WO2004092793A1 - 空孔付き単一モード光ファイバ - Google Patents

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Kazuhide Nakajima
Katsusuke Tajima
Jian Zhou
Izumi Sankawa
Kazuo Hogari
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Nippon Telegraph And Telephone Corporation
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    • G02B6/03638—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only
    • G02B6/0365—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only arranged - - +

Definitions

  • the present invention provides a single mode optical fiber suitable for high speed and large capacity optical communication and optical wiring.
  • the present invention relates to a holey single mode optical fiber.
  • the optical nonlinearity in a single-mode optical fiber changes in proportion to the nonlinear constant n 2 / Aeff obtained by dividing the nonlinear refractive index n 2 by the effective area Aeff (GP Agrawal, rNonlinear Fiber Optics (2nd edition) Academic Press, Inc., 1995, in particular (see Section 2.3.1, p. 42). Therefore, by expanding the effective area Aeff of the single mode optical fiber, the nonlinear constant in the single mode optical fiber is reduced, and the deterioration of the transmission characteristics due to the optical nonlinear phenomenon in the long distance and large capacity optical communication is reduced. It is possible to reduce.
  • the conventional 1.3 / m-band zero-dispersion single-mode optical fiber is realized by a simple structure consisting of a core with a high refractive index and a cladding with a lower refractive index than the core. Since it has a relatively large effective area Aeff of about 80 urn 2 around the wavelength 1550 nm, it is possible to realize good connection and construction characteristics. Widely used in the field of wiring etc. However, as described above, if the effective area Aeff is expanded in the design and optimization of the refractive index distribution, the refractive index distribution in the radial direction of the cross section of the single mode optical fiber (SMF) is generally complicated.
  • SMF single mode optical fiber
  • the value of the effective area Aeff that can actually be realized is limited to the area where acceptable bending loss characteristics can be ensured, for example, the area where bending loss at a bending radius of 10 mm is 10 dBZm to 100 dBZm or less.
  • the theoretical cutoff wavelength of the fundamental (LP 11) mode also generally tends to shift to the long wavelength side, and the effective operating wavelength region is also, for example, 140 Onm or more There is also a problem that the longer wavelength side is limited (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-147338 (claim 13, paragraph [0022])).
  • the conventional SMF has a simple structure and a relatively large effective cross-sectional area Aeff
  • its adaptation region is a region with a relatively large bending radius, for example, a bending radius of 2 O mm to 30
  • a relatively large bending radius for example, a bending radius of 2 O mm to 30
  • the mode field diameter is A type of SMF intended to reduce (MFD) has also been developed, but this type of SMF has had the problem that the handling characteristics such as connection loss deteriorate due to the reduction of MFD. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an effective cross-sectional area Aeff of 150 ⁇ m 2 or more in an operating wavelength range of 1260 nm to 1625 nm, and a bending radius A holed single-mode optical fiber having a bending loss characteristic of 1 d B / m or less at 10 mm, and a mode field diameter at a wavelength of 1310 nm with a bending loss of 1 dB Zm or less at a bending radius of 10 mm 1. 7.9 m to 10.2 m (I TU — T, Recommendation G. 652 (revised October 2000), equivalent to 3 m-band zero dispersion single mode optical fiber (SMF) (Table 1 / G. 652, see p. 6)), to provide a holey single-mode optical fiber.
  • SMF 3 m-band zero dispersion single mode optical fiber
  • the holed single-mode optical fiber of the present invention comprises a first cladding (11) having a uniform refractive index, a core (10) having a refractive index higher than that of the first cladding, and an outer periphery of the core. And a second cladding formed by a plurality of holes (12) arranged in the region of the first cladding, and the radius r 2 of the hole, the distance of the hole from the center of the core,
  • the above problem is solved by optimizing d, and further optimizing the relative refractive index difference ⁇ with respect to the first cladding portion of the core portion and the core radius r 1 as well.
  • the present invention has a first cladding portion (11) having a uniform refractive index and a refractive index higher than that of the first cladding portion (11).
  • the core portion (10) of radius r 1 located at the center of the dovetail portion (11) and the first clad portion (11) at a distance d from the center of the core portion (10)
  • Distribution A single mode optical fiber having a second cladding formed by at least four or more holes of radius r 2 (12), wherein the distance d is the radius r of the core (10) It is characterized in that the size is 2.0 times to 4.5 times the size of 1, and the radius r2 of the cavity (1 2) is not less than 0.2 times the radius r1 of the core section. .
  • the radius r1 of the core portion (10) is 3.2 m to 4.8, "m, and the relative refractive index difference ⁇ of the core portion (10) with respect to the first cladding portion (1 1) is 0. It can be characterized in the range of 3% to 0.55%.
  • the mode field diameter at a wavelength of 1310 nm can be characterized as 7. 9 m to 10. 2 zm.
