JP2013033214A

JP2013033214A - 高帯域幅で放射線耐性のマルチモード光ファイバ

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Publication number: JP2013033214A
Application number: JP2012099273A
Authority: JP
Inventors: Krabshuis Gertjan; ヘルトヤンクラブシュイス; Amezcua-Correa Adrian; エードリアンアメズクア−コレア; Frans Gooijer; フランスフーイェル; Gilles Melin; ジレメリン; Kuyt Gerard; ヘラルトキュイト; Johannes Achten Franciscus; フランシスクスヨハンネスアヒテン; Stephanus Gerardus Fransiscus Geerings; ステファヌスヘラルドゥスフランシスクスヘーリンフス; Astrug Marianne Bigot; マリアンヌビゴト−アストゥルク
Original assignee: Draka Comteq BV
Current assignee: Draka Comteq BV
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2032-04-24
Also published as: EP2518546B1; EP2518546A1; CN102768382A; CN102768382B; US20120275751A1; JP5945447B2; US9405062B2

Abstract

【課題】高放射線用途の広帯域幅マルチモード光ファイバを提供する。
【解決手段】マルチモード光ファイバは、中心コアと外側クラッドを有する。光ファイバの中心コアは、アルファ屈折率分布を有し、外半径ｒ_１、及び外側クラッドとの最大屈折率差Δｎ_１を有する陥没中心コアである。中心コアのアルファ屈折率分布は、中心コアの外半径ｒ_１において、外側クラッドとの屈折率差Δｎ_ｅｎｄに対応する最小屈折率を有する。光ファイバは、外半径ｒ_２、幅ｗ_２、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_２を有する内側クラッドを有してもよい。また、光ファイバは、幅ｗ_３、外半径ｒ_３、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_３を有する埋め込みトレンチを有してもよい。更に、光ファイバは、外半径ｒ_４、幅ｗ_４、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_４を有する中間クラッドを有してもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ、より具体的には高放射線用途の高帯域幅マルチモード光ファイバに関する。

光ファイバ（即ち、典型的には１つ又は複数の被覆層で取り囲まれたガラス繊維）は、従来から、光信号を送信しかつ／又は増幅する光ファイバ・コアと、光信号をコア内に閉じ込める光クラッドとを有する。したがって、コアの屈折率ｎ_ｃは、典型的には、光クラッドの屈折率ｎ_ｇより大きい（即ち、ｎ_ｃ＞ｎ_ｇ）。

光ファイバの場合、屈折率分布は、一般に、屈折率を光ファイバの半径と関連付ける関数の図形的様相にしたがって分類される。従来、光ファイバの中心までの距離ｒは、Ｘ軸上に示され、その屈折率（半径ｒにおける）と光ファイバの外側クラッド（例えば、外側光クラッド）の屈折率との差がＹ軸上に示される。屈折率分布は、グラフが階段状、台形、アルファ又は三角形のそれぞれの形状を有する場合に、「階段状」分布、「台形」分布、「アルファ」分布又は「三角形」分布と呼ばれる。これらの曲線は、一般に、光ファイバの理論的又は規定分布を表す。しかしながら、光ファイバの製造上の制約によって、実際の分布は僅かに異なることがある。

一般的に言って、光ファイバには、マルチモード・ファイバとシングルモード・ファイバの２つの大きな分類がある。マルチモード光ファイバでは、所定の波長の場合、幾つかの光モードが光ファイバに沿って同時に伝播される。シングルモード光ファイバでは、信号は、ファイバ・コア内でガイドされる基本的なＬＰ０１モードで伝播し、高次モード（例えば、ＬＰ１１モード）ほど強く減衰される。シングルモード又はマルチモード・ガラスファイバの典型的な直径は、１２５ミクロンである。マルチモード光ファイバのコアは、典型的には、約５０ミクロン〜６２．５ミクロンの直径を有し、それに対してシングルモード光ファイバのコアは、典型的には、約６ミクロン〜９ミクロンの直径を有する。マルチモード・システムは、マルチモード光源、コネクタ及び保守がより低コストでできるので、一般に、シングルモード・システムより安価である。

マルチモード光ファイバは、一般に、ローカルネットワークやＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）などの広い帯域幅を必要とする短距離用途に使用される。マルチモード光ファイバは、ＩＴＵ−ＴＧ．６５１．１推奨による国際標準化の対象となっており、この推奨は、特に、光ファイバ互換性の要件に関する基準（例えば、帯域幅、開口数、及びコア径）を定義している。

更に、ＯＭ３規格は、長距離（即ち、３００メートルを超える距離）にわたる高帯域幅用途（即ち、データ転送速度が１ＧｂＥより高い）の要求を満たすように採用された。高帯域幅用途の発展により、マルチモード光ファイバの平均コア径は、６２．５ミクロンから５０ミクロンに減少した。

原子力発電所及び粒子加速実験室や衛星などの他の放射線の多い環境での光ファイバの使用に関心が高まってきた。例えば、光ファイバは、光データ通信リンク、分布センサ、プラズマ診断、及び計測システムで使用される。そのような用途では、光ファイバは、典型的には、雑音の多い電磁環境、高γ線量及び／又は線量率、並びに高中性子線量の中で信号を伝送する。

光ファイバによって伝送される信号は、典型的には、光学損失（即ち、減衰）を受け、これは、移動する距離にわたって累積する。そのような透過損は、光ファイバが、β線、α線、γ線、Ｘ線などの電離放射線にさらされたときに実質的に高まる。

一般的に言うと、放射線は、光ファイバの光学特性に２つの点で影響を及ぼす。

第１の点は、「放射線誘導減衰」（ＲＩＡ）と呼ばれ、これは、放射線によって光ファイバのシリカ内が欠陥できるときに起こる。そのような欠陥は、伝送される電磁信号を吸収する。したがって、放射線誘導吸収が、光信号が光ファイバの長さに沿って伝達されるときに光信号が受ける減衰を増大させる。

第２の点は、放射線誘導屈折率変化と呼ばれ、これは、放射線が光ファイバの一部分の屈折率変化を引き起こすときに生じる。そのような屈折率変化は、光ファイバの帯域幅を損なう可能性があり、また光伝送システムの信頼性が損なわれる。したがって、放射線の多い環境で使用される光ファイバは、優れた放射線耐性を示さなければならない。

したがって、高帯域幅と優れた放射線耐性を有するマルチモード光ファイバが必要とされている。より詳細には、低い放射線誘導減衰を示す高帯域幅マルチモード光ファイバが必要とされている。

本発明は、一実施形態において、マルチモード光ファイバに関し、このマルチモード光ファイバは、外側クラッドで取り囲まれた中心コアであって、（ｉ）外半径ｒ_１、（ｉｉ）アルファ屈折率分布、（ｉｉｉ）前記外側クラッドに対してゼロ以下の最大屈折率差Δｎ_１、及び（ｉｖ）前記外半径ｒ_１において、前記外側クラッドとの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄを有する中心コアと、前記中心コアと前記外側クラッドとの間に位置決めされた内部クラッド層であって、前記外側クラッドに対して負の屈折率差を有する内部クラッド層とを有し、前記中心コアは、０．１重量パーセント以下の最大ゲルマニウム濃度を有し、前記中心コアは、０．１重量パーセント以下の平均塩素濃度を有し、前記外半径ｒ_１において、前記中心コアは、３重量パーセント以上の最小フッ素濃度を有する。

別の実施形態では、前記内部クラッド層は、前記中心コアを直接取り囲む内側クラッドであり、前記内側クラッドは、（ｉ）外半径ｒ_２、（ｉｉ）幅ｗ_２、及び（ｉｉｉ）前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_２を有する。

更に別の実施形態では、埋め込みトレンチが、前記中心コアと前記外側クラッドとの間に位置決めされ、前記埋め込みトレンチは、（ｉ）外半径ｒ_３、（ｉｉ）幅ｗ_３、及び（ｉｉｉ）Δｎ_３＜Δｎ_ｅｎｄとなるような前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_３を有し、また中間クラッドは、前記埋め込みトレンチと前記外側クラッドとの間に位置決めされ、前記中間クラッドが、（ｉ）外半径ｒ_４、（ｉｉ）幅ｗ_４、及び（ｉｉｉ）前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_４を有する。

更に別の実施形態では、埋め込みトレンチは、前記中心コアと前記外側クラッドとの間に位置決めされており、前記埋め込みトレンチが、（ｉ）外半径ｒ_３、（ｉｉ）幅ｗ_３、及び（ｉｉｉ）Δｎ_３＜Δｎ_ｅｎｄとなるような前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_３を有し、前記内部クラッド層は、前記埋め込みトレンチと前記外側クラッドとの間に位置決めされた中間クラッドであり、前記中間クラッドが、（ｉ）外半径ｒ_４、（ｉｉ）幅ｗ_４、及び（ｉｉｉ）前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_４を有する。

更に別の実施形態では、前記中心コアは、前記中心コアのゲルマニウム濃度が０．００５重量パーセント未満になるように実質的にゲルマニウム・ドーパントがない。

更に別の実施形態では、光ファイバは、２０以上、好ましくは２５以上、より好ましくは４８以上、最も好ましくは６０以上のコア−クラッド平均ハロゲン比率を有する。

更に別の実施形態では、光ファイバは、中心コアの外半径ｒ_１において５０〜５００のハロゲン比率を有する。

更に別の実施形態では、光ファイバは、２０以上、好ましくは３０〜１７０のコア平均ハロゲン比率を有する。

更に別の実施形態では、前記中心コアは、０．０８重量パーセント以下、好ましくは０．０７重量パーセント以下、より好ましくは０．０６重量パーセント以下、最も好ましくは０．０５重量パーセント以下の平均塩素濃度を有する。

更に別の実施形態では、前記中心コアの幅全体にわたって、前記中心コアの塩素濃度は、０．０７重量パーセント未満、好ましくは０．０８重量パーセント未満、より好ましくは０．０７重量パーセント未満、最も好ましくは０．０５重量パーセント未満である。

更に別の実施形態では、前記外半径ｒ_１において、前記中心コアは、３．５重量パーセント以上、好ましくは４．０重量パーセント以上、最も好ましくは４．５重量パーセント以上の最低フッ素濃度を有する。

更に別の実施形態では、前記中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄは、−２１ｘ１０^−３以上、好ましくは−１４ｘ１０^−３〜−２０ｘ１０^−３、より好ましくは−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３である。

