JP4644739B2 - ポリマークラッド光ファイバ - Google Patents
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Description
特に、PCFのポリマークラッド材の屈折率の温度特性の改善のために、ガラスコアにフッ素添加ガラスクラッドを設け、その外周にポリマークラッドを形成する2層コア構造も、特許文献3に開示されている。
しかしながら、△を小さくすると、伝送路を曲げた場合の光の漏洩(曲げ損失)が大きくなる欠点がある。
同時に、コアからクラッド層への光のしみだし量が増加することで、透過率の低いポリマークラッド層において光パワーのロスが生じ、伝送損失もまた大きくなる欠点がある。
これらの特性改善のために、コアを多層構造、あるいは、グレーテッドインデックス(GI)型構造にすることが行われているが、製造工程が複雑になるため、コストアップを招く欠点がある。
さらに、ポリマー材の屈折率の温度依存性は、石英ガラスのそれと比較して大きいために、使用温度により△が変化し、光学特性もまた変化してしまう欠点がある。ポリマークラッド材の常温での屈折率と屈折率の温度依存性によっては、低温度領域で、コア−クラッド間の△がゼロとなり、光が導波しなくなる場合もある。これを回避するために、石英ガラスコアを2層設ける構造が提案されているが、適切なパラメータが記載されておらず、使用温度範囲全域における帯域や曲げ損失などの特性については言及されていない。
かつ、前記内コアと外コアとの間の比屈折率差を△1、前記外コアとポリマークラッドとの間の比屈折率差を△2とし、さらに高温時における前記外コアとポリマークラッドとの間の比屈折率差を△2max、低温時における前記外コアとポリマークラッドとの間の比屈折率差を△2minとし、Y=△2/△1で定義されるパラメータYについて、高温時をYmax=△2max/△1、低温時をYmin=△2min/△1としたとき、前記パラメータXが1.8≦X≦2.0の範囲では、前記Yminが0.25≦Ymin≦0.84X−0.68であり、前記Ymaxが0.25≦Ymax≦0.84X−0.68であり、
前記Xが2.0≦X≦2.2の範囲では、前記Yminが0.48X−0.71≦Ymin≦−2/9X+13/9であり、前記Ymaxが0.48X−0.71≦Ymax≦−2/9X+13/9の関係を満たすことを特徴とするポリマークラッド光ファイバを提供する。
また、好ましくは、前記内コア屈折率をほぼ純粋石英ガラスレベルとし、外コア屈折率を1.42以上、純粋石英ガラスレベル以下にする。
本発明の上記及び他の目的、作用・効果等については、添付図面及び本発明の実施形態の記載から、当業者に明らかになろう。
ポリマークラッド材の常温(20℃とする)での屈折率をn0とし、屈折率の温度係数をdn/dTとすると、X℃でのポリマークラッド材の屈折率nxは次式(1)で表すことができる。
前記Xが、1,8≦X≦2.2の範囲にあり、
前記Xが、1.8≦X≦2.0の範囲の時、前記Yminは、0.25≦Ymin≦0.84X−0.68であり、
前記Xが2.0≦X≦2.2の範囲の時、前記Yminは、0.48X−0.71≦Ymin≦−2/9X+13/9、前記Ymaxは、0.48X−0.71≦Ymax≦−2/9X+13/9を満たすことを特徴とする。
パラメータYについて、Ymin<Ymaxであることが望ましい。
このようにポリマークラッドの屈折率の温度依存性として、高温ほど屈折率が低くなり、低温ほど屈折率が高くなるような材料に対して適用することが好ましい。このようにすることで、石英ガラスの屈折率の温度依存性と逆方向依存性(石英ガラスは高温ほど屈折率が高くなる)となり、特に本発明を適用する効果が大きくなる。
パターン(2)では、常温時、外コアと等しい屈折率のポリマークラッドを用いた場合である。この場合、低温時にはポリマークラッドの屈折率が内コアと外コアの各屈折率の中間の値となる。高温時には、ポリマークラッドの屈折率が、外コアの屈折率よりも低くなる。
パターン(3)では、常温時、外コアよりも低い屈折率のポリマークラッドを用いた場合である。この場合、低温時にはポリマークラッドの屈折率が外コアの屈折率と等しくなる。高温時には、ポリマークラッドの屈折率が、外コアの屈折率よりも低くなる。
パターン(4)では、常温時、外コアよりも低い屈折率のポリマークラッドを用い、(3)よりも屈折率変化が大きい場合である。この場合、低温時にはポリマークラッドの屈折率が外コアよりも低くなる。高温時には、ポリマークラッドの屈折率が、外コアの屈折率よりも低くなる。
試作した光ファイバは、実施例1〜5、および、比較例1〜6に記載する合計11種類である。
