WO2003079075A1 - Fibre optique conservant la polarisation - Google Patents

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WO2003079075A1
WO2003079075A1 PCT/JP2003/003002 JP0303002W WO03079075A1 WO 2003079075 A1 WO2003079075 A1 WO 2003079075A1 JP 0303002 W JP0303002 W JP 0303002W WO 03079075 A1 WO03079075 A1 WO 03079075A1
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optical fiber
polarization
maintaining optical
diameter
stress applying
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Application number
PCT/JP2003/003002
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English (en)
French (fr)
Inventor
Katsuaki Izoe
Kuniharu Himeno
Yukihiro Sakaguchi
Tatsuya Ito
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Fujikura Ltd.
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/024—Optical fibres with cladding with or without a coating with polarisation maintaining properties
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/105—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects

Definitions

  • the present invention relates to a polarization-maintaining optical fiber having a clad diameter reduced to about 80 ⁇ m, and particularly to a connection loss with a normal polarization-maintaining optical fiber having a clad diameter of about 125 ⁇ . It relates to a reduced optical fiber.
  • polarization-maintaining optical fibers are used as optical fibers for connecting polarization-dependent optical components, or are processed as transmission optical components such as optical fiber gratings and optical fiber power brass. It is used in various optical transmission devices, such as optical fiber gyroscopes, and measuring instruments.
  • Examples of this type of polarization maintaining optical fiber include, for example, U.S. Pat. No. 4,478,849, and, as disclosed in Japanese Patent No. 2,750,345,
  • the core having birefringence by forming stress applying portions in the clad on both sides of the core is widely used.
  • a polarization maintaining optical fiber with this structure is called a PANDA type polarization maintaining optical fiber (Polarization-maintaining AND Absorption-reducing optical fiber). It has the excellent feature of being able to.
  • Polarization-maintaining optical fibers generally have a cladding diameter of 125 ⁇ m in consideration of manufacturability, quality stability, and connectivity with ordinary transmission optical fibers.
  • a proof test is generally performed by applying a predetermined tension to the polarization-maintaining optical fiber, and the proof test does not break the fiber. I try to use things.
  • optical components for optical transmission and various measuring instruments often have a heating element inside, and improvement in cooling efficiency through miniaturization is also desired.
  • a conventional polarization-maintaining optical fiber with a cladding diameter of 125 ⁇ m bending at a bending radius smaller than 20 to 30 mm increases the bend loss at the microphone opening, increases the probability of breakage, and improves the characteristics and reliability. Is a problem. For this reason, when connection between optical components and the like is made by optical fibers, a space corresponding to the bending radius of the optical fibers is required, which is a hindrance to downsizing the optical components.
  • a polarization-maintaining optical fiber that can be bent with a bending radius smaller than a radius of 2 O mm is described in, for example, “Polarization-maintaining optical fiber” in Fujikura Technical Report No. 85 (issued October 19, 1993).
  • a polarization maintaining optical fiber for a gyroscope having a reduced cladding diameter of 80 ⁇ m is known.
  • This polarization maintaining optical fiber for a gyroscope has a normal polarization maintaining difference ⁇ (hereinafter simply referred to as a relative refractive index difference) between the core and the cladding to suppress the bend loss at the microphone opening. It is larger than the optical fiber (for example, 0.8 to 1.2%), and has a smaller mode field diameter (for example, 3 to 5 at a wavelength of 0.85 m; 5.5 at a wavelength of 1.55 ⁇ ). 77.5 ⁇ m).
  • ⁇ normal polarization maintaining difference
  • connection loss due to misalignment tends to increase when performing fusion splicing.
  • connection loss becomes extremely large due to the mismatch of the mode field diameter.
  • the gyroscope polarization maintaining optical fiber does not need to be connected to another optical fiber, the above-described structural parameters can be adopted. As a result, connection loss is a major problem. For this reason, the structural parameters used for the gyroscope polarization-maintaining optical fiber cannot be adopted for a polarization-maintaining optical fiber for connection or the like. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has excellent polarization maintaining characteristics even when the clad diameter is reduced to about 80 ⁇ , and has a clad diameter of 125 / m.
  • An object of the present invention is to provide a polarization-maintaining optical fiber in which connection loss at the time of connection with a wave-maintaining optical fiber is extremely small.
  • the present inventor reduced both the crosstalk and the connection loss by optimizing the structural parameters such as the relative refractive index difference of the polarization maintaining optical fiber and the diameter and spacing of the stress applying section. They have found that it is possible to achieve both connectivity and polarization characteristics, and have completed the present invention.
  • the problem is a polarization maintaining optical fiber comprising: a core; a pair of stress applying portions provided radially outward of the core; and a clad surrounding the core and the stress applying portion.
  • the cladding diameter is 70 to 90 m
  • the diameter of the stress applying part is 21 to 32 m
  • the distance between the stress applying parts is 6 to 17 ⁇ m
  • the relative refractive index between the core and the cladding is solved by a polarization maintaining optical fiber having a difference of 0.3 to 0.5%.
  • the diameter of the stress applying section is 22 to 28 ⁇ , and the distance between the stress applying sections is 8.5 to 1 and 1 mu m, and the mode birefringence 3 X 1 0 one 4 or more, the mode field diameter that put the wavelength 0. 98 / zm 5. 3 ⁇ 6. it is preferable that the 5 m.
  • the stress applying part diameter is 22-28 ⁇
  • the distance between the stress applying parts is 9-13 m
  • the mode birefringence and rate of 3 X 1 0 one 4 or more from 7.1 to 9 a mode field diameter at a wavelength of 1. 30 ⁇ m. it is preferable to 0 mu m.
  • the diameter of the stress applying section is 22 to 28 m, and the interval between the stress applying sections is 13 to 16 ⁇ .
  • the above-described polarization maintaining optical fiber is suitable as a polarization maintaining optical fiber used for an optical fiber amplifier, a semiconductor laser, and a modulator. Lasers and modulators can be manufactured.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the polarization maintaining optical fiber of the present invention.
  • Figure 2 shows the diameter D of the stress applying part 2 and the stress when the mode birefringence B is constant.
  • 9 is a graph showing an example of a relationship with an interval R between the application units 2.
  • Figure 3 shows 7 is a graph showing an example of a relationship between a mode field radius and a connection loss caused by a 1 / m axis shift at the time of FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of a connection loss when an optical fiber having a different MFD is connected with an axis deviation of 1 ⁇ m in the polarization maintaining optical fiber for the 0.98 ⁇ band.
  • Fig. 5 is a graph showing an example of the connection loss when the optical fibers with different MFDs are connected with an axis deviation of 1 tim in the polarization maintaining optical fiber for the 1.40 to 1.63 m band. .
  • Fig. 6 is a graph showing an example of the connection loss when the optical fibers with different MFDs are connected with a 1 m axis shift in the 1.30 ⁇ band polarization maintaining optical fiber.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of evaluating the deterioration of the polarization maintaining characteristic due to the application of the adhesive.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of a polarization-maintaining optical fiber amplifier. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the polarization maintaining optical fiber of the present invention.
  • the structure of the polarization maintaining optical fiber of the present invention is similar to that of the conventional PANDA type polarization maintaining optical fiber.
  • the core 1 and the stress applying parts 2 and 2 are surrounded by a clad 3.
  • a material having a higher refractive index than the clad 3 is used for the core 1, and a material having a larger coefficient of thermal expansion than the core 1 and the clad 3 is used for the stress applying section 2.
  • any materials can be used as long as they are used in the conventional PANDA type polarization maintaining optical fiber.
  • quartz to which germanium is added (doped) as the core 1 is used. used as the stress-applying parts 2, boron B 2_Rei 1 in 3 of the sectional weight concentration conversion 7-2 1 wt% of doped B 2 0 3 - S I_ ⁇ 2 Gala A configuration using pure quartz as the clad 3 is exemplified.
  • the cladding diameter of the polarization maintaining optical fiber of the present invention is 70 to 90 m, more preferably 77 to 83 ⁇ m.
  • the diameter D of each stress applying section 2 is 21 to 32 ⁇ , the distance R between the stress applying sections 2 and 2 is 6 to 17 m, and the relative refractive index difference ⁇ is 0.3 to 0. It is 5%.
  • the cladding diameter is reduced, so that the bending radius of the optical fiber can be reduced to about 13 mm, and polarization crosstalk is suppressed to a small level, and excellent polarization retention is achieved.
  • the connection loss when connecting to a general optical fiber for communication (cladder diameter: 125 ⁇ ⁇ ) is also reduced.
  • the diameter of each stress applying section 2 should be 22 to 28 ⁇ , and the distance between the stress applying sections 2 and 2 should be the spacing and 8.. 5 to ll ⁇ m, and the mode birefringence 3 X 1 0 one 4 or more, the mode field diameter at a wavelength of 0. 9 8 mu m and 5. 3 ⁇ 6. 5 ⁇ ⁇ that Is preferred.
