專利名稱：光纖的連接結(jié)構(gòu)以及單模光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖的連接結(jié)構(gòu)以及單模光纖。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展，大量的信息通過通信網(wǎng)進(jìn)行交換，因此需要更高速地傳送和接收更大量的信息。在這種信息的傳送和接收中通常使用光纖。尤其是由石英玻璃構(gòu)成的單模光纖(SMF)適合于信息的大容量傳輸，作為通信用光纖而被大量使用。普通的單模光纖具有中心部具備折射率較高的纖芯、折射率較低的包層覆蓋纖芯周圍的結(jié)構(gòu)，是纖芯部分只傳輸基模的光纖。這種單模光纖作為從信息的中繼點(diǎn)到各用戶 (例如企業(yè)或家庭)的主光纖，沿輸電線等設(shè)置，而用于引入各建筑物內(nèi)的光纖或者在中繼器內(nèi)進(jìn)行布線的光纖則使用其它光纖，這些其它光纖與主光纖由連接器等連接在一起。此時，有時使用結(jié)構(gòu)與主光纖不同且已提高耐彎曲性的光纖作為用于引入建筑物內(nèi)的光纖或者在中繼器內(nèi)進(jìn)行布線的光纖。這是因?yàn)樵诮ㄖ飪?nèi)或中繼器內(nèi)需要在狹窄的空間內(nèi)拉繞光纖。非專利文獻(xiàn) 1 Journal of lightwave technology, vol. 9, No. 8, August 1991, pp954-958

發(fā)明內(nèi)容
-發(fā)明所要解決的技術(shù)問題-但是，在光纖相互連接的情況下，如果在光纖的連接部分發(fā)生纖芯偏離，則會出現(xiàn)在已輸入傳輸光的光纖內(nèi)產(chǎn)生高次模的光，該高次模的光在該光纖出口與基模再結(jié)合時發(fā)生干涉(多徑干涉MPI (Multi Path Interference))而產(chǎn)生輸出變化。已明確該現(xiàn)象在若干條件同時滿足時才會出現(xiàn)問題，如果連接在主光纖上的光纖是通過在光纖中設(shè)置空孔而提高了耐彎曲性的光纖，就容易產(chǎn)生這樣的問題。本發(fā)明是鑒于上述各點(diǎn)而完成的，其目的在于提供一種光纖的連接結(jié)構(gòu)，該連接結(jié)構(gòu)在使用通過在光纖中設(shè)置空孔而提高了耐彎曲性的光纖時抑制MPI發(fā)生，并且提供一種抑制MPI發(fā)生的單模光纖。-用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案-為解決上述課題，本發(fā)明的光纖的連接結(jié)構(gòu)是為了使傳輸光從第一單模光纖輸入第二單模光纖而將兩條光纖連接起來的部分的結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成為所述第二單模光纖從中心起呈同心圓狀依次具有纖芯、第一包層和在所述傳輸光的波長下折射率比該第一包層低的第二包層，并且歸一化頻率在2. 405以上3. 9以下；所述第二包層中設(shè)置有沿所述纖芯延伸的空孔；在連接于所述第一單模光纖上的所述第二單模光纖的端部，所述空孔被連續(xù)填塞 2mm以上30mm以下，所述第二包層為實(shí)心狀態(tài)。此處，第二包層的折射率是，將空孔部分及其周圍的實(shí)心部分合起來，并對二者在橫截面中的存在比率加以考慮得到的平均折射率。 第二包層為實(shí)心狀態(tài)是指第二包層已由光纖構(gòu)成物質(zhì)無縫填塞的狀態(tài)。S卩，與第一單模光纖連接的第二單模光纖的端部的第二包層為在2mm以上30mm以下的范圍內(nèi)沒有空孔且已由光纖構(gòu)成物質(zhì)無縫填塞的狀態(tài)。