高入力光ファイバ及びその母材の製造方法
【目的】本発明は、長期信頼性の高い高入力光ファイバ及びその母材の製造方法を提供することを目的とする。
【構成】本発明は、コア及び該コアを囲むクラッドとからなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドのドーパント濃度が光ファイバ軸方向に変化しており、且つコアの最大屈折率で規格化した相対屈折率分布が光ファイバ軸方向の任意の位置における断面内で常に一定とするもので、光ファイバ軸方向にドーパント濃度を変えることにより、誘導ブリルアン散乱発生のしきい値を高くし、光ファイバに入射出来る光を強くすることができ、この結果、伝送距離を大幅に伸ばすことが可能となる。
【構成】本発明は、コア及び該コアを囲むクラッドとからなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドのドーパント濃度が光ファイバ軸方向に変化しており、且つコアの最大屈折率で規格化した相対屈折率分布が光ファイバ軸方向の任意の位置における断面内で常に一定とするもので、光ファイバ軸方向にドーパント濃度を変えることにより、誘導ブリルアン散乱発生のしきい値を高くし、光ファイバに入射出来る光を強くすることができ、この結果、伝送距離を大幅に伸ばすことが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は長距離伝送用の高入力光ファイバ及びその母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に長距離光伝送を実現するためには、例えば（１） 光ファイバの伝送損失を少なくする、（２） 光ファイバに入射する光を強くする、等が必要であることが知られている。
【０００３】（１）の光ファイバの伝送損失を少なくする点については、実用レベルの研究が進められており、現在ＧｅＯ2 をコアとする光ファイバでは０．２ｄＢ／ｋｍ以下、またＳｉＯ2 をコアとし、ＦをＳｉＯ2 にドープしたクラッドを有する光ファイバでは０．１８ｄＢ／ｋｍ以下の低損失のものが得られている。
【０００４】また一方、（２）の光ファイバに入射する光を強くする点については、半導体レーザの出力向上、あるいはエルビウムドープ光ファイバ増幅器等を用いた光増幅技術の進展がめざましいが、光ファイバに入射できる光強度には限界があることが知られている。すなわち約７ｄＢｍ以上の強い光を入射させると光ファイバ中に音波が励起され、光波が音波により散乱される光非線形現象、すなわち誘導ブリルアン散乱が発生する。これによって、入射光の大部分は光ファイバの光入射端に向かって反射され、光受信端には届かなくなる。
【０００５】この現象については、Ｄ．Ｃｏｔｔｅｒによる、“Ｏｂｓｅｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎｌｏｗ−ｌｏｓｓ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｒｅ ａｔ １．３μｍ”（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１２， ４９５−４９６頁，１９８２）に説明されている。従って光ファイバに有効に入射できる光量は制限されてしまう。伝送距離を増大させるためには誘導ブリルアン散乱の発生を抑圧する必要があるが、それには誘導ブリルアン利得幅の拡大、すなわち、誘導ブリルアン周波数シフト（入射した光の周波数と散乱された光の周波数の差）の不均一化をはかる必要がある。
【０００６】光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱を抑圧するための従来技術として、光ファイバ中に力学的歪みを生じさせる方法が報告されている。これは光ファイバ中に歪みを生じさせると誘導ブリルアン散乱の周波数シフト量が変化することを利用したものである。
【０００７】この現象については、倉島、堀口、立田による、“Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒａｉｎ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｐｕｒｅ Ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ ＧｅＯ2 −ｄｏｐｅｄ Ｃｏｒｅｓ”（ＩＯＯＣ’８９，２１Ｃ４−２）に報告されている。この現象を利用して誘導ブリルアン散乱発生のしきい値を上げる方法として、光ファイバケーブル内に光ファイバを螺旋状に巻いて、光ファイバ軸方向の歪みを変化させて誘導ブリルアン利得幅を広げる方法がＮ，Ｙｏｓｈｉｚａｗａ，Ｔ．Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ，Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａらによる、“Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｙ ｆｉｂｒｅ ｃａｂｌｉｎｇ”，（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１１００−１１０１，１９９１）と題する論文に報告されている。
【０００８】この光ファイバケーブルの構造は、例えば図１２に示すように光ファイバ１１が軸方向に２重螺旋構造になっており該光ファイバ１１に加わる力学的歪みが圧縮状態から引っ張り状態へと交互に変化している。これにともない誘導ブリルアン周波数シフト量がケーブルの場所ごとに変化するため、結果的にブリルアン散乱利得幅を増大させ、従って誘導ブリルアン散乱発生のしきい値が上がる。
【０００９】その他の方法として、光ファイバ線引き時に張力を変えることにより軸方向の残留応力を変化させる方法が、野沢、酒井、和田、山内により、“誘導ブリルアン散乱の発生を抑制した光ファイバ”（１９９１年電子情報通信学会秋期大会、Ｂ−５４６）と題する論文に説明されている。図１３にＳｉＯ2 をコアとしＦ−ＳｉＯ2 をクラッドとするブリルアン散乱抑圧光ファイバの光ファイバ軸方向の張力分布を示す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光ファイバ軸方向に歪みを加える従来方法では、光ファイバが破断しやすいという問題点がある。例えば通常の光ファイバに対して歪みを０．１％から０．２％に増加させた場合、１ｋｍ当りの破断率が１０7 倍も増加することが、満氷豊、勝山豊、小林敬和、石田之則らによる論文、“スクリーニング試験による光ファイバ強度保証法”（電子通信学会論文誌、ｖｏｌ．Ｊ６６−Ｂ，Ｎｏ．７．１９８３）に報告されている。従って、これを避けるためには光ファイバ表面への炭素膜被覆などによる高強度化技術を併用することが必須となる。また、従来法では特殊なひずみ状態を保持しなければならないために、ケーブル構造に制限を生じ、現実の光ファイバ線路に用いることは非常に難しいという問題がある。
