光ファイバ
【課題】コアの周囲のクラッド中に複数の空孔を有する光ファイバであって破断強度を大きく伝送損失を小さくすることができる光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバ１Ａは、ガラスからなるコア１０と、このコア１０の周囲を取り囲むガラスからなるクラッド２０と、このクラッド２０中に形成されファイバ軸方向に延在する複数の空孔３０とを備える。複数の空孔３０は、コアを中心とする円の周上に一定間隔で設けられ、断面が略円状である。クラッド２０は、クラッド２１とクラッド２２とに区分される。クラッド２０にはハロゲン元素が添加されており、複数の空孔３０の外接円より内側の領域におけるハロゲン元素のモル濃度を、外側の領域より高くすることにより、内側の領域の粘性を低くして、内側の領域の残留応力を圧縮応力とする。これにより、破断強度を大きくすることができる。
【解決手段】光ファイバ１Ａは、ガラスからなるコア１０と、このコア１０の周囲を取り囲むガラスからなるクラッド２０と、このクラッド２０中に形成されファイバ軸方向に延在する複数の空孔３０とを備える。複数の空孔３０は、コアを中心とする円の周上に一定間隔で設けられ、断面が略円状である。クラッド２０は、クラッド２１とクラッド２２とに区分される。クラッド２０にはハロゲン元素が添加されており、複数の空孔３０の外接円より内側の領域におけるハロゲン元素のモル濃度を、外側の領域より高くすることにより、内側の領域の粘性を低くして、内側の領域の残留応力を圧縮応力とする。これにより、破断強度を大きくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアの周囲のクラッド中に複数の空孔を有する光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ファイバ軸方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバが知られている。このような空孔を有する光ファイバは、空孔を有しない中実の光ファイバと比較して様々な特性を有することができる。
【０００３】
特許文献１に記載された光ファイバは、空孔が形成された内側領域と、この内側領域の周囲の外側領域とを含み、内側領域の材料の軟化点温度が外側領域の材料の軟化点温度より高い。これにより、線引工程の際の空孔の変形を抑制することができて、所望の特性を有する光ファイバを製造することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５３８０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された光ファイバは、線引工程の際に内側材料に伸び歪が存在する状態で外側材料が先に固まるので、内側領域の残留応力が引張応力になり、空孔壁面が引張応力になる。したがって、特許文献１に記載された光ファイバは、空孔壁面を起点として破断が生じやすく、また、レイリー散乱に因り伝送損失が高くなる。
【０００６】
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、コアの周囲のクラッド中に複数の空孔を有する光ファイバであって破断強度を大きく伝送損失を小さくすることができる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】
【０００７】
本発明の光ファイバは、コアと、このコアの周囲を取り囲むクラッドと、このクラッド中に形成されファイバ軸方向に延在する複数の空孔とを備え、複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が圧縮応力であることを特徴とする。圧縮応力の値が１５ＭＰａ以上であるのが好適である。
【０００８】
また、本発明の光ファイバは、内側の領域におけるハロゲン元素のモル濃度が、その領域の周囲のクラッドにおけるハロゲン元素のモル濃度より高いのが好適である。このとき、内側の領域にＣｌ元素およびＦ元素が共添加されているのが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光ファイバは、コアの周囲のクラッド中に複数の空孔を有し、破断強度を大きく伝送損失を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の光ファイバ１Ａの断面構造例を示す図である。
【図２】本実施形態の光ファイバ１Ｂの断面構造例を示す図である。
【図３】本実施形態の光ファイバ１Ｃの断面構造例を示す図である。
【図４】比較例の光ファイバの屈折率分布および応力分布を示す図である。
【図５】実施例の光ファイバの屈折率分布および応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【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。
【００１２】
図１〜図３それぞれは、本実施形態の光ファイバの断面構造例を示す図である。各図（ａ）は断面を示し、各図（ｂ）は断面図中の破線に沿った屈折率分布を示す。これらの図に示される光ファイバ１Ａ〜１Ｃは、ＨＡＦ（Hole-Assisted Fiber）と呼ばれるものであり、ガラスからなるコア１０と、このコア１０の周囲を取り囲むガラスからなるクラッド２０と、このクラッド２０中に形成されファイバ軸方向に延在する複数の空孔３０とを備える。複数の空孔３０は、コア１０を中心とする円の周上に一定間隔で設けられ、断面が略円状である。空孔３０の個数は図では１０個であるが、これに限られない。
【００１３】
