JP4652613B2

JP4652613B2 - 偏波保持光ファイバの製造方法

Info

Publication number: JP4652613B2
Application number: JP2001177282A
Authority: JP
Inventors: 慎一荒井
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP2002365463A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において、特に波長分割多重伝送（ＷＤＭ伝送）に適用される偏波保持光ファイバの製造方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、光通信技術の発達により、エルビウム（Ｅｒ^３＋）ドープ光ファイバを用いた波長１．５５μｍ帯の光増幅装置が実用化されており、この光増幅器を用いた波長１．５５μｍ帯の波長分割多重伝送が実用化されている。なお、本明細書において、波長１．５５μｍ帯は、例えば１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍのように、波長１５５０ｎｍをほぼ中心とした波長帯をいう。
【０００３】
波長分割多重伝送は、複数の波長の光を１本の光ファイバで伝送できるため、大容量高速通信に適した光伝送方式であり、波長分割多重伝送の発達により、大容量の光伝送が可能となっている。
【０００４】
また、最近では、波長分割多重伝送において、上記エルビウムドープ光ファイバを用いた光増幅装置の代わりに、ラマン増幅を利用した伝送方法も注目されている。ラマン増幅は、光ファイバ線路に強い光（励起光）を入射したときに、誘導ラマン散乱により、励起光波長から約１００ｎｍ程度長波長側に信号光の利得が現われ、このように励起された状態の光ファイバに、上記ゲインを有する波長域の信号光を入射すると、その信号光が増幅されるという現象を利用した光信号の増幅方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長分割多重伝送において、光伝送路として適用される光ファイバ内での非線形現象により伝送信号波形の劣化が生じ、加えて使用可能な波長域の幅にも限界があるため、信号波長数の増加による通信容量の拡大には限界がある。そこで、伝送容量拡大の別の手法として、１波あたり（１波長あたり）のビットレートを上げる、いわゆる伝送速度の高速化が挙げられる。
【０００６】
しかしながら、一般の光ファイバは、その光軸（Ｚ軸）に直交する面での断面方向で、直交する２つの方向に各々電界成分を持つ２つのモードの横波が伝搬しており、これらのモードの横波の伝搬速度の違いにより偏波モード分散が生じ、この偏波モード分散が伝送速度の高速化の妨げになるといった問題があった。
【０００７】
また、上記偏波モード分散の影響を抑制するために、周知のパンダ型定偏波光ファイバの適用も考慮されているが、たとえこのパンダ型定偏波光ファイバによって上記偏波モード分散を抑制できても、パンダ型定偏波光ファイバは製造プロセスが複雑でコストが高いといった問題があり、波長分散による信号光歪みを抑制しようとし、従来の定偏波光ファイバの分散値や分散勾配を適宜の値に制御しようとした場合、より高コストとなってしまう。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、例えば波長分割多重伝送に適用したときに、信号光の波長分散による歪みを抑制でき、かつ、偏波モード分散の悪影響を抑制できる、コストの安い偏波保持光ファイバの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の偏波保持光ファイバの製造方法は、コアの周りをクラッドで覆って形成され、前記コアは非真円柱形状である光ファイバの製造方法であって、略真円柱形状のコア部の全外周に第１次クラッド部を形成して第１プリフォームとし、該第１プリフォームの側部側の一部を光ファイバ長手方向に外削して第２プリフォームを形成し、該第２プリフォームの全外周に第２次クラッド部を形成して第３プリフォームとし、該第３プリフォームを加熱して非真円柱形状の第４プリフォームとし、該第４プリフォームを略真円柱形状になるようにコアを覆っているクラッドを外削した後、線引きして光ファイバとする構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
さらに、第２の発明の偏波保持光ファイバの製造方法は、上記第１の発明の構成に加え、前記コア部の少なくとも最外側部位の軟化温度をクラッド部の軟化温度よりも低くした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１には、本発明の製造方法によって製造される光ファイバ（偏波保持光ファイバ）の第１実施形態例の斜視構成が示されている。同図に示すように、本実施形態例の光ファイバは、第１コア層１と第２コア層２を有するコア３の周りをクラッド５で覆って形成される光ファイバである。