【００１１】本発明は上記の事情に鑑み、長期信頼性の高い長距離伝送用の高入力光ファイバ及びその母材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため本発明は、コア及び該コアを囲むクラッドとからなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドのドーパント濃度が光ファイバ軸方向に変化しており、且つコアの最大屈折率で規格化した相対屈折率分布が光ファイバ軸方向の任意の位置における断面内で常に一定であることを特徴とする高入力光ファイバとし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドにドープするドーパントが、ＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＦより選ばれた一種もしくはこれらの組合せよりなることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コアがＧｅＯ2 ドープ石英、クラッドが純粋石英（ｐｕｒｅ ｓｉｌｉｃａ）からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コアが純粋石英、クラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とし、また、高入力光ファイバ母材の製造方法として、気相反応により合成した石英ガラス粒子体あるいはＧｅＯ2 がドープされた石英ガラス粒子体を加熱炉で脱水及びまたはフッ素添加のための加熱処理を行い、その後透明ガラス化して光ファイバ母材を製造する方法において、石英ガラス粒子体中の断面内ＧｅＯ2 ドーパント分布を長手方向に均一とし、このガラス粒子体をゾーン炉中で、フッ素添加のために加熱処理工程において、粒子体をガラス化する長手方向の位置によって添加するフッ素濃度を変化させながら透明ガラス化することを特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明は、光ファイバの軸方向にコア及びクラッドのドーパント濃度を変えることにより、誘導ブリルアン散乱の周波数域が広がり、これにより誘導ブリルアン散乱発生の入射光量しきい値を大きくすることができる。このとき、コアの最大屈折率で規格化した光ファイバ断面内の屈折率分布を一定に保つ。
【００１４】すなわち、ステップ形光ファイバを例にとれば、コア・クラッドの比屈折率差Δ（＝（ｎ1 −ｎ2 ）／ｎ1 ）を一定に保つことにより、導波モードのフィールド分布が一定に保たれ、通常の光ファイバと同等の伝送特性を得ることが出来る。
【００１５】また、本発明光ファイバを作製するためには、長手方向にドーパントの濃度を変化させる製造方法が必要となる。図８は、本発明の製造方法に関するフッ素添加用加熱炉であり、この図を用いてＦのドーパント量を長手方向に変化させる方法について示す。図に示すような加熱炉１は、ヒータ部分２が備わっており、このヒータの長さＬｈは母材の長さＬｂに対してＬｈ＜＜Ｌｂなる関係にあるゾーン炉である。このゾーン炉において、導入ガス供給口３からフッ素含有ガスＳＦ6 及びＨｅを導入する。ＳＦ6 に替わるフッ素含有ガスとしては、他にＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 ，ＳｉＦ4 ，Ｆ2 等があげられる。ＶＡＤ法等で作製された粒子体４を回転させながら、一定の速度で下降させる。加熱炉１の雰囲気はＳＦ6 ＋Ｈｅである。Ｆの最終的なドーパント濃度はこの雰囲気のＳＦ6 の分圧によって決まる。粒子体が下降してヒータ２の部分にきたとき、ヒータ２により温度が１４００度以上に上げられ、粒子体のＦの量が固定されガラス化される。この際、加熱炉１のＦの分圧を調整することにより粒子体に固定されるＦの量を制御できる。この場合、ヒータの部分が、粒子体の長さより大きい場合には、Ｆの量は、粒子体の長手方向で均一となるため、特に上記で示したＬｈ＜＜Ｌｂが必要である。このようにすることにより、長手方向にＦのドープ量の異なる光ファイバ母材を作製することが可能となる。その結果、この光ファイバ母材を線引きすることにより光ファイバ化すると、高入力光ファイバを実現することができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１７】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例に係る光ファイバのコア及びクラッドの屈折率の光ファイバ軸方向変化を示すもので、本実施例においては、屈折率分布はステップ形をしており、コア及びクラッドのいずれにもＧｅＯ2 をドーパントとして用いている。
【００１８】本実施例光ファイバの一端（ｚ＝０）においては、クラッドにはドーパントを含まない、通常の光ファイバと全く同一の構造をしている。
【００１９】図１，３，４，５において、Ｌｅはブリルアン散乱発生の有効長であり、光ファイバ長が充分長い場合には近似的に４．３／α（α：損失（ｄＢ／ｋｍ））で与えられることが、先に上げたＣｏｔｔｅｒの論文に示されている。光ファイバの損失が０．２１ｄＢ／ｋｍとき、有効長Ｌｅは２０．５ｋｍとなる。長さＬｅの区間では音波と光波の相互作用により、ブリルアン散乱が発生しやすい。そこで、この区間の光ファイバ中のドーパント濃度を変化させて、ブリルアン散乱発生のしきい値を増大させることができる。図２は、本実施例の光ファイバの任意の長さｚにおける断面内の屈折率分布を示している。軸方向の位置によらず、コア径は１０μｍ、クラッド径は１２５μｍで一定であり、かつ図３に示すようにコア・クラッドの比屈折率差Δ（＝（ｎ1 −ｎ2 ）／ｎ1 ；ｎ1 ：コアの屈折率、ｎ2 ：クラッドの屈折率）も一定値０．３％としている。
【００２０】図４は、このような光ファイバ構造を実現するための、光ファイバ軸方向のドーパント濃度分布を示している。ＧｅＯ2 をドーパントとするとき、１ｍｏｌ％のＧｅＯ2 によりＳｉＯ2 に対する相対屈折率は約０．１％増加する。
【００２１】図３の光ファイバでは、コア部のドーパント量はｚ＝０で３ｍｏｌ％、ｚ＝２０．５ｋｍで４．５ｍｏｌ％であり、クラッドでのドーパント量はｚ＝０では０ｍｏｌ％、ｚ＝２０．５ｋｍでは１．５ｍｏｌ％である。これらのドーパント量は任意の位置ｚにおけるコア・クラッド間の屈折率差Δが０．３％に保たれるように連続的に変化している。
【００２２】本実施例は光入力のしきい値を通常の光ファイバに比べて１０倍高くするもので、次のようにして設計している。誘導ブリルアン散乱光の周波数シフト量はコアに加えられたドーパント量に比例して変化することが、Ｎ．Ｓｈｉｂａｔａ，Ｙ．Ａｚｕｍａ，Ｔ．Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ，Ｍ．Ｔａｔｅｄａらによる、“Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ−ｇａｉｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅｆｉｂｅｒｓ ｈａｖｉｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｒｅ／ｃｌａｄｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ”（ＥＣＯＣ’８８）に報告されている。石英材料の誘導ブリルアン利得幅は光波長１．５５μｍにおいて、１６ＭＨｚ程度であることが、Ｃｏｔｔｅｒにより報告されている。
