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JP2004226541A - High anti-stress optical fiber - Google Patents

High anti-stress optical fiber Download PDF

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JP2004226541A
JP2004226541A JP2003012330A JP2003012330A JP2004226541A JP 2004226541 A JP2004226541 A JP 2004226541A JP 2003012330 A JP2003012330 A JP 2003012330A JP 2003012330 A JP2003012330 A JP 2003012330A JP 2004226541 A JP2004226541 A JP 2004226541A
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JP
Japan
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optical fiber
refractive index
ring portion
index difference
pores
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正隆 中沢
Taichi Oka
太一 岡
Kazumasa Osono
和正 大薗
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Hitachi Cable Ltd
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high stress resistant optical fiber having an excellent bending characteristic. <P>SOLUTION: The high stress resistant optical fiber has a central core section 1, a first ring section 2 disposed on the outer periphery of the central core section 1, a second ring section 3 disposed on the outer periphery of the first ring section 2, a third ring section 4 disposed on the outer periphery of the second ring section 3, and a clad 5 disposed on the outer periphery of the third ring section 4, and has a refractive index profile in which the relations among the specific refractive index difference n0 of the central core section 1, the specific refractive index difference n1 of the first ring section 2, the specific refractive index difference n2 of the second ring section 3, the specific refractive index difference n3 of the third ring section 4 and the specific refractive index difference n4 of the clad 5 are n0>n2 and n2>n1, and n3≤n4 and n1>n4. The optical fiber has an even number of pieces of ≥4 vacancies 8 existing axisymmetrically at every equal circumference angles around the central axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実効断面積を大きくした光ファイバに係り、特に、曲げ特性に優れた高耐応力光ファイバに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、インターネット等の急速な普及に伴い情報容量が増大し、情報の伝送媒体に対する大容量化の要求が高まってきた。大容量化に対応する技術の中で最も有望視されているのが波長多重(以下、WDMという)伝送方式である。WDM方式は、1本の光ファイバで複数の信号光を伝送できるので、伝送容量を一気に100倍程度増大させることが可能である。そこで、大陸間を結ぶ光海底ケーブルシステムのような長距離大容量伝送路へ導入が進められており、実用化段階を迎えている。
【0003】
WDM技術が急速に立ち上がってきた技術的背景の一つに光増幅技術の向上が挙げられる。光増幅技術の一つであるエルビュウムドープ光ファイバ増幅器(EDFA)は、減衰した波長1.55μm帯の光を1000倍程度まで増幅することができるので、中継器などに組み込まれ、光ファイバ伝送路での損失を補償する働きをする。EDFAを用いた太平洋横断光海底ケーブルシステム(TPC−5CN,China−US等)は、既に実用化されており、WDM技術を用いて100Gbit/sという大容量伝送を実現している。WDM伝送の大容量化のためには波長多重数を増加させる必要があるが、光ファイバに入る信号パワーが大きくなるため、非線形現象が発生する可能性が高くなる。例えば、四光波混合によるノイズの増大と信号光の減少を引き起こすことが報告されている。そのため、光ファイバの実効断面積を大きくし、光ファイバ内の信号光パワー密度を低下させたファイバを長距離伝送路に用いることが有効である。
