專利名稱：帶空孔型單模光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適合高速/大容量的光通信以及光配線的單模光纖，尤其涉及一種帶空孔型單模光纖。
背景技術：
在采用光放大技術的長距離/大容量的光通信中，由于單模光纖中的光非線性現(xiàn)象，會產生傳輸特性的惡化問題。
單模光纖的光非線性是與非線性折射率n2除以有效截面面積Aeff得出的非線性常數(shù)n2/Aeff成比例變化的(參見G.P.Agrawal著，《Nonlinear Fiber Optics(第2版)》，AcademicPress社，1995年發(fā)行，特別是2.3.1節(jié)，第42頁)。因此，通過擴大單模光纖的有效截面面積Aeff，就能夠降低單模光纖中的非線性常數(shù)，降低長距離/大容量光通信中由于光非線性現(xiàn)象引起的傳輸特性的惡化。
因此，在已有的單模光纖中，形成導波構造的折射率分布的設計與最優(yōu)化中，已嘗試了擴大有效截面面積Aeff的方法。迄今為止，公開了從1310nm到1625nm的工作波長區(qū)域中具有從約70μm2到150μm2的有效截面面積Aeff的單模光纖的特性(例如，參見特開平9-274118號公報(權力要求6)，特開平11-218632號公報(權力要求1)、特開2001-33647號公報(權力要求1、代表1)、特開2001-147338號公報(權力要求13，第0022段))。
另一方面，原有的1.3μm段零色散單模光纖，由于其由折射率高的纖芯部和比纖芯部折射率低的包層部2層構成的簡單構造的可實現(xiàn)性，又具有波長1550nm左右的約80μm2的較大有效截面面積Aeff，因此可實現(xiàn)良好的連接、施工特性，由此至今被廣泛應用于光通信和光配線等領域。
但是，上述折射率分布的設計、最優(yōu)化中如果擴大有效截面面積Aeff，一般會使在單模光纖(SMF)的截面半徑方向上的折射率分布復雜化，同時在擴大有效截面面積Aeff的SMF中，在光纖中傳播的光向纖芯內部的約束會降低，彎曲損失特性產生惡化。因此，產生如下課題，即實際可實現(xiàn)的有效截面面積Aeff的值，被限制在能確保允許的彎曲損失特性的區(qū)域內，例如，彎曲半徑10mm中的彎曲損失為10dB/m到100dB/m及其以下的區(qū)域。
另外，還產生了這樣的課題。即對于已擴大了有效截面面積Aeff的SMF，高次(LP11)模的理論截止波長一般也傾向于向長波長一側移動，有效工作波長區(qū)域也被限制于例如1400nm及其以上的長波長一側。(例如，參見2001-147338號公報(權力要求13，第0022段))。
還有一點，原有SMF，與具有構造簡單、且較大有效截面面積Aeff相反，由于彎曲損失特性的惡化，其適應范圍被限制在較大的彎曲半徑范圍，由于被限制在例如從彎曲半徑約20mm到30nm的范圍，由于光傳輸線路或光布線中的布線場所或容納空間受可允許的彎曲半徑的限制，因而不能小型化。因此，本課題以改善原有SMF的彎曲損失特性為目的，開發(fā)謀求降低模場直徑(MFD)的SMF，這類SMF降低MFD時會降低操作特性，例如連接損失。

發(fā)明內容
本發(fā)明借鑒了上述課題的發(fā)明，其目的在于提供一種在從1260nm到1625nm的工作波長區(qū)域，具有150μm2及其以上的有效截面面積Aeff，并且彎曲半徑10mm時具有1dB/m及其以下的彎曲損失特性的帶空孔型單模光纖，以及彎曲半徑10mm時彎曲損失為1dB/m及其以下，并且波長為1310nm時模場直徑為與原有1.3μm段零色散單模光纖(SMF)同等的、7.9μm到10.2μm(參見ITU-T、推薦G.652(2000年10月改版，表1/G.652、第6頁))的帶空孔型單模光纖。
