(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ用ガラス母材の全周にわたってコア軸を通る径方向の屈折率分布を測定し、中心屈折率ｎ1 のコアとこの周囲に屈折率ｎ0 のクラッドを有し、コアとクラッドとの屈折率の関係がｎ1 ＞ｎ0 であり、コア部に存在する半径方向クラッド側に向かって屈折率が高くなる部分の極大屈折率がｎ2 であり、コア軸を通る径方向の屈折率の変化率Ｐが、Ｐ（θ）＝｛ｎ2 （θ）−ｎ0 ｝／｛ｎ1 −ｎ0 ｝×１００［％］（Ｐ（θ）、ｎ2 （θ）は、それぞれコアの軸中心から角度θの方向におけるＰ、ｎ2 の値である）であるとき、母材の全周にわたる屈折率の変化率Ｐの最大変化量（最大値と最小値の差）Ｐdを求め、最大変化量Ｐdが３０％以内の光ファイバ用ガラス母材を用いて加熱・延伸することにより、偏波モード分散値（PMD）が0.1ｐｓ／√ｋｍ以下の光ファイバを得ることを特徴とするシングルモード光ファイバの製造方法。
【請求項２】
コアの中心屈折率ｎ1 と極大屈折率ｎ2 との関係がｎ1 ＜ｎ2 である請求項１に記載のシングルモード光ファイバの製造方法。
【請求項３】
コアの中心屈折率ｎ1 と極大屈折率ｎ2 との関係がｎ1 ＞ｎ2 である請求項１に記載のシングルモード光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波モード分散の小さいシングルモード光ファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シングルモード光ファイバは、光ファイバ中を伝搬するモード数が単一に押さえられており、マルチモード光ファイバと異なり、モード間の伝送時間差異に起因するモード分散が無いため、伝送容量が大きいのが特徴である。
また、波長の微少なずれによる伝送時間差異に起因する波長分散についても、屈折率分布形状によって調整することが可能で、信号波長の波長分散値をゼロに近づけることができ、信号パルスの歪みを最小限に抑制することができる。
【０００３】
近年、種々の分散補償ファイバが開発され市販されており、この種のファイバを使用することによって、途中のファイバで蓄積された波長分散をキャンセルして、システム全体で分散値をゼロにする方法も採られている。
シングルモード光ファイバの伝送容量をさらに増大させる手法の一つとして、波長多重通信（ＷＤＭ）がある。これは１本のファイバに複数の異なる波長の光信号を同時に流すもので、各波長に別々の情報を持たせることができる。中継器にはエルビウムドープファイバなどを利用したファイバ増幅器を使用すると、各波長の信号を同時に増幅することができ、ファイバコストと機器コストを抑制しかつ伝送容量アップできるのが特徴である。
【０００４】
ところが、このように光増幅器を用いた光ファイバシステムでは、偏波モード分散が伝送容量を制限する要因として注目されている。一般に、シングルモード光ファイバ中を伝搬する光は、互いに直交する２つの偏光成分が合わさった状態にある。光ファイバの屈折率分布が径のｘ方向とｙ方向とで異なる場合、これら２つの偏光成分の伝搬速度に差異が生じる。この差異を偏波モード分散と称するが、長距離伝送のファイバでは、偏波モード分散が距離の１／２乗に比例して増大することが知られている。
【０００５】
偏波モード分散が大きいと光信号に歪みが生じ、伝送容量を低下させる一因となっている。特に、光増幅器を用いたシステムの場合、入力信号がそのまま増幅されるため、信号の歪みが最後まで蓄積される。また、出力端の偏波状態は予測が難しく、波長分散と異なり、一旦発生した偏波モード分散を補償することは原理的に不可能であるため、光ファイバ自体の偏波モード分散を本質的に低減することが必要となる。
【０００６】
偏波モード分散を生じる要因の一つにコアの楕円が挙げられる。コアの楕円率と偏波モード分散との関係は Kashihara et.al.,IWCS Proceeding pp635-8,1993に示されており、楕円率が小さいほど偏波モード分散は小さくなる傾向が認められる。
また、楕円率を小さくした場合でも、ファイバに線引きした際の被覆材の塗布が不均一であったり、温度変化など何らかの要因でファイバに側圧が加わった場合などに偏波モード分散が大きくなることも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような点に配慮して作製したファイバであっても偏波モード分散が大きくなる場合があった。
