JP2004294464A

JP2004294464A - Optical fiber

Info

Publication number: JP2004294464A
Application number: JP2003082691A
Authority: JP
Inventors: Naoki Sugimoto; 直樹杉本; Hidefumi Odaka; 秀文小高; Yasushi Fukazawa; 寧司深澤; Tatsuo Nagashima; 達雄長嶋
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】非線形性が大きい、空孔を有する光ファイバの提供。
【解決手段】ガラス１とそのガラス内を軸方向に延びる空孔２とからなる光ファイバであって、ガラス１が下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ_２Ｏ_３３０〜７５％、ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３１０〜６０％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３＋Ｉｎ_２Ｏ_３５〜２５％、ＺｎＯ＋ＢａＯ０〜２０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ０〜１５％、ＣｅＯ_２０〜３％、から本質的になり、波長が１５５０ｎｍの光に対するガラス１の屈折率が１．９以上であることを特徴とする光ファイバ。
【選択図】図１Provided is an optical fiber having a hole with a large nonlinearity.
An optical fiber comprising glass 1 and pores 2 extending in the axial direction in the glass, wherein the glass 1 is expressed by mol% based on the following oxide, Bi ₂ O _{3 30 to} 75%, SiO 2 ₂ + B ₂ O ₃ 10-60%, Al ₂ O ₃ + Ga ₂ O ₃ + In ₂ O ₃ 5-25%, ZnO + BaO 0-20%, Li ₂ O + Na ₂ O + K ₂ O 0-15%, CeO ₂ 0-3% An optical fiber characterized in that the refractive index of the glass 1 with respect to light having a wavelength of 1550 nm is 1.9 or more.
[Selection] Figure 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶ファイバ、ホーリーファイバ等の空孔を有する光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバとしては石英系ガラスに添加物を加えて断面内に屈折率分布を形成し、屈折率の高いコアに光を導波させるものが広く用いられている。
しかし、このような従来の光ファイバには限界も見え始めてきたとして、フォトニック結晶構造がクラッドに設けられた光ファイバ（フォトニック結晶ファイバ）が注目され、活発に研究されている。
【０００３】
その結果、空孔を有する光ファイバが用いられ、フォトニックバンドギャップを導波原理とするフォトニック結晶ファイバ、同じく空孔を有する光ファイバが用いられ、全反射を導波原理とするホーリーファイバ等が開発された。
そのような空孔を有する光ファイバとしてはやはり石英系ガラスが使用されている（たとえば特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２６８３１号公報（第２〜３頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
フォトニック結晶ファイバおよびホーリーファイバは大きな非線形光学効果が求められる用途、たとえば四光波混合による波長変換へ適用すべく開発されているが、空孔を有する光ファイバとして石英系ガラスを用いた従来のフォトニック結晶ファイバおよびホーリーファイバには非線形性が充分には大きくないという問題があった。
本発明は、この問題を解決できる、空孔を有する光ファイバの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラスとそのガラス内を軸方向に延びる空孔とからなる光ファイバであって、ガラスが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ_２Ｏ_３３０〜７５％、ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３１０〜６０％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３＋Ｉｎ_２Ｏ_３５〜２５％、ＺｎＯ＋ＢａＯ０〜２０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ０〜１５％、ＣｅＯ_２０〜３％、から本質的になり、波長が１５５０ｎｍの光に対するガラスの屈折率が１．９以上であることを特徴とする光ファイバを提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光ファイバをホーリーファイバに用いる場合の断面の一例である。１はガラス、２はガラス１内を軸方向に延びる空孔である。
以下では図１を用いて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されない。
【０００８】
ガラス１の、波長が１５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎは１．９以上である。１．９未満では非線形性が小さい。好ましくは２．０以上、より好ましくは２．１以上、特に好ましくは２．２以上である。なお、ｎは典型的には２．３以下である。
【０００９】
ガラス１のガラス転移点Ｔｇは典型的には３００〜５５０℃である。Ｔｇが５５０℃以下であると、押出し成形法によってプリフォームを作製することが容易になる。
【００１０】
また、ガラス１は前記成分から本質的になるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。前記その他成分を含有する場合、その含有量は合計で１０モル％以下であることが好ましい。なお、鉛は含有しないことが好ましい。
【００１１】
ガラス１のＴｇを高くしたい、伝送損失を低くしたい、等の場合には、Ｂｉ_２Ｏ_３含有量は４５％未満、ＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の含有量の合計は２０％以上、とすることが好ましい。この好ましい態様におけるｎは典型的には１．９以上２．１未満である。
【００１２】
ガラス１のｎを高くしたい、等の場合には、Ｂｉ_２Ｏ_３含有量は４５％以上、ＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の含有量の合計は３０％以下、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３およびＩｎ_２Ｏ_３の含有量の合計は２０％以下、ＺｎＯおよびＢａＯの含有量の合計は１５％以下、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計は５％以下、とすることが好ましい。この好ましい態様におけるｎは典型的には２．１以上である。
【００１３】
なお、たとえば前記「ＺｎＯ＋ＢａＯ０〜２０％」とは、ＺｎＯおよびＢａＯはいずれも必須ではないが、ＺｎＯおよび／またはＢａＯを含有量の合計が２０％以下の範囲で含有してもよい、の意である。
【００１４】
ガラス１の組成（単位：モル％）、ｎ、Ｔｇ（単位：℃）を下表に例示する。
【００１５】
【表１】

