JPH0786574B2 - 広波長域低分散フッ化物単一モード光ファイバ - Google Patents

広波長域低分散フッ化物単一モード光ファイバ

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JPH0786574B2
JPH0786574B2 JP63154827A JP15482788A JPH0786574B2 JP H0786574 B2 JPH0786574 B2 JP H0786574B2 JP 63154827 A JP63154827 A JP 63154827A JP 15482788 A JP15482788 A JP 15482788A JP H0786574 B2 JPH0786574 B2 JP H0786574B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超低損失な光伝送媒体として期待されている
フッ化物光ファイバにおいて、広い波長域で低分散な単
一モード光ファイバを実現するためのファイバ構造およ
びファイバ用ガラスの組成に関するものである。
[従来の技術] ZrF4を主成分とするフッ化物ガラス光ファイバ(以下フ
ッ化物光ファイバという)は石英系光ファイバを凌ぐ10
-2dB/km以下の伝送損失を持つことが理論的に期待さ
れ、将来の長距離大容量光通信媒体として現在開発研究
が進められている。
大容量光伝送を実現するためには、波長分散が小さく、
光ファイバ中を伝搬する光パルスの被るひずみを小さく
おさえることのできる単一モード光ファイバが必要とな
る。ところで、伝送帯域を決める分散特性を考慮したと
き、フッ化物ガラスの特徴として、石英系ガラスに比較
して材料分散スペクトルの波長依存性が極めて小さいと
いうことが挙げられる(たとえば、K.Jinguji et al.,E
lectron.Lett.vol.18,p.164,1982)。単一モード光ファ
イバの全分散は、導波路分散と材料分散の和で与えられ
る。フッ化物ガラスの材料分散が零となる波長は、1.6
〜1.7μmにある。フッ化物光ファイバが最低損失を取
ると予想される2.5μm帯においては、材料分散と導波
路分散との符号が異なるため互いに打ち消し合い、全分
散は、材料分散,導波路分散のそれぞれの単独の値より
も小さくなる。フッ化物ガラスの材料分散の波長依存性
が小さいという特性は、材料分散が零となる波長域であ
る1.6〜1.7μmより離れた2.5μm帯においても、比屈
折率差を極端に上げ、かつ、コア径を極端に小さくする
ことなく材料分散と導波路分散とを打ち消し合わせ、全
分散を零ps/km/nm近くに設定できることを可能とする。
また、材料分散零波長域から最低損失波長にかけての広
い波長域において全分散を小さく設定できることも可能
となる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、今日まで、広い波長域にわたって低分散
なファイバとなるフッ化物単一モード光ファイバの導波
構造パラメータは知られておらず、またそのような光フ
ァイバを得るために必要なファイバガラス組成も見い出
されていない。
本発明の目的は、フッ化物単一モード光ファイバの導波
構造パラメータの最適化を図り、広波長域で低分散な伝
送特性を持つフッ化物単一モード光ファイバを提供する
ことにある。
[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、フッ化物
ガラスからなるステップインデックス型の単一モード光
ファイバにおいて、コアガラスが、ZrF4−BaF2−LaF3
YF3−AlF3−NaFガラスに3.3mol%以上、12mol%以下のP
bF2を添加したガラスからなり、コア、クラッド間の比
屈折率差が1.3%〜2.8%であり、かつカットオフ波長が
1.8μm〜2.1μmとなるコア径を有することを特徴とす
る。
[作 用] 本発明においては、材料分散が零となる波長と導波路分
散が零となる波長が近接し、かつ材料分散と導波路分散
が逆の符号で打ち消しあい、全分散が零となるよう、コ
アとクラッドの比屈折率差およびコア径を設定する。
基底モードであるLP01の導波路分散は規格化周波数V=
3において、零となる(たとえばT.Okoshi“Optical f
iber"Academic Press.1982)。
また、第1次高次モードであるLP11モードは理論的には
V<2.405の領域においてはコア中を伝搬しないことに
なっている。しかし、実際のファイバ中では遮断波長
(V=2.405)の近傍でLP11モードの損失は大きくなる
ため、理論上はLP11モードの導波が可能な遮断波長より
短波長側の波長領域においても事実上基本モードのLP01
モードしか導波しない。この実効的な単一モード領域は
V=3となる波長にまで及ぶことが知られている。(W.