更に別の実施形態では、前記中心コアの最大屈折率差Δｎ_１は、０〜−５ｘ１０^−３、好ましくは−０．０５ｘ１０^−３〜−２ｘ１０^−３である。

更に別の実施形態では、前記埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３と前記中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄとの差は、−１ｘ１０^−３〜−１５ｘ１０^−３、好ましくは−３ｘ１０^−３〜−１３ｘ１０^−３、より好ましくは−５ｘ１０^−３〜−１１ｘ１０^−３、最も好ましくは−６ｘ１０^−３〜−１０ｘ１０^−３である。

更に別の実施形態では、前記埋め込みトレンチの体積ｖ_３は、２６０％・μｍ^２以上、好ましくは２８０％・μｍ^２〜４５０％・μｍ^２、より好ましくは３００％μｍ^２〜４２５％・μｍ^２、最も好ましくは３５０％・μｍ^２〜４００％・μｍ^２である。

したがって、一態様では、本発明は、中心コア、内部クラッド層（例えば、内側クラッド）、及び外側クラッド（例えば、外側光クラッド）を含む光ファイバを含む。典型的には、光ファイバの中心コアは、アルファ屈折率分布（即ち、グレーデッド屈折率分布）と外半径ｒ_１を有するガラスを主成分とする中心コアである。

中心コアのアルファ屈折率分布は、中心コアの外半径ｒ_１において、外側クラッドとの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄに対応する最小屈折率値を有する。より具体的には、中心コアは、外半径ｒ_１、アルファ屈折率分布、及び中心コアの外半径ｒ_１において、外側クラッド（例えば、外側クラッドの最も内側の部分）との屈折率差Δｎ_ｅｎｄを有する。

同様に、中心コアのアルファ屈折率分布は、（例えば、中心コアの中心において）外側クラッドとの最大屈折率差Δｎ_１に対応する最大屈折率値を有する。典型的には、中心コアの最大屈折率差Δｎ_１は、約０以下である。別の言い方をすると、中心コアの最大屈折率値は、典型的には、外側クラッドの屈折率値以下である。

光ファイバの内側クラッドは、中心コアと外側クラッドとの間に位置決めされる。内側クラッドは、外半径ｒ_２、幅ｗ_２、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_２を有する。

例示的な実施形態では、光ファイバの中心コアは、０〜−５ｘ１０^−３（例えば、−０．０５ｘ１０^−３〜−２ｘ１０^−３）の最大屈折率差Δｎ_１を有する。

別の例示的な実施形態では、中心コアの外半径ｒ_１は、２２．５ミクロン〜２７．５ミクロン（即ち、２５±２．５ミクロン）である。

更に別の例示的な実施形態では、中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄは、−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、−１５ｘ１０^−３〜−１７ｘ１０^−３）である。

更に別の例示的な実施形態では、中心コアのアルファ屈折率分布は、１．９０〜２．１５のαパラメータを有する。

更に別の例示的な実施形態では、内側クラッドの屈折率差Δｎ_２は、−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３）である。

更に別の例示的な実施形態では、内側クラッドの幅ｗ_２は、５ミクロン〜３７．５ミクロン（例えば、１０ミクロン〜２５ミクロン）である。

更に別の例示的な実施形態では、内側クラッドの幅ｗ_２は、２０ミクロン以上である。

更に別の例示的な実施形態では、内側クラッドの外半径ｒ_２は、３０ミクロン〜６２．５ミクロン（例えば、３５ミクロン〜５０ミクロン）である。

更に別の例示的な実施形態では、内側クラッドの外半径ｒ_２は、４５ミクロン以上（例えば、５０ミクロン〜６２．５ミクロン）である。

更に別の例示的な実施形態では、内側クラッドの屈折率差Δｎ_２は、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄとほぼ等しい。

更に別の例示的な実施形態では、光ファイバは、０．２００±０．０１５（即ち、０．１８５〜０．２１５）の開口数を有する。

更に別の例示的な実施形態では、中心コアの幅全体にわたって、光ファイバの塩素濃度は、０．１０重量パーセント未満である。

更に別の例示的な実施形態では、中心コアの幅の９５パーセントにわたって、光ファイバの塩素濃度は、０．０８重量パーセント未満（例えば、０．０７重量パーセント未満）である。

更に別の例示的な実施形態では、光ファイバの平均塩素濃度は、０．０６重量パーセント以下（例えば、約０．０５重量パーセント未満）である。

更に別の例示的な実施形態では、８５６ナノメートルの波長、約２４℃の温度、及び０．１５Ｇｙ／ｓの放射線量率で、光ファイバは、６５０グレイの放射線照射後に約２６．７ｄＢ／ｋｍ以下の放射線誘導減衰を示す。

更に別の例示的な実施形態では、８５６ナノメートルの波長、約２４℃の温度、及び０．１５Ｇｙ／ｓの放射線量率で、光ファイバは、６５０グレイ〜１０，０００グレイの放射線量から約５．６パーセント以下だけ増えた放射線誘導減衰を示す。

更に別の例示的な実施形態では、光ファイバは、中心コアの外半径において３０を超える（例えば、５０〜５００）のハロゲン比率を有する。

更に別の例示的な実施形態では、光ファイバは、２０を超える（例えば、２２〜３００）のコア−クラッド平均ハロゲン比率を有する。

更に別の例示的な実施形態では、光ファイバは、２５〜２６９（例えば、４８〜２４０）のコア−クラッド平均ハロゲン比率を有する。

更に別の例示的な実施形態では、光ファイバは、５３〜２００（例えば、６０〜１４０）のコア−クラッド平均ハロゲン比率を有する。

更に別の例示的な実施形態では、光ファイバは、２０を超える（例えば、３０〜１７０）のコア平均ハロゲン比率を有する。

別の態様では、本発明は、中心コアと内部クラッド層（例えば、内側クラッド）とを有する光ファイバを含む。典型的には、光ファイバの中心コアは、アルファ屈折率分布（即ち、グレーデッド屈折率分布）と外半径ｒ_１とを有するガラスが主成分の中心コアである。

中心コアのアルファ屈折率分布は、中心コアの外半径ｒ_１において、純粋シリカとの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄに対応する最小屈折率値を有する。より具体的には、中心コアは、外半径ｒ_１、及びアルファ屈折率分布を有し、また中心コアの外半径ｒ_１において、純粋シリカとの屈折率差Δｎ_ｅｎｄを有する。

同様に、中心コアのアルファ屈折率分布は、（例えば、中心コアの中心で）純粋シリカとの最大屈折率差Δｎ_１に対応する最大屈折率値を有する。典型的には、中心コアの最大屈折率差Δｎ_１は、約０以下である。別の言い方をすると、中心コアの最大屈折率値は、典型的には、純粋シリカの屈折率値以下である。光ファイバの内側クラッドは、中心コアのまわりに位置決めされる。内側クラッドは、外半径ｒ_２、幅ｗ_２、及び純粋シリカとの屈折率差Δｎ_２を有する。

更に別の態様では、本発明は、中心コア、埋め込みトレンチ、内部クラッド層（例えば、中間クラッド）、及び外側クラッド（例えば、外側光クラッド）を有する光ファイバを含む。典型的には、埋め込みトレンチは、中心コアと外側クラッド（例えば、中心コアを直接取り囲む）との間に位置決めされる。埋め込みトレンチは、幅ｗ_３、外半径ｒ_３、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_３を有する。中間クラッドは、典型的には、埋め込みトレンチと外側クラッド（例えば、埋め込みトレンチを直接取り囲む）との間に位置決めされる。中間クラッドは、外半径ｒ_４、幅ｗ_４、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_４を有する。

更に別の態様では、本発明は、中心コア、内側クラッド、埋め込みトレンチ、中間クラッド及び外側クラッド（例えば、外側光クラッド）を有する光ファイバを含む。典型的には、内側クラッドは、中心コアと外側クラッド（例えば、中心コアを直接取り囲む）との間に位置決めされる。内側クラッドは、外半径ｒ_２、幅ｗ_２、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_２を有する。埋め込みトレンチは、典型的には、内側クラッドと外側クラッド（例えば、内側クラッドを直接取り囲む）との間に位置決めされる。埋め込みトレンチは、幅ｗ_３、外半径ｒ_３、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_３を有する。更に、中間クラッドは、典型的には、埋め込みトレンチと外側クラッド（例えば、埋め込みトレンチを直接取り囲む）との間に位置決めされる。中間クラッドは、外半径ｒ_４、幅ｗ_４、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_４を有する。

更に別の態様では、本発明は、優れた水素耐性を示す光ファイバを含む。

別の態様では、本発明は、前述の内容に従う光ファイバの少なくとも一部分を含む光伝送システムを含む。例示的な実施形態では、光学システムは、少なくとも１００メートル（例えば、３００メートル）にわたって少なくとも１０Ｇｂ／ｓのデータ転送速度を有する。

更に別の態様では、本発明は、光ファイバを作成する方法を含む。典型的には、この方法は、基材管の一側面に反応性ガスを供給することを含む。基材管の内部は、典型的には、従来の化学蒸着技術の約１．８倍の流量で酸素が供給される。この方法は、また、ガラス層の形成を促進するために基材管に沿った反対の２点の間でエネルギー源を往復運動させることを含む。

例示的な実施形態では、この方法は、基材管に沿った反対の２点の間でプラズマ発生器を往復運動させることを含む。

以上の説明のための要約並びに本発明の他の例示的な目的及び／又は利点、及びこれらを達成する方法は、以下の詳細な説明とその添付図面内で更に詳しく説明される。

例示的なＤＭＤ測定方法及びグラフを概略的に示す図である。本発明による例示的な光ファイバの規定屈折率分布を示すグラフである。５００キログレイの放射線にさらされる前と後の長さ３００メートルの光ファイバの計算オーバーフィルド・モード帯域幅（ＯＭＢｃ）を示すグラフである。５００キログレイの放射線にさらされる前と後の長さ３００メートルの光ファイバの計算有効モード帯域幅（ＥＭＢｃ）を示すグラフである。半径方向オフセットの関数として比較の光ファイバのフッ素濃度（Ｆ）と塩素濃度（Ｃｌ）を示すグラフである。半径方向オフセットの関数として例示的な光ファイバのフッ素濃度（Ｆ）と塩素濃度（Ｃｌ）を示すグラフである。比較の光ファイバと例示的な光ファイバの放射線誘導減衰を放射線量の関数として示すグラフである。比較の光ファイバの放射線誘導減衰を放射線量の関数として示すグラフである。例示的な光ファイバの放射線誘導減衰を放射線量の関数として示すグラフである。半径方向オフセットの関数として別の例示的な光ファイバのフッ素濃度（Ｆ）と塩素濃度（Ｃｌ）を示すグラフである。更に別の例示的な光ファイバのフッ素濃度（Ｆ）と塩素濃度（Ｃｌ）を半径方向オフセットの関数として示すグラフである。本発明による別の例示的な光ファイバの規定屈折率分布を示すグラフである。本発明による更に別の例示的な光ファイバの規定屈折率分布を示すグラフである。８５０ナノメートルの波長における、２つの例示的な光ファイバの所定の曲げ半径の２巻の微小曲げ損失を示すグラフである。

