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JP4559458B2 - Optical fiber manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、光信号伝搬に供する光ファイバ製造方法に関し、特に光通信における伝送媒体として用いられる光ファイバ製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical fiber to be subjected to optical signal transmission, in particular to a method of manufacturing an optical fiber used as a transmission medium in optical communication.

一般に、光ファイバを用いた光通信では、コア部とクラッド部の屈折率差による全反射により、光信号がコア部に閉じ込められた状態で光ファイバ中を伝搬する。近年、光ファイバの断面に複数個の空孔を設けることにより、空気とガラスの屈折率差を利用した全反射によって、光信号を伝搬する光ファイバの研究開発が進められている。当該光ファイバは、従来のドーパントを添加した光ファイバに比べ、大きな屈折率差を得ることができるため、従来の光ファイバでは実現不可能な特性を実現することが可能である。   In general, in optical communication using an optical fiber, an optical signal propagates through the optical fiber in a state of being confined in the core portion due to total reflection due to a difference in refractive index between the core portion and the cladding portion. In recent years, research and development of an optical fiber that propagates an optical signal by total reflection using a difference in refractive index between air and glass by providing a plurality of holes in the cross section of the optical fiber has been advanced. Since the optical fiber can obtain a large difference in refractive index as compared with an optical fiber to which a conventional dopant is added, it is possible to realize characteristics that cannot be realized with a conventional optical fiber.

例えば、特許文献1では、コア部にゲルマニウムを添加した従来の1.3μm帯零分散単一モード光ファイバ(SMF)のクラッド部に複数個の空孔を設けることにより、モードフィールド径を前記SMFと同等の7.9μmから10.2μmに保持したまま、曲げ半径10mmにおける曲げ損失を1dB/m以下に低減できることが開示されている。   For example, in Patent Document 1, by providing a plurality of holes in the cladding of a conventional 1.3 μm band zero-dispersion single mode optical fiber (SMF) in which germanium is added to the core, the mode field diameter is set to the SMF. It is disclosed that the bending loss at a bending radius of 10 mm can be reduced to 1 dB / m or less while maintaining the same 7.9 μm to 10.2 μm.

これまで、上述した空孔付き単一モード光ファイバ同士を、屈折率整合材を用いてメカニカルスプライスにより接続を行った場合には、屈折率整合材が空孔内に、例えば軸心方向へ数m浸入してしまい、光ファイバの伝搬特性が著しく低下していた。また、空孔付き単一モード光ファイバの軸心方向における空孔端部が開放されている場合には、水分が空孔内に浸入してマイクロクラック等の成長を促進し、光ファイバの機械的強度が劣化してしまう可能性があった。   Up to now, when the above-described single-mode optical fibers with holes are connected to each other by mechanical splicing using a refractive index matching material, the refractive index matching material is several in the hole, for example, in the axial direction. m has entered, and the propagation characteristics of the optical fiber have been remarkably deteriorated. In addition, when the hole end in the axial direction of the single-mode optical fiber with holes is open, moisture penetrates into the holes and promotes the growth of microcracks, etc. There was a possibility that the mechanical strength would deteriorate.

このため、空孔付き光ファイバの端面を封止する方法が種々開発されている。例えば、特許文献2では、空孔端部にガラス粉末を挿入し、レーザー光を用いてガラス粉末を溶融させて空孔端部を封止する方法が記載されている。また、特許文献3では、クラッド部と同等である、またはクラッド部よりも小さい屈折率を有する石英微粒子と光学接着剤により空孔端部を封止する方法が記載されている。   For this reason, various methods for sealing the end face of the optical fiber with holes have been developed. For example, Patent Document 2 describes a method in which glass powder is inserted into a hole end, and the glass powder is melted using laser light to seal the hole end. Patent Document 3 describes a method of sealing a hole end portion with quartz fine particles having an index of refraction equal to or smaller than that of the cladding portion and an optical adhesive.

国際公開WO2004/092793号パンフレットInternational Publication WO2004 / 092793 Pamphlet 特開2005−24842号公報JP-A-2005-24842 特開2005−31252号公報JP 2005-3252 A

しかしながら、特許文献2および特許文献3に記載の光ファイバ端部の封止方法では、配線時の接続を行うたびに封止を行う必要があり、配線作業が煩雑になってしまうといった問題があった。   However, the optical fiber end sealing methods described in Patent Document 2 and Patent Document 3 require that sealing be performed every time connection is performed during wiring, and wiring work becomes complicated. It was.

