專利名稱：保偏光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于利用了主要在可見光波長范圍內(nèi)使用的激光二極管等的光傳輸系統(tǒng)的保偏光纖，特別是，涉及能夠在400nm 680nm的波長范圍的整個區(qū)域使用，在該波長范圍的整個區(qū)域中減少了彎曲偏振串擾(polarization cross talk)以及彎曲損耗的保偏光纖。本申請基于2010年10月5日在日本提出申請的專利申請2010-225797號主張優(yōu)先權，并在此處引用其內(nèi)容。
背景技術：
保偏光纖是能夠保持并傳輸線偏振光的單模光波導(單模光纖)。保偏光纖大致由纖芯、設置于纖芯的兩側的一對應力賦予部和包圍這些纖芯以及應力賦予部的包層構成。應力賦予部用于在引導光的纖芯內(nèi)引起雙折射，是按照夾持纖芯而互相隔離并且在保偏光纖的直徑方向對置的方式配置在包層內(nèi)的一對玻璃區(qū)域。而且，應力賦予部遍及保偏光纖的長度方向全長而設置。構成該應力賦予部的玻璃區(qū)域的熱膨脹系數(shù)與構成包層的玻璃的熱膨脹系數(shù)不同。另外，眾所周知，對于保偏光纖而言，至少I個構成應力賦予部的玻璃區(qū)域的與其長度方向垂直的剖面的尺寸(直徑)大于纖芯的直徑。這樣的構造的保偏光纖被稱作熊貓(Polarization-maintaining andabsorption reducing:偏振保持和吸收還原)型保偏光纖。保偏光纖不僅應用于光通信，還用于具有偏振依賴性的光學元件彼此的連接、光纖光柵和光纖耦合器等光傳輸用光學元件等?？紤]到制作的方便性、品質(zhì)的穩(wěn)定性、與一般的石英系光波導光纖的連接性等，作為光傳輸用光學元件使用的保偏光纖被設計成在使用的光的波長附近的狹窄的波長范圍內(nèi)為單模光波導構造(例如，參照專利文獻1、2，非專利文獻1、2)。專利文獻1:日本特開2003-337238號公報專利文獻2:日本特開2008-76655號公報非專利文獻I9技報第85號、pi — 9、1993年10月発行非專利文獻PANDA ^ λ K r紹介i偏波保持7 r 4 K Θ基礎(URL:http: / / www.fujikura.c0.jp / products / tele / o — device / data / 16pnb04j.pdf)對于以往的保偏光纖而言，考慮到其制作的方便性、品質(zhì)的穩(wěn)定性、與一般的石英系光波導光纖的連接性等，被設計成在使用的波長附近的狹窄的波長范圍內(nèi)為單模光波導構造。換句話說，沒能提供在400nm 680nm的波長范圍的整個區(qū)域中，彎曲損耗以及彎曲偏振串擾良好的光纖構造。例如，在以向長波長側偏離截止波長的波長(例如，680nm)使用以往的400nm用的保偏光纖的情況下，存在若以直徑60mm等較小的彎曲直徑將該保偏光纖纏繞10次，則損耗、偏振串擾增加這一問題。另外，對于以往的保偏光纖而言，為了在減小彎曲直徑時不使偏振串擾增加，會增大應力賦予部的直徑或者減小間隔，但若其直徑過大，則包層的非圓率會變大。因此，在將保偏光纖與連接器連接的情況下、或在將保偏光纖與其他的光纖、光學元件連接的情況下，存在難以定位、工作效率降低這樣的問題。若減小應力賦予部的間隔，則模場非圓化，與其他光纖的連接損耗增加、由于應力賦予部的影響而光纖自身的損耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的情況而完成的，目的在于提供抑制了彎曲損耗的增加量以及偏振串擾的保偏光纖。