(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＣＶＤ法を利用した光ファイバ母材製造方法において、
(a)  正の色分散値を有する光ファイバ屈折率分布を備えるコア及びクラッドをガラスチューブ内に均一に蒸着する段階と、
(b)  正の色分散値を有する前記母材に加熱源を利用して所定の周期に加熱することにより、加熱された部分の母材が負の色分散値を有するようにエッチングする段階と、
(c)  長さ方向に正の色分散値を有する部分と負の色分散値を有する部分が交替に連結された母材をコラップスする段階と、からなるＭＣＶＤ法を利用した分散制御光ファイバ母材製造方法。
【請求項２】
前記エッチングする段階は、コアでなされる請求項１に記載のＭＣＶＤ法を利用した分散制御光ファイバ母材製造方法。
【請求項３】
前記加熱源は、トーチに構成される請求項１に記載のＭＣＶＤ法を利用した分散制御光ファイバ母材製造方法。
【請求項４】
前記エッチングする段階は、チューブ内にＦを含むガスを注入させる工程からなる請求項１に記載のＭＣＶＤ法を利用した分散制御光ファイバ母材製造方法。
【請求項５】
前記Ｆを含むガスは、ＣＦ4やＣ2Ｆ6を含む請求項４に記載のＭＣＶＤ法を利用した分散制御光ファイバ母材製造方法。
【請求項６】
ＭＣＶＤ法を利用して制作された光ファイバ母材において、
(a)  ＭＣＶＤ法を利用して正の色分散値を有する光ファイバの屈折率分布を長さ方向に有する第１光ファイバ母材部分と、
(b)  前記第１光ファイバ母材部分の間にトーチによって加熱工程が遂行され、負の色分散値を有する光ファイバ屈折率分布を有する第２光ファイバ母材部分が交替に連結されて長さ方向に一つの光ファイバ母材をなす分散制御光ファイバ母材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材及びその製造方法に関するもので、特に、分散制御光ファイバ母材及びＭＣＶＤ法(Modified Chemical Vapor Diposition method)を利用した分散制御光ファイバ母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの非常に広い帯域幅のため、光通信は長い時間の間、多くの関心を受けてきた。光ファイバは、髪の毛ほど細い光ファイバ一本を通じて数千個の電話チャネルと数百個のテレビジョンチャネルの伝送ができるほどに広い帯域幅を有している。光ファイバの伝送容量は伝送波長での色分散値が小さいほど増加するので、一番小さい光損失を有する波長帯である１５５０nmで色分散値が０である光ファイバが提案された。これを分散遷移光ファイバ(ＤＳＦ: Dispersion Shifted Fiber)という。その後、１５３０nmから１５６５nmの広い波長帯で光信号の増幅を可能にするエルビウム添加光ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ: Erbium Doped Fiber Amplifier)の開発は、一つの光ファイバ内に異なる波長帯の多数チャネルの光信号を共に伝送する波長分割多重(ＷＤＭ : Wavelength Division Multiplexing)方式をできるようにして光伝送容量をさらに増加させ得る基盤になった。しかし、分散遷移光ファイバで波長分割多重方式を利用した光通信では、４−ウェーブ−ミキシング(four-wave-mixing)効果のような相異なる波長帯の信号間の非線形相互作用がシステムの性能を非常に低下させる。
【０００３】
このような問題はAndrew R. Chraplyvyなどにより発明され特許登録された米国特許番号第５、３２７、５１６号(OPTICAL FIBER FOR WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING)で、光伝送波長帯で２〜６ps/km-nmの少ない量の色分散値を有する光ファイバを投入して解決した。このように非線形効果を抑制するために少ない量の色分散値を有する光ファイバをＮＺＤＳＦ(Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)という。代表的なＮＺＤＳＦにルーセントテクノロジー(Lucent Technology)のＴｒｕｅＷａｖｅ(登録商標)光ファイバとコーニング(corning)社のＬＥＡＦ(登録商標)(Large Effective Area Advantage Fiber)などがある。