JPH0380207A - Absolute single polarization optical fiber - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To eliminate the need for prescribed polarization extracting means, such as analyzer, on a photodetecting side by propagating only one polarization mode of two polarization modes orthogonal with each other. CONSTITUTION:The fiber has a core 11, a 1st clad 12 which is formed on the outer periphery of the core 11 and has the refractive index lower than the refractive index of the core 11 and a 2nd clad 13 which is formed on the outer side of the 1st clad 12, has the refractive index higher than the refractive index of the 1st 12 and has the refractive index lower than the refractive index in the central part of the core 11. The sectional shape of the core 11 is made into a noncircular shape. Since the width of the groove of the 1st 12 varies substantially in two directions, the propagation constant of the one polarization mode of the two polarization modes orthogonal with each other is larger than the propagation constant of the clad and can be propagated. The other polarization mode is smaller or equal in the propagation constant thereof than or to the propagation constant of the clad and the wavelength region to attain the cut off state exists therein. The need for the prescribed polarization extracting means, such as analyzer, is eliminated in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光フアイバ応用計測器やコヒーレント光伝送
方式等で要求される偏波を、その特性を保持したまま伝
送させる偏波保持ファイバであって、特に単一偏波面の
みが伝搬される波長帯を有する絶対単一偏波光ファイバ
に関する。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention is a polarization-maintaining fiber that transmits polarized waves required for optical fiber application measuring instruments, coherent optical transmission systems, etc. while maintaining its characteristics. In particular, it relates to an absolutely single polarization optical fiber having a wavelength band in which only a single plane of polarization is propagated.

〈従来の技術〉 光通信技術の進展に伴い、現在、種々の装置に光ファイ
バが使用されている。その中で、各種通信装置に用いら
れている光集積回路（光ＩＣ）では、光ファイバからの
出力が指定された方向の直線偏波であることが前提とさ
れ、また、各種の測定装置では、光ファイバを伝搬する
光が直線偏波であることが要求されている。そこで、偏
波面を保持したまま直線偏波を伝搬させる偏波保持光フ
ァイバが開発されている。<Background Art> With the progress of optical communication technology, optical fibers are currently used in various devices. Among these, optical integrated circuits (optical ICs) used in various communication devices assume that the output from the optical fiber is linearly polarized in a specified direction, and various measurement devices , it is required that the light propagating through the optical fiber be linearly polarized. Therefore, polarization-maintaining optical fibers have been developed that propagate linearly polarized waves while maintaining the plane of polarization.

第６図及び第７図には、この偏波保持光ファイバの従来
の例を示してあり、第６図及び第７図はそれぞれ楕円コ
アファイバ６０及び非軸対称応力付与型ファイバ７０の
断面を示す。FIGS. 6 and 7 show conventional examples of this polarization-maintaining optical fiber, and FIGS. 6 and 7 show cross sections of an elliptical core fiber 60 and a non-axisymmetric stress-applying fiber 70, respectively. show.

第６図に示すように楕円コアファイバ６０では、コア６
１の断面が楕円形をしており、電界が長軸に平行（Ｘ軸
方向）な場合と、垂直（ｙ軸方向）な場合とで伝搬定数
が異なり、これら２方向の間の複屈折率Ｂは、 ３ｏｃ（楕円偏平率）×（比屈折率Δ）２という関係を
有する。但し、比屈折率Δはコア５１の屈折率ｎｌ及び
クラッド５２の屈折率ｎ、により、 の式で表わされる。As shown in FIG. 6, in the elliptical core fiber 60, the core 6
1 has an elliptical cross section, and the propagation constant is different when the electric field is parallel to the long axis (X-axis direction) and perpendicular to the long axis (Y-axis direction), and the birefringence between these two directions is B has the following relationship: 3oc (elliptic oblateness)×(relative refractive index Δ)2. However, the relative refractive index Δ is expressed by the following formula using the refractive index nl of the core 51 and the refractive index n of the cladding 52.

したがって、楕円コアファイバ６０では、コア６１とク
ラッド６２との屈折率ｎ、、ｎ。Therefore, in the elliptical core fiber 60, the refractive indexes of the core 61 and the cladding 62 are n, , n.