【0004】
この光ファイバは、海底ケーブルに使用されるだけでなく、陸上においても使用が予定されており、現在、システムの構築が行われている。陸上においては、光ファイバはテープ化し使用するのが一般的である。
【0005】
このように、近年、光増幅技術やWDM技術の発展により、光ファイバへ入射させる光のパワーが大きくなってきているために、種々の非線形効果現象が生じやすくなっており、例えば、非線形効果現象の一つである自己位相変調現象が生じると、光ファイバ中のパルス信号波形が歪み、伝送容量が制限される。また、同じく非線形効果現象の一つであるブリュリアン散乱現象も生じやすく、ブリュリアン散乱現象が起きると、光ファイバの入射パワーが飽和する。このように、非線形効果現象が生じると、光ファイバ中を伝搬する光の伝送特性の劣化を招く。
【0006】
また、従来のシングルモードファイバのゼロ分散波長は1.3μmよりも長波長側になってしまうので、1.3μmで大きな異常分散(正分散)を持つ光ファイバは存在しなかった。
【0007】
上記した非線形現象という問題点を解決する新規な光ファイバとして、フォトニッククリスタル光ファイバ(Photonic Crystal Fiber;PCF、フォトニックファイバとも言う)が最近注目を集めている。PCFとは、フォトニック結晶構造がクラッド部に設けてある光ファイバである。フォトニック結晶構造とは屈折率の周期構造のことであり、具体的には蜂の巣のようなハニカム構造の空間をクラッドに設けることで、光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップ(Photonic Band Gap;PBG)が発生する。例えば、非特許文献1には、PBGを導波原理とするPCFが開示されている。また、非特許文献2には、PBG構造を導波原理とする中空コアのPCFが開示されている。
【0008】
また、最近、完全なPBG構造を有している光ファイバではないが、ガラス組成の違いにより比屈折率差を持たせた光ファイバのコア近傍のクラッドに気孔を存在させることにより、クラッドの実質的な屈折率を下げてコア/クラッド間の比屈折率差を拡大させることで、従来得られなかった特性を有するホーリーファイバ(HF)が報告されている。例えば、非特許文献3には、通常のシングルモードファイバの構造を有する光ファイバのコア近傍のクラッドに4つの空孔を設けた空孔付加型ホーリーファイバで、コア/クラッド間の比屈折率差を拡大させることで、1.2μm帯でシングルモード動作がある光ファイバが開示されている。
【0009】
フォトニックファイバに関する特許文献として特許文献1がある。
【0010】
【特許文献1】
特開2000−296440号公報
【非特許文献1】
「Photonic band gap guidance inopticalfiber」 Knightら、Science282,1476、1998年
【非特許文献2】
「Single−Mode Photonic band gapguidance of Light in Air」 Creganら、Science285,1537、1999年
【非特許文献3】
「Novel hole−assisted lightguide fiber exhibiting large anomalous dispersion and low loss below 1dB/km」長谷川ら、OFC2001PD5−1、2001年
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実効断面積を大きくすると、ファイバのモードフィールド径も大きくなる。そのため、実効コア断面積を大きくした光ファイバ(例えば、70μm )を直径20mmの円筒に1m巻き付けた際に生じる信号波長光の損失の増加は、20dB/mと大きい。現在、光伝送システムで最も多く用いられている1.3μmシングルモード光ファイバでは、2〜10dB/mが一般であることからも、実効コア断面積を大きくした光ファイバは、曲げに対して非常に損失が大きい。そのため、光ファイバをテープ化した際には損失が増加するという問題があった。
【0012】
以上のことから、実効断面積を大きくしつつ、高耐応力を兼ね備えた高耐応力光ファイバが望まれる。
【0013】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、曲げ特性に優れた高耐応力光ファイバを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、中心軸に位置する中心コア部と、この中心コア部の外周に設けられた第一リング部と、この第一リング部の外周に設けられた第二リング部と、この第二リング部の外周に設けられた第三リング部と、この第三リング部の外周に設けられたクラッドとを有し、前記中心コア部の比屈折率差n0と、前記第一リング部の比屈折率差n1と、前記第二リング部の比屈折率差n2と、前記第三リング部の比屈折率差n3と、前記クラッドの比屈折率差n4との関係がn0>n2かつn2>n1かつn3≦n4かつn1>n4である屈折率プロファイルを有し、前記中心軸の周りに等円周角毎に軸対称に位置する4つ以上の偶数個の空孔を有するものである。
【0015】
前記空孔の内径が3μm以上であってもよい。
【0016】
前記空孔が前記第三リング部に存在してもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0018】
図1に本発明に係る高耐応力光ファイバの屈折率分布を示す。この光ファイバは、4重クラッド型の屈折率プロファイルを形成している。図1の屈折率プロファイル上で見ると、本発明に係る高耐応力光ファイバは、光ファイバの中心軸に位置する中心コア部1と、この中心コア部1の外周に設けられた第一リング部2と、この第一リング部2の外周に設けられた第二リング部3と、この第二リング部3の外周に設けられた第三リング部4と、この第三リング部4の外周に設けられたクラッド5とを有する。この屈折率プロファイルは、クラッドの屈折率を基準に中心コア部の比屈折率差をn0とし、第一リング部の比屈折率差をn1とし、第二リング部の比屈折率差をn2とし、第三リング部の比屈折率差をn3とし、クラッドの比屈折率差をn4としたとき、n0>n2かつn2>n1であって、かつn3≦n4であって、かつn1>n4である。