【００２１】
本実施形態例の光ファイバは、図１に示すように、前記コア３を非真円柱形状としての楕円柱形状としており、コア３を光ファイバの光軸（Ｚ軸）に直交するＸＹ平面で切断した場合に、コアの断面形状がＸＹ平面内でＸ軸とＹ軸の両方に線対称と成している。また、本実施形態例において、コア３のＸＹ断面の最大直径部（楕円の長軸、ここではＸ軸方向）は最小直径部（楕円の短軸、ここではＹ軸方向）の２倍以上としている。
【００２２】
また、本実施形態例の光ファイバにおいてクラッド５は純石英により形成されており、第１コア層１は石英にＧｅ（ゲルマニウム）がドープされて形成されており、第２コア層２は石英にＦ（フッ素）がドープされて形成されている。
【００２３】
本実施形態例の光ファイバは、例えば、以下のようにして製造されている。すなわち、まず、図２の（ａ）に示すように、略真円柱形状（ここでは長軸：短軸がほぼ１：１の真円柱形状）のコア部３ａの全外周に第１次クラッド部５ａを形成し、第１プリフォームを形成する。なお、このとき、第１次クラッド部５ａは例えば第２コア層２の厚みの２．５倍の厚み分形成する。
【００２４】
次に、図２の（ｂ）に示すように、第１プリフォームのクラッド部５ａの側部側の一部を光ファイバ長手方向に外削し、第２プリフォームを形成する。この外削は、例えば厚みＢが第１プリフォームにおける径Ａの２分の１になるまで行なう。その後、第２プリフォームの前記クラッド部５ａの全外周に第２次クラッド部（図示せず）のスートを形成して第３プリフォームとし、この第３プリフォーム（スートロッド）を脱水雰囲気で焼結により加熱し、第４プリフォームを形成する。
【００２５】
そうすると、第４プリフォーム形成の際、すなわち、ここでは焼結による加熱の際に空孔部が消滅するに伴い体積収縮が起こり、この際、コア部３ａはクラッド部５ａに比較して軟らかい状態にあるので、この部分（コア部３ａ）が楕円化する（Ｘ軸方向に長い楕円となる）ことになる。この第４プリフォームを線引きして光ファイバとすると、図１に示したような構成（コア３のＸＹ断面の長軸であるＸ軸方向の長さが短軸の２倍以上の楕円柱形状の構成）が得られる。
【００２６】
なお、第４プリフォーム形成の際に、クラッド部５ａのＸＹ断面外形は真円に近づくが、真円とはならずに楕円である（直径、短径が残る）ので、本実施形態例では第４プリフォームを外削によりＸＹ断面外形が真円になるように（第４プリフォームが真円柱形状になるように）加工し、その後、線引きを行うことにより、光ファイバが真円柱形状になるようにした。
【００２７】
図３には、本実施形態例の屈折率プロファイルとコア３の断面構成が示されており、同図に示すように、本実施形態例において、第１コア層１の屈折率はクラッド５の屈折率よりも大きく、第２コア層２の屈折率はクラッド５の屈折率よりも小さく、光ファイバをＸＹ平面で切断したときの断面におけるＸ方向とＹ方向の屈折率プロファイルをＷ型屈折率プロファイルとしている。
【００２８】
また、同図に示すように、本実施形態例の光ファイバは、コア３が楕円化しているので、ＸＹ平面における屈折率プロファイルがＸ軸方向とＹ軸方向で異なっている。なお、同図におけるそれぞれの長さａ、ｂ、ｃ、ｄは、ａは７．７５μｍ、ｂは５．９６μｍ、ｃは１９．８７μｍ、ｄは１４．９μｍであった。
【００２９】
さらに、本実施形態例の光ファイバは、図４の特性線ａに示すように、使用波長帯（例えば波長１．５５μｍ帯）における分散値を特有な設定分散値としている。具体的には、本実施形態例の光ファイバの波長分散値は、波長１．５５μｍ帯において約−３５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〜−１３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内（波長１．５５μｍにおいては約−２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）であり、波長１．５５μｍ帯における分散スロープは約−０．５５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍである。
【００３０】
この分散特性は、図４の特性線ｂに示す特性を有する接続相手側光ファイバに本実施形態例の光ファイバを９分の１の長さで接続することにより、接続相手側光ファイバの波長分散および分散スロープを補償する特性と成している。
【００３１】
以上のように、本実施形態例の光ファイバの特徴は、コア３を長軸と短軸の比が大きい楕円柱形状とし、かつ、使用波長帯における分散値と分散スロープを予め設定した設定範囲内の値としたことであり、それにより、本実施形態例の光ファイバは、偏波保持特性が良好で、所望の分散特性を有する光ファイバと成している。実際に、長さ１０ｋｍの本実施形態例の光ファイバを胴径６０ｍｍφのコイルに巻いたときの偏波クロストーク特性が−１２．５ｄＢであり、良好な直線偏波保持特性を得ることができた。
