JP2013235264A

JP2013235264A - マルチモード光ファイバ

Info

Publication number: JP2013235264A
Application number: JP2013087787A
Authority: JP
Inventors: Kazuyasu Yonezawa; 和泰米沢; Sumio Hoshino; 寿美夫星野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-11-21
Also published as: US20130302000A1; US9031371B2; CN103389541A; CN103389541B

Abstract

【課題】線引き時にコア部内に発生する残留応力に起因した、ＧＩ型マルチモード光ファイバの屈折率分布の変化を最小限に抑えることができ、線引きに起因する該マルチモード光ファイバの伝送特性悪化を効果的に防ぐ。
【解決手段】ＧＩ型マルチモード光ファイバにおいて、ＧＩ型屈折率分布のα値が１．９〜２．２、最大比屈折率差Δが０．８〜２．４％、コア部の直径が４７．５〜５２．５μｍ又は６０〜６５μｍであり、コア部内に残留する、光軸方向の最大引張応力及び最大圧縮応力の双方が、５０ＭＰａ以下である。
【選択図】図５

Description

本発明は、マルチモード光ファイバに関するものである。

マルチモード光ファイバは、構造上、長距離光通信用のシングルモード光ファイバと比較して、伝送損失が大きいことが知られている。一方、ファイバ間接続が容易であること、また、要求性能の低い機器を利用して容易にネットワークの構築が可能になることから、ＬＡＮ（Local Area Network）などの近距離情報通信の用途に広く使用されている。

近年、上述の近距離情報通信における高速伝送を目的として、上述のマルチモード光ファイバの伝送損失の低減技術や通信帯域の拡大（広帯域化）も盛んに研究されるようになってきた。

特開２００３−３１５１８４号公報

発明者らは、従来よりも高速な近距離情報通信を実現するため、高速伝送に適したマルチモード光ファイバを安定して製造するための技術について以下のように検討した。なお、本明細書において、特に言及することなく単に「光ファイバ」と表現する場合は、「マルチモード光ファイバ」を意味するものとする。

高速伝送に適したマルチモード光ファイバを安定して製造するためには、その径方向の屈折率分布が所望の形状に正確に一致していることが必要になる。屈折率分布の形状は、第一にはＧｅＯ_２をコア部の径方向に正確な濃度で添加することが必要になるが、必ずしもそれだけでは充分ではない。例えば、母材線引き後に得られる光ファイバでは、当該光ファイバ内部の残留応力の影響によっても屈折率分布がわずかに変化してしまう。この場合、いかに屈折率変動に対する残留応力の影響を低減するか、又は、常に同じ分布に保つかが光ファイバ製造において重要になる。なお、従来、マルチモード光ファイバ製造において、残留応力の観点から製造安定性を確認することは無かった。なお、上記特許文献１には、残留応力の測定装置が開示されている。

一方、近年、マルチモード光ファイバを使用するデータセンタ内での近距離情報通信の高速化が望まれ、特にＩＳＯ／ＩＥＣ１１８０１のＯＭ３規格やＯＭ４規格を満たす光ファイバを製造する上で、残留応力の制御も極めて重要となることが分かってきた。

そこで本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、高速伝送を保証しつつ、安定的に製造可能な構造を備えたマルチモード光ファイバを提供することを目的としている。

ちなみに、ＯＭ３規格を満たすマルチモード光ファイバは、最小実効帯域（minEMB: Minimum Effective Modal Bandwidth）と呼ばれる帯域が２０００ＭＨｚ・ｋｍ以上、全モード励振での帯域（国際規格ＩＥＣ６０７９３−１−４１で規定されるＯＦＬ帯域）が８５０ｎｍで１５００ＭＨｚ・ｋｍ以上、１３００ｎｍで５００ＭＨｚ・ｋｍ以上のファイバを指す。本明細書では、計算された実効帯域（Calculated Effective Modal Bandwidth）の最小値を「minEMBc」で表すこととする。なお、ＯＭ３規格では、マルチモード光ファイバは以下の３条件（OM3-1〜OM3-3）を満たす必要がある。
(OM3-1) minEMBc(850nm) ≧ 2000 MHz・km
(OM3-2) OFL帯域(850nm) ≧ 1500 MHz・km
(OM3-3) OFL帯域(1300nm) ≧ 500 MHz・km