本發(fā)明的保偏光纖具備:纖芯；一對應力賦予部，設置于該纖芯的兩側；以及包層，包圍上述纖芯以及上述應力賦予部，并且上述保偏光纖在400 680nm的波長范圍內(nèi)被使用，上述包層的直徑是125 μ m，上述應力賦予部的直徑是33 μ m 37 μ m，上述一對應力賦予部間的間隔是8.6 μ m 15.4 μ m，上述纖芯與上述包層的相對折射率差是0.35% 0.45%，截止波長在400nm以下。優(yōu)選上述包層包括第一包層和第二包層，其中，上述第一包層由摻氟的石英玻璃形成，上述第二包層設置于上述第一包層的外周，并由純石英玻璃形成。優(yōu)選在施加了 10次直徑為60mm的彎曲后，400 680nm的波長范圍內(nèi)的損耗增加量在0.1dB以下，偏振串擾在_30dB以下。根據(jù)本發(fā)明的保偏光纖，能夠在施加了 10次直徑為60mm的彎曲后，使400nm 680nm的波長范圍內(nèi)的損耗增加量在0.1dB以下，使偏振串擾在_30dB以下。


圖1是表示本發(fā)明的保偏光纖的第一實施方式的簡要剖面圖。圖2是表示本發(fā)明的保偏光纖的第二實施方式的簡要剖面圖。圖3是表示將本發(fā)明的實施例1的保偏光纖纏繞在外徑不同的線軸上，按每個彎曲直徑測量出的在400 680nm的波長范圍內(nèi)的彎曲損耗的結果的曲線圖。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明的保偏光纖的實施方式進行說明。應予說明，該實施方式是為了更好地理解發(fā)明的主旨而具體地說明的方式，只要不是特別指定，就不限定本發(fā)明。(I)第一實施方式圖1是表示本發(fā)明的保偏光纖的第一實施方式的簡要剖面圖。該實施方式的保偏光纖10大致由纖芯11、在纖芯11的兩側相對于纖芯11設置在點對稱的位置上的一對應力賦予部12、12、包圍這些纖芯11以及應力賦予部12、12的包層13構成。該保偏光纖10是與長度方向垂直的剖面形狀即直徑方向的剖面形狀為圓形的光纖。纖芯11使用與包層13相比折射率高的材料，應力賦予部12使用與包層13相比熱膨脹系數(shù)大的材料。作為這 些材料，只要是用于以往的熊貓型保偏光纖的材料，就可以使用。例如，作為纖芯11的材料使用添加(摻雜)了鍺(Ge)的石英玻璃。作為應力賦予部12的材料使用以三氧化二硼(B2O3)的剖面重量濃度換算添加(摻雜)了 17 21mol%左右的硼而成的B2O3-SiO2玻璃。作為包層13的材料使用純石英玻璃。纖芯11的折射率是1.462 1.464。另外，纖芯11的熱膨脹系數(shù)是21 X 10_7/V 22Χ1(Γ7/。。。應力賦予部12的熱膨脹系數(shù)是14X10_7/°C 15X10_7/°C。包層13的折射率是1.456 1.458。另外，包層13的熱膨脹系數(shù)是4X 10_7/°C 6Χ1(Γ7/。。。纖芯11與包層13的相對折射率差為0.35% 0.45%，優(yōu)選為0.37% 0.43%。通過將相對折射率差設為上述的范圍內(nèi)，纖芯11對光的封閉作用增強，即使以較小的彎曲直徑彎曲保偏光纖10，損耗也不會增加。若相對折射率差小于0.35%,則纖芯11對光的封閉作用減弱，若以較小的彎曲直徑彎曲保偏光纖10，則損耗增加。相對折射率差越大，纖芯11對光的封閉作用越強，即使以較小的彎曲直徑彎曲保偏光纖10，損耗也不會增加。但是，若相對折射率差超過0.45%，則模場直徑(MFD)減小，從而與其他的光纖、光學元件的連接性降低。纖芯11構成保偏光纖10的中心部，保偏光纖10的直徑方向的剖面形狀呈圓形。纖芯11的直徑優(yōu)選是1.5 μ m 3.5 μ m,更優(yōu)選的是2 μ m 3 μ m。若纖芯11的直徑小于2 μ m，則必須增大纖芯11和包層13的折射率差，MFD也會減小，所以與其他的光纖的連接、來自其他的光學元件的光的入射等變難。