本発明は、高帯域幅と低放射線誘導減衰を有するマルチモード光ファイバを含む。典型的には、光ファイバは、中心コア、内側クラッド及び外側クラッドを有する。

光ファイバは、高帯域幅用途で適切に動作するのに十分な帯域幅を備えていなければならない。所定の波長では、光ファイバの帯域幅は、幾つかの異なる点で特徴付けられることがある。典型的には、いわゆる「オーバーフィルド・モード帯域幅」（ＯＭＢ）と、いわゆる「有効モード帯域幅」（ＥＭＢ）は区別される。０ＭＢ帯域幅の取得は、光ファイバの半径方向面全体にわたって均一な励振を示す光源（即ち、例えばレーザ・ダイオードや発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する全モード励振（overfilled launch）状態）を使用すると仮定する。

ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）など、高帯域幅用途で使用される最近開発された光源は、光ファイバの半径方向面にわたって不均一な励振を示す。この種の光源では、０ＭＢ帯域幅は、あまり適切な測定値ではなく、したがって、有効モード帯域幅（ＥＭＢ）を使用することが望ましい。計算された有効モード帯域幅（ＥＭＢｃ）から、使用されるＶＣＳＥＬの種類と関係なくマルチモード光ファイバの最小ＥＭＢが推定される。ＥＭＢｃは、異モード遅延（differential-mode-delay）（ＤＭＤ）測定（例えば、ＦＯＴＰ−２２０規格に示されたような）から得られる。

ＤＭＤを測定し有効モード帯域幅を計算する例示的な方法は、ＦＯＴＰ−２２０規格に見ることができる。この技法の更なる詳細は、P.F.KolesarとD.J.Mazzareseによる「Understanding Multimode Bandwidth and Differential Mode Delay Measurements and Their Applications」Proceedings of the 51st Int’l Wire and Cable Symposium, 2002, pp.453-460、並びにDoug ColemanとPhillip Bellによる「Calculated EMB Enhances 10GbE Performance Reliability for Laser-Optimized 50/125 μm Multimode Fiber」Corning Cable Systems Whitepaper (March 2005)の出版物に記載されている。

図１は、ＴＩＡＳＣＦＯ−６．６版（２００２年１１月２２日）に公開されたＦＯＴＰ−２２０規格の基準によるＤＭＤ測定の概略図を示す。図１は、光ファイバの一部（即ち、外側クラッドで取り囲まれた光学コア）を概略的に表わす。ＤＭＤグラフは、所定波長λ_０の光パルスを、各連続パルス間で半径方向にオフセットされた状態で、マルチモード光ファイバに連続的に入射することによって得られる。このとき、各パルスの遅延が、ファイバの所定長Ｌの後で測定される。複数の同一光パルス（即ち、同じ振幅、波長及び周波数を有する光パルス）が、マルチモード光ファイバのコアの中心に対して異なる半径方向オフセットで入射される。入射光パルスは、図１では、光ファイバの光学コア上の点として示される。直径５０ミクロンの光ファイバの特徴を調べるために、ＦＯＴＰ−２２０規格は、個々の測定を約２ミクロン以下の半径方向オフセット間隔で行うことを推奨している。これらの測定値から、モード分散と計算有効モード帯域幅（ＥＭＢｃ）を決定することができる。

ＴＩＡ−４９２ＡＡＡＣ−Ａ規格は、イーサネット（登録商標）高帯域幅伝送ネットワーク用途で長距離に使用される直径５０ミクロンのマルチモード光ファイバの性能要件を指定している。ＯＭ３規格は、８５０ナノメートルの波長で、少なくとも２，０００ＭＨｚ・ｋｍのＥＭＢを必要とする。ＯＭ３規格は、最大３００メートルの距離まで、１０Ｇｂ／ｓ（１０ＧｂＥ）のデータ転送速度でのエラーなし伝送を保証する。ＯＭ４規格は、８５０ナノメートルの波長で、最大５５０メートルの距離まで１０Ｇｂ／ｓ（１０ＧｂＥ）のデータ転送速度でエラーなし伝送を達成するために、少なくとも４．７００ＭＨｚ・ｋｍのＥＭＢを必要とする。

マルチモード光ファイバでは、光ファイバに沿った幾つかのモードの伝播時間（即ち、群遅延時間）の差が、光ファイバの帯域幅を決定する。詳細には、同じ伝播媒体の場合（即ち、階段状屈折率のマルチモード光ファイバでは）、様々なモードが、異なる群遅延時間を有する。群遅延時間のこの差によって、光ファイバの異なる半径方向オフセットに沿って伝播するパルス間に時間のずれが生じる。

例えば、図１の右側のグラフに示されたように、個々のパルス間に時間のずれが見られる。この図１のグラフは、パルスが所定の長さの光ファイバを通るときに、それぞれ個々のパルスの半径方向オフセットをミクロン単位（Ｙ軸）で、時間をナノ秒単位で（Ｘ軸）示す。

図１に示されたように、Ｘ軸方向のピークの位置が変化し、この位置は、個々のパルス間の時間のずれ（即ち、遅延）を示す。この遅延によって、光パルスの幅が広がることになる。光パルスが広がると、パルスが後続パルスと重なる可能性が高まり、光ファイバが対応できる帯域幅（即ち、データ転送速度）が減少する。したがって、帯域幅は、光ファイバのマルチモード・コア内で伝播する光モードの群遅延時間に直接関連付けられる。これにより、広い帯域幅を保証するためには、全てのモードの群遅延時間が同一であることが望ましい。別の言い方をすると、多モード分散は、所定の波長においてゼロか又は少なくとも最小でなければならない。

多モード分散を少なくするために、本発明の例示的なマルチモード光ファイバは、屈折率が光ファイバの中心からクラッドとの界面まで徐々に減少する（即ち、「アルファ」コア分布）を有するコアを備える。

屈折率値ｎと光ファイバの中心からの距離ｒの関係によって、グレーデッド屈折率分布（即ち、アルファ屈折率分布）を次のように表すことができる。

ここで、α≧１であり、αは、屈折率分布の形状を示す無次元パラメータであり、
ｎ_１は、光ファイバのコアの最大屈折率であり、
ｒ_１は、光ファイバのコアの半径であり、

ここで、ｎ_０は、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（即ち、アルファ分布）を有する例示的なマルチモード光ファイバは、回転対称を有するコア分布を有し、その結果、屈折率の値は、光ファイバの半径方向に沿って、光ファイバのコアの中心からその周囲まで連続的に減少する。マルチモード光信号が、そのようなグレーデッド屈折率コア内を伝播するとき、様々な光モードが、異なる伝播媒体を経験する（即ち、屈折率が異なるので）。これは、各光モードの伝播速度に異なる影響を及ぼす。したがって、パラメータαの値を調整することによって、全モードで実質的に等しい群遅延時間を得ることができる。別の言い方をすると、屈折率分布を修正して多モード分散を減少させるか、更にはなくすことができる。

図２は、本発明による例示的な光ファイバの屈折率分布をグラフで示す。光ファイバは、外側クラッド（例えば、外側光クラッド）で取り囲まれた中心コアを有する。コストの理由で、外側クラッドは、典型的には、天然シリカで作成されるが、ドープト・シリカで作成されてもよい。図示されたように、光ファイバの中心コアは、アルファ屈折率分布（即ち、グレーデッド屈折率分布）と外半径ｒ_１とを有するガラスを主成分とする中心コアである。中心コアは、典型的には、シリカの屈折率を下げるためにフッ素（Ｆ）がドープされる。

中心コアのアルファ屈折率分布は、中心コアの外半径ｒ_１において、外側クラッドとの屈折率差Δｎ_ｅｎｄに対応する最小屈折率を有する。別の言い方をすると、中心コアは、アルファ屈折率分布を有し、中心コアの外半径ｒ_１で、外側クラッド（例えば、外側クラッドの最も内側部分）との屈折率差Δｎ_ｅｎｄを有する。

中心コアのアルファ屈折率分布は、また、（例えば、中心コアの中心において）外側クラッドとの最大屈折率差Δｎ_１を有する。中心コアのアルファ屈折率分布は、高帯域幅の達成を促進する。

典型的には、光ファイバの中心コアは、約０〜−５ｘ１０^−３（例えば、約−０．０５ｘ１０^−３〜−４ｘ１０^−３）の最大屈折率差Δｎ_１を有する。より典型的には、中心コアの最大屈折率差Δｎ_１は、約０〜−２ｘ１０^−３である。中心コアの外半径ｒ_１は、典型的には、約２２．５ミクロン〜２７．５ミクロン（即ち、２５±２．５ミクロン）である。中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄは、典型的には、約−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、−１７ｘ１０^−３〜−１９ｘ１０^−３）である。より典型的には、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄは、約−２０ｘ１０^−３より大きい（例えば、約−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３）。更に、中心コアのアルファ屈折率分布は、典型的には、約１．９０〜２．１５のαパラメータを有する。

予備成形製造中に、典型的には、中心コアのアルファ屈折率分布は、約１０００〜２０００層（例えば、１４００〜１７００層）のガラス層を付着させることによって作成される。この点に関して、中心コアのアルファ屈折率分布は、典型的には、個別の層（例えば、屈折率が階段状に低下する約３〜２００層）を使用する階段状近似よりも真のグレーデッド屈折率分布に類似している。真のグレーデッド・アルファ屈折率分布の中心コアと類似の規定アルファ屈折率分布を有する光ファイバは、典型的には、中心コアがアルファ屈折率分布の階段状近似を有する光ファイバより高い帯域幅を示す。

図２に示されたように、例示的な光ファイバは、また、内側クラッドを含む。光ファイバの内側クラッドは、中心コアと外側クラッドとの間に位置決めされる。内側クラッドは、外半径ｒ_２、幅ｗ_２、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_２を有する。内側クラッドは、典型的に、シリカの屈折率を小さくするためにフッ素（Ｆ）がドープされる。光ファイバの内側クラッドは、一般に、中心コア内に光信号を閉じ込める。

