JPH0449082B2 - - Google Patents
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- JPH0449082B2 JPH0449082B2 JP57097916A JP9791682A JPH0449082B2 JP H0449082 B2 JPH0449082 B2 JP H0449082B2 JP 57097916 A JP57097916 A JP 57097916A JP 9791682 A JP9791682 A JP 9791682A JP H0449082 B2 JPH0449082 B2 JP H0449082B2
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- fibers
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
- G02B6/03616—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
- G02B6/03622—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only
- G02B6/03627—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only arranged - +
-
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は波長範囲1.25−1.385μmにおいて分散
(5p sec/nm−Kmを越えない)特性を有する低
損失(1.30μmの波長において1dB/Kmを越えな
い)の単一モード型フアイバに関し、特にケーブ
ル化による追加損失(0.25dB/Kmを越えない)
の低い低分散単一モードフアイバに関する。
(5p sec/nm−Kmを越えない)特性を有する低
損失(1.30μmの波長において1dB/Kmを越えな
い)の単一モード型フアイバに関し、特にケーブ
ル化による追加損失(0.25dB/Kmを越えない)
の低い低分散単一モードフアイバに関する。
本発明によるフアイバによつて表わされた特長
を完全に評価するには、少なくともフアイバ設計
技術の或る局面の大まかな調査をすることが必要
である。
を完全に評価するには、少なくともフアイバ設計
技術の或る局面の大まかな調査をすることが必要
である。
1970年代初期における低損失光フアイバの実現
に関しては、より大きな情報伝達能力を得るため
の広帯域幅を達成に関する研究に絞られていた。
初期は、屈折率傾斜形多重モードフアイバは単一
モードフアイバよりも製造し易いため、部分的に
屈折率傾斜多重モードフアイバを求めていた。し
かしながら、単一モードフアイバは広帯域幅に対
して大きな本質的能力を有することは研究者達が
常に気付いており、年が経つにつれ、より広帯域
のフアイバに関する研究が再び単一モードフアイ
バに注目されてきた。
に関しては、より大きな情報伝達能力を得るため
の広帯域幅を達成に関する研究に絞られていた。
初期は、屈折率傾斜形多重モードフアイバは単一
モードフアイバよりも製造し易いため、部分的に
屈折率傾斜多重モードフアイバを求めていた。し
かしながら、単一モードフアイバは広帯域幅に対
して大きな本質的能力を有することは研究者達が
常に気付いており、年が経つにつれ、より広帯域
のフアイバに関する研究が再び単一モードフアイ
バに注目されてきた。
単一モードフアイバでは多重モードフアイバに
関連したモード間の分散を全く示していないが、
有限のパルス拡がりがあり、そのため部分的には
屈折率依存型の材料分散による帯域制限があり、
その結果、波長における横断時間により帯域制限
がある。それゆえ、フーリエ定義法による種々の
波長の組合せで光がフアイバを横切る時には拡が
りが体験されよう。しかしながら、材料分散現象
は或る波長、例えば溶融石英に対してはほヾ
1.27μm、不純物濃度の濃いゲルマニアシリカ
(germaniasilica)に対しては1.35μm、弗素をド
ープしたシリカに対しては1.25μmにおいて消滅
し、結果的にはそれらが一見好ましい動作波長で
あるようにみられ、すべての他の考察面は前と等
しいものである。それにもかかわらず、比較的重
要なパルス拡がりは材料分散の零点においてさえ
も、純粋に波長パラメータに関連した横断時間の
波長依存性、すなわち波長分散に対して部分的に
発生することが見出された。
関連したモード間の分散を全く示していないが、
有限のパルス拡がりがあり、そのため部分的には
屈折率依存型の材料分散による帯域制限があり、
その結果、波長における横断時間により帯域制限
がある。それゆえ、フーリエ定義法による種々の
波長の組合せで光がフアイバを横切る時には拡が
りが体験されよう。しかしながら、材料分散現象
は或る波長、例えば溶融石英に対してはほヾ
1.27μm、不純物濃度の濃いゲルマニアシリカ
(germaniasilica)に対しては1.35μm、弗素をド
ープしたシリカに対しては1.25μmにおいて消滅
し、結果的にはそれらが一見好ましい動作波長で
あるようにみられ、すべての他の考察面は前と等
しいものである。それにもかかわらず、比較的重
要なパルス拡がりは材料分散の零点においてさえ
も、純粋に波長パラメータに関連した横断時間の
波長依存性、すなわち波長分散に対して部分的に
発生することが見出された。
第1の原理では、導波路分散に関連したスペク
トラム分散効果は、或る領域における材料分散に
関連したスペクトラム分散効果に比べて逆の符号
を有する。結果的には、導波路分散に対して材料
分散を打ち消す方向、すなわち特定波長において
本質的に分散を生じないと言う観点にたつてフア
イバを設計できる可能性がある。(エイチ.ツチ
ヤほか電子工学小論文集、15巻、476ページ
(1979年)参照。(H.Tsuchiya et.al.、
Electronics Letters、15、476、(1979))あらか
じめ定められた零分散に対して好ましい波長は
1.55μmであるが、この波長ではシリカを基体と
したフアイバの損失特性は最小である。(W型フ
アイバ(“W−type”fiber)では、比較的広い波
長範囲にわたつて低分散特性を得ることができる
ことが見出された(ケイ・オカモトほか、電子工
学小論文集、15巻、729ページ(1979年)参照。
