光纤的连接结构以及单模光纤的制作方法

专利名称：光纤的连接结构以及单模光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤的连接结构以及单模光纤。
背景技术：
随着互联网的普及和发展，大量的信息通过通信网进行交换，因此需要更高速地传送和接收更大量的信息。在这种信息的传送和接收中通常使用光纤。尤其是由石英玻璃构成的单模光纤(SMF)适合于信息的大容量传输，作为通信用光纤而被大量使用。普通的单模光纤具有中心部具备折射率较高的纤芯、折射率较低的包层覆盖纤芯周围的结构，是纤芯部分只传输基模的光纤。这种单模光纤作为从信息的中继点到各用户 (例如企业或家庭)的主光纤，沿输电线等设置，而用于引入各建筑物内的光纤或者在中继器内进行布线的光纤则使用其它光纤，这些其它光纤与主光纤由连接器等连接在一起。此时，有时使用结构与主光纤不同且已提高耐弯曲性的光纤作为用于引入建筑物内的光纤或者在中继器内进行布线的光纤。这是因为在建筑物内或中继器内需要在狭窄的空间内拉绕光纤。非专利文献 1 Journal of lightwave technology, vol. 9, No. 8, August 1991, pp954-958

发明内容
-发明所要解决的技术问题-但是，在光纤相互连接的情况下，如果在光纤的连接部分发生纤芯偏离，则会出现在已输入传输光的光纤内产生高次模的光，该高次模的光在该光纤出口与基模再结合时发生干涉(多径干涉MPI (Multi Path Interference))而产生输出变化。已明确该现象在若干条件同时满足时才会出现问题，如果连接在主光纤上的光纤是通过在光纤中设置空孔而提高了耐弯曲性的光纤，就容易产生这样的问题。本发明是鉴于上述各点而完成的，其目的在于提供一种光纤的连接结构，该连接结构在使用通过在光纤中设置空孔而提高了耐弯曲性的光纤时抑制MPI发生，并且提供一种抑制MPI发生的单模光纤。-用以解决技术问题的技术方案-为解决上述课题，本发明的光纤的连接结构是为了使传输光从第一单模光纤输入第二单模光纤而将两条光纤连接起来的部分的结构，其构成为所述第二单模光纤从中心起呈同心圆状依次具有纤芯、第一包层和在所述传输光的波长下折射率比该第一包层低的第二包层，并且归一化频率在2. 405以上3. 9以下；所述第二包层中设置有沿所述纤芯延伸的空孔；在连接于所述第一单模光纤上的所述第二单模光纤的端部，所述空孔被连续填塞 2mm以上30mm以下，所述第二包层为实心状态。此处，第二包层的折射率是，将空孔部分及其周围的实心部分合起来，并对二者在横截面中的存在比率加以考虑得到的平均折射率。 第二包层为实心状态是指第二包层已由光纤构成物质无缝填塞的状态。S卩，与第一单模光纤连接的第二单模光纤的端部的第二包层为在2mm以上30mm以下的范围内没有空孔且已由光纤构成物质无缝填塞的状态。此处，纤芯是让传输光通过的部分，第一包层和第二包层是起到将传输光封闭的作用的部分。另外，即使少量传输光渗出到第一包层和第二包层中也无妨。归一化频率V 由下式表示V2 = k2 (Iil2-IiO2)a2 式 1k为传输光的波数，nl为纤芯折射率，n0为包层折射率，a为纤芯半径。优选所述第二单模光纤在所述第二包层的外侧还具有第三包层；所述纤芯的直径在8. 2 μ m以上10. 2 μ m以下；所述第一包层在所述传输光的波长下折射率比所述纤芯小， 并且外径在30 μ m以上45 μ m以下；所述第二包层的厚度在7. 4 μ m以上；所述第三包层在所述传输光的波长下折射率比所述第二包层大，并且该第二包层与该第三包层的相对折射率差在0.5%以上；所述第一包层与所述第二包层的相对折射率差在0.5%以上。