【００３２】
また、本実施形態例の光ファイバは、図４の特性線ａに示す分散特性を有しているので、同図の特性線ｂに示した接続相手側光ファイバを光伝送路とし、この光伝送路に本実施形態例の光ファイバを９分の１の長さで接続することにより、同図の特性線ｃに示すように、波長１５３０ｎｍ〜１５８０ｎｍにおける波長分散を完全に補償することができる。
【００３３】
このように、本実施形態例の光ファイバは、偏波モード分散の影響を回避しながら、波長１．５５μｍ帯を含む波長１５３０ｎｍ〜１５８０ｎｍの波長分散の補償ができる。
【００３４】
そのため、本実施形態例の光ファイバを例えば図４の特性線ｂに示したような特性を有する接続相手側光ファイバに接続し、光ファイバのコア３のＸＹ断面における最大直径方向と最小直径方向のいずれか一方の径方向を直線偏波方向として光ファイバに光を入射させることにより、波長１５３０ｎｍ〜１５８０ｎｍにおける高品質の高速の波長分割多重伝送が可能な光通信システム用の波長分散補償器を提供することができる。なお、上記光通信システムにおいて、通常は、入射側の直線偏波と同方向の直線偏波を光ファイバの出力側から取り出す。
【００３５】
また、上記光通信システムは、本実施形態例の光ファイバが高い偏波保持特性を有していることから、ラマン増幅を行なう際に励起光と信号光とを同一方向の直線偏波で上記の如く本実施形態例の光ファイバに入力することにより、偏光状態を維持し、偏波変動による増幅率変動を回避できる。したがって、上記光通信システムは、偏波変動を補償するための構成を別に設ける必要が無く、経済的な光通信システムとすることができる。
【００３６】
図５には、本発明の製造方法によって製造される光ファイバの第２実施形態例の斜視構成が示されている。なお、本第２実施形態例の光ファイバについて上記第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その説明は省略又は簡略化する。
【００３７】
同図に示すように、本第２実施形態例の光ファイバは、上記第１実施形態例と同様に、楕円柱形状のコア３の周りをクラッド５で覆って形成される光ファイバであり、コア３のＸＹ断面の最大直径部（楕円の長軸、ここではＸ軸方向）は最小直径部（楕円の短軸、ここではＹ軸方向）の２倍以上としている。
【００３８】
本第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、コア３をクラッド５よりも屈折率が高い単一層として、光ファイバの屈折率プロファイルを単峰構造としたことであり、コア層３は石英にＧｅ（ゲルマニウム）がドープされて形成されている。
【００３９】
本第２実施形態例の光ファイバは、略円柱形状（ここでは長軸：短軸が１：１に近い楕円柱形状）のコア部３ａの全外周に第１次クラッド部５ａをコア部３ａの２．５倍の厚みとなるまで形成して第１プリフォームとし、その後、上記第１実施形態例と同様にして製造し、図５に示す構造としている。なお、図６には、本第２実施形態例における屈折率プロファイルとコア３の断面構成が示されており、同図に示すａは１２．６μｍ、ｂは６．１μｍである。
【００４０】
また、本第２実施形態例の光ファイバは、図７の特性線ａに示すように、使用波長帯（例えば波長１．５５μｍ帯）における分散値を約１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、波長１．５５μｍ帯における分散スロープは約０．１２ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍとしている。
【００４１】
本第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様に、偏波保持特性が良好で、所望の分散特性を有する光ファイバとすることができる。実際に、本第２実施形態例の光ファイバを用いた長さ２．５ｋｍの光ファイバケーブルにおいて偏波クロストーク特性が−２５．０ｄＢであり、良好な偏波保持特性を得ることができた。
【００４２】
また、本第２実施形態例の光ファイバは、図７の特性線ａに示すように、波長１．５５μｍ帯における分散スロープが小さいので、本第２実施形態例の光ファイバを上記波長帯における波長分割多重伝送路用の光ファイバとし、適宜の分散補償手段を講じることにより、良好な高速波長分割多重伝送システムを構築しやすい。
【００４３】
図８には、本発明の製造方法によって製造される光ファイバの第３実施形態例の斜視構成が示されている。なお、本第３実施形態例の光ファイバについて上記第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その説明は省略又は簡略化する。
【００４４】
同図に示すように、本第３実施形態例の光ファイバは、図１に示した上記第１実施形態例の光ファイバの第２コア層２とクラッド５との間に、第１コア層１より屈折率が小さくクラッド５より屈折率が大きい第３コア層４を形成したものであり、第３コア層４は石英にゲルマニウムをドープして形成されている。