另一方面，若纖芯11的直徑超過3 μ m，則不減小纖芯11和包層13的折射率差就無法實現(xiàn)，所以往往由保偏光纖10的彎曲引起的損耗增大。包層13的直徑是125 μ m。應力賦予部12、12以夾持纖芯11的方式相互隔離而配置，保偏光纖10的直徑方向的剖面形狀呈圓形。應力賦予部12的直徑D是33 μ m 37 μ m，優(yōu)選是34 μ m 36 μ m。若應力賦予部12的直徑D小于33 μ m，則施加在纖芯11上的應力減小，偏振串擾特性降低。另一方面，若應力賦予部12的直徑D超過37 μ m,則包層13非圓化，與連接器連接的加工性降低。另外，2個應力賦予部12、12間的間隔R是8.6μπι 15.4 μ m，優(yōu)選是10 μ m 14 μ m0若應力賦予部12、12間的間隔R小于8.6μπι，則應力賦予部12與纖芯11的間隔過小，有可能模場非圓化而連接損耗增大，所以不優(yōu)選。另外，若應力賦予部12與模場重疊，則損耗增加。另一方面，若應力賦予部12、12間的間隔R超過15.4 μ m，則偏振保持特性降低，所以不優(yōu)選。以下，說明將本發(fā)明的保偏光纖的上述構造參數(shù)設為上述范圍內(nèi)的理由。對于應力賦予部12的直徑、以及應力賦予部12、12間的間隔，通過利用上述專利文獻I中提示的方法，不會使纖芯11的非圓率增大，而能夠計算出確定最佳的偏振串擾特性的模式雙折射率。并且，根據(jù)該方法確定出的應力賦予部的直徑是38.75 μ m。此處，在制作出應力賦予部的直徑是38.75 μ m，除此以外的構造參數(shù)位于上述范圍內(nèi)的保偏光纖后，包層的非圓率超出了規(guī)格(2%以下)。因此，本發(fā)明者等在改變應力賦予部的直徑而制作出保偏光纖后發(fā)現(xiàn)，若應力賦予部的直徑在33 μ m 37 μ m的范圍內(nèi)，則表示最佳的偏振串擾的特性，并且包層的非圓率滿足規(guī)格。另外，保偏光纖10為能夠在400nm 680nm的波長范圍的整個區(qū)域中使用的光纖，所以截止波長是400nm以下。根據(jù)該實施方式的保偏光纖10，在施加10次直徑60mm的彎曲后，400nm 680nm波長范圍中的損耗增加量為0.1dB以下，偏振串擾為-30dB以下。因此，通過將該保偏光纖10用作在光纖放大器、半導體激光器、調(diào)制器等光傳輸用光學元件、光測量設備中使用的連接用光纖，能夠以一種光纖來應對，而以往需要使用按波長的三種左右的光纖來應對。(2)第二實施方式圖2是表示本發(fā)明的保偏光纖的第二實施方式的簡要剖面圖。該實施方式 的保偏光纖20大致由纖芯21、在纖芯21的兩側相對于纖芯21設置于點對稱的位置的一對應力賦予部22、22、包圍這些纖芯21以及應力賦予部22、22的包層23構成。另外，包層23由直接包圍纖芯21以及應力賦予部22、22的第一包層23A、和設置于第一包層23A外周的第二包層23B構成。該保偏光纖20是與長度方向垂直的剖面形狀即直徑方向的剖面形狀是圓形的光纖。纖芯21使用與包層23相比折射率高的材料，應力賦予部22使用與包層23相比熱膨脹系數(shù)大的材料。作為這些材料，只要是用于以往的熊貓型保偏光纖的材料就可以使用。例如，作為纖芯21的材料使用純石英玻璃。作為應力賦予部22的材料使用以三氧化二硼(B2O3)的剖面重量濃度換算添加(摻雜)了 17 21mol%左右的硼而成的B2O3-SiO2玻璃。作為第一包層23A的材料使用摻氟石英玻璃，作為第二包層23B材料使用純石英玻璃。纖芯21的折射率是1.456 1.458。而且，纖芯21的熱膨脹系數(shù)是4X 1(TV°C 6Χ1(Γ7/。。。應力賦予部22的熱膨脹系數(shù)是14Χ 10_7/°C 15X 10_7/°C。第一包層23A的折射率是1.450 1.452。而且，第一包層23A的熱膨脹系數(shù)是4X10_7/°C 6X10_7/°C。
