JPS58120534A - 定偏波型光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低損失な定偏波型光ファイバ及びその製法に関
するものである。

単一モード伝送用の光ファイバで、クラッドを断面楕円
形にし、コアに異方性歪を起こし、光弾性効果によって
長軸、短軸方向の屈折率、従って伝搬定数の差を大きく
し、偏波面を保存するいわゆる定偏波型光ファイバは、
例えば特開昭５６−９９３０６号によってすでによく知
られている。

この構造は、その断面が第１図に示すような３層構造か
らなり、コア１１は５ｉ０２ガラス、５ｉ０２十Ｂ２Ｏ
３ガラス、ＳｉＯ２＋ＧｅＯ２ガラスもしくはＳｉＯ□
十Ｐ２０！、ガラスが採用できることが指摘されている
。

１だ、ｌｔ而面円形のクラッド１２としては、Ｅ、ｔ　
Ｌ　Ｏ２−１１３２０’　３ガラスもしくはＳｉＯ、−
４−ＧｅＯ２＋Ｂ　２Ｃ，＋　３カラスが採用できるこ
とが指摘されており、外１１１１クンノド１６（ジャケ
ットとも称する〕としては石英管が採用できることが指
摘されている。

ぞして、特開昭５６−９９３０６号には、このような定
偏波型光ファイバの製造方法として、いわゆる肉付Ｃｖ
Ｄ法が提案されている。肉付ＯＶＤ法そのものについて
は特開昭５０−１２０３５２号（ＬＩ　５４４４７０５
）により公知であり、低損失光ファイバの優れた製法で
あることは広く認められている。

ところが、上記のような指摘に従って定偏波型光ファイ
バを製造しても、今ひとつ低損失のものが得られなかっ
た。この原因について、本発明者らが検討した結果、主
な要素として次の２点が判明した。すなわち、第１点は
工業上出発部材である石英管として必ずしも高純度のＥ
ＩｉＯ２ガラスを使用しておらず、この不純物を含む石
英管から内部にＯＨ基か拡散し、光伝送損失が増大する
というものであり、また第２点は、楕円形クラットに異
方性歪付与材として用いているＢ　１１０　Ｈによって
特に長波長帯において大きな吸収損失がもたらされると
いうものである。

このうち、第２点は光ファイバの使用に０．６３μｍの
短波長帯に限定することでほぼ回避できるが、第１点に
ついては肉付ＯＶＤ法が石英管ヲ長時間高温に加熱して
内面に膜付けを行う方法であることから容易に回避でき
ないものであった。

また、従来特開昭５０−１２０３５２号により知られた
肉付ＯＶＤ法では、コア、クラッドとも円形の光ファイ
バは得られるが、コアが円形でかつクラッドの楕円形な
定偏波型光コアイノ・は得られず、減圧量その他の制御
が必要である。

本発明は斯かる状況に鑑み、上記の問題点を解消し、低
損失な定偏波型光ファイバ全提供することを目的とし、
さらに詳細には、第１の目的として低損失化の障害とな
っていた前記原因の第１点を解消すること。また、第２
の目的として前記原因の第２点を解消すること。さらに
第３の目的として、その具体的な製造方法を提供するこ
とである。

本発明の構成を、実施例を示す図面を参照して具体的に
説明する。

第２図において、２１はコアであり、ＳｉＯ２ガラスも
しくはＳ　ＩＬ　Ｏｇ＋Ｇ　ｅ　Ｏ２ガラスが好適であ
る。

２２は楕円形クラッドであり、８．１０’　２＋Ｐ　２
０５＋Ｂ２Ｏ３ガラスからなっている。２３は外′側り
ラッドであり、出発部材である石英管からできたもので
ある。楕円形クラッド２２はコア２１の外側に直接設け
てもよいが、１以上の別の層を介して設けてもよい。

このように構成された定偏波型光ファイバであれば、出
発部材である石英管の内面に楕円形クラッドと々るガラ
ス膜を形成する際の温度が比較的低いので、石英管から
内部へのＯＨ基の拡散が極めて少ない。

