JP3726745B2 - 光ファイバの接続方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの接続方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、インターネット等の急速な普及に伴い情報容量が増大し、情報の伝送媒体に対する大容量化の要求が高まってきた。大容量化に対応する技術の中で最も有望視されているのが、波長多重(以下「WDM」という。)伝送方式である。WDM方式は1本の光ファイバで複数の信号光を伝送できるので、伝送容量を100倍程度増大させることが可能である。
【0003】
このため、大陸間を結ぶ光海底ケーブルシステムのような長距離大容量伝送路へ導入が進められており、実用化段階を迎えている。
【0004】
WDM伝送においては、伝送路の波長分散及び非線形効果が伝送容量や伝送距離を制限する主な原因となる。この非線形効果を抑制するためには実効断面積(Aeff)を拡大することが有効である。
【0005】
そこで、Aeffを拡大したシングルモード光ファイバ(以下「Aeff拡大SMF」という。)と分散及び分散スロープを補償した光ファイバを組み合わせたハイブリット大容量WDM伝送路が注目されている。一般にAeff拡大SMFは図8に示すような屈折率分布を有しており、分散、分散スロープ補償光ファイバは図9に示すような屈折率分布を有している。Aeff拡大SMF、分散、分散スロープ補償光ファイバは共にクラッドにフッ素が添加されている。
【0006】
図8はAeff拡大SMFの屈折率分布を示す図であり、横軸は径方向の位置を示し、縦軸は屈折率を示す。図9は分散、分散スロープ補償光ファイバの屈折率分布を示す図であり、横軸は径方向の位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【0007】
Aeff拡大SMF、分散、分散スロープ補償光ファイバは、共にクラッドにフッ素が添加されている。このような光ファイバを用いた伝送路において、Aeff拡大SMFと分散及び分散スロープを補償した光ファイバとの接続は必要であり、これらの接続は融着機を用いた融着接続により行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、両光ファイバのMFD径が大きく異なるため、上記方法で直接接続を行うと接続損失が大きくなるという問題が生じる。例えば、Aeff拡大SMFと分散、分散スロープ補償光ファイバを直接接続すると約1.0dBの接続損失が生じるという問題があった。
【0009】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、接続損失の少ない光ファイバの接続方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光ファイバの接続方法は、MFD径が5μm以上7μm以下の分散、分散スロープ補償ファイバとMFD径が11μm以上13μm以下のAeff拡大SMFファイバとを融着接続する方法において、センターコア、第1クラッドと第2クラッドとからなり、(センターコアの比屈折率差)>(第2クラッドの比屈折率差)>(第1クラッドの比屈折率差)の屈折率分布を有し、MFD径が7μm以上9μm以下であり、コア中心からクラッドにわたってフッ素が添加されており、センターコアの比屈折率差が0.6%以上0.8%以下であるモードフィールド変換ブリッジ光ファイバを上記分散、分散スロープ補償ファイバと上記Aeff拡大SMFファイバとの間に挿入して融着接続するものである。
【0014】
本発明によれば、MFD径の異なる光ファイバの間に、両光ファイバのMFD径に対して中間的なMFD径を有するモードフィールド変換ブリッジ光ファイバを挿入することにより、両光ファイバとモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの間のMFD径の差が小さくなるので、接続損失が減少する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0016】
図1は本発明の光ファイバの接続方法を説明するためのブリッジ光ファイバモードフィールド径と接続損失との関係を示す図であり、横軸はブリッジ光ファイバモードフィールド径を示し、縦軸は接続損失を示す。
【0017】
同図は、MFD径が5μmの光ファイバとMFD径が13μmの光ファイバ、及びMFD径が7μmの光ファイバとMFD径が11μmの光ファイバとの接続において、ブリッジ光ファイバのMFD径と電界分布不整合損失との関係を示した結果である。
【0018】
