JP2007140510A - 単一モード光ファイバ - Google Patents

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Abstract

【課題】Ｇ．６５２規格の基準に合致する、つまりＦＴＴＨまたはＦＴＴＣタイプの伝送システムに商用的に使用することができる、曲げ損失が小さく、かつ、マイクロベンディング損失が小さい伝送ファイバを提供すること。
【解決手段】光伝送ファイバは、外部光クラッドとの屈折率の差がΔｎ１である中心コアと、外部クラッドとの屈折率の差がΔｎ２である第１の内部クラッドと、外部クラッドとの屈折率の差Δｎ３が−３・１０−３未満である第２の埋設内部クラッドとを備えている。第２の埋設内部クラッドは、さらに、０．５％と７％の間の重量濃度のゲルマニウムを含有している。この光伝送ファイバは、曲げ損失およびマイクロベンディング損失が小さくなっているが、光特性は標準の単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）の特性と同じである。
【選択図】図２

Description

本発明は光ファイバ伝送の分野に関し、より詳細には曲げ損失およびマイクロベンディング損失の小さい伝送路ファイバに関する。
光ファイバの場合、屈折率プロファイルは、通常、光ファイバの屈折率と光ファイバの半径を関係付ける関数を示すグラフのプロットに関連して認定される。従来、光ファイバの中心までの距離ｒは横座標軸に沿って示され、屈折率とファイバクラッドの屈折率の差は縦座標軸に沿って示されている。したがって屈折率プロファイルは、それぞれ階段、台形または三角形の形状を示す「階段」、「台形」または「三角形」のグラフで記述されている。これらの曲線は、通常、光ファイバの理論的プロファイルすなわちセットプロファイルを表しており、ファイバ製造の応力によって実質的に異なるプロファイルが生成されることがある。
従来、光ファイバは、光信号を伝送し、かつ、任意選択で光信号を増幅する役割を果たしている光コア、および光信号を光コア内に拘束する役割を果たしている光クラッドからなっている。そのため、光コアの屈折率ｎｃおよび光クラッドの屈折率ｎｇは、ｎｃ＞ｎｇになっている。良く知られているように、単一モード光ファイバ内における光信号の伝搬は、光コア内を伝搬する基本モードと、光コア−光クラッドのアセンブリ内を特定の距離にわたって伝搬する、クラッドモードと呼ばれている二次モードに分解される。
通常、光ファイバ伝送システムのための伝送路ファイバとして単一モードファイバ（ＳＭＦ）が使用されている。これらのファイバは、波長分散および特定の電気通信規格に合致する波長分散勾配を有している。
異なる製造者の光システム間における互換性の必要性から、国際電気通信連合（ＩＴＵ）は、標準単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）が合致しなければならない、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２で参照される規格を規定している。
伝送ファイバのためのこのＧ．６５２規格は、とりわけ、１３１０ｎｍの波長において［８．６；９．５μｍ］の範囲のモードフィールド径（ＭＦＤ）、最大１２６０ｎｍのケーブル遮断波長、λ０で表される［１３００；１３２４ｎｍ］の範囲の分散相殺波長、最大０．０９３ｐｓ／ｎｍ２−ｋｍの波長分散勾配を要求している。ケーブル遮断波長は、従来、国際電気技術委員会の小委員会８６Ａが規格ＩＥＣ ６０７９３−１−４４で定義しているように、光信号が長さ２２メートルのファイバを伝搬した後のもはや単一モードではない波長として測定されている。
また、所与のファイバに対して、遮断波長とも呼ばれている有効遮断波長λｃｅｆｆに対する波長１５５０ｎｍにおける光ファイバのモードフィールド径の比率として、いわゆるＭＡＣ値が定義されている。遮断波長は、従来、国際電気技術委員会の小委員会８６Ａが規格ＩＥＣ ６０７９３−１−４４で定義しているように、光信号が長さ２メートルのファイバを伝搬した後のもはや単一モードではない波長として測定されている。ＭＡＣ値を使用して、詳細にはモードフィールド径、有効遮断波長および曲げ損失の間の妥協点を見出すべくファイバの性能が評価される。
図１は、本出願人による実験結果を示したもので、１５５０ｎｍの波長におけるＭＡＣ値に対する、曲げ半径が１５ｍｍの標準ＳＳＭＦファイバの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が示されている。ＭＡＣ値がファイバの曲げ損失に影響していること、また、ＭＡＣ値を小さくすることによってこれらの曲げ損失を小さくすることができることが分かる。
しかしながら、モードフィールド径を小さくし、かつ／または有効遮断波長を長くすることによるＭＡＣ値のリダクションは、Ｇ．６５２規格の限度を超え、ファイバがいくつかの伝送システムと商用的に両立しないことになる可能性がある。
Ｇ．６５２規格および曲げ損失のリダクションに対する固執は、ファイバトゥーザホームシステム（ＦＴＴＨ）と呼ばれている各家庭までの光ファイバシステムの導入を意図したファイバアプリケーション、あるいはいわゆるファイバトゥーザカーブ（ＦＴＴＣ）である縁石または建物までの光ファイバシステムの導入を意図したファイバアプリケーションにとっては真の課題である。
