JP2010286850A - レーザ及びｌｅｄ光源を使用するレーザ最適化多モードファイバと方法、及びそれらを用いたシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＤ光源を用い、１ギガビット／秒以上のレートにおいて情報を転送するよう設計されたシステム中で動作する多モード光ファイバを提供する。
【解決手段】ｇ（ｒ）を関数とした屈折率分布を有するコア１２と、８５０ｎｍウインドウにおいて２２０ＭＨｚ・ｋｍより大なる第１のレーザバンド幅と、１３００ｎｍウインドウにおいて５００ＭＨｚ・ｋｍより大なる第２のレーザバンド幅と、８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも１６０ＭＨｚ・ｋｍである第１のＯＦＬバンド幅と、１３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも５００ＭＨｚ．ｋｍである第２のＯＦＬバンド幅と、からなり、ｒは前記コアの半径であり、前記ｇ（ｒ）は前記コアの中心付近での大なる値から前記コアの外側部での小なる値へと変化する。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

関連出願の記載

本出願は、１９９９年２月２２日に出願された米国特許出願第６０／１２１，１６９号及び２０００年１月６日に出願された米国特許出願第６０／１７４，７２２号による優先権を主張し、その内容は本明細書の基礎となり、全体として本明細書に組み入れられ、米国特許法第１２０条による優先権の恩恵をここに主張する。

発明の技術分野

本発明は、高データレートを使用したシステムと同様に低データレートを使用した通信システムで使用される多モード光ファイバ及びその製造方法に関し、より詳しくは、複数のレーザ光源や発光ダイオード光源のために設計されたアプリケーションに対して最適化された多モード光ファイバ及びその製造方法に関する。

本発明は、アプリケーションのワイドレンジ化を目的とする同時に、１ギガビット／秒以上のレートでのデータ転送のために設計された通信システムでの使用に特に適している。

発明の背景

通信工業の狙いは、一般的により多くの情報を、より長距離に、より短時間に転送することである。従来より、かかる目的は明確な終点のない流動的な目標であるとされていた。システムユーザ数及びシステム使用回数の増加につれて、システムリソース（資源）への要求も増加してきた。

最近まで、データ通信網は、概して比較的低データレートを用いたローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）が担っていた。この理由は、発光ダイオード（ＬＥＤ）がこれらのアプリケーションにおいて最も一般的な光源であり続けていたからである。しかしながら、データレートがＬＥＤの変調能力よりも上回り始めるにつれて、システムプロトコルはＬＥＤからその代わりとしてレーザ光源に移行する。この移行は、１ギガビット／秒以上のレートでの情報伝達を可能にするシステムへの近年の移行によって明らかとなった。

そのような転送レートはＬＡＮの可能性を大いに高め得る一方で、システムオーナーには直接の影響が生じる。現在、通信システムに使用されている多モード光ファイバは、主としてＬＥＤ光源を用いるよう設計されており、１ギガビット／秒以上のレートにおいて情報を転送するよう設計されたシステム中で動作することを目論むレーザの使用に対しては最適でない。レーザ光源は、ＬＥＤ光源と比較して、多モードファイバの品質及び設計に関し異なる要求をする位置付けにある。歴史的に、多モードファイバのコアにおける屈折率分布は、ＬＥＤ光源の広いバンド幅を形成するように調整され、コアに過剰入射する傾向にあった。パルスを入力されたＬＥＤ光源からの光強度分布及びファイバの屈折率分布の組み合わせは、比較的滑らかな上下動を有する出力パルスとなるような過剰入射の形式的な負担を生み出す。理想的な略放物線上の屈折率分布からの僅かな逸脱に起因するピーク又は平坦域が発生するが、その大きさは低データレートにおけるシステム性能にさほど影響を与えない。しかしながら、レーザをベースとしたシステムにおいて、光源の強度分布は多モードファイバの中心付近にそのパワーを集中させる。その結果、該ファイバの屈折率分布における僅かな逸脱は、インパルスの上下動の如き重要な乱れを発生し、システム性能に大きな影響を与え得る。この影響は、非常に低いバンド幅の形状において、あたかも非常に高いジッターかのように、又は双方として、自ら明示し得る。光源の発光状態（例えばパッチコードまたはレーザー光線エキスパンダのオフセット発光モード調整）を変化させることによってこれらの不足をある程度修正することが可能であるにもかかわらず、このことは、一般的にシステムオーナーの実際的な解決策ではない。

ＬＡＮシステムのための典型的な構内レイアウトは、特定の指定リンク長を満たすように設計されている。構内バックボーン（建物間に牽かれている）に対する基準は、一般的に約２ｋｍに及ぶリンク長を有する。建物バックボーン又はライザー（建物の階間に牽かれている）は、一般的に約５００ｍに及ぶリンク長を有する。水平リンク長（建物の階上の事務所間に牽かれている）は、一般的に約１００ｍに及ぶリンク長を有する。１０メガビット・イーサーネット（登録商標）の如き従来の及び現在のＬＡＮ技術は、標準グレードの多モード光ファイバにより２ｋｍのリンク長の転送を達成し得る。しかしながら、ギガビット/秒以上の転送レートが可能な次世代システムは、現在利用可能な標準の多モードファイバによってはこれらリンク長の全てを達成することが出来ない。８５０ｎｍのウインドウにおいては、標準の多モードファイバは、約２２０ｍのリンク長に限られる。１３００ｎｍのウインドウにおいては、標準グレードのファイバは僅か５５０ｍのリンク長に限られる。従って、現在の技術は、３つの構内リンク長の内の多くとも２つの範囲のみを可能にするに過ぎない。ギガビット／秒転送レートのＬＡＮを充分に可能にするためには、３つのリンク長のそれぞれに亘る情報転送が可能な多モードファイバが必要である。