特に、最近に発表されたルーセントテクノロジー(lucent technology)社のＴｒｕｅＷａｖｅ(登録商標)ＲＳ光ファイバは、既存の光ファイバに比べてＣ−ｂａｎｄ(１５３０〜１５６５nm)(Conventional-band)のみならず、Ｌ−ｂａｎｄ(１５６５〜１６１０nm)(Long-band)でも低い色分散値を有するように形成された。これに対してコーニング社のＬＥＡＦ(登録商標)は、他の光ファイバに比べてさらに広い有効面積(effective area)を有する利点がある。このような事項がYanming Liuなどにより発明され特許登録された米国特許番号第５、８３５、６５５号明細書(LARGE EFFECTIVE AREA WAVEGUIDE FIBER)に詳細に開示されている。光ファイバの有効面積が広いほど光ファイバの非線形効果は減少するので、広い有効面積を有するものもＮＺＤＳＦとして大きな利点である。
【０００４】
ＮＺＤＳＦは色分散値が小さいであるが、零でないので伝送距離が長い場合には分散と伝送距離の積が続けて増加するので、結局には色分散によりパルスが広がることを避けないようになる。このような問題を解決するために、それぞれ正及び負の色分散値を有する二つのＮＺＤＳＦを交替に連結して、どんなに伝送距離が長くても分散と伝送距離の積がどの限界値以上に増加しないようにする方法が提案された。これを分散制御(dispersion management)という。分散制御されたＷＤＭシステム(dispersion managed WDM system)は一番理想的な光通信方式と言われる。
【０００５】
分散制御ラインを構成するために、今まで使用された方式は、正及び負の色分散値を有する光ファイバを完全に独立した製造過程に別に制作した後、この光ファイバを交替に連結する構成であった。このような方式は一つの長い光ファイバラインに沿って二つの異なる種類の光ファイバを交替に設置すべきであるので、光通信ケーブルの設置に多くの問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ＭＣＶＤ法を利用した分散制御光ファイバ母材及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、一つの光ファイバ母材において、一定な長さでは正の色分散値を有し、その次の一定な長さでは負の色分散値を交替に有する分散制御光ファイバ母材及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、一つの光ファイバ母材から引き出された光ファイバが一定な長さでは正の色分散値を有し、その次の一定な長さでは負の色分散値を有する分散制御光ファイバ母材及びその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、ＭＣＶＤに光ファイバ母材製造時、長さ方向に屈折率分布を変える方法に、蒸着過程までは長さ方向に均一に蒸着し、チューブをコラップスする過程前で屈折率変化を与えたい部分のみにエッチングをした分散制御光ファイバ母材及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、ＮＺＤＳＦ＋とＮＺＤＳＦ−に該当する屈折率分布が母材中心のコア層の厚さのみ異なり、その他の部分は同じ屈折率分布を有するように設計された分散制御光ファイバ母材及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明はＭＣＶＤ法を利用した光ファイバ母材製造方法において、(a)正の色分散値を有する光ファイバ屈折率分布を備えるコア及びクラッドをガラスチューブ内に均一に蒸着する段階と、(b)正の色分散値を有する前記母材に加熱源を利用して所定の周期に加熱することにより、加熱された部分の母材が負の色分散値を有するようにエッチングする段階と、(c)長さ方向に正の色分散値を有する部分と負の色分散値を有する部分が交替に連結された母材をコラップスする段階とからなる。
【００１０】
上述した段階になされた分散制御光ファイバ母材は、ＭＣＶＤ法を利用して制作された光ファイバ母材において、(a)ＭＣＶＤ法を利用して正の色分散値を有する光ファイバの屈折率分布を長さ方向に有する第１光ファイバ母材部分と、(b)前記第１光ファイバ母材部分の間にトーチによって加熱工程が遂行され、負の色分散値を有する光ファイバ屈折率分布を有する第２光ファイバ母材部分が交替に連結されるように構成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従う好適な実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能または構成に関する具体的な説明は省略する。
