WO2014199922A1 - 光ファイバ - Google Patents

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WO2014199922A1
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cladding
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core
silica glass
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春名　徹也
平野　正晃
欣章 田村
宣廣 曵地
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
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    • 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
    • G02B6/03638—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 3 layers only
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    • G02B6/0286—Combination of graded index in the central core segment and a graded index layer external to the central core segment

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber.
  • a low-loss optical fiber one having a core made of silica glass containing Cl and a first clad made of silica glass containing fluorine so as to have a refractive index lower than that of the core is known.
  • the concentration of Cl contained in the core is about 10 atomic ppm or more and 20,000 atomic ppm or less.
  • a depressed cladding structure is known as a more detailed refractive index structure of this optical fiber.
  • the cladding is composed of a first cladding and a second cladding
  • the first cladding surrounding the core has a refractive index lower than the refractive index of the core
  • the second cladding surrounding the first cladding is the core cladding.
  • the refractive index is lower than the refractive index and higher than the refractive index of the first cladding.
  • An optical fiber preform for manufacturing an optical fiber having such a depressed clad structure can be manufactured as follows. A rod made of silica glass containing Cl to be the core of the optical fiber is made, and a pipe made of silica glass containing fluorine to be the first clad of the optical fiber is made. A rod is inserted into the pipe, and the pipe and the rod are heated and integrated to produce a glass intermediate. A glass layer to be the second cladding of the optical fiber is formed around the glass intermediate, thereby producing an optical fiber preform. By drawing this optical fiber preform, an optical fiber having a depressed cladding structure can be manufactured.
  • rod-in collapse method as a method for forming a glass layer to be the second cladding of the optical fiber around the glass intermediate.
  • a pipe made of silica glass containing fluorine to be the second cladding is prepared, a glass intermediate is inserted into the pipe, the pipe and the glass intermediate are heated and integrated, and the optical fiber mother is integrated. Produce material.
  • VAD and OVD methods for forming a glass layer to be the second cladding of the optical fiber around the glass intermediate.
  • SiO 2 soot is deposited on the outer peripheral surface of the glass intermediate by VAD or OVD, and the SiO 2 soot is sintered in a fluorine-containing atmosphere to form a transparent glass, thereby producing an optical fiber preform.
  • the present invention provides an optical fiber having a silica glass core containing Cl and a depressed clad structure including a first clad and a second clad of silica glass containing fluorine, and capable of single mode propagation at a signal light wavelength.
  • the purpose is to do.
  • the optical fiber of the present invention includes (1) a core made of silica glass containing Cl, and (2) a first clad surrounding the ⁇ ⁇ ⁇ core and having a refractive index lower than the refractive index of the core and made of silica glass containing fluorine. (3) A second cladding that surrounds the first cladding, has a refractive index lower than the refractive index of the core and higher than that of the first cladding, and is made of silica glass containing fluorine.
  • the second cladding is divided into an outer region having a substantially uniform refractive index and an inner region that is inside the outer region and has a refractive index higher than that of the outer region.
  • the difference between the maximum refractive index of the inner region and the refractive index of the outer region is a relative refractive index of 0.10% or less, and the radial thickness of the inner region is 10 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
  • the “relative refractive index” is the relative value of the refractive index of the portion of interest with respect to the refractive index of pure silica glass (the value obtained by dividing the refractive index of the portion of interest by the refractive index of pure silica glass). Unless otherwise specified in this specification, the magnitude of the refractive index is represented by “relative refractive index”. “Substantially uniform” means that the fluctuation of the refractive index in the outer region of the cladding portion is ⁇ 0.01% or less with respect to the average value in terms of relative refractive index.
