JP2010530085A - シングル・モードの光ファイバにおける曲げ不感性 - Google Patents

Abstract

曲げ損失に比較的不感性である光ファイバは、基本横モードでの光の伝播をサポートし導くように構成されているコア領域と、クラッド領域とを備えており、クラッド領域は、（ｉ）コア領域の屈折率より低い屈折率を有する外側クラッド領域と、（ｉｉ）外側クラッド領域の屈折率より高く、コア領域の屈折率に匹敵する屈折率を有する環状クラッド・ペデスタル領域と、（ｉｉｉ）コア領域とペデスタル領域との間に配置され、外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状クラッド内側トレンチ領域とを含む。一実施形態においては、このファイバはまた、（ｉｖ）ペデスタル領域と外側クラッド領域との間に配置され、外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状クラッド外側トレンチ領域を含む。さらに、ＨＯＭを抑制するために、このペデスタル領域は、ペデスタル領域の少なくとも１つの横モードに、コア領域の他の少なくとも１つの横モードを共振的に結合するように構成されている。このようなファイバは、有利にも、アクセス・ファイバとして使用されるが、センサ・ファイバなどの他の応用例を有することもできる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００７年６月１５日出願の「Ｂｅｎｄ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ」と題する米国特許出願第１１／８１８，７８０号の一部継続出願である、２００８年２月２８日出願の「Ｂｅｎｄ Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ」と題する米国特許出願第１２／０７２，８６９号に対する優先権を主張する。米国特許出願第１２／０７２，８６９号はまた、２００８年２月２２日出願の「Ｓｏｌｉｄ Ｒｉｎｇ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｂｅｎｄ Ｌｏｓｓ」と題する米国特許仮出願第６０／０３０，７１３号に対する優先権を主張する。

本出願はまた、２００７年６月１５日出願の「Ｂｅｎｄ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ」と題する米国特許出願第１１／８１８，７８０号に対する優先権を主張する。

本出願はまた、２００８年２月２２日出願の「Ｓｏｌｉｄ Ｒｉｎｇ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｂｅｎｄ Ｌｏｓｓ」と題する米国特許仮出願第６０／０３０，７１３号に対する優先権を主張する。

米国特許出願第１２／０７２，８６９号、米国特許出願第１１／８１８，７８０号および米国特許仮出願第６０／０３０，７１３号はこれにより、その全体が明確に示された場合と同様に、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、シングル・モードの光ファイバに関し、より詳細には、そのようなファイバにおいて曲げに対する敏感性を低減することに関する。本発明はまた、曲げに対して比較的不感性であるだけでなく、標準のシングル・モード・ファイバに効果的にモード整合し、かつ／または高次横モードを効果的にカットオフするファイバの設計に関する。

例えば、陸上回線、海底および地下鉄システムに使用される標準のシングル・モードの光ファイバとは異なり、一般にユーザにより近く配置されるアクセス・ファイバとしては、ファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）、ジャンパ・ケーブル、およびＦＴＴｘ（例えば、ファイバ・トゥ・ザ・カーブ、屋内配線）が挙げられる。アクセス・ファイバは、低損失の信頼できる方法で、アクセスされる場所（例えば、自宅、企業、または他の設備）に光信号を搬送する標準のシングル・モード・ファイバ（ＳＭＦ）とのインターフェースをとるだけでなく、アクセス・ファイバの応用例の多くに固有の曲げの影響に対して比較的不感性でなければならない。

より具体的には、標準のステップ・インデックス型ＳＭＦは、コア径が約８〜１１であることが多く、このタイプのＳＭＦは例示的に国際電気通信連合の電気通信セクタ勧告Ｇ．６５２に適合している。ＳＭＦ２８と知られている、このタイプの典型的なファイバは、ニューヨーク州コーニングにあるコーニング社から市販されている。この範囲での直径および約０．００５〜０．００７のコア−クラッド屈折率差の場合、このようなＳＭＦは通常、波長約１３００ｎｍで約５５〜７０μｍ^２、波長約１５５０ｎｍで約７０〜９０μｍ^２の有効な基本横モード・フィールド断面積（Ａ_ｅｆｆ）を有する。このようなＳＭＦをアクセス・ファイバに効率的に結合（接合）するには、アクセス・ファイバのＡ_ｅｆｆは、実際にはできる限りＳＭＦのＡ_ｅｆｆに近づけなければならない。

しかし、さらに一部のアクセス・ファイバは、例えば壁の隅部の周囲で、また配線導管またはダクト中で曲げなければならない場合がある。多くの応用例では、アクセス・ファイバの必要な曲げ半径は、約４〜１５ｍｍとすることができ、場合によっては限界を下げると、さらに曲がり具合が大きく（例えば、半径２〜３ｍｍ）なる場合がある。しかし、ファイバが非常に極端に曲げられたとき、許容し得ないレベルまで光損失が大きくなる可能性がある。詳しくは、標準ＳＭＦの基本横モードが受ける光損失は、ファイバが直線である（またはわずかにだけ曲げられた）ときはシステム仕様内であり得るが、該ファイバが過度に曲げられたときにはあまりにも大きくなり、仕様から外れることが多い。さらに、光信号がどのような高次横モード（ＨＯＭ）でも含んだ場合、そのようなＨＯＭによってもたらされる曲げ損失は、基本横モードが受ける損失よりもさらに大きくなる。

しかし、そのことが自然に生じたとき、標準ＳＭＦのＡ_ｅｆｆに整合したＡ_ｅｆｆを有し、かつ／またはＨＯＭを効果的にカットオフするアクセス・ファイバの設計は、典型的なアクセス環境で曲げ損失を小さくすることを実現する設計としばしば相反する。

Ｋ． Ｈｉｍｅｎｏ外、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．、Ｖｏｌ． ２３、ｐ．３４９４ （２００５）

したがって、当技術分野では、半径約４〜１５ｍｍに曲げられたときの曲げ損失が比較的小さくなると共に、標準ＳＭＦのＡ_ｅｆｆに整合したＡ_ｅｆｆを有し、かつ／またはＨＯＭを効果的にカットオフするアクセス・ファイバの設計が依然として求められている。

本発明の一実施形態によれば、曲げ損失に比較的不感性である光ファイバが、基本横モードでの光の伝播をサポートし導くように構成されているコア領域と、クラッド領域とを備えており、クラッド領域は、（ｉ）コア領域の屈折率より低い屈折率を有する外側クラッド領域と、（ｉｉ）外側クラッド領域の屈折率より高く、コア領域の屈折率に匹敵する屈折率を有する環状クラッド・ペデスタル領域と、（ｉｉｉ）コア領域とペデスタル領域との間に配置され、外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状クラッド内側トレンチ領域とを含む。一代替実施形態においては、クラッド領域はまた、（ｉｖ）ペデスタル領域と外側クラッド領域との間に配置され、外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状クラッド外側トレンチ領域を含む。これらの実施形態のいずれにおいても、ＨＯＭを抑制するために、このペデスタル領域は、ペデスタル領域の少なくとも１つの横モードに、コア領域の他の少なくとも１つの横モードを共振的に結合するように構成されている。

本発明に従って設計されたファイバは、曲げに対する敏感性が比較的低く、アクセス・ファイバとして有利に使用されるが、センサまたは車両に使用されるファイバなど他の応用例を有することができる。

本発明は、その様々な特徴および利点と共に、添付の図面と併せて以下のより詳細な説明から容易に理解されよう。

図１(Ａ)は本発明の一実施形態による光ファイバの概略断面図であり、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のファイバの屈折率プロファイルの概略グラフである。 本発明の別の実施形態による、図１Ａのファイバの外側トレンチをより浅くした別の修正版の屈折率プロファイルの概略グラフである。 本発明の別の実施形態による、図１Ａのファイバの外側のトレンチを省いた修正版の屈折率プロファイルの概略グラフである。 本発明の別の一実施形態による、ペデスタル領域（またはリング）が、屈折率を低くする空気孔、および／または屈折率を高くする介在物を有する光ファイバの概略断面図である。 本発明の他の実施形態による、トレンチが空気孔を含む光ファイバの概略断面図である。 本発明の別の実施形態による、モード識別を高めるために、複数のペデスタル領域（またはリング）と、外側リング近傍の環状散乱（吸収）領域とを含む光ファイバの概略断面図である。 コア領域の屈折率差（Δｎ）に伴ってＡ_ｅｆｆがどのように変化するかを示すために使用されるステップ・インデックス・ファイバ（ＳＩＦ）の屈折率プロファイルの概略グラフである。 コア領域の幅（例えば、直径Ｄ）に伴ってＡ_ｅｆｆがどのように変化するかを示すために使用されたＳＩＦの屈折率プロファイルの概略グラフである。 図４Ａは、環状クラッド領域が高次モード（ＨＯＭ）を抑制するために使用されたＳＩＦの屈折率プロファイルを示す概略グラフであり、直線のファイバの場合を実証する図であり、図４Ｂは、環状クラッド領域が高次モード（ＨＯＭ）を抑制するために使用されたＳＩＦの屈折率プロファイルを示す概略グラフであり、曲げられたファイバの場合を実証する図である。 図１Ａおよび図１Ｂの設計に従って製作されたファイバの屈折率プロファイルのグラフである。 図１Ａおよび図１Ｂの設計に従って製作された別のファイバの屈折率プロファイルのグラフである。 本アクセス・ファイバの一般化した用途を示す概略ブロック図である。 本発明の一実施形態による、波長の広い範囲にわたってＨＯＭ抑制を示す、理想的なデュアル・トレンチ・ファイバの選択されたモードでの閉じ込め（トンネリング）損失と波長の関係のグラフである。 本発明の一実施形態による、従来技術の２つのファイバ設計群の数値化した性能をデュアル・トレンチのリング設計群と比較した、１３００ｎｍでの曲げ損失とＭＦＤの関係のグラフである。

