JPH01295207A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機能性の高い光ファイバの構造に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

近年、石英系光ファイバを伝送路とした光通信システム
が、我が国の公衆通信システムにおいても実用化されて
きている。このような通信網に用いられる単一モード光
ファイバは、大量伝送を可能にするため使用波長１．３
μｍ程度で波長分散が零になるように、すなわち当該波
長付近での波長の違いによる光の伝搬時間の相対的な差
か零になるように設計されている。これを第７図に示す
。

また、光が伝搬する拡がり幅を表わすモートフィールド
径についても、低損失の接続を容易にするためにはある
程度以上に大きくすることが必要であり、具体的には１
０μｍ程度となるように設計されている。以上の結果、
従来の単一モード光ファイバの形状パラメータについて
は、コアとクラッドの比屈折率差が０．３％程度であり
、コアの直径が９μｍ程度として設計されるのが通常で
あった。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような光ファイバはコアとクラッド
の比屈折率差が低く、またコアの直径が大きいため、光
ファイバに対する近年の高機能性の要求には十分に応え
ることができない。すなわち、例えば波長分離素子とし
て光ファイバを利用するときには高分散特性が必要とさ
れ、また例えばファイバ・ラマン増幅などに光ファイバ
を利用するときには高パワー密度性が必要とされるが、
従来の光ファイバの形状パラメータは前述のようになっ
ているため、高分散特性および高パワー密度性を有さず
、従って各種の機能を実現することができない。

そこで本発明は、高分散特性を有するが故に波長分離素
子などとして用いることができ、しかも高パワー密度性
を有するが故にその非線形性を利用することができる機
能性の高い新規な光ファイバの構造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〕

本発明者は上記の事情にもとづき、鋭意研究を重ねた結
果、高分散性や高パワー密度性が極めて顕著な機能性の
高い新規な光ファイバの構造を見出した。

このような光ファイバはコアとクラッドの比屈折率差が
十分に大きく、かつコアは十分に細径にされていなけれ
ばならない。なぜなら、単一モード光ファイバの比屈折
率差やコア径を変化させると、波長分散やモードフィー
ルド径を変化゛させることができるからである。具体的
には、例えば使用波長での波長分散を大きくするように
、すなわち当該波長近傍での波長の差異による光の伝搬
時間の相対差を大きくするように設計する。このように
設計した光ファイバでは、波長の異なるいくつかの光を
含む信号を通すことにより、出力端にて時間的に分離す
ることが可能になる。一方、モードフィールド径を小さ
くして光フアイバ内を伝搬する光のパワー密度が大きく
なるように設計すると、例えば光ファイバの有する非線
形性がより顕著に現れることになる。

本発明によれば、第１図（ａ）に示されるように、光フ
ァイバのコアとクラッドの比屈折率差は１．０％程度以
上に十分に大きく設定され、コアの直径は４，０μｍ程
度以下に十分に細く設計される。このように大きな比屈
折率差は、例えば石英系光ファイバにおいては、クラッ
ドにフッ素を添加して低屈折率とし、コアにゲルマニウ
ムを添加して高屈折率にすることにより実現されるが、
これに限られるものではない。また、コアとクラッドの
界面の屈折率分布については、特に限定されるものでは
ないが、例えばコアの屈折率分布を第１図（ｂ）のよう
に滑らかに変化させるようにすれば、線引き時の応力集
中を緩和することができる。このような屈折率分布は、
例えばＶＡＤ法でガラス母材を形成することで実現でき
る。そして、望ましくはクラッドの外径は１００μｍ程
度以下にされ、コイル状に巻いて使用することが可能に
なっている。

〔作用〕

本発明の構成によれば、コアの直径が４μｍ以下となっ
ているので、比屈折率差が大きいほど得られる波長分散
が大きくなる。第２図に、コアの屈折率分布が放物線状
（第１図（ｂ）図示）となった光ファイバについての、
コアの直径２ａと１．３μｍでの波長分散の特性を、比
屈折率差Δを変えて示す。比屈折率差を１８０％以上に
すると、５０　ｐｓ／　ｎｍ／　ｔａｎ程度以上の波長
分散、すなわち光ファイバの１ｋＩ１１あたり波長のｌ
ｎｍ違う光の相対的な伝搬時間差が５０ｐｓ以上となる
大きな波長分散を実現することができる。従って、第３
図のように波長分散素子として用いることが可能になる
。また、このときのモードフィールド径は６μｍ程度以
下となるため、伝搬する光のパワー密度は約３倍となる
。従って、非線形性を利用してファイバ・ラマン増幅な
どに用いることが可能になる。

このような高機能ファイバは、コイル状に巻き小型化し
て１つの素子として手軽に取り扱えると便利である。そ
のためには、光ファイバを曲げたときの曲げ損失を小さ
く抑えることが重要である。

第４図にはコア直径２ａと波長１．３μｍでの曲げ損失
（曲げ直径は２０＋ｎ＋ｎ）の関係を示した。曲げ損失
は比屈折率差が大きくなると低減されるか、コア直径が
小さくなると増加する。従って、要求される特性を考慮
して比屈折率差とコア直径を決定する必要がある。