トラム分散効果は、或る領域における材料分散に
関連したスペクトラム分散効果に比べて逆の符号
を有する。結果的には、導波路分散に対して材料
分散を打ち消す方向、すなわち特定波長において
本質的に分散を生じないと言う観点にたつてフア
イバを設計できる可能性がある。(エイチ.ツチ
ヤほか電子工学小論文集、15巻、476ページ
(1979年)参照。(H.Tsuchiya et.al.、
Electronics Letters、15、476、(1979))あらか
じめ定められた零分散に対して好ましい波長は
1.55μmであるが、この波長ではシリカを基体と
したフアイバの損失特性は最小である。(W型フ
アイバ(“W−type”fiber)では、比較的広い波
長範囲にわたつて低分散特性を得ることができる
ことが見出された(ケイ・オカモトほか、電子工
学小論文集、15巻、729ページ(1979年)参照。
(K.Okamoto et.al.、Electronics Letters、15、
729(1979)) 代表的なゲルマニア(germania)をドープし
た単一モードフアイバにおいて、1.55μmの波長
での材料分散を打ち消すのに十分な導波路分散を
得るためには、コアの直径が減少するにつれて導
波路分散の強度が強くなるので、コアの直径を比
較的小さくすべきである。傾斜型コア(graded
core)を使用するといささかコアの直径を大きく
できるが、しかしながらコアの直径のスプライス
(splicing)に与える影響には、広帯域単一モー
ドフアイバの設計において注意深く重みづけをし
なければならないと言う厳しい考察事項が依然と
して残つている。さらに、1.55μmの波長で動作
させるため小直径のコアを有する単一モードフア
イバが実現可能であつても、市販のスペクトル的
に狭帯域の1.55μmで動作する高品質の光源が欠
乏しているため、現時点ではこれらのフアイバは
比較的無用である。これにより現場の研究者達は
光源が得られる伝送損失の局部的極小値が発生す
るような他のスペクトル領域に焦点を絞つてい
る。商業的に光源を得ることが可能であり、損失
に局所的な極小値があるような領域が1.3μm
(1.25〜1.385μm)の付近で起るので、このスペ
クトル領域での動作に対して単一モードフアイバ
に興味を引かれているわけである。
729(1979)) 代表的なゲルマニア(germania)をドープし
た単一モードフアイバにおいて、1.55μmの波長
での材料分散を打ち消すのに十分な導波路分散を
得るためには、コアの直径が減少するにつれて導
波路分散の強度が強くなるので、コアの直径を比
較的小さくすべきである。傾斜型コア(graded
core)を使用するといささかコアの直径を大きく
できるが、しかしながらコアの直径のスプライス
(splicing)に与える影響には、広帯域単一モー
ドフアイバの設計において注意深く重みづけをし
なければならないと言う厳しい考察事項が依然と
して残つている。さらに、1.55μmの波長で動作
させるため小直径のコアを有する単一モードフア
イバが実現可能であつても、市販のスペクトル的
に狭帯域の1.55μmで動作する高品質の光源が欠
乏しているため、現時点ではこれらのフアイバは
比較的無用である。これにより現場の研究者達は
光源が得られる伝送損失の局部的極小値が発生す
るような他のスペクトル領域に焦点を絞つてい
る。商業的に光源を得ることが可能であり、損失
に局所的な極小値があるような領域が1.3μm
(1.25〜1.385μm)の付近で起るので、このスペ
クトル領域での動作に対して単一モードフアイバ
に興味を引かれているわけである。
1.3μmのような短波長での動作に対する閾値の
考察には、動作波長に近く、しかも動作波長以下
の値にカツトオフ波長λcをさげる必要があると言
うことを含んでいる。カツトオフ波長は高次モー
ドが伝達できる波長以下の短い波長である。伝送
波長はカツトオフ波長のやや上であるが、これに
近い値である場合には、好ましい伝送特性が得ら
れる。
考察には、動作波長に近く、しかも動作波長以下
の値にカツトオフ波長λcをさげる必要があると言
うことを含んでいる。カツトオフ波長は高次モー
ドが伝達できる波長以下の短い波長である。伝送
波長はカツトオフ波長のやや上であるが、これに
近い値である場合には、好ましい伝送特性が得ら
れる。
1.5μmで動作させれば、比較的高い値、例えば
ほヾ1.45μmにカツトオフ波長を設定することが
できる。しかしながら、1.3μmにおいて単一モー
ドの動作をするならば、さらにカツトオフ波長を
低くすることが必要である。
ほヾ1.45μmにカツトオフ波長を設定することが
できる。しかしながら、1.3μmにおいて単一モー
ドの動作をするならば、さらにカツトオフ波長を
低くすることが必要である。
カツトオフ波長はコアの直径とΔの平行根との
積に比例する。ここで、Δはコアとクラツド層と
の間の相対屈折率差である。依つて、低いカツト
オフ波長においては、この積は小さくなければな
らない。しかしながら、Δの高いフアイバではΔ
の増加と共に一般に増加する量である材料分散は
値が高すぎるため、1.3μmの波長では導波路分散
によりこれを打ち消すことは不可能であるので、
代表的な単一モードフアイバにおいてΔそれ自身
は比較的小さくなければならない。これは、コア
の直径が極端に小さい場合に限つて波長1.3μmで
の導波路分散がΔの高いフアイバにおける材料分
散を打ち消すに十分な大きさであるためである。
結果的には、1.3μmの波長で動作する低分散型
(広帯域型)の単一モードフアイバに対しては、
Δの値が比較的小さいことが要求されるようであ
る。しかしながら、Δが小さすぎる場合には、実
装損失が高くなりすぎる。波長1.3μmの近傍で動
作する広帯域、低実装損失型、単一モードフアイ
バは、その結果、この分野の研究者達に採用され
てこなかつたわけである。
積に比例する。ここで、Δはコアとクラツド層と
の間の相対屈折率差である。依つて、低いカツト
オフ波長においては、この積は小さくなければな
らない。しかしながら、Δの高いフアイバではΔ
の増加と共に一般に増加する量である材料分散は
値が高すぎるため、1.3μmの波長では導波路分散
によりこれを打ち消すことは不可能であるので、
代表的な単一モードフアイバにおいてΔそれ自身
は比較的小さくなければならない。これは、コア
の直径が極端に小さい場合に限つて波長1.3μmで
の導波路分散がΔの高いフアイバにおける材料分