前述した図の様々なものは、一定の縮尺で示されていない点で概略的に示され、ならびに／または例示したものを簡潔にかつ見やすくするために、示してある実際の光ファイバまたは製品の詳細をすべて含んでいるとは限らない。特に、図１〜図６の屈折率プロファイルは、光ファイバにおいて観察可能な屈折率が実際に変化したものの平均である。

半径という用語を前述（および以下）で論じる際に使用するのは、様々な領域（例えば、コア、シェルフ、ペデスタルまたはリング、トレンチ、空気孔、介在物）の断面が円形であり、かつ／または環状であることを暗示しているが、実際には、これらの領域は非円形であってもよく、例えば、それらは楕円形、多角形または他のより複雑な形状としてもよい。それでもやはり、当技術分野で普通に見られるように、本発明者らは、簡潔にかつ見やすくするために半径という用語を使用している。

これ以降、モード（複数可）という用語は、横モード（複数可）を意味するものとし、屈折率（ｉｎｄｅｘおよびｉｎｄｉｃｅｓ）という用語は、屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘおよびｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｉｃｅｓ）を意味するものとする。

典型的な実用化に向けて光アクセス・ファイバを設計するには、相互に関連する３つの要件、すなわち、（ｉ）所定の範囲（例えば、４〜１５ｍｍ）内で曲げ半径に対して曲げ損失を比較的低くする（すなわち、曲げに対する敏感性が低い）こと、（ｉｉ）ＨＯＭを抑制する（すなわち、抑制すべきＨＯＭ（複数可）のカットオフ波長を比較的低くする）こと、および（ｉｉｉ）モード断面積が標準ＳＭＦに整合すること（例えば、上記のコーニング社から市販のＳＭＦ２８など標準的なファイバに良好にコネクタ接続かつ／または接合すること）を考慮する必要がある。

光ファイバ設計−曲げ不感性の考察
次に、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本発明の一態様による光ファイバ１０は、曲げ損失が比較的低く、したがって、様々なアクセス・ファイバまたはセンサ・ファイバの応用例に適している。ファイバ１０は、クラッド領域１４で取り囲まれたコア領域１２を含み、このコア領域およびクラッド領域は、基本的にコア領域１２の中心に位置する長手方向軸１６に沿って軸線方向に信号光（放射）の伝播をサポートし導くように構成されている。

信号光はファイバ１０に沿って伝播するとき、実際は軸１６の縦横に動くことがあるが、伝播の一般的な方向は当技術分野では軸１６に沿っているものとしてよくいわれることが十分に理解されよう。

さらに、コア領域１２は、しばしば好ましい形状である円形の断面を有するように概略的に示してあるが、それは上記の楕円形、多角形など他の断面形状を有していてもよい。一般に、モード・サイズはＡ_ｅｆｆを特徴とするが、ＳＭＦの典型的な円形のコア断面では、モード・フィールド径（ＭＦＤ）を使用してもよい。

その上、コア領域１２は、２層プロファイル（すなわち、２つの本質的に一定または均一の屈折率の領域に伴うプロファイル）を有するように示してあるが、それはステップ・インデックス・プロファイル、マルチ・ステップ・プロファイル、またはグレーデッド・インデックス・プロファイルを有することもできる。

このタイプのファイバは一般にガラス（例えば、シリカ）製であり、その中で、コア領域およびクラッド領域の屈折率が、当技術分野でよく知られているように、ファイバの製作中にその中に埋め込まれるドーパント（例えば、Ｐ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｆ）の量または種類で制御される。これらの屈折率、ならびにコア／クラッド領域の厚さ／直径により、以下で論じるように、ファイバの重要な動作パラメータが決まる。

本発明の一実施形態によれば、クラッド領域１４は、環状外側クラッド領域１４．４、屈折率の高い環状ペデスタル領域１４．１、コア領域１２．１とペデスタル領域１４．１の間に配置された屈折率の低い環状内側トレンチ領域１４．２、およびペデスタル領域１４．１と外側クラッド領域１４．４の間に配置された屈折率の低い環状外側トレンチ領域１４．３を含む。ペデスタル領域１４．１の屈折率（ｎ_ｐｅｄ）は、外側クラッド領域１４．４の屈折率（ｎ_ｏｕｔ）より高い。さらに、内側と外側の両方のトレンチ領域の屈折率（ｎ_ｔｒｉ、ｎ_ｔｒｏ）は、外側クラッド領域１４．４の屈折率より低く、すなわち、ｎ_ｐｅｄ＞ｎ_ｏｕｔ、ｎ_ｔｒｉ＜ｎ_ｏｕｔ、およびｎ_ｔｒｏ＜ｎ_ｏｕｔである。以下で論じるように、全般的に光ファイバ１０、特にペデスタル領域１４．１は、予め選択したＨＯＭを抑制するように構成されている。

一般に、内側と外側のトレンチ領域により、様々なファイバ・モードの閉じ込めがもたらされる。カットオフされる近傍のどのようなモードでも閉じ込める量またはレベルは、式（ｎ_ｔｒ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒによって定量化することができる。ただし、ｎ_ｔｒはトレンチ領域の屈折率であり、ｔ_ｔｒはトレンチ領域の厚さである。好ましくは、それぞれのトレンチ領域によってもたらされるそのような閉じ込めのレベルは、以下の条件を満たさなければならない。

0.5＜［（ｎ_ｔｒｉ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒｉ］／［（ｎ_ｔｒｏ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒｏ］＜2.0 （１ａ）

ただし、ｔ_ｔｒｉ、およびｔ_ｔｒｏは、それぞれ内側トレンチ領域の厚さ、および外側トレンチ領域の厚さである。

一実施形態では、コア領域１２は、環状外側コア領域（またはシェルフ領域）１２．２で半径方向に取り囲まれた内側コア領域１２．１を含む。内側コア領域１２．１の屈折率は、外側コア領域１２．１の屈折率より高く、すなわち、ｎ_ｃｏｒｅ＞ｎ_ｓｈｌｆである。シェルフ領域１２．２は、任意選択であるが、場合によっては好ましいことがある。シェルフ領域を省いた設計では、コア領域１２は単に内側コア領域１２．１のみを含んでいるに過ぎず、内側トレンチ領域１４．２の厚さは、省いたシェルフ領域の幅だけ増える。以下で論じるように、いずれの場合も、コア領域１２は標準ＳＭＦのＡ_ｅｆｆに整合する基本モードＡ_ｅｆｆが生成されるように構成されている。

もちろん、曲げ損失は可能な限り低くすべきである。具体的には、それは、約４〜１５ｍｍの範囲のいかなる曲げ半径に対しても、重要な動作波長（例えば、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、および１６５０ｎｍ）において標準ＳＭＦの曲げ損失より低くすべきである。このために、少なくとも１つのトレンチ領域１４．２、１４．３（および好ましくは両方）は、標準ＳＭＦの全屈折率差よりもはるかに高い全屈折率差を確保すべきである。例示的に、ＳＭＦ２８の全屈折率差は約０．００５である。本発明の一実施形態によれば、ファイバ１０の全屈折率差は、

｜ｎ_ｔｒｉ−ｎ_ｃｏｒｅ｜＞０．００７ （１）、および／または

｜ｎ_ｔｒｏ−ｎ_ｃｏｒｅ｜＞０．００７ （２）

で与えられる。例示的に、少なくとも等式（１）の内側トレンチとコアの屈折率差は、約０．００８〜０．０２０であり、好ましくは、内側と外側の両方のトレンチとコアの屈折率差は、図１Ｃの浅いトレンチの実施形態を除き、本発明の実施形態のすべてに対してこの条件を満たす。

さらに、外側クラッド領域１４．４と外側トレンチ領域１４．３の間の境界１４．５は、曲げ半径４〜１５ｍｍに対して約１７〜２３μｍ（以下、浅いトレンチの設計においては１７〜３０μｍ）の範囲の半径においてあるべきであり、コア領域とペデスタル領域の屈折率は同程度である。すなわち、