そこで、本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、光ファイバの軸心方向に複数個の空孔を設けた光ファイバにおいて、配線作業の煩雑化を低減する光ファイバ製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to make wiring work complicated in an optical fiber having a plurality of holes in the axial direction of the optical fiber. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical fiber that can be reduced.

上述した課題を解決する第1の発明に係る光ファイバの製造方法は、
コア部と、前記コア部よりも小さい屈折率を有するクラッド部からなる光ファイバであって、前記クラッド部中に光ファイバ軸心方向に複数個の空気層と当該クラッド部と同等または当該クラッド部よりも小さい屈折率を有する複数個のガラス層が混在する領域が、光ファイバ軸心方向に連続し、かつ、前記コア部の周囲を取り囲むように当該クラッド部中に形成された3個以上の空孔のそれぞれの内部に形成された領域であり、前記ガラス層により前記空孔が閉塞される、光ファイバの製造方法であって、
コア部と前記コア部よりも屈折率の小さいクラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する第1プロセスと、
前記第1プロセスで作製された光ファイバプリフォームのクラッド部に光ファイバ軸心方向に連続し、かつ、前記コア部の周囲を取り囲むように当該クラッド部中に3個以上の空孔を設ける第2プロセスと、
前記第2プロセスで設けた空孔中に前記クラッド部と同等または前記クラッド部よりも小さい屈折率を有するガラス物質からなり空孔直径よりも小さい所定の立体形状を有する複数のガラス体を挿入する第3プロセスと、
前記第3プロセスで得られた光ファイバプリフォームを溶融延伸する第4プロセスとを備えた
ことを特徴とする。
An optical fiber manufacturing method according to the first invention for solving the above-described problems is as follows.
An optical fiber comprising a core part and a clad part having a refractive index smaller than that of the core part, wherein the clad part is equivalent to the clad part or a plurality of air layers in the optical fiber axial direction. A region where a plurality of glass layers having a smaller refractive index are mixed is continuous in the optical fiber axial direction, and three or more formed in the cladding portion so as to surround the periphery of the core portion. It is a region formed inside each hole, and the hole is closed by the glass layer, an optical fiber manufacturing method,
A first process for producing an optical fiber preform having a core portion and a cladding portion having a refractive index smaller than that of the core portion;
The cladding portion of the optical fiber preform manufactured in the first process is continuous in the optical fiber axial direction, and has three or more holes in the cladding portion so as to surround the core portion. Two processes,
A plurality of glass bodies made of a glass material having a refractive index equal to or smaller than that of the cladding part and having a predetermined three-dimensional shape smaller than the hole diameter are inserted into the holes provided in the second process. A third process;
And a fourth process of melt-stretching the optical fiber preform obtained by the third process.

第1の発明に係る光ファイバの製造方法によれば、コア部と、前記コア部よりも小さい屈折率を有するクラッド部からなる光ファイバであって、前記クラッド部中に光ファイバ軸心方向に複数個の空気層と当該クラッド部と同等または当該クラッド部よりも小さい屈折率を有する複数個のガラス層が混在する領域が、光ファイバ軸心方向に連続し、かつ、前記コア部の周囲を取り囲むように当該クラッド部中に形成された3個以上の空孔のそれぞれの内部に形成された領域であり、前記ガラス層により前記空孔が閉塞される、光ファイバの製造方法であって、コア部と前記コア部よりも屈折率の小さいクラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する第1プロセスと、前記第1プロセスで作製された光ファイバプリフォームのクラッド部に光ファイバ軸心方向に連続し、かつ、前記コア部の周囲を取り囲むように当該クラッド部中に3個以上の空孔を設ける第2プロセスと、前記第2プロセスで設けた空孔中に前記クラッド部と同等または前記クラッド部よりも小さい屈折率を有するガラス物質からなり空孔直径よりも小さな所定の立体形状を有する複数のガラス体を挿入する第3プロセスと、前記第3プロセスで得られた光ファイバプリフォームを溶融延伸する第4プロセスとを備えたことにより、従来の空孔付き光ファイバの製造方法に上記第3プロセスを追加しただけであり、製造作業の煩雑化および製造コストの増加を抑制することができる。 According to the method for manufacturing an optical fiber according to the first aspect of the present invention, an optical fiber including a core portion and a cladding portion having a refractive index smaller than that of the core portion, the optical fiber being axially disposed in the cladding portion. A region where a plurality of air layers and a plurality of glass layers having a refractive index equal to or smaller than that of the cladding portion are mixed is continuous in the axial direction of the optical fiber, and around the core portion. It is a region formed inside each of three or more holes formed in the cladding part so as to surround, and the holes are closed by the glass layer. A first process for producing an optical fiber preform having a core part and a clad part having a refractive index smaller than that of the core part, and a clad of the optical fiber preform produced by the first process A second process in which three or more vacancies are provided in the cladding portion so as to be continuous in the optical fiber axial direction and surround the periphery of the core portion, and in the vacancies provided in the second process A third process of inserting a plurality of glass bodies made of a glass material having a refractive index equal to or smaller than the cladding part and having a predetermined three-dimensional shape smaller than a hole diameter, and obtained by the third process. And a fourth process for melt-drawing the optical fiber preform thus obtained, the third process is merely added to the conventional method for manufacturing a holey optical fiber, which complicates the manufacturing operation and increases the manufacturing cost. Can be suppressed.

