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技術 光ファイバ

出願人 住友電気工業株式会社
発明者 川口雄揮山本義典平野正晃
出願日 2015年1月21日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2015-009375
公開日 2015年9月24日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2015-166853
状態 特許登録済
技術分野 光ファイバ、光ファイバ心線
主要キーワード 内クラッド 一階微分 ノンゼロ 外半径 実効断面積 ジョイントボックス 伝送機器 シングルモード伝送
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年9月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

W型屈折率分布を有し実使用の曲げ半径での曲げ損失が低減された光ファイバを提供する。

解決手段

光ファイバは、コアと、コアを取り囲みコアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、内クラッドを取り囲みコアの屈折率より小さく内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有し、曲げ半径Rにおける曲げ損失α(R)としたときRによるα(R)の一階微分が最小となる曲げ半径Rtが25mm以下である。

概要

背景

信号光伝送する伝送路として光ファイバを用いる光伝送システムにおいて、信号対雑音比SN比)を改善するため、光ファイバは低損失かつ低非線形であることが要求される。光ファイバの非線形性を低減するためには、光ファイバの実効断面積を大きくすることが有効である。一方で、光ファイバの実効断面積を拡大するためにコア径を拡大すると、高次モード伝搬してしまう。そこで、モード間の干渉による信号劣化を防ぐため、光ファイバの実効的なLP11モードのカットオフ波長信号光波長以下、例えばCバンド(1530〜1565nm)で信号光を伝搬させる場合には、1530nm以下であることが要求される。

1530nm以上の波長において実効的にシングルモードにするとともに実効断面積を拡大することができる光ファイバの屈折率分布として、W型屈折率分布が知られている。W型屈折率分布を有する光ファイバは、コアと、コアを取り囲みコアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、内クラッドを取り囲みコアの屈折率より小さく内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有する。

概要

W型屈折率分布を有し実使用の曲げ半径での曲げ損失が低減された光ファイバを提供する。光ファイバは、コアと、コアを取り囲みコアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、内クラッドを取り囲みコアの屈折率より小さく内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有し、曲げ半径Rにおける曲げ損失α(R)としたときRによるα(R)の一階微分が最小となる曲げ半径Rtが25mm以下である。

目的

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、W型屈折率分布を有し実際に使用される曲げ半径での曲げ損失が低減された光ファイバを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

コアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より小さく前記内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有し、曲げ半径Rにおける曲げ損失α(R)としたときRによるα(R)の一階微分が最小となる曲げ半径Rtが25mm以下である、光ファイバ

請求項2

実効断面積が110μm2以上170μm2以下であり、カットオフ波長が1600nm以下である、請求項1に記載の光ファイバ。

請求項3

実効断面積が110μm2以上160μm2以下である、請求項2に記載の光ファイバ。

請求項4

実効断面積が120μm2以上140μm2以下である、請求項3に記載の光ファイバ。

請求項5

カットオフ波長が1500nm以下である、請求項2〜4の何れか1項に記載の光ファイバ。

請求項6

前記コアの半径aと前記内クラッドの外半径bとの比b/aが2.0より大きく4.5以下であり、前記内クラッドに対する前記外クラッドの比屈折率差が0.01%以上0.15%以下である、請求項1〜5の何れか1項に記載の光ファイバ。

請求項7

前記コアの直径が12.0μm以上15.5μm以下であり、前記内クラッドに対する前記コアの比屈折率差が0.25%以上0.35%以下である、請求項6に記載の光ファイバ。

請求項8

前記コアの直径が12.0μm以上14.5μm以下である、請求項7に記載の光ファイバ。

請求項9

前記コアの中心にコアの屈折率より低い屈折率を有するディプレストを有する請求項6に記載の光ファイバ。

請求項10

前記コアの直径が12.0μm以上15.5μm以下であり、前記コアの半径aと前記ディプレストの半径dとの比がa/dが2.2以上4.0以下であり、前記ディプレストの屈折率深さが0.01%以上0.15%以下である、請求項9に記載の光ファイバ。