散を打ち消すに十分な大きさであるためである。
結果的には、1.3μmの波長で動作する低分散型
(広帯域型)の単一モードフアイバに対しては、
Δの値が比較的小さいことが要求されるようであ
る。しかしながら、Δが小さすぎる場合には、実
装損失が高くなりすぎる。波長1.3μmの近傍で動
作する広帯域、低実装損失型、単一モードフアイ
バは、その結果、この分野の研究者達に採用され
てこなかつたわけである。
本発明の目的は、波長1.25〜1.385μmの範囲内
で低分散(5psec/nm/Kmに満たない)有し、
ケーブル化による付加損失が低い(0.25dB/Km
に満たない)低損失型(1dB/Kmを越えない)単
一モードフアイバを提供することにある。低ケー
ブル化損失を確保するため、フアイバは比較的高
いΔ(0.3%を越える)を有するものである。(材
料の屈折率をさげるための添加物を加えた時)フ
アイバのクラツド層にダウンドープ(down−
doping)することにより、少なくとも20%のΔ
が得られるので、これによつて高材料分散の場合
に原価を増加させずに高いΔの値が得られてい
る。その結果得られる比較的高い値の材料分散
は、ほヾ1.3μm(1.25〜1.385μm)の近傍で低分
散値が得られるように導波路分散の量を適切に設
定することによつて打ち消される。適当な導波路
分散値を得るには比較的小さなコア直径(9μm
に満たない)が必要であるとは言え、横オフセツ
ト(transverae offset)が大きい場合にスプラ
イス(splice)での角度オフセツト(angular
offset)からの寄与は少ないためスプライス損失
(splicing loss)は許容できる。
で低分散(5psec/nm/Kmに満たない)有し、
ケーブル化による付加損失が低い(0.25dB/Km
に満たない)低損失型(1dB/Kmを越えない)単
一モードフアイバを提供することにある。低ケー
ブル化損失を確保するため、フアイバは比較的高
いΔ(0.3%を越える)を有するものである。(材
料の屈折率をさげるための添加物を加えた時)フ
アイバのクラツド層にダウンドープ(down−
doping)することにより、少なくとも20%のΔ
が得られるので、これによつて高材料分散の場合
に原価を増加させずに高いΔの値が得られてい
る。その結果得られる比較的高い値の材料分散
は、ほヾ1.3μm(1.25〜1.385μm)の近傍で低分
散値が得られるように導波路分散の量を適切に設
定することによつて打ち消される。適当な導波路
分散値を得るには比較的小さなコア直径(9μm
に満たない)が必要であるとは言え、横オフセツ
ト(transverae offset)が大きい場合にスプラ
イス(splice)での角度オフセツト(angular
offset)からの寄与は少ないためスプライス損失
(splicing loss)は許容できる。
本発明に依り提示された問題は、波長1.3μmの
近傍において生ずる局部的損失極小値において動
作する低分散、低損失型単一モードフアイバで
の、Δとコア直径とを求める方法のひとつであ
る。この問題に対する解法は本発明において証明
されているように、波長1.3μmの近傍で高いΔの
値と低い材料分散の値とを直ちに与えることがで
きるような、ダウンドープしたクラツド層
(down doped grading can)を具備してアツプ
ドープしたコア(up doped core)の実現性に依
存する。クラツド層における弗素のようなダウン
ドープするための添加剤は、低材料分散を発生さ
せるためのアツプドープしたコアと組合せてあ
る。低材料分散値を発生させるクラツド層の効果
は、単一モードフアイバにおいてクラツド層の内
部を大きな量のエネルギが伝播するためにきわめ
て大きいであろう。結果的には、本明細書におい
て請求されているフアイバの発明的様相は、ダウ
ンドープしたクラツド層が信頼できる場合に波長
1.30μmの近傍でのΔの値が高いからと言つて高
材料分散が得られる必要性はないと言う実現に直
面するわけである。低実装損失が確実に得られる
ような比較的高いΔの値と共に、比較的小さなコ
ア直径を採用することにより十分低いカツトオフ
波長が得られる。
近傍において生ずる局部的損失極小値において動
作する低分散、低損失型単一モードフアイバで
の、Δとコア直径とを求める方法のひとつであ
る。この問題に対する解法は本発明において証明
されているように、波長1.3μmの近傍で高いΔの
値と低い材料分散の値とを直ちに与えることがで
きるような、ダウンドープしたクラツド層
(down doped grading can)を具備してアツプ
ドープしたコア(up doped core)の実現性に依
存する。クラツド層における弗素のようなダウン
ドープするための添加剤は、低材料分散を発生さ
せるためのアツプドープしたコアと組合せてあ
る。低材料分散値を発生させるクラツド層の効果
は、単一モードフアイバにおいてクラツド層の内
部を大きな量のエネルギが伝播するためにきわめ
て大きいであろう。結果的には、本明細書におい
て請求されているフアイバの発明的様相は、ダウ
ンドープしたクラツド層が信頼できる場合に波長
1.30μmの近傍でのΔの値が高いからと言つて高
材料分散が得られる必要性はないと言う実現に直
面するわけである。低実装損失が確実に得られる
ような比較的高いΔの値と共に、比較的小さなコ
ア直径を採用することにより十分低いカツトオフ
波長が得られる。
本発明に依るフアイバでは比較的小さなコア直
径(9μmを越えない)を必要とするが、スプラ
イス損失(splicing loss)が許されない程度にな
る恐れがあるため、斯かる小直径のコアをもつた
単一モードフアイバを使うことに実施者達はちゆ
うちよしてきた。しかしながら、理論的な研究
(デイ・マーキユーズ、ベル電話研究所技術研究
論文誌、第56巻、703ページ(1977年)参照。
(D.Marcuse、Bell System Technical Journal、
56、703(1977))によれば、横オフセツトと角度
オフセツトとによるスプライス損失の積はほぼ一
定であり、小直径のコアを有するフアイバの実現
性が考えられることが示されている。斯かるフア
イバにはスプライスの時の横オフセツトによつて
わめて大きなスプライス損失を招く可能性がある
が、角度オフセツトによるスプライス損失がフア
イバでは低く、又その逆も成立つので、以前一般
に考えられていたよりもスプライス損失の問題は