同図においてAはMFD径が5μmの分散、分散スロープ補償光ファイバ、MFD径が13μmのAeff拡大SMFとモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続損失を示す計算結果である。又、BはMFD径が7μmの分散、分散スロープ補償光ファイバ、MFD径が11μmのAeff拡大SMFとモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続損失を示す計算結果である。
【0019】
Aの計算結果より、MFD径の差が大きな光ファイバ同士の接続において、電界分布不整合損失を小さくするためには、MFD径を7μm以上9μm以下にするのが好ましい。このMFD径の値の範囲は、工業的生産をする上において、十分に制御可能な値である。本発明はこの点に着目し、MFD径が5μm以上7μm以下の分散、分散スロープ補償光ファイバとMFD径が11μm以上13μm以下のAeff拡大SMFとの接続において、両光ファイバの中間にMFD径が7μm以上9μm以下の光ファイバを挿入して接続することを特徴としている。このことにより少ない接続損失で光ファイバを接続することができる。
【0020】
図2は分散、分散スロープを補償した光ファイバとモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続における接続時間と接続損失との関係を示図であり、横軸が接続時間を示し、縦軸が接続損失を示す。
【0021】
(a)、(b)2種類のブリッジ光ファイバについて検討を行った。(a)はコア中心からクラッドにわたってフッ素を添加したものであり、(b)はフッ素を添加しないものである。
【0022】
図3はフッ素が添加された光ファイバの屈折率分布を示す図であり、横軸が径方向の位置を示し、縦軸が屈折率を示す。
【0023】
同図において、センターコア1の比屈折率差(Δn1)の値よりも第1クラッド2の比屈折率差(Δn2)の値が低く、第1クラッド2の比屈折率差(Δn2)の値よりも第2クラッド3の比屈折率差(Δn3)の値が高く、第2クラッド3の比屈折率差(Δn3)の値よりも第3クラッドの比屈折率差(Δn4)の値が低く、第4クラッド5の比屈折率差がセンターコア1及び第2クラッド3の比屈折率差(Δn1、Δn3)の値よりも低く、第1クラッド2、第3クラッド4の比屈折率(Δn2、Δn4)の値よりも高く、第1クラッド2の比屈折率差(Δn2)の値が第3クラッド4の比屈折率差(Δn4)の値よりも高く、第2クラッド3の比屈折率差(Δn3)の値がセンターコアの比屈折率差(Δn1)の値よりも低い4重クラッド構造型の屈折率分布を呈している。
【0024】
第1クラッド2及び第3クラッド4にはフッ素が添加されている。
【0025】
図4はフッ素が添加されていない光ファイバの屈折率分布を示す図であり、横軸は径方向の位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【0026】
同図において、センターコア6の比屈折率差(Δn5)の値よりも第1クラッド7の比屈折率差(Δn6)の値が低く、第2クラッド8の比屈折率(Δn7)の値がセンターコア6の比屈折率差(Δn5)の値よりも低く、第1クラッド7の比屈折率差(Δn6)の値よりも高く、第3クラッド9の比屈折率差がセンターコア6、第1クラッド7及び第2クラッド8の比屈折率差(Δn5、Δn6、Δn7)の値よりも低い3重クラッド構造型の屈折率分布を呈している。
【0027】
ここで、図2より、フッ素を添加したブリッジ光ファイバ(α)の方がフッ素を添加しないブリッジ光ファイバ(β)よりも接続損失が低いことが分かる。分散、分散スロープ補償光ファイバは、フッ素が高濃度に添加されているため、光ファイバ融着時にコアのゲルマニウムが拡散しやすくなる。
【0028】
そこで、ブリッジ光ファイバには分散、分散スロープ補償光ファイバより低濃度のフッ素を添加することで、ガラスの軟化温度が低下し、融着に必要な加熱量を低減させる。これにより、ブリッジ光ファイバのゲルマニウムの拡散を抑えながら、分散、分散スロープ補償光ファイバのゲルマニウムを拡散させる融着条件を選定することで、両光ファイバのMFD径の差を小さくし、接続損失を低下させることができる。本発明はこの点に着目し、コア中心からクラッドにわたってフッ素を適量添加した光ファイバをブリッジ光ファイバとして接続することを特徴としている。
【0029】
図5はAeff拡大光ファイバとフッ素が添加されたモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続における、光ファイバの比屈折率差と接続損失との関係を示す図であり、横軸が比屈折率差を示し、縦軸が接続損失を示している。