【００２３】したがって、入力しきい値レベルを１０ｄＢ増やすためには、誘導ブリルアン周波数シフト量が１６０（＝１６ｘ１０）ＭＨｚ変化していればよい。ＧｅＯ2による周波数シフト量は１０７ＭＨｚ／ｍｏｌ％であることが、前記Ｎ．Ｓｈｉｂａｔａらによる論文に報告されている。
【００２４】そこで、約１．５ｍｏｌ％のＧｅＯ2 を光ファイバ軸方向に有効長Ｌｅにわたって、変化させればよい。このとき、ドープするＧｅＯ2 の量が少ないため、従来の損失０．２０ｄＢ／ｋｍの光ファイバに比べて損失の増加は０．０１ｄＢ／ｋｍ程度であり、光ファイバの損失は０．２１ｄＢ／ｋｍ程度となる。従って、１０ｄＢの入射光増加に対して、４８（＝１０／０．２１）ｋｍの本実施例の光ファイバを従来の光ファイバに接続することができる。
【００２５】このとき、入射端から４８ｋｍ離れた従来光ファイバとの接続点では、従来光ファイバの光入力しきい値まで光強度が充分減衰しているので、誘導ブリルアン散乱が発生することはない。
【００２６】以上説明したように本発明光ファイバ４８ｋｍを従来の光ファイバにつなぎ、通常の光ファイバの入力しきい値（７ｄＢｍ）の１０倍強い光（１７ｄＢｍ）を本発明光ファイバの側から入射すれば、本発明の光ファイバと従来光ファイバの接続点における光強度はちょうど従来光ファイバの光入力しきい値になるので、通信可能な光ファイバ長を４８ｋｍ延長することができる。
【００２７】図４に述べた以外のドーパント分布として、図５としても同様な効果があることは明らかである。また、全く同様の原理により、一般に有効長Ｌｅ内において、ブリルアン散乱周波数シフト量が通常の光ファイバにおけるブリルアン散乱利得幅（前記例では１６ＭＨｚ）のＧ倍（前記例では１０倍）以上となるように光ファイバ軸方向にドーパント量が変化していれば、断面内の屈折率分布形状がステップ形以外の任意形状であっても、入射光量しきい値がＧ倍となる効果が得られることがわかる。
【００２８】（実施例２）導波構造制御用ドーパントとしてＦを用いる場合を第２の実施例として図６，７を参照して説明する。図６，７は、本実施例に係る光ファイバの構造（ドーパント濃度の光ファイバ軸方向変化）を示す。
【００２９】ＳｉＯ2 にＦをドープすると、ＳｉＯ2 に対する屈折率はＦの１ｗｔ％あたり０．４％小さくなる。これを用いてコアよりもクラッドの方に多くのＦを添加することにより導波構造を実現する。第１の実施例同様に、コア形は１０μｍ、クラッド径は１２５μｍ、比屈折率差Δは０．３％とした。
【００３０】一方、光ファイバのコアにＦをドーパントとして加えると、Ｆドープ量１ｗｔ％当り、３５６ＭＨｚ誘導ブリルアン散乱周波数シフト量が変化することが知られている（Ｎ．Ｓｈｉｂａｔａ他、ＥＣＯＣ’８８， １１５−１１８）。第１の実施例と同様の設計方針に従い、ブリルアン周波数シフト量を利得幅の３０倍すなわち４８０ＭＨｚ変化させて、入力レベルを１４．８ｄＢ増やすためには約１．３５ｗｔ％のＦを光ファイバ軸方向に変化させればよい。このときコア・クラッドの比屈折率Δは０．３％に保ち、光ファイバ軸方向のＦドープ量変化量がコアとクラッドで同じとなるようにする。
【００３１】先にも述べたように、クラッドのみにＦをドープした純粋石英コア光ファイバの損失は０．１８ｄＢ／ｋｍ程度であるが、更にＦを長さ方向に最大１．３５ｗｔ％ドープすると、レイーリー散乱の増加により平均損失は約０．２１ｄＢ／ｋｍとなる。従って、７０（＝１４．８／０．２１）ｋｍの本実施例の光ファイバを従来の光ファイバにつなぎ、本実施例光ファイバの端面から２１．８ｄＢｍの光を入射すれば、本実施例光ファイバから従来光ファイバに入射する点での光強度は、ちょうど従来光ファイバの光入力限界７ｄＢｍとなる。結局、通信可能な光ファイバ長が７０ｋｍ延びたことになる。
【００３２】上述した第１，第２の実施例ではいずれも本発明の光ファイバの一端における屈折率構造を通常の光ファイバと一致させることができるから、本発明の光ファイバと従来の通常光ファイバとの接続点における反射等の悪影響は生じない。また、力学的歪みを含まないため従来法による歪み添加形光ファイバと異なり、信頼性の高い長距離光伝送路を提供することができる。
【００３３】次に、本発明に係る高入力光ファイバの具体的なドーパントの組み合わせについて上記各実施例の場合を含めて列挙すると以下のようになる。
【００３４】（１） コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなる場合。
【００３５】（２） コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦである場合。
【００３６】（３） コアがＧｅＯ2 ドープ石英、クラッドが純粋石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦである場合。
【００３７】（４） コア及びクラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦである場合。
【００３８】（５） コアが純粋石英、クラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦである場合。
【００３９】以上、実施例ではドーパントとしてＧｅＯ2 ，Ｆを用いた場合について説明したがＡｌ2 Ｏ3 ，Ｐ2 Ｏ5 等をドーパントとして用いても同じ効果が得られる。また、分散シフト光ファイバ、偏波保持光ファイバのような特殊な構造をもつ光ファイバに対しても全く同様に、ここに説明した効果を得ることが出来る。
【００４０】（実施例３）高入力光ファイバの製造方法に関する実施例について説明する。ＶＡＤ法によって合成されたコア部分がＧｅＯ2 ドープ石英、クラッド部分が石英の粒子体を用いて熱処理及び透明ガラス化を行った。透明ガラス化はＦ雰囲気中でゾーン炉を用いて行った。この粒子体を図８に示す透明ガラス化用のゾーン炉で、下降速度を一定にして徐々に移動させ、導入ガスはＳＦ6 及びＨｅを用いた。ゾーン炉のヒータ部分２に粒子体がくると、炉内のＦの濃度によって粒子体にドープされるＦの濃度が固定され透明ガラス化される。この場合、粒子体の場所によって、導入するガスの量を変化させることにより、粒子体にドープされるＦの濃度が変化する。
【００４１】図９は本発明高入力光ファイバ母材の長手方向での屈折率分布の実施例を示す。試作した光ファイバの長さは約２９ｋｍである。図より、長手方向でのＦのドーパントの変化が比屈折率差にして約０．２％変化している。また、長手方向におけるコアとクラッドの間の比屈折率差は変化していない。ＳｉＯ2 にＦをドープすると、ＳｉＯ2 に対する屈折率はＦの１ｗｔ％あたり０．４％小さくなる。従って、この場合には、光ファイバの始端と終端とでは、Ｆのドーパント量としては約０．５ｗｔ％の変化がある。本実施例光ファイバの伝送損失は、１．３及び１．５５μｍでそれぞれ０．４３ｄＢ／ｋｍ及び０．２３ｄＢ／ｋｍであり、通常の光ファイバの損失とほとんど差がない。