  • the relative refractive index difference ⁇ of the core portion (10) with respect to the first cladding portion (11) is not more than 0.12%, and the outermost periphery of the cavity portion (12) from the center of the core portion (10) It can be characterized in that the effective core radius A up to is in the range of 23 jtim to 28 m.
  • the second cladding portion formed by at least four or more holes is By arranging the core radius rl, the relative refractive index difference ⁇ of the core part, the hole radius r 2 and the position d of the hole part, the basic radius of 1500 nm or less is provided as an example.
  • the single mode optical fiber of the present invention has a structure in which a large number of holes are provided to a single mode optical fiber having a predetermined refractive index distribution, it is relatively easier to manufacture than conventional ones. Can do Brief description of the drawings
  • F i s. 1 A to 1 C show the cross-sectional structure of the single mode optical fiber according to the embodiment of the present invention, and F i g.
  • An example of Formula 6, F ig. 1 C is a schematic cross-sectional view showing an example of a vacancy number of 8.
  • F ig. 2 is determined by the requirements for the zero dispersion wavelength, the cutoff wavelength, and the bending loss characteristics in the conventional 1.3 m-band zero dispersion single mode optical fiber, and the relative refractive index difference ⁇ and the core radius It is a characteristic view showing the relation of r1.
  • FIG. 3A to 3C show the relationship between the normalized hole position d / r 1 and the bending loss of the holey single-mode optical fiber according to the embodiment of the present invention
  • FIG. An example of the number of vacancies is four
  • F ig. 3 B is an example of the number of vacancies of six
  • FIG. 4 shows the relationship between the normalized hole position d / r 1 and the theoretical cutoff wavelength of the fundamental (LP 11) mode of the holed single-mode optical fiber according to the first embodiment of the present invention. Is a characteristic diagram showing
  • FIG. 5 shows the MF with respect to the normalized vacancy position dZr 1 at a wavelength of 131 Onm, of the vacancy single-mode optical fiber according to the first embodiment of the present invention. It is a characteristic view showing change of D.
  • FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the relative change in MFD and the connection loss due to the mismatch in MFD.
  • FIG. 7 is a characteristic showing the measurement result of the wavelength characteristic of bending loss in a holey single-mode optical fiber having six holes manufactured according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ of the core portion and the effective core radius A of the holed single-mode optical fiber according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ of the core portion and the effective cross-sectional area Aeff of the holed single-mode optical fiber in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows the relationship between the relative refractive index difference ⁇ of the core portion and the theoretical cutoff wavelength of the fundamental (LP 11) mode of the holed single-mode optical fiber according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A-1C is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the holed single-mode optical fiber according to the present invention.
  • F ig. 1 A is the cross section in the case of 4 holes
  • F i g. 1 B is the case of 6 holes
  • F i g. 1 C is the cross section in the case of 8 holes. Show.
  • the single mode optical fiber of the present invention comprises a core portion 10 of radius rl and its peripheral A second cladding consisting of a first cladding part 11 with uniform curvature, and at least four holes 12 of radius r 2 arranged at a distance d from the center of the core part 10 Composed of These air holes 12 are respectively formed along the longitudinal direction of the optical fiber, and are uniformly distributed at regular intervals in the cross section of the optical fiber, and are averaged along the longitudinal direction of the optical fiber.
  • the diameter shall be a substantially constant value.
  • the refractive index n1 of the core portion 10 is, depending on the additive material and its addition amount, so as to be higher than the refractive index n2 of the first clad portion 11, as in the conventional single mode optical fiber.
  • the main light waveguide structure is formed by the core portion 10 and the first cladding portion 11 being adjusted.
  • the refractive index distribution of the core portion 10 can use a refractive index distribution of an arbitrary shape as in the conventional single mode optical fiber.
  • the refractive index of the first cladding portion 11 is pure silica level
  • the refractive index of the second cladding portion is 1 (air)
  • the core portion 10 is formed by germanium addition
  • the refractive index of the first cladding part 11 is made lower than that of pure quartz by the addition of fluorine etc.
  • the refractive index of the core part 10 is designed to be equal to or less than that of pure quartz. It is also possible.
  • the radius rl of the core portion 10 (hereinafter referred to as core radius) rl and the relative refractive index difference ⁇ with respect to the first cladding portion 11 of the core portion 10 are The case where each is designed within the range satisfying the characteristics of the conventional 1.3 band zero dispersion single mode optical fiber (SMF) will be described below.
  • SMF band zero dispersion single mode optical fiber
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship (design region) between the relative refractive index difference ⁇ and the core radius r 1 determined by Table 1 / G. 652, p. 6).
  • the design area is an area indicated by a dot in the figure.
  • the relative refractive index difference ⁇ (unit:%) is the refractive index (1 of the core 10 and the refractive index 2 2 of the cladding (in the structure of the present invention, the first cladding 11), It is defined by 1).
  • F i g. 3 A is the number of holes 12 (hereinafter referred to as the number of holes), and F i g. 3 B is the number of holes 12 when the number of holes 12 is four.
  • 3 C represents the characteristic examples of the case where the number of vacancies is eight.
