JPS6313521B2 - - Google Patents

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JPS6313521B2
JPS6313521B2 JP56197634A JP19763481A JPS6313521B2 JP S6313521 B2 JPS6313521 B2 JP S6313521B2 JP 56197634 A JP56197634 A JP 56197634A JP 19763481 A JP19763481 A JP 19763481A JP S6313521 B2 JPS6313521 B2 JP S6313521B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
core
cladding
stress
optical fiber
mode optical
Prior art date
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Expired
Application number
JP56197634A
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English (en)
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JPS58100101A (ja
Inventor
Takao Edahiro
Yutaka Sasaki
Katsunari Okamoto
Masao Kawachi
Tetsuo Mya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Priority to GB8200751A priority patent/GB2096788B/en
Priority to NL8200149A priority patent/NL184924C/xx
Priority to CA000394239A priority patent/CA1168488A/en
Priority to FR8200581A priority patent/FR2498339B1/fr
Priority to DE19823201342 priority patent/DE3201342C2/de
Publication of JPS58100101A publication Critical patent/JPS58100101A/ja
Publication of JPS6313521B2 publication Critical patent/JPS6313521B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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】
本発明は、偏波保存性が良好で低損失な単一偏
波単一モード光フアイバに関するものである。 光フアイバ内にモードの縮退を解いた、例えば
HE11(HE11 x、HE11 y)のいずれかのモードのみ
を伝搬させるような単一偏波単一モード光フアイ
バとして、従来は第1図に示すような構造のもの
が知られていた。この光フアイバは、コア1、ク
ラツド2および被覆部3からなり、コア1は熱膨
張係数の大きなガラスからなる楕円形状のクラツ
ド2で覆われている。このクラツド2はB2O3
SiO2の組成からなつており、図示のx方向とy
方向とでこのクラツド2の厚みが異なつているこ
とから、xおよびy方向からコア1に及ぼされる
応力に差が生じる。この応力の差がコア1に複屈
折性を与えて、光フアイバに単一偏波保存性を生
じさせる。しかし、かかる単一モード光フアイバ
を伝搬する光はコア1のみならずクラツド2にも
拡がるため、光フアイバの伝送損失はこのクラツ
ド2の組成によつて生じる光損失の影響を受け
る。すなわち、クラツド2に存在するB2O3
1.2μm以上の長波長領域に大きな吸収損失を与え
ることから、石英系光フアイバに有利な1.3μm、
1.55μm帯では損失が極めて大きなものになる。
しかも、第1図に示す構造にあつては、y方向に
も大きな熱膨張係数値をもつクラツドが存在し、
これがx方向に存在するクラツドによつて生じる
応力効果を相殺する働きをする。従つて、大きな
応力複屈折性を与えるためには、クラツドのガラ
