JP2000347057A

JP2000347057A - 高次モード除去機能を有する多モード光ファイバ

Info

Publication number: JP2000347057A
Application number: JP2000087598A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Yamauchi; 良三山内; Tomio Azebiru; 富夫畔蒜; Shoichiro Matsuo; 昌一郎松尾; Koichi Takahashi; 浩一高橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2000-12-15
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP4101429B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的大きな実効コア断面積を持ち、低損失
で、分散値の絶対値が小さく、光ファイバの使用環境
で、比較的小さな曲がり損失感受性を有する光ファイバ
を提供する。【解決手段】光信号入射時には少なくとも３以上の直
線偏波モードが伝搬モードとして存在可能な多モード光
ファイバであって、該伝搬モードが最低次モードと二次
モード以上の高次モードを含み、該最低次モードと該二
次モードとの伝搬定数差が、二次モード以上の高次モー
ドにおいて、隣接するモード間の伝搬定数差の２倍以上
であることを特徴とする高次モード除去機能を有する多
モード光ファイバを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的長距離伝送
用の光ファイバであって、主として超高速伝送や高密度
波長多重伝送に適する光ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来高速伝送用の光ファイバとしては、
単一モードファイバが知られている。高速伝送用の単一
モードファイバは通常石英系ガラスから形成されてい
る。ここで石英系ガラスとは、二酸化硅素を主成分とす
るガラスとする。また、本明細書中において、光ファイ
バのコアを形成する石英系ガラスは、少なくとも５０重
量％以上の成分が二酸化硅素であるものとする。最も単
純な構造の単一モードファイバは、ステップ型の屈折率
分布を有するものである。ステップ型の単一モードファ
イバは、均一な屈折率を持つコアの周囲に、このコアよ
りも低屈折率のクラッドが設けられた構造となってい
る。

【０００３】ステップ型の単一モードファイバの電磁界
は、マツクスウェル方程式を解くことによって求めるこ
とが出来る。光ファイバ断面内においてコア半径をａ、
コアの屈折率（ピーク屈折率）をｎ1、クラッドの屈折
率をｎcladとし、コア−クラッド間の比屈折率差（相対
屈折率差）Δを、以下の式（１）

【０００４】

【数１】

【０００５】で表し、光の波長をλとすると、正規化周
波数Ｖが以下の式（２）で表される。

【０００６】

【数２】

【０００７】そして、この正規化周波数Ｖが、ある一定
値以下の値であれば、唯一のＬＰモードが伝搬可能な単
一モード条件が保証される。ここで、ＬＰモード（直線
偏波モード：Linearly Polarized Mode）について説明
する。光ファイバのコアを伝搬するモードを伝搬モー
ド、クラッドを伝搬するモードをクラッドモードとい
う。クラッドモードは所定距離伝搬すると、クラッド外
に放射され、減衰する。伝搬モードは、厳密には、Ｔ
Ｅ、ＴＭ、ＨＥ、ＥＨなど、電磁界のベクトルの方向と
して、様々な方向成分を持つモードからなる。しかし、
ある近似のもと、具体的には、コア−クラッド間の非屈
折率差が小さいという条件のもとでは、ファイバ断面内
に直交二軸をとるとき、どちらか一方の方向の電界ベク
トルしか持たないところのＬＰモードによって、光の伝
搬状態を近似することができる。一般には、前記コア−
クラッド間の相対屈折率差が１％以下と言われている
が、若干の誤差を許せば、屈折率差３％程度までは近似
が成立すると考えられる。ＬＰｍｎモードと厳密界のモ
ードとの対応は、以下のようになる。ＬＰ０１モード＝ＨＥ１１モードＬＰ１１モード＝ＴＥ０１モード、ＴＭ０１モード、Ｈ
Ｅ２１モードＬＰ２１モード＝ＥＨ１１モード、ＨＥ３１モードＬＰ０２モード＝ＨＥ１２モード・・・

【０００８】ステップ型の単一モードファイバにおいて
は、Ｖ＜＝２．４０５となるときが、いわゆる最低次モ
ード（基本モード、すなわちＬＰ０１モード）のみがコ
アを伝搬する単一モード条件であること知られている。

【０００９】このステップ型の単一モードファイバの欠
点は、前記式（２）からわかるように、ある波長λに対
して、単一モード条件を満たすためには、コア半径ａ
（コア径でいえば２ａ）と比屈折率差の平方根Δ^1/2の
積を大きくすることが出来ず、いわゆる、モードの存在
領域を示すモードフィールド径（ＭＦＤ：ＭｏｄｅＦ
ｉｅｌｄＤｉａｍｅｔｅｒ）が原理的に小さくなる傾
向があることである。ＭＦＤが小さいと、光ファイバど
うしを低損失で接続しようとする場合に、条件を満足で
きないことがある。

【００１０】一方、Ｖ＜＝２．４０５を保ちながらＭＦ
Ｄを大きくしようとすると、コア径２ａを拡大し、対し
て比屈折率差Δを小さくすることが必要となる。しかし
ながら、このような設計を行うと、屈折率差が小さく、
また、モードが大きくコア中心から広がっているため、
ファイバに僅かな曲がり（マイクロベンド）を与えるだ
けで伝搬モードのエネルギーがクラッドを経て外部に放
射され、損失を生じやすくなる。

【００１１】そこで、一つの方策として、厳密に式
（２）に示したＶ＜＝２．４０５を遵守するのではな
く、理論的には二次モードであるＬＰ１１モードが存在
しうるようなＶを設定することが行われている。すなわ
ち、Ｖが３．０程度の値になることを許した設計を行う
と、比較的大きなＬＰ０１モードのＭＦＤを設定して
も、コア内への電磁界の閉じ込めは強い。そのため、フ
ァイバに僅かな曲がりが加わっても曲げ損失があまり大
きくならず、伝送可能となる。

【００１２】このとき、ＬＰ１１モードはコア内に僅か
しか閉じ込められていないので、長距離伝搬することは
なく、数ｍ〜数十ｍ伝搬すると実使用状態で受ける曲が
りによって大きな放射損失を受けて速やかに減衰する。
そのため、伝送に影響を与えることはない。しかしなが
ら、このように２つ以上のモードが伝搬する構造におい
て、もし高次モードが速やかに減衰しない場合には、以
下のような問題がある。一般に、光ファイバに複数のモ
ードが伝搬するとき、個々のモードの伝搬速度が一致す
ることはない。そのため、光ファイバ通信システムにお
いて、複数のモードに光信号エネルギーを分配して同時
に伝搬させると、長距離伝搬した後には個々のモードの
到着時刻が異なり、復調後の信号波形は歪んでしまう。
したがって、結果的に高速伝送が行えないことになる。
近年の光通信の伝送速度は、搬送波長１波に対して、数
Ｇｂ／ｓ以上の伝送が一般的に行われており、実用レベ
ルで１０Ｇｂ／ｓ、実験的には数十〜１００Ｇｂ／ｓが
報告されている。

【００１３】ところで、光ファイバの波長分散（単に分
散ともいう）は、以下の二つの要素の和で決定されてい
る。一つは、ファイバの材質で決定されているところの
材料分散で、他の一つは、光ファイバの屈折率分布構造
で決定される導波路分散（構造分散）である。光ファイ
バ通信にとって重要な１．３〜１．６μｍの波長域で
は、石英系光ファイバの材料分散は波長が長くなるにし
たがって大きくなる傾向がある。上述の通常のステップ
型の単一モードファイバにおいては、導波路分散の寄与
は小さく、材料分散が支配的であるので、全分散、すな
わち材料分散と導波路分散との和が１．３μｍ付近でゼ
ロとなる。光ファイバ、特に石英系ガラスを主成分とす
る光ファイバの最低損失波長は１．５５μｍ付近にあ
る。石英系光ファイバの損失は主にレイリー散乱による
もので、１．５５μｍ帯で最小になる。よって、この波
長帯ではＶが２．４〜３．０のステップ型シングルモー
ドファイバは、分散が大きく、あまり高速の伝送には向
いていない。

【００１４】分散シフトファイバは、石英系ガラスから
なる単一モードファイバにおいて、分散がゼロとなる波
長帯を１．５５μｍ帯にシフトさせたものである。すな
わち、その屈折率分布構造を変化させることにより、構
造に大きく依存する導波路分散の絶対値を大きくし、材
料分散と導波路分散の和である全分散がゼロになる波長
帯を１．３μｍ帯からシフトさせたものである。材料分
散は材料自体によって決定されるもので、導波路構造に
はほとんど依存しない。このように１．５５μｍ帯にお
ける分散をゼロにすることによって、１．３μｍ帯より
もさらに低損失の伝送が可能となる。

【００１５】具体的な数値としては、例えば以下のよう
になる。通常の石英系ガラスの材料分散は、波長１．５
５μｍ帯において、およそ１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであ
る。よって、導波路分散が約−１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍで
あれば、材料分散をキャンセルして、分散をゼロにする
ことができる。このように導波路分散の絶対値を大きく
するためには、以下のような条件を満たす必要がある。（Ａ）比較的大きな比屈折率差を持つこと。（Ｂ）比較的小さなコア径を持ち、コアの主要部分に対
して電磁界分布の相対的な広がりが大きいこと。

【００１６】前記（Ａ）については、コア−クラッド間
の比屈折率差を大きく設計することによって対応するこ
とができる。前記（Ｂ）は、光のコア内への閉じ込めが
弱いということとほとんど同義である。分散シフトファ
イバにおいては、例えばλ→λ＋Δλの波長変化に対し
て、Δ（ＭＦＤ）／Δλが大きな値を持つような領域に
おいて、導波路分散が大きくなる傾向があることが知ら
れている。よって、分散シフトファイバにおいては、前
記（Ｂ）の条件にしたがって、導波路分散を大きくする
ために、コアの主要な部分から電磁界が大きくしみ出す
ような構造設計を行うことが多い。

