JP2016170356A - 光ファイバおよび光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＭＤを確実かつ十分に低減することが可能な光ファイバおよび光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】２以上のモードを伝搬する光ファイバ１を提供する。２以上のモードのうち少なくとも２つのモード間のモード結合係数をｈ［１／ｋｍ］とし、光ファイバ１の長さをｚ［ｋｍ］とし、２つのモード間の結合量ＸＴが、ＸＴ＝１０・ｌｏｇ_１０（ｚｈ）［ｄＢ］を満たすとすると、結合量ＸＴは、＋１４［ｄＢ］以上である。
【選択図】図３

Description

本発明は、大容量伝送用の光ファイバであって、情報通信分野において使用される光ファイバおよび光ファイバの製造方法に関する。

光通信では、波長多重分割（ＷＤＭ）、デジタルコヒーレント技術等の発展によって、伝送容量が著しく増加している。一方、コアネットワークのトラヒック量は年率３０％以上の割合で増加しており、将来的には１００Ｔｂｐｓを越える大容量伝送が必要であると考えられている。
このような大容量伝送を想定すると、ファイバヒューズ等を考慮に入れれば、シングルモードファイバを用いた既存の伝送技術は、早晩、限界を迎えると考えられる。
この限界を打破するためには、システムだけでなく伝送媒体である光ファイバの革新的な技術開発が必須である。そのため、様々な新規伝送媒体が報告されている。
新規伝送技術の候補の一つとして、複数のモードを伝搬するＦｅｗ−Ｍｏｄｅファイバ（ＦＭＦ）を伝送線路に用い、各モードに信号を載せて多重化を図る「モード分割多重（ＭＤＭ）伝送」が近年注目を集めている。
ＭＤＭ伝送では、モード合分波器およびＦＭＦ自体においてモード結合が生じることによって、一方の信号が他方の信号にノイズとして含まれてしまい、信号劣化を招くおそれがある。そこで、モード結合による信号劣化への対策として、送受信側の情報をもとに信号を復元するＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）の適用が想定されている。
ＭＩＭＯの信号処理演算量は、ＦＭＦが有するモード間群遅延時間差（ＤＭＤ）が大きいほど増加することが知られており、ＤＭＤが大きいと信号処理が追いつかない。そのため、ＭＩＭＯを用いたＭＤＭ伝送では、ＤＭＤが小さいＦＭＦの開発が求められている。
ＤＭＤ低減の手段としては、補償伝送路、低ＤＭＤファイバなどが提案されている。補償伝送路は、非特許文献１，２に記載がある。低ＤＭＤファイバは、非特許文献３〜５に記載がある。

T. Sakamoto他, "Differential Mode Delay Managed Transmission Line for Wide-band WDM-MIMO System," OFC/NFOEC2012 OM2D.1, 2012. S. Randel他, "Mode-Multiplexed 6×20-GBd QPSK Transmission over 1200-km DGD-Compensated Few-Mode Fiber," OFC/NFOEC2012 PDP5C.5, 2012. R. Maruyama他, "Novel two-mode optical fiber with low DMD and large Aeff for MIMO processing," OECC 2012, PDP2-3, 2012. T. Mori他, "Six-LP-mode transmission fiber with DMD of less than 70 ps/km over C+L band," OFC 2014, M3F.3, 2014. P. Sillard他, "Low-DMGD 6-LP-Mode Fiber," OFC 2014, M3F.2, 2014.