ここで使用しているように、過剰入射（ＯＦＬ）バンド幅は、ＥＩＡ／ＴＩＡ ４５５−５４Ａ ＦＯＴＰ−５４、「多モードファイバに対する過剰入射発光状態のためのモード・スクランブラの必要性」によって定義される発光状態と共にＥＩＡ／ＴＩＡ ４５５−５１ ＦＯＴＰ−５１Ａ、「多モードガラス光ファイバの情報伝送容量のパルス歪曲測定」に記述された標準測定技術を用いてバンド幅として定義される。

ここで使用しているように、レーザバンド幅は、ＥＩＡ／ＴＩＡ ４５５−５１Ａ ＦＯＴＰ−５１に記述された標準測定技術及び以下の２つの発光調整方法のいずれをも用いて定義され、そして測定される。方法（ａ）は１３００ｎｍにおける３ｄＢのバンド幅を決定するために使われ、方法（ｂ）は８５０ｎｍにおける３ｄＢのバンド幅を決定するために使われる。方法（ａ）（１３００ｎｍにおける３ｄＢのレーザーバンド幅を決定するために使われる）は、２ｍの接続、標準のステップ型屈折率、単一モードファイバ、直径５０ｍｍのマンドレルの周りを二度巻いたパッチコード、によって修正されたパワー比発光を接続したカテゴリ５規格と共に、４ｎｍＲＭＳスペクトル幅の１３００ｎｍレーザを利用する。発光状態は、単一モードファイバのパッチコードのコア中心軸と、テスト下での多モードファイバとの間における４μｍの横方向のオフセットが引き起こされるような方法の多モードファイバの中心軸から、単一モードファイバの中心軸を機械的に相殺することによって更に修正される。注：カテゴリ５の被結合パワー比は、ＴＩＡ／ＥＩＡ ５２６−１４Ａ ＯＦＳＴＰ１４ 付録Ａ、「設置された多モードファイバ・ケーブル・プラントの光パワー損失測定」の手順に記述されており、これを用いて測定される。方法（ｂ）（８５０ｎｍにおける３ｄＢのレーザバンド幅を決定するために使われる）は、ＥＩＡ／ＴＩＡ ４５５−５４Ａ ＦＯＴＰ５４に記載されているように、開口数０．２０８及び２つのアルファの傾斜をゆるくさせた屈折率分布を有する、１メートル長の特別設計の多モードファイバに接続した、０．８５ｎｍのＲＭＳスペクトル幅を８５０ｎｍのＯＦＬ発光状態に利用する。この種のファイバは、屈折率デルタ（デルタ＝ｎo2−ｎc2／２ｎoｎc、ｎoはコアの屈折率、ｎcはクラッドの屈折率）が１．３である標準の５０μｍ直径コアの多モードファイバから、２３．５μｍの直径コアに線引きすることで形成される。

今日、距離を延長するために、当業者は一般的に屈折率分布の形を変えることによって２つの波長ウインドウ間のバンド幅をシフトさせている。なされた変化によって、結果は、１３００ｎｍウインドウにおける低ＯＦＬバンド幅を有した８５０ｎｍウインドウにおける高ＯＦＬバンド幅と、又は１３００ｎｍウインドウにおける高ＯＦＬバンド幅を有した８５０ｎｍウインドウにおける低ＯＦＬバンド幅との、どちらにも成る。例えば、標準的な２％デルタの６２．５μｍＦＤＤＩ型ファイバにおいて、屈折率分布は、８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ・ｋｍ及び１３００ｎｍにおいて３００ＭＨｚ・ｋｍといったＯＦＬバンド幅となるように調整され得るか、又は、８５０ｎｍにおいて２５０ＭＨｚ・ｋｍ及び１３００ｎｍにおいて４０００ＭＨｚ・ｋｍといったＯＦＬバンド幅となるように調整され得る。しかしながら、標準的な「アルファ」分布を有するこの種の多モード光導波路ファイバについては、８５０ｎｍにおける１０００ＭＨｚ・ｋｍ及び１３００ｎｍにおける４０００ＭＨｚ・ｋｍのＯＦＬバンド幅を達成することは不可能である。より一般的には、製造の許容範囲は、６００ＭＨｚ・ｋｍ／３００ＭＨｚ・ｋｍ又は２００ＭＨｚ・ｋｍ／１０００ＭＨｚ・ｋｍの８５０ｎｍ／１３００ｎｍのＯＦＬバンド幅は許容しているが、６００ＭＨｚ・ｋｍ／１０００ＭＨｚ・ｋｍは許容していない。

しかしながら、これらの歴史的なバンド幅のシフトと、ギガビット／秒の転送レートに必要とされるバンド幅とは、無関係である。高速レーザは１ギガビット／秒を超えるレートで情報を伝達するように設計されたＬＡＮに一般的に使用される光源であるので、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍウィンドウの双方において拡張されたバンド幅を有する多モード光ファイバが望まれる。

更に、その種のＬＡＮは導入期であるので、１ギガビット／秒の転送レートを満たす及び／又はこれを超えるために必要なシステムコンポーネントの全ては、充分に安価になったわけではなく、また、実施、最適化及び／又は試験されたという訳でもない。これらの理由のために、既存のＬＡＮシステムをこの種の高データレートを満たす又はこれを超えるような狙いで設計された新規ＬＡＮシステムと置き換えることは、現実的ではない。この結果を成し遂げることが可能であり得るにもかかわらず、恐らくは好ましい又は最適の解決法ではなく、以下のように、この種の処理方向は、恐らくは結果として高価なシステムのアップグレード及び潜在的な全システムの改定となる。