実際、光ファイバを介した伝送システムは収納箱を備えており、その中に、将来的な介在に備えて余分の長さのファイバが提供されている。余分の長さのこれらのファイバは、収納箱の中で巻かれている。ＦＴＴＨまたはＦＴＴＣアプリケーションのためのこれらの収納箱を小型化するために、このコンテキストにおける単一モードファイバは、さらに小さい直径で巻くことが意図されている（したがって曲げ半径は１５ｍｍまたは１１ｍｍまで小さくなっている）。また、ＦＴＴＨまたはＦＴＴＣアプリケーションの場合、ファイバは、より距離が長いアプリケーションの場合よりさらに過酷な設置制約に晒される危険、つまり設置費の節約に関連する偶発的な曲げ、および環境に関連する偶発的な曲げが存在する危険を負っている。７．５ｍｍさらには５ｍｍの偶発的な曲げ半径が存在する場合に備えておかなければならない。したがって、収納箱に関連する制約および設置制約に関連する制約に合致するためには、ＦＴＴＨまたはＦＴＴＣアプリケーションに使用するための単一モードファイバは、その曲げ損失が制限されていることが絶対に必要である。しかしながら、曲げ損失のこのリダクションは、信号の単一モード特性が損失して信号が著しく劣化することになる障害を伴うことなく達成することはできず、あるいは著しい接合光損失を招くことになる障害を伴うことなく達成することはできないことを理解されたい。
Ｓ．Ｍａｔｓｕｏらによる刊行物「Ｂｅｎｄ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ Ｌｏｗ Ｓｐｌｉｃｅ−Ｌｏｓｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｄｏｏｒ Ｗｉｒｉｎｇ ｉｎ ＦＴＴＨ」（ＯＦＣ’０４ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、ｐａｐｅｒ Ｔｈ１３（２００４年））に、曲げ損失のリダクションを可能にする単一モードファイバ（ＳＭＦ）の屈折率プロファイルが記述されている。しかしながら、このファイバの波長分散は、１０．２ｐｓ／ｎｍ−ｋｍと１４．１ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの間であり、Ｇ．６５２規格を逸脱している。
Ｉ．Ｓａｋａｂｅらによる刊行物「Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｃａｂｌｅｓ ｆｏｒ ＣＷＤＭ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（５３ｒｄ ＩＷＣＳ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１１２〜１１８頁（２００４年））に、曲げ損失を小さくするためのモードフィールド径を小さくする方法が提案されている。しかしながら、モードフィールド径のこのリダクションは、Ｇ．６５２規格の限度を超えている。
Ｋ．Ｂａｎｄｏｕらによる刊行物「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｍｉｓｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗｉｒｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｕｓｉｎｇ Ｈｏｌｅ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ」（５３ｒｄ ＩＷＣＳ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１１９〜１２２頁（２００４年））に、曲げ損失が小さいＳＳＭＦファイバの光特性を有するホールファイバが提案されている。前記ファイバの製造費および現時点における高い減衰レベル（＞０．２５ｄＢ／ｋｍ）は、ＦＴＴＨシステムにおける商用的使用を困難にしている。
Ｔ．Ｙｏｋｏｋａｗａらによる刊行物「Ｕｌｔｒａ−Ｌｏｗ Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｂｅｎｄ Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｐｕｒｅ−Ｓｉｌｉｃａ−Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｐｌｙｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｇ．６５２ Ｃ／Ｄ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ ａ Ｌｏｏｓｅ Ｔｕｂｅ Ｃａｂｌｅ」（５３ｒｄ ＩＷＣＳ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１５０〜１５５頁（２００４年））に、透過率および曲げ損失が小さい純石英コアファイバＰＳＣＦが提案されているが、小さくなったモードフィールド径は、Ｇ．６５２規格を逸脱している。
米国特許第６，７７１，８６５号明細書に、曲げ損失が小さい伝送ファイバのプロファイルが記述されている。このファイバは、中心コア、環状内部クラッドおよび光外部クラッドを有している。環状クラッドにはゲルマニウムおよびフッ素が共ドープされている。この文書に示されている情報では、ファイバがＧ．６５２規格に規定されている基準に合致しているか否かを決定することはできない。
