WO2022181614A1 - 光ファイバ - Google Patents
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- G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
Definitions
- the present disclosure relates to optical fibers.
- This application claims priority based on Japanese application No. 2021-028380 filed on February 25, 2021, and incorporates all the descriptions described in the Japanese application.
- Patent document 1 describes ITU-T G.
- An optical fiber is disclosed that has a MAC similar to that of a general-purpose single-mode optical fiber (SMF) conforming to the G.652 recommendation and can suppress bend loss.
- MAC is a value obtained by dividing the mode field diameter (MFD) [ ⁇ m] at a wavelength of 1310 nm by the fiber cutoff wavelength ⁇ c [ ⁇ m].
- MFD mode field diameter
- ⁇ c the refractive index distribution in the radial direction of the core is defined by the ⁇ multiplier.
- Patent Document 2 discloses an optical fiber capable of minimizing bending loss and loss difference by wavelength and maintaining short cut-off wavelength characteristics.
- a trench layer is provided outside the core.
- the optical fiber of the present disclosure includes a core having a maximum refractive index n1 and an outer diameter 2a, and a clad provided around the core and having a refractive index n0 smaller than the maximum refractive index n1 at the interface with the core. , provided.
- the core has at least a first region and a second region which are radially adjacent to each other and which are radially partial regions.
- the refractive index distribution n(r) in the radial direction of the core is given by the relative refractive index difference ⁇ 1 between the refractive index at the center of the core and the refractive index of the clad, with respect to the distance r in the radial direction from the center of the core.
- the shape is defined by the ⁇ multiplier shown in equations (1) and (2).
- the refractive index distribution n(r) follows different ⁇ power distributions.
- the mode field diameter at a wavelength of 1310 nm is 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less.
- the zero dispersion wavelength is 1300 nm or more and 1324 nm or less.
- the bending loss at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm is 7.5 dB/10 turns or less.
- FIG. 1 is a diagram showing a cross section of an optical fiber according to an embodiment.
- FIG. 2 is a graph showing an ⁇ power profile applied to an optical fiber.
- FIG. 3 is an explanatory diagram of the hem.
- FIG. 4 is a diagram showing a cross section of an optical fiber according to a modification.
- FIG. 5 is a graph showing the relationship between ⁇ 1 and bending loss.
- An object of the present disclosure is to provide an optical fiber capable of further suppressing bending loss while suppressing an increase in connection loss.
- An optical fiber according to an embodiment of the present disclosure includes a core having a maximum refractive index n1 and an outer diameter 2a, and a core having a refractive index n smaller than the maximum refractive index n1 at an interface with the core. a cladding with 0 .
- the core has at least a first region and a second region which are radially adjacent to each other and which are radially partial regions.
- the refractive index distribution n(r) in the radial direction of the core is given by the relative refractive index difference ⁇ 1 between the refractive index at the center of the core and the refractive index of the clad, with respect to the distance r in the radial direction from the center of the core.
- the shape is defined by the ⁇ multiplier shown in equations (1) and (2).
- the refractive index distribution n(r) follows different ⁇ power distributions.
- the mode field diameter at a wavelength of 1310 nm is 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less.
- the zero dispersion wavelength is 1300 nm or more and 1324 nm or less.
- the bending loss at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm is 7.5 dB/10 turns or less.
- This optical fiber has a mode field diameter of 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less at a wavelength of 1310 nm. Therefore, the MFD mismatch with the general-purpose SMF can be reduced. Also, the zero dispersion wavelength is 1300 nm or more and 1324 nm or less. Therefore, optical signals with little distortion can be transmitted.
- the refractive index distribution in the radial direction of the core has different ⁇ multipliers in the first region and the second region. This makes it possible to further optimize the refractive index profile.
- the bending loss at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm is 7.5 dB/10 turns or less. Therefore, bending loss can be further suppressed.
- the first region may include the central axis of the core.
- the second region may include the outer peripheral surface of the core. Even in this case, bending loss can be further suppressed while splice loss is suppressed.
- the refractive index distribution n(r) may have an ⁇ multiplier of ⁇ 1 in the first region and an ⁇ multiplier of ⁇ 2 in the second region. ⁇ 2 may be greater than ⁇ 1.
- the refractive index in the second region forming the outer peripheral portion of the core, the refractive index does not decrease smoothly from the core to the clad, but decreases in a nearly linear fashion. Therefore, the rate of change of the refractive index in the second region is increased, and leakage of light energy can be suppressed. As a result, bending loss characteristics are improved.
- ⁇ 1 may be 1.5 or more and 10 or less. In this case, since ⁇ 1 is 1.5 or more, even a core to which Ge is added can be easily manufactured. Further, when ⁇ 1 is 10 or less, bending loss can be further suppressed.
- the refractive index distribution n(r) may be in contact with each other at the boundary between the first region having an ⁇ multiplier of ⁇ 1 and the second region having an ⁇ multiplier of ⁇ 2.
- the core refractive index n2 at the boundary may be expressed as 0.2* n1 ⁇ n2 ⁇ 0.8 * n1 using the maximum core refractive index n1. In this case, leakage of light energy can be suppressed. If the refractive index n2 is greater than or equal to 0.8 ⁇ n1, it will be difficult to sharply lower the refractive index distribution, and the effect of concentrating the light power distribution in the central portion of the core 10 will be weakened. As a result, light energy is likely to leak.
- n2 is 0.2 ⁇ n1 or less , even if the refractive index profile is sharply lowered, the effect is small, and the optical energy is reduced due to the linear decrease in the refractive index from the core to the clad. weakens the confinement force. As a result, light energy is likely to leak.