  • the diameter of each stress applying section 2 is 22 to 28 ⁇ , and the interval between the stress applying sections 2 and 9 is 9 to 13 ⁇ .
  • the mode birefringence and 3 X 1 0- 4 or more, the mode field diameter at a wavelength of 1. 30 m 7. 1 ⁇ 9. 0 is preferably set to Myupaiiota.
  • each stress applying section 2 is set to 22 to 28 ⁇ , and the stress is applied. part 2, 2 interval between each and 1 3 ⁇ 1 6 ⁇ ⁇ and the mode birefringence 3 X 1 0- 4 or more, wavelength 1.5 5 mode field diameter at ⁇ 8. 5 ⁇ 1 0. It is preferable to set the structure parameter of the polarization-maintaining optical fiber of the present invention within the above range.
  • Polarization maintaining characteristics of the polarization-maintaining optical fiber the two orthogonal polarization modes (X-polarization, y-polarization) of the polarization-maintaining optical fiber for the equivalent refractive index n x, the difference n y (n x —N y ) is known to depend on the mode birefringence B. As the mode birefringence B increases, the propagation constant difference between the two polarization modes increases, and the polarization maintaining optical fiber The polarization maintaining characteristics of the bar are improved.
  • the mode birefringence B is expressed by the following equation (1) (PL Chu et. Al: "Analytical Method for Calculation of Stress and Material Birefringence in Polarization-Maintaining Optical Fiber, "J. of Lightwave Technol. Vol. LT-2, No.5, Oct. 1984)
  • B is the mode birefringence
  • E is the Young's modulus of quartz
  • C is the photoelastic coefficient
  • V is the Poisson's ratio
  • ⁇ 2 is The thermal expansion coefficient of the cladding 3
  • ct 3 is the thermal expansion coefficient of the stress applying section 2
  • T is the difference between the melting point of the stress applying section 2 and the actual use environment temperature
  • dt is the stress applying section 2
  • (1 2 is the distance between the center of the core 1 and the center of the stress applying section 2
  • b is the radius of the cladding 3.
  • the factor represented by can be determined by the material of the stress applying section 2.
  • B 2 ⁇ 3 added quartz is used as the material of the stress applying section 2, and the amount of boron added is It is desirable that the weight be 21% by weight or less in terms of the cross-sectional weight of the polymer (see, for example, Japanese Patent Publication No. 2002-214446).
  • the material of the stress applying part 2 is empirically known as: E 7830 kg / mm 2 , v: 0.186, (H 2 — H 3 ) T: 1. by using a value of 6 9 X 1 0 one 3, a typical stress applying portions 2 material can be expressed.
  • each stress applying section 2 is increased, and the stress applying sections 2, 2 It can be seen that the interval R between them should be reduced.
  • the mode birefringence B can be increased by reducing the distance R between the stress applying sections 2.
  • the distance R between the stress applying parts 2 and 2 cannot be smaller than the diameter of the core 1.
  • the diameter of the mode field 4 or the mode field diameter (MFD) is such that the electric field intensity due to light propagation is 1 / e times (e is the natural logarithm) the center of the core 1 The diameter of the part.
  • the mode field 4 becomes non-circular due to the effect that the stress applying part 2 has a lower refractive index than the cladding 3, and the connection loss increases. There is a possibility that it will be large.
  • the non-circularity of the mode field 4 is set to 3 in order to reduce the connection loss to about 0.3 dB or less, as described in Japanese Patent Application No. 2001-2109648. It is preferably at most 2%. For this reason, it is preferable that the distance R between the stress applying parts 2 is as large as possible. From the results shown in FIG. 2, the diameter D of the stress applying part 2 is preferably 21 to 32 ⁇ m.
  • the thickness of the cladding 3 located outside the stress applying section 2 becomes thin, and the manufacturing becomes difficult. Is preferably within the range.
  • the mode birefringence B is found to clad diameter 1 2 5 ⁇ ⁇ If polarization maintaining optical fiber, be a 3 X 1 0 one 4 more preferred. It is presumed that when the clad diameter is about 80 ⁇ m, the influence of the lateral pressure becomes more liable. If the diameter is at least 3 ⁇ 10— “ 1 or more, it is considered that good polarization retention characteristics can be obtained. Therefore, it can be seen from the results in FIG. 2 that the distance R between the stress applying sections 2 needs to be 17 ⁇ m or less.
  • Equation (4) is the radius of the mode field 4 of the first polarization-maintaining optical fiber
  • W 2 is the radius of the mode field 4 of the second polarization-maintaining optical fiber
  • d is the first and the second. This is the deviation (axis deviation) of the center of the core 1 between the second polarization maintaining optical fibers.
  • equation (4) becomes the following equation (6)
  • a connection loss that can occur when two polarization-maintaining optical fibers are connected is preferably 0.5 dB or less.
  • the mode field diameter (diameter) is preferably 6 ⁇ or more in order to reduce the connection loss due to a 1 ⁇ m axis deviation to 0.5 dB or less. Therefore, the distance R between the stress applying parts 2 must be at least 6 ⁇ m or more.
  • Polarization-maintaining optical fibers for connection between optical components used in optical communication are often used in a wavelength of 0.98 ⁇ band, 1.30 ⁇ band, or 1.55 m band.
  • the 0.98- ⁇ m polarization-maintaining optical fiber is used as a bigtail for connecting an excitation laser of an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA), for example.
  • EDFA erbium-doped optical fiber amplifier
  • 1 Polarization-maintaining optical fibers for the 30 ⁇ band and for the 1.55 / zm band are used, for example, as bigtails for connecting semiconductor lasers and modulators.
  • the cut-off wavelength is determined by the transmission band wavelength, and the size of the MFD is also substantially determined.
  • FIG. 4 shows the result of determining the connection loss when the optical fiber having a different MFD is connected with an axis deviation of 1 ⁇ to the conventional polarization maintaining optical fiber using the above equation (4).
  • the MFD of the 0.98 ⁇ band polarization maintaining optical fiber of the present embodiment should be 5.3 ⁇ m or more. It turns out that it is necessary. If the MFD is too large, the splice loss increases due to mode field 4 mismatch.Therefore, the MFD at a wavelength of 0.98 ⁇ m should be in the range of 5.3 to 6.5 ⁇ m. Is preferred.
  • the distance R between the stress applying portions 2 is within a range of 8.5 to 11 ⁇ . If the distance R is less than 8.5 ⁇ m, the distance between the stress applying part 2 and the core 1 becomes too small, and the mode field 4 becomes non-circular, which may lead to an increase in connection loss. On the other hand, if the interval R exceeds 11 ⁇ m, it is not preferable because the polarization maintaining characteristic is deteriorated.
  • the typical value of MFD is 10.5 ⁇ .
  • the connection loss was calculated by the above equation (4), the results were as shown in Fig. 5. From this result, in order to reduce the connection loss to 0.5 d ⁇ or less, the MFD of the polarization maintaining optical fiber for the 1.40 to 1.63 ⁇ m band of this embodiment has a wavelength of 1. It can be seen that at 55 ⁇ , it is necessary to be 8.0 ⁇ or more.
  • the MFD is preferably in the range of 8.5 to 10.5 ⁇ .
  • the distance R between the stress applying sections 2 is preferably in the range of 13 to 16 ⁇ . If the distance R is less than 13 / m, the distance between the stress applying part 2 and the core 1 becomes too small, and the non-circularity of the mode field 4 becomes undesirably high. On the other hand, if the distance R exceeds 16 ⁇ , the polarization maintaining characteristic is undesirably deteriorated.
  • the typical value of MFD is 9.0 ⁇ m.
  • the connection loss was calculated by the above equation (4), the result was as shown in Fig. 6. From this result, in order to reduce the connection loss to 0.5 dB or less, the MFD of the polarization maintaining optical fiber for the 1.40 to 1.63 ⁇ m band of the present embodiment has a wavelength of 1.30 ⁇ m. It can be seen that in ⁇ m, it must be 7.1 ⁇ um or more.
  • the MFD be within the range of 7.:! To 9. ⁇ ⁇ . ,.
  • the distance R between the stress applying sections 2 is preferably in the range of 9 to 13 ⁇ . If the distance R is less than 9 / m, the distance between the stress applying part 2 and the core 1 becomes too small, and the non-circularity of the mode field 4 becomes undesirably high. On the other hand, if the distance R exceeds 13 ⁇ m, the polarization maintaining characteristic is undesirably deteriorated.