第二包層23B的折射率是1.456 1.458。而且，第二包層23B的熱膨脹系數(shù)是4X10_7/°C 6X10_7/°C。纖芯21與包層23的相對折射率差是0.35% 0.45%，優(yōu)選是0.37% 0.43%。通過將相對折射率差設為上述的范圍內(nèi)，纖芯21對光的封閉作用增強，即使在向長波長側偏離截止波長的波長下，以較小的彎曲直徑彎曲保偏光纖20，損耗也不增加。若相對折射率差小于0.35%,則纖芯21對光的封閉作用減弱，若以較小的彎曲直徑彎曲保偏光纖20，則損耗增加。相對折射率差越大，則纖芯21對光的封閉作用越強，即使以較小的彎曲直徑彎曲保偏光纖20，損耗也不增加。但是，若相對折射率差超過0.45%，則模場直徑(MFD)減小，從而與其他的光纖、光學元件的連接性降低。纖芯21構成保偏光纖20的中心 部，保偏光纖20的直徑方向的剖面形狀呈圓形。纖芯21的直徑優(yōu)選是1.5 μ m 3.5 μ m,更優(yōu)選是2 μ m 3 μ m。若纖芯21的直徑小于2 μ m，則必須增大纖芯21和包層23的折射率差，MFD也減小，所以與其他的光纖的連接、使用了透鏡等的光的入射變難。另一方面，若纖芯21的直徑超過3 μ m，則不減小纖芯21和包層23的折射率差就無法實現(xiàn)，所以往往因保偏光纖20的彎曲引起的損耗增大。第一包層23A的直徑優(yōu)選是30 μ m 95 μ m,更優(yōu)選是60 μ m 90 μ m。第二包層23B的直徑是125 μ m。另外，第二包層23B的厚度優(yōu)選是15 μ m 32.5 μ m,更優(yōu)選是 17.5 μ m 32.5 μ m。設置第二包層23B的理由是如果纖芯21是純石英玻璃、包層23是摻氟石英玻璃，則包層23的熔點低，所以在拉成絲時，張力會施加于纖芯21，從而光學特性會變得不穩(wěn)定。第一包層23A的厚度是30 μ m以上的理由是因為如果與纖芯21折射率相等的第二包層23B接近纖芯21，則在纖芯21中傳播的光會向第二包層23B泄露。另外，如果第二包層23B的厚度在15 μ m以下，則施加于纖芯21的張力增大，光學特性會變得不穩(wěn)定。應力賦予部22、22以夾持纖芯21的方式相互隔離而配置，保偏光纖20的直徑方向的剖面形狀呈圓形。應力賦予部22的直徑D是33 μ m 37 μ m，優(yōu)選34 μ m 36 μ m。若應力賦予部22的直徑D小于33 μ m，則施加于纖芯21的應力減小，偏振串擾特性降低。另一方面，若應力賦予部22的直徑D超過37 μ m,則包層23非圓化，與連接器連接的加工性降低。另外，2個應力賦予部22、22間的間隔R是8.6 μ m 15.4 μ m，優(yōu)選10 μ m 14 μ m0若應力賦予部22、22間的間隔R小于8.6 μ m，則應力賦予部22與纖芯21的間隔過小，有可能模場非圓化而連接損耗增大，所以不優(yōu)選。另一方面，若應力賦予部22、22間的間隔R超過15.4 μ m,則偏振保持特性降低，所以不優(yōu)選。另外，保偏光纖20能夠在400nm 680nm的波長范圍的整個區(qū)域中被使用，所以截止波長是400nm以下。根據(jù)該實施方式的保偏光纖20，在施加10次直徑60mm的彎曲后，400nm 680nm波長范圍中的損耗增加量為0.1dB以下，偏振串擾為-30dB以下。