｜ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｐｅｄ｜＜０．００３ （２ａ）

ファイバ１０の外側トレンチ領域１４．３は、図１Ｂに示すように、比較的狭く（半径方向の厚さｔ_ｔｒｏ）かつ比較的深く（屈折率ｎ_ｔｒｏ＜＜ｎ_ｏｕｔ）示してある。深くとは、ｎ_ｔｒｏが、ｎ_ｏｕｔよりも約０．００２０より低いことを意味する。外側トレンチ領域の狭さは重要ではない。

それとは対照的に、本発明の一代替実施形態では、図１Ｃの屈折率プロファイルに示すように、ファイバ１０ｃの外側トレンチ領域１４．３ｃはより浅い。浅いとは、ｎ_ｔｒｏが、ｎ_ｏｕｔの下約０．００２０未満であることを意味する。外側トレンチは、蒸着ガラスではなく、下側にドープされた基材チューブ［例えば、Ｆドープされたシリカ（ガラス）基材チューブ］を使用して作製することができるので、トレンチ領域１４．３ｃがより浅くなると、製造性の向上が予想される。基材チューブを使用すると、ファイバ１０ｃを製作するのに必要な蒸着ガラスの量が低減され、それにより製造コストが削減されることになる。

さらに、図１Ｃはまた、浅いトレンチ領域１４．３ｃを内側トレンチ領域１４．２ｃより広いものとして示しているが、図１Ｂの設計と同様に、外側トレンチ領域１４．３ｃの幅は重要ではない。

この浅いトレンチの設計が、等式（１ａ）によって定義される設計原理に反することは一見して明らかである。すなわち、それぞれのトレンチでもたらされる閉じ込めレベルはほぼ同じにすべきである。大部分の設計スペースにおいて、閉じ込めレベルの高い（深い）内側トレンチを、それよりも閉じ込めレベルの高くない（より浅い）外側トレンチと組み合わせると、ＨＯＭ抑制が比較的低下するのは、一つにはペデスタル領域１４．１のリング・モードがあまりに不可逆になり、しかもコア・モードからあまりに分離されるようになり、それにより以下で論じる、ペデスタル領域のまさにその目的（ＨＯＭ抑制）が妨害されるからである。しかし、全く異種の閉じ込めレベルをもつ２つのトレンチを有するにも関わらず、良好な性能が得られる設計スペースを見出している。すなわち、ここで

［（ｎ_ｔｒｉ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒｉ］／［（ｎ_ｔｒｏ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒｏ］＞２．０ （２ｂ）

ただし、例えば、等式（２ｂ）の左辺は、例示的に、約５〜９の範囲にある。この設計スペースでは、ペデスタル・モードがペデスタル領域に十分に限定されているわけではない。すなわち、ペデスタル・モードが外側トレンチ領域中に及び、外側クラッド中へのトンネリングによる損失が大きくなる。ペデスタル・モードの閉じ込めが低下すると、これらのファイバのＨＯＭを抑制する性能が低下しやすくなるが、この欠点は、これらの設計の曲げ損失が改善される性能によって相殺される。曲げられたとき、ファイバのペデスタル・モードは、極端に不可逆になり、それによりファイバは、以下の図４Ｂに関して論じる突発的な損失による影響に対して敏感でなくなる。

本発明の別の実施形態では、図１Ｄのファイバ１０ｄに示すように、外側トレンチは完全に省くことができ、したがって、外側トレンチ１４．３ｄを想像線で示す。この場合、ペデスタル領域（またはリング）１４．１ｄは、外側クラッド１４．４ｄに直接隣接して配置される。このような設計では、ファイバの曲げをゆるやかにしても、ペデスタル・モードからのトンネリング損失が生じる可能性があることが分かる。実際、カットオフに関する標準的な測定と実施では、ファイバが（通常は曲げ半径約４０ｍｍで）徐々に曲げられたときの損失が大きくなった場合に効果的に抑制される高次モードを考察する。ゆるやかな曲げの条件下で効率的なＨＯＭ抑制をもたらすには、ペデスタル・モードがトンネリングできる第２のトレンチを設ける必要はない。代わりに、ペデスタル・モードにより、カットオフ測定値（半径４０ｍｍ）に関連して、ゆるやかな曲げにおける十分な曲げ損失が生じるようにペデスタル領域を設計することができる。言い換えれば、外側トレンチのない製作したままのファイバを用いると、ゆるやかに曲げる動作において実際に浅い外側トレンチに伴うのと同等の屈折率が生じることが分かり得る。

これらの実施形態のいずれにおいても、ペデスタル領域（またはリング）は、公知の簡単明瞭な方式で、蒸着中、その領域に屈折率を高めるドーパント（例えば、シリカ中にＡｌ、Ｇｅ、Ｐ）を取り込むことによって形成することができる。図１Ａ〜１Ｂのファイバ１０で例示するように、ファイバの各半径方向の断面において、リング１４．１は、ほぼ均一な屈折率を周方向に有することになる。しかし、図１Ｅのファイバ１０ｅに示すように、リング１４．１ｅの屈折率は、屈折率を低くする空気孔３０．１、３０．２、および／または屈折率を高くする介在物４０．１、４０．２、４０．３などの、長手方向に延び半径方向に局在化した公知のフィーチャによって、周方向に不均一になる場合がある。コア、リング、およびトレンチと同様に、これらのフィーチャは、円形（３０．１、４０．１）、楕円形（３０．２、４０．２、４０．３）および多角形（図示せず）を含む様々な断面形状を有してもよい。このような設計では、ＨＯＭ抑制の原理は、それらの有効屈折率がほとんど同じであるとき、依然としてペデスタル・モードは不要なコア導波モードに効率的に結合するというものである。ペデスタル・モードの有効屈折率は、任意の断面でファイバ用の標準的な方法を使用して計算し、屈折率整合することができる。したがってこの設計は、本質的に均一または一定の屈折率を有する環形の特別な場合に対するものと概念的に同じである。しかし、望ましい形状のフィーチャを使用すると、いくつかの利点が得られる場合がある。例えば、そのフィーチャでは、屈折率が均一な環形に可能な波長より広い波長範囲にわたって屈折率整合が得られる場合がある。

あるいは、ペデスタル領域は仮想のリングとしてもよい。すなわち、リング１４ｅは、蒸着中、標準的なドーピングによって形成される輪郭がはっきりした円周方向の（環状）境界を有する必要はない。代わりに、ペデスタル領域は、空気孔、介在物、またはその両方のフィーチャのアレイを適切に配置することによって全体的に形成することができる。

同様に、図１０Ｆのファイバ１０ｆに示すように、内側トレンチ１４．２ｆおよび／または外側トレンチ１４．３ｆは、伝播信号モードで見られる有効屈折率を低下させる空気孔を適切に離隔して配置したアレイを含むことができる。

最後に、図１Ｇに示すファイバ１０ｇはまた、複数のリング１４．１ｇと１４．６ｇとを含むことができる。この例示では、このような２つのリングのみを示す。さらに、例えば外側リング１４．６ｇに隣接する、散乱または吸収の中心となる損失領域１４．７ｇを含むことが有利であり得る。リング１４．１ｇまたは１４．６ｇの近傍に損失領域１４．７ｇを位置づけることにより、トンネリング損失に対する代替の損失機構がもたらされる。それは、モード識別を高めるか、または制約条件を解除する場合があり、それにより製作をより簡単にすることができる。例えば、ペデスタル・モードが、散乱または吸収損失の望ましいレベルを有する場合、トンネリング損失が不要になるので、外側トレンチ領域は不要になることがある。吸収は、ガラス中に光損失を生じる材料を意図的に含むことによって、あるいは適切に高い損失を有することに知られている使用可能な「品質のより低い」ガラスを単に使用するだけでもたらすことができる。

光ファイバ設計−モード整合に関する考察
アクセス・ファイバの応用例には、標準のシングル・モード伝送ファイバにアクセス・ファイバを接合するか、または別の方法で結合することがしばしば必要であるので、アクセス・ファイバのＡ_ｅｆｆを標準ＳＭＦ（例えば、上記のコーニング社から市販の標準ＳＭＦ２８ファイバ）のＡ_ｅｆｆに整合していることが重要である。現在の手法では、この要件は、このアクセス・ファイバが、実際上シングル・モードでもあるべきであり、信号波長約１５５０ｎｍでＡ_ｅｆｆが約７０〜９０μｍ^２であり、信号波長約１３００ｎｍでＡ_ｅｆｆが約５５〜７０μｍ^２であるべきであることを意味する。通常、断面が円形であるアクセス・ファイバのコア領域では、アクセス・ファイバはコア径がおよそ約８〜１１μｍであるべきである。