  • the optical fiber of the present invention has a depressed silica structure including a silica glass core containing Cl and a first clad and a second clad of silica glass containing fluorine, and is capable of single mode propagation at a signal light wavelength. Moreover, it can have a low transmission loss.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the optical fiber transmission loss at a wavelength of 1550 nm and the relative refractive index difference ⁇ P in the optical fiber shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a graph showing a relationship between a cable cutoff wavelength and a radial thickness R of a second clad inner region in the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the transmission loss of an optical fiber at a wavelength of 1550 nm in the optical fiber shown in FIG. 1 and the radial thickness R of a second clad inner region.
  • the rod-in collapse method When the rod-in collapse method is used when forming the glass layer to be the second cladding of the optical fiber around the glass intermediate, it is necessary to manufacture a silica glass pipe containing fluorine, which increases the number of processes. As a result, the cost increases and is not practical.
  • the method using the VAD or OVD method is less expensive and practical than the method using the rod-in collapse method.
  • the present inventors have found that this method has the following problems.
  • the inner region of the second cladding close to the first cladding is not sufficiently doped with fluorine as compared to the outer region outside the inner region, and may have a refractive index higher than the refractive index of the outer region. . If the refractive index difference between the inner region and the outer region of the second cladding is too large, or if the radial thickness of the inner region having a high refractive index is too large, higher-order modes remain in the optical fiber, and the signal There is a possibility that single mode propagation cannot be performed at the optical wavelength, or that transmission loss of the optical fiber is deteriorated.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a refractive index distribution of an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
  • the optical fiber of the present embodiment includes a core, a first cladding that surrounds the core, and a second cladding that surrounds the first cladding.
  • the core is made of silica glass containing Cl.
  • Each of the first cladding and the second cladding is made of silica glass containing fluorine.
  • the refractive index of the first cladding is lower than the refractive index of the core.
  • the refractive index of the second cladding is lower than that of the core and higher than that of the first cladding. That is, the optical fiber of this embodiment has a refractive index distribution of a depressed cladding structure.
  • the second clad of the optical fiber of the present embodiment has an outer region having a uniform refractive index and a refractive index inside the outer region and higher than the refractive index of the outer region. It is divided into the inner area.
  • the difference ⁇ P between the maximum refractive index of the inner region and the refractive index of the outer region is 0.10% or less in terms of relative refractive index.
  • the radial thickness R of the inner region is 25 ⁇ m or less.
  • the difference ⁇ D between the maximum refractive index of the inner region and the refractive index of the first cladding is 0.05% or more and 0.15% or less in relative refractive index.
  • the ratio of the outer diameter of the first cladding to the outer diameter of the core is in the range of 3 to 5.
  • the ratio of the outer diameter of the optical fiber to the outer diameter of the first cladding is in the range of 2 to 5.
  • the relative refractive index difference between the core and the first cladding is in the range of 0.25% to 0.50%.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the cable cutoff wavelength and the relative refractive index difference ⁇ P in the optical fiber of the present embodiment.
  • the difference ⁇ J between the refractive index of the outer region of the second cladding portion and the refractive index of the first cladding portion located at the interface between the second cladding portion is 0.05% in terms of relative refractive index, and the inner side.
  • the thickness R in the radial direction of the region was 15 ⁇ m.
  • ⁇ P is 0.07% or less, the cable cutoff wavelength decreases as ⁇ P increases. However, when ⁇ P exceeds 0.11%, the cable cutoff wavelength increases rapidly.
  • ⁇ P 0.11%
  • the cable cutoff wavelength is 1550 nm, and single mode transmission cannot be performed in the transmission wavelength band (1530-1575 nm). Therefore, it can be seen that ⁇ P is preferably 0.10% or less, that is, ⁇ D is 0.15% or less.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the transmission loss of the optical fiber at the wavelength of 1550 nm and the relative refractive index difference ⁇ P in the optical fiber of this embodiment.
  • the difference ⁇ J between the refractive index of the outer region of the second cladding portion and the refractive index of the first cladding portion located at the interface with the second cladding portion is 0.05%
  • the radial thickness R was 15 ⁇ m. It can be seen that if the difference ⁇ P between the maximum refractive index of the inner region and the refractive index of the outer region is 0.10% or less, that is, ⁇ D is 0.15% or less, no increase in transmission loss occurs.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the cable cutoff wavelength and the radial thickness R of the inner region in the optical fiber of the present embodiment.