此處，纖芯是讓傳輸光通過的部分，第一包層和第二包層是起到將傳輸光封閉的作用的部分。另外，即使少量傳輸光滲出到第一包層和第二包層中也無妨。歸一化頻率V 由下式表示V2 = k2 (Iil2-IiO2)a2 式 1k為傳輸光的波數(shù)，nl為纖芯折射率，n0為包層折射率，a為纖芯半徑。優(yōu)選所述第二單模光纖在所述第二包層的外側(cè)還具有第三包層；所述纖芯的直徑在8. 2 μ m以上10. 2 μ m以下；所述第一包層在所述傳輸光的波長下折射率比所述纖芯小， 并且外徑在30 μ m以上45 μ m以下；所述第二包層的厚度在7. 4 μ m以上；所述第三包層在所述傳輸光的波長下折射率比所述第二包層大，并且該第二包層與該第三包層的相對折射率差在0.5%以上；所述第一包層與所述第二包層的相對折射率差在0.5%以上。所述第一單模光纖和所述第二單模光纖顆由連接器連接在一起；所述第二包層為實(shí)心狀態(tài)的第二單模光纖的端部可構(gòu)成為收納在所述連接器內(nèi)部。本發(fā)明的單模光纖構(gòu)成為從中心起呈同心圓狀依次具有纖芯、第一包層和第二包層，并且歸一化頻率在2. 405以上3. 9以下；所述第二包層中設(shè)置有沿所述纖芯延伸的空孔；至少在長度方向上的一處，存在所述空孔被連續(xù)填塞2mm以上30mm以下，所述第二包層為實(shí)心狀態(tài)的部分。所述第二包層的外側(cè)還可具有第三包層；所述纖芯的直徑可在8. 2μπι以上 10. 2 μ m以下；所述第一包層在所述傳輸光的波長下折射率可比所述纖芯小，并且外徑在 30 μ m以上45 μ m以下；所述第二包層在所述傳輸光的波長下折射率可比所述第一包層小， 并且厚度在7. 4 μ m以上；所述第三包層在所述傳輸光的波長下折射率可比所述第二包層大，并且該第二包層與該第三包層的相對折射率差在0. 5%以上；所述第一包層與所述第二包層的相對折射率差可在0. 5%以上。優(yōu)選所述第二包層為實(shí)心狀態(tài)的部分通過利用熱量來填堵所述空孔而形成。-發(fā)明的效果-本發(fā)明的光纖的連接結(jié)構(gòu)由于在第二包層中具有空孔的第二單模光纖的連接在第一單模光纖上的端部，將空孔填堵規(guī)定長度，所以能夠抑制高次模的光在第二單模光纖中的傳輸，從而能夠抑制MPI。


圖1是第一實(shí)施方式所涉及的光纖的連接部分的示意剖視圖。圖2(a)是第二單模光纖的橫截面示意圖，圖2(b)是折射率的分布圖。圖3是連接器的示意圖。圖4是第二實(shí)施方式所涉及的光纖的示意剖視圖。圖5是用于與實(shí)施方式進(jìn)行比較的光纖的連接部分的示意剖視圖。-符號說明-1Oa第一單模光纖11纖芯
20、 27 第二單模光纖 21 纖芯 22 包層 23 第一包層

24第二包層25第三包層28 空孔
61,62 連接器
具體實(shí)施例方式在對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明之前，參照圖5說明將光纖相互連接時MPI是怎樣產(chǎn)生的。當(dāng)已將兩條單模光纖10a’、20’連接在一起，并從一條單模光纖10a’向另一條單模光纖20’輸入光時，基模LPOl從第一條光纖10a’輸入第二條光纖20’。此處，如果在兩條光纖10a’、20’的連接部分C3，兩條纖芯11、21的截面未互相完全對準(zhǔn)地連接而存在偏離，就會在連接部分C3產(chǎn)生少量高次模即LP11。當(dāng)?shù)诙l光纖20’是只有一層包層的普通單模光纖時，LPll在前進(jìn)極短的距離期間消失，只有LPOl繼續(xù)傳輸。