JPS6233562B2 - - Google Patents

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JPS6233562B2
JPS6233562B2 JP60150185A JP15018585A JPS6233562B2 JP S6233562 B2 JPS6233562 B2 JP S6233562B2 JP 60150185 A JP60150185 A JP 60150185A JP 15018585 A JP15018585 A JP 15018585A JP S6233562 B2 JPS6233562 B2 JP S6233562B2
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JP
Japan
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core
optical fiber
cladding
birefringence
polarization
Prior art date
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JP60150185A
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JPS6187109A (ja
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Toshio Katsuyama
Hiroyoshi Matsumura
Yasuo Suganuma
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/105Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01211Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
    • C03B37/01217Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube for making preforms of polarisation-maintaining optical fibres

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は偏波面保存光フアイバ、更に詳しく言
えば円形の光フアイバで一方向だけの偏光を用い
て光波を伝搬する、すなわち偏波面を保存する光
フアイバに関する。
〔発明の背景〕
光フアイバの開発の進展に供ない、アイソレー
タ、スイツチ回路ミキサ等の光学回路を光集積回
路で実現することが開発されつつある。光集積回
路に使用される導波構造は基本的には平板(スラ
ブ)型であり、又スイツチ回路を集積回路で実現
するためには光を偏光させる必要からも導波路は
スラブ構造とされる。このような光集積回路と他
の光学装置とを円形の光フアイバで有効に結合す
ることが望まれるが、その場合光フアイバが偏波
面を特定方向に保持できることが必要である。
さらに光の偏波面を利用して種々の測定を行な
うことが提案されているが、これらを実用化する
ためには光の偏波面を保存して伝送することが解
決されなければならない問題となる。特に現在実
用化段階に来た円形導波管(光フアイバ)で光偏
波面を保存して伝送できることは光エネルギーの
伝送効率からも、又製造上からも望まれることで
ある。
従来、偏波面を保存する円形の光フアイバとし
て、コアとクラツドとジヤケツトで構成し、ジヤ
ケツトの厚さを不均一にすることによつて、コア
部に応力を誘発させ、コア、クラツドの導波領域
内の互に直交する軸方向に沿つた機械的応力の差
によつてコア部に屈折率差(以下ひずみ複屈折と
呼ぶ)を一定以上とすることによつて偏波面を保
存する光フアイバが提案されている。
(バイレフリンジエンス・イン・エリブテイカ
リ・クラツド・ボロシリケイト・シングルモー
ド・フアイバ・アプライド オプテツクス 「Birefringence in elliptically clad
borosillcate singlemode fibers. APPLIED OPTICS」Vol.18,No.2415,
DEC1979)。
すなわち、偏波面を保存するためには、光フア
イバの互に直交する横方向の偏光波の伝送定数の
差をΔβとしたとき 2π/Δβ=L の値(以下結合長と呼ぶ)が小さい程偏波の保存
が強められるから、コアが円形としたとき、この
定数差Δβが偏光の2方向に対する屈折率の差の
大きさΔnによつて定まり、又この屈折率の差Δ
nは、これら2方向における歪の差に比例し、こ
れはジヤケツトとクラツドの熱膨脹係数の差を利
用したものである。
しかしながら、上記提案のものではジヤケツト
の厚さを不均一とするための手段として、ジヤケ
ツトを初期の工程において、変形する必要があつ
て、製造工程が複雑となり、又、実際に、結合長
Lとしては10mm以上のものしか得られていない。
本発明者らは、上記ジヤケツト、クラツド、コ
アからなる光フアイバにおいて、酸化けい素を主
体とするクラツドに一定以上のB2O3を加えるこ
とによつて、又その製造も、従来の光フアイバの
製造方法を若干変更することによつて結合長が2
