WO2006098471A1

WO2006098471A1 - 光ファイバおよび導波路

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Publication number: WO2006098471A1
Application number: PCT/JP2006/305521
Authority: WO
Inventors: Ryo Miyabe; Ryuici Sugizaki
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2006-09-21
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Abstract

　ＭＦＤを大きく保ちながらさらに曲げ損失を低減させた光ファイバおよびこれを用いた導波路を提供する。本発明にかかる光ファイバ１０は、不純物がドープされたコア部１と、コア部１の周囲に層状に形成された微細構造部である複数の空孔３を有する第１クラッド部２と、第１クラッド部２の周囲に層状に形成された均質な媒質の第２クラッド部４とを有する。この場合、コア部１と第２クラッド部４との比屈折率差△１は、０．０１％以上、０．３％未満である。また、コア部１、第１クラッド部２および第２クラッド部４の総断面積に対する第１クラッド部２の空孔３の総断面積の比率は、２０％未満である。このような光ファイバ１０を用いて導波路を形成する。

Description

明細書

光ファイバおよび導波路

技術分野

[0001] 本発明は、微細構造を有する光ファイバおよびこの光ファイバを用いた導波路に関するものである。

背景技術

[0002] 一般に、光ファイバは、例えばゲルマニウムがドープされることで屈折率を高めたシリカガラスからなるコア部と、その周囲に層を形成するように取り囲み、コア部より屈折率が低いシリカガラスから成るクラッド部とから構成されている。そして、クラッド部とコァ部との境界面における光の全反射の作用によりコア部内を光が導波する。しかしながら、従来、このコア部とクラッド部との比屈折率差は、大きくても 3〜4%程度であつた。

[0003] これに対して、近年、このような構造の光ファイバより大きな比屈折率差を得ることができる光ファイバが報告されている。例えば、特許文献 1によると、クラッド部のガラス中に、空孔に代表される微細構造を長手方向に設けることによってクラッド部の平均屈折率を大きく低減させる事ができることが報告されている。即ち、この構造によれば、コア部の実効屈折率を従来の光ファイバに比べて格段に大きくすることができる。

[0004] このようなこともあり、近年、通常のシングルモード光ファイバ（以下、 SMFと呼ぶ）と同等の屈折率分布構造を有する光ファイバのコア部の周囲に空孔等の微細構造を形成した構造の光ファイバが注目されている。この光ファイバの利点は、コア部周囲に微細構造を設けることで、コア部とクラッド部との比屈折率差を SMFでは成し得ないほど大きくできることにある。それにより、光ファイバの曲げ損失を非常に小さくすることが可能となる。

[0005] 例えば、微細構造を設けることで、 15mm径の小径曲げに対する曲げ損失を 0. 04 dB/mまで低減することができたという報告がなされている（例えば、非特許文献 1参照）。さらにその後、 0. OldB/m未満まで低減することができたという報告もされている（例えば、非特許文献 2参照）。一方、従来、 SMFとの接続を考慮して、モードフィールド径（以下、 MFDと呼ぶ）を大きく保ちながら曲げ損失を低減させた光ファイバが提案されている (例えば、特許文献 2参照)。

[0006] 特許文献 1 :特許第 3306847号公報

非特許文献 l : T.Hasegawa他、 Microoptics Conference(2003),K2

非特許文献 2 :西岡大造他、信学技法、 OFT2003-63, P23〜

特許文献 2：特開 2004— 220026号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] このような光ファイバには高い信頼性と取り扱いの容易さが求められており、例えば

、上記特許文献 1で提案されているような MFDと曲げ損失であっても、実際に使用するにはまだ不十分である。

[0008] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、 MFDを大きく保ちながらさらに曲げ損失を低減させた光ファイバを提供することを目的とする。そして、この光ファイバを用いて、 SMFと低損失にて接続可能で且つ曲率半径の小さい屈曲部が形成されても曲げ損失を小さくすることができる導波路を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第 1の発明の光ファイバは、不純物がドープされたコア部と、コア部の周囲に層状に形成された微細構造を有する第 1クラッド部と、第 1クラッド部の周囲に層状に形成された均質な媒質の第 2クラッド部とを有し、コア部と第 2クラッド部との比屈折率差 Δ1が 0. 01 %以上 0. 3%未満であることを特徴とする。

[0010] この発明の第 2の発明の光ファイバは、上記の発明において、コア部、第 1クラッド部および第 2クラッド部の総断面積に対する第 1クラッド部の微細構造の総断面積の比率が 20%未満であることを特徴とする。

[0011] この発明の第 3の発明の光ファイバは、上記の発明において、第 1クラッド部の微細構造の横断面配置形状が、中心軸に対して 2回回転対称とされていることを特徴とする。

[0012] この発明の第 4の発明の光ファイバは、上記の発明において、第 1クラッド部の微細構造の横断面配置形状が、中心軸に対して 6回回転対称とされていることを特徴とする。

[0013] この発明の第 5の発明の光ファイバは、上記の発明において、第 1クラッド部の微細構造の横断面配置形状が、中心軸に対して 4回回転対称とされていることを特徴とする。

[0014] この発明の第 6の発明の光ファイバは、上記の発明において、微細構造のうち少なくとも 3つが、横断面にて同一円周上に配置されていることを特徴とする。

[0015] この発明の第 7の発明の光ファイバは、上記の発明において、微細構造が、異なる

2つ以上の径の同一円周上に配置されていることを特徴とする。

[0016] この発明の第 8の発明の光ファイバは、上記の発明において、コア部が、ゲノレマ二ゥムおよびリンの少なくともいずれか一方が添加されたシリカガラスからなることを特徴とする。