すなわち、ＳｉＯ２ガラスの屈折率を基準とし、屈折率
差を設けようとしたときのドーパントによるガラス軟化
温度は第１表に示すようになる。

第　　　１　　　表 ただし、Ｐ２Ｏ５及びＧ　ｅ　Ｏ’　２は屈折率を高め
るものであり、Ｂ２Ｏ３は低くするものであるが、いず
れの場合にも屈折率差を大きくすると温度は下がる傾向
にある。つまり、添加量が多いほど軟化温度が低いので
ある。

ここで温度を下げるのに効果的なのは、ＰＱＯ５であり
、屈折率が伝送特性上規定された場合にはＳ　１０２十
Ｆ　２０５　十Ｂ　２０　Ｂは温度を下げるためには極
めて有効であり、容易に１０００°ｃ４−割ることもで
きる。

反応温度は、この軟化温度１２ｏｏ℃程度上まわる温度
であるが、第２図の構成は石英管からの○Ｈ基拡散を防
止する特効を奏するものである。

以−ヒにより、前記第１の目的はほぼ達成できたが、本
発明者はさらに次のような構成を提示する。

すなわち、第６図に示すように光ファイバの構造を４層
構造とする。第３図において、３１はコアでありＳ１０
２　＋　ＧｅＯ！ｌガラス等が好適である。３２は断面
円形の第１クラツドであり、高純度ＥＩ　Ｏ２ガラスで
ある。

３６は断面が楕円形の第２クラツドであり、実質的にＳ
ｉＯ２＋Ｐ　２０５十Ｂ　２０３ガラスより構成されて
いる。３４は５ｉ０２を主成分とするガラス管である。

このような構成であれば、さらに次のような効果を奏す
る。

（１）　　コアの外周の第１クラツドは高純度５ｉ０２
であるため光の伝送損失を小さくすることができる。

（２）高純度Ｓ　ｉＯ２の第１クラツドは粘度が高いた
め、コアに屈折率を変えるだめの添加物を加えてもコア
の真円度を保ちやすく、屈折率差の選択範囲が極めて広
くなる。

（３）　　コアに８１０２＋ＧｅＯ２ガラスを用いるこ
とにより、コアの粘度をあまり低下させることなく、第
１クラツドとの間に屈折率差をつけることが可能である
。

さらに、これらの効果を優れたものにするために、第１
クラツド３２の厚さをコア半径の１／２より大きく、コ
ア直径よりも小さく構成し、楕円形第２クラツド３６の
屈折率を第１クラツド３２より高くかつコア６１より低
く構成する。

単一モード光ファイバの場合には多モード光ファイバと
異なり規格化周波数によりクラッドまで市磁界成分がし
み出すため、第１クラツドの状、態が重要である。そこ
で高純度５１０２からなる第１クラツド３２が厚い方が
第２クラツド６３のＢ２Ｏ３の影響が小さくなる。実験
によると、前記のように第１クラツド６２の厚さがコア
半径以上のとき、波長１．３μｍ帯における損失増加が
無視できる程度となった。

また、コア半径の１／２程度では１．３μｍ帯では４ａ
Ｂ、４ｍの損失があり°′、実用上の望ましい範囲とし
てはほぼ限界値である。コア径の１／２未満の△ 厚さでは５ｄＢ／Ｋｒｎ以上の損失が見込まれる。

また、第２クラツド３６からのＢ６拡散を防ぐ意味で第
１クラツド６２は厚い方が良いが、コア直径以上になる
と第２クラツド６６の楕円率を大きくすることが難しく
なり、良好な定偏波特性が得られなくなる。

さて単一モード光ファイバでは上記のように第１クラツ
ドの厚さを設定しても、わずかのコア径、屈折率の変化
によってカットオフ波長が変化し、それによって動作波
長における規格化周波数が変化するため時によって電磁
界成分が楕円形第２クラツドまでしみ出す場合がある。

このような電磁界成分は導波モードである場合には波動
エネルギーの一部が楕円形第２クラッド部で吸収され伝
送損失の増加となる。

これを防ぐ目的でかかる導波モードを漏洩モードとし、
コア中心部に電磁界成分が集中するような低損失なモー
ドのみを導波しうるように楕円形第２クラツドの屈折率
を第１クラツドよりも大きくする。