【００４２】一方、光ファイバのコアにＦをドーパントとして加えると、Ｆドープ量１ｗｔ％あたり３５６ＭＨｚ誘導ブリルアン散乱周波数シフト量が波長１．５５μｍにおいて変化することが示されている。これは、波長１．３μｍにおいては４２４ＭＨｚに対応している。
【００４３】図１０は図９に示した光ファイバ及び従来の光ファイバにおける、１．３μｍでの入力パワーに対する透過パワー及び散乱パワーの測定結果を示す。図より、ＳＢＳによる散乱光が急激に増加しはじめる入力パワーレベルは約１３ｄＢｍである。従来の光ファイバにおいては約７ｄＢｍである。従って、本実施例の光ファイバは、入力レベルを従来光ファイバに比べて約６ｄＢ向上できた。
【００４４】このように、光ファイバの長手方向にＦのドーパント量を変化させることによって入射光量のしきい値を向上することができる。
【００４５】（実施例４）図１１は３層構造による分散シフト光ファイバに本発明を適用した実施例である。本実施例の光ファイバを製造するにあたっては、まずＧｅＯ2 のみをドーパントとするセンタコア５、サイドコア６及びドーパントを含まないクラッド７よりなる石英ガラス粒子体を気相反応法により合成する。しかる後に図８R>８の加熱炉１の雰囲気中のＦ濃度を変えながら焼結し、ガラス化する。図１１はこのようにして得られたガラス母材の屈折率分布を示す。実線，一点鎖線は、母材の両端における屈折率分布を表す。破線は、母材中央における屈折率分布を表す。長手方向のＦのドープ量の変化による屈折率変化を０．７％とするとき、ブリルアン周波数シフトは、１．３μｍで約３００ＭＨｚとなる。このとき、ＳＢＳの抑圧効果は通常光ファイバのブリルアン利得幅５０ＭＨｚであるから約８ｄＢとなる。このように、本発明光ファイバの屈折率分布はステップ形に限らず、任意の屈折率分布に対して適用が可能である。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導波構造形成のためにＳｉＯ2 ガラスに加えられるドーパント濃度に依存して、その誘導ブリルアン周波数シフト量が変化する性質を利用したので、コアの最大屈折率で規格化した相対屈折率分布を光ファイバ軸方向に一定に保ったまま、光ファイバ軸方向にドーパント濃度を変えることにより、誘導ブリルアン散乱発生のしきい値が高くなり、光ファイバに入射出来る光を強くすることが出来る。その結果、光ファイバによる伝送距離を大幅にのばすことが出来る。
【００４７】本発明の光ファイバには歪みが加わっていないため、長期信頼性の高い長距離伝送路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバの軸方向ｚにおけるコア及びクラッドの屈折率の一例を示す特性図である。
【図２】本発明に係る光ファイバ断面内の屈折率分布の一例を示す特性図である。
【図３】本発明に係るコア・クラッドの比屈折率差Δの軸方向変化の一例を示す特性図である。
【図４】本発明に係るコア・クラッドへ添加したドーパント量の軸方向変化の一例を示す特性図である。
【図５】本発明に係る図４と異なる例のドーパント分布を示す特性図である。
【図６】本発明に係るＦをドーパントとした時の軸方向のドーパント量の一例を示す特性図である。
【図７】本発明に係るＦをドーパントとした時の軸方向のドーパント量の一例を示す特性図である。
【図８】本発明に係る高入力光ファイバの製造方法におけるフッ素添加用加熱炉の一例を示す構成図である。
【図９】本発明に係る光ファイバ母材の長手方向での屈折率分布の一例を示す特性図である。
【図１０】本発明に係る光ファイバ及び従来光ファイバの透過光及び後方散乱光の測定結果の一例を示す特性図である。
【図１１】本発明を分散シフト光ファイバに適用した第２の実施例の長手方向での屈折率分布を示す特性図である。
【図１２】従来の２重螺旋構造にしたブリルアン散乱抑圧光ファイバケーブルを示す構造図である。
【図１３】従来の光ファイバ線引き時の残留歪みを利用したブリルアン散乱抑圧光ファイバの軸方向の残留張力変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１…加熱炉、２…ヒータ部分、３…導入ガス供給口、４…粒子体、５…センタコア、６…サイドコア、７…クラッド。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は長距離伝送用の高入力光ファイバ及びその母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に長距離光伝送を実現するためには、例えば（１） 光ファイバの伝送損失を少なくする、（２） 光ファイバに入射する光を強くする、等が必要であることが知られている。
【０００３】（１）の光ファイバの伝送損失を少なくする点については、実用レベルの研究が進められており、現在ＧｅＯ2 をコアとする光ファイバでは０．２ｄＢ／ｋｍ以下、またＳｉＯ2 をコアとし、ＦをＳｉＯ2 にドープしたクラッドを有する光ファイバでは０．１８ｄＢ／ｋｍ以下の低損失のものが得られている。
【０００４】また一方、（２）の光ファイバに入射する光を強くする点については、半導体レーザの出力向上、あるいはエルビウムドープ光ファイバ増幅器等を用いた光増幅技術の進展がめざましいが、光ファイバに入射できる光強度には限界があることが知られている。すなわち約７ｄＢｍ以上の強い光を入射させると光ファイバ中に音波が励起され、光波が音波により散乱される光非線形現象、すなわち誘導ブリルアン散乱が発生する。これによって、入射光の大部分は光ファイバの光入射端に向かって反射され、光受信端には届かなくなる。
【０００５】この現象については、Ｄ．Ｃｏｔｔｅｒによる、“Ｏｂｓｅｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎｌｏｗ−ｌｏｓｓ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｒｅ ａｔ １．３μｍ”（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１２， ４９５−４９６頁，１９８２）に説明されている。従って光ファイバに有効に入射できる光量は制限されてしまう。伝送距離を増大させるためには誘導ブリルアン散乱の発生を抑圧する必要があるが、それには誘導ブリルアン利得幅の拡大、すなわち、誘導ブリルアン周波数シフト（入射した光の周波数と散乱された光の周波数の差）の不均一化をはかる必要がある。
【０００６】光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱を抑圧するための従来技術として、光ファイバ中に力学的歪みを生じさせる方法が報告されている。これは光ファイバ中に歪みを生じさせると誘導ブリルアン散乱の周波数シフト量が変化することを利用したものである。