- the relative refractive index difference ⁇ 1 may be greater than 0.25% and less than 0.55%. Optical characteristics other than the mode field diameter are also described in G.I. In order to keep the mode field diameter in the range of 8.2 ⁇ m to 9.6 ⁇ m while complying with the 652A series standard, the relative refractive index difference ⁇ 1 is greater than 0.25% and 0.55% is preferably smaller than
- the optical fiber may further comprise a depressed layer around the core and between the core and the cladding.
- the refractive index n3 of the depressed layer may be smaller than both the maximum refractive index n1 of the core and the refractive index n0 of the cladding.
- FIG. 1 is a diagram showing a cross section of an optical fiber according to an embodiment.
- an optical fiber 1 includes a core 10 and a clad 20 provided around the core 10 .
- the core 10 has a maximum refractive index n1 and an outer diameter 2a.
- the clad 20 has a refractive index n 0 ( ⁇ n 1 ) smaller than n 1 at the interface with the core 10 .
- the core 10 is made of silica glass containing GeO 2 , for example.
- the clad 20 is made of pure silica glass, for example.
- the relative refractive index difference ⁇ 1 between the maximum refractive index n 1 of the core 10 and the refractive index n 0 of the cladding is greater than 0.25% and less than 0.55% (0.25% ⁇ ⁇ 1 ⁇ 0.55%).
- the refractive index of core 10 is increased by the addition of Ge. As the refractive index of the core 10 increases, the ability to confine light energy increases. When the relative refractive index difference ⁇ 1 is, for example, 0.25% or less , ITU-T G. In order to meet the standards of the 652A series, it is necessary to increase the MAC, which exceeds the upper limit of the MAC. Also, the MFD becomes too large. If the relative refractive index difference ⁇ 1 is, for example, 0.55% or more, the MFD becomes small, resulting in a large connection loss during fusion. Also, since the Ge dopant concentration in the core 10 increases, the transmission loss due to light scattering increases. Furthermore, since the cutoff becomes longer, single-mode operation of signal light cannot be guaranteed.
- the core 10 has at least a first region 11 and a second region 12, which are radial partial regions.
- the first region 11 and the second region 12 are radially adjacent to each other.
- the first area 11 is provided inside the second area 12 .
- the second area 12 is provided around the first area 11 .
- the core 10 consists of a first region 11 and a second region 12 .
- the first region 11 includes the central axis 10 a of the core 10 and the second region 12 includes the outer peripheral surface 10 b of the core 10 .
- the core 10 may have three or more regions, each of which is a partial region in the radial direction.
- the refractive index distribution n(r) in the radial direction of the core 10 follows the ⁇ -th power distribution represented by the following formula (1) in the first region 11 and the second region 12 .
- r is the radial distance from the central axis 10a of the core 10;
- a is the radius of the core 10 and the radial distance r at which n(r) equals the refractive index n 0 of the cladding 20;
- ⁇ 1 is the relative refractive index difference between the central position where the refractive index is maximum in the core 10 and the clad 20, and is represented by the following formula (2). That is, the radial refractive index distribution n(r) of the core 10 is expressed by the following formulas (1) and (2) with respect to the radial distance r (0 ⁇ r ⁇ a) from the center of the core 10.
- the ⁇ multiplier defines its shape.
- FIG. 2 is a graph showing profiles applied to the optical fiber 1.
- the horizontal axis indicates the radial position (hereinafter also simply referred to as radius), that is, the radial distance from the core center (central axis 10a).
- the vertical axis indicates the refractive index.
- FIG. 2 shows a profile with an ⁇ multiplier of ⁇ 1 and a profile with an ⁇ multiplier of ⁇ 2.
- ⁇ 1 is 1.5 or more and 10 or less (1.5 ⁇ 1 ⁇ 10).
- ⁇ 2 is a value larger than ⁇ 1 ( ⁇ 2> ⁇ 1).
- a refractive index profile with an ⁇ multiplier of ⁇ 1 equals refractive index n0 at radius r1.
- a refractive index profile with an ⁇ multiplier of ⁇ 2 equals refractive index n0 at radius r2.
- r2 is a value smaller than r1 (r2 ⁇ r1).
- the refractive index profile with an ⁇ multiplier of ⁇ 1 and the refractive index profile with an ⁇ multiplier of ⁇ 2 are in contact with each other at a radius r3.
- r3 is a value larger than r2 and smaller than r1 (r2 ⁇ r3 ⁇ r1). In the range where the radius is greater than 0 (r>0), the number of points of contact between the refractive index profile with an ⁇ multiplier of ⁇ 1 and the refractive index profile with an ⁇ multiplier of ⁇ 2 is one.
- the refractive index of the contact at radius r3 is n2.
- n2 is a value larger than n0 and smaller than n1 ( n0 ⁇ n2 ⁇ n1).
- the refractive index distribution in the radial direction of the core 10 follows different ⁇ power distributions in the first region 11 and the second region 12 .
- the refractive index distribution in the radial direction of the core 10 has an ⁇ multiplier of ⁇ 1 in the first region 11 and an ⁇ multiplier of ⁇ 2 in the second region 12 .
- the refractive index distribution in the radial direction of the core 10 is approximated by an ⁇ multiplier of ⁇ 1 in the first region 11 and approximated by an ⁇ multiplier of ⁇ 2 in the second region 12 .
- the boundary between the first area 11 and the second area 12 is set to a radius r3. Therefore, it can be said that the refractive index profile with the ⁇ multiplier of ⁇ 1 and the refractive index profile with the ⁇ multiplier of ⁇ 2 are in contact with each other at the boundary between the first region 11 and the second region 12 .
