JP2012098722A - 曲げ損失の影響を受けないマルチモード光ファイバ - Google Patents

曲げ損失の影響を受けないマルチモード光ファイバ Download PDF

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Abstract

【課題】曲げによって光信号が劣化されない伝送を可能にし、大きな体積の溝に関連する不利点を持たないマルチモード光ファイバを提供すること。
【解決手段】本発明は、複数のマルチモード光ファイバから、個別のモーダル帯域幅が、ファイバが受ける曲げによって決まる１つまたは複数のマルチモード光ファイバを選択する方法を提供する。各ファイバに対して、方法は、下記のステップ：
ファイバが曲げられないときの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを決定するステップ１００と、
ファイバが曲げられるときの第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷを決定するステップ１０１と、
前記第２の値ｂＢＷが帯域幅の閾値Ａを超えるファイバを選択するステップ１０２と
を含み、前記閾値Ａは、第１の値ＢＷより大きく、かつ、前記第１のモーダル帯域幅の値ＢＷおよび所定の曲げ損失の値ＢＬの関数である。
【選択図】図１０

Description

本発明は、光ファイバによる伝送の分野に関し、より詳細には、曲げ損失の影響を受けないマルチモード光ファイバに関する。
光ファイバ（またはファイバ）は、従来、光信号を伝送し、また任意選択で増幅する機能を有する光コアと、光信号をコア内に閉じ込める機能を有する光クラッドとから作られる。このため、コアの屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）（または屈折率（ｉｎｄｅｘ））ｎｃおよびクラッドの屈折率ｎｇは、ｎｃ＞ｎｇのようになる。
用語「屈折率プロファイル（ｉｎｄｅｘ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、屈折率を光ファイバの半径と関係づける関数のグラフを意味する。従来、光ファイバの中心からの距離が、横座標に沿ってプロットされ、光ファイバコアの屈折率と光ファイバクラッドの屈折率との間の差が、縦座標の上にプロットされる。屈折率プロファイルは、一般に、その形状の関数として説明される。したがって、用語「ステップ」、「台形」、「三角形」、または「アルファ」が、それぞれステップ形、台形、三角形、またはグレーデッド（ｇｒａｄｅｄ）である形状を示すグラフに対する屈折率プロファイルを説明するために使用される。これらの曲線は、光ファイバに対する理論的プロファイルまたは設計プロファイルを表わすものであり、ファイバ製造上の制約が、わずかに異なるプロファイルに導く可能性がある。
マルチモードファイバおよびシングルモードファイバ（ｍｏｎｏｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ）の２つの主たる種類の光ファイバが存在する。マルチモードファイバでは、所与の波長に対して、複数の光モードが光ファイバに沿って同時に伝播するのに対して、シングルモードファイバでは、高次モードが強く減衰する。シングルモードまたはマルチモードの光ファイバの標準的な直径は、１２５マイクロメートル（μｍ）である。マルチモードファイバのコアは、通常、５０μｍまたは６２．５μｍの直径を有するのに対して、シングルモードファイバのコアは、一般に、約６μｍから９μｍの直径を有す。マルチモードシステムは、光源（ｓｏｕｒｃｅ）、コネクタ、および維持管理が安価であるので、シングルモードシステムより安価である。
一般に、マルチモードファイバは、ローカルネットワークなど、広帯域幅を要する短距離のアプリケーションに使用される。短距離のアプリケーションは、特に、光ファイバ間の互換性要件に対する帯域幅、開口数、およびコア径に関する基準（ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）を規定する、ＩＴＵ−Ｔ規格Ｇ．６５１．１のもとでの国際標準化の課題である。長距離（３００メートル（ｍ）まで）にわたる広帯域アプリケーション（通常、１０ギガビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）において）に対して、ＯＭ３規格が採用されてきた。広帯域アプリケーションの発展と共に、平均コア径は、６２．５μｍから５０μｍに移行した。
広帯域アプリケーションにおいて利用可能であるために、光ファイバは、できるだけ広い帯域幅を有すべきである。帯域幅は、所与の波長に対して、いくつかの方法で特性を示される。したがって、「全モード励振（ｏｖｅｒｆｉｌｌｅｄ ｌａｕｎｃｈ）」（ＯＦＬ）として知られる飽和入射（ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）条件下の帯域幅と、「実効伝送帯域幅（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｏｄａｌ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）」（ＥＭＢ）との間が、区別される。ＯＦＬ帯域幅を得ることは、光ファイバの半径方向断面全体にわたって一様な励起を示す光源、例えばレーザダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）、が使用されることが前提とされる。しかし、近年開発された、垂直キャビティ面発光レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ）（ＶＣＳＥＬ）として知られる、広帯域アプリケーションに使用される光源は、光ファイバの半径方向断面にわたって不均一（ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍ）（不均質（ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ））な励起を示す。この種類の光源に対して、ＯＦＬ帯域幅はあまり適切ではなく、実効伝送帯域幅ＥＭＢは光源による不均一な励起を可能にするため、ＥＭＢを使用することが好ましい。
計算された実効伝送帯域幅ＥＭＢｃは、使用される光源にかかわらず、マルチモードファイバの最小ＥＭＢを推定する。ＥＭＢｃは、分散モード遅延（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｍｏｄｅ ｄｅｌａｙ）（ＤＭＤ）の測定から、知られている方法で得られる。
図１は、２００２年１１月２２日版のＴＩＡ ＳＣＦＯ−６．６に公開されたＦＯＴＰ−２２０規格の基準を使用するＤＭＤ測定の原理を示す。本発明に対するＤＭＤ測定は、これらの基準を使用して実行されてきた。ＤＭＤグラフは、所与の波長λ０において、各逐次パルス間に半径方向オフセットを有する逐次的光パルス２１を光ファイバ２０に入射し、かつ、ファイバの所与の長さＬにわたる各パルスの遅延を測定することによって得られる。同じ光パルス２１が、マルチモード光ファイバのコアの中心２２に対して異なる半径方向オフセット２４で入射される。５０μｍの直径を有する光ファイバの特性を示すために、ＦＯＴＰ−２２０規格は、異なる半径方向オフセット毎に、２６個の個別の測定値が採取されることを要求する。それらの測定値に基づいて、知られている方法で、ＤＭＤのマップ２３（ＤＭＤグラフ）および計算された実効伝送帯域幅ＥＭＢｃの両方を推定することができる。
規格ＴＩＡ−４９２ＡＡＡＣ−Ａは、５０μｍの直径を有するマルチモードファイバに対して、長距離にわたる広帯域イーサネット（登録商標）伝送ネットワークのアプリケーションに要求される性能を規格化する。ＯＭ３規格は、１０Ｇｂ／ｓ（例えば、１０ギガビットイーサネット（ＧｂＥ））の速度で３００ｍまで、エラーフリー伝送を得るために、８５０ナノメートルの波長において２０００メガヘルツ−キロメートル（波長８５０ｎｍにおいて２０００ＭＨｚ．ｋｍ）以上のＥＭＢを保証する。ＯＭ４規格は、１０Ｇｂ／ｓ（１０ＧｂＥ）の速度で５５０ｍまで、エラーフリー伝送を得るために、波長８５０ｎｍにおいて４７００ＭＨｚ．ｋｍ以上のＥＭＢを保証する。