[0017] この発明の第 9の発明の光ファイバは、上記の発明において、第 2クラッド部力純粋なシリカガラスからなることを特徴とする。

[0018] この発明の第 10の発明の光ファイバは、上記の発明において、第 2クラッド部力フッ素が添加されたシリカガラスからなることを特徴とする。

[0019] この発明の第 11の発明の光ファイバは、上記の発明において、第 1クラッド部の微細構造以外の媒質は、第 2クラッド部と実質的に同じ媒質であることを特徴とする。

[0020] この発明の第 12の発明の光ファイバは、上記の発明において、微細構造は、光フアイバの長手方向中心軸に平行に形成された空孔であることを特徴とする。

[0021] この発明の第 13の発明の光ファイバは、上記の発明において、所定の波長を有する導波する光が、単一モードで導波することを特徴とする。

[0022] この発明の第 14の発明の光ファイバは、上記の発明において、 1500nm以上の波長を有する導波する光が、単一モードで導波することを特徴とする。

[0023] この発明の第 15の発明の光ファイバは、上記の発明において、 1250nm以上の波長を有する導波する光が、単一モードで導波することを特徴とする。

[0024] この発明の第 16の発明の光ファイバは、上記の発明において、波長 1550nmにおけるモードフィールド径を A[ x m]、波長 1550nmにおける曲率半径 7. 5mmにおける曲げ損失を B [dB/m]としたとき、 B≤lであり、且つ以下の（1)式が成り立つことを特徴とする。

A≥log B + 8 · · · (1)

10

[0025] この発明の第 17の発明の光ファイバは、上記の発明において、 Aおよび Bが、以下の（2)式をさらに満たすことを特徴とする。

A≥log B + 9 · · · (2)

10

[0026] この発明の第 18の発明の光ファイバは、上記の発明において、 Aが 7 ！〜 13 μ mであることを特徴とする。

[0027] この発明の第 19の発明の光ファイバは、上記の発明において、 Aが 7 ！〜 12 μ mであることを特徴とする。

[0028] この発明の第 20の発明の光ファイバは、上記の発明において、 Aが 7 ！〜 11 μ mであることを特徴とする。

[0029] この発明の第 21の発明の光ファイバは、上記の発明において、 Bが 0. ldB/m以下であることを特徴とする。

[0030] この発明の第 22の発明の光ファイバは、上記の発明において、波長 1550nmにおける曲率半径 7. 5mmの曲げ損失が 0. ldB/m以下であることを特徴とする。

[0031] この発明の第 23の発明の光ファイバは、上記の発明において、波長 1550nmにおける曲率半径 5. Ommの曲げ損失が 0. ldB/m以下であることを特徴とする。

[0032] この発明の第 24の発明の光ファイバは、上記の発明において、微細構造が空孔であって、該空孔の内部空間を密封する密封手段が設けられていることを特徴とする。

[0033] この発明の第 25の発明の光ファイバは、上記の発明において、密封手段は、空孔の両端部に設けられた隔壁であることを特徴とする。

[0034] この発明の第 26の発明の光ファイバは、上記の発明において、密封手段は、長手方向に任意の間隔をおいて複数設けられ空孔を複数に区切って密封する隔壁であることを特徴とする。

[0035] この発明の第 27の発明の光ファイバは、上記の発明において、密封手段は、接続端部の空孔に充填された屈折率整合材であり、この屈折率整合材が充填された接続端部に、他の光ファイバが接続されることを特徴とする。 [0036] この発明の第 28の発明の光ファイバは、上記の発明において、密封手段は、接続端部の空孔が潰されて密封状態とされたものであり、この潰されて密封状態とされた接続端部に、他の光ファイバが接続されることを特徴とする。

[0037] この発明の第 29の発明の導波路は、第 1の発明から第 28の発明のいずれ力、 1つの光ファイバを、曲率半径 3mm以上 60mm以下の曲げを少なくとも 1箇所設けて形成されていることを特徴とする。

発明の効果

[0038] この発明によれば、 MFDを大きく保ちながらさらに曲げ損失を低減させた光フアイバを得ることができ、また、この光ファイバを用いて、通常の SMFと低損失にて接続可能で且つ曲率半径の小さい屈曲部が形成されても曲げ損失を小さくすることができる導波路を得ることができる、という効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0039] [図 1]図 1は、ファイバ例 1—1にて使用した光ファイバの横断面図である。

[図 2]図 2は、ファイバ例 2—1にて使用した光ファイバの横断面図である。

[図 3]図 3は、ファイバ例 3—1にて使用した光ファイバの横断面図である。

[図 4]図 4は、ファイバ例 4—1にて使用した光ファイバの横断面図である。

[図 5]図 5は、ファイバ例 5—1に低使用した光ファイバの横断面図である。

[図 6]図 6は、接続例 1による光ファイバの接続方法を示す縦断面図である。

[図 7]図 7は、接続例 2による光ファイバの接続方法を示す縦断面図である。

[図 8]図 8は、本実施例に力かる光ファイバを導波路として使用した例を示す系統図である。

符号の説明

[0040] 1 コア部

2 第 1クラッドき

3 空孔

4 第 2クラッドき

10, 20, 30, 40, 50 光ファイバ

60 被接続用光ファイバ 70 幹線系の光ファイバ

100 障害物

A, B 屈曲部

CI , C2接続部

発明を実施するための最良の形態

[0041] 以下に、本発明に係る光ファイバおよび導波路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。以下では、本発明に係る光ファイバの構成上の特徴の概略を実施の形態として説明し、その後に実際の光ファイバおよび導波路に則したものを実施例として詳細に説明する。

[0042] [実施の形態]