  • the polarization maintaining optical fiber of the present invention even if the cladding diameter is reduced to about 80 ⁇ , the polarization maintaining optical fiber has excellent polarization maintaining characteristics and a cladding diameter of 125 ⁇ m. Connection loss at the time of connection with the optical fiber is extremely small. Therefore, this polarization-maintaining optical fiber is used as an optical component for optical transmission such as an optical fiber amplifier, a semiconductor laser, and a modulator, and as an optical fiber for connection used in optical measurement equipment. Thus, the bending radius of the connecting optical fiber can be reduced, and the size can be remarkably reduced as compared with the related art.
  • a plurality of polarization-maintaining optical fibers for the 0.98 / im band, for the 1.30 ⁇ band, and for the 1.40-1. Band were manufactured by changing the structural parameters of the optical fiber.
  • the relative refractive index difference ⁇ becomes 0.25%, 0.35%, 0.4%, 0.45%, 0.6%, 1.0%.
  • a VAD base material having a core portion made of germanium (Ge) -doped quartz and a clad portion made of pure quartz was prepared.
  • quartz glass was deposited on the outer periphery so as to obtain a predetermined cutoff wavelength and sintered to obtain a core clad preform of a PANDA type polarization maintaining optical fiber. Holes are drilled on both sides of the core portion of this core clad base material at predetermined positions and diameters using an ultrasonic drill, and the inner surface of the holes is ground and polished to make a mirror-finished surface, thereby producing a perforated base material. did.
  • a base material of quartz tube inside the boron (B) was a B 2 0 3 of the cross section by weight concentration in terms of depositing a 2 1 wt% of the added silica of the original stress applying portions using MCVD method I got Then, the quartz tube on the outer periphery of the original base material was removed by grinding, and the outer surface was polished until it became a mirror surface, thereby obtaining a stress applying member serving as a stress applying portion of the polarization maintaining optical fiber.
  • the diameter of the stress applying member is smaller than the diameter of the hole of the perforated base material by about 0.5 mm.
  • the stress applying member was inserted into the perforated base material, heated in a drawing furnace, and drawn to a cladding diameter of 80 ⁇ m.
  • the drawn optical fiber was coated with two layers of UV-curable acrylate resin to obtain an optical fiber.
  • the coating diameter of the first layer was about 122 ⁇
  • the coating diameter of the second layer was about 165 ⁇ m.
  • the polarization-maintaining optical fiber obtained in this way was evaluated for transmission loss and polarization crosstalk when wrapped around a shipping bobbin.
  • the coating 11 of the test optical fiber 10 was 30 to 40 mm. After the optical fiber bare wire 12 was exposed by removing it to a degree, it was fixed to the pedestal 14 using an epoxy-based adhesive 13, and the polarization crosstalk of the cured optical fiber wire 10 was measured.
  • Tables 1 to 6 show these results together with the structural parameters of each polarization-maintaining optical fiber.
  • Example 1-1 Example 1-2
  • Example 1-3 Example 1-4
  • Example 1-5 Example 1-6 Structure /
  • Relative refractive index difference ⁇ (%) 0.25 0.35 0.4 0.45 0.6 1.0 Diameter of stress applying part D (urn) 23 23 23 23 23 23 23 Ratio between spacing R between stress applying parts and mode field diameter MFD 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.5 Spacing between stressed parts R m) 16.8 16.0 14.8 14.2 11.9 8.9 Mod field diameter at wavelength 1.55 um MFD (m) 10.5 10.0 9.2 8.8 7.4 6.0 Characteristic measurement results ''
  • Example 1-7 Example 1-3
  • Example 1-9 Example 1-10
  • Relative refractive index difference ⁇ (%) 0.25 0.35 0.4 0.45 0.6
  • Example 2-7 Example 2-8 Example 2-3 Example 2-9 Example 2-10 Example 2-11 Structure Eight. Lameta
  • Example 3-1-Example 3-2 Example 3-3
  • Example 3-4 Example 3-5
  • Example 3-6 Structure ⁇ °
  • Relative refractive index difference ⁇ (%) 0.25 0.3 0.4 0.45 0.6 1.0 Diameter of stress applying part D im) 23 23 23 23 23 23 23 Ratio between spacing R between stress applying parts and mode field diameter MFD 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 Spacing between stressed parts R (m) 15.4 12.5 11.5 11.1 8.9 8.5 Mod field diameter at wavelength 1.30 m FD (m) 9.6 7.8 7.2 7.1 5.7 5.2 Characteristic measurement results
  • Table 1 shows that stress was applied to the polarization maintaining optical fiber for the 1.40 to 1.63 / m band in order to evaluate the effect of the stress applying section 2 on the mode field 4 of the optical fiber equally.
  • a comparison is shown in which the ratio between the relative spacing R and the MFD is kept constant and the relative refractive index difference ⁇ is changed.
  • the polarization-maintaining optical fibers of Examples 1-1, 1, 1-2, 1-3, and 1-4 have a splice loss when spliced with a polarization-maintaining optical fiber with a cladding diameter of 125 ⁇ m.
  • Examples 1-5 and Examples 1-6 are extremely low.
  • the polarization cross-talk during the application of the adhesive and the winding of the pobin is suppressed to be smaller in the case of Examples 1-2, 1-13, and 1-14 than in the case of Examples 1-11, It can be seen that both the connectivity and the polarization maintaining characteristics are compatible.
  • Table 2 shows that, for the polarization maintaining optical fiber for the 1.40 to 1.63 m band, the relative refractive index difference ⁇ and MFD were kept constant, and the distance R between the stress applying sections 2 was 2. The comparison in which is changed is shown.
  • Table 3 shows that, for the 0.98 m polarization-maintaining optical fiber, the effects of the stress applying section 2 on the mode field 4 of the optical fiber were evaluated equally, and the stress applying section spacing R and MFD were used.
  • Figure 2 shows a comparison in which the relative refractive index difference ⁇ is changed while keeping the ratio of the optical fibers constant.
  • the polarization-maintaining optical fibers of Examples 2-1, 1, 2 and 2, and 2 and 4 have a cladding diameter of 1 2
  • the splice loss when fusion spliced with a 5 ⁇ m polarization-maintaining optical fiber is much lower than those in Examples 2-5 and 2-6.
  • the polarization crosstalk during application of the adhesive and the bobbin winding is reduced to a lesser extent in Examples 2-2, 2-3 and 4-2 than in Example 2-1. It can be seen that both the connectivity and the polarization maintaining characteristics are compatible. '
  • Table 4 shows a comparison of the 0.98 ⁇ -band polarization maintaining optical fiber with the relative refractive index difference ⁇ and MFD kept constant and the distance R between the stress applying sections 2 and 2 changed. Show.
  • Table 5 shows that, for the 1.30 im polarization maintaining optical fiber, the stress applying section 2 and the stress applying section interval R were evaluated in order to evaluate the effects of the stress applying section 2 on the mode field 4 of the optical fiber equally. This shows a comparison with the relative refractive index difference ⁇ changed while keeping the ratio with the MFD constant.
  • the polarization-maintaining optical fibers of Examples 3-1, 1, 3-2, 3-3, and 3-4 have a splice loss when spliced with a polarization-maintaining optical fiber with a cladding diameter of 125 ⁇ .
  • Example 3-5 extremely lower than those of Examples 3 -6.
  • the polarization crosstalk during adhesive application and bobbin winding was reduced to a smaller extent than in Example 3-1. It can be seen that both the connectivity and the polarization maintaining characteristics are compatible.
  • Table 6 shows a comparison of the polarization maintaining optical fiber for the 1.30 ⁇ band with the relative refractive index difference ⁇ and MFD kept constant and the distance R between the stress applying sections 2 and 2 changed. Show.
  • an optical fiber amplifier was manufactured by the following procedure.
  • a base material for an erbium-doped optical fiber (EDF) was manufactured as the core clad base material, and a polarization maintaining EDF having a cladding diameter of 80 ⁇ m was manufactured by the same manufacturing method as described above. Table 7 shows the characteristics of this EDF.
  • Mode birefringence B (X10-4) 4.8 E Crosstalk by T-saw winding (dB / 100m) -30.5
  • This optical fiber amplifier has a general configuration, and includes a signal light input port 101, a pump light input port 102, and a 980 nm—155 nm nm polarization maintaining optical power amplifier. 0, a polarization maintaining EDF 104, a signal light output port 105, and two polarization maintaining optical isolators 106, 106. These components are connected by a connection optical fiber 107.
  • the bending radius of the connecting optical fiber 107 can be reduced to 20 mm or less.
  • the external dimensions were 140 mm ⁇ 90 mm ⁇ 15 mm.
  • the connecting optical fiber 107 the polarization maintaining optical fiber for the 1.40 to 1.63 ⁇ m band of the above Example 1-3 and 0.98 ⁇ m of the above Example 2-3 are used.
  • the bending radius of the connecting optical fiber 107 is set to about 13 mm, and the outer dimensions of the optical fiber amplifier are set to 90 mm X 70 mm X 15 mm.
