<λρ ’可以以單模態進行高效率之光放大。 另外’假如組合色散値爲正和負之非線型光纖時，可 以構成全體之色散爲零之拉曼放大器。第21圖表示此 種拉曼放大器之構造例。 -45- 1226464 五、發明説明（44 ) 本拉曼放大器2 00具有與第2〇圖所示之拉曼放大器 1 〇〇同樣之構造，但是使拉曼放大用光纖Π 0成爲色散 値爲負値（例如-2ps/km/nm以下）非線型光纖，和在拉曼 放大用光纖1 1 〇和光合波部1 6 0之間，串聯連接色散値 爲正値（例如+ 2ps/km/nm以下）之拉曼放大用光纖1 20。 依照此種構造時，可以使輸出之放大光之色散成爲大致 爲零。 另外，被稱爲S帶之波長1.4 5 μΐΉ〜1.5 3 μηι帶之信號 光，在EDFA不能進行光放大，但是假如是不選擇被激 勵之波長帶之拉曼放大器，對於波長爲1.45 μπι以上1.53 μηι以下之信號光亦可以進行光放大。另 外，在上述方式之雙包蓋構造中，假如第14圖之光纖 Ε5之方式，因爲可以使截止波長λ c變短，所以對於S 帶之信號光之光放大亦可適用。光纖Ε5之波長1.40 μ m之色散値是—6.1 p s / k m / n m之較佳範圍。 另外，當光傳送路徑所使用之色散値在信號光波長帶 內爲正値之情況時，假如拉曼放大器所使用之拉曼放大 用光纖之色散値成爲負値時，亦可以使用作爲與光放大 器同時具有正色散値之傳送路徑之色散補償器 。這時，對於波長Xs之信號光假如色値爲_l〇ps/km /nm以下時，色散補償量亦大，特別適合於被利用作爲 色散補償器。另外，這時最好使有效剖面積Aeff成爲 ΙΟμηι2 以下。 另外，在具有雙包蓋構造之非線型光纖中，如第1 4 -46- 1226464 五、發明説明（45 ) 圖之光纖E3，E4和第1 6圖之光纖F i所示，在信號光之 波長中，可以使分散梯度成爲負値（小於Ops/kmMm2之 値）。在此種情況，與具有正色散和正色散梯度之傳送路 徑之色散同時的，亦可以補償色散梯度。因此，適於 WDM傳送。 在此處爲著實現高效率之拉曼放大，所以在拉曼放大 器所使用之非線型光纖中，最好使激勵光之波長λρ之 非線型性變高。另外，爲著防止由於非線型效應使傳送 品質劣化，最好使信號光之波長Xs之非線型性變低。 對於非線型性，爲著要實現此種特性條件，光放大器 所使用之非線型光纖最好使激勵光之波長λρ之有效剖 面積Aeff，p和波長λρ + Ο. 1 μηι之有效剖面積Aeff，s可以滿 足 (Aeff，s— Aeff，p)/Aeff，pxl002 10% 之關係式，最好構建成有效剖面積Aeff，s比有效剖面積 Aeff,p 大 10% 以上。 在激勵光之波長λρ加上Ο.ίμιτι之波長λρ + 0·1μηι相當 於拉曼放大器中之被光放大之信號光之波長Xs。因此， 依照能滿足上述之關係式之特性條件時，經由使有效剖 面積Aeff，p變小，可以提高波長λ p對激勵光之非線型 ，藉以提高光放大之效率。另外，經由使有效剖面積 Aeff，s '變大，可以降低波長λρ + 0· 1 μιη對信號光之非線 型，可以抑制信號光之傳送品質之劣化。 例如，依照本身相位調變之相位偏移量，與有效剖面 -47- 1226464 五、發明説明（46 ) 積之倒數成正比例。因此’假如使信號光之波長h〜 λρ + Ο. 1 μιη之有效剖面積Aeff，s，比激勵光之波長λρ之有 效剖面積Aeff，p大10%時，相位偏移量就變成小10% ° 考慮到該有效剖面積Aeff之特性條件的製成具有第1 圖所示之雙包蓋構造之光纖。其構造是芯子區域1〇之 外徑2 r p 3.1 μιη，比折射率差= 3.4%，第1包蓋區 域2 0之外徑2 τ 2 = 8.8 μηι，比折射率差△ - = · 0.1 5 % 。在此處對第2包蓋區域30之F之添加濃度爲 1 · 1 m ο 1 % 〇 另外，對1.5 5 μηι之光之各種特性是 色散=-49.0ps/km/nm ’ 色散梯度=+〇.