図１を参照してＭＣＶＤ法に対して簡単に説明すると下記のようである。水平棚に装着された両チャック１２にガラスチューブを固定し、矢印▲１▼方向にガラスチューブ(Ｔ)を回転させ、トーチ１４を矢印▲３▼方向へ移動させつつ、ガラスチューブ(Ｔ)を加熱する。この時、ガラスチューブ(Ｔ)内にＳｉＣｌ4とその外の化学物を酸素ガスに乗せて気体の形態に矢印▲２▼方向に供給しつつ、ガラスチューブ内部に蒸着させる工程である。次に蒸着工程後にコラップス工程(collapsing)とクロージング工程(closing)を進行して一つの光ファイバ母材(preform)を制作するようになる。このようなＭＣＶＤ法は該当分野で通常の知識を有した者であれば容易に理解できるだろう。
【００１２】
このようなＭＣＶＤ法は長さ方向に均一な石英チューブ(Ｔ)(quartz tube)に、内へはＳｉＣｌ4とその外の化学物を酸素ガスに乗せて気体の形態に供給しつつ、チューブ外ではトーチ(torch)を一定な速度に移動させつつ加熱して、長さ方向に均一に蒸着が起こるようにするシステムであるので、長さ方向に従って屈折率分布を変えることは非常に難しい。
【００１３】
一つの光ファイバ母材を均一な径を有するように一定に引き出して形成される光ファイバケーブルが、長さに従って正及び負の色分散値を交替に有するようにするためには、長さ方向に従って正の色分散光ファイバに対応する屈折率分布と負の色分散光ファイバに対応する屈折率分布を一定な長さずつ交替に有する光ファイバ母材の開発が先行されるべきである。図２はこのような特性を有する光ファイバ母材を示しており、以下では光伝送波長帯で色分散値が零ではなく、全体色分散効果は消える原理を説明する。
【００１４】
図２に示された光ファイバ母材を開発するためには、光伝送波長帯で２．５〜６ps/km-nmの少ない量の色分散値を有する光ファイバ(ＮＺＤＳＦ＋)の屈折率分布と、これに対応する類似な大きさの負の色分散値を有する光ファイバ(ＮＺＤＳＦ−)の屈折率分布を設計すべきである。ここで難しいところは、この二つの異なる屈折率分布がＭＣＶＤを利用して制作される光ファイバ母材で長さ方向に一定な間隔に周期的に交替されるようにすべきであるというものである。
本発明は図２のような特性を有する光ファイバ母材の制作を可能にするＮＺＤＳＦ＋とＮＺＤＳＦ−に対する屈折率分布を探し、このような特性を有する光ファイバ母材をＭＣＶＤ法に製造する方法を開発することにある。
【００１５】
本発明では先ずＭＣＶＤ法に光ファイバ母材を製造する場合、長さ方向に屈折率分布を変える方法に、蒸着過程までは長さ方向に均一に蒸着し、チューブをコラップスする過程の直前で屈折率変化を与えたい部分のみにトーチを利用してエッチング工程を遂行する。上述したエッチング工程は、チューブ内にＣＦ4やＣ2Ｆ6のようなＦを含むガスを注入させつつ、チューブ外ではトーチに２０００℃以上に非常に熱く加熱してなされる。このようなエッチング工程を遂行すると、Ｆと接触するチューブ内側面のガラスが削らせるようになるので、エッチングをした部分に該当する光ファイバ母材は、コアの直径大きさがさらに小さくなるような効果を有するようになる。
【００１６】
上述したような方法を使用すると、ＭＣＶＤ法を利用した母材制作の全過程で既存の母材制作方法と大きな差なし、長さ方向に従って屈折率分布を効果的に変化させることができる。ただ、このような方法を利用して光ファイバ母材を制作するためには、ＮＺＤＳＦ＋とＮＺＤＳＦ−に該当する屈折率分布が母材中心のコア層の厚さのみ異なり、その他の部分は同じ屈折率分布を有するように設計されるべきである。
【００１７】
図３は本発明による分散制御光ファイバ母材の屈折率分布を示すグラフである。図３に上述した条件を満足させる光ファイバ屈折率分布が示された。ここで屈折率差を示す量に導入されたΔ(％)は下記式１に定義される。
【００１８】
【数１】
0003746427.tif 000002
ここで、ｎcは、純粋なガラスの屈折率である。
【００１９】
図２に示された二つの屈折率分布でそれぞれＮＺＤＳＦ＋とＮＺＤＳＦ−は、光ファイバ中央のコア層の厚さのみ異なり、その他の部分の屈折率分布は同じであるので、ＭＣＶＤを利用した光ファイバ母材制作過程で正の色分散値を有する光ファイバ屈折率分布に対応するようにチューブにクラッド層とコア層を蒸着した後、最後のコラップス工程前で負の色分散光ファイバに該当する母材の部分のみエッチングにより中央コア層の一部分を除去すると、それぞれ正及び負の色分散値を有する二種類の光ファイバが交替に連結されている分散処理ラインに該当する光ファイバ母材が制作される。
【００２０】