また、ＯＭ４規格では、マルチモード光ファイバは以下の３条件（OM4-1〜OM4-3）を満たす必要がある。
(OM4-1) minEMBc(850nm) ≧ 4700 MHz・km
(OM4-2) OFL帯域(850nm) ≧ 3500 MHz・km
(OM4-3) OFL帯域(1300nm) ≧ 500 MHz・km

本発明は、超高速通信の実現に必要なＯＭ３規格及び／又はＯＭ４規格を満たすＧＩ（Graded Index）型マルチモード光ファイバに関し、当該マルチモード光ファイバは、構造上、長距離伝送用のシングルモード光ファイバとは明確に区別される。特に、本発明に係るマルチモード光ファイバには、ＧＩ型マルチモード光ファイバに低屈折率のトレンチ部をさらに設けることにより、曲げに起因した伝送特性の変動に耐性を持つ耐曲げマルチモード光ファイバも含まれる。そこで、本明細書では、コア部及びクラッド部から構成されたスタンダードな構造を有するＧＩ型マルチモード光ファイバを、単にＧＩ型マルチモード光ファイバと表し、コア部とクラッド部との間にトレンチ部が設けられたＧＩ型マルチモード光ファイバをＢＩ型マルチモード光ファイバと表すこととする。また、本明細書において、単にマルチモード光ファイバと表現する場合には、ＧＩ型、ＢＩ型双方のマルチモード光ファイバを意味するものとする。

すなわち、本発明に係るマルチモード光ファイバは、ＧＩ型マルチモード光ファイバとして、光軸方向に沿って伸びるとともに、ＧｅＯ_２（二酸化ゲルマニウム）が添加されたコア部と、コア部の外周に設けられ、該コア部よりも低い屈折率を有するクラッド部を備える。また、本発明に係るマルチモード光ファイバは、ＢＩ型マルチモード光ファイバとして、光軸方向に沿って伸びるとともに、ＧｅＯ_２（二酸化ゲルマニウム）が添加されたコア部と、コア部の外周に設けられ、コア部よりも低い屈折率を有するトレンチ部と、トレンチ部の外周に設けられ、コア部よりも低くかつトレンチ部よりも高い屈折率を有するクラッド部を備える。

上述のＧＩ型、ＢＩ型いずれのマルチモード光ファイバにおいても、当該マルチモード光ファイバの径方向の屈折率分布のうちコア部に相当する部分のα値が１．９〜２．２、コア部の直径２ａが４７．５〜５２．５μｍ又は６０〜６５μｍである。なお、クラッド部の基準領域に対するコア部中心の比屈折率差Δ（コア部の最大比屈折率差）は、０．８〜２．４％であるのが好ましい。なお、クラッド部が複数の領域で構成されている場合、最も外側に位置する領域が基準領域として規定される。

また、ＧＩ型、ＢＩ型いずれのマルチモード光ファイバにおいても、コア部内に残留する、光軸方向の最大引張応力及び最大圧縮応力の双方は、５０ＭＰａ以下であるのが好ましい。この場合、ＩＳＯ／ＩＥＣ１１８０１のＭ３規格やＯＭ４規格を満たすマルチモード光ファイバを、安定的に製造することが可能になる。また、超高速通信の実現に必要なＯＭ３規格及び／又はＯＭ４規格を満たすマルチモード光ファイバを実現するには超高精度での屈折率制御が必要であり、残留応力の制御がＯＭ３規格及び／又はＯＭ４規格を満たすマルチモード光ファイバの製造歩留りを大きく左右するためである。