【０００７】この現象については、倉島、堀口、立田による、“Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒａｉｎ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｐｕｒｅ Ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ ＧｅＯ2 −ｄｏｐｅｄ Ｃｏｒｅｓ”（ＩＯＯＣ’８９，２１Ｃ４−２）に報告されている。この現象を利用して誘導ブリルアン散乱発生のしきい値を上げる方法として、光ファイバケーブル内に光ファイバを螺旋状に巻いて、光ファイバ軸方向の歪みを変化させて誘導ブリルアン利得幅を広げる方法がＮ，Ｙｏｓｈｉｚａｗａ，Ｔ．Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ，Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａらによる、“Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｙ ｆｉｂｒｅ ｃａｂｌｉｎｇ”，（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１１００−１１０１，１９９１）と題する論文に報告されている。
【０００８】この光ファイバケーブルの構造は、例えば図１２に示すように光ファイバ１１が軸方向に２重螺旋構造になっており該光ファイバ１１に加わる力学的歪みが圧縮状態から引っ張り状態へと交互に変化している。これにともない誘導ブリルアン周波数シフト量がケーブルの場所ごとに変化するため、結果的にブリルアン散乱利得幅を増大させ、従って誘導ブリルアン散乱発生のしきい値が上がる。
【０００９】その他の方法として、光ファイバ線引き時に張力を変えることにより軸方向の残留応力を変化させる方法が、野沢、酒井、和田、山内により、“誘導ブリルアン散乱の発生を抑制した光ファイバ”（１９９１年電子情報通信学会秋期大会、Ｂ−５４６）と題する論文に説明されている。図１３にＳｉＯ2 をコアとしＦ−ＳｉＯ2 をクラッドとするブリルアン散乱抑圧光ファイバの光ファイバ軸方向の張力分布を示す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光ファイバ軸方向に歪みを加える従来方法では、光ファイバが破断しやすいという問題点がある。例えば通常の光ファイバに対して歪みを０．１％から０．２％に増加させた場合、１ｋｍ当りの破断率が１０7 倍も増加することが、満氷豊、勝山豊、小林敬和、石田之則らによる論文、“スクリーニング試験による光ファイバ強度保証法”（電子通信学会論文誌、ｖｏｌ．Ｊ６６−Ｂ，Ｎｏ．７．１９８３）に報告されている。従って、これを避けるためには光ファイバ表面への炭素膜被覆などによる高強度化技術を併用することが必須となる。また、従来法では特殊なひずみ状態を保持しなければならないために、ケーブル構造に制限を生じ、現実の光ファイバ線路に用いることは非常に難しいという問題がある。
【００１１】本発明は上記の事情に鑑み、長期信頼性の高い長距離伝送用の高入力光ファイバ及びその母材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため本発明は、コア及び該コアを囲むクラッドとからなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドのドーパント濃度が光ファイバ軸方向に変化しており、且つコアの最大屈折率で規格化した相対屈折率分布が光ファイバ軸方向の任意の位置における断面内で常に一定であることを特徴とする高入力光ファイバとし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドにドープするドーパントが、ＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＦより選ばれた一種もしくはこれらの組合せよりなることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コアがＧｅＯ2 ドープ石英、クラッドが純粋石英（ｐｕｒｅ ｓｉｌｉｃａ）からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とし、また、上記高入力光ファイバにおいて、コアが純粋石英、クラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とし、また、高入力光ファイバ母材の製造方法として、気相反応により合成した石英ガラス粒子体あるいはＧｅＯ2 がドープされた石英ガラス粒子体を加熱炉で脱水及びまたはフッ素添加のための加熱処理を行い、その後透明ガラス化して光ファイバ母材を製造する方法において、石英ガラス粒子体中の断面内ＧｅＯ2 ドーパント分布を長手方向に均一とし、このガラス粒子体をゾーン炉中で、フッ素添加のために加熱処理工程において、粒子体をガラス化する長手方向の位置によって添加するフッ素濃度を変化させながら透明ガラス化することを特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明は、光ファイバの軸方向にコア及びクラッドのドーパント濃度を変えることにより、誘導ブリルアン散乱の周波数域が広がり、これにより誘導ブリルアン散乱発生の入射光量しきい値を大きくすることができる。このとき、コアの最大屈折率で規格化した光ファイバ断面内の屈折率分布を一定に保つ。
【００１４】すなわち、ステップ形光ファイバを例にとれば、コア・クラッドの比屈折率差Δ（＝（ｎ1 −ｎ2 ）／ｎ1 ）を一定に保つことにより、導波モードのフィールド分布が一定に保たれ、通常の光ファイバと同等の伝送特性を得ることが出来る。
【００１５】また、本発明光ファイバを作製するためには、長手方向にドーパントの濃度を変化させる製造方法が必要となる。図８は、本発明の製造方法に関するフッ素添加用加熱炉であり、この図を用いてＦのドーパント量を長手方向に変化させる方法について示す。図に示すような加熱炉１は、ヒータ部分２が備わっており、このヒータの長さＬｈは母材の長さＬｂに対してＬｈ＜＜Ｌｂなる関係にあるゾーン炉である。このゾーン炉において、導入ガス供給口３からフッ素含有ガスＳＦ6 及びＨｅを導入する。ＳＦ6 に替わるフッ素含有ガスとしては、他にＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 ，ＳｉＦ4 ，Ｆ2 等があげられる。ＶＡＤ法等で作製された粒子体４を回転させながら、一定の速度で下降させる。加熱炉１の雰囲気はＳＦ6 ＋Ｈｅである。Ｆの最終的なドーパント濃度はこの雰囲気のＳＦ6 の分圧によって決まる。粒子体が下降してヒータ２の部分にきたとき、ヒータ２により温度が１４００度以上に上げられ、粒子体のＦの量が固定されガラス化される。この際、加熱炉１のＦの分圧を調整することにより粒子体に固定されるＦの量を制御できる。この場合、ヒータの部分が、粒子体の長さより大きい場合には、Ｆの量は、粒子体の長手方向で均一となるため、特に上記で示したＬｈ＜＜Ｌｂが必要である。このようにすることにより、長手方向にＦのドープ量の異なる光ファイバ母材を作製することが可能となる。その結果、この光ファイバ母材を線引きすることにより光ファイバ化すると、高入力光ファイバを実現することができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１７】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例に係る光ファイバのコア及びクラッドの屈折率の光ファイバ軸方向変化を示すもので、本実施例においては、屈折率分布はステップ形をしており、コア及びクラッドのいずれにもＧｅＯ2 をドーパントとして用いている。