以下に、本発明を実施するための最良の形態に係る光ファイバおよびその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の最良の実施形態に係る光ファイバを模式的に示した図であり、図2は、その断面図である。図3は、本発明の最良の実施形態に係る光ファイバの製造に用いられるガラス物質を模式的に示す図である。
Hereinafter, an optical fiber and a manufacturing method thereof according to the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an optical fiber according to the best embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. FIG. 3 is a diagram schematically showing a glass material used for manufacturing an optical fiber according to the best embodiment of the present invention.

本発明の最良の実施形態に係る光ファイバ10は、図1および図2に示すように、軸心に位置し、ドーパントを添加した任意の屈折率分布を有するコア部11と、コア部11の周囲に配置され、均一な屈折率を有するクラッド部12と、クラッド部12内でコア部11を中心として同心円状に、且つ当該光ファイバ10の長手方向に延在し、断面形状が円形に形成された複数個(図示例では6個)の空孔15とを有する。空孔15には、クラッド部12と同等である、または当該クラッド部12よりも小さい屈折率を有するガラス層13、並びに空気層14が設けられる。すなわち、空孔15は、複数個の空気層14とクラッド部12と同等である、またはクラッド部12よりも小さい屈折率を有するガラス層13とが混在する領域となる。クラッド部12はコア部11よりも小さい屈折率を有しており、光ファイバ10では、前記コア部11及びクラッド部12が主たる光の導波構造を形成している。   As shown in FIGS. 1 and 2, an optical fiber 10 according to the best embodiment of the present invention includes a core portion 11 having an arbitrary refractive index distribution that is located at the axial center and doped with a dopant, A clad part 12 having a uniform refractive index disposed around, a concentric circle centering on the core part 11 in the clad part 12 and extending in the longitudinal direction of the optical fiber 10 and having a circular cross-sectional shape And a plurality of holes (six in the illustrated example). The air holes 15 are provided with a glass layer 13 having an index of refraction that is equal to or smaller than that of the cladding portion 12 and an air layer 14. That is, the air holes 15 are regions in which a plurality of air layers 14 and a glass layer 13 having a refractive index smaller than or equal to that of the cladding portion 12 are mixed. The clad part 12 has a refractive index smaller than that of the core part 11. In the optical fiber 10, the core part 11 and the clad part 12 form a main light waveguide structure.

なお、空気層14の配置は空孔15内にてランダムであっても良いし、規則性があっても良い。例えば、空気層14を空孔15の長手方向で、等間隔に配置しても良いし、一方の端部側から他方の端部側に向け間隔を徐々に広げて配置しても良い。このように空孔15の長手方向で空気層14の間隔を徐々に広げて配置した場合には、モードフィールド直径を、光ファイバの一方の端部側では大きくし、その他方の端部側では小さくすることができる。   The arrangement of the air layer 14 may be random in the holes 15 or may be regular. For example, the air layers 14 may be arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the air holes 15, or may be arranged with gradually increasing intervals from one end side toward the other end side. As described above, when the air layer 14 is gradually widened in the longitudinal direction of the hole 15, the mode field diameter is increased on one end side of the optical fiber and on the other end side. Can be small.

光ファイバ10においては、空気層14とガラス層13が混在する領域(空孔)15を上述したように6個とし同心円状に配置する他にも、当該領域15を4個として四角形状に配置しても良いし、当該領域15を3個として三角形状に配置しても良い。また、当該領域15の形状(光ファイバ10の長手方向に直交する断面での形状)は円形以外でも良い。   In the optical fiber 10, in addition to the six regions (holes) 15 in which the air layer 14 and the glass layer 13 coexist as described above and the concentric circles, the four regions 15 are arranged in a square shape. Alternatively, three regions 15 may be arranged in a triangular shape. Further, the shape of the region 15 (shape in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber 10) may be other than a circle.