なお、一般的に光ファイバ内に残留する応力は、線引き装置（光ファイバの製造装置）の構成、条件等により敏感に変化する。そのため、例えば線引き時のガラス張力を意図的に変化させることで、線引き後に得られる光ファイバの中心部分に残留する光軸方向の応力（引張応力や圧縮応力）は容易に調整され得る。

ＧＩ型、ＢＩ型いずれのマルチモード光ファイバにおいても、最大引張応力及び最大圧縮応力の双方は、３０ＭＰａ以下であってもよく、より好ましくは、最大引張応力及び最大圧縮応力の双方は、２０ＭＰａ以下である。

線引き前の母材（preform）での予測minEMBc（予測値）に対し、３０ＭＰａの残留応力が残るマルチモード光ファイバ（線引き後）では実minEMBc(実際に製造されたマルチモード光ファイバの測定値）は半減する。したがって、ＯＭ３規格、ＯＭ４規格の双方を満たすマルチモード光ファイバを製造する場合、少なくともコア部の残留応力は３０ＭＰａ以下であるのが好ましい。

また、予測minEMBcが8850MHz・kmの母材であっても実際に製造されるマルチモード光ファイバに２０ＭＰａの残留応力が残る場合、該マルチモード光ファイバの実minEMBcはＯＭ４規格（minEMBc(850nm)≧4700）を下回る。この場合、ＯＭ４規格を満たすマルチモード光ファイバの製造が困難になるため、ＯＭ４規格を満たすマルチモード光ファイバを得るためには、コア部の残留応力は２０ＭＰａ以下であるのが好ましい。

なお、本発明に係るマルチモード光ファイバも、ＩＳＯ／ＩＥＣ１１８０１のＯＭ３規格及び／又はＯＭ４規格を満たす。

本発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施形態は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。

また、本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、本発明の範囲における様々な変形及び改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。

本発明によれば、線引き時にコア部内に発生する残留応力に起因した、マルチモード光ファイバの屈折率分布の変化を最小限に抑えることができ、線引きに起因する該マルチモード光ファイバの伝送特性悪化を効果的に防ぐことが可能になる。

（ａ）は、本発明に係るマルチモード光ファイバの一実施例としてのＧＩ型マルチモード光ファイバを得るための母材（preform）の代表的な断面構造を示す図であり、（ｂ）は、その屈折率分布を示す図である。（ａ）は、本発明に係るマルチモード光ファイバの他の実施例としてのＢＩ型マルチモード光ファイバ（ＧＩ型マルチモード光ファイバの構造を含む）を得るための母材の代表的な断面構造を示す図であり、（ｂ）は、その屈折率分布を示す図である。（ａ）は、マルチモード光ファイバを得るための線引き装置の概略構造を示す図であり、（ｂ）は、得られるＧＩ型マルチモード光ファイバの代表的な断面構造を示し、（ｃ）は、得られるＢＩ型マルチモード光ファイバの代表的な断面構造を示す。種々の線引き張力で製造されたＧＩ型マルチモード光ファイバ（図３（ｂ））について、線引き張力に対するコア部内の残留応力の依存性を示すグラフである。種々の線引き張力で製造されたＧＩ型マルチモード光ファイバ（図３（ｂ））について、光弾性効果によるコア部の比屈折率差の変動（残留応力に起因する屈折率分布の変動）を示す図である。コア部内の残留応力（最大絶対値）とＧＩ型マルチモード光ファイバ（図３（ｂ））の伝送特性の関係を示すグラフである。図６に示されたグラフの数値を纏めた表である。