ス組成としては、この相殺効果を打ち消すだけの
熱膨張係数をもつガラスを使用しなければなら
ず、このような光フアイバを実現する上で大きな
障害になる。 そこで、本発明の目的は、これらの欠点を解決
するため、応力付与部をコアから離間させ、より
低損失で、良好な偏波保存性を実現するようにし
た内部応力付与単一偏波単一モード光フアイバを
提供することにある。 かかる目的達成のために、本発明は、光フアイ
バのコアに非軸対称な応力分布を与え、前記コア
に複屈折性を与えて互いに直交するモード間に伝
搬定数に差を与えてなる単一偏波単一モード光フ
アイバにおいて、屈折率が周囲の屈折率より大き
なドープト石英ガラスにより前記コアを形成し、
該コアの周囲を覆つて、前記コアよりも屈折率の
低いクラツドを形成し、前記コアの外径2aと前
記クラツドの外径2bとの比2b/2aが2〜10の範
囲にあるコア−クラツド部と、熱膨張係数が前記
クラツドを構成するガラスの熱膨張係数より大き
なドープト石英ガラスから成り、前記クラツドの
外周の一部に沿つて、かつコアの中心に対して相
対向する少なくとも一対の領域に配置された応力
付与部材と、前記クラツドを構成するガラスと同
じもしくは小さい熱膨張係数値をもつガラスから
成り、前記コア、前記クラツドおよび前記応力付
与部材を取り囲む領域に配置された被覆部とを具
備したことを特徴とする。 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 第2図は本発明光フアイバの1実施例を示し、
ここで、10は直径2aのコア、11は直径2bの
クラツド、12は応力付与部および13はクラツ
ド11と応力付与部12を囲む被覆部である。コ
ア10の周囲は屈折率がコアよりもわずかに小さ
い屈折率をもつガラスによりクラツド11で被覆
されている。このクラツド11の周囲のコア10
の中心から望む角度2θの部分に厚さdの2つの応
力付与部12を配置する。これら2つの応力付与
部12はコア10の中心に対し対称的な位置にあ
り、これら応力付与部12によつてコア10は複
屈折率Bを生じる。コア10、クラツド11およ
び応力付与部12の全体を被覆部13で覆う。こ
の被覆部13の外周は真円構造(直径2D)とす
る。 第2図に示した光フアイバにおいて、直交する
2つの主軸方向XおよびYに偏光したHE11モー
ドの光に対する伝搬定数をそれぞれβxおよびβy
すると、モード複屈折率(Modal
Birefrlngence)Bは、 B=(βx−βy)/k (1) で与えられる。ここで、k=2π/λ(λ:真空中
の光の波長)である。応力付与部12によつて生
じる複屈折率は、コア10が真円であれば等し
く、 B=P(σx−σy) (2) で与えることができる。ここで、Pはコアガラス
の光弾性係数であり、通常は石英ガラスの値は
P0=3.36×10-5(mm2/Km)であり、ドープした石
英ガラスの光弾性係数PもほぼP0に等しいと考
えてよい。また、σxおよびσyは主軸方向の主応力
(Kg/mm2)である。複屈折率Bは第3図に示すよ
うになり、B(90゜)に対するB(2θ)の大きさは
2θ=90゜で最大になり、2θを90゜から増加するのに
伴つて、(2θ−90゜)の領域に存在する応力付与部
が与える複屈折率を相殺する効果がある。このた
め、応力付与部の占める角度2θは90゜以下である
ことが望ましい。 しかし、第4図に示すように、応力付与部12
を複数個の円形で構成する場合には、第3図に示
した効果はわずかに変化を受け、2θは90゜を越え
てもよいが、相殺効果によつて偏波保持特性は低
減するので、可能な限り90゜以内であるのが好適
である。 また、応力付与部12としてSiO2−B2O3を用
いるときに、応力複屈折率BはB2O3の添加量に
よつて大きく変化する。B2O3−SiO2の組成のガ
ラスにおいて、B2O3の添加量(xモル%)によ
つて熱膨張係数ρは、 ρ(x)=x×10-7+5.5×10-7(1/℃) (3) で与えられる。ここで、5.5×10-7は石英ガラス
の熱膨張係数値であるが、応力付与部12が石英
ガラスの中に埋め込まれているので、この石英ガ
ラスの熱膨張係数値は相殺され実効的に複屈折率
Bに影響しない。 第5図は、b/a=5、d/a=4、コアとク
ラツドとの屈折率差が0.6%および2θ=60゜の光フ
アイバにおける複屈折率Bと応力付与部13への
B2O3の添加量との関係を示す。この関係から判