  • the mode field diameter (MFD) of a single mode optical fiber tends to expand toward the long wavelength side, and along with this, the bending loss characteristics on the long wavelength side also tend to deteriorate. Therefore, as shown in FIG. 3 A-3 C, in the single-mode optical fiber with four, six, or eight holes, the hole radius r 2 is the core radius. Bending loss at a bending radius of 10 mm in the wavelength range of 1625 nm or less by designing the hole position d in a region of about 0.2 times or more of r 1 and about 4.5 times or less of the core radius r 1 It becomes possible to make the characteristic 1 d BZm or less.
  • F ig. 5 is a single-mode fiber with holes having the same condition as that of F i 4 in the form of M FD (mode relative to the normalized hole position dZr 1 at a wavelength of 1310 nm). It is a figure showing change of field diameter).
  • M FD mode relative to the normalized hole position dZr 1 at a wavelength of 1310 nm. It is a figure showing change of field diameter).
  • F ig. 6 is relative to the normalized hole position dZr 1 at a wavelength of 1625 nm, relative change of MFD in the single-mode optical fiber with holes based on MFD in the conventional SMF, and It is a figure showing the characteristic of the connection loss resulting from the mismatch of MFD.
  • the solid curve shows the characteristics of relative change of MFD
  • the broken curve shows the characteristics of MFD mismatch loss.
  • the position d of the hole portion 12 is 2 to 0 times to 4 times the core radius r 1 and the radius r 2 of the hole portion 12
  • the core radius rl is 0.2 or more, and the relative refractive index difference ⁇ of the core 10 is about 0.3% to 0.
  • the bending loss characteristic at a bending radius of 10 mm in the operating wavelength range of 60 nm to 1625 nm is less than 1 d B / m, and the MFD at a wavelength of 1310 nm is approximately 7. 9 to 10, which is equivalent to that of a conventional SMF. 2 m, and even at the upper limit of 1625 nm of the operating wavelength, it is possible to obtain characteristics that make the change in the ffi pair of MFD to conventional SMF less than 10%.
  • FIG. 7 shows the measurement results of the bending loss wavelength characteristic of two types of hole-incorporated single mode optical fibers having six holes 12 fabricated on the basis of the embodiment of the present invention described above. Is represented by comparison with a conventional SMF.
  • the measurement condition of bending loss is bending radius 10 mm, 20 times wound.
  • the black circles show the characteristics of the conventional S M F
  • the X circles show the characteristics of the voided S M F according to the present invention.
  • the bending loss in the measurement wavelength region of the prototyped single-mode optical fiber with holes is less than 0.11 d B / m of the measurement limit, and in particular at the long wavelength side, the bending loss more than 2 digits compared to the conventional SMF The reduction effect is obtained.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ and the effective core radius A with respect to the first cladding part 11 of the core part 10, where the bending loss at a bending radius of 10 mm is 1 dBZm or less.
  • the number of the holes 12 forming the second cladding part is six, the hole radius r2 is 0.3 times the core radius r1, and the hole position d is the core radius r3. Doubled.
  • the bending radius is 10 mm in the operating wavelength range of a wavelength of 1260 nm to 1625 nm. It can be seen that the bending loss can be reduced to 1 dB / m or less.
  • the relative refractive index difference ⁇ of the core 10 is about 0.12
  • the effective core radius A in the range of about 23 m to 28 m
  • the theoretical cutoff wavelength of the basic (LP 11) mode is 1 100 nm or less
  • the effective cutoff in the wavelength 1260 nm to 1625 nm It is possible to realize the characteristics that the area Aefi is 150 n 2 or more, and the bending loss at a bending radius of 10 mm is 1 d B / m or less.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above exemplification, so long as it is within the scope described in each claim.
  • Various modifications such as replacement, change, correction, addition, increase / decrease of the number, change of shape, etc. are all included in the embodiments of the present invention.
  • the number of holes 12 and the material of the optical fiber according to the present invention described above are not limited to the above-described embodiment.
  • the optical fiber is not necessarily limited to glass, and may be plastic or any other material that is formed of a transparent medium at the used wavelength.
  • the hole 12 is preferably circular, it can also be applied to ovals and polygons that are very close to circular.
  • the inside of the cavity 12 is not limited to vacuum, and may be filled with, for example, a gas, liquid or solid which is transparent at the wavelength used and has a refractive index lower than that of the first cladding 11.