此處，纖芯的相互連接部分偏離是指，當(dāng)兩條纖芯的截面形狀相同大小相等時，存在截面未互相重合的部分的狀態(tài)；當(dāng)兩條纖芯的截面的大小不同時，較小的纖芯截面存在未與較大的纖芯截面相重合的部分的狀態(tài)。另一方面，當(dāng)?shù)诙l光纖20’為已使彎曲損耗降低的光纖時，為了提高耐彎曲性， 由折射率不同的多層包層構(gòu)成包層22，并且包層22構(gòu)成為在與纖芯接觸的包層和與該包層相鄰的外側(cè)包層中，后者的折射率比前者低，具體而言此處在與纖芯21鄰接的第一包層 23的外側(cè)的第二包層部分中設(shè)置有沿纖芯21延伸的空孔觀從而使折射率降低。如果是這樣的結(jié)構(gòu)則LPll難以衰減，若是在建筑物內(nèi)或中繼器內(nèi)使用的距離，LPll就會傳輸?shù)匠隹趥?cè)端部。第二條光纖20’在出口側(cè)端部與機(jī)器側(cè)單模光纖10b’等連接，LPll在該連接部 C4與LPOl再結(jié)合，發(fā)生MPI。另外，因?yàn)長POl在光纖20’內(nèi)的傳輸速度與LPll不同，所以由于再結(jié)合而產(chǎn)生噪聲。這樣一來當(dāng)干涉發(fā)生時，光輸出I如非專利文獻(xiàn)1所記載的那樣表示為I = A+Bcos(0)，Φ = 2 π L · Δη/λ 式 2A、B 系數(shù)，L 光纖長，Δη =LPOl和LPll的群折射率差，λ 傳輸光的波長。從式2中可知，如果溫度變化則Δ η也變化，因此光輸出I就會變化。為了不讓這種輸出變化產(chǎn)生，最好在連接部C3不讓纖芯發(fā)生偏離，但由于在用連接器連接的情況下將已由連接器固定的光纖的端面相互對接固定，所以在現(xiàn)有的連接器的機(jī)械精度下無法使纖芯的端面互相完全對準(zhǔn)，并且由于有時光纖本身的中心會偏離纖芯的中心所以無法完全消除連接部的纖芯偏離。如果在顯微鏡下觀察纖芯并進(jìn)行熔接則能夠防止纖芯偏離，但若對引入各建筑物內(nèi)的光纖或者在中繼器等內(nèi)的布線光纖進(jìn)行熔接則成本增加，而且操作空間也難以保障，因此在現(xiàn)實(shí)中很難應(yīng)用。本發(fā)明人鑒于上述課題點(diǎn)進(jìn)行了各種研究，從而完成了本發(fā)明。
以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在以下附圖中，為了簡化說明，實(shí)質(zhì)上具有相同功能的構(gòu)成要素用同一參照符號來表示。(第一實(shí)施方式)如圖1所示，第一實(shí)施方式是在輸入側(cè)單模光纖即第一單模光纖(以下稱為第一 SMF) IOa和出口側(cè)SMFlOb之間夾著第二 SMF20的光纖連接結(jié)構(gòu)。第一 SMFlOa和出口側(cè) SMFlOb是包層12為單一結(jié)構(gòu)且彎曲損耗大的普通單模光纖，二者均為纖芯直徑、包層直徑相同的同種光纖。第二 SMF20是與第一 SMFlOa和出口側(cè)SMFlOb相比彎曲損耗小的耐彎曲光纖。如圖2所示，第二 SMF20的包層22由同心圓狀的多個包層構(gòu)成。第二 SMF20的結(jié)構(gòu)從中心起依次為纖芯21、第一包層23、第二包層M和第三包層25。纖芯21由在石英中摻雜鍺制成，折射率大，直徑Rl在8. 2 μ m以上10. 2 μ m以下的范圍內(nèi)。第一包層23覆蓋在纖芯21的外側(cè)，由純石英制成，折射率比纖芯21低，外徑R2 在30 μ m以上45 μ m以下的范圍內(nèi)。第二包層M形成為覆蓋在第一包層23的外側(cè)，有效折射率比第一包層23低，且第一包層23與第二包層M的相對折射率差在0. 