JPS638706A - 偏波保持光フアイバ - 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、低クロストーク特性を有した偏波保持光ファ
イバに関するものである。

［従来の技術］ 従来、石英ガラス系の応力付与形の複屈折光ファイバ（
偏波保持光ファイバ）として第３図に示す構造のものが
知られている。図中、符号１はコアを示し、２はクラッ
ド３より熱膨張係数の大きい応力付与部を示すものであ
る。この応力付与部２は、例えば石英ガラスに多めのホ
・り素が添加されてなるものである。上記クラッド３の
外層にはこのクラッド３の屈折率より大きい屈折率を持
つ一時被覆層４が設けられている。この一時被覆層４は
、例えば１、ウレタン樹脂＼ｂ変成シリコーン樹脂から
形成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の応力付与形の複屈折光ファイバの２つの主軸、例
えばＸ軸に平行に直線偏波光を入射した場合、側圧やコ
アの屈折率ゆらぎによってｙ軸成分の光が生じる。この
クロストークｘｔ（ｄＢ）は、一般に Ｘ　ｔ　＝　１０１ｏｇ　　ｔａｎｈ　　ｈ　ｚ−−・
−・（１）で表わされる。ここでｈはモード結合係数、
２はファイバ長である。コアにランダムなゆらぎが存在
する時には、クロストークは、上記（１）式に従う。周
知のように、−次被覆層４にクラッド３より屈折率の大
きい材料を用いることの目的は、コア１から漏れてクラ
ッドモードとなった光が他の偏波モードに結合するのを
防止するためであり、クラッドモードを一次被覆層４側
に逃がして上記りを小さくしようとするものである。し
かし、ファイバ長２が短かい時にはクラッド３に入射さ
れたクラッドモード光は、従来の一次被覆層４では光を
充分に吸収することができず、ｙ軸成分の中に重畳され
る。従って、クロストークが大きくなり、（１）式に従
わなくなる。

このため、従来、一時被覆層４に光吸収材料もしくは光
吸収材料を含む被覆材により被覆した偏波保持光ファイ
バが提案されている。（特願昭５９−２４１９０３号） 第４図は第３図に示したようにコア１の両側に近接して
応力付与部２を右する偏波保持光ファイバでのクロスト
ークのファイバ長依存性を示す実験結果である。この第
４図のａから分かるように、変成シリコーン樹脂被覆の
カーブは、短尺ではクロストークが大きく劣化している
。これはクラッドモード光を被ｍ！で除去しきれないか
らである。

これは例えば、応力付与構造を基本とするファイバ形光
偏光子の消光比を上げるにはファイバ長を長くしなけれ
ばならないが、長くすると過剰損が増すことを意味して
いる。

つまり上記従来の偏波保持光ファイバは、過剰損を低く
するにはファイバ長を短かくしなければならないが、短
かくすると消光比が劣化するという相反する問題を有し
ている。

これに対して、第４図のｂの場合には、−次被覆材料と
してｌｎ膜の光吸収材料を使用しており、２０ｍの長さ
でクロストーク−５０ｄＢを示している。

しかし、この場合においてもファイバ長を１０ｍ以下に
短くすると、クラッドモードの光を除去しきれず、クロ
ストークが劣化してくる。

一方、コヒーレント伝送方式や光フアイバジャイロ製造
技術の連層に伴って、偏波保持光ファイバを用いたファ
イバ形偏光子の作製において、小形で、高消光比を得る
技術がますます求められている。

すなわち、短尺でもクラッドモードを除去することので
きる低クロストークな偏波保持光ファイバが要求されて
きている。

しかし、従来の偏波保持光ファイバでは、上述のごとく
、１０ｍ以下の短尺とすることができなかった。具体的
には、ファイバ長１〜２ｍでクロストーク−６０ｄＢ以
下は、従来の技術では実現できなかった。

なお、ファイバ形偏光子は、偏波保持光ファイバにおい
て、使用波長をλ、高次モードの遮断波長をλＣとして λ／１．６５≦λＣくλ／１．４・・・・・・（２）な
る条件を満足すれば実現することができることが判明し
ている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、１〜２ｍの
短尺でもクロストークの少ない偏波保持光ファイバを提
供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、偏波保持光ファイバのクラッド部を２重構造
とし、その内側クラッド部に光吸収の少ない材料を使用
し、外側クラッド部に光吸収の大きい材料を使用するこ
とを最も主要な特徴とし、１〜２ｍの短尺でも、低クロ
ストーク特性を得ることができる。

本発明の偏波保持光ファイバを用いれば、１〜２ｍの短
尺でクラッドモード光を除去することができるため、短
尺でも消光比の優れた光ファイバ形偏光子を構成できる
。

［実施例コ 以下、本発明を実施例により詳しく説明する。

実施例１ 第１図は本発明の詳細な説明する図である。

この図に示す偏波保持光ファイバは、第３図の従来技術
を説明する図のクラッド３を２重構造とし、内側クラッ
ド５と外側クラッド６としてなるものである。この偏波
保持光ファイバの構造パラメータを以下に述べる。

