(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドとを有し、前記クラッドは少なくとも２層で構成され、前記コアが、中心部に位置し、前記クラッドの最内層よりも屈折率が高い第１コアと、前記第１コアの外周に位置し、前記クラッドの最内層よりも屈折率が低い第２コアを含む少なくとも２層で構成される光ファイバにおいて、
前記クラッドの最内層における線引き時の粘度が前記コアの最外層における線引き時の粘度に対して、その粘度比が１．４以上、１．７以下であり、前記クラッドは外側の層ほど線引き時の粘度が高く、前記クラッドの最外層における線引き時の粘度が前記クラッドの最内層における線引き時の粘度に対して、その粘度比が１．１であることを特徴とする光ファイバ。
ただし、前記光ファイバの外側から見て、前記クラッドの最外層との比屈折率差が０．０５％よりも大きい、または−０．０５％よりも小さい層より内側を前記コアとする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などに用いられる光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバを用いた光伝送における伝送容量を増大させる技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）光伝送についての研究開発が盛んに行われており、ＷＤＭ光伝送に好適に用いられる光ファイバについても多くの検討がなされている。
【０００３】
ＷＤＭ光伝送に使用する光ファイバとして、使用波長帯にゼロ分散をもたない分散シフト光ファイバ（ＮＺＤＳＦ）が開発されている。このＮＺＤＳＦは、四光波混合がほとんど起こらず、また非線形性も十分に小さくなるように設計される。
【０００４】
最近になり、ＷＤＭ光伝送システムの使用波長帯として、伝送容量の増大を目的として、従来の使用波長帯である１５３０〜１５７０ｎｍ帯の外側における光伝送が検討され、例えば波長１４５０〜１５３０ｎｍの範囲で使用可能な光ファイバが求められている。
また、従来の使用波長帯である１５３０〜１５７０ｎｍのＷＤＭ光伝送システムにおいても、ラマン増幅を用いた光伝送システムを実現するために、励起光源の波長は使用波長帯より約１００ｎｍ短波長側の約１４３０ｎｍまで短波長化されるが、そこで使用可能な光ファイバが求められている。
このような光ファイバは、少なくとも波長１４５０〜１５３０ｎｍ、望ましくは波長１４００〜１５３０ｎｍにおいて低損失であることが要求されている。また、ケーブル化に当たっては、曲げ損失を所定以下とすることも要求されている。
【０００５】
ところで、光ファイバには、波長１３８０ｎｍ付近では水酸基の吸収による損失が発生しやすく、その影響により波長１５３０ｎｍより短波長側の伝送損失が大きくなるという問題がある。そこで、波長１３８０ｎｍ付近における水酸基の吸収による損失を低減することが必要になる。
【０００６】
波長１３８０ｎｍ付近における水酸基の吸収による損失を低下させるための手法としては、米国特許６１３１４１５号には、水酸基の濃度を低減することにより、波長１２００〜１６００ｎｍの全波長領域における光伝送が可能となる技術が開示されている。
【０００７】
また、米国特許５８３８８６６号および６１２８９２８号には、コアに隣接するクラッド部分に、その屈折率を実質的に上昇させない程度のゲルマニウムを添加することで、波長１３８０ｎｍ付近における水酸基の吸収による損失を低下させる技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、上記米国特許で開示されている技術はいずれも、クラッド領域とコア領域に屈折率分布の変化がない、ほぼ矩形の単純な屈折率分布を有する光ファイバの特性の改善を目的としている。
【０００９】
換言すると、波長１４５０〜１５３０ｎｍ付近において低損失である光ファイバは、シングルモード光ファイバなどの単純な屈折率分布を有する光ファイバについては知られているが、ＮＺＤＳＦのような複雑な屈折率分布を有する光ファイバついては知られていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＮＺＤＳＦのような複雑な屈折率分布を有する光ファイバは、波長１４５０〜１５３０ｎｍの範囲で使用するには、以下のような問題を有していた。即ち、
