JP2004220026A - 微細構造光ファイバとそれを用いた光ファイバテープ心線・光コネクタ・光ファイバアレイ・光接続部材 - Google Patents

Abstract

【課題】低損失と低コストで接続可能で、小径屈曲のもとで使用可能で、多モード雑音が小さい光ファイバを提供する。
【解決手段】コア2と、内側クラッド3、外側クラッド4を含み、コアは２００ｎｍと１７００ｎｍの間の波長λで屈折率がｎ１である第１主媒質5であり、内側クラッド3は、光ファイバ1の少なくとも一部において、波長λで屈折率がｎ１より小さいｎ２である第２主媒質6と、波長λで屈折率がｎ２より小さいｎ３である複数の副媒質領域7を含み、外側クラッド4は、波長λで屈折率が内側クラッド3の平均屈折率Ｎより大きいｎ４である第３主媒質8である光ファイバ1において、基底モードの曲損失を波長λ、曲げ直径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ未満であり、第１高次モードの曲損失を波長λ、曲げ直径３０ｍｍで１ｄＢ／ｍより大きく、端部の基底モードのモードフィールド直径を波長λで８．０μｍと５０λの間とする。
【選択図】図２

Description

本発明は光ファイバ、特に主媒質中に副媒質領域を配列した微細構造光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバテープ心線・光コネクタ・光ファイバアレイ・光接続部材に関する。

従来型光ファイバは、図１で示される。光ファイバの軸に垂直な断面において、所定の屈折率をもつ第１主媒質５ｃは、第１主媒質より小さい屈折率をもつ第２主媒質６ｃで囲まれる。コア領域２ｃは第１主媒質を含み、光波はコアに局在化しファイバを伝播する。第１主媒質の屈折率は概して空間的に均一であるが、Ｗ形プロファイルのような他の周知のプロファイルも可能である。

屈折率の大きいコア領域がシリカガラスと空孔を有するクラッドに囲まれた微細構造光ファイバに関する最近の開発は、ガラスと空気の間に存在する大きい屈折率差によって、新しいファイバ特性を提供している。クラッド構造は空間的に均一な平均屈折率をもつことができ、平均屈折率を調整することによってコア屈折率との間で所望の関係を満たすことができる。非特許文献１に書かれているように、十分に大きい空孔を有する微細構造光ファイバは、従来型光ファイバに比べてより小さい曲損失を実現させることが可能である。
J. Broeng他、Optical Fiber Technology, Vol. 5, pp.305-330（1999）, p.316

ファイバ、導波路型回路、それらを含むモジュール、等の光コンポーネントの間で配線される光ファイバは、低損失かつ低コストで接続可能で、小径曲げのもとで使用可能で、多モード雑音が小さくなくてはならない。また、小径曲げによる曲損失とファイバ素子の不正確な位置決めによる結合損失は、よくある問題である。クラッドの平均屈折率が空間的に均一な微細構造光ファイバでは、低損失で接続するために十分大きいと同時に、漏洩による光損失を引き起こすほどには大きくないモードフィールド直径を得ることは、難しかった。

課題を解決するため、コアと、内側クラッド、外側クラッドを含み、コアは２００ｎｍと１７００ｎｍの間の波長λで屈折率がｎ１である第１主媒質であり、内側クラッドは、光ファイバの少なくとも一部において、波長λで屈折率がｎ１より小さいｎ２である第２主媒質と波長λで屈折率がｎ２より小さいｎ３である複数の副媒質領域を含み、外側クラッドは、波長λで屈折率が内側クラッドの平均屈折率Ｎより大きいｎ４である第３主媒質である光ファイバにおいて、基底モードの曲損失を波長λ、曲げ直径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ未満であり、第１高次モードの曲損失を波長λ、曲げ直径３０ｍｍで１ｄＢ／ｍより大きく、端部の基底モードのモードフィールド直径を波長λで８．０μｍと５０λの間とする。

本明細書で、主媒質は単独で光ファイバを構成できる媒質であり、副媒質は必ずしも単独で光ファイバを構成できなくてもよい。主媒質としてはたとえばガラスやポリマを用いることができ、副媒質としてはたとえばガラスやポリマの他に、液体や気体や真空を用いることができる。

Ｍ種類の媒質ｉ（ｉ＝１．．．Ｍ）によって構成される領域の平均屈折率ｎ_ａｖｇは、（１）式で定義される。

式（１）で、ｎ［ｉ］とｆ［ｉ］は、媒質ｉの屈折率と体積を表す。屈折率ｎ０を有する媒質０に対する、屈折率ｎ１を有する媒質１の比屈折率差は、（２）式で定義される。

副媒質が主媒質中に配置されるような場合は、主媒質の屈折率に代えて平均屈折率を用いる。

空孔が周期的に配置される構造では、比直径ｄ／Ｌとは、構造の周期的な格子のピッチＬに対する空孔直径ｄの比率である。第１高次モードとは、位相屈折率が２つの基底モードの次に大きいようなモードである。