  • the difference ⁇ J between the refractive index of the outer region of the second cladding part and the refractive index of the first cladding part located at the interface part of the second cladding part was 0.05%.
  • the cable cutoff wavelength is 1550 nm or more, and single mode transmission is impossible in the transmission wavelength band.
  • R 25 ⁇ m or less
  • the cable cutoff wavelength is the transmission wavelength. It can be seen that single mode transmission is possible in the transmission wavelength band, which is shorter than the band.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the transmission loss of the optical fiber at the wavelength of 1550 nm and the radial thickness R of the inner region in the optical fiber of the present embodiment.
  • the difference ⁇ J between the refractive index of the outer region of the cladding part and the refractive index of the first cladding part located at the interface part of the second cladding part was 0.05%.
  • the difference ⁇ P between the maximum refractive index of the inner region and the refractive index of the outer region was set to 0.01%, 0.05% and 0.10%, respectively. It can be seen that when the radial thickness R of the inner region is 25 ⁇ m or less, no increase in transmission loss occurs.
  • the difference ⁇ P between the maximum refractive index of the inner region and the refractive index of the outer region is preferably closer to 0%, and the radial thickness R of the inner region is preferably closer to 0 ⁇ m.
  • SiO 2 soot is deposited on the glass intermediate composed of the core part and the first clad part, and this SiO 2 soot is sintered in a fluorine-containing atmosphere. Therefore, it is difficult to uniformly add fluorine into the SiO 2 soot body when forming transparent glass.
  • the difference ⁇ P between the maximum refractive index of the inner region and the refractive index of the outer region is preferably 0.02% or more, and the radial thickness R of the inner region is 10 ⁇ m or more. It is desirable to be.