このような方法に分散制御光ファイバのための母材を制作する場合、さらに一つの利点は、エッチング工程がトーチを非常に徐々に移動させつつ、負の色分散値を有する該当部分のみになされるので、ＮＺＤＳＦ＋とＮＺＤＳＦ−に該当する母材の屈折率変化周期を非常に短くようにすると、引き出された光ファイバの色分散変化周期に短くなるので、色分散と伝送長さの積の最大値が小さくなり、従って伝送長さに関係なし色分散によるパルス広がりを効果的に抑制することができる。即ち、エッチングがなされるガラスチューブの周期を変更させることによって多様な周期を有する分散制御光ファイバの制作が可能である。また、このような光ファイバ母材制作が可能であることに従って、分散制御光ファイバ母材から正及び負の色分散値を有する光ファイバの引き出しが可能である。
【００２１】
図４は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでの波長帯で図３の屈折率分布を有する光ファイバの色分散値を示す。正の色分散光ファイバ（ＮＺＤＳＦ＋）は波長に従って正の傾きを有する反面、負の色分散光ファイバ（ＮＺＤＳＦ−）は波長に従って負の傾きを有し、両側光ファイバの色分散値の大きさはほぼ同じであるので、正及び負の色分散光ファイバを同じ長さに交替に連結する場合、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの波長帯全体にわたって分散制御がほぼ完全になされる。
【００２２】
図３の屈折率分布を有する光ファイバのモード特性は、正の色分散光ファイバの１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまで色分散値は４．１０ｐｓ／ｋｍ−ｎｍから４．３６／ｋｍ−ｎｍであり、１５５０ｎｍ波長で色分散傾きは０．００６５ｐｓ／ｋｍ−ｎｍ2であり、ＬＰHモード遮断波長は１．１７μｍであり、１５５０ｎｍ波長でモードフィルタ直径は７．５６μｍである。
負の色分散光ファイバの１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまで色分散値は−４．１９ｐｓ／ｋｍ−ｎｍから−５．６１／ｋｍ−ｎｍであり、１５５０ｎｍ波長で色分散傾きは−０．０３５８ｐｓ／ｋｍ−ｎｍ2であり、ＬＰH モード遮断波長は１．１４μｍであり、１５５０ｎｍ波長でモードフィルタ直径は８．３９μｍである。
【００２３】
図３の屈折率分布を有する光ファイバは、図４に示された波長に対する色分散傾きが非常に小さいので、それ自体優秀なＮＺＤＳＦ＋とＮＺＤＳＦ−として一方だけでも使用され得る。一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明したが、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは勿論である。従って、本発明の範囲は前記実施形態によって限られてはならず、特許請求の範囲とそれに均等なものによって定められるべきである。
【００２４】
【発明の効果】
以上から述べてきたように、本発明は、正及び負の色分散値を有するＮＺＤＳＦが交替に連結されているような効果を有する分散制御光ファイバを一つの光ファイバ母材からすぐに引き出す方法に対して提示した。従って、本発明は光ファイバ母材を制作する場合、一つの母材を一定な径の光ファイバに引き出して光ケーブルを形成すると、その光ケーブル自体が分散処理ラインになる。また、本発明で提示した屈折率分布を有する正及び負の色分散光ファイバは伝送波長に従って非常に平らな色分散光ファイバ分布を有するので、それ自体優秀なＮＺＤＳＦ＋とＮＺＤＳＦ−として一方だけでも使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  通常的なＭＣＶＤ法を利用した光ファイバ母材製造装置を概略的に示した構成図である。
【図２】  本発明による光ファイバ母材を示し、光伝送波長帯で色分散値が零ではなく、かつ全体色分散効果は消える原理を説明した図である。
【図３】  本発明による分散制御光ファイバ母材の屈折率分布を示すグラフである。
【図４】  １５３０nmから１５６５nmまでの波長帯で図３の屈折率分布を有する光ファイバの色分散値を示すグラフである。
【符号の説明】
１２  チャック
１４  トーチ
【図１】
0003746427.tif 000003
【図２】
0003746427.tif 000004
【図３】
0003746427.tif 000005
【図４】
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