続いて、上述した光ファイバ10の製造方法について以下に説明する。
最初に、コア部と前記コア部よりも屈折率の小さいクラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する(第1プロセス)。続いて、前記第1プロセスで作製された光ファイバプリフォームのクラッド部に光ファイバ軸心方向へ延在する複数個の空孔を例えばドリルなどを用いて設ける(第2プロセス)。
Then, the manufacturing method of the optical fiber 10 mentioned above is demonstrated below.
First, an optical fiber preform having a core portion and a cladding portion having a refractive index smaller than that of the core portion is manufactured (first process). Subsequently, a plurality of holes extending in the optical fiber axial direction are provided in the clad portion of the optical fiber preform manufactured by the first process using a drill or the like (second process).

続いて、前記第2プロセスで設けた空孔中に、前記クラッド部と同等であるまたは前記クラッド部よりも小さい屈折率を有するガラス物質を軸心方向に並べて挿入する(第3プロセス)。ただし、光ファイバプリフォームにおける長手方向の一方の端部は、前記コア部またはクラッド部と同様な材質の部材にて閉塞する。これにより、空孔内に挿入されたガラス物質の当該空孔内からその外部への排出を防止する。   Subsequently, glass substances having a refractive index that is equal to or smaller than that of the cladding part are arranged in the axial direction in the holes provided in the second process (third process). However, one end in the longitudinal direction of the optical fiber preform is closed with a member made of the same material as the core or cladding. This prevents the glass material inserted into the holes from being discharged out of the holes.

続いて、前記第3プロセスで得られた光ファイバプリフォームを例えば線引きなど溶融延伸して、上述した光ファイバ10を製造する(第4プロセス)。光ファイバプリフォームを高温に加熱して、当該光ファイバプリフォームと同様に光ファイバプリフォームの空孔内に挿入されたガラス物質も溶融する(柔らかくなる)。よって、光ファイバプリフォームを引き延ばすと、前記ガラス物質も光ファイバプリフォームと同様に引き延ばされる。よって、空孔内でガラス層および空気層が混在した光ファイバが作製される。   Subsequently, the optical fiber preform obtained in the third process is melt-drawn, for example, by drawing, to manufacture the optical fiber 10 described above (fourth process). When the optical fiber preform is heated to a high temperature, the glass material inserted into the pores of the optical fiber preform is melted (softened) in the same manner as the optical fiber preform. Therefore, when the optical fiber preform is stretched, the glass material is also stretched in the same manner as the optical fiber preform. Therefore, an optical fiber in which a glass layer and an air layer are mixed in the air holes is manufactured.

ただし、上述した第3プロセスで用いるガラス物質は、図3(a)に示すように立方体状のガラス物質21や、図3(b)に示すように球体状のガラス物質22や、図3(c)に示すように円錐体状のガラス物質23が挙げられる。このガラス物質の大きさは、空孔直径よりも小さく、且つ空孔内に挿入する際に、空孔内に適当な量の空気を混入できる程度であることが望ましい。   However, the glass material used in the third process described above may be a cubic glass material 21 as shown in FIG. 3A, a spherical glass material 22 as shown in FIG. As shown in c), there is a conical glass material 23. It is desirable that the size of the glass material is smaller than the diameter of the hole and can be mixed with an appropriate amount of air when inserted into the hole.

したがって、本発明の最良の実施形態に係る光ファイバの製造方法によれば、従来の空孔付き光ファイバの製造方法に上記第3プロセスを追加しただけであり、具体的には、光ファイバプリフォームに空孔を設ける第2プロセスと、所定の加工を行った光ファイバプリフォームを溶融延伸して光ファイバを作製する第4プロセスとの間に、光ファイバプリフォームの空孔内にガラス物質を挿入する第3プロセスを設けただけであり、製造作業の煩雑化および製造コストの増加を抑制することができる。   Therefore, according to the method for manufacturing an optical fiber according to the best embodiment of the present invention, the third process is merely added to the conventional method for manufacturing a holey optical fiber. Between the second process of providing holes in the reform and the fourth process of producing an optical fiber by melt-drawing an optical fiber preform that has been subjected to predetermined processing, a glass material is formed in the holes of the optical fiber preform. Only the third process of inserting the process is provided, and the complexity of the manufacturing operation and the increase in the manufacturing cost can be suppressed.

以下に、本発明に係る光ファイバの最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。   The best mode of the optical fiber according to the present invention will be specifically described below based on examples.