【００１７】しかしながら、このように電磁界が大き
い、すなわち、いわゆる大きなＭＦＤを有するものにお
いては、上述のようにモードが大きくコアの中心から広
がっているため、ファイバに僅かな曲がりを与えるだけ
で伝搬モードのエネルギーが外部に放射し、損失を生じ
やすくなる。よって、１．５５μｍ帯への分散のシフト
と、この曲がり損失の感受性とを同時に満たす分散シフ
トファイバを設計することはかなり困難であることが知
られている。

【００１８】ところで、近年、光通信技術の発達によ
り、光増幅器によって光信号を直接的に増幅しながら長
距離伝送する技術が実現されている。前記光増幅器とし
ては、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Er
bium Doped Fiber Amplfier）が用いられ、増幅された
光信号のパワーは数十ｍＷ以上になることも多い。

【００１９】また、分散シフトファイバの低損失領域で
ある１．５５μｍ帯は、ある程度の波長幅を有する。ま
た、ＥＤＦＡの増幅帯域幅は数十ｎｍの波長幅を有す
る。そこで、１．５５μｍ帯内に複数の異なる数十波長
の光信号を設定し、これらの光信号をＥＤＦＡにて同時
に増幅しながらひとつの分散シフトファイバにて伝送す
る波長多重伝送方式が実現されている。このような技術
の進歩の結果、いわゆる光ファイバ中の光の存在領域
（実効コア断面積）、すなわちＭＦＤを広げて設計する
ということは、単にファイバ同士を簡単に低損失で接続
する、分散シフトファイバの導波路分散の絶対値を大き
くするなどの目的以外に、別の意義が出てきた。すなわ
ち、非線形効果の問題である。

【００２０】長距離伝送においては、波長多重伝送の有
無に関わらず、十分に増幅した大きなパワーの光信号を
長距離にわたって伝送する間に、非線形効果の影響によ
って光信号の信号波形が歪んでしまうという問題があ
る。具体的な非線形効果の例としては、自己位相変調、
四波混合（ＦＷＭ）などが挙げられる。

【００２１】自己位相変調は、光強度に依存した物質の
屈折率変化を引き起こす３次の非線形現象のひとつであ
って、物質内を伝搬する光パルス自信の位相が短時間に
急激に変化する現象をいう。長距離伝送においては、例
えば１波の伝送であっても光信号のピークパワーが強い
と、最もパワーが強い山の部位と最もパワーが弱い谷の
部位とでガラスの屈折率が異なる現象が発生し、光の瞬
時周波数の局所的な変化が生じる。そして、高速変調に
なるほど瞬時周波数の変化は大きくなるので、それが光
ファイバの分散と結びついて大きな波形ひずみとなる。
よって、長距離多重伝送における自己位相変調は、分散
シフトファイバの分散と自己位相変調との相互作用と呼
ぶべき効果である。

【００２２】ＦＷＭも３次の非線形現象のひとつであっ
て、３つの入射光によって不要な第４の光が発生し、４
つの周波数の波が相互作用をして波長多重通信に影響を
与えるものである。波長多重数が増加すると非常に多く
の４波の組合わせが考えられるので、互いに多くの相互
作用をして通信品質の低下を招くことになる。ＦＷＭに
よる不要な光（波）の発生効率は、近似的には、以下の
式（３）で与えられる。

【００２３】

【数３】

【００２４】式中、αは光ファイバの損失係数（単位は
例えば、ｄＢ／ｋｍである）、ｎ₂は光ファイバガラス
の非線形屈折率、Ｄは光ファイバの分散、Ａｅｆｆは光
ファイバの実効コア断面積である。

【００２５】式（３）中のＡｅｆｆは、コアを伝搬する
モードの電磁界分布がガウス型の場合は、以下の式
（４）で与えられる。

【００２６】

【数４】

【００２７】しかしながら、実際は以下の式（５）に示
すように、コア内の光の電磁界分布を積分して計算す
る。

【００２８】

【数５】

【００２９】前記式（３）からわかるように、光ファイ
バの分散がゼロに近づくと発生効率が非常に大きくな
る。よって、高速伝送の観点からは分散はできるだけ小
さい値であることが望ましいが、非線形効果の観点から
はあまりに小さいと不都合である。また、Ａｅｆｆは大
きい方が好ましい。よって、上述のようにＭＦＤを大き
く設計することは、非線形効果の低減に対して意義があ
る。

【００３０】以上のような背景により、最近の分散シフ
トファイバには以下のような条件を満足することが求め
られている。（Ａ）使用波長帯において、分散の絶対値が小さく、か
つ完全に零ではなく、ある程度はずれた値を有している
こと（NON-ZERODISPERSION SHIFTED FIBERと呼ぶことが
ある。）。（Ｂ）Ａｅｆｆが大きいこと。（Ｃ）低損失であること。これは、石英系光ファイバで
あればある程度満たされるが、具体的には、１．５５μ
ｍ帯での損失が０．２３ｄＢ／ｋｍ程度以下であること
が望ましい。（Ｄ）曲げ損失感受性が小さいこと。これは、しばし
ば、前記（２）のＡｅｆｆが大きいことと矛盾する。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記事情に鑑
みてなされたもので、（Ａ）比較的大きなＡｅｆｆを持
ち、（Ｂ）低損失で、（Ｃ）分散値の絶対値は１．５５
μｍ帯で数ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度であり、（Ｄ）光ファ
イバの使用環境で、比較的小さな曲がり損失感受性を有
する光ファイバを提供することを課題とする。さらに波
長多重伝送用としては、（Ｅ）数ｋｍ以上の長距離伝送
において、広帯域伝送が可能であると好ましい。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために以下のような手段を用いる。第１の発明は光
信号入射時には少なくとも３以上の直線偏波モードが伝
搬モードとして存在可能な多モード光ファイバであっ
て、該伝搬モードが最低次モードと二次モード以上の高
次モードを含み、該最低次モードと該二次モードとの伝
搬定数差が、二次モード以上の高次モードにおいて、隣
接するモード間の伝搬定数差の２倍以上であることを特
徴とする高次モード除去機能を有する多モード光ファイ
バである。第２の発明は、第１の発明の高次モード除去
機能を有する多モード光ファイバにおいて、高次モード
とクラッドモードにおいて、隣接するモード間の正規化
伝搬定数差が０．２５以下であることを特徴とする高次
モード除去機能を有する多モード光ファイバである。第
３の発明は、第１または第２の発明の高次モード除去機
能を有する多モード光ファイバにおいて、コアと、その
外周上に設けられたクラッドとを有し、該コアが、同心
円状に設けられた二層以上からなり、かつ当該コアの中
心付近に設けられた最も高い屈折率の最大屈折率層と、
該最大屈折率層の外周上に設けられた、該最大屈折率層
よりも低い屈折率の中間層とを備えていることを特徴と
する高次モード除去機能を有する多モード光ファイバで
ある。第４の発明は、第３の発明の高次モード除去機能
を有する多モード光ファイバにおいて、中間層のクラッ
ドを基準にした相対屈折率の最大値が、最大屈折率層の
クラッドを基準にした相対屈折率の５〜９０％であるこ
とを特徴とする高次モード除去機能を有する多モード光
ファイバである。第５の発明は、第３または第４の発
明の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバに
おいて、最大屈折率層のクラッドの屈折率を基準とした
ときの相対屈折率差が０．６５〜１．５％であることを
特徴とする高次モード除去機能を有する多モード光ファ
イバである。第６の発明は、第３〜５の発明のいずれか
ひとつの高次モード除去機能を有する多モード光ファイ
バにおいて、コアの外径が前記最大屈折率層の外径の３
〜８倍であることを特徴とする高次モード除去機能を有
する多モード光ファイバである。第７の発明は、第３〜
６の発明のいずれかひとつの高次モード除去機能を有す
る多モード光ファイバにおいて、コアの外径が最大屈折
率層の外径の３〜５．５倍であることを特徴とする高次
モード除去機能を有する多モード光ファイバである。第
８の発明は、第３〜７の発明のいずれかひとつの高次モ
ード除去機能を有する多モード光ファイバにおいて、中
間層が１層あるいは屈折率が異なる２層以上からなり、
当該中間層を構成する層の屈折率を中心側からｎｌ１、
ｎｌ２、…、ｎｌｉ（ｉ＝２、３、・・・）としたと
き、ｎｌ１＞ｎｌｉであり、かつクラッドがｎｌ１より
も低い屈折率を備えていることを特徴とする高次モード
除去機能を有する多モード光ファイバである。第９の発
明は、第８の発明の高次モード除去機能を有する多モー
ド光ファイバにおいて、中間層のクラッドを基準にした
相対屈折率の最大値が、最大屈折率層のクラッドを基準
にした相対屈折率の５〜５０％であることを特徴とする
高次モード除去機能を有する多モード光ファイバであ
る。第１０の発明は、第３〜７のいずれかひとつの発明
の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにお
いて、中間層が屈折率が異なる２層以上からなり、当該
中間層を構成する層のうち、最大屈折率層に隣接する層
の屈折率をｎｌ１、これらの層の最大の屈折率をｎｌｍ
ａｘとしたとき、ｎｌｍａｘ＞ｎ１ｌであり、かつクラ
ッドがｎｌｍａｘよりも低い屈折率を備えていることを
特徴とする高次モード除去機能を有する多モード光ファ
イバである。第１１の発明は、第１０の発明の高次モ
ード除去機能を有する多モード光ファイバにおいて、中
間層のクラッドを基準にした相対屈折率の最大値が、最
大屈折率層のクラッドを基準にした相対屈折率の１５〜
９０％であることを特徴とする高次モード除去機能を有
する多モード光ファイバである。第１２の発明は、第１
〜１１のいずれかひとつの高次モード除去機能を有する
多モード光ファイバにおいて、入射した光信号が、最大
４ｋｍを伝搬する間に、最低次モード以外のモードは減
衰し、実質的に情報伝送に寄与しなくなることを特徴と
する高次モード除去機能を有する多モード光ファイバで
ある。第１３の発明は、第１〜１２のいずれかひとつの
発明の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバ
において、１．５５μｍ帯における実効コア断面積が５
０μｍ²以上であり、１．５５μｍ帯における分散の絶
対値が１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であり、かつ石英ガラ
スを主成分とすることを特徴とする高次モード除去機能
を有する多モード光ファイバである。第１４の発明は、
第１３の発明の高次モード除去機能を有する多モード光
ファイバにおいて、１．５５μｍ帯における実効コア断
面積が７０μｍ²以上であることを特徴とする高次モー
ド除去機能を有する多モード光ファイバである。第１５
の発明は、第１４の発明の高次モード除去機能を有する
多モード光ファイバにおいて、１．５５μｍ帯における
分散の絶対値が５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であることを特
徴とする高次モード除去機能を有する多モード光ファイ
バである。第１６の発明は、第１〜１５の発明のいずれ
かひとつの高次モード除去機能を有する多モード光ファ
イバにおいて、伝搬モードの数が３〜６であることを特
徴とする高次モード除去機能を有する多モード光ファイ
バである。第１７の発明は、第１〜１６の発明のいずれ
かひとつの高次モード除去機能を有する多モード光ファ
イバにおいて、使用波長帯において、最低次モードの分
散が波長１．５μｍよりも長い波長でゼロとなることを
特徴とする高次モード除去機能を有する多モード光ファ
イバである。第１８の発明は、第１〜１７の発明のいず
れかひとつの高次モード除去機能を有する多モード光フ
ァイバにおいて、使用波長帯における直径２０ｍｍの一
様曲げ損失が３０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする
高次モード除去機能を有する多モード光ファイバであ
る。第１９の発明は、第１〜１８の発明のいずれかひと
つの高次モード除去機能を有する多モード光ファイバに
おいて、使用波長帯における直径２０ｍｍの一様曲げ損
失が１０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする高次モー
ド除去機能を有する多モード光ファイバである。第２０
の発明は、第１〜１９の発明のいずれかひとつの高次モ
ード除去機能を有する多モード光ファイバにおいて、使
用波長帯において、最低次モードの分散が波長１．５μ
ｍよりも短い波長でゼロとなることを特徴とする高次モ
ード除去機能を有する多モード光ファイバである。本発
明の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバ
は、特に限定するものではないが、長距離伝送に適した
ものを提供することを目的とするため、原則として１．
５５μｍ帯での使用を前提とする。この１．５５μｍ帯
とは１４９０〜１６２０ｎｍの波長範囲とする。また、
本発明において、実効コア断面積、曲げ損失などは、特
に断らない限り、原則として１．５５μｍ帯の使用波長
帯における測定値をいうものとする。