〇〇5ps/km/nm2， 有效剖面積Aeff = 8.4μηι2， 截止波長λ c = 1060nm， 傳送損失=〇 · 5 4 d B / k m， 非線型係數7 = 2 3.4 / W / k m， 偏極波模態色散P M D = 0.0 2 p s / Vkm 。 第22圖表示本實施例之光纖之有效剖面積Aeff與波 長之相關性。在第22圖之圖形中，橫軸表示在光纖中 傳送之光之波長λ(ηηι)，縱軸表示各個波長之有效剖面 積Aeff(pm2)。如該圖形所示，在本光纖中有效剖面積 Aeff隨著波長λ之變長而變大。 例如，對於信號光之波長Xs二1 . 5 0 μιη，當使用波長 λρ= 1·40μηι之激勵光之情況時，對於信號光和激勵光之 -48- 1226464 五、發明説明（47 ) 有效剖面積，分別成爲 信號光：Aeff，s= 7·85μπι2， 激勵光·· Aeff，ρ = 6 · 9 3 μηι2 ’ 。這時之波長Xs和λρ之有效剖面積之差成爲 (Aeff,s- Aeff,p)/Aeff，pxl〇〇- 13.6% ο 另外，對於信號光之波長X s = 1 · 6 0 μ m ’當使用波長 λρ = 1 . 5 0 μηι之激勵光之情況時，對於信號光和激勵光之 有效剖面積，分別成爲 信號光·· Aeff,s= 8·93μιη2， 激勵光·· Aeff,p = 7 · 8 5 μιη2 ’ 。這時，波長Xs和λρ之有效剖面積之差成爲 (Aeff，s— Aeff，p)/Aeff,pXl〇〇= 13.8% ο 在上述方式之本光纖中，對於波長Xs = 1 ·5〇μπι ’ 1 . 5 5 μ m，和1 . 6 0 μ m之信號光之任何一個，均可以滿足 較佳之特性條件 (Aeff，s— Aeff，p)/Aeff，pXlO〇S 10% 。因此，所實現之非線型光纖和拉曼放大器，對於包含 該等之波長之波長範圍之光，可以提高光放大之效率， 和可以抑制信號光之傳送品質之劣化。 第23圖是構造圖，用來表示本發明之波長轉換器之 一實施例。本波長轉換器3 00用來對被輸入之波長之 信號光進行波長轉換，其構成具備有··波長轉換用光纖 -49- 1226464 五、發明説明（48 ) 3 10(截止波長λ c)，使用上述之光纖作爲非線型光纖； 和激勵光源3 5 0，用來將指定波長λρ之激勵光供給到波 長轉換用光纖3 1 0。 激勵光源3 50經由位於波長轉換用光纖310之上游側 之光合波部3 6 0，連接到波長轉換器3 0 0內之光傳送路 徑。依照此種方式，利用在波長轉換用光纖3 1 0發現之 非線型光學現象之四光波混合，對被輸入之波長之信 號光進行波長轉換，經由波長選擇部3 70，輸入波長λ" Xs? = λρ-(λ8-λρ) 之轉換光（參照第24Α圖）。 另外，輸入到波長轉換器3 00之信號光亦可以是同時 輸入之波長互異之多個信號光。在此種情況，對於多個 信號光之各個，可以獲得與其波長對應之轉換光。 此種波長轉換器可以對每一個通道之傳送速度較高之 WDM信號，個別的或一起的進行波長轉換。另外 ，在具有雙包蓋構造之非線型光纖中，如第1 4圖之光 纖E6，E8，和第16圖之光纖F3所示，在使截止波長 λ c變短之狀態，可以使非線型係數r充分的變大，藉 以以高效率進行波長轉換。特別是假如使截止波長λ c 小於信號光，轉換光，和激勵光之波長λδ，λ5’，λρ時 (λο<λδ，，λρ)，可以以單模態進行高效率之波長轉 換。 在此處因爲當整合信號光，激勵光，轉換光之相位時 容易發生四光波混合，所以最好使波長λρ之激勵光之 -50- 1226464 五、發明説明（49 ) 色散値在-〇.2ps/km/nm以上+0.2ps/km/nm以下之範圍’ 特別是最好使激勵光波長λΡ與零色散波長大致一致。 另外，假如使激勵光之功率上升時，可以使輸出之轉換 光之光功率大於輸入之信號光之光功率，在此種情況’ 可以利用波長轉換器作爲參數放大器。 另外，在從C帶到S帶之波長轉換中，最好使零色散 波長在1 . 5 3 μηι附近，和截止波長λ c比轉換光之波長 λδ’短，但是在具有雙包蓋構造之非線型光纖中，例如第 1 4圖之光纖Ε7可以實現此種特性條件。 另外，假如激勵光源3 5 0使用可變波長光源，使激勵 光之波長λρ變化時，可以進行任意之波長轉換。例如 在第24Β圖之實例中，對於波長Xs之信號光，使激勵 光波長成爲λρΐ，可以獲得波長λΗ’