並びにコア６１の楕円掃平率を操作することにより、高
い複屈折率Ｂｅ得てＸｐＹ２方向のＩ交偏波に複屈折性
を与え、これらのエネルギー結合を抑制することができ
る。In addition, by manipulating the elliptic sweep factor of the core 61, a high birefringence Be can be obtained, giving birefringence to the I-cross polarized waves in the XpY2 direction, and suppressing the energy coupling thereof.

一方、第７図に示す非軸対称応力付与型ファイバ７０で
は、コア７１の断面は円形であるが、クラッド７２中に
設けた一対の応力付与部材７３によってコア７１に一方
向（Ｘ軸方向）の応力が加えられており、これによって
コア７１の内部に歪が生じて本来は等方性の物体であっ
たコア７１が異方性となり、上記楕円コアファイバ６０
のコア６１と同様に高い複屈折率を得るものである。On the other hand, in the non-axisymmetric stress-applying fiber 70 shown in FIG. A stress of
Similar to the core 61 of , a high birefringence is obtained.

このように従来の偏波保持ファイバは、縮退している２
つの直交偏波モードＨＥｉ、”及びＨＥｌ、Ｆに対して
複屈折性を与え、これらのモード間のエネルギー結合を
抑制することにより、唯一っの偏波面を保存するもので
あり、一般に複屈折ファイバと呼ばれている。In this way, conventional polarization-maintaining fibers have degenerate 2
By imparting birefringence to the two orthogonal polarization modes HEi,'' and HEI,F and suppressing the energy coupling between these modes, only one plane of polarization is preserved.Generally, birefringent fibers It is called.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、前述したような従来の複屈折率ファイバでは所
定の偏波が保存されると共に、この偏波とは直交する偏
波が速度、損失等で異なる状態ではあるが同時に伝搬さ
れる。したがって、かかる複屈折率ファイバを例えば測
定装置として適用するには、不必要な直交偏波成分を除
去して所定の偏波成分のみを抽出するための検光子等が
必要となるという問題がある。<Problems to be Solved by the Invention> However, in the conventional birefringent fiber as described above, a predetermined polarization is preserved, and if the polarization orthogonal to this polarization differs due to speed, loss, etc. However, they are propagated at the same time. Therefore, in order to apply such a birefringence fiber as a measurement device, for example, there is a problem that an analyzer or the like is required to remove unnecessary orthogonal polarization components and extract only a predetermined polarization component. .

本発明はこのような事情に鑑み、受光側に検光子などの
所定偏波抽出手段を必要としないように、直交する２つ
の偏波モードのうち一方の偏波モードのみを伝搬させる
絶対単一偏波光ファイバを提供することを目的とする。In view of these circumstances, the present invention provides an absolute single polarization system that propagates only one polarization mode out of two orthogonal polarization modes, so that a predetermined polarization extraction means such as an analyzer is not required on the light receiving side. The purpose is to provide polarized optical fiber.

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明にかかる絶対単一偏波光ファ
イバは、コアと、このコアの外周に形成されて当該コア
よりも低屈折率の第１クラッドと、この第１クラッドの
外側に形成されて当該第１クラッドよりも高屈折率であ
り且つ前記コアの中心部よりも低屈折率である第２クラ
ッドとを備える光ファイバであって、前記コアの断面形
状が非円形であることを特徴とする。Means for Solving the Problems> The absolute single polarization optical fiber according to the present invention that achieves the above object includes a core, a first cladding formed around the outer periphery of the core and having a refractive index lower than that of the core; an optical fiber comprising a second cladding formed outside the first cladding and having a higher refractive index than the first cladding and a lower refractive index than the central portion of the core, the optical fiber comprising: It is characterized by a non-circular shape.