本発明は、１．０、２．５及び１０ギガビット／秒のデータ転送が可能な高速レーザ光源用に最適化され、同時に上述したリンク長の要件を越える、多モード光ファイバに関する。更に、同種の多モード光ファイバは、充分に高いＯＦＬバンド幅を維持して、現行のＬＡＮシステムで使用されている１３００ｎｍ及び８５０ｎｍのＬＥＤ光源を用いた情報転送をサポートする。この種の多モード光ファイバは、現行のＬＡＮシステムオーナーが現行のＬＥＤをベースにした現行のＬＡＮシステムを維持することを可能にし、同時に、高価な多モードファイバへのアップグレードに着手することなしに、「ギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム」へと容易に転換することを可能にする。ここで使われる「ギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム」とは、例えばＬＡＮ等の、１ギガビット／秒以上のレートでのデータ転送が可能な通信システムと定義される。

従って、本発明の１つの特徴は、以下を有する多モードファイバに関する。８５０ｎｍウインドウにおいて２２０ＭＨｚ・ｋｍよりも大なる第１のレーザーバンド幅、１３００ｎｍウインドウにおいて５００ＭＨｚ・ｋｍよりも大なる第２のレーザーバンド幅、８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも１６０ＭＨｚ・ｋｍの第１のＯＦＬバンド幅、及び１３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも５００ＭＨｚ・ｋｍの第２のＯＦＬバンド幅である。この種の多モード光ファイバは、通信産業における様々な用途を有し、特に高速レーザ源を用いた通信システムでの使用に非常に適している。この種のファイバは、ＬＡＮシステムで現在使用されているＬＥＤ光源のために充分なＯＦＬバンド幅を提供する付加的な利点を有する。

他の特徴においては、本発明は、１ギガビット／秒以上のデータ送信が可能な多モード転送システムに関する。該多モード転送システムは、少なくとも１ギガビット／秒の情報を転送するレーザ光源、及びレーザ光源を用いて通信する多モード光ファイバから成る。該多モード光ファイバは、少なくとも５００ｍの情報の伝搬では、８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも３８５ＭＨｚ・ｋｍの第１のレーザバンド幅を有する。該多モード光ファイバは、また、少なくとも１０００ｍの情報を伝搬し得て、１３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも７４６ＭＨｚ・ｋｍの第２のレーザバンド幅を有する。更に、該多モード光ファイバは、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍのＬＥＤ源に用いられる充分に高い第１及び第２のＯＦＬバンド幅をも含む。

本発明の他の１つの特徴は、６２．５μｍのコア及び該コアに接したクラッドを有する多モード光ファイバに関する。該クラッドは、該コアの屈折率よりも小なる屈折率を有し、該多モード光ファイバは、ＤＭＤ分布を呈し、該分布は、１３００ｎｍの波長で計測した時、（ｒ／ａ）2＝０．０〜０．２５の範囲で計測された平均傾斜を有する第１の部分と、（ｒ／ａ）2＝０．２５〜０．５０の範囲で計測された平均傾斜を有する第２の傾斜部分とを含む。該第１の部分の傾斜は、好ましくは該第２の部分の傾斜よりも大である。より好ましくは、該第１の部分の傾斜は、該第２の部分の傾斜の１．５倍よりも大である。

更なる特徴において、本発明は、多モード光ファイバの形成方法に関する。該方法は、スート形成の為の前駆体反応体及び少なくとも１のドーパント反応体を含むシリカを熱化学反応させるステップと、特定の特徴を有するガラスプリフォームを生成するに充分な方法で目標にスートを供給するステップと、を含む。該ガラスプリフォームは、６２．５μｍのコア部及び該コア部に接したクラッド部を有する多モード光ファイバに線引きされる。該反応ステップは、ＤＭＤ分布を呈する多モード光ファイバとなるのに適したスート堆積レシピによる前駆体反応体及びドーパント反応体を選択する選択ステップを含み、該ファイバは、波長１３００ｎｍにおいて計測された場合、（ｒ／ａ）2＝０．００〜０．２５から成る第１の部分に亘って計測された第１の平均傾斜及び（ｒ／ａ）2＝０．２５〜０．５０から成る第２の部分に亘って計測された第２の平均傾斜を有する。該第１の平均傾斜は該第２の平均傾斜よりも大である。

本発明による多モード光ファイバは、公知技術による他の多モード光ファイバに勝る多くの利点を得る。その利点の１つは、当該本発明による多モード光ファイバは、ＬＥＤ光源と同様に高速レーザ光源の使用に充分な互換性を持つということである。従って、本発明による多モード光ファイバは、ＬＥＤ光源を用いた従来のローカルエリアネットワークに使用され得て、また、高速レーザ光源を用いるギガビット・イーサーネット（登録商標）・システムにも使用され得る。

更に、本発明の多モード光ファイバは、ギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・プロトコルのための１３００ｎｍ動作ウインドウにおける動作をしばしば使用可能にする高価なパッチコードをモード調整する必要を除去する。多くの多モード光ファイバに対し、パッチコードのモード調整はパワーを多モードファイバの中心から取り除くために使われることで、一部の製造プロセスにより生じる中心線分布欠陥を防止する。本発明による好ましい多モード光ファイバは、外付蒸着法（ＯＶＤ）を使用して製造されるため、本発明による好ましい光ファイバは、中心線分布欠陥が低減される。従って、パッチコードモード調整は、本発明による好ましいファイバの１３００ｎｍ動作ウインドウにおける動作を可能にする必要はもはや無く、よって、コネクタの許容限度を緩和することにより中心上の発光又は僅かなずれを許容し、インストール及び使用の容易さを担保する。

更に、本発明による多モード光ファイバは、様々なレーザ光源、これに限られるものではないが、例えば、７８０ｎｍファブリー・ペロ・レーザ、８５０ｎｍ垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、１３００ｎｍファブリー・ペロ・レーザ、及び将来的に予想される低コストの１３００ｎｍ発信器へ、レーザ特性を最適化する。本発明による多モード光ファイバは、また、より進歩した通信システムにおいて高性能レーザと共に使用される際に、本質的なリンク長に亘って２．５及び１０ギガビット／秒での動作をサポートするようにも設計されている。