１）波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が、一般に１ｄＢ／ｋｍ以上と大きい。この波長における伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以上になると、波長１５００ｎｍより短波長側、特に１４００〜１４５０ｎｍでの伝送損失が増大するようになる。
２）波長１５２０ｎｍ付近などにいわゆる水素ロスが増加しやすい。これは、光ファイバ母材製造時に界面となる箇所が多いためであり、また、線引時の残留応力（熱膨張応力と線引き時の張力に起因する応力）などによる欠陥が発生しやすいためである。
そこで、本発明では、コアの構造が２層以上である複雑な屈折率分布を有する光ファイバであって、従来の標準的とされるシングルモード光ファイバと比較して、分散の絶対値が小さいか、分散のスロープが小さいか、あるいは両者ともに小さい、海底布設あるいは陸上系の伝送路に用いる光ファイバに対して、波長１４５０〜１５３０ｎｍの範囲で低損失である光ファイバを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成すべくなされたもので、請求項１記載の発明は、コアとクラッドとを有し、前記クラッドは少なくとも２層で構成され、前記コアが、中心部に位置し、前記クラッドの最内層よりも屈折率が高い第１コアと、前記第１コアの外周に位置し、前記クラッドの最内層よりも屈折率が低い第２コアを含む少なくとも２層で構成される光ファイバにおいて、前記クラッドの最内層における線引き時の粘度が前記コアの最外層における線引き時の粘度に対して、その粘度比が１．４以上、１．７以下であり、前記クラッドは外側の層ほど線引き時の粘度が高く、前記クラッドの最外層における線引き時の粘度が前記クラッドの最内層における線引き時の粘度に対して、その粘度比が１．１であることを特徴とするものである。
ただし、前記光ファイバの外側から見て、前記クラッドの最外層との比屈折率差が０．０５％よりも大きい、または−０．０５％よりも小さい層より内側を前記コアとする。
【００１７】
請求項１記載の発明は、鋭意実験的に検討した結果得られたものである。
すなわち、請求項１記載のように、クラッドの最内層における線引き時の粘度がコアの最外層における線引き時の粘度に対して、その粘度比を１．４以上、１．７以下にすると、光ファイバを線引きする際に最外層のコアに残留する歪みを減少させることができ、コア内に生じる欠陥を少なくできるので、１３８０ｎｍ帯の水酸基による伝送損失を低下させることができる。なお、上記粘度比が１．２よりも小さくなると、線引き時にコアの最外層の残留歪みが大きくなり、欠陥が生じ易くなって、伝送損失が大きくなる。また、上記粘度比が５．０より大きくなると、コアの粘度が小さくなりすぎ、多孔質ガラス母材の合成中や、線引き中に多数の発泡が生ずるようになり、光ファイバの歩留りが低下し、また、伝送損失も悪化する。
【００１８】
また、請求項１記載のように、クラッドは外側の層ほど線引き時の粘度が高く、かつ、前記クラッドの最外層における線引き時の粘度が前記クラッドの最内層における線引き時の粘度に対して、その粘度比を大きくすると、この粘度条件を達成するためにクラッド最内層のフッ素、塩素あるいはゲルマニウムなどの添加物の添加量を増やすことになる。したがって、多孔質ガラス母材合成時の温度やガラス化温度を低くでき、ガラス母材内に発生する発泡を抑えることができる。また、線引き温度を絶対的に下げることになるので、線引きによる残留応力はコアに集中せず、多層からなるクラッド内の界面にも分散して、損失の原因となるコア内の欠陥を減少させることができる。また、この粘度比が１．１であると、この効果が実質的に得られるが、１０．０を超えると、多孔質ガラス母材の合成時や線引き時における発泡が多くなり、歩留りが低下する。
なお、請求項１における粘度の条件は、およそ、線引き時のガラス母材の温度範囲、１４００℃〜１８００℃で適用されるものとする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明にかかる光ファイバの一実施形態の径方向の屈折率分布および粘度分布を示す図である。なお、本実施形態における粘度は１４００〜１８００℃の温度範囲における粘度とする。