低損失かつ低コストで接続可能で、小径屈曲のもとで使用可能で、多モード雑音が小さい光ファイバが得られる。

本発明の光ファイバの第一実施形態のファイバ軸に垂直な断面を図２に示す。図面中の寸法比率は必ずしも正しくない。微細構造光ファイバ１は、コア領域２と、コア領域２を囲む内側クラッド領域３と、内側クラッド領域３を囲む外側クラッド領域４を有す。コア領域は第２主媒質６の領域の中に配置された第１主媒質５によって形成される。内側クラッド領域は、第２主媒質と、複数の副媒質７の領域によって形成される。外側クラッド領域は、第３主媒質によって形成される。外側クラッド領域は機械的強度の向上のみならず、高次モードの曲げ損失を増加させる効果を有する。外側クラッド４の外周は、たとえば直径１２５μｍの円形である。外側クラッド領域の外表面は紫外線硬化性樹脂といった被覆媒体で被覆することが望ましい。光ファイバの外径は１２５μｍより小さくてもよく、たとえば８０μｍであり、こうすることで曲げによる応力を減らすことができる。あるいは、光ファイバの外径は１２５μｍより大きくてもよく、たとえば１８０μｍであり、こうすることで光ファイバのマイクロベンドが回避される。

また、微細構造光ファイバは線引き時または線引き後に２．５％歪みのスクリーニングを通過させることが望ましい。これにより、低強度部が含まれる確率が低減される。特に、２．５％歪みとすることにより、長さ２ｍにわたって直径１５ｍｍで曲げた際の破断確率を１０^−３未満にすることができる。さらに、歪みを３．５％とすることにより、直径１０ｍｍで曲げた際の破断確率を１０^−３未満にすることができる。

第１主媒質はＧｅＯ_２が添加されたシリカガラスであり、第２及び第３主媒質は純粋なシリカガラスである。また、副媒質は空気またはＮ_２などの不活性気体であり、従って副媒質領域は空孔である。そのため、第１、第２、及び第３主媒質の屈折率をｎ１、ｎ２、及びｎ４、副媒質の屈折率をｎ３、内側クラッド領域の平均屈折率をNとすると、
ｎ１＞ｎ２＞ｎ３、
及び
Ｎ＜ｎ４
が満たされる。

また、内側クラッド領域の平均屈折率Ｎと、第２主媒質に対する第１主媒質の比屈折率差Δと、第１主媒質からなる領域の形状は、副媒質を第２主媒質で置換した場合の２００ｎｍと１７００ｎｍの間の一つの波長λにおける基底モードのモードフィールド径が８．０μｍ以上かつ５０λ以下となるように選ばれる。これにより、端部において副媒質を第２主媒質で置換することによって、基底モードと外部光システムとの間で光結合を実現する場合の結合損失が小さくなると共に副媒質を置換した区間における漏洩損失が低減され、光結合に伴うコスト及び光損失が低減される。

この第一実施形態の微細構造光ファイバでは、第１主媒質からなる領域及び空孔の形状は、ファイバ軸に垂直な断面内において円形である。空孔は一定のピッチＬの六方格子配列の格子点上に配置され、空孔数は３６であり、六方格子の３層分の領域を占める。第１主媒質からなる領域内で屈折率は実質的に空間的に一様である。第１から第３主媒質のシリカガラスにゲルマニウム、フッ素、塩素、ボロン、アルミニウム、チタンを添加することによって屈折率分布を形成してもよい。また、本実施形態におけるコア領域の屈折率分布はステップ型として知られる屈折率分布であるが、Ｗ型等の当業者に知られた他の屈折率分布を代わりに用いてもよい。また、空孔の配置も六方格子配列に限らない。たとえば、同心円の円周上に副媒質領域を配置してもよく、それによってモードフィールドの真円性を向上し、通常の光ファイバとの接続における結合効率を高めることができる。

以下の表１は、第一実施形態の具体例である3種類の微細構造光ファイバ（Ａ１）〜（Ａ３）の構造の詳細を示す。副媒質を有するファイバ間及び副媒質を第２主媒質で置換したファイバ間で比較を行っている。副媒質が第二媒質で置換されるか否かにかかわらず、モードフィールド径（ＭＦＤ）は８．０μｍと５０λの間にある。

内側クラッドの第２主媒質に対する比屈折率差Δは、第２主媒質及び副媒質の屈折率が波長λ＝１５５０ｎｍにおいて１．４４４及び１であることを用いて計算された値である。また、内側クラッド領域の境界は、境界に隣接する副媒質領域から境界までの距離とその副媒質領域の径の比が、領域内で隣接する２つの副媒質領域の距離とそれらの平均径の比の平均に実質的に等しくなるように決められている。内側クラッド領域の内側境界及び外側境界は、ファイバ中心を中心とし、一辺が０．５＊Ｌ及び３．５＊Ｌの六角形である。