【００３３】

【発明の実施の形態】上述のように、従来の技術におい
て、例えばステップ型の単一モードファイバでは、せい
ぜいＶを３．０程度として単一モード条件をやや緩和す
ることにより、ＬＰ０１モードの閉じこめを強くし、比
較的閉じ込めの弱いＬＰ１１モードを速やかに減衰させ
るという手段が取られてきた。このような光ファイバを
しばしば「準単一モードファイバ」とよぶこともある。

【００３４】本発明の多モード光ファイバにおいては、
準単一モードファイバよりも多くのモードが伝搬可能な
条件を設定し、かつ光ファイバの屈折率分布とモード間
の伝搬定数差の関係を適切に設定することにより、実質
的に単一モード伝送が可能な設計を行うものである。

【００３５】本発明の多モード光ファイバの基本的な考
え方は、光ファイバの使用環境において生じる曲がりが
もたらすモード変換を利用するものである。理想的な光
ファイバの場合、その長さ方向において外径変動、コア
径変動、また、屈折率の揺らぎもないと仮定している。
したがって、仮に複数のモードが光ファイバを伝搬して
も、相互にモードのエネルギーを交換することはない。

【００３６】しかし、実際の光ファイバの敷設環境にお
いては、光ファイバには以下のような擾乱が加わる。（Ａ）光ファイバ自身に、その長さ方向において、外径
変動、コア径変動、屈折率の揺らぎなどが内在する。（Ｂ）光ファイバは、外面保護のために、その外周上に
合成樹脂からなる被覆層が設けられた光ファイバ素線な
どとして取り扱われるのが通常である。この被覆層は、
通常軟らかい内層と硬い外層からなる二重構造とされ
る。そして、この被覆層においても、その長さ方向にお
いて、径変動や樹脂の硬度の変化があり、これらが光フ
ァイバに影響する。（Ｃ）光ファイバのケーブル化においては、光ファイバ
はテープ化されたり、ファイバ同士撚り合わせられたり
している。そして、これに伴って光ファイバは、曲が
り、引っ張り、圧縮力などを受ける。これらの擾乱が光
ファイバに加わった結果、光ファイバを伝搬するモード
は、相互のモード間でエネルギーを交換をする。これを
モード変換と呼んでいる。

【００３７】その程度は、結合に関与する二つのモード
の伝搬定数βｉ、βｊの伝搬定数差Δβによって表され
る。Δβは、以下の式（６）で表される。

【００３８】

【数６】

【００３９】そして、これらのモードの結合係数Ｃij
は、以下の式（７）

【００４０】

【数７】

【００４１】に示したようにΔβ^-2pに比例すると言わ
れている。ここで、ｐはゆらぎの長さ方向のスペクトル
に関係した量で、２〜４程度の値をとると言われてい
る。図１は伝搬モードの存在範囲をβダイアグラムで示
したものであって、横軸は伝搬定数を示している。そし
て、βが正の領域のモードは光信号の進行方向のモー
ド、βが負の領域のモードは反対の反射モードである。
定性的に説明する場合においては、図１に示したように
ＬＰ０１モードの伝搬定数をβ０、それ以降の高次モー
ドの伝搬定数を順次β１、β２・・とする。例えば、上
記において、ｐ＝４とすると、モード間の結合係数はΔ
βの８乗に逆比例する。ここで、３つの伝搬モード（Ｌ
Ｐ０１、ＬＰ１１、ＬＰ０２モード）が存在していると
する。それぞれの伝搬定数は上述のようにβ０，β１，
β２である。そして、以下の式（８）、式（９）

【００４２】

【数８】

【数９】

【００４３】に示したような条件を満足するように設計
したとする。式（９）中、ｋｏは以下の式（１０）

【００４４】

【数１０】

【００４５】で示される真空中の光の伝搬定数であるｎ
_cladはクラッドの屈折率である。前記式（７）により、
これらのモード間の結合係数の関係は、以下の式（１
１）、式（１２）に示したようになる。

【００４６】

【数１１】

【数１２】

【００４７】これらの式（１１）、式（１２）からわか
るように、モード間の結合は、ＬＰ０１モードとＬＰ１
１モードとの間ではほとんど生じず、高次モード間（Ｌ
Ｐ１１モードとＬＰ０２モードとの間）および、最高次
モード（ＬＰ０２モード）とクラッドモードとの間で生
じる。したがって、ＬＰ１１モードはＬＰ０２モードと
強く結合し、さらにクラッドモードと結合し、クラッド
を伝搬し、所定距離進行したところで速やかに減衰する
ことになる。よって複数のモードがコア内を伝搬可能な
状態にありながらも、各モードが持つ伝搬定数を適切に
制御するとともに、上述のような擾乱の影響によって、
積極的にＬＰ１１モード以上の高次モードを除去し、適
切な距離を伝搬した後は、ＬＰ０１モードのみが実質的
に伝搬するようなモードの配置が可能となる。

【００４８】モード間の結合係数は、厳密には単にΔβ
だけで決定されるのでなく、結合に関与する二つのモー
ドの電磁界分布や光ファイバに摂動として与えられる擾
乱の形および周期性などに大きく依存する。光ファイバ
をケーブル化する当業者間においては、伝送損失増加の
観点からΔβが非常に大きな意味を持つと認識されてい
る。伝搬定数差と伝送損失増加との関係は、前記式
（８）、式（９）に示したように、ｐの値によっては−
４乗〜−８乗に比例するという極めて強い依存性を持
ち、他の因子と比べて影響力が大きいからである。

【００４９】しかしながら、本発明においては、複数の
モードがコア内を伝搬可能な多モード光ファイバにおい
て、複数のＬＰモードを励振して光ファイバ中を伝搬さ
せ、これらを伝搬するうちに、積極的にＬＰ１１モード
以上の高次モードを除去することを目的とするため、Δ
βのみならず、多モード光ファイバに付与される擾乱の
形および周期性なども特性に大きく影響する因子とな
る。このような擾乱の形や擾乱の周期性などは個々の光
ファイバによって異なるため、一概に述べることはでき
ないが、通常の光ファイバの取り扱いにおいては、光フ
ァイバ自身に内在する要因や敷設時の外的要因などによ
って、本発明に適した擾乱が付与され、本発明の効果が
得られる。

【００５０】例えば擾乱の形においては、軸対称性が重
要である。以下、定性的に、前記式（８）、（９）、
（１１）、（１２）に示したように設計した多モード光
ファイバに生じるいくつかの擾乱の形と、そのときのモ
ード結合関係について例示する。例えば、図２に示した
ようなマイクロベンドが光ファイバに生じると、もとも
とまっすぐだった光ファイバの軸が曲がるため、いわゆ
る「軸対称でない摂動」が光ファイバに与えられる。Ｌ
Ｐ０１モードは軸対称モードであるため、マイクロベン
ドが生じていない光ファイバにおいては、光ファイバの
コア径変動のような軸対称な摂動だけが存在すると、同
じ軸対称モードであるＬＰ０２モードと結合する。しか
しながら、マイクロベンドのような軸対称でない摂動が
ある程度強く付与されることによって、ＬＰ０１モード
とＬＰ０２モードとの結合よりも、非軸対称モードであ
るＬＰ１１モードとの結合が支配的となる。ＬＰ１１モ
ードは、ＬＰ０１モードだけでなく、ＬＰ０２モードと
も結合する。