【００４５】
本第３実施形態例の光ファイバを製造するには、略真円柱形状（ここでは長軸：短軸が１：１に近い楕円柱形状）のコア部３ａの全外周に第１次クラッド部５ａを形成して第１プリフォームとする。ここで、第１クラッド部５ａは、第３コア層４の形成部の２．５倍の厚みとなるまで形成する。その後、上記第１、第２実施形態例と同様にして本第３実施形態例の光ファイバを製造する。
【００４６】
なお、図９には、本第３実施形態例にける光ファイバの断面構成と屈折率プロファイルが示されており、同図に示すａは２．４μｍ、ｂは１．８２μｍ、ｃは６．８５μｍ、ｄは６．０７μｍ、ｅは８．２２μｍ、ｆは７．２８μｍである。
【００４７】
本第３実施形態例の光ファイバは、図７の特性線ｂに示すように、使用波長帯（例えば波長１．５５μｍ帯）における分散値を約−８６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〜−１１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内（波長１．５５μｍにおいては約−９８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）であり、波長１．５５μｍにおける分散スロープは約−０．６５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍとしている。
【００４８】
本第３実施形態例は以上のように構成されており、本第３実施形態例も偏波保持特性が良好な光ファイバとすることができる。実際に、長さ２７ｋｍの本実施形態例の光ファイバを胴径６０ｍｍφのコイルに巻いたときの偏波クロストーク特性が−１７．５ｄＢであり、良好な偏波保持特性を得ることができた。
【００４９】
また、本第３実施形態例の光ファイバは、図７の特性線ｂに示す分散特性を有しているので、例えば同図の特性線ａに示した光伝送路として上記第２実施形態例の光ファイバを適用し、この光ファイバに本第３実施形態例の光ファイバを１１分の２の長さで接続することにより、同図の特性線ｃに示すように、波長１５３０ｎｍ〜１５８０ｎｍにおける波長分散を完全に補償することができる。
【００５０】
そして、本第３実施形態例および上記第２実施形態例の光ファイバは、いずれも、偏波保持特性が良好であることから、本第３実施形態例の光ファイバと上記第２実施形態例の光ファイバとを接続し伝送する直線偏波を制御することによる光通信システムは、波長１．５５μｍ帯における高品質な高速の波長分割多重伝送が可能なシステムとすることができる。
【００５１】
次に、本発明の製造方法によって製造される光ファイバの第４実施形態例について説明する。なお、本第４実施形態例の光ファイバについて上記第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その説明は省略又は簡略化する。本第４実施形態例の光ファイバは上記第１実施形態例の光ファイバとほぼ同様に構成されており、本第４実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、第２コア層２の屈折率をクラッド５の屈折率より大きくしたことである。
【００５２】
図１０には、本第４実施形態例の光ファイバの屈折率プロファイルコアの断面構成とが示されており、同図に示すように、本第４実施形態例では、ＤＳＣ型構造と呼ばれる階段型の屈折率プロファイルを有している。第１コア層１と第２コア層２には共にゲルマニウムがドープされており、第１コア層１にドープするゲルマニウムの割合を第２コア層２にドープするゲルマニウムの割合よりも多くし、上記屈折率プロファイルを形成している。
【００５３】
本第４実施形態例も上記第１実施形態例と同様にして製造されており、本第４実施形態例も、上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。すなわち、本第４実施形態例も偏波保持特性が良好で、所望の分散特性を有する光ファイバと成しており、実際に、本第４実施形態例を用いた長さ２ｋｍの光ファイバケーブルにおいて、偏波クロストーク特性が−２７．０ｄＢであり、良好な偏波保持特性を得ることができた。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。参考例としては、例えば、図１１に示すような断面形状と屈折率プロファイルを有する第２プリフォームを用いて本発明の光ファイバを形成することもできる。
【００５５】
なお、図１１に示す第２プリフォームは、上記第３実施形態例と同様の３層構造のコア部３ａの外周側にクラッド層５ａを形成せずに第１プリフォームを形成し（コア部３ａを第１プリフォームとし）、コア部３ａの側部側の一部を光ファイバ長手方向に外削して形成されており、その後にクラッド部５ａを設けることにより第３プリフォームが形成される。上記コア部３ａは、第１コア層１を形成する第１コア部１ａと、第２コア層２を形成する第２コア部２ａと、第３コア層４を形成する第３コア部４ａとを有している。