本実施例では、光ファイバにおいて、空気層と、クラッド部と同等であるまたはクラッド部よりも小さい屈折率を有するガラス層とが混在する領域を、6個の円形としコア部の中心から同心円状に配置し、空孔中に挿入するガラス物質の形状を球体とした。   In this embodiment, in the optical fiber, the air layer and the glass layer having a refractive index which is equal to or smaller than that of the cladding portion are mixed into six circles from the center of the core portion. The shape of the glass material placed in the holes and inserted into the holes was a sphere.

図4に、本発明の第1の実施例に係る光ファイバの構造パラメータを示す。図4に示すように、コア部31の直径を2a1と定義し、コア部の中心31aから空孔35までの距離をa2と定義し、空孔35の半径をRと定義する。本実施例では、コア部31がクラッド部に対し0.35%の比屈折率差を有するステップ型の屈折率分布を有するものとした。また、クラッド部、および空孔35中に挿入されるガラス物質の屈折率は純石英ガラスの屈折率と同一にした。 FIG. 4 shows structural parameters of the optical fiber according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the diameter of the core part 31 is defined as 2a 1 , the distance from the center 31a of the core part to the hole 35 is defined as a 2, and the radius of the hole 35 is defined as R. In this embodiment, the core portion 31 has a step type refractive index distribution having a relative refractive index difference of 0.35% with respect to the cladding portion. Further, the refractive index of the glass material inserted into the cladding part and the holes 35 was made the same as that of pure quartz glass.

ここで、空孔の単位体積あたりのガラス物質の割合Pについて、図5を用いて説明する。図5は、本発明の第1の実施例に係る光ファイバの空孔およびその内部へ挿入されるガラス物質を模式的に示した図であり、図5(a)にガラス物質の半径r1に対する空孔半径Rの比R/r1が1の場合を示し、図5(b)に、ガラス物質の半径r2に対する空孔半径Rの比R/r2が2の場合を示す。ガラス物質の半径r1,r2に対する空孔半径Rの比R/r1,R/r2が1,2となる場合には、空孔の単位体積当りのガラス物質の割合Pは、それぞれ50%,25%となる。 Here, the ratio P of the glass substance per unit volume of a void | hole is demonstrated using FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing the holes of the optical fiber according to the first embodiment of the present invention and the glass material inserted therein. FIG. 5A shows the radius r 1 of the glass material. vacancy ratio R / r 1 radius R represents a case 1, in FIG. 5 (b), the ratio R / r 2 of the pore radius R to the radius r 2 of the glass material indicates the case 2 against. When the ratio R / r 1 , R / r 2 of the hole radius R to the radius r 1 , r 2 of the glass substance is 1 , 2 , the ratio P of the glass substance per unit volume of the hole is respectively 50% and 25%.

ここで、従来の材料添加に基づくコア部およびクラッド部のみを有する光ファイバ、すなわち、本発明の第1の実施例に係る光ファイバにて空孔が存在しない場合の規格化電界強度とコア部の半径に対する規格化半径の関係について、図6を用いて説明する。ただし、図6の特性は、波長1550nmにおける電界分布を示す。図6より、例えば、規格化半径が1.5の地点では、規格化電界強度は20%以下に減衰することがわかる。すなわち、コア部の中心から空孔までの距離a2をコア部の半径a1の1.5倍とした場合、約20%の規格化電界強度が存在することとなる。 Here, an optical fiber having only a core portion and a clad portion based on the conventional material addition, that is, a normalized electric field strength and a core portion in the case where there is no hole in the optical fiber according to the first embodiment of the present invention The relationship of the normalized radius with respect to the radius will be described with reference to FIG. However, the characteristic of FIG. 6 shows the electric field distribution at a wavelength of 1550 nm. FIG. 6 shows that, for example, at the point where the standardized radius is 1.5, the standardized electric field strength attenuates to 20% or less. That is, when the distance a 2 from the center of the core part to the hole is 1.5 times the radius a 1 of the core part, a normalized electric field strength of about 20% exists.