本発明の追加の特徴及び利点は、後述の発明の詳細な説明に記載され、部分的には当業者にとってはその記述から直ちに明らかであるか、または、添付図面だけでなく、後述の発明の詳細な説明、特許請求の範囲を包含する本願明細書において記述される本発明の実施により認識され得る。
上述の発明の概要と以下の発明の詳細な説明の双方は単に本発明の実施例であり、特許請求された本発明の性質及び特徴を理解するための概要又は骨格を提供することを目的とするだけであることが理解されなければならない。添付図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれて、本願明細書に組み込まれ、一部を構成する。図面は、発明の様々な実施例を示し、記述と共に発明の原理、操作を説明するのに役立つ。

本発明による多モード光ファイバの好適な実施例の斜視図である。 １３００ｎｍで測定された図１の多モード光ファイバのＤＭＤ分布曲線である。 ８５０ｎｍで測定された図１の多モード光ファイバのＤＭＤ分布曲線である。 １３００ｎｍで測定された本発明による多モード光ファイバの第２の好適な実施例のＤＭＤ分布曲線である。 図１の多モード光ファイバのＤＭＤ分布曲線及び１３００ｎｍで測定された第２の好適な多モード光ファイバのＤＭＤ分布曲線を示しているグラフである。 様々なレーザー源による図１の光ファイバのバンド幅である。 図２のＤＭＤ分布を有する本発明の多モード光ファイバの第１の好適な実施例の屈折率分布曲線である。 図４のＤＭＤ分布を有する本発明の多モード光ファイバの第２の好適な実施例の屈折率分布曲線である。

発明の実施の形態

多モード光ファイバに関する屈折率分布が、開示され、より一般的なＬＥＤ源だけでなく、最高水準技術のレーザ光源を使用するアプリケーションの双方のためにも、最適化される。アルファ屈折率分布は、半径と共に連続的に変化し得る分布形状を示す。本発明において該屈折率分布は、好ましくは、記号（α）によって、共通に参照される「アルファ」ベキ指数を少なくとも有する、少なくとも２つの部分を含む。該アルファは、例えば屈折率分布が、分布の中心に近い１以上のレーザ光源（１以上の波長における）に対して最適化されたアルファから、分布の外側に近いＬＥＤ（１以上の波長における）に対して最適化されるアルファに、滑らかに変わるようなアルファである。この種の屈折率分布を有する多モード光ファイバは、１ギガビット／秒以上のレートにおける情報伝達可能な通信システムにおいて送信される、距離とデータレートの範囲の双方の能力を延ばす。レーザー光源はＬＥＤよりも小さな「スポット」を有するため、分布の外側部分がＯＦＬバンド幅の要件（一般的に、６２．５μｍコアを有する多モードファイバに対し、８５０ｎｍにおいて１６０〜２００ＭＨｚ・ｋｍ、１３００ｎｍにおいて５００ＭＨｚ・ｋｍ以上）によって最適化され、同時に、レーザバンド幅要件、レーザ光源特性に対し分布の内側部分を最適化され得ることが分かっている。このことが、１３００ｎｍ及び８５０ｎｍウインドウの双方における大きなスポットのＬＥＤ及び小さなスポットのレーザの双方が同時に最適化される第１の分布である、と信じられている。該１３００ｎｍレーザのスポットが、短波長（ＳＸ）レーザ光源のそれに比べずっと小さいため、分布内側の要件は、好ましくはＳＸバンド幅要件により決定される。短波長（例えば、７８０ｎｍのＣＤレーザ又は８５０ｎｍのＶＣＳＥＬを選択すると）及び長波長（例えば、１３００ｎｍ又は１５００ｎｍのファブリー・ペロ・レーザ）の双方における高レーザバンド幅は、分布内側が正しく最適化されることで達成され得ることが分かっている。

最適化された屈折率分布の重要な特性は、レーザに関する優れた性能を達成する全体的な分布に対する調整が小さい且つ／又はＯＦＬバンド幅性能に影響を及ぼさない分布の領域内にあるために、それがＬＥＤ源を有する１３００ｎｍの高ＯＦＬバンド幅を提供するということである。このことは、また、アルファ（ｒ）が、急なシフトを伴わないｒの滑らかな関数であることを必要とする。

本発明は、典型的短波長（例えば７８０、８５０又は９８０ｎｍ）レーザ、及び長波長（例えば１３００ｎｍ又は１５００ｎｍ）レーザと共に高バンド幅及び低ジッターを提供するために具体的に設計されている屈折率分布を有する、多モード光ファイバを目的とし、同時に、従来の１３００ｎｍ、８５０ｎｍＬＥＤ光源を用いる際にも、充分な高バンド幅、低ジッターを維持する。

本発明の多モード光ファイバの屈折率分布は、多くの方法で記述され得る。第１に、Ｍモードを有する多モードファイバにおいて、出力パルスは、Ｐout（ｔ）＝ΣＰmδ（τm−τave）と記述され得る。ここで、ｍthモードは相対的パワーＰmを有し、モード遅延τmは平均τave＝ΣＰmτm／ΣＰmに比例する。ＯＦＬ又はレーザバンド幅は、Ｐout（ｔ）のフーリエ変換の振幅から決定され、全てのτmが同等の場合に最適化される。

モード遅延τmは、オペレーションの屈折率分布及び波長により決定される。モードパワーＰmは、光源（特定レーザ、ＬＥＤ、その他）の特性に依存する。本発明による多モードファイバは、大多数の、そして最も好ましくは全ての、一般に使われる光源に対して、好ましくはＯＦＬ又はレーザバンド幅要件を満たすように設計されている。例えば、該ファイバの要件は、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍのＬＥＤ源のそれぞれに対して１６０ＭＨｚ・ｋｍ及び５００ＭＨｚ・ｋｍより大なるＯＦＬバンド幅、及び８５０ｎｍのＶＣＳＥＬ及び１３００ｎｍのファブリー・ペロ・レーザ光源のそれぞれに対して３８５ＭＨｚ・ｋｍ及び７４６ＭＨｚ・ｋｍより大なるレーザバンド幅であり得る。