本実施形態は、コアがセンターコアとなる第１コア１１とその外側の第２コア１２の２層で構成されており、クラッドが内層の第１クラッド１３とその外側の第２クラッド１４から構成されている。
【００２０】
本実施形態の屈折率分布構造はいわゆるＷ型であって、図１（ａ）に示すように、第１コア１１の屈折率は第１クラッド１３の屈折率より高く、第２コア１２の屈折率は第１クラッド１３の屈折率より低くなっている。また、第１クラッド１３と第２クラッド１４はほぼ同等の屈折率を有している。ここで、ほぼ同等の屈折率とは、比屈折率差が±０．０５％の範囲にあることを意味する。
【００２１】
また、本実施形態の粘度分布は、図１（ｂ）に示すように、中心から外側にいくほど高くなり、第１コア１１、第２コア１２、第１クラッド１３、第２クラッド１４の順に粘度が大きくなっている。
【００２２】
本実施形態が従来と異なる特徴的なことは、クラッドが第１クラッド１３と第２クラッド１４の２層で構成されており、第２コア１２に隣接する第１クラッド１３の粘度が第２コア１２の粘度に対して、その粘度比が１．４以上、１．７以下の範囲にあり、また、第２クラッド１４の粘度が第１クラッド１３の粘度に対して、その粘度比が１．１であることである。
【００２３】
図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明にかかる光ファイバの他の実施形態の径方向の屈折率分布および粘度分布を示す図である。なお、本実施形態における粘度は１４００〜１８００℃の温度範囲における粘度とする。
本実施形態は、コアが内側から第１コア２１、第２コア２２、第３コア２３の３層からなり、クラッドが内側から第１クラッド２４、第２クラッド２５の２層からなる。
【００２４】
本実施形態の屈折率分布構造はいわゆるセグメント型であって、図２（ａ）に示すように、第１コア２１の屈折率および第３コア２３の屈折率は第１クラッド２４の屈折率より高く、第２コア２２の屈折率は第１クラッド２４の屈折率より低くなっている。また、第１クラッド２４と第２クラッド２５は同等の屈折率を有している。
【００２５】
また、本実施形態の粘度分布は、図２（ｂ）に示すように、中心から外側にいくほど高くなり、第１コア２１、第２コア２２、第３コア２３、第１クラッド２４、第２クラッド２５の順に粘度が大きくなっている。
【００２６】
本実施形態においても、第１クラッド２４の粘度の（第１クラッド２４に隣接する）第３コア２３の粘度に対する比は、１．４以上、１．７以下の範囲であり、また、第２クラッド２５の粘度が第１クラッド２４の粘度に対して、その粘度比は、１．１である。
【００２７】
（実施例１）
図１（ａ）、（ｂ）に示される屈折率分布構造と粘度分布構造を有する下記の光ファイバを試作した。
即ち、第１コア１１（外径６．８μｍ）の第１クラッド１３に対する比屈折率差は０．６％、第２コア１２（外径１６．２μｍ）の第１クラッド１３に対する比屈折率差は−０．１５％である。また、第１クラッド１３（外径３２〜４８μｍ）と第２クラッド１４（外径１２５μｍ）はほぼ同等の比屈折率を有する。
また、第１クラッド１３の粘度は第２コア１２の粘度の１．７倍であり、第２クラッド１４の粘度は第１クラッド１３の粘度の１．１倍である。
【００２８】
本実施例の光ファイバは、以下の工程で作製した。すなわち、
１）ＶＡＤ法を用いて、第１コア１１、第２コア１２及び第１クラッド１３となる部分までを一括合成して多孔質ガラス母材を作製する。この際に、第１コア１１と第１クラッド１３となる部分にはゲルマニウムを添加し、第２コア１２となる部分には添加物を加えない。
２）次いで、前記多孔質ガラス母材を脱水焼結炉にて脱水・フッ素添加・焼結して、全体にほぼ均一にフッ素を添加したガラスロッドを得る。この際、フッ素添加量は、線引き後の屈折率分布が上記の分布になるように調整する。
３）次いで、上記ガラスロッドを延伸してターゲットロッドを作製し、通常の方法により、前記ターゲットロッドの延伸時に水分や水酸基が入った部分を除去する。
４）次いで、上記ターゲットロッドの表面に第２クラッド１４となるガラス微粒子を堆積させる。