【００５１】上述のように図３に示したファイバ径が長
さ方向に変動しているような、いわゆる「軸対称な摂
動」のみが多モード光ファイバに加わっている場合、前
述のマイクロベンドとは異なり、対称性が同じであるモ
ードどうしの結合が生じると考えられる。すなわち、Ｌ
Ｐ０１モードとＬＰ０２モード、ＬＰ１１モードとＬＰ
１２モードなどの結合の組み合わせが考えられる。

【００５２】特に本発明の多モード光ファイバにおい
て、好ましい擾乱を与えるためには、多モード光ファイ
バの表面上に内層と外層からなる合成樹脂製の被覆層を
設けるにあたって、前記内層の材料のヤング率を０．５
ｋｇ／ｍｍ²以下、好ましくは０．０５〜０．３ｋｇ／
ｍｍ²とし、外層の材料がヤング率３０ｋｇ／ｍｍ²以
上、好ましくは６０〜７０ｋｇ／ｍｍ²とすると好まし
い。これらの範囲を満足することによって、内層と外層
の硬度差や、おそらくは光ファイバの製造時の樹脂硬化
に起因して光ファイバに適度な擾乱が与えられ、高次モ
ードを除去する効果が向上する。

【００５３】ここで、本発明の多モード光ファイバの設
計については、以下のように整理することができる。（Ａ）光信号入射時（励振時）には、少なくとも３以上
の直線偏波モードが伝搬モードとして存在可能であるよ
うに屈折率分布構造を設計する。これにより、ファイバ
の設計の自由度が大きくなる。

【００５４】（Ｂ）そのとき、これらの伝搬モードにお
いて、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの伝搬定数差
が、ＬＰ１１モード以上の高次モードと隣接する高次モ
ードとの伝搬定数差の２倍以上、好ましくは３倍以上に
なるように設定する。その結果、ＬＰ１１モード以上の
高次モードのみがクラッドモードに結合し、適切な距離
を伝搬した後はＬＰ０１モードのみが実質的に伝搬する
ようなモード配置が可能となる。２倍未満の場合は高次
モードのみを適切に減衰させることができず、単一モー
ド伝送とならない場合がある。（Ｃ）また、ＬＰ１１モード以上の高次モードおよびク
ラッドモードにおいては、隣接するモード間の伝搬定数
差は正規化伝搬定数において、０．２５以下、好ましく
は０．１以下、さらに好ましくは０．０５以下になるよ
うに設定する。このように設定することにより、高次モ
ードはクラッドモードと速やかに結合し、システム上問
題とならない距離を伝搬後には消滅する。

【００５５】この適切な距離は、光ファイバの種類にも
よるが、４ｋｍ程度伝搬した後に高次モードが消滅すれ
ば、十分に実用になる伝送システムを構成することがで
きる。このとき、４ｋｍ以上伝搬したときに、ＬＰ０１
モード以外のモードが、好ましくは２０ｄＢ以上の減衰
を受ければ、これらのモードは実質的に情報伝送に寄与
しなくなる。例えば海底伝送システムにおいては、必要
に応じて複数の光ファイバを順次接続して構成され、１
本の光ファイバの連続長は最低３〜４ｋｍとされる。し
たがって、不要な高次モードが１本の多モード光ファイ
バを伝搬する間に十分に減衰すれば、次の接続点に到達
する間に実質的なシングルモード伝搬状態が実現され
る。しかし、前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示した条件
は、全ての光ファイバの屈折率分布構造で自由に取りう
るわけではない。

【００５６】図４は、ステップ型の屈折率分布を有する
光ファイバにおける正規化周波数Ｖと正規化伝搬定数ｂ
ｍｎとの関係を示したグラフである。ｂｍｎは、ＬＰｍ
ｎモードの伝搬定数βｍｎを正規化した値であって、以
下の式（１３）で近似されるものである。

【００５７】

【数１３】

【００５８】ここで、βｍｎはＬＰｍｎモードの伝搬定
数（ｍとｎは整数）である。βｍｎとｂｍｎにおいて
は、伝搬定数または正規化伝搬定数どうしの相対的な大
きさを比較するには、いずれにおいてもほぼ同じ結果が
得られる。ここで、コアのピーク屈折率とクラッドの屈
折率との相対的な差である比屈折率差Δは、以下の式
（１４）で表される。

【００５９】

【数１４】

【００６０】これを考慮すると、βｍｎとｂｍｎとの関
係は、近似的に、以下の式（１５）のように表すことも
できる。

【００６１】

【数１５】

【００６２】さらに、二つの伝搬定数の差をΔβｍｎ，
ｍ'ｎ'とすると、この伝搬定数の差は以下の式（１６）
のように表すことができる。

【００６３】

【数１６】

【００６４】図４に示したグラフにおいて、正規化周波
数Ｖが２．４０５よりも大きくなると、二つ目のＬＰモ
ード（ＬＰ１１モード）が発生する。したがってＬＰ１
１モードの伝搬を除去できる範囲の正規化周波数の上限
値ＶC11は２．４０５である。さらに、Ｖが３．８を
こえると次のＬＰモードが発生する。このとき発生する
のは、実際はＬＰ２１モードおよびＬＰ０２モードであ
る。これら三つ目および四つ目のＬＰモードが発生する
範囲においては、既に、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モー
ドのそれぞれのｂ０１，ｂ１１は、いずれもかなり大き
な値を示している。したがって、ｂｍｎの定義式から、
それぞれのβ０１，β１１の値もかなり大きな値となっ
ていることがわかる。表１は、ＬＰ２１モードとＬＰ０
２モードが発生するぎりぎりのＶに対応する、ＬＰ０１
とＬＰ１１モードのｂｍｎの値を示したものである。

【００６５】

【表１】

【００６６】この表１からは、ＬＰ０１モードとＬＰ１
１モードとの正規化伝搬定数差は０．３４であるのに対
して、ＬＰ１１モードとＬＰ０２モードとの正規化伝搬
定数差は０．４２であり、２．５倍であるどころか、大
小関係が逆転している。したがって、上述のようにＬＰ
０１モードとＬＰ１１モードとの伝搬定数差を、二番目
以降のモード相互間の伝搬定数差よりも２．５倍以上と
なるように設定することは困難である。よって、ステッ
プ型の屈折率分布を有するものでは３つ以上のＬＰモー
ドが伝搬可能な状態を作り出しても、目的とするような
伝搬定数差の関係を作り出すことが不可能である。この
ようなモード間の伝搬定数差の関係では、光ファイバに
モード変換を助長するようなマイクロベンドを与えて
も、まず真っ先に伝搬定数差が小さいＬＰ０１モードと
ＬＰ１１モードとの間で結合が強く生じてしまうので、
最終的に、不要なモードを除去してＬＰ０１モードを優
先的に残すことはできない。

【００６７】そこで、本発明者らは、他の幾つかの屈折
率分布について検討を加えた。その結果、コアと、その
外周上に設けられたクラッドとを有し、このコアが、同
心円状に設けられた二層以上からなり、かつこのコアの
中心付近に設けられた最も高い屈折率の最大屈折率層
と、この最大屈折率層の外周上に設けられた、この最大
屈折率層よりも低い屈折率の中間層とを備えている屈折
率分布を有する多モード光ファイバにおいて、前記
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の条件を満足し得ることがわか
った。また、このような屈折率分布において、さらに以
下のような屈折率分布を備えていると好ましい。（１）中間層が１層あるいは屈折率が異なる２層以上か
らなり、この中間層を構成する層の屈折率を中心側から
ｎｌ１、ｎｌ２、…、ｎｌｉ（ｉ＝２、３、・・・）と
したとき、ｎｌ１＞ｎｌｉであり、かつクラッドがｎｌ
１よりも低い屈折率を備えているもの。この屈折率分布
においては、中間層のクラッドを基準にした相対屈折率
の最大値が、最大屈折率層のクラッドを基準にした相対
屈折率の５〜５０％であると好ましい。（２）中間層が屈折率が異なる２層以上からなり、当該
中間層を構成する層のうち、最大屈折率層に隣接する層
の屈折率をｎｌ１、これらの層の最大の屈折率をｎｌｍ
ａｘとしたとき、ｎｌｍａｘ＞ｎ１ｌであり、かつクラ
ッドがｎｌｍａｘよりも低い屈折率を備えているもの。
この屈折率分布においては、中間層のクラッドを基準に
した相対屈折率の最大値が、最大屈折率層のクラッドを
基準にした相対屈折率の１５〜９０％であると好まし
い。

【００６８】図５（ａ）〜図５（ｈ）は、このような屈
折率分布の具体例を示したものである。この屈折率分布
において、横軸はコアの中心からの位置を示し、縦軸は
屈折率を示している。図５（ａ）に示した屈折率分布
は、中心部１ａと、その周囲のこの中心部１ａよりも低
屈折率の階段部１ｂとからなるコア１０を有し、この階
段部１ｂの周囲に、この階段部１ｂよりも低屈折率のク
ラッド１１が設けられているものである。図５（ｂ）に
示した屈折率分布は、中心部２ａの周囲に、順次この中
心部２ａよりも低屈折率の中間部２ｂと、この中間部２
ｂよりも高屈折率で、前記中心部２ａよりも低屈折率の
リング部２ｃとが設けられてなるコア１０を有し、この
リング部２ｃの周囲に、前記中間部２ｂとほぼ等しい屈
折率を有するクラッド１１が設けられて構成されてい
る。

【００６９】図５（ｃ）に示した屈折率分布は、中心部
３ａの周囲に、順次、この中心部３ａよりも高屈折率の
第１のリング部３ｂと、前記中心部３ａとほぼ同じ屈折
率の中間部３ｃと、この中間部３ｃよりも高屈折率で、
かつ前記第１のリング部３ｂよりも低屈折率の第２のリ
ング部３ｄが設けられてなるコア１０を有し、この第２
のリング部３ｄの周囲に、前記中間部３ｃとほぼ同じ屈
折率を有するクラッド１１が設けられて構成されてい
る。図５（ｄ）に示した屈折率分布は、中心部４ａの外
周上に、順次、この中心部４ａよりも高屈折率の第１の
リング部４ｂと、この第１のリング部４ｂよりも低屈折
率で、かつ前記中心部４ａよりも高屈折率の階段部４ｃ
とが設けられてなるコア１０を有し、この階段部４ｃの
周囲に、前記中心部４ａとほぼ等しい屈折率を有するク
ラッド１１が設けられて構成されている。また、図５
（ｃ’）図５（ｄ’）に示した屈折率分布は、それぞれ
図５（ｃ）、図５（ｄ）に示したものにおいて、中心部
３ａ，４ａの屈折率をクラッド１１の屈折率よりも−Δ
だけ低く設定した変形例を示したものである。