A.Gambling et al.,Electron.Lett.vol.14,p.618,197
8) しかるにコア径および比屈折率を適当に定め、V=3と
なる波長を材料分散が零となる波長近傍に設定すると、
材料分散零波長で全分散が零となるとともにそれより長
波長域において単一モード導波されることになる。
全分散は次式で与えられる。
V=ka(n1 2−n2 21/2 u=a(k2n1 2−β)1/2 x=u2/v2(0≦x≦1) N1=n1+kdn1/dk Δ=(n1 2−n2 2)/2n1 2 k=2π/λ ここでn1コアの屈折率 n2はクラッドの屈折率 aはコアの半径 βは伝搬定数 (たとえば、T.Okoshi;前掲) 全分散は(1)式で示すように第1項の材料分散と第2
項の導波路分散との和で与えられ、フッ化物ファイバを
2.5μm帯で単一モード動作させた場合、材料分散と導
波路分散とは異なる符号を取る。
導波路分散の大きさは比屈折率差Δに依存するため、比
屈折率差Δを大きく取れば、導波路分散の全分散への寄
与を大きくでき、全分散をより低く設定できる。
[実施例] まずフッ化物光ファイバにおいて、材料分散零波調で導
波路分散が零となる場合について説明する。
コアガラス組成をモル比でZrF4(49%)−BaF2(25%)
−LaF3(3.5%)−YF3(2%)−AlF2(2.5%)−LiF
(18%),クラッドガラス組成をモル比でZrF4(49%)
−BaF2(25%)−LaF3(3.5%)−YF3(2%)−AlF
3(2.5%)−Lif(8%)−NaF(10%)とし、コア・ク
ラッド間の比屈折率差を0.35%,コア径を12.5μmとし
たときの全分散スペクトルを第1図に示す。
コアの屈折率、比屈折率差およびコア径によって定まる
カットオフ波長は、この場合2.06μmである。
このとき全分散はコアガラスの材料分散が零となる1.6
μm帯において零になることわかる。
これは、導波路分散が零となる規格化周波数Vが3とな
る波長とコアガラスの材料分散が零となる波長とが、一
致するようにカットオフ波長を設定したことによる。こ
のとき、V≦3となる波長域では、実効的に単一モード
動作がなされるため、1.6μmより、長波長域では、こ
の光ファイバは単一モード光ファイバとして使用可能で
ある。
しかしながら、この場合、比屈折率差が小さいため、導
波路分散の全分散に対する寄与が小さく、2.5μm帯に
おいて、全分散は、17ps/km/nmという高い値となってし
まう。
コア・クラッド間の比屈折率差を大きくするとV≦3の
波長域の導波路分散を大きくとれ、長波長域において、
材料分散をより打ち消すことが可能となり、全分散を低
減できる。
第2図〜第4図は、それぞれカットオフ波長が2μm,1.
9μmおよび1.8μmとなるように、比屈折率差およびコ
ア径を選定した時、全分散が±1ps/km/nmとなる波長域
を比屈折率差に対して示したものである。この全分散の
値は5Gb/sの伝送速度で500km以上の伝送距離が確保でき
る値である(杉江利彦 他、昭和63年電子情報通信学会
春季全国大会、講演予稿集、分冊B−1,P1−620)。
第2〜第4図には、各比屈折率差の値に対してカットオ
フ周波数が設定値となるようなコア径が同時に示されて
いる。
第2図はカットオフ周波数を2μmと設定した場合であ
る。比屈折率差が19%のとき1.57〜1.71μmおよび2.4
〜3.35μmにおいて、また1.93%のとき1.57〜1.71μ
m、および2.34〜3.42μmにおいて、また2.2%のと
き、1.57〜2.7μmにおいて全分散は±1ps/km/nmとなる
ことがわかる。
カットオフ波長を2μmに設定すると波長1.6μmにお
いてV=3となり、λ≧1.6μmの波長域において実効
的な単一モード動作が可能であるので広い波長域で低分
散な単一モード光ファイバーとなることがわかる。
第3図はカットオフ波長を1.9μmに設定した場合であ
る。比屈折率差が1.65%のとき1.69〜3.15μmの波長域
全分散が±1ps/km/nmとなる。カットオフ波長が1.9μm
のとき、波長1.52μmにおいてV=3となり、λ≧1.52
μmの波長域で実効的な単一モード動作が可能となるの
で極めて広い波長域で低分散になることがわかる。
第4図は、カットオフ波長を1.8μmに設定した場合で