【００５６】
また、本発明の光ファイバの屈折率プロファイルは特に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、この屈折率プロファイルを適宜設定し、使用する直線偏波の方向を選択して分散特性を設定範囲内の値とし、さらに、コア３の形状を例えば楕円柱形状などの非真円柱形状とすることにより偏波保持特性とすることにより、上記各実施形態例と同様の効果を奏する優れた光ファイバを構成することができる。
【００５７】
さらに、上記各実施形態例では、コア３の長軸方向の長さを短軸方向の長さの２倍以上としたが、コアのＸＹ断面の最大直径部を最小直径部の１．１倍以上とすることにより、偏波保持特性が良好な光ファイバを構成することができる。特にコア部へのＧｅ等の熱膨張係数を高めるドーパントが少ない場合には、コアのＸＹ断面の最大直径部を最小直径部の２倍以上とすると、より一層偏波保持特性が良好となり、好ましい。
【００５８】
さらに、上記各実施形態例では、コア３を楕円柱形状としたが、コア３の形状は楕円柱形状に限定されるものでなく、ＸＹ断面形状が半円形状のもの等、適宜の非真円柱形状に形成されるものである。また、複数回の第２プリフォーム、第３プリフォームの行程を繰り返すことにより、最大最小の径の比を高めることができる。
【００５９】
さらに、上記各実施形態例では、第３プリフォームを焼結により加熱して第４プリフォームを形成したが、焼結以外の加熱方法（例えば第３プリフォームをガラスのパイプ内に収容して加熱するなどの方法を適用すること）によって第３プリフォームを加熱して第４プリフォームを形成してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の偏波保持光ファイバの製造方法によれば、光ファイバ光軸（Ｚ軸）に直交するコアのＸＹ断面の最大直径部と最小直径部の大きさが大きく異なる光ファイバを非常に容易に製造することができるので、本発明の偏波保持光ファイバを容易に製造することができる。
【００６３】
特に、本発明の偏波保持光ファイバの製造方法において、コア部の少なくとも最外側部位の軟化温度をクラッド部の軟化温度よりも低くすると、第３プリフォーム形成時にコア部の変形を容易にし、上記偏波保持光ファイバを容易に製造することができる。また、第３プリフォームを加熱して第４プリフォームとし、該第４プリフォームに線引き等の加熱を施す際にクラッド非円が大きい（クラッドのＸＹ断面外形がほぼ真円形状でない）ときは、第４プリフォームのＸＹ断面外形を真円形状に外削すると好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製造される偏波保持光ファイバの第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】上記偏波保持光ファイバの製造工程図である。
【図３】上記偏波保持光ファイバの屈折率プロファイルの説明図である。
【図４】上記偏波保持光ファイバの分散特性を示すグラフである。
【図５】本発明の製造方法によって製造される偏波保持光ファイバの第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図６】上記第２実施形態例の偏波保持光ファイバの屈折率プロファイルの説明図である。
【図７】上記第２実施形態例の偏波保持光ファイバおよび本発明の製造方法によって製造される第３実施形態例の偏波保持光ファイバの分散特性を示すグラフである。
【図８】本発明の製造方法によって製造される偏波保持光ファイバの第３実施形態例を示す要部構成図である。
【図９】上記第３実施形態例の偏波保持光ファイバの屈折率プロファイルを示す説明図である。
【図１０】本発明の製造方法によって製造される偏波保持光ファイバの第４実施形態例の屈折率プロファイルを示す説明図である。
【図１１】参考例の第２次プリフォームの断面構成と、第２プリフォームの周りにクラッド部５ａを設けた場合の屈折率プロファイルを示す説明図である。
【符号の説明】
１第１コア層
２第２コア層
３コア
３ａコア部
５クラッド
５ａクラッド部

Claims

コアの周りをクラッドで覆って形成され、前記コアは非真円柱形状である光ファイバの製造方法であって、略真円柱形状のコア部の全外周に第１次クラッド部を形成して第１プリフォームとし、該第１プリフォームの側部側の一部を光ファイバ長手方向に外削して第２プリフォームを形成し、該第２プリフォームの全外周に第２次クラッド部を形成して第３プリフォームとし、該第３プリフォームを加熱して非真円柱形状の第４プリフォームとし、該第４プリフォームを略真円柱形状になるようにコアを覆っているクラッドを外削した後、線引きして光ファイバとすることを特徴とする偏波保持光ファイバの製造方法。
コア部の少なくとも最外側部位の軟化温度をクラッド部の軟化温度よりも低くしたことを特徴とする請求項１記載の偏波保持光ファイバの製造方法。