内側クラッドの屈折率差Δｎ_２は、典型的には、約−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、約−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３）である。内側クラッドの幅ｗ_２は、典型的には、約５ミクロン〜３７．５ミクロン（例えば、約１０ミクロン〜２５ミクロン）である。例示的な実施形態では、内側クラッドの幅ｗ_２は、約２０ミクロン以上である。内側クラッドの外半径ｒ_２は、典型的には、約３０ミクロン〜６２．５ミクロン（例えば、３５ミクロン〜５０ミクロン）である。

例示的な実施形態では、内側クラッドの外半径ｒ_２は、約４５ミクロン以上（例えば、約５０ミクロン〜６２．５ミクロン）である。本発明者は、約４５ミクロンを超える内側クラッド外半径ｒ_２を有する例示的な光ファイバが、４５ミクロン未満の内側クラッド外半径を有する光ファイバと比較して閉じ込め損失が小さいので、ファイバ長の影響をあまり受けない帯域幅を示すことを発見した。

例示的な実施形態では、内側クラッドの屈折率差Δｎ_２は、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄとほぼ等しい。しかしながら、内側クラッドの屈折率差Δｎ_２は、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄより大きくても小さくてもよい。

図２は、外側クラッドに対して一定の屈折率差を有する内側クラッド層を示す。しかしながら、本発明による例示的な光ファイバは、半径方向位置の関数（例えば、台形、三角形、又はアルファ分布）として変化する１つ又は複数の屈折率差を有してもよい。一定でない屈折率を有するクラッド層の場合、それぞれの屈折率差（例えば、内側クラッドの屈折率差Δｎ_２）は、絶対値で表したクラッド層と外側クラッド層との最大屈折率差を指す。

更に、当業者は、典型的には外側クラッドが一定の屈折率を有することを理解するであろう。しかしながら、外側クラッドが一定でない屈折率を有する場合、屈折率差は、典型的には、外側クラッドの最も内側の部分（即ち、外側クラッドの、中心コアに最も近く光ファイバ内の光信号の伝播に影響を及ぼすことがある部分）に対して測定される。

したがって、例示的な製造されたマルチモード光ファイバは、クラッド層で取り囲まれたグレーデッド屈折率中心コアを有する。コアとクラッドの境界面は、コアのアルファ屈折率分布を中断する。したがって、マルチモード光ファイバのコアは、理論的に完全なアルファ分布（即ち、アルファ規定分布）に対応しない。外側クラッドは、より低次のモードに対してより高次のモードを加速する。この現象は、「クラッド効果（cladding effect）」として知られる。ＤＭＤ測定では、最も高い半径方向位置（即ち、外側クラッドに最も近い）の得られた応答は、複数のパルスを示し、その結果、応答信号が自覚的に拡大する。したがって、このクラッド効果によって帯域幅が縮小する。

光ファイバのクラッド効果は、外側マスクにより取得された異モード遅延測定値を使用して評価されてもよい。例えば、５０ミクロンの中心コアの場合（即ち、中心コア径が５０±３ミクロンで、半径が２５±１．５ミクロン）、ＦＯＴＰ−２２０規格の方法を使用することによって、外側マスク０〜２３ミクロンでの異モード遅延値を得ることができる。この関連で、中心コアの中心（即ち、０ミクロン）から２３ミクロンまでの半径方向オフセットにわたって、ＤＭＤ法を使用して、外側マスク０〜２３ミクロンでの異モード遅延値（即ち、ＤＭＤｏｕｔ、外側ＤＭＤ（０〜２３ミクロン））が測定される。換言すると、光ファイバの外側ＤＭＤ値を計算するとき、２３ミクロンを超える半径方向オフセット値の信号は考慮されない。

当業者は、より大きいか又は小さいコア径を有する光ファイバのために外側マスクの寸法が修正されてもよいことを理解されよう。例えば、より大きい寸法（例えば、より大きい内半径及び外半径）を有するマスクは、直径６２．５ミクロンのコアを有するマルチモード光ファイバに対して使用されてもよい。同様に、５０ミクロン未満のコアを有するマルチモード光ファイバに対しては、もっと小さい寸法（例えば、より小さい内半径と外半径）を有するマスクが使用されてもよい。

外側ＤＭＤは、光ファイバの長さ（例えば、７５０メートルの光ファイバ）にわたって測定されたＤＭＤのプロットから生じる。使用される光源は、８５０ナノメートルで放射するチタン・サファイア・パルス・レーザでよい。光源は、４分の１の高さで４０ピコ秒未満のパルスを放射し、ＲＭＳ（二乗平均）のスペクトル幅は、０．１ナノメートル未満である。

内側マスクによって得られた異モード遅延測定値を使用して、光ファイバの異モード遅延の他の態様を評価することができる。ＦＯＴＰ−２２０規格の方法を使用することにより、内側マスク５〜１８ミクロン上の異モード遅延値を得ることができる。これに関連して、中心コアの中心から５ミクロン乃至中心コアの中心から１８ミクロンの半径方向オフセット範囲にわたって、ＤＭＤ法を使用することにより、内側５〜１８マスク・ミクロン（即ち、ＤＭＤｉｎ、内側ＤＭＤ（５〜１８ミクロン））の異モード遅延値が測定される。

ＦＯＴＰ−２２０規格の方法によるスライド・マスクにより得られた異モード遅延測定値を使用することにより、光ファイバの異モード遅延の更に他の態様を評価することができる。７ミクロン〜１９ミクロン（即ち、ＤＭＤｓｌｉｄ又はスライドＤＭＤ（７〜１９ミクロン））の半径方向オフセット位置の任意の６ミクロン期間にわたる最大ＤＭＤマスク幅を決定するために、スライド・マスクＤＭＤ測定が行なわれる。

前述のように、典型的な光ファイバに対して、コアｎ_ｃの屈折率は、典型的には、光クラッドｎ_ｇの屈折率より大きい（即ち、ｎ_ｃ＞ｎ_ｇ）。しかしながら、図２の例示的な光ファイバは、陥没中心コア（例えば、フッ素がドープされたシリカ・コア）を有する。これに関して、中心コアの最大屈折率差Δｎ_１は、約０以下である。別の言い方をすると、中心コアの最大屈折率値は、外側クラッドの屈折率値以下である。

例示的な実施形態では、中心コアの最大屈折率差Δｎ_１は負である。当業者は、全体コアが、外側クラッドに対して負の屈折率を有する光ファイバの実施形態の場合、中心コアと外側クラッドとの最大屈折率差が、中心コアの最も外側の部分で生じることを理解するであろう。換言すると、絶対値で表した中心コアと外側クラッドの最大屈折率差は、中心コアのアルファ屈折率分布の端で生じる。これと反対に、絶対値で表した中心コアと外側クラッドの最小屈折率差は、中心コアのアルファ屈折率分布の中心で生じる。

前に述べたように、外側クラッドは、典型的には、純粋シリカで作成される。しかしながら、幾つかの例示的な実施形態では、光ファイバは、純粋シリカの外側クラッドを含まない。例えば、光ファイバは、光ファイバの最も外側の半径まで延在するフッ素ドープト・クラッド（例えば、内側クラッド）で取り囲まれた中心コアを有してもよい。そのような実施形態では、屈折率差は、典型的には、約１．４５６の屈折率値を有する純粋シリカに対して測定される。フッ素ドープト・クラッドで取り囲まれた中心コアを有する例示的な光ファイバは、フッ素をドープした基材管を使用するＰＣＶＤ蒸着により製造されてもよい。あるいは、例示的な光ファイバは、蒸着後に機械的技法又はエッチング技法によって除去される純粋シリカ蒸着管を使用して製造されてもよい。

ゲルマニウム及び／又はリンの存在は、放射線誘導減衰を促進する傾向がある。それにもかかわらず、同一出願人による米国特許出願公報第２０１２／００３９３６１号は、ゲルマニウム・ドーピングが光ファイバの水素誘導減衰を減少させることができることを示している。したがって、この光ファイバは、多少のゲルマニウム・ドーピングによって製造される陥没中心コア（及び／又は内部クラッド層）を有してもよい。幾つかの例示的なマルチモード光ファイバは、０．１重量パーセント以下の最大ゲルマニウム濃度（例えば、約０．０１〜０．０５重量パーセントのゲルマニウム）を有するゲルマニウム・ドープト中心コアを有してもよい。換言すると、中心コアの幅全体にわたって、ゲルマニウム濃度は、０．１重量パーセントを超えない。

水素が豊富な環境では、約２００℃を超える温度（例えば、２５０℃）で、光ファイバの中心コア内のゲルマニウムの存在が、水素誘導減衰を促進できることが確認された。したがって、陥没中心コア（例えば、フッ素ドープト・シリカのアルファ屈折率コア）を得るために、光ファイバの規定分布は、典型的には、ゲルマニウム・ドーピング又はリン・ドーピングなしに製造される。代わりに、中心コアのアルファ屈折率分布は、フッ素ドーピングを使用して中心コアの屈折率を外側クラッドの屈折率より小さくすることによって達成される。

例示的なマルチモード光ファイバは、通常、中心コア内のゲルマニウムの濃度が０．００５重量パーセント未満（即ち、５０ｐｐｍ未満）となるように実質的にゲルマニウム・ドーパントがない中心コアを有する。換言すると、そのような光ファイバは、意図的にドープされず、極微量のゲルマニウムは不純物と見なされる。

例示的な光ファイバの中心コア内にゲルマニウムとリンがないと、光ファイバの性能特性の２つの態様が改善される。中心コアにゲルマニウムとリンを含まなくすることによって、光ファイバ全体の減衰が減少する。更に、前述したように、中心コア内にゲルマニウム又はリンがないと、光ファイバの放射線に対する耐性が改善される。

陥没コア光ファイバの改善された放射線耐性の一態様を説明するために、図３と図４はそれぞれ、放射線照射前と後の３００メートルの光ファイバ・サンプルの計算オーバーフィルド・モード帯域幅（ＯＭＢｃ）と計算有効モード帯域幅（ＥＭＢｃ）をグラフで示す。図３と図４のデータを生成するために使用された光ファイバは、陥没アルファ屈折率コアと、３５ミクロンの外半径を有する内側クラッドとを有し、したがって図２の例示的な光ファイバと類似の屈折率分布を有する。グラフには２本のバーがある。影付きの左側バーは、照射前の光ファイバの帯域幅（即ち、ＯＭＢｃ又はＥＭＢｃ）を示す。これに対応する影のない右側バーは、５００キログレイの放射線量にさらされた後の光ファイバの帯域幅を示す。

