JP2004530938A

JP2004530938A - 光ファイバー

Info

Publication number: JP2004530938A
Application number: JP2003507613A
Authority: JP
Inventors: ヘーロファンベルゲンアンドリエス; ヤコブスニコラースファンストラレンマテウス; ペーターマリーイェッテンマルク
Original assignee: ドゥラカファイバーテクノロジーベーヴェー
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-10-07
Also published as: EP1397718A1; CN1518677A; BR0210109A; US20030044150A1; DE60201680T2; DE60201680D1; NL1018338C2; EP1397718B1; BR0210109B1; WO2003001274A1; ATE280397T1; US6882788B2; DK1397718T3

Abstract

本発明は、主として石英ガラスからなる光ファイバーに関し、該光ファイバーは、i)第１の屈折率ｎ１及び第１の直径ａを有する内側のコアと；ii)該内側のコアの外周を取り囲み、第２の屈折率ｎ２及び第２の直径ｂを有する外側のコアと；iii)該外側のコアの外周を取り囲み、第３の屈折率ｎ３を有するクラッドとを備え、ここで、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として石英ガラスからなる光ファイバーに関し、該光ファイバーは、
i)第１の屈折率ｎ１及び第１の直径ａを有する内側のコアと；
ii)該内側のコアの外周を取り囲み、第２の屈折率ｎ２及び第２の直径ｂを有する外側のコアと；
iii)該外側のコアの外周を取り囲み、第３の屈折率ｎ３を有するクラッドとを備え、
ここで、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３である。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許出願第０２４９２３０号は、1500nm−1600nmの波長域にゼロ分散波長を有するシングルモードの光ファイバーに関するものであり、該光ファイバーは、ＧｅＯ₂-ＳｉＯ₂又はＧｅＯ₂-Ｆ-ＳｉＯ₂製の内側コア及びＦ-ＳｉＯ₂製の外側コアからなるコアと、Ｆ-ＳｉＯ₂製のクラッドとを備える。
【０００３】
米国特許第５,８４８,２１５号は、光ファイバーの相対屈折率の違い及びコア半径が同一方向で増大又は減少する結果、光通信シグナルの1550nmの所定の波長に対する波長分散が、全ファイバー長に渡ってゼロになる光ファイバーに関するものである。
【０００４】
かかる光ファイバーは、更に欧州特許出願第０７８５４４８号にも記載されており、好ましくは、該ファイバーは多くの必須条件を満たさなければならず、特にａ／ｂ＜0.20且つｂ＞15μmを満たさなければならない。かかるファイバーは、少なくとも1560nmで1600nmを超えない範囲内にゼロ分散波長を有しており、その値は、シグナル光の波長（1.5μm）に比べて幾分シフトしている。更に、そこに記載された光ファイバーは、全体としてシグナル強度を低下させることなく光出力密度を低下させるために、8.0μm以上のＭＦＤ値を有する。それに加えて、そこに記載された光ファイバーは、その長さが2mの場合、所謂、カットオフ波長が少なくとも1.0μmで1.8μm以下である。その上、欧州特許出願第０７８５４４８号に記載された総ての例は、所謂、ゼロ分散が1550nmより大きいことを示しており、負の分散のファイバーであることを示している。なお、曲げ損失についての言及はない。
【０００５】
通常の方法では、所定の外径を有する光ファイバーは、棒状のプリフォームの一端を加熱し、続いてその可塑化した端から光ファイバーを線引することによって製造される。しかしながら、この方法で得られる光ファイバーにおいては、コア部分及び周囲の層の切断面が、幾分楕円又は乱れた円形を示し、完全な同心円状が得にくい。従って、こうして得られた光ファイバーでは、径方向における屈折率分布が完全に同心にはならず、所謂、偏波モード分散（ＰＭＤ）が増加することとなる。従って、”偏波モード分散”は、光ファイバーの切断面部分において互いに直交する２つの偏波間での速度の違いの結果として起こる分散である。かかる光ファイバーが長距離伝送に用いられ、長距離に渡って大容量を必要とする場合、前述の偏波モード分散の影響が大きい。更に、偏波モード分散の影響は、チャンネル当りの伝送速度が速い場合、非常に大きくなる。
【０００６】