米国特許第４，８５２，９６８号明細書に、曲げ損失が小さい伝送ファイバのプロファイルが記述されている。しかしながら、このファイバの波長分散は、Ｇ．６５２規格の基準に合致していない。Ｇ．６５２規格は、１３００ｎｍと１３２４ｎｍの間の波長における波長分散の相殺を要求しているが、米国特許第４，８５２，９６２号明細書に記載されているファイバによれば、１４００ｎｍと１８００ｎｍの間の波長で波長分散が相殺されている。
国際公開第２００４／０９２７９４号パンフレットに、曲げ損失が小さい伝送ファイバのプロファイルが記述されている。このファイバは、中心コア、第１の内部クラッド、第２の埋設内部クラッドおよび外部光クラッドを有している。この文書に記載されているファイバの実施例のいくつかもまた、Ｇ．６５２規格の基準に合致している。この文書に記載されているファイバは、気相軸析出（ＶＡＤ）または化学気相蒸着法（ＣＶＤ）タイプの技法によって製造されている。しかしながら、この文書に記載されているファイバは、マイクロベンディング損失の問題を識別していない。
米国特許第６，７７１，８６５号明細書 米国特許第４，８５２，９６８号明細書 米国特許第４，８５２，９６２号明細書 国際公開第２００４／０９２７９４号パンフレット 米国再発行特許第３０，６３５号明細書 米国特許第４，３１４，８３３号明細書 米国特許公開第２００３／２２３７１７号明細書 欧州特許公開第００５９５６４号明細書 Ｓ．Ｍａｔｓｕｏらによる刊行物「Ｂｅｎｄ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ Ｌｏｗ Ｓｐｌｉｃｅ−Ｌｏｓｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｄｏｏｒ Ｗｉｒｉｎｇ ｉｎ ＦＴＴＨ」（ＯＦＣ’０４ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、ｐａｐｅｒ Ｔｈ１３（２００４年）） Ｉ．Ｓａｋａｂｅらによる刊行物「Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｃａｂｌｅｓ ｆｏｒ ＣＷＤＭ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（５３ｒｄ ＩＷＣＳ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１１２〜１１８頁（２００４年）） Ｋ．Ｂａｎｄｏｕらによる刊行物「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｍｉｓｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗｉｒｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｕｓｉｎｇ Ｈｏｌｅ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ」（５３ｒｄ ＩＷＣＳ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１１９〜１２２頁（２００４年）） Ｔ．Ｙｏｋｏｋａｗａらによる刊行物「Ｕｌｔｒａ−Ｌｏｗ Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｂｅｎｄ Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｐｕｒｅ−Ｓｉｌｉｃａ−Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｐｌｙｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｇ．６５２ Ｃ／Ｄ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ ａ Ｌｏｏｓｅ Ｔｕｂｅ Ｃａｂｌｅ」（５３ｒｄ ＩＷＣＳ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１５０〜１５５頁（２００４年））
したがって、Ｇ．６５２規格の基準に合致する、つまりＦＴＴＨまたはＦＴＴＣタイプの伝送システムに商用的に使用することができる、曲げ損失が小さく、かつ、マイクロベンディング損失が小さい伝送ファイバが必要である。ＦＴＴＨまたはＦＴＴＣアプリケーションの場合、ファイバは、ロングホール伝送アプリケーションの場合より大きい曲げ応力およびマイクロベンディング応力を受ける。実際、ＦＴＴＨまたはＦＴＴＣアプリケーションの場合、余分の長さのファイバは、通常、ますます小型化される収納箱の中で巻かれる。また、ファイバは、ファイバの設置環境に関連する大きな曲げ応力を受けることになる。
そのために、本発明によれば、中心コアと、第１の内部クラッドと、深く埋め込まれた第２の内部クラッドと、外部クラッドとを備えたファイバプロファイルが提供される。第２の内部クラッドにはゲルマニウムが含まれている。