  • We were able to. We were able to manufacture a polarization-maintaining optical fiber amplifier that was about half as small in volume.
  • the polarization maintaining optical fiber of the present invention even if the clad diameter is reduced to 70 to 90 ⁇ , more preferably, it is excellent even if the diameter is reduced to 77 to 83 ⁇ .
  • the connection loss when connecting to an optical fiber with a cladding diameter of 125 ⁇ m is extremely small.
  • this polarization-maintaining optical fiber as an optical fiber for optical transmission such as an optical fiber amplifier, a semiconductor laser, and a modulator, and as an optical fiber for connection used in an optical measuring instrument, the optical fiber for connection is bent.
  • the radius can be reduced, and the size can be significantly reduced as compared with the related art.

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Description

明 細 書
偏波保持光ファイバ 技術分野
本発明は、 クラッド径が約 8 0 μ mと細径化された偏波保持光ファイバに関し 、 特にクラッド径 1 2 5 μ πι程度である通常の偏波保持光ファイバとの接続損失 が大幅に低減した光ファイバに関するものである。
' 背景技術
従来、 偏波保持光ファイバは、 偏波依存性を有する光部品同士の接続用光ファ ィバとして用いられるほ'か、 光ファイバグレーティングや光ファイバ力ブラなど の伝送用光部品として加工され、 光ファイバジャイロスコープ等、 各種光伝送装 置、 計測器等に利用されている。
この種の偏波保持光ファイバとしては、 例えば、 米国特許第 4 4 7 8 4 8 9号 明細書、 及び、 日本国特許第 2 7 5 0 3 4 5号公報に開示されているように、 コ ァの両側のクラッ ド内に応力付与部を形成して前記コアに複屈折性を与えたもの が広く用いられている。 この構造の偏波保持光ファイバは、 P A N D A型偏波保 持光フアイ ノヽ (Polari zation - maintaining AND Absorption-reduc ing opti cal f iber) と呼ばれ、 偏波保持特性の良好なものを精度よく製造できるという優れた 特徴をもつ。
偏波保持光ファイバは、 製造性、 品質の安定性、 通常の伝送用光ファイバとの 接続性などを考慮し、 クラッ ド径が 1 2 5 μ mであるものが一般的である。 そし て、 従来、 偏波保持光ファイバを製造する際には、 一般的に、 該偏波保持光ファ ィバに所定の張力を印加してプルーフテストを行い、 このプルーフテストで破断 しなかったものを使用するようにしている。
光通信の大容量化や高密度化、 ならびに光計測器の精密化により、 光伝送用光 部品や各種計測器の小型化の要請は非常に大きいものとなっている。 また、 光伝 送用光部品や各種計測器では、 内部に発熱体を有していることが多く、 小型化に よる冷却効率の改善も望まれている。 しかしながら、 従来のクラッ ド径 1 2 5 μ mの偏波保持光ファイバでは、 2 0 〜 3 0 mmよりも小さな曲げ半径にて曲げると、 マイク口ベンド損失や破断確率 の増大、 特性や信頼性の低下が問題となる。 このため、 光部品間などの接続を光 ファイバにより行つた場合、 光ファイバの曲げ半径に相当する空間が必要になり 、 光部品の小型化の阻害要因となっている。
半径 2 O mmより小さい曲げ半径にて曲げることが可能な偏波保持光ファイバ としては、 例えば、 フジクラ技報第 8 5号 （1 9 9 3年 1 0月発行） 中、 「偏波 保持光ファイバ」 に報告されているように、 クラッ ド径を 8 0 ^ mと細径化した ジャィロスコープ用偏波保持光ファイバが知られている。
このジャイロスコープ用偏波保持光ファイバは、 マイク口ベンド損失を抑制す るため、 コアとクラッドとの間の比屈折率差 Δ (以下、'単に比屈折率差という） を通常の偏波保持光ファイバより大きく （例えば 0 . 8〜 1 . 2 %) 、 モー ドフィ 一ルド径を小さく （例えば、 波長 0 . 8 5 mにおいて 3〜 5 ; m、 波長 1 . 5 5 μ πιにおいて 5 . 5〜7 . 5 μ m) した構造を有している。
しかしながら、 モー ドフィールド径を小さ.くすると、 融着接続をした場合に軸 ずれによる接続損失が大きくなりやすいという欠点がある。 また、 伝送用光ファ ィバなど、 クラッド径 1 2 5 μ mの一般的な通信用光ファイバと接続する場合に も、 モードフィールド径の不整合による,.接続損失が非常に大きくなる。
前記ジャイロスコープ用偏波保持光ファイバは、 他の光ファイバと接続する必 要がないため、 上述のような構造パラメータを採用することができたが、 上記接 続用などの偏波保持光ファイバとしては、 接続損失は大きな問題となる。 このた め、 上記ジャイロスコープ用偏波保持光ファイバに用いられた構造パラメータは 、 接続用などの偏波保持光ファイバには採用することはできない。 発明の開示
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、 クラッ ド径を 8 0 μ ηι程度 と細経化しても、 優れた偏波保持特性を有するとともに、 クラッド径 1 2 5 / m の偏波保持光ファイバとの接続に際する接続損失が極めて小さいものとなる偏波 保持光ファイバを提供することを課題とする。 本発明者は、 前記課題を検討した結果、 偏波保持光ファイバの比屈折率差、 応 力付与部の直径や間隔等の構造パラメータを最適化することにより、 クロストー クと接続損失をともに低減し、 接続性と偏波特性を両立させることが可能である ことを見出し、 本発明を完成させた。
すなわち、 前記課題は、 コアと ； コアの半径方向外方に設けられた一対の応力 付与部と ； コアおよび応力付与部を包囲するクラッドと ； を備えた偏波保持光フ アイバであって、 クラッド径が 70〜 90 mであり、 応力付与部の直径が 2 1 〜 3 2 mであり、 応力付与部間の間隔が 6〜 1 7 μ mであり、 コアとクラッ ド との比屈折率差が 0. 3〜0. 5%である偏波保持光ファイバによって解決され る。
さらに、 良好な特性を得るためには、 0. 98 m帯用偏波保持光ファイバの 場合、 応力付与部の直径を 2 2〜28 μπιとし、 応力付与部間の間隔を 8. 5〜 1 1 μ mとし、 モード複屈折率を 3 X 1 0一4以上とし、 波長 0. 98 /zmにおけ るモードフィールド径を 5. 3〜6. 5 mとすることが好ましい。
また、 1. 30 μιη帯用偏波保持光ファイバの場合には、 応力付与部の直径を 2 2〜28 μπιとし、 応力付与部間の間隔を 9〜 1 3 mとし、 モ一ド複屈折率 を 3 X 1 0一4以上とし、 波長 1. 30 μ mにおけるモードフィールド径を 7. 1 〜9. 0 μ mとすることが好ましい。
また、 1. 40〜 1. 6 3 im帯用偏波保持光ファイバの場合には、 応力付与 部の直径を 2 2〜 28 mとし、 応力付与部間の間隔を 1 3〜1 6 μηαとし、 モ ード複屈折率を 3 X 1 0一4以上とし、 波長 1. 5 5 mにおけるモードフィール ド径を 8. 5〜1 0. 5 μ mとすることが好ましレヽ。
上述の偏波保持光ファイバは、 光ファイバ増幅器、 半導体レ一ザ、 変調器に用 いられる偏波保持光ファイバとして好適であり、 これにより、 従来に比べて小型 化された光ファイバ増幅器、 半導体レーザ、 変調器を製造することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の偏波保持光ファイバの一例を示す概略断面図である。
図 2は、 モード複屈折率 Bを一定とした場合の応力付与部 2の直径 Dと、 応力 付与部 2間の間隔 Rとの関係の一例を示すグラフである。