図３（ａ）と（ｂ）は、光ファイバ（Ａ１）〜（Ａ３）の基底モード及び高次モードの曲げ損失をそれぞれ示す。図３（ａ）に示されるように、（Ａ１）〜（Ａ３）の基底モードの曲げ損失は、曲げ径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ未満である。さらに、（Ａ２）と（Ａ３）は曲げ径１０ｍｍでも０．１ｄＢ／ｍ未満である。また、図３（ｂ）に示されるように、（Ａ１）〜（Ａ３）の第一高次モードの曲げ損失は、曲げ径３０ｍｍで１ｄＢ／ｍより大きく、（Ａ１）は曲げ径２８０ｍｍでも１ｄＢ／ｍより大きい。基底モードの曲げ損失が低いため、これらの光ファイバは小径に曲げて使用することが可能である。第一高次モードの曲げ損失が高いため、基底モードと高次モードの干渉によるマルチモード雑音が小さい。従来のファイバでは、基底モードの曲げ損失を低減させると第一高次モードの曲げ損失も低減され、マルチモード雑音が大きくなるが、本発明では、外側クラッドの屈折率を内側クラッドの平均屈折率よりも高くすることによって基底モードの低い曲げ損失と第一高次モードの高い曲げ損失を両立させている。さらに、副媒質の有無にかかわらず、基底モードのモードフィールド径が８．０μｍ以上かつ５０λ以下であるため、低損失かつ低コストで外部の光部品との間で光結合を実現することができる。基底モードの低い曲げ損失と大きなモードフィールド径を両立させるということは、今までに知られているファイバ、つまり外側クラッドが機械的強度の向上の役割しか果たしていないで、第一高次モードの曲げ損失は増加させないようなファイバ、では見出されていなかった。さらに、第一実施形態の光ファイバでは、空孔内に存在する光パワーの比率が１０^−４より小さい。その結果、空孔内の不純物や空孔表面の凹凸による吸収損失や散乱損失を低減し、伝送損失を低く安定に保つことができる。

第二実施形態の微細構造光ファイバのファイバ軸に垂直な断面を図４に示す。図面中の寸法は必ずしも実物に正確に比例してはいない。微細構造光ファイバ１は、コア領域２と、コア領域２を囲む第１内側クラッド領域３１と、第１内側クラッド領域を囲む第２内側クラッド領域３２と、第２内側クラッド領域を囲む外側クラッド領域４を有す。コア領域は第２主媒質６の領域の中に配置された第１主媒質５の領域によって形成される。第１及び第２内側クラッド領域は、第２主媒質と、複数の副媒質7の領域によって形成される。外側クラッド領域は、第３主媒質８によって形成される。第一実施形態と同じように、外側クラッド領域の外周は、たとえば直径１２５μｍの円形である。そして、外側クラッド領域の外表面は紫外線硬化性樹脂などの被覆媒体で被覆することが望ましい。また、微細構造光ファイバは線引時または線引き後に２．５％歪みのスクリーニングを通過させることが望ましい。

主媒質及び副媒質の組成、第１主媒質からなる領域及び空孔の形状は実施形態１と同様である。実施形態２の光ファイバ（Ｂ１）〜（Ｂ５）、（Ｃ１）〜（Ｃ３）、（Ｄ１）〜（Ｄ２）の構造の詳細を表２、３に示す。

実施形態２では、第１及び第２内側クラッドはそれぞれ６個、１２個の空孔を含む。第１及び第２内側クラッドの中では空孔は六方格子の格子点上に配置される。第ｋ内側クラッドにおける六方格子のピッチ及び空孔径をそれぞれＬｋ及びｄｋ（ｋ＝１、２）とすると、光ファイバ（Ｂ１）〜（Ｂ５）では、ｄ１＝ｄ２かつＬ１＝Ｌ２であり、その結果、第1及び第２内側クラッドの平均屈折率は等しい。一方、光ファイバ（Ｃ１）〜（Ｃ３）、（Ｄ１）〜（Ｄ３）では、ｄ１＝ｄ２かつＬ１＜Ｌ２である。その結果、第２内側クラッドは第１内側クラッドよりも高い平均屈折率を有する。表に示されるように、副媒質が第２主媒質で置換されるか否かにかかわらず、モードフィールド径は８．０μｍ以上かつ５０λ以下の条件を満たす。媒質の屈折率は第一実施形態と同じである。また、第１及び第２内側クラッドの境界も実施形態１におけるものと同様の原則で決められている。すなわち、本実施例においては、第１内側クラッド領域の内側境界は一辺が０．５＊Ｌ１の六角形であり、第１内側クラッド領域の外側境界及び第２内側クラッド領域の内側境界は一辺が０．５＊（Ｌ１＋２＊Ｌ２）の六角形であり、第２内側クラッド領域の外側境界は一辺が２．５＊Ｌ２の六角形である。これらの六角形の中心は光ファイバの中心に一致する。