  • the refractive index profiles of the core part and the clad part are not limited to the step type as shown in FIG. 1, but may have a structure as shown in FIGS.

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Abstract

　Ｃｌを含むシリカガラスのコアならびにフッ素を含むシリカガラスの第一クラッドおよび第二クラッドを含むディプレストクラッド構造を有し、信号光波長においてシングルモード伝播を実行可能な光ファイバを提供する。光ファイバは、コア、第一クラッドおよび第二クラッドを備える。コアは、Ｃｌを含むシリカガラスからなる。第一クラッドおよび第二クラッドは、フッ素を含むシリカガラスからなる。第一クラッドの屈折率は、コアの屈折率より低い。第二クラッドの屈折率は、コアの屈折率より低く、第一クラッドの屈折率より高い。第二クラッドは、一様な屈折率を有する外側領域と、外側領域の屈折率より高い屈折率を有する内側領域とに区分される。内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは純シリカガラスを基準とする相対屈折率で０．０２％以上０.１０％以下である。内側領域の径方向の厚みＲは１０μｍ以上２５μｍ以下である。

Description

光ファイバ
　本発明は、光ファイバに関するものである。
　低損失な光ファイバとして、Ｃｌを含むシリカガラスからなるコアと、コアの屈折率より低い屈折率を有するようにフッ素を含むシリカガラスからなる第一クラッドとを備えるものが知られている。ここで、コアが含むＣｌの濃度は、１０原子ｐｐｍ程度以上２０,０００原子ｐｐｍ以下である。また、この光ファイバのより詳細な屈折率構造として、ディプレストクラッド構造が知られている。ディプレストクラッド構造では、クラッドが第一クラッドおよび第二クラッドからなり、コアを取り囲む第一クラッドは、コアの屈折率より低い屈折率を有し、第一クラッドを取り囲む第二クラッドは、コアの屈折率より低く第一クラッドの屈折率より高い屈折率を有する。
　このようなディプレストクラッド構造の光ファイバを製造する為の光ファイバ母材は以下のようにして製造することができる。光ファイバのコアとなるべきＣｌを含むシリカガラスからなるロッドを作製するとともに、光ファイバの第一クラッドとなるべきフッ素を含むシリカガラスからなるパイプを作製する。このパイプにロッドを挿入し、パイプとロッドとを加熱し一体化してガラス中間体を作製する。光ファイバの第二クラッドとなるべきガラス層をガラス中間体の周りに形成して、これにより光ファイバ母材を製造する。この光ファイバ母材を線引きすることで、ディプレストクラッド構造の光ファイバを製造することができる。
　光ファイバの第二クラッドとなるべきガラス層をガラス中間体の周りに形成する方法としてロッドインコラプス法がある。このロッドインコラプス法では、第二クラッドとなるべきフッ素を含むシリカガラスからなるパイプを作製し、このパイプにガラス中間体を挿入し、パイプとガラス中間体とを加熱し一体化して光ファイバ母材を製造する。
　また、光ファイバの第二クラッドとなるべきガラス層をガラス中間体の周りに形成する方法としてＶＡＤやＯＶＤ法もある。この場合、ＶＡＤやＯＶＤ法によりガラス中間体の外周面上にＳｉＯ２煤を堆積させ、このＳｉＯ２煤をフッ素含有雰囲気で焼結して透明ガラス化して、これにより光ファイバ母材を製造する。
　本発明は、Ｃｌを含むシリカガラスのコアならびにフッ素を含むシリカガラスの第一クラッドおよび第二クラッドを含むディプレストクラッド構造を有し、信号光波長においてシングルモード伝播を実行可能な光ファイバを提供することを目的とする。
　本発明の光ファイバは、(1) Ｃｌを含むシリカガラスからなるコアと、(2) コアを取り囲み、コアの屈折率より低い屈折率を有し、フッ素を含むシリカガラスからなる第一クラッドと、(3) 第一クラッドを取り囲み、コアの屈折率より低く第一クラッドの屈折率より高い屈折率を有し、フッ素を含むシリカガラスからなる第二クラッドと、を備える。第二クラッドは、実質的に一様な屈折率を有する外側領域と、外側領域より内側にあって外側領域の屈折率より高い屈折率を有する内側領域とに区分される。そして、内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差は相対屈折率で０.１０％以下であり、内側領域の径方向の厚みは１０μｍ以上２５μｍ以下である。