Abstract

　高速／大容量の光通信、光配線に好適な単一モード光ファイバを提供する。単一モード光ファイバは屈折率が均一な第１クラッド部、それより高い屈折率を有するコア部、および第１クラッド部の領域内に配置された４個以上の空孔部からなる第２クラッド部を有する。コア部の中心から空孔部までの距離がコア半径の２～４．５倍、空孔半径がコア半径の０．２倍以上とすることで最適化できる。さらに、コア半径が３．２～４．８μｍ、コア部の第１クラッド部に対する比屈折率差が０．３～０．５５％、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は７．９～１０．２μｍであることが好ましい。比屈折率差が０．１２％以下であって、コア部の中心から空孔部の最外周までの実効コア半径が２３～２８μｍであることも好ましい。

Description

空孔付き単一モード光ファィバ
技術分野
本発明は、 高速 ·大容量の光通信並びに光配線に好適な単一モード光フアイ 明
バに闋し、 特に空孔付き単一モード光ファイバに関する。
細 背景技術
光増幅技術を用いた長距離 ·大容量光通信では、 単一モード光ファイバ中の 光非線形現象による伝送特性の劣化が問題となる。
単一モード光ファイバにおける光非線形性は、 非線形屈折率 n 2を実効断面 積 Aeff で除算した、 非線形定数 n 2/Aeff に比例して変化する （G. P. Agrawal 著、 rNonlinear Fiber Optics (第 2版）」、 Academic Press社、 1995年発行、 特に （2. 3. 1節、 p. 42) 参照）。 従って、 単一モード光ファイバの実効 断面積 Aeff を拡大することにより、 単一モード光ファイバ中の非線形定数を低 減し、 長距離 ·大容量光通信における光非線形現象による伝送特性の劣化を低 減することが可能となる。
このため、 従来の単一モード光ファイバでは、 導波構造を形成する屈折率分 布の設計 ·最適化において、 実効断面積 Aeff を拡大する試みがなされており、 これまでに、 1310n mから 1625 nm程度の動作波長領域において約 7 0 2 から 150 urn 程度の実効断面積 Aeff を有する単一モード光フアイ バの特性が開示されている （例えば、 特開平 9一 274118号公報 （請求項 6)、 特開平 11一 218632号公報 （請求項 1)、 特開 2001— 3364 7号公報 （請求項 1、 代表図の F i g. 1)、 特開 2001 _ 147338号公 報 (請求項 13、 段落 [0022] )を参照)。
一方、 従来の 1. 3 / m帯零分散単一モード光ファイバは、 屈折率の高いコ ァ部と、 コア部に比べ屈折率の低いクラッド部の 2層からなる簡単な構造によ り実現可能であり、 波長 1550 nm付近において約 80 urn2程度の比較的 大きな実効断面積 Aeff を有していることから、 良好な接続 ·施工特性が実現可 能であり、 そのためこれまで光通信や光配線などの分野で広く利用されている。 しかし、 上述のように屈折率分布の設計 ·最適化において実効断面積 Aeff の 拡大を行うと、 一般に単一モード光ファイバ （SMF) の断面の半径方向にお ける屈折率分布が複雑化すると同時に、実効断面積 Ae f f を拡大した S M Fでは、 光ファイバ中を伝搬する光のコア内部への閉じ込めが低下し、 曲げ損失特性が 劣化する。 そのため、 実際に実現可能な実効断面積 Aeff の値は、 許容可能な曲 げ損失特性が確保できる領域まで、 例えば、 曲げ半径 10 mmにおける曲げ損 失が 10 dBZmから 100 dBZm以下の領域に制限されるという、 課題が あった。
また、 実効断面積 Aeff が拡大された SMFでは、 一般に基本 （LP 11) モ 一ドの理論遮断波長も長波長側にシフトする傾向にあり、 実効的な動作波長領 域も、 例えば 140 Onm以上の長波長側に制限されるといった、 課題もあつ た（例えば、特開 2001— 147338号公報 (請求項 13、段落 [0022]) を参照)。
更に、 従来の SMFは、 その構造がシンプル、 かつ比較的大きな実効断面積 Aeff を有する反面、 その適応領域は曲げ損失特性の劣化により、 比較的大きな 曲げ半径の領域、 例えば曲げ半径 2 Ommから 30 mm程度の領域に制限され るため、 実際の光伝送路や光配線では配線場所や収納スペースが、 許容可能な 曲げ半径に応じて制限され、 コンパクト化できないという、 点があった。 この ため、 従来の SMFの曲げ損失特性の改善を目的として、 モ一ドフィ一ルド径 (MFD) の低減を図ったタイプの SMFも開発されているが、 このタイプの S M Fは M F Dの低減により接続損失等の取り扱い特性が低下するといった、 課題があった。 発明の開示