【0019】
屈折率プロファイルに与えた各部名称及び符号を、そのまま光ファイバの内層構造を表す名称及び符号とする。
【0020】
本発明に係る高耐応力光ファイバの中心コア部1、第一リング部2、第二リング部3は、純シリカに屈折率を高めるゲルマニウム(Ge)をドープした層(GeO −SiO )によって形成されている。また、本発明に係る光ファイバの第三リング部4は、純シリカに屈折率を低下させるフッ素(F)をドープした層(F−SiO )によって形成されている。
【0021】
図1の屈折率プロファイルを実現する光ファイバにおいて、例えば、実効断面積が70μm となる光ファイバを得るには、中心コア部1の比屈折率差n0は0.54%、第一リング部2の比屈折率差n1は0.018%、第二リング部3の比屈折率差n2は0.118%、第三リング部4の比屈折率差n3は−0.046%とし、中心コア部1の直径aは7.2μm、第一リング部2の直径bは13.6μm、第二リング部3の直径cは33.6μm、第三リング部4の直径dは55.8μmとする。
【0022】
図2に、本発明に係る高耐応力光ファイバの中心軸に直角な断面(横断面)を示す。図示されるように、光ファイバは、光が最も通るコア領域6と、コア領域6に比べて光が通らないクラッド領域7とからなる。図1に屈折率プロファイルを示した中心コア部1、第一リング部2、第二リング部3、第三リング部4は、光がよく通るので、ほぼコア領域6に重なると考えて良い。コア領域6には、第三リング部4に光ファイバの中心軸(中心コア部1の中心を言う)を囲むように複数個の空孔(気孔ともいう)8を有する。これらの気孔8は、図には示さないが光ファイバの長手方向に伸びている。本発明に係る高耐応力光ファイバは、フォトニックファイバの1分野に属するホーリーファイバの1種である。
【0023】
気孔8の数は4つ以上の偶数個である。2個ずつの気孔8が中心軸を対称軸にして線対称な位置に配置され、かつ各気孔8が周方向に等間隔に配置されている。この配置により、各気孔8は、コア領域6の中心軸の周りに等円周角ごとに軸対称となっている。ここでは、気孔8は6つ存在しているものとする。よって、図2の光ファイバ断面では、これら6つの気孔8の2つずつが中心軸を挟んで径方向等距離に位置しており、周方向には各気孔8が等間隔に位置している。
【0024】
前述の実効断面積が70μm となる光ファイバにおいて、例えば、気孔8の直径は5μmとし、気孔8の中心は中心軸から半径23μmの円周上に位置させる。気孔8の中は、空気又は不活性ガスで満たされ、その屈折率は1である。
【0025】
4つ以上の偶数個の気孔8を中心軸の周りに等円周角ごとに軸対称に配置した理由を説明する。
【0026】
まず、気孔8の個数が2個で等間隔としたのでは、光ファイバ断面上において、中心を通る一直線上のみに気孔8が存在することになる。その直線と90°の位置関係にある直線との間で、気孔8による実効的なクラッド5の屈折率の低下効果に差が生じる。このため光ファイバの特性が疑似的な偏波面保存ファイバの特性になり、偏波分散特性が劣化してしまい、高速伝送時に問題となる。また、気孔8の個数が奇数個になると、気孔8をどのように配置しても、光ファイバ断面上において、中心軸を通って直交する2直線に対して気孔8による実効的なクラッド5の屈折率分布が非対称となり、やはり偏波分散特性が劣化してしまう。また、気孔8を不等間隔に配置すると、入射した光のパワー分布が偏心してしまうと共に、コア領域6に異方応力が加わり、PMD特性を悪化させる。
【0027】
これに対し、4つ以上の偶数個の気孔8を中心軸の周りに等円周角ごとに軸対称に配置すると、光ファイバ断面上において、中心軸を通って直交する2直線に対して気孔8による実効的なクラッド5の屈折率分布が対称にできるので、偏波分散特性を良好にすることができる。また、異方性がなくなるので、気孔8の個数は6個でもよいことになる。
【0028】
気孔8の直径は3μm以上とし、気孔8の位置は第三リング部4内とするのがよい。その理由を説明する。気孔8の数を4個(円周角90°ごとに配置)とし、気孔8の直径を異ならせた本発明の光ファイバの複数の試料を作製し、各試料にφ20mmの曲げを与えて波長1.55μmの光に生じる損失を計測し、各計測値を図3にプロットして近似線を得た。図3に示されるように、気孔8の数が4個の場合、気孔8の直径(空孔の内径)が3μm以上の図示領域において曲げ損失が4dB/m以下となる。この4dB/mという値は、従来の光ファイバでは達成し得ない値である。また、ケーブル化や光ファイバの敷設を考慮したときに、4dB/m以下の曲げ損失特性を達成すると実用上の利点が出てくる。よって、気孔8の直径を3μm以上とし、気孔8の位置を第三リング部4内とするのがよい。
【0029】
気孔8は、第三リング部4に設けるとよい。その第一の理由は、気孔8が中心コア部1から第二リング部3までにあると、実効的な屈折率が大きく下がるため、低分散値を達成することができないからである。気孔8を第三リング部4に設けることにより、低分散値を達成することができる。第二の理由は、実用的に曲げ特性を改善するための気孔8の存在限界がモードフィールド径(図示せず)と同等な距離にあるからである。また、気孔8の一部が第二リング部3又はクラッド領域7にかかるとカットオフ波長が長波長にシフトするなどの悪影響が考えられる。
【0030】
次に、本発明の高耐応力光ファイバの製造方法について説明する。
【0031】
本発明の高耐応力光ファイバを製造するにあたり、まず、ファイバ母材となる石英プリフォームをVAD法により作製した。具体的には、通常のシングルモード用光ファイバプリフォームを製造する要領で、直径110mm、長さ1mのスートプリフォーム(図示せず)を作製した。ここでは、通常のシングルモード光ファイバと同様に、中心コア部、第一リング部、第二リング部となるスート領域に石英の屈折率を上げるためのゲルマニウム添加物を入れている。また、第三リング部となるスート領域に石英の屈折率を下げるためのフッ素添加物を入れている。