所述第一单模光纤和所述第二单模光纤颗由连接器连接在一起；所述第二包层为实心状态的第二单模光纤的端部可构成为收纳在所述连接器内部。本发明的单模光纤构成为从中心起呈同心圆状依次具有纤芯、第一包层和第二包层，并且归一化频率在2. 405以上3. 9以下；所述第二包层中设置有沿所述纤芯延伸的空孔；至少在长度方向上的一处，存在所述空孔被连续填塞2mm以上30mm以下，所述第二包层为实心状态的部分。所述第二包层的外侧还可具有第三包层；所述纤芯的直径可在8. 2μπι以上 10. 2 μ m以下；所述第一包层在所述传输光的波长下折射率可比所述纤芯小，并且外径在 30 μ m以上45 μ m以下；所述第二包层在所述传输光的波长下折射率可比所述第一包层小， 并且厚度在7. 4 μ m以上；所述第三包层在所述传输光的波长下折射率可比所述第二包层大，并且该第二包层与该第三包层的相对折射率差在0. 5%以上；所述第一包层与所述第二包层的相对折射率差可在0. 5%以上。优选所述第二包层为实心状态的部分通过利用热量来填堵所述空孔而形成。-发明的效果-本发明的光纤的连接结构由于在第二包层中具有空孔的第二单模光纤的连接在第一单模光纤上的端部，将空孔填堵规定长度，所以能够抑制高次模的光在第二单模光纤中的传输，从而能够抑制MPI。


图1是第一实施方式所涉及的光纤的连接部分的示意剖视图。图2(a)是第二单模光纤的横截面示意图，图2(b)是折射率的分布图。图3是连接器的示意图。图4是第二实施方式所涉及的光纤的示意剖视图。图5是用于与实施方式进行比较的光纤的连接部分的示意剖视图。-符号说明-1Oa第一单模光纤11纤芯
20、 27 第二单模光纤 21 纤芯 22 包层 23 第一包层

24第二包层25第三包层28 空孔
61,62 连接器
具体实施例方式在对本发明的实施方式进行说明之前，参照图5说明将光纤相互连接时MPI是怎样产生的。当已将两条单模光纤10a’、20’连接在一起，并从一条单模光纤10a’向另一条单模光纤20’输入光时，基模LPOl从第一条光纤10a’输入第二条光纤20’。此处，如果在两条光纤10a’、20’的连接部分C3，两条纤芯11、21的截面未互相完全对准地连接而存在偏离，就会在连接部分C3产生少量高次模即LP11。当第二条光纤20’是只有一层包层的普通单模光纤时，LPll在前进极短的距离期间消失，只有LPOl继续传输。此处，纤芯的相互连接部分偏离是指，当两条纤芯的截面形状相同大小相等时，存在截面未互相重合的部分的状态；当两条纤芯的截面的大小不同时，较小的纤芯截面存在未与较大的纤芯截面相重合的部分的状态。另一方面，当第二条光纤20’为已使弯曲损耗降低的光纤时，为了提高耐弯曲性， 由折射率不同的多层包层构成包层22，并且包层22构成为在与纤芯接触的包层和与该包层相邻的外侧包层中，后者的折射率比前者低，具体而言此处在与纤芯21邻接的第一包层 23的外侧的第二包层部分中设置有沿纤芯21延伸的空孔观从而使折射率降低。如果是这样的结构则LPll难以衰减，若是在建筑物内或中继器内使用的距离，LPll就会传输到出口侧端部。第二条光纤20’在出口侧端部与机器侧单模光纤10b’等连接，LPll在该连接部 C4与LPOl再结合，发生MPI。另外，因为LPOl在光纤20’内的传输速度与LPll不同，所以由于再结合而产生噪声。这样一来当干涉发生时，光输出I如非专利文献1所记载的那样表示为I = A+Bcos(0)，Φ = 2 π L · Δη/λ 式 2A、B 系数，L 光纤长，Δη =LPOl和LPll的群折射率差，λ 传输光的波长。