従来、不純物がドープされるコア部と微細構造を有するクラッド部から構成される光ファイバのコア部と微細構造を有しないクラッド部（第 2クラッド部）に対する比屈折率差は SMFとほぼ同じであり、この比屈折率差 Δ1は 0. 3〜0. 39%である。これに対し本実施の形態の光ファイバは、比屈折率差 Δ1を小さくすることで MFDを大きくしている。また、比屈折率差 Δ1を従来よりも小さくしてもコアとクラッドとの屈折率差は非常に大きいため、コア部への光の閉じ込めは強ぐ光ファイバの曲げに対する曲げ損失もまた非常に小さくすることができる。

[0043] ここで、比屈折率差 Δ1は以下の式で定義される。 n 、n はそれぞれコア部の最

core clad

大屈折率、及び第 2クラッド部の屈折率である。

△ = { (n -n ) /n } X 100 % (3)

core clad core

[0044] また、コア部にゲルマニウムを微量にドープすることによって、融着時にコア部を容易に探し出すことができるため、調芯のずれによる接続損失の発生を回避することができる。またシングノレモードファイバとの融着接続時に接続部にぉレ、てゲルマニウムが拡散することから接続損失を小さくすることができる。

[0045] 微細構造領域が、 20%を超えてしまうとファイバの強度が劣化してしまうため、 20 %以下に設定することによって、光ファイバ自体のガラスとしての強度を保つことができる。また、微細構造の断面積が 20%を超えてしまうと、光ファイバの線引き時、光フアイバ母材から光ファイバに引き伸ばされるメニスカス部分にぉレ、て光ファイバ内部の微細構造近傍のガラス部分に大きな応力がかかり、断線する可能性が高くなるため好ましくない。

[0046] 本発明の一実施形態の光ファイバは、光ファイバの中心軸に対し 2回回転対称の微細構造を有する。このような構造をとることで光ファイバ断面において、 X方向と Y 方向の屈折率分布に異方性が生じる。このため X軸方向と Y軸方向の間に異方性が生じ、導波する光の偏波面を保持する効果が生じる。なお、ここでいう 2回回転対称とは、 2回回転についてのみに対称であるものを指し、 4回回転対称、 6回回転対称等は含まないものとする。

[0047] 本発明の一実施形態の光ファイバは、光ファイバの中心軸に対し 6回回転対称の微細構造を有する。このような構造をとることで光ファイバ断面における周方向に対する屈折率が比較的一定とすることができるので、偏波モード分散を低減させることができる。

[0048] 本発明の一実施形態の光ファイバは、光ファイバの中心軸に対し 4回回転対称の微細構造を有する。このような構造をとることで光ファイバ断面において X方向と Y方向の屈折率分布は等しいため、偏波モード分散を小さくすることができる。

[0049] また、各々の微細構造は光ファイバの中心軸に対し、 2つ以上の異なる同一円周上に配置される。これにより光ファイバ中心軸から径方向に対して、微細構造の配置パターンにより自由に屈折率変化を設けることができる。

[0050] コア部にゲルマニウム（Ge)、リン（P)をドープする方法として、例えば、 VAD (Vapo r-phase Axial D印 osition)法が挙げられる。この手法を用いることで、ドープ量の微調整が可能となる。その結果、クラッド部に対するコア部の屈折率差を 0. 01 %刻みで調節すること力 Sできる。

[0051] 第 2クラッド部の均質な媒質は、純粋なシリカガラス、若しくはフッ素が添加されたシリカガラスである。また、第 1クラッド部の微細構造部以外の媒質は、第 2クラッド部と同等であり、第 1クラッド部に微細構造部を有しない場合の、第 1クラッドと第 2クラッドの屈折率は等しい。クラッド部を純粋なシリカガラス、若しくはフッ素が添加されたシリ力ガラスで構成されることで、コア部に対して屈折率差を設けることができる。

[0052] 微細構造が空孔であることにより、第 1クラッド部の平均屈折率を大きく低減することが可能である。また空孔であれば、例えば超音波ドリル等を用いて光ファイバ母材の長手方向に穿孔することが容易にできるため、シリカガラスと異なる屈折率を有する液体や固体を揷入する作業に比べ、低コストで製造することができる。

[0053] ここで、上述される単一モードで光伝播するとは、カットオフ波長 λ cが使用波長より短いことが必要とされる。そして、本実施の形態の光ファイバは 1500nm以上の光波長において単一モードで伝播する。これにより、 Cバンド、 Lバンドを含む波長帯域に対して使用が可能となる。また好ましくは、光ファイバは 1250nm以上の光波長において単一モードで伝播する。これにより、 S、 C、 Lバンド、そして Eバンド、 Oバンドを含めた広い波長帯域に対して使用が可能となる。

[0054] ここでカットオフ波長; l cとは、 ITU—T (国際電気通信連合） G. 650. 1で定義するファイバカットオフ波長え cをいう。その他、本明細書で特に定義しない用語については ITU—T G. 650. 1または G. 650. 2における定義及び測定方法に従うものとする。

[0055] 本実施の形態の光ファイバは MFDを拡大する微細構造を有していても、小さな曲げ損失を確保することができる。その大きさは、例えば、波長 1550nmにおいて MF Dが 7 /i mのファイバの曲げ損失は、 0· ldB/m以下である。この 2つのファイバ特性の関係は好ましくは、上記（1)式を満たし、さらに好ましくは、上記（2)式を満たす

[0056] 波長 1550nmの光において、 MFDは 7〜： 13 /i m、好ましくは 7〜： 12 m、さらに好ましくは 7〜： 11 x mである。これは、本実施の形態の光ファイバと例えば SMFとの接続を想定した場合、この MFDは約 10 x mであり、この値に近い MFDを有していればメカニカル接続における損失も低減できるためである。また通常のシングルモードファイバとの融着を考慮した場合、同様に両者の光ファイバの MFDが近い値であるため融着接続損失が小さぐ融着作業もまた行い易くなる。