本発明は、 上記のような課題に鑑みてなされたもので、 その目的は、 126 0 nmから 1625 nmの動作波長領域において、 150 ^m2以上の実効断 面積 Aeff を有し、 かつ曲げ半径 10mmで 1 d B/m以下の曲げ損失特性を有 する空孔付き単一モード光ファイバと、 並びに曲げ半径 10mmにおける曲げ 損失が 1 dBZm以下で、 かつ波長 1310 nmにおけるモードフィールド径 が、 従来の 1. 3 m帯零分散単一モード光ファイバ（SMF) と同等の、 7. 9 mから 10. 2 m (I TU— T、 勧告 G. 652 (2000年 10月改 版） （Table 1/G.652 、 p.6)参照） となる、 空孔付き単一モード光ファイバを提 供することにある。
本発明の空孔付き単一モード光ファイバは、 屈折率が均一な第 1クラッド部 (11) と、 第 1クラッド部よりも屈折率の高いコア部 （10) と、 コア部の 外周にあって第 1クラッド部の領域に配置された複数の空孔部 （12) により 形成される第 2クラッド部とを備え、 空孔部の半径 r 2、 コア部の中心からの 空孔部の距離 dを最適化することにより、 さらにはこれに加えてコア部の第 1 クラッド部に対する比屈折率差△とコア半径 r 1も最適化することにより、 上 記課題を解決する。
詳細には、 上記目的を達成するため、 本発明は、 屈折率が均一な第 1クラッ ド部 （1 1) と、 第 1クラッド部 （11) よりも高い屈折率を有し、 第 1クラ ッド部 （11) の中央に配置された半径 r 1のコア部 （10) と、 コア部 （1 0) の中心から距離 dだけ離れた位置で第 1クラッド部 （11) の領域内に配 置された少なくとも 4個以上の半径 r 2の空孔部 （12) により形成される第 2クラッド部とを有する単一モード光ファイバであって、 上記距離 dがコア部 (10) の半径 r 1の 2. 0倍から 4. 5倍の大きさであって、 かつ空孔部 (1 2) の半径 r 2がコア部の半径 r 1の 0. 2倍以上であることを特徵とする。 また、 コア部 (10) の上記半径 r 1が 3. 2 mから 4. 8 ,"mであり、 コア部 （10) の第 1クラッド部 （1 1) に対する比屈折率差△が 0. 3%か ら 0. 55%の領域内であることを特徴とすることができる。
また、波長 1310 nmにおけるモードフィ一ルド径が 7. 9 mから 10. 2 zmであることを特徴とすることができる。
また、 コア部 （10) の第 1クラッド部 （1 1) に対する比屈折率差 Δが 0. 12%以下であって、 かつコア部 （10) の中心から空孔部 （12) の最外周 までの実効コア半径 Aが 23jtimから 28 mの範囲内であることを特徴とす ることができる。
本発明によれば、 従来の単一モ一ド光フアイバと同様の屈折率変化を伴うコァ 部と第 1クラッド部に加え、 少なくとも 4個以上の空孔部により形成される第 2クラッド部を第 1クラッド部内に配置し、 コア半径 r l、 コア部の比屈折率 差△、空孔半径 r 2、並びに空孔部の位置 dを最適化することで、一例として、 1500 nm以下の基本 （LP 1 1) モードの理論遮断波長、 1260 nmか ら 1625 nmの動作波長領域において、 曲げ半径 10mmにおける 1 d B/ m以下の曲げ損失と、 1 50 2以上の実効断面積 Aeff の全ての特性を満た すことを可能とし、 広範な単一モード動作領域における光非線形性の低減が得 られるという顕著な効果を奏する。
また、 本発明によれば、 上記と同様の構造を有する単一モード光ファイバに おいて、 150 O nm以下の基本 （LP 1 1) モードの理論遮断波長と、 12 60 nmから 1625 nmの動作波長領域において、 曲げ半径 1 Ommにおけ る 1 dBZm以下の曲げ損失とを満足し、 高い曲げ損失耐性を実現すると同時 に、 波長 1310 nmにおける従来の SMFと同等の MFD特性を保持し、 か つ波長 1625 nmにおいても従来の SMFに対する MFDの変化を土 10 % 以下とすることが可能となるため、 従来の SMFとの良好な接続特性も実現す るという効果も奏する。
更に、 本発明の単一モード光ファイバは、 所定の屈折率分布を有する単一モ ード光ファイバに対して多数の空孔部を付与した構造なので、 従来のものより も比較的容易に作製が行える。 図面の簡単な説明
F i s. 1 A〜l Cは本発明の実施形態における単一モード光ファイバの 断面構造を示し、 それぞれ F i g. 1 Aは空孔数 4の例、 F i g. IBは空孔 数 6の例、 F i g. 1 Cは空孔数 8の例を示す概略断面図である。
F i g. 2は従来の 1. 3 m帯零分散単一モード光ファイバにおける、 零分 散波長、 遮断波長、 並びに曲げ損失特性の要求条件により決定される、 比屈折 率差 Δとコア半径 r 1の関係を表す特性図である。
F i g s. 3 A〜 3 Cは本発明の実施の形態における空孔付き単一モード光 ファイバの規格化空孔位置 d/r 1と曲げ損失の関係を表し、 F i g. 3 Aは 空孔数 4の例、 F i g. 3 Bは空孔数 6の例、 F i g. 3 Cは空孔数 8の例を 示す特性図である。