深く埋め込まれたクラッドにゲルマニウムが存在することにより、たとえそのゲルマニウムがドーパントであり、その効果がシリカの屈折率を大きくすることであっても、埋設クラッドの弾性光係数を大きくすることができる。したがって、ファイバに応力がかかると、詳細にはファイバに曲げまたはマイクロベンディングが生じると、深く埋め込まれた、ゲルマニウムを含有したクラッドの存在により、ファイバの屈折率の変化に対する応力の影響が制限される。したがって、深く埋め込まれた、ゲルマニウムを含有した第２の内部クラッドを有するファイバにこのような応力がかかると、光損失が小さくなる。
より詳細には、本発明により、
外部光クラッドとの屈折率の差がΔｎ１である中心コアと、
外部クラッドとの屈折率の差がΔｎ２である第１の内部クラッドと、
外部クラッドとの屈折率の差Δｎ３が−３・１０−３未満である、０．５％と７％の間の重量濃度のゲルマニウムを含有した第２の埋設内部クラッドと
を備えた光伝送ファイバが提供される。
特徴の１つによれば、第２の内部クラッドと外部クラッドの屈折率の差Δｎ３は、−１５・１０−３より大きい。
他の特徴によれば、中心コアと第１の内部クラッドの屈折率の差（Δｎ１−Δｎ２）は、３．９・１０−３と５．９・１０−３の間である。
他の特徴によれば、第２の埋設クラッドの半径は、１２μｍと２５μｍの間である。
他の特徴によれば、中心コアの半径は、３．５μｍと４．５μｍの間であり、外部クラッドとの屈折率の差は、４．２・１０−３と６．１・１０−３の間である。
他の特徴によれば、第１の内部クラッドの半径は、７．５μｍと１４．５μｍの間であり、外部クラッドとの屈折率の差は、−１．２・１０−３と１．２・１０−３の間である。
他の特徴によれば、
Figure 2007140510
 で定義される中心コアの積分は、１７・１０−３μｍと２４・１０−３μｍの間である。
他の特徴によれば、本発明によるファイバの波長１３１０ｎｍにおける波長分散勾配は、０．０９３ｐｓ／ｎｍ２−ｋｍ以下である。
他の特徴によれば、本発明によるファイバによれば、１３００ｎｍと１３２４ｎｍの間の波長で波長分散が相殺される。
他の特徴によれば、本発明によるファイバのケーブル遮断波長は、１２６０ｎｍ以下である。
他の特徴によれば、本発明によるファイバの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失は、曲げ半径が１５ｍｍ、ループ数が１００の場合、１ｄＢ以下である。
他の特徴によれば、本発明によるファイバの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失は、曲げ半径が１１ｍｍ、ループ数が１の場合、０．５ｄＢ以下である。
他の特徴によれば、本発明によるファイバの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失は、曲げ半径が５ｍｍ、ループ数が１の場合、２ｄＢ以下である。
他の特徴によれば、いわゆる固定径ドラム方式で測定した本発明によるファイバの１６２５ｎｍの波長までのマイクロベンディング損失は、０．８ｄＢ／ｋｍ以下である。
また、本発明は、本発明による光伝送ファイバを製造するための方法に関しており、この方法には、
石英管を提供するステップおよび前記石英管を旋盤の上に位置決めするステップと、
酸素Ｏ２、シリカＳｉＣｌ４、フッ素Ｃ２Ｆ６およびゲルマニウムＧｅＯ２のガス混合物を石英管に注入するステップと、
第２の埋設内部クラッドを形成するドープシリカの層を堆積させるためのプラズマをマイクロ波加熱によって得るためにガス混合物をイオン化するステップと、
第１の内部クラッドおよび中心コアを形成するドープシリカの層を堆積させるために連続的にガス混合物を注入するステップ、および前記ガス混合物をイオン化するステップ
が含まれている。
本発明は、さらに、本発明による少なくとも光モジュールまたは収納箱を備えたファイバトゥーザホーム（ＦＴＴＨ）またはファイバトゥーザカーブ（ＦＴＴＣ）光システムに関している。
本発明の他の特徴および利点については、一例として示す、添付の図面を参照して行う本発明の実施形態についての以下の説明を読めば明らかになるであろう。
本発明によるファイバは、中心コア、第１の内部クラッドおよび第２の埋設内部クラッドを有している。埋設クラッドとは、屈折率が外部クラッドの屈折率より小さい半径方向のファイバ部分を意味している。第２の埋設内部クラッドは、外部クラッドとの屈折率の差が−３・１０−３未満であり、場合によっては−１５・１０−３に達することがある。また、埋設クラッドには、０．５％と７％の間の重量濃度のゲルマニウムが含まれている。
自ら知られているように、光ファイバは、プリフォームを引き出すことによって得られる。プリフォームは、たとえば、外部クラッドの一部を形成し、光ファイバの中心コアおよび内部クラッドを取り囲んでいる極めて品質の高いガラス管（純石英）であってもよい。このガラス管は、次に、引出し塔での引出し操作を継続する前に、スリーブを施すかあるいは再充填してその直径を大きくすることができる。プリフォームを製造するために、ガラス管は、通常、水平に取り付けられ、旋盤内のガラス棒によってその両端で所定の位置に保持される。次にこのガラス管を回転させ、かつ、局部的に加熱することにより、プリフォームの組成を決定する成分が堆積される。この組成によって最終的なファイバの光特性が決まる。