請求項11

前記コアの直径が12.0μm以上14.0μm以下である、請求項10に記載の光ファイバ。

請求項12

請求項1〜11の何れか1項に記載の光ファイバを光伝送路として備える光ファイバ伝送路

技術分野

0001

本発明は、光ファイバに関するものである。

背景技術

0002

信号光伝送する伝送路として光ファイバを用いる光伝送システムにおいて、信号対雑音比SN比)を改善するため、光ファイバは低損失かつ低非線形であることが要求される。光ファイバの非線形性を低減するためには、光ファイバの実効断面積を大きくすることが有効である。一方で、光ファイバの実効断面積を拡大するためにコア径を拡大すると、高次モード伝搬してしまう。そこで、モード間の干渉による信号劣化を防ぐため、光ファイバの実効的なLP11モードのカットオフ波長信号光波長以下、例えばCバンド(1530〜1565nm)で信号光を伝搬させる場合には、1530nm以下であることが要求される。

0003

1530nm以上の波長において実効的にシングルモードにするとともに実効断面積を拡大することができる光ファイバの屈折率分布として、W型屈折率分布が知られている。W型屈折率分布を有する光ファイバは、コアと、コアを取り囲みコアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、内クラッドを取り囲みコアの屈折率より小さく内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有する。

先行技術

0004

特開2011-197667号公報

発明が解決しようとする課題

0005

光ファイバを実際に使用する際には、中継器送受信装置ケーブルジョイントボックス等で光ファイバの余長曲げ収納する必要があり、そのときの曲げ半径は、例えば25mm程度である。例えば、海底光ファイバ伝送路が敷設される光伝送システムでは、光ファイバはジョイントボックス内に曲げ半径25mmで余長収納される場合がある。

0006

しかし、従来では、光ファイバの曲げ損失は曲げ半径10mmでの値で議論されることがほとんどであり、光ファイバが実際に使用される曲げ半径における曲げ損失の検討は少ない。例えば、特許文献1では、曲げ半径10mmにおける曲げ損失を低くするための光ファイバの屈折率分布の設計方法が提案されているが、例えば、25mmといった光ファイバが実際に使用される曲げ半径での検討はなされていない。

0007

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、W型屈折率分布を有し実際に使用される曲げ半径での曲げ損失が低減された光ファイバを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明の光ファイバは、コアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より小さく前記内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有し、曲げ半径Rにおける曲げ損失α(R)としたときRによるα(R)の一階微分が最小となる曲げ半径Rtが25mm以下である。

発明の効果

0009

本発明によれば、W型屈折率分布を有し実際に使用される曲げ半径での曲げ損失が低減された光ファイバを提供することができる。

図面の簡単な説明

0010

光ファイバの屈折率分布を示す図である。
曲げられた光ファイバの等価的な屈折率分布を示す図である。
W型屈折率分布の光ファイバの曲げ損失と曲げ半径との関係を示すグラフである。
W型屈折率分布の光ファイバの曲げ損失の一階微分と曲げ半径との関係を示すグラフである。
実施例1〜18の光ファイバの諸元を纏めた表である。
光ファイバの屈折率分布の変形例を示す図である。
実施例21〜38の光ファイバの諸元を纏めた表である。
光伝送システム1の構成を示す図である。

実施例

0011

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0012

本発明の光ファイバは、屈折率n1を有するコアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より小さい屈折率n2を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より小さく前記内クラッドの屈折率より大きい屈折率n3を有する外クラッドと、を有し、曲げ半径Rにおける曲げ損失α(R)としたときRによるα(R)の一階微分が最小となる曲げ半径Rtが25mm以下である。