【００１８】本実施例光ファイバの一端（ｚ＝０）においては、クラッドにはドーパントを含まない、通常の光ファイバと全く同一の構造をしている。
【００１９】図１，３，４，５において、Ｌｅはブリルアン散乱発生の有効長であり、光ファイバ長が充分長い場合には近似的に４．３／α（α：損失（ｄＢ／ｋｍ））で与えられることが、先に上げたＣｏｔｔｅｒの論文に示されている。光ファイバの損失が０．２１ｄＢ／ｋｍとき、有効長Ｌｅは２０．５ｋｍとなる。長さＬｅの区間では音波と光波の相互作用により、ブリルアン散乱が発生しやすい。そこで、この区間の光ファイバ中のドーパント濃度を変化させて、ブリルアン散乱発生のしきい値を増大させることができる。図２は、本実施例の光ファイバの任意の長さｚにおける断面内の屈折率分布を示している。軸方向の位置によらず、コア径は１０μｍ、クラッド径は１２５μｍで一定であり、かつ図３に示すようにコア・クラッドの比屈折率差Δ（＝（ｎ1 −ｎ2 ）／ｎ1 ；ｎ1 ：コアの屈折率、ｎ2 ：クラッドの屈折率）も一定値０．３％としている。
【００２０】図４は、このような光ファイバ構造を実現するための、光ファイバ軸方向のドーパント濃度分布を示している。ＧｅＯ2 をドーパントとするとき、１ｍｏｌ％のＧｅＯ2 によりＳｉＯ2 に対する相対屈折率は約０．１％増加する。
【００２１】図３の光ファイバでは、コア部のドーパント量はｚ＝０で３ｍｏｌ％、ｚ＝２０．５ｋｍで４．５ｍｏｌ％であり、クラッドでのドーパント量はｚ＝０では０ｍｏｌ％、ｚ＝２０．５ｋｍでは１．５ｍｏｌ％である。これらのドーパント量は任意の位置ｚにおけるコア・クラッド間の屈折率差Δが０．３％に保たれるように連続的に変化している。
【００２２】本実施例は光入力のしきい値を通常の光ファイバに比べて１０倍高くするもので、次のようにして設計している。誘導ブリルアン散乱光の周波数シフト量はコアに加えられたドーパント量に比例して変化することが、Ｎ．Ｓｈｉｂａｔａ，Ｙ．Ａｚｕｍａ，Ｔ．Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ，Ｍ．Ｔａｔｅｄａらによる、“Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ−ｇａｉｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅｆｉｂｅｒｓ ｈａｖｉｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｒｅ／ｃｌａｄｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ”（ＥＣＯＣ’８８）に報告されている。石英材料の誘導ブリルアン利得幅は光波長１．５５μｍにおいて、１６ＭＨｚ程度であることが、Ｃｏｔｔｅｒにより報告されている。
【００２３】したがって、入力しきい値レベルを１０ｄＢ増やすためには、誘導ブリルアン周波数シフト量が１６０（＝１６ｘ１０）ＭＨｚ変化していればよい。ＧｅＯ2による周波数シフト量は１０７ＭＨｚ／ｍｏｌ％であることが、前記Ｎ．Ｓｈｉｂａｔａらによる論文に報告されている。
【００２４】そこで、約１．５ｍｏｌ％のＧｅＯ2 を光ファイバ軸方向に有効長Ｌｅにわたって、変化させればよい。このとき、ドープするＧｅＯ2 の量が少ないため、従来の損失０．２０ｄＢ／ｋｍの光ファイバに比べて損失の増加は０．０１ｄＢ／ｋｍ程度であり、光ファイバの損失は０．２１ｄＢ／ｋｍ程度となる。従って、１０ｄＢの入射光増加に対して、４８（＝１０／０．２１）ｋｍの本実施例の光ファイバを従来の光ファイバに接続することができる。
【００２５】このとき、入射端から４８ｋｍ離れた従来光ファイバとの接続点では、従来光ファイバの光入力しきい値まで光強度が充分減衰しているので、誘導ブリルアン散乱が発生することはない。
【００２６】以上説明したように本発明光ファイバ４８ｋｍを従来の光ファイバにつなぎ、通常の光ファイバの入力しきい値（７ｄＢｍ）の１０倍強い光（１７ｄＢｍ）を本発明光ファイバの側から入射すれば、本発明の光ファイバと従来光ファイバの接続点における光強度はちょうど従来光ファイバの光入力しきい値になるので、通信可能な光ファイバ長を４８ｋｍ延長することができる。
【００２７】図４に述べた以外のドーパント分布として、図５としても同様な効果があることは明らかである。また、全く同様の原理により、一般に有効長Ｌｅ内において、ブリルアン散乱周波数シフト量が通常の光ファイバにおけるブリルアン散乱利得幅（前記例では１６ＭＨｚ）のＧ倍（前記例では１０倍）以上となるように光ファイバ軸方向にドーパント量が変化していれば、断面内の屈折率分布形状がステップ形以外の任意形状であっても、入射光量しきい値がＧ倍となる効果が得られることがわかる。
【００２８】（実施例２）導波構造制御用ドーパントとしてＦを用いる場合を第２の実施例として図６，７を参照して説明する。図６，７は、本実施例に係る光ファイバの構造（ドーパント濃度の光ファイバ軸方向変化）を示す。
【００２９】ＳｉＯ2 にＦをドープすると、ＳｉＯ2 に対する屈折率はＦの１ｗｔ％あたり０．４％小さくなる。これを用いてコアよりもクラッドの方に多くのＦを添加することにより導波構造を実現する。第１の実施例同様に、コア形は１０μｍ、クラッド径は１２５μｍ、比屈折率差Δは０．３％とした。
【００３０】一方、光ファイバのコアにＦをドーパントとして加えると、Ｆドープ量１ｗｔ％当り、３５６ＭＨｚ誘導ブリルアン散乱周波数シフト量が変化することが知られている（Ｎ．Ｓｈｉｂａｔａ他、ＥＣＯＣ’８８， １１５−１１８）。第１の実施例と同様の設計方針に従い、ブリルアン周波数シフト量を利得幅の３０倍すなわち４８０ＭＨｚ変化させて、入力レベルを１４．８ｄＢ増やすためには約１．３５ｗｔ％のＦを光ファイバ軸方向に変化させればよい。このときコア・クラッドの比屈折率Δは０．３％に保ち、光ファイバ軸方向のＦドープ量変化量がコアとクラッドで同じとなるようにする。