しかし、マルチモードファイバでは、帯域幅は、光ファイバに沿ったモード間の伝播時間差または群時間（ｇｒｏｕｐ ｔｉｍｅｓ）に起因する。特に、（ステップ屈折率（ｓｔｅｐ ｉｎｄｅｘ）マルチモードファイバにおける）所与の伝播媒質に対して、種々のモードが、異なる群時間を有する。
このことは、光ファイバに沿って伝播するパルス間に時間オフセットをもたらす。例えば、図１において、個別のパルスの間に時間オフセットを見ることができる。
このことは、結果として光パルスの広がりを引き起こし、そのパルスを後続のパルスに重畳し、それにより、光ファイバで伝送されうる速度を低下させるリスクを負う。それゆえ、帯域幅は、光ファイバのマルチモードのコア内を伝播する光モードの群時間に直結する。
広帯域幅を保証するために、所与の波長に対して、すべてのモードの群時間ができるだけ接近すること、好ましくは一致すること、すなわち、モード間のばらつき（多モード分散）がゼロであること、または少なくとも最小化されることを保証することが、必要である。
マルチモードファイバ内のモード間の分散を小さくするために、「アルファ」コアプロファイルを有するグレーデッド屈折率ファイバを生産する提言がなされてきた。そのような光ファイバは、長年の間、使用されており、その特性が、特に、「Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒｓ」、Ｄ．Ｇｌｏｇｅら、Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ、１９７３年、１５６３−１５７８頁に記載され、「Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ」、Ｇ．Ｙａｂｒｅ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０００年２月、Ｖｏｌ．１８、Ｎｏ．２、１６６−１７７頁に、要約されている。
グレーデッド屈折率プロファイルまたはアルファ屈折率プロファイル、− これら２つの用語は同義である −は、アルファ形の屈折率プロファイルすなわちグレーデッド屈折率を有する屈折率プロファイルである。これらのプロファイルは、ある点における屈折率の値ｎを、前記点の光ファイバの中心からの距離ｒの関数として与える関係：
Figure 2012098722
 によって定義されてよく、ここで、
α（アルファ）≧１；（屈折率ステップに対応してα→∞）；
ｎ１はマルチモードコアの最大屈折率；
ｒ１はマルチモードコアの半径；
および、
Figure 2012098722
 ここで、ｎ０は、一般にクラッド（通常、シリカで作られる）の屈折率に相当する、マルチモードコアの最小屈折率である。
したがって、グレーデッド屈折率のマルチモードファイバは、任意の半径方向に沿って、屈折率の値が、光ファイバの中心からその周辺に向かって連続的に減少するような、線対称のコアプロファイルを有す。そのようなグレーデッド屈折率のコアの中を、マルチモード光信号が伝播すると、種々のモードが、異なる伝播媒質に遭遇し、それにより、種々のマルチモード光信号の伝播速度に異なる影響を与える。したがって、パラメータαの値を調整することによって、すべてのモードに対して実質的に等しい群時間を得ることができ、それにより、低減されたモード間の分散を得ることができる。
しかし、実際に生産されるようなマルチモードファイバの屈折率プロファイル（またはプロファイル）は、一定の屈折率の外側クラッドで取り囲まれた、グレーデッド屈折率を有する中心コアを含む。したがって、マルチモードファイバのコアは、外側クラッドとの界面がアルファプロファイルを遮るので、完全なアルファプロファイルには、決して一致しない。外側クラッドは、低次モードに比べて高次モードを加速する。この現象は、クラッド効果（ｃｌａｄｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）として知られている。したがって、ＤＭＤ測定では、最大の半径方向オフセットに対して得られた応答は、多重パルスを有し、結果として、同時に発散する応答を生じる。帯域幅は、このクラッド効果によって、必然的に引き下げられる。
短距離にわたって、例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）の中で使用されるとき、広帯域幅のマルチモードファイバは、偶発的な曲げに受ける可能性がある。そのような曲げは、信号の減衰を誘発し、それにより、信号対ノイズ比を劣化させる。それゆえ、曲げの影響を受けないマルチモードファイバを設計することが有益である。
１つの解法は、１０ ＧｂＥ光源を使用し、曲げの影響を受けない伝送を可能にする、光ファイバへの入射条件を適用することである。しかし、その解法は、必ずしもそのような光源を選択できるとは限らないという制約を有する。
米国特許出願公開第２００８／０１６６０９４号および国際公開第２００８／０８５８５１号の文献が、曲げ損失を低減または除去するために、埋め込み溝が光ファイバのクラッドに付加されたマルチモードファイバを記載している。光ファイバが受ける曲げは、信号の減衰をなんら発生させない。しかし、溝の位置および深さは、帯域幅を劣化させないように、注意深く選択されるべきである。
Ｄ．Ｍｏｌｉｎらによる、「Ｌｏｗ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｒｅｇｕｌａｒ ＯＭ３／ＯＭ４ ｉｎ １０ ＧｂＥ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」の文献は、光ファイバを含むシステムに対して、実効伝送帯域幅によって決まるシステムマージンＭを定義する。システムマージンＭは、光ファイバ内のモード分散、または所与のモーダル帯域幅に対する高次モードの時間シフト（ｔｉｍｅ ｓｈｉｆｔ）によって引き起こされる入射信号の光エネルギーの損失の特性を示す。文献は、モーダル帯域幅が、光ファイバを曲げることによって拡大され、それにより、システムマージンＭが改善される光ファイバを開示する。しかし、この文献は、曲げの影響を受けない光ファイバを記載していない。
欧州特許出願公開第２１６６３８６号の文献は、曲げの影響を受けない、埋め込み溝を含むマルチモード光ファイバを記載する。その光ファイバは、すべてのモードが曲げに耐性を有すので、光ファイバが受ける曲げによって変化しない帯域幅を有す。しかし、曲げに対する非感受性は、大きな溝体積を有する光ファイバに際して得られる。大きな溝体積は、光ファイバへの有害な影響を含意する。広い溝を得るために大量のドーパントが必要であり、そのことが、光ファイバの作製を複雑にする。さらに、溝は、帯域幅に干渉し、漏れモードを導き、それにより、伝送される信号の品質を引き下げる。それらの影響は、高度に複雑な光ファイバプロファイルによってのみ、相殺されうる。
米国特許出願公開第２００９／００１０５９６号の文献は、曲げの影響を受けない伝送を達成するために、高次モードがフィルタで除去されるマルチモードファイバを記載する。しかし、曲げ損失をフィルタで除去することは、伝送される光信号の品質を損なうことにつながる可能性がある。
米国特許出願公開第２００８／０１６６０９４号明細書 国際公開第２００８／０８５８５１号 欧州特許出願公開第２１６６３８６号明細書 米国特許出願公開第２００９／００１０５９６号明細書
「Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒｓ」、Ｄ．Ｇｌｏｂｅら、Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ、１９７３年、１５６３−１５７８頁 「Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ」、Ｇ．Ｙａｂｒｅ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０００年２月、Ｖｏｌ．１８、Ｎｏ．２、１６６−１７７頁 「Ｌｏｗ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｒｅｇｕｌａｒ ＯＭ３／ＯＭ４ ｉｎ １０ ＧｂＥ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｄ．Ｍｏｌｉｎら
それゆえ、曲げが光信号を劣化させることのない伝送を可能にし、大きな体積の溝に関連する不利点を持たないマルチモード光ファイバが、必要とされる。
このため、本発明は、複数のマルチモード光ファイバから、個別のモーダル帯域幅が、光ファイバが受ける曲げによって決まる１つまたは複数のマルチモード光ファイバを選択する方法であって：
