JPS583206B2 - 中間層付単一モ−ド光フアイバ - Google Patents

中間層付単一モ−ド光フアイバ

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JPS583206B2
JPS583206B2 JP54130452A JP13045279A JPS583206B2 JP S583206 B2 JPS583206 B2 JP S583206B2 JP 54130452 A JP54130452 A JP 54130452A JP 13045279 A JP13045279 A JP 13045279A JP S583206 B2 JPS583206 B2 JP S583206B2
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JP
Japan
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core
refractive index
intermediate layer
cladding
optical fiber
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JP54130452A
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岡本勝就
宮哲雄
枝広隆夫
川名明夫
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、広い波長帯域における分散に基づく信号歪が
最少となる単一モード光ファイバに関するものである。
単一モード光ファイバは、多モート光ファイバに比して
分散が少なく広波長帯域となっているが、材料分散およ
び導波路分散に起因する信号歪のため、自ずから使用可
能な光の波長帯域が制限される0 すなわち、光ファイバのコア内へ投射された光は、コア
とクラツドとの境界による反射を反復してコア内を伝搬
するが、光の伝搬状況を示す伝搬定数は光の角周波数に
対して非直線的に変化し、角周波数が大きくなると光伝
搬モードに高次モードが発生する。
したがって、光ファイバを単一モードとして使用する場
合には、高次モードが発生する角周波数をωCとしたと
き、0〜ωcの角周波数により使用しなければならない
また、材料分散は光ファイバを構成するガラスの屈折率
が光の波長に対し非直線的な変化を呈することにより発
生し、コアの屈折率をn1、光の波長をλ、真空中の光
速をCとするとき、単一モード光ファイバの材料分散σ
Mは次式により示される。
一方、導波路分散は、伝搬定数βと光の角周波数ωとの
関係によって定まり、単一モード光ファイバの場合、導
波路分散σWは次式によって与えられる。
たゞし、(1),(2)式のdは微分記号である。
なお、材料分散σMと導波路分散σWとの和が全分散σ
Tであり、伝搬の可能な光の周波数帯域幅fは次式によ
って与えられる。
こゝで、コアとクラツドとの屈折率差が小さく、かつ、
両者の屈折率がステップ状に変化する従来のステップ形
単一モード光ファイバにおける分散σと光の波長λとの
関係を示せば第1図のとおりである。
たゞし、同図は屈折率差Δ=0.32%、コアの直径2
a=6.0μm、コアの屈折率n1=1.46319の
例であるが、同図から明らかなとおり、特定の波長にお
いて全分散σTが零となっても、他の波長においては全
分散σTが急速に増大し、(3)式に基づく周波数帯域
幅fが低下する。
一方 光の伝送損失がλ=1.5〜1.6μmにおいて最少と
なることが理論的、実験的に明らかとなされており(宮
、他著:EIectronLett.Vol15、pl
06、1979参照)、この波長域での全分散σTを最
少にできれば、超広帯域かつ超長距離の光伝送が実現す
る。
したがって、従来の単一モード光ファイバに関するこの
種の研究は、全分散σTが零となる波長λoをλ=1.