【0032】
前記スートプリフォームを塩素等の脱水効果のある雰囲気中で焼結し、外径60mm、長さ40cmの高純度透明ガラス化母材(図示せず)を得た。次に、その高純度透明ガラス化母材のコア中心軸を対称軸として線対称かつ等間隔に気孔部となる直径2.5mmの孔を研削法により加工した。研削加工後の母材を図4に示す。
【0033】
図4に示されるように、ガラス化母材は、線引き後に中心コア部1となる母材中心コア部9、第一リング部2となる母材第一リング部10、第二リング部3となる母材第二リング部11、第三リング部4となる母材第三リング部12、クラッド5となる母材クラッド部13の各ガラス領域と、気孔8となる気孔部14 (図4(a)では省略)とを有する。
【0034】
次に、図4の母材の片端を封止加工し、更にもう一方端に外径60mm、内径50mmの石英ダミー管を接続し、線引き用プリフォーム(図示せず)とした。さらに、この線引き用プリフォームの端面には、塩素を含むガスをこの線引き用プリフォームの前記研削加工孔に充填させるためのガス投入部を接続した。
【0035】
続いて、線引き用プリフォームの線引き工程について説明する。線引きの際、線引き用プリフォーム内の内圧が低すぎると気孔部14が潰れ、ファイバ化後に気孔8がないファイバになってしまう。また、内圧が高すぎると、ファイバ化後にファイバ内の気孔8が占める割合が大きくなり、線引き張力及び線引き速度から決まる内圧の限界点を越えると、線引き中に気孔部14が破裂してファイバ形成が不可能となる。そこで、本発明者は、実験により、気孔部14の径と線引き内圧との関係からファイバに所望の径の気孔8を形成しようとする場合の最適な内圧が1.5kPa程度であることを導いた。この最適な内圧に設定して線引きを行った。その結果、製作された図2の光ファイバにはφ5μmの気孔8が形成された。
【0036】
以上により、本発明の高耐応力光ファイバ10kmを作製した。この光ファイバの損失は、波長1.31μmで0.41dB/km、波長1.55μmで0.22dB/kmであった。損失要因を分析したところ、構造不整損失が0.05dB有り、他の損失を含む全体を押し上げていた。この構造不整損失は、プリフォームの加工精度によるもので、加工法の改良により改善可能である。本光ファイバの曲げ損失特性を測定したところ、波長1.55μmでφ20mmにおける曲げ損失増加量は2.0dB/mであり、従来の実効コア断面積が70μm の光ファイバに比べ、1/10以下と非常に小さい値であった。また、カットオフ波長及び波長1.55μmでのモードフィールド径を測定したが、それぞれ1.44μm、9.65mであり、これらの値は実用領域内にあり、何ら問題のない値であった。波長1.55μmでの分散値は8PS/nm/kmであった。波長1.39μmでのOH吸収損失は1/5dB/kmと通常のシングルモード光ファイバのレベルであった。また、ワイブル強度は60〜70Nであり、環境常数n=21であり、通常の光ファイバと同等レベルの結果を得た。
【0037】
この試作光ファイバをテープ化したところ、損失増加は見られなかった。
【0038】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【0039】
(1)実効断面積を大きくしつつ、高耐応力を兼ね備えた高耐応力光ファイバが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す高耐応力光ファイバのコア領域における径方向の屈折率分布図である。横軸は距離、縦軸はクラッド5を基準とした比屈折率差である。
【図2】本発明の一実施形態を示す高耐応力光ファイバの断面図である。
【図3】本発明の高耐応力光ファイバの空孔内径に対する曲げ損失特性図である。
【図4】本発明の高耐応力光ファイバの母材となるプリフォームの構造図であり、(a)は側断面図、(b)は横断面図である。
【符号の説明】
1 中心コア部
2 第一リング部
3 第二リング部
4 第三リング部
5 クラッド
6 コア領域
7 クラッド領域
8 気孔(空孔)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber having a large effective area, and more particularly to a high stress resistant optical fiber having excellent bending characteristics.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the rapid spread of the Internet and the like, the information capacity has increased, and a demand for a large capacity of an information transmission medium has increased. A wavelength multiplexing (hereinafter, referred to as WDM) transmission method is most promising among technologies corresponding to the increase in capacity. In the WDM method, a plurality of signal lights can be transmitted by one optical fiber, so that the transmission capacity can be increased at a stretch by about 100 times. Therefore, introduction to long-distance, large-capacity transmission lines such as optical submarine cable systems connecting continents has been promoted, and the stage of practical use has been reached.