話を簡単にするために、以下の説明は、図１Ａ〜図１Ｂのファイバ１０の設計に的を絞る。しかし、図１Ｃ〜図１Ｇの諸代替実施形態に同様の考察が当てはまることは、当業者には明らかであろう。ファイバ１０のＡ_ｅｆｆは、主として２つのパラメータで制御される。一方のパラメータは、コア領域１２．１と内側トレンチ領域１４．２の間の屈折率差Δｎ、すなわちΔｎ＝（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｔｒｉ）であり、もう一方のパラメータは、コア領域１２の半径方向の幅またはコア断面積、すなわち断面が円形の場合はコア領域の直径Ｄであるが、断面が非円形の場合はコア断面積である。より具体的には、図２に示すように、所与のＤについて、屈折率差がΔｎ_２からΔｎ_１まで減少したとき、基本モード・フィールドの閉じ込めが低下するが、これはそのＡ_ｅｆｆが増大することを意味する。しかし、モードの閉じ込めが低下するのは、特にファイバが急に曲げられたとき（例えば、曲げ半径４〜１５ｍｍ）、ファイバがより劣化した導波路として働き、光損失が増加することを意味する。一方、図３に示すように、所与のΔｎについて、コア領域１２の直径がＤ_１からＤ_２まで増加したとき、Ａ_ｅｆｆは（ほぼ直径の二乗と同じくらい）増加するが、サポートされるＨＯＭの数もまた増加する。一般に、ＨＯＭ中にかなりのエネルギーが存在するのは望ましくないことがある。例えば、ファイバが曲げられた場合、光損失が増大する。

外側コア領域（またはシェルフ）１２．２が省かれた図１の実施形態では、全屈折率差（すなわち、ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｔｒｉ、またはｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｔｒｏ、またはその両方）は、依然として不等式（１）および／または（２）を満たすべきであり、コア幅（例えば、直径Ｄ）は、およそ

８μｍ≦Ｄ≦１１μｍ （３）

の範囲にあるべきであり、外側クラッド領域１４．４の屈折率は、およそ

０．００３≦（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｏｕｔ）≦０．００６ （４）

を満たすべきである。この屈折率差があまりに高すぎた場合、ＨＯＭがコア領域中に取り込まれる傾向にあることに留意されたい。しかし、これは次節で述べる設計を使用して抑制される。

曲げ損失を低減すること、ならびにＡ_ｅｆｆを標準ＳＭＦのＡ_ｅｆｆに整合させることの相反する要件を満たすための代替のファイバ設計がまた、図１に示されている。より具体的には、コア領域１２は、図１に示すように、内側コア領域１２．１を取り囲む薄く、より屈折率が低い環状シェルフ領域１２．２を含む。シェルフ領域１２．２は、Ａ_ｅｆｆを標準ＳＭＦのＡ_ｅｆｆに整合するように増大させることを可能にする。このシェルフ領域１２．２は、内側コア領域１２．１の直径Ｄよりもはるかに薄い厚さｔ_ｓｈｌｆを有する。例示的にＤ＞＞ｔ_ｓｈｌｆであり、Ｄ＝８〜１１μｍのとき、およそ、

１．０μｍ≦ｔ_ｓｈｌｆ≦４．０μｍ （５）

である。さらに、シェルフ領域１２．２の屈折率ｎ_ｓｈｌｆは、内側コア領域１２．１の屈折率より低い。すなわち、ｎ_ｃｏｒｅ＜ｎ_ｓｈｌｆである。通常、およそ（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｓｈｌｆ）＜０．００７であるが、これは標準ＳＭＦの屈折率差（０．００５）と類似する。好ましくは、ｎ_ｓｈｌｆは、以下の不等式、およそ、

０．００３≦（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｓｈｌｆ）≦０．００７ （６）、および

｜ｎ_ｓｈｌｆ−ｎ_ｏｕｔ｜≦０．００２ （６ａ）

を満たし、Ｄは、約８〜１０μｍの範囲である。

以上、コア領域１２の詳細な設計により、モード整合だけでなくＨＯＭ抑制も容易になるが、このことは次節で論じる。

光ファイバ設計−ＨＯＭに関する考察
ＨＯＭを抑制するために、ファイバ１０のクラッド領域１４は、クラッド領域の残りの部分より高い屈折率ｎ_ｐｅｄを有するペデスタル領域１４．１を含み、すなわち、ペデスタル領域１４．１は、少なくとも屈折率（ｎ_ｔｒｉ）のより低い内側トレンチ領域１４．２によって、またいくつかの実施形態では、屈折率（ｎ_ｔｒｏ）のより低い外側トレンチ領域１４．３によっても半径方向に囲まれている。さらに、それは、外側クラッド領域１４．４の屈折率（ｎ_ｏｕｔ）より高い屈折率を有する。以下で論じる際、デュアル・トレンチ設計を説明するために、理解の下でシングル（内側）トレンチ設計に類似の原理が当てはまると仮定する。

ペデスタル領域１４．１は、その（リング）モードの少なくとも１つが、コア領域１２の少なくとも１つのＨＯＭと共振的に結合するように構成されている。図４Ａの簡略化した屈折率プロファイルに示すように、好ましくはコア領域１２の（例示的に一次モードとして示す）ＨＯＭ１８は、ペデスタル領域１４．１のモード２０と共振し、一方、コア領域の基本モード２２はペデスタル領域のどのようなモードとも共振しない。モード２０は一般に、最も高いか、またはほぼ最も高い有効屈折率をもつ、ペデスタル領域１４．１のリング・モードの１つであり、公知の対称原理によって、モード２０がコア領域のＨＯＭに結合しないようにすることはできない。

共振的または共振的に結合するという用語は、コア領域のモードの有効屈折率（ｎ_ｅｆｆ）がペデスタル領域のモードの有効屈折率に本質的に等しいことを意味する。したがって、コア領域１２の一次モード１８のｎ_ｅｆｆ１８．１は、ペデスタル領域１４．１のモード２０のｎ_ｅｆｆ２０．１に本質的に等しく、それにより、ＨＯＭ１８でのエネルギーが、コア領域からペデスタル領域のモード２０に移動するか、または結合し（矢印２４）、そこから外側クラッド領域１４．４中に放射することが可能になる（矢印２６は、通常存在する、漏れやすいクラッド・モードによるそうした放射を示し、あるいは、このエネルギーが吸収、散乱などによって失われる場合もある）。ファイバに沿って適切な距離を伝播した後、この共振的に移動し放射するというプロセスにより、コア領域中のＨＯＭ１８が効果的に抑制される。それとは対照的に、コア領域の基本モード２２のｎ_ｅｆｆ２２．１は、ペデスタル領域中のどのようなモードのｎ_ｅｆｆにも対応しない。したがって、基本モード２２はコア領域中に効果的に伝播するが、そのエネルギーがペデスタル領域中に共振的に移動することは起こらない（否定矢印２８）。

コア領域モードとペデスタル領域のモードが本質的に等しい屈折率を有するという条件は、例えばコア領域のＨＯＭの屈折率１８．１とペデスタル領域のモードの屈折率２０．１が、これらのモード間で光の結合が著しく妨げられるほど異なっていないことを意味する。本発明の好適な一実施形態では、屈折率１８．１と屈折率２０．１の差は、コアの基本モードの屈折率２２．１とペデスタル・モードの屈折率２０．１の差よりもはるかに少ない。

コア領域の抑制されるモードと共振的なペデスタル領域のモードとの間で適切に結合するには、後者のペデスタル・モードを前者のコア・モードに結合することを低減する必要性も考慮すべきである。

ファイバ１０はまた、不要なコア・モードがペデスタル・モードによって効果的に漏れることを可能にするように構成すべきである。この点に関連して、等式（２ａ）および（２ｂ）と共に上記で論じたことを参照されたい。

さらに、コア領域とペデスタル領域の間の結合は、所望の（基本）コア・モードが乱されるほど強くすべきではない。一方、コア領域とペデスタル領域の間の結合は、不要なコア・モードが、抑制すべきペデスタル・モードと十分に結合しないほど弱くすべきではない。次に、ペデスタル・モードの漏れの割合は、コア領域とペデスタル領域の間の結合が妨げられるほど（すなわち、不十分になるほど）に大きくすべきではない。最後に、ペデスタル・モードの漏れの割合は、不要なコア・モードが、効果的に抑制すべき損失をほとんど受けないほど小さくすべきではない。

これらの設計原理を堅持すると、コア領域１２では、例えば基本モード２２が効果的に伝播されることが保証され、一方、ＨＯＭ１８は効果的に抑制される。ＨＯＭが抑制（またはカットオフ）されるのに必要な程度は、特定の応用例に依存する。すべてまたは完全に抑制することは、多くの応用例で要求されておらず、それは強度の比較的低いＨＯＭが引き続き存在することが許容され得ることを暗示する。いずれの場合も、ＨＯＭを抑制することは、例えば全挿入損失を低減し、信号モードでのノイズを低減し、微小曲げ損失を低減することによってシステムの性能を向上させる。