いささか厳しくはないものになつている。
径(9μmを越えない)を必要とするが、スプラ
イス損失(splicing loss)が許されない程度にな
る恐れがあるため、斯かる小直径のコアをもつた
単一モードフアイバを使うことに実施者達はちゆ
うちよしてきた。しかしながら、理論的な研究
(デイ・マーキユーズ、ベル電話研究所技術研究
論文誌、第56巻、703ページ(1977年)参照。
(D.Marcuse、Bell System Technical Journal、
56、703(1977))によれば、横オフセツトと角度
オフセツトとによるスプライス損失の積はほぼ一
定であり、小直径のコアを有するフアイバの実現
性が考えられることが示されている。斯かるフア
イバにはスプライスの時の横オフセツトによつて
わめて大きなスプライス損失を招く可能性がある
が、角度オフセツトによるスプライス損失がフア
イバでは低く、又その逆も成立つので、以前一般
に考えられていたよりもスプライス損失の問題は
いささか厳しくはないものになつている。
本発明に依るフアイバは設計上の特性を基盤に
して単に特許的に明確であるだけではなく、これ
ら設計上の特性を得る原動力はいまだに本フアイ
バの特許的様相を高めるものである。
して単に特許的に明確であるだけではなく、これ
ら設計上の特性を得る原動力はいまだに本フアイ
バの特許的様相を高めるものである。
上述のごとく全分散を零にしようとした実施者
達は材料分散を打ち消すための導波路分散を技術
的に研究したが、本発明のフアイバの設計者は総
合的に種々の優位性から本発明に記載の結論に到
達するわけである。本発明のフアイバは、好まし
い小さな点の大きさを得るようにΔの値を十分高
く現定することによりまず第一義的に設計されて
いる。点の大きさはΔの平方根に反比例し、もし
Δが十分大きければ、点の大きさは好ましい低ケ
ーブル化損失を発生するに十分な小さな値であ
る。これらのフアイバーのΔは一般に0.3%より
大きく従つて4μmに満たない点の大きさを発生
するわけである。(ここで、点の大きさは中央を
基準にして1/eのエネルギを与えるフアイバ半
径であるとして定義されている。) 設計における次の段階は好ましい動作パラメー
タに依存するわけであり、従つてフアイバのコア
直径を設定して適切なカツトオフ波長を決定する
ことである。本フアイバでは動作波長は1.31μm
と考えられる事実にかんがみ、ほぼ1.25μm
(1.20±0.1μm)にカツトオフ波長を設定してい
る。要求されるコア直径は9μmを越えない値で
ある。
達は材料分散を打ち消すための導波路分散を技術
的に研究したが、本発明のフアイバの設計者は総
合的に種々の優位性から本発明に記載の結論に到
達するわけである。本発明のフアイバは、好まし
い小さな点の大きさを得るようにΔの値を十分高
く現定することによりまず第一義的に設計されて
いる。点の大きさはΔの平方根に反比例し、もし
Δが十分大きければ、点の大きさは好ましい低ケ
ーブル化損失を発生するに十分な小さな値であ
る。これらのフアイバーのΔは一般に0.3%より
大きく従つて4μmに満たない点の大きさを発生
するわけである。(ここで、点の大きさは中央を
基準にして1/eのエネルギを与えるフアイバ半
径であるとして定義されている。) 設計における次の段階は好ましい動作パラメー
タに依存するわけであり、従つてフアイバのコア
直径を設定して適切なカツトオフ波長を決定する
ことである。本フアイバでは動作波長は1.31μm
と考えられる事実にかんがみ、ほぼ1.25μm
(1.20±0.1μm)にカツトオフ波長を設定してい
る。要求されるコア直径は9μmを越えない値で
ある。
Δの値とフアイバのコア直径とを決定した後で
は、フアイバの導波路分散は本質的に固定されて
いるため、公知技術におけるのと同様に零分散波
長を決定するため、導波路分散を有効に使用でき
ない。しかしながら、公知技術から離れて波長
1.31μmの近傍で導波路分散を打ち消す材料分散
を得ることができるように、フアイバの製造で使
用される材料系を本出願人は変更しているわけで
ある。材料系における要求は、既に説明したよう
に比較的Δの値を高くすると共に、導波路分散を
打ち消すため比較的材料分散を低くする必要性が
あることである。代表的なゲルマニアをドープし
た単一モードフアイバにおいては、Δの値を高く
すれば比較的高い材料分散が得られている。既に
説明したように、本発明のフアイバでは比較的低
い材料分散を得るのと同時に、高いΔの値を得る
ためのクラツド層をダウンドープすることによつ
て、部分的に高いΔ値が得られている。そこで、
第1図はアツプドープしたコア13とダウンドー
プしたクラツド層12とを具備した本発明に依る
フアイバ11の断面図を示すものである。
MCVDに使用されている基板管に関連してフア
イバ部分は必ずしも示しておく必要はない。
は、フアイバの導波路分散は本質的に固定されて
いるため、公知技術におけるのと同様に零分散波
長を決定するため、導波路分散を有効に使用でき
ない。しかしながら、公知技術から離れて波長
1.31μmの近傍で導波路分散を打ち消す材料分散
を得ることができるように、フアイバの製造で使
用される材料系を本出願人は変更しているわけで
ある。材料系における要求は、既に説明したよう
に比較的Δの値を高くすると共に、導波路分散を
打ち消すため比較的材料分散を低くする必要性が
あることである。代表的なゲルマニアをドープし
た単一モードフアイバにおいては、Δの値を高く
すれば比較的高い材料分散が得られている。既に
説明したように、本発明のフアイバでは比較的低
い材料分散を得るのと同時に、高いΔの値を得る
ためのクラツド層をダウンドープすることによつ
て、部分的に高いΔ値が得られている。そこで、
第1図はアツプドープしたコア13とダウンドー
プしたクラツド層12とを具備した本発明に依る
フアイバ11の断面図を示すものである。
MCVDに使用されている基板管に関連してフア
イバ部分は必ずしも示しておく必要はない。
設計上のこの時点では、クラツド層とコア上と
の組成を可変パラメータとしておく必要性も考案
における他の一面では存在する。フアイバのクラ
ツド層があらかじめ決定されている場合には、材
料分散に影響する可能性のある唯一の残されたパ
ラメータはコアの組成である。しかしながら、フ
アイバのクラツド層があらかじめ決定されていれ
ばΔが前もつて固定されるので、同様にしてコア
の屈折率が決定されてしまう。結果的には、本発