光ファイバ（Ａ１）〜（Ｄ２）の基底モード及び高次モードの曲げ損失を図５に示す。光ファイバ（Ｃ１）〜（Ｄ２）を光ファイバ（Ｂ１）〜（Ｂ５）を比べると、前者のほうがより低い基底モードの曲げ損失とより高い第一高次モードの曲げ損失を有する。一方、モードフィールド径は同等である。従って、前者は後者より配線用として適している。なお、前者は第１内側クラッドよりも第２内側クラッドが高い平均屈折率を有し、後者は第１内側クラッドと第２内側クラッドが同じ平均屈折率を有する。第一実施形態のファイバ（Ａ１）〜（Ａ３）は、穴数だけが異なる（Ｂ１）〜（Ｂ３）に比べて配線用として適している。このように、穴数が配線用としての特性にとって重要である点は従来のファイバにおいては見出されていなかった。

第一実施形態の場合のように、基底モードの曲げ損失が低いため、これらの光ファイバは小径に曲げて使用することが可能である。第一高次モードの曲げ損失が高いため、基底モードと高次モードの干渉によるマルチモード雑音が小さい。さらに、副媒質の有無にかかわらず、基底モードのモードフィールド径が８．０μｍ以上かつ５０λ以下であるため、低損失かつ低コストで外部の光部品との間で光結合を実現することができる。さらに、空孔内に存在する光パワーの比率が１０^−４より小さい。その結果、空孔内の不純物や空孔表面の凹凸による吸収損失や散乱損失を低減し、伝送損失を低く安定に保つことができる。

図６は第１被覆３２で被覆された微細構造光ファイバ心線３１を示す。第１被覆は典型的には紫外線硬化性樹脂である。第１被覆により、光ファイバの破断原因となる側面への傷が発生するのを防止し、ガラスの経時的な劣化の原因となる水の侵入を防止できる。また、第１被覆は直径数ｍｍ以下の小径の曲げの発生を抑制できる形状と剛性を有していてもよい。

図７は微細構造光ファイバ心線31を用いた微細構造光ファイバテープ心線３３を示す。微細構造光ファイバテープ心線は、一列に配列された複数（典型的には２〜２０）の光ファイバ心線と、それらの光ファイバ心線を一括に被覆する第２被覆３４を有する。第２被覆は典型的には紫外線硬化性樹脂である。テープ化により、光配線の空間密度を向上できる。さらに、従来のテープ心線に比べて、接続の容易性と小径曲げへの耐性に優れる。

図８は分割型微細構造光ファイバテープ心線３５を示す。分割型微細構造光ファイバテープ心線３５は、一列に配列された複数（典型的には２〜４）の心線グル−プ３７と、それらの心線グル−プを一括に被覆する第３被覆３６を有する。第３被覆は典型的には紫外線硬化性樹脂である。心線グル−プ37は、一列に配列された複数（典型的には２〜１０）の光ファイバ心線と、それらの光ファイバ心線を一括に被覆する第２被覆を有する。

図９は微細構造光ファイバ１を含む光ファイバコネクタ４１を示す。光ファイバコネクタ４１はフェルール４２とフランジ４４を有する。フランジ４４は鍔４５を有する。鍔４５によりコネクタ４１の位置の固定が容易になる。フェルールは微細構造光ファイバの外径である１２５μｍよりも僅かに大きな内径の中空部を有する。微細構造光ファイバ１の先端を含む区間はフェルール４２の中空部に挿入される。接続部４３において、微細構造光ファイバ１の先端は、副媒質を有さない従来型光ファイバ１ｃの先端と融着や接着によって接続される。従来型光ファイバ１ｃのモードフィールド径は、微細構造光ファイバの端面でのモードフィールド径に実質的に一致することが望ましい。従来型光ファイバ１ｃの外径は微細構造光ファイバ１の外径に実質的に等しい。従来型光ファイバ１ｃのもう一方の先端は研磨されており、そこで他の光コネクタとの接続が行われる。研磨の形状は平面や球面などのよく知られた形状を用いることができる。この様な構成の光ファイバコネクタでは、研磨時に発生する研磨屑や研磨剤、及び光コネクタが使用される環境に含まれる水などの汚染物質が微細構造光ファイバ１の副媒質領域に侵入するのを防止し、光ファイバ及び光コネクタの信頼性を高めることができる。