0013

光ファイバの非線形性を低減するためには、実効断面積を大きくすることが有効である。一方で、実効断面積が大きくなると、既に光伝送路として敷設されていたり、伝送機器に使用されているITU−T G.652シリーズ準拠する通常のシングルモードファイバ、ITUーT G.653シリーズに準拠する分散シフトファイバ、ITUーT G.655、G.656シリーズに準拠するノンゼロ分散シフトファイバとの接続損失が大きくなり、結果としてOSNRが低くなってしまう場合がある。そのため、波長1550nmでの実効断面積は110μm2以上170μm2以下であるのが好適である。カットオフ波長は1600nm以下であるのが好適である。これにより、1530nm以上の波長において実効的なシングルモード伝送保証することができる。また、実効断面積が120μm2以上160μm2以下であるのが好適であり、実効断面積が120μm2以上140μm2以下であるのが更に好適であり、カットオフ波長が1500nm以下であるのが好適である。ここで、カットオフ波長とは、ITU−T G.650.1において定義されるファイバカットオフ波長である。

0014

前記コアの半径aと前記内クラッドの外半径bとの比b/aが2.0以上4.5以下であり、前記内クラッドに対する前記外クラッドの比屈折率差Δ2=100×(n3−n2)/n3[%]が0.01%以上0.15%以下であるのが好適である。前記コアの直径が12.0μm以上15.5μm以下であるのが好適であり、前記コアの直径が12.0μm以上14.5μm以下であるのが更に好適であり、前記内クラッドに対する前記コアの比屈折率差Δ1=100×(n1−n2)/n1[%]が0.25%以上0.35%以下であるのが好適である。

0015

前記コアの中心にコアの屈折率より低い屈折率n0を有するディプレストを有するのが好適である。また、前記コアの直径が12.0μm以上15.5μm以下であるのが好適であり、前記コアの直径が12.0μm以上14.0μm以下であるのが更に好適であり、前記コアの半径aと前記ディプレストの半径dとの比がa/dが2.2以上4.0以下であり、前記ディプレストの屈折率深さΔ1‘=100×(n1−n0)/n1[%]が0.01%以上0.15%以下であるのが好適である。

0016

本発明の光ファイバ伝送路は、上記の本発明の光ファイバを光伝送路として備える。

0017

本願発明の実施形態について以下に説明する。

0018

図1は、光ファイバの屈折率分布を示す図である。この光ファイバはW型屈折率分布を有する。すなわち、この光ファイバは、コアと、コアを取り囲む内クラッドと、内クラッドを取り囲む外クラッドと、を有する。内クラッドの屈折率n2は、コアの屈折率n1より小さい。外クラッドの屈折率n3は、コアの屈折率n1より小さく、内クラッドの屈折率n2より大きい。光ファイバは、石英ガラスからなり、各領域には必要に応じて屈折率調整剤が添加される。同図に示されるように、コアの半径をaとし、内クラッドの外半径をbとする。内クラッドの屈折率を基準として、コアの比屈折率差をΔ1=100×(n1−n2)/n1[%]とし、外クラッドの比屈折率差をΔ2=100×(n3−n2)/n3[%]とする。

0019

図2は、曲げられた光ファイバの等価的な屈折率分布を示す図である。光ファイバが曲げられると、同図に示されるように、その光ファイバの等価的な屈折率分布は、曲げの中心から外側に向かって曲げ径の逆数に比例した傾きをもつため、径の外側に行くほど等価的なクラッドの屈折率が高くなる。等価的なクラッドの屈折率が、LP01モードの実効屈折率と等しくなる径の位置より外側では、LP01モードの光が漏洩し、曲げ損失が生じる。

0020

W型屈折率分布の光ファイバは、内クラッドと外クラッドとを有する。曲げ半径が小さい場合は、内クラッドの領域でLP01モードの実効屈折率と等しくなる。曲げ半径が大きくなると、内クラッドと外クラッドの界面でLP01モードの実効屈折率が等しくなる。さらに曲げ半径が大きくなると、外クラッドの領域でLP01モードの実効屈折率が等しくなる。W型屈折率分布の光ファイバは、LP01モードの実効屈折率と外クラッドの等価的な屈折率とが等しくなる曲げ半径を境に曲げ損失特性が大きく変化する。