【0030】
実験値は、比屈折率差の異なる光ファイバとAeff拡大光ファイバとを接続した際の最低接続損失値である。接続損失を0.2dB以下にするためには、モードフィールド変換ブリッジ光ファイバの比屈折率差を0.5%以上0.88%以下にするのが好ましい。
【0031】
図6は分散、分散スロープ補償光ファイバとフッ素が添加されたモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続における、光ファイバの比屈折率差と接続損失との差の関係を示す図であり、横軸が比屈折率差を示し、縦軸が接続損失を示している。
【0032】
接続損失を0.2dB以下にするためには、モードフィールド変換ブリッジ光ファイバの比屈折率差を0.6%以上0.8%以下にするのが好ましい。
【0033】
ここで、モードフィールド変換ブリッジ光ファイバとAeff拡大SMF、分散、分散スロープ補償光ファイバとの接続損失をそれぞれ0.2dB以下とするのは、Aeff拡大SMF、分散、分散スロープ補償光ファイバの接続が40〜50kmに1ヶ所程度となり、トータルの接続損失が0.4dB(Aeff拡大SMF及び分散、分散スロープ補償光ファイバとモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続損失の和)以下であると、WDM伝送路に及ぼす損失増加量は0.01dB/km以下となり、問題がないためである。
【0034】
本発明はこの点に着目し、MFD径が7.0μm以上9.0μm以下であり、コア中心からクラッドにわたってフッ素が添加され、光ファイバのセンターコアの比屈折率差が0.6%以上0.8%以下であるモードフィールド変換ブリッジ光ファイバを接続することを特徴としている。このことにより少ない接続損失で光ファイバを接続することができる。
【0035】
【実施例】
(実施例1)
ブリッジ光ファイバの両端に、MFD径が11.9μmのAeff拡大SMF及びMFD径が6.5μmの分散、分散スロープ補償光ファイバを接続した。
【0036】
図3に示すセンターコアの比屈折率差(Δn1)は0.71%、第1クラッド2の比屈折率差(Δn2)は−0.03%、第2クラッド3の比屈折率(Δn3)は0.14%、第3クラッド4の比屈折率差(Δn4)は−0.07%である。フッ素の添加量は分散、分散スロープ補償光ファイバと比べて少ない。また、MFD径は8.5μmである。
【0037】
図4に示すセンターコア1の比屈折率差(Δn5)は0.71%、第1クラッド7の比屈折率差(Δn6)は0.05%、第2クラッド8の比屈折率差(Δn7)は0.15%である。また、MFD径は8.35μmである。
【0038】
図2に示す特性は一般の融着機によって接続した光ファイバを用いたものであある。接続条件として、フッ素が添加された光ファイバの放電パワー240mA、フッ素が添加されていない光ファイバの放電パワー350mA、融着時の光ファイバ押し込み量10μm、融着予備放電時間0.5s、端面間隔10μmは同一である。上記接続条件のもと、最低接続損失は、フッ素が添加されているものは0.15dBであり、フッ素が添加されていないものは0.55dBであった。
【0039】
(実施例2)
図7は図5に示したa点における光ファイバの屈折率分布を示す図であり、横軸は径方向の位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【0040】
図7に示すセンターコア10の比屈折率差(Δn8)よりも第1クラッド11の比屈折率差(Δn9)の値が低く、第2クラッド12の比屈折率差の値はセンターコア10の比屈折率差(Δn8)の値よりも低く、第1クラッド11の比屈折率差(Δn9)の値よりも高いW型の屈折率分布を呈しており、a点のセンターコアの比屈折率差(Δn8)は0.35%、第1クラッド11の比屈折率差(Δn9)は−0.03%である。MFD径は9.2μmである。Aeff拡大SMFとの融着接続の条件は、放電パワー300mA、放電時間5s、融着時の光ファイバ押し込み量10μm、融着予備放電時間0.5s、端面間隔10μmであり、最低接続損失は0.29dBであった。
【0041】
(実施例3)
b点における光ファイバの比屈折率分布はa点における屈折率分布と同一であって、センターコア10の屈折率差(Δn8)は0.71%、第1クラッド11の比屈折率差(Δn9)は−0.07%である。MFD径は8.5μmである。Aeff拡大SMFとの融着接続条件は放電パワー300mA、放電時間10s、融着時の光ファイバ押し込み量10μm、融着予備放電時間0.5s、端面間隔10μmであり、最低接続損失は0.16dBであった。
