JP2001235649A

JP2001235649A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2001235649A
Application number: JP2000046254A
Authority: JP
Inventors: Takemi Hasegawa; 健美長谷川; Masayuki Nishimura; 正幸西村; Hideyori Sasaoka; 英資笹岡
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2001-08-31
Also published as: EP1128195A3; DE60132724D1; EP1128195B1; DE60132724T2; EP1128195A2; DK1128195T3

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバの断面において所望の平均屈折率
の分布を実現し、その平均屈折率がとり得る値の範囲を
広くすると共に、製造コストを低減すること。さらに、
融着接続損失の低減を図ること。【解決手段】コア領域と、このコア領域を包囲するク
ラッド領域とを断面内に有し、副媒質からなる微細構造
が主媒質中に複数設けられた断面構造を有する光ファイ
バにおいて、主媒質又は副媒質の少なくとも一方の屈折
率が径方向に変化している構成を採る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送路及び分散
補償器として好適な光ファイバに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来から知られている微細構造
を含む光ファイバの断面図である。この光ファイバは、
図８に示すように、シリカガラス６１の材料中に多数の
ボイド６２（空孔）が設けられた断面構造を有する。ボ
イド６２が無い断面中心部分がコア領域６３であり、こ
のコア領域６３を包囲し、ボイド６２を多数含む部分が
クラッド領域６４である。

【０００３】このような微細構造を含む光ファイバの光
閉じ込めの原理は、定性的には実効屈折率という概念を
用いて説明される（例えば、Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓら、Ｏ
ｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ．２２ｐ．９６
１（１９９７））。微細構造を有するため、厳格に考え
るとコア領域６３及びクラッド領域６４内で屈折率は複
雑な分布を示すはずであるが、各領域を均一な媒体で置
換して光導波特性を近似させることができると仮定し、
この均一な媒体の屈折率を実効屈折率と呼ぶ。実効屈折
率ｎ_effは、次の不等式を満たす。

【０００４】

【数１】ここで、ｎは屈折率、ｆは容積分率を表す。また、添字
１はシリカガラス、添字２は空気を表す。容積分率につ
いては、ｆ₁＋ｆ₂＝１が成り立つ。通常、ｎ₁＞ｎ₂であ
るから、式の最左辺と最右辺は、ｆ₂の増大に伴って
小さくなる。従って、ボイド６２を多数含むクラッド領
域６４の実効屈折率は、コア領域６３の実効屈折率より
も小さくなり、通常の光ファイバと同様に光閉じ込めが
実現される。

【０００５】このような実効屈折率のモデルは、微細構
造スケールに比べて光の波長が長い場合については妥当
であると考えられる。しかし、光の波長が短くなってい
くことに伴い、屈折率の高い場所に光が局在するように
なるため、実効屈折率は上昇するが、同時に、屈折率分
布を持つ構造を均一な媒質で置換できるという仮定も、
妥当性を失っていくと考えられる。

【０００６】一方、このような光ファイバよりも大きい
負分散を持つ光ファイバが、例えば、特開平１０−９５
６２８号公報に開示されている。この光ファイバは、上
記のような微細構造を有するが、クラッド領域が内部ク
ラッド領域と外部クラッド領域とによって構成され、内
部クラッド領域の実効屈折率が外部クラッド領域の実効
屈折率よりも小さいという特徴を有する。この実効屈折
率の大小を決定するために、この光ファイバでは孔径の
制御がなされている。すなわち、内部クラッド領域にお
ける孔径を外部クラッド領域における孔径よりも大きく
することによって、内部クラッド領域の実効屈折率を外
部クラッド領域の実効屈折率よりも小さくしている。

【０００７】また、この公報では、線引時に相対的な孔
径（孔同士の間隔又はシリカガラスの占有面積と比較し
た孔径）が縮小することへの対策が示されている。すな
わち、相対的な孔径は、線引時に表面張力の影響で縮小
するが、ファイバ軸に沿って伸びている孔の一端を封止
して他端から線引することによって孔の内圧を上昇させ
て孔径が小さくなりすぎることを防止できることが示さ
れている。

【０００８】上記のような微細構造を有する光ファイバ
の製造方法は、例えば、ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ
Ｖｏｌ．２１ｐ．１５４７〜１５４９（１９９６）
に示されている。すなわち、シリカ管を、外径が六角柱
となるように研削した後、線引してシリカ毛管を作製
し、シリカ毛管を六方格子配置として束ねて管束バンド
ルとする。このとき、バンドルの中心の毛管を、孔のあ
いていないシリカロッドで置換してコアを形成する。こ
の菅束バンドルを線引すると微細構造を有する光ファイ
バが得られる。