【００３１】先にも述べたように、クラッドのみにＦをドープした純粋石英コア光ファイバの損失は０．１８ｄＢ／ｋｍ程度であるが、更にＦを長さ方向に最大１．３５ｗｔ％ドープすると、レイーリー散乱の増加により平均損失は約０．２１ｄＢ／ｋｍとなる。従って、７０（＝１４．８／０．２１）ｋｍの本実施例の光ファイバを従来の光ファイバにつなぎ、本実施例光ファイバの端面から２１．８ｄＢｍの光を入射すれば、本実施例光ファイバから従来光ファイバに入射する点での光強度は、ちょうど従来光ファイバの光入力限界７ｄＢｍとなる。結局、通信可能な光ファイバ長が７０ｋｍ延びたことになる。
【００３２】上述した第１，第２の実施例ではいずれも本発明の光ファイバの一端における屈折率構造を通常の光ファイバと一致させることができるから、本発明の光ファイバと従来の通常光ファイバとの接続点における反射等の悪影響は生じない。また、力学的歪みを含まないため従来法による歪み添加形光ファイバと異なり、信頼性の高い長距離光伝送路を提供することができる。
【００３３】次に、本発明に係る高入力光ファイバの具体的なドーパントの組み合わせについて上記各実施例の場合を含めて列挙すると以下のようになる。
【００３４】（１） コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなる場合。
【００３５】（２） コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦである場合。
【００３６】（３） コアがＧｅＯ2 ドープ石英、クラッドが純粋石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦである場合。
【００３７】（４） コア及びクラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦである場合。
【００３８】（５） コアが純粋石英、クラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦである場合。
【００３９】以上、実施例ではドーパントとしてＧｅＯ2 ，Ｆを用いた場合について説明したがＡｌ2 Ｏ3 ，Ｐ2 Ｏ5 等をドーパントとして用いても同じ効果が得られる。また、分散シフト光ファイバ、偏波保持光ファイバのような特殊な構造をもつ光ファイバに対しても全く同様に、ここに説明した効果を得ることが出来る。
【００４０】（実施例３）高入力光ファイバの製造方法に関する実施例について説明する。ＶＡＤ法によって合成されたコア部分がＧｅＯ2 ドープ石英、クラッド部分が石英の粒子体を用いて熱処理及び透明ガラス化を行った。透明ガラス化はＦ雰囲気中でゾーン炉を用いて行った。この粒子体を図８に示す透明ガラス化用のゾーン炉で、下降速度を一定にして徐々に移動させ、導入ガスはＳＦ6 及びＨｅを用いた。ゾーン炉のヒータ部分２に粒子体がくると、炉内のＦの濃度によって粒子体にドープされるＦの濃度が固定され透明ガラス化される。この場合、粒子体の場所によって、導入するガスの量を変化させることにより、粒子体にドープされるＦの濃度が変化する。
【００４１】図９は本発明高入力光ファイバ母材の長手方向での屈折率分布の実施例を示す。試作した光ファイバの長さは約２９ｋｍである。図より、長手方向でのＦのドーパントの変化が比屈折率差にして約０．２％変化している。また、長手方向におけるコアとクラッドの間の比屈折率差は変化していない。ＳｉＯ2 にＦをドープすると、ＳｉＯ2 に対する屈折率はＦの１ｗｔ％あたり０．４％小さくなる。従って、この場合には、光ファイバの始端と終端とでは、Ｆのドーパント量としては約０．５ｗｔ％の変化がある。本実施例光ファイバの伝送損失は、１．３及び１．５５μｍでそれぞれ０．４３ｄＢ／ｋｍ及び０．２３ｄＢ／ｋｍであり、通常の光ファイバの損失とほとんど差がない。
【００４２】一方、光ファイバのコアにＦをドーパントとして加えると、Ｆドープ量１ｗｔ％あたり３５６ＭＨｚ誘導ブリルアン散乱周波数シフト量が波長１．５５μｍにおいて変化することが示されている。これは、波長１．３μｍにおいては４２４ＭＨｚに対応している。
【００４３】図１０は図９に示した光ファイバ及び従来の光ファイバにおける、１．３μｍでの入力パワーに対する透過パワー及び散乱パワーの測定結果を示す。図より、ＳＢＳによる散乱光が急激に増加しはじめる入力パワーレベルは約１３ｄＢｍである。従来の光ファイバにおいては約７ｄＢｍである。従って、本実施例の光ファイバは、入力レベルを従来光ファイバに比べて約６ｄＢ向上できた。
【００４４】このように、光ファイバの長手方向にＦのドーパント量を変化させることによって入射光量のしきい値を向上することができる。
【００４５】（実施例４）図１１は３層構造による分散シフト光ファイバに本発明を適用した実施例である。本実施例の光ファイバを製造するにあたっては、まずＧｅＯ2 のみをドーパントとするセンタコア５、サイドコア６及びドーパントを含まないクラッド７よりなる石英ガラス粒子体を気相反応法により合成する。しかる後に図８R>８の加熱炉１の雰囲気中のＦ濃度を変えながら焼結し、ガラス化する。図１１はこのようにして得られたガラス母材の屈折率分布を示す。実線，一点鎖線は、母材の両端における屈折率分布を表す。破線は、母材中央における屈折率分布を表す。長手方向のＦのドープ量の変化による屈折率変化を０．７％とするとき、ブリルアン周波数シフトは、１．３μｍで約３００ＭＨｚとなる。このとき、ＳＢＳの抑圧効果は通常光ファイバのブリルアン利得幅５０ＭＨｚであるから約８ｄＢとなる。このように、本発明光ファイバの屈折率分布はステップ形に限らず、任意の屈折率分布に対して適用が可能である。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導波構造形成のためにＳｉＯ2 ガラスに加えられるドーパント濃度に依存して、その誘導ブリルアン周波数シフト量が変化する性質を利用したので、コアの最大屈折率で規格化した相対屈折率分布を光ファイバ軸方向に一定に保ったまま、光ファイバ軸方向にドーパント濃度を変えることにより、誘導ブリルアン散乱発生のしきい値が高くなり、光ファイバに入射出来る光を強くすることが出来る。その結果、光ファイバによる伝送距離を大幅にのばすことが出来る。
【００４７】本発明の光ファイバには歪みが加わっていないため、長期信頼性の高い長距離伝送路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバの軸方向ｚにおけるコア及びクラッドの屈折率の一例を示す特性図である。
【図２】本発明に係る光ファイバ断面内の屈折率分布の一例を示す特性図である。
【図３】本発明に係るコア・クラッドの比屈折率差Δの軸方向変化の一例を示す特性図である。
【図４】本発明に係るコア・クラッドへ添加したドーパント量の軸方向変化の一例を示す特性図である。
【図５】本発明に係る図４と異なる例のドーパント分布を示す特性図である。
【図６】本発明に係るＦをドーパントとした時の軸方向のドーパント量の一例を示す特性図である。
【図７】本発明に係るＦをドーパントとした時の軸方向のドーパント量の一例を示す特性図である。
【図８】本発明に係る高入力光ファイバの製造方法におけるフッ素添加用加熱炉の一例を示す構成図である。