F i g. 4は本発明の第 1の実施の形態における空孔付き単一モード光ファ ィバの、 規格化空孔位置 d/r 1と基本 (LP 11) モードの理論遮断波長の 関係を表す特性図である。
F i g. 5は本発明の第 1の実施の形態における空孔付き単一モード光ファ ィバの、 波長 131 Onmにおける、 規格化空孔位置 dZr 1に対する、 MF Dの変化を表す特性図である。
F i g. 6は本発明の第 1の実施の形態における空孔付き単一モード光ファ ィバの、 波長 1625 nmにおける、 規格化空孔位置 dZr 1に対する、 従来 の SMFを基準にしたときの MFDの相対変化、 並びに M F Dの不整合に起因 する接続損失の関係を表す特性図である。
F i g. 7は本発明の第 1の実施の形態に基づいて試作した、 6個の空孔を 有する空孔付き単一モード光ファイバにおける、 曲げ損失の波長特性の測定結 果を表す特性図である。
F i g. 8は本発明の第 2の実施形態における空孔付き単一モード光フアイ バの、 コア部の比屈折率差 Δと実効コア半径 Aの関係を表す特性図である。
F i g. 9は本発明の第 2の実施形態における空孔付き単一モード光フアイ パの、 コア部の比屈折率差 Δと実効断面積 Aeff の関係を表す特性図である。
F i g. 10は本発明の第 2の実施形態における空孔付き単一モード光ファ ィパの、 コア部の比屈折率差△と基本 （LP 11) モードの理論遮断波長の関 係を表す特性図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に図面を参照して本発明を実施するための好ましい形態を詳細に説明す る。
第 1の実施形態
F i g s. 1 A- 1 Cはそれぞれ本発明の空孔付き単一モード光ファイバの 実施の形態の構成例を示す断面図である。 F i g. 1 Aは空孔数 4個の場合の、 F i g. 1 Bは空孔数 6個の場合の、 F i g. 1 Cは空孔数 8個の場合の断面 図を示す。
本発明の単一モード光ファイバは、 半径 r lのコア部 10と、 その周囲の屈 折率が均一な第 1クラッド部 1 1と、 コア部 1 0の中心から距離 dだけ離れた 位置に配置された少なくとも 4個以上の半径 r 2の空孔部 1 2からなる第 2ク ラッド部とにより構成される。 これら空孔部 1 2は、 それぞれ光ファイバの長 手方向に沿って形成され、 かつ光ファイバの断面において一定間隔をおいて一 様に分散配置され、 光ファイバの長手方向に沿ってその平均的な直径が実質的 に一定値であるものとする。
コア部 1 0の屈折率 n 1は、 従来の単一モード光ファイバと同様に、 第 1ク ラッド部 1 1の屈折率 n 2よりも高くなるように、 添加材料とその添加量によ り調整されており、 コア部 1 0と第 1クラッド部 1 1により主たる光の導波構 造が形成されている。 また、 コア部 1 0の屈折率分布は従来の単一モード光フ アイバ同槔に、 任意の形状の屈折率分布を用いることが可能である。
本発明の実施の形態では、 第 1クラッド部 1 1の屈折率を純石英レベルとし、 第 2クラッド部の屈折率を 1 (空気） とし、 コア部 1 0がゲルマニウム添加に より形成されるステップ型屈折率分布を有する時の、 空孔付き単一モード光フ アイバの特性について説明する。 尚、 第 1クラッド部 1 1の屈折率をフッ素等 の添加により、 純石英の屈折率よりも低くし、 コア部 1 0の屈折率を純石英と 同等、 もしくはそれ以下の屈折率として設計することも可能である。
始めに、 本発明の第 1の実施の形態では、 コア部 1 0の半径 （以下、 コア半 径と称する） r l、 及びコア部 1 0の第 1クラッド部 1 1に対する比屈折率差 Δが、 それぞれ従来の 1 . 3 帯零分散単一モード光ファイバ （S M F ) の 特性を満たす範囲内で設計された場合について以下に説明する。
F i g . 2は従来の S MFにおいて、 零分散波長、 遮断波長、 並びに曲げ損 失特性の要求条件（I TU— T、勧告 G. 6 5 2 ( 2 0 0 0年 1 0月改版） （Table 1/G. 652、 p. 6)参照） により決定される、 比屈折率差△とコア半径 r 1の関係 (設計領域）を表す図である。設計領域は図中にドッ卜で表示した領域である。 尚、 比屈折率差 Δ (単位：％) はコア部 10の屈折率 η 1、 並びにクラッド部 (本発明の構造では第 1クラッド部 1 1) の屈折率 η 2を用いて、 次式 （1) により定義した。
Figure imgf000010_0001
F i g. 2からコア部 10の半径 r 1を約 3. 2 ,"mから 4. 8 、 比屈 折率差 Δを約 0. 3%から 0. 55 %の範囲で設計することにより、 従来の S
MFにおける要求条件を満足することが可能となる。