図 3は、
Figure imgf000006_0001
のとき、 モードフィールド半径と、 1 / mの軸ずれにより生 じる接続損失と関係の一例を示すグラフである。
図 4は、 0. 9 8 μπι帯用偏波保持光ファイバにおいて、 MFDの異なる光フ アイパを軸ずれ 1 μ mを伴って接続したときの接続損失の一例を示すグラフであ る。
図 5は、 1. 4 0〜1. 6 3 m帯用偏波保持光ファイバにおいて、 MFDの 異なる光ファイバを軸ずれ 1 ti mを伴って接続したときの接続損失の一例を示す グラフである。
図 6は、 1. 30 μιη帯用偏波保持光ファイバにおいて、 MFDの異なる光フ アイバを軸ずれ 1 mを伴つて接続したときの接続損失の一例を示すグラフであ る。
図 7は、 接着剤の塗布による偏波保持特性の劣化の評価方法を説明する図であ る。 ，
図 8は、 偏波保持型光ファイバ増幅器の構成の一例を示す概略図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 実施の形態に基づいて、 本発明を詳しく説明する。
図 1は、 本発明の偏波保持光ファイバの一例を示す概略断面図である。 本発明 の偏波保持光ファイバの構造は、 図 1に示すように、 従来の PANDA型偏波保 持光ファイバと同様に、 コア 1の両側方の対称位置に一対の応力付与部 2, 2が 設けられ、 これらコア 1および応力付与部 2、 2がクラッド 3で包囲された構造 となっている。 コア 1には、 クラッド 3より屈折率が高い材料が用いられ、 応力 付与部 2には、 コア 1およびクラッ ド 3より熱膨張係数の大きい材料が用いられ る。
これらの材料としては、 従来の PANDA型偏波保持光ファイバに用いられて いる材料であれば、 いずれのものを用いてもよいが、 例えば、 コア 1 としてゲル マニウムを添加 （ドープ） した石英を用い、 各応力付与部 2として、 ホウ素を B 2〇 3の断面重量濃度換算で 1 7〜2 1重量％程度ドープした B203— S i〇2ガラ スを用い、 クラッ ド 3として純石英を用いる構成が例示される。
本発明の偏波保持光ファイバのクラッド径は 7 0 -9 0 m, より好ましくは 7 7〜 8 3 μ mとなっている。 また、 各応力付与部 2の直径 Dは 2 1〜3 2 μπι であり、 応力付与部 2、 2間の間隔 Rは 6〜 1 7 mであり、 比屈折率差 Δは 0 . 3〜0. 5%とされている。
これにより、 クラッ ド径が細径化されているので、 光ファイバの曲げ半径を 1 3mm程度までと小さくすることが可能となり、 しかも、 偏波クロス トークが小 さく抑制され、 優れた偏波保持特性を有するとともに、 一般的な通信用光フアイ バ （クラッ ド径 1 2 5 μ Ιη) と接続する際の接続損失も小さくなる。
さらに、 良好なファイバ特性を得るためには、 0. 9 8 πι帯用偏波保持光フ アイバの場合、 各応力付与部 2の直径を 2 2〜28 μπιとし、 応力付与部 2、 2 間の間隔を 8. 5〜 l l ^mとし、 モード複屈折率を 3 X 1 0一4以上とし、 波長 0. 9 8 μ mにおけるモードフィールド径を 5. 3〜6. 5 μ ιηとすることが好 ましい。
また、 1. 30 μπι帯用偏波保持光ファイバの場合には、 各応力付与部 2の直 径を 2 2〜28 μιηとし、 応力付与部 2、 2間の間隔を 9〜 1 3 μηιとし、 モー ド複屈折率を 3 X 1 0— 4以上とし、 波長 1. 30 mにおけるモードフィールド 径を 7. 1〜9. 0 μπιとすることが好ましい。
また、 1. 40〜： L . 6 3 μπι帯 （1. 5 5 μ m) 用偏波保持光ファイバの場 合には、 各応力付与部 2の直径を 2 2〜28 μΐηとし、 応力付与部 2、 2間の間 隔を 1 3〜 1 6 ^ πιとし、 モード複屈折率を 3 X 1 0— 4以上とし、 波長 1. 5 5 μπιにおけるモードフィールド径を 8. 5〜1 0. 5 μ mとすることが好ましい 以下、 本発明の偏波保持光ファイバの上記構造パラメータを上記範囲内とする ことの理由を説明する。
偏波保持光ファイバの偏波保持特性は、 該偏波保持光ファイバの直交する 2つ の偏波モード （X偏波、 y偏波） に対する等価屈折率 nx、 nyの差 （nx—ny) であるモード複屈折率 Bに依存することが知られている。 このモード複屈折率 B が大きいほど、 2偏波モード間の伝播定数差が大きくなり、 該偏波保持光フアイ バの偏波保持特性が向上する。
図 1に示すような PANDA型偏波保持光ファイバの場合、 モード複屈折率 B は、 下記式 （1 ) で表される （P. L. Chu et. al: "Analytical Method for Ca lculation of Stress and Material Birefringence in Polar ization-Maintaini ng Optical Fiber, " J. of Lightwave Technol. Vol. LT-2, No.5, Oct. 1984)
Figure imgf000008_0001
ί r V Λ 、2
d2
1-3 1-2 + 3 cos 2Θ
o ノ d2
•••( 1 ) 上記式 （ 1 ) において、 Bはモード複屈折率であり、 Eは石英のヤング率であ り、 Cは光弾性係数であり、 Vはポアソン比であり、 α 2はクラッド 3の熱膨張係 数であり、 ct 3は応力付与部 2の熱膨張係数であり、 Tは応力付与部 2の融点と実 使用環境温度との差であり、 d tは応力付与部 2の半径であり、 （12はコァ 1の中 心と応力付与部 2の中心との距離であり、 bはクラッド 3の半径である。
また、 rおよび 0は、 コア 1の中心を原点とする該偏波保持光ファイバ内部に ある任意の点の座標を示し、 r = 0として偏波保持光ファイバのモード複屈折率 を代表できる。 .
この式 （ 1 ) 中、 下記式 （2)
2EC
( - C3) •••(2)
V
で表される因子は、 応力付与部 2の材料により決定することができる。 応力付与 部 2の材料は、 一般的に B 2〇 3添加石英が用いられており、 ホウ素の添加量は、 の断面重量換算で 21重量％以下とすることが望ましい （例えば、 日本国 特許 2002— 2 1 446 5号公開公報参照） 。
このような応力付与部 2の材料は、 経験的に知られている値として、 Eとして 7 8 30 k g /mm2, vとして 0. 1 8 6、 （ひ 2— ひ 3) Tとして 1. 6 9 X 1 0一3という値を用いることにより、 一般的な応力付与部 2の材料を表現すること ができる。
また、 下記式 （3)
へ 2
{1-3 1-
Figure imgf000009_0001
'••(3)
で表される因子は、 偏波保持光ファイバの構造パラメータにより決定され、 モー ド複屈折率 Bを大きくするためには、 各応力付与部 2の直径 Dを大きく し、 応力 付与部 2、 2間の間隔 Rを小さくすればよいことが分かる。
ここで、 クラッ ド径 8 0 μ mの偏波保持光ファイバについて、 モード複屈折率 Bを一定とした場合の応力付与部 2の直径 Dと、 応力付与部 2、 2間の間隔 と の関係の一例を、 式 （1) を用いて求めた。 この結果を図 2に示す。
図 2より、 応力付与部 2、 2間の間隔 Rを狭くすることにより、 モード複屈折 率 Bを大きくすることができると.分かる。 しかし、 実際には、 図 1に示すように 、 応力付与部 2、 2間の間隔 Rは、 コア 1の直径より狭くすることはできない。 また、 一般に、 偏波保持光ファイバにおいては、 光が伝播する領域は、 図 1に 破線で示すように、 コア 1よりも広くなつており、 これをモードフィールド 4と レヽう。 モードフィーノレド 4の直径すなわちモードフィールド径 （MFD) は、 一 般に、 光の伝播による電界強度が、 コア 1の中心に比して 1/e倍 （eは自然対 数の底） となる部分の直径である。
応力付与部 2、 2間の間隔 Rが狭いと、 応力付与部 2がクラッ ド 3よりも低屈 折率である影響により、 モー ドフィールド 4が非円化してしまレ、、 接続損失が増 大するおそれがある。 モードフィールド 4の非円率は、 日本国特許出願 2 0 0 1 - 2 1 0 6 4 8号に記載されているように、 接続損失を 0 . 3 d B程度以下とす るために、 3 . 2 %以下であることが好ましい。 このため、 応力付与部 2、 2間 の間隔 Rはできるだけ大きいことが好ましく、 図 2に示す結果から、 応力付与部 2の直径 Dは 2 1〜3 2 μ mとすることが好ましい。