[0003]
One of the technical backgrounds in which the WDM technology has rapidly started is the improvement of the optical amplification technology. An erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA), which is one of the optical amplification technologies, can amplify attenuated light in the 1.55 μm band up to about 1000 times. It works to compensate for the loss in the transmission line. Trans-Pacific optical submarine cable systems using EDFA (TPC-5CN, China-US, etc.) have already been put into practical use, and have realized large-capacity transmission of 100 Gbit / s using WDM technology. In order to increase the capacity of WDM transmission, it is necessary to increase the number of multiplexed wavelengths. However, since the signal power entering the optical fiber increases, the possibility that a non-linear phenomenon occurs increases. For example, it has been reported that four-wave mixing causes an increase in noise and a decrease in signal light. Therefore, it is effective to use a fiber in which the effective area of the optical fiber is increased and the signal light power density in the optical fiber is reduced for a long-distance transmission line.
[0004]
This optical fiber is not only used for submarine cables, but is also expected to be used on land, and a system is currently being constructed. On land, optical fibers are generally taped and used.
[0005]
As described above, in recent years, with the development of the optical amplification technology and the WDM technology, the power of light incident on an optical fiber has been increased, so that various nonlinear effect phenomena are likely to occur. When the self-phase modulation phenomenon occurs, the pulse signal waveform in the optical fiber is distorted, and the transmission capacity is limited. Also, a Brillouin scattering phenomenon, which is one of the nonlinear effect phenomena, is likely to occur. When the Brillouin scattering phenomenon occurs, the incident power of the optical fiber is saturated. As described above, when the nonlinear effect phenomenon occurs, the transmission characteristics of light propagating in the optical fiber are deteriorated.
[0006]
Further, since the zero-dispersion wavelength of the conventional single mode fiber is longer than 1.3 μm, there is no optical fiber having a large anomalous dispersion (positive dispersion) at 1.3 μm.
[0007]
As a novel optical fiber that solves the above-mentioned problem of the non-linear phenomenon, a photonic crystal fiber (PCF, also referred to as a photonic fiber) has recently attracted attention. The PCF is an optical fiber in which a photonic crystal structure is provided in a clad. The photonic crystal structure is a periodic structure having a refractive index. Specifically, a photonic band gap (Photonic Band Gap; a forbidden band of light) is formed by providing a honeycomb-shaped space such as a honeycomb in a clad. PBG) occurs. For example, Non-Patent Document 1 discloses a PCF using PBG as a waveguide principle. Non-Patent Document 2 discloses a hollow core PCF using a PBG structure as a waveguide principle.
[0008]
Recently, although the optical fiber is not an optical fiber having a complete PBG structure, the pores are present in the clad near the core of the optical fiber having a relative refractive index difference due to a difference in glass composition. By increasing the relative refractive index difference between the core and the clad by lowering the effective refractive index, a holey fiber (HF) having a characteristic not obtained conventionally has been reported. For example, Non-Patent Document 3 discloses a hole-added type holey fiber in which four holes are provided in a clad near a core of an optical fiber having a structure of a normal single mode fiber, and a relative refractive index difference between the core and the clad. An optical fiber having a single mode operation in the 1.2 μm band is disclosed by enlarging.
[0009]
Patent document 1 is a patent document relating to a photonic fiber.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-296440 [Non-Patent Document 1]
"Photonic band gap guidance inoptic fiber" Knight et al., Science 282, 1476, 1998 [Non-Patent Document 2]
"Single-Mode Photonic band gap of guidance in Light in Air" Cregan et al., Science 285, 1537, 1999 [Non-Patent Document 3]
"Novel hole-assisted lightguide fiber exchanging large anomalous dispersion and low loss below 1 dB / km" Hasegawa et al., OFC 2001 PD5-1, 2001.
[Problems to be solved by the invention]
However, increasing the effective area also increases the mode field diameter of the fiber. Therefore, when an optical fiber (for example, 70 μm 2 ) having an increased effective core cross-sectional area is wound 1 m around a cylinder having a diameter of 20 mm, an increase in signal wavelength light loss is as large as 20 dB / m. At present, in a 1.3 μm single mode optical fiber, which is most frequently used in an optical transmission system, 2 to 10 dB / m is generally used. Therefore, an optical fiber having a large effective core area is extremely resistant to bending. Large loss. Therefore, there is a problem that the loss increases when the optical fiber is taped.
[0012]
In view of the above, a high-stress-resistant optical fiber having a large effective area and a high stress resistance is desired.