[0057] 波長 1550nmの光において、曲率半径 7. 5mm、好ましくは曲率半径 5. Ommの曲げに対する曲げ損失が 0. ldB/m以下である。このように曲げに対する光損失が小さいことで、屋内'ビル等における局所位置に曲率半径が小さい状態で敷設することが可能となる。

[0058] 光ファイバ両端部の全ての空孔に対して壁を設けることにより、空孔内部への汚染物質の浸入を抑制することができる。これにより、空孔内汚染による伝送損失増加を抑えることができる。

[0059] さらに、汚染浸入を防ぐ隔壁を空孔一つ一つにおいて任意の位置に設けることにより、隔壁を設けたことによる長手方向における光ファイバ断面の構造変化が少ない。このため、光を伝送させた際の隔壁設置部における MFDの形状変動も少なくて済み、これに伴う伝送損失もまた少ない。

[0060] また、空孔端部に屈折率整合材を揷入することにより、本発明の光ファイバ端部と S MFとの接合において、光ファイバ同士の MFDを近似することが可能となり、接合端における接続損失を低減することができる。これにより、既存の SMF導波路に本発明の光ファイバを組み込むときに生じる、接続損失を抑えることができる。

[0061] 従来の光ファイバは曲げ損失を小さくすべぐ曲率半径が大きい曲げ径で光伝送媒体に使用されていたが、本発明の構造を有する光ファイバでは、曲げ損失が非常に小さレ、。そのため本発明の光ファイバの曲率半径を 3mm以上 60mm以下の径に屈曲した状態で光導波路に組み込んでも、伝送損失は小さぐ例えば屋内における狭レ、スペースに配設することが可能である。

実施例

[0062] [ファイバ例 1一 1]

図 1はファイバ例 1 _ 1にて使用した光ファイバの横断面図である。図 1におレ、て、光ファイバ 10は、コア部 1と、このコア部の周囲に層状に形成された第 1クラッド部 2と、この第 1クラッド部 2の周囲に層状に形成された第 2クラッド部 4とを有している。第 1 クラッド部 2には、微細構造として空孔 3が多数形成されている。コア部 1は、ゲルマ二ゥムがドープされたシリカガラスにて作製されている。当該コア部 1の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差は 0. 28%である。一方、第 1クラッド部 2の空孔 3以外の部分および第 2クラッド部 4は、純粋なシリカガラスにて作製されている。複数の空孔 3は、光ファイバ 10の長手中心軸方向に夫々平行に貫通している。また、空孔 3の断面形状の長手中心軸方向の変化率は、面積比 10%以下程である。断面における各空孔 3相互の間隔は、空孔間隔 Λ = 6. 0-11. 0 μ ΐηである。さらに、光ファイバ断面積に対する 18個の空孔 3の総断面積比は 10〜： 19%である。

[0063] 尚、図 1に示されるように、 18個の空孔 3はファイバ中心に対して、それぞれ 6個ずつ 3つの同心円上に形成されている。つまり、一番中心に近い同心円上に形成された空孔 3aが、 2番目の同心円上に空孔 3bが、 3番目の同心円上に空孔 3cがそれぞれ形成されている。

[0064] 光ファイバ 10の特性を調べたところ、波長 1550nmにおける MFDは 7. 0〜： 10. 0 z mであり、曲げ損失は、波長 1550nm、曲率半径 7. 5mmの曲げ径において 0. 0 018dB/mであった。また、カットオフ波長は 1100〜1240nmであった。尚、このフアイバの波長 1550nm、曲率半径 5mmの曲げ径における曲げ損失は 0. 085dB/ mであった。

[0065] また、光ファイバ 10の空孔 3の横断面配置形状は、中心軸に対し 6回回転対称の位置に配置されている。このような配置形状をとることにより、偏波モード分散は 0. 5p s/km^1/2以下の値を得ることができた。

[0066] [ファイバ例 1 2]

上記ファイバ例 1 1と同様に純粋なシリカガラスに対する比屈折率差が 0. 22〜0 . 27%となるようにゲルマニウムがドープされたコア部 1と、図 1の断面構造を有するクラッド部（第 1クラッド部 2および第 2クラッド部 4)力構成される光ファイバを作製した。第 2クラッド部 4は、純粋なシリカガラスからなる。ここで、空孔間隔 Λは 6. 0-10. 0 /i mであり、ファイバ断面内における 18箇所の空孔 3の総断面積比は 10〜： 18%である。この光ファイバの波長 1550nmにおける MFDは 7. 0〜7. であり、曲げ損失は波長 1550nm、曲率半径 7. 5mmの曲げ径において 0. 002dBZmである。カットオフ波長は 1150〜1490nmである。また、この光ファイバの波長 1550nm、曲率半径 5mmの曲げ径における曲げ損失は、 0. 01〜0. 09dBZmである。

[0067] [ファイバ例 1一 3]

図 1に示される微細構造を有する第 1クラッド部 2に、純粋なシリカガラスに対する比屈折率差が一 0. 1%となるようにフッ素をドープし、コア部 1の第 2クラッド部 4に対する比屈折率差が 0· 28%になるようゲルマニウムのドーパント量を調整した光ファイバを作製した。この場合も上記ファイバ例 1—1のものとカットオフ波長、 MFD、曲げ損失がほとんど変わらないことを確認した。

[0068] [ファイバ例 2— 1 ]