しかし、 応力付与部 2の直径 Dが大きいと、 応力付与部 2の外側に位置するク ラッ ド 3の肉厚が薄くなり、 製造が困難になることから、 特に、 2 2〜2 8 ^u m の範囲内とすることが好ましい。
また、 モード複屈折率 Bは、 クラッ ド径 1 2 5 μ πιの偏波保持光ファイバの場 合、 3 X 1 0一4以上とすることが好ましいとわかっている。 クラッ ド径が 8 0 μ m程度となると、 一層側圧の影響を受けやすくなると推測され、 少なく とも 3 X 1 0—"1以上であれば良好な偏波保持特性が得られるものと考えられる。 従って、 図 2の結果から、 応力付与部 2、 2間の間隔 Rを 1 7 μ m以下とする必要がある ことが分かる。
次に、 応力付与部 2、 2間の間隔 Rの下限値について考察する。 第 1および第 2の偏波保持光ファイバを接続したときの結合効率 ηは、 一般に、 下記式 （4 ) で表されることが知られている。
2W\W2 2d
1 exp •-•( 4 )
r2 2
W\ + Wo W\ + W2
式 （4 ) において、 は第 1の偏波保持光ファイバのモードフィールド 4の半 径であり、 W2は第 2の偏波保持光ファイバのモードフィールド 4の半径であり、 dは第 1および第 2の偏波保持光ファイバ間のコア 1中心のずれ （軸ずれ） であ る。
式 （4 ) から、 軸ずれ dが 0となる場合を考察する。 d = 0とすると、 式 （4 ) は下記式 （5 ) 、2
2W\W2
(5)
W\ + Wi
のように変形することができる。 この式 （5) から明らかなように、 第 1および 第 2の偏波保持光ファイバの MFDの差が大きいほど、 結合効率は低下し、 接続 損失は大きくなる。
また、 W,と W2が等しい場合、 式 （4) は下記式 （6)
η = exp •••(6)
のように変形される。 この式 （6) から明らかなように、 モー ドフィールド径が 小さレヽと、 軸ずれ dが小さい場合でも、 接続損失が大きくなる。
式 （4) を用いて、 W】=W2のとき、 通常起こり うる 1 μ mの軸ずれにより生 じる接続損失の大きさを図 3に示す。
2本の偏波保持光ファイバを接続した時に生じうる接続損失としては、 一般に 、 0. 5 d B以下であることが望ましいとされている。 図 3から分かるように、 1 μ mの軸ずれによる接続損失を 0. 5 d B以下とするためには、 モードフィー ルド径 （直径） は 6 μπι以上であることが好ましい。 従って、 応力付与部 2、 2 間の間隔 Rも、 最低限、 6 μ m以上とする必要がある。
次に、 偏波保持光ファイバの伝送帯波長に応じた、 上記構造パラメータの特に 好適な範囲について考察する。
光通信に用いられる光部品同士の接続用の偏波保持光ファイバは、 波長 0. 9 8 μπι帯、 1. 30 μηι帯、 あるいは 1. 5 5 m帯で用いられることが多い。
0. 9 8 μ m帯用偏波保持光ファイバは、 例えば、 エルビウム添加光ファイバ増 幅器 （EDFA) の励起レーザの接続用ビグテールとして用いられる。 また、 1 . 3 0 μιη帯用および 1. 5 5 /z m帯用偏波保持光ファイバは、 例えば、 半導体 レーザや変調器の接続用ビグテールとして用いられている。
一般に、 偏波保持光ファイバにおいては、 伝送帯波長によりカットオフ波長が 決まり、 さらに、 MFDの大きさも大体決まってくる。 '
まず、 0. 9 8 μ m帯用偏波保持光ファイバに対する好適な構造パラメータの 範囲について考察する。
0. 9 8 m帯用偏波保持光ファイバの MFDの代表値は、 クラッド径 1 2 5 μ mの従来の偏波保持光ファイバの場合、 6. 3 /imである。 この従来の偏波保 持光ファイバに対して、 MF Dの異なる光ファイバを軸ずれ 1 μπιを伴って接続 したときの接続損失を前記式 （4) により求めた結果を図 4に示す。
軸ずれが 1 μ mあると、 すでに同一 MFDの偏波保持光ファイバを接続した場 合にも 0. 44 d Bの接続損失を生じてしまう。 0. 44 d Bから最悪 0. 2 d Bの接続損失の劣化を許容すると、 本実施の形態の 0. 9 8 μπι帯用偏波保持光 ファイバの MFDは、 5. 3 μ m以上とする必要があることが分かる。 また、 M FDがあまりに大きいと、 モードフィールド 4の不整合による接続損失の増大が 顕著になることから、 波長 0. 98 μ mにおける MFDは 5. 3〜6. 5 μ mの 範囲内とすることが好ましい。
波長 0. 9 8 μ mにおける MFDを上記範囲に限定した場合、 応力付与部 2、 2間の間隔 Rは、 8. 5〜1 1 μηιの範囲内とすることが好ましい。 前記間隔 R が 8. 5 β m未満では、 応力付与部 2とコア 1の間隔があまりに小さくなり、 モ 一ドフィールド 4が非円化して接続損失が増大するおそれがあるので好ましくな い。 また、 前記間隔 Rが 1 1 μ mを超えると、 偏波保持特性が低下するので好ま しくない。
同様に、 1, 40〜1. 6 3 μπι帯用偏波保持光ファイバに対する好適な構造 パラメータの範囲について考察する。
1. 40〜 1. 6 3 m用偏波保持光ファイバの場合、 MFDの代表値は 1 0 . 5 μπιである。 接続損失を前記式 （4) により求めると、 結果は図 5に示すよ うになつた。 この結果から、 接続損失を 0. 5 d Β以下にするためには、 本実施 の形態の 1. 40〜 1. 6 3 μ m帯用偏波保持光ファイバの MFDは、 波長 1. 5 5 μπιにおいて、 8. 0 μπι以上とする必要があることが分かる。
また、 MFDがあまりに大きいと、 モードフィールド 4の不整合による接続損 失の増大が顕著になることから、 MFDは 8. 5〜1 0. 5 μΐηの範囲内とする ことが好ましい。
波長 1. 5 5 μ mにおける MFDを上記範囲に限定した場合、 応力付与部 2間 の間隔 Rは、 1 3〜1 6 μπιの範囲内とすることが好ましい。 前記間隔 Rが 1 3 / m未満では、 応力付与部 2とコア 1の間隔があまりに小さくなり、 モードフィ 一ルド 4の非円率が高くなるので好ましくない。 また、 前記間隔 Rが 1 6 μπιを 超えると、 偏波保持特性が低下するので好ましくない。
同様に、 1. 3 0 μπι帯用偏波保持光ファイバに対する好適な構造パラメータ の範囲について考察する。
1. 30 μ m用偏波保持光ファイバの場合、 MFDの代表値は 9. 0 μ mであ る。 接続損失を前記式 （4) により求めると、 結果は図 6に示すようになった。 この結果から、 接続損失を 0. 5 d B以下にするためには、 本実施の形態の 1. 40〜1. 6 3 μ m帯用偏波保持光ファイバの MFDは、 波長 1. 3 0 μ mにお いて、 7. 1 ^um以上とする必要があることが分かる。
また、 MFDがあまりに大きいと、 モードフィールド 4の不整合による接続損 失の増大が顕著になることから、 MF Dは 7. ：!〜 9. Ο μπιの範囲内とするこ とが好ましレ、。
波長 1. 3 0 μ mにおける MFDを上記範囲に限定した場合、 応力付与部 2間 の間隔 Rは、 9〜1 3 μπιの範囲内とすることが好ましい。 前記間隔 Rが 9 / m 未満では、 応力付与部 2とコア 1の間隔があまりに小さくなり、 モードフィール ド 4の非円率が高くなるので好ましくない。 また、 前記間隔 Rが 1 3 μ mを超え ると、 偏波保持特性が低下するので好ましくない。
以上説明したように、 本発明の偏波保持光ファイバによれば、 クラッ ド径を約 8 0 μ πιと細径化しても、 優れた偏波保持特性を有するとともに、 クラッド径 1 25 μ mの光ファイバとの接続に際する接続損失が極めて小さいものとなる。 従って、 この偏波保持光ファイバを、 光ファイバ増幅器、 半導体レーザ、 変調 器などの光伝送用光部品、 光計測機器に用いられる接続用光ファイバとして用い ることにより、 該接続用光ファイバの曲げ半径を小さくすることができ、 従来に 比して著しく小型化することができる。
[具体例]
以下に具体例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、 これらの具体例 は本発明を何ら限定するものではない。
0. 98 /im帯用、 1. 3 0 μπι帯用、 および 1. 4 0〜 1. 帯用の 偏波保持光ファイバを、 該光フアイバの構造パラメータを変えて複数作製した。 偏波保持光ファイバの作製にあたっては、 まず、 比屈折率差 Δが 0. 2 5%、 0. 35%、 0. 4%、 0. 45%、 0. 6 %、 1. 0%となるように、 ゲルマ ニゥム （G e) 添加石英からなるコア部と、 純石英からなるクラッド部とを有す る VAD母材を用意した。 次いで、 所定の遮断波長が得られるように外周に石英 ガラスを堆積させ焼結して、 PANDA型偏波保持光ファイバのコアクラッド母 材を得た。 このコアクラッド母材のコア部の両側に、 所定の位置および直径にて 超音波ドリルで孔をあけ、 この孔の内表面を研削および研磨して鏡面化すること により、 孔開き母材を製造した。