ガラス管内への成分の堆積は、一般に「ドーピング」と呼ばれており、シリカに「不純物」を添加することによってその屈折率が修正される。したがってゲルマニウム（Ｇｅ）またはリン（Ｐ）を使用することによってシリカの屈折率が大きくなる。これらは、光ファイバの中心コアをドープするためにしばしば使用されている。また、フッ素（Ｆ）またはホウ素（Ｂ）を使用すると、シリカの屈折率が小さくなる。これらは、埋設クラッドを形成するためにしばしば使用されており、あるいは感光性クラッドの屈折率の増加を補償することが望ましい場合に、ゲルマニウムと共に共ドーパントとしてしばしば使用されている。
埋設クラッドを備えたプリフォームは製造が困難である。フッ素は、特定の温度を超えて加熱されると、シリカに混合することは容易ではないが、ガラスの製造には高温が必要である。ガラスの製造に必要な高温と、フッ素の適切な混合を促進する低温との間の折合いを見出しても、シリカの屈折率よりはるかに小さい屈折率を得ることは不可能である。
反応成分をイオン化することによって従来の技法（ＣＶＤ、ＶＡＤ、ＯＶＤ）より低い温度で反応させることができるため、ＰＣＶＤ技法（プラズマ化学気相蒸着法）を使用して本発明によるファイバのプリフォームを製造することが提案されている。米国再発行特許第３０，６３５号明細書および米国特許第４，３１４，８３３号明細書に前記製造技法が記載されているが、この技法によれば、深く埋め込まれたクラッドを形成するために、ほとんどのフッ素をシリカに混合することができる。
また、ＰＣＶＤ技法を使用して本発明によるファイバを製造する場合、埋設クラッドにゲルマニウムを追加することができる。既に指摘したように、ゲルマニウムによってシリカの屈折率が大きくなるため、シリカより小さい屈折率を得ることが要求されているファイバセクションにゲルマニウムを混合することは一般的には極めて不利である。しかしながら、ＰＣＶＤ技法によれば、反応性の高いフッ素イオンを大量に生成することができ、延いては反応にゲルマニウムを添加することが可能になり、尚かつ埋設内部クラッドを得ることができる。
したがって本発明によるファイバは、屈折率が−３・１０−３未満のクラッドを含んだ複数の内部クラッドのアセンブリの中にゲルマニウムを含有している。埋設クラッドにゲルマニウムが存在することによってシリカの粘性が修正され、かつ、前記クラッド中の弾性光係数が修正される。
図２は、本発明による伝送ファイバの屈折率プロファイルを示したものである。図に示すプロファイルはセットプロファイルであり、つまり伝送ファイバの理論的なプロファイルを表したもので、プリフォームからの引出し後に実際に得られるファイバのプロファイルは、実質的にこのプロファイルとは異なっている可能性がある。
本発明による単一モード伝送ファイバは、光クラッドとして作用する、外部クラッドとの屈折率の差がΔｎ１である中心コアと、外部クラッドとの屈折率の差がΔｎ２である第１の内部クラッドと、外部クラッドとの屈折率の差がΔｎ３である、深く埋め込まれた第２の内部クラッドとを備えている。中心コア、第１のクラッドおよび第２の内部クラッドの屈折率は、それぞれその幅全体にわたって実質的に一定であり、したがってこのセットプロファイルは、正しく単一モードファイバである。中心コアの幅は、その半径ｒ１によって画定されており、クラッドの幅は、それぞれ外部半径ｒ２およびｒ３によって画定されている。
通常、光ファイバのセット屈折率プロファイルは、外部クラッドの屈折率を基準として使用して画定される。次に、中心コア、埋設クラッドおよびリングの屈折率の値が屈折率の差Δｎ１、２、３として与えられる。通常、外部クラッドはシリカで形成されるが、たとえば信号の伝搬特性を修正するために、この外部クラッドをドープしてその屈折率を大きくし、あるいは小さくすることも可能である。
したがって、屈折率の変化を個々のファイバセクションの半径に関連する積分を使用してファイバプロファイルの個々のセクションを画定することができる。
したがって、本発明によるファイバには、中心コアの表面を表すＩ１、第１の内部クラッドの表面を表すＩ２、および第２の埋設内部クラッドの表面を表すＩ３の３つの積分を定義することができる。「表面」という表現は、幾何学的な意味ではなく、二次元を考慮した値に対応するものとして解釈されたい。これらの３つの積分は、次のように表すことができる。
Figure 2007140510
下の表Ｉは、ファイバの曲げ損失およびマイクロベンディング損失を小さくし、かつ、伝送ファイバに対するＧ．６５２規格の光伝搬基準に合致するために必要な半径および屈折率の限界値ならびに積分Ｉ１の限界値を示したものである。表に示すこれらの値は、ファイバのセットプロファイルに対応している。
Figure 2007140510
中心コアの積分Ｉ１の値は、ファイバ内における信号の基本伝搬モードの形状およびサイズに影響する。１７・１０−３μｍと２４・１０−３μｍの間である中心コアの積分値は、とりわけＧ．６５２規格と両立するモードフィールド径の維持を可能にしている。
表ＩＩは、本発明による伝送ファイバの可能屈折率プロファイルのいくつかの例を示したものである。第１の列は、個々のプロファイルに参照番号を割り当てたものである。次の３つの列は、個々のセクションの半径の値（ｒ１からｒ３）であり、その次の３つの列は、個々のセクションと外部クラッドとの屈折率の差の値（Δｎ１からΔｎ３）である。屈折率の値は、６３３ｎｍの波長で測定した値である。
Figure 2007140510
本発明による、上で説明した屈折率プロファイルを有する伝送ファイバは、有用な波長における曲げ損失およびマイクロベンディング損失が小さくなっている。