図 2はファイバ例 2—1の光ファイバの横断面図である。図 2に示す光ファイバ 20においても、ファイバ例 1—1の光ファイバ 10と同様に、コア部 1はゲルマニウムがドープされたシリカガラスからなり、第 1クラッド部 2の空孔 3以外の部分および第 2クラッド部 4は、純粋なシリカガラスにて作製されている。当該コア部 1の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差は 0. 28%である。図 2に示される光ファイバ 20は、中心軸に対して空孔 3が 2回回転対称の横断面配置形状となっている。つまり、一番中心に近い同心円上に形成された大空孔 3eと小空孔 3dの配置が線対称の関係にある。 2番目の同心円上に 6個の小空孔 3fが形成され、 3番目の同心円上に 6個の小空孔 3gが形成されている。このファイバ 20の特徴として、長手中心軸方向を Z軸方向とした場合に、ファイバ断面において X軸方向と Y軸方向の屈折率分布が大きく異なり、導波する光の偏波面を保持する作用が発生する。

[0069] [ファイバ例 2— 2]

ファイバ例 2—1と同様、図 2に示される微細構造を有する光ファイバを作製した。フアイバ例 1—1の光ファイバ 10と同様に、コア部 1はゲルマニウムがドープされたシリカガラスからなり、第 1クラッド部 2の空孔 3以外の部分および第 2クラッド部 4は、純粋なシリカガラスにて作製されている。当該コア部 1の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差は 0. 28%である。また、コア部 1と大空孔部 3eとの間隔は 0. 5 / m以下と非常に近い距離に位置する。このときのモード複屈折は 2. 0 X 10— ⁴であった。

[0070] [ファイバ例 3— 1 ]

図 3はファイバ例 3—1の光ファイバの横断面図である。図 3に示す光ファイバ 30においても、ファイバ例 1—1の光ファイバ 10と同様に、コア部 1はゲルマニウムがドープされたシリカガラスからなり、第 1クラッド部 2の空孔 3以外の部分および第 2クラッド部 4は、純粋なシリカガラスにて作製されている。当該コア部 1の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差は 0. 28%である。光ファイバ 30は、空孔 3の配置を図 3に示されるように中心軸に対し、 4回回転対称の位置に配置した。つまり、一番中心に近い同心円上に 4個の空孔 3aが、 4個の空孔 3aに対して 90度回転した位置にて、 2番目の同心円上に 4個の空孔 3bがそれぞれ形成され、さらに 90度回転し、中心に対して空孔 3aの放射線上の 3番目の同心円上に 4個の空孔 3cが形成されている。このような配置形状の光ファイバ 30においては、偏波モード分散は 0. 3psZkm^1/2以下の値が得られた。

[0071] [ファイバ例 4一 1 ]

図 4はファイバ例 4—1の光ファイバの横断面図である。図 4に示す光ファイバ 40は、コア部 1と、このコア部 1の周囲に層状に形成された第 1クラッド部 2と、この第 1クラッド部 2の周囲に層状に形成された第 2クラッド部 4とを有している。第 1クラッド部 2には、微細構造部として空孔 3が多数形成されている。コア部 1は、ゲルマニウムがドープされたシリカガラスにて作製されている。ここで作製した 2通りの光ファイバにおける、コア部 1の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差 Δ 1はそれぞれ 0· 28%、 0. 29% であり、コア部 1の直径は 7. 4 μ ΐηである。一方、第 1クラッド部 2の空孔 3以外の部分および第 2クラッド部 4は、純粋なシリカガラスにて作製されている。複数の空孔 3は、光ファイバ 40の長手中心軸方向に平行に貫通している。また、空孔 3の断面形状の長手中心軸方向の変化率は、面積比 5%以下である。また、光ファイバ断面積に対する 12個の空孔 3の総断面積比は 8· 67%である。

[0072] 複数の空孔 3は、ファイバ断面においてそれぞれ、ほぼ円形で、全ての空孔 3の断面積は同じであり、そして各々の空孔 3の直径 dは 6. 8 /i mである。第 1クラッド部 2において中心に近い同心円上に 4個の空孔 3aが配置され、各空孔 3aの中心から光フアイバの断面中心の距離 (L1)が 7. であり、それぞれ空孔 3aが 4回回転対称の位置関係にある。また、第 1クラッド部 2において光ファイバの中心から外側には 8 個の空孔 3bが配置され、それぞれの空孔 3bは、空孔部の中心から光ファイバの断面中心の距離 (L2)が 16. 435 z mであり、かつ第 1クラッド部 2の内側に配置される、隣り合う 2つの空孔 3aを結ぶ直線上に位置する。

[0073] この例に示される光ファイバの作製方法は以下のとおりである。まず、 VAD法によりゲルマニウムドープされたコア部を含むシリカガラスを作製する。次に、このシリカガラスの外側に純シリカ層を OVD法により外付けし、外径 40mm、コア径が 3. 7mmである母材を作製した。この母材に対し機械式ドリルにより、仕上がり直径が 3. 4mmに形成されるよう穿孔し、そして空孔内面の研磨を行った。そしてこの母材をファイバクラッド外径が 80 z mとなるよう線引きした。上記の方法で作製した光ファイノ、 Sample.1 及び Sample.2の特性を表 1に示す。

[表 1]

[0075] 表 1に示すように、カットオフ波長え cは、何れも 1200nm以下であり、波長 1. 3 _β m帯域（1280〜1330nm)及び 1. 55 /i m帯域（1530〜： 1565nm) tこおレヽてシンク、、ルモード動作する。波長 1550nmにおける MFDは 7. 0 /i m以上であり、一般的な S MFとのメカニカル接続において、その接続損失は小さい。また、ファイバ内で生じる非線形現象も小さく抑えられる。波長 1550nm、曲率半径 7. 5mmにおけるマクロべンデイングロスは 0. ldB/m以下であり、小径曲げ環境に充分適したファイバであるといえる。また、上述したように、この光ファイバ 40の空孔 3の横断面配置形状は 4回回転対称であり、偏波モード分散は 0. lpsZkm^1/2以下の値が得られた。

[0076] [ファイバ例 4一 2]