ここで、非円形とは円を一方向に偏平にした円、長円、
楕円、２つの円弧を合せた形状など、少なくとも直交す
る２軸について対称な形状をいい、その例を第１図に示
す。第１図（ａ）に示すように、光ファイバ１０は図中
横方向に長い非円形のコア１１の回りに、多少図中縦方
向に長い第１のクラッド１２及び第２のクラッド１３を
有するものであり、第１図（ｂｌに示す光ファイバ１０
Ａ【よ非円形のコア１１Ａの同りに円形の第１のクラッ
ド１２Ａ及び第２のクラッド１３Ａを有するものである
。また、第１図（０）に示すように図中横方向に長いコ
アＩＩＢと同様な方向に長い第１のクラッド１２Ｂを有
し、その周囲に第２のクラッド１３Ｂを有する光ファイ
バＩＯＢなども考えられる。Here, non-circular means a circle made flat in one direction, an ellipse,
It refers to a shape that is symmetrical about at least two orthogonal axes, such as an ellipse or the shape of two circular arcs, an example of which is shown in FIG. As shown in FIG. 1(a), the optical fiber 10 has a first cladding 12 and a second cladding 13, which are somewhat longer in the vertical direction in the figure, around a non-circular core 11 that is long in the horizontal direction in the figure. The optical fiber 10 shown in FIG.
A has a non-circular core 11A and a circular first cladding 12A and a second circular cladding 13A. In addition, as shown in FIG. 1(0), there is also an optical fiber IOB having a first cladding 12B long in the same direction as the core IIB which is long in the horizontal direction in the figure, and a second cladding 13B around the first cladding 12B. Conceivable.

また、第２図（ａ）、　（ｂ）に本発明に係る絶対単一
偏波光ファイバの屈折率分布の例を示す。Further, FIGS. 2(a) and 2(b) show examples of the refractive index distribution of the absolute single polarization optical fiber according to the present invention.

第２図（ａ）に示すように、中心から半径ａの部分のコ
ア２１はｎ、の屈折率を有し、その外側の半径すまでの
部分の第１のクラッド２２はｎｏより小さいｎ、の屈折
率を有し、さらにその外側の第２クラッド２３はやはり
、ｎより小さいがｎｌより大きいｎ２の屈折率を有して
いればよい。また、第２図（ｂ）に示すように、コア２
１の屈折率が中心をｎｏとして外方向に亘って漸小する
ようなものでもよい。As shown in FIG. 2(a), the core 21 at the radius a from the center has a refractive index of n, and the first cladding 22 at the outer radius has a refractive index of n, which is smaller than no. It is sufficient that the second cladding 23 on the outside has a refractive index of n2, which is smaller than n but larger than nl. In addition, as shown in FIG. 2(b), the core 2
It may be one in which the refractive index of 1 is set at the center and gradually decreases outward.

このような屈折率分布を有する二重クラッド構造の単一
モードファイバでは、コア２１中の電磁界エネルギーが
内側の第１クラッド２２及び外側の第２クラッド２３に
漏れやすく、コア２１と第１クラッド２２との外径比ａ
／ｂ並びにコア２１．第１クラッド２２及び第２クラッ
ド２３の屈折率ｎ、、ｎ１ｎ３間の比屈折率差により決
まる波長においては、ＨＥ、、モードも漏れモードにな
り、カットオフ状態となる。In a single mode fiber with a double clad structure having such a refractive index distribution, the electromagnetic field energy in the core 21 easily leaks to the inner first clad 22 and the outer second clad 23, and the core 21 and the first clad Outer diameter ratio a with 22
/b and core 21. At a wavelength determined by the relative refractive index difference between the refractive indexes n, .