このような光ファイバは試作の結果λ−１，２μｍで０
．７ｄＢ／Ｋｍ、λ＝　１．６ｐ　ｍでも（１，８ａ　
Ｂ／ＫＩ１１であった。

試作した光ファイバの楕円率εは、ε−６０％で結合長
が約４闘（λ＝１．６μｍ）であった。

以上説明したような本発明の定偏波型光ファイバであれ
ば、先に指摘した問題点のうち、第１点及び第２点とも
に解消し、低損失な光ファイバを得ることができたもの
である。

次にこのような構成の定偏波型光ファイバの具体的製造
方法について説明する。

以下第４図及び第５図を参照して実施例を説明する。

外径１８ｒＩａｎ１厚さ１．５閣の透明石英ガラス管４
４の内壁面にＳｉＯ２＋Ｐ　２０５＋Ｂ　２０　ｓ系ガ
ラス膜４６を添着する。このときのガラス膜のＰ２Ｏ，
とＢ２Ｏ３との合計量は５〜２０１モル鵞残余１ｓｉ０
２とすることが必要であるが、ここではＰ　２０　、Ｊ
Ｂ　２０３を１２モルチとしてガラス膜４３を形成した
。

次に、さらに内面に高純度５１０２の膜を約１０μｍ添
着し、コアになる５ｉＱ２＋Ｇθ０２の膜を約５μｍ添
着する。

図において、４５は旋盤であり、４６はバーナーである
。

その後ガラス管５４の一端を封じ、他端より減圧器５７
により管内の圧力を−５１ａＬ　Ｈ２０にし、酸水素バ
ーナ−４６で約１９００℃に加熱し、バーナー４６の移
動速度を５間／順としてガラス管５４を中実にする。（
５４は前工程により所定の膜を添着したガラス管４４を
示す。） このようにして得られた中実母材を加熱線引きして定偏
波型光ファイバを得る。５８は圧力計である。

得られた光ファイバの断面屈折率分布を第６図に、また
ドーパン）（ｓｉ−ｏ２を除く屈折率匍脚用成分）濃度
分布を第７図に示す。

コアと第１クラツドとの屈折率差△ｎ工＝０．５５チ、
楕円形第２クラツドと第１クラツドとの屈折率差△ｎ　
２＝ｏ、ｏｓチ、コア径が８μｍ１第１クラツドの厚さ
４μｍ１外径が１２５μｍでカットオフ波長１．２μｍ
の単一モード定偏波型光ファイバであった。

この実施例では、楕円形第２クラツドに入れたドーパン
ト濃度が径方向に一定であるが、第８図に示すように径
方向に変化させてもよい。

このように径方向に変化させた場合には、濃度の最大部
分がどのような値かが重要な問題となる。

いずれにせよ、ここで重要なことは楕円形クラッド層の
ドーパント量を５〜２０モルチとすることである。すな
わち、内側のコアや第１クラツドを円形に保ちつつ、こ
のクラッド（第２クラツド）のみを楕円形に形成するた
めには、５〜６モル係が限界的粘性であり、これよりド
ープ量が少ないと楕円形に形成することが困難である。

また、１８〜２０モルチはこの層の内側に高融点のＳ　
ｉｏ　２ガラス層を形成することのできる限界的粘性で
ある。つまり、＋、　ｓｌｏ　−、十ｐ　、ｏ　５＋Ｂ
　２０　ｇガラスはＰ　２０５十Ｂ　２０　Ｂの量を２
０モルチを越えて含有すると、融点、粘性が著しく低く
なり、高純度５ｉ０２の膜を形成するだめの反応温度で
は液体に近く、バーナーの移動に沿って膜が移動してし
まうため製造が困難となるものである。

第９図に楕円形クラッドのドープ量についてみた楕円率
と結合長との関係を示す。

楕円率はドーパント濃度が決定すれば、コラプス時の減
圧量で制御できる。

例えば、ドーパント濃度５モルチでは１２間Ｈ２０の減
圧量で、またドーパント濃度２０モルチではＱ、　５　
ｔ＋０１Ｈ、、Ｏの減圧量で４０％の楕円率を得ること
ができる。