図１０は図７の微細構造光ファイバテープ心線３３を用いた多心光ファイバコネクタ４１ｂを示す。微細構造光ファイバテープ心線３３の代わりに図８の分割型微細構造光ファイバテープ心線３５を用いてもよい。多心光ファイバコネクタ４１ｂは、鍔４７を有する多心フェルール４８を有する。鍔４７によりコネクタの位置の固定が容易となる。フェルールは位置固定の容易化のための１以上のガイド穴４６を有する。また、フェルールは微細構造光ファイバの外径である１２５μｍよりも僅かに大きな内径をもつ複数の中空部を有する。微細構造光ファイバテープ心線33の先端を含む区間では、被覆が除去され、複数の微細構造光ファイバ１の先端を含む区間が多心フェルール４８の中空部に挿入される。接続部４３ｂにおいて、各々の微細構造光ファイバ１の先端は、副媒質を有さない従来型光ファイバ１ｃの先端と融着や接着によって接続される。図９のコネクタ４１と同様に、従来型光ファイバ１ｃのもう一方の先端は研磨されている。この様な構成の多心光ファイバコネクタでは、研磨時に発生する研磨屑や研磨剤、及び光コネクタが使用される環境に含まれる水などの汚染物質が微細構造光ファイバ１の副媒質領域に侵入するのを防止し、光ファイバ及び光コネクタの信頼性を高めることができる。

図１１は図７の微細構造光ファイバテープ心線33を用いた光ファイバアレイ（ＦＡ）４９を示す。微細構造光ファイバテープ心線３３の代わりに図８の分割型微細構造光ファイバテープ心線３５を用いてもよい。ＦＡ４９は、Ｖ型の溝５２を有する基板５０を有する。Ｖ溝は１２５μｍの光ファイバを固定するのに適した構造を有する。微細構造光ファイバテープ心線３３の先端を含む区間では、被覆が除去され、複数の微細構造光ファイバ１の先端を含む区間がＶ溝５２の上に静置され、その状態で固定媒質５１（典型的には樹脂）によって固定される。接続部４３Ｃにおいて、各々の微細構造光ファイバ１の先端は、副媒質を有さない従来型光ファイバ１ｃの先端と融着や接着によって接続される。図９のコネクタ４１のように、この光ファイバアレイは、微細構造光ファイバの副媒質領域が外界から隔離されているので高い信頼性を実現している。

図１２は微細構造光ファイバ１を含む光ファイバコネクタ４１ｄを示す。ここで、単心フェルール４２ｄ、フランジ４４ｄ、及び、鍔４５ｄは図９の光ファイバコネクタ４１のものと実質的に同じである。このコネクタでは、微細構造光ファイバ１の先端には、副媒質が第２主媒質で置換された区間１２、または副媒質領域に封止媒質が封入された区間１２ｂが設けられている。微細構造光ファイバ１の先端は研磨されており、そこで他の光コネクタとの接続が行われる。このコネクタは、微細構造光ファイバの副媒質領域が外界から隔離されているので高い信頼性を実現している。

図１３は、図１２で説明した区間１２を有する微細構造光ファイバのファイバ軸に平行な断面を示す。通常区間１１においては、微細構造光ファイバは第一あるいは第二実施形態で記述された断面構造を有する。区間１２では、空孔がシリカガラスで置換されている。通常区間と区間１２の間には遷移区間１３があり、そこでは空孔の直径が変化している。区間１２及び１３は、光ファイバ１の一部の区間を選択的に加熱してガラスを軟化させ、表面張力によって空孔を収縮させることによって形成できる。また、遷移区間はファイバに沿った温度勾配を利用して形成することができる。

図１４は、図１２で説明した区間１２ｂを有する加工された微細構造光ファイバ１のもう一つの形態のファイバ軸に平行な断面を示す。微細構造光ファイバ１は通常区間11においては実施形態１及び２で記述された断面構造を有する。区間１２ｂでは空孔に封止媒質７２が充填されている。封止媒質は典型的には樹脂である。

図１５は図７の微細構造光ファイバテープ心線33を用いた多心光ファイバコネクタ４１ｅを示す。微細構造光ファイバテープ心線３３の代わりに図８の分割型微細構造光ファイバテープ心線３５を用いてもよい。フェルール４８ｅ、鍔４７ｅは図１０の多心光ファイバコネクタ４１ｂのものと実質的に同じである。このコネクタでは、微細構造光ファイバ１の先端は、図１３あるいは１４に示した区間１２、あるいは図１２ｂと、他の光コネクタとの接続が行われる研磨面を有している。このコネクタは、微細構造光ファイバの副媒質領域が外界から隔離されているので高い信頼性を実現している。