また、本発明によるファイバは、Ｇ．６５２規格の基準に合致している。
表ＩＩＩおよびＩＶは、表ＩＩに示す屈折率プロファイルに対応する伝送ファイバの模擬光特性を示したものである。
表ＩＩＩの列１は、表ＩＩの参照番号を再現したものである。第２の列以下は、有効遮断波長λＣｅｆｆ、ケーブル遮断波長λＣＣ、波長１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径２Ｗ０２、波長分散の相殺波長λ０、λ０における波長分散勾配Ｐ０、波長１５５０ｎｍおよび１６２５ｎｍにおける波長分散Ｃの値をそれぞれファイバプロファイル毎に示したものである。
表ＩＶの列１は、表ＩＩＩの参照番号を再現したものである。次の列は、波長１５５０ｎｍにおけるＭＡＣ値である。その次の３つの列は、それぞれ波長１６２５ｎｍにおける曲げ半径５ｍｍ、１１ｍｍおよび１５ｍｍの曲げ損失ＢＬの値である。その次の列は、波長１５５０ｎｍで同じＭＡＣ値を有するＳＳＭＦファイバの標準曲げ損失に対して正規化された半径１５ｍｍの相対曲げ損失である。最後から２列目は、波長１５５０ｎｍにおけるピンアレイ試験（１．５ｍｍの１０本のピン）で得られたマイクロベンディング損失である。
この試験には、１ｃｍの間隔で配置された直径１．５ｍｍの研磨された１０本の針のアレイが使用された。ファイバは、これらの針の軸に対して直角に、アレイ全体にわたって織り込まれている。ファイバおよびアレイは、約３ｍｍの高密度ポリエチレンフォームの層で被覆された２枚の剛直な板の間で圧縮された。このアセンブリ（板、アレイ、ファイバ）の層は水平に配置され、２５０ｇの重量がアセンブリにかけられた。最後の列は、固定径ドラム方式を使用して波長１６２５ｎｍで測定したマイクロベンディング損失を示す。この方式については、国際電気技術委員会の小委員会８６Ａによる参照番号ＩＥＣ ＴＲ−６２２２１の技術勧告の中に記載されている。使用されたドラムは、超微細紙やすりで覆われた直径６０ｃｍのドラムである。曲げ損失ＢＬの値は、１６２５ｎｍの波長における値が示されている。
Figure 2007140510
Figure 2007140510
表ＩＩＩから、例２ないし４は、実際、Ｇ．６５２規格を遵守していること、また、例１は、分散勾配Ｐ０がわずかにＧ．６５２規格を外れていることが分かる。
詳細には、例２ないし４のファイバは、１３００ｎｍと１３２４ｎｍの間の波長に対して波長分散を相殺しており、これはＧ．６５２規格に合致している。また、例２ないし４のファイバは、波長が１３１０ｎｍの場合、その波長分散勾配が０．０９３ｐｓ／ｎｍ２−ｋｍ以下であり、Ｇ．６５２規格に合致している。また、例２ないし４のファイバは、ケーブル遮断波長が１２６０ｎｍ以下であり、これも１２６０ｎｍ以下のケーブル遮断波長を要求しているＧ．６５２規格の基準に合致している。
また、表ＩＶから、例２ないし４は、標準のＳＳＭＦ伝送ファイバの損失に対して明らかに曲げ損失が改善されていることが分かる。また、マイクロベンディング損失も改善されている。
図３ａ、３ｂおよび３ｃに示すグラフは、本発明によって製造されたファイバおよび標準ファイバを使用して得られた、波長１６２５ｎｍ、曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ、Ｒ＝１１ｍｍおよびＲ＝１５ｍｍの曲げ損失測定値を示したものである。グラフに示す曲げ損失は、１ループの末端（Ｒ＝５ｍｍおよびＲ＝１１ｍｍの場合）または１００ループの末端（Ｒ＝１５ｍｍの場合）で測定した曲げ損失である。
図４ａは、本発明によって製造されたファイバの、ピンアレイ試験によって特性化され、かつ、波長１５５０ｎｍで測定された、異なるＳＳＭＦファイバおよび本発明によるファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＭＡＣ値に対するマイクロベンディング損失を示したものである。
図４ｂは、固定径ドラム試験を使用した、波長１５５０ｎｍでそれぞれ８．１１および８．３１のＭＡＣ値を有するＳＳＭＦファイバおよび本発明によるファイバの波長に対するマイクロベンディング損失を示したものである。
また、図４ａおよび４ｂに示すグラフは、マイクロベンディングに対する本発明によるファイバの感度がＳＳＭＦファイバの感度に対して著しく小さいことを明確に示している。図４ａから、本発明による、波長１５５０ｎｍで８．４４のＭＡＣ値を有するファイバを使用して測定したマイクロベンディング損失（ピンアレイ試験）の量が０．０２５ｄＢであり、一方、同じＭＡＣ値を有するＳＳＭＦファイバの場合、マイクロベンディング損失の量はその１０倍であることが分かる。また、図４ｂから、本発明によるファイバのマイクロベンディング損失（固定ドラム方式）の波長に対する増加は、波長１５５０ｎｍにおけるＭＡＣ値が本発明によるファイバより大きいＳＳＭＦファイバよりはるかに緩やかであることが分かる。このグラフから、ＳＳＭＦファイバが１５５０ｎｍの波長まで保証することができるマイクロベンディングに対する感度と同じ感度が、本発明によるファイバによって、１６５０ｎｍより長い波長まで保証されることが分かる。