コア部の半径に対するコア部の中心から空孔までの距離の比a2/a1に対する波長1550nmにおけるモードフィールド直径の関係について、図7を用いて説明する。図7より、コア部の半径に対するコア部の中心から空孔までの距離の比a2/a1が2以下の領域では、モードフィールド直径が急激に減少することが分かる。これは、空孔により電界分布のコア部の中心から空孔までのクラッド部への閉じ込めが向上されることによるものである。また、図6よりコア部の半径に対するコア部の中心から空孔までの距離の比a2/a1が2の領域における従来の光ファイバにおける規格化電界強度は約8%となる。 The relationship of the mode field diameter at the wavelength of 1550 nm with respect to the ratio a 2 / a 1 of the distance from the center of the core to the hole to the radius of the core will be described with reference to FIG. From FIG. 7, it can be seen that in the region where the ratio a 2 / a 1 of the distance from the center of the core portion to the hole with respect to the radius of the core portion is 2 or less, the mode field diameter rapidly decreases. This is because the confinement in the cladding part from the center of the core part of the electric field distribution to the hole is improved by the holes. Further, from FIG. 6, the normalized electric field strength in the conventional optical fiber in the region where the ratio a 2 / a 1 of the distance from the center of the core portion to the hole with respect to the radius of the core portion is 2 is about 8%.

したがって、本実施例に係る光ファイバにおいて、コア部の中心から空孔までの距離a2を、コア部の中心から空孔までの領域で形成される電界分布の強度が8%以下となる領域に設定することにより、従来の光ファイバと同等のモードフィールド直径特性を保持することが可能となる。また、逆にコア部の中心から空孔までの距離a2を、コア部の中心から空孔までの領域で形成される電界分布の強度が8%以上となる領域に設定することにより、電界分布のコア部近傍への閉じ込めを向上し、モードフィールド直径を低減することも可能となる。 Therefore, in the optical fiber according to the present embodiment, the distance a 2 from the center of the core portion to the hole is a region where the intensity of the electric field distribution formed in the region from the center of the core portion to the hole is 8% or less. By setting to, the mode field diameter characteristic equivalent to that of the conventional optical fiber can be maintained. Conversely, the distance a 2 from the center of the core part to the hole is set to a region where the intensity of the electric field distribution formed in the region from the center of the core part to the hole is 8% or more. It is also possible to improve the confinement of the distribution near the core and reduce the mode field diameter.

ここで、コア部の半径に対するコア部の中心から空孔までの距離の比a2/a1に対する波長1550nmにおける波長分散の関係について、図8を用いて説明する。図8より、コア部の半径に対するコア部の中心から空孔までの距離の比a2/a1が2.5以下の領域では波長分散が急激に増加することが分かる。これは、空孔により電界分布のコア部の中心から空孔までのクラッド部への閉じ込めが発生し、導波路分散特性が影響を受けることによるものである。また、図6よりコア部の半径に対するコア部の中心から空孔までの距離の比a2/a1が2.5の領域における従来の光ファイバにおける規格化電界強度は約3%となる。 Here, the relationship of the chromatic dispersion at the wavelength of 1550 nm to the ratio a 2 / a 1 of the distance from the center of the core part to the hole with respect to the radius of the core part will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows that the chromatic dispersion increases rapidly in the region where the ratio a 2 / a 1 of the distance from the center of the core part to the hole to the radius of the core part is 2.5 or less. This is because the confinement of the electric field distribution from the center of the core part to the clad part from the hole to the clad part occurs and the waveguide dispersion characteristic is affected. Further, as shown in FIG. 6, the normalized electric field strength in the conventional optical fiber in the region where the ratio a 2 / a 1 of the distance from the center of the core to the hole to the radius of the core is 2.5 is about 3%.

したがって、本実施例に係る光ファイバにおいて、コア部の中心から空孔までの距離a2を、コア部の中心から空孔までの領域で形成される電界分布の強度が3%以下となる領域に設定することにより、従来の光ファイバと同等の波長分散特性を保持することが可能となる。また逆に、コア部の中心から空孔までの距離a2を、コア部の中心から空孔までの領域で形成される電界分布の強度が3%以下となる領域に設定することにより、波長分散特性を可変とすることも可能となる。特に、波長1550nmにおける30ps/nm・km以上の波長分散特性は、従来の光ファイバでは屈折率変化の可変量に対する制約により実現不可能な特性であり、本実施例に係る光ファイバにおける作用効果の一つとして考えられる。 Therefore, in the optical fiber according to the present embodiment, the distance a 2 from the center of the core portion to the hole is a region where the intensity of the electric field distribution formed in the region from the center of the core portion to the hole is 3% or less. By setting to, it becomes possible to maintain the same wavelength dispersion characteristic as that of the conventional optical fiber. On the other hand, by setting the distance a 2 from the center of the core portion to the hole to a region where the intensity of the electric field distribution formed in the region from the center of the core portion to the hole is 3% or less, It is also possible to make the dispersion characteristic variable. In particular, the chromatic dispersion characteristic of 30 ps / nm · km or more at a wavelength of 1550 nm is a characteristic that cannot be realized with a conventional optical fiber due to restrictions on the amount of change in refractive index. Considered as one.