クラッド２０は、クラッド２１とクラッド２２とに区分される。図１に示される光ファイバ１Ａでは、クラッド２１とクラッド２２との境界は、複数の空孔の外接円より外側にある。図２に示される光ファイバ１Ｂでは、クラッド２１とクラッド２２との境界は、複数の空孔の内接円より内側にある。図３に示される光ファイバ１Ｃでは、クラッド２１とクラッド２２との境界は、複数の空孔の外接円と内接円との間にある。クラッド２１およびクラッド２２は、光ファイバ母材製造時に異なる起源のガラスであることを示している。
【００１４】
コア１０の屈折率はクラッド２０の屈折率より高い。コア１０は、ＧｅＯ２が添加された石英ガラスであってもよい。クラッド２０は、ハロゲン元素が添加された石英ガラスであってもよい。クラッド２１およびクラッド２２それぞれの屈折率は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００１５】
このようなＨＡＦ構造の光ファイバ１Ａ〜１Ｃは、コア１０の周囲に空孔３０が設けられていることにより、空孔３０より外側への光の浸み出しが少なく、コア１０を導波する光の大部分を空孔３０より内側の領域に閉じ込めることができる。ＨＡＦ構造の光ファイバ１Ａ〜１Ｃは、コア１０の周囲に設けられた空孔３０により曲げ損失の低減を実現することができる。
【００１６】
したがって、光ファイバ母材を線引してＨＡＦ構造の光ファイバを製造する際に、その線引工程において空孔径を高精度に制御することが重要である。そして、線引工程において空孔径を制御するためには、空孔の内圧を安定化することが必要であり、また、高張力線引を行ってガラスの粘性が比較的大きい状態で線引きすることが必要である。しかし、高張力線引を行うと、コア近傍に引張応力が残留しやすくなり、ガラス強度の低下や伝送損失の悪化の原因となる。
【００１７】
本実施形態の光ファイバは、複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が圧縮応力となっている。これにより、本実施形態の光ファイバは、破断強度を大きくすることができ、また、伝送損失を小さくすることができる。圧縮応力の値が１５ＭＰａ以上であるのが好適であり、この場合には、より確実に、破断強度を大きくすることができ、また、伝送損失を小さくすることができる。
【００１８】
本実施形態の光ファイバは、内側の領域におけるハロゲン元素のモル濃度が、その領域の周囲のクラッドにおけるハロゲン元素のモル濃度より高いのが好適であり、これにより、内側の領域の粘性が低くなり、内側の領域を圧縮応力とするために好都合である。また、内側の領域にＣｌ元素およびＦ元素が共添加されているのが好適である。屈折率を上昇させるドーパントであるＣｌ元素と、屈折率を低下させるドーパントであるＦ元素と、を内側の領域に共添加することで、内側の領域の屈折率を所望の値に設計しながら、内側の領域の粘性を低下させることができる。
【００１９】
図４は、比較例の光ファイバの屈折率分布および応力分布を示す図である。比較例の光ファイバは、複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が引張応力となっている。コア１０には濃度７.２４wt％のＧｅＯ２が添加されている。クラッド２１には濃度０.１２wt％のＣｌが添加されている。クラッド２２には濃度０.３９wt％のＣｌが添加されている。クラッド２１のＣｌ濃度はクラッド２２のＣｌ濃度より小さい。したがって、クラッド２１の粘性はクラッド２２の粘性より大きくなり、空孔が存在するクラッド２１の残留応力は引張応力となっている。この比較例の光ファイバの波長１.５５μｍの伝送損失は０.２２ｄＢ／ｋｍである。
【００２０】
図５は、実施例の光ファイバの屈折率分布および応力分布を示す図である。実施例の光ファイバは、複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が圧縮応力となっている。コア１０には濃度７.２４wt％のＧｅＯ２が添加されている。クラッド２１には濃度０.１２wt％のＣｌおよび濃度０.０５wt％のＦが添加されている。クラッド２２には濃度０.１２wt％のＣｌが添加されている。クラッド２１のハロゲン濃度はクラッド２２のハロゲン濃度より大きい。したがって、クラッド２１の粘性はクラッド２２の粘性より小さくなり、空孔が存在するクラッド２１の残留応力は１５ＭＰａ以上の圧縮応力となっている。この実施例の光ファイバの波長１.５５μｍの伝送損失は０.２０ｄＢ／ｋｍでおり、残留応力が圧縮応力であることにより伝送損失は低減している。また、実施例の光ファイバは、空孔壁面が圧縮応力であることから、空孔壁面起点の破断強度が大きくなり、破断強度が改善する。
【００２１】
なお、空孔壁面を圧縮応力にする場合、線引時に空孔壁面の粘性が小さくなることから空孔が歪むことが懸念される。周期的に２次元配置された複数の空孔によって光を閉じ込めるフォトニック結晶ファイバの場合には、空孔の歪みにより、伝送損失の悪化が懸念される。一方、ＨＡＦの場合には、空孔数が１０個程度と少なく、また、コアおよび光学クラッドそれぞれの屈折率の差により光を閉じ込めて導波するので、空孔の歪みによる伝送損失への影響は小さく、問題とはならない。
【符号の説明】
【００２２】
１Ａ〜１Ｃ…光ファイバ、１０…コア、２０…クラッド、２１…クラッド１、２２…クラッド２、３０…空孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアの周囲のクラッド中に複数の空孔を有する光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ファイバ軸方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバが知られている。このような空孔を有する光ファイバは、空孔を有しない中実の光ファイバと比較して様々な特性を有することができる。