【００１６】
３個の空孔２の断面形状は円であり、各円の直径は同一であり、各円の中心は正三角形を形成し、その正三角形の中心はガラス１の断面（円）の中心に一致する。
【００１７】
図１に示す光ファイバにおいては、光は３個の空孔２によって囲まれるガラス１中心部を導波する。このガラス１中心部がコア部分に、ガラス１中心部以外のガラス１の部分および空孔２がクラッド部分に相当する。
【００１８】
ガラス１の直径、空孔２の数および大きさ、空孔２のガラス１内における配置、等は光ファイバの用途等に対応して適切に選ばれるべきものであり、図１に示す態様に限定されない。
【００１９】
本発明の光ファイバの波長が１５５０ｎｍの光に対する実効コア断面積Ａ_ｅｆｆは１０μｍ^２以下であることが好ましい。１０μｍ^２超では非線形性が小さくなるおそれがある。また、Ａ_ｅｆｆは５μｍ^２以上であることが好ましい。５μｍ^２未満では他の光ファイバとの接続が困難になるおそれがある。
【００２０】
図１に示す態様において、ガラス１が前記例３（ｎ＝２．０１９）のガラス、ガラス１の直径が１２５μｍ、３個の空孔２の直径がいずれも１３．３μｍ、各空孔２の中心間距離が１４μｍ、という場合についてコンピュータシミュレーションによって光ファイバ断面方向の光強度分布を計算した。
【００２１】
得られた光強度分布から、光強度がそのピーク値の１／ｅ^２になる直径を求めこれをモードフィールド径とし、このモードフィールド径を直径とする円の面積を算出してＡ_ｅｆｆとした。Ａ_ｅｆｆは５．３μｍ^２であった。
また、ガラス１が前記例５（ｎ＝２．２１０）のガラスである以外は前記場合と同様の場合についてＡ_ｅｆｆを求めたところ５．４μｍ^２であった。
【００２２】
本発明の光ファイバはたとえば次のようして作製できる。すなわち、ガラス１となるべきガラスを溶融法等によって作製し、このガラスをモールドにキャストして一次プリフォームを作製する。得られた一次プリフォームの長手方向にコアドリル等を用いることによって所望の空孔を形成し、その後リドロー法、ロッドインチューブ法によって二次プリフォームを作製し、これを線引きして本発明の光ファイバとする。
【００２３】
また、所望の空孔が形成されたプリフォームは押出し成形法とロッドインチューブ法を組み合わせて作製してもよい。この場合、たとえば、まず図２のような断面形状の一次プリフォームを押出し成形法によって作製後、所定の内径のジャケット管と組み合わせて二次プリフォームを作製する。
【００２４】
また、前記ガラスからなるガラス管を作製し、このガラス管を複数束ねたものに対してリドロー法を適用し、所望の空孔が形成されたプリフォームを作製してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラスのｎが１．９以上であり、かつＡ_ｅｆｆが小さい、たとえば１０μｍ^２以下である光ファイバが得られる。このような光ファイバは、典型的にはガラスのｎが１．４６、Ａ_ｅｆｆが３μｍ^２である石英ガラス系ホーリーファイバに比べて非線形性が大きく、たとえば、石英ガラス系ホーリーファイバでは５００ｍ以上の長さを必要とする四光波混合を用いた波長変換素子が、本発明の光ファイバを用いれば２０ｍまたはそれ以下で作製できると考えられる。
【００２６】
また、本発明によれば石英系ガラスを線引きする際に必須とされる１９００℃程度の高温下でなくとも線引きできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバの断面の一例を示す図。
【図２】本発明の光ファイバの製造に用いられる一次プリフォームの断面形状の一例を示す図。
【符号の説明】
１：ガラス
２：空孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber having holes such as a photonic crystal fiber and a holey fiber.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, optical fibers are widely used in which an additive is added to silica-based glass to form a refractive index distribution in a cross section and light is guided to a core having a high refractive index.
However, as such a conventional optical fiber is beginning to see a limit, an optical fiber (photonic crystal fiber) in which a photonic crystal structure is provided in a clad is attracting attention and is actively researched.
[0003]
As a result, optical fibers with holes are used, photonic crystal fibers with photonic band gap as the guiding principle, optical fibers with holes also used, holey fibers with total reflection as the guiding principle, etc. Was developed.
Silica-based glass is still used as an optical fiber having such holes (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-326831 A (pages 2 to 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Photonic crystal fibers and holey fibers have been developed to be used for applications that require large nonlinear optical effects, such as wavelength conversion by four-wave mixing, but conventional photonics using quartz glass as the optical fiber with holes. There is a problem that the nonlinearity is not sufficiently large in the nick crystal fiber and the holey fiber.