各光ファイバに対して存在する、
光ファイバが曲げられない（言い換えれば曲げに受けない）ときの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを測定するステップと、
光ファイバが曲げられる（言い換えれば曲げに受ける）ときの第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷを測定するステップと、
前記第２の値ｂＢＷが帯域幅の閾値Ａを超える光ファイバを選択するステップと
を含み、前記閾値Ａが、第１の値ＢＷより大であり、
前記第１のモーダル帯域幅の値ＢＷと、
所定の曲げ損失の値ＢＬと
の関数である、方法を提供する。
一実施形態では、前記第１の値ＢＷを測定するステップが：
光ファイバが曲げられないときの光ファイバに対して分散モード遅延（ＤＭＤ）測定を実行するステップと、
光ファイバが曲げられないときに対応する係数を使用して、前記ＤＭＤ測定値を重み付けするステップと
を含み、
前記第２の値ｂＢＷを測定するステップが、光ファイバが曲げられるときに対応する係数で前記ＤＭＤ測定値を重み付けするステップからなる。
一実施形態では、前記帯域幅の閾値Ａが、下式：
Figure 2012098722
 を満足し、ここで：
Ａは、前記帯域幅の閾値であり、
ＢＷは、光ファイバが曲げられないときの光ファイバの第１のモーダル帯域幅の値であり、
ＢＬは、前記所定の曲げ損失の値であり、
Ｄは、光ファイバが曲げられないときの光ファイバの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷの関数である値であり、
αは、定数である。
一実施形態では、値Ｄは、下式：
Figure 2012098722
 を満足し、ここで、Ｆは定数である。
一実施形態では、定数Ｆは２×１０８に等しい。
一実施形態では、定数αは２．４に等しい。
一実施形態では、方法は、第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを測定するステップの前に、前記複数の光ファイバから、光ファイバが曲げられるときの光ファイバの曲げ損失が所定の閾値を超える光ファイバを予め選択するステップをさらに含む。
一実施形態では、光ファイバが受ける曲げは、５ｍｍの半径の二巻きからなる。
一実施形態では、波長８５０ナノメートル（ｎｍ）における曲げ損失は、０．５デシベル（ｄＢ）より大きく、好ましくは０．８デシベル（ｄＢ）より大きい。
一実施形態では、方法は、第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを測定するステップの後に、光ファイバの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷが、波長８５０ｎｍにおいて３１５０ＭＨｚ．ｋｍより小さい光ファイバを選択するステップをさらに含む。
一実施形態では、前記帯域幅の閾値Ａは、波長８５０ｎｍにおいて４０００ＭＨｚ．ｋｍに等しい。
一実施形態では、前記帯域幅の閾値Ａは、波長８５０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ．ｋｍに等しい。
一実施形態では、前記帯域幅の閾値Ａは、波長８５０ｎｍにおいて６０００ＭＨｚ．ｋｍに等しい。
一実施形態では、モーダル帯域幅および曲げ損失は、それぞれ、実効伝送帯域幅および限定入射（ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）条件下の曲げ損失である。
一実施形態では、モーダル帯域幅および曲げ損失は、それぞれ、飽和入射条件下の帯域幅および飽和入射条件下の曲げ損失である。
また、本発明は：
半径ｒ１を有する中心コアと光クラッドと
を含み、光クラッドが：
中心コアに隣接し、半径ｒ２を有し、数学的にｒ２−ｒ１で表され、０．８μｍから５μｍの範囲にある、内側クラッドの半径ｒ２と中心コアの半径ｒ１との間の差を有する内側クラッドと、
内側クラッドに隣接し、かつ半径ｒ３と、下式
Figure 2012098722
 で与えられる−３０μｍから−２μｍの範囲の体積Ｖとを有し、ここで、Δｎｔは、半径ｒの関数としての、溝の外側クラッドに対する屈折率差であり、ｒは光ファイバの中心に対する半径方向距離に相当する、溝と
を含み、モーダル帯域幅が、光ファイバが受ける曲げに応じて決まる
マルチモード光ファイバであって、
光ファイバが曲げられるときのモーダル帯域幅の値ｂＢＷが、帯域幅の閾値Ａを超え、前記閾値Ａが、第１の値ＢＷを超え、かつ以下の：
光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値ＢＷと、
所定の曲げ損失の値ＢＬと
の関数であることを特徴とする、光ファイバも提供する。
一実施形態では、前記閾値Ａが、下式：
Figure 2012098722
 を満足し、ここで、
Ａは、前記帯域幅の閾値であり、
ＢＷは、光ファイバが曲げられないときの光ファイバのモーダル帯域幅の値であり、
ＢＬは、所定の曲げ損失の値であり、
Ｄは、光ファイバが曲げられないときの光ファイバのモーダル帯域幅の値ＢＷの関数である値であり、
αは、定数である。
一実施形態では、値Ｄは、下式：
Figure 2012098722
 を満足し、ここで、Ｆは定数である。
一実施形態では、定数Ｆは、２×１０８に等しい。
一実施形態では、定数αは、２．４に等しい。
一実施形態では、溝の体積Ｖは、−２０μｍから−１０μｍの範囲にある。
一実施形態では、内側クラッドの半径ｒ２と中心コアの半径ｒ１との間の差（すなわち、内側クラッドの幅）は、０．８μｍから２μｍの範囲にある。
一実施形態では、波長８５０ｎｍの信号に対して、５ミリメートル（ｍｍ）の曲げ半径で二巻きした光ファイバの曲げ損失は、０．５ｄＢより大きく、好ましくは０．８ｄＢより大きい。
一実施形態では、光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値ＢＷは、波長８５０ｎｍにおいて３１５０ＭＨｚ．ｋｍより小さい。
一実施形態では、５ミリメートル（ｍｍ）の曲げ半径で二巻きした光ファイバに対する、波長８５０ｎｍにおけるモーダル帯域幅の値ｂＢＷは、４０００ＭＨｚ．ｋｍより大きく、好ましくは５０００ＭＨｚ．ｋｍより大きく、さらに好ましくは６０００ＭＨｚ．ｋｍより大きい。
一実施形態では、モーダル帯域幅および曲げ損失は、それぞれ、実効伝送帯域幅および限定入射条件下の曲げ損失である。
一実施形態では、モーダル帯域幅および曲げ損失は、それぞれ、飽和入射条件下の帯域幅および飽和入射条件下の曲げ損失である。
また、本発明は、光ファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）システムにおける伝送媒質として、本発明の光ファイバを使用することを提供する。
本発明の方法によって得られた光ファイバでは、光ファイバが曲げられるときのモーダル帯域幅の値（有効帯域幅（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）または飽和入射条件下の帯域幅）は、光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値および所定の曲げ損失の値の両方の関数である閾値を超える。
したがって、光ファイバが曲げられるときの光ファイバのモーダル帯域幅は、光ファイバの曲げ損失を補償するのに十分なだけ高い。言い換えれば、光ファイバが曲げられるならば、対応する曲げ損失は、パワーの減少を示唆する。しかし、曲げ損失は、モーダル帯域幅の拡大によって補償される。したがって、光ファイバによって伝送される信号の品質は、全体として、曲げ損失の影響を受けない。信号対ノイズ比は、全体として一定であるか、またはむしろ改善される。
本発明の他の特徴および利点は、例として与えられた本発明の実施形態の以下の説明を、添付の図面の参照しながら読めば、明らかとなる。