【０００３】
特許文献１に記載された光ファイバは、空孔が形成された内側領域と、この内側領域の周囲の外側領域とを含み、内側領域の材料の軟化点温度が外側領域の材料の軟化点温度より高い。これにより、線引工程の際の空孔の変形を抑制することができて、所望の特性を有する光ファイバを製造することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５３８０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された光ファイバは、線引工程の際に内側材料に伸び歪が存在する状態で外側材料が先に固まるので、内側領域の残留応力が引張応力になり、空孔壁面が引張応力になる。したがって、特許文献１に記載された光ファイバは、空孔壁面を起点として破断が生じやすく、また、レイリー散乱に因り伝送損失が高くなる。
【０００６】
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、コアの周囲のクラッド中に複数の空孔を有する光ファイバであって破断強度を大きく伝送損失を小さくすることができる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】
【０００７】
本発明の光ファイバは、コアと、このコアの周囲を取り囲むクラッドと、このクラッド中に形成されファイバ軸方向に延在する複数の空孔とを備え、複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が圧縮応力であることを特徴とする。圧縮応力の値が１５ＭＰａ以上であるのが好適である。
【０００８】
また、本発明の光ファイバは、内側の領域におけるハロゲン元素のモル濃度が、その領域の周囲のクラッドにおけるハロゲン元素のモル濃度より高いのが好適である。このとき、内側の領域にＣｌ元素およびＦ元素が共添加されているのが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光ファイバは、コアの周囲のクラッド中に複数の空孔を有し、破断強度を大きく伝送損失を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の光ファイバ１Ａの断面構造例を示す図である。
【図２】本実施形態の光ファイバ１Ｂの断面構造例を示す図である。
【図３】本実施形態の光ファイバ１Ｃの断面構造例を示す図である。
【図４】比較例の光ファイバの屈折率分布および応力分布を示す図である。
【図５】実施例の光ファイバの屈折率分布および応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【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。
【００１２】
図１〜図３それぞれは、本実施形態の光ファイバの断面構造例を示す図である。各図（ａ）は断面を示し、各図（ｂ）は断面図中の破線に沿った屈折率分布を示す。これらの図に示される光ファイバ１Ａ〜１Ｃは、ＨＡＦ（Hole-Assisted Fiber）と呼ばれるものであり、ガラスからなるコア１０と、このコア１０の周囲を取り囲むガラスからなるクラッド２０と、このクラッド２０中に形成されファイバ軸方向に延在する複数の空孔３０とを備える。複数の空孔３０は、コア１０を中心とする円の周上に一定間隔で設けられ、断面が略円状である。空孔３０の個数は図では１０個であるが、これに限られない。
【００１３】
クラッド２０は、クラッド２１とクラッド２２とに区分される。図１に示される光ファイバ１Ａでは、クラッド２１とクラッド２２との境界は、複数の空孔の外接円より外側にある。図２に示される光ファイバ１Ｂでは、クラッド２１とクラッド２２との境界は、複数の空孔の内接円より内側にある。図３に示される光ファイバ１Ｃでは、クラッド２１とクラッド２２との境界は、複数の空孔の外接円と内接円との間にある。クラッド２１およびクラッド２２は、光ファイバ母材製造時に異なる起源のガラスであることを示している。
【００１４】
コア１０の屈折率はクラッド２０の屈折率より高い。コア１０は、ＧｅＯ２が添加された石英ガラスであってもよい。クラッド２０は、ハロゲン元素が添加された石英ガラスであってもよい。クラッド２１およびクラッド２２それぞれの屈折率は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００１５】
このようなＨＡＦ構造の光ファイバ１Ａ〜１Ｃは、コア１０の周囲に空孔３０が設けられていることにより、空孔３０より外側への光の浸み出しが少なく、コア１０を導波する光の大部分を空孔３０より内側の領域に閉じ込めることができる。ＨＡＦ構造の光ファイバ１Ａ〜１Ｃは、コア１０の周囲に設けられた空孔３０により曲げ損失の低減を実現することができる。
【００１６】
したがって、光ファイバ母材を線引してＨＡＦ構造の光ファイバを製造する際に、その線引工程において空孔径を高精度に制御することが重要である。そして、線引工程において空孔径を制御するためには、空孔の内圧を安定化することが必要であり、また、高張力線引を行ってガラスの粘性が比較的大きい状態で線引きすることが必要である。しかし、高張力線引を行うと、コア近傍に引張応力が残留しやすくなり、ガラス強度の低下や伝送損失の悪化の原因となる。
【００１７】