【０００９】また、この文献では、相対的な孔径が線引
時に表面張力の影響で縮小することに対し、線引時の炉
の温度を制御することによって相対的な孔径を制御する
ことができることが示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】微細構造を有する光フ
ァイバは、コア領域及びクラッド領域における微細構造
の分布の仕方に応じて、大きな実効コア断面積や低い曲
げ損失等の様々な特性を備えることとなる。このように
微細構造の分布のさせ方によって光ファイバの特性を決
定するためには、所望の通りに断面における平均屈折率
の分布を決定できる必要がある。また、大きな分散等の
特性を得るためには、実現できる平均屈折率の値の範囲
が広いことが必要である。しかしながら、上記従来の技
術では、次のような問題がある。

【００１１】平均屈折率の分布を孔径の制御によって実
現しようとする場合、ファイバ断面内に異なる径の孔が
複数存在する構造を形成する必要がある。しかし、孔の
一端を封止する方法、又は炉の温度を制御する方法のい
ずれか一方を用いるとしても、異なる径を持つ複数の孔
の各々に対して、それらの径が所望の値となることを実
現するのは困難である。線引によって相対的な孔径は変
化し、その変化量は線引の条件の他に相対的な孔径の初
期値にも依存するからである。例えば、表面張力は孔を
小さくする方向に作用する力であるが、これは孔径が小
さくなるに従って大きくなる力である。このような従来
の方法では、線引条件と相対的な孔径の初期値に対する
相対的な孔径の変化量の依存性を検討した上で、線引後
のファイバの断面における孔径分布が所定の分布となる
ように、プリフォームの断面における孔径分布を設計す
る必要があり、非常に手間がかかる。

【００１２】また、微細構造を含む領域の平均屈折率
は、微細構造を構成するシリカ毛管の内径対外径比の関
数であるが、内径対外径比が極度に大きい又は小さいシ
リカ毛管を準備することは加工技術上困難である。その
ため、実現できる平均屈折率の値の範囲も制限される。
シリカ毛管の内径対外径比が大きくなると、毛管の強度
が低下するため、破損させることなく穿孔することは困
難である。また、内径対外径比が小さくなると、微細な
穿孔器具が必要となって製造コストが増大する。

【００１３】また、孔径の制御では、複数種類の孔径に
対応させて複数の穿孔器具が必要となるため、製造コス
ト増大の原因となる。

【００１４】さらに、微細構造を有する光ファイバを、
他の光ファイバと融着接続する際、光ファイバ端面近傍
において、材料が融解して空孔がつぶれる場合がある。
主媒質であるガラスの屈折率が径方向に一定である場
合、空孔がつぶれた部分ではコア領域とクラッド領域の
間で実効屈折率の差が小さくなり、コア領域への光閉じ
込めが弱まるため、光がコア領域の外に漏れ出し、融着
接続損失が著しく増大する。

【００１５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、光ファイバの断面において所望の平均屈
折率の分布を実現し、その平均屈折率がとり得る値の範
囲を広くすると共に、製造コストを低減することができ
る光ファイバを提供することを目的とする。さらに、融
着によって孔がつぶれた場合の融着接続損失の増大が小
さい光ファイバを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の光ファイ
バの発明は、コア領域と、このコア領域を包囲するクラ
ッド領域とを断面内に有し、副媒質からなる微細構造が
主媒質中に複数設けられた断面構造を有する光ファイバ
において、主媒質又は副媒質の少なくとも一方の屈折率
が径方向に変化している構成を採る。

【００１７】光ファイバ断面において、コア領域とは、
平均屈折率ｎ_coを有する円又は円環領域、クラッド領域
とは、ｎ_coより低い平均屈折率ｎ_clを有する円環領域を
指す。平均屈折率の値は、領域の取り方に依存する。光
ファイバがコア領域とクラッド領域を断面内に有すると
いうことは、ｎ_co＞ｎ_clとなるような領域の取り方が存
在するということである。

【００１８】主媒質は、それだけで光ファイバを構成す
ることが可能であることが要請されるのに対し、副媒質
にはそれが必ずしも要請されない。光ファイバにおける
任意の領域は、主媒質領域か副媒質領域に属するが、光
ファイバは互いに連結していない複数の主媒質領域を有
してはならない。