ポリマークラッド材Aを使用し、使用温度範囲として−40〜+85℃を想定した評価を行った。表1より、コア断面積比X、および、比屈折率差比Yが適切な範囲に入っているため、帯域の温度変化が少なく、さらに、低温度環境下での曲げ損失に強い良好なファイバが得られた。また、比較例1に示す1層コア構造の光ファイバと比較して、帯域も常温時以上を維持している。
ポリマークラッド材Bを使用し、使用温度範囲として−10〜+60℃を想定した評価を行った。表1より、コア断面積比X、および、比屈折率差比Yが適切な範囲に入っているため、帯域の温度変化が少なく、さらに、低温度環境下での曲げ損失に強い良好なファイバが得られた。また、比較例2に示す1層コア構造の光ファイバと比較して、帯域も常温時以上を維持している。
ポリマークラッド材Cを使用し、使用温度範囲として0〜+50℃を想定した評価を行った。表1より、コア断面積比X、および、比屈折率差比Yが適切な範囲に入っているため、帯域の温度変化が少なく、さらに、低温度環境下での曲げ損失に強い良好なファイバが得られた。また、比較例3に示す1層コア構造の光ファイバと比較して、帯域も常温時以上を維持している。
ポリマークラッド材Jを使用し、使用温度範囲として−40〜0℃を想定した評価を行った。表2より、コア断面積比X、および、比屈折率差比Yが適切な範囲に入っている(常温は想定温度範囲外のため、帯域が狭くなっている)ため、帯域の温度変化が少なく、さらに、低温度環境下での曲げ損失に強い良好なファイバが得られた。また、1層コア構造の光ファイバ(クラッド屈折率1.44@常温)は、帯域が27.5MHzkmであったため、帯域も常温以上を維持している。
(実施例5)
ポリマークラッド材Kを使用し、使用温度範囲として60〜100℃を想定した評価を行った。表2より、コア断面積比X、および、比屈折率差比Yが適切な範囲に入っている(常温は想定温度範囲外のため、帯域が狭くなっている)ため、帯域の温度変化が少なく、さらに、低温度環境下での曲げ損失に強い良好なファイバが得られた。また、1層コア構造の光ファイバ(クラッド屈折率1.43@常温)は、帯域が13.1MHzkmであったため、帯域も常温以上を維持している。
実施例1に対する比較例として、ポリマークラッド材Dを使用し、使用温度範囲として−40〜+85℃を想定した評価を行った。比較のため、内コアとポリマークラッドの1層コア構造の光ファイバとなっている。表1より、1層コア構造となっているため、帯域の温度変化が大きく、特に高温時の帯域が著しく低下している。さらに、低温度環境下での曲げ損失に弱いファイバが得られた。
実施例2に対する比較例として、ポリマークラッド材Eを使用し、使用温度範囲として−10〜+60℃を想定した評価を行った。比較のため、内コアとポリマークラッドの1層コア構造の光ファイバとなっている。表1より、1層コア構造となっているため、帯域の温度変化が大きく、特に高温時の帯域が著しく低下している。さらに、低温度環境下での曲げ損失に弱いファイバが得られた。
Claims (3)
- 石英ガラスからなる内コアの外周に設けられた該内コアよりも屈折率が低いフッ素添加ガラスからなる外コアと、この外コアの外周に設けられたポリマーからなるポリマークラッドとを備える光ファイバであって、
前記内コア直径をa1、外コア直径をa2、内コア断面積を(πa1 2)/4、外コア断面積を(πa2 2)/4とするとき、X=a2 2/a1 2で定義されるパラメータXが1.8≦X≦2.2の範囲内にあり、
かつ、前記内コアと外コアとの間の比屈折率差を△1、
前記外コアとポリマークラッドとの間の比屈折率差を△2とし、
さらに高温時における前記外コアとポリマークラッドとの間の比屈折率差を△2max、
低温時における前記外コアとポリマークラッドとの間の比屈折率差を△2minとし、
Y=△2/△1で定義されるパラメータYについて、
高温時をYmax=△2max/△1、
低温時をYmin=△2min/△1としたとき、
前記パラメータXが1.8≦X≦2.0の範囲では、前記Yminが0.25≦Ymin≦0.84X−0.68であり、前記Ymaxが0.25≦Ymax≦0.84X−0.68であり、
前記Xが2.0≦X≦2.2の範囲では、前記Yminが0.48X−0.71≦Ymin≦−2/9X+13/9であり、前記Ymaxが0.48X−0.71≦Ymax≦−2/9X+13/9の関係を満たすことを特徴とするポリマークラッド光ファイバ。 - 前記パラメータYについて、Ymin<Ymaxであることを特徴とする請求項1記載のポリマークラッド光ファイバ。
- 前記内コア屈折率をほぼ純粋石英ガラスレベルとし、外コア屈折率を1.42以上、純粋石英ガラスレベル以下にすることを特徴とする請求項1または請求項2記載のポリマークラッド光ファイバ。
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