从式2中可知，如果温度变化则Δ η也变化，因此光输出I就会变化。为了不让这种输出变化产生，最好在连接部C3不让纤芯发生偏离，但由于在用连接器连接的情况下将已由连接器固定的光纤的端面相互对接固定，所以在现有的连接器的机械精度下无法使纤芯的端面互相完全对准，并且由于有时光纤本身的中心会偏离纤芯的中心所以无法完全消除连接部的纤芯偏离。如果在显微镜下观察纤芯并进行熔接则能够防止纤芯偏离，但若对引入各建筑物内的光纤或者在中继器等内的布线光纤进行熔接则成本增加，而且操作空间也难以保障，因此在现实中很难应用。本发明人鉴于上述课题点进行了各种研究，从而完成了本发明。
以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。在以下附图中，为了简化说明，实质上具有相同功能的构成要素用同一参照符号来表示。(第一实施方式)如图1所示，第一实施方式是在输入侧单模光纤即第一单模光纤(以下称为第一 SMF) IOa和出口侧SMFlOb之间夹着第二 SMF20的光纤连接结构。第一 SMFlOa和出口侧 SMFlOb是包层12为单一结构且弯曲损耗大的普通单模光纤，二者均为纤芯直径、包层直径相同的同种光纤。第二 SMF20是与第一 SMFlOa和出口侧SMFlOb相比弯曲损耗小的耐弯曲光纤。如图2所示，第二 SMF20的包层22由同心圆状的多个包层构成。第二 SMF20的结构从中心起依次为纤芯21、第一包层23、第二包层M和第三包层25。纤芯21由在石英中掺杂锗制成，折射率大，直径Rl在8. 2 μ m以上10. 2 μ m以下的范围内。第一包层23覆盖在纤芯21的外侧，由纯石英制成，折射率比纤芯21低，外径R2 在30 μ m以上45 μ m以下的范围内。第二包层M形成为覆盖在第一包层23的外侧，有效折射率比第一包层23低，且第一包层23与第二包层M的相对折射率差在0. 5%以上，第二包层M的厚度Ll在7. 4μπι以上(本实施方式中为10 μ m)。第三包层25形成为覆盖在第二包层M的外侧，第三包层25的折射率比第二包层M大，且第三包层25与第二包层 M的相对折射率差在0.5%以上。第三包层25的外径为125 μ m。以上的折射率是指在传输光的波长下的折射率。在第二包层M中设置有沿纤芯21延伸的空孔观。空孔观包围在第一包层23的周围。第二包层M的折射率是，以空孔观部分与空孔观周围的石英在光纤横截面上的面积比对空气和石英的折射率进行加权平均所得的有效折射率。而且，在第二 SMF20中，第三包层25作为支持体起作用，而封闭光的作用则由第一和第二包层23、对来实现。因为第一 SMFlOa和出口侧SMFlOb以及第二 SMF20是单模光纤，所以归一化频率在2. 405以上。优选第二 SMF20的归一化频率在3. 9以下。例如，如果第一 SMFlOa和出口侧SMFlOb是，纤芯11由在石英中掺杂有锗的材料制成、包层12由石英制成、二者的相对折射率差为0. 35%、纤芯直径为9 μ m的光纤，则当传输光的波长为1. 31 μ m时，归一化频率为2. 62。在第二 SMF20的与第一 SMFlOa相连接的端部，空孔28被填塞长度LO，第二包层M 成为实心状态。LO在2mm以上30mm以下。该长度LO部分是使LPll消失的部分。也就是说，如果长度LO部分的归一化频率在2. 405以上，则在长度LO之内使LPll大幅衰减；如果长度LO部分的归一化频率不足2. 405，则在长度LO之内完全阻断LP11。