【００１９】この構成により、主媒質又は副媒質として
屈折率の高い材料を用いると、その領域の平均屈折率が
高くなる一方、主媒質又は副媒質として屈折率の低い材
料を用いると、その領域の平均屈折率が低くなる。この
ように、本発明に係る光ファイバでは、光ファイバの断
面における平均屈折率の分布を、単位断面積における副
媒質の面積を調整することだけでなく、主媒質又は副媒
質となる材料について屈折率の異なる複数種類の材料を
選択的に用いることによって制御することができる。一
般に、線引時において、材料の形状は変化し易いのに対
し、材料の屈折率は容易には変化しないため、本発明の
構成を採ることによって、線引後の光ファイバ断面にお
いて、所望の平均屈折率分布を実現するのが、従来技術
に比べて容易となる。また、孔径を制御する従来技術で
は、平均屈折率を大きくしようとする場合は孔径を小さ
くしなければならず、孔径を小さくすることは加工技術
上の限界があるため、実現可能な平均屈折率の範囲が狭
かった。これに対し、本発明によれば、主媒質又は副媒
質の少なくとも一方の材料屈折率を小さくすれば平均屈
折率を下げることができる一方、材料屈折率を大きくす
れば平均屈折率を高めることができるため、実現可能な
平均屈折率の範囲を広くすることができる。また、シリ
カ毛管の内径対外径比を変化させることによって平均屈
折率を変化させる代わりに、同じ内径対外径比を有しガ
ラス屈折率が異なる毛管を用いることによって平均屈折
率を変化させることが可能であるため、必要とする穿孔
器具が少なくて済み、製造コストの低減を図ることが可
能となる。さらに、主媒質の屈折率の径方向の分布を適
切に形成することにより、融着時に、光ファイバ端面近
傍において、材料の融解によって孔がつぶれた場合であ
っても、導波性能を保つことができる。このため、従来
技術のように主媒質及び副媒質の屈折率が径方向に一様
ある場合と比較して融着接続損失の低減を図ることが可
能となる。

【００２０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバにおいて、断面内の平均屈折率分布が９０度回
転に対して実質的に不変である構造を採る。

【００２１】この構成により、モード複屈折率を小さく
することができ、その結果、偏波モード分散を小さくす
ることができるので、高ビットレートの光信号の伝送路
として好適に用いることができる。

【００２２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバにおいて、所定の波長における波長分散が負で
ある構成を採る。

【００２３】この構成により、正分散を有する他の光フ
ァイバの分散を補償することができ、伝送品質の向上を
図ることができる。

【００２４】請求項４記載の発明は、請求項３記載の光
ファイバにおいて、所定の波長における波長分散が−５
０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍよりも負に大きい構成を採る。

【００２５】この構成により、大きな負分散を有するの
で、他の正分散を有する光ファイバの分散を補償する際
に、光ファイバの長さが短くて済むこととなる。

【００２６】請求項５記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバにおいて、所定の波長における波長分散スロー
プが負である構成を採る。

【００２７】この構成により、波長分散スロープが正で
ある他の光ファイバの分散補償を行うことができ、広い
波長範囲にわたって伝送品質の向上を図ることができ
る。

【００２８】請求項６記載の光伝送路の発明は、請求項
１記載の光ファイバと、光ファイバの波長分散と逆符号
の波長分散を有する光ファイバとを含む構成を採る。

【００２９】請求項７記載の光伝送路の発明は、請求項
１記載の光ファイバと、光ファイバの波長分散スロープ
と逆符号の波長分散スロープを有する光ファイバとを含
む構成を採る。

【００３０】これらの構成により、分散が補償され、伝
送品質の高い光伝送路を実現することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施の形態について説明する。なお、各図において同
一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略す
る。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一
致していない。

【００３２】図１は、本発明の一実施の形態に係る光フ
ァイバの断面を示す図であり、図２は、本実施の形態に
係る光ファイバの単位セルを示す図である。本実施の形
態では、図１に示す点線によって、断面が、第１領域１
と、第１領域１を包囲する第２領域２と、第２領域２を
包囲する第３領域３と、第３領域３を包囲する第４領域
４とに分割されている。これらの各領域は、主媒質とし
てのシリカガラス５と副媒質としての多数の空孔６とか
ら構成されているが、シリカガラス５の屈折率は、各領
域の間では必ずしも等しくない。シリカガラス５の屈折
率は、第１領域１ではｎ₁、第２領域２ではｎ₂、第３領
域３ではｎ₃、第４領域４ではｎ₄である。