5%以上，第二包層M的厚度Ll在7. 4μπι以上(本實(shí)施方式中為10 μ m)。第三包層25形成為覆蓋在第二包層M的外側(cè)，第三包層25的折射率比第二包層M大，且第三包層25與第二包層 M的相對折射率差在0.5%以上。第三包層25的外徑為125 μ m。以上的折射率是指在傳輸光的波長下的折射率。在第二包層M中設(shè)置有沿纖芯21延伸的空孔觀?？湛子^包圍在第一包層23的周圍。第二包層M的折射率是，以空孔觀部分與空孔觀周圍的石英在光纖橫截面上的面積比對空氣和石英的折射率進(jìn)行加權(quán)平均所得的有效折射率。而且，在第二 SMF20中，第三包層25作為支持體起作用，而封閉光的作用則由第一和第二包層23、對來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榈谝?SMFlOa和出口側(cè)SMFlOb以及第二 SMF20是單模光纖，所以歸一化頻率在2. 405以上。優(yōu)選第二 SMF20的歸一化頻率在3. 9以下。例如，如果第一 SMFlOa和出口側(cè)SMFlOb是，纖芯11由在石英中摻雜有鍺的材料制成、包層12由石英制成、二者的相對折射率差為0. 35%、纖芯直徑為9 μ m的光纖，則當(dāng)傳輸光的波長為1. 31 μ m時，歸一化頻率為2. 62。在第二 SMF20的與第一 SMFlOa相連接的端部，空孔28被填塞長度LO，第二包層M 成為實(shí)心狀態(tài)。LO在2mm以上30mm以下。該長度LO部分是使LPll消失的部分。也就是說，如果長度LO部分的歸一化頻率在2. 405以上，則在長度LO之內(nèi)使LPll大幅衰減；如果長度LO部分的歸一化頻率不足2. 405，則在長度LO之內(nèi)完全阻斷LP11。因此，即使由于在第一 SMFlOa和第二 SMF20的接合部Cl發(fā)生纖芯偏離因而在第二 SMF20內(nèi)產(chǎn)生LP11，LPll 模式也會被長度LO部分阻斷或大幅衰減，因此在第二 SMF20和出口側(cè)SMFlOb的接合部C2 不會產(chǎn)生MPI或者幾乎不產(chǎn)生MPI。此處，如果LO不足2mm，則LPll的衰減不充分，難以大幅抑制MPI。如果超過30mm則因?yàn)閺澢鷵p耗大的部分相應(yīng)增長，所以需要設(shè)置保護(hù)該部分以限制其彎曲的保護(hù)材。第二包層M為實(shí)心的長度LO部分通過對空孔28進(jìn)行填堵而形成?？湛?8的填堵方法包括向空孔觀內(nèi)填入物質(zhì)、或者利用熱量將構(gòu)成物質(zhì)熔融來填堵孔穴的方法等各種方法。在第二 SMF20的端部利用燃?xì)馊紵?、放電或激光等進(jìn)行加熱來填堵空孔觀的方
6法簡便而且能夠容易地調(diào)節(jié)長度LO。上述光纖的連接由如圖3所示的連接器61、62來進(jìn)行。在已對第一 SMFlOa實(shí)施被覆的被覆芯線15的一端和已對第二 SMF20實(shí)施被覆的被覆芯線25的一端分別安裝有連接器61、62。連接器61、62中收納有金屬箍(ferrule)63、64，在金屬箍63、64內(nèi)支承有第