5〜1.6μmの間へ移動させることに主眼が置かれて
おり(土屋、他著:ElectronLett。
Vol15、p476、1979参照)、種々の成果が
示されてはいるもの5、伝送すべき波長がλ0から外れ
ると全分散σTが急激に大となり、これによって伝送可
能な光の帯域幅が制限される欠点を生ずるものであった
本発明は従来のかゝる欠点を一挙に排除する目的を有し
、コアとクラッドとの間にコアおよびクラッドよりも屈
折率の小さい中間層を設け、これら相互間の屈折率差を
特定すると共に、コアの外径および中間層の厚さとコア
の半径との比を特定することにより、極めて広帯域な伝
送特性を実現した中間層付単一モード光ファイバを提供
するものである。
以下、実施例を示す第2図以降により本発明の詳細を説
明する。
第2図は断面図および各部の屈折率分布を示し、石英ガ
ラスを主成分としたコア1を包囲する同様のクラツド2
と、コア1との間にこれも石英ガラスを主成分とした中
間層3が設けてあり、コア1の屈折率をn4 層3の屈折率を03としたとき、同図下方に屈折率をn
1コア1の中心から外方への半径をrとして示すとおり
、n1よりもn2が小さく、n3はn2よりも更に小さ
く、中間層3の屈折率n3がコア1およびクラツド2の
屈折率n1,n2よりも小さいものとなっている。
なお、この例では、コア1の半径をaとするとき、その
直径2aは7.2μm、中間層3の厚さtは1.0μm
、クラツド2の外径は125μmであり、クラツド2の
外径がコア1および中間層3に比して極めて太きいため
、クラツド2は破断線により示してある。
また、コア1とクラツド2との屈折率差Δ1および中間
層3とクラツド2との屈折率差Δ2は、次式によって示
される。
こゝで、第2図の場合は、コア1の屈折率n1をクラツ
ド2の屈折率n2よりも大とするため、コア1において
主成分の石英ガラスへゲルマニウムを添加すると共に、
中間層3の屈折率n3をクラツド2の屈折率n2よりも
小とさせるため、中間層3においては主成分の石英ガラ
スへフッ素を添加しているが、コア1における添加物の
ゲルマニウム店してGeO2(酸化ゲルマニウム)を用
い、GeO2のGiO2(石英ガラス)に対する比を1
0mol%とし、中間層3においてはフッ素の添加量を
4.2mol%としており、これによって、(4)式の
Δ1は1%、(5)式のΔ2は−1%となっている。
このほか、中間層3を備えない場合および中間層3を備
えた場合の屈折率分布としては、第3図のとおり種々の
ものが考えられ、同図Aのステップ形分布、同図Bの2
乗分布、同図CのM形分布および同図DのW形分布等が
想定されるため、これらについて、伝送すべき光の周波
数と導波路分散との関係につき、単一モード光ファイバ
として検討を行なったところ第4図に示す結果が得られ
た。
たゞし、同図は導波路分散σWと光速Cとの積による規
格化導波路分散CσWを縦軸に取り、次式によって求め
る規格化周波数Vを横軸に取って示してある。
また、同図のA−Dは第3図のA−Dと対応し第4図の
Eは第2図に示すΔ1とΔ2とが互に等しく、かつ、反
対極性の中間層3を用いた対称W形分布のものであり、
屈折率差Δ1およびΔ2の値はつぎのとおりである。
A−C…………Δ,=1.0% DΔ1=0.7%Δ2=−0.3%t=0.2aEΔ1
=0.5%Δ2−−0.5%t=0.3aたゾし、上述
のとおりtは中間層3の厚さ、aはコア1の半径であり
、A−Cにおいては中間層3を備えないため、Δ1のみ
となっている。
こゝで、規格化導波路分散CσWに注目するとき、第4
図のEが最も大きくカリ負方向にも変化しており、全分
散σTを材料分散σMと導波路分散σWとの相殺により
最小とするうえからは、同図Eのものすなわち第2図に
示す対称W形分布が最も有利であることが明らかである
第5図は、対称W形分布の単一モード光ファイバにつき
、伝送すべき光の波長λに対する各分散σの変化を示し
たものであり、λ=1.35〜1.67μmの広波長域
にわたり、全分散σTが±1ps/km/nm以内であ
ることが明らかである。
第6図は、屈折率差Δ1=1%の光ファイバにおける理
論的伝送損失(宮、他著:ElectronLett.
Vol15、p106、1979参照)Lのフオトンエ
ネルギーPEおよび光の波長λに対する変化を示し、λ
−1.32〜1.69μmの範囲では伝送損失Lが0.