コア１はＳ！　０２　　Ｇｅ　０２系ガラスよりなり、
コア径は５．４μｍで比屈折率差Δは０．２８％である
。応力付与部２は、外径３５μｍで、Ｂ２Ｏ３が１５ｍ
ｏｌ添加しである５１０２８２０３系ガラスである。カ
ットオフ波長は０．８１μｍとした。

内側クラッド５は、外径１１０μｍで、５ｉ０２１００
％の石英ガラスである。外側クラッド６は、外径１５０
μｍで、■（バナジウム）を３０ｐｐｍ添加した石英ガ
ラスである。−次被覆層４は変成シリコーン樹脂であっ
て、従来例のように光吸収の大きい材料を用いる必要は
なくその被覆外径は３５０μｍである。

外側クラッドに添加した■は、Ｐ、　Ｃ，５ｃｈｕ１１
２の研究によると（Ｊ　、　Ａｍ　、　Ｃｅｒａｍ、　
Ｓｏｃ、　。

５７．７．ｐ、３０９．１９７４）、１ｐＩ）ｂの添加
ｆｆ１ｒ、２．５．ｄ　Ｂ／ｋｍｆ７）吸収損（波長０
．８５μｍ）をもたらす。すなわち、３０ｐｐｍでは７
５ｄ　Ｂ／ｍの吸収損をもたらす。また■を３０１）ｔ
）ＩＩＩ石英ガラスに添加しても、その屈折率の上昇は
比屈折率差で０．０１％以下である。

第２図は、本実施例に示した偏波保持光ファイバの製造
工程を説明する図である。偏波保持光フアイバ用母材の
外周にＶ添加の外側クラッド６となる石英管をかぶせ、
抵抗発熱体１０で高温に加熱溶融延伸して、偏波保持光
ファイバ１５とし、ダイス１１で変成シリコーンを塗布
して一次被覆層４とし、硬化炉１２で乾燥硬化せしめ、
１３のキャプテンローラを介してドラム１４に巻き取る
。

この際の線引きの速度は３０ｍ／分であった。外側クラ
ツド６用石英管は、ＶＡＤ法で多孔質母材を合成し、焼
結・透明ガラス化時に■が３０　ｐｐｍ添加されるよう
に気相状態のＶＯＣｌ２とＨｅガス雰囲気の電気炉中で
１５５０℃まで加熱ガラス化し、ついで中心部の穴加工
および外周の研磨のガラス管加工を行って、作製した。

このようにして作製した偏波保持光ファイバのクロスト
ークを干渉法（Ｋ、　Ｔａｋａｄａ　、他、ＥＩＯｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ、　ＬｅｔｔｅｒｓｌＶｏｌ、　　２０．
ｐｐ、１１９−１２１　１９８４）で測定した。この干
渉法は一７０ｄＢまでのクロストーク分解能を有してい
る。

この結果を第４図のＣに示しである。この結果が示すよ
うに、本発明の偏波保持光ファイバは、ファイバ長さが
２ｍまで式（１）に従ってクロストークが減少し、−６
０ｄ　Ｂを示す。１ｍ長ではタララドモード光の影響が
現われ若干（１）式に従わなくなるが、−６３ｄ　Ｂを
示している。

上記実施例では０．８５ｕｍ帯用の偏波保持光ファイバ
として、■添加の場合について示したが、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｃｏ、Ｆｅ、　Ｃｕ、　Ｎｉ等の遷移金属単体または複
数元素を混合した石英ガラスは、いずれも波長０．４μ
ｍ〜１．１μｍの範囲に吸収損失を示づ。このため、こ
れら遷移金属を外側クラッドに添加して製造した偏波保
持光ファイバも同様に低クロストークを実現できる。

一方、より長波長帯用の偏波保持光ファイバとしては、
１．１μｍ〜３．０ａｍの波長帯で吸収損失を示すＰｒ
　、Ｓｍ　ＳＴｂ　、Ｅｕ　、Ｄｙ　、Ｈｏ　。

Ｅｒ、　Ｔｍ、　Ｙｂ、　Ｃｅ等の希土類元素を外側ク
ラッドに添加したものが、１．１〜３．０μｍの波長帯
で低クロストークを実現できる。

本実施例では応力付与形の偏波保持光ファイバを例とし
て説明しているが、これ以外の各秤波保持ファイバの場
合であっても本発明は同様に適用可能である。

実施例２ 偏波保持光ファイバとして、内側クラッドにＦ（フッ素
）添加したものを製造した。この偏波保持光ファイバの
構造パラメータを以下に述べる。

コアはＳｉ　０２１００％の石英ガラスよりなり、コア
径は６．５μｍ比屈折率差Δは０．４％である。応力付
与部は外径３５μｍで、８２０３が１５ｍ０１％添加し
である３ｉ　０２　　Ｂ２０３系ガラスである。カット
オフ波長は１．１μｍとした。