すでに説明した、ＤＭＤ測定の理論を示す図である。 マルチモード光ファイバを含むシステムの帯域幅の関数としてのシステムマージンを示すグラフである。 光ファイバが曲げられないときに、同じ光源によって放出され、異なる入射の半径方向オフセットを有する光ファイバを介して伝送される信号のパワー分布を、光ファイバの伝播モードの関数として示すグラフである。 光ファイバが曲げられないときに、異なる光源の例によって放出され、１つの光ファイバを介して伝送される信号のパワー分布を、伝播モードの関数として示すグラフである。 光ファイバが曲げられるときに、同じ光源によって放出され、異なる半径方向の入射オフセットを有する光ファイバを介して伝送された信号のパワー分布を、光ファイバの伝播モードの関数として示すグラフである。 光ファイバが曲げられるときに、図４と同様に同じ光源の例によって放出され、１つの光ファイバを介して伝送される信号のパワー分布を、伝播モードの関数として示すグラフである。 本発明の方法を使用する、選択された光ファイバに対して得られたＤＭＤ測定を示すグラフである。 本発明の方法を使用する、選択された別の光ファイバに対して得られたＤＭＤ測定を示すグラフである。 本発明の方法を使用する、選択されない光ファイバに対して得られたＤＭＤ測定を示すグラフである。 本発明の特定の一実施形態の方法のステップを示す流れ図である。 複合屈折率プロファイルを有する光ファイバの横断面の略図である。
マルチモード光ファイバを含む光システムによって伝送された信号の品質は、モーダル帯域幅を関数とする、光システムのシステムマージンＭによって定義されてよい。特に、３００ｍにわたって１０Ｇｂ／ｓのビットレートを有しマルチモードファイバを含む光リンクの帯域幅を関数とする、光システムのシステムマージンＭは、下式：
Figure 2012098722
 によって定義されてよく、ここで、ＢＰは、マルチモードファイバのモーダル帯域幅である。
システムマージンＭに対する上式は、ＩＥＥＥ Ｐ８０２．３ａｅ １０ Ｇｂ／ｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅによって開発された１０ Ｇｂ／ｓ Ｌｉｎｋ Ｂｕｄｇｅｔ Ｓｐｒｅａｄｓｈｅｅｔから得られる。
図２は、モーダル帯域幅を関数とする、３００ｍにわたって１０ＧｂＥのビットレートを有するリンクのシステムマージンＭにおける漸進的変化（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を示す。システムマージンＭは、デシベル（ｄＢ）で表現される。モーダル帯域幅は、ＭＨｚ．ｋｍで表現される。システムマージンＭが高いほど、伝送される信号の品質はよくなる。言い換えれば、マージンが高いほど、帯域幅に関連する信号の減衰は小さくなる。
システムマージンは、モーダル帯域幅と共に、横ばい状態（ｐｌａｔｅａｕ）にいたるまで上昇する：０ＭＨｚ．ｋｍから約６０００ＭＨｚ．ｋｍまでの範囲の帯域幅の値に対して、システムマージンは、約３ｄＢの値まで上昇し、その後、約６０００ＭＨｚ．ｋｍを超える帯域幅に対して、システムマージンは、３．１ｄＢの値でほぼ安定することが、図２に見られる。それゆえ、帯域幅を拡大することが、光ファイバ内を伝送される信号を改善することができる。
さらに、マルチモード光ファイバのモーダル帯域幅は、光ファイバの曲げの関数である可能性がある。帯域幅は、高次モードの時間シフトによって制限される可能性がある。光ファイバが曲げられるならば、時間シフトは変化しない。しかし、高次モードが減衰し、この状態において、帯域幅の拡大につながる。このことは、図３から図６によって明らかにされる。図３から図６に示される曲線は、８５０ｎｍの波長において得られた。
図３は、以下にＤＭＤパワー分布と呼ばれる、ＤＭＤ測定中に生み出された、異なる半径方向入射オフセットに対する種々のモード群におけるパワー分布を表す。パワーは、任意単位（ａ．ｕ．）で表現される。図３の曲線は、真っ直ぐな、曲げられない光ファイバで得られた。各曲線は、異なる半径方向入射オフセットに対して、同じ光源によって放出された信号に対して得られた。マルチモードファイバでは、伝送された信号の伝播モードが、モード群にまとめられる。各モード群は、主モード数または次数によって示される。図３は、光ファイバに固有の伝播モードの主モード数を、横座標軸上に示す。１５μｍから２５μｍの半径方向オフセットに対して、高次モードが、伝送される信号の大部分を構成することが分かる。これらの高次モードは、異なる伝播速度を有する可能性があり、仮に異なる伝播速度を有するならば、１５μｍから２５μｍの半径方向オフセットに対して得られたＤＭＤ測定値は、それゆえ、拡散信号（ｓｐｒｅａｄ ｓｉｇｎａｌ）を表わす。言い換えれば、光ファイバの高次モードの時間シフトは、無視することができず、光ファイバのモーダル帯域幅を減少させる。
特定の光源に対応するモードパワー分布が、ＤＭＤパワー分布から得られる。図４は、異なる光源の例（光源１、光源５、および光源１０）に対するモードパワー分布を示す。
これらのモードパワー分布は、図３の曲線の、重み付けされた合計から得られる。光源１が、伝送された信号を低次モードに集め、一方で、光源５に対して、信号の主要部が、高次モードにあることが分かる。光源は、パワーモード分布に関する限り同等ではない。光源５は、高次モードの時間シフトの影響をより受けやすく、そのことが、この光源５に対応するモーダル帯域幅を制限する可能性がある。
図５は、マルチモード光ファイバが曲げられるときの、言い換えればマルチモード光ファイバが曲げに受ける状態における、マルチモード光ファイバを介して伝送される信号のＤＭＤパワー分布を示す。図５に示される例では、光ファイバは、５ｍｍの曲げ半径で二巻きされている。信号は、異なる半径方向オフセットを有する同じ光源によって放出される。高次モードが強く減衰されることが分かる。このことは、入射の半径方向オフセットがより大きい信号が実質的に存在しないことを反映している。例えば、２０μｍから２５μｍの半径方向オフセットに対して、伝送される信号は、非常に弱い。それゆえ、曲げられた光ファイバでは、高次モードは、フィルタで取り除かれうる。したがって、モーダル帯域幅は、高次モードの時間シフトによる影響を受けない。
図６は、図４と同じ光源の例に対して、マルチモードファイバが５ｍｍの曲げ半径で二巻きされるときのモードパワー分布を示す。どの光源が使用されても、伝送される信号は、低次モードに集められることが分かる。光ファイバを曲げることで、１５より高い次数のモードが、フィルタで取り除かれる。高次モードがフィルタで取り除かれることで、光ファイバの時間応答における高次モードの比率は、大幅に縮小される。光ファイバの帯域幅を制限するものが、これらの高次モードのみであるならば、すなわち、その他のモードがすべて、ほぼ等しい群遅延時間を有するならば、モーダル帯域幅は、どの光源が使用されても拡大される。
したがって、帯域幅は、光ファイバが受ける曲げに応じて拡大されうる。したがって、システムマージンＭは、光ファイバが受ける曲げに応じて改善されうる。
したがって、光ファイバが曲げられるならば、モーダル帯域幅は、少なくとも部分的には、曲げ損失を補償するのに十分なだけ拡大されうる。
言い換えれば、光ファイバが鋭く曲げられるならば、そのモーダル帯域幅が変化し、このことが、光ファイバを含むシステムのシステムマージンＭの増加をもたらす。このシステムマージンＭの増加は、横ばい状態によって制限される。システムマージンＭの最大の増加が、補償されうる曲げ損失のバジェット（ｂｕｄｇｅｔ）に相当する。このバジェットが、実際に誘発される曲げ損失と比較される。
実際に誘発された曲げ損失がこのバジェットより大きいならば、曲げ損失は、部分的にのみ補償される。信号対ノイズ比が、低下する。
実際に誘発された曲げ損失がバジェットに等しいならば、曲げ損失は補償される。信号対ノイズ比は劣化せず、ほぼ一定のままである。
実際に誘発された曲げ損失がバジェットより小さいならば、曲げ損失は過大に補償される。システムの性能が、さらに改善される。信号対ノイズ比が、改善される。
本発明の方法は、一定のまたは改善された信号対ノイズ比を可能にする光ファイバを選択することを可能にする。図１０は、複数のマルチモード光ファイバから１つまたは複数のマルチモード光ファイバを選択するための、本発明の特定の一実施形態の方法の主なステップを示す。
本発明の方法は、光ファイバが曲げられないときに、各光ファイバに対して第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを測定するステップ１００を含む。光ファイバは、真っ直ぐに保たれるならば、曲げられない。例えば、光ファイバは、５０グラム（ｇ）より小さい張力が光ファイバに印加されながら、１００ｍｍより大きな曲げ半径を有するときに、真っ直ぐである。