５）その後、脱水・焼結して光ファイバ母材とする。
６）上記の光ファイバ母材を線引き装置で外径約１２５μｍの光ファイバに線引きし、２層の被覆を施して外径約２５０μｍの光ファイバ心線とする。
【００２９】
なお、上述の水分や水酸基を除去する通常の方法としては、フッ酸水溶液に浸して削る方法や、機械的に削る方法、プラズマ火炎の熱でエッチングする方法などがある。
また、上記工程２）において、第１コア１１にフッ素が入らないように、多孔質ガラス母材を合成する際に第１コア１１の密度を０．４ｇ／ｃｍ3 以上に大きくすると、第１コア１１に過剰のドーパント（ゲルマニウム）をドープする必要がなくなり、コア全体の伝送損失を下げることができる。
さらに、コア１１、１２およびクラッド１３、１４の各層の粘度の管理については、ドーパント（フッ素およびゲルマニウム）のドープ量と粘度の関係が公知であることを利用して、比屈折率差を管理することにより、ドーパントのドープ量、言い換えれば粘度の管理を行うことができる。
【００３０】
本実施例の光ファイバは、以下の特性を示した。即ち、ゼロ分散波長は１３７５ｎｍ、波長１４５０ｎｍの分散値は４．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１４５０〜１５７０ｎｍの平均分散スロープは０．０５２ｐｓ／ｎｍ2 ／ｋｍであった。
また、この光ファイバの波長１３８０ｎｍ、波長１４５０ｎｍ、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失（単位：ｄＢ／ｋｍ）はそれぞれ、０．３８〜０．４０、０．２４〜０．２７、０．２０〜０．２２であった。さらに、曲げ径２０ｍｍにおける曲げ損失は１８〜２０ｄＢ／ｍであった。
【００３１】
したがって、本実施例の光ファイバは、波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が０．４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１４５０ｎｍの分散値が２〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲にあり、波長１４５０〜１５７０ｎｍの平均分散スロープが０．１ｐｓ／ｎｍ2 ／ｋｍ以下であり、ゼロ分散波長が１４００ｎｍより短波長側にあるという、ＮＺＤＳＦに好適な条件を満たしていることがわかる。
【００３２】
（実施例２）
図２（ａ）、（ｂ）に示される屈折率分布構造と粘度分布構造を有する下記の光ファイバを試作した。
即ち、第１コア２１（外径８．９μｍ）の第１クラッド２４に対する比屈折率差は０．５％、第２コア２２（外径１２．４μｍ）の第１クラッド２４に対する比屈折率差は−０．２％、第３コア２３（外径１６μｍ）の第１クラッド２４に対する比屈折率差は０．３％である。また、第１クラッド２４（外径３２〜４８μｍ）と第２クラッド２５（外径１２５μｍ）は同等の比屈折率を有する。
また、第１クラッド２４の粘度が第３コア２３の粘度に対して、その粘度比が１．４、第２クラッド２５の粘度が第１クラッド２４の粘度に対して、その粘度比が１．１である。
【００３３】
本実施例では、第１コア２１となる多孔質ガラス母材を合成し、ガラス化および延伸し、その後に順次連続して、第２コア２２となる多孔質ガラス母材を合成し、ガラス化および延伸し、さらにその後、第３コア２３となる多孔質ガラス母材を合成し、ガラス化および延伸する。次いで、第１クラッド２４となる多孔質ガラス母材を合成し、ガラス化および延伸する。各延伸後には、実施例１において述べたように、水分や水酸基が含まれないようにする処理を慎重に施す。その後、第２クラッド２５となる多孔質ガラス母材を合成し、脱水・焼結して光ファイバ母材とする。なお、各層の粘度の管理は前記実施例１と同様に行う。
このようにして得られた光ファイバ母材を線引き装置で外径約１２５μｍの光ファイバに線引きし、２層の被覆を施して外径約２５０μｍの光ファイバ心線とする。なお、必要に応じて、特に分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）の場合には、光ファイバ径や被覆径を変える。例えば、光ファイバ径は７０μｍ〜２００μｍ、被覆径は１００〜３００μｍとし、要求特性によって、小型化や曲げに強くする。