【0042】
c点における光ファイバの屈折率分布はa点における屈折率分布と同一であって、センターコア10の比屈折率差(Δn8)は1.2%、第1クラッド11の比屈折率差(Δn9)は−0.03%である。MFD径は7μmである。Aeff拡大光ファイバとの融着接続条件は、放電パワー200mA、放電時間15s、融着時の光ファイバ押し込み量10μm、融着予備放電時間0.5s、端面間隔10μmであり、最低接続損失は0.52dBであった。
【0043】
(実施例4)
図6において、d点、e点、f点における光ファイバの屈折率分布はそれぞれ、図5におけるa点、b点、c点と同一の屈折率分布である。d点において分散、分散スロープ補償光ファイバとの融着接続条件は放電パワー330mA、放電時間0.75s、融着時の光ファイバ押し込み量10μm、融着予備放電時間0.5s、端面間隔10μmであり、最低接続損失は0.95dBであった。
【0044】
(実施例5)
e点において、分散、分散スロープ補償光ファイバとの融着接続条件は、放電パワー240mA、放電時間2s、融着時の光ファイバ押し込み量10μm、融着予備放電時間0.5s、端面間隔10μmであり、最低接続損失は0.15dBであった。
【0045】
f点において分散、分散スロープ補償光ファイバとの融着接続条件は、放電パワー300mA、放電時間5s、融着時の光ファイバ押し込み量10μm、融着予備放電時間0.5s、端面間隔10μmであり、最低接続損失は2.2dBであった。
【0046】
以上により、MFD径が8.5μmのブリッジ光ファイバを用いてMFD径が11.9μmのAeff拡大SMFとMFD径が6.5μmの分散、分散スロープ補償光ファイバとの接続を0.31dBと低損失に接続することができた。
【0047】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、接続損失の少ない光ファイバの接続方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ファイバの接続方法を説明するためのブリッジ光ファイバモードフィールド径と接続損失との関係を示す図である。
【図2】分散、分散スロープを補償した光ファイバとモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続における接続時間と接続損失との関係を示図である。
【図3】フッ素が添加された光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【図4】フッ素が添加されていない光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【図5】Aeff拡大光ファイバとフッ素が添加されたモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続における、光ファイバの比屈折率差と接続損失との関係を示す図である。
【図6】分散、分散スロープ補償光ファイバとフッ素が添加されたモードフィールド変換ブリッジ光ファイバとの接続における、光ファイバの比屈折率差と接続損失との差の関係を示す図である。
【図7】図5に示したa点における光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【図8】Aeff拡大SMFの屈折率分布を示す図である。
【図9】分散、分散スロープ補償光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【符号の説明】
1、6、10 センターコア
2、7、11 第1クラッド
3、8、12 第2クラッド
4、9 第3クラッド
5 第4クラッド
Claims (1)
- MFD径が5μm以上7μm以下の分散、分散スロープ補償ファイバとMFD径が11μm以上13μm以下のAeff拡大SMFファイバとを融着接続する方法において、センターコア、第1クラッドと第2クラッドとからなり、(センターコアの比屈折率差)>(第2クラッドの比屈折率差)>(第1クラッドの比屈折率差)の屈折率分布を有し、MFD径が7μm以上9μm以下であり、コア中心からクラッドにわたってフッ素が添加されており、センターコアの比屈折率差が0.6%以上0.8%以下であるモードフィールド変換ブリッジ光ファイバを上記分散、分散スロープ補償ファイバと上記Aeff拡大SMFファイバとの間に挿入して融着接続することを特徴とする光ファイバの接続方法。
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