しかしながら、補償伝送路では、所望のＤＭＤ特性が得られない場合があった。また、補償伝送路は２本の光ファイバを接続した構造であるため、２本の光ファイバの接続点で発生するモード変換を原因としてＤＭＤが大きくなる可能性がある（S. Warm他, Optics Express, vol.21, no.1, pp.519-532, 2013（非特許文献６）参照）。補償伝送路は、その構造の複雑さの点でも好ましいとはいえなかった。
また、低ＤＭＤファイバにおいても、所望のＤＭＤ特性が得られない場合があった。
このほか、モード間の結合（モード結合）を大きくした光ファイバを用いてＤＭＤを小さくすることを試みる技術も報告されている（Nicolas K. Fontaine他, Summer Topicals 2013, TuC4.2（非特許文献７）参照）。
しかし、非特許文献７には、ＤＭＤを十分に小さくした例は開示されていない。また、具体的にモード間の結合量をいくつにすればよいか、そのモード結合量を得るためにはどのような特性を有する光ファイバが必要か、などについての定量的な指標は示されていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、ＤＭＤを確実かつ十分に低減することが可能な光ファイバおよび光ファイバの製造方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、２以上のモードを伝搬する光ファイバであって、前記２以上のモードのうち少なくとも２つのモード間のモード結合係数をｈ［１／ｋｍ］とし、前記光ファイバの長さをｚ［ｋｍ］とし、前記２つのモード間の結合量ＸＴが、ＸＴ＝１０・ｌｏｇ_１０（ｚｈ）［ｄＢ］を満たすとすると、結合量ＸＴが、＋１４［ｄＢ］以上である光ファイバを提供する。
前記２つのモード間の実効屈折率の差は、１．０×１０^−３以下であることが好ましい。
屈折率分布はリング形であることが好ましい。
前記モード間の結合量は、前記光ファイバに軸回り方向の力を加えることにより生じる塑性変形としてのスパンによって前記範囲に設定することができる。
前記モード間の結合量は、前記光ファイバに張力を加えることによって前記範囲に設定することができる。
前記モード間の結合量は、前記光ファイバの外周に形成した被覆層によって前記範囲に設定することができる。

本発明の一態様は、前記光ファイバの製造方法であって、インパルス応答に関する理論式に基づいて、前記モード間の結合量が前記範囲となる規格化インパルス応答波形が得られるモード結合係数を求める第１の工程と、予め取得した、モード結合係数と２つのモード間の実効屈折率の差との関係に基づいて、前記第１の工程で求められたモード結合係数を得るための、前記実効屈折率の差を求める第２の工程と、前記第２の工程で求められた実効屈折率の差に基づいて、前記光ファイバのコアの屈折率分布を設計する第３の工程と、有する光ファイバの製造方法を提供する。
本発明の一態様は、前記光ファイバの製造方法であって、インパルス応答に関する理論式に基づいて、前記モード間の結合量が前記範囲となる規格化インパルス応答波形が得られるモード結合係数を求める第１の工程と、前記第１の工程で求められたモード結合係数を得るための外部的要素を設計する第２の工程と、を有し、前記外部的要素は、前記光ファイバの長手方向のゆらぎ成分に影響を与え得る要素である光ファイバの製造方法を提供する。
前記外部的要素は、前記光ファイバに軸回り方向の力を加えることにより生じる塑性変形としてのスパンと、前記光ファイバに加えられる張力と、前記光ファイバの被覆層と、から選択される１または２以上であることが好ましい。

本発明によれば、２つのモード間のモード結合量が＋１４［ｄＢ］以上とされるため、規格化インパルス応答波形において、モード結合に起因するパワーが支配的となる。モード結合量を前記範囲とすることによって、モード結合に起因するパワーを集中させ、ＤＭＤを確実かつ十分に低減することができる。
また、モード結合量は光ファイバが長くなるほど大きくなるため、本発明では光ファイバが長いほどＤＭＤを低減する効果が高くなる。よって、本発明は、光ファイバが長くなるほどＤＭＤが増大する従来技術（補償伝送路、低ＤＭＤファイバ等）に比べ、長距離伝送において有利となる。
本発明の光ファイバは、２本の光ファイバを接続した構造を有する補償伝送路に比べて構造が簡略であるため、製造容易性、耐久性、誤差要因の少なさなどの点でも優れている。

（ａ）モード結合係数ｈが小さい光ファイバ（弱結合タイプ）における規格化インパルス応答波形を示すグラフである。（ｂ）モード結合係数ｈが大きい光ファイバ（強結合タイプ）における規格化インパルス応答波形を示すグラフである。 モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係を示すグラフである。 実施形態の光ファイバを示す断面図である。 他の実施形態の光ファイバを示す断面図である。 実施例の光ファイバにおける規格化インパルス応答波形を示すグラフである。 実施例の光ファイバにおける規格化インパルス応答波形を示すグラフである。 実施例の光ファイバにおける規格化インパルス応答波形を示すグラフである。

以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施形態の光ファイバの規格化インパルス応答波形を示す図である。ここでは、ＦＭＦの一種である２モードファイバを例とする。

この光ファイバにおいて、モード１またはモード２を単独で入射させた場合、インパルス応答は、次の式（１）〜（４）で表すことができる。式（１）〜（４）は、インパルス応答に関する理論式である。
モード１については、式（１）、（２）が成立する。