本発明者らの実験によれば、適当なドーパント濃度と減
圧量との関係はおよそ第２表の通りであるが、ドーパン
ト濃度は８〜１５モルチ程度が製造しやすい。

第　　　２　　　表 第２表に示す範囲は実験により求めた製造しやすい範囲
であり、これ以外の範囲では製造できないという意味で
はない。

しかし、減圧量の限界値は存在し、１５ｍｍＨ２Ｏを越
えるとコアを真円に保つことが難しく、楕円クラッド形
成時にコアまでが楕円形になってしまうことが本発明者
らの実験では確認されている。

これらの値は、出発石英管に加工を施したり、（ｊ゛法
形状を変えることによりある程度変化の余地はあるが、
根本的に大きく変化することはない。

この他の製造条件として、バーナーの移動速度を提示す
る。

バーナーの移動速度は２．５〜１２ＩＩｍ／Ｍ程度にす
る必要があ邊。このｉ回を天きく逸脱するとコア酸び外
径を円形に保持しつつクラッドを楕円にするという所定
の目的達成が困難となる。

以、ヒ説明したような本発明の定偏波型光ファイバ及び
その製法が奏する顕著な効果をまとめると以下の通りで
ある。

（１）楕円形クラッドとして実質的にＳｉＯ，十Ｆ　２
０　。

＋Ｂ２１．）３ガラスを採用したので、この層形成時の
温度が比較的低く、製造時のＯＨ基拡散が少ないだめ低
損失の定偏波型光ファイバが得られる。

（２、特許請求の範囲第２項を満足する場合には、コア
の粘性が大きいので、コアを円形、クラッドｋｍ円とし
た定偏波型光ファイバの製造が容易である。

（６）特許請求の範囲第６項を満足する場合には、第１
クラツドが低損失で粘性の大きい高純度５１０２なので
、さらに長波長帯捷で低損失性が向上し、かつコアにド
ーパントを含有させて高屈折率を得ることができ、かつ
コアを円形に保持することができる。

（４）特許請求の範囲第４項を満足する場合には、コア
の粘度をあまり小さくすることなく高屈折率差を得るこ
とができ、コア（ハ）真円度を保持し。

やすくかつ耐応力性の優れた定偏波型光ファイバが得ら
れる。

（５）特許請求の範囲第５項を満足する場合には、カッ
トオフ波長、規格化周波数が変化した場合にも伝送損失
が増加しない。

（６）特許請求の範囲第６項を満足する場合には、第２
クラツドから内部へのＢ２Ｏ３の影響を防止することが
できるめで低損失性が向上し、かつ第２クラツドの楕円
率も確保できる。

（７）特許請求の範囲第７１項を満足する場合には、肉
付ＯＶＤ法により製造するとき、第２クラツドを楕円形
に、かつ他を円形にした定偏波型光ファイバが容易に得
られる。