そして、かかる二重クラッド構造の単一モードファイバ
のコアを非円形とし、コア２１に高い複屈折性を持たせ
ると、二重クラッド構造における第１クラッドの溝の幅
が実質的に２方向で異なるため、直交する２つの偏波モ
ード、すなわちＨＥ、、”モードとＨＥ、１ｙモードと
のうち、一方の偏波モードはその伝搬定数がクラッドの
伝搬定数よりも大きくなり伝搬可能であるが、他方の偏
波モードはその伝搬定数がクラッドの伝搬定数よりも小
さいか等しくなってカットオフ状態となるような波長域
が存在するようになる。また、この作用は、第２図（ｂ
）のように、コア２１の屈折率が中心から外方向に漸小
する分布を有するものであっても同様に得ることができ
る。If the core of the single mode fiber with such a double clad structure is made non-circular and the core 21 is made to have high birefringence, the width of the groove of the first clad in the double clad structure is substantially equal to that in two directions. Therefore, among the two orthogonal polarization modes, namely the HE,,'' mode and the HE,1y mode, one polarization mode has a propagation constant larger than that of the cladding and can be propagated. The other polarization mode has a wavelength range in which its propagation constant is smaller than or equal to the propagation constant of the cladding, resulting in a cutoff state.This effect is also shown in Figure 2 (b).
), the refractive index of the core 21 can be obtained in the same manner even if it has a distribution that gradually decreases outward from the center.

本発明に係る絶対単一傷波光ファイバは、例えばコ１２
１をＧｅ＄加の石英ガラス、第１クラッド２２をＦ添加
石英ガラス、第２クラッドを石英ガラスで構成すること
により実現される。The absolutely single-fault optical fiber according to the present invention is, for example,
This is realized by composing the first cladding 22 with Ge$-doped quartz glass, the first cladding 22 with F-doped silica glass, and the second cladding with quartz glass.

く実　施　例〉 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。Example of implementation Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.

（実施例１） 第１図に示す構成と同様の単一偏波光ファイバを製造し
た。(Example 1) A single polarization optical fiber having the same configuration as shown in FIG. 1 was manufactured.

本実施例では、コア１１を屈折率１．４７３のＧ　ａ　
Ｏ２−Ｓ　ｉ　Ｏ，、このコア１１の内包する第１クラ
ッド１２を屈折率１．４４９のＳｉＯ□−Ｆガラス、第
１クラッド１２を内包する第２クラッド１３が屈折率１
．４５８のＳ　ｉ　Ｏ。In this example, the core 11 is made of Ga having a refractive index of 1.473.
O2-S i O, the first cladding 12 included in this core 11 is SiO□-F glass with a refractive index of 1.449, and the second cladding 13 including the first cladding 12 has a refractive index of 1.
．． 458 S i O.

ガラスでぞれぞれ構成されている。Each one is made of glass.

かかる単一偏波光ファイバを製造方法を第３図（ａｌ、
（ｂ）に基づいて説明する。A method of manufacturing such a single polarization optical fiber is shown in FIG.
The explanation will be based on (b).

まず、直径３．２■のＧｏｏ２−８ｉｎ、ガラス層３１
、このガラス層３１を内包する直径９．６ａｍのＳ　ｉ
　Ｏ，−Ｆガラス層３２及びこのガラス層３２を内包す
る直径８０ｎ＊のＳ　ｉ　Ｏ。First, Goo2-8in with a diameter of 3.2cm, glass layer 31
, S i with a diameter of 9.6 am that includes this glass layer 31
O, -F glass layer 32 and S i O with a diameter of 80n* that includes this glass layer 32 .

ガラス層３３からなるガラスロッド３４をＶＡＤ法で形
成する（第３図（ａ）参照）。そして、第３図（ｂ）に
示すように、その横断面において直径上で中心から４．
８閣の２点Ａ。A glass rod 34 made of a glass layer 33 is formed by the VAD method (see FIG. 3(a)). As shown in FIG. 3(b), in the cross section, the diameter is 4.5 mm from the center.
2 points A of 8 cabinets.

Ｂをそれぞれ中心とする直径５■の孔３５ａ。Holes 35a each have a diameter of 5 cm and are centered at B.

３５ｂを穿設する。この母材３６をカーボン抵抗炉を用
いて、温度約２０００℃、線連約５０ｍ／ｓｅｅで、外
径１２５　μｍに線引きした。このとき各ガラス層は、
表面張力及び各層の粘度差により変形し、第１図に示し
た断面構造を有するファイバが得られた。35b. This base material 36 was drawn to an outer diameter of 125 μm at a temperature of about 2000° C. and a wire speed of about 50 m/see using a carbon resistance furnace. At this time, each glass layer is
The fiber was deformed due to the surface tension and the viscosity difference between the layers, and a fiber having the cross-sectional structure shown in FIG. 1 was obtained.