本実施形態の光ファイバは、複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が圧縮応力となっている。これにより、本実施形態の光ファイバは、破断強度を大きくすることができ、また、伝送損失を小さくすることができる。圧縮応力の値が１５ＭＰａ以上であるのが好適であり、この場合には、より確実に、破断強度を大きくすることができ、また、伝送損失を小さくすることができる。
【００１８】
本実施形態の光ファイバは、内側の領域におけるハロゲン元素のモル濃度が、その領域の周囲のクラッドにおけるハロゲン元素のモル濃度より高いのが好適であり、これにより、内側の領域の粘性が低くなり、内側の領域を圧縮応力とするために好都合である。また、内側の領域にＣｌ元素およびＦ元素が共添加されているのが好適である。屈折率を上昇させるドーパントであるＣｌ元素と、屈折率を低下させるドーパントであるＦ元素と、を内側の領域に共添加することで、内側の領域の屈折率を所望の値に設計しながら、内側の領域の粘性を低下させることができる。
【００１９】
図４は、比較例の光ファイバの屈折率分布および応力分布を示す図である。比較例の光ファイバは、複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が引張応力となっている。コア１０には濃度７.２４wt％のＧｅＯ２が添加されている。クラッド２１には濃度０.１２wt％のＣｌが添加されている。クラッド２２には濃度０.３９wt％のＣｌが添加されている。クラッド２１のＣｌ濃度はクラッド２２のＣｌ濃度より小さい。したがって、クラッド２１の粘性はクラッド２２の粘性より大きくなり、空孔が存在するクラッド２１の残留応力は引張応力となっている。この比較例の光ファイバの波長１.５５μｍの伝送損失は０.２２ｄＢ／ｋｍである。
【００２０】
図５は、実施例の光ファイバの屈折率分布および応力分布を示す図である。実施例の光ファイバは、複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が圧縮応力となっている。コア１０には濃度７.２４wt％のＧｅＯ２が添加されている。クラッド２１には濃度０.１２wt％のＣｌおよび濃度０.０５wt％のＦが添加されている。クラッド２２には濃度０.１２wt％のＣｌが添加されている。クラッド２１のハロゲン濃度はクラッド２２のハロゲン濃度より大きい。したがって、クラッド２１の粘性はクラッド２２の粘性より小さくなり、空孔が存在するクラッド２１の残留応力は１５ＭＰａ以上の圧縮応力となっている。この実施例の光ファイバの波長１.５５μｍの伝送損失は０.２０ｄＢ／ｋｍでおり、残留応力が圧縮応力であることにより伝送損失は低減している。また、実施例の光ファイバは、空孔壁面が圧縮応力であることから、空孔壁面起点の破断強度が大きくなり、破断強度が改善する。
【００２１】
なお、空孔壁面を圧縮応力にする場合、線引時に空孔壁面の粘性が小さくなることから空孔が歪むことが懸念される。周期的に２次元配置された複数の空孔によって光を閉じ込めるフォトニック結晶ファイバの場合には、空孔の歪みにより、伝送損失の悪化が懸念される。一方、ＨＡＦの場合には、空孔数が１０個程度と少なく、また、コアおよび光学クラッドそれぞれの屈折率の差により光を閉じ込めて導波するので、空孔の歪みによる伝送損失への影響は小さく、問題とはならない。
【符号の説明】
【００２２】
１Ａ〜１Ｃ…光ファイバ、１０…コア、２０…クラッド、２１…クラッド１、２２…クラッド２、３０…空孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、このコアの周囲を取り囲むクラッドと、このクラッド中に形成されファイバ軸方向に延在する複数の空孔とを備え、
前記複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が圧縮応力である、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記圧縮応力の値が１５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記内側の領域におけるハロゲン元素のモル濃度が、その領域の周囲のクラッドにおけるハロゲン元素のモル濃度より高い、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記内側の領域にＣｌ元素およびＦ元素が共添加されていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項１】
コアと、このコアの周囲を取り囲むクラッドと、このクラッド中に形成されファイバ軸方向に延在する複数の空孔とを備え、
前記複数の空孔の外接円より内側の領域の残留応力が圧縮応力である、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記圧縮応力の値が１５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記内側の領域におけるハロゲン元素のモル濃度が、その領域の周囲のクラッドにおけるハロゲン元素のモル濃度より高い、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記内側の領域にＣｌ元素およびＦ元素が共添加されていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６１５５９（Ｐ２０１３−６１５５９Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１０３９（Ｐ２０１１−２０１０３９）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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