Xsl,:= λρ1-(λ8-λρ1) 之轉換光。與此相對的，如第24C圖所示，使激勵光波 長變化成爲λρ2時，可以獲得與波長Xsl’不同之波長 λ s 2 ’ = λ p 2 - (λ s - λ p 2 ) 之轉換光。另外，爲著整合相位，所以對激勵光波長之 色散値最好在- 0.2 ps/km/nm以上+ 0.2 ps/km/nm以下之 範圍。 另外，在進行C帶之拉曼放大之情況時，激勵光在波 長1.45 μηι附近，在進行S帶之拉曼放大之情況時，激 勵光變成爲波長1.3〜1·4μηι，信號光變成爲波長1.45〜 -51- 1226464 五、發明説明（5G ) 1·53μπι。另外，在進行波長轉換成爲s帶，或進行從S 帶到C，L帶之波長轉換之情況時，信號光和轉換光成 爲波長1.4 5〜1.53 μηι。在該等之情況，容易受到0Η基 造成之波長1 · 3 8 μηι之吸收損失之影響。與此相對的， 第14圖之光纖Ε1〜Ε8，和第16圖之光纖F1〜F3，如 上所述，在波長1 ·38μηι之由於0Η基吸收造成之傳送損 失之增加部份（過剩吸收損失）全部在〇.2dB/km以下，所 以亦可適用在此種情況。 本發明之光纖，非線型光纖，使用此等光纖之光放大 器，波長轉換器及光纖製造方法如以上之詳細說明，可 以獲得下面所述之效果。亦即，不是使用單包蓋構造而 是使用雙包蓋構造，依照上述之構成之光纖和非線型光 纖時，在要使非線型係數r變大，使添加在芯子內之 Ge02之添加濃度變高用來使非線型折射率變高，或使芯 子和包蓋之比折射率變大用來使有效剖面積Aeff變小之 情況時，可以使截止波長λ c充分的變短。另外，在此 種構造中色散梯度可以成爲負値。另外，可以獲得高非 線型之偏極波面保持光纖，或偏極波模態色散小而且傳 送損失低之高非線型之光纖。另外，使光纖之玻璃部或 被覆部之外徑變細，可以獲得適合於光纖之模組化之光 纖。 另外，在指定之條件下，將芯子用玻璃棒和第1包蓋 用玻璃管加熱成一體，依照上述之此種光纖製造方法時 ，可以以低傳送損失等之良好特性製成具有高非線型之 -52- 1226464 五、發明説明（51 ) 雙包蓋構造之光纖。 此種光纖爲高非線型，和成爲具有良好之截止波長λ c 之特性之非線型光纖，可以適用在光放大器和波長轉換 器等之利用非線型光學現象之光纖。特別是經由使截止 波長λ c成爲短波長，可以以單模態進行高效率之光放 大和波長轉換器。
符號之說明
10 芯子區域 15 中間區域 20 第1包蓋區域 30 第2包蓋區域 40 應力施加部 100 拉曼放大器 1 10 拉曼放大用光纖 1 50,3 5 0 激勵光源 160 光合波部 300 波長轉換器 3 10 波長轉換甩光纖 370 波長選擇部 η 〇，η 1，η 2, η 3 折射率 -53-

Claims (1)