　ここで、「相対屈折率」とは、純シリカガラスの屈折率に対する注目している箇所の屈折率の相対値（注目している箇所の屈折率を純シリカガラスの屈折率で除した値）であり、本明細書では特に明示していない場合、屈折率の大きさを「相対屈折率」で表す。「実質的に一様」とは、クラッド部の外側領域の屈折率の変動が相対屈折率で平均値に対して±０.０１％以下であることを言う。
　本発明の光ファイバは、Ｃｌを含むシリカガラスのコアならびにフッ素を含むシリカガラスの第一クラッドおよび第二クラッドを含むディプレストクラッド構造を有し、信号光波長においてシングルモード伝播が可能であり、また、低い伝送損失を有することができる。
本発明の実施形態の光ファイバの屈折率分布を示す概念図である。
図１に示される光ファイバにおけるケーブルカットオフ波長と相対屈折率差ΔＰとの関係を示すグラフである。
図１に示される光ファイバにおける波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失と相対屈折率差ΔＰとの関係を示すグラフである。
図１に示される光ファイバにおけるケーブルカットオフ波長と第二クラッド部内側領域の径方向の厚みＲとの関係を示すグラフである
図１に示される光ファイバにおける波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失と第二クラッド部内側領域の径方向の厚みＲとの関係を示すグラフである。
コア、クラッドの構造例を示す概念図である。
コア、クラッドの構造例を示す概念図である。
コア、クラッドの構造例を示す概念図である。
コア、クラッドの構造例を示す概念図である。
　光ファイバの第二クラッドとなるべきガラス層をガラス中間体の周りに形成する際に、ロッドインコラプス法を用いる場合、フッ素を含むシリカガラスのパイプを製造する必要があり、工程が増えて、結果的にコスト増となり、実用的では無い。これに対して、ＶＡＤやＯＶＤ法を用いる方法は、ロッドインコラプス法を用いる場合と比べて低コストであり実用的である。しかし、この方法では以下のような問題があることを本発明者は見出した。
　すなわち、第二クラッドのうち第一クラッドに近い内側領域は、この内側領域より外側にある外側領域と比べてフッ素が十分に添加されず、外側領域の屈折率より高い屈折率を有することがある。第二クラッドの内側領域と外側領域との間の屈折率差が大きすぎたり、屈折率が高い内側領域の径方向の厚みが大きすぎたりすると、光ファイバにおいて高次モードが残留して、信号光波長においてシングルモード伝播ができなくなったり、光ファイバの伝送損失が悪化したりする可能性がある。
　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態の光ファイバの屈折率分布を示す概念図である。本実施形態の光ファイバは、コアと、このコアを取り囲む第一クラッドと、この第一クラッドを取り囲む第二クラッドとを備える。コアは、Ｃｌを含むシリカガラスからなる。第一クラッドおよび第二クラッドそれぞれは、フッ素を含むシリカガラスからなる。第一クラッドの屈折率は、コアの屈折率より低い。第二クラッドの屈折率は、コアの屈折率より低く、第一クラッドの屈折率より高い。すなわち、本実施形態の光ファイバはディプレストクラッド構造の屈折率分布を有する。
　図１に示されるように、本実施形態の光ファイバの第二クラッドは、一様な屈折率を有する外側領域と、この外側領域より内側にあって外側領域の屈折率より高い屈折率を有する内側領域とに区分される。そして、内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは、相対屈折率で０.１０％以下である。内側領域の径方向の厚みＲは２５μｍ以下である。また、この時、内側領域の最大屈折率と第一クラッドの屈折率との差ΔＤは、相対屈折率で０.０５％以上０.１５％以下である。
　例えば、本実施形態の光ファイバにおいて、コアの外径に対する第一クラッドの外径の比は３以上５以下の範囲である。第一クラッドの外径に対する光ファイバの外径の比は２以上５以下の範囲である。また、コアと第一クラッドとの相対屈折率差は０.２５％～０.５０％の範囲である。以下では、このような光ファイバについて、ΔＰ，Ｒ，ΔＤと、ケーブルカットオフ波長、伝送損失との関係を説明する。
　図２は、本実施形態の光ファイバにおけるケーブルカットオフ波長と相対屈折率差ΔＰとの関係を示すグラフである。この時、第二クラッド部の外側領域の屈折率と第二クラッド部との界面部に位置する第一クラッド部での屈折率との差ΔＪは相対屈折率で０.０５％であり、内側領域の径方向の厚みＲは１５μｍであった。ΔＰが０.０７％以下ではΔＰが大きくなるほどケーブルカットオフ波長は短くなるが、ΔＰが０.１１％以上になるとケーブルカットオフ波長は急激に長くなる。ΔＰ＝０.１１％でケーブルカットオフ波長が１５５０ｎｍとなり、伝送波長帯（１５３０-１５７５ｎｍ）においてシングルモード伝送ができなくなる。よって、ΔＰは０.１０％以下、即ち、ΔＤは０.１５％以下であることが好ましいことが分かる。