- the first region 11 is a region from radius 0 to radius r3, and the second region 12 is a region from radius r3 to radius r2.
- Radius r2 is radius a of core 10 . Since the boundary between the first region 11 and the second region 12 is set to the radius r3 in this manner, the profile applied to the optical fiber 1 can be a continuous shape without discontinuous points.
- the refractive index of the core 10 at the boundary between the first region 11 and the second region 12 is n2. It can also be said that the first region 11 is a region from the refractive index n0 to the refractive index n2, and the second region 12 is the region from the refractive index n2 to the maximum refractive index n1.
- the refractive index n2 is expressed by 0.2* n1 ⁇ n2 ⁇ 0.8 * n1 using the maximum refractive index n1.
- the preform base material is manufactured using any one of the VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method, the OVD (Outside Vapor Deposition) method which is a multi-layer deposition method, and the MMD method which is a multi-layer deposition method using multiple burners.
- VAD Very-phase Axial Deposition
- OVD Outside Vapor Deposition
- MMD Multi-layer deposition method using multiple burners.
- the value of the ⁇ multiplier can be adjusted by changing the flow rates of SiCl 4 and GeCl 4 , the flow rates of the combustion-enhancing gases such as hydrogen and oxygen, the rotation speed, and the traverse speed, which are introduced during the fabrication of the core. This allows the ⁇ multiplier to be changed midway through.
- a preform base material is manufactured through dehydration and sintering processes.
- the diffusion of additives such as GeO2 added only in the core region into the cladding region occurs irreversibly. Therefore, in the refractive index profile of the optical fiber, there is a portion called a skirt, in which the refractive index gradually decreases outward from the boundary between the core region and the cladding region.
- FIG. 3 is an explanatory diagram of the hem.
- the hem portion is indicated by diagonal lines.
- FIG. 3 shows an example of the refractive index distribution of a general-purpose SMF in order to explain the hem portion.
- a refractive index distribution corresponding to the skirt portion is excluded from the above-mentioned approximation to the power of ⁇ .
- the range of the skirt that is excluded is the range where the refractive index is lower than n 1 ⁇ 0.2.
- the refractive index does not decrease smoothly from the core 10 to the clad 20, but decreases with a large slope and in a nearly linear shape.
- the relative refractive index difference of the outer peripheral portion of the core 10 with respect to the clad 20 becomes large, so that the leakage of light energy can be prevented. Reducing light energy leakage improves bend loss characteristics.
- MAC is a value obtained by dividing the mode field diameter (MFD) [ ⁇ m] at a wavelength of 1310 nm by the fiber cutoff wavelength ⁇ c [ ⁇ m], as described above.
- the value of the ⁇ multiplier is set so as to fall within the bend loss specification in the range of MAC 7.1 ⁇ 0.4.
- the MFD at a wavelength of 1310 nm is 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less.
- Standards for general-purpose fibers require the MFD at a wavelength of 1310 nm to be (8.6 ⁇ m to 9.2 ⁇ m) ⁇ 0.4 ⁇ m, that is, in the range of 8.2 ⁇ m to 9.6 ⁇ m.
- the optical fiber 1 satisfies the above standard for MFD.
- the bending loss at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm is 7.5 dB/10 turns or less.
- bending loss at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm is required to be 1.0 dB/10 turns or less.
- bending loss at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm is required to be 7.5 dB/10 turns or less. The smaller the bend radius, the easier it is for light energy to leak. Therefore, when the bending radius is small, the bending loss is greater than when the bending radius is large.
- the zero-dispersion wavelength is 1300 nm or more and 1324 nm or less.
- the cable cutoff wavelength ⁇ cc is 1260 nm or less.
- FIG. 4 is a diagram showing a cross section of an optical fiber according to a modification.
- the optical fiber 1A further includes a depressed layer 30 provided around the core 10 and between the core 10 and the clad 20.
- the refractive index n3 of the depressed layer 30 is less than both the maximum refractive index n1 of the core 10 and the refractive index n0 of the cladding.
- the relative refractive index difference ⁇ 3 of the depressed layer 30 is, for example, ⁇ 0.12% or more and 0% or less.
- the trench layer improves bending loss characteristics.
- the depressed layer 30 can be provided by flowing CF 4 gas in the clad deposition process, so productivity can be improved. According to the optical fiber 1A including the depressed layer 30, bending loss can be suppressed.
- Table 1 is a table summarizing the specifications of the optical fibers of Experimental Examples 1 to 15.
- relative refractive index difference ⁇ 1 [%] relative refractive index difference ⁇ 2 [%]
- ⁇ 1, ⁇ 2, MFD [ ⁇ m] at a wavelength of 1310 nm
- bending loss at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm [dB / 10 turns] are shown.
- Experimental Examples 9-10 13 and 14 are comparative examples, and the others are working examples.
- the bending loss was 7.77 dB/10 turns, which is out of the standard range.
- the bending loss was 9.13 dB/10 turns, which is out of the standard range.
- the zero-dispersion wavelength is 1328 nm, which is out of the standard range.
- the bending loss was 7.92 dB/10 turns, which is out of the standard range.
- FIG. 5 is a graph showing the relationship between ⁇ 1 and bending loss.
- the horizontal axis indicates ⁇ 1.
- the vertical axis represents bending loss [dB/10 turn] at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm.
- FIG. 5 contains the results of Examples 5-9. As shown in FIG. 5, the smaller ⁇ 1 is, the better the bending loss characteristic is. However, as described above, it is difficult to achieve a refractive index profile with an ⁇ multiplier of 1.
- the relative refractive index difference ⁇ 1 was varied.