本デュアル・トレンチのリング・ファイバが、不要なＨＯＭのコア・モードと特定のリング・モードの間で屈折率整合（共振）をもたらすように適切に設計されたとき、コア・モードとリング・モードの屈折率曲線の勾配は、特にこれらが交差する領域ではほとんど同じである。したがって、コア・モードとリング・モードの間で結合する屈折率整合は、波長の比較的広い範囲にわたって得られる。広帯域でのＨＯＭ抑制の性質は、図８を参照することによって例示されており、そこでは、閉じ込め（またはトンネリング）損失と波長の関係がプロットされ、カットオフが２０ｄＢ／ｍより大きいモード損失によって定まる（線８３）。（２０ｄＢ／ｍの閾値を例示しているに過ぎない。つまり、測定されたカットオフを推定するには、この閾値は、測定の際に使用されるファイバの長さに依存していなければならない。）図８は、ＨＯＭ（曲線８１）が、約１３２０ｎｍ（線８４）を超えてすべての波長をカバーする広帯域にわたってカットオフされることを示している。破曲線８２は、純粋なリング・モード損失、つまりコアが存在しない状態でリング・モードによって生じる算定損失を示す。共振的なモード抑制に特徴的なのは、不可逆のリング・モードに結合されたモードがその損失を共有していることである。コアＨＯＭの損失８１は、モードが屈折率整合される波長範囲において、純粋なリング・モード損失の２〜３倍以内である。

図４Ａのファイバにおける曲げの影響を、図４Ｂに示す。曲げる前の屈折率プロファイル４Ａは、プロファイル４Ｂに示すように歪み、そのためペデスタル領域１４．１のモード２０のｎ_ｅｆｆ２０．１ｂが増大する。曲げ半径が十分に小さい場合、クラッド・モード２０は、矢印３０で示すように、コア領域１２の基本モード２２と共振することがある。そのような共振が起こると、不都合なことに、基本コア・モード２２の光損失が増大することになる。したがって、ペデスタル領域１４．１は、基本コア・モード２２を、任意のクラッド・モード、特にクラッド・モード２０と共振させることなく、予期される曲げ半径に適応するように構成する必要がある。

上記の共振的結合（屈折率整合）の原理はまた、ペデスタル領域のシングル・モードに複数の不要なコア・モードを共振的に結合させるか、あるいは１つまたは複数のペデスタル領域の異なるモードに複数の不要なコア・モードを共振的に結合させて、各コア・モードを別個のペデスタル・モードと共振させることによって、複数の不要なコア・モードを抑制することに適用することができる。

ファイバ設計原理
ファイバ１０の設計における重要なパラメータとしては、内側コア領域１２．１の屈折率（ｎ_ｃｏｒｅ）および半径（ｒ_ｃｏｒｅ＝Ｄ／２）と、（存在する場合）環状コア（シェルフ）領域１２．２の屈折率（ｎ_ｓｈｌｆ）および厚さ（ｔ_ｓｈｌｆ）と、ペデスタル領域１４．１の屈折率（ｎ_ｐｅｄ）、半径（ｒ_ｐｅｄ）、および厚さ（ｔ_ｐｅｄ）と、外側トレンチ領域１４．３の屈折率（ｎ_ｔｒｏ）および厚さ（ｔ_ｔｒｏ）と、内側トレンチ領域１４．２の屈折率（ｎ_ｔｒｉ）および厚さ（ｔ_ｔｒｉ）とが挙げられる。

典型的な低い曲げ損失および大きいＡ_ｅｆｆの要件を満たすには、トレードオフが必要である。曲げ損失が小さいというのは、屈折率差が大きいことを暗示し、一方、屈折率差が大きいというのは、Ａ_ｅｆｆが小さいことを暗示する。１つの妥協点は、（シェルフ領域と比較して）コア領域が低い屈折率差を有することである。前述のように、この条件は言い換えると、（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｓｈｌｆ）が不等式（６）を満たしているということになる。例示的に、（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｓｈｌｆ）〜０．００５である。さらに、内側トレンチ領域１４．２は、過度にＡ_ｅｆｆに影響を与えるべきではなく、そのことは、シェルフ領域１２．２（存在する場合）を薄くしすぎるべきではないことを意味し、すなわち、不等式（５）を満足すべきである。

一方、曲げ損失の観点から、内側トレンチ領域１４．２の厚さおよび屈折率は非常に重要である。内側トレンチ領域の幅（または厚さ）を増すと、曲げ損失が低減されるが、やはり不要なＨＯＭの存在が増加する傾向がある。

ＨＯＭが存在すると、例えば多重経路干渉によって著しく性能が損なわれる場合もある。したがって、ＨＯＭ抑制に関係する本ファイバ設計の態様は、他の電気通信システムの要件を同時に満たす、ファイバの曲げ損失を低くすることを実現する際の重要な要因でもある。これまで論じたように、一般に、ＨＯＭは、抑制される高次（例えば、一次）コア・モードとペデスタル・リング・モードの間の共振条件を満足することによって抑制され、すなわち、これらの２つのモードの有効屈折率が互いにほぼ等しくなるべきである。この点に関連して、内側コア領域１２．１とペデスタル領域１４．１の間の屈折率差（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｐｅｄ）、ならびに内側コア領域の半径に対するペデスタル領域の厚さの比ｔ_ｐｅｄ／ｒ_ｃｏｒｅに特に注意を払うべきである。ｎ_ｃｏｒｅ〜ｎ_ｐｅｄでは、この屈折率の整合条件は、約１〜４μｍの範囲のｔ_ｐｅｄで満たすことができる。屈折率整合は一般に、ｎ_ｃｏｒｅ＜ｎ_ｐｅｄの場合、より小さい厚さｔ_ｐｅｄを必要とするが、ｎ_ｃｏｒｅ＞ｎ_ｐｅｄの場合、より大きいｔ_ｐｅｄを必要とする。

曲げ損失はまた、曲げ半径にも関係しており、すなわち、一般に、曲げが急なほど（曲げ半径が小さいほど）、光損失が大きくなる。しかし、これまで論じたように、基本コア・モードが基本ペデスタル・モードと共振するところで臨界曲げ半径（ｒ_ｃｒｉｔ）が存在する。ペデスタル（リング）モードのリング・モード屈折率は、

Δｎ_ｐｅｄ＝ｃｎ_ｐｅｄｒ_ｐｅｄ／ｒ_ｂｅｎｄ （８）

で与えられる量だけずれる。
ただし、ｃは、

０．８≦ｃ≦１．０ （９）

で近似的に与えられる定数である。臨界半径（ｒ_ｃｒｉｔ）は、Δｎ_ｐｅｄが、基本コア・モード２２．１（図４Ａ）と高次コア・モード１８．１（図４Ａ）の間でΔｎ_ｍｓだけ離隔するモードに等しくなるところのほぼ半径ｒ_ｂｅｎｄである。

ｒ_ｂｅｎｄ＞ｒ_ｃｒｉｔ〜ｃｎ_ｐｅｄｒ_ｐｅｄ／Δｎ_ｍｓ （１０）

ｒ_ｂｅｎｄ＝ｒ_ｃｒｉｔにおいて、基本コア・モードが受ける光損失は、極端に高く、すなわち、基本コア・モードは、実際上抑制され、極めて望ましくない状況にある。この問題を緩和するために、ペデスタル領域１４．１の半径（ｒ_ｐｅｄ）を縮小することができ、それにより動作に必要な曲げ半径が臨界半径より大きくなるまで、より小さい臨界曲げ半径が得られる。実際には、低減される厚さにおいて、内側トレンチの大きな閉じ込めをもたらすために、内側トレンチの深さを増すことに伴って、ｒ_ｐｅｄを縮小することができる。

本発明の追加の設計原理は、基本的なカットオフの起こり得る問題に関する。より具体的には、本発明によるファイバは、コア領域付近に深い内側トレンチ領域を有し、したがって長波長においてトンネリング損失が大きくなるという問題が起こり得る傾向にある。基本的なカットオフの影響は以下の通り説明することができる。長波長において、基本モードは、短波長よりもさらに内側トレンチ領域中を貫通し、それにより基本モードの有効屈折率が外側クラッド屈折率より低く下がる。基本モードは、より長い波長において増大するトンネリング損失を有する。この起こり得る問題の改善方法は、外側クラッド屈折率に対する制約を考えることができるが、この制約は、トンネリング損失に強く影響し、さもないと高次モードの損失を増大させるように調整することになる可能性がある。本発明のこの態様によれば、外側クラッド屈折率は、伝送するためのすべての信号波長に対して基本的なトンネリング損失が無視できるほど十分に低くすべきであるが、この波長としては通常１５５０ｎｍが挙げられ、多くのシステムでは１６２５ｎｍなどさらに長い波長が挙げられる。この望ましい結果を得るには、外側クラッド屈折率は、特定の応用例で必要な最も長い信号波長において基本モードの有効屈折率より低くすべきである（例えば、１６２５ｎｍにおいて、ｎ_ｏｕｔ＝ｎ_ｌｏｎｇ）。本シミュレーションおよび測定結果は、基本的なトンネリング損失が、この外側クラッドの屈折率のレベルあたりにおいて、非常に急速に許容し得なくなることを示しており、したがって製造上のばらつきを考慮にいれて、少なくとも０．００１低くした（ｎ_ｏｕｔ＜ｎ_ｌｏｎｇ−０．００１）幾分厳密なレベルが賢明である。