以下、本発明に係るマルチモード光ファイバの各実施形態を、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１（ａ）は、本発明に係るマルチモード光ファイバの一実施形態としてのＧＩ型マルチモード光ファイバを得るための母材（以下、ＧＩ型母材という）の代表的な断面構造を示す図であり、図１（ｂ）は、その屈折率分布を示す図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された線引き装置により得られるＧＩ型マルチモード光ファイバの代表的な断面構造を示す図である。図１（ａ）に示されたＧＩ型母材１００は、石英ガラスを主材料とし、光軸ＡＸに沿って伸びる第１領域１１０と、第１領域１１０の外周に設けられた第２領域１２０を備える。図３（ｂ）に示されたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａは、光軸方向（ＡＸは光軸を示す）に沿って延びたコア部５１０Ａと、コア部５１０Ａの外周に設けられたクラッド部５２０Ａと、を備え、コア部５１０Ａが第１領域１１０に対応し、クラッド部５２０Ａ（図１（ａ）の例では単一層であり、比屈折率差を規定する基準領域となる）が第２領域１２０に対応している。なお、図１（ａ）に示されたＧＩ型母材１００において、コア部５１０Ａに相当する第１領域１１０には、屈折率分布の形状を調整するためのＧｅＯ_２が添加されており、最大屈折率ｎ１を有する。クラッド部５２０Ａに相当する第２領域１２０は、純石英又は屈折率調整用の不純物が添加されたガラス領域であり、第１領域１１０よりも低い屈折率ｎ２を有する。なお、クラッド部５２０Ａの外径が所定の値になるようにＧＩ型母材１００が線引きされることにより、図３（ｂ）に示されたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａが得られる。

さらに、ＧＩ型母材１００は、図１（ｂ）に示された屈折率分布１５０を有する。図１（ｂ）に示された屈折率分布１５０は、図１（ａ）中において、光軸ＡＸと直交する線Ｌ１（当該ＧＩ型母材１００の径方向に一致）上の各部の屈折率を示しており、より具体的には、領域１５１は線Ｌ１に沿った第１領域１１０（線引き後にコア部５１０Ａとなる領域）の各部の屈折率、領域１５２は線Ｌ１に沿った第２領域１２０（線引き後にクラッド部５２０Ａとなる領域）の各部の屈折率をそれぞれ示す。

特に、図１（ｂ）の屈折率分布１５０における領域１５１は、光軸ＡＸに一致する第１領域１１０の中心において屈折率が最大となるようドーム形状を有する。したがって、屈折率調整用に添加されるＧｅＯ_２の濃度も、第１領域１１０の中心から第２領域１２０に向かって急激に低下している。このドーム形状を規定するためのα値は１．９〜２．２である。第２領域（図１（ａ）の例では単一層であり、比屈折率差を規定する基準領域となる）１２０に対する第１領域１１０の中心の比屈折率差Δは（クラッド部５２０Ａに対するコア部５１０Ａの最大比屈折率差に相当）は、０．８〜２．４％である。なお、得られるＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａのコア部５１０Ａの直径２ａは、４７．５〜５２．５μｍ又は６０〜６５μｍである（図３（ｂ）参照）。

ちなみに、第２領域１２０に対する第１領域１１０の最大比屈折率差Δを１．１７％、α値を２．１０としてＧＩ型母材１００を製造し、このＧＩ型母材１００を、図１（ｂ）に示された屈折率分布１５０を完全に保った状態で(すなわち、コア部５１０Ａ内の残留応力は０)、理想的なＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａが得られた場合、該理想的なＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａの伝送特性は下記の通りとなる。
minEMBc(850nm)= 8850 MHz・km
OFL帯域(850nm)= 7235 MHz・km
OFL帯域(1300nm)= 707 MHz・km