【００３３】空孔６の形状は概ね円形であり、その径ｄ
はすべて同一値ｄ＝０．４Ｌである。ただし、Ｌは近接
する孔同士の距離（ピッチ）である。これらの空孔６
は、図１に示すように、六方格子の格子点上に複数並べ
られている。図１に示す断面における第１領域１に空孔
６は存在しないが、第１領域１に空孔６を設ける態様を
採ることも可能である。また、ここでは空孔６の孔径、
及び密度（断面積当たりの空孔６の数）は、第１領域１
を除いて断面内で一様である。しかし、本発明はこれに
限定されず、異なる孔径を有する空孔６を適宜配置する
構造、又は領域毎に空孔の密度を適宜変化させる構造を
採ることも可能である。

【００３４】本実施の形態では、各領域の屈折率を区別
するため、平均屈折率という概念を用いる。実効屈折率
は、近似を用いて定義されるために、定義があいまいで
あり、構造の記述には適さないため、これを用いない。
微細構造は、複数の媒質領域の集合であり、各媒質領域
内は均一な媒質であるとみなせるとする。平均屈折率ｎ
_avgは、微細構造がＭ種類の媒質で構成されるとして次
式で定義される。

【００３５】

【数２】すなわち、平均屈折率とは、各媒質の屈折率の重み付け
ＲＭＳ（ＲｏｏｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）平均であ
る。ここで、ｎ_iはｉ番目の媒質の屈折率、ｆ_iはｉ番目
の容積分率を表し、次式が成り立つ。

【００３６】

【数３】これにより、領域さえ決定すれば平均屈折率は一意に定
まることとなる。

【００３７】本発明は、光ファイバの断面における平均
屈折率分布の形成を、空孔６の径の制御だけでなく材料
の屈折率を制御することによっても実現できるという認
識に基づく。例えば、シリカガラス５と空孔６とで構成
される微細構造を有する光ファイバの場合、一部の領域
においてシリカ毛管を適当な量のＧｅＯ₂をドープした
シリカ毛管で置換してガラスの屈折率を上昇させること
により、その領域の平均屈折率を上昇させることが可能
となる。

【００３８】このように、シリカガラス５の屈折率を高
くすると、その領域の平均屈折率が高くなる一方、シリ
カガラス５の屈折率を低くすると、その領域の平均屈折
率が低くなる。このように、本発明に係る光ファイバで
は、光ファイバの断面における平均屈折率の分布を、副
媒質領域の断面積を調整することだけでなく、主媒質又
は副媒質となる材料について屈折率の異なる複数種類の
材料を選択的に用いることによって制御することができ
る。

【００３９】一般に、線引において、材料の形状は変化
し易いのに対し、材料の屈折率は容易には変化しない。
このため、本発明の光ファイバでは、線引後の光ファイ
バ断面において所望の平均屈折率分布を実現することが
従来技術と比べて容易である。また、孔径を制御する従
来技術では、平均屈折率を大きくしようとする場合は孔
径を小さくしなければならず、孔径を小さくすることは
加工技術上の限界があるため、実現可能な平均屈折率の
範囲が狭かった。これに対し、本発明によれば、主媒質
又は副媒質の少なくとも一方の材料屈折率を小さくすれ
ば平均屈折率を下げることができる一方、材料屈折率を
大きくすれば平均屈折率を高めることができるため、実
現可能な平均屈折率の範囲を広くすることができる。ま
た、シリカ毛管の内径対外径比を変化させることによっ
て平均屈折率を変化させる代わりに、同じ内径対外径比
を有しガラス屈折率が異なる毛管を用いることによって
平均屈折率を変化させることが可能であるため、必要と
する穿孔器具が少なくて済み、製造コストの低減を図る
ことが可能となる。さらに、主媒質の屈折率の径方向の
分布を適切に形成することにより、融着時に、光ファイ
バ端面近傍において、材料の融解によって孔がつぶれた
場合であっても、導波性能を保つことができる。このた
め、従来技術のように主媒質と副媒質の屈折率が径方向
に一様である場合と比較して融着接続損失の低減を図る
ことが可能となる。