本発明による伝送ファイバは、上で説明した屈折率プロファイルのうちの１つを有するプリフォームを引き出すことによって製造することができる。前記プリフォームプロファイルは、たとえばドープシリカの層が堆積されるシリカのスリーブから構築することができる。堆積は、既に言及したプラズマ化学気相蒸着（ＰＣＶＤ）タイプの堆積法を使用して実施することができる。プラズマによって活性化される蒸気形態の堆積の化学作用（ＰＣＶＤ）は、本発明によるファイバの埋設内部クラッド層を得るためにはとりわけ適している。この埋設クラッド層は、０．５％と７％の間の重量濃度のゲルマニウムを含有している。ゲルマニウムの重量濃度は、一方ではより安価なコストとより容易な製造との間の最適バランスを可能にし、他方では良好なファイバ特性を可能にするため、０．５％と１．５％の間であることが好ましい。
純石英管が旋盤の上に提供され、かつ、取り付けられる。次にこの純石英管を回転させた後、シリカとドーパントのガス混合物が純石英管に注入される。純石英管は、マイクロ波空洞を通過してガス混合物が局部的に加熱される。純石英管に注入されたガスがこのマイクロ波加熱によってイオン化され、それによりプラズマが生成される。イオン化したドーパントは、シリカの粒子と強く反応し、ドープシリカの層が純石英管の内部に堆積する。
マイクロ波加熱によって生成されるこのドーパントの強い反応性により、シリカの層に高濃度のドーパントを混合することができる。特に、局部バーナ加熱ではシリカ中への組込みが困難であるフッ素の場合、ＰＣＶＤ技法を使用することによって高濃度のフッ素をシリカの層にドープすることができ、深く埋め込まれた層を形成することができる。
本発明の範囲内において、フッ素およびゲルマニウムがドープされたシリカの層を堆積させることによって第２の埋設クラッドが得られる。酸素Ｏ２、シリカＳｉＣｌ４、フッ素Ｃ２Ｆ６およびゲルマニウムＧｅＯ２を含有したガス混合物が純石英管に注入される。このガス混合物がＰＣＶＤ設備のマイクロ波空洞の中でイオン化され、フッ素イオンおよびゲルマニウムイオンがシリカの粒子に混合される。
０．５％ないし７％の重量濃度のゲルマニウムおよび目標とする屈折率を得るために必要な濃度のフッ素を含有したドープシリカの層を得るために、注入されるガスの割合がモニタされる。
高濃度のフッ素により、埋設クラッドに必要な屈折率のリダクションが保証され、また、低濃度のゲルマニウムにより、得られるファイバの曲げ損失およびマイクロベンディング損失を小さくするために必要な粘性および弾性光係数の変化が得られる。
本発明による伝送ファイバは、ＦＴＴＨまたはＦＴＴＣシステムにおける送信モジュールまたは受信モジュールに使用することができ、あるいは光損失が小さい高速でかつ長距離の光伝送ケーブルに使用することができる。本発明によるファイバは、Ｇ．６５２規格に合致しているため、市場のシステムと両立する。詳細には、本発明によるファイバの余分の長さは、ＦＴＴＨまたはＦＴＴＣシステムの光モジュールと結合した収納箱の中で巻くことができる。本発明によるファイバは、１５ｍｍ未満の曲げ半径、さらには５ｍｍ未満の曲げ半径で、大きな光損失を伴うことなく巻くことができる。また、本発明によるファイバは、曲げ半径の範囲が５ｍｍまで小さくなる個々の家庭におけるファイバの設置に関連する偶発的な曲げに耐えるのに非常に適している。
本発明が、一例として上で説明した実施形態に限定されないことは明らかである。詳細には、特許請求の範囲に示す割合および屈折率の差で埋設層にゲルマニウムを混合することができる方法である限り、ＰＣＶＤ以外の製造方法を考慮することができる。また、本発明によるファイバは、ＦＴＴＨまたはＦＴＴＣ以外のアプリケーションに使用することも可能である。
波長１５５０ｎｍにおけるＭＡＣ値に対する、波長１６２５ｎｍ、曲げ半径１５ｍｍの標準単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）の曲げ損失を示すグラフである。 本発明の一実施形態による単一モードファイバ（ＳＭＦ）のセットプロファイルを示すグラフである。 波長１５５０ｎｍにおけるＭＡＣ値に対する、波長１６２５ｎｍにおける標準単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）および本発明によるファイバの曲げ半径Ｒ＝５ｍｍの場合の曲げ損失を示すグラフである。 波長１５５０ｎｍにおけるＭＡＣ値に対する、波長１６２５ｎｍにおける標準単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）および本発明によるファイバの曲げ半径Ｒ＝１１ｍｍの場合の曲げ損失を示すグラフである。 波長１５５０ｎｍにおけるＭＡＣ値に対する、波長１６２５ｎｍにおける標準単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）および本発明によるファイバの曲げ半径Ｒ＝１５ｍｍの場合の曲げ損失を示すグラフである。 マイクロベンディング損失を示すグラフである。 マイクロベンディング損失を示す他のグラフである。
符号の説明
ｒ１ 中心コアの半径
ｒ２ 第１の内部クラッドの半径
ｒ３ 第２の埋設クラッドの半径
Δｎ１ 中心コアと外部光クラッドの屈折率の差
Δｎ２ 第１の内部クラッドと外部クラッドの屈折率の差
Δｎ３ 第２の埋設内部クラッドと外部クラッドの屈折率の差

Claims (21)

  1. 光伝送ファイバであって、
    外部光クラッドとの屈折率の差がΔｎ１である中心コアと、