[0013]
Then, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a high stress-resistant optical fiber having excellent bending characteristics.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a central core portion located on a central axis, a first ring portion provided on an outer periphery of the central core portion, and a second ring portion provided on an outer periphery of the first ring portion. A ring portion, a third ring portion provided on the outer periphery of the second ring portion, and a clad provided on the outer periphery of the third ring portion, and a relative refractive index difference n0 of the central core portion; Relationship between relative refractive index difference n1 of the first ring portion, relative refractive index difference n2 of the second ring portion, relative refractive index difference n3 of the third ring portion, and relative refractive index difference n4 of the cladding. Have a refractive index profile of n0> n2 and n2> n1 and n3 ≦ n4 and n1> n4, and four or more even-numbered vacancies positioned axially symmetrically at equal circumferential angles around the central axis. It has a hole.
[0015]
The inside diameter of the hole may be 3 μm or more.
[0016]
The holes may be present in the third ring portion.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 shows a refractive index distribution of a high stress resistant optical fiber according to the present invention. This optical fiber has a quadruple clad type refractive index profile. When viewed from the refractive index profile of FIG. 1, the high stress resistant optical fiber according to the present invention includes a central core 1 located on the central axis of the optical fiber, and a first ring provided on the outer periphery of the central core 1. Portion 2, a second ring portion 3 provided on the outer periphery of the first ring portion 2, a third ring portion 4 provided on the outer periphery of the second ring portion 3, and an outer periphery of the third ring portion 4. And a clad 5 provided on the substrate. This refractive index profile is such that the relative refractive index difference of the central core portion is n0, the relative refractive index difference of the first ring portion is n1, and the relative refractive index difference of the second ring portion is n2 based on the refractive index of the cladding. When the relative refractive index difference of the third ring portion is n3 and the relative refractive index difference of the cladding is n4, n0> n2, n2> n1, n3 ≦ n4, and n1> n4. is there.
[0019]
The names and signs of the respective parts given to the refractive index profile are directly used as the names and signs representing the inner layer structure of the optical fiber.
[0020]
The central core part 1, the first ring part 2, and the second ring part 3 of the high stress-resistant optical fiber according to the present invention are layers (GeO 2 —SiO 2 ) of pure silica doped with germanium (Ge) for increasing the refractive index. Is formed by Further, the third ring portion 4 of the optical fiber according to the present invention is formed of a layer (F-SiO 2 ) in which pure silica is doped with fluorine (F) for lowering the refractive index.
[0021]
In the optical fiber realizing the refractive index profile of FIG. 1, for example, in order to obtain an optical fiber having an effective sectional area of 70 μm 2 , the relative refractive index difference n0 of the central core portion 1 is 0.54%, and the first ring portion. The relative refractive index difference n1 of the second ring portion 3 is 0.018%, the relative refractive index difference n2 of the second ring portion 3 is 0.118%, and the relative refractive index difference n3 of the third ring portion 4 is -0.046%. The diameter a of the core 1 is 7.2 μm, the diameter b of the first ring 2 is 13.6 μm, the diameter c of the second ring 3 is 33.6 μm, and the diameter d of the third ring 4 is 55.8 μm. I do.
[0022]
FIG. 2 shows a cross section (transverse cross section) perpendicular to the central axis of the high stress resistant optical fiber according to the present invention. As shown, the optical fiber includes a core region 6 through which light passes most, and a cladding region 7 through which light does not pass as compared with the core region 6. The central core portion 1, the first ring portion 2, the second ring portion 3, and the third ring portion 4 whose refractive index profiles are shown in FIG. 1 can be considered to almost overlap the core region 6 because light passes well. In the core region 6, the third ring portion 4 has a plurality of holes (also called pores) 8 so as to surround the central axis of the optical fiber (the center of the central core portion 1). Although not shown, these pores 8 extend in the longitudinal direction of the optical fiber. The high stress resistant optical fiber according to the present invention is a kind of holey fiber belonging to one field of photonic fiber.
[0023]
The number of the pores 8 is an even number of four or more. Two pores 8 are arranged at line-symmetric positions with the central axis as a symmetry axis, and the pores 8 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. With this arrangement, the pores 8 are axially symmetric about the central axis of the core region 6 at equal circumferential angles. Here, it is assumed that there are six pores 8. Therefore, in the optical fiber cross section of FIG. 2, two of these six pores 8 are located at equal distances in the radial direction across the central axis, and the pores 8 are located at equal intervals in the circumferential direction. .
[0024]
In the above-mentioned optical fiber having an effective area of 70 μm 2 , for example, the diameter of the pore 8 is 5 μm, and the center of the pore 8 is located on a circumference having a radius of 23 μm from the central axis. The pores 8 are filled with air or an inert gas, and have a refractive index of 1.