ここしばらくの間、光ファイバーは、1550nmの伝送帯で用いられている。これらの、所謂、分散シフト光ファイバー（ＤＳＦ）は、所謂、Ｃ-バンド（1530−1565nm）の波長で光ファイバーの減衰レベルが元来低いことを利用しており、更に、チャーピングによる伝送パルスの拡大を妨げるために、Ｃ-バンドにおいてシフトしたゼロ分散を有する。一般に、グラスファイバーの容量を増やすために波長分割多重（ＷＤＭ）が用いられ、該ＷＤＭでは、グラスファイバー越しにデータを同時に伝送するために、同じ伝送帯で幾つかの波長が処理される。ＷＤＭと高い伝送速度を用いる場合、所謂、複数の非線形効果が伝送容量に逆効果をもたらす。これらの非線形効果は、四光波混合（ＦＷＭ）、自己位相変調（ＳＰＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）及びパラメトリック増幅（ＰＧ）である。ＦＷＭは主にゼロ又はゼロ分散の近くで起こるので、公知のＷＤＭファイバーは、Ｃ-バンドにおいてゼロからそれた分散が低い。ＳＰＭは、有効ファイバー面積を増大させることによって妨げられる。その結果、ファイバー中を伝送される光の強度が減少する。有効面積を増やすことの欠点の一つは、ファイバーの分散勾配が増大することである。従って、非常に低いものが非常に高い分散になる結果、伝送レンジの端でのファイバーの有用性が限定される。このことが、Ｃ-バンドの外側の伝送レンジで上記ファイバーを利用することに関して深刻な限定をもたらし、Ｌ-バンド（1565−1625nm）又はＳ-バンド（1440−1530nm）等のＣ-バンドの外側のレンジは、更に、シングルファイバーの伝送容量を増大させるためでさえ、非常に大きな減衰がもたらされる。そのため、しばしばクラッドのインデックスリングと組み合わせて、光伝送コアの中心部分が比較的低い屈折率を有するプロファイルで、分散勾配と有効面積との間の矛盾を解消することが模索されている。しかしながら、制御されるべき幾何学的特性の数が多いため、そのようなプロファイルを複製するのは難しく、十分な歩止まりで生産するのが難しい。更に、円形の対称性における偏りのリスクが増大し、偏波モード分散（ＰＭＤ）に悪影響を及ぼす。それに加えて、そのようなプロファイルを用いる場合、ファイバーの敷設に関与する曲げ損失を十分小さく維持するのが難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、容易に再生産可能な方法で製造できるプロファイルを有するファイバーであって、特にＷＤＭ用途に好適なファイバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
序文で参照した発明は、本発明によれば、1500nm未満のゼロ分散波長を有し、以下の要件：
0.2＜ａ／ｂ＜0.55
0.05＜Ｄ２／Ｄ１＜0.3
［式中、Ｄ２＝（（ｎ２−ｎ０）／ｎ２）*100％
Ｄ１＝（（ｎ１−ｎ０）／ｎ１）*100％
ｎ０＝ドープされていない石英ガラスの屈折率の値
ｎ１＝ドープされた内側のコアの屈折率の値
ｎ２＝ドープされた外側のコアの屈折率の値］
を満たすことを特徴とする。
【０００９】
ａ／ｂの比率及びＤ２／Ｄ１の比率の双方を適切に選択することにより、ＷＤＭ用途に特に好適な光ファイバーが得られる。そのようなプロファイルの利点は、ＰＭＤ及び大きな曲げに対し潜在的に敏感でなく、必要であれば、ドープによってＰＭＤに対する感度を更に低下させることさえ可能なことである。
【００１０】
本発明で適用されるプロファイルは、上述のパラメータで規定される。その点について更に述べれば、直径ａを有する領域において屈折率の値が一定であってもよく、具体的な態様においては、中心軸を対称に囲む直径ａを有する領域において屈折率が最大値を有し、該最大値が外側のコアに向かって値ｎ₁'に実質直線的に減少するのが望ましく、ここで、ｎ₁＞ｎ₁'＞ｎ₂である。一実施態様においては、中心軸を対称に囲む直径ａを有する領域において屈折率が最大値を有し、該最大値が外側のコアに向かって値ｎ₂に実質直線的に減少するのが更に望ましい。特定の状況においては、中心軸を対称に囲む直径ａ'を有する領域において屈折率の値ｎ₁が実質的に一定であり、該屈折率の値が、それ以降、外側のコアに向かい距離ａに渡って実質直線的に値ｎ₁'に減少するのが更に好ましく、ここで、ａ'＜ａ＜ｂ且つｎ₁＞ｎ₁'＞ｎ₂である。更に、中心軸を対称に囲む直径ａ'を有する領域において屈折率の値が一定であり、屈折率の値が、外側のコアに向かい距離ａに渡って実質直線的に値ｎ₂に減少する特別な態様が好ましく、ここで、ａ'＜ａ＜ｂ且つｎ₁＞ｎ₂である。
【００１１】