そこで本発明は、光増幅器を用いたシステムに好適な偏波モード分散の小さいシングルモード光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、本発明のシングルモード光ファイバの製造方法は、光ファイバ用ガラス母材の全周にわたってコア軸を通る径方向の屈折率分布を測定し、中心屈折率ｎ1 のコアとこの周囲に屈折率ｎ0 のクラッドを有し、コアとクラッドとの屈折率の関係がｎ1 ＞ｎ0 であり、コア部に存在する半径方向クラッド側に向かって屈折率が高くなる部分の極大屈折率がｎ2 であり、コア軸を通る径方向の屈折率の変化率Ｐが、Ｐ（θ）＝｛ｎ2 （θ）−ｎ0 ｝／｛ｎ1 −ｎ0 ｝×１００［％］（Ｐ（θ）、ｎ2 （θ）は、それぞれコアの軸中心から角度θの方向におけるＰ、ｎ2 の値である）であるとき、母材の全周にわたる屈折率の変化率Ｐの最大変化量（最大値と最小値の差）Ｐd を求め、最大変化量Ｐdが３０％以内の光ファイバ用ガラス母材を用いて加熱・延伸することにより、偏波モード分散値（PMD）が0.1ｐｓ／√ｋｍ以下の光ファイバを得ることを特徴とし、コアの中心屈折率ｎ1 と極大屈折率ｎ2 との関係をｎ1 ＜ｎ2 またはｎ1 ＞ｎ2 としている。
【０００９】
本発明のシングルモード光ファイバの製造方法は、上記構成からなり、得られる光ファイバは、母材と同様の屈折率分布構成を有している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のシングルモード光ファイバ母材およびこれを線引きして得られるシングルモード光ファイバについて、図１〜図８にもとづきさらに詳細に説明する。
図１は、偏波モード分散の大きいシングルモード光ファイバの母材段階での屈折率分布を示し、縦軸に屈折率をとり、横軸に母材の径方向を合わせている。図１（ａ）は、母材の径方向におけるコア部１とクラッド部２との相対的な屈折率分布を示し、（ｂ）は、（ａ）のコア部の横軸を拡大して示したものである。
図から明らかなように、コア部の屈折率は径方向に一様ではなく、コア部の中心からクラッド側に向けて屈折率が急激に変化する部分がある。このようにコア部には、中心屈折率ｎ1 と屈折率が急激に変化して極大値をなす極大屈折率ｎ2 が存在する。
図２にコア部の屈折率分布の様々な態様を示す。図２（ａ）〜（ｈ）は、母材をその軸を中心に２２．５度づつ回転させ、８方向からコア軸を通る径方向の屈折率分布をスキャンした結果である。
なお、屈折率分布の測定にはＰＫテクノロジー社製Ｐ１０４プリフォームアナライザを用いた。
【００１１】
コアの半値幅位置から求めたコアの楕円率は０．６％であり、十分小さい偏波モード分散が予想されたが、実際にこの母材を線引きして光ファイバ化してみると、偏波モード分散値は０．５２ｐｓ／√ｋｍと大きい値であった。
本発明者等は、この原因についてコア部の中心からクラッド側に向かって屈折率が急激に変化して極大値をなす極大屈折率ｎ2 が、コアの周囲で変化しているのが原因ではないかと推測した。
【００１２】
そこで、次のような実験を行い、コアの周囲での極大屈折率ｎ2 の揺らぎと偏波モード分散との関係を調査した。
先ず、図３に示すようにバーナーを配置し、ＶＡＤ法により光ファイバ用多孔質ガラス母材を形成した。バーナー３ａには、火炎形成用の酸素および水素ならびにガラス原料の四塩化珪素とドーパントの四塩化ゲルマニウムを供給して火炎中で反応させ、ゲルマニウムドープされた二酸化珪素ガラス微粒子を生成し、バーナー３ｂおよびバーナー３ｃには、酸素、水素および四塩化珪素を供給して二酸化珪素ガラス微粒子を生成し、これらガラス微粒子を回転しつつ遠ざかるターゲットに徐々に堆積させ、コア／クラッドからなる多孔質ガラス母材４を形成した。
【００１３】
この多孔質ガラス母材４を、図４に示すような外側に円環状のヒーター５を配した反応器６内に挿入し、回転させつつ約１２００℃まで加熱し、この温度で塩素系ガス雰囲気中で、ガラス中に取り込まれた水やＯＨ基を除去した。これらは、光ファイバの伝送損失の原因となる不純物である。
このとき、実際には、ガラス微粒子中のゲルマニウムも次の反応式で一部が揮散することが知られている。
ＧｅＯ2 ＋２Ｃｌ2 →ＧｅＣｌ4 ↑＋Ｏ2 ↑
さらに、加熱温度約１５００℃での不活性ガス雰囲気中で、ガラス微粒子体を透明ガラス化した。このときにもコア内のゲルマニウムの一部が拡散する。
本発明者等は、この多孔質ガラス母材の脱水・透明ガラス化工程におけるゲルマニウムの揮散量がコアの周方向で不均一になり、コアの周囲で極大屈折率ｎ2 の揺らぎが発生し、偏波モード分散値（ＰＭＤ）の増大を招いているのではと推測した。次に、これを確認する実験を行った。