別途、 MCVD法を用いて石英管の内側にホウ素 （B) を B 203の断面重量濃 度換算で 2 1重量％程度添加した石英を堆積させて応力付与部のもととなる母材 を得た。 そして、 この元母材の外周の石英管を研削により除去し、 外表面が鏡面 になるまで研磨することにより、 偏波保持光フアイバの応力付与部となる応力付 与部材を得た。 この応力付与部材の直径は、 前記孔開き母材の孔の直径より 0. 5 mm程度細くされている。
この応力付与部材を、 前記孔開き母材に挿入し、 線引き炉にて加熱し、 クラッ ド径 80 μ mになるように線引きを行った。 線引き後の光ファイバに対して、 2 層の紫外線硬化型ァクリレート樹脂を被覆し、 光ファイバ素線を得た。 この際、 1層目被覆径は約 1 22 μηιとし、 2層目被覆径は約 1 6 5 μ mとした。
このようにして得られた偏波保持光ファイバに対して、 伝送損失や出荷用ボビ ンに卷いたときの偏波クロストークの評価を行った。 また、 クラッド径 1 2 5 μ mの偏波保持光ファイバとの融着接続損失評価を行った。 さらに、 光部品を構成する際の接着剤の塗布による偏波保持特性の劣化を評価 するため、 図 7に示すように、 被験光ファイバ素線 1 0の被覆 1 1を 3 0〜4 0 mm程度除去して光ファイバ裸線 1 2を露出させたのち、 エポキシ系接着剤 1 3 を用いて台座 1 4に固定し、 硬化後の光ファイバ素線 1 0の偏波クロストークを 測定した。
これらの結果を各偏波保持光ファイバの構造パラメータと併せて表 1〜6に示 す。
表 1 例 1-1 例 1 - 2 例 1-3 例 1-4 例 1-5 '例 1-6 構造/ \°ラメ-タ
比屈折率差 △(%) 0.25 0.35 0.4 0.45 0.6 1.0 応力付与部の直径 D (urn) 23 23 23 23 23 23 応力付与部間の間隔 Rとモ-ドフィ-ルド径 MFDとの比率 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.5 応力ィ寸与部間の間隔 R m) 16.8 16.0 14.8 14.2 11.9 8.9 波長 1.55 umにおけるモ-ドフィ -ルド径 MFD ( m) 10.5 10.0 9.2 8.8 7.4 6.0 特性測定結果 '
接続損失 (dB) (MFD 10.5 umの光フアイ Γとの接続） 0.01 0.03 0.12 0.18 0.52 1.25 モ-ド複屈折率（X1CH) 2.6 3.0 3.2 3.4 3.7 4.9 接着剤によるクロスト-ク劣化 （dB) -5.9 -14.2 -15.8 -16.2 -17.0 -18.2 ホビソ巻きによるクロス卜-ク (dB/100m) -13.0 -22.1 -23.9 -25.0 - 27.5 -28.9
表 2 例 1-7 例卜 8 例 1-3 例 1-9 例 1-10 例 1-11 構造 A。ラ) (-夕
比屈折率差 △(%) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 応力付与部の直径 D (ym) 23 23 23 23 23 23 応力付与部間の間隔 Rとモ-ド'フィ-ルド径 MFDとの比率 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.1 応力付与部間の間隔 R ( m) 16.2 15.5 14.8 13.5 12.9 10.0 波長 1.55 μ mにおけるモ-ドフィ-ルド径 MFD ( u m) 9.2 9.2 9.2 9.2 9.2 9.2 特性測定結果
波長損失 (dB i1.55um) 0.40 0.45 0.50 0.62 0.93 2.09 モ-ドフィ-ルド非円率 (%) 1.8 2.0 2.9 3.1 7,0 9.9 モ-ド複屈折率 B (X10-4) 2.8 3.0 3.2 3.6 3.9 4.8 接着剤によるクロス卜-ク劣化 （dB) -6.0 -14.9 -15.8 -17.2 -17.6 -18.5 ホ'、ピソ巻きによるク 0スト-ク (dB/100m) -12.8 -23.8 -23.9 -27.4 -27.8 -29.5
表 3 例 2 - 1 例 2- 2 例 2 - 3 例 2 - 4 例 2- 5 例 2- 6 構造ハ°ラメ -夕
比屈折率差 △(%) 0.25 0.35 0.4 0.45 0.6 1.0 応力付与部の直径 D (^m) 23 23 23 23 23 23 応力付与部間の間隔 Rとモ-ドフィ-ルド径 MFDとの比率 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.8 応力付与部間の間隔 R (^m) 11.8 9.9 9.2 8.8 7.6 6.9 波長 0.98 mにおけるモ-ドフィ -ルド径 MFD (wm) 7.4 6.2 5.7 5.5 4.7 3.8 特性測定結果
接続損失 (dB) (MFD 6.3 mの光フアイ/ Vとの接続） 0.30 0.29 0.29 0.33 0.49 1.18 モ-ド複屈折率（Χ10- 4) 4.2 4.8 4.9 5.9 5.7 6.1 接着剤によるク□ス卜-ク劣化 （dB) -8.2 -15.1 -18.1 -19.5 -20.7 -20.8 ホ'ビン巻きによるクロス卜-ク (dB/100m) -28.0 -29.5 - 29.6 -30.1 -33.7 -34.2
表 4
例 2-7 例 2-8 例 2-3 例 2-9 例 2 - 10 例 2-11 構造八。ラメ-タ
比屈折率差 △(%) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 応力付与部の直径 D ( m) 23 23 23 23 23 23 応力付与部間の間隔 Rとモ-ドフィ -ルド径 MFDとの比率 2.0 1.9 1.6 1.5 1.4 1.1 応力付与部間の間隔 R ( m) 11.3 10.8 9.2 8.6 8.0 6.3 波長 0.98〃 mにおけるモ-ドフィ -ルド径 MFD (Wm) 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 特性測定結果
波長損失 (dB @0.98^m) 0. 7 0.48 0.50 0.50 0.51 0.73 モ-ドフィ-ル卜非円率 (%) 0.8 0.9 2.5 3.1 6.8 9.8 モ-ド複屈折率 B (X10-4) 4.2 4.3 4.9 5.1 5.6 6.1 接着剤による如ス卜-ク劣化 （dB) - 8.0 -15.9 -18.1 -20.3 -20.5 -20.9
^ピソ巻きによるクロス卜—ク (dB/100m) -27.3 -30. -29.6 -31.0 -33.3 -35.2
表 5 例 3- 1- 例 3 - 2 例 3- 3 例 3 - 4 例 3 - 5 例 3- 6 構造 Λ°ラメ-タ
比屈折率差 △(%) 0.25 0.3 0.4 0.45 0.6 1.0 応力付与部の直径 D i m) 23 23 23 23 23 23 応力付与部間の間隔 Rとモ-ドフィ-ルド径 MFDとの比率 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 応力付与部間の間隔 R ( m) 15.4 12.5 11.5 11.1 8.9 8.5 波長 1.30 mにおけるモ-ドフィ -ルド'径 FD ( m) 9.6 7.8 7.2 7.1 5.7 5.2 特性測定結果
接続損失 (dB) (MFD 9.0 i mの光フアイ〗 Vとの接続） 0.03 0.05 0.20 0.25 0.35 1.28 モ-ド複屈折率（X 10-4) 3.0 3.4 4.2 4.4 4.9 5.2 接着剤によるク□スト-ク劣化 （dB) -7.0 - 15.0 -16.8 -17.3 -18.9 -19.2 ホ ビソ巻きによるク□ス卜 -ク (dBハ 00m) -20.1 -26.9 -28.0 - 28.1 -29.0 -30.0
表 6 例 3-7 例 3 - 8 例 3-3 例 3- 9 例 3-10 例 3 -"
¾L&八 フスータ
FP+C 、 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
J, /J1 a5の直径 ΰ v ^) 23 23 23 23 23 23
I,し、刀 1 ロ 問の問 こ t—卜 ソィ一ル卜 ？圣 Mト U の _ΙΧΦ 1.9 1.7 1.6 1.5 1.2 1.1
J'し、ノコ 1ΪΓ·¾·口閥 問 Ι½Κ { p.m) 13.5 12.5 11.5 10.5 8.9 7.9 波長 1.30 mにおけるモ -卜、、フィ-ルド径 MFD (； um) 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 特性測定結果