典型的には、ゲルマニウム・ドープト中心コアを有する標準マルチモード光ファイバに関して、計算オーバーフィルド・モード帯域幅と計算有効モード帯域幅は両方とも、放射線照射後に５００キログレイの累積線量までの実質的にゼロであり、その理由は、放射線が、光ファイバの減衰を数百ｄＢ／ｋｍまで高めるからである。

図３と図４にそれぞれ示されたように、３００メートルの陥没アルファ屈折率コア光ファイバの場合、５００キログレイの放射線は、光ファイバの計算オーバーフィルド・モード帯域幅に影響を及ぼさず、光ファイバの計算有効モード帯域幅を僅かに小さくしただけである。したがって、例示的な光ファイバの中心コア内のゲルマニウムとリンの不在は、帯域幅の放射線誘導減衰に対する光ファイバの耐性を改善する。

例示的な光ファイバの陥没アルファ屈折率コアの更なる利点は、表１（下）を参照してよりよく理解されるであろう。表１は、図３と図４の光ファイバに行なわれた測定の結果を示す。この場合も、測定は、光ファイバが５００キログレイの放射線にさらされる前と後で行なわれた。

表１の第１列は、光ファイバの長さを示す。第２列と第７列はそれぞれ、照射前と後の光ファイバの外側ＤＭＤ（ＤＭＤｏｕｔ）値を示す。第３列と第８列はそれぞれ、照射前と後の光ファイバの内側ＤＭＤ（ＤＭＤｉｎ）値を示す。第４列と第９列はそれぞれ、照射前と後の光ファイバのスライドＤＭＤ（ＤＭＤｓｌｉｄ）値を示す。第５列と第１０列はそれぞれ、照射前と後の光ファイバの計算有効モード帯域幅（ＥＭＢｃ）を示す。第６列と第１１列はそれぞれ、照射前と後の光ファイバの計算オーバーフィルド・モード帯域幅（ＯＭＢｃ）を示す。各測定は、８５０ナノメートルの波長で行なわれた。

表１に示されたように、光ファイバのＤＭＤ及び帯域幅特性は、放射線によって著しい影響を受けない。表１のＥＭＢｃ及びＯＭＢｃデータは、図３と図４にグラフで示された。これにより、表１は、また、例示的な光ファイバの中心コア内のゲルマニウムとリンの不在が、光ファイバの帯域幅の放射線誘導劣化に対する耐性を改善することを示す。

ＰＣＶＤによる光ファイバの製造中、典型的には光ファイバに塩素（Ｃｌ）が添加される。例えば、図５は、典型的な塩素濃度を使用して製造された比較の陥没グレーデッド屈折率マルチモード光ファイバの化学組成をグラフで示す。比較の光ファイバは、約１０ミクロンの幅を有する内側クラッドで取り囲まれた直径５０ミクロンの中心コアを有する。

それぞれの塩素濃度とフッ素（Ｆ）濃度（即ち、重量パーセント）は、光ファイバの半径の関数として示される。中心に位置決めされた縦軸と黒い菱形のプロット線は、特定の半径方向オフセットにおける光ファイバのフッ素（Ｆ）濃度を提供する。同様に、右側の縦軸と明るい正方形のプロット線は、特定の半径方向オフセットにおける光ファイバの塩素（Ｃｌ）濃度を示す。本明細書で使用されるとき、塩素濃度又はフッ素濃度の列挙はそれぞれ、元素塩素又はフッ素の重量分率を指す。

図５に示されたように、比較の光ファイバの塩素濃度は、中心コアの幅の約９５パーセントにわたって０．１０重量パーセントより大きい。更に、比較の光ファイバの平均塩素濃度は、約０．１５重量パーセントである。

これと対照的に、本発明の例示的な光ファイバは、典型的には、低い塩素濃度を有する。例えば、例示的な光ファイバは、図５の比較の光ファイバの２分の１〜３分の１の平均塩素濃度を有する。図６は、本発明による陥没グレーデッド屈折率マルチモード光ファイバの例示的な実施形態の化学組成をグラフで示す。示された例示的な光ファイバは、約１０ミクロンの幅を有する内側クラッドで取り囲まれた直径５０ミクロンの中心コアを有する。

この場合も、塩素濃度とフッ素濃度は、光ファイバの半径の関数として示される。中心に位置決めされた縦軸と黒い菱形のプロット線は、特定の半径方向オフセットにおける光ファイバのフッ素濃度を示す。右側の縦軸と明るい正方形のプロット線は、特定の半径方向オフセットにおける光ファイバの塩素濃度を示す。

図６に示されたように、中心コアの幅全体にわたって、例示的な光ファイバの塩素濃度は、０．１０重量パーセント未満である（即ち、中心コアは、０．１０重量パーセントより小さい最大塩素濃度を有する）。更に、中心コアの幅の９５パーセントにわたって、例示的な光ファイバの塩素濃度は、０．０７重量パーセント未満でないにしても、０．０８重量パーセント未満である。更に、示された例示的な光ファイバの平均塩素濃度は、約０．０６重量パーセントである。

より一般に、中心コアの幅の９５パーセントにわたって、例示的な光ファイバは、典型的には、０．１０重量パーセント未満（例えば、０．０９重量パーセント未満）の塩素濃度を有する。幾つかの実施形態では、中心コアの幅全体にわたって、例示的な光ファイバの塩素濃度は、０．０８重量パーセント未満（例えば、０．０７重量パーセント未満）である。例えば、中心コアの幅全体にわたって、例示的な光ファイバの塩素濃度は、０．０６重量パーセント未満（例えば、０．０５重量パーセント未満）でよい。

更に、例示的な実施形態では、光ファイバは、約０．１０重量パーセント未満（例えば、約０．０９重量パーセント未満）の平均塩素濃度を有する。例示的な光ファイバは、典型的には約０．０８重量パーセント未満（例えば、０．０７重量パーセント未満）の平均塩素濃度を有する。より典型的には、例示的な光ファイバは、０．０６重量パーセント未満（例えば、０．０５重量パーセント未満）の平均塩素濃度を有する。幾つかの例示的な実施形態では、光ファイバは、０．０３重量パーセント未満（例えば、０．０１重量パーセント未満）の平均塩素濃度を有する。

例示的な実施形態では、その外半径で、中心コアは、少なくとも約３重量パーセント（例えば、３．５〜７．０重量パーセント）の最低フッ素濃度を有する。中心コアの外半径で、例示的な光ファイバは、典型的には４重量パーセント（例えば、４．５〜６．０重量パーセント）の最低フッ素濃度を有する。図６を参照されたい。

前に述べたように、典型的な製造技術では、光ファイバに塩素が添加される。しかしながら、放射線の多い環境の状況では、本発明者は、高い塩素濃度が実際に光ファイバの減衰を大きくすることを発見した。

図７は、（ｉ）典型的な技術を使用して製造された比較の光ファイバと（ｉｉ）本発明による例示的な光ファイバの両方の放射線誘導減衰（即ち、誘導損失）を放射線量の関数としてグラフで示す。比較の光ファイバと例示的な光ファイバは、図２と類似の屈折率分布を有する陥没グレーデッド屈折率マルチモード光ファイバである。より明るい色（かつ上側）のプロット線は、比較の光ファイバの放射線誘導減衰を示す。より暗い色（かつ下側）のプロット線は、例示的な光ファイバの放射線誘導減衰を示す。

図８は、放射線誘導減衰（即ち、誘導損失）を、比較の光ファイバの放射線量の関数としてグラフで示す。図９は、放射線誘導減衰（即ち、誘導損失）を、例示的な光ファイバの放射線量の関数としてグラフで示す。

図７〜図９のプロットを作成するために、光ファイバは、０．１５Ｇｙ／ｓの線量率と約２４℃の温度でコバルト６０放射線源（即ち、^６０Ｃｏ放射線源）を使用して１９時間放射線照射された。照射中、光ファイバの放射線誘導減衰は、８５６ナノメートルの波長と約−１８ｄＢｍ（即ち、約１６μＷ）の波長で放射するＬＥＤ光源を使用して測定された。図７〜図９のプロットを生成するために使用される装置及び試験手順の更なる詳細は、Jochen Kuhnhenn、Stefan Klaus Hoffgen、及びUdo Weinandによる「Quality Assurance for Irradiation Tests of Optical Fibers: Uncertainty and Reproducibility」IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol.56, No.4, August 2009, at 2160-2166の出版物に見ることができる。

図７〜図９に示されたように、例示的な光ファイバは、放射線誘導減衰に対して、比較の光ファイバより大きい耐性を示した。実際には、例示的な光ファイバの放射線誘導減衰は、比較の光ファイバの放射線誘導減衰の２分の１〜３分の１である。

これに関連して、８５６ナノメートルの波長、約２４℃の温度、及び０．１５Ｇｙ／ｓの放射線量率で、比較の光ファイバは、６５０グレイの放射線照射後に６１．５ｄＢ／ｋｍの放射線誘導減衰を示した。６５０グレイ〜１５００グレイの放射線量で、比較の光ファイバの放射線誘導減衰は、約６０．９５ｄＢ／ｋｍまで約０．９パーセント減少する。１５００グレイ〜１０，０００グレイの放射線量で、比較の光ファイバの放射線誘導減衰は、６７．３５ｄＢ／ｋｍまで９．５パーセント増大する。比較の光ファイバの放射線誘導減衰は、照射中に減少と増大が共にあったので、相対的に予測不能である。したがって、比較の光ファイバは、（ｉ）高い放射線誘導減衰、（ｉｉ）高い放射線誘導減衰変化、及び（ｉｉｉ）予測不能な放射線誘導減衰変化を示した。

これと対照的に、８５６ナノメートルの波長、約２４℃の温度、及び０．１５Ｇｙ／ｓの放射線量率で、例示的な光ファイバは、６５０グレイの放射線照射後に２６．７ｄＢ／ｋｍの放射線誘導減衰を示した。６５０グレイ〜１０，０００グレイの線量で、例示的な光ファイバの放射線誘導減衰は、２８．７ｄＢ／ｋｍまで５．６パーセント増大した。特に、例示的な光ファイバの放射線誘導減衰は、放射線照射の間だけ増大した。これにより、例示的な光ファイバは、（ｉ）相対的に低い放射線誘導減衰、（ｉｉ）相対的に低い放射線誘導減衰変化、及び（ｉｉｉ）比較の光ファイバより予測可能な放射線誘導減衰変化を示した。