モード２については、式（３）、（４）が成立する。

また、次の式（５）、（６）が成立する。

Ｐ_ｉはモードｉ（ｉ＝１または２）のパワー分布である。ｃは真空中の光速である。ｎ_０はコアの屈折率である。τ_ｇはＤＭＤである。ｚは光ファイバの長さである。τは式（５）で示す規格化された遅延時間である。ｖ_ｉは群速度である。α_ｉはモードｉの伝送損失である。δ（ｘ）はδ関数である。Ｉ_０は第１種の０次の変形ベッセル関数である。Ｉ_１は第１種の１次の変形ベッセル関数である。ｈは２つのモード間のモード結合係数である。

図１（ａ）は、モード結合係数ｈが比較的小さい光ファイバ（弱結合タイプ）において、モード１（ＬＰ０１）が入射された場合に、式（１）〜（４）で求められる規格化インパルス応答波形を示す。ｈ＝１．０×１０^−５［１／ｋｍ］とした。
実線はモード２（ＬＰ０１→ＬＰ１１）を示す。破線はモード１（ＬＰ０１→ＬＰ０１）を示す。伝送損失α_１＝α_２＝０．２［ｄＢ／ｋｍ］とした。ＤＭＤτ_ｇ＝０．０５［ｎｓ／ｋｍ］とした。光ファイバ長ｚ＝１００［ｋｍ］とした。
規格化インパルス応答波形は、例えばネットワークアナライザにより取得することができる。

このように、モード結合係数ｈが小さい光ファイバ（弱結合タイプ）では、各モードに対応したパルスと、モード結合に起因する帯状のパワー分布が生成する。

モード２（ＬＰ１１）が入射した場合に、式（１）〜（４）で求められる規格化インパルス応答波形は、図１（ａ）の波形を左右に反転させた形状となる。
モード間の結合が小さい場合において、モード１（ＬＰ０１）とモード２（ＬＰ１１）とを入射した場合に得られる波形は、時間的に離れた２つの位置（例えば図１（ａ）において遅延時間（横軸）が０となる位置と１となる位置）に、それぞれモード１，２に対応したパルスを有する。

図１（ｂ）は、モード結合係数ｈが比較的大きい光ファイバ（強結合タイプ）において、モード１（ＬＰ０１）が入射された場合に、式（１）〜（４）で求められる規格化インパルス応答波形を示す。ｈ＝１．０［１／ｋｍ］とした。
実線はモード２（ＬＰ０１→ＬＰ１１）を示す。破線はモード１（ＬＰ０１→ＬＰ０１）を示す。本図では、実線と破線とはほぼ同じ形状であるため、破線は実線に隠れて見えなくなっている。

モード２（ＬＰ１１）が入射された場合に、式（１）〜（４）で求められる規格化インパルス応答波形は、図１（ｂ）の波形を左右に反転させた形状、すなわち図１（ｂ）の波形とほぼ同じ形状となる。

図１（ｂ）に示すように、モード結合係数ｈが大きい光ファイバ（強結合タイプ）では、各モードに対応したパルスは小さくなり（または消失し）、モード結合に起因するパワーが支配的となる。
規格化インパルス応答波形において、モード結合に起因するパワーの、上述の各モードに対応した２つのパルスに対する相対的な位置は、これら２つのパルスの中間である。

また、光ファイバが長くなるほど、当然、トータルのモード結合量は大きくなるため、光ファイバ長は、強結合を実現するために有効なパラメータとなる。
モード結合量（ＸＴ）、すなわち２つのモード間の結合量は、次の式（７）で表される。

ＸＴ＝１０・ｌｏｇ_１０（ｚｈ） ［ｄＢ］ ・・・(7)

モード結合量（ＸＴ）は、＋１４［ｄＢ］以上とされる。
モード結合量がこの範囲にある光ファイバは、強結合タイプの光ファイバであり、規格化インパルス応答波形において、モード結合に起因するパワーが支配的となる（図１（ｂ）参照）。
モード結合量を前記範囲とすれば、各モードに対応したパルスは小さくなる（または消失する）ため、生成するパルスは実質的にモード結合に起因するもの１つのみとなる。そのため、モード結合に起因するパワーを集中させ、ＤＭＤを確実かつ十分に低減することができる。