因此，即使由于在第一 SMFlOa和第二 SMF20的接合部Cl发生纤芯偏离因而在第二 SMF20内产生LP11，LPll 模式也会被长度LO部分阻断或大幅衰减，因此在第二 SMF20和出口侧SMFlOb的接合部C2 不会产生MPI或者几乎不产生MPI。此处，如果LO不足2mm，则LPll的衰减不充分，难以大幅抑制MPI。如果超过30mm则因为弯曲损耗大的部分相应增长，所以需要设置保护该部分以限制其弯曲的保护材。第二包层M为实心的长度LO部分通过对空孔28进行填堵而形成。空孔28的填堵方法包括向空孔观内填入物质、或者利用热量将构成物质熔融来填堵孔穴的方法等各种方法。在第二 SMF20的端部利用燃气燃烧器、放电或激光等进行加热来填堵空孔观的方
6法简便而且能够容易地调节长度LO。上述光纤的连接由如图3所示的连接器61、62来进行。在已对第一 SMFlOa实施被覆的被覆芯线15的一端和已对第二 SMF20实施被覆的被覆芯线25的一端分别安装有连接器61、62。连接器61、62中收纳有金属箍(ferrule)63、64，在金属箍63、64内支承有第
一SMFlOa以及第二 SMF20的空孔28已被填堵的部分，两条光纤的端面从金属箍63、64的端部露出。两个连接器61、62将金属箍63、64的端部相互对接，并利用连接固定件65、66 进行连接固定。通过该连接固定将第一 SMFlOa和第二 SMF20的端面相互对接固定，使中心一致。另外，由于光纤的纤芯有时偏离光纤横截面的中心，并且连接器61、62的制造精度在现状中还未达到准确地使纤芯的中心相互一致的程度，因此有时第一 SMFlOa和第二 SMF20 的纤芯11、21会相互偏离地连接在一起。连接器61、62在连接固定件65、66和与它们相连的保护套67、68的部分限制了其内部的光纤的弯曲，使弯曲半径不会很小。已填堵空孔观的长度LO部分收纳在该部分(连接固定件66和保护套68，二者合并成为连接器62)中，保护光纤使其不会过度弯曲。该保护光纤以限制其弯曲的部分的长度L3根据连接器的种类而不同，为30 60mm。已填堵空孔观的长度LO部分收纳在该保护部分(连接器内部)内，弯曲受到限制。因此就不会产生由弯曲造成的损耗。而且，如果已填堵空孔观的长度LO部分完全收纳在金属箍64内， 就能够可靠地限制其弯曲，故优选。优选第二 SMF20和出口侧SMFlOb的连接也同样使用连接器。如上所述，由于本实施方式中在连接于第一 SMFlOa上的第二 SMF20的端部对空孔 28进行填堵，使第二包层M的长度LO部分成为实心状态，所以能够抑制MPI发生。因此， 能够降低附加在所传输的信息中的噪声，还能够降低伴随着温度变化的输出变化、噪声变化，从而能够使传输质量提高(错误率等降低)。而且，由于对空孔观进行填塞的长度LO 很短，为2 30mm，所以不会使第二 SMF20的设计的自由度降低，并且由于收纳在连接器内部，所以能够使其弯曲受到限制从而让弯曲损耗大致为0。另外，优选第二包层为实心的部分的归一化频率不足2. 405。(第二实施方式)第二实施方式是涉及第二 SMF的实施方式。不是在与第一 SMF的连接部分，而是在第二 SMF的任意部分设置有抑制MPI发生的结构，这一点与第一实施方式不同，因此以下对与第一实施方式不同的部分进行说明。如图4所示，本实施方式的第二 SMF27不是在长度方向的端部而是在中央部分具有将空孔观填堵长度LO使之成为实心的部分。已填堵空孔观的部分在长度方向上的位置为任意位置。长度LO在2mm以上30mm以下。填堵空孔观的方法可以采用与第一实施方式相同的方法。如果利用连接器将本实施方式的第二 SMF27与第一实施方式的第一 SMFlOa连接起来，则在连接部分存在纤芯偏离时，产生LPll模式的光。由于LPll模式的光在空孔观所存在的区间衰减率小，所以几乎不衰减地进行传输，而已将空孔观填堵长度LO的部分， LPll模式的光的衰减率大，LPll模式的光在该部分完全消失或者大体上消失。因此，在第