本發(fā)明的帶空孔型單模光纖，具有折射率均一的第1包層部(11)；比第1包層部折射率高的纖芯部(10)；由在纖芯部外圍的、配置于第1包層部區(qū)域的多個空孔部(12)組成的第2包層部。通過使空孔部的半徑r2、從纖芯部的中心到空孔部的距離d最優(yōu)化，且通過使纖芯部相對于第1包層部的相對折射率差Δ和纖芯半徑r1都得到最優(yōu)化，來解決上述課題。
詳細地說，為達到上述目的，本發(fā)明提供一種單模光纖，包含折射率均一的第1包層部(11)；具有比第1包層部(11)更高的折射率，并在第1包層部(11)的中央配置的半徑r1的纖芯部(10)；與纖芯部(10)的中心僅距離d的位置上在第1包層部(11)的區(qū)域內配置的，并且由至少4個以上的半徑r2的空孔部(12)形成的第2包層部，其特征在于，上述距離d為纖芯部(10)的半徑r1的2.0到4.5倍，并且，空孔部(12)的半徑r2為纖芯部的半徑r1的0.2倍及其以上。
還可具有如下特征纖芯部(10)的上述半徑r1為3.7μm到4.8μm，纖芯部(10)相對于第1包層部(11)的相對折射率差Δ在0.3％到0.55％的范圍內。
還可具有如下特征波長為1310nm時模場直徑為7.9μm到10.2μm。
還可具有如下特征纖芯部(10)相對于第1包層部(11)的相對折射率差Δ為0.12％及其以下，并且從纖芯部(10)的中心到空孔部(12)最外圍的有效纖芯半徑A在23μm到28μm的范圍內。
根據本發(fā)明，在具有與原有單模光纖的折射率變化相同的纖芯部和第1包層部的基礎上，在第1包層部內配置由至少4個以上的空孔部組成的第2包層部，使纖芯半徑r1、纖芯部的相對折射率差Δ、空孔半徑r2、以及空孔部的位置d達到最優(yōu)化，所以在廣泛的單模工作區(qū)域內能達到降低光非線性的顯著效果。舉例來說，在1500nm及其以下的高次(LP11)模理論截止波長、1260nm到1625nm的工作波長區(qū)域內，可滿足彎曲半徑10mm時彎曲損失為1dB/m及其以下、且有效截面面積Aeff為50μm2及其以上的所有特性。
并且，根據本發(fā)明，在具有與上述同樣構造的單模光纖中，在1500nm及其以下的高次(LP11)模理論截止波長、1260nm到1625nm的工作波長區(qū)域的情況下，為了滿足彎曲半徑10mm中彎曲損失為1dB/m及其以下，實現(xiàn)高彎曲損失抵抗的同時，波長為1310nm時保持與原有SMF同等的MFD特性，并且即使在波長為1625nm時使對于原有SMF的MFD變化在±10％及其以下成為可能，也實現(xiàn)了與原有SMF良好的連接特性。
還有，本發(fā)明的單模光纖，是對具有給定折射率分布的單模光纖附加多個空孔部的構造，因此易于制作。


圖1A～1C表示本發(fā)明實施方式單模光纖的截面構造的截面示意圖，其中圖1A表示空孔數(shù)為4個的示例，圖1B表示空孔數(shù)為6個的示例，圖1C表示空孔數(shù)為8個的示例。
圖2表示原有1.3μm段零色散單模光纖中，由零色散波長、截止波長、以及彎曲損失特性的要求條件決定的，相對折射率差Δ和纖芯半徑r1之間的關系特性圖。
圖3A～3C是本發(fā)明實施方式帶空孔型單模光纖的規(guī)一化空孔位置d/r1與彎曲損失之間的關系特性圖，圖3A為空孔數(shù)為4個的示例，圖3B為空孔數(shù)為6個的示例，圖3C為空孔數(shù)為8個的示例。
圖4表示本發(fā)明第1實施方式帶空孔型單模光纖的規(guī)一化空孔位置d/r1和高次(LP11)模理論截止波長的關系特性圖。
圖5表示本發(fā)明第1實施方式帶空孔型單模光纖的波長為1310nm時，對于規(guī)一化空孔位置d/r1，MFD的變化特性圖。