【００４０】次に、図１に示す断面における平均屈折率
を計算する。ここでは、次の表に示す７通りの構造につ
いて計算した。主媒質であるシリカガラス５の屈折率の
径方向の分布が、各構造の間で異なる。また、構造
（ａ）〜（ｅ）では、第１領域１に空孔６は設けられて
いない。構造（ｆ）、（ｇ）では、第１領域１にも他の
領域における空孔と同じ形状の空孔６が設けられてい
る。図１では、計算対象となる構造の中心付近のみを簡
略化して示しているが、点線で示した半径方向に空孔６
の層が７層、すなわち１６８個の空孔６が設けられてい
る。

【００４１】

【表１】ここで、第ｋ領域におけるシリカガラスの屈折率をｎ_k
とすると、図２に示す単位セルにおける平均屈折率ｎ
_avg,kは次式で定義される。各領域は、単位セルの集合
であるから、領域の平均屈折率は、単位セルの平均屈折
率に等しい。

【００４２】

【数４】従って、上記のように定義した第ｋ領域の平均屈折率
は、次の表のようになる。ここで、構造（ａ）では、第
１領域をコア領域、第２〜第９領域をクラッド領域とみ
なすことができる。構造（ａ）のように、ファイバ断面
からコア領域を除いた領域内で、平均屈折率が径方向に
実質的に一様である構造を、均一クラッド構造と呼ぶこ
とにする。構造（ｂ）〜（ｅ）では、第１領域をコア領
域、第２〜第９領域をクラッド領域とみなすことができ
るが、クラッド領域内で平均屈折率は径方向に変化して
いる。構造（ｆ）、（ｇ）では、第１、第２領域をコア
領域、第３〜第９領域をクラッド領域とみなすことがで
きる。両者とも均一クラッド構造であるが、構造（ｇ）
はコア領域内で平均屈折率は径方向に変化する。

【００４３】

【表２】上記の表において、構造（ａ）及び（ｂ）についての構
造分散と実効コア断面積の計算結果を図３に示す。図３
において、左側の縦軸は、構造分散Ｄ_wg、右側の縦軸は
実効コア断面積Ａ_eff、横軸は光の波長λを示す。構造
（ａ）及び（ｂ）とも、波長１５５０ｎｍにおいて、実
効コア断面積Ａ_eff＝９μｍ²となるようにピッチＬが選
ばれている。構造（ａ）については、Ｌ＝１．４６μ
ｍ、構造（ｂ）については、Ｌ＝１．２５μｍである。
その他の寸法もピッチに比例して拡大又は縮小した。構
造（ｂ）は、（ａ）に比べて構造分散が負に大きい。ま
た、構造（ｂ）は、構造（ａ）に比べて、実効コア断面
積の増加ペースｄ（Ａ_eff）／ｄλが小さい。実効コア
断面積の増加ペースが小さいということは、コアへの光
閉じ込めの度合いが高く、曲げ損失が小さいことを意味
する。さらに、構造（ａ）では、主媒質であるシリカガ
ラスの屈折率が径方向に一様であるため、融着時に孔が
つぶれると導波特性が失われるのに対し、構造（ｂ）で
は、孔がつぶれたとしても、第２領域の主媒質が、他領
域の主媒質に比べて高い屈折率を有するので、光が第２
領域に閉じ込められる。従って、構造（ｂ）は、（ａ）
に比べて低い融着接続損失を実現できる。

【００４４】従って、均一クラッド構造と比較して第２
領域における平均屈折率を上昇させることにより、低い
曲げ損失と、負に大きな波長分散と、低い融着接続損失
を実現することが可能となる。