次いで、方法は、光ファイバが曲げられるときに、各光ファイバに対して第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷを測定するステップ１０１を含む。曲げは、例えば、５ｍｍの半径の二巻きからなる。別の例では、曲げは、７．５ｍｍの半径の二巻きからなる。他の例では、曲げは、例えば、５ｍｍの半径の５回巻きからなる。他の例では、曲げは、例えば、７．５ｍｍの半径の５回巻きからなる。
次いで、方法は、第２の値ｂＢＷが帯域幅の閾値Ａを超える光ファイバを選択するステップ１０２を含む。閾値Ａは、第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを超える。閾値Ａは、所定の曲げ損失の値ＢＬによって決まる。値ＢＬはゼロより大であり、光ファイバが曲げられるときの、許容される最大曲げ損失に相当する。許容される最大曲げ損失ＢＬは、例えば、光ファイバが使用される光システムの仕様によって与えられる。言い換えれば、光ファイバが使用される光システムにおいて、光ファイバは、値ＢＬ以下の曲げ損失を有する。また、閾値Ａは、光ファイバが曲げられないとき、すなわち光ファイバが真っ直ぐに保たれるときの、光ファイバの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷによって決まる。
本発明の方法は、光ファイバが曲げられるとき、対応する曲げ損失が、モーダル帯域幅の拡大によって補償されるか、またはむしろ過大に補償される、光ファイバを決定することを可能にする。曲げ損失の補償は、光ファイバが曲げられるときの光ファイバのモーダル帯域幅ｂＢＷが、帯域幅の閾値Ａを超えるならば、可能である。
したがって、本発明の方法は、複数のマルチモード光ファイバから、光ファイバが曲げられると、モーダル帯域幅が、曲げ損失を補償するのに十分なだけ拡大されるマルチモード光ファイバを選択することを可能にする。
本発明の方法によって得られた光ファイバでは、光ファイバを介して伝送された信号の品質、すなわち信号の信号対ノイズ比は、全体として、曲げの影響を受けない。
本発明の特定の一実施形態の方法では、閾値Ａは、下式：
Figure 2012098722
 を満足し、ここで、
Ａは、前記帯域幅の閾値であり、
ＢＷは、光ファイバが曲げられないときの、光ファイバの第１のモーダル帯域幅の値であり、
ＢＬは、前記所定の曲げ損失の値であり、
Ｄは、光ファイバが曲げられないときの、光ファイバの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷの関数である値であり、
αは、定数である。
特定の一実施形態では、値Ｄは、下式：
Figure 2012098722
 を満足し、ここで、Ｆは定数である。
特に、閾値Ａは、ＩＥＥＥ Ｐ８０２．３ａｅ １０ Ｇｂ／ｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅによって開発された１０ Ｇｂ／ｓ Ｌｉｎｋ Ｂｕｄｇｅｔ Ｓｐｒｅａｄｓｈｅｅｔと、システムマージンの定義とから得られてよい。閾値Ａを得るこの特定の方法は、非限定的な例として提供されることに留意されたい。
光ファイバに対して許容される最大曲げ損失ＢＬを考慮に入れて、光ファイバが曲げられるときの、光ファイバを含むシステムのシステムマージンが、光ファイバが曲げられないときの、光ファイバを含むシステムのマージンより大きいならば、光ファイバを含むシステムは、曲げの影響を受けないものとみなされる。
したがって、本発明のこの実施形態では、本発明の光ファイバは、下記の条件：
Figure 2012098722
 を満足する。
したがって、複数の光ファイバから選択された光ファイバは、Ｆ＝２×１０８およびα＝２．４であるときに、第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷが閾値Ａを超えるならば、曲げの影響を受けない伝送を可能にする。
言い換えれば、本発明のこの実施形態では、複数の光ファイバから１つまたは複数の光ファイバを選択するステップ１０２は、第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷが下記の条件：
Figure 2012098722
 を満足するかどうかを決定するステップに存在する。
本発明の一実施形態では、モーダル帯域幅は、実効伝送帯域幅（ＥＭＢ）である。曲げ損失は、限定入射条件下の曲げ損失である。限定入射条件下でのモーダル帯域幅および曲げ損失を得ることは、光源が、光ファイバの半径方向断面にわたって不均一な励起をもたらす光システムにおいて、光ファイバが使用されるときに、とりわけ好適である。そのような光源の一例は、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。入射条件は、例えば、Ｇ．６５１．１規格で定義される入射条件である。
本発明の別の実施形態では、モーダル帯域幅は、飽和入射条件下のＯＦＬ帯域幅である。曲げ損失は、飽和入射条件下の曲げ損失である。飽和入射条件下でモーダル帯域幅および曲げ損失を得ることは、光源が、光ファイバの半径方向断面全体にわたって均一な励起をもたらす光システムにおいて、光ファイバが使用されるときに、とりわけ好適である。そのような光源の一例は、レーザダイオードまたはＬＥＤ（発光ダイオード）である。
本発明の特定の一実施形態では、第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを決定するステップ１００は、光ファイバが曲げられないときの光ファイバに対する分散モード遅延（ＤＭＤ）測定を実行するステップを含む。第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを得るために、ＤＭＤ測定値が、光ファイバが曲げられないときに対応する係数Ｃで重み付けされる。
本発明の特定の一実施形態では、第２の値ｂＢＷを決定するステップ１０１は、ＤＭＤ測定値を、光ファイバが曲げられるときに対応する係数Ｃｂで重み付けするステップに存在する。したがって、第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷは、光ファイバを曲げることなく測定される。このことが、選択する方法を簡素化する。
本発明のこの実施形態は、１０Ｇ−ＢＡＳＥ−Ｓ光源と結合されるマルチモード光ファイバを例として考慮することによって、より深く理解されうる。１０Ｇ−ＢＡＳＥ−Ｓ光源は、一般に、限定入射を特徴とし、すなわち、光ファイバのすべての伝播モードが、均一に励起されるものではない。実効伝送帯域幅ＥＭＢは、一般に、光ファイバが結合される１０Ｇ−ＢＡＳＥ−Ｓ光源によって決まる。計算された実効伝送帯域幅ＥＭＢｃは、本明細書では、使用される光源に関係なく、光ファイバの最小実効伝送帯域幅として定義される。
したがって、本発明のこの実施形態では、モーダル帯域幅は、計算された実効伝送帯域幅である。次いで、複数の光ファイバから１つまたは複数の光ファイバを選択するステップ１０２は、計算された実効伝送帯域幅の第１の値ＥＭＢｃおよび第２の値ｂＥＭＢｃが、下記の条件：
Figure 2012098722
 を満足する光ファイバを選択する。
計算された実効伝送帯域幅の第１の値ＥＭＢｃは、ＤＭＤ測定値から得られる。所定の光源のそれぞれは、その一組の係数Ｃを有し、各係数Ｃは、入射の半径方向オフセットに対応する。これらの係数Ｃは、標準化されている。１０個の所定の光源に対する光ファイバの応答が、各光源に対応する係数ＣでＤＭＤ測定値を重み付けし、同じ光源から重み付けされたＤＭＤ測定値を加えることによって、決定される。
表１は、１０個の所定の光源（光源１から光源１０で示される）のそれぞれに対し、かつ０から２４μｍまで１μｍおきの入射の半径方向オフセットのそれぞれに対する、係数Ｃの値の例を与える。
Figure 2012098722
各光源に対応する第１の実効伝送帯域幅の値ＥＭＢｃは、当業界の技術で知られている方法で、重み付けされたＤＭＤ測定値から計算される。第１の計算された実効伝送帯域幅の値ＥＭＢｃは、本明細書では、１．１３で乗算された光源の実効伝送帯域幅のすべてのうちの最小値として定義される。
計算された実効伝送帯域幅の第２の値ｂＥＭＢｃは、ＤＭＤ測定値を、光ファイバが曲げられるときの光ファイバに対応する係数Ｃｂで重み付けすることによって決定されうる。したがって、本発明によれば、曲げられた光ファイバの計算された実効伝送帯域幅ｂＥＭＢｃは、光ファイバが曲げられるときの光ファイバに対するＤＭＤ測定を実行することなく、得ることができる。このことは、光ファイバの選択を容易にする。