1226464 六、申請專利範圍 -i- * f 第90128010號「光纖、非線型光纖、使用此等光纖之光 放大器、波長轉換器及光纖製造方法」專利案 (93年7月9日修正本） 六申請專利範圍： 1 · 一種光纖，其特徵是至少具備有：芯子區域，其折射 率之最大値爲n〆，第1包蓋區域，被設在該芯子區域 之外周，其折射率之最小値爲 n2(其中r^cn〗）；和第 2包蓋區域，被設在該第1包蓋區域之外周，其折射 率之最大値爲n3(其中ηγη〆!^);和對於波長1.55μιη 之光，所具有之各種特性是； 11 μπι2以下之有效剖面積； .在2m之光纖長度爲0.7μιη以上1.6μιη以下之截止 波長λ c ;和 18/W/km以上之非線型係數。 2 .如申請專利範圍第1項之光纖， 其中對於波長1 .55μπι 之光更具有之各種特性是： 3,0dB/km以下之傳送損失；和 -15dB以下之偏極波間之串擾。 3 .如申請專利範圍第1項之光纖， 其中對於波長1 .55μΐΏ 之光更具有之各種特性是： 1 .OdB/km以下之傳送損失；和 OJps/Vkm以下之偏極波模態。 4 .如申請專利範圍第1項之光纖， 其中以該第2包蓋區域 -1 - 1226464 六、申請專利範圍 作爲基準時’該芯子區域和該弟2包室區域之比折射率 差△+爲2.7%以上。 5 .如申請專利範圍第1項之光纖，其中在該第2包蓋區域 之外周上設有氣密式塗層。 6 .如申請專利範圍第1項之纖，其中對於波長1 · 38μπι 之光，由於OH基所造成之過剩吸收損失爲0.2dB/km 以下。 7 .如申請專利範圍第1項之光纖’其中在該第2包蓋區域 被添加有氟。 8 .如申請專利範圍第1項之光纖，其中包含該芯子區域 ，該第1包蓋區域，和該第2包蓋區域之玻璃部之外徑 爲ΙΟΟμπι以下.。 9 ·如申請專利範圍第8項之光纖，其中該玻璃部之外徑更 爲90μηι以下。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之光纖，其中被設在包含該芯 子區域，該第1包蓋區域和該第2包蓋區域之玻璃部之 外周之被覆部之外徑爲15〇μπι以下。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項之光纖，其中該被覆部之外徑 更爲120μιη以下。 1 2 .如申請專利範圍第1項之光纖，其中對於波長1 · 〇〇μπι 之光，其特性中之傳送損失爲5.0dB/km以下。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之光纖，其中對於波長1 · ΟΟμπι 之光，其特性中之傳送損失更爲3 .OdB/km以下。 1226464 六、申請專利範圍 1 4 . 一種非線型光纖，其特徵是使用申請專利範圍第1項 之光纖，利用輸入指定波長之光所發現之非線型光學現 象。 15.—種光放大器，其特徵是具備有： 申請專利範圍第丨4項之非線型光纖，其截止波長爲 λ c ;和 激勵光源，對於被輸入到該非線型光纖之波長λ s之 信號光，對該非線型光纖供給指定波長λ ρ (其中λ c<又ρ ) 之激勵光；和 利用在該非線型光纖所發現之非線型光學現象，用來 對該信號光進行光放大。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項之光放大器，其中對於該非線 型光纖之波長λ s之該信號光，其色散値爲+2ps /km/nm 以上，或-2ps/km/nm以下。 1 7 ·如申請專利範圍第1 5項之光放大器，其中對於該非線 型光纖之波長λ s之該信號光，其色散値爲- i〇ps/km /nm以下，和其有效剖面積爲ΐ〇μΐΏ2以下。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之光放大器，其中對於該非線 型光纖之該信號光，其梯度値小於Ops/km/nm2。 1 9 ·如申請專利範圍第丨5項之光放大器，其中該信號光之 波長λ s爲1 . 45μπι以上1 . 53μπι以下。 