　図３は、本実施形態の光ファイバにおける波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失と相対屈折率差ΔＰとの関係を示すグラフである。縦軸の光ファイバの伝送損失は、ΔＰ＝０％のときの伝送損失に対する増分を表している。また、この時、第二クラッド部の外側領域の屈折率と第二クラッド部との界面部に位置する第一クラッド部での屈折率との差ΔＪは０.０５％であり、内側領域の径方向の厚みＲは１５μｍであった。内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰが０.１０％以下、即ち、ΔＤが０.１５％以下であれば、伝送損失増が発生しないことが判る。
　図４は、本実施形態の光ファイバにおけるケーブルカットオフ波長と内側領域の径方向の厚みＲとの関係を示すグラフである。この時、第二クラッド部の外側領域の屈折率と第二クラッド部との界面部に位置する第一クラッド部での屈折率との差ΔＪは０.０５％であった。縦軸のケーブルカットオフ波長は、Ｒ＝３０μｍになると、ケーブルカットオフ波長は１５５０ｎｍ以上となり、伝送波長帯においてシングルモード伝送が出来なくなり、Ｒ＝２５μｍ以下であれば、ケーブルカットオフ波長は伝送波長帯より短く、伝送波長帯においてシングルモード伝送できることが判る。
　図５は、本実施形態の光ファイバにおける波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失と内側領域の径方向の厚みＲとの関係を示すグラフである。縦軸の光ファイバの伝送損失は、Ｒ＝０μｍのときの伝送損失に対する増分を表している。また、クラッド部の外側領域の屈折率と第二クラッド部との界面部に位置する第一クラッド部での屈折率との差ΔＪは０.０５％であった。内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは、０.０１％、０.０５％および０.１０％それぞれとされた。内側領域の径方向の厚みＲが２５μｍ以下であれば、伝送損失増が発生しないことが判る。
　内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは０％に近いほど好ましく、内側領域の径方向の厚みＲは０μｍに近いほど好ましい。しかし、光ファイバ母材製造時に第二クラッド部を合成する工程において、コア部および第一クラッド部からなるガラス中間体にＳｉＯ２煤を堆積させ、このＳｉＯ２煤をフッ素含有雰囲気で焼結して透明ガラス化する際に、ＳｉＯ２煤堆積体の中にフッ素を均一に添加させることは難しい。
　例えば、純シリカガラスに対する第二クラッド部の相対屈折率差を－０.２５％より高くしようとすると、ＳｉＯ２煤の嵩密度を径方向に微調整するか、或いは、フッ素を添加する時間を極端に長くする必要があり、コスト高となって製造量を大きく悪化させる要因となるので、実用上は困難である。したがって、製造上、現実的には、内側領域の最大屈折率と外側領域の屈折率との差ΔＰは０.０２％以上であることが望ましく、内側領域の径方向の厚みＲは１０μｍ以上であることが望ましい。
　コア部、クラッド部の屈折率プロファイルは、図１のようなステップ型に限定されるものではなく、例えば図６～図９に示すような構造であっても良い。
 

Claims (2)

  1. 　Ｃｌを含むシリカガラスからなるコアと、
    　前記コアを取り囲み、前記コアの屈折率より低い屈折率を有し、フッ素を含むシリカガラスからなる第一クラッドと、
    　前記第一クラッドを取り囲み、前記コアの屈折率より低く前記第一クラッドの屈折率より高い屈折率を有し、フッ素を含むシリカガラスからなる第二クラッドと、
    　を備え、
    　前記第二クラッドが、実質的に一様な屈折率を有する外側領域と、前記外側領域より内側にあって前記外側領域の屈折率より高い屈折率を有する内側領域とに区分され、
    　前記内側領域の最大屈折率と前記外側領域の屈折率との差が純シリカガラスを基準とする相対屈折率で０．０２％以上０.１０％以下であり、
    　前記内側領域の径方向の厚みが１０μｍ以上２５μｍ以下である
    光ファイバ。
  2. 　前記内側領域の最大屈折率と前記第一クラッドの屈折率との差が純シリカガラスを基準とする相対屈折率で０.０５％以上０.１５％以下である請求項１に記載の光ファイバ。
PCT/JP2014/065112 2013-06-10 2014-06-06 光ファイバ WO2014199922A1 (ja)

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