明のフアイバではクラツド層とコアとの組成は、
設計上のこの時点では可変パラメータとしてのこ
しておく。
の組成を可変パラメータとしておく必要性も考案
における他の一面では存在する。フアイバのクラ
ツド層があらかじめ決定されている場合には、材
料分散に影響する可能性のある唯一の残されたパ
ラメータはコアの組成である。しかしながら、フ
アイバのクラツド層があらかじめ決定されていれ
ばΔが前もつて固定されるので、同様にしてコア
の屈折率が決定されてしまう。結果的には、本発
明のフアイバではクラツド層とコアとの組成は、
設計上のこの時点では可変パラメータとしてのこ
しておく。
波長1.31μmの近傍において零分散を得ると言
う要望と、比較的低損失のフアイバを得るための
要望とによつて、本フアイバにおいては低い濃度
でアツプドープしたコアを選択することになるわ
けである。結果的には、本発明に依るフアイバに
おいては、コアは例えば5モルパーセントに満た
ない水準のゲルマニアをドープしている。しかし
ながら、あらかじめ決定されていて必要不可欠な
Δと、同時に比較的低い材料分散とを得るために
は、コアの屈折率よりはるかに低くクラツド層の
屈折率をさげる材料でもつて、クラツド層に深く
ダウンドープしなければならない。この機能を具
備したほう素には、波長1.3μmにおいて強い吸収
があるため好ましくない。しかしながら、屈折率
をさげる傾向も有する弗素はさらに高い波長吸収
帯を有するため、結果的にはクラツド層をダウン
ドープするために本発明に依るフアイバにおいて
使用される。
う要望と、比較的低損失のフアイバを得るための
要望とによつて、本フアイバにおいては低い濃度
でアツプドープしたコアを選択することになるわ
けである。結果的には、本発明に依るフアイバに
おいては、コアは例えば5モルパーセントに満た
ない水準のゲルマニアをドープしている。しかし
ながら、あらかじめ決定されていて必要不可欠な
Δと、同時に比較的低い材料分散とを得るために
は、コアの屈折率よりはるかに低くクラツド層の
屈折率をさげる材料でもつて、クラツド層に深く
ダウンドープしなければならない。この機能を具
備したほう素には、波長1.3μmにおいて強い吸収
があるため好ましくない。しかしながら、屈折率
をさげる傾向も有する弗素はさらに高い波長吸収
帯を有するため、結果的にはクラツド層をダウン
ドープするために本発明に依るフアイバにおいて
使用される。
本発明に依るフアイバの一実施例においては、
屈折率の分布が第2図に示してある。第2図にお
いては、25はフアイバのアツプドープしたコア
の領域の値であり、26はダウンドープしたクラ
ツド領域の値である。ダウンドープされたクラツ
ドに帰属されるフアイバのこのΔの部分は22と
して系統的には示してあり、少なくともフアイバ
のΔ23の20%を説明するためのものである。フ
アイバのΔの残りの部分24は明らかにアツプド
ープされたコアによるものである。21は基板管
の屈折率の値であり、多くの実施例においては本
質的に純粋なシリカの値である。しかしながら、
本発明における他の実施例においては不純物ドー
プした基体管を含むものであり、この場合におい
ては21として示してある基体管の屈折率はクラ
ツド層の屈折率26に等しくできる。
屈折率の分布が第2図に示してある。第2図にお
いては、25はフアイバのアツプドープしたコア
の領域の値であり、26はダウンドープしたクラ
ツド領域の値である。ダウンドープされたクラツ
ドに帰属されるフアイバのこのΔの部分は22と
して系統的には示してあり、少なくともフアイバ
のΔ23の20%を説明するためのものである。フ
アイバのΔの残りの部分24は明らかにアツプド
ープされたコアによるものである。21は基板管
の屈折率の値であり、多くの実施例においては本
質的に純粋なシリカの値である。しかしながら、
本発明における他の実施例においては不純物ドー
プした基体管を含むものであり、この場合におい
ては21として示してある基体管の屈折率はクラ
ツド層の屈折率26に等しくできる。
本発明によるフアイバの特性
モード特性
フアイバは単一モードの光フアイバである。明
らかに斯かる定義は特定の伝送波長に関係した場
合にのみ意味を有するものである。十分低い波長
では、1モードを越えるモードをフアイバが維持
している。単一モードのフアイバであるために
は、フアイバをカツトオフ波長より上の領域で動
作させなければならない。本発明のフアイバは
1.31μmより低いカツトオフ波長を有し、カツト
オフ値より上の伝送波長に対する単一モードのフ
アイバであろう。“単一モードのフアイバ”と言
う術語は斯かる領域での動作を表示するために使
われている。とにかく、0.4〜2μmのスペクトラ
ム領域において、カツトオフ波長より低いとは言
え限られた数のモードのみを維持している単一モ
ードフアイバに対向して数百のモードを維持して
いる多重モードのフアイバとは、このフアイバは
明らかに区別されている。
らかに斯かる定義は特定の伝送波長に関係した場
合にのみ意味を有するものである。十分低い波長
では、1モードを越えるモードをフアイバが維持
している。単一モードのフアイバであるために
は、フアイバをカツトオフ波長より上の領域で動
作させなければならない。本発明のフアイバは
1.31μmより低いカツトオフ波長を有し、カツト
オフ値より上の伝送波長に対する単一モードのフ
アイバであろう。“単一モードのフアイバ”と言
う術語は斯かる領域での動作を表示するために使
われている。とにかく、0.4〜2μmのスペクトラ
ム領域において、カツトオフ波長より低いとは言
え限られた数のモードのみを維持している単一モ
ードフアイバに対向して数百のモードを維持して
いる多重モードのフアイバとは、このフアイバは
明らかに区別されている。
Δ値
0.75を越えないが、例えば0.3%より大きい比
較的高いΔの値によつて本発明に依るフアイバは
部分的に特徴づけられている。Δの定義は実施者
に依つて変わる。現在の流れのなかで、コアの屈
折率からクラツド層の屈折率を引き、すべてクラ
ツド層の屈折率で除したクラツド全体の屈折率に
よつてΔが定義されている。本発明に依るフアイ
バにおいては、単にアツプドープされただけのフ
アイバより零材料分散点を低くしたフアイバを生
成するために弗素を使用するが、弗素のような材
料でシリカを基体としたフアイバにおいてクラツ
ド層をダウンドープすることにより、材料分散に
罰を課さないで高いΔの値が得られている。本発