圖6表示本發(fā)明第1實施方式帶空孔型單模光纖的波長為1625nm時，對于規(guī)一化空孔位置d/r1，以原有SMF為基準的MFD相對變化，以及由于MFD不匹配引起的連接損失的關系特性圖。
圖7表示依據本發(fā)明第1實施方式試制的、具有6個空孔的帶空孔型單模光纖，其彎曲損失的波長特性的測量結果特性圖。
圖8表示本發(fā)明第2實施方式帶空孔型單模光纖的纖芯部相對折射率差Δ和有效纖芯半徑A的關系特性圖。
圖9表示本發(fā)明第2實施方式帶空孔型單模光纖的纖芯部相對折射率差Δ和有效截面面積Aeff的關系特性圖。
圖10表示本發(fā)明第2實施方式帶空孔型單模光纖的纖芯部相對折射率差Δ和高次(LP11)模理論截止波長的關系特性圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對實施本發(fā)明的優(yōu)選方式作詳細說明。
第1實施方式圖1A～1C分別表示本發(fā)明帶空孔型單模光纖實施方式的構成示例的截面圖，圖1A表示空孔數(shù)為4個時的截面圖，圖1B表示空孔數(shù)為6個時的截面圖，圖1C表示空孔數(shù)為8個時的截面圖。
本發(fā)明的單模光纖，由半徑為r1的纖芯部10、其周圍的折射率均一的第1包層部11、在與纖芯部10的中心僅為距離d的位置配置至少4個以上半徑r2的空孔部12構成的第2包層部組成。這些空孔部12沿光纖的纖長方向形成，且在光纖的截面方向以一定的間隔相同的分散配置，沿光纖的長度方向其平均直徑實質上為一定值。
纖芯部10的折射率n1，與以往的單模光纖一樣，通過調整添加材料及其添加量，使其比第1包層部11的折射率n2高，以纖芯部10和第1包層部11形成主要的光導波結構。而且，纖芯部10的折射率分布與以往的單模光纖一樣，可采用任意形狀的折射率分布。
本發(fā)明的實施方式中，將要說明第1包層部11的折射率為純石英級，第2包層部的折射率為1(空氣)，纖芯部10具有通過添加鍺形成的突變型折射率分布時的帶空孔型單模光纖的特性。另外，通過添加氟元素等，使第1包層部11的折射率比純石英的折射率低，纖芯部10的折射率與純石英同等，或者也可能設置比其更低的折射率。
首先，本發(fā)明的第1實施方式中，關于纖芯部10的半徑(以下稱作纖芯半徑)r1、以及纖芯部10相對于第1包層部11的相對折射率差Δ，對分別在滿足原有1.3μm段零色散單模光纖(SMF)的特性范圍內的設計情況作以下說明。
圖2為以往的SM F中，由零色散波長、截止波長、以及彎曲損失特性的要求條件(參見ITU-T、推薦G.652(2000年10月改版，表1/G.652、第6頁))決定的，相對折射率差Δ和纖芯半徑r1的關系(設計區(qū)域)的示意圖。設計區(qū)域為圖中點表示的區(qū)域。另外，相對折射率差Δ(單位％)采用纖芯部10的折射率n1、以及包層部(本發(fā)明的結構中第1包層部11)的折射率n2，根據下式(1)定義Δ=n12-n222n12×100---(1)]]>由圖2，通過將纖芯部10的半徑r1設計在約3.7μm到4.8μm，將相對折射率差Δ設計在約0.3％到0.55％的范圍內，可滿足以往SMF的要求條件。
圖3A～3C表示規(guī)一化空孔位置d/r1與波長為1625nm、彎曲半徑10mm時彎曲損失特性的關系示意圖，以空孔部12的半徑(以下稱作空孔半徑)r2作為參數(shù)。此外，在圖3A～3C的示例中，如圖2所示的關系，使相對折射率差Δ為0.32％，r1為4.5μm。
這里，圖3A表示當空孔部12的數(shù)量(以下稱作空孔數(shù))為4時的特性示例，圖3B表示當空孔數(shù)為6個時的特性示例，圖3C表示當空孔數(shù)為8個時的特性示例。