【００４５】次に、上記表の構造（ａ）及び（ｃ）につ
いての構造分散と実効コア断面積の計算結果を図４に示
す。構造（ａ）及び（ｃ）は、双方とも波長１５５０ｎ
ｍにおいて構造分散Ｄ_wg＝−８０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとな
るようにピッチＬが選択されている。構造（ａ）は、Ｌ
＝１．５５μｍ、構造（ｃ）は、Ｌ＝１．７３μｍであ
る。その他の寸法もピッチに比例して拡大又は縮小され
ている。構造（ｃ）は構造（ａ）よりも構造分散のスロ
ープＳ_wgが負に大きい。すなわち、構造（ａ）は、Ｓ_wg
＝−０．２３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍであり、構造（ｃ）
は、Ｓ_wg＝−０．４０ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍである。シリ
カガラスの波長１５５０ｎｍにおける材料分散を２２ｐ
ｓ／ｎｍ／ｋｍ、スロープを及び０．０６ｐｓ／ｎｍ²
／ｋｍとすると、構造（ｃ）の波長分散は−５８ｐｓ／
ｎｍ／ｋｍ、スロープは、−０．３４ｐｓ／ｎｍ²／ｋ
ｍと概算される。従って、スロープと分散値との比は、
−０．３４／−５８ｎｍ^-1＝−５．９Ｅ−３ｎｍ^-1とな
る。構造（ａ）についても、波長分散、スロープ、及び
スロープ対分散比を求めると、それぞれ、−５８ｐｓ／
ｎｍ／ｋｍ、−０．１７ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、−２．９
Ｅ−３ｎｍ^-1となる。ＮＺＤＳＦ（Ｎｏｎ−Ｚｅｒｏ
ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＳｈｉｆｔｅｄＦｉｂｅｒ）
の波長分散、スロープ、及びスロープ対分散比の典型値
が、それぞれ、５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、０．０６ｐｓ／ｎ
ｍ²／ｋｍ、１．２Ｅ−２ｎｍ^-1であるとすると、ＮＺ
ＤＳＦの分散を補償する場合のスロープ補償率は、構造
（ａ）、（ｃ）において、それぞれ２４％、４９％とな
る。ただし、スロープ補償率は、負分散ファイバのスロ
ープ対分散比の、正分散ファイバのスロープ対分散比に
対する比であり、スロープ補償率が１００％に近いほ
ど、広い波長帯域で分散が補償され、広い伝送帯域が実
現される。従って、構造（ｃ）は、ＮＺＤＳＦの分散補
償ファイバとして（ａ）よりも好適であることがわか
る。また、波長１５５０ｎｍより長波長では、構造
（ｃ）は構造（ａ）よりも負分散が大きくなる。例え
ば、波長１６２５ｎｍにおける構造分散は、構造（ａ）
では−９８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるのに対し、構造
（ｃ）では−１０９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍが実現される。シ
リカガラスの波長１６２５ｎｍにおける材料分散を＋２
７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすると、波長分散は、構造（ａ）
において−７１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるのに対し、
（ｃ）では、−８２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなることが予想
される。また、波長１５５０ｎｍにおけるモード複屈折
率は、構造（ｃ）で８．１×１０^-5であり、十分に小さ
い。これは、構造（ｃ）の平均屈折率分布が９０度回転
に対して実質的に不変であるとみなせることによる。モ
ード複屈折率が小さいことにより、偏波モード分散も小
さくなる。

【００４６】従って、均一クラッド構造を有する光ファ
イバと比較して、第２領域の平均屈折率を低下させるこ
とによって、負に大きな波長分散、及び負に大きな波長
分散スロープを実現することができ、ＮＺＤＳＦの分散
補償に好適な特性が得られる。また、断面内の平均屈折
率分布が９０度回転に対して実質的に不変となるように
設計することにより、モード複屈折及び偏波モード分散
を小さくでき、高ビットレートの光通信に好適な特性が
得られる。

【００４７】次に、上記表の構造（ａ）及び（ｄ）につ
いての構造分散と実効コア断面積の計算結果を図５に示
す。構造（ａ）及び（ｄ）の双方とも、波長１５５０ｎ
ｍにおける実効コア断面積Ａ_eff＝１０μｍ²となるよう
にピッチＬが選択されている。構造（ａ）は、Ｌ＝１．
３２μｍ、構造（ｄ）は、Ｌ＝１．５１μｍである。そ
の他の寸法もピッチに比例して拡大又は縮小されてい
る。構造（ｄ）は、構造（ａ）と比較して波長１５５０
ｎｍにおける実効コア断面積Ａ_effの増加ペースｄ（Ａ
_eff）／ｄλが小さい。実効コア断面積Ａ_effの増加ペー
スが小さいということは、構造パラメータ変動に対する
感度が小さいということと、光閉じ込めが良好で、か
つ、曲げ損失が小さいことを意味する。また、曲げ損失
が小さいことは、同じ曲げ損失である場合はより大きな
実効コア断面積Ａ_effを実現できることを意味する。