強結合タイプの光ファイバは、ＤＭＤの低減に関して、次のメリットもある。
補償伝送路および低ＤＭＤファイバでは、光ファイバが長くなるほどＤＭＤは増大する。
これに対し、強結合タイプの光ファイバでは、光ファイバが長くなるほどモード結合量が大きくなるため（式（７）を参照）、モード結合に起因するパワーを集中させることができる。そのため、ＤＭＤをいっそう小さくできる。
光ファイバが長くなるほどＤＭＤは小さくなることは、長距離伝送において非常に大きなメリットとなる。

強結合タイプの光ファイバは、２本の光ファイバを接続した構造を有する補償伝送路に比べて構造が簡略であるため、製造容易性、耐久性、誤差要因の少なさなどの点でも優れている。

光ファイバは、コアと、このコアの外周に設けられたクラッドとを有する。図３は、光ファイバの一例であり、ここに示す光ファイバ１は、コア２と、その外周に設けられたクラッド３とを有する。
通信用の光ファイバは、例えば石英（ＳｉＯ_２）系ガラスからなり、ゲルマニウム（Ｇｅ）のドープによりコア部の屈折率を高くした構造が一般的である。

次に、本実施形態の光ファイバの製造方法について説明する。
強結合タイプの光ファイバを設計するにあたって必要な情報は次の２つである。
［１］モード結合係数ｈをいくつにすれば強結合タイプになるか。
［２］モード結合係数ｈと光ファイバ特性の関係性の定量的な指標。

［１］については、上述の式（１）〜（４）により、モード結合係数ｈを算出することができる。
［２］については、光ファイバの内部的要素または外部的要素の設定により、所望のモード結合係数ｈを実現できる。
例えば、後述のように、実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆは、モード結合係数ｈと間で強い相関があるため、Δｎ_ｅｆｆの調整により、所望のモード結合係数ｈを実現できる。なお、実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆは、２つのモード間の実効屈折率の差である。

実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆは、１．０×１０^−３以下であることが好ましい。
Δｎ_ｅｆｆをこの範囲とすることにより高いモード結合係数ｈが得られることから、上述のようにＤＭＤの低減が可能な強結合タイプの光ファイバが得られる。

以下、光ファイバの製造方法の第１の例を説明する。第１の例は、光ファイバの内部的要素に関連した設計手法を採用する。ここでは、内部的要素はコアの屈折率である。

［ステップ１］強結合タイプの規格化インパルス応答波形が得られるモード結合係数ｈの選定
ステップ１（第１の工程）では、上述の式（１）〜（４）により、強結合タイプの規格化インパルス応答波形が得られるモード結合係数ｈを求める。
例えば、実測値を、式（１）〜（４）により得られる規格化インパルス応答波形に、最小二乗法などを用いてフィッティングすることによって、その光ファイバ長ｚにおけるモード結合係数ｈを求める。
次いで、得られた波形が、図１（ａ）に示す弱結合タイプか、あるいは図１（ｂ）に示す強結合タイプか、を判定する。
必要に応じて、条件を変更して規格化インパルス応答波形を取得しなおし、その波形が弱結合タイプか強結合タイプかを判定する手順を繰り返し、強結合タイプの規格化インパルス応答波形が得られるモード結合係数ｈを求める。

上述のように、弱結合タイプの光ファイバの規格化インパルス応答波形は、各モードに対応したパルスと、モード結合に起因するパワー分布とを有する（図１（ａ）参照）。
一方、強結合タイプの光ファイバの規格化インパルス応答波形では、各モードに対応したパルスは小さくなり、モード結合に起因するパワーが支配的となる（図１（ｂ）参照）。

強結合タイプであることの認定は、例えば、各モードの群速度から求められる遅延時間差で規格化した時の、インパルス応答波形広がり（−２０［ｄＢ］の範囲でのパワーレベルの広がり）に基づいて行うことができる。例えば、インパルス応答波形広がりが０．６以下、好ましくは０．３以下である場合に、その光ファイバを強結合タイプと認定することができる。
ステップ１で求めたモード結合係数ｈを「ｈ_１」という。

［ステップ２］実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆの決定
ステップ２（第２の工程）では、ステップ１で求めたモード結合係数ｈ_１を得るための実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆを求める。モード結合係数ｈ_１を得るための実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆを「Δｎ_ｅｆｆ１」という。