mm以下となる偏波面保存光フアイバを実現した
(特願昭55−1330号「偏波面保存単一モード光フ
アイバ」)。
しかし、B2O3を添加したガラスはSiO2ガラス
との比屈折率差が0.7%以上にならないことか
ら、マイクロベンデイング損失などが大きくな
り、低損失の光フアイバが得られないという問題
がある。またクラツドに含まれる酸化硼素
(B2O3)の量が多量となる場合、長波長(1.2μm
以上)の光で、格子振動吸収が増大し、本来硅酸
ガラスの光フアイバとして低損失な領域とされる
波長(1.55μm帯)で損失が1dB/Km以下になら
ないという問題がある。
〔発明の目的〕
したがつて、本発明の目的は、偏波面を保存し
かつ伝送損失が少ない光フアイバを実現すること
を目的とする。更に具体的には波長が1.5μm近
傍の光に対し、損失が1dB/Km以下で、かつ伝搬
定数の差Δβが大きな偏波面保存光フアイバを実
現することである。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するため、光を伝搬す
る断面形状が円形の光伝搬部材と上記光伝搬部に
複屈折を生じさせるための部材を分離し、さらに
上記光伝搬部材と複屈折を生ぜしめる部材を保持
するためのサポート部を上記光伝搬部材と複屈折
を生ぜしめる部材を包んで構成する。上記光伝搬
部材は通常の光フアイバのように断面形状が円形
となるようにし、かつ上記複屈折を生ぜしめる部
材は上記の円形の中心を通り、互い直交する光学
軸方向の屈折率が異なるようにするため、楕円形
のように上記直交する光学軸を線対称線とし、か
つ光学軸(すなわち直交する対称線)方向の厚さ
が異る非円形状にする。又上記複屈折を生ぜしめ
る部材の中に光エネルギーが多量に分布しないよ
うにするため、その屈折率は実質的に上記光伝搬
部材の外周の屈折率と同じとなるようにする。上
記構成によれば、光エネルギは全て光伝搬部材の
みに集中され、かつ非円形の部材によつて、光伝
搬部の直交する光学軸方向に異つた歪応力が加わ
るためコアの直交する軸方向の屈折率が異なつ
て、複屈折を生ぜしめ位相伝搬定数差Δβを大き
なものとして、偏波面保存性の強い光フアイバを
実現できる。特に、材質の量的に大部分を占める
非円形部材、サポート部は光エネルギの分布が極
めて小さくなるので、光伝送損失を考慮する必要
がなく、製造が容易となる。本発明によれば、以
下の実施例に示す如く結合長が1mm程度で、波長
1.5μmの光に対しても0.3dB/Kmの低損失の偏波
面保存光フアイバが実現できる。
なお、偏波保存とは光フアイバの持つ、結合長
L=2π/Δβの程度を表現するが、以下の説明では、 結合長が少なくとも10mm以下のものを言う。
〔発明の実施例〕
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明による光フアイバーの一実施例
の断面構成を示す。同図に示すように、円形コア
1と上記コアに同心状に形成された円形クラツド
2と上記クラツド外周に形成された外周が楕円の
ジヤケツト3およびジヤケツトの外周に形成され
たサポート4部からなる。上記各属の光学的屈折
率は、第2図に示すように、コア1のみが最も高
く、他の層の屈折率はほぼ等しく設定される。
表現をかえて説明すればコア1とクラツド2が
光伝搬部を構成し、ジヤケツト3が楕円形のよう
に上記コアの中心を通り直交する軸を線対称線と
する対称かつ、2つの対称線方向の厚さが異なる
部材で構成される。
このような屈折率分布を得るため、コア1の材
料としては、酸化ゲルマニウム、酸化リンの一方
あるいは両方を含むSiO2ガラス(けい酸ガラ
ス)で構成されている。その理由は、両者のドー
パントは光伝送損失が小さいドーパントだからで
ある。
次に、クラツド2の望ましい材料は、SiO2
ラスである。SiO2ガラスの吸収損失は非常に小
さく、したがつてクラツドとしてSiO2ガラスを
用いれば、光フアイバの伝送損失を小さくでき
る。また、楕円ジヤケツト3の構成材料として
は、酸化ホウ酸を含むSiO2ガラスに屈折率を高
める酸化ゲルマニウムあるいは酸化リンを添加
し、楕円ジヤケツト3の屈折率を第2図に示すよ
うに他のクラツド2、サポート4と同一にしたも
のが望まれる。要は、サポート4との熱膨脹差が
大きく、クラツド2、ジヤケツト3と同一の屈折
率を有するものであれば、特に限定されない。サ
ポート4の構成材料としては、SiO2ガラスが楕
円ジヤケツト3との熱膨脹係数差を大きくするこ
とから、また製造上の問題から望ましい。具体的
実施例について述べると、各層の屈折率は、
SiO2の屈折率をnとすると、コアは100.2n、クラ
ツドSiO2の部分2はn、クラツドSiO2+B2O3
GeO2の部分3は99.99n、ジヤケツトはnであ
る。コア径8μm、SiO2の部分4の外径20μ
m、クラツド2の短軸の長さ35μm、長軸の長さ
100μmで、ジヤケツト3の外径は150μmであ
る。この光フアイバの結合長は波長0.633μmの
光に対して、0.8mm、又伝送損失は波長1.55μm
で0.3dB/Kmと、極めて伝送損失が小さくなる。
〔発明の効果〕
本発明の構造の光フアイバーにおいて複屈折が
生じる理由について説明する。
複屈折は、一般に同心円構造からの形状のずれ
に基づく異方性応力によつて発生する。
第3図に示すような4層からなる構造の場合、