- the relative refractive index difference ⁇ 2 was set to 1 ⁇ 4 of the relative refractive index difference ⁇ 1. From this result, it can be seen that the larger the relative refractive index difference ⁇ 1 , the better the bending loss.
- the standard requires that the MFD at a wavelength of 1310 nm be in the range of 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less.
- the zero-dispersion wavelength is required to be in the range of 1300 nm or more and 1324 nm or less.
- the relative refractive index difference ⁇ 1 is less than 0.3, the bending loss increases and is out of the standard.
- the relative refractive index difference ⁇ 1 is greater than 0.5, the zero-dispersion wavelength increases and is out of the standard.
- the cutoff is large, and the G.I. 657. It exceeds the range of the cable cutoff wavelength ⁇ cc ⁇ 1260 nm, which is the standard for the A series, and the single mode operation of the signal light cannot be guaranteed.
- the optical fiber 1 has an MFD of 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less at a wavelength of 1310 nm. Therefore, the MFD mismatch with the general-purpose SMF can be kept small. Also, the zero dispersion is 1300 nm or more and 1324 nm or less. Therefore, optical signals with little distortion can be transmitted. Further, the refractive index distribution in the radial direction of the core 10 follows the refractive index distributions with different ⁇ multipliers in the first region 11 and the second region 12 . This makes it possible to further optimize the refractive index profile.
- the bending loss at a wavelength of 1550 nm with a bending radius of 10 mm is 7.5 dB/10 turns or less. Therefore, bending loss can be further suppressed.
- the refractive index profile of the optical fiber 1 has an ⁇ multiplier of ⁇ 1 in the first region 11 and an ⁇ multiplier of ⁇ 2 in the second region 12 .
- ⁇ 2 is greater than ⁇ 1. Therefore, in the second region 12 forming the outer peripheral portion of the core 10, the refractive index does not gradually decrease from the core 10 to the clad 20, but decreases in a nearly linear manner. Therefore, the rate of change of the refractive index (slope of the graph) of the second region 12 is increased, and leakage of light energy can be suppressed. As a result, bending loss characteristics are improved.
- the shape is such that the refractive index linearly decreases from the center position of the core to the clad. With such a shape of the refractive index distribution, the light power distribution tends to be concentrated at the center of the core, so that the bending characteristics of the optical fiber can be improved.
- the core 10 is doped with Ge, diffusion of Ge occurs during the dehydration and sintering steps. It is difficult to control such Ge diffusion. Therefore, it is difficult to achieve a refractive index profile with an ⁇ multiplier of 1.
- ⁇ 1 is 1.5 or more, even the core 10 doped with Ge can be easily manufactured.
- ⁇ 1 since ⁇ 1 is 10 or less, bending loss can be further suppressed.
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Abstract