波長損失 (dB §1.30^m) 0.80 0.88 0.92 0.95 1.20 1.50 モ-ドフィ-ルド非円率 (%) 0.8 0.9 2.7 2.9 7.1 9.9 モ-ド複屈折率 B (X10-4) 3.2 3.9 4.2 4.5 4.9 5.5 接着剤によるク0スト-ク劣化 （dB) -8.2 -16.3 -16.8 -18.1 -19.3 -23.0
' ビソ巻きによるクロスト-ク (dB/100m) -20.3 -27.1 -28.0 -29.9 -29.9 -33.0
表 1は、 1 . 4 0〜1 . 6 3 / m帯用偏波保持光ファイバについて、 応力付与 部 2が該光ファィパのモードフィールド 4に与える影響を等しく して評価するた め、 応力付与部間隔 Rと M F Dとの比を一定にして、 比屈折率差 Δを変化させた 比較を示す。
例 1一 1、 例 1一 2、 例 1一 3、 例 1一 4の偏波保持光ファィバは、 クラッド 径 1 2 5 μ mの偏波保持光ファイバと融着接続したときの接続損失が、 例 1— 5 、 例 1一 6のものと比べて極めて低くなつている。 さらに、 例 1一 2、 例 1一 3 、 例 1一 4のものは、 例 1一 1のものと比較して、 接着剤塗布時およびポビン巻 き時の偏波クロストークが小さく抑制され、 接続性と偏波保持特性を両立させた ものであることが分かる。
また、 表 2には、 1 . 4 0〜1 . 6 3 m帯用偏波保持光ファイバについて、 比屈折率差 Δおよび M F Dを一定にして、 応力付与部 2、 2間の間.隔 Rを変化さ せた比較を示す。
表 3は、 0 . 9 8 m帯用偏波保持光ファイバについて、 応力付与部 2が該光 ファイバのモードフィールド 4に与える影響を等しく して評価するため、 応力付 与部間隔 Rと M F Dとの比を一定にして、 比屈折率差 Δを変化させた比較を示す 例 2— 1、 例 2— 2、 例 2— 3、 例 2— 4の偏波保持光ファィバは、 クラッド 径 1 2 5 μ mの偏波保持光ファイバと融着接続したときの接続損失が、 例 2— 5 、 例 2— 6のものと比べて極めて低くなつている。 さらに、 '例 2— 2、 例 2— 3 、 例 2— 4のものは、 例 2— 1のものと比較して、 接着剤塗布時およびボビン巻 き時の偏波クロストークが小さく抑制され、 接続性と偏波保持特性を両立させた ものであることが分かる。 '
また、 表 4には、 0 . 9 8 μ πι帯用偏波保持光ファイバについて、 比屈折率差 Δおよび M F Dを一定にして、 応力付与部 2、 2間の間隔 Rを変化させた比較を 示す。
表 5は、 1 . 3 0 i m帯用偏波保持光ファイバについて、 応力付与部 2が該光 ファイバのモ一ドフィールド 4に与える影響を等しく して評価するため、 応力付 与部間隔 Rと M F Dとの比を一定にして、 比屈折率差 Δを変化させた比較を示す 例 3— 1、 例 3— 2、 例 3— 3、 例 3— 4の偏波保持光ファィバは、 クラッド 径 1 2 5 μ ιηの偏波保持光ファイバと融着接続したときの接続損失が、 例 3— 5 、 例 3 _ 6のものと比べて極めて低くなつている。 さらに、 例 3— 2、 例 3— 3 、 例 3— 4のものは、 例 3— 1のものと比較して、 接着剤塗布時およびボビン巻 き時の偏波クロス トークが小さく抑制され、 接続性と偏波保持特性を両立させた ものであることが分かる。
また、 表 6には、 1 . 3 0 μ πι帯用偏波保持光ファイバについて、 比屈折率差 Δおよび M F Dを一定にして、 応力付与部 2、 2間の間隔 Rを変化させた比較を 示す。
次に、 本発明の偏波保持光ファイバを用いることにより、 光ファイバ増幅器の 寸法をどれだけ小型化できるか実証するため、 以下の手順により、 光ファイバ増 幅器を作製した。
まず、 前記コアクラッド母材として、 エルビウム添加光ファイバ （E D F ) 用 の母材を製造し、 上記製法と同様な製法により、 クラッド径 8 0 μ mの偏波保持 型 E D Fを作製した。 この E D Fの特性を表 7に示す。
表 7
構造ハ15ラメ-夕
比屈折率差 △(%) 1.3 応力付与部の直径 D (urn) 23 応力付与部間の間隔 Rとモ-ドフィ -ルド径 MFDとの比率 1.6 応力付与部間の間隔 R (^m) 8.5 波長 0.98 mにおけるモ-ドフ ルド径 MFD ( u m) 5.3 特性測定結果
モ-ド複屈折率 B (X10-4) 4.8 ホ Tソ巻きによるクロス卜-ク (dB/100m) -30.5
次いで、 この偏波保持型 E D Fを用いて、 図 8に示すような偏波保持型光ファ ィバ増幅器を作製した。 この光ファイバ増幅器は、 一般的な構成のものであり、 信号光入力ポート 1 0 1と、 励起光入力ポート 1 0 2と、 9 8 0 n m— 1 5 5 0 nm偏波保持光力ブラ 1 0 3と、 偏波保持型 E D F 1 0 4と、 信号光出力ポート 1 0 5と、 2個の偏波保持光アイソレータ 1 0 6、 1 0 6を有するものである。 これらの各部品の間は、 接続用光ファイバ 1 0 7で接続されている。
接続用光ファイバ 1 0 7として、 従来の 1 2 5 /i m外径の偏波保持光ファイバ を用いたときには、 接続用光ファイバ 1 0 7の曲げ半径を 2 0 mm以下にするこ とができず、 外形寸法は 1 4 0 mmX 9 0 mmX 1 5 mmであった。
これに対し、 接続用光ファイバ 1 0 7として、 前記例 1ー 3の 1 . 4 0〜 1. 6 3 μ m帯用偏波保持光フアイバぉよび前記例 2— 3の 0. 9 8 μ m帯用偏波保 持光ファイバを用いた場合には、 接続用光ファイバ 1 0 7の曲げ半径を 1 3 mm 程度とし、 光ファイバ増幅器の外形寸法を 9 0 mmX 7 0 mmX 1 5 mmにする ことができた。 体積にして約半分の小型の偏波保持型光ファイバ増幅器を製造す ることができた。 産業上の利用の可能性
以上説明したように、 本発明の偏波保持光ファイバによれば、 クラッド径を 7 0〜9 0 μ ιη、 より好ましくは、 7 7〜8 3 μ ηιと細径化しても、 優れた偏波保 持特性を有するとともに、 クラッド径 1 2 5 μ mの光ファイバとの接続に際する 接続損失が極めて小さいものとなる。
従って、 この偏波保持光ファイバを、 光ファイバ増幅器、 半導体レーザ、 変調 器などの光伝送用光部品、 光計測機器に用いられる接続用光ファイバとして用い ることにより、 該接続用光ファイバの曲げ半径を小さくすることができ、 従来に 比して著しく小型化することができる。

Claims

請求の範囲
1. コアと ；
コアの半径方向外方に設けられた一対の応力付与部と ；
コアおよび応力付与部を包囲するクラッ ドと ； を備えた偏波保持光ファイバで めってヽ
クラッドの直径が 70〜 9 0 μ mであり、 応力付与部の直径が 2 1〜 3 2 μ m であり、 応力付与部間の間隔が 6〜 1 7 μ mであり、 コアとクラッ ドとの比屈折 率差が 0. 3〜0. 5 %である偏波保持光ファイバ。
2. ' 請求項 1に記載の 0. 9 8 μ m帯用偏波保持光ファイバであって、 応力付与部の直径が 22〜 28 μ mであり、 応力付与部間の間隔が 8. 5〜 1 1 μ mであり、 モード複屈折率が 3 X 1 0 4以上であり、 波長 0. 9 8 μ mにお けるモードフィールド径が 5. 3〜6. 5 μ mである偏波保持光ファイバ。
3. 請求項 1に記載の 1. 3 0 μ m帯用偏波保持光ファイバであって、 応力付与部の直径が 2 2〜 2 8 μ mであり、 応力付与部間の間隔が 9〜 1 3 μ mであり、 モード複屈折率が 3 X 1 0—4以上であり、 波長 1. 30 μ mにおける モードフィールド径が 7. 1〜9. 0 μ mである偏波保持光ファイバ。
4. 請求項 1に記載の 1. 40〜1. 6 3 μηι帯用偏波保持光ファイバであつ て、
応力付与部の直径が 22〜 28 μ mであり、 応力付与部間の間隔が 1 3〜 1 6 μπιであり、 モード複屈折率が 3 X 1 0— 4以上であり、 波長 1. 5 5 zmにおけ るモードフィールド径が 8. 5〜1 0. 5 μ mである偏波保持光ファイノく。
5. 請求項 1乃至 4のいずれかに記載の偏波保持光ファイバを有する光フアイ バ増幅器。
6 . 請求項 1乃至 4のいずれかに記載の偏波保持光ファイバを有する半導体レ 一ザ。
7 . 請求項 1乃至 4のいずれかに記載の偏波保持光ファイバを有する変調器。
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