表２は、１０個の所定の光源（光源１から光源１０）のそれぞれに対し、かつ０から２４μｍまで１μｍおきの入射の半径方向オフセットのそれぞれに対する、係数Ｃｂの値の例を与える。
Figure 2012098722
係数Ｃｂは、光ファイバが曲げられないときの光ファイバに対して実行されたＤＭＤ測定から得ることができる。光ファイバが曲げられると、高次モードがフィルタで除去される。ＤＭＤ測定における曲げ損失の影響が、モデル化されてよい。特に、光ファイバが曲げられないときの光ファイバから得られたＤＭＤ測定値に基づいて、光ファイバが曲げられるとすれば、入射の半径方向オフセットのそれぞれに対して得られるであろうＤＭＤパワー分布をモデル化することが、可能である。マルチモード光ファイバが曲げられるときの各光源に対するパワー分布から、曲げられた光ファイバに対応する係数Ｃｂを得るために、係数Ｃを修正することが、可能である。曲げは、例えば、５ｍｍの曲げ半径の二巻きを構成する。
本発明の一実施形態では、係数Ｃｂは、光ファイバの屈折率プロファイルによって決まる。このことは、とりわけ、光ファイバの曲げ耐性を改善するために、光ファイバの光クラッドが溝を含むときに、当てはまる。
本発明の一実施形態では、方法は、− モーダル帯域幅の第１の値ＢＷを決定するステップ１００の前に −、光ファイバが曲げられるときの光ファイバの曲げ損失が所与の閾値を超える光ファイバを予備選択するステップ９０を、さらに含む。このステップ９０は、曲げ損失が、高次モードをフィルタで除去し、モーダル帯域幅における大幅な変化を可能にするのに十分なだけ高い光ファイバを、予備選択することを可能にする。
例えば、ステップ９０は、５ｍｍの曲げ半径の二巻き、および８５０ｎｍの信号波長に対して、０．５ｄＢ超、好ましくは０．８ｄＢ超の曲げ損失を有する光ファイバを予備選択する。
例えば、ステップ９０は、７．５ｍｍの曲げ半径の二巻き、および８５０ｎｍの信号波長に対して、０．２ｄＢ超、さらには０．３ｄＢ超、さらには０．５ｄＢ超の曲げ損失を有する光ファイバを予備選択する。
例えば、ステップ９０は、７．５ｍｍの曲げ半径の二巻き、および８５０ｎｍの信号波長に対して、１ｄＢ超の曲げ損失を有する光ファイバを予備選択する。
本発明の特定の一実施形態の方法は、− 第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを決定するステップ１００の後に −、光ファイバの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷ（すなわち、光ファイバが真っ直ぐなときの値）が、波長８５０ｎｍにおいて３１５０ＭＨｚ．ｋｍ未満である光ファイバを選択するステップ９２を、さらに含む。このステップ９２は、ＯＭ３およびＯＭ４規格に適合するシステムにおける使用に好適な光ファイバを選択することを可能にする。
ＯＭ３およびＯＭ４規格（これらの規格の仕様は、５０μｍのコア径および０．２００±０．０１５に等しい開口数（ＮＡ）を含む）のもとで使用可能なマルチモード光ファイバは、通常、８４０−８６０ｎｍの範囲で光システム内で動作する、（１０ＧｂＥ規格に適合する）１０Ｇ−ＢＡＳＥ−Ｓ光源に結合される。
次いで、曲げ損失は、５ｍｍの曲げ半径の５回巻きに対して、約１．５ｄＢに達することができる。７．５ｍｍの曲げ半径の５回巻きに対して、曲げ損失は、０．８ｄＢに達することができる。５ｍｍの曲げ半径の二巻きに対して、曲げ損失は、約１．２ｄＢに達することができる。７．５ｍｍの曲げ半径の二巻きに対して、曲げ損失は、０．６ｄＢに達することができる。７．５ｍｍの曲げ半径に対する損失は、通常、５ｍｍの曲げ半径に対する損失の半分である。
１０Ｇ−ＢＡＳＥ−Ｓ光源に結合される、ＯＭ３およびＯＭ４規格のもとで使用可能なマルチモードファイバは、最悪の場合で、１．５ｄＢに等しい最大曲げ損失ＢＬを有する。
曲げ損失を補償するためにモーダル帯域幅を拡大するためには、光ファイバが曲げられないならば、モーダル帯域幅が、十分に低いシステムマージンを有することが必要であることが、図２から明らかである。言い換えれば、システムマージンは、３．１−ＢＬより小さくあるべきである。したがって、１．５ｄＢに等しい最大曲げ損失の値ＢＬに対して、モーダル帯域幅は３１５０ＭＨｚ．ｋｍより小さい。したがって、モーダル帯域幅ＢＷが３１５０ＭＨｚ．ｋｍより小さい光ファイバを選択するステップ９２は、光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅ＢＷが、ＯＭ３またはＯＭ４規格に適合するシステム内で、曲げ損失を補償するのに十分なだけ小さい光ファイバを選択することを可能にする。このステップ９２で選択された光ファイバは、光ファイバが曲げられるときの第２の帯域幅の値ｂＢＷが、閾値Ａより小さいならば、曲げ損失の補償を可能にする。
曲げ損失は、入射条件によって決まる。１０Ｇ−ＢＡＳＥ−Ｓ光源は、多くの入射条件を誘発する。したがって、上記の最大値より十分に低い損失を誘発する光源が存在する。損失は、例えば１３００ｎｍ付近での別のスペクトル窓における使用に対して、より高い可能性がある。閾値Ａは、光ファイバが曲げられるときの光ファイバの最大曲げ損失によって決まる。
例えば、５ｍｍの曲げ半径で二巻きした光ファイバに対して、第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷは、波長８５０ｎｍにおいて４０００ＭＨｚ．ｋｍより大きい。別の例では、５ｍｍの曲げ半径で二巻きした光ファイバに対して、第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷは、波長８５０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ．ｋｍより大きい。他の一例では、５ｍｍの曲げ半径で二巻きした光ファイバに対して、第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷは、波長８５０ｎｍにおいて６０００ＭＨｚ．ｋｍより大きい。
本発明の方法は、光ファイバ１、２、３に対して得られたＤＭＤ測定値を与える図７から図９を参照すれば、より深く理解することができる。以下において、光ファイバ１、２、３が受ける曲げは、８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲げ半径の二巻きを含む。
図７は、本発明の方法で選択された、光ファイバ１と呼ばれる、光ファイバの第１の例に対して得られたＤＭＤ測定値を与える。光ファイバ１が曲げられないならば、光ファイバ１は、２６００ＭＨｚ．ｋｍに等しい計算された実効伝送帯域幅（ＥＭＢｃ）を有する。光ファイバ１が曲げられるならば、光ファイバ１は、４４４０ＭＨｚ．ｋｍに等しい計算された実効伝送帯域幅（ｂＥＭＢｃ）を有する。１５ｍｍから２５μｍの範囲の半径方向オフセットに対して、光ファイバは、高次モード間で遅延を受ける。しかし、光ファイバが曲げられるならば、高次モードは、フィルタで除去される。したがって、光ファイバ１は、光ファイバが曲げられるときに拡大するモーダル帯域幅によって、０．９ｄＢまでの曲げ損失を補償することができる。
図８は、本発明の方法で選択された、光ファイバ２と呼ばれる、光ファイバの別の例から得られたＤＭＤ測定値を示す。光ファイバ２が曲げられないならば、光ファイバ２は、２３６０ＭＨｚ．ｋｍに等しい計算された実効伝送帯域幅（ＥＭＢｃ）を有する。光ファイバ２が曲げられるならば、光ファイバ２は、３４５５ＭＨｚ．ｋｍに等しい計算された実効伝送帯域幅（ｂＥＭＢｃ）を有する。１５μｍから２５μｍの範囲の半径方向オフセットに対して、光ファイバは、高次モード間で遅延を受ける。しかし、光ファイバが曲げられるならば、高次モードは、フィルタで除去される。したがって、光ファイバ２は、光ファイバが曲げられるときに拡大するモーダル帯域幅によって、０．９ｄＢまでの曲げ損失を補償することができる。
比較のために、図９は、本発明の方法で選択されない光ファイバ３から得られたＤＭＤ測定値を示す。この光ファイバ３が曲げられないならば、光ファイバ３は、２３４０ＭＨｚ．ｋｍに等しい計算された実効伝送帯域幅（ＥＭＢｃ）を有する。光ファイバ３が曲げられるならば、光ファイバ３は、２４４０ＭＨｚ．ｋｍに等しい計算された実効伝送帯域幅（ｂＥＭＢｃ）を有する。１５μｍから２５μｍの範囲の半径方向オフセットに対して、光ファイバは、光ファイバ１および２より高い高次モード間でより短い遅延を受ける。また、高次モードは、光ファイバが曲げられるならば、フィルタで除去される。しかし、帯域幅の拡大は、曲げ損失を補償するのに十分ではない。光ファイバ３は、波長８５０ｎｍにおいて、０．２ｄＢの曲げ損失を補償することができない。