次に、図２（ａ）は、本発明に係るマルチモード光ファイバの他の実施形態としてのＢＩ型マルチモード光ファイバを得るための母材（以下、ＢＩ型母材という）の代表的な断面構造を示す図であり、図２（ｂ）は、その屈折率分布を示す図である。また、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示された線引き装置により得られるＢＩ型マルチモード光ファイバの代表的な断面構造を示す図である。図２（ａ）に示されたＢＩ型母材２００は、石英ガラスを主材料とし、光軸ＡＸに沿って伸びる第１領域２１０と、第１領域２１０の外周に設けられた低屈折率の第２領域２２０と、第２領域２２０の外周に設けられた第３領域２３０を備える。図３（ｃ）に示されたＢＩ型マルチモード光ファイバ５００Ｂは、光軸方向（ＡＸは光軸を示す）に沿って延びたコア部５１０Ｂと、コア部５１０Ｂの外周に設けられたトレンチ部５２０Ｂと、トレンチ部５２０Ｂの外周に設けられたクラッド部５３０Ｂと、を備え、コア部５１０Ｂが第１領域２１０に対応し、トレンチ部５２０Ｂが第２領域２２０に対応し、クラッド部５３０Ｂ（図２（ａ）の例でも単一層であり、比屈折率差を規定する基準領域となる）が第３領域２３０に対応している。なお、図２（ａ）に示されたＢＩ型母材２００において、コア部５１０Ｂに相当する第１領域２１０には、屈折率分布の形状を調整するためのＧｅＯ_２が添加されており、最大屈折率ｎ１を有する。トレンチ部５２０Ｂに相当する第２領域２２０は、得られるＢＩ型マルチモード光ファイバ５００Ｂの曲げ耐性を与えるための、フッ素などの屈折率低下剤が添加された領域であり、屈折率ｎ３（＜ｎ２＜ｎ１）を有する。クラッド部５３０Ｂに相当する第３領域２３０は、純石英又は屈折率調整用の不純物が添加されたガラス領域であり、第１領域２１０よりも低く、かつ第２領域２２０よりも高い屈折率ｎ２（＜ｎ１、＞ｎ３）を有する。なお、クラッド部５３０Ｂの外径が所定の値になるようにＧＩ型母材２００が線引きされることにより、図３（ｃ）に示されたＢＩ型マルチモード光ファイバ５００Ｂが得られる。

さらに、ＢＩ型母材２００は、図２（ｂ）に示された屈折率分布２５０を有する。なお、図２（ｂ）に示された屈折率分布２５０は、図２（ａ）中において、光軸ＡＸと直交する線Ｌ２（当該ＢＩ型母材２００の径方向に一致）上の各部の屈折率を示しており、より具体的には、領域２５１は線Ｌ２に沿った第１領域２１０（線引き後にコア部５１０Ｂとなる領域）の各部の屈折率、領域２５２は線Ｌ２に沿った第２領域２２０（線引き後にトレンチ部５２０Ｂとなる領域）の各部の屈折率、領域２５３は線Ｌ２に沿った第３領域２３０（線引き後にクラッド部５３０Ｂとなる領域）の各部の屈折率をそれぞれ示す。

特に、図２（ｂ）の屈折率分布２５０における領域２５１は、光軸ＡＸに一致する第１領域２１０の中心において屈折率が最大となるようドーム形状を有する。したがって、屈折率調整用に添加されるＧｅＯ_２の濃度も、第１領域２１０の中心から第２領域２２０及び第３領域２３０に向かって急激に低下している。このドーム形状を規定するためのα値は１．９〜２．２である。第３領域（図２（ａ）の例では単一層であり、比屈折率差を規定する基準領域となる）２３０に対する第１領域２１０の中心の比屈折率差Δは（クラッド部５３０Ｂに対するコア部５１０Ｂの最大比屈折率差に相当）は、０．８〜２．４％である。なお、得られるＢＩ型マルチモード光ファイバ５００Ｂのコア部５１０Ｂの直径２ａは、４７．５〜５２．５μｍ又は６０〜６５μｍである（図３（ｃ）参照）。