An object of the present invention is to provide an optical fiber having holes that can solve this problem.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an optical fiber composed of glass and pores extending in the axial direction in the glass, and the glass is expressed in terms of mol% based on the following oxide, Bi ₂ O _{3 30 to} 75%, SiO ₂ + B _2. From O ₃ 10-60%, Al ₂ O ₃ + Ga ₂ O ₃ + In ₂ O ₃ 5-25%, ZnO + BaO 0-20%, Li ₂ O + Na ₂ O + K ₂ O 0-15%, CeO ₂ 0-3%, There is provided an optical fiber characterized in that the refractive index of glass with respect to light having a wavelength of 1550 nm is 1.9 or more.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an example of a cross section when the optical fiber of the present invention is used for a holey fiber. Reference numeral 1 is glass, and 2 is a hole extending in the axial direction in the glass 1.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited to this.
[0008]
The refractive index n of the glass 1 with respect to light having a wavelength of 1550 nm is 1.9 or more. If it is less than 1.9, nonlinearity is small. Preferably it is 2.0 or more, More preferably, it is 2.1 or more, Most preferably, it is 2.2 or more. Note that n is typically 2.3 or less.
[0009]
The glass transition point Tg of the glass 1 is typically 300 to 550 ° C. When Tg is 550 ° C. or lower, it becomes easy to produce a preform by an extrusion molding method.
[0010]
Moreover, although glass 1 consists essentially of the said component, you may contain another component in the range which does not impair the objective of this invention. When it contains the said other component, it is preferable that the content is 10 mol% or less in total. In addition, it is preferable not to contain lead.
[0011]
When it is desired to increase the Tg of the glass 1 or reduce the transmission loss, the Bi ₂ O ₃ content is less than 45%, and the total content of SiO ₂ and B ₂ O ₃ is 20% or more. It is preferable. In this preferred embodiment, n is typically 1.9 or more and less than 2.1.
[0012]
When it is desired to increase the n of the glass 1, etc., the Bi ₂ O ₃ content is 45% or more, the total content of SiO ₂ and B ₂ O ₃ is 30% or less, Al ₂ O ₃ , Ga ₂ O The total content of ₃ and In ₂ O ₃ is 20% or less, the total content of ZnO and BaO is 15% or less, the total content of Li ₂ O, Na ₂ O and K ₂ O is 5% or less, It is preferable that In this preferred embodiment, n is typically 2.1 or more.
[0013]
For example, “ZnO + BaO 0-20%” means that ZnO and BaO are not essential, but ZnO and / or BaO may be contained within a total content of 20% or less. It is.
[0014]
The composition of glass 1 (unit: mol%), n, and Tg (unit: ° C.) are illustrated in the table below.
[0015]
[Table 1]