実験結果
これらの実施例は、コア領域１２が内側コア領域１２．１と内側コア領域を半径方向に取り囲む環状コア領域１２．２の両方を含む本発明の例示的な実施形態による、曲がり不感性プリフォームならびにこのプリフォームから線引きされたシリカ光ファイバを説明している。シリカ・ガラスからファイバを製作するために公知のＭＣＶＤを使用したが、これらのファイバは、内側コア領域１２．１中にＧｅ、環状コア領域１２．２中にＦ、内側トレンチ領域１４．２中にＦ、ペデスタル領域１４．１中にＧｅ、および外側トレンチ領域１４．３中にＦをドープした。外側クラッド領域１４．４はドープしなかった。実施例Ｉおよび実施例ＩＩの線引きされた状態のファイバは図５および図６に示す屈折率差プロファイルを有していた。対象とするプロファイルは、破線トレース５．１および５．２で示され、一方、実際のプロファイルは実線トレース６．１および６．２で示されている。半径方向の位置座標（横座標）により、様々なファイバの構成要素である内側コア領域、シェルフ領域、トレンチ領域、およびペデスタル領域の実際の厚さ／半径が得られる。

様々な材料、寸法、および動作条件は、単に例示的なものとして記載されているに過ぎず、別段の指定がない限り本発明の範囲を限定するものではない。

実施例Ｉ
この実施例では、このファイバ・プリフォームは直径１８．８ｍｍであり、線引きされたファイバは外径（ＯＤ）が１１９μｍまたは１２５μｍのどちらかであった。様々な半径方向の構成要素には、ＯＤが１２５μｍのファイバの場合、以下の表１に示すように、外側クラッド領域に関する厚さ／半径および屈折率差（Δｎ）があった。

２つのファイバを、以下の表２に示すように、そのカットオフ波長、（曲げ半径５ｍｍ、および波長１６５０ｎｍにおける）曲げ損失、および（波長１５５０ｎｍにおける）ＭＦＤに関して特徴づけた。

外径１２５μｍのファイバは、比較的高いカットオフ（カットオフ波長１５０５ｎｍ、信号波長１５５３ｎｍ）にも関わらず、ＣＡＴＶの予備試験中に障害となることはなかった。

この場合、不等式（１０）で与えられる条件ｒ_ｂｅｎｄ＞ｒ_ｃｒｉｔは以下の通り満たされる。定数ｃ＝０．８〜１．０の値に応じて、ｒ_ｃｒｉｔは、４．６〜５．８ｍｍの範囲にあるように計算される。より良好な推定値ｃ＝０．８を使用すると、ｒ_ｃｒｉｔ＝４．６ｍｍが得られる。より良好な推定値ｃ＝０．８を使用すると、ｒ_ｃｒｉｔ＝４．６ｍｍが得られる。予想通り、ｒ_ｂｅｎｄを約５ｍｍより小さくしたとき、このファイバの性能が急速に低下した。（係数値ｃ＝０．８は、当技術分野で周知の応力修正を含むのでより良好である。）

実施例Ｉのファイバは、不等式（６）によって定義される条件を満たしていないことに留意されたい。しかし、実施例ＩＩはその条件を満たし、一部その改善された性能を示している。

実施例ＩＩ
この実施例では、ファイバ・プリフォームの直径は１９ｍｍであり、線引きされたファイバの外径（ＯＤ）は１２５μｍであった。様々な半径方向の構成要素には、以下の表３に示すように、外側クラッド領域に関する厚さ／半径および屈折率差（Δｎ）があった。

このファイバを、以下の通り、そのカットオフ波長、（曲げ半径６．２５ｍｍ、および波長１５５０ｎｍにおける）曲げ損失１ｄＢ／ｍ、および（それぞれ波長１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍにおける）ＭＦＤ８．６μｍおよび９．２μｍに関して特徴づけた。

このファイバのカットオフは、実施例Ｉのいずれかのファイバよりもかなり低い、ＩＴＵ−２ｍ測定法によって決められた１３０４ｎｍであった。現在、一部の顧客は、より大きいＭＦＤおよび／または１２６０ｎｍより低いカットオフを必要としているが、それは曲げ損失を犠牲にすることによって得ることができる。以下の実施例ＩＩＩはそのようなファイバ設計を扱う。

１３２０ｎｍにおいて、このファイバは、１３１０ｎｍにおける８．６μｍより大きいというＩＴＵ Ｇ．６５２のＭＦＤの要件に対してひけを取らない。

このファイバはまた、Ｃバンドにおいて無視できるほどのＭＰＩ（多重経路干渉）を示した。

ドーパント拡散を伴う接合：１５５０ｎｍにおいて＜０．５ｄＢ／接合。

コネクタ接続：０．０５ｄＢ＜過剰損失＜０．１ｄＢ。この過剰損失は、採用されたコネクタ接続技術／設計によってもたらされた損失に起因すると思われる。

実施例ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ
この一連の実施例は、本発明のいくつかの異なる実施形態を例示している。実施例ＩＩＩ−デュアル・トレンチの（図１Ｂに類似した）リング設計を有し、内側と外側のトレンチ領域が両方とも比較的深く、本質的に同じ屈折率の深さを有するファイバ。実施例ＩＶ−デュアル・トレンチの（図１Ｂに類似した）リング設計を有し、内側と外側のトレンチ領域が両方とも比較的深いが、内側トレンチ領域が外側トレンチ領域より深い非常に高性能なファイバ。実施例Ｖ−デュアル・トレンチの（図１Ｃに類似した）リング設計を有し、外側トレンチ領域が内側トレンチ領域よりはるかに浅いファイバ。実施例ＩＩＩ〜実施例Ｖは、より具体的には、以下の表４に示す屈折率プロファイル・パラメータで定義される。

実施例ＩＩＩおよび実施例ＩＶのパラメータに基づくファイバが製作され測定されており、それにより以下の表５に示す光特性が得られる。

本デュアル・トレンチのリング・ファイバにより、広範な新しい設計ストラテジーが表されており、本発明者らは、このようないくつかのファイバを設計して、異なる応用例の要件に適応させ、それによりそれぞれが従来の設計ストラテジーに勝って大幅に性能が向上することが実証された。２つのファイバ（実施例ＩＩＩおよび実施例ＩＶ）での測定された特性が、表５に示され、カットオフと曲げ損失との間のトレードオフを例示している。ケーブル測定は、（４．８ｍｍケーブルの曲げ半径が、７．１ｍｍファイバの曲げ半径に相当するように）外径４．７ｍｍを有する標準ライザ定格コードで実施した。ファイバＩＶは、曲げ損失がより低かったと共に、ＭＦＤ要件（８．６μｍ）およびＧ．６５２標準のケーブルのカットオフ要件（１２６０ｎｍ）を満たす。この曲げ損失は、非常に低く（＜０．０７ｄＢ／ｔｕｒｎ）、さらに（むき出しのファイバ径１０ｍｍに相当するケーブルに対して）５ｍｍマンドレル径まで下がった。さらに激しい曲げでは、長期にわたって機械的信頼性が問題となる可能性があり、そのため従来技術［例えば、Ｋ． Ｈｉｍｅｎｏら、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．、Ｖｏｌ． ２３、ｐ．３４９４ （２００５）］によるいくつかの設計の曲げ敏感性を極端に低くしたことは、ほとんど利点を示さないであろう。しかし、（標準の２２ｍ測定ではなく）短い２ｍ長のファイバでケーブルのカットオフを測定した場合、１２６０ｎｍ以下のカットオフを維持するには、ＨＯＭ損失はファイバＩＶでは不十分である。

これは、曲げ損失の低いファイバ用の測定方法および測定基準を考え直す必要性を強調しており、すなわち、Ｇ．６５２カットオフ要件を満たすファイバは、それでもやはり、短い長さのジャンパを使用した場合、かなりの多重経路干渉（ＭＰＩ）を受ける可能性がある。この問題は、デュアル・トレンチのリング・ファイバに特有ではなく、多くの設計では単一トレンチ（しかし、リングではない）の場合、またはホール補助の場合にも起きる。

ファイバＩＩＩには、より高い曲げ損失が幾分存在したが、２ｍケーブルではるかに優れたカットオフが存在した。これは、約１３００ｎｍの伝送波長において、さらに短いジャンパでもＭＰＩの問題が存在しないはずであることを示すものである。それは、より大きいＭＦＤにも存在した。本発明者らは、Ｆｕｊｉｋｕｒａ ＦＳＭ−３０Ｓでの標準接合プログラムを使用して、このファイバを標準ＳＭＦに接合したとき、１５５０ｎｍで０．１ｄＢ以下の典型的な接合損失を測定した。両ファイバでの減衰は１５５０ｎｍで０．２０ｄＢ／ｋｍ未満であった。