図７の放射線試験結果は、高い塩素濃度が、特に放射線が多い環境で、光ファイバの減衰を大きくし得ることを示す。したがって、例示的な光ファイバの塩素の相対的に低い濃度は、ファイバがゲルマニウムやリンなどのドーパントを含まないということと相まって、放射線の多い環境における低いファイバ減衰値の達成を促進する。

幾つかの例示的な実施形態では、本発明の光ファイバは、高いハロゲン比率を有する。本明細書で使用されるとき、「ハロゲン比率」の概念は、元素塩素の重量分率に対する元素フッ素の重量分率の比率を指す。例えば、ハロゲン比率は、光ファイバの特定の半径（例えば、中心コアの外半径）において表されてもよく、１つ又は複数の層にわたる平均（例えば、中心コア全体の平均）として表わされてもよい。ハロゲン比率は、光ファイバの屈折率分布を実現するために使用されるフッ素ドーパントの量と製造工程中に光ファイバに添加される塩素量との有意の比較を提供する。

この光ファイバは、典型的には、中心コアの外半径で、約３０を超える（例えば、約５０〜５００）のハロゲン比率を有する。光ファイバが、元素フッ素及び／又は元素塩素の濃度に関する周囲の変化を示すという点で、平均濃度を使用して、そのような半径に依存するハロゲン比率を計算してもよい。

光ファイバのコア−クラッド平均ハロゲン比率は、光ファイバのコアと最も内側のクラッド層の中の平均ハロゲン比率である（即ち、図２と図１３に示された内側クラッドや図１２に示されたような埋め込みトレンチなど、中心コアと隣接したクラッド層）。例えば、中心コア、内側クラッド及び外側クラッドを有する光ファイバのコア−クラッド平均ハロゲン比率を計算するために、中心コアと内側クラッド内の平均フッ素濃度と塩素濃度が使用される。したがって、コア−クラッド平均ハロゲン比率は、典型的には、光ファイバの伝送信号が主に伝播する部分のハロゲン比率を表わす。

従来の技術を使用して製造された光ファイバは、典型的には、約１８．５未満のコア−クラッド平均ハロゲン比率を有する。これと対照的に、光ファイバの例示的な実施形態は、典型的には、約２０を超える（例えば、約２２〜３００の）コア−クラッド平均ハロゲン比率を有する。典型的には、光ファイバは、２５〜２６９（例えば、約４８〜２４０）のコア−クラッド平均ハロゲン比率を有する。より典型的には、光ファイバは、５３〜２００（例えば、約６０〜１４０）のコア−クラッド平均ハロゲン比率を有する。

光ファイバのコア平均ハロゲン比率は、光ファイバの中心コア内の平均フッ素濃度と塩素濃度を使用して決定される。従来の技術を使用して製造された光ファイバは、典型的には、約１５未満のコア平均ハロゲン比率を有する。これと対照的に、例示的な光ファイバは、典型的には、約２０を超える（例えば、約３０〜１７０の）コア平均ハロゲン比率を有する。

ハロゲン比率が高いほど、光ファイバの放射線耐性が改善されると思われる。詳細には、高いハロゲン比率を有する光ファイバは、典型的には、低い放射線誘導減衰を示す。更に、高ハロゲン比率の光ファイバは、典型的には、光ファイバの帯域幅を損なう可能性がある放射線誘導屈折率変化に対する耐性が高い。したがって、高いハロゲン比率を有する光ファイバは、典型的には、高帯域幅を有し、放射性の多い環境で低い減衰を示す。

例えば、図１０と図１１は、フッ素濃度（Ｆ）と塩素濃度（Ｃｌ）を、２つの例示的な光ファイバの半径方向オフセットの関数として示す。例示的な光ファイバは、約１５ミクロンの幅を有する内側クラッドで取り囲まれた直径５０ミクロンの中心コアを有する。

それぞれの塩素濃度とフッ素濃度（即ち、重量パーセント内）は、光ファイバの半径の関数として示される。左側の縦軸と明るい色の正方形のプロット線は、特定の半径方向オフセットにおける光ファイバの塩素濃度を示す。同様に、右側の縦軸と黒い円形のプロット線は、特定の半径方向オフセットにおける光ファイバのフッ素濃度を示す。本明細書で使用されるとき、塩素濃度とフッ素濃度の列挙はそれぞれ、元素塩素又はフッ素の重量分率を指す。

図１０の光ファイバは、そのコア内に０．１０重量パーセントの平均塩素濃度を有し、図１１の光ファイバは、そのコア内に０．０５重量パーセントの平均塩素濃度を有する。図１０と図１１の光ファイバは、それぞれのコア内に同等の平均フッ素濃度を有する。したがって、図１１の光ファイバは、図１０の光ファイバのコア平均ハロゲン比率の約２倍（即ち、２Ｘ）のコア平均ハロゲン比率を有する。

図１０と図１１の光ファイバは、コバルト６０放射線源（即ち、^６０Ｃｏ放射線源）を使用して、約１．２５Ｇｙ／ｓの線量率、約４５℃の温度で、２．３５ＭＧｙ（即ち、２．３５メガグレイ）の蓄積線量まで放射線照射された。照射後に、光ファイバの放射線誘導減衰を測定した。波長１３００ナノメートルでは、図１０の光ファイバは、図１１の光ファイバより５０パーセント多い（即ち、１．５Ｘ）放射線誘導減衰を示した。更に、波長８５０ナノメートルでは、図１０の光ファイバは、図１Ｉの光ファイバより１００パーセント多い（即ち、２Ｘ）放射線誘導減衰を示した。これにより、光ファイバのコア平均ハロゲン比率を高めると、光ファイバの放射線誘導減衰が減少すると考えられる。

一実施形態によれば、本発明の光ファイバは、波長分散に関する仕様を除きＩＴＵ−Ｔ推奨Ｇ．６５１．１に従う。したがって、５０ミクロンの中心コア径（即ち、２５ミクロンの中心コア半径ｒ_１）及び／又は０．２±０．０１５の開口数を有する。

別の態様では、本発明は、本明細書に開示されたような光ファイバの少なくとも一部分を含むマルチモード光システムを含む。詳細には、光学システムは、少なくとも１００メートル（例えば、３００メートル）にわたって少なくとも１０Ｇｂ／ｓのデータ転送速度を発揮することができる。この点で、この光学システムの例示的な実施形態は、波長分散に関するそれぞれの仕様を除き、ＯＭ３とＯＭ４の基準に従う。

幾つかの例示的な実施形態では、本発明の光ファイバは、中心コアと外側クラッドとの間に位置決めされた埋め込みトレンチを有する。典型的には、光ファイバの埋め込みトレンチは、内側クラッドを直接取り囲んでもよい。あるいは、光ファイバは、中心コアを直接取り囲む埋め込みトレンチを有してもよい。中心コアを直接取り囲む埋め込みトレンチを含む例示的な実施形態では、光ファイバには、中間クラッド（例えば、埋め込みトレンチと外側クラッドとの間に位置決めされた中間クラッド）があってもなくてもよい。

埋め込みトレンチを有する例示的な実施形態の場合、埋め込みトレンチは、幅ｗ_３、外半径ｒ_３、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_３を有する。典型的には、用語「埋め込みトレンチ」は、光ファイバの、外側クラッドの屈折率よりかなり小さい屈折率を有する半径方向部分を示すために使用される。

一般的に言って、屈折率差は、以下の式を使用してパーセントとして表すことができる。

ｎ（ｒ）は、半径方向位置の関数としての比較の屈折率値（例えば、埋め込みトレンチの屈折率ｎ_３）であり、ｎ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}は、外側クラッドの屈折率値である。当業者は、屈折率が光ファイバの所定の区間にわたって変化する場合（即ち、屈折率値が半径方向位置の関数として変化する）又は屈折率が所定の区間にわたって一定である場合に、この式を使用できることを理解するであろう。

したがって、外側クラッドに対する一定の屈折率差を、以下の式を使用してパーセントとして表すことができる。

ｎは、比較の屈折率値（例えば、埋め込みトレンチの屈折率ｎ_３）であり、ｎ_{ｃｌａｄｄｊｎｇ}は、外側クラッドの屈折率値である。

本明細書で使用されるとき、埋め込みトレンチの体積ｖは、以下の式により定義される。

ｒ_ｉｎｔとｒ_ｅｘｔはそれぞれ、埋め込みトレンチの内半径と外半径であり、Δ％（ｒ）は、パーセントで表された外側クラッドに対する埋め込みトレンチの屈折率差である。当業者は、この式が長方形トレンチと非長方形トレンチの両方に使用できることを理解するであろう。

埋め込みトレンチが長方形形状（即ち、ステップ屈折率分布）を有する場合、式（前述）を以下の式に単純化することができる。

ｒ_ｅｘｔとｒ_ｉｎｔはそれぞれ、埋め込みトレンチの外半径と内半径であり、Δ％は、パーセントとして表された外側クラッドに対する埋め込みトレンチの屈折率差である。

前述のように、例示的な光ファイバは、中心コアを直接取り囲む埋め込みトレンチを有してもよい。図１２は、中心コアを直接取り囲む埋め込みトレンチを有する例示的な光ファイバの規定屈折率分布をグラフで示す。光ファイバは、外側クラッド（例えば、外側光クラッド）で取り囲まれた中心コアを有する。コストの理由のため、外側クラッドは、典型的には、天然シリカでは作成されるが、ドープト・シリカで作成されてもよい。図示されたように、光ファイバの中心コアは、アルファ屈折率分布（即ち、グレーデッド屈折率分布）と外半径ｒ_１を有するガラスを主成分とする中心コアである。中心コアは、典型的には、シリカの屈折率を小さくするためにフッ素がドープされる。

中心コアのアルファ屈折率分布は、中心コアの外半径ｒ_１における外側クラッドとの屈折率差Δｎ_ｅｎｄに対応する最小屈折率を有する。別の言い方をすると、中心コアは、アルファ屈折率分布と、中心コアの外半径ｒ_１における外側クラッド（例えば、外側クラッドの最も内側の部分）との屈折率差Δｎ_ｅｎｄとを有する。

中心コアのアルファ屈折率分布は、また、外側クラッド（例えば、中心コアの中心）との最大屈折率差Δｎ_１を有する。中心コアのアルファ屈折率分布は、高帯域幅の達成を容易にする。