るように、複屈折率BとB2O3添加量とはほぼ比
例関係にある。実際にB2O3−SiO2ガラスを作製
する際のB2O3の添加量は約30モル%程度である。 一方、応力付与部13の厚さdとコア半径aと
の比d/aと複屈折率Bとの関係については、第
6図に示すように、Bはd/aが増加するにつれ
て単調に増加する傾向を示す。第6図の特性は、
b/a=5、2θ=60゜、コアとクラツドとの屈折
率差が0.6%および応力付与部へのB2O3の添加量
は7モル%の条件下において求めたものである。
d/aが10を越える領域では応力複屈折率Bは飽
和する傾向にある。 また、単一モード光フアイバを規定するものと
して規格化周波数Vがあり、これは V=2πa/λ√1 22 2 で与えられる。ここで、n1はコアの屈折率、n2
クラツドの屈折率である。単一モード光フアイバ
となるためには、V2.405を満たす必要があり、
例えばn1−n2/n1=0.006、λ=1.1μmとすると、
2a=5.26μmになる。ここで、第6図の条件b/
a=5を仮定すると、 a+b+d=a(1+5+10)=16a≒84(μm)
【表】
【表】 ここで、本発明単一偏波単一モード光フアイバ
の製造方法を実施例に従つて説明する。第9A図
の工程では、コア20およびクラツド21からで
きた母材をVAD法で作る。この母材は、例えば
コア径7mm、クラツド外径42mmであり、クラツド
外径/コア径比=6の寸法をもち、コアはSiO2
−GeO2組成をもち、コアとクラツドとの比屈折
率差Δn=0.7%とした。第9B図の工程では応力
付与母材をMCVD法で作製した。ここで、22
はB2O3(15モル%)およびGeO2(4モル%)を添
加したSiO2、23は石英ガラスであり、各寸法
は石英ガラス23の外径が12mm、ドープト石英ガ
ラス部22の外径が7.8mmであつた。次に、第9
C図に示す符号24は石英ガラス棒で外径10mmと
した。第9D図はこれら各部材を組立てた状態を
示し、ここで25はジヤケツト用石英ガラス管で
あり、その外径は33mm、内径は18.5mmとした。こ
こでは、第9A図示の母材を延伸して外径を8mm
になるようにした。このとき、母材の状態での寸
法比が保たれており、コア20の外径は約1.3mm
であつた。また、応力付与部を形成する部材2
2,23を、その外径が5mmになるように延伸す
ると、ドープト石英ガラス部22の外径は3.2mm
となつた。このように延伸した母材20,21を
中心に、応力付与部材22,23をコア20の中
心に対して相対向する位置に各2本づつ配置す
る。また、クラツド21の外周にあつて、応力付
与部材22,23を除く領域に石英ガラス棒24
を直径5mmに延伸して各2本づつ配置し、全体を
ジヤケツト用石英ガラス管内25内に挿入して一
体化する。このように、一体化した際の断面配置
は第9D図に示すようになり、この組立体を、上
端より真空に排気しながら2100℃に加熱したカー
ボン抵抗炉で外径125μmに線引した。この結果、
得られた光フアイバの断面構造は第9E図に示す
ようになり、応力付与部22がクラツド21の外
周に再度2θにわたつて局在した形になる。コア径
2aは走査型電子顕微鏡で観察した結果、4.9μmで
あり、単一モードとなる波長、すなわち規格化周
波数V(=2πa/λ√1 22 2、但しλ:波長、n1: 23の屈折率、n2:クラツドの屈折率)が2.405
になる波長は約1.1μmであつた。また、応力付与
部22は線引時の温度で粘性係数が石英ガラスに
比較して低いため、第9E図に示すように扇形と
なつた。本例の光フアイバの損失は、波長1.3μm
および1.55μmでそれぞれ0.7dB/Kmおよび
0.5dB/Kmと低く、また、この光フアイバの1Km
における偏波保存性を与える複屈折率(ビート長
で評価)は約8×10-5の大きさであり、十分使用
に耐えるものであつた。この場合、コア20の中
心から応力付与部22を眺めた角度2θは75゜であ
つた。 この実施例では応力付与母材として、MCVD
法で作製した母材を使用したので、実効的応力付
与部の占める割合が小さくなつたが、かかる応力
付与母材としてSiO2−B2O3−GeO2ガラス棒を使
用すれば一層効果的であり、計算上、複屈折率は
本実施例の場合の1.5倍程度に向上することがで
きる。 本発明は、以上説明したように、応力付与部が
コアから離れて配置されており、しかも応力付与
部がクラツドと被覆部との間の局所的な部分に配
置されているので、光フアイバの損失特性は低損