図 4に示すファイバ例 4_ 1のサンプル例に対し、空孔位置及び空孔径を変えた Sa mple.3, 4をシミュレーションにより検討した。尚、ファイバ例 4 _ 1にて実際に製造した Sample.1、 2の光ファイバに関して本シミュレーションを行った結果は、実際に得られた光ファイバの特性とほぼ一致することを確認している。

[0077] コア径及びコア部と空孔との間の距離は、コア径 = 7. 6 μ m、内側に位置する空孔 3aの中心とコア中心との距離 Ll = l l x m、外側に位置する空孔 3bの中心とコア中心との距離 L2 = 22 a mとした。本検討における空孔 3の直径 d (すなわち空孔径）は 10. 4 /i m、ファイバ外径は 90 /i mであり、光ファイバ断面積に対する 12個の空孔 3 の総断面積比は 16%である。この検討結果を表 2に示す。

[0078] [表 2]

[0079] 表 2に示すように、カットオフ波長は 1350nm以下であり、曲げ損失も十分に小さく、波長 1. 55 x m帯域（1530〜1565nm)での耐曲げ対応ファイバとして充分に機能する特性を有する。そしてまた MFDは 8. O z m以上であり、一般的なシングルモードファイバとの接続を考えた場合、 MFDミスマッチが非常に小さぐ低損失でのメ力二カル接続が可能である。また、 MFDを拡大したことで上記ファイバ例 4—1に対して非線形性を大幅に抑制することができる。

[0080] [ファイバ例 4 3]

図 4に示される微細構造を有する第 1クラッド部 2に、純粋なシリカガラスに対する比屈折率差が 0· 1%となるようにフッ素をドープし、コア部 1の第 2クラッド部 4に対する比屈折率差が 0. 28%になるようゲルマニウムのドープ量を調整した光ファイバを作製した。この場合も上記ファイバ例 1の Sample. lとカットオフ波長、 MFD、曲げ損失がほとんど変わらないことを確認した。

[0081] [ファイバ例 5— 1]

図 5はファイバ例 5—1の光ファイバの横断面図である。図 5において、光ファイバ 5 0は、光ファイバ 10と同様にコア部 1と、このコア部 1の周囲に層状に形成された第 1 クラッド部 2と、この第 1クラッド部 2の周囲に層状に形成された第 2クラッド部 4とを有している。第 1クラッド部 2には、微細構造部として空孔 3が多数形成されている。コア部 1は、ゲルマニウムがドープされたシリカガラスにて作製されている。ここで作製した 2 通りの光ファイバにおける、コア部 1の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差 Δ 1はそれぞれ 0. 28%、 0. 29%であり、コア径は 7. である。一方、第 1クラッドきの空孔 3以外の部分および第 2クラッド部 4は、純粋なシリカガラスにて作製されている。複数の空孔 3は、光ファイバ長手中心軸方向に平行に貫通している。また、空孔 3の断面形状の長手中心軸方向の変化率は、面積比 5%以下である。また、光フアイバ断面積に対する 12個の空孔 3の総断面積比は 6. 8%である。

[0082] ここで、第 1クラッド部 2に配置される空孔 3の断面形状は、ほぼ真円である。図 5において第 1クラッド部 2の内側の内部領域に配置される、比較的断面積の小さな空孔 3aの直径を dl、第 1クラッド部 2の外側の内部領域に含まれる比較的断面積の大きな空？しき 3bの直径を d2とすると、それぞれ、 dl = 3 z m、 d2 = 8 z mである。また、各々同径の空孔部は同一円周上に配置され、比較的断面積の小さな空孔 3aの中心部とファイバ断面中心部との距離を L1とすると L1 = 6 z mであり、また、これらの隣り合う位置に配置される各空孔中心の間隔は 6 x mである。また、比較的断面積の大きな空孔 3bの中心部とファイバ断面中心部との距離を L2とすると L2 = 13. 15 x m であり、これらの隣り合う位置に配置される各空孔中心の間隔は 13. 15 μ ΐηである。また、各々同一径を有する空孔 3a, 3bは、それぞれファイバ断面中心に対して 6回回転対称に配置される。そして最も近くに配置される比較的断面積の小さな空孔 3a と比較的断面積の大きな空孔 3bとの位置は、ファイバ断面中心と第 1クラッド部 2の内側の内部領域に配置される空孔 3aの中心部とを結ぶ直線と、ファイバ断面中心と第 1クラッド部の外側の内部領域に配置される空孔 3bの中心部とを結ぶ直線とが 30 度の角度を成す。この光ファイバ作製方法はファイバ例 1 1と同様であり、実際に作製した Sample.5及び Sample.6の特性を表 3に示す。

[0083] [表 3]

[0084] 表 3に示すように、カットオフ波長は、それぞれ 1310nm及び 1320nmである。したがって、光ファイバ 50は、波長 1 · 55 μ ΐη帯域（1530〜： 1565nm)においてシンク、'ノレモード動作する。また、波長 1550nmにおける MFDは 7. Ο μ ΐη以上であり、一般的な SMFとのメカニカル接続において、その接続損失は小さい。さらに、光ファイバ 50 の内部で生じる非線形現象も小さく抑えられる。波長 1550nm、曲率半径 7. 5mmにおけるマクロベンディングロスは 0. IdB/m以下であり、小径曲げ環境に十分適したファイバであるといえる。また、上述したように、この光ファイバ 50の空孔 3a及び 3bの横断面配置形状はそれぞれ 6回回転対称であり、偏波モード分散は 0. 3ps/km^1/2 以下の値が得られた。

[0085] 上述のファイバ例 1〜5にて使用した光ファイバに対し、ファイバ両端を加熱することでクラッド部分を溶かし、空孔部分を潰して、隔壁を設けた。また、同様にファイバ長手の任意位置の空孔に対し選択的に加熱することによつても隔壁を設けた。これにより、空孔内部への汚染物質等の浸入を防ぐことができる。