[0025]
The reason why four or more even-numbered pores 8 are arranged axially symmetrically at equal circumferential angles around the central axis will be described.
[0026]
First, when the number of the pores 8 is two and the intervals are equal, the pores 8 exist only on a straight line passing through the center on the optical fiber cross section. There is a difference between the straight line and the straight line having a positional relationship of 90 ° in the effect of reducing the effective refractive index of the clad 5 by the pores 8. For this reason, the characteristics of the optical fiber become the characteristics of a quasi-polarization preserving fiber, and the polarization dispersion characteristics are degraded. Further, when the number of the pores 8 becomes an odd number, the effective cladding 5 formed by the pores 8 is formed on two straight lines passing through the central axis on the cross section of the optical fiber, no matter how the pores 8 are arranged. The refractive index distribution becomes asymmetric, and the polarization dispersion characteristic also deteriorates. If the pores 8 are arranged at unequal intervals, the power distribution of the incident light is decentered, and anisotropic stress is applied to the core region 6, thereby deteriorating the PMD characteristics.
[0027]
On the other hand, when four or more even-numbered pores 8 are arranged axially symmetrically at equal circumferential angles around the central axis, the pores are aligned with two straight lines passing through the central axis on the optical fiber cross section. 8, the effective refractive index distribution of the clad 5 can be made symmetrical, so that the polarization dispersion characteristics can be improved. Further, since the anisotropy is eliminated, the number of the pores 8 may be six.
[0028]
The diameter of the pore 8 is preferably 3 μm or more, and the position of the pore 8 is preferably in the third ring portion 4. The reason will be described. A plurality of samples of the optical fiber of the present invention in which the number of the pores 8 is four (arranged at every circumferential angle of 90 °), the diameter of the pores 8 is made different, and each sample is given a bend of φ20 mm to obtain a wavelength The loss that occurred in the 1.55 μm light was measured, and each measured value was plotted in FIG. 3 to obtain an approximate line. As shown in FIG. 3, when the number of the pores 8 is four, the bending loss is 4 dB / m or less in the illustrated region where the diameter of the pores 8 (the inner diameter of the pores) is 3 μm or more. This value of 4 dB / m is a value that cannot be achieved with a conventional optical fiber. In addition, in consideration of cable construction and optical fiber laying, if a bending loss characteristic of 4 dB / m or less is achieved, there is a practical advantage. Therefore, it is preferable that the diameter of the pore 8 is 3 μm or more, and the position of the pore 8 is within the third ring portion 4.
[0029]
The pores 8 are preferably provided in the third ring portion 4. The first reason is that if the pores 8 are located between the central core portion 1 and the second ring portion 3, the effective refractive index is greatly reduced, so that a low dispersion value cannot be achieved. By providing the pores 8 in the third ring portion 4, a low dispersion value can be achieved. The second reason is that the existence limit of the pores 8 for practically improving the bending characteristics is at a distance equivalent to the mode field diameter (not shown). Further, if a part of the pores 8 is applied to the second ring portion 3 or the cladding region 7, an adverse effect such as a shift of the cutoff wavelength to a longer wavelength is considered.
[0030]
Next, a method for manufacturing the high stress resistant optical fiber of the present invention will be described.
[0031]
In manufacturing the high stress-resistant optical fiber of the present invention, first, a quartz preform as a fiber preform was produced by a VAD method. Specifically, a soot preform (not shown) having a diameter of 110 mm and a length of 1 m was produced in a manner similar to that for producing a normal single-mode optical fiber preform. Here, similarly to a normal single mode optical fiber, a soot region serving as a central core portion, a first ring portion, and a second ring portion contains a germanium additive for increasing the refractive index of quartz. In addition, a fluorine additive for lowering the refractive index of quartz is added to the soot region serving as the third ring portion.
[0032]
The soot preform was sintered in an atmosphere having a dehydration effect such as chlorine to obtain a high-purity transparent vitrified base material (not shown) having an outer diameter of 60 mm and a length of 40 cm. Next, holes having a diameter of 2.5 mm serving as pores were formed at regular intervals with respect to the center axis of the core of the high-purity transparent vitrified base material as a symmetric axis by grinding. The base material after the grinding is shown in FIG.
[0033]
As shown in FIG. 4, the vitrified base material includes a base material center core portion 9 serving as the center core portion 1 after drawing, a base material first ring portion 10 serving as the first ring portion 2, and a second ring portion 3. The respective glass regions of the base material second ring portion 11, the base material third ring portion 12 serving as the third ring portion 4, the base material cladding portion 13 serving as the clad 5, and the pore portion 14 serving as the pore 8 (FIG. a) is omitted).
[0034]
Next, one end of the base material shown in FIG. 4 was sealed, and a quartz dummy tube having an outer diameter of 60 mm and an inner diameter of 50 mm was connected to the other end to obtain a drawing preform (not shown). Further, a gas inlet for connecting a gas containing chlorine to the grinding holes of the drawing preform was connected to an end face of the drawing preform.