失になるとともに、コアに対して応力が効果的に
加えられるので、偏波保存性も良好になる。クラ
ツド径とコア径との比も2〜10と、例えばVAD
法によつて作製できる母材を利用することが可能
であり、長手方向の均一性も優れている。しか
も、本発明光フアイバは、その外形状も円形であ
り、従来構造の光フアイバと同様に容易に取扱う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の単一偏波単一モード光フアイバ
の断面図、第2図は本発明内部応力付与単一偏波
単一モード光フアイバの一実施例を示す断面図、
第3図は第2図における応力付与部をコア中心か
ら望む角度2θと複屈折率との関係を示す特性曲線
図、第4図は本発明光フアイバの他の実施例を示
す断面図、第5図は第2図における応力付与部に
添加されるB2O3濃度と複屈折率との関係を示す
特性曲線図、第6図は応力付与部の径方向厚みと
コア半径との比に対する複屈折率との関係を示す
特性曲線図、第7図はクラツド/コア径比と複屈
折率との関係を示す特性曲線図、第8図はクラツ
ド/コア径比を変えた場合の本発明光フアイバの
損失特性を示す特性曲線図、第9A図〜第9E図
は本発明光フアイバの製造方法の説明図である。 1……コア、2……クラツド、3……被覆部、
10……コア、11……クラツド、12……応力
付与部、13……被覆部、20……コア、21…
…クラツド、22……応力付与部材、23……石
英ガラス管、24……石英ガラス棒、25……ジ
ヤケツト用石英ガラス管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光フアイバのコアに非軸対称な応力分布を与
    え、前記コアに複屈折性を与えて互いに直交する
    モード間に伝搬定数に差を与えてなる単一偏波単
    一モード光フアイバにおいて、 屈折率が周囲の屈折率より大きいドープト石英
    ガラスにより前記コアを形成し、該コアの周囲を
    覆つて、前記コアよりも屈折率の低いクラツドを
    形成し、前記コアの外径2aと前記クラツドの外
    径2bとの比2b/2aが2〜10の範囲にあるコア−
    クラツド部と、 熱膨張係数が前記クラツドを構成するガラスの
    熱膨張係数より大きなドープト石英ガラスから成
    り、前記クラツドの外周の一部に沿つて、かつ前
    記コアの中心に対して相対向する少なくとも一対
    の領域に配置された応力付与部材と、 前記クラツドを構成するガラスと同じもしくは
    小さい熱膨張係数値をもつガラスから成り、前記
    コア、前記クラツドおよび前記応力付与部材を取
    り囲む領域に配置された被覆部とを具備したこと
    を特徴とする内部応力付与単一偏波単一モード光
    フアイバ。 2 特許請求の範囲第1項に記載の単一偏波単一
    モード光フアイバにおいて、前記応力付与部材の
    各々の占める領域は、前記コアの中心から眺めた
    角度が90゜以下で、前記応力付与部の各々の半径
    方向の厚みが前記コアの半径aの少なくとも2倍
    以上であることを特徴とする内部応力付与単一偏
    波単一モード光フアイバ。
JP56197634A 1981-01-17 1981-12-10 内部応力付与単一偏波単一モ−ド光フアイバ Granted JPS58100101A (ja)

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NL8200149A NL184924C (nl) 1981-01-17 1982-01-15 Optische enkel-mode vezel voor gepolariseerd licht en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke vezel.
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FR8200581A FR2498339B1 (fr) 1981-01-17 1982-01-15 Perfectionnements a des fibres optiques monomodes et a leur procede de fabrication
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