該ファイバの屈折率分布を記述する第２の方法は、コアの屈折率又はゲルマニア含有量の直接測定に関する。典型的多モードファイバは、半径方向位置の関数として変化し、且つ、ゲルマニア含有量にも比例する屈折率を有するように設計されている。この屈折率分布ｎ（ｒ）は以下の関数により表される：
ｒ＜ａにおいて ｎ（ｒ）＝ｎ₁（１−２Δ（ｒ／ａ）^g）^0.5
ここで、ｎ₁はコア中心における屈折率、ｒは半径方向位置、ａはコア・クラッド界面の半径、ｇは分布形状パラメータであり、Δは下式で定義される：
Δ＝（ｎ₁ ²−ｎ₀ ²）／２ｎ₁ ²
ここで、ｎ₀はコア・クラッド界面の屈折率である。この分布表記は、アルファ（α）としてしばしば示されているベキ指数「g」に関する著述において共通である。当業者は、混乱なしに両方の用語を使い分けし得る。

本発明のために、屈折率分布は、次のように定義される：
０＜ｒ＜ａにおいて ｎ（ｒ）＝ｎ₁（１−２Δ（ｒ／ａ）^g(r)）^0.5
ここで、ｇ（ｒ）は、半径によって連続的に変化する分布形状パラメータであり、これにより、屈折率分布を表す第１の方法で上述されたＯＦＬ及びレーザバンド幅の目的が満たされる。概略を論じると、中心付近のモードの相対的なパワーは、ＬＥＤ源に対してよりもレーザ源に対して大であり、短波長レーザ光源（例えば典型的な８５０ｎｍのＶＣＳＥＬ光源）に対してよりも長波長レーザ（例えば１３００ｎｍのファブリー・ペロ・レーザ）に対して大である。よって、発見的にｇ（ｒ）は、１３００ｎｍの真の中心での最適化から、８５０ｎｍでの中間半径距離での最適化及び１３００ｎｍでのより大なる半径距離での最適化へと、変化し得る。実際に、ｇ（ｒ）が、中心付近でのより大なる値（７８０〜８５０ｎｍに近いモード遅延に等しい）から外側部でのより小なる値（１３００ｎｍ付近に等しい）へと変化することは、適切である。実際には、ｇ（ｒ）は決して１３００ｎｍの適正値を下回ることはない。ｇ（ｒ）が滑らかに且つ連続的に変化することは、ＯＦＬバンド幅にとって重要である。

様々なｇ（ｒ）を有するこの種の屈折率分布は、屈折率分布を表す第３の方法により、恐らくは最も容易に視覚化され得るであろう。この方法は、差動モード遅延（ＤＭＤ）測定として当業者に周知のものを、使用する。該方法（簡潔に記述される）は、単一モード光ファイバから多モードファイバコアに放射状に亘るパルスを走査するステップと、多モードファイバコアに関する位置とは異なる最初の位置において発されるパルスに対する出力パルス及び中間遅延時間を測定するステップと、を含む。該パルス遅延は、半径方向位置の関数として、及びＤＭＤ対（ｒ／ａ）2の小区間傾斜としてプロットされる。ここで、「ｒ」は、多モードコアの中心に対する単一モードファイバの半径方向のオフセット（即ち単一モードファイバの軸の中心と多モードコアの軸の中心との間の距離）として定義され、「ａ」は、屈折率分布パラメータｇ（ｒ）に近い、多モードファイバのコアの半径として定義される。ＤＭＤ対（ｒ／ａ）2曲線の小区間の傾斜は、多モード光ファイバの所定の波長及びデルタに対する最適のｇ（又はアルファ）に関する小区間のｇ（ｒ）誤差に比例している。ＤＭＤ、即ち率誤差、と「アルファ誤差」との間の関係は、当業者に周知であり、以下の参考文献中に記載されている。引用は、ＤＭＤ測定及び技術のより詳細な説明のために、マルクーゼ（Ｍｅｒｃｕｓｅ）の「光ファイバ測定の原理」２５５−３１０頁（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９８１年発行）（全体として充分に明らかにされたかの如く引用により本願明細書に引用されたものとする）、及びオルシャンスキー．Ｒ（Ｏｌｓｈａｎｓｋｙ，Ｒ．）の「ガラス光導波路の普及」Ｒｅｖ．Ｍｏｄ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．２（１９７９年４月）３４１−３６７頁（全体として充分に明らかにされたかの如く引用により本願明細書に引用されたものとする）によりなされる。本発明の好適な実施例に従って、異なる屈折率分布（従ってＤＭＤ）を有する多数のファイバのＯＦＬ及びレーザバンド幅が計測され、レーザ及びＬＥＤ光源の双方に対する高バンド幅を達成するファイバが識別される。これらの最適のファイバのＤＭＤは、追加の多モード光ファイバの重複に対して所望又は目標の分布を特徴づける。ＤＭＤを用いたこの経験的な手順は、異なる光源のＰmを特徴づけるのではない。むしろ、それは光源と共に機能するファイバを特徴づけるのに役立つ。

本発明の重要な面は、レーザー強度分布が概してＬＥＤに比べ非常に小さいということである。その理由のために、とりわけ、レーザー及びＬＥＤ動作の双方に対するファイバの屈折率分布を最適化することが可能である。本発明の１実施例に従って、屈折率分布の外側部分は１３００ｎｍＬＥＤのために最適化され、それによって既存システムのための優れた性能（すなわち５００ＭＨｚ・ｋｍより大なるＯＦＬバンド幅）を確実にする。屈折率分布の内側部分は最適化され、それによって１３００ｎｍと８５０ｎｍとにおいてより同等のレーザバンド幅を提供する。滑らかな屈折率変化を確実にする製造技術を有するこの設計の増加により、両波長のレーザに対する高レーザバンド幅及び低ジッターを有する多モード光ファイバは、繰り返し製造され得る。