[0035]
Subsequently, the drawing step of the drawing preform will be described. At the time of drawing, if the internal pressure in the drawing preform is too low, the pores 14 are crushed, resulting in a fiber having no pores 8 after fiberization. On the other hand, if the internal pressure is too high, the proportion of the pores 8 in the fiber after fiberization becomes large. Becomes impossible. Therefore, the present inventor has found through experiments that the optimum internal pressure for forming the pores 8 having a desired diameter in the fiber is about 1.5 kPa from the relationship between the diameter of the pores 14 and the internal drawing pressure. Was. Drawing was performed by setting the optimum internal pressure. As a result, pores 8 of φ5 μm were formed in the manufactured optical fiber of FIG.
[0036]
As described above, 10 km of the high stress resistant optical fiber of the present invention was produced. The loss of this optical fiber was 0.41 dB / km at a wavelength of 1.31 μm and 0.22 dB / km at a wavelength of 1.55 μm. Analysis of the loss factors revealed that the structural irregularity loss was 0.05 dB, which pushed up the whole including other losses. This structural irregularity loss is due to the processing accuracy of the preform, and can be improved by improving the processing method. When the bending loss characteristics of this optical fiber were measured, the increase in bending loss at φ1.5 mm at a wavelength of 1.55 μm was 2.0 dB / m, which was 1/10 that of a conventional optical fiber having an effective core area of 70 μm 2. It was a very small value below. Also, the cutoff wavelength and the mode field diameter at a wavelength of 1.55 μm were measured. The values were 1.44 μm and 9.65 m, respectively. These values were within the practical range, and were no problem. The dispersion value at a wavelength of 1.55 μm was 8 PS / nm / km. The OH absorption loss at a wavelength of 1.39 μm was 1/5 dB / km, which was the level of a normal single mode optical fiber. In addition, the Weibull strength was 60 to 70 N, and the environmental constant was n = 21, and a result equivalent to that of a normal optical fiber was obtained.
[0037]
When the prototype optical fiber was taped, no increase in loss was observed.
[0038]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following excellent effects.
[0039]
(1) A high stress resistant optical fiber having a high stress resistance while increasing the effective area is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a radial refractive index distribution diagram in a core region of a high stress resistant optical fiber according to an embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the distance, and the vertical axis represents the relative refractive index difference based on the clad 5.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a high stress resistant optical fiber showing one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a bending loss characteristic with respect to an inner diameter of a hole in a high stress-resistant optical fiber of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are structural views of a preform as a preform of the high stress-resistant optical fiber of the present invention, in which FIG. 4A is a side sectional view, and FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Central core part 2 First ring part 3 Second ring part 4 Third ring part 5 Cladding 6 Core region 7 Cladding region 8 Pores (holes)

Claims (3)

中心軸に位置する中心コア部と、この中心コア部の外周に設けられた第一リング部と、この第一リング部の外周に設けられた第二リング部と、この第二リング部の外周に設けられた第三リング部と、この第三リング部の外周に設けられたクラッドとを有し、前記中心コア部の比屈折率差n0と、前記第一リング部の比屈折率差n1と、前記第二リング部の比屈折率差n2と、前記第三リング部の比屈折率差n3と、前記クラッドの比屈折率差n4との関係がn0>n2かつn2>n1かつn3≦n4かつn1>n4である屈折率プロファイルを有し、前記中心軸の周りに等円周角毎に軸対称に位置する4つ以上の偶数個の空孔を有することを特徴とする高耐応力光ファイバ。A central core portion located on the central axis, a first ring portion provided on the outer periphery of the central core portion, a second ring portion provided on the outer periphery of the first ring portion, and an outer periphery of the second ring portion And a cladding provided on the outer periphery of the third ring portion. The relative refractive index difference n0 of the central core portion and the relative refractive index difference n1 of the first ring portion are provided. And the relationship among the relative refractive index difference n2 of the second ring portion, the relative refractive index difference n3 of the third ring portion, and the relative refractive index difference n4 of the cladding is n0> n2 and n2> n1 and n3 ≦ A high stress resistance, having a refractive index profile of n4 and n1> n4, and having four or more even-numbered holes symmetrically positioned at equal circumferential angles around the central axis. Optical fiber. 前記空孔の内径が3μm以上であることを特徴とする請求項1記載の高耐応力光ファイバ。2. The high stress resistant optical fiber according to claim 1, wherein the inner diameter of the hole is 3 μm or more. 前記空孔が前記第三リング部に存在することを特徴とする請求項1又は2記載の高耐応力光ファイバ。The high stress resistant optical fiber according to claim 1, wherein the hole exists in the third ring portion.
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