内側クラッドは外径１１０μｍで、水ｆａＭを２０　ｐ
ｐｂ以下としたフッ素添加ガラスであり、石英の屈折率
に比して０．４％低下さけている。外側クラッドは外径
１５０μｍで、水１ｇを１０％含んだ石英ガラスである
。−次被覆層は変成シリコーン樹脂で、その被覆外径は
３５０μｍである。

外側クラッドの水酸基は１１００ｐｐの添加で波長１．
５μｍで３００ｄ　Ｂ／ｋ　ｍの吸収損失をもたらす（
堀口正治、東京大学学位論文、Ｐｌ　２６＞ため、１０
％の添加では３０ｄＢ／ｍの吸収損失となる。すなわら
２ｍで６０ｄＢとなる。

この偏波保持光ファイバを直径１０ｃＭのドラムに巻ぎ
つけ、ファイバ形偏光子を作製した結果、波長１．５μ
ｍの円偏波入射に対して消光比６３ｄＢ＜全長２ｍ）を
得た。一方従来の偏波保持光ファイバを用いたファイバ
形偏光子の消光比は、長さ２ｍで４２ｄＢである。

この結果は本発明によってクラッドモードが効果的に除
去されていることを示す。

上記実施例２は、内側クラッドの水産基が２０ｐｐｂ以
下、外側クラッドは水Ｍｌを１０％含んだ場合について
の説明であった。内側クラッドの水酸基については、現
在光ファイバの製造法の１つであるＶＡＤ法によって１
　ｐｐｂ以下に制御することも可能になっている。水酸
基量がｉ　１）ｌ）ｂから〜２０　ｐｐｂの範囲にあれ
ば、光フアイバ通信に使用される波長域０．６μｍ〜１
．６μｍにおいて吸収損失は１ｄＢ／ｋｍ以下となり、
ファイバ形偏光子として必要な〜１０ｍでは、０．０１
ｄ　Ｂ程度で損失は無視できる。

一方、外側クラッドについては、１％の水酸基を含有す
ると１．５μｍの波長で３ｄ　Ｂ／ｍとなり、良好な消
光比を１与るため（例えば６０ｄＢ）には２０ｍが必要
となるが、使用波長帯が１．３９μｍでは１％の水酸基
で５０ｄＢ／ｍの吸収損となるため、十分に良好な消光
比を１〜２ｍの光ファイバで得ることができる。

また、外側クラッドの含有団が２０％程度の石英ガラス
まではゾルゲル法によって製造できるが、２０％以上と
なると軟化温度の低下、高温加熱時の発泡等の製造上の
困難性が高くなる。

以上の観点から、内側クラッドの水Ｍ基量は２０　ｐｐ
ｂ以下、外側クラッドの水酸基ｍは１〜２０％の範囲で
あれば良好な消光比を有した光ファイバが実現可能であ
る。

［発明の効果コ 本発明によれば、偏波保持光ファイバのクラッド層を二
重構造として外側クラッドに光吸収の大きい材料を使用
したため短尺の偏波保持光ファイバのクロストーク特性
、あるいは、この偏波保持光ファイバを用いて作製する
ファイバ形偏光子の消光比特性を大幅に改善することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として示した偏波保持光ファ
イバの断面図、第２図は本発明による偏波保持光ファイ
バの％Ｊ　ｉ工程を示す説明図、第３図は従来の偏波保
持光ファイバの断面図、第４図は偏波保持光ファイバに
おけるクロストークのファイバ長依存性を示すグラフで
ある。 １・・・・・・コア、２・・・・・・応力付与部、４・
・・・・・−次被覆層、５・・・・・・内側クラッド、
６・・・・・・外側クラッド。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）コアを囲むクラッドが二重の構造に形成され、内
   側のクラッドが光吸収の少ない材料、外側クラッドが光
   吸収の大きい材料からなることを特徴とする偏波保持光
   ファイバ。
2. （２）内側クラッドがＳｉＯ＿２あるいはＳｉＯ＿２−
   Ｆのガラス組成であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の偏波保持光ファイバ。
3. （３）外側クラッドがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃ
   ｕ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ
   、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｃｅのうちのいずれかまたは複数含まれ
   ているガラスであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の偏波保持光ファイバ。
4. （４）内側クラッドが水酸基を２０ｐｐｂ以下とした超
   高純度なＳｉＯ＿２あるいはＳｉＯ＿２−Ｆのガラス組
   成であり、外側クラッドが１〜２０％の水酸基を含んだ
   組成であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の偏波保持光ファイバ。