ここで、コア部の半径に対する空孔の半径の比R/a1に対する波長1550nmにおける曲げ損失の関係について、図9を用いて説明する。図9において、縦軸は半径5mmの曲げを10ターン加えた場合の損失増加量を示す。図中の太線および実線は、空孔の単位体積あたりのガラス物質の割合Pが、それぞれ25%および50%における曲げ損失特性を表す。図9において、いずれの空孔の単位体積あたりのガラス物質の割合Pにおいても、曲げ損失はコア部の半径に対する空孔の半径の比R/a1、すなわち、空孔の半径の増加に伴い低減されることが分かる。また、空孔の単位体積あたりのガラス物質の割合Pが減少するほど、良好な曲げ損失特性を得られることが分かる。 Here, the relationship of the bending loss at the wavelength of 1550 nm to the ratio R / a 1 of the hole radius to the core radius will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the vertical axis represents the loss increase amount when bending with a radius of 5 mm is applied 10 turns. The thick line and the solid line in the figure represent the bending loss characteristics when the ratio P of the glass material per unit volume of the pores is 25% and 50%, respectively. In FIG. 9, in any ratio P of the glass material per unit volume of the holes, the bending loss is a ratio R / a 1 of the hole radius to the core radius, that is, as the hole radius increases. It can be seen that it is reduced. Moreover, it turns out that a favorable bending loss characteristic is acquired, so that the ratio P of the glass substance per unit volume of a void | hole decreases.

これは、本実施例に係る光ファイバにおいて、空孔が拡大、および空気の割合が増加することにより、クラッド部の実効的な屈折率が低減し、電界分布のコア部の中心から空孔までのクラッド部への閉じ込めが向上されることによるもので、その作用効果は空孔、および空孔中の空気形状や個数に依存しない。また、当該作用効果は光ファイバ長手方向、もしくは断面内における局所的な空気層、および空孔の不均一性にも依存しない。図9より空孔の単位体積あたりのガラス物質の割合Pが50%の場合、コア部の半径に対する空孔の半径の比R/a1を1.3以上とすることにより、従来の光ファイバに比べて曲げ損失を10分の1に改善することが可能となる。 This is because, in the optical fiber according to the present embodiment, the effective refractive index of the cladding portion is reduced by expanding the holes and increasing the air ratio, and from the center of the core portion of the electric field distribution to the holes. This is because the confinement in the clad portion is improved, and the function and effect do not depend on the holes and the shape and number of air in the holes. Further, the effect does not depend on the local air layer in the longitudinal direction of the optical fiber or in the cross section, and the nonuniformity of the holes. As shown in FIG. 9, when the ratio P of the glass material per unit volume of the holes is 50%, the ratio R / a 1 of the hole radius to the core radius is set to 1.3 or more. Compared to the above, the bending loss can be improved to 1/10.

したがって、本発明の第1の実施例に係る光ファイバによれば、クラッド部中に光ファイバ軸心方向に複数個の空気層と当該クラッド部と同等またはクラッド部よりも小さい屈折率を有するガラス層が混在する領域が存在することにより、光ファイバのクラッド部の軸心方向に空気層とクラッド部と同等またはクラッド部よりも小さい屈折率を有するガラス層とが混在することとなり、従来の光ファイバよりも良好な曲げ損失特性を保持し、メカニカルスプライスによる接続時の屈折率整合材の浸入や、水分の浸入を防ぎ、光学特性、および機械的強度の劣化を抑制する効果があり、なおかつ、接続を行うたびに封止する必要が無いため配線作業を効率良く行うことができる。   Therefore, according to the optical fiber according to the first embodiment of the present invention, the glass having a plurality of air layers in the optical fiber axial direction in the clad portion and a refractive index that is equal to or smaller than that of the clad portion. Due to the existence of the mixed region, the air layer and the glass layer having a refractive index equal to or smaller than that of the cladding portion are mixed in the axial direction of the cladding portion of the optical fiber. It has better bending loss characteristics than fiber, has the effect of preventing the intrusion of refractive index matching material when connecting with mechanical splice and the infiltration of moisture, and suppressing the deterioration of optical characteristics and mechanical strength, and Since it is not necessary to seal each time connection is performed, wiring work can be performed efficiently.