【図９】本発明に係る光ファイバ母材の長手方向での屈折率分布の一例を示す特性図である。
【図１０】本発明に係る光ファイバ及び従来光ファイバの透過光及び後方散乱光の測定結果の一例を示す特性図である。
【図１１】本発明を分散シフト光ファイバに適用した第２の実施例の長手方向での屈折率分布を示す特性図である。
【図１２】従来の２重螺旋構造にしたブリルアン散乱抑圧光ファイバケーブルを示す構造図である。
【図１３】従来の光ファイバ線引き時の残留歪みを利用したブリルアン散乱抑圧光ファイバの軸方向の残留張力変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１…加熱炉、２…ヒータ部分、３…導入ガス供給口、４…粒子体、５…センタコア、６…サイドコア、７…クラッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 コア及び該コアを囲むクラッドとからなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドのドーパント濃度が光ファイバ軸方向に変化しており、且つコアの最大屈折率で規格化した相対屈折率分布が光ファイバ軸方向の任意の位置における断面内で常に一定であることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項２】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドにドープするドーパントが、ＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＦより選ばれた一種もしくはこれらの組合せよりなることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項３】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項４】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項５】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コアがＧｅＯ2ドープ石英、クラッドが純粋石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項６】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項７】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コアが純粋石英、クラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項８】 気相反応により合成した石英ガラス粒子体あるいはＧｅＯ2がドープされた石英ガラス粒子体を加熱炉で脱水及びまたはフッ素添加のための加熱処理を行い、その後透明ガラス化して光ファイバ母材を製造する方法において、上記石英ガラス粒子体中の断面内ＧｅＯ2 ドーパント分布は長手方向に均一とし、加熱炉としてゾーン炉を用い、フッ素添加のための加熱処理工程において、ガラス粒子体をガラス化する長手方向の位置によって添加するフッ素濃度を変化させながら透明ガラス化することを特徴とする高入力光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１】 コア及び該コアを囲むクラッドとからなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドのドーパント濃度が光ファイバ軸方向に変化しており、且つコアの最大屈折率で規格化した相対屈折率分布が光ファイバ軸方向の任意の位置における断面内で常に一定であることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項２】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドにドープするドーパントが、ＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＦより選ばれた一種もしくはこれらの組合せよりなることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項３】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項４】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＧｅＯ2 ドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項５】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コアがＧｅＯ2ドープ石英、クラッドが純粋石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項６】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コア及びクラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項７】 請求項１記載の高入力光ファイバにおいて、コアが純粋石英、クラッドがＦドープ石英からなる光ファイバであって、前記コア及びクラッドにドープするドーパントがＦであることを特徴とする高入力光ファイバ。
【請求項８】 気相反応により合成した石英ガラス粒子体あるいはＧｅＯ2がドープされた石英ガラス粒子体を加熱炉で脱水及びまたはフッ素添加のための加熱処理を行い、その後透明ガラス化して光ファイバ母材を製造する方法において、上記石英ガラス粒子体中の断面内ＧｅＯ2 ドーパント分布は長手方向に均一とし、加熱炉としてゾーン炉を用い、フッ素添加のための加熱処理工程において、ガラス粒子体をガラス化する長手方向の位置によって添加するフッ素濃度を変化させながら透明ガラス化することを特徴とする高入力光ファイバ母材の製造方法。
【図１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【公開番号】特開平５−２４９３２９
【公開日】平成５年（１９９３）９月２８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−２５６９７５
【出願日】平成４年（１９９２）９月２５日
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【公開日】平成５年（１９９３）９月２８日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）９月２５日
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
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