したがって、光ファイバ３とは違って、光ファイバ１および２は、それらが曲げられるときに、劣化しない光信号の伝送を可能にする。
また、本発明は、中心コアおよび光クラッドを含むマルチモード光ファイバを提供する。
図１１は、複合屈折率プロファイルを有するマルチモードファイバ２００の一例を示す。光ファイバは、中心コア２０２と、外側クラッド２０８の屈折率と同様に、一定の屈折率プロファイルを全体的に有する内側クラッド２０４と、内側クラッド２０４に対する屈折率差Δｎｔを有する溝２０６とを含む。この屈折率差Δｎｔは半径ｒの関数であってよく、ここでｒは、光ファイバの中心に対する半径方向の位置に相当する。
中心コアの屈折率プロファイルは、例えば、多モード分散（ｉｎｔｅｒｍｏｄａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）の低減など、特別な誘導特性（ｇｕｉｄａｎｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を生み出すことを可能にする。内側クラッド２０４、溝２０６および外側クラッド２０８では、屈折率プロファイルは、一般に、それらの幅にわたってほぼ一定であるが、複合プロファイルが、光ファイバに新しい機能を付加するために導入されてよい。
中心コア２０２は、半径ｒ１を有し、光信号を伝送する。中心コア２０２は、マルチモード光ファイバの標準的特性、例えば、外側光クラッドに対するアルファ形のプロファイルを有する。
光クラッドは、中心コア２０２に隣接した内側光クラッド２０４を含む。内側光クラッドは半径ｒ２を有し、０．８μｍから５μｍの範囲にわたる、内側クラッドの半径ｒ２と中心コアの半径ｒ１との間の差を有する。この差は、内側クラッドの厚さすなわち幅であると解釈されてよい。また、光クラッドは、内側クラッドに隣接する溝２０６を含む。溝は、半径ｒ３と同時に、−３０μｍから−２μｍの範囲にわたる体積Ｖを有する。体積Ｖは、下式：
Figure 2012098722
 で与えられ、ここで、Δｎｔは、半径ｒの関数としての、溝の外側クラッドに対する屈折率差であり、ｒは、光ファイバの中心に対する半径方向の位置に相当する。
溝と内側クラッドとの特性が、光ファイバの曲げ耐性を改善することを可能にする。溝は、溝の体積が、光ファイバを介して伝送される信号に有害な影響を与えないような幅および深さを有する。したがって、溝は、光ファイバの帯域幅を乱すことはない。溝は、漏れモードのあらゆる大幅な誘発を防止するのに十分なだけ小さい。
例えば、溝の体積Ｖは、−２０μｍから−１０μｍの範囲にあり、内側クラッドの半径ｒ２と中心コアの半径ｒ１との間の差は、０．８μｍから２μｍの範囲にある。
例えば、溝は、数学的にｒ３−ｒ２で表現され、２μｍから８μｍの範囲、さらには３μｍから６μｍの範囲にある、溝の半径ｒ３と内側クラッドの半径ｒ２との間の差で定義される幅を有する。外側クラッドに対する最大屈折率差に対応する溝の深さは、例えば、−０．５×１０−３未満、さらには−１×１０−３未満である。例えば、溝は、−８×１０−３超、さらには−５×１０−３超の深さを有する。
溝は、任意の知られている種類、例えば単一溝であってよい。別の例では、溝は、複合溝であり、すなわち、溝は、内側クラッドによって互いに離隔された複数の個別の溝を含む。
また、光ファイバは、光ファイバが受ける曲げによって決まるモーダル帯域幅を有する。光ファイバが曲げられるときのモーダル帯域幅の値ｂＢＷは、帯域幅の閾値Ａを超える。閾値Ａは、光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値ＢＷより高い。閾値Ａは、光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値ＢＷの関数である。また、閾値Ａは、所定の曲げ損失の値ＢＬによって決まる。値ＢＬは、ゼロより大きく、光ファイバが曲げられるときに許容される最大曲げ損失に相当する。したがって、本発明の光ファイバは、曲げによって劣化されない光信号を伝送するための光システムにおいて使用可能である。
第１に、溝は、光ファイバの曲げ損失を低減することを可能にする。例えば、溝は、曲げ損失を、５ｍｍの曲げ半径の二巻きに対して、約１．２ｄＢに制限することを可能にする。しかし、溝は、光ファイバの屈折率プロファイルへの有害な影響を避けるのに十分なだけ小さい。曲げ損失は、高次モードをフィルタで除去することを可能にするのに十分な高さを維持する。例えば、曲げ損失は、８５０ｎｍの信号波長に対して５ｍｍの曲げ半径の二巻きにおいて、０．５ｄＢ超、好ましくは０．８ｄＢ超である。
対照的に、帯域幅の閾値Ａは、本発明の方法を参照して説明したとおりである。したがって、本発明の光ファイバが曲げられるときに、対応する曲げ損失は、モーダル帯域幅の拡大によって補償されるか、またはむしろ過度に補償される。曲げ損失の補償は、光ファイバが曲げられるときの光ファイバのモーダル帯域幅の値ｂＢＷが、帯域幅の閾値Ａを超えるならば可能である。
したがって、本発明の光ファイバは、曲げ損失を低減するが、それらを完全には除去しないことを可能にする溝を含む。また、光ファイバは、信号の品質を維持することを可能にする、光ファイバが曲げられたときの帯域幅ｂＢＷを有する。したがって、光ファイバは、信号の品質すなわちその信号対ノイズ比が、大きな体積の溝の有害な影響を有することなく、全体として曲げの影響を受けない、光信号の伝送を可能にする。
特定の一実施形態では、閾値Ａは、下式：
Figure 2012098722
 を満足し、ここで、Ｄは、光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値ＢＷによって決まる値であり、αは定数である。特定の一実施形態では、値Ｄは、下式：
Figure 2012098722
 を満足し、ここで、Ｆは定数である。
一実施形態では、閾値Ａは、ＩＥＥＥ Ｐ８０２．３ａｅ １０ Ｇｂ／ｓ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｐによって開発された１０ Ｇｂ／ｓ Ｌｉｎｋ Ｂｕｄｇｅｔ Ｓｐｒｅａｄｓｈｅｅｔから得られる。この実施形態では、本発明の光ファイバは、それが曲げられるときに、Ｆ＝２×１０８およびα＝２．４に対して、閾値Ａを超えるモーダル帯域幅ｂＢＷを有する。
本発明の光ファイバの一実施形態では、光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値ＢＷは、波長８５０ｎｍにおいて３１５０ＭＨｚ．ｋｍ未満である。したがって、光ファイバは、それがＯＭ３規格またはＯＭ４規格に適合するシステム内で使用されるのに十分に低い、光ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅を有する。
閾値Ａの値は、光ファイバが曲げられるときの最大曲げ損失の関数である。
例えば、５ｍｍの曲げ半径で二巻きした光ファイバに対して、モーダル帯域幅の値は、波長８５０ｎｍにおいて４０００ＭＨｚ．ｋｍより大きい。別の例では、５ｍｍの曲げ半径で二巻きした光ファイバに対して、モーダル帯域幅の値は、波長８５０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ．ｋｍより大きい。他の一例では、５ｍｍの曲げ半径で二巻きした光ファイバに対して、モーダル帯域幅の値は、波長８５０ｎｍにおいて６０００ＭＨｚ．ｋｍより大きい。
また、本発明は、本発明の光ファイバ、または本発明の方法によって得られた光ファイバを、光システム、例えばファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）システムにおける伝送媒質として使用することに関する。
特に、本発明は、本発明の光ファイバ、または本発明の方法によって得られた光ファイバを、光システムにおける曲げの影響を受けない伝送媒質として使用することを含む。有利には、本発明の光ファイバ、または本発明の方法によって得られた光ファイバは、短距離ネットワークに好適な、曲げ損失の影響を受けないシステム内で使用される。