光ファイバは、最大屈折率n1と外径2aとを有するコアと、コアとの界面において、前記最大屈折率n1より小さい屈折率n0を有するクラッドとを備える。コアは、それぞれ径方向の一部領域であると共に、径方向で互いに隣り合う第1領域及び第2領域を少なくとも有する。コアの径方向の屈折率分布n(r)は、コアの中心から半径方向の距離rに対して所定の式に示すα乗数によりその形状が規定される。第1領域及び第2領域において、屈折率分布n(r)は、互いに異なるα乗分布に従う。波長1310nmにおけるモードフィールド径は、8.2μm以上9.6μm以下である。零分散波長は1300nm以上1324nm以下である。曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失は、7.5dB/10turn以下である。
Description
本開示は、光ファイバに関する。
本出願は、2021年2月25日出願の日本出願第2021-028380号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
本出願は、2021年2月25日出願の日本出願第2021-028380号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
特許文献1には、ITU-T G.652勧告に準拠する汎用的なシングルモード光ファイバ(SMF)と同様のMACを有すると共に、曲げ損失を抑制することができる光ファイバが開示されている。MACは、波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)[μm]をファイバカットオフ波長λc[μm]で割った値である。この光ファイバでは、コアの径方向の屈折率分布が、α乗数により規定される分布になっている。
特許文献2には、曲げ損失及び波長別損失差を最小化すると共に、短い遮断波長特性を維持することができる光ファイバが開示されている。この光ファイバでは、コアの外側にトレンチ層が設けられている。
本開示の光ファイバは、最大屈折率n1と外径2aとを有するコアと、コアの周囲に設けられ、コアとの界面において、最大屈折率n1より小さい屈折率n0を有するクラッドと、を備える。コアは、それぞれ径方向の一部領域であると共に、径方向で互いに隣り合う第1領域及び第2領域を少なくとも有する。コアの径方向の屈折率分布n(r)は、コアの中心における屈折率と、クラッドの屈折率との比屈折率差Δ1としたとき、コアの中心から半径方向の距離rに対して式(1)及び式(2)に示すα乗数によりその形状が規定される。第1領域及び第2領域において、屈折率分布n(r)は、互いに異なるα乗分布に従う。波長1310nmにおけるモードフィールド径は、8.2μm以上9.6μm以下である。零分散波長は1300nm以上1324nm以下である。曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失は、7.5dB/10turn以下である。
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献1に開示された光ファイバでは、曲げ損失が抑制されるものの、十分ではない。曲げ損失を更に抑制するために、コアの屈折率を高くすることが考えられる。この場合、光エネルギーの閉じ込め力が強くなる結果、曲げ損失特性が向上する。しかしながら、MFDが小さくなるので、汎用的なSMFとの間でMFD不整合が大きくなる。よって、融着時の接続損失が大きくなる。
特許文献1に開示された光ファイバでは、曲げ損失が抑制されるものの、十分ではない。曲げ損失を更に抑制するために、コアの屈折率を高くすることが考えられる。この場合、光エネルギーの閉じ込め力が強くなる結果、曲げ損失特性が向上する。しかしながら、MFDが小さくなるので、汎用的なSMFとの間でMFD不整合が大きくなる。よって、融着時の接続損失が大きくなる。
本開示は、接続損失の増加を抑制しながら、曲げ損失を更に抑制可能な光ファイバを提供することを目的とする。
[本開示の効果]
本開示によれば、接続損失の増加を抑制しながら、曲げ損失を更に抑制可能な光ファイバを提供することができる。
本開示によれば、接続損失の増加を抑制しながら、曲げ損失を更に抑制可能な光ファイバを提供することができる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の一実施形態に係光ファイバは、最大屈折率n1と外径2aとを有するコアと、コアの周囲に設けられ、コアとの界面において、最大屈折率n1より小さい屈折率n0を有するクラッドと、を備える。コアは、それぞれ径方向の一部領域であると共に、径方向で互いに隣り合う第1領域及び第2領域を少なくとも有する。コアの径方向の屈折率分布n(r)は、コアの中心における屈折率と、クラッドの屈折率との比屈折率差Δ1としたとき、コアの中心から半径方向の距離rに対して式(1)及び式(2)に示すα乗数によりその形状が規定される。第1領域及び第2領域において、屈折率分布n(r)は、互いに異なるα乗分布に従う。波長1310nmにおけるモードフィールド径は、8.2μm以上9.6μm以下である。零分散波長は1300nm以上1324nm以下である。曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失は、7.5dB/10turn以下である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の一実施形態に係光ファイバは、最大屈折率n1と外径2aとを有するコアと、コアの周囲に設けられ、コアとの界面において、最大屈折率n1より小さい屈折率n0を有するクラッドと、を備える。コアは、それぞれ径方向の一部領域であると共に、径方向で互いに隣り合う第1領域及び第2領域を少なくとも有する。コアの径方向の屈折率分布n(r)は、コアの中心における屈折率と、クラッドの屈折率との比屈折率差Δ1としたとき、コアの中心から半径方向の距離rに対して式(1)及び式(2)に示すα乗数によりその形状が規定される。第1領域及び第2領域において、屈折率分布n(r)は、互いに異なるα乗分布に従う。波長1310nmにおけるモードフィールド径は、8.2μm以上9.6μm以下である。零分散波長は1300nm以上1324nm以下である。曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失は、7.5dB/10turn以下である。
この光ファイバでは、波長1310nmにおけるモードフィールド径が8.2μm以上9.6μm以下である。このため、汎用的なSMFとの間のMFD不整合を小さくすることができる。また、零分散波長が1300nm以上1324nm以下である。このため、歪みの少ない光信号を伝送することができる。また、コアの径方向の屈折率分布は、第1領域及び第2領域において、α乗数が互いに異なる。これにより、屈折率分布をより最適化することができる。曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失は、7.5dB/10turn以下である。よって、曲げ損失を更に抑制することができる。