とのようにして作成された偏波保持ファイバは、波長０
．８５μｍに対する複屈折率Ｂが３　Ｘ　１０−’であ
り、波長１．５５μｍに対するＨＥ、、”モードの漏れ
損失が１ｄＢ／ｋｍ。The polarization-maintaining fiber created as follows has a wavelength of 0.
．． The birefringence B for 85 μm is 3×10−′, and the leakage loss of the HE mode for a wavelength of 1.55 μm is 1 dB/km.

ＨＥ　Ｆモードの漏れ損失が２０　ｄＢ　／　ｋ＋ｍで
あった。そして、この偏波保持ファイバは、第４図に示
すような損失波長特性を有している。The leakage loss in HE F mode was 20 dB/k+m. This polarization maintaining fiber has a loss wavelength characteristic as shown in FIG.

このように、本実施例の偏波保持ファイハハ、）Ｉ　Ｅ
、１’％　−Ｆ　ノ漏れ損失力ＨＥ、、”モードに比べ
て明らかに大きく、単一偏波光ファイバであることが判
かる。In this way, the polarization maintaining function of this embodiment, )IE
, 1'% -F leakage loss power HE is clearly larger than the ``mode'', indicating that it is a single polarization optical fiber.

（実施例２） 第５図に示すよに、ＶＡＤ法によって得られたＳｉＯ−
Ｇｏｏ　Ｏラド（外径１０ｍφ。(Example 2) As shown in FIG. 5, SiO-
Goo Orad (outer diameter 10mφ.

Ｓ　ｉ　Ｏｇｌとの比屈折率差０．３％）をＳｉＯ□−
Ｆパイプ（外径３０鵬φ、内径１１φ■φ。SiO□-
F pipe (outer diameter 30φ, inner diameter 11φ■φ.

ＳｉＯとの比屈折率差０．３％）に挿入し、Ｈ２１０□
炎を用いて加熱一体化し、外径２８ｍφ（Ｓ　ｉ　Ｏ，
−Ｇ　ｅ　Ｏ２部分の径１０■φ）の口ラド５１を得た
（第５図（ａｌ参照）。このロッド５１を平面研削機に
より厚さｌ１ｍ。H210□
Heated and integrated using flame to create an outer diameter of 28 mφ (S i O,
A rod 51 with a diameter of -G e O2 portion of 10 mm was obtained (see Fig. 5 (al)). This rod 51 was ground to a thickness of l1 m using a surface grinder.

輻２８ｍの平板５２に加工しく第５図（ｂ）参照）、こ
の平板５２を抵抗炉（約２００℃）を用いて４．８閣φ
に延伸し、ＳｉＯ−Ｇｏ。(Refer to Fig. 5 (b))) This flat plate 52 was heated to a diameter of 4.8 mm using a resistance furnace (approximately 200°C).
Stretched into SiO-Go.

部分が図中縦長形状の楕円であるロッド５３を得た（第
５図（（１１参照）。A rod 53 having a vertically elongated elliptical portion in the figure was obtained (see FIG. 5 ((11)).

とのロッド５３を外径４０ｍφ、内径５醜φのＳ　ｉ　
Ｏ２パイプに挿入して加熱一体化し、プリフォーム５４
を得た（第５図（ｄ）参照）。The rod 53 with an outer diameter of 40 mφ and an inner diameter of 5 mm
The preform 54 is inserted into an O2 pipe, heated and integrated.
was obtained (see Figure 5(d)).

このプリフォーム５４を抵抗炉（約２０００℃）で線速
１ＧＧｍ／分で外径１２５μｍに線引きして第１図（ｂ
）に示すような楕円コアの光ファイバを得た。This preform 54 was drawn in a resistance furnace (approximately 2000° C.) at a drawing speed of 1 GGm/min to an outer diameter of 125 μm, as shown in FIG.
An optical fiber with an elliptical core as shown in ) was obtained.