さらに、本発明は、少なくとも、本発明の光ファイバの一部、または本発明の方法によって得られた光ファイバの一部を含む光システムに関する。特定の実施形態では、光システムは、光源−受信器間の距離が少なくとも１００ｍ、さらには少なくとも３００ｍ、さらには少なくとも５５０ｍにわたって、１０Ｇｂ／ｓ以上のビットレートを有する。
当然ながら、本発明は、例として上で説明された実施形態に限定されるものではない。特に、閾値Ａは、ＩＥＥＥ Ｐ８０２．３ａｅ １０ Ｇｂ／ｓ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｐによって開発された１０ Ｇｂ／ｓ Ｌｉｎｋ Ｂｕｄｇｅｔ Ｓｐｒｅａｄｓｈｅｅｔから得られるデータとは異なるデータから得られてよい。
本発明の光ファイバは、システムの他の光ファイバとの良好な互換性を有する、数多くの伝送システムに組み込まれてよい。
２０ 光ファイバ
２１ 光パルス
２２ 光ファイバのコアの中心
２３ ＤＭＤのマップ
２４ 半径方向オフセット
２００ マルチモードファイバ
２０２ 中心コア
２０４ 内側クラッド
２０６ 溝
２０８ 外側クラッド

Claims (17)

  1. 複数のマルチモード光ファイバから、個別のモーダル帯域幅が、ファイバが受ける曲げによって決まる１つまたは複数のマルチモード光ファイバを選択する方法であって、各ファイバに対して存在する、
    ファイバが曲げられないときの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを決定するステップ（１００）と、
    ファイバが曲げられるときの第２のモーダル帯域幅の値ｂＢＷを決定するステップ（１０１）と、
    前記第２の値ｂＢＷが帯域幅の閾値Ａを超えるファイバを選択するステップ（１０２）と
    を含み、前記閾値Ａが、第１の値ＢＷより大きく、前記第１のモーダル帯域幅の値ＢＷおよび所定の曲げ損失の値ＢＬの関数である、方法。
  2. ｉ）前記第１の値ＢＷを決定するステップ（１００）が、ファイバが曲げられないときのファイバに対して分散モード遅延（ＤＭＤ）測定を実行するステップと、ファイバが曲げられないときに対応する係数を使用して前記ＤＭＤ測定値を重み付けするステップとを含み、ｉｉ）前記第２の値ｂＢＷを決定するステップ（１０１）が、ファイバが曲げられるときに対応する係数で前記ＤＭＤ測定値を重み付けするステップからなる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記帯域幅の閾値Ａが、下式
    Figure 2012098722
     を満足し、ここで、
    Ａは、前記帯域幅の閾値であり、
    ＢＷは、ファイバが曲げられないときのファイバの第１のモーダル帯域幅の値であり、
    ＢＬは、前記所定の曲げ損失の値であり、
    Ｄは、ファイバが曲げられないときのファイバの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷの関数である値であり、
    αは、定数であり、好ましくは２．４に等しい、
    請求項１または２に記載の方法。
  4. 値Ｄが、下式
    Figure 2012098722
     を満足し、ここで、Ｆは定数であり、好ましくは２×１０８に等しい、請求項３に記載の方法。
  5. 第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを決定するステップ（１００）の前に、前記複数のファイバから、ファイバが曲げられるときのファイバの曲げ損失が所定の閾値を超えるファイバを予備選択するステップ（９０）をさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
  6. ファイバが受ける曲げが、５ｍｍの半径の二巻きである、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
  7. 波長８５０ｎｍにおいて、曲げ損失が、０．５ｄＢより大きく、好ましくは０．８ｄＢより大きい、請求項５および６に記載の方法。
  8. 第１のモーダル帯域幅の値ＢＷを決定するステップ（１００）の後に、ファイバの第１のモーダル帯域幅の値ＢＷが、波長８５０ｎｍにおいて３１５０ＭＨｚ．ｋｍより小さいファイバを選択するステップ（９２）をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
  9. 前記帯域幅の閾値Ａが、波長８５０ｎｍにおいて、４０００ＭＨｚ．ｋｍに等しく、好ましくは５０００ＭＨｚ．ｋｍに等しく、より好ましくは６０００ＭＨｚ．ｋｍに等しい、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
  10. モーダル帯域幅および曲げ損失が、それぞれ、ｉ）実効伝送帯域幅および限定入射条件下の曲げ損失か、または、ｉｉ）飽和入射条件下の帯域幅および飽和入射条件下の曲げ損失、のいずれかである、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
  11. 半径ｒ１を有する中心コアおよび光クラッドを有する中心コアを含み、光クラッドが、
    中心コアに隣接し、半径ｒ２を有し、かつ内側クラッドの半径ｒ２と中心コアの半径ｒ１との間に０．８μｍから５μｍの範囲、好ましくは０．８μｍから２μｍの範囲の差を有する内側クラッドと、
    内側クラッドに隣接し、かつ半径ｒ３と、−３０μｍから−２μｍの範囲、好ましくは−２０μｍから−１０μｍの範囲の、下式
    Figure 2012098722
     で与えられる体積Ｖとを有し、ここで、Δｎｔが、半径ｒの関数としての、溝の外側クラッドに対する屈折率差であり、ｒがファイバの中心に対する点の半径方向距離に相当する、溝と
    を含み、モーダル帯域幅が、ファイバが受ける曲げによって決まる、マルチモード光ファイバであって、
    ファイバが曲げられるときのモーダル帯域幅の値ｂＢＷが帯域幅の閾値Ａを超え、前記閾値Ａが、ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値ＢＷおよび所定の曲げ損失の値ＢＬの関数であることを特徴とする、光ファイバ。
  12. 前記閾値Ａが、下式
    Figure 2012098722
     を満足し、ここで、
    Ａが、前記帯域幅の閾値であり、
    ＢＷが、ファイバが曲げられないときのファイバのモーダル帯域幅の値であり、
    ＢＬが、所定の曲げ損失の値であり、
    Ｄが、ファイバが曲げられないときのファイバのモーダル帯域幅の値ＢＷの関数である値であり、
    αが、定数であり、好ましくは２．４に等しい、
    請求項１１に記載の光ファイバ。
  13. 値Ｄが、下式
    Figure 2012098722
     を満足し、ここで、Ｆは定数であり、好ましくは２×１０８に等しい、請求項１２に記載の光ファイバ。
  14. 波長８５０ｎｍの信号に対して、５ｍｍの曲げ半径で二巻きしたファイバの曲げ損失が、０．５ｄＢより大きく、好ましくは０．８ｄＢより大きい、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  15. ファイバが曲げられないときのモーダル帯域幅の値（ＢＷ）が、波長８５０ｎｍにおいて３１５０ＭＨｚ．ｋｍより小さく、かつ／または、５ｍｍの曲げ半径で二巻きしたファイバに対する波長８５０ｎｍにおけるモーダル帯域幅の値（ｂＢＷ）が、４０００ＭＨｚ．ｋｍより大きく、好ましくは５０００ＭＨｚ．ｋｍより大きく、より好ましくは６０００ＭＨｚ．ｋｍより大きい、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  16. モーダル帯域幅および曲げ損失が、それぞれ、ｉ）実効伝送帯域幅および限定入射条件下の曲げ損失か、または、ｉｉ）飽和入射条件下の帯域幅および飽和入射条件下の曲げ損失、のいずれかである、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  17. 光ファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）システムにおける伝送媒質としての、請求項１１から１６のいずれか一項に記載のファイバの使用。
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