【００７０】図５（ｅ）に示した屈折率分布は、中心部
５ａの周囲に、順次、この中心部５ａよりも低屈折率の
中間部５ｂと、この中間部５ｂよりも高屈折率で、かつ
前記中心部５ａよりも低屈折率のリング部５ｃが設けら
れてなるコア１０を有し、このリング部５ｃの周囲に、
前記中間部５ｂよりも低屈折率のクラッド１１が設けら
れて構成されている。図５（ｆ）に示した屈折率分布
は、中心部６ａの周囲に、順次、この中心部６ａよりも
低屈折率の中間部６ｂと、この中間部６ｂよりも高屈折
率で、かつ前記中心部６ａよりも低屈折率のリング部６
ｃが設けられてなるコア１０を有し、このリング部６ｃ
の周囲に、前記中間部６ｂよりも高屈折率で、かつ前記
リング部６ｃよりも低屈折率のクラッド１１が設けられ
て構成されている。

【００７１】図５（ｇ）に示した屈折率分布は、中心部
７ａの周囲に、順次、この中心部７ａよりも低屈折率の
階段部７ｂと、この階段部７ｂよりも低屈折率の低屈折
率部７ｃが設けられてなるコア１０を有し、この低屈折
率部７ｃの周囲に、この低屈折率部７ｃよりも高屈折率
で、かつ前記階段部７ｂよりも低屈折率のクラッド１１
が設けられて構成されている。図５（ｈ）に示した屈折
率分布は、コア１０とクラッド１１とからなり、このコ
ア１０は中心部８ａの周囲に、順次、この中心部８ａよ
りも低屈折率の中間部８ｂと、この中間部８ｂよりも高
屈折率で、かつ前記中心部８ａよりも低屈折率のリング
部８ｃと、クラッド１１よりも低屈折率の低屈折率部８
ｄが設けられて構成されている。

【００７２】図５（ａ）〜図５（ｈ）に示した屈折率分
布の各構成部分は石英ガラスを主成分とし、純石英ガラ
ス、または屈折率を上昇させる作用を有するゲルマニウ
ムを添加した石英ガラス、あるいは屈折率を低下させる
作用を有するフッ素を添加した石英ガラスから構成され
ている。

【００７３】ここで、図５（ａ）〜図５（ｈ）に示した
屈折率分布においては、コア１０の外周上にクラッド１
１が設けられてなり、コア１０が、中心付近に配置され
た、この屈折率分布において最も屈折率の高い部分（最
大屈折率層）と、その周囲に設けられた、この最大屈折
率層よりも低い屈折率であり、この最大屈折率層とクラ
ッド１１とに挟まれた中間層とを有している点で共通す
る。また、図５（ａ）、図５（ｄ）、図５（ｇ）に示し
た屈折率分布は、図５（ｄ）に示した低屈折率の中心部
４ａ、あるいは図５（ｇ）に示した階段部７ｂの外周上
の低屈折率部７ｃを設けることが任意であるとすると、
実質的に３層構造である点で共通する。すなわちこれら
の屈折率分布は、中心付近に最も高屈折率の中心部１
ａ，７ａ、第１のリング部４ｂ，が設けられ（第１層：
最大屈折率層）、その外周上にこれらよりも低屈折率の
階段部１ｂ，４ｃ，７ｂが設けられ（第２層：中間
層）、さらにこれらの周囲に、これらよりも低屈折率の
クラッド１１（クラッド層）が設けられて構成されてい
る。コア１０の中心に低屈折率の中心部４ａ、あるいは
クラッド１１と接触するコア１０の外周付近に低屈折率
部７ｃを設けるかどうかは、要求される特性によって設
計され、任意である。これらの屈折率分布においては、
クラッド層を基準にしたときの第１層、第２層の相対屈
折率の最大値をΔ１、Δ２としたときに、Δ２はΔ１の
５〜５０％、さらに５〜１５％であることが望ましい。

【００７４】また、図５（ｂ），図５（ｃ），図５
（ｅ），図５（ｆ），図５（ｈ）に示した屈折率分布に
おいては、図５（ｃ）に示した中心の低屈折率の中心部
３ａと、図５（ｈ）に示した低屈折率部８ｄを設けるこ
とが任意であるとすると、実質的に４層構造である点で
共通する。すなわちこれらの屈折率分布は、中心に最も
高屈折率の中心部２ａ，第１のリング部３ｂ，中心部５
ａ，６ａ，８ａが設けられ（第１層：最大屈折率層）、
その外周上にこれらよりも低屈折率の中間部２ｂ，３
ｃ，５ｂ，６ｂ，８ｂが設けられ（第２層：中間層）、
さらにその外周上にこれらよりも高屈折率のリング部２
ｃ，第２のリング部３ｄ，リング部５ｃ，６ｃ，８ｃが
設けられ（第３層：中間層）、さらにその周囲にクラッ
ド１１が設けられている（クラッド層）。前記中心部３
ａと低屈折率部８ｄを設けるかどうかは要求される特性
によって設計され、任意である。クラッド１１の屈折率
を基準としたとき、低屈折率部８ｄの相対屈折率は、コ
ア１０の中心付近の屈折率の最大値（Δ１）に対して相
対的に−５〜−１５％程度とされる。同様に第３層の相
対屈折率はΔ１に対して１５〜９０％程度とされる。同
様に中間部５ｂの相対屈折率はΔ１に対して０〜１５％
とされる。同様に中間部６ｂの相対屈折率はΔ１に対し
て０〜−１０％とされる。なお、図５（ｃ’）、図５
（ｄ’）に示した屈折率分布においては、中心部３ａ、
４ａの屈折率は、クラッド１１に対する相対屈折率で−
０．０５〜０．３％程度の値が製造性の観点から好まし
い。

【００７５】そして、図５（ａ）〜図５（ｈ）に示した
屈折率分布において共通するのは、上述のように、コア
１０が二層以上からなり、コア１０の中心付近に最も高
屈折率の最大屈折率層が配され、その外周上に、これよ
りも低屈折率の中間層が配されている点である。このよ
うに、コア１０内において、その中心の高屈折率の部分
に、一層ＬＰ０１モードを集中させることによって、上
述の条件を満足させることができる。

【００７６】図５（ａ）〜図５（ｈ）に示した屈折率分
布を有する単一モードファイバは、従来から存在してい
る。しかしながら、その正規化周波数Ｖは、ＬＰ１１モ
ードの発生を抑えるため、小さめに設定されている。実
際、従来のものはかなり厳密な単一モード条件を守って
きた。本発明においては、上述のように、このような制
限を敢えて取り払い、より多くのモードが伝搬しつつ
も、モード変換の作用により、ＬＰ１１モード以降のモ
ードが適当な距離伝搬後には放射モードに散逸して消滅
するようなモード配置を行うものであって、従来のもの
とは屈折率分布が同じであっても、設計条件が異なる。

【００７７】定性的には、本発明においては、コアにお
いて最大屈折率層（第１層）の屈折率（コアのピーク屈
折率）をｎ１とするとき、例えばその外周上の中間層の
最大屈折率をｎ２とする。そしてこれらｎ１、ｎ２にお
いて、クラッド１１の屈折率を基準としたときの相対屈
折率をそれぞれΔ１、Δ２としたとき、Δ２をΔ１の５
〜９０％、さらに好ましくは３０％程度の値に設定する
ことによって、本発明の条件を満足することができる。
ｎ１は０．５〜１．５％とされる。この程度の屈折率差
で実現できるのは、多モード光ファイバを伝搬するＬＰ
モードの中で、ＬＰ０１モードを除くと、そのエネルギ
ー分布は、中心部の最大屈折率層の領域にはほとんど存
在せず、ＬＰ０１以外のモードの伝搬定数は、あまり中
心の最大屈折率層の屈折率に依存しないためである。ま
た、このコアにおいて、最大屈折層の外径に対してコア
の外径は３〜８倍、好ましくは３〜５．５倍とされる。

【００７８】ただし、一般の多モードファイバのよう
に、数十個のＬＰモードが存在する場合、Ｖが大きくな
るとこのような条件は成立しなくなる。したがって、本
発明において、伝搬モード数の上限値は、上述のように
伝搬定数がコアの中心の最も高い屈折率の部分の屈折率
に依存しないような条件を満足する値が設定される。す
なわち、本発明の多モード光ファイバのような振る舞い
を実現するためには、図５（ａ）〜図５（ｈ）に示した
屈折率分布を有し、かつ伝搬モードのＬＰモード数が３
〜６個程度、場合によっては３〜５個程度とすると好ま
しい。

【００７９】このように本発明の多モード光ファイバに
おいては、従来の単一モード条件を緩和することによっ
て、伝送システムにおいて要求される光ファイバとして
の光学特性に対して、より柔軟に対応することが可能と
なる。また、これらの特性値は屈折率分布などの設計条
件によって調節することが可能である。例えば近年盛ん
に開発が進められている波長多重伝送システムにおいて
は、使用波長帯における分散の絶対値を１０ｐｓ／ｋｍ
／ｎｍ以下、好ましくは５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下に設定
すること要求される。ただし、ＦＷＭ（４光子混合）の
影響を低減するため、分散が完全にゼロではないことが
望ましい。ただし、分散値は伝送距離と伝送速度を考慮
して決定されるため、これらの数値は絶対的なものでは
ない。本発明の多モード光ファイバにおいては、ＬＰ０
１モードの分散が使用波長帯よりも長い波長でゼロにな
り、かつ使用波長帯における分散値を上述の範囲に抑え
た設計が可能であり、海底ケーブルに代表される長距離
伝送システムに対して有効である。また、ＬＰ０１モー
ドの分散が使用波長帯よりも短い波長でゼロになり、か
つ使用波長帯における分散値を上述の範囲に抑えた設計
も可能であり、伝送システムに応じた柔軟な設計をする
ことができる。