【００３４】
本実施例の光ファイバは、以下の光ファイバとしての特性を示した。即ち、ゼロ分散波長は１３９６ｎｍ、波長１４５０ｎｍの分散値は３．４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１４５０〜１５７０ｎｍの平均分散スロープは０．０５８ｐｓ／ｎｍ2 ／ｋｍであった。
また、この光ファイバの波長１３８０ｎｍ、波長１４５０ｎｍ、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失（単位：ｄＢ／ｋｍ）はそれぞれ、約０．３８、約０．２５、約０．２０であった。
したがって、本実施例の光ファイバは、実施例１と同様に、ＮＺＤＳＦに好適な条件を満たしていることがわかる。
【００３５】
本発明は上記実施例に限定されることはない。例えば、以下の屈折率分布構造と粘度分布構造であってもよい。すなわち、屈折率分布構造は、図３（ａ）に示すように、コアがセンターコアとなる第１コア３１、第１ディプレストコアとなる第２コア３２、セグメントコアとなる第３コア３３、第２ディプレストコアとなる第４コア３４から構成され、クラッドが内側から第１クラッド３５と第２クラッド３６とから構成されている。また、粘度分布構造は、図３（ｂ）に示すように、第１クラッド３５の粘度を第４コア３４の粘度の１．４倍以上、１．７倍以下に、第２クラッド３６の粘度を第１クラッド３５の粘度の１．１倍に設定する。
【００３６】
本実施例の光ファイバは、以下の工程で作製する。すなわち、
１）ＶＡＤ法を用いて、第１コア３１、第２コア３２、第３コア３３、第４コア３４及び第１クラッド３５となる部分までを一括合成して多孔質ガラス母材を作製する。この際、第１コア３１と第３コア３３にはゲルマニウムとフッ素を添加し、第２コア３２と第４コア３４にはフッ素またはフッ素と微量のゲルマニウムを添加する。
２）前記多孔質ガラス母材を脱水焼結炉にて脱水・フッ素添加・焼結して、全体にほぼ均一にフッ素を添加したガラスロッドを得る。この際、フッ素添加量は、線引き後の屈折率分布が上記の分布になるように調整する。
３）次いで、上記ガラスロッドを延伸してターゲットロッドを作製し、通常の方法により、前記ターゲットロッドの延伸時に水分や水酸基が入った部分を除去する。
４）次いで、上記ターゲットロッドの表面に第２クラッド３６となるガラス微粒子を堆積させる。
５）その後、脱水・燒結して光ファイバ母材とする。
６）上記の光ファイバ母材を線引き装置で外径約１２５μｍの光ファイバに線引きし、２層の被覆を施して外径約２５０μｍの光ファイバ心線とする。
なお、上記工程４）、５）において、ガラス微粒子を堆積させ、脱水・燒結する代わりに、ターゲットロッドにシリカのパイプを被せてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、波長１４５０〜１５３０ｎｍの範囲で低損失であり、また、ＷＤＭ光伝送に好適な光ファイバが得られるという優れた効果がある。また、本発明は分散値が負の場合でも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明にかかる光ファイバの一実施形態の屈折率分布および粘度分布を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、他の実施形態の屈折率分布および粘度分布を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、さらなる他の実施形態の屈折率分布および粘度分布を示す図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１    第１コア
１２、２２、３２    第２コア
１３、２４、３５    第１クラッド
１４、２５、３６    第２クラッド
２３、３３          第３コア
３４                第４コア
【図１】
0003933522.tif 000002
【図２】
0003933522.tif 000003
【図３】
0003933522.tif 000004