    外部クラッドとの屈折率の差がΔｎ２である第１の内部クラッドと、
    外部クラッドとの屈折率の差Δｎ３が−３・１０−３未満であり、０．５％と７％の間の重量濃度のゲルマニウムを含有した第２の埋設内部クラッドとを備えた、ファイバ。
  2. 第２の内部クラッドと外部クラッドの屈折率の差Δｎ３が−１５・１０−３より大きい、請求項１に記載のファイバ。
  3. 中心コアと第１の内部クラッドの屈折率の差（Δｎ１−Δｎ２）が３．９・１０−３と５．９・１０−３の間である、請求項１または２に記載のファイバ。
  4. 第２の埋設クラッドの半径（ｒ３）が１２μｍと２５μｍの間である、請求項１、２または３に記載のファイバ。
  5. 中心コアの半径（ｒ１）が３．５μｍと４．５μｍの間であり、外部クラッドとの屈折率の差（Δｎ１）が４．２・１０−３と６．１・１０−３の間である、請求項１から４のいずれかに記載のファイバ。
  6. 第１の内部クラッドの半径（ｒ２）が７．５μｍと１４．５μｍの間であり、外部クラッドとの屈折率の差（Δｎ２）が−１．２・１０−３と１．２・１０−３の間である、請求項１から５に記載のファイバ。
  7. Figure 2007140510
     で定義される中心コアの積分（Ｉ１）が１７・１０−３μｍと２４・１０−３μｍの間である、請求項１から６に記載のファイバ。
  8. 波長１３１０ｎｍにおける波長分散勾配が０．０９３ｐｓ／ｎｍ２−ｋｍ以下であることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のファイバ。
  9. １３００ｎｍと１３２４ｎｍの間の波長で波長分散が相殺されることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載のファイバ。
  10. ケーブル遮断波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載のファイバ。
  11. 曲げ半径が１５ｍｍ、ループ数が１００の場合、波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ以下であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載のファイバ。
  12. 曲げ半径が１１ｍｍ、ループ数が１の場合、波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ以下であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載のファイバ。
  13. 曲げ半径が５ｍｍ、ループ数が１の場合、波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が２ｄＢ以下であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載のファイバ。
  14. いわゆる固定径ドラム方式で測定した、１６２５ｎｍの波長までのマイクロベンディング損失が０．８ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載のファイバ。
  15. 第２の埋設内部クラッドが０．５％と１．５％の間の重量濃度のゲルマニウムを含有することを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載のファイバ。
  16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の光伝送ファイバを製造するための方法であって、
    石英管を提供するステップおよび前記石英管を旋盤の上に位置決めするステップと、
    酸素Ｏ２、シリカＳｉＣｌ４、フッ素Ｃ２Ｆ６およびゲルマニウムＧｅＯ２のガス混合物を石英管に注入するステップと、
    第２の埋設内部クラッドを形成するドープシリカの層を堆積させるためのプラズマをマイクロ波加熱によって得るためにガス混合物をイオン化するステップと、
    第１の内部クラッドおよび中心コアを形成するドープシリカの層を堆積させるために連続的にガス混合物を注入するステップ、および前記ガス混合物をイオン化するステップとを含む、方法。
  17. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のファイバの少なくとも巻き取られた部分を受け入れるハウジングを備えた、光モジュール。
  18. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のファイバの少なくとも巻き取られた部分を受け入れる、収納箱。
  19. ファイバが１５ｍｍ未満の曲げ半径で巻かれる、請求項１７または１８に記載の光モジュールまたは収納箱。
  20. ファイバが１１ｍｍ未満の曲げ半径で巻かれる、請求項１７または１８に記載の光モジュールまたは収納箱。
  21. 請求項１７から２０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの光モジュールまたは少なくとも１つの収納箱を備えた、ファイバトゥーザホーム（ＦＴＴＨ）またはファイバトゥーザカーブ（ＦＴＴＣ）光システム。
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