5dB/km以下に保たれる。
したがって、第2図に示す構成のものが超広帯域かつ超
長距離伝送用として、極めて有効であることが明らかと
なる。
下表は、かゝる事実に基づき、電子計算機を用いたシミ
ュレーションにより、屈折率差Δ1,Δ2の変化に対応
するコア1の直径2a1中間層3の厚さtとコア1の半
径aとの比および全分散σTが±ps/km/nm以下
となる波長範囲λbを求めたものであり、これらの各値
を用いることにより広い波長範囲λbを得ることができ
る。
第7図乃至第9図は、前表と同様に全分散σT、高次モ
ードの発生する波長λcおよびコア1の直径2a等の相
互関係、ならびに伝送損失が0.5dB/km以下の範
囲を求め、波長λおよびコア1の直径2aを縦軸に取っ
て示した図であり、全分散σTが±1ps/km/nm
以下となる範囲はσTuおよびσTdにより示され、伝
送揃失が0.5dB/kmとなる限界はLuおよびLd
によって示されており、単一モードであると共に全分散
σTが±1ps/km/nm以下かつ伝送損失が0.5
dB/km以下の条件とするには、同図に斜線で示した
範囲内であればよいことが明らかであり、これによって
使用可能な波長λの帯域が示される。
たゞし、第7図はΔ1=1.0%、t/a=0.3に固
定のうえ、Δ2を横軸に取り変数とし、第8図はΔ2=
−1.0%、t/a=0.3に固定のうえ、Δ1を変数
とし、第9図はΔ1=1.0%、Δ2=−1.0%に固
定のうえ、t/aを変数としており、これらの図によっ
て、各条件におけるΔ1、Δ2等が求められると共に、
コア1の直径2aを示す曲線2aから具体的な直径値が
求められる。
したがって、波長λ−1.5μm近傍の光を主として伝
送するには、上表に示したとおりΔ1=1.0〜1.5
%、Δ2=−0.5〜−1.0%が好適となるが、条件
によっては第7図乃至第9図からΔ1,Δ2を求め、こ
れに応じて前表により示されるとおり、波長範囲λbが
少なくとも1.54〜1,55μmの全域において全分
散σTが1ps/km/nm以下となる様に2a、t/
aを定めればよく、これによって超広帯域の単一モード
光ファイバが得られる。
なお、許容全分散σTを±1ps/km/nmより大と
し、かつ、許容伝送損失Lも0.5dB/kmより大と
すれば、より広帯域の光伝送が行なわれることは勿論で
ある。
以上の説明により明らかなとおり本発明によれば、石英
系光ファイバの伝送損失が最低となる1.5μm近傍の
波長を含む広帯域において、全分散を±1ps/km/
nm以下とすることができるため、WDM(波長多重)
により超広帯域かつ超長距離伝送を行なうことができる
また、クラツドよりも屈折率の小さい中間層を備えてい
るため、クラツド側への光の漏洩が少ないと共に、光フ
ァイバの湾曲による曲げ損失およびマイクロベンデング
損失が減少する等の利点を有し、各種の光伝送用として
顕著な効果を呈する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の単一モード光ファイバにおける分散と光
の波長との関係を示す図、第2図は本発明の実施例を示
す光ファイバの断面図および屈折率分布図、第3図は種
々の屈折率分布を示す図、第4図は第2図および第3図
に示すものの導波路分散と、光の周波数との関係を示す
図、第5図は第2図に示すものゝ各分散と光の波長との
関係を示す図、第6図は計算による伝送損失と光の波長
およびフオトンエネルギーとの関係を示す図、第7図乃
至第9図はシミュレーションによって求めた光の波長に
対する屈折率差、コアの直径および中間層の厚さとコア
の半径との比等の関係を示す図である。 1……コア、2……クラット、3……中間層、n1……
コアの屈折率、n2……クラツドの屈折率、n3……中
間層の屈折率、2a……コアの直径、Δ1,Δ2……屈
折率差。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 コアとクラツドとの間に該コアおよびクラットより
    も屈折率の小さい中間層を設け、前記コアとクラツドと
    の屈折率差を1.0〜1.5%とし、かつ、中間層と前
    記クラツドとの屈折率差を−0.5〜−1.0%にする
    と共に、少なくとも1.54〜1.55μmの波長範囲
    において全分散が±1ps/km/nm以下となる様に
    前記各屈折率差に応じて定められた前記コアの外径およ
    び前記中間層の厚さと前記コアの半径との比を備えたこ
    とを特徴とする中間層付単一モード光ファイバ。 2 コアの屈折率をクラツドの屈折率よりも大とするた
    め主成分の石英ガラスへゲルマニウムを添加した前記コ
    アを用いると共に、中間層の屈折率を前記クラットより
    も小さくさせるため主成分の石英ガラスへフッ素を添加
    した前記中間層を用いたことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の中間層付単一モード光ファイバ。
JP54130452A 1979-10-08 1979-10-08 中間層付単一モ−ド光フアイバ Expired JPS583206B2 (ja)

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JPS5652706A JPS5652706A (en) 1981-05-12
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