引用は、ここで本発明の好適な実施例、即ち、添付図面において示される実施例において詳細になされる。可能な場合は、同じ参照符は図面全体に亘って使われ、同じ又は類似のパーツを参照する。本発明による多モード光ファイバの典型的な実施例が、図１に示されており、参照符１０として全体に亘って示される。
好適な多モード光ファイバ１０は、８５０ｎｍにおいて２２０ＭＨｚ・ｋｍより大なる第１のレーザバンド幅及び１３００ｎｍにおいて５００ＭＨｚ・ｋｍより大なる第２のレーザバンド幅を有するように最適化された、６２．５μｍの多モード光ファイバである。しかしながら、以下の如き本発明による多モードファイバが製造されたということは、当業者に理解され得る。かかるファイバは、恐らく８５０及び１３００ｎｍ動作ウインドウにまたがる同じく大きなバンド幅、即ち、約８１０ｎｍと８９０ｎｍとの間、より好ましくは８３０ｎｍと８７０ｎｍの間、及び約１２６０ｎｍと１３４０ｎｍとの間、より好ましくは約１２８０ｎｍと１３２０ｎｍとの間、のバンド幅を有するファイバである。

更に、好適な多モード光ファイバ１０は、８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも１６０ＭＨｚ・ｋｍの第１のＯＦＬバンド幅及び１３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも５００ＭＨｚ・ｋｍの第２のＯＦＬバンド幅を含む。より好ましくは、しかしながら、多モード光ファイバ１０は、６２．５μｍのコア１２を有し、８５０ｎｍにおいて３８５ＭＨｚ・ｋｍの最小レーザバンド幅及び１３００ｎｍにおいて７４６ＭＨｚ・ｋｍの最小レーザバンド幅となるよう設計される。上述の、且つ、本願明細書全体に亘って記述された１３００ｎｍのレーザバンド幅が、標準の単一モードファイバに使用される１３００ｎｍレーザによって好ましくは測定されるべきであるという点に、留意する必要がある。１ギガビット／秒以上のレートでのデータ伝達を可能にする通信システムが、１３００ｎｍでのレーザ発光を相殺するためにパッチコードのモード調整を必要とするということは、現在多くの当業者によって信じられている。しかしながら、本発明による多モード光ファイバに対しては、１３００ｎｍでのレーザ発光は、多モードファイバの中心軸に沿って発光されているパワーの大半により測定される。このことはこの種のパッチコードのモード調整の必要を排除し、それによってシステムの実施、コスト及び複雑さを低減する。５０μｍのコア（図示せず）を有する多モード光ファイバに対しては、最小レーザバンド幅は、好ましくは短波長ウインドウにおいて５００ＭＨｚ・ｋｍ及び長波長ウインドウにおいて１６８４ＭＨｚ・ｋｍである。高速レーザ光源を使用している多モード転送システム（例えば少なくとも１ギガビット／秒のレートでデータを転送するように設計されている通信システム）で使用される時に、６２．５μｍのコア１２を有する多モード光ファイバ１０は、少なくとも１ギガビット／秒で、短波長であれば少なくとも５００ｍのリンク長以上の、そして長波長であれば１０００ｍのリンク長に亘って情報を伝達し得る。これらの距離は、それぞれ、５０μｍのコアの多モード光ファイバに対しては、６００ｍ及び２０００ｍ以上のリンク長に増加される。しかしながら、当業者は、好適な多モード光ファイバ１０が１ギガビット／秒の転送レートに限られていないと言うことを認識し得る。むしろ、本発明は、重要なリンク長に亘っての１０ギガビット／秒を上回るデータレート転送が可能である。上述の動作パラメータを満たすに充分な特性を有する６２．５μｍのコアの多モード光ファイバを表すＤＭＤ測定曲線は、図２から図５において示される。

図２は、本発明に従って製造された多モード光ファイバ１０のＤＭＤ測定曲線２０である。多モード光ファイバ１０のＤＭＤ測定は、マルクーゼ（Ｍｅｒｃｕｓｅ）の「光ファイバ測定の原理」２５５−３１０頁（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９８１年発行）、及びオルシャンスキー．Ｒ（Ｏｌｓｈａｎｓｋｙ，Ｒ．）の「ガラス光導波路の普及」Ｒｅｖ．Ｍｏｄ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．２（１９７９年４月）３４１−３６７頁（引用により本願明細書に引用されたものとする）において記述されるそれと同様の標準のパルスに基づく測定技術を用いて１３００ｎｍにおいてなされた。１３００ｎｍのＤＭＤ測定曲線が上昇する部分において、屈折率分布は１３００ｎｍ未満の波長に対し本質的に最適化され、ＤＭＤ曲線が下降する部分において、屈折率分布は１３００ｎｍを超える波長に対し本質的に最適化される。ＤＭＤ曲線がほとんど平坦である部分において、屈折率分布は１３００ｎｍに対し本質的に最適化される。

多モード光ファイバ１０のＤＭＤ測定曲線３０（市販のフォトン・キネティクス（Ｐｈｏｔｏｎ−Ｋｉｎｅｔｉｃｓ）モデル２５００光ファイバ測定ベンチを使用して８５０ｎｍで測定される）が、図３に示される。また、ＤＭＤ曲線が僅かに上昇する部分において、屈折率分布は８５０ｎｍより僅かに小なる波長に対し最適化され、ＤＭＤ曲線が下降する部分において、屈折率分布は８５０ｎｍを超える波長に対し最適化されることを示している。