図１６は図７の微細構造光ファイバテープ心線33を用いた光ファイバアレイ４９ｆを示す。微細構造光ファイバテープ心線33の代わりに図８の分割型微細構造光ファイバテープ心線３５を用いてもよい。基板５０ｆ、Ｖ型の溝５２ｆ、固定媒質５１ｆは、図１１のファイバアレイ４９のものと実質的に同じである。このファイバアレイでは、各々の微細構造光ファイバ１の先端には、図１３あるいは図１４の区間12あるいは区間１２ｂと、他の光コネクタとの接続が行われる研磨面を有している。このコネクタも、微細構造光ファイバの副媒質領域が外界から隔離されているので高い信頼性を実現している。

発明者は、本発明のいくつかの光ファイバを製作して、評価した。図１７は、走査式電子顕微鏡で撮影された、製作された光ファイバ（ａ）から（ｄ）の横断面の像を示す。４つのファイバの各々は図４で示されている第二実施形態のそれに類似した構造を有しており、各々のファイバはコア、第１内側クラッド、第２内側クラッドと外側クラッドをもつ。コアは、純粋なシリカガラスによって囲まれるゲルマニウムがドープされたシリカガラスの領域を有し、ドープされた領域の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差Δはおよそ０．３３％であり、領域の直径はおよそ８．５μｍである。内側クラッド領域は、純粋なシリカガラスとその中の空孔からできている。外側クラッドは、純粋なシリカガラスでできている。４つのファイバの間の相違点は、空孔の直径である。

表４は、製作されたファイバの光学的性質と構造をまとめる。表の中で示されるように、製作されたファイバは、少なくとも１０ｍｍを超える曲げ直径に対して低い曲損失をもつ。

また、基底モードのモードフィールド直径（ＭＦＤ）は、空孔が保持されるとき、８．５乃至８．９μｍである。たとえば放電融着で空孔が潰されて、空孔が純粋なシリカガラスで置換されるとき、屈折率差とコアの直径に基づく計算から、モードフィールド直径はおよそ１０．３μｍまで増加するであろう。

基底モードの有効断面積は、５９乃至６６μｍ^２である。光信号伝送の間非線形光学効果の影響を抑制するために、有効断面積は２０μｍ^２より大きいことが望ましく、５０μｍ^２より大きいことがより望ましい。

カットオフ波長とはその波長を超えると高次モードが伝播する間に十分に高い減衰を受けマルチモード雑音が抑制されるような波長であり、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０に適合する方法で２ｍの試料を直径２８０ｍｍに一周巻いて測定される。広く使われている１５３０乃至１５８０ｎｍに対して光ファイバを使用する場合、遮断波長は、１５３０ｎｍ未満であることが望ましい。また、より広帯域の１３００乃至１７００ｎｍに対して光ファイバを使用する場合、遮断波長は１３００ｎｍ未満であることがより望ましい。

カットバック方法で測定される光減衰係数は、０．２３乃至０．３０ｄＢ／ｋｍである。１ｋｍを超える距離にわたる光伝送に対して光減衰係数は、０．３０ｄＢ／ｋｍ未満であることが望ましい。１ｋｍを超える距離にわたる光伝送で光送路のロスバジェットを大きくとり光送信器、光受信器のコストを減少させるためには、光減衰係数は０．２５ｄＢ／ｋｍ未満であることがより望ましい。

製作されたファイバの波長分散は２７乃至２９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである、そして、分散スロープはおよそ０．０７ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍである。波長分散と分散スロープは正値であることが好ましい。それによって標準のＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２シングルモードファイバでできているリンクのために設計される広く利用できる送信器を使うことができる。

図１８は、カットバック方法によって測られた製作されたファイバの光減衰係数のスペクトルを示す。図が示すように、ファイバ（ａ）の減衰係数は、１５２０乃至１６５０ｎｍのバンドで０．２５ｄＢ／ｋｍ未満であり、１５００乃至１６６０ｎｍのバンドで０．３ｄＢ未満であり、１０００乃至１３００ｎｍのバンド及び１４６０乃至１７００ｎｍのバンドで１ｄＢ未満である、広い波長域にわたるそのような低い減衰は、大きい容量、長距離、あるいは、低コストの光伝送での使用に対して好ましい。

この発明を、現在最も実際的で好ましいと考えられる形態について説明したが、発明はこの形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の中でさまざまな変形が可能である。たとえば、テープファイバとコネクタは、上記の記述された第一及び第二実施形態の微細構造光ファイバに加えて他の既知の微細構造光ファイバからなるかもしれない。