【００８０】また、Ａｅｆｆが大きいと好ましい。例え
ば本発明を適用することによって、５０μｍ²以上のＡ
ｅｆｆ、好ましくは７０μｍ²以上のＡｅｆｆを有する
光ファイバが得られる。さらに、曲げ損失感受性が小さ
いと好ましい。曲げ損失は、例えば２０ｍｍφの径に一
様に巻いた被測定光ファイバについて測定した値（「一
様曲げ損失」という。）が、好ましくは３０ｄＢ／ｍ以
下、さらに好ましくは１０ｄＢ／ｍ以下であると、様々
にケーブル構造に対して安定なケーブル化が可能である
と考えられる。

【００８１】さらに、分散スロープと呼ばれる波長に対
する分散の傾きは、特に波長多重伝送に適用するファイ
バにおいては、小さい方が広帯域の伝搬が実現できるた
め、望ましい。分散スロープが小さいと、使用波長帯に
おいて複数の波長の光信号を伝送するにおいて、それら
の伝送状態が均一になりやすいためである。本発明にお
いては、上述のように設計パラメータの自由度の増大に
より、波長多重伝送用ファイバに適した低分散スロープ
を有する光ファイバの設計にあたってもファイバパラメ
ータ設定の自由度が増大する。

【００８２】

【実施例】以下、実施例を示してさらに具体的に説明す
る。本実施例において、正規化周波数の定義は前記式
（２）で示される。ここで、ｎ1は、コアの中心部付近
の最大屈折率ｎAとする。また、コア半径ａは、半径方
向の屈折率分布において、クラッドの屈折率と同じ値に
なる位置までの長さで定義されている。

【００８３】（実施例１）図６は、図５（ａ）に示した
階段型屈折率分布を有する多モード光ファイバの実施例
の正規化周波数と正規化伝搬定数との関係のシミュレー
ション結果を示したグラフである。この多モード光ファ
イバにおいて、中心部１ａの屈折率と階段部１ｂの屈折
率の相対値（単位％）は０．８０と０．０６とした。ま
た、中心部１ａの半径を１としたとき、階段部１ｂの半
径は５とした。ＬＰモードの伝搬を除去できる範囲の正
規化周波数の上限値ＶC11は８付近であり、従来のよう
にＬＰ１１モードの伝搬を極力許さない設計をする場
合、Ｖはこの値よりも小さい範囲とする必要がある。よ
って、設計自由度は非常に狭い。これに対して本発明を
適用すると、３番目のモードであるＬＰ０２モードが発
生する８から１５付近の範囲で設計可能であり、設計の
自由度が増大することがわかる。

【００８４】例えばＶが１５付近の場合、ＬＰ０１モー
ド以外に、ＬＰ１１、ＬＰ０２、ＬＰ２１、およびＬＰ
３１モードなどが伝搬可能である。そして、ＬＰ０１モ
ードとＬＰ１１モードとの間の正規化伝搬定数差は非常
に大きいが、ＬＰ１１モード以上の高次のモード間の正
規化伝搬定数差は非常に小さい。また、クラッドモード
は理論的にｂｍｎ＝０の位置に存在すると考えられる
が、クラッドモードと高次モードとの間の正規化伝搬定
数差も小さくなっている。したがって、ＬＰ０１モード
とＬＰ１１モードとの間ではエネルギー交換が生じにく
く、高次モード間および高次モードとクラッドモード間
ではエネルギー交換が発生しやすいく、高次モードがコ
ア外に放射されやすいことがわかる。

【００８５】そこで、Ｖの値を１５、ｂ01を０．６５程
度とし、ＶＡＤ法によって実際に多モード光ファイバを
作製した。そして、この多モード光ファイバの屈折率分
布を測定した結果を図７に示した。この図からわかるよ
うに、屈折率分布は完全な階段型ではなく、中心部１
ａ，階段部１ｂ，クラッド１１の各部分の境界は丸みを
帯びた形状であった。この多モード光ファイバは、例え
ばファイバ長２ｍにおけるカットオフ波長を測定する通
常の測定方法では１．７５μｍという結果が得られ、こ
の結果からは、１．５〜１．６μｍの伝送を行うにおい
ては明らかに多モードファイバであり、シングルモード
伝送には適さないという結論となった。

【００８６】一方、この多モード光ファイバのファイバ
長とカットオフ波長との関係について、図８（ａ），図
８（ｂ）に示した方法で測定した。まず、図８（ａ）に
示したように、可変波長光源２２からレンズ２３を介し
てまっすぐな状態の測定長の光ファイバ２１に、測定波
長の光を全モード励振し、光ファイバ２１を透過した光
を光検出器２４にて検出する。その結果を出力Ａとす
る。ついで、この光ファイバ２１に図８（ｂ）に示した
ように光ファイバ２１の出射端付近に曲がり２１ａを加
え、同様にして光検出器２４にて光ファイバ２１の透過
光を検出する。その結果を出力Ｂとする。

【００８７】そして、これらの出力Ａと出力Ｂとを比較
して、損失波長特性の差を観測する。まっすぐな状態で
測定長の光ファイバ２１を高次モードが伝搬する場合
は、曲がり２１ａを与えると過剰な損失が生じる。よっ
て、出力Ｂが出力Ａと比較して過剰な損失を生じている
場合は、高次モードの存在を確認することが出来る。逆
に、その測定長で既に光ファイバ２１から高次モードが
放射されている場合、出力Ａにおいては、ＬＰ０１モー
ドのみが検出される。よって光ファイバ２１に曲がり２
１ａを与えても、出力Ｂにおいて損失増加を生じること
はない。したがって、出力Ａと出力Ｂの強度が等しい範
囲がシングルモード伝送が可能な範囲である。そして、
図８（ｃ）に示したグラフから、ファイバ長毎のカット
オフ波長を求めることができる。このグラフの横軸は波
長であり、縦軸に示したＡ、Ｂは、それぞれ出力Ａの光
の強度と出力Ｂの光の強度である。

【００８８】図９はこの測定結果を示したものである。
この結果より、カットオフ波長がファイバ長に大きく依
存していることがわかる。また、今回の例では３ｋｍ程
度で１．５μｍ以下となることが確認できる。

【００８９】なお、この多モード光ファイバにおいて、
十分に長尺伝搬後（４ｋｍ以上伝搬後）の零分散波長は
１．５８μｍ、１．５５μｍ帯における実効コア断面積
は約７０μｍ²、分散スロープは約０．１５ｐｓ／ｋｍ
／ｎｍ²であった。これらの値は、いわゆる高密度波長
多重伝送に十分耐えるものであり、例えば数千ｋｍの距
離を１５３０〜１５６０ｎｍ帯を中心に数波〜数十波の
波長多重信号を光ファイバ増幅器で中継増幅しながら伝
送することができる特性を有することがわかった。

【００９０】また、上述のようにモード間のエネルギー
交換は光ファイバの被覆層やケーブル化の状態などに依
存する。そこで、以下のようにして被覆層およびケーブ
ル化の状態とカットオフ波長との関係について実験を行
った。

【００９１】外径１２５μｍの実施例１の多モード光フ
ァイバに、内層のヤング率が１ｋｇ／ｍｍ²よりも小さ
く、外層のヤング率が４０ｋｇ／ｍｍ²よりも大きい被
覆層を設けて光ファイバ素線とし、これを用いて常法に
したがってケーブル化した。ケーブル化の構造は、テー
プ型構造とルーズチューブ型構造とした。そして、これ
らのケーブルについて、上述の方法と同様にしてカット
オフ波長とファイバ長の関係を測定した。カットオフ波
長のファイバ長依存性については、ファイバ長１ｋｍ以
下の領域において、ファイバ長が一桁増加するごとに、
カットオフ波長が、８０〜１２０ｎｍ程度ずつ短くなっ
てゆくことが観測され、カットオフ波長のファイバ長依
存性は被覆層を設けない前と大きな差はなかった。した
がって、実施例１の多モード光ファイバは、ケーブル化
した場合にも、その特性を維持しており、問題なく使用
可能であることがわかった。

【００９２】（実施例２、３）図１０、図１１は、それ
ぞれ実施例２、３の多モード光ファイバの正規化周波数
Ｖと正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係のシミュレーション
結果を示したグラフである。実施例２、３は、これらの
グラフ中にそれぞれ示されているように、図５（ａ）に
示した階段状の屈折率分布を備えたものとした。実施例
２において、クラッドの屈折率を基準にしたときの中心
部１ａと階段部１ｂの相対屈折率は、それぞれ０．８０
％、０．０８％とした。また、実施例３においては０．
８０％、０．１２％とした。また、実施例２、３のいず
れにおいても、中心部１ａの半径を１としたとき階段部
１ｂの半径は５とした。

【００９３】（実施例４）図１２は、実施例４の多モー
ド光ファイバの正規化周波数Ｖと正規化伝搬定数ｂｍｎ
との関係のシミュレーション結果を示したグラフであ
る。実施例４の多モード光ファイバは、このグラフ中に
示されているように、図５（ｅ）に示した屈折率分布を
備えたものであった。このグラフ中の図は、中心から一
方の半径方向の屈折率分布を示したものである。そし
て、中間部５ｂの屈折率を基準としたときの中心部５
ａ、リング部５ｃおよびクラッド１１の相対屈折率は、
それぞれ０．６１、０．３１、−０．０２％とした。ま
た、中心部５ａの半径を１としたときの中間部５ｂの半
径は２．８、リング部５ｃの半径は３．９とした。