【００１４】
実験では、多孔質ガラス母材を脱水・透明ガラス化させる際、多孔質ガラス母材の軸とヒーター軸とを同軸とせずに偏心させて多孔質ガラス母材をセットし、このずれ量（回転振れ幅）Ｓを変えて透明ガラス母材を作製した。
この後、クラッド部の残りの部分を外付け法により外付けし、さらに透明ガラス化を行い、光ファイバ用ガラス母材を作製した。
この母材の径方向の屈折率分布をプリフォームアナライザを用いて２２．５度ずつ回転させ、８方向からコア軸を通る径方向の屈折率分布を測定した。得られたｎ0 、ｎ1 およびｎ2 から屈折率の変化率Ｐを次式にもとづき算出して、母材の全周にわたって屈折率の変化率Ｐを求めた。
Ｐ（θ）＝｛ｎ2 （θ）−ｎ0 ｝／｛ｎ1 −ｎ0 ｝×１００［％］
なお、Ｐ（θ）、ｎ2 （θ）は、それぞれコアの軸中心から角度θの方向におけるＰ、ｎ2 の値である。
【００１５】
測定された屈折率分布の一例を図５に示す。図は、母材の全周にわたって屈折率の変化率Ｐを求めたものであり、さらに、変化率Ｐの最大値と最小値との差すなわち最大変化量Ｐd を複数の母材について求め、最大変化量Ｐd と上記ずれ量Ｓとの関係を図６に示した。図から、ずれ量Ｓが大きい程変化率Ｐの最大変化量Ｐd も大きくなっているのが認められる。
【００１６】
次に、この母材を加熱延伸してシングルモード光ファイバを作製し、その偏波モード分散を測定した。
図７は、偏波モード分散値（ＰＭＤ）と変化率Ｐの最大変化量Ｐd との関係を示したものである。最大変化量Ｐd を３０％以内におさめると偏波モード分散値（ＰＭＤ）は、０．１ｐｓ／√ｋｍ以下となり、実用的な範囲となる。
【００１７】
図８は、作製したシングルモード光ファイバにおける様々なタイプのコア部の屈折率分布形状を示し、（ａ）は中心屈折率ｎ1 より極大屈折率ｎ2 の方が高いケース、（ｂ）は中心屈折率ｎ1 より極大屈折率ｎ2 の方が低いケース、（ｃ）は中心屈折率ｎ1 と極大屈折率ｎ2 とがほぼ同じケース、（ｄ）は中心屈折率ｎ1 に比べて極大屈折率ｎ2 が極めて低いケースである。
このような中心屈折率ｎ1 と極大屈折率ｎ2 との関係の様々なケースにおいて、最大変化量Ｐd を３０％以内におさめると偏波モード分散値（ＰＭＤ）が、０．１ｐｓ／√ｋｍ以下となることが判明した。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、多孔質ガラス母材を脱水・透明ガラス化する際の多孔質ガラス母材の軸とヒーター軸とのずれ量Ｓを管理することにより、最大変化量Ｐd を３０％以内におさめることができ、このような最大変化量Ｐd が３０％以内の光ファイバ用母材を用いて加熱・延伸することにより、偏波モード分散値（ＰＭＤ）が０．１ｐｓ／√ｋｍ以下で偏波モード分散の小さいシングルモード光ファイバが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  偏波モード分散の大きいシングルモード光ファイバの母材段階での屈折率分布を示し、（ａ）は、母材の径方向における屈折率分布を示し、（ｂ）は、（ａ）の横軸のスケールを拡大して示したものである。
【図２】  光ファイバ用母材のコア部の屈折率分布の様々な態様を示す。
【図３】  ＶＡＤ法により多孔質ガラス母材を形成する様子を示す概略説明図である。
【図４】  反応器内で多孔質ガラス母材を脱水処理後、透明ガラス化する様子を示す概略説明図である。
【図５】  多孔質ガラス母材の全周にわたって測定された屈折率の変化率Ｐを示す。
【図６】  屈折率の変化率Ｐの最大変化量Ｐd と多孔質ガラス母材の軸とヒーター軸とのずれ量Ｓとの関係を示す。
【図７】  偏波モード分散値（ＰＭＤ）と屈折率の変化率Ｐの最大変化量Ｐd との関係を示す。
【図８】  （ａ）〜（ｄ）は、コア部の屈折率分布形状の様々なケース示す。
【符号の説明】
１・・・コア部
２・・・クラッド部
３ａ、３ｂ、３ｃ・・バーナー
４・・・多孔質ガラス母材
５・・・ヒーター
６・・・反応器
【図１】
0003897215.tif 000002
【図２】
0003897215.tif 000003
【図３】
0003897215.tif 000004
【図４】
0003897215.tif 000005
【図５】
0003897215.tif 000006
【図６】
0003897215.tif 000007
【図７】
0003897215.tif 000008
【図８】
0003897215.tif 000009