更に、このような光フアイバコイルを長期にわたって使
用する際には、曲げ歪による破断に対する信頼性を保障
する必要がある。この観点からは光ファイバの細径化か
有効である。第５図には光ファイバのクラット径２ｒと
ファイバ長１ｋｍの２５年後の破断確率Ｆ　の関係を曲
げ直径、スフリーニング・レベルをパラメータとして示
した。

ここで、破断確率Ｆ　は第１式に従い理論的に求めた。

但し、　Ｌ　；ファイバ長 ε８　、スクリーニング後に印加した静的子ε、；スク
リーニング時に印加した歪 ｍ　；スクリーニング条件を変えてＮ　を測定すること
などから求まる定数。

ｎ　：静的疲労試験より求まる環境に依存する定数であ
り、常温環境下では ２０〜２５ Ｎｐ；スクリーニング時の単位長さ当りの■ 破断回数Ｎ　　＝Ｃε。

ｔ３　：静的子がかかる時間 ｔｐ　；スクリーニングを行った時間である。

なお、ｔ　　＝１ｓｅｃ、ｍ＝１．８．Ｎ＝２３゜Ｃ＝
０．０２ｋｍ−１として計算した。

破断確率はクラツド径を細くすることにより低減され、
その効果はスクリーニング・レベルか大きいほど大きい
。更に、クラツド径を細くすることは長期信頼性を向上
させるばかりではなく、コイルの小型化の点からも有効
である。

〔実施例〕

以上の検討結果にもとづき、本発明者らは第１図（ｂ）
に示すような屈折率分布をもつ光ファイハ母祠をＶＡＤ
法にて作製した。

まず、クラッドにはフッ素を添加することにより、コア
へのゲルマニウムの添加量を抑えて低損失を実現すると
ともに、全体で１，５％という高屈折率差を実現した。

また、コアの屈折率分布については、コアとクラッドの
界面での急激な組成変化に伴う線引時の応力集中を避け
るため、屈折率を滑らかに変化させた。この母材をコア
径が３．４μｍとなるように、しかもクラツド径が７５
μｍになるように線引きするとともに、コイル状に巻い
たときの側圧により伝送損失が増加せぬようＵＶ硬化樹
脂にて２層のコーティングを施し、外径を１３０μｍと
した。

得られた光ファイバの伝送損失は波長１．３μｍで０．
　７ｄＢ／ｋｍ程度となり、比較的低損失であった。波
長分散は１．３μｍで−４２，８ｐｓ／ｎｍ／廟であっ
た。

ここで、波長１０ｎｍあたりＩｎｓの伝搬時間差を発生
させる素子を作成する目的で、光ファイバ２．３ｋｍを
内径４５ｍｍφのコイルに巻き付は小型一　　８　− 化した。第６図には光ファイバ・コイルの波長損失特性
を、内径３００　ｍｍφのボビン巻き状態と比較して示
す。１．４５μｍ以上の長波長域では曲げ損失により伝
送損失が増加しているか、使用波長の１．３μｍ帯では
損失増か全くなく、良好な結果を得た。

本発明の光ファイバ・コイルの特性を確認するため、光
ファイバ・ラマンレーザにより相対伝搬時間差を測定し
た。ここで、誘導ラマン散乱の励起用光源として、Ｑス
イッチ及びモード・ロックされたＮ　　、ＹＡＧレーザ
（発振波長１．０６４μｍ）を用いた。これにより、光
ファイバ・コイルの波長１．３μｍと１．３１μｍでの
相対遅延時間を測定したところ、０．９７ｎｓでありほ
ぼ所望の伝搬時間差を得た。このファイバ・コイルは例
えば２５６Ｍｂ／ｓＸ４チャンネル（波長間隔１０ｎｍ
）の波長多重信号を、１０２４Ｍｂ／ｓの時分割多重信
号に変換することかできる。なお、屈折率分布形状やフ
ァイバ長を調整することにより、任意の波長で所望の遅
延特性を得ることがてきる。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によれば、コアとクラッドの比屈折率
差を大きくし、かつコアの直径を小さくするようにした
ので、高分散性と高パワー密度性を同時に実現した機能
性の高い光ファイバが提供できる。そして、このような
ファイバが有する高分散特性は実施例に示したような波
長分離素子として利用することができ、例えば波長／時
間分割多重を用いた光通信システムの光交換用素子とし
て使用すると効果的である。また、高パワー密度性は、
光ファイバのもつ非線形性をより顕著にするので、ラマ
ン散乱を用いたファイバ・ラマン増幅や自己位相変調を
用いたソリトン伝送の伝送路として使用すると効果的で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光ファイバの屈折率分布を示す
図、第２図は、コアの直径と波長分散の関係の説明図、
第３図は、光ファイバを波長分離素子として用いる状態
の説明図、第４図は、コアの直径と曲げ損失の関係の説
明図、第５図は、クラッドの外径と破断確率の関係の説
明図、第６図は、試作した光ファイバの損失の波長依存
性を示す特性図、第７図は、光ファイバの伝播遅延時間
の波長依存特性を示す図である。 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コアとクラッドの比屈折率差が１．０％以上であり
   、かつコアの直径が４．０μｍ以下であることを特徴と
   する光ファイバ。 ２、クラッドの外径が１００μｍ以下で、コイル状に巻
   かれていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
   。 ３、コアがゲルマニウムを添加した石英で構成され、ク
   ラッドがフッ素を添加した石英で構成されていることを
   特徴とする請求項１記載の光ファイバ。