本発明の最良の実施形態に係る光ファイバを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the optical fiber which concerns on the best embodiment of this invention. 本発明の最良の実施形態に係る光ファイバの断面図である。1 is a cross-sectional view of an optical fiber according to the best embodiment of the present invention. 本発明の最良の実施形態に係る光ファイバの製造に用いられるガラス物質を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the glass substance used for manufacture of the optical fiber which concerns on the best embodiment of this invention. 本発明の第1の実施例に係る光ファイバの構造パラメータを示す図である。It is a figure which shows the structural parameter of the optical fiber which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係る光ファイバの空孔およびその内部へ挿入されるガラス物質を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the hole of the optical fiber which concerns on 1st Example of this invention, and the glass substance inserted in the inside. 規格化電界強度とコア部の半径に対する規格化半径の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the normalized radius with respect to the normalized electric field strength and the radius of a core part. コア部の半径に対するコア部の中心から空孔までの距離の比a2/a1に対する波長1550nmにおけるモードフィールド直径の関係を示す図である。Is a view from the center of the core portion to the radius of the core portion shows the relationship between mode field diameter at the wavelength 1550nm for the ratio a 2 / a 1 of the distance to the holes. コア部の半径に対するコア部の中心から空孔までの距離の比a2/a1に対する波長1550nmにおける波長分散の関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the wavelength dispersion at the wavelength of 1550nm from the center of the core portion with respect to the ratio a 2 / a 1 of the distance to the holes to the radius of the core portion. コア部の半径に対する空孔の半径の比R/a1に対する波長1550nmにおける曲げ損失の関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the bending loss at a wavelength of 1550nm to the radius of the core portion to the radius of the ratio R / a 1 of the holes.

符号の説明Explanation of symbols

10 光ファイバ
11 コア部
12 クラッド部
13 ガラス層
14 空気層
15 空孔
21,22,23 ガラス物質
34,44 ガラス物質
1 コア部の半径
2 コア部の中心から空孔までの距離
R 空孔の半径
1,r2 ガラス物質の半径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical fiber 11 Core part 12 Cladding part 13 Glass layer 14 Air layer 15 Air holes 21, 22, 23 Glass material 34, 44 Glass material a 1 Core part radius a 2 Distance from center of core part to air hole R Hole radius r 1 and r 2 Glass material radius

Claims (1)

コア部と、前記コア部よりも小さい屈折率を有するクラッド部からなる光ファイバであって、前記クラッド部中に光ファイバ軸心方向に複数個の空気層と当該クラッド部と同等または当該クラッド部よりも小さい屈折率を有する複数個のガラス層が混在する領域が、光ファイバ軸心方向に連続し、かつ、前記コア部の周囲を取り囲むように当該クラッド部中に形成された3個以上の空孔のそれぞれの内部に形成された領域であり、前記ガラス層により前記空孔が閉塞される、光ファイバの製造方法であって、
コア部と前記コア部よりも屈折率の小さいクラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する第1プロセスと、
前記第1プロセスで作製された光ファイバプリフォームのクラッド部に光ファイバ軸心方向に連続し、かつ、前記コア部の周囲を取り囲むように当該クラッド部中に3個以上の空孔を設ける第2プロセスと、
前記第2プロセスで設けた空孔中に前記クラッド部と同等または前記クラッド部よりも小さい屈折率を有するガラス物質からなり空孔直径よりも小さい所定の立体形状を有する複数のガラス体を挿入する第3プロセスと、
前記第3プロセスで得られた光ファイバプリフォームを溶融延伸する第4プロセスとを備えた
ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
An optical fiber comprising a core part and a clad part having a refractive index smaller than that of the core part, wherein the clad part is equivalent to the clad part or a plurality of air layers in the optical fiber axial direction. A region where a plurality of glass layers having a smaller refractive index are mixed is continuous in the optical fiber axial direction, and three or more formed in the cladding portion so as to surround the periphery of the core portion. It is a region formed inside each hole, and the hole is closed by the glass layer, an optical fiber manufacturing method,
A first process for producing an optical fiber preform having a core portion and a cladding portion having a refractive index smaller than that of the core portion;
The cladding portion of the optical fiber preform manufactured in the first process is continuous in the optical fiber axial direction, and has three or more holes in the cladding portion so as to surround the core portion. Two processes,
A plurality of glass bodies made of a glass material having a refractive index equal to or smaller than that of the cladding part and having a predetermined three-dimensional shape smaller than the hole diameter are inserted into the holes provided in the second process. A third process;
And a fourth process of melt-drawing the optical fiber preform obtained in the third process.
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