（８）特許請求の範囲第８項を満足する場合には、以上
説明したような優れた定偏波型光ファイバを容易に製造
することができる。

また、以下の特許請求の範囲の項を満足する場合には、
特に減圧量により楕円率の制御が容易に行える。

ムお、本発明定偏波型光ファイバの外側には、適宜樹脂
被覆等を施しても、良いことはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の定偏波型光ファイバを示す断面説明図、
第２図及び第６図は本発明の定偏波型光ファイバの実施
例を示す断面説明図、第４図及び第５図は本発明の定偏
波型光ファイバの製法の実施例を示す説明図であり、第
６図、第７図、第８図及び第９図はそれぞれ本発明の定
偏波型光ファイバの実施例における屈折率分布の一例、
ドーパンＦ　ｌ／ＪＪ度分布の一例、ドーパント濃度分
布の他の例及び楕円率と結合長との関係を示す線図であ
る。 ２１．３１：コア、２２：楕円形クラッド、６２；第１
クラツド、３６：楕円形第２クラツド。 １１　　シ Ｔ　ｚ（Ｂ ｉ３　　刀 ７４　月 ７″　５ｒｊ：Ｊ １″　　乙　の ７７　図 ト・−光７７ｆｌ、−ｆＬ１４し−−−−−−−＠才　
θ　口 Ｔ　　　タ　　　Ｄり （ｔｎ冑） ６　　　　　　１０２６　　　　　　Ｎｏ　　　　　’
４０　　　　　５１＋　　　　　　６０７ｉ円−牟（’
Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　断面が円形のコアと断面が楕円形のクラッドと断
   面が円形の外側クラッドとを有する定偏波型丸ファイバ
   において、前記外側クラッドはコア及び楕円形クラッド
   に比較して不純物を多く含んでおり、前記楕円形クラッ
   ドは実質的にＳｉＯ２−）Ｐ　、’Ｏ、−１−Ｂ　２０
   ３ガラスより構成されていることを特徴とする定偏波型
   光ファイバ。 ２、　前記コアが実質的にＳｉＯ２ガラスからなり、楕
   円形クラッドの屈折率はコアの屈折率より低いことを特
   徴とする第１項記載の定偏波型光ファイバ。 ６、断面が円形のコアと、その外側に断面が円形の第１
   クラツドと、その外側に断面が楕円形の第２クラツドと
   、さらに外側に断面が円形の第６クラツドとを有する定
   偏波型光ファイバにおいて、前記外側第６クラツドはそ
   の内側の各層に比較して不純物を多く含ん゛でおり、前
   記第１クラツドは高純度５１０２ガラスであり、前記第
   ２クラツドは実質的にｓ　ｉｏ　ｑ　＋　ｐ　２０５−
   １−Ｂ　２０：ｊガラスより構成されていることを特徴
   とする定偏波型光ファイバ。 ４、　前記コアが実質的にＳｉＯ２＋ＧｅＯ２ガラスよ
   り構成されていることを特徴とする第６項記載の定偏波
   型光ファイバ。 ５、楕円形第２り２ツドの屈折率が第１クラツドの屈折
   率より高く、コアの屈折率より低いことを特徴とする第
   ３項記載の定偏波型光ファイバ。 ６、第１クラツドの厚さが、コアの半径の１／２より大
   きくコアの直径より小さいことを特徴とする第３項記載
   の定偏波型光ファイバ。 Ｚ　第２クラツドは実質的にＳ　ｉ　Ｏ２十Ｐ　２０５
   十Ｂ　、ｐＢガラスより構成されており、Ｐ　２０５と
   Ｂ２Ｏ３との合計量が５〜２０モルチであることを特徴
   とする第３項記載の定偏波型光ファイバ。 ８、石英管の内面に楕円形クラッドとなる５ｉ０２＋ｐ
   　２０５十Ｅｌ　、ｏ　３ガラスの膜を形成し、さらに
   その内面にコアとなるガラスを含む一層以上のガラス膜
   を形成し、該石英管内部を減圧してコラプスし、加熱線
   引して定偏波型光ファイバを製造する方法において、前
   記楕円形クラッドとなるガラス膜におけるＰ　、０５と
   Ｂ　９０　、との合計量が５〜２０モルチであり、前記
   減圧量が０．５〜１５ｍ、Ｏであることを特徴とする定
   偏波型光ファイバの製法。 ９　前記楕円形クラッドとなるガラス膜におけるＰ２Ｏ
   ，とＢ２Ｏ３との合計量が８〜１５モルチであることを
   特徴とする第８項記載の定偏波型光ファイバの製法。 １０、前記楕円形クラッドとなるガラス膜におけるＰ２
   Ｏ５とＢ２Ｏ３との合計量が８〜１１モルチであり、前
   記減圧量が２．０’　−９，０ｍ　Ｈ２０であることを
   特徴とする第８項記載の定偏波型光ファイバの製法。 １１、前記楕円形クラッドとなるガラス膜におけるＰ　
   ２０　ｐ　（！：　Ｂ　２ＯＢとの合計量が５〜８モル
   チであり、前記減圧量が５〜１５ｍＨ，○であることを
   特徴とする第８項記載の定偏波型光ファイバの製法。 １２、前記楕円形クラッドとなるガラス膜におけるＰ　
   、０５とＢ　、Ｏ、との合計量が１１〜２０モル％であ
   り、前記の減圧量が０．５〜６．　Ｏｗ　Ｈ２０である
   ことを特徴とする第８項記載の定偏波型光ファイバの製
   法。