一SMFlOa以及第二 SMF20的空孔28已被填堵的部分，兩條光纖的端面從金屬箍63、64的端部露出。兩個連接器61、62將金屬箍63、64的端部相互對接，并利用連接固定件65、66 進(jìn)行連接固定。通過該連接固定將第一 SMFlOa和第二 SMF20的端面相互對接固定，使中心一致。另外，由于光纖的纖芯有時偏離光纖橫截面的中心，并且連接器61、62的制造精度在現(xiàn)狀中還未達(dá)到準(zhǔn)確地使纖芯的中心相互一致的程度，因此有時第一 SMFlOa和第二 SMF20 的纖芯11、21會相互偏離地連接在一起。連接器61、62在連接固定件65、66和與它們相連的保護(hù)套67、68的部分限制了其內(nèi)部的光纖的彎曲，使彎曲半徑不會很小。已填堵空孔觀的長度LO部分收納在該部分(連接固定件66和保護(hù)套68，二者合并成為連接器62)中，保護(hù)光纖使其不會過度彎曲。該保護(hù)光纖以限制其彎曲的部分的長度L3根據(jù)連接器的種類而不同，為30 60mm。已填堵空孔觀的長度LO部分收納在該保護(hù)部分(連接器內(nèi)部)內(nèi)，彎曲受到限制。因此就不會產(chǎn)生由彎曲造成的損耗。而且，如果已填堵空孔觀的長度LO部分完全收納在金屬箍64內(nèi)， 就能夠可靠地限制其彎曲，故優(yōu)選。優(yōu)選第二 SMF20和出口側(cè)SMFlOb的連接也同樣使用連接器。如上所述，由于本實(shí)施方式中在連接于第一 SMFlOa上的第二 SMF20的端部對空孔 28進(jìn)行填堵，使第二包層M的長度LO部分成為實(shí)心狀態(tài)，所以能夠抑制MPI發(fā)生。因此， 能夠降低附加在所傳輸?shù)男畔⒅械脑肼?，還能夠降低伴隨著溫度變化的輸出變化、噪聲變化，從而能夠使傳輸質(zhì)量提高(錯誤率等降低)。而且，由于對空孔觀進(jìn)行填塞的長度LO 很短，為2 30mm，所以不會使第二 SMF20的設(shè)計的自由度降低，并且由于收納在連接器內(nèi)部，所以能夠使其彎曲受到限制從而讓彎曲損耗大致為0。另外，優(yōu)選第二包層為實(shí)心的部分的歸一化頻率不足2. 405。(第二實(shí)施方式)第二實(shí)施方式是涉及第二 SMF的實(shí)施方式。不是在與第一 SMF的連接部分，而是在第二 SMF的任意部分設(shè)置有抑制MPI發(fā)生的結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)與第一實(shí)施方式不同，因此以下對與第一實(shí)施方式不同的部分進(jìn)行說明。如圖4所示，本實(shí)施方式的第二 SMF27不是在長度方向的端部而是在中央部分具有將空孔觀填堵長度LO使之成為實(shí)心的部分。已填堵空孔觀的部分在長度方向上的位置為任意位置。長度LO在2mm以上30mm以下。填堵空孔觀的方法可以采用與第一實(shí)施方式相同的方法。如果利用連接器將本實(shí)施方式的第二 SMF27與第一實(shí)施方式的第一 SMFlOa連接起來，則在連接部分存在纖芯偏離時，產(chǎn)生LPll模式的光。由于LPll模式的光在空孔觀所存在的區(qū)間衰減率小，所以幾乎不衰減地進(jìn)行傳輸，而已將空孔觀填堵長度LO的部分， LPll模式的光的衰減率大，LPll模式的光在該部分完全消失或者大體上消失。因此，在第
二SMF27的光出口側(cè)端部，完全不產(chǎn)生或者幾乎不產(chǎn)生MPI。本實(shí)施方式的第二 SMF27能夠抑制MPI發(fā)生，從而能夠降低傳輸信號的噪聲。而且，因?yàn)樘疃驴湛子^的部分可以設(shè)置在任意位置，所以充分保證了光纖的設(shè)計自由度。(其它實(shí)施方式)上述實(shí)施方式是本發(fā)明的示例，本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制。例如，已填堵空孔28的部分可以在一條第二 SMF內(nèi)形成多個。在第一實(shí)施方式中，可以在第二 SMF20的兩端形成已填堵空孔觀的部分。第一 SMFlOa和出口側(cè)SMFlOb或者第二 SMF20、27的光纖結(jié)構(gòu)只要具有上述說明的光纖的功能則也可以與上述實(shí)施方式不同。-產(chǎn)業(yè)實(shí)用性-綜上所述，本發(fā)明所涉及的光纖的連接結(jié)構(gòu)抑制MPI發(fā)生，作為光通信中的光纖的連接部分的結(jié)構(gòu)等有用。