一般的，單模光纖的模場直徑(MFD)在長波長一側增大，隨之長波長一側的彎曲損失特性也傾向于惡化。因此，如圖3A～3C所示，空孔數(shù)為4個、6個或者8個的帶空孔型單模光纖中，通過將空孔半徑r2設計為纖芯半徑r1的約0.2倍及其以上，將空孔位置d設計為纖芯半徑r1的約4.5倍及其以下的區(qū)域，在波長為1625nm及其以下的區(qū)域中，彎曲半徑10mm的彎曲損失特性為1dB/m及其以下成為可能。
圖4表示空孔數(shù)為8個、空孔半徑r2為纖芯半徑r1的0.4倍的帶空孔型單模光纖中，規(guī)一化空孔位置d/r1和高次(LP11)模理論截止波長的關系示意圖。在上述相對折射率差Δ為0.32％、纖芯半徑r1為4.5μm的以往SMF中，高次(LP11)模的理論截止波長為約1450nm，如圖4所示，即使在本發(fā)明的帶空孔型單模光纖中，也能夠得到與原有SMF同等的、或者比其值更低的截止波長特性。
圖5表示空孔數(shù)等與圖4同樣的條件下的帶空孔型單模光纖中，在波長為1310nm時，相對于規(guī)一化空孔位置d/r1，MFD(模場直徑)的變化示意圖。如圖5所示，通過將規(guī)一化空孔位置d/r1設計在約1.5及其以上的區(qū)域，可得到與以往的SMF同等的、約7.9μm到10.2μm的MFD特性。
而且，圖6表示波長為1625nm時，相對于規(guī)一化空孔位置d/r1，以原有SMF中的MFD為標準，帶空孔型單模光纖MFD的相對變化，以及因MFD不匹配引起的連接損失的特性示意圖。這里，實線表示MFD的相對變化特性，虛線表示MFD不匹配損失的特性。如圖6所示，通過將規(guī)一化空孔位置d/r1設計在2.0及其以上的區(qū)域，可使隨空孔部12的附加，相對于以往SMF波長為1625nm時的MFD變化為±10％及其以下，因MFD不匹配引起的連接損失小于1dB。
因此，如以上說明的圖2、圖3A～3C、圖4、圖5以及圖6所示，在具有至少4個以上空孔部12的本發(fā)明的帶空孔型單模光纖中，通過使空孔部12的位置d為纖芯半徑r1的2.0倍到4.5倍、空孔部12的半徑r2為纖芯半徑r1的0.2倍及其以上、纖芯部10的相對折射率差Δ為約0.3％到0.55％、纖芯半徑r1為約3.7μm到4.8μm的區(qū)域，使高次(LP11)模的理論截止波長為1500nm及其以下，在工作波長為1260nm到1625nm的區(qū)域，彎曲半徑10mm的彎曲損失特性為1dB/m及其以下，波長為1310nm時的MFD為與以往的SMF同等的約7.9μm到10.2μm，并且即使對于工作波長的上限1625nm，也可以得到相對于以往的SMF的MFD的相對變化為±10％及其以下的特性。
圖7為依據上述本發(fā)明實施方式試制的、具有6個空孔部12的2種帶空孔型單模光纖，其彎曲損失特性的測量結果與原有SMF的比較示意圖。這里，彎曲損失的測量條件為以彎曲半徑10mm、20圈卷起。黑點表示原有SMF的特性，X點表示本發(fā)明帶孔SMF的特性。試制的帶空孔型單模光纖的測量波長區(qū)域的彎曲損失，為測量界限0.01dB/m及其以下，尤其在長波長側，能夠得到比原有SMF降低2個數(shù)量級及其以上彎曲損失的效果。
第2實施方式其次，作為本發(fā)明第2實施方式，對纖芯部10的相對折射率差Δ和纖芯半徑的最優(yōu)化，達到擴大有效截面面積Aeff的示例進行說明。
圖8是彎曲半徑10mm的彎曲損失為1dB/m及其以下，纖芯部10相對于第1包層部11的相對折射率差Δ和有效纖芯半徑A的關系示意圖。這里，有效纖芯半徑A定義為從纖芯部10的中心到第2包層部的最外圍，即定義A＝d+2×r2(參見圖1A～1C)。此外，作為示例，形成第2包層部的空孔部12的數(shù)量為6個，空孔半徑r2為纖芯半徑r1的0.3倍，空孔位置d為纖芯半徑r1的3倍。