【００４８】従って、均一クラッド構造を有する光ファ
イバと比較して第３領域の平均屈折率を上昇させること
により、大きな実効コア断面積及び低い曲げ損失を実現
することが可能となる。

【００４９】次に、上記表の構造（ｃ）及び（ｅ）につ
いての構造分散と実効コア断面積の計算結果を図６に示
す。構造（ｃ）及び（ｅ）の双方とも、波長１５５０ｎ
ｍにおいて構造分散Ｄ_wg＝−８０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとな
るようにピッチＬが選択されている。構造（ｃ）は、Ｌ
＝１．７３μｍ、構造（ｅ）は、Ｌ＝１．７６μｍであ
る。その他の寸法もピッチに比例して拡大又は縮小され
ている。構造（ｅ）は、構造（ｃ）と比較して波長１５
５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａ_effが大きい。

【００５０】従って、均一クラッド構造を有する光ファ
イバと比較して第２領域の平均屈折率を低下させた構造
において、さらに第３領域の平均屈折率を上昇させるこ
とにより、負に大きな構造分散を維持したまま、低い曲
げ損失を実現することが可能となる。

【００５１】次に、上記表の構造（ｆ）及び（ｇ）につ
いての構造分散と実効コア断面積の計算結果を図７に示
す。構造（ｆ）及び（ｇ）の双方とも、波長１５５０ｎ
ｍ付近において高次モードがカットオフされるようにピ
ッチＬが選択されている。構造（ｆ）ではＬ＝１．６
０、（ｇ）ではＬ＝１．７１μｍである。その他の寸法
もピッチに比例して拡大又は縮小されている。構造
（ｆ）は、均一クラッド構造に相当するが、構造（ｇ）
は、構造（ｆ）と比較して実効コア断面積Ａ_effが大き
く、波長１５５０ｎｍにおいて比較すると、構造（ｆ）
では、１６μｍ²であるのに対し、構造（ｇ）では２４
μｍ²である。

【００５２】従って、均一クラッド構造においてコア領
域内の第１領域において平均屈折率を低下させることに
より、大きな実効コア断面積を得ることが可能となる。

【００５３】以上説明したように、本実施の形態に係る
光ファイバは、シリカガラス５の屈折率を高くすると、
その領域の平均屈折率が高くなる一方、シリカガラス５
の屈折率を低くすると、その領域の平均屈折率が低くな
る。このように、本発明に係る光ファイバでは、光ファ
イバの断面における平均屈折率の分布を、単位断面積に
おける副媒質の面積を調整することだけでなく、主媒質
又は副媒質となる材料について屈折率の異なる複数種類
の材料を選択的に用いることによって制御することがで
きる。

【００５４】一般に、線引時において、材料の形状は変
化し易いのに対し、材料の屈折率は容易には変化しな
い。このため、本発明の光ファイバでは、線引後の光フ
ァイバ断面において、所望の平均屈折率分布を実現する
のが、従来技術に比べて容易となる。また、孔径を制御
する従来技術では、平均屈折率を大きくしようとする場
合は孔径を小さくしなければならず、孔径を小さくする
ことは加工技術上の限界があるため、実現可能な平均屈
折率の範囲が狭かった。これに対し、本発明によれば、
主媒質又は副媒質の少なくとも一方の材料屈折率を小さ
くすれば平均屈折率を下げることができる一方、材料屈
折率を大きくすれば平均屈折率を高めることができるた
め、実現可能な平均屈折率の範囲を広くすることができ
る。また、シリカ毛管の内径対外径比を変化させること
によって平均屈折率を変化させる代わりに、同じ内径対
外径比を有しガラス屈折率が異なる毛管を用いることに
よって平均屈折率を変化させることが可能であるため、
必要とする穿孔器具が少なくて済み、製造コストの低減
を図ることが可能となる。さらに、主媒質の屈折率の径
方向の分布を適切に形成することにより、融着時に、光
ファイバ端面近傍において、材料の融解によって孔がつ
ぶれた場合であっても、導波性能を保つことができる。
このため、従来技術のように主媒質及び副媒質の屈折率
が径方向に一様ある場合と比較して融着接続損失の低減
を図ることが可能となる。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明は、コア領
域と、このコア領域を包囲するクラッド領域とを断面内
に有し、副媒質からなる微細構造が主媒質中に複数設け
られた断面構造を有する光ファイバにおいて、主媒質又
は副媒質の少なくとも一方の屈折率が径方向に変化して
いる構成を採る。