權(quán)利要求
1.一種光纖的連接結(jié)構(gòu)，該光纖的連接結(jié)構(gòu)使傳輸光從第一單模光纖輸入第二單模光纖，其中所述第二單模光纖從中心起呈同心圓狀依次具有纖芯、第一包層和在所述傳輸光的波長下折射率比該第一包層低的第二包層，并且歸一化頻率在2. 405以上3. 9以下；所述第二包層中設(shè)置有沿所述纖芯延伸的空孔；在連接于所述第一單模光纖上的所述第二單模光纖的端部，所述空孔被連續(xù)填塞2mm 以上30mm以下，所述第二包層為實(shí)心狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)，其中所述第二單模光纖在所述第二包層的外側(cè)還具有第三包層；所述纖芯的直徑在8. 2 μ m以上10. 2 μ m以下；所述第一包層在所述傳輸光的波長下折射率比所述纖芯小，并且外徑在30 μ m以上 45 μ m以下;所述第二包層的厚度在7. 4 μ m以上；所述第一包層與所述第二包層的相對折射率差在0. 5%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖的連接結(jié)構(gòu)，其中所述第一單模光纖和所述第二單模光纖由連接器連接在一起；所述第二包層為實(shí)心狀態(tài)的第二單模光纖的端部收納在所述連接器內(nèi)部。
4.一種單模光纖，其中從中心起呈同心圓狀依次具有纖芯、第一包層和第二包層，并且歸一化頻率在2. 405 以上3. 9以下；所述第二包層中設(shè)置有沿所述纖芯延伸的空孔；至少在長度方向上的一處，存在所述空孔被連續(xù)填塞2mm以上30mm以下，所述第二包層為實(shí)心狀態(tài)的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單模光纖，其中所述第二包層的外側(cè)還具有第三包層；所述纖芯的直徑在8. 2 μ m以上10. 2 μ m以下；所述第一包層在所述傳輸光的波長下折射率比所述纖芯小，并且外徑在30 μ m以上 45 μ m以下;所述第二包層在所述傳輸光的波長下折射率比所述第一包層小，并且厚度在7. 4 μ m 以上；所述第一包層與所述第二包層的相對折射率差在0.5%以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的單模光纖，其中所述第二包層為實(shí)心狀態(tài)的部分通過利用熱量來填堵所述空孔而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在使用通過在光纖中設(shè)置空孔來提高耐彎曲性的光纖時抑制MPI發(fā)生的光纖的連接結(jié)構(gòu)，以及抑制MPI發(fā)生的單模光纖。第二單模光纖(20)在第二包層部分具備空孔(28)，彎曲損耗小。在第二單模光纖(20)與第一單模光纖(10a)的連接部分，存在將空孔(28)填塞長度L0而成為實(shí)心的部分，在該部分中LP11模式的光大幅衰減從而抑制MPI發(fā)生。
文檔編號G02B6/38GK102171594SQ20098013289
公開日2011年8月31日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者八若正義, 大泉晴郎, 田中正俊 申請人:三菱電線工業(yè)株式會社