從圖8可看出，采用波長1260nm的相對折射率差Δ和有效纖芯半徑A的關系進行設計，可使在波長為1260nm到1625nm的工作波長范圍內，彎曲半徑在10mm時的彎曲損失為1dB/m及其以下。
圖9是采用圖8所示的波長1260nm的相對折射率差Δ和有效纖芯半徑A的關系時，波長為1260nm、1550nm以及1625nm時，纖芯部10的相對折射率差Δ和有效截面面積Aeff的關系示意圖。
另外，圖10是采用圖8所示的波長1260nm的相對折射率差Δ和有效纖芯半徑A的關系時，纖芯部10的相對折射率差Δ和高次(LP11)模的理論截止波長的關系示意圖。
因此，如圖8、圖9和圖10所示，本發(fā)明的第2實施方式中，在與纖芯部10的中心距離d＝3×r1的位置具有半徑r2＝0.3×r1的6個空孔部12的單模光纖中，通過使纖芯部10的相對折射率差Δ為約0.12％及其以下、有效纖芯半徑A為約23μm到28μm，可實現(xiàn)高次(LP11)模的理論截止波長為1100nm及其以下、波長為1260nm到1625nm的有效截面面積Aeff為150μm2及其以上、并且彎曲半徑10mm的彎曲損失為1dB/m及其以下的特性。
其他實施方式另外，雖然已對本發(fā)明優(yōu)選的實施方式作了示例說明，但本發(fā)明的實施方式并不僅限于上述示例，只要在各權力要求記載的范圍內，對構成部件和材料等的置換、變更、修改、追加、增減個數(shù)、改變形狀等各種變化，也都包含在本發(fā)明的實施方式內。例如，上述本發(fā)明的空孔部12的個數(shù)、光纖的材料等不限于上述實施方式。光纖不限于玻璃，也可以由塑料、以及其他所用波長中的透明介質為材料制成。又，空孔部12優(yōu)選為圓形，但也可以應用與圓形極相近的橢圓形或者多角形。又，空孔部12的內部也不限于真空，例如可以填充所用波長中透明、且比第1包層部11的折射率低的氣體、液體乃至固體。
權利要求
1.一種帶空孔型單模光纖，包括折射率均一的第1包層部；具有比上述第1包層部高的折射率，在第1包層部的中央配置的半徑為r1的纖芯部；在與上述纖芯部的中心僅距離d的位置，在上述第1包層部區(qū)域內配置的、由至少4個及其以上的半徑為r2的空孔部形成的第2包層部，其特征在于上述纖芯部相對于上述第1包層部的相對折射率差Δ在0.12％及其以下的范圍內，并且從上述纖芯部的中心到上述空孔部的最外圍的有效纖芯半徑A在23μm到28μm的范圍內，并且具有1100nm及其以下的理論截止波長特性，彎曲半徑為10mm時的彎曲損失在1dB/m及其以下，并且波長為1260nm到1625nm時的有效截面面積在150μm2及其以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適合高速/大容量的光通信、光配線的單模光纖。單模光纖具有折射率均勻的第1包層部；比其折射率高的纖芯部；以及由配置在第1包層部的區(qū)域內的4個及其以上的空孔部組成的第2包層部。通過使從纖芯部的中心到空孔部的距離為纖芯半徑的2～4.5倍，空孔半徑為纖芯半徑的0.2倍及其以上可實現(xiàn)最優(yōu)化。進一步來說，優(yōu)選纖芯半徑為3.7～4.8μm，纖芯部相對于第1包層部的相對折射率差為0.3～0.55％，波長為1310nm時的模場直徑為7.9～10.2μm。相對折射率差為0.12％及其以下，從纖芯部的中心到空孔部的最外圍的有效纖芯半徑為23～28μm。
文檔編號G02B6/02GK101059585SQ20071000352
公開日2007年10月24日 申請日期2004年3月30日 優(yōu)先權日2003年4月17日
發(fā)明者中島和秀, 田島克介, 周健, 三川泉, 保刈和男 申請人:日本電信電話株式會社