第1領域は、コアの中心軸を含んでもよい。第2領域は、コアの外周面を含んでいてもよい。この場合であっても、接続損失を抑制しながら、曲げ損失を更に抑制することができる。
屈折率分布n(r)は、第1領域において、α乗数がα1であると共に、第2領域において、α乗数がα2であってもよい。α2は、α1よりも大きくてもよい。この場合、コアの外周部を構成する第2領域において、屈折率がコアからクラッドになだらかに低下するのではなく、線型に近い形で低下する。よって、第2領域における屈折率の変化率が大きくなり、光エネルギーの漏れを抑制することができる。この結果、曲げ損失特性が向上する。
α1は、1.5以上10以下であってもよい。この場合、α1が1.5以上であるため、Geが添加されたコアであっても容易に作製することができる。また、α1が10以下であることにより、曲げ損失を一層抑制することができる。
屈折率分布n(r)は、α乗数がα1である第1領域と、α乗数がα2である第2領域との境界で互いに接していてもよい。境界におけるコアの屈折率n2は、コアの最大屈折率n1を用いて、0.2×n1<n2<0.8×n1で表されてもよい。この場合、光エネルギーの漏れを抑制することができる。仮に屈折率n2が0.8×n1以上であると、屈折率分布を急峻に立ち下げることが難しく、コア10の中央部に光のパワー分布が集中する効果が弱くなる。この結果、光エネルギーが漏れやすくなる。また、仮にn2が0.2×n1以下であると、屈折率分布を急峻に立ち下げても、その効果が小さく、屈折率がコアからクラッドに線型的に低下することによる光エネルギーの閉じ込め力が弱くなる。この結果、光エネルギーが漏れやすくなる。
比屈折率差Δ1は、0.25%よりも大きく、かつ、0.55%よりも小さくてもよい。モードフィールド径以外の光学特性もG.652Aシリーズの規格に準拠するようにしつつ、モードフィールド径を8.2μm以上9.6μm以下の範囲にするには、比屈折率差Δ1は、0.25%よりも大きく、0.55%よりも小さいことが好ましい。
上記光ファイバは、コアの周囲であって、コアとクラッドとの間に設けられたディプレスト層を更に備えてもよい。ディプレスト層の屈折率n3は、コアの最大屈折率n1及びクラッドの屈折率n0の双方よりも小さくてもよい。Δ3=100×(n3
2-n0
2)/2n3
2なる式で表されるディプレスト層の比屈折率差Δ3は、-0.12%以上0%以下であってもよい。この場合、ディプレスト層により曲げ損失を一層抑制することができる。
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の光ファイバの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本開示の光ファイバの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、実施形態に係る光ファイバの断面を示す図である。図1に示されるように、光ファイバ1は、コア10と、コア10の周囲に設けられたクラッド20と、を備える。コア10は、最大屈折率n1と外径2aと有する。クラッド20は、コア10との界面においてn1より小さい屈折率n0(<n1)を有する。コア10は、たとえば、GeO2を含むシリカガラスからなる。クラッド20は、たとえば、純シリカガラスからなる。コア10の最大屈折率n1とクラッドの屈折率n0との比屈折率差Δ1は、0.25%よりも大きく、かつ、0.55%よりも小さい(0.25%<Δ1<0.55%)。
コア10の屈折率は、Geの添加により高くなる。コア10の屈折率が高くなると、光エネルギーを閉じ込める力が強くなる。比屈折率差Δ1が、たとえば0.25%以下の場合、ITU-T G.652Aシリーズの規格に収めるためには、MACを大きくする必要があり、MACの上限値を超えてしまうことになる。またMFDが大きくなりすぎることにもなる。比屈折率差Δ1が、たとえば0.55%以上の場合は、MFDが小さくなるので、融着の際の接続損失が大きくなってしまう。また、コア10のGeドーパント濃度が高くなるため、光の散乱による伝送損失が大きくなる。更に、カットオフが長くなるため、信号光のシングルモード動作を保証できなくなる。
コア10は、それぞれ径方向の一部領域である第1領域11及び第2領域12を少なくとも有している。第1領域11及び第2領域12は、径方向で互いに隣り合っている。第1領域11は、第2領域12の内側に設けられている。第2領域12は、第1領域11の周囲に設けられている。本実施形態では、コア10は第1領域11及び第2領域12からなる。第1領域11は、コア10の中心軸10aを含み、第2領域12はコア10の外周面10bを含んでいる。なお、コア10はそれぞれ径方向の一部領域である3つ以上の領域を有していてもよい。
コア10の径方向の屈折率分布n(r)は、第1領域11及び第2領域12において、下記式(1)で示されるα乗分布に従う。rは、コア10の中心軸10aからの径方向距離である。aは、コア10の半径であり、n(r)がクラッド20の屈折率n0と等しくなる径方向距離rである。Δ1は、コア10において屈折率が最大となる中心位置とクラッド20との間の比屈折率差であり、下記式(2)で表される。すなわち、コア10の径方向の屈折率分布n(r)は、コア10の中心から半径方向の距離r(0≦r≦a)に対して下記式(1)及び下記式(2)に示すα乗数によりその形状が規定される。
図2は、光ファイバ1に適用されるプロファイルを示すグラフである。横軸は、径方向半径位置(以下、単に半径とも言う)、すなわち、コア中心(中心軸10a)からの径方向距離を示す。縦軸は、屈折率を示す。図2には、α乗数がα1であるプロファイルと、α乗数がα2であるプロファイルとが示されている。α1は、1.5以上10以下である(1.5≦α1≦10)。α2は、α1よりも大きい値である(α2>α1)。
α乗数が大きくなるほど、プロファイルは、SI型のプロファイルに近づく。α乗数がα1である屈折率プロファイルは、半径r1で屈折率n0と等しくなる。α乗数がα2である屈折率プロファイルは、半径r2で屈折率n0と等しくなる。r2は、r1よりも小さい値である(r2<r1)。
α乗数がα1である屈折率プロファイルとα乗数がα2である屈折率プロファイルとは、半径r3で互いに接している。r3は、r2よりも大きく、r1よりも小さい値である(r2<r3<r1)。半径が0よりも大きい範囲(r>0)において、α乗数がα1である屈折率プロファイルとα乗数がα2である屈折率プロファイルとの接点の数は1つである。半径r3における接点の屈折率は、n2である。n2は、n0よりも大きく、n1よりも小さい値である(n0<n2<n1)。
コア10の径方向の屈折率分布は、第1領域11及び第2領域12において、互いに異なるα乗分布に従う。具体的には、コア10の径方向の屈折率分布は、第1領域11において、α乗数がα1であると共に、第2領域12において、α乗数がα2である。換言すると、コア10の径方向の屈折率分布は、第1領域11において、α乗数がα1で近似されると共に、第2領域12において、α乗数がα2で近似される。