以上のような構造を有するＧＩ型母材１００又はＢＩ型母材２００は、図３（ａ）に示された線引き装置３００によりその一端が線引きされ、所望のＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａ又はＢＩ型マルチモード光ファイバ５００Ｂが得られる。なお、図３（ａ）に示された線引き装置３００は、セットされたＧＩ型母材１００又はＢＩ型母材２００の一端を加熱するヒーター３０１と、該母材１００（２００）の加熱された一端を所定の張力を加えながら巻き取る巻取りドラム３０２を、少なくとも備える。なお、巻取りドラム３０２は、図３（ａ）中の矢印Ｒで示された方向に回転し、回転速度を調節することにより、クラッド部、コア部の各外径が調節される。また、ヒーター３０１による加熱温度を調節することにより、母材１００（２００）の加熱された一端に加えられる張力が調整される。

図４は、種々の線引き張力で製造されたＧＩ型マルチモード光ファイバ（図３（ｂ））について、線引き張力に対するコア部内の残留応力の依存性を示すグラフである。なお、図４において、縦軸は、コア部５１０Ａ及びクラッド部５２０Ａ内の光軸方向の残留応力（ＭＰａ）を表わし、横軸は、ＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａのファイバ径（μｍ）であって、光軸ＡＸとの交点を原点とした座標を表している。

なお、図４において、正の残留応力の範囲（図中の矢印ＲＳａで示された領域）は、残留応力として、コア部５１０Ａ内に引張応力が残っている領域を示す。一方、負の残留応力の範囲（図中の矢印ＲＳｂで示された領域）は、残留応力として、コア部５１０Ａ内に圧縮応力が残っている領域を示す。また、図４において、グラフＧ４１０は、図３（ａ）に示された線引き装置３００により、５０ｇの線引き張力でＧＩ型母材１００を線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａの残留応力、グラフＧ４２０は、図３（ａ）に示された線引き装置３００により、１００ｇの線引き張力でＧＩ型母材１００を線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａの残留応力、グラフＧ４３０は、図３（ａ）に示された線引き装置３００により、１５０ｇの線引き張力でＧＩ型母材１００を線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａの残留応力、そして、グラフＧ４４０は、図３（ａ）に示された線引き装置３００により、２００ｇの線引き張力でＧＩ型母材１００を線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａの残留応力を、それぞれ示す。なお、上記線引き張力は、製造線速における光ファイバのガラス部の張力を表すものとする。

上述のように、得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａのコア部５１０Ａ内に発生する応力（光軸方向の残留応力）は線引き張力や、その他の線引き条件、線引き機の炉体構造等によっても変動する。このことは、図４に示された結果からも明確に示唆されている。すなわち、コア部５１０Ａ内に発生する応力はこれらパラメータを調整することで制御が可能なものであることが、製造されたＧＩ型マルチモード光ファイバの残留応力を調査することにより分かった。なお、このような考察がＢＩ型マルチモード光ファイバ５００Ｂについても同様に成立することは容易に推察できる。

図５は、種々の線引き張力で製造されたＧＩ型マルチモード光ファイバ（図１（ａ）及び１（ｂ））について、光弾性効果によるコア部の比屈折率差の変動（残留応力に起因する屈折率分布の変動）を示す図である。なお、図５において、縦軸は、比屈折率差Δの変動（１０^−３％）を表わし、横軸は、ＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａのファイバ径（μｍ）であって、光軸ＡＸとの交点を原点とした座標を表している。ここで、比屈折率差Δの変動は、図３（ｂ）に示された種々の線引き張力（５０ｇ〜２００ｇ）で線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａのコア部５１０Ａ内に発生した残留応力を、光弾性効果による屈折率分布の変動に換算した結果である。