典型的には、光ファイバの中心コアは、約０〜−４ｘ１０^−３の最大屈折率差Δｎ_１を有する。より典型的には、中心コアの最大屈折率差Δｎ_１は、約−０．１ｘ１０^−３〜−１．５ｘ１０^−３である。中心コアの外半径ｒ_１は、典型的には、約２２．５ミクロン〜２７．５ミクロン（即ち、２５±２．５ミクロン）である。中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄは、典型的には、約−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、約−１７ｘ１０^−３〜−１９ｘ１０^−３）である。より典型的には、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄは、約−１８ｘ１０^−３より大きい（例えば、約−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３）。更に、中心コアのアルファ屈折率分布は、典型的には、約１．９〜２．１のαパラメータを有する。

図１２に示されたように、例示的な光ファイバは、中心コアを直接取り囲む埋め込みトレンチを有する。埋め込みトレンチは、幅ｗ_３、外半径ｒ_３、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_３を有する。埋め込みトレンチは、典型的には、シリカの屈折率を低下させるためにフッ素がドープされる。埋め込みトレンチは、幅ｗ_３、外半径ｒ_３、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_３を有する。例示的な実施形態では、埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３は、約−１５ｘ１０^−３〜−３６ｘ１０^−３（例えば、約−１８ｘ１０^−３〜−３４ｘ１０^−３）である。典型的には、埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３は、約−１６ｘ１０^−３〜−３０ｘ１０^−３（例えば、約−１９ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３）である。

以上の内容によれば、例示的なトレンチ支援マルチモード光ファイバは、約６重量パーセント〜７重量パーセントなどの少なくとも約５重量パーセント（例えば、５．５〜６．５重量パーセント）のフッ素濃度を有する埋め込みトレンチを有してもよい。典型的には、シリカに１重量パーセントのフッ素をドープすると、純粋シリカに対して約−３ｘ１０^−３の屈折率差が生じる。

幾つかの例示的な実施形態では、埋め込みトレンチ屈折率差Δｎ_３と中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄとの差（即ち、Δｎ_３−Δｎ_ｅｎｄ）は、約−１ｘ１０^−３〜−１５ｘ１０^−３（例えば、約−２ｘ１０^−３〜−１４ｘ１０^−３）である。埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３と中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄとの差（即ち、Δｎ_３−Δｎ_ｅｎｄ）は、典型的には、約−３ｘ１０^−３〜−１３ｘ１０^−３（例えば、約−３ｘ１０^−３〜−１０ｘ１０^−３、又は約−４ｘ１０^−３〜−１２ｘ１０^−３）である。より典型的には、埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３と中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄとの差（即ち、Δｎ_３−Δｎ_ｅｎｄ）は、約−５ｘ１０^−３〜−１１ｘ１０^−３（例えば、約−６ｘ１０^−３〜−１０ｘ１０^−３）である。

埋め込みトレンチの幅ｗ_３は、０．５ミクロン〜１０ミクロン（例えば、約２ミクロン〜８ミクロン）でよい。典型的には、埋め込みトレンチの幅ｗ_３は、約３ミクロン〜７ミクロン（例えば、約４ミクロン〜６ミクロン）である。埋め込みトレンチの外半径ｒ_３は、典型的には、約２３ミクロン〜３８ミクロン（例えば、約２６ミクロン〜３５ミクロン）である。より典型的には、埋め込みトレンチの外半径ｒ_３は、約２８ミクロン〜３３ミクロン（例えば、約３０ミクロン〜３２ミクロン）である。幾つかの例示的な実施形態では、本発明の光ファイバは、約２６０％・μｍ^２以上（例えば、約２８０％・μｍ^２〜４５０％・μｍ^２）の体積ｖ_３を有する埋め込みトレンチを有する。より典型的には、埋め込みトレンチは、約３００％・μｍ^２〜４２５％・μｍ^２（例えば、約３５０％・μｍ^２〜４００％・μｍ^２）の体積ｖ_３を有する。埋め込みトレンチは、典型的には、シリカの屈折率を下げるためにフッ素（Ｆ）がドープされる。

図１２に示されたように、ｒ＝ｒ_１の値では、光ファイバの屈折率は、中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄから埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３まで歴然とした不連続な低下がある。しかしながら、例示的な実施形態では、中心コアの外半径ｒ_１における光ファイバの屈折率の低下は、連続でもよい。例えば、中心コアのアルファ屈折率分布は、埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３に対応する屈折率差Δｎ_ｅｎｄを有する。

図１２の例示的な光ファイバは、また、埋め込みトレンチと外側クラッドとの間に位置決めされた中間クラッドを有する。中間クラッドは、外半径ｒ_４、幅ｗ_４、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_４を有する。中間クラッドは、典型的には、シリカの屈折率を下げるためにフッ素がドープされる。

例示的な実施形態では、中間クラッドの屈折率差Δｎ_４は、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄとほぼ等しい。しかしながら、中間クラッドの屈折率差Δｎ_４は、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄより大きくても小さくてもよい。

光ファイバの中間クラッドは、典型的には、約８ミクロン〜４０ミクロン（例えば、約１０ミクロン〜２５ミクロン）の幅ｗ_４を有する。中間クラッドの屈折率差Δｎ_４は、典型的には、約−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、約−１７ｘ１０^−３〜−１９ｘ１０^−３）である。より典型的には、中間クラッドの屈折率差Δｎ_４は、約−２０ｘ１０^−３より大きい（例えば、約−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３）。中間クラッドの外半径ｒ_４は、典型的には、約３０ミクロン〜６２．５ミクロン（例えば、約３５ミクロン〜５０ミクロン）である。

例示的な実施形態では、中間クラッドの外半径ｒ_４は、約４５ミクロン以上（例えば、約５０ミクロン〜６２．５ミクロン）である。本発明者は、約４５ミクロンより大きい中間クラッド外半径ｒ_２を有する例示的な光ファイバが、４５ミクロン未満の中間クラッド外半径を有する光ファイバより閉じ込め損失が小さいので、ファイバ長の影響を受けにくい帯域幅を示すことを発見した。

図１３は、典型的には、埋め込みトレンチを有する更に別の例示的な光ファイバの規定屈折率分布をグラフで示す。光ファイバは、外側クラッド（例えば、外側光クラッド）で取り囲まれた中心コアを有する。図示されたように、光ファイバの中心コアは、アルファ屈折率分布（即ち、グレーデッド屈折率分布）、外半径ｒ_１、最小屈折率Δｎ_ｅｎｄ、及び最大屈折率差Δｎ_１を有するガラスが主成分の中心コアである。

この例示的な実施形態では、光ファイバの中心コアは、典型的には、約０〜−５ｘ１０^−３（例えば、約−０．０５ｘ１０^−３〜−４ｘ１０^−３）の最大屈折率差Δｎ_１を有する。より典型的には、中心コアの最大屈折率差Δｎ_１は、約０〜−２ｘ１０^−３である。中心コアの外半径ｒ_１は、約２２．５ミクロン〜２７．５ミクロン（即ち、２５±２．５ミクロン）である。中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄは、典型的には、約−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、約−１７ｘ１０^−３〜−１９ｘ１０^−３）である。より典型的には、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄは、約−２０ｘ１０^−３より大きい（例えば、約−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３）。更に、中心コアのアルファ屈折率分布は、典型的には、約１．９０〜２．１５のαパラメータを有する。

図１３に示されたように、例示的な光ファイバは、また、内側クラッド（例えば、リング）を有する。光ファイバの内側クラッドは、中心コアと外側クラッドとの間に位置決めされる。内側クラッドは、外半径ｒ_２、幅ｗ_２、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_２を有する。内側クラッドは、典型的には、シリカの屈折率を小さくするためにフッ素がドープされる。

内側クラッドの屈折率差Δｎ_２は、約−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、約−１７ｘｌ０^−３〜−１９ｘ１０^−３）である。より典型的には、内側クラッドの屈折率差Δｎ_２は、約−２０ｘ１０^−３より大きい（例えば、約−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３）。内側クラッドの幅ｗ_２は、約０．５ミクロン〜１０ミクロン（例えば、約１ミクロン〜９ミクロン）である。より典型的には、内側クラッドの幅ｗ_２は、約２ミクロン〜７ミクロン（例えば、約４ミクロン〜６ミクロン）である。内側クラッドの外半径ｒ_２は、約２３ミクロン〜３８ミクロン（例えば、約２６ミクロン〜３５ミクロン）である。より典型的には、内側クラッドの外半径ｒ_２は、約２８ミクロン〜３３ミクロン（例えば、約３０ミクロン〜３２ミクロン）である。

図１３に示されたように、例示的な光ファイバは、内側クラッドを直接取り囲む埋め込みトレンチを有する。埋め込みトレンチは、幅ｗ_３、外半径ｒ_３、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_３を有する。例示的な実施形態では、埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３が、約−１５ｘ１０^−３〜−３６ｘ１０^−３（例えば、約−１８ｘ１０^−３〜−３４ｘ１０^−３）である。典型的には、埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３は、約−１６ｘ１０^−３〜−３０ｘ１０^−３（例えば、約−１９ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３）である。

幾つかの例示的な実施形態では、埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３と内側クラッドの屈折率差Δｎ_２との差（即ちΔｎ_３−Δｎ_２）が、約−１ｘ１０^−３〜−１５ｘ１０^−３（例えば、約−２ｘ１０^−３〜−１４ｘ１０^−３）である。埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３と内側クラッドの屈折率差Δｎ_２との差（即ち、Δｎ_３−Δｎ_２）は、典型的には、約−３ｘ１０^−３〜−１３ｘ１０^−３（例えば、約−３ｘ１０^−３〜−１０ｘ１０^−３、又は約−４ｘ１０^−３〜−１２ｘ１０^−３）である。より典型的には、埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３と内側クラッドの屈折率差Δｎ_２との差（即ち、Δｎ_３−Δｎ_２）は、約−５ｘ１０^−３〜−１１ｘ１０^−３（例えば、約−６ｘ１０^−３〜−１０ｘ１０^−３）である。