第1領域11及び第2領域12の境界は、半径r3に設定されている。よって、α乗数がα1である屈折率プロファイルとα乗数がα2である屈折率プロファイルとは、第1領域11及び第2領域12の境界で互いに接していると言える。第1領域11は半径0から半径r3までの領域であり、第2領域12は半径r3から半径r2までの領域である。半径r2は、コア10の半径aである。このように第1領域11及び第2領域12の境界が半径r3に設定されているので、光ファイバ1に適用されるプロファイルを不連続点のない連続的な形状とすることができる。
第1領域11及び第2領域12の境界におけるコア10の屈折率は、n2である。第1領域11は屈折率n0から屈折率n2までの領域であり、第2領域12は屈折率n2から最大屈折率n1までの領域であるとも言える。屈折率n2は、最大屈折率n1を用いて、0.2×n1<n2<0.8×n1で表される。
プリフォーム母材は、VAD(Vapor-phase Axial Deposition)法、多層付け法であるOVD(Outside Vapor Deposition)法、及び、複数本バーナによる多層付け法であるMMD法のいずれかを用いて製造される。コア部の作製時に導入されるSiCl4及びGeCl4の流量、水素及び酸素などの助燃性ガスの流量、回転速度、トラバース速度を変更することにより、α乗数の値を調整することができる。これにより、α乗数を途中で変更することができる。
プリフォーム母材は、脱水・焼結工程を経て製造される。脱水・焼結工程では、コア領域のみに添加されたGeO2などの添加物のクラッド領域への拡散が不可逆的に発生する。このため、光ファイバの屈折率分布には、コア領域とクラッド領域との境界から外側に向かって屈折率がなだらかに低下していくすそだれと呼ばれる部分が生じる。
図3は、すそだれの説明図である。図3では、すそだれ部分が斜線で示されている。図3では、すそだれ部分について説明するために、汎用的なSMFの屈折率分布の一例が示されている。光ファイバ1では、このようなすそだれ部分にあたる屈折率分布は、上述のα乗の近似から除外される。除外されるすそだれの範囲は、屈折率がn1×0.2よりも低い範囲とする。
α2>α1とすることで、第2領域12において、屈折率がコア10からクラッド20になだらかに低下するのではなく、大きな傾きで、線型に近い形状で低下する。これにより、クラッド20を基準としたコア10の外周部の比屈折率差が大きくなるので、光エネルギーの漏れを防ぐことができる。光エネルギーの漏れを低減することにより、曲げ損失特性が向上する。
一般に、光ファイバの曲げ損失は、MAC値により整理される。MACは、上述のように、波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)[μm]をファイバカットオフ波長λc[μm]で割った値である。α乗数の値は、MAC7.1±0.4の範囲で曲げ損失の規格内に収まるように設定される。
光ファイバ1では、波長1310nmにおけるMFDは、8.2μm以上9.6μm以下である。汎用ファイバの規格では、波長1310nmにおけるMFDを、(8.6μm~9.2μm)±0.4μm、すなわち、8.2μm以上9.6μm以下の範囲とすることが求められる。光ファイバ1は、MFDの上記規格を満たす。
光ファイバ1では、曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失は、7.5dB/10turn以下である。規格であるG.657.A2では、曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失が1.0dB/10turn以下であることが求められている。また、G657.A1では、曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失が7.5dB/10turn以下であることが求められている。曲げ半径が小さいほど、光エネルギーが漏れやすくなる。したがって、曲げ半径が小さい場合の方が、曲げ半径が大きい場合よりも曲げ損失が大きくなる。
光ファイバ1では、零分散波長は1300nm以上1324nm以下である。ケーブルカットオフ波長λccは1260nm以下である。
図4は、変形例に係る光ファイバの断面を示す図である。図4に示されるように、光ファイバ1Aは、コア10の周囲であって、コア10とクラッド20との間に設けられたディプレスト層30を更に備える。ディプレスト層30の屈折率n3は、コア10の最大屈折率n1及びクラッドの屈折率n0の双方よりも小さい。比屈折率差Δ3は、Δ3=100×(n3
2-n0
2)/2n3
2なる式で表される。ディプレスト層30の比屈折率差Δ3は、たとえば、-0.12%以上0%以下である。
特許文献2に開示された光ファイバでは、トレンチ層によって曲げ損失特性が向上する。しかしながら、VAD法又はOVD法で低屈折率部を形成するためには、屈折率が異なる複数の層を形成する必要がある。よって、プリフォーム母材の作製に必要な工程及び製造コストが増加する。これに対し、光ファイバ1Aを製造するには、クラッド堆積工程においてCF4ガスを流すことにより、ディプレスト層30を設ければよいので、生産性を向上させることができる。ディプレスト層30を備える光ファイバ1Aによれば、曲げ損失を抑制することができる。
続いて、シミュレーションによる実験結果について説明する。表1は、実験例1から15の光ファイバの緒元をまとめた表である。表1では、比屈折率差Δ1[%]、比屈折率差Δ2[%]、α1、α2、波長1310nmにおけるMFD[μm]及び、曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失[dB/10turn]が示されている。なお、比屈折率差Δ2は、Δ2=100×(n2
2-n0
2)/2n2
2なる式で表される。
実験例1から15のうち、実験例9,10,13,14は比較例であり、それ以外は実施例である。実験例9では、曲げ損失が7.77dB/10turnであり、規格の範囲外である。実験例10では、曲げ損失が9.13dB/10turnであり、規格の範囲外である。実験例13では、零分散波長が1328nmであり、規格の範囲外である。実験例14では、曲げ損失が7.92dB/10turnであり、規格の範囲外である。
実験例1から5では、α2以外の条件を揃え、α2の値を変化させた。この結果から、α2>α1とすることにより、曲げ損失特性が向上することがわかる。α2が大きいほど、曲げ損失の改善効果が強く表れるものの、α2がα1よりも大きいだけでも曲げ損失の改善効果がある。α2>5の場合(実験例4,5)は、曲げ損失を更に抑制することができる。また、MAC以外の条件は実験例2と同じで、MAC7.5の条件(実験例14)では、曲げ損失が7.5dB/10turnより大きくなり、規格を満たさなくなる。