図９に示すように、シミュレートされた本デュアル・トレンチのリング・ファイバの性能を、他の設計ストラテジーと比較するために、本発明者らは、従来のデュプレスト内側クラッド固体ファイバ（線９１の上にあるデータ点のほとんどすべて）、リングのない固体単一トレンチ・ファイバ（線９１と９２の間のデータ点のほとんどすべて、および線９１の上の少数）、および本発明の一実施形態によるデュアル・トレンチのリング・ファイバ（線９２と９３の間のデータ点のほとんどすべて、線９２の上の少数、および線９３の下の少数）の設計スペースにおいて多くのファイバを通じて細かく調べた。本発明者らが比較したすべての設計には、同じ波長（１３６５ｎｍ）での（図８の線８３でカットオフとして定められた）２０ｄＢ／ｍと交差したＨＯＭ損失が存在しており、したがってそれぞれの性能を、（ファイバの曲げ径を１５ｍｍと仮定して、波長１５５０ｎｍにおける）曲げ損失と（波長１３００ｎｍにおける）ＭＦＤの関係を単一点でプロットしてまとめることができた。破線９１、９２、９３は、３つのファイバそれぞれのタイプに対して、より低い曲げ損失の境界となる線を描いている。垂直の矢印９４、９５は、デュプレスト内側クラッド設計と、一方では（ｉ）リングのない単一トレンチ設計（矢印９４）との間で、また（ｉｉ）他方では本発明のデュアル・トレンチのリング設計（矢印９５）との間で得られる曲げ損失の境界を改善することを強調している。詳細は、曲げ径およびＨＯＭ損失の制約に依存する。この特定の比較において、このデータから、本デュアル・トレンチのリング設計は従来の（デュプレスト内側クラッドの）低い曲げ損失のストラテジーと比較して曲げ損失が１０倍改善され、リングのない従来の単一トレンチ設計に勝ってかなり改善されることを示したことが分かる。公知の１次元および２次元の限定された異なるモード解析法を使用して、シミュレーションを行った。

要約すれば、様々な実施例は、本発明のデュアル・トレンチのリング設計の一般的なファイバ設計ストラテジーに、どのように、相反する要件（低い曲げ損失、短いカットオフなど）の異なる優先順位付けを適用できるのかを例示している。したがって、実施例ＩＩＩは、標準設計手法よりはるかに低い曲げ損失を得ながら、非常に良好なＭＦＤおよび非常に良好なＨＯＭ抑制を有する設計を例示している。２ｍ長で測定されたカットオフが低いということから、このファイバは、ＭＰＩ要件を厳しくした状態で、長さの短い応用例と適合するはずであることが分かる。一方、実施例ＩＶには、ＭＦＤおよび２ｍカットオフである程度犠牲にした実施例ＩＩＩより低い曲げ損失がおよそ２〜３倍ある。このファイバは、曲げ要件を厳しくした状態の応用例に望ましいものとすることができるが、そこで短い長さの部分でのＭＰＩは重要な問題ではない。上記で述べたように、実施例Ｖは、図１Ｃの薄い外側トレンチのストラテジーを例示している。シミュレーションは、この設計により、１５５０ｎｍで約０．１ｄＢ／ｔｕｒｎの曲げ損失、１３ｍｍのＤ_ｂｅｎｄ、約９．０μｍのＭＦＤ、および実施例ＩＩＩおよび実施例ＩＶに匹敵するカットオフが得られるはずであることを示している。

上記の構成は、単に多くの考えられる具体的な実施形態の例示的なものに過ぎず、その実施形態は、本発明の原理の応用を表すために考案することができることを理解されたい。多くの他の様々な構成は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者であればこれらの原理に従って考案することができる。

具体的には、本発明者らは、上記で様々なファイバの寸法が、どのように、リング・モードの閉じ込め損失に影響を及ぼしているか、したがって環状領域からコア領域中に戻されて結合した光エネルギーの量を低減しているかを説明したが、例えば吸収、散乱、ファイバ曲げ、モード結合、または利得によって同じ結果を得る他の方法があることは当業者には明らかになるであろう。さらに、これらの技術は、別々にまたは互いに組み合わせて使用することができる。

さらに、図７に、本アクセス・ファイバの極めて一般化された例示的な用途を示す。ここでは、入力ファイバ（例えば、標準ＳＭＦ７０）が、光源７２（例えば、伝送システム）から設備７４（例えば、企業または自宅を収容するビルディング）へ光信号を搬送する。例示的に、ＳＭＦ７０はアクセス・ファイバ７６に接合されるが、このファイバは設備内に配置されるか、または設備と関連付けられた利用機器または装置７８に信号を搬送する。ＳＭＦ７０およびアクセス・ファイバ７６は例示的に、接続箱７７に互いに接合され、この箱は一般に、設備７４の内部または外部の壁７４．１に配置される。しかし、この接続箱は、設備内の他の場所またはその外側に配置することができる。いずれの場合も、アクセス・ファイバ７６は一般に、装置７８への直線経路はない。むしろ、アクセス・ファイバは１つまたは複数の障害物７９を避けなければならないことが多く、そのことは、アクセス・ファイバが少なくとも１つの曲がったセグメントまたは区間７６．１を大抵の場合有することを意味する。これまで述べたように、このように曲がった区間は、ファイバの曲げ半径が約４〜１５ｍｍである密な曲がりを有する場合がある。本アクセス・ファイバのモード整合の特徴により、アクセス・ファイバをＳＭＦに効率的に接合し、同時に過剰な曲げ損失を受けることなく、障害物の周りで曲げることが可能になる。別法として、ＳＭＦ７０を出力ファイバ、または入力と出力の両方のファイバとしてもよい。したがって、一般にＳＭＦ７０は入出力ファイバと呼ばれることもある。

もちろん、当業者であれば、曲がったセグメントまたは区間７６．１を設備７４の外側に配置することができることも容易に分かるであろう。

最後に、本発明者らはアクセスの適用分野において本ファイバを使用することを強調してきたが、これらのファイバの曲げ敏感性が低減されることにより、それらが、例えばセンサまたは車両（例えば、自動車、航空機、列車、船舶）での使用に魅力的なものとなることも当業者には明らかになるであろう。

Claims (33)