本願の光ファイバーは、所謂、二重形状のコアプロファイルを有し、該コアは、高い屈折率値を有する中心部分と、それに隣接し相対的に低い屈折率を有する周囲のリングとからなる。コア及びそれに隣接した周囲のリングの屈折率値は、該リングを取り囲むクラッドの屈折率値よりも高い。ＧｅＯ₂でシリカのコアをドープすることによって、周囲の層に比べてコアの屈折率を増大させることができる。特別な態様においては、コアとコアを取り囲む内側のコアの一部分の双方をフッ素でドープする。
【００１２】
特に好適な実施態様においては、本発明の光ファイバーは、更に以下の要件：
2ps/(nm.km)＜＝1550nmでの分散＜＝10ps/(nm.km)
を満たす。
【００１３】
光ファイバーの分散が値ゼロに近づく場合、非線形効果ＦＷＭが大きく増大する。伝送システムにおいて、そのような非線形効果を補償するのが非常に難しいため、該分散が前述の範囲で起こるのが望ましい。
【００１４】
特別な実施態様においては、本発明の光ファイバーは、更に以下の要件：
1550nmでの分散勾配＜＝0.095ps/(nm².km)
を満たすのが好ましい。
【００１５】
前記勾配が非常に大きい場合、伝送バンドの端での分散が、その中心での分散と大きく異なるので、上記要件を満たす分散勾配が特に望ましい。更に、分散におけるそのような違いが、伝送システムでは扱い難く、高いコストをかけることによってのみ補償できるので、分散勾配に関する上記要件を満たすのが望ましい。
【００１６】
特別な実施態様においては、本発明の光ファイバーは、更に以下の要件：
7.5＜＝ＭＦＤ＜＝9.5
を満たすのが望ましい。
【００１７】
モードフィールド径（ＭＦＤ）が7.5未満では、光ファイバーが望ましくない非線形効果ＳＰＭによる悪影響を受ける結果、光ファイバー中の光強度が増大する。しかしながら、モードフィールド径が9.5を超えると、分散勾配の問題が発生し、その値も大きくなるので、望ましくない。
【００１８】
他の好適態様においては、本発明の光ファイバーは、以下の要件：
カットオフ波長＜1450nm
を満たすのが特に好ましい。
【００１９】
本発明の特別な実施態様においては、内側のコアと外側のコアの一部分がフッ素でドープされる。中空の棒が塊状の棒に転換される崩壊プロセスを制御するのが容易なので、このドーピング態様が、再生産可能な方法で光ファイバーの中心対称性を維持することを可能とする。
【００２０】
本発明の光ファイバーがクラッド上に別の層を少なくとも一層備える場合、第１の別の層のＥ-モジュラスが20℃において5MPAより小さく、第２の別の層のＥ-モジュラスが500MPAより大きいのが特に好ましい。
【００２１】
かかるファイバーは、非常に良好なマクロの曲げ特性を有するようであり、該特性は、直径30mmのドラムに少なくとも100本のバインディングを配置する場合に見られるだけである。そのようなドラムで100本のバインディングでの実験的に測定したマクロ曲げ値は10dB/kmより小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明を、多くの図を参照して更に詳しく説明するが、該図は本発明の範囲を限定するものではない。
【００２３】
図１−５は、本発明に従う屈折率プロファイルである。
【００２４】
図１は、本発明の光ファイバーの階段状の屈折率プロファイルを概念的に示したものであり、直径ａを有する内側のコアの屈折率が、その距離全体に渡って実質的に一定である。
【００２５】
図２は、内側のコアが、中心軸を対称に取り囲む領域において最大屈折率値を有し、該最大屈折率が外側のコアに向かい値ｎ₁'に減少し、ここで、ｎ₁＞ｎ₁'＞ｎ₂である。
【００２６】
図３は、内側のコアが、中心軸を対称に取り囲む領域において最大屈折率値を有し、該最大屈折率値ｎ₁が中心軸から外側のコアに向かって対称に値ｎ₂に減少する。
【００２７】
図４においては、内側のコアが、中心軸を対称に取り囲み直径ａ'を有する領域において最大屈折率値を有する。この最大屈折率値ｎ₁は、引き続き、直径ａを有する領域において、外側のコアに向かって、値ｎ₁'に減少し、ここで、ａ'＜ａ＜ｂ且つｎ₁＞ｎ₁'＞ｎ₂である。
【００２８】
図５は、中心軸を対称に取り囲み直径ａ'を有する領域において内側のコアが最大屈折率値を有する屈折率プロファイルを示す。最大屈折率値ｎ₁が、外側のコアに向かって直径ａを有する領域において値ｎ₂に減少し、ここで、ｎ₁＞ｎ₂且つａ'＜ａ＜ｂである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に従う屈折率プロファイルである。
【図２】本発明に従う屈折率プロファイルである。
【図３】本発明に従う屈折率プロファイルである。
【図４】本発明に従う屈折率プロファイルである。
【図５】本発明に従う屈折率プロファイルである。