F i g s. 3 A— 3 Cは規格化空孔位置 dZr 1と、 波長 1625 nmにお ける曲げ半径 10 mmの時の曲げ損失特性の関係を、空孔部 12の半径（以下、 空孔半径と称する) r 2をパラメータとして表す図である。 尚、 F i g s. 3
A- 3 Cの実例では、 F i g. 2に示した関係から、比屈折率差 Δを 0. 32%、 r 1を 4. 5 mとした。
ここで、 F i g. 3 Aは空孔部 12の数 （以下、 空孔数と称する） が 4個の 場合、 F i g. 3 Bは空孔数が 6個の場合、 F i g. 3 Cは空孔数が 8個の場 合のそれぞれの特性例を表す。
一般に、 単一モード光ファイバのモードフィールド径 （MFD) は長波長側 ほど拡大し、 これに伴い長波長側の曲げ損失特性も劣化する傾向にある。 従つ て、 F i g s. 3 A— 3 Cに示すように、 空孔数が 4個、 6個、 もしくは 8個 の空孔付き単一モード光ファイバにおいて、 空孔半径 r 2をコア半径 r 1の約 0. 2倍以上、 空孔位置 dをコア半径 r 1の約 4 · 5倍以下の領域で設計する ことにより、 波長 1625 nm以下の領域における、 曲げ半径 10mmでの曲 げ損失特性を 1 d BZm以下とすることが可能となる。
F i g. 4は空孔数 8個、 空孔半径 r 2がコア半径 r 1の 0. 4倍の空孔付 き単一モード光ファイバにおける、 規格化空孔位置 d/r 1と基本 （LP 11) モードの理論遮断波長の関係を表す図である。 前述した比屈折率差 Δが 0. 3 2%、 コア半径 r 1が 4. 5 6mの従来の SMFにおける基本 (LP 1 1) モ ードの理論遮断波長は約 1450 nmであるが、 F i g. 4に示すように、 本 発明の空?し付き単一モード光ファイバにおいても、 従来の SMFと同等か、 そ れより低い値の遮断波長特性を得ることができる。
F i g. 5は、 空孔数等が F i g. 4と同一条件の空孔付き単一モード光フ アイバで、 波長 1310 nmにおける、 規格化空孔位置 dZr 1に対する、 M FD (モードフィールド径） の変化を表す図である。 F i g. 5に示すように、 規格化空孔位置 dZr 1を約 1. 5以上の領域で設計することにより、 従来の SMFと同等の、 約 7. から 10. 2 xmの MF D特性を得ることが可 能となる。
また、 F i g. 6は波長 1625 nmにおける、 規格化空孔位置 dZr 1に 対する、 従来の SMFにおける MFDを基準とした時の、 空孔付き単一モード 光ファイバにおける MFDの相対変化、 並びに MFDの不整合に起因する接続 損失の特性を表す図である。 ここで、 実線の曲線は MFDの相対変化の特性を 表わし、 破線の曲線は MFD不整合損失の特性を表わしている。 F i g. 6に 示すように、 規格化空孔位置 dZr 1を 2. 0以上の領域で設計することによ り、 空孔部 12の付与に伴う従来の SMFに対する波長 1625 nmにおける MFDの変化を土 10%以下とし、 MFDの不整合に起因する接続損失を 1 d B未満とすることが可能となる。
従って、 以上説明した、 F i g. 2、 F i g s. 3A— 3C、 F i g. 4、 F i g. 5、 並びに F i g. 6に示したように、 少なくとも 4個以上の空孔部 12を有する本発明の空孔付き単一モード光ファイバにおいて、 空孔部 12の 位置 dをコア半径 r 1の 2 · 0倍から 4 · 5倍、 空孔部 12の半径 r 2をコア 半径 r lの 0. 2倍以上とし、 コア部 10の比屈折率差 Δを約 0. 3%から0. 55%、 コア半径 r lを約 3. 2 mから 4. 8 mの領域で設計することに より、 基本 (LP 11) モードの理論遮断波長を 1500 nm以下とし、 12
60 nmから 1625 nmの動作波長領域における曲げ半径 10mmでの曲げ 損失特性を' 1 d B/m以下とし、 かつ波長 1310 nmにおける MFDを、 従 来の SMFと同等の約 7. 9 ΠΙから 10. 2 mとし、 更に動作波長の上限 1625 nmにおいても、 従来の SMFに対する MFDの ffi対変化を士 10% 以下とする特性を得ることが可能となる。
F i g. 7は上述した本発明の実施の形態に基づき試作した、 6個の空孔部 12を有する 2種類の空孔付き単一モード光ファイバにおける、 曲げ損失の波 長特性の測定結果を、 従来の SMFとの比較により表す図である。 ここで、 曲 げ損失の測定条件は、 曲げ半径 10mm、 20回巻きつけとしている。 黒丸は 従来の S M Fの特性を表わし、 X丸は本発明による空孔付き S M Fの特性を表 わしている。 試作した空孔付き単一モード光ファイバの測定波長領域における 曲げ損失は、測定限界の 0. 01 d B/m以下であり、特に長波長側において、 従来の SMFに比べ 2桁以上の曲げ損失低減効果が得られている。
第 2の実施の形態