0021

図3は、W型屈折率分布の光ファイバの波長1550nmにおける曲げ損失と曲げ半径との関係を示すグラフである。ここでは、コアの直径2aを12.8μmとし、コア半径および内クラッドの外半径の比b/aを3.6とし、内クラッドの屈折率を基準として、コアの比屈折率差Δ1を0.29%とし、外クラッドの比屈折率差Δ2を0.07%とした。同図に示されるように、曲げ半径24mmを境に曲げ損失特性が2桁程度変化している。

0022

図4は、W型屈折率分布の光ファイバの波長1550nmにおける曲げ損失の一階微分と曲げ半径との関係を示すグラフである。同図の縦軸は、α(R)[dB/m]を曲げ半径R[mm]における曲げ損失として、Rによるα(R)の一階微分を表す。同図に示されるように、曲げ損失α(R)の一階微分が最小となる曲げ半径Rtは24mmである。曲げ損失α(R)の一階微分が最小となる曲げ半径Rtは、基本モードの実効屈折率と等価的な屈折率分布との関係で決まる。したがって、光ファイバの構造を適切に設計することでRtを実際に使用される曲げ径以下とし、実際に使用される曲げ径での曲げ損失を低くすることができる。

0023

光ファイバのLP01モードの実効屈折率は光ファイバの屈折率分布構造で決まる。b/aを小さくすると、内クラッドと外クラッドとの間の界面が中心コアに近くなるので、LP01モードの実効屈折率と外クラッドの等価的な屈折率が等しくなる曲げ半径を小さくすることでき、Rtを小さくすることができるので、b/aを4.5以下にするのが好適である。また、内クラッドと外クラッドとの屈折率差を小さくすることによっても、同様にRtを小さくすることができるので、Δ2を0.15%以下にするのが好適である。

0024

図5は、実施例1〜18の光ファイバの諸元を纏めた表である。これらの光ファイバは、図1に示された屈折率分布を有し、Rtが25mm以下である。同図には、各実施例の光ファイバについて、コアの直径2a、コア半径に対する内クラッドの外半径の比b/a、内クラッドの屈折率を基準として、コアの比屈折率差Δ1、外クラッドの比屈折率差Δ2、波長1550nmにおける実効断面積Aeff、カットオフ波長、Rt、曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失、および、曲げ半径25mmでの波長1550nmにおける曲げ損失、が示されている。

0025

図6は、光ファイバの屈折率分布の変形例を示す図である。この光ファイバも、W型屈折率分布を有し、加えてコアの中心にコアの屈折率よりも低い屈折率n0を有するディプレストを有する。同図に示されるように、ディプレストの半径をdとし、コアに対するディプレストの比屈折率差をΔ1'=100×(n1−n0)/n1[%]とする。

0026

図7は、実施例21〜38の光ファイバの諸元を纏めた表である。これらの光ファイバは、図6に示された屈折率分布を有し、Rtが25mm以下である。同図には、各実施例の光ファイバについて、コアの直径2a、ディプレストの比屈折率差Δ1'、コアの比屈折率差Δ1、コアおよびディプレストそれぞれの径の比a/d、コアおよび内クラッドそれぞれの径の比b/a、外クラッドの比屈折率差Δ2、波長1550nmにおける実効断面積Aeff、カットオフ波長、Rt、曲げ半径10mmでの波長1550nmにおける曲げ損失、および、曲げ半径25mmでの波長1550nmにおける曲げ損失、が示されている。

0027

図8は、光伝送システム1の構成を示す図である。光伝送システム1は、送信機10から中継器20を経て受信機30へ信号光を伝送するものである。送信機10と初段の中継器20との間、中継器20と次段の中継器20との間、および、最終段の中継器20と受信機30との間には、本実施形態の光ファイバを伝送路として用いた光ファイバ伝送路40が敷設されている。この光伝送システム1は、Rtが25mm以下であるW型屈折率分布を有する光ファイバを伝送路として用いた光ファイバ伝送路40を備えているので、実際に使用される曲げ半径での曲げ損失が低減され、低損失かつ低非線形性で信号光を伝送することができる。

0028

1…光伝送システム、10…送信機、20…中継器、30…受信機、40…光ファイバ伝送路。

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