[0016]
The cross-sectional shape of the three holes 2 is a circle, the diameter of each circle is the same, the center of each circle forms an equilateral triangle, and the center of the equilateral triangle is the center of the cross section (circle) of the glass 1 Match.
[0017]
In the optical fiber shown in FIG. 1, light is guided through the center of the glass 1 surrounded by the three holes 2. The central portion of the glass 1 corresponds to the core portion, and the portion of the glass 1 other than the central portion of the glass 1 and the holes 2 correspond to the cladding portion.
[0018]
The diameter of the glass 1, the number and size of the holes 2, the arrangement of the holes 2 in the glass 1, and the like should be appropriately selected according to the use of the optical fiber, etc. It is not limited.
[0019]
The effective core area A _eff for light having a wavelength of 1550 nm of the optical fiber of the present invention is preferably 10 μm ² or less. If it exceeds 10 μm ² , the nonlinearity may be reduced. A _eff is preferably 5 μm ² or more. If it is less than 5 μm ² , connection with another optical fiber may be difficult.
[0020]
In the embodiment shown in FIG. 1, the glass 1 is the glass of Example 3 (n = 2.019), the diameter of the glass 1 is 125 μm, the diameter of each of the three holes 2 is 13.3 μm, When the distance between the centers is 14 μm, the light intensity distribution in the cross-sectional direction of the optical fiber was calculated by computer simulation.
[0021]
From the obtained light intensity distribution, the diameter at which the light intensity becomes 1 / e ² of the peak value is obtained, and this is used as the mode field diameter, and the area of a circle having the mode field diameter as the diameter is calculated as A _eff . . A _eff was 5.3 μm ² .
Further, A _eff was determined for the same case as the above case except that the glass 1 was the glass of Example 5 (n = 2.210), and it was 5.4 μm ² .
[0022]
The optical fiber of the present invention can be manufactured, for example, as follows. That is, a glass to be the glass 1 is produced by a melting method or the like, and this glass is cast into a mold to produce a primary preform. A desired hole is formed by using a core drill or the like in the longitudinal direction of the obtained primary preform, and then a secondary preform is produced by a redraw method or a rod-in-tube method, and this is drawn to draw the light of the present invention. Use fiber.
[0023]
Moreover, you may produce the preform in which the desired void | hole was formed combining the extrusion molding method and the rod in tube method. In this case, for example, a primary preform having a cross-sectional shape as shown in FIG. 2 is first produced by an extrusion molding method, and then a secondary preform is produced in combination with a jacket tube having a predetermined inner diameter.
[0024]
Alternatively, a glass tube made of the glass may be prepared, and a redraw method may be applied to a bundle of a plurality of glass tubes to prepare a preform in which desired holes are formed.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain an optical fiber in which n of glass is 1.9 or more and A _eff is small, for example, 10 μm ² or less. Such an optical fiber typically has a higher nonlinearity than a silica glass-based holey fiber in which n of glass is 1.46 and A _eff is 3 μm ² , for example, 500 m or more for a silica glass-based holey fiber. It is considered that a wavelength conversion element using four-wave mixing that requires a length can be manufactured at 20 m or less by using the optical fiber of the present invention.
[0026]
In addition, according to the present invention, the drawing can be performed even under a high temperature of about 1900 ° C., which is essential when drawing quartz-based glass.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a cross section of an optical fiber of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an example of a cross-sectional shape of a primary preform used for manufacturing an optical fiber of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Glass 2: Hole

Claims

An optical fiber comprising glass and pores extending in the axial direction in the glass, wherein the glass is expressed in terms of mol% based on the following oxide, Bi ₂ O _{3 30 to} 75%, SiO ₂ + B ₂ O ₃ 10 It consists essentially of 60%, Al ₂ O ₃ + Ga ₂ O ₃ + In ₂ O ₃ 5-25%, ZnO + BaO 0-20%, Li ₂ O + Na ₂ O + K ₂ O 0-15%, CeO ₂ 0-3%. An optical fiber, wherein the refractive index of glass for light having a wavelength of 1550 nm is 1.9 or more.

The optical fiber according to claim 1, wherein an effective core area for light having a wavelength of 1550 nm is 10 μm ² or less.