1. 長手方向軸を有するコア領域と、
   前記コア領域を取り囲むクラッド領域とを備える光ファイバであって、前記コア領域および前記クラッド領域が、前記コア領域において前記軸の方向に基本横モードでの信号光の伝播をサポートし導くように構成され、
   前記クラッド領域が、
   外側クラッド領域と、
   前記外側クラッド領域の屈折率より高く、前記コア領域の屈折率に匹敵する屈折率を有するペデスタル領域と、
   前記コア領域と前記ペデスタル領域との間に配置され、前記外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状内側トレンチ領域とを含み、
   前記ペデスタル領域が、前記ペデスタル領域の少なくとも１つの横モードに前記コア領域の他の少なくとも１つの横モードを共振的に結合するように構成されている、光ファイバ。
2. 前記ペデスタル領域と前記外側クラッド領域との間に配置され、前記外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状外側トレンチ領域をさらに含む、請求項１に記載のファイバ。
3. 前記外側クラッドが、前記ファイバの最も長い信号波長において前記基本モードの有効屈折率より低い屈折率を有する、請求項１に記載のファイバ。
4. 前記外側クラッドの屈折率が、前記基本モードの前記有効屈折率よりも少なくとも約０．００１低い、請求項３に記載のファイバ。
5. 前記コア領域および前記ペデスタル領域の屈折率が、互いに約０．００３以内である、請求項１に記載のファイバ。
6. 前記コア領域と前記内側トレンチ領域の間の屈折率差が、約０．００７より大きい、請求項１に記載のファイバ。
7. 前記コア領域と前記トレンチ領域の少なくとも１つの領域の間の屈折率差が、約０．００８〜０．０２０の範囲にある、請求項２に記載のファイバ。
8. 前記コア領域と前記内側トレンチ領域の間の屈折率差が、約０．０１０〜０．０２０の範囲にある、請求項７に記載のファイバ。
9. 前記ペデスタル領域の半径方向の厚さが、約１〜４μｍである、請求項１に記載のファイバ。
10. 前記外側クラッド領域と前記外側トレンチ領域の間の境界が、半径約１７〜３０μｍの位置にある、請求項２に記載のファイバ。
11. 前記コア領域と前記外側クラッド領域の間の屈折率差が、約０．００３〜０．００６の範囲にある、請求項１に記載のファイバ。
12. 前記内側トレンチ領域および前記外側トレンチ領域が、ほぼ同じモード閉じ込め量をもたらす、請求項２に記載のファイバ。
13. ０．５＜［（ｎ_ｔｒｉ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒｉ］／［（ｎ_ｔｒｏ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒｏ］＜２．０であり、ただし、ｎ_ｏｕｔが前記外側クラッドの屈折率であり、ｎ_ｔｒｉが前記内側トレンチの屈折率であり、ｎ_ｔｒｏが前記外側トレンチの屈折率であり、ｔ_ｔｒｉが前記内側トレンチの厚さであり、ｔ_ｔｒｏが前記外側トレンチの厚さである、請求項１２に記載のファイバ。
14. 前記コア領域の幅および前記コア領域の屈折率が、前記基本モードを導くように構成されており、前記ファイバの動作波長約１３００ｎｍでモード・フィールド断面積約５５〜７０μｍ^２を有し、前記ファイバの動作波長約１５５０ｎｍの範囲でモード・フィールド断面積約７０〜９０μｍ^２を有している、請求項１に記載のファイバ。
15. 前記コア領域の前記他の横モードの有効屈折率、および前記ペデスタル領域の前記横モードの有効屈折率が、互いに本質的に等しい、請求項１に記載のファイバ。
16. 前記ペデスタル領域が、前記ペデスタル領域の横モードに前記コア領域の高次横モードを共振的に結合するように構成されている、請求項１に記載のファイバ。
17. 前記コア領域および前記ペデスタル領域が、前記ペデスタル領域から前記コア領域中へ光エネルギーが流れるのを抑えるように構成されている、請求項１に記載のファイバ。
18. 前記ペデスタル領域が、前記ペデスタル領域モードで損失をもたらすように構成されている、請求項１７に記載のファイバ。
19. 前記ファイバが、ある波長範囲にわたって動作するように構成され、前記コア領域および前記ペデスタル領域の前記共振的横モードの有効屈折率が、前記範囲内の様々な波長において本質的に等しい、請求項１に記載のファイバ。
20. 前記ペデスタル領域が、前記ペデスタル領域の少なくとも１つの横モードに前記コア領域の複数の横モードを共振的に結合するように構成されている、請求項１に記載のファイバ。
21. アクセスされる設備へ／アクセスされる設備から信号光を搬送するためのシングル・モードの光入出力ファイバと、
    前記設備と関連付けられた利用機器と、
    前記利用機器に前記入出力ファイバを結合するための、請求項１に記載のアクセス・ファイバとを備え、前記アクセス・ファイバが、前記入出力ファイバのモード・フィールド断面積に本質的に等しいモード・フィールド断面積を有するように構成されている、アクセス・システム。
22. 前記アクセス・ファイバが、ｃｎ_ｐｅｄｒ_ｐｅｄ／Δｎ_ｍｏｄｅで与えられる臨界半径より大きい曲げ半径を有する少なくとも１つの曲がったファイバ・セグメントを含み、ただし、ｃが約０．８〜１．０の範囲の定数であり、ｎ_ｐｅｄが前記の屈折率である、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記外側トレンチが、比較的浅くなっており、前記外側トレンチの屈折率が、前記外側クラッドの屈折率の０．００２０以内である、請求項１に記載のファイバ。
24. 内側コア領域と前記内側コア領域を取り囲む環状外側コア領域とを含み、長手方向軸を有するコア領域であって、前記内側コア領域が約８〜１０μｍの範囲の半径方向の幅を有し、前記外側コア領域の屈折率が前記内側コア領域の屈折率より低く、前記外側コア領域の半径方向の厚さが前記内側コア領域の幅より狭く、約１〜５μｍの範囲にあり、前記内側コア領域と前記外側コア領域の間の屈折率差が約０．００３〜０．００７の範囲にある、コア領域と、
    前記コア領域を取り囲むクラッド領域と
    を備える光ファイバであって、前記コア領域および前記クラッド領域が、前記コア領域において前記軸の方向に基本横モードでの信号光の伝播をサポートし導くように構成され、
    前記クラッド領域が、
    前記コア領域の屈折率より低い屈折率を有する外側クラッド領域であって、前記コア領域と前記外側クラッド領域の間の屈折率差が約０．００３〜０．００７であり、前記外側クラッド領域および前記外側コア領域の屈折率が互いに約０．００２以内である、外側クラッド領域と、
    半径方向の厚さが約１〜４μｍであり、屈折率が前記コア領域と互いに約０．００３以内にある環状ペデスタル領域と、
    前記コア領域と前記ペデスタル領域の間に配置され、前記外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状内側トレンチ領域と、
    前記ペデスタル領域と前記外側クラッド領域の間に配置され、前記外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有しており、前記コア領域と前記トレンチ領域の少なくとも１つの領域の間の屈折率差が約０．００７より大きく、前記外側クラッド領域と前記外側トレンチ領域の間の境界が、約１７〜２３μｍの半径ｒ_ｏｕｔの位置にある、環状外側トレンチ領域と
    を含み、
    前記ペデスタル領域が、前記ペデスタル領域の少なくとも１つの横モードに前記コア領域の他の少なくとも１つの横モードを共振的に結合するように構成されている、光ファイバ。
25. ０．５＜［（ｎ_ｔｒｉ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒｉ］／［（ｎ_ｔｒｏ−ｎ_ｏｕｔ）ｔ_ｔｒｏ］＜２．０であり、ただし、ｎ_ｏｕｔが前記外側クラッドの屈折率であり、ｎ_ｔｒｉが前記内側トレンチの屈折率であり、ｎ_ｔｒｏが前記外側トレンチの屈折率であり、ｔ_ｔｒｉが前記内側トレンチの厚さであり、ｔ_ｔｒｏが前記外側トレンチの厚さである、請求項３３に記載のファイバ。
26. アクセスされる設備へ／アクセスされる設備から信号光を搬送するためのシングル・モードの光入出力ファイバと、
    前記設備と関連付けられた利用機器と、
    前記利用機器に前記入出力ファイバを結合するための、請求項３３に記載のアクセス・ファイバとを備え、前記アクセス・ファイバが、前記入出力ファイバのモード・フィールド断面積に本質的に等しいモード・フィールド断面積を有するように構成されている、アクセス・システム。
27. 前記アクセス・ファイバが、ｃｎ_ｐｅｄｒ_ｐｅｄ／Δｎ_ｍｏｄｅで与えられる臨界半径より大きい曲げ半径を有する少なくとも１つの曲がったファイバ・セグメントを含み、ただし、ｃが約０．８〜１．０の範囲の定数であり、ｎ_ｐｅｄが前記ペデスタル領域の屈折率であり、ｒ_ｐｅｄが前記ペデスタル領域の半径であり、Δｎ_ｍｏｄｅが前記コア領域の前記基本横モードと一次横モードの間の有効屈折率差である、請求項３５に記載のシステム。
28. 前記曲げ半径が、約４〜１５ｍｍの範囲にある、請求項３６に記載のシステム。
29. アクセスされる設備へ／アクセスされる設備から信号光を搬送するためのシングル・モードの光入出力ファイバと、
    前記設備内に配置された利用機器と、
    前記利用機器に前記入出力ファイバを結合するためのアクセス・ファイバであって、前記入出力ファイバのモード・フィールド断面積に本質的に等しいモード・フィールド断面積を有するように構成されているアクセス・ファイバと
    を備えるアクセス・システムであって、前記アクセス・ファイバが、
    長手方向軸を有するコア領域と、
    前記コア領域を取り囲むクラッド領域とを備え、前記コア領域および前記クラッド領域が、前記コア領域において前記軸の方向に基本横モードでの信号光の伝播をサポートし導くように構成されており、
    前記クラッド領域が、
    外側クラッド領域と、
    前記外側クラッド領域の屈折率より高く、前記コア領域の屈折率に匹敵する屈折率を有するペデスタル領域と、
    前記コア領域と前記ペデスタル領域との間に配置され、前記外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状内側トレンチ領域とを含み、
    前記ペデスタル領域が、前記ペデスタル領域の少なくとも１つの横モードに前記コア領域の他の少なくとも１つの横モードを共振的に結合するように構成されている、アクセス・システム。
30. 前記アクセス・ファイバが、前記ペデスタル領域と前記外側クラッド領域の間に配置され、前記外側クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する環状外側トレンチ領域をさらに含む、請求項３８に記載のシステム。
31. 前記アクセス・ファイバが、約４〜１５ｍｍの範囲の曲げ半径を有し、約１５５０〜１６５０ｎｍの範囲の波長において約１ｄＢ／ｍより低い曲げ損失を有する少なくとも１つの曲がったファイバ・セグメントを含む、請求項３８に記載のシステム。
32. 前記トレンチ領域および前記ペデスタル領域のうち少なくとも一方が、前記少なくとも１つのトレンチ領域の屈折率を変化させる局在化したフィーチャを含む、請求項３８に記載のファイバ。
33. 前記フィーチャが、屈折率を低くする局在化した空気孔、および屈折率を高くする局在化した介在物からなる群から選択される、請求項４１に記載のファイバ。

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