実験例5から9では、α1以外の条件を揃え、α1の値を変化させた。図5は、α1と曲げ損失との関係を示すグラフである。横軸は、α1を示す。縦軸は、曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失[dB/10turn]を示す。図5には、実験例5から9の結果が含まれる。図5にも示されるように、α1が小さいほど曲げ損失特性がよくなる。しかしながら、上述のように、α乗数が1であるような屈折率分布を実現することは困難である。
実験例10から13では、比屈折率差Δ1を変化させた。比屈折率差Δ2を比屈折率差Δ1の1/4に設定した。この結果から、比屈折率差Δ1が大きいほど曲げ損失がよくなることがわかる。しかしながら、規格では、波長1310nmにおけるMFDを8.2μm以上9.6μm以下の範囲とすることが求められる。また、零分散波長は1300nm以上1324nm以下の範囲とすることが求められる。実験例10のように、比屈折率差Δ1が0.3より小さいと曲げロスが大きくなり、規格から外れる。また、実験例13のように、比屈折率差Δ1が0.5より大きいと零分散波長が大きくなり、規格から外れる。
実験例1から13の結果から、α1が小さいほど、又は、α2が大きいほど、同一MACで比較した際の曲げ損失特性が改善される傾向にあることがわかる。MAC7.1±0.4を考慮した際に、α1は5より小さく、α2>α1の関係を満たしているのがよい。MAC7.5以上の場合、屈折率分布によるものの、曲げ損失がG.657.Aシリーズの規格から外れる可能性がある。実験例14はα2>α1の関係を満たさず、MAC7.5であるのに対し、実験例15はα2>α1の関係を満たし、MAC6.9であるため、曲げ損失特性がよい。MAC6.6以下の場合、カットオフが大きくなり、G.657.Aシリーズの規格であるケーブルカットオフ波長λcc≦1260nmの範囲を上回り、信号光のシングルモード動作を保証できなくなる。
以上説明したように、光ファイバ1では、波長1310nmにおけるMFDが8.2μm以上9.6μm以下である。このため、汎用的なSMFとの間のMFD不整合を小さく抑えることができる。また、零分散分散が1300nm以上1324nm以下である。このため、歪みの少ない光信号を伝送することができる。また、コア10の径方向の屈折率分布は、第1領域11及び第2領域12において、α乗数が互いに異なる屈折率分布に従う。これにより、屈折率分布をより最適化することができる。曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失は、7.5dB/10turn以下である。よって、曲げ損失を更に抑制することができる。
光ファイバ1の屈折率分布は、第1領域11において、α乗数がα1であると共に、第2領域12において、α乗数がα2である。α2は、α1よりも大きい。このため、コア10の外周部を構成する第2領域12において、屈折率がコア10からクラッド20になだらかに低下するのではなく、線型に近い形で低下する。よって、第2領域12の屈折率の変化率(グラフの傾き)が大きくなり、光エネルギーの漏れを抑制することができる。この結果、曲げ損失特性が向上する。
α1が小さいほど、曲げ損失特性が向上する。α乗数が1である場合は、屈折率がコア中心位置からクラッドへ線型的に低下する形状となる。このような形状の屈折率分布によれば、光のパワー分布がコアの中心部に集中し易いので、光ファイバの曲げ特性を向上させることができる。しかしながら、光ファイバ1では、コア10にGeが添加されているので、脱水及び焼結工程中にGeの拡散が生じる。このようなGeの拡散を制御することは困難である。よって、α乗数が1であるような屈折率分布を実現することは困難である。光ファイバ1では、α1が1.5以上であるため、Geが添加されたコア10でも容易に作製することができる。また、α1が10以下であるため、曲げ損失を一層抑制することができる。
1,1A…光ファイバ
10…コア
10a…中心軸
10b…外周面
11…第1領域
12…第2領域
20…クラッド
30…ディプレスト層
10…コア
10a…中心軸
10b…外周面
11…第1領域
12…第2領域
20…クラッド
30…ディプレスト層
Claims (7)
- 最大屈折率n1と外径2aとを有するコアと、
前記コアの周囲に設けられ、前記コアとの界面において、前記最大屈折率n1より小さい屈折率n0を有するクラッドと、を備え、
前記コアは、それぞれ径方向の一部領域であると共に、径方向で互いに隣り合う第1領域及び第2領域を少なくとも有し、
前記コアの径方向の屈折率分布n(r)は、前記コアの中心における屈折率と、前記クラッドの屈折率との比屈折率差Δ1としたとき、前記コアの中心から半径方向の距離rに対して式(1)及び式(2)に示すα乗数によりその形状が規定され、
前記第1領域及び前記第2領域において、前記屈折率分布n(r)は、互いに異なるα乗分布に従い、
波長1310nmにおけるモードフィールド径は、8.2μm以上9.6μm以下であり、
零分散波長は1300nm以上1324nm以下であり、
曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失は、7.5dB/10turn以下である、
光ファイバ。
- 前記第1領域は、前記コアの中心軸を含み、
前記第2領域は、前記コアの外周面を含む、
請求項1に記載の光ファイバ。 - 前記屈折率分布n(r)は、前記第1領域において、α乗数がα1であると共に、前記第2領域において、α乗数がα2であり、
α2は、α1よりも大きい、
請求項2に記載の光ファイバ。 - α1は、1.5以上10以下である、
請求項3に記載の光ファイバ。 - 前記屈折率分布n(r)は、α乗数がα1である前記第1領域と、α乗数がα2である前記第2領域との境界で互いに接しており、
前記境界における前記コアの屈折率n2は、前記コアの最大屈折率n1を用いて、0.2×n1<n2<0.8×n1で表される、
請求項3又は4に記載の光ファイバ。 - 前記比屈折率差Δ1は、0.25%よりも大きく、かつ、0.55%よりも小さい、
請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の光ファイバ。 - 前記コアの周囲であって、前記コアと前記クラッドとの間に設けられたディプレスト層を更に備え、
前記ディプレスト層の屈折率n3は、前記コアの最大屈折率n1及び前記クラッドの屈折率n0の双方よりも小さく、
Δ3=100×(n3 2-n0 2)/2n3 2なる式で表される前記ディプレスト層の比屈折率差Δ3は、-0.12%以上0%以下である、
請求項2から請求項6のいずれか一項に記載の光ファイバ。
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Citations (7)
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- 2022-02-22 WO PCT/JP2022/007254 patent/WO2022181614A1/ja active Application Filing
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