また、図５において、グラフＧ５１０は、図３（ａ）に示された線引き装置３００により、５０ｇの線引き張力でＧＩ型母材１００を線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａについての比屈折率差変動、グラフＧ５２０は、図３（ａ）に示された線引き装置３００により１００ｇの線引き張力でＧＩ型母材１００を線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａについての比屈折率差変動、グラフＧ５３０は、図３（ａ）に示された線引き装置３００により、１５０ｇの線引き張力でＧＩ型母材１００を線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａについての比屈折率差変動、そして、グラフＧ５４０は、図３（ａ）に示された線引き装置３００により、２００ｇの線引き張力でＧＩ型母材１００を線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａについての比屈折率差変動を、それぞれ示す。

図５から分かるように、線引きによりコア部５１０Ａ内に発生した残留応力によって得られるＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａの屈折率分布には変動が発生する。例えば、２００ｇの線引き張力で線引きすることにより得られたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａには、最大０．０２％の比屈折率差変動が発生した。

なお、図４から分かるように、種々の線引き張力（５０ｇ〜２００ｇ）で製造されたＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａのコア部５１０Ａ内で残留応力の絶対値が最大となる値は、線引き張力５０ｇ（グラフＧ４１０）で＋７．４ＭＰａ（引張張力）、線引き張力１００ｇ（グラフＧ４２０）で−１８．９ＭＰａ（圧縮張力）、線引き張力１５０ｇ（グラフＧ４３０）で−４４．０ＭＰａ（圧縮張力）、線引き張力２００ｇ（グラフＧ４４０）で−６９．８ＭＰａ（圧縮張力）であった。

上述の結果に加え、ＧＩ型マルチモードファイバ５００Ａの伝送特性と、コア部５１０Ａ内において絶対値が最大となる残留応力との相関は、図６に示される相関を持つ。

図６は、コア部内の残留応力（最大絶対値）とＧＩ型マルチモード光ファイバ（図１（ａ）及び１（ｂ））の伝送特性の関係を示すグラフである。また、図７は、図６に示されたグラフの数値を纏めた表である。なお、図６において、グラフＧ６１０は、minEMBc(850nm)とコア部内の残留応力の関係、グラフＧ６２０は、OFL帯域(850nm)とコア部内の残留応力の関係、そして、グラフＧ６３０は、OFL帯域(1300nm)とコア部内の残留応力の関係を、それぞれ示す。

図６及び図７から分かるように、残留応力が０の場合（ＧＩ型母材１００の屈折率分布と得られるＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａの屈折率分布が一致している場合）に各伝送特性は最大となる。一方、コア部５１０Ａ内に残留応力が発生すると、それが圧縮応力、引張応力のいずれであっても光弾性効果による屈折率分布の変動が発生し、線引きにより得られるＧＩ型マルチモード光ファイバ５００Ａの伝送特性は悪化することが分かる。このことから、線引きによりコア部５１０Ａ内に発生する残留応力は、伝送特性が屈折率分布の僅かな変動により大きく変化してしまうＧＩ型マルチモードファイバ５００Ａにとって、製造時の大きな歩留り低下要因になることが分かった。なお、上述のような考察がＢＩ型マルチモード光ファイバ５００Ｂについても同様に成立することは容易に推察できる。

ここで、ＩＳＯ／ＩＥＣ１１８０１のＯＭ３規格について再度言及すると、ＯＭ３規格では、マルチモード光ファイバは上述の３条件（OM3-1〜OM3-3）を満たす必要がある。また、ＯＭ４規格では、マルチモード光ファイバは上述の３条件（OM4-1〜OM4-3）を満たす必要がある。