Claims

主として石英ガラスからなり、
i)第１の屈折率ｎ１及び第１の直径ａを有する内側のコアと；
ii)該内側のコアの外周を取り囲み、第２の屈折率ｎ２及び第２の直径ｂを有する外側のコアと；
iii)該外側のコアの外周を取り囲み、第３の屈折率ｎ３を有するクラッドとを備え、
ｎ１＞ｎ２＞ｎ３である光ファイバーにおいて、
前記光ファイバーが1500nm未満のゼロ分散波長を有し、以下の要件：
0.2＜ａ／ｂ＜0.55
0.05＜Ｄ２／Ｄ１＜0.3
［式中、Ｄ２＝（（ｎ２−ｎ０）／ｎ２）*100％
Ｄ１＝（（ｎ１−ｎ０）／ｎ１）*100％
ｎ０＝ドープされていない石英ガラスの屈折率の値
ｎ１＝ドープされた内側のコアの屈折率の値
ｎ２＝ドープされた外側のコアの屈折率の値］
を満たすことを特徴とする光ファイバー。
前記光ファイバーが、更に以下の要件：
2ps/(nm.km)＜＝1550nmでの分散＜＝10ps/(nm.km)
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー。
前記光ファイバーが、更に以下の要件：
1550nmでの分散勾配＜＝0.095ps/(nm².km)
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバー。
前記光ファイバーが、更に以下の要件：
7.5＜＝ＭＦＤ＜＝9.5
を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバー。
前記光ファイバーが、更に以下の要件：
カットオフ波長＜1450nm
を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバー。
前記クラッドの一部分がフッ素でドープされており、該クラッドのドープされた部分が前記外側のコアの外周に直接隣接して位置することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバー。
前記クラッド上に別の層が少なくとも一層存在し、第１の別の層のＥ-モジュラスが20℃において5MPaより小さく、第２の別の層のＥ-モジュラスが500MPaより大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光ファイバー。