ある。比屈折率差が1.3%のとき1.78%〜2.23μmにお
いて、1.45%のとき2.0〜3.03μmにおいて全分散が±1
ps/km/nmとなる。カットオフ波長が1.8μmのとき、波
長1.44μmにおいて、V=3となり、λ≧1.44μmの波
長域で実効的な単一モード動作が可能となるので、広い
波長域で低分散な単一モード光ファイバが得られること
がわかる。
なお、カットオフ波長を2.1μmに設定した場合におい
ても、比屈折率差を2.8%以下に設定することによりV
≧3の波長域において全分散を±1ps/km/nm以内にする
ことができる。
このように、比屈折率差を1.3%〜2.8%,カットオフ波
長を1.8μm〜2.1μmとすることにより、広い波長域で
低分散となる単一モード光ファイバが得られることがわ
かる。
カットオフ波長の範囲は1.8μm以上かつ2.1μm以下が
最適である。カットオフ波長が1.8μm未満であると光
ファイバが曲げられた時に分散が過大となり、2.1μm
を越えるとコアとクラッドの比屈折率差を過大にとらな
ければならない。カットオフ波長をこのように設定する
には、比屈折率差を、上述したように、1.3%〜2.8%と
し、かつコア径を比屈折率差に適合させて選べばよい。
第5図にクラッドガラスとして、組成がモル比でZrF
4(23.7%)−HfF4(23.8%)−BaF2(23.5%)−LaF3
(2.5%)−YF3(2%)−AlF3(4.5%)−NaF(20%)
のガラス(比屈折率nb=1.489)を用い、コアガラスと
して、組成がモル比でZrF4(49%)−BaF2(25−X%)
−PbF2(x%)−LaF3(3.5%)−YF3(2%)−AlF
3(2.5%)−NaF(18%)のガラスを用いてPbF2の添加
量を変えたときの比屈折率差の変化を示す。PbF2を12mo
l%まで添加したとき比屈折率差は2.8%まで取ることが
でき、カットオフ波長1.8μm〜2.1μmで実現し得る比
屈折率差をカバーすることができる。PbF2の12mol%以
上の添加はガラスの熱安定性をそこなうため、それ以上
の高濃度の添加はファイバ用ガラスとして適当ではな
い。また、低分散ファイバを実現するためには、少なく
とも屈折率差は1.3%以上設けることが必要であるた
め、PbF2は3.3mol%以上添加することが必要である。
PbF2は6.8mol%添加し、比屈折率差を1.9%とし、カッ
トオフ波長を2.1μmに設定したとき、全分散を1.6μm
〜3.3μmの波長域で±3ps/km/nm以下にすることができ
た。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の導波構造を有するフッ化
物単一モード光ファイバは広波長域で低分散な単一モー
ド動作が可能である。従って、波長多重技術を利用した
超大容量距離光伝送が可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はコア・クラッド間の比屈折率差を0.35%、カッ
トオフ波長を2.06μmに設定した時の分散スペクトル
図、 第2図〜第4図はそれぞれ本発明実施例においてカット
オフ波長を2μm,1.9μmおよび1.8μmに設定した時、
全分散が±1ps/km/nmとなる波長域およびコア径と比屈
折率差との関係を示す特性図、 第5図は比屈折率差のPbF2濃度依存性を示す特性図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ化物ガラスからなるステップインデッ
    クス型の単一モード光ファイバにおいて、コアガラス
    が、ZrF4−BaF2−LaF3−YF3−AlF3−NaFガラスに3.3mol
    %以上、12mol%以下のPbF2を添加したガラスからな
    り、コア、クラッド間の比屈折率差が1.3%〜2.8%であ
    り、かつカットオフ波長が1.8μm〜2.1μmとなるコア
    径を有することを特徴とする広波長域低分散フッ化物単
    一モード光ファイバ。
JP63154827A 1988-06-24 1988-06-24 広波長域低分散フッ化物単一モード光ファイバ Expired - Fee Related JPH0786574B2 (ja)

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