特性は波長１．３０μｍの光に対する複屈折率が３Ｘ１
０−’、波長１．５５μｍに対するＨ　Ｅ、、”　−１
−−Ｆノｍｔｔｔｊｊ失＃ｆ　Ｏ，８ｄ　Ｂ／ｋｍ。The characteristic is that the birefringence for light with a wavelength of 1.30 μm is 3X1.
0-', H E for wavelength 1.55 μm, ”-1
--Fnomtttjj loss #f O, 8d B/km.

ＨＥ、、ｙモードの漏れ損失が２０　ｄ　Ｂ／に量であ
った。HE, y-mode leakage losses amounted to 20 dB/.

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明にかかる絶対単一傷波光フ
ァイバは、ＨＥ、、”モードとＨＥ、、’モードの何れ
か一方がカットオフ状態となる波長域を有し、この波長
域において唯一の偏波モードのみを伝搬することができ
るので例えばファイバセンサに適用されると非常に感度
を高め、さらに受光側に検光子などの所定偏波抽出手段
が不必要となり、計測、光通信などの分野で非常に有用
である。<Effects of the Invention> As explained above, the absolutely single-flaw optical fiber according to the present invention has a wavelength range in which either the HE mode or the HE mode is in a cut-off state, Since only one polarization mode can be propagated in this wavelength range, when applied to a fiber sensor, for example, the sensitivity will be greatly increased, and furthermore, a predetermined polarization extraction means such as an analyzer on the light receiving side will be unnecessary, making measurement , very useful in fields such as optical communications.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図（ａ）〜（０）は本発明にかかる単一偏波光ファ
イバの例を示す断面図、第２図（ａ）　、　（ｂ）はそ
れぞれ屈折率分布の例を示す説明図、第３図（ａ）。 （ｂｌは一実施例にかかる単一偏波光ファイバの製造工
程を示す説明図、第４図は実施例にかかる単一偏波光フ
ァイバの損失波長特性を示すグラフ、第５図（ａ）〜（
ｄｌは他の実施例に係る単一偏波光ファイバの製造工程
を示す説明図、第６図及び第７図はそれぞれ従来技術に
かかる偏波保持ファイバを示す断面図である。 図面中、 １１、ＩＩＡ、ＩＩＢはコア、 １２．１２Ａ、１２Ｂは第１クラツ １３．１３Ａ、１３Ｂは第２クラツ ３１はＧａＯ２−８ｉｎ、ガラス層、 ３２はＳ　ｉ　Ｏ，−Ｆガラス層、 ３３はＳ　ｉ　Ｏ，ガラス層、 ３５　ａ、　３５　ｂは孔である。 ド、 ド、FIGS. 1(a) to (0) are cross-sectional views showing examples of single polarization optical fibers according to the present invention, FIGS. 2(a) and (b) are explanatory views showing examples of refractive index distribution, and FIGS. Figure 3(a). (bl is an explanatory diagram showing the manufacturing process of the single polarization optical fiber according to one example, FIG. 4 is a graph showing the loss wavelength characteristics of the single polarization optical fiber according to the example, and FIGS. 5(a) to (
dl is an explanatory diagram showing the manufacturing process of a single polarization optical fiber according to another embodiment, and FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views each showing a polarization-maintaining fiber according to the prior art. In the drawings, 11, IIA, IIB are cores, 12. 12A, 12B are first glasses 13. 13A, 13B are second glasses 31, GaO2-8in, glass layer, 32, SiO, -F glass layer, 33 is S i O, a glass layer, and 35 a and 35 b are holes. Do, do,

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] コアと、このコアの外周に形成されて当該コアよりも低
屈折率の第１クラッドと、この第１クラッドよりも高屈
折率であり且つ前記コアの中心部よりも低屈折率である
第２クラッドとを備える光ファイバであって、前記コア
の断面形状が非円形であることを特徴とする絶対単一偏
波光ファイバ。a core, a first cladding formed around the outer periphery of the core and having a lower refractive index than the core; and a second cladding having a higher refractive index than the first cladding and a lower refractive index than the center of the core. 1. An absolutely single polarization optical fiber comprising a cladding, wherein the core has a non-circular cross-sectional shape.