従来型光ファイバのファイバ軸に垂直な横断面を示す断面図である。 本発明の微細構造光ファイバの実施形態における、ファイバ軸に垂直な横断面を示す断面図である。 図３（ａ）と図３（ｂ）は、図２の光ファイバの具体例である３つの光ファイバ（Ａ１）−（Ａ３）の、基底モードと第１高次モード曲げ損失を表しているグラフである。 本発明の微細構造光ファイバの他の実施形態における、ファイバ軸に垂直な横断面を示す断面図である。 図２及び図４の光ファイバの具体例である光ファイバの基底モードと第１高次モード曲げ損失を表しているグラフである。 図２の光ファイバを被覆した微細構造光ファイバ心線を示す断面図である。 本発明の微細構造光ファイバ心線からなる微細構造光ファイバテープ心線を示す断面図である。 本発明の微細構造光ファイバ心線からなる分割型微細構造光ファイバテープ心線を示す断面図である。 本発明の微細構造光ファイバと従来型光ファイバとを接続した光ファイバコネクタの概念図である。 本発明の微細構造光ファイバテープ心線と従来型光ファイバテープ心線とを接続した多心光ファイバコネクタの概念図である。 微細構造光ファイバと従来型ファイバとが接続されている、本発明の多心光ファイバアレイの実施形態の概念図である。 本発明の光ファイバコネクタの他の実施形態である。 本発明の微細構造光ファイバの一実施形態におけるファイバ軸と平行な断面を示す断面図である。 本発明の微細構造光ファイバの他の実施形態におけるファイバ軸と平行な断面を示す断面図である。 図１０と類似の本発明の多心光ファイバコネクタの実施形態を示す概念図である。 図１１と類似の本発明の多心光ファイバアレイの実施形態を示す概念図である。 走査型電子顕微鏡で撮影された本発明の実施形態である光ファイバの横断面の像である。 本発明の実施形態である光ファイバの、カットバック方法によって測定された損失特性を示すグラフである。

Claims (27)