【００５６】この構成により、主媒質又は副媒質として
屈折率の高い材料を用いると、その領域の平均屈折率が
高くなる一方、主媒質又は副媒質として屈折率の低い材
料を用いると、その領域の平均屈折率が低くなる。この
ように、本発明に係る光ファイバでは、光ファイバの断
面における平均屈折率の分布を、単位断面積における副
媒質の面積を調整することだけでなく、主媒質又は副媒
質となる材料について屈折率の異なる複数種類の材料を
選択的に用いることによって制御することができる。一
般に、線引時において、材料の形状は変化し易いのに対
し、材料の屈折率は容易には変化しないため、本発明の
構成を採ることによって、線引後の光ファイバ断面にお
いて、所望の平均屈折率分布を実現するのが、従来技術
に比べて容易となる。また、孔径を制御する従来技術で
は、平均屈折率を大きくしようとする場合は孔径を小さ
くしなければならず、孔径を小さくすることは加工技術
上の限界があるため、実現可能な平均屈折率の範囲が狭
かった。これに対し、本発明によれば、主媒質又は副媒
質の少なくとも一方の材料屈折率を小さくすれば平均屈
折率を下げることができる一方、材料屈折率を大きくす
れば平均屈折率を高めることができるため、実現可能な
平均屈折率の範囲を広くすることができる。また、シリ
カ毛管の内径対外径比を変化させることによって平均屈
折率を変化させる代わりに、同じ内径対外径比を有しガ
ラス屈折率が異なる毛管を用いることによって平均屈折
率を変化させることが可能であるため、必要とする穿孔
器具が少なくて済み、製造コストの低減を図ることが可
能となる。さらに、主媒質の屈折率の径方向の分布を適
切に形成することにより、融着時に、光ファイバ端面近
傍において、材料の融解によって孔がつぶれた場合であ
っても、導波性能を保つことができる。このため、従来
技術のように主媒質及び副媒質の屈折率が径方向に一様
ある場合と比較して融着接続損失の低減を図ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る光ファイバの断面
を示す図である。

【図２】上記実施の形態に係る光ファイバの単位セルを
示す図である。

【図３】上記実施の形態に係る光ファイバにおける構造
（ａ）及び（ｂ）についての構造分散と実効コア断面積
の計算結果を示す図である。

【図４】上記実施の形態に係る光ファイバにおける構造
（ａ）及び（ｃ）についての構造分散と実効コア断面積
の計算結果を示す図である。

【図５】上記実施の形態に係る光ファイバにおける構造
（ａ）及び（ｄ）についての構造分散と実効コア断面積
の計算結果を示す図である。

【図６】上記実施の形態に係る光ファイバにおける構造
（ｃ）及び（ｅ）についての構造分散と実効コア断面積
の計算結果を示す図である。

【図７】上記実施の形態に係る光ファイバにおける構造
（ｆ）及び（ｇ）についての構造分散と実効コア断面積
の計算結果を示す図である。凡例の（Ｈ）は、高次モー
ドの特性であること示す。

【図８】従来から知られている微細構造を含む光ファイ
バの断面図である。

【符号の説明】

１…第１領域、２…第２領域、３…第３領域、４…第４
領域、５…シリカガラス、６…空孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笹岡英資神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 2H050 AB04Z AC13 AC36 AC71 AC81

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コア領域と、このコア領域を包囲するク
ラッド領域とを断面内に有し、副媒質からなる微細構造
が主媒質中に複数設けられた断面構造を有する光ファイ
バにおいて、前記主媒質又は前記副媒質の少なくとも一方の屈折率が
径方向に変化していることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】前記断面内の平均屈折率分布が９０度回
転に対して実質的に不変であることを特徴とする請求項
１記載の光ファイバ。
【請求項３】所定の波長における波長分散が負である
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】所定の波長における波長分散が−５０ｐ
ｓ／ｎｍ／ｋｍよりも負に大きいことを特徴とする請求
項３記載の光ファイバ。
【請求項５】所定の波長における波長分散スロープが
負であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項６】請求項１記載の光ファイバと、前記光ファイバの波長分散と逆符号の波長分散を有する
光ファイバとを含むことを特徴とする光伝送路。
【請求項７】請求項１記載の光ファイバと、前記光ファイバの波長分散スロープと逆符号の波長分散
スロープを有する光ファイバとを含むことを特徴とする
光伝送路。