第２の好適な多モード光ファイバ（図示せず）の１３００ｎｍで測定されたＤＭＤ分布４０は、図４に示される。ＤＭＤ分布４０は、ＤＭＤ分布２０と僅かに異なってはいるが、６２．５μｍ又は５０μｍのコアを有する多モード光ファイバに対する所望の動作パラメータを充分満たす特性を有する多モード光ファイバについても記述する。

ＤＭＤ分布２０及び４０は、双方とも１３００ｎｍで測定された同じグラフ図５に示される。プロット線が各々シフトされることで、それらは（（ｒ／ａ）2 =０よりもむしろ）傾斜が類似している共通の位置で一致し、この位置はゼロ遅延として任意に定義される。広く論じると、１３００ｎｍの波長で計測される際には、目標ＤＭＤ分布は、（ｒ／ａ）2＝０．０〜０．２５で測定された平均傾斜を有する第１の部分と、（ｒ／ａ）2＝０．２５〜０．５０で測定された平均傾斜を有する第２の部分（第１の部分の傾斜は第２の部分の傾斜よりも大である）とを含む。別の言い方をすると、目標ＤＭＤ分布は線形でない。より好ましくは、第１の部分の傾斜は、第２の部分の傾斜の少なくとも１．５倍よりも大である。最も好ましくは、目標ＤＭＤ分布は、（ｒ／ａ）2＝０．４〜０．６で測定された平均傾斜を有する第３の部分を含み、そこにおいて、（ｒ／ａ）2＝０．４〜０．６でのＤＭＤの変化は多くとも＋０．２０ナノ秒／ｋｍである。

本発明による多モード光ファイバを形成し、上述の目標ＤＭＤ分布を有する好適な方法は、スートを形成するための前駆体反応体及び少なくとも１のドーパント反応体から成るシリカを熱化学反応させる反応ステップと、該スートを特定の特性を有するガラスプリフォームを生産するに充分な方法で目標に供給する供給ステップと、６２．５μｍ又は５０μｍのコア部分を有する多モード光ファイバへガラスプリフォームを線引きするステップと、を含む。該反応ステップは、目標ＤＭＤ分布の特性を呈する多モード光ファイバとなるのに適したスート堆積レシピによる前駆体反応体及び少なくとも１のドーパント反応体を選択するステップを、更に含む。好適な実施例において、該スート堆積レシピは、所望の目標屈折率分布の要件を満たす多モード光ファイバとなるのに必要なＳｉＣｌ4（四塩化ケイ素）及びＧｅＣｌ4（塩化ゲルマニウム（ＩＶ））の割合を含む。１３００ｎｍの波長で測定される時、この種の多モード光ファイバは、（ｒ／ａ）2＝０．０〜０．２５の第１の部分に亘って計測された第１の平均傾斜と、（ｒ／ａ）2＝０．２５〜０．５０の第２の部分に亘って計測された第２の平均傾斜（第１の平均傾斜は第２の平均傾斜よりも大である）とを有し得る。しかしながら、本発明はＳｉＣｌ4及びＧｅＣｌ4に限られていないことが、理解され得る。

図７は、本発明による多モード光ファイバ（図２及び３のＤＭＤ分布曲線を呈するものと同じファイバ）の第１の好適な実施例の実質的に放物線状である屈折率分布曲線を示している。図８は、本発明による多モード光ファイバ（図４のＤＭＤ分布曲線を呈するものと同じファイバ）の第２の好適な実施例の実質的に放物線状である屈折率分布曲線を示している。これらの図が本発明を実践するためには必要とされていないとはいえ、上述のように、それらは本発明により使用されるＤＭＤ測定技術の利点を明らかに示している。図７及び８に示される屈折率分布のピーク部分における屈折率分布の乱れの僅かな差異を除いては、屈折率分布の他の部分は、本発明による多モード光ファイバの第１及び第２の好適な実施例双方共に著しく類似している。

本願明細書において具体的に記述されていないが、５０．０μｍのコアを有する多モード光ファイバが同様に形成され得る。この種の多モード光ファイバに対する目標ＤＭＤ分布が、上述の如き６２．５μｍのコアを有する多モード光ファイバの目標ＤＭＤ分布とは異なるということが、当業者によって理解され得る。よって、スート堆積レシピも、同様に異なり得る。目標ＤＭＤ分布が、（ｒ／ａ）2＝０．０〜０．２から成る第１の部分及び（ｒ／ａ）2＝０．２〜０．４から成る第２の部分として傾斜部分を定義することによって示され得るということが、更に理解され得る。

本発明の典型例である以下の実施例により、本発明は更に明らかにされ得る。

レーザ最適化多モードファイバの性能を試験する１つの方法は、所望のＤＭＤ特性を有するファイバを製造すること及びそれを様々なレーザ源でテストすることである。この種のテストの結果が、図６に示されている。
図２、３及び７に示されるＤＭＤ分布により特徴づけられた多モード光ファイバの『効果的な』バンド幅（ＭＨｚ・ｋｍ）は、７８０〜８５０ｎｍの様々なギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・レーザに関して図６に示される。ファイバの過剰入射（ＯＦＬ）バンド幅（本出願前掲の標準の測定方法及び発光技術を用いて測定された）は、８５０ｎｍにおいて２８８ＭＨｚ・ｋｍ及び１３００ｎｍにおいて１０５４ＭＨｚ．ｋｍであった。ファイバのレーザバンド幅（本出願前掲の標準の測定方法及び発光技術を用いて測定された）は、８５０ｎｍにおいて９３０ＭＨｚ・ｋｍ（上述した如く、０．８５ｎｍ未満のＲＭＳスペクトル幅を有する８５０ｎｍの光源レーザだけでなく２３．５μｍ直径コアを有するパッチコードを使用）、及び１３００ｎｍにおいて２０２８ＭＨｚ・ｋｍ（コアの中心から４μｍの発光オフセットを確実にする単一モードファイバアプリケーション及びパッチコードに対して典型的なファブリー・ペロ・レーザを使用）であった。様々なギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・レーザ光源に関して図６に示される『効果的な』バンド幅は、２３．５μｍパッチコードを有する定義された８５０ｎｍレーザバンド幅と同じ測定技術によって測定されるが、ニアフィールド及びファーフィールドの双方で各々のレーザーが異なるパワー配分を有するので、個々のギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・レーザの各々により変化する発光状態によっても測定される。このことは、大なるバンド幅が多種多様なレーザ発光と共に本発明のファイバの使用により呈され得ることを証明する。定義された発光（９３０ＭＨｚ・ｋｍ）を有する測定されたレーザバンド幅は、多くの実際のギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・レーザによって得られるものとほぼ同じものである。短波長ギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・レーザ・バンド幅は、明らかに２８８ＭＨｚ・ｋｍの８５０ｎｍのＯＦＬバンド幅より優れており、ギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・リンク長を大幅に拡張することを必要とする範囲にある。更に、４μｍオフセットを有する１３００ｎｍのファブリー・ペロ・レーザを使用して計られる１３００ｎｍのレーザバンド幅は、１３００ｎｍのＯＦＬバンド幅の２倍以上であった。