明に依るフアイバにおいては、少なくともΔの値
の20%はクラツド層のダウンドープに帰属される
であろう。最近の研究によれば、少なくとも部分
的には大直径のコアを許容するとして、傾斜型屈
折率を有する単一モードフアイバは好ましい特性
を具備していることが判つている。明らかに、本
発明に依るフアイバは屈折率の斯かる傾斜を利用
することが可能であると考えられる。斯かる環境
下では、Δはコアの最大屈折率、ならびにクラツ
ド層の最小屈折率に関連する。
較的高いΔの値によつて本発明に依るフアイバは
部分的に特徴づけられている。Δの定義は実施者
に依つて変わる。現在の流れのなかで、コアの屈
折率からクラツド層の屈折率を引き、すべてクラ
ツド層の屈折率で除したクラツド全体の屈折率に
よつてΔが定義されている。本発明に依るフアイ
バにおいては、単にアツプドープされただけのフ
アイバより零材料分散点を低くしたフアイバを生
成するために弗素を使用するが、弗素のような材
料でシリカを基体としたフアイバにおいてクラツ
ド層をダウンドープすることにより、材料分散に
罰を課さないで高いΔの値が得られている。本発
明に依るフアイバにおいては、少なくともΔの値
の20%はクラツド層のダウンドープに帰属される
であろう。最近の研究によれば、少なくとも部分
的には大直径のコアを許容するとして、傾斜型屈
折率を有する単一モードフアイバは好ましい特性
を具備していることが判つている。明らかに、本
発明に依るフアイバは屈折率の斯かる傾斜を利用
することが可能であると考えられる。斯かる環境
下では、Δはコアの最大屈折率、ならびにクラツ
ド層の最小屈折率に関連する。
コアの直径
本発明に依るフアイバにおけるコアの直径は、
波長ほぼ1.30μm動作波長より低い値のカツトオ
フ波長を要求することにより、設計上の観点から
決定される。導波路分散はそこで独特に規定さ
れ、材料分散を適切な値にして打ち消さなくては
ならない。斯かる打ち消しの結果、該当する動作
波長、すなわち1.25〜1.385μmの範囲内で全分散
が本質的に零になる、本フアイバの設計において
斯かる低い全分散に必要なコアの直径は9μmに
満たないものであり、少なくとも現在の実施例か
らは離反したものである。この離反は、角度オフ
セツトによるスライス損失と横オフセツトによる
スプライス損失との間で逆のふるまいがあると言
うことに対する出願人の認識によつて、スプライ
スを考察する面でさえも許容できるものである。
波長ほぼ1.30μm動作波長より低い値のカツトオ
フ波長を要求することにより、設計上の観点から
決定される。導波路分散はそこで独特に規定さ
れ、材料分散を適切な値にして打ち消さなくては
ならない。斯かる打ち消しの結果、該当する動作
波長、すなわち1.25〜1.385μmの範囲内で全分散
が本質的に零になる、本フアイバの設計において
斯かる低い全分散に必要なコアの直径は9μmに
満たないものであり、少なくとも現在の実施例か
らは離反したものである。この離反は、角度オフ
セツトによるスライス損失と横オフセツトによる
スプライス損失との間で逆のふるまいがあると言
うことに対する出願人の認識によつて、スプライ
スを考察する面でさえも許容できるものである。
コア直径に対するクラツド層の比
現在入手可能な公報では、クラツドをダウンド
ープしたW型フアイバ(“W−Type”fiber)が
説明してある。斯かるフアイバでは、一般に屈折
率の急激な変化(一般に0.0038を越えた)によつ
て区分けられた2つの特定領域から成立つたクラ
ツド層を具備している。しかしながら、本明細書
に記載の本発明に依るフアイバでは、一般にクラ
ツド層の屈折率分布に急激な変化がなく、さら
に、2を越えるコア直径に対するダウンドープさ
れたクラツド層の比を有し、これによつて文献に
現在記載されているダウンドープされたフアイバ
(W型を含む)と本発明のフアイバとは明らかに
区別されている。勿論、本発明に依るフアイバを
製造するのに使用できる基体管は、W型構成の外
観、すなわち、アツプドープされたコアと、ダウ
ンドープされたクラツド領域と、第2の外側の高
屈折率領域とを与えるためのクラツド層よりも高
い屈折率を有するものである。しかしながら、本
発明に依るフアイバではクラツド層に急激な屈折
率変化がなく、2を越えたコア直径に対するダウ
ンドープされたクラツド層の比を有すると言う要
求は、本発明のフアイバをすべてのW型フアイバ
と本質的に区分するものである。
ープしたW型フアイバ(“W−Type”fiber)が
説明してある。斯かるフアイバでは、一般に屈折
率の急激な変化(一般に0.0038を越えた)によつ
て区分けられた2つの特定領域から成立つたクラ
ツド層を具備している。しかしながら、本明細書
に記載の本発明に依るフアイバでは、一般にクラ
ツド層の屈折率分布に急激な変化がなく、さら
に、2を越えるコア直径に対するダウンドープさ
れたクラツド層の比を有し、これによつて文献に
現在記載されているダウンドープされたフアイバ
(W型を含む)と本発明のフアイバとは明らかに
区別されている。勿論、本発明に依るフアイバを
製造するのに使用できる基体管は、W型構成の外
観、すなわち、アツプドープされたコアと、ダウ
ンドープされたクラツド領域と、第2の外側の高
屈折率領域とを与えるためのクラツド層よりも高
い屈折率を有するものである。しかしながら、本
発明に依るフアイバではクラツド層に急激な屈折
率変化がなく、2を越えたコア直径に対するダウ
ンドープされたクラツド層の比を有すると言う要
求は、本発明のフアイバをすべてのW型フアイバ
と本質的に区分するものである。
本発明の他の実施例は、不純物をドープした基
体管の使用を含むものである。斯かる環境のもと
では、屈折率に急激な変化のない基体管部分へ単
一屈折率領域のみを形成しているため、クラツド
層の屈折率を基体管の屈折率と等しくすることが
できる。
体管の使用を含むものである。斯かる環境のもと
では、屈折率に急激な変化のない基体管部分へ単
一屈折率領域のみを形成しているため、クラツド
層の屈折率を基体管の屈折率と等しくすることが
できる。
添加物(Dopants)
現在、添加物の例としてはコアにおけるゲルマ
ニア、ならびにクラツド層における弗素がある。
明らかに、本発明に依るフアイバではこれらの特
定の添加物に限定する必要はない。しかしなが
ら、それらを使用する場合には、一般的に5モル
パーセントに満たないゲルマニアをコアにアツプ