次に、 本発明の第 2の実施の形態として、 コア部 10の比屈折率差 Δとコア 半径の最適ィ匕を行い、 実効断面積 Aeff の拡大を図った例について説明する。
F I g. 8は曲げ半径 10mmにおける曲げ損失が 1 dBZm以下となる、 コア部 10の第 1クラッド部 11に対する比屈折率差△と実効コア半径 Aの関 係を表す図である。 ここで、 実効コア半径 Aはコア部 10の中心から第 2クラ ッド部の最外周、 即ち、 A=d + 2 X r 2として定義する (F i g s. 1 A〜 1 Cを参照）。 尚、 1例として、 第 2クラッド部を形成する空孔部 12の数は 6 個、 空孔半径 r 2はコァ半径 r 1の 0. 3倍、 空孔位置 dはコァ半径 r 1の 3 倍とした。 F i g. 8から、 波長 1260 nmでの比屈折率差 Δと実効コア半径 Aの関 係を用いて設計することにより、 波長 1260 nmから 1625 nmの動作波 長範囲で、 曲げ半径が 10mmの時の曲げ損失を 1 dB/m以下にできること が分かる。
F i g. 9は、 F i g. 8の波長 1260 nmにおける比屈折率差 Δと実効 コア半径 Aの関係を用いた時の、 波長 1260n m、 1550 nm及び 162 5nmにおける、 コア部 10の比屈折率差 Δと実効断面積 Aeff の関係を表す図 である。
また、 F i g. 10は、 F i g. 8の波長 1260 nmにおける比屈折率差 △と実効コア半径 Aの関係を用いた時の、コア部 10の比屈折率差△と基本（L P 11) モードの理論遮断波長の関係を示す図である。
従って、 F i g. 8、 F i g. 9、 及び F i g. 10に示したように、 本発 明の第 2の実施の形態では、 コア部 10の中心からの距離 d= 3 X r 1の位置 に、 半径 r 2 = 0. 3 X r 1の 6個の空孔部 12を有する単一モ一ド光フアイ バにおいて、 コア部 10の比屈折率差 Δを約 0. 12%以下、 実効コア半径 A を約 23 mから 28 mの領域で設計することにより、 基本 （LP 11) モ ードの理論遮断波長を 1 100 nm以下とし、 波長 1260 nmから 1625 nmにおける実効断面積 Aefiが 150 n 2以上で、 かつ曲げ半径 10mmに おける曲げ損失が 1 d B/m以下の特性を実現することが可能となる。
他の実施形態
なお、 本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、 本発明の実施形態は 上記例示に限定されるものではなく、 各特許請求の範囲に記載の範囲内であれ ば、 その構成部材等の置換、 変更、 修正、 追加、 個数の増減、 形状の変更等の 各種変形は、 全て本発明の実施形態に含まれる。 例えば、 上述した本発明に係 わる空孔部 12の個数、 光ファイバの材質等は上述した実施形態に限らない。 光ファイバは、 必ずしもガラスに限らず、 プラスチック、 その他使用する波長 において透明な媒質を材料として形成されているものであればよい。 また、 空 孔部 1 2は円形が好適であるが、 円形に極めて近い楕円形や多角形にも応用可 能である。 また、 空孔部 1 2の中は真空に限らず、 例えば使用する波長におい て透明かつ第 1クラッド部 1 1よりも屈折率の低い気体、 液体ないし固体で満 たされていてもよい。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 屈折率が均一な第 1クラッド部と、 前記第 1クラッド部よりも高い屈折 率を有し、 第 1クラッド部の中央に配置された半径 r 1のコア部と、 前記コア 部の中心から距離 dだけ離れた位置で前記第 1クラッド部領域内に配置された 少なくとも 4個以上の半径 r 2の空孔部により形成される第 2クラッド部とを 有する単一モード光ファイバであって、
前記距離 dが前記コア部の前記半径 r 1の 2. 0倍から 4. 5倍の大きさで あって、 かつ前記空孔部の前記半径 r 2が前記コァ部の前記半径 r 1の 0. 2 倍以上であることを特徴とする、 空孔付き単一モード光ファイバ。
2. 前記コア部の前記半径 r 1が 3. 2 mから 4. 8 mであり、 前記コ ァ部の前記第 1クラッド部に対する比屈折率差 Δが 0. 3%から 0. 55%の 領域内であることを特徴とする、 請求項 1に記載の空孔付き単一モード光ファ ィパ。
3. 波長 1310 nmにおけるモードフィールド径が 7. 9 zmから 10. 2 mであることを特徴とする、 請求項 2に記載の空孔付き単一モード光ファ ィパ。
4. 前記コア部の前記第 1クラッド部に対する比屈折率差△が 0. 12%以 下であって、 かつ前記コア部の中心から前記空孔部の最外周までの実効コア半 径 Aが 23 から 28 zmの範囲内であることを特徴とする、 請求項 1に記 載の空孔付き単一モード光フアイバ。
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