【００９４】（実施例５）図１３は、実施例５の多モー
ド光ファイバの正規化周波数Ｖと正規化伝搬定数ｂｍｎ
との関係のシミュレーション結果を示したグラフであ
る。実施例５の多モード光ファイバは、このグラフ中に
示されているように、図５（ｈ）に示した屈折率分布を
備えたものであった。そして、中間部８ｂとクラッド１
１の屈折率を基準としたときの中心部８ａ、リング部８
ｃおよび低屈折率部８ｄの相対屈折率は、それぞれ０．
６１、０．２１、−０．０５％とした。また、中心部８
ａの半径を１としたときの中間部８ｂの半径は２．８、
リング部８ｃの半径は３．９、低屈折率部８ｄの半径は
８とした。

【００９５】（実施例６）図１４は、実施例６の多モー
ド光ファイバの正規化周波数Ｖと正規化伝搬定数ｂｍｎ
との関係のシミュレーション結果を示したグラフであ
る。実施例６の多モード光ファイバは、このグラフ中に
示されているように、図５（ｂ）に示した屈折率分布を
備えたものであった。そして、中間部２ｂとクラッド１
１の屈折率を基準としたときの中心部２ａとリング部２
ｃの相対屈折率は、それぞれ０．６４、０．３３％とし
た。また、中心部２ａの半径を１としたときの中間部２
ｂの半径は２．８、リング部２ｃの半径は３．９とし
た。

【００９６】図１０〜図１４に示したグラフからわかる
ように、いずれにおいても正規化周波数Ｖを、ＬＰ０２
モードが発生する下限値よりも大きな値に設定すること
によって、ＬＰ０１モード以外にＬＰ１１、ＬＰ０２、
ＬＰ２１、およびＬＰ３１モードなどが伝搬可能であ
り、かつＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの間の正規
化伝搬定数差は非常に大きいが、ＬＰ１１モード以上の
高次のモード間の正規化伝搬定数差は非常に小さいとい
う、実施例１と同様の結果が得られた。よって、Ｖの値
を適切な範囲として多モード光ファイバを作製すれば、
実施例１と同様に、伝送距離が長くなることにより、実
質的にシングルモード条件での伝送が可能となるものが
得られることが明らかとなった。

【００９７】（実施例７）実施例７の多モード光ファイ
バは、図１５に示したように、図５（ｅ）に示した屈折
率分布を備えたものであった。中間部５ｂの屈折率を基
準としたときの中心部５ａ、リング部５ｃおよびクラッ
ド１１の相対屈折率は、それぞれ０．７、０．３、−
０．１％とした。また、中心部５ａの半径を１としたと
きの中間部５ｂの半径は４、リング部５ｃの半径は５と
した。図１６は、実施例７の多モード光ファイバの正規
化周波数Ｖと正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係のシミュレ
ーション結果を示したグラフである。

【００９８】ついで、図１６に示したようにＶの値を
６．１に設定して、ＭＣＶＤ法と呼ばれる内付け法を用
いてこの多モード光ファイバを実際に作製した。そし
て、屈折率分布を実際に測定したところ、若千変形した
ものであったが、図１５に示した理想的な形状に近い屈
折率分布が得られた。

【００９９】この多モード光ファイバの特性の実測値を
以下に示した。理論値と実測値は数％以内の誤差で一致
した。コア径（リング部５ｃの外径）１６．３μｍ正規化周波数Ｖ＝６．１正規化伝搬定数ｂ01＝０．２２コア中心の相対屈折率差０．８％零分散波長１５５０ｎｍ分散値（λ：１５５０ｎｍ）２．０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ高次モードのカットオフ波長（ファイバ長２ｍ）約１．８１μｍＭＦＤ１０．２μｍＡｅｆｆ８９．５μｍ² ＬＰ０１モードの曲げ損失約２３ｄＢ／ｍ（曲げ径２０ｍｍ）波長分散スロープ（λ：１５５０ｎｍ）約０．１３３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ²

【０１００】この外径１２５μｍの多モード光ファイバ
を、図１７に示したように、多モード光ファイバ３１の
外周上に軟らかいヤング率０．１０ｋｇ／ｍｍ²の内層
３２（厚さ約３５μｍ）とヤング率６０ｋｇ／ｍｍ^2、
硬い外層３３（厚さ約２７μｍ）からなる紫外線硬化型
樹脂からなる被覆層を設けて光ファイバ素線３４とし、
この光ファイバ素線３４を、６本、鋼線３５の上にポリ
エチレンからなる被覆層３６が設けられたテンションメ
ンバ３７の外周上に撚り合わせてた集合体の上に、ポリ
エチレンからなる一括被覆層３８が設けて６心のユニッ
ト構造とした。そして、このユニットの高次モードのカ
ットオフ波長を測定したところ、ユニット長約２ｋｍの
位置の、各多モード光ファイバ３１…のカットオフ波長
は、１．５０μｍまで短くなっていた。

【０１０１】したがって、ファイバ長が２ｍのときのカ
ットオフ波長は約１．８１μｍであり、この値のみから
判断すると実用には向かないと考えられるが、所定のフ
ァイバ長を確保することによってシングルモード伝搬が
可能となることが確認できた。しかもこの多モード光
ファイバのＡｅｆｆはほぼ９０μｍ²と大きく、多モー
ド光ファイバ中の光信号のパワー密度を下げることがで
き、非線形効果の抑制を図ることができることがわかっ
た。

【０１０２】（実施例８）実施例８の多モード光ファイ
バは、図１８に示されているように、図５（ｂ）に示し
た屈折率分布を備えたものであった。そして、中間部２
ｂとクラッド１１の屈折率を基準としたときの中心部２
ａとリング部２ｃの相対屈折率は、それぞれ０．８、
０．５％とした。また、中心部２ａの半径を１としたと
きの中間部２ｂの半径は３、リング部２ｃの半径は４と
した。図１９は、実施例８の多モード光ファイバの正規
化周波数Ｖと正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係のシミュレ
ーション結果を示したグラフである。

【０１０３】ついで、Ｖの値を５．４に設定して、実施
例７と同様にＭＣＶＤ法と呼ばれる内付け法を用いてこ
の多モード光ファイバを実際に作製した。この多モード
光ファイバの特性の実測値を以下に示した。理論値と実
測値は数％以内の誤差で一致した。

【０１０４】コア径（リング部２ｃの外径）１４．６μｍ正規化周波数Ｖ＝５．４正規化伝搬定数ｂ01＝０．２３コア中心の相対屈折率差０．８％零分散波長１５６４ｎｍ分散値（λ：１５５０ｎｍ）２．０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ高次モードのカットオフ波長（ファイバ長２ｍ）約１．８７μｍＭＦＤ９．７μｍＡｅｆｆ９３．９μｍ² ＬＰ０１モードの曲げ損失約１５ｄＢ／ｍ（曲げ径２０ｍｍ）波長分散スロープ（λ：１５５０ｎｍ）約０．１３３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ²

【０１０５】この多モード光ファイバを実施例７と同様
にして図１７に示したようにユニットとし、このユニッ
トの高次モードのカットオフ波長を測定したところ、４
ｋｍ伝送したところで１５００ｎｍを下回る値が得ら
れ、シングルモード伝送が可能であることが確認でき
た。また、上記のようにＡｅｆｆも大きく、非線形抑制
の効果にも優れていることがわかった。

【０１０６】（実施例９）上述の図８（ａ）、図８
（ｂ）に示した方法の他、多モード光ファイバの伝搬モ
ードが複数存在していること確認する方法として、反射
型のファイバグレーティングを利用した方法が例示でき
る。ファイバグレーティングとは、多モード光ファイバ
の長さ方向に、コアの屈折率やコア径の周期的な変化な
どの摂動を形成したものである。そして、この周期的な
変化の作用によって、特定波長帯の光を反射する特性が
得られる。

【０１０７】図２０（ａ）はファイバグレーティングの
製造方法の一例を示した説明図であって、この製造方法
は、ゲルマニウム添加石英ガラスに特定波長の紫外光を
照射すると屈折率が上昇する特性（いわゆるフォトリフ
ラクティブ効果）を利用したものである。光ファイバ４
１は、そのコア４１ａの少なくとも中心付近の高屈折率
の部分がゲルマニウム添加石英ガラスからなるものであ
る。コア４１ａの他の部分は、純石英ガラスまたはフッ
素添加石英ガラスから形成されている。クラッド４１ｂ
は純石英ガラスまたはフッ素添加石英ガラスからなるも
のである。一方、符号５２は位相マスクである。この位
相マスク５２は石英ガラスなどからなり、その片面には
所定の周期で複数の格子５２ａ…が形成されている。

【０１０８】そして、光ファイバ４１の側面に格子５２
ａ…の形成面が対峙するように位相マスク５２を配置
し、この光ファイバ４１の側面に位相マスク５２を介し
て紫外光を照射する。すると、格子５２ａ…によって＋
１次回折光と−１次回折光とが回折して干渉縞が生じ、
紫外光の強度パターンが形成される。その結果、前記干
渉縞が生じた部分のコア４１ａの屈折率が変化し、この
紫外光の強度パターンが半永久的なコア４１ａの屈折率
変化としてコア４１ａに転写される。このようにして光
ファイバ４１の長さ方向にコア４１ａの屈折率の周期的
な変化が形成されたグレーティング部４３が得られる。

【０１０９】そして、図２０（ｂ）に示したように、光
ファイバ４１に光を入射すると、グレーティング部４３
において特定波長の光が反射し、この特定波長の光が損
失した透過光が得られる。反射光の波長は、屈折率変化
の周期（屈折率摂動）に依存する。すなわち、光ファイ
バ４１中のモードのファイバ内波長とこの屈折率摂動の
１／２の周期とが一致すると、非常に強い反射が生じ
る。したがって、この反射波長の測定によって光ファイ
バ４１を伝搬するモードを、かなり正確に知ることがで
きる。