母材の屈折率分布（線引き前）において８８５０ＭＨｚと非常に高いminEMBc(850 nm)が期待できるものであっても、得られるマルチモード光ファイバ（線引き後）のコア部内に２０ＭＰａ程度の残留応力が発生してしまってはＯＭ４規格の条件（minEMBc≧4700MHz・km）を下回ってしまう恐れがある。また、母材自体にも製造ばらつきが存在し、母材の予測特性が上記ＯＭ３規格及び／又はＯＭ４の条件より低いものも相当数製造される。また、コア部５１０Ａ内の残留応力が６９．８ＭＰａであるＧＩ型マルチモード光ファイバ（図６及び図７参照）の場合、OFL帯域(1300nm)がＯＭ３規格及びＯＭ４規格の双方を下回っている。このことから、ＧＩ型、ＢＩ型いずれについても、コア部内の残留応力は最大でも５０ＭＰａ以下に抑えて製造しないとＯＭ３規格を満たすマルチモード光ファイバの製造も困難になることが分かる。

以上のように、ＧＩ型、ＢＩ型いずれのマルチモード光ファイバにおいて最も重要視される伝送特性は、上述のように、波長８５０ｎｍにおけるOFL帯域(850nm)、波長１３００ｎｍにおけるOFL帯域(1300nm)、波長８５０ｎｍにおけるminEMBc(850nm)である。これらの特性は、屈折率分布の僅かな変動に対しても敏感に変化するため、高速伝送を保証するには得られるマルチモード光ファイバの屈折率分布を厳密に制御しながら製造する必要がある。

一般にシリカガラスを主成分とするマルチモード光ファイバ（ＧＩ型、ＢＩ型の双方）では、コア部に屈折率制御用の添加元素（ＧｅＯ_２）が多量に添加され、そのコア径も大きい。そのため、コア部のガラス粘性率は、クラッド部やトレンチ部のガラス粘性率と大きく異なり、線引工程の条件によってはコア中心部に大きな残留応力が残ってしまう。

そこで、本発明では、線引き装置の構造や線引き条件の制御によりコア部内に発生する残留応力（光軸方向の圧縮応力又は引張り応力）を５０ＭＰａ以下となるよう線引きすることで、ＧＩ型、ＢＩ型双方のマルチモード光ファイバが製造される。これにより、線引き時にコア部内に発生する残留応力に起因した、マルチモード光ファイバの屈折率分布の変化を最小限に抑えることができ、線引きに起因する該マルチモード光ファイバの伝送特性悪化を効果的に防ぐことが可能になる。

以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想及び範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。

１００…ＧＩ型母材、１１０…第１領域、１２０…第２領域、２００…ＢＩ型母材、２１０…第１領域、２２０…第３領域、２３０…第２領域、５００Ａ…ＧＩ型マルチモード光ファイバ、５１０Ａ…コア部、５２０Ａ…クラッド部、５００Ｂ…ＢＩ型マルチモード光ファイバ、５１０Ｂ…コア部、５２０Ｂ…トレンチ部、５３０Ｂ…クラッド部。

Claims

光軸方向に沿って伸びるとともに、ＧｅＯ_２が添加されたコア部と、前記コア部の外周に設けられ、前記コア部よりも低い屈折率を有するクラッド部を備えたマルチモード光ファイバであって、
当該マルチモード光ファイバの径方向の屈折率分布のうち前記コア部に相当する部分のα値が１．９〜２．２、前記クラッド部の基準領域に対する前記コア部の最大比屈折率差Δが０．８〜２．４％、前記コア部の直径２ａが４７．５〜５２．５μｍ又は６０〜６５μｍであり、
前記コア部内に残留する、前記光軸方向の最大引張応力及び最大圧縮応力の双方が、５０ＭＰａ以下であるマルチモード光ファイバ。
前記最大引張応力及び最大圧縮応力の双方は、３０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。
前記最大引張応力及び最大圧縮応力の双方は、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項２に記載のマルチモード光ファイバ。
前記コア部と前記クラッド部の間に設けられた、前記クラッド部よりも低い屈折率を有するトレンチ部を備えることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。
ＩＳＯ／ＩＥＣ１１８０１のＯＭ４規格を満たすことを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。
ＩＳＯ／ＩＥＣ１１８０１のＯＭ３規格を満たすことを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。