埋め込みトレンチの幅ｗ_３は、約０．５ミクロン〜１０ミクロン（例えば、約２ミクロン〜８ミクロン）でよい。典型的には、埋め込みトレンチの幅ｗ_３は、約３ミクロン〜７ミクロン（例えば、約４ミクロン〜６ミクロン）である。埋め込みトレンチの外半径ｒ_３は、約２３ミクロン〜３８ミクロン（例えば、約２６ミクロン〜３５ミクロン）である。より典型的には、埋め込みトレンチの外半径ｒ_３は、約２８ミクロン〜３３ミクロン（例えば、約３０ミクロン〜３２ミクロン）である。幾つかの例示的な実施形態では、本発明の光ファイバは、約２６０％・μｍ^２以上（例えば、約２８０％・μｍ^２〜４５０％・μｍ^２）の体積ｖ_３を有する埋め込みトレンチを有する。より典型的には、埋め込みトレンチは、約３００％・μｍ^２〜４２５％・μｍ^２（例えば、約３５０％・μｍ^２〜４００％・μｍ^２）の体積ｖ_３を有する。埋め込みトレンチは、典型的には、シリカの屈折率を小さくするためにフッ素でドープされる。

図１３の例示的な光ファイバは、また、埋め込みトレンチと外側クラッドとの間に位置決めされた中間クラッドを有する。中間クラッドは、外半径ｒ_４、幅ｗ_４、及び外側クラッドとの屈折率差Δｎ_４を有する。中間クラッドは、典型的には、シリカの屈折率を小さくするためにフッ素がドープされる。

光ファイバの中間クラッドは、典型的には、約８ミクロン〜４０ミクロン（例えば、約１０ミクロン〜２５ミクロン）の幅ｗ_４を有する。中間クラッドの屈折率差Δｎ_４は、約−１４ｘ１０^−３〜−２１ｘ１０^−３（例えば、約−ｌ７ｘ１０^−３と−１９ｘ１０^−３）である。より典型的には、中間クラッドの屈折率差Δｎ_４は、約−２０ｘ１０^−３より大きい（例えば、約−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３）。中間クラッドの外半径ｒ_４は、典型的には、約３０ミクロン〜６２．５ミクロン（例えば、約３５ミクロン〜５０ミクロン）である。

前述のように、光ファイバの幾つかの例示的な実施形態は、中心コアを直接取り囲む内側クラッドと、内側クラッドを直接取り囲む埋め込みトレンチとを有する。そのような光ファイバ実施形態では、内側クラッドの屈折率差Δｎ_２は、中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄと等しくてもよい。しかしながら、代替の実施形態では、中心コアのアルファ屈折率分布は、アルファ屈折率分布の形状を決定するために使用された最小屈折率より大きい屈折率差Δｎ_ｅｎｄにおいて中断される。本明細書で使用されるとき、アルファ屈折率分布は、中心コアが最小屈折率値ｎ_０（即ち、理論上の最小屈折率値）より大きい最小屈折率値ｎ_ｅｎｄを有する場合に中断されると考えられる。当業者は、ｎ_ｅｎｄが最小屈折率値であり、Δｎ_ｅｎｄが最小屈折率差であることを理解するであろう。

いかなる特定の理論に拘束されるものではないが、本発明者は、埋め込みトレンチが、光ファイバの曲げ損失（即ち、微小曲げ損失）の減少を促進できることを発見した。これに関して、８５０ナノメートルの波長では、埋め込みトレンチを有する例示的な光ファイバは、１５ミリメートルの曲げ半径を有する２巻で０．１１ｄＢ未満（例えば、０．０６ｄＢ未満）の曲げ損失、１０ミリメートルの曲げ半径を有する２巻で０．１０ｄＢ未満（例えば、０．９ｄＢ未満）の曲げ損失、７．５ミリメートルの曲げ半径を有する２巻で０．１５ｄＢ未満（例えば、０．１０ｄＢ未満）の曲げ損失、５ミリメートルの曲げ半径を有する２巻で０．１８ｄＢ未満（例えば、０．１５ｄＢ未満）の曲げ損失を有する。

実際には、図１４は、２つの例示的な光ファイバに関する所定の曲げ半径の２巻の８５０ナノメートルの波長での微小曲げ損失を示す。例示的な光ファイバの一方には、内側クラッドを直接取り囲む埋め込みトレンチがある（即ち、図１３と類似の規定分布）が、他方の例示的な光ファイバには、埋め込みトレンチがない。丸で示された曲線は、埋め込みトレンチを有する例示的な光ファイバの曲げ損失を示す。三角形で示された曲線は、埋め込みトレンチのない例示的な光ファイバの曲げ損失を示す。図示されたように、埋め込みトレンチを有する例示的な光ファイバは、所定の半径において、埋め込みトレンチのない例示的な光ファイバの曲げ損失の少なくとも３分の１〜５分の１の曲げ損失を有する。

本明細書で使用されるとき、「埋め込みトレンチのない」光ファイバとは、トレンチが隣接クラッド層（例えば、内側クラッド、中間クラッド又は外側クラッド）と同じ屈折率を有する材料と置き換えられることを除き、普通ならば比較される光ファイバと同一の屈折率分布を有する光ファイバを指す。

微小曲げ損失は、ＩＥＣ６０７９３−１−４７及びＩＥＣ６１２８０−４−Ｉ国際規格にしたがって測定されてもよい。この点で、測定は、典型的には、小さい直径の曲がりを有するボールベアリング装置上で行なわれる。典型的には、使用される開始条件は、ＩＥＣ６１２８０−４−１国際規格に記載されたものである。

本明細書及び／又は図面では、本発明の典型的な実施形態を開示した。本発明は、そのような例示的な実施形態に限定されない。用語「及び／又は」の使用は、関連付けられ列挙された項目の１つ又は複数のあらゆる組み合わせを含む。図面は、概略的表現であり、したがって必ずしも一律の倍率で描かれていない。特に断らない限り、特定の用語は、包括的で説明的な意味で使用され、限定のために使用されない。

Claims

マルチモード光ファイバにおいて、
外側クラッドで取り囲まれた中心コアであって、（ｉ）外半径ｒ_１、（ｉｉ）アルファ屈折率分布、（ｉｉｉ）前記外側クラッドに対するゼロ以下の最大屈折率差Δｎ_１、及び（ｉｖ）前記外半径ｒ_１において、前記外側クラッドとの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄを有する中心コアと、
前記中心コアと前記外側クラッドとの間に位置決めされ、前記外側クラッドとの負屈折率差を有する内部クラッド層とを有し、
前記中心コアは、０．１重量パーセント以下の最大ゲルマニウム濃度を有し、
前記中心コアは、０．１重量パーセント以下の平均塩素濃度を有し、
前記外半径ｒ_１において、前記中心コアは、３重量パーセント以上の最小フッ素濃度を有するマルチモード光ファイバ。
前記内部クラッド層は、前記中心コアを直接取り囲む内側クラッドであり、前記内側クラッドは、（ｉ）外半径ｒ_２、（ｉｉ）幅ｗ_２、及び（ｉｉｉ）前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_２を有する、請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。
前記マルチモード光ファイバは、
前記中心コアと前記外側クラッドとの間に位置決めされた埋め込みトレンチであって、（ｉ）外半径ｒ_３、（ｉｉ）幅ｗ_３、及び（ｉｉｉ）Δｎ_３＜Δｎ_ｅｎｄとなるように前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_３を有する埋め込みトレンチと、
前記埋め込みトレンチと前記外側クラッドとの間に位置決めされた中間クラッドであって、（ｉ）外半径ｒ_４、（ｉｉ）幅ｗ_４、及び（ｉｉｉ）前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_４を有する中間クラッドとを有する、請求項２に記載のマルチモード光ファイバ。
前記マルチモード光ファイバは、
前記中心コアと前記外側クラッドとの間に位置決めされた埋め込みトレンチであって、（ｉ）外半径ｒ_３、（ｉｉ）幅ｗ_３、及び（ｉｉｉ）Δｎ_３＜Δｎ_ｅｎｄになるような前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_３を有する埋め込みトレンチを有し、
前記内部クラッド層は、前記埋め込みトレンチと前記外側クラッドとの間に位置決めされた中間クラッドであり、前記中間クラッドは、（ｉ）外半径ｒ_４、（ｉｉ）幅ｗ_４、及び（ｉｉｉ）前記外側クラッドとの負屈折率差Δｎ_４を有する、請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。
前記中心コアは、前記中心コアのゲルマニウム濃度が０．００５重量パーセント未満にであり、実質的にゲルマニウム・ドーパントがない、請求項１〜４のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記マルチモード光ファイバは、２０以上、好ましくは２５以上、好ましくは４８以上、最も好ましくは６０以上のコア−クラッド平均ハロゲン比率を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記マルチモード光ファイバは、前記中心コアの外半径ｒ_１において５０〜５００のハロゲン比率を有する、請求項１〜６のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記マルチモード光ファイバは、２０以上、好ましくは３０〜１７０のコア平均ハロゲン比率を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記中心コアは、０．０８重量パーセント以下、好ましくは０．０７重量パーセント以下、より好ましくは０．０６重量パーセント以下、最も好ましくは０．０５重量パーセント以下の平均塩素濃度を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記中心コアの幅全体にわたって、前記中心コアの塩素濃度が、０．１重量パーセント未満、好ましくは０．０８重量パーセント未満、より好ましくは０．０７重量パーセント未満、最も好ましくは０．０５重量パーセント未満である、請求項１〜９のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記外半径ｒ_１において、前記中心コアが、３．５重量パーセント以上、好ましくは４．０重量パーセント以上、最も好ましくは４．５重量パーセント以上の最小フッ素濃度を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記中心コアの最小屈折率差Δｎ_ｅｎｄが、−２１ｘ１０^−３以上、好ましくは−１４ｘ１０^−３〜−２０ｘ１０^−３、より好ましくは−１５ｘ１０^−３〜−１６ｘ１０^−３である、請求項１〜１１のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記中心コアの最大屈折率差Δｎ_１が、０〜−５ｘ１０^−３、好ましくは−０．０５ｘ１０^−３〜−２ｘ１０^−３である、請求項１〜１２のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記埋め込みトレンチの屈折率差Δｎ_３と前記中心コアの最小屈折率Δｎ_ｅｎｄとの差が、−１ｘ１０^−３〜−１５ｘ１０^−３、好ましくは−３ｘ１０^−３〜−１３ｘ１０^−３、より好ましくは−５ｘ１０^−３〜−１１ｘ１０^−３、最も好ましくは−６ｘ１０^−３〜−１０ｘ１０^−３である、請求項３〜１３のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。
前記埋め込みトレンチの体積ｖ_３が、２６０％・μｍ^２以上、好ましくは２８０％・μｍ^２〜４５０％・μｍ^２、より好ましくは３００％・μｍ^２〜４２５％・μｍ^２、最も好ましくは３５０％・μｍ^２〜４００％・μｍ^２である、請求項３〜１４のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。