【０１１０】図２１は、実施例６に類似する屈折率分布
を有する多モード光ファイバに、紫外線レーザ（エキシ
マレーザ）を用いて、約０．５μｍの短い周期のグレー
ティング部を形成したファイバグレーティングの反射波
長特性を測定した反射スペクトルである。伝搬モードが
ひとつしかなければ、反射スペクトルは１本しか観測さ
れないが、この実施例においてはＬＰ０１モード以外に
複数のモードの反射スペクトルが観測され、複数のモー
ドが伝搬しているものであることが確認できた。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高次モー
ド除去機能を有する多モード光ファイバにおいては、所
定距離伝搬した後には単一モード伝搬が可能となるた
め、従来の単一モード条件を緩和して、ファイバパラメ
ータを比較的自由に設定することができる。その結果、
使用波長帯において分散を小さくすることができる。ま
た、実効コア断面積を大きくすることができる。そし
て、接続損失、曲げ損失および非線形効果の低減を図る
ことができる。さらに、このような設計パラメータの自
由度の増大により、長距離伝送に適した光ファイバや、
長距離伝送に適し、かつ波長多重伝送用に適した光ファ
イバなどの設計に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバの伝搬モードの存在範囲をβダイ
アグラムで示したグラフである。

【図２】マイクロベンドが生じている光ファイバを示
した斜視図である。

【図３】ファイバ径が長さ方向に変動している光ファ
イバを示した斜視図である。

【図４】ステップ型の屈折率分布を有する光ファイバ
における正規化周波数Ｖと正規化伝搬定数ｂｍｎとの関
係を示したグラフである。

【図５】図５（ａ）〜図５（ｈ）は本発明の光ファイ
バの屈折率分布の例を示したグラフである。

【図６】実施例１の光ファイバの正規化周波数Ｖと正
規化伝搬定数ｂｍｎとの関係を示したグラフである。

【図７】実施例１において、実際に作製した光ファイ
バの屈折率分布を測定した結果を示したグラフである。

【図８】図８（ａ），図８（ｂ）は光ファイバのファ
イバ長とカットオフ波長との関係を測定する方法を示し
た説明図、図８（ｃ）は、カットオフ波長を求めるため
のグラフの一例を示した図である。

【図９】実施例１の光ファイバのファイバ長とカット
オフ波長の関係の測定結果を示したグラフである。

【図１０】実施例２の光ファイバの正規化周波数Ｖと
正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係を示したグラフである。

【図１１】実施例３の光ファイバの正規化周波数Ｖと
正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係を示したグラフである。

【図１２】実施例４の光ファイバの正規化周波数Ｖと
正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係を示したグラフである。

【図１３】実施例５の光ファイバの正規化周波数Ｖと
正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係を示したグラフである。

【図１４】実施例６の光ファイバの正規化周波数Ｖと
正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係を示したグラフである。

【図１５】実施例７の光ファイバの屈折率分布を示し
たグラフである。

【図１６】実施例７の光ファイバの正規化周波数Ｖと
正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係を示したグラフである。

【図１７】実施例７の光ファイバを用いて作製したユ
ニットの断面図である。

【図１８】実施例８の光ファイバの屈折率分布を示し
たグラフである。

【図１９】実施例８の光ファイバの正規化周波数Ｖと
正規化伝搬定数ｂｍｎとの関係を示したグラフである。

【図２０】図２０（ａ）はファイバグレーティングの
製造方法の一例を示した説明図、図２０（ｂ）はファイ
バグレーティングの作用を示した説明図である。

【図２１】実施例９において、ファイバグレーティン
グの反射スペクトルの測定結果を示したグラフである。

【符号の説明】

１ａ…中心部、１ｂ…階段部、２ａ…中心部、２ｂ…中
間部、３ｂ…第１のリング部、３ｃ…中間部、４ｂ…第
１のリング部、４ｃ…階段部、５ａ…中心部、５ｂ…中
間部、６ａ…中心部、６ｂ…中間部、７ａ…中心部、７
ｂ…階段部、８ａ…中心部、８ｂ…中間部、１０…コ
ア、１１…クラッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松尾昌一郎千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内 (72)発明者高橋浩一千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内Ｆターム(参考） 2H050 AC09 AC16 AC28 AC73 AC76 AD00 AD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号入射時には少なくとも３以上の直
線偏波モードが伝搬モードとして存在可能な多モード光
ファイバであって、該伝搬モードが最低次モードと二次モード以上の高次モ
ードを含み、該最低次モードと該二次モードとの伝搬定数差が、二次
モード以上の高次モードにおいて、隣接するモード間の
伝搬定数差の２倍以上であることを特徴とする高次モー
ド除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項２】請求項１に記載の高次モード除去機能を
有する多モード光ファイバにおいて、高次モードとクラ
ッドモードにおいて、隣接するモード間の正規化伝搬定
数差が０．２５以下であることを特徴とする高次モード
除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項３】請求項１または２に記載の高次モード除
去機能を有する多モード光ファイバにおいて、コアと、その外周上に設けられたクラッドとを有し、該コアが、同心円状に設けられた二層以上からなり、か
つ当該コアの中心付近に設けられた最も高い屈折率の最
大屈折率層と、該最大屈折率層の外周上に設けられた、
該最大屈折率層よりも低い屈折率の中間層とを備えてい
ることを特徴とする高次モード除去機能を有する多モー
ド光ファイバ。
【請求項４】請求項３に記載の高次モード除去機能を
有する多モード光ファイバにおいて、中間層のクラッド
を基準にした相対屈折率の最大値が、最大屈折率層のク
ラッドを基準にした相対屈折率の５〜９０％であること
を特徴とする高次モード除去機能を有する多モード光フ
ァイバ。
【請求項５】請求項３または４に記載の高次モード除
去機能を有する多モード光ファイバにおいて、クラッド
の屈折率を基準としたときの最大屈折率層の相対屈折率
差が０．６５〜１．５％であることを特徴とする高次モ
ード除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項６】請求項３〜５のいずれか一項に記載の高
次モード除去機能を有する多モード光ファイバにおい
て、コアの外径が前記最大屈折率層の外径の３〜８倍で
あることを特徴とする高次モード除去機能を有する多モ
ード光ファイバ。
【請求項７】請求項３〜６のいずれか一項に記載の高
次モード除去機能を有する多モード光ファイバにおい
て、コアの外径が最大屈折率層の外径の３〜５．５倍で
あることを特徴とする高次モード除去機能を有する多モ
ード光ファイバ。
【請求項８】請求項３〜７のいずれか一項に記載の高
次モード除去機能を有する多モード光ファイバにおい
て、中間層が１層あるいは屈折率が異なる２層以上からな
り、当該中間層を構成する層の屈折率を中心側からｎｌ
１、ｎｌ２、…、ｎｌｉ（ｉ＝２、３、・・・）とした
とき、ｎｌ１＞ｎｌｉであり、かつクラッドがｎｌ１よ
りも低い屈折率を備えていることを特徴とする高次モー
ド除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項９】請求項８に記載の高次モード除去機能を
有する多モード光ファイバにおいて、中間層のクラッド
を基準にした相対屈折率の最大値が、最大屈折率層のク
ラッドを基準にした相対屈折率の５〜５０％であること
を特徴とする高次モード除去機能を有する多モード光フ
ァイバ。
【請求項１０】請求項３〜７のいずれか一項に記載の
高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにおい
て、中間層が屈折率が異なる２層以上からなり、当該中間層
を構成する層のうち、最大屈折率層に隣接する層の屈折
率をｎｌ１、これらの層の最大の屈折率をｎｌｍａｘと
したとき、ｎｌｍａｘ＞ｎ１ｌであり、かつクラッドが
ｎｌｍａｘよりも低い屈折率を備えていることを特徴と
する高次モード除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項１１】請求項１０に記載の高次モード除去機
能を有する多モード光ファイバにおいて、中間層のクラ
ッドを基準にした相対屈折率の最大値が、最大屈折率層
のクラッドを基準にした相対屈折率の１５〜９０％であ
ることを特徴とする高次モード除去機能を有する多モー
ド光ファイバ。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか一項に記載
の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにお
いて、入射した光信号が、最大４ｋｍを伝搬する間に、
最低次モード以外のモードは減衰し、実質的に情報伝送
に寄与しなくなることを特徴とする高次モード除去機能
を有する多モード光ファイバ。
【請求項１３】請求項１〜１２のいずれか一項に記載
の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにお
いて、１．５５μｍ帯における実効コア断面積が５０μ
ｍ²以上であり、１．５５μｍ帯における分散の絶対値
が１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であり、かつ石英ガラスを
主成分とすることを特徴とする高次モード除去機能を有
する多モード光ファイバ。
【請求項１４】請求項１３に記載の高次モード除去機
能を有する多モード光ファイバにおいて、１．５５μｍ
帯における実効コア断面積が７０μｍ²以上であること
を特徴とする高次モード除去機能を有する多モード光フ
ァイバ。
【請求項１５】請求項１４に記載の高次モード除去機
能を有する多モード光ファイバにおいて、１．５５μｍ
帯における分散の絶対値が５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であ
ることを特徴とする高次モード除去機能を有する多モー
ド光ファイバ。
【請求項１６】請求項１〜１５のいずれか一項に記載
の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにお
いて、伝搬モードの数が３〜６であることを特徴とする
高次モード除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項１７】請求項１〜１６のいずれか一項に記載
の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにお
いて、使用波長帯において、最低次モードの分散が波長
１．５μｍよりも長い波長でゼロとなることを特徴とす
る高次モード除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項１８】請求項１〜１７のいずれか一項に記載
の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにお
いて、使用波長帯における直径２０ｍｍの一様曲げ損失
が３０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする高次モード
除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項１９】請求項１〜１８のいずれか一項に記載
の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにお
いて、使用波長帯における直径２０ｍｍの一様曲げ損失
が１０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする高次モード
除去機能を有する多モード光ファイバ。
【請求項２０】請求項１〜１９のいずれか一項に記載
の高次モード除去機能を有する多モード光ファイバにお
いて、使用波長帯において、最低次モードの分散が波長
１．５μｍよりも短い波長でゼロとなることを特徴とす
る高次モード除去機能を有する多モード光ファイバ。