第２の実施例として、測定されたＤＭＤが図４に、測定された屈折率分布が図８において示されたファイバが、ＯＦＬバンド幅、８５０ｎｍにおける２３．５μｍのパッチ・コード及び１３００ｎｍにおける４μｍのオフセットを使用した『定義された』レーザバンド幅、及び１３個のギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・レーザの１組を有する『効果的』バンド幅、に関し試験された。標準のＯＦＬバンド幅は、８５０ｎｍで５６４ＭＨｚ・ｋｍ及び１３００ｎｍで５６０ＭＨｚ・ｋｍで測定された。２３．５μｍ直径コアを有するパッチコードを使用した８５０ｎｍでの『定義済みの』レーザバンド幅は、８２６ＭＨｚ・ｋｍであり、１３００ｎｍにおいて、４μｍオフセットを有するファブリー・ペロ・レーザの使用により定義されるレーザバンド幅は、５２７９ＭＨｚ・ｋｍの値を有した。８５０ｎｍ又は７８０ｎｍにて１３個のギガビット・イーサーネット（登録商標）・システム・レーザにより測定された『効果的』バンド幅は、１２１４、８８６、８８０、８７６、７９２、７８６、７５４、７２６、６１４、３９４、３７６、４３４及び４７２ＭＨｚ・ｋｍ、であった。また、２３．５μｍ直径コアを有するパッチコードを有する８５０ｎｍに対する定義されたレーザ発光は、多くの実際のギガビット・イーサーネット（登録商標）・レーザ光源によって示す『効果的』バンド幅に近いバンド幅を生む。

様々な修正及び変形が本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明になされることができることは、当業者にとって明らかである。このように、本発明は提供される本発明の修正及び変形をカバーすることを意図し、それらは添付の特許請求の範囲及びそれらの同等物の範囲に含まれる。

Claims (10)

1. 通信システムに使用される多モード光ファイバであって、
   ｇ（ｒ）を関数とした屈折率分布を有するコアと、
   ８５０ｎｍウインドウにおいて２２０ＭＨｚ・ｋｍより大なる第１のレーザバンド幅と、
   １３００ｎｍウインドウにおいて５００ＭＨｚ・ｋｍより大なる第２のレーザバンド幅と、
   ８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも１６０ＭＨｚ・ｋｍである第１のＯＦＬバンド幅と、
   １３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも５００ＭＨｚ．ｋｍである第２のＯＦＬバンド幅と、からなり、
   ｒは前記コアの半径であり、前記ｇ（ｒ）は前記コアの中心付近での大なる値から前記コアの外側部での小なる値へと変化することを特徴とする多モード光ファイバ。
2. 前記第１のレーザバンド幅は、８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも３８５ＭＨｚ・ｋｍであることを特徴とする請求項１記載の多モード光ファイバ。
3. 前記第２のレーザバンド幅は、１３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも７４６ＭＨｚ・ｋｍであることを特徴とする請求項１記載の多モード光ファイバ。
4. 前記第１のレーザバンド幅は、８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも５００ＭＨｚ・ｋｍであり、前記第２のレーザバンド幅は、１３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも１６８４ＭＨｚ・ｋｍであることを特徴とする請求項１記載の多モード光ファイバ。
5. ６２．５μｍの直径のコアを更に有することを特徴とする請求項４記載の多モード光ファイバ。
6. ５０μｍの直径のコアを更に有することを特徴とする請求項４記載の多モード光ファイバ。
7. １ギガビット／秒以上のレートでデータを転送可能な転送システムを更に含む多モード光ファイバであって、前記システムは、少なくとも１ギガビット／秒の情報を転送するレーザ光源を含み、 前記多モード光ファイバは、前記レーザ光源を用いて通信することで、８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも５００ｍの距離に亘って、及び１３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも１０００ｍの距離に亘って情報を伝達することを特徴とする請求項４記載の多モード光ファイバ。
8. 前記第１のレーザバンド幅は８５０ｎｍウインドウにおいて少なくとも５００ＭＨｚ・ｋｍから成り、前記第２のレーザバンド幅は１３００ｎｍウインドウにおいて少なくとも１６８４ＭＨｚ・ｋｍから成り、前記第１及び第２のレーザバンド幅は、それぞれ、少なくとも６００及び２０００ｍの距離に亘って情報を伝達可能であることを特徴とする請求項７記載の多モード転送システム。
9. 前記多モード光ファイバは、約６２．５μｍの直径を有するコアを含むことを特徴とする請求項７記載の多モード転送システム。
10. 前記多モード光ファイバは、約５０μｍの直径を有するコアを含むことを特徴とする請求項８記載の多モード転送システム。

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