[0086] [ファイバ接続例]

ファイバ例 1 1にて図 1により示した波長 1550nmでの MFDが約 7〜8 μ mの光ファイバ 10と、波長 1550nmでの MFDが 10. 4 μ mである SMFの被接続用光ファィバ（ITU規格 G. 652準拠の光ファイバ；以下、非接続光ファイバ 60と呼ぶ。）とを以下の 3つの方法によって接続した。そしてこれらの接続部における波長 1550nm の光による接続損失を測定した。

[0087] [接続例 1]

図 6は接続例 1による光ファイバの接続方法を示す縦断面図である。本接続例においては、光ファイバ 10の空孔 3端部の空隙内に、屈折率整合剤 13を充填した。その後、この屈折率整合剤 13を充填した状態の光ファイバ 10と被接続用光ファイバ 60とを、各々のコア部 1、 61の中心軸が一致するように突合せて接続した。ここで、屈折率整合剤 13は、波長 1550nmの光に対する屈折率が約 1. 44である粘性が高いグリスである。

[0088] このように光ファイバ 10の空孔 3内に屈折率整合剤 13を充填することによって、光ファイバ 10の端部において、第 1クラッド部 2の屈折率が第 2クラッド部 4の屈折率に近づく。これにより光ファイバ 10の MFDが広がり、被接続用光ファイバ 60の MFDの値に近づく。また、ファイバ接続端部においてクラッド部の屈折率がほぼ一様になるため、フレネル反射による接続損失も抑えることができる。ここで、光ファイバ接続端部における、接続損失を測定してみたところ 0. ldB以下であった。

[0089] [接続例 2]

図 7は接続例 2による光ファイバの接続方法を示す縦断面図である。本接続例においては、光ファイバ 10の端部の空孔 3が熱によって潰されて、被接続用光ファイバ 60 と、コア部 1、 61の中心軸が一致するように突合せて接続した。

[0090] 空孔 3が潰されることによって閉塞部 16が形成され、光ファイバ 10端部の第 1クラッド部 2の屈折率が第 2クラッド部 4の屈折率とほぼ等しくなる。そのため、接続例 1と同様な効果が得られた。光ファイバ端部に対し何も処理をせずに突合せ接続をした場合に比べ、接続損失が幾らか低減した。上記接続例 2による光ファイバ接続端部と同様に接続損失を測定してみたところ 0. ldB以下であった。

[0091] [接続例 3]

接続例 2に示されるように光ファイバ 10の端部の空孔を潰しつつ、被接続用光ファィバ 60と融着により接続を行った。融着条件に関して、急激に強いパワーで放電すると空孔が膨張し、時には破裂して、融着部に大きな空洞や欠損部分が生じてしまう。そのため、本接続例においては、放電強度をかなり弱ぐ放電時間を長めに設定して、空孔を徐々に潰して融着を行った。

[0092] ここで、接続部における屈折率分布は、上記接続例と同様にほぼ一様になった。そして接続部における MFDは大きくなり、被接続用光ファイバの MFDに近づいた。また、融着することにより、双方の光ファイバのコア部に夫々ドープされたゲルマニウムが相互に拡散するため、上記接続例 1、 2に比べ、接続部における両光ファイバ MF Dは互いに近づく結果となり接続損失はさらに小さくなつた。上記接続例と同様に、上記接続例 3によるファイバ接続端部の接続損失を測定してみたところ 0. 05dB以下であった。

[0093] [ファイバ使用例]

図 8は本発実施例に力、かる光ファイバを導波路として使用した例を示す系統図である。図 8において、 [ファイバ例 1]にて示した光ファイバ 10は、前端と後端の両接続部 Cl、 C2に、それぞれ格 G. 652の幹線系の光ファイバ 70、 70が接続されている。本使用例は、障害物 100によって系統の 2箇所にて直角に曲がらなければならない場合を想定している。 2箇所の屈曲部 A、 Bは、それぞれ曲率半径 7. 5mmに曲げられている。

[0094] 図 8に示される系統を幹線系の光ファイバ 70のみを使用して敷設した場合、屈曲部 A、 Bの 2箇所で約 10dBと大きな曲げ損失が生じ、幹線系トータルでの伝送損失が非常に大きくなつてしまった。

[0095] し力、しながら、図 8に示されるように障害物 100に上述の光ファイバ 10を使用したところ、屈曲部 A、 Bに生じる曲げ損失は非常に小さく抑えられ、この場合、その損失は 0. ldB以下であった。また、光ファイバ 10の MFDは従来の空孔を有する曲げに強い光ファイバよりも大きぐ上記接続例の手段を用いれば、接続部 1箇所に生じる損失は 0. ldB以下であった。以上を考慮すると、幹線系ファイバのみを敷設した場合に比べ、幹線系トータルでの伝送損失を非常に小さく抑えることができた。

[0096] 以上のように、本発明に力かる光ファイバおよび導波路は、引き回し時に屈曲部が形成される系統の光ファイバケーブルに用いられて有用なものであり、特にオフィスや家庭或いはマンションへの光ファイバケーブルの導入時等に用いられるドロップ光ファイバケーブル、インドア光ファイバケーブル、及び宅内配線用光ファイバケープル等の光ファイバケーブルに最適なものである。産業上の利用可能性

[0097] 以上のように、本発明にかかる光ファイバおよび導波路は、 SMFに接続する際に生じる接続損失の低減と曲率半径の小さい屈曲部が形成された際に生じる曲げ損失の低減との両立に有用であり、特に、オフィスや家庭或いはマンションへの光フアイバケーブルの導入時等に用いられるドロップ光ファイバケーブル、インドア光ファイバケーブル、及び宅内配線用光ファイバケーブル等の各種光ファイバケーブルおよびこれを用いて形成される導波路に適している。