20 ·如申請專利範圍第1 5項之光放大器，其中該非線型光 纖使該激勵光之波長λ ρ之有效剖面積Ae f f，ρ和波長 1226464 六、申請專利範圍 入P + 0.1 μηι之有效剖面積\„,5可以滿足關係式 (Aeff，s—Aeff，p)/Aeff，pXl〇〇 — 1〇% 〇 2 1 · —種波長轉換器，其特徵是具備有·· 申請專利範圍第1 4項之非線型光纖，其截止波長λ c ; 和 激勵光源，對於被輸入到該非線型光纖之波長λ s (其中λ c< λ s )之信號光，對該非線型光纖供給指定波 長又Ρ(其中又（：<λρ)之激勵光；和 利用在該非線型光纖所發現之非線型光學現象，用來 對該信號光進行波長轉換，藉以輸出波長λ s ·(其中λ C<久S，）之轉換光。 22 ·如申請專利範圍第21項之波長轉換器，其中被輸出之 該轉換光之光功率大於被輸入之該信號光之光功率。 2 3 .如申請專利範圍第2 1項之波長轉換器，其中對於該非 線型光纖之波長λ p之該激勵光，其色散値爲-〇 . 2 P s / km / nm 以上+0 · 2p s / km / nm 以下。 2 4 .如申請專利範圍第2 1項之波長轉換器，其中該轉換光 之波長As’爲1·45μπι以上1·53μπι以下。 25·—種光纖製造方法，其特徵是具備有： 第1工程，對於由添加有指定量Ge02之Si02所構成 之作爲芯子區域之芯子用玻璃棒，其製成是利用VAD法 或OVD法進行合成和延伸成爲指定之外徑； -4- 1226464 六、申請專利範圍 第2工程，對於由添加有指定量F之S i 02所構成之 作爲第1包蓋區域之第1包蓋用玻璃管，其製成是利用 VAD法或OVD法進行合成和延伸成爲指定之內徑和外 徑； 第3工程，使指定之氣體流到該第1包蓋用玻璃管之 內面，和進行加熱，用來使其內周表面平滑化； 第4工程，將該芯子用玻璃棒插入到該第1包蓋用玻 璃管內，以1 300°C以上之指定溫度進行空燒後，加熱成 一體作爲中間玻璃棒； 第5工程，調整該中間玻璃棒之該芯子區域和該第1 包蓋區域之外徑之比後，於該中間玻璃棒之外周上形成 作爲第2包蓋區域之玻璃體，藉以製成光纖胚料；和. 第6工程，對該光纖胚料進行加熱拉線，所製成之光 纖至少具備有：該芯子區域，其折射率之最大値爲〜； 該第1包蓋區域，被設在該芯子區域之外周，其折射率 之最小値爲n2(其中;和該第2包蓋區域被設在 該第1包蓋區域之外周，其折射率之最大値爲n3(其中 n2<n3<n!); 該第4工程中之該芯子用玻璃棒和該第1包蓋用玻璃 管之加熱成一體之進行條件是使其加熱溫度成爲woot 以下，該芯子用玻璃棒之外周表面之粗度成爲以 下，該第1包蓋用玻璃管之內周表面之粗度成爲5Μ以 下，和從該芯子用玻璃棒之外周表面起之厚度以內 1226464 六、申請專利範圍 之Ge02濃度之最大値成爲5mol%以下；和 在該第6工程，對於波長1.55 μιτι之光所具有之各種 特性是： 1 1 μηι2以下之有效剖面積； 在2m之光纖長度具有〇.7μπι以上1.6μΐΏ以下之截止 波長λ c ;和 1 8 / W / km以上之非線型係數。 26. 如申請專利範圍第25項之光纖製造方法，其中在該第 6工程所製成之光纖對於波長1.55μπι之光更具有之各 種特性是： 1.0dB/km以下之傳送損失；和 0.3pS/€以下之偏極波模態色散。. 27. 如申請專利範圍第25項之光纖製造方法，其中 在該第5工程和該第6工程之間更具備有第7工程， 以該第5工程所獲得之光纖胚料作爲第3中間玻璃體， 在該第3中間玻璃體之該第1包蓋區域或該第2包蓋區 域形成開口部之後，將成爲應力，施加部之玻璃棒插入到 該開孔部內，用來製成光纖胚料；和 在該第6工程對該第7工程所製成之該光纖胚料進行 加熱拉線，至少具備有該芯子區域，該第1包蓋區域， 該第2包蓋區域，和用以對該芯子區域施加應力之該應 力施加部；和 所製成之該光纖對於波長1·55μΐϊΐ之光所具有之各種 1226464 t、申請專利範圍 特性是： 3.0dB/kni以下之傳送損失；和 -15dB以下之偏極波間之串擾。
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