二SMF27的光出口侧端部，完全不产生或者几乎不产生MPI。本实施方式的第二 SMF27能够抑制MPI发生，从而能够降低传输信号的噪声。而且，因为填堵空孔观的部分可以设置在任意位置，所以充分保证了光纤的设计自由度。(其它实施方式)上述实施方式是本发明的示例，本发明并不受这些实施例的限制。例如，已填堵空孔28的部分可以在一条第二 SMF内形成多个。在第一实施方式中，可以在第二 SMF20的两端形成已填堵空孔观的部分。第一 SMFlOa和出口侧SMFlOb或者第二 SMF20、27的光纤结构只要具有上述说明的光纤的功能则也可以与上述实施方式不同。-产业实用性-综上所述，本发明所涉及的光纤的连接结构抑制MPI发生，作为光通信中的光纤的连接部分的结构等有用。
权利要求
1.一种光纤的连接结构，该光纤的连接结构使传输光从第一单模光纤输入第二单模光纤，其中所述第二单模光纤从中心起呈同心圆状依次具有纤芯、第一包层和在所述传输光的波长下折射率比该第一包层低的第二包层，并且归一化频率在2. 405以上3. 9以下；所述第二包层中设置有沿所述纤芯延伸的空孔；在连接于所述第一单模光纤上的所述第二单模光纤的端部，所述空孔被连续填塞2mm 以上30mm以下，所述第二包层为实心状态。
2.根据权利要求1所述的光纤的连接结构，其中所述第二单模光纤在所述第二包层的外侧还具有第三包层；所述纤芯的直径在8. 2 μ m以上10. 2 μ m以下；所述第一包层在所述传输光的波长下折射率比所述纤芯小，并且外径在30 μ m以上 45 μ m以下;所述第二包层的厚度在7. 4 μ m以上；所述第一包层与所述第二包层的相对折射率差在0. 5%以上。
3.根据权利要求1或2所述的光纤的连接结构，其中所述第一单模光纤和所述第二单模光纤由连接器连接在一起；所述第二包层为实心状态的第二单模光纤的端部收纳在所述连接器内部。
4.一种单模光纤，其中从中心起呈同心圆状依次具有纤芯、第一包层和第二包层，并且归一化频率在2. 405 以上3. 9以下；所述第二包层中设置有沿所述纤芯延伸的空孔；至少在长度方向上的一处，存在所述空孔被连续填塞2mm以上30mm以下，所述第二包层为实心状态的部分。
5.根据权利要求4所述的单模光纤，其中所述第二包层的外侧还具有第三包层；所述纤芯的直径在8. 2 μ m以上10. 2 μ m以下；所述第一包层在所述传输光的波长下折射率比所述纤芯小，并且外径在30 μ m以上 45 μ m以下;所述第二包层在所述传输光的波长下折射率比所述第一包层小，并且厚度在7. 4 μ m 以上；所述第一包层与所述第二包层的相对折射率差在0.5%以上。
6.根据权利要求4或5所述的单模光纤，其中所述第二包层为实心状态的部分通过利用热量来填堵所述空孔而形成。
全文摘要
本发明提供一种在使用通过在光纤中设置空孔来提高耐弯曲性的光纤时抑制MPI发生的光纤的连接结构，以及抑制MPI发生的单模光纤。第二单模光纤(20)在第二包层部分具备空孔(28)，弯曲损耗小。在第二单模光纤(20)与第一单模光纤(10a)的连接部分，存在将空孔(28)填塞长度L0而成为实心的部分，在该部分中LP11模式的光大幅衰减从而抑制MPI发生。
文档编号G02B6/38GK102171594SQ20098013289
公开日2011年8月31日 申请日期2009年8月21日 优先权日2008年9月24日
发明者八若正义, 大泉晴郎, 田中正俊 申请人:三菱电线工业株式会社