1. コアと、前記コアを囲んでいる内側クラッド、前記内側クラッドを囲んでいる外側クラッドを含む光ファイバであって、
   前記コアは、２００ｎｍと１７００ｎｍの間の波長λで屈折率がｎ１である第１主媒質であり、
   前記内側クラッドは、前記光ファイバの少なくとも一部において、波長λで屈折率がｎ１より小さいｎ２である第２主媒質と、波長λで屈折率がｎ２より小さいｎ３である複数の副媒質領域を含み、
   前記外側クラッドは、波長λで屈折率が前記内側クラッドの平均屈折率Ｎより大きいｎ４である第３主媒質であり、
   前記コアと、前記内側クラッド、前記外側クラッド、前記副媒質領域は、ファイバ軸に沿って伸びており、
   前記光ファイバの基底モードの曲損失は、波長λ、曲げ直径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ未満であり、
   前記光ファイバの第１高次モードの曲損失は、波長λ、曲げ直径３０ｍｍで１ｄＢ／ｍより大きく、
   前記光ファイバの端部の基底モードのモードフィールド直径は、波長λで８．０μｍと５０λの間にある。
2. 請求項１の光ファイバであって、
   前記外側クラッドの外径は１２４μｍと１２６μｍの間にあり、前記光ファイバは２．５％を超えるひずみに耐えることができる。
3. 請求項１の光ファイバであって、
   前記第１乃至第３主媒質は、ゲルマニウム・フッ素・塩素・リン・窒素・ホウ素・アルミニウム・チタン・エルビウム・イッテルビウム・ネオジム・プラセオジム・ビスマスからなる群に属している一以上のドーパントをドープされた、もしくは、純粋なシリカガラスであり、前記副媒質は、気体または真空である。
4. 請求項３の光ファイバであって、
   前記内側クラッドは、前記コアを囲んでいる第１内側クラッド領域と前記第１内側クラッド領域を囲んでいる第２内側クラッド領域を有し、前記第１内側クラッド領域の平均屈折率N1は前記第２内側クラッド領域の平均屈折率Ｎ２より波長λで小さい。
5. 請求項１の光ファイバであって、
   前記第１高次モードの曲損失は曲げ直径２８０ｍｍで１ｄＢ／ｍを超えている。
6. 請求項３の光ファイバであって、
   前記光ファイバの端部の内側クラッドの副媒質領域の屈折率は、波長λでｎ２である。
7. 請求項６の光ファイバであって、
   前記光ファイバの端部の内側クラッドの副媒質領域は、第２主媒質と同じ材料である。
8. 請求項３の光ファイバであって、
   前記光ファイバの中を基底モードで伝搬する光における全光パワーに対する副媒質領域にある光パワーの比率は、波長λで１０^−４より少ない。
9. 請求項８の光ファイバであって、
   前記光ファイバの端部の副媒質領域は、波長λで屈折率がｎ３より大きいｎ５であり、波長λで光減衰係数が１０ｄＢ／ｍｍ未満である媒体で封止される。
10. 請求項１の光ファイバであって、
    前記光ファイバの端部の基底モードのモードフィールド直径は、波長λで８．０μｍと１０λの間にある。
11. 請求項１の光ファイバであって、
    前記光ファイバの前記少なくとも一部における基底モードの光減衰係数は、波長λで０．３０ｄＢ／ｋｍ未満である。
12. 請求項１１の光ファイバであって、
    前記光ファイバの前記少なくとも一部における基底モードの光減衰係数は、波長λで０．２５ｄＢ／ｋｍ未満である。
13. 被覆された請求項１の光ファイバの配列を含む光ファイバテープ心線であって、
    前記配列のおのおのの光ファイバは第１被覆を有し、前記被覆された光ファイバの配列は第２被覆によってさらに被覆されている。
14. 請求項１３の光ファイバテープ心線であって、
    前記配列は複数のグル−プの被覆された光ファイバを含み、前記グル−プのおのおのの少なくとも一部を覆う第３被覆をさらに含む。
15. 一以上の請求項１または１１の光ファイバと一以上の非微細構造光ファイバを有するフェルールを含む光コネクタであって、
    前記光ファイバのおのおのは、それぞれ一つの前記非微細構造光ファイバの一方の端につながった端を有し、非微細構造光ファイバの他方の端は研磨されている。
16. 複数の請求項１または１１の光ファイバを含む光ファイバアレイであって、
    前記光ファイバのおのおのは、それぞれの非微細構造光ファイバの一方の端につながった端を有し、おのおのの非微細構造光ファイバの他方の端は研磨されている。
17. 一以上の請求項６または９の光ファイバを有するフェルールを含む光コネクタであって、
    前記光ファイバの端部は研磨されてフェルールの端面に置かれる。
18. 請求項６または９の光ファイバ複数を含む光ファイバアレイであって、
    前記光ファイバの端部は研磨されて配列の端面に置かれる。
19. 微細構造光ファイバと、非微細構造光ファイバ、固定手段を含む光接続部材であって、
    前記微細構造光ファイバは、コアと、前記コアを囲んでいるクラッドを含み、前記クラッドは２００ｎｍと１７００ｎｍの間の所定の波長λで屈折率がｎ１である主媒質と主媒質の中に配列され波長λで屈折率がｎ２である複数の副媒質領域を含み、
    前記非微細構造光ファイバは、波長λで屈折率がＮ３であるコアと、前記コアを囲み波長λで屈折率がＮ３より小さいＮ４であるクラッドを含み、
    前記非微細構造光ファイバの第一の端には研磨された接表面があり、前記非微細構造光ファイバの第二の端は微細構造光ファイバの第一の端に接続され、
    前記研磨された接表面と、前記非微細構造光ファイバ、前記微細構造光ファイバの第一の端は、固定手段により固定されている。
20. 微細構造光ファイバと固定手段を含む光接続部材であって、
    前記微細構造光ファイバは、コアと、前記コアを囲んでいるクラッドを含み、前記クラッドは２００ｎｍと１７００ｎｍの間の所定の波長λで屈折率がｎ１である主媒質と前記光ファイバの一部分において主媒質の中に配列され波長λで屈折率がｎ１と異なるｎ２である複数の副媒質領域を含み、
    前記微細構造光ファイバの端は所定の形の研磨された接表面を含み、微細構造光ファイバの前記端の他の部分ではクラッドは第２主媒質領域を含み、
    前記研磨された接表面と前記微細構造光ファイバの端は、固定手段に固定されている。
21. 請求項１９または２０の光接続部材であって、
    前記固定手段は、一以上の中空部を有するフェルールを含む。
22. 請求項１９または２０の光接続部材であって、
    前記固定手段は、一以上の溝と固定媒質を含む。
23. コア領域と、前記コア領域を囲んでいるクラッド領域を含み、前記コア領域と前記クラッド領域はファイバ軸に沿って伸びている光ファイバであって、
    前記光ファイバの基底モードの曲損失は、２００ｎｍと１７００ｎｍの間の波長λ、曲げ直径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ未満であり、
    前記光ファイバの端の基底モードのモードフィールド直径は、波長λで８．０μｍと５０λの間にあり、
    第１高次モードの曲損失は、波長λ、曲げ直径３０ｍｍで１ｄＢ／ｍを超えている。
24. 請求項２３の光ファイバであって、
    前記クラッド領域は、主媒質と複数の副媒質領域を含み、それによって微細構造光ファイバを形成している。
25. 請求項２３の光ファイバであって、
    前記基底モードの光減衰係数は、波長λで０．３０ｄＢ／ｋｍ未満である。
26. コアと、前記コアを囲んでいるクラッドを含む光ファイバであって、前記クラッドは２００ｎｍと１７００ｎｍの間の波長λで屈折率がｎ１である主媒質と前記光ファイバの一部において主媒質中に配列され波長λでｎ２と異なるｎ１を有する複数の副媒質領域を含み、基底モードの光減衰係数が波長λで０．３０ｄＢ／ｋｍ未満である。
27. 請求項２５または２６の光ファイバであって、
    前記基底モードの光減衰係数は、波長λで０．２５ｄＢ／ｋｍ未満である。

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