ドープし、一般的に0.5モルパーセントを越える
弗素をクラツド層にダウンドープすればよいこと
が見出されている。他の添加物、例えば処理特性
を改善するため、部分的にクラツド層の燐のよう
な添加物を加えたものは、本発明の視野のはんち
ゆうであると考えられる。
ニア、ならびにクラツド層における弗素がある。
明らかに、本発明に依るフアイバではこれらの特
定の添加物に限定する必要はない。しかしなが
ら、それらを使用する場合には、一般的に5モル
パーセントに満たないゲルマニアをコアにアツプ
ドープし、一般的に0.5モルパーセントを越える
弗素をクラツド層にダウンドープすればよいこと
が見出されている。他の添加物、例えば処理特性
を改善するため、部分的にクラツド層の燐のよう
な添加物を加えたものは、本発明の視野のはんち
ゆうであると考えられる。
例
フアイバの製造
19×25のT08−WG型シリカ管を使用して、
MCVD法(米合衆国特許4217027号)によつて前
段階の形成を行なつた。クラツド層を堆積させる
ための反応物質の流量は、SiCl4の場合には3.0g
m/分、POCl3の場合には0.052gm/分、
CF2Cl2の場合には105c.c./分であり、過剰の酸素
は4300c.c./分である。クラツド層は16の過程によ
つて堆積された。堆積過程を通して外径におい
て、管の短縮量はわずか約1mmであつたため、加
圧装置は使用しなかつた。コアは0.54gm/分の
SiO2と、0.077gm/分のGeCl4と、1300c.c./分の
過剰酸素を使用して、2つの過程において堆積さ
せた。GeCl4蒸気をキヤリアガスとしての酸素に
含ませて輸送管を通して流れるようにしている期
間に、6つの縮小過程でくずれを補償した。管は
流れの下端を封じ、くずれをさらに2つの過程で
完了させた。
MCVD法(米合衆国特許4217027号)によつて前
段階の形成を行なつた。クラツド層を堆積させる
ための反応物質の流量は、SiCl4の場合には3.0g
m/分、POCl3の場合には0.052gm/分、
CF2Cl2の場合には105c.c./分であり、過剰の酸素
は4300c.c./分である。クラツド層は16の過程によ
つて堆積された。堆積過程を通して外径におい
て、管の短縮量はわずか約1mmであつたため、加
圧装置は使用しなかつた。コアは0.54gm/分の
SiO2と、0.077gm/分のGeCl4と、1300c.c./分の
過剰酸素を使用して、2つの過程において堆積さ
せた。GeCl4蒸気をキヤリアガスとしての酸素に
含ませて輸送管を通して流れるようにしている期
間に、6つの縮小過程でくずれを補償した。管は
流れの下端を封じ、くずれをさらに2つの過程で
完了させた。
浸漬セルにおいて形成された前段階の断面寸法
を測定した後、フアイバを引つぱり、UVで固化
するアクリルのエポキシ樹脂で線状に覆つた。フ
アイバの寸法は外径(OD)が114μm、コア直径
が7.5μ、D/d比(コア直径に対するクラツド層
の比)が5.9であり、長さ1Kmである。
を測定した後、フアイバを引つぱり、UVで固化
するアクリルのエポキシ樹脂で線状に覆つた。フ
アイバの寸法は外径(OD)が114μm、コア直径
が7.5μ、D/d比(コア直径に対するクラツド層
の比)が5.9であり、長さ1Kmである。
フアイバの特性
フアイバはカツトオフ波長と、スペクトル分布
別損失と、全分散とを測定することによつて特徴
づけられたものである。
別損失と、全分散とを測定することによつて特徴
づけられたものである。
入射光波長を増加させた時に、3メートルの長
さのフアイバを介して伝送されたエネルギが急激
に降下する位置によりカツトオフ波長を定義し
た。良好に定義されたカツトオフ波長はλc=
1.192±0.005μmの範囲の点に存在した。
さのフアイバを介して伝送されたエネルギが急激
に降下する位置によりカツトオフ波長を定義し
た。良好に定義されたカツトオフ波長はλc=
1.192±0.005μmの範囲の点に存在した。
3メートルの近接終端長を有するフアイバを使
用し、遠終端/近接終端技術を採用して、1.0〜
1.7μmの範囲においてスペクトル分布別損失を測
定した。近接終端長における単一の40mm半径ルー
プを使用したときと、使用しないときとで損失は
測定してある。まつたく驚くべきことに、ループ
を使用しない時の損失曲線は、1.19μmのカツト
オフ波長の近傍においてさえも、ループを使用し
た時の損失曲線と本質的に同一であつた。経験に
よれば、これは非常に良好なモード封込みのサイ
ンである。損失は1.30μmの波長で0.57±
0.03dB/Kmの局部的な極小値を有し、OHの尖頭
における1.39μmの波長で7.7dB/Kmの局部的な極
大値を有し、1.50μmの波長において0.40dB/Km
の極小損失を有するものである。1.50μmを越え
る波長では、損失は急激に上昇し、損失は限りな
いことがすべての実験で明らかである。波長
1.30μmにおける損失は逆に影響するものではな
い。
用し、遠終端/近接終端技術を採用して、1.0〜
1.7μmの範囲においてスペクトル分布別損失を測
定した。近接終端長における単一の40mm半径ルー
プを使用したときと、使用しないときとで損失は
測定してある。まつたく驚くべきことに、ループ
を使用しない時の損失曲線は、1.19μmのカツト
オフ波長の近傍においてさえも、ループを使用し
た時の損失曲線と本質的に同一であつた。経験に
よれば、これは非常に良好なモード封込みのサイ
ンである。損失は1.30μmの波長で0.57±
0.03dB/Kmの局部的な極小値を有し、OHの尖頭
における1.39μmの波長で7.7dB/Kmの局部的な極
大値を有し、1.50μmの波長において0.40dB/Km
の極小損失を有するものである。1.50μmを越え
る波長では、損失は急激に上昇し、損失は限りな
いことがすべての実験で明らかである。波長
1.30μmにおける損失は逆に影響するものではな
い。
単一モードの体制における全色分散は、群遅延
対波長のデータの微分から計算して求めた。
Nd:YAGレーザから得られた波長1.06μmにお
けるモードロツク型Qスイツチのパルスを使つて
ポンプしたラマン(Raman)フアイバレーザか
らの狭いパルスを使用して、このデータは求めた
ものである。ラマン(Raman)フアイバから得
られたパルスの波長は回折格子モノクロメータを
使用して選択した。零分散の波長λpは1.314μmで
ある。
対波長のデータの微分から計算して求めた。