コアの径方向における屈折率nr1は nr1=n1+(γ+3γ)E/2(1−ν)[(a
/d−1)K12 +(b/d−1)K23+(c/d−1)K
34]−(1) Kij=αiΔTi−αjΔTj n1:応力印加前の屈折率 γ,γ:光弾性定数 E:ヤング率、 ν:ポアソン比 a,b,c,d:コア、クラツド、ジヤケツ
ト、サポート径 αi:i層の熱膨脹係数 ΔTi:i層のガラスの軟化温度と室温との差 で表わすことができる。
従つて、コアのxおよびy方向の屈折率をnx
およびny、コア1、クラツド、ジヤケツトおよ
びサポートのxおよびy方向の径をax,ay,b
x,by,cx,cyおよびdx,dyとすると、(1)式
にこれらを代入すると nx=n1+(γ+3γ)E/2(1−ν)[(a
/d−1)K12 +(b /d−1)K23+(c /d−1
)K34]−(2) ny=n1+(γ+3γ)E/2(1−ν)[(a
/d−1)K12 +(b /d−1)K23+(c /d−1
)K34]−(3) となり、コアのx方向とy方向のコアの屈折率差
δo=nx−nyは、 δo=nx−ny=(γ+3γ)E/2(1−ν) [(a −a )K12+(b −b )K23+(c −c )K34/d] −(4) となる。
前述の実施例について上記(4)式を具体的に表わ
せば δo=0.36A(a −a )+A・MB203{−(b −b )+(c −c )}/d
−(5) となる。(但し、A1・M1=K12、 A・MB203=−K23=K34で、A1,Aは比例定数、
M1,MB203はそれぞれコアとジヤケツト内のドー
パントの濃度) この式は、3層の構成のときの複屈折が 0.36A・MB203 −(b −b )+(c −c )/d
と表わされ、これに、更に中心層の1つが加わり
4層となるため、単にA1・M1(ax −ay
が加わつたに過ぎない。
以上の近似のもとで、コアのx軸とy軸方向の
屈折率差δoは前記式(5)において、本発明の光フ
アイバはコア、クラツドは円形であるからax
y、bx=byとなり、 δo=0.36A・MB203)(c −c )/d−(6
) となる。この値δoが大きい程偏波面保存特性
は向上する。式(6)にはパラメータbがないから、
クラツド2の大きさは複屈折に影響しない。
上述の如く、本発明の光フアイバでは光フアイ
バのコアのみ複屈折を生じせしめ、クラツド2と
コア1(光伝送部)の中に光エネルギーをとじ込
め、B2C3等を含む、複屈折を生ぜしめるための
部材への光エネルギの分布を著しく少なくするこ
とができるのでジヤケツト3は上記コアに大きな
複屈折を生ぜしめる観点より選定すればよく、製
造が極めて優利となる。すなわち、光の伝搬部と
複屈折を発生する部分が独立しているため、複屈
折歪量を低下することなく、コア付近の屈折率分
布を変化させることが可能となる。光伝搬部の屈
折率を設定する自由度がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光フアイバの一実施例の
断面構造を示す図、第2図は本発明による光フア
イバの一実施例の屈折率分布を示す図、第3図は
本発明の効果を説明するための4層構造の光フア
イバの断面構成図である。 1:コア、2:クラツド、3:ジヤケツト、
4:サポート部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 断面形状が円形のコアと、上記コアの外周部
    に設けられ、上記コアの屈折率より低い屈折率を
    有し、断面の外周が円形のクラツドと、上記クラ
    ツドに近接して配置され、上記コアに熱膨脹によ
    る複屈折を生ぜしめる複屈折付与部材と、上記コ
    ア、クラツドおよび複屈折付与部材を囲むサポー
    トとを有し、かつ、上記クラツドが、上記複屈折
    付与部材より光損失の少ない材質で構成されたこ
    とを特徴とする偏波面保存光フアイバ。 2 上記クラツドの材質がけい酸ガラスである第
    1項記載の偏波面保存光フアイバ。 3 上記複屈折付与部材はけい酸ガラスの屈折率
    と実質的等しい屈折率を有する材質で構成された
    第2項記載の偏波面保存光フアイバ。 4 上記複屈折付与部材は上記クラツド層をかこ
    み、その外周が楕円形である第2項又は第3項記
    載の偏波面保存光フアイバ。
JP60150185A 1985-07-10 1985-07-10 偏波面保存光フアイバ Granted JPS6187109A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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NL193330C (nl) * 1978-01-13 1999-06-02 Western Electric Co Optische golfleider en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.
JPS5737305A (en) * 1980-08-18 1982-03-01 Hitachi Ltd Polarization plane preserving optical fiber

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