Claims

請求の範囲

[I] 不純物がドープされたコア部と、前記コア部の周囲に層状に形成された微細構造を有する第 1クラッド部と、前記第 1クラッド部の周囲に層状に形成された均質な媒質の第 2クラッド部とを有し、前記コア部と第 2クラッド部との比屈折率差 Δ1が 0. 01 % 以上 0. 3。/₀未満であることを特徴とする光ファイバ。

[2] 前記コア部、前記第 1クラッド部および前記第 2クラッド部の総断面積に対する前記第 1クラッド部の前記微細構造の総断面積の比率が 20%未満であることを特徴とする請求項 1記載の光ファイバ。

[3] 前記第 1クラッド部の前記微細構造の横断面配置形状が、中心軸に対して 2回回転対称とされていることを特徴とする請求項 1または 2に記載の光ファイバ。

[4] 前記第 1クラッド部の前記微細構造の横断面配置形状が、中心軸に対して 6回回転対称とされていることを特徴とする請求項 1または 2に記載の光ファイバ。

[5] 前記第 1クラッド部の前記微細構造の横断面配置形状が、中心軸に対して 4回回転対称とされていることを特徴とする、請求項 1または 2に記載の光ファイバ。

[6] 前記微細構造のうち少なくとも 3つが、横断面にて同一円周上に配置されていることを特徴とする請求項 1から 5のいずれ力 4項に記載の光ファイバ。

[7] 前記微細構造が、異なる 2つ以上の径の同一円周上に配置されていることを特徴とする請求項 1から 6のいずれ力 4項に記載の光ファイバ。

[8] 前記コア部が、ゲルマニウムおよびリンの少なくともいずれか一方が添加されたシリ力ガラスからなることを特徴とする請求項 1から 7のいずれ力 4項に記載の光フアイノ^

[9] 前記第 2クラッド部が、純粋なシリカガラスからなることを特徴とする請求項 1から 8のいずれか 1項に記載の光ファイバ。

[10] 前記第 2クラッド部が、フッ素が添加されたシリカガラスからなることを特徴とする請求項 1から 8のいずれ力、 1項に記載の光ファイバ。

[II] 前記第 1クラッド部の微細構造以外の媒質は、前記第 2クラッド部と実質的に同じ媒質であることを特徴とする請求項 1から 10のいずれ力 1項に記載の光ファイバ。

[12] 前記微細構造は、光ファイバの長手方向中心軸に平行に形成された空孔であることを特徴とする請求項 1から 11のいずれ力 1項に記載の光ファイバ。

[13] 所定の波長を有する導波する光が、単一モードで導波することを特徴とする請求項

1力ら 12のいずれ力 1項に記載の光ファイバ。

[14] 1500nm以上の波長を有する導波する光力 S、単一モードで導波することを特徴とする請求項 13に記載の光ファイバ。

[15] 1250nm以上の波長を有する導波する光力単一モードで導波することを特徴とする請求項 13に記載の光ファイバ。

[16] 波長 1550nmにおけるモードフィールド径を A[ x m]、波長 1550nmにおける曲率半径 7. 5mmにおける曲げ損失を B [dB/m]としたとき、 B≤lであり、且つ以下の（1)式が成り立つことを特徴とする請求項 1から 15のいずれ力、 1項に記載の光ファィバ。

A≥log B + 8 · · · (1)

10

[17] 前記 Aおよび Bが、以下の（2)式をさらに満たすことを特徴とする請求項 16に記載の光ファイバ。

A≥log B + 9 · · · (2)

10

[18] 前記 Aが 7 /i m〜： 13 μ mであることを特徴とする請求項 16または 17に記載の光フアイバ。

[19] 前記 Aが 7 /i m〜： 12 μ ΐηであることを特徴とする請求項 16または 17に記載の光フアイバ。

[20] 前記 Aが 7 /i m〜： 11 μ ΐηであることを特徴とする請求項 16または 17に記載の光フアイバ。

[21] 前記 Bが 0. ldB/m以下であることを特徴とする請求項 16または 17に記載の光フアイバ。

[22] 波長 1550nmにおける曲率半径 7. 5mmの曲げ損失が 0. ldB/m以下であることを特徴とする請求項 1から 15のいずれ力 4項に記載の光ファイバ。

[23] 波長 1550nmにおける曲率半径 5. Ommの曲げ損失が 0. ldB/m以下であることを特徴とする、請求項 1から 15のいずれか 1項に記載の光ファイバ。

[24] 前記微細構造が空孔であり、該空孔の内部空間を密封する密封手段が設けられてレ、ることを特徴とする請求項 1から 23のいずれ力 4項に記載の光ファイバ。

[25] 前記密封手段は、前記空孔の両端部に設けられた隔壁であることを特徴とする請求項 24に記載の光ファイバ。

[26] 前記密封手段は、長手方向に任意の間隔をおいて複数設けられ前記空孔を複数に区切って密封する隔壁であることを特徴とする請求項 24に記載の光ファイバ。

[27] 前記密封手段は、接続端部の前記空孔に充填された屈折率整合材であり、該屈折率整合材が充填された接続端部に、他の光ファイバが接続されることを特徴とする請求項 24に記載の光ファイバ。

[28] 前記密封手段は、接続端部の前記空孔が潰されて密封状態とされたものであり、該潰されて密封状態とされた接続端部に、他の光ファイバが接続されることを特徴とする請求項 24に記載の光ファイバ。

[29] 請求項 1から 28のいずれ力、 1項に記載の光ファイバを、曲率半径 3mm以上 60mm 以下の曲げを少なくとも 1箇所設けて形成することを特徴とする導波路。