因此，通過將該保偏光纖20用作在光纖放大器、半導體激光器、調(diào)制器等光傳輸用光學元件、光測量設備中使用的連接用光纖，能夠以一種光纖來應對，而以往需要使用按波長的三種左右的光纖來應對。實施例以下，通過實施例以及比較例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。[實施例1 3]在制作保偏光纖時，首先，準備成為由純石英玻璃構成的纖芯部的芯棒。接下來，為了得到規(guī)定的截止波長，在芯棒的外周堆積純石英玻璃微粒后，在規(guī)定濃度的氟氣氣氛中燒結該堆積部件，以便使得相對折射率差Λ為0.35% (實施例2)、0.40%(實施例1)、0.45% (實施例3)。接下來，在該燒結體的外周堆積石英玻璃微粒后進行燒結，以便使其成為純石英玻璃，從而得到熊貓型保偏光纖的纖芯包層母材。接下來，在該纖芯包層母材的纖芯部的兩側，以規(guī)定的位置以及直徑利用超聲波鉆孔機鉆孔，通過磨削以及研磨該孔的內(nèi)表面來進行鏡面化，而制作出開孔母材。另外，利用MCVD法，在石英玻璃管的內(nèi)側堆積以三氧化二硼(B2O3)的剖面重量濃度換算添加了 21mol%左右的硼的石英玻璃，從而得到成為應力賦予部的應力賦予部件。并且，通過磨削除去該原母材的外周的石英管，并進行研磨直到外表面成為鏡面，從而得到成為保偏 光纖的應力賦予部的應力賦予部件。該應力賦予部件的直徑比上述開孔母材的孔的直徑細。將該應力賦予部件插入上述開孔母材，利用拉絲爐進行加熱，并按照使包層直徑為125 μ m的方式進行拉絲。對拉絲后的光纖覆蓋2層紫外線硬化型丙烯酸酯樹脂，得到實施例1 3的保偏光纖素線。此時，第一層被覆直徑約為185 μ m,第二層被覆直徑為250 μ m。對這樣得到的實施例1 3的保偏光纖，進行了傳輸損耗、彎曲損耗、纏繞在直徑160mm的線軸上時的偏振串擾以及彎曲偏振串擾的評價。將這些結果與各個保偏光纖的構造參數(shù)一起表示在表I中。[表 I]
權利要求
1.一種保偏光纖,具備:纖芯；一對應力賦予部，設置于該纖芯的兩側；以及包層，包圍所述纖芯以及所述應力賦予部，所述保偏光纖在400 680nm的波長范圍內(nèi)被使用，其中， 所述包層的直徑是125 μ m,所述應力賦予部的直徑是33 μ m 37 μ m，所述一對應力賦予部間的間隔是8.6 μ m 15.4 μ m，所述纖芯與所述包層的相對折射率差是0.35% .0.45%，截止波長在400nm以下。
2.根據(jù)權利要求1所述的保偏光纖，其中， 所述包層包括第一包層和第二包層， 其中，所述第一包層由摻氟的石英玻璃形成，所述第二包層設置于該第一包層的外周，并由純石英玻璃形成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的保偏光纖，其中， 在施加了 10次直徑為60mm的彎曲后，400 680nm的波長范圍內(nèi)的損耗增加量在.0.1dB以下，偏振串擾在-30dB以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及保偏光纖。本發(fā)明的保偏光纖(10)具備纖芯(11)、設置于纖芯(11)兩側的一對應力賦予部(12、12)、包圍這些纖芯(11)以及應力賦予部(12、12)的包層(13)，在400～680nm的波長范圍內(nèi)被使用，包層(13)的直徑是125μm，應力賦予部(12)的直徑是33μm～37μm，一對應力賦予部(12、12)間的間隔是8.6μm～15.4μm，纖芯(11)與包層(13)的相對折射率差是0.35%～0.45%，截止波長在400nm以下。
文檔編號G02B6/024GK103154790SQ20118004659
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月3日 優(yōu)先權日2010年10月5日
發(fā)明者林和幸, 井添克昭, 遠藤豐, 愛川和彥, 工藤學 申請人:株式會社藤倉