Nd:YAGレーザから得られた波長1.06μmにお
けるモードロツク型Qスイツチのパルスを使つて
ポンプしたラマン(Raman)フアイバレーザか
らの狭いパルスを使用して、このデータは求めた
ものである。ラマン(Raman)フアイバから得
られたパルスの波長は回折格子モノクロメータを
使用して選択した。零分散の波長λpは1.314μmで
ある。
第1図は本発明によるフアイバの系統的構成を
示す図;第2図は本発明によるフアイバの一実施
例の屈折率の構成を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕、アツプドープされ
たコア……13、グラツド層……12。
示す図;第2図は本発明によるフアイバの一実施
例の屈折率の構成を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕、アツプドープされ
たコア……13、グラツド層……12。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 屈折率に急激な変化を与えず、9μmに満た
ない直径のアツプドープされたコアと、 屈折率に急激な変化を与えず、フアイバ部の△
に20%を越えて寄与するダウンドープされたクラ
ツド層とを含み、 前記フアイバ部の△が0.3%を越え0.75%に満
たなく、前記フアイバ部の分散がカツトオフ波長
λcが1.25μmより小さいとき1.25〜1.385μmの波
長範囲内においてそしてカツトオフ波長λcが
1.31μmに満たなく1.25μm以上のときλc〜1.385μ
mの波長範囲内において5psec./nm−Kmに満た
なく、フアイバ材料が少なくとも90%のシリカで
あり、 前記コアの直径に対するダウンドープされたク
ラツド層の直径の比が2以上であり、前記コアが
ドーパントとして少なくともゲルマニアを含みそ
して前記クラツド層がドーパントとして少なくと
も弗素を含むことを特徴とする単一モードフアイ
バ。 2 特許請求の範囲第1項記載の単一モードフア
イバであつて、 前記フアイバ部のコアが5モルパーセントに満
たないゲルマニアを含むことを特徴とした単一モ
ードフアイバ。 3 特許請求の範囲第1又は第2項記載の単一モ
ードフアイバであつて、 前記フアイバ部のクラツド層が0.3モルパーセ
ント以上の弗素を含むことを特徴とした単一モー
ドフアイバ。 4 特許請求の範囲第1、第2、又は第3項記載
の単一モードフアイバであつて、 前記フアイバ部が燐を含むことを特徴とした単
一モードフアイバ。 5 特許請求の範囲第1、第2、第3、又は第4
項記載の単一モードフアイバであつて、 屈折率構成が少なくとも部分的には傾斜してい
ることを特徴とした単一モードフアイバ。 6 特許請求の範囲第5項記載の単一モードフア
イバであつて、 前記フアイバの外側領域が不純物ドープされた
基体管によることを特徴とした単一モードフアイ
バ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/271,957 US4439007A (en) | 1981-06-09 | 1981-06-09 | Low dispersion single mode fiber |
US271957 | 1981-06-09 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS589103A JPS589103A (ja) | 1983-01-19 |
JPH0449082B2 true JPH0449082B2 (ja) | 1992-08-10 |
Family
ID=23037811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57097916A Granted JPS589103A (ja) | 1981-06-09 | 1982-06-09 | 単一モ−ドフアイバ |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4439007A (ja) |
JP (1) | JPS589103A (ja) |
CA (1) | CA1182314A (ja) |
DE (1) | DE3221836C2 (ja) |
FR (1) | FR2514155B1 (ja) |
GB (1) | GB2102146B (ja) |
NL (1) | NL8202312A (ja) |
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-
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- 1981-06-09 US US06/271,957 patent/US4439007A/en not_active Expired - Lifetime
-
1982
- 1982-05-28 CA CA000404022A patent/CA1182314A/en not_active Expired
- 1982-06-02 GB GB08216047A patent/GB2102146B/en not_active Expired
- 1982-06-02 FR FR8209584A patent/FR2514155B1/fr not_active Expired
- 1982-06-08 NL NL8202312A patent/NL8202312A/nl not_active Application Discontinuation
- 1982-06-09 DE DE3221836A patent/DE3221836C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1982-06-09 JP JP57097916A patent/JPS589103A/ja active Granted
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DE3221836C2 (de) | 1993-11-04 |
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FR2514155A1 (fr) | 1983-04-08 |
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