図２は、モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係を示す図である。
図２において実線は、光ファイバに加えられる張力が、光ファイバの一般的な布設状態における張力と同等の値（０．７Ｎ）である場合における、モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係を示す。
この関係に基づいて、モード結合係数ｈ_１を得るための実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆ１を求めることができる。
モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係に関するデータは、ステップ２に先だって、予め取得しておくのが好ましい。

［ステップ３］屈折率分布の設計
ステップ３（第３の工程）では、ステップ２で求めた実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆ１に基づいて、コアの屈折率分布を設計する。
コアの屈折率分布は、リング形が好ましい。リング形の屈折率分布は、小さな実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆを得るのに有利である（非特許文献７を参照）。
コアの屈折率分布は、リング形に限らず、ステップインデックス形であってもよいし、α乗分布であってもよいし、グレーデッドインデックス形であってもよい。

次いで、設計された屈折率分布に基づいて、光ファイバを製造する。
光ファイバの製造方法としては、Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ａｘｉａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＶＡＤ、気相軸付法）、Ｏｕｔｓｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＯＶＤ、外付け法）、Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ、化学気相蒸着法）技術等がある。ＣＶＤ法としては、ＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。
これにより、モード結合係数ｈ_１を有する光ファイバ（強結合タイプの光ファイバ）が得られる。

次に、光ファイバの製造方法の第２の例を説明する。第２の例は、光ファイバの外部的要素に関連した設計手法を採用する。

［ステップ１］強結合タイプの規格化インパルス応答波形が得られるモード結合係数ｈの選定
ステップ１（第１の工程）は、第１の例の製造方法のステップ１と同じである。

［ステップ２］外部的要素の設計
ステップ２（第２の工程）では、ステップ１で求めたモード結合係数ｈ_１を得るための外部的要素を設計する。
ここでいう外部的要素とは、光ファイバのモード結合係数ｈに影響を与え得る外部的な要素であって、例えば、光ファイバの長手方向のゆらぎ成分に影響を与え得る要素が挙げられる。

光ファイバの長手方向のゆらぎ成分に影響を与え得る要素とは、例えば、ゆらぎ成分のパワースペクトルを変動させ得る要素である。
例えば、光ファイバにスパンを加えることによって、ゆらぎ成分のパワースペクトルを変動させることができる。スパンとは、線引きの際に光ファイバに軸回り方向の力を加えることにより生じる、塑性変形としてのねじれである。
スパンによって、光ファイバの長手方向のゆらぎ成分を調整することによって、所望のモード結合係数ｈを得ることができる。

ゆらぎ成分に影響を与える要因としては、スパンのほか、光ファイバに加えられる張力を挙げることができる。
張力は、例えば、光ファイバを光ファイバケーブルに実装する際に、光ファイバの長手方向に加えることができる。
張力を加えると、光ファイバの弾性変形により、光ファイバの長手方向のゆらぎ成分がシフトするため、実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆがある程度大きい光ファイバにおいてもモード結合係数ｈを大きくする（すなわち強結合タイプにする）ことが可能である。

張力の影響は、図２に示されている。図２において実線、破線、および一点鎖線は、光ファイバに加えられる張力がそれぞれ０．７Ｎ、１．５Ｎ、および４Ｎである場合における、モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係を示す。
図２に示すように、光ファイバに加える張力によって、モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係は変化する。この図より、張力が高い場合（例えば４Ｎの場合）には、実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆがある程度大きい光ファイバにおいてもモード結合係数ｈを大きくする（すなわち強結合タイプにする）ことができることがわかる。

ゆらぎ成分に影響を与える要因としては、光ファイバの被覆層もある。被覆層は、例えばウレタンアクリレート系の樹脂などの被覆材を光ファイバ裸線の外面に塗布（コーティング）することなどにより形成される。
例えば、被覆層に高硬度の粒子を分散状態で含有させることによって、光ファイバのゆらぎ成分のパワースペクトルを調整することができる。

図４は、被覆層を有する光ファイバの例であり、ここに示す光ファイバ１１は、光ファイバ裸線４の外周に被覆層５が形成されている。光ファイバ裸線４は、コア２と、その外周に設けられたクラッド３とを有する。
被覆層５は多数の粒子６を分散状態で含有する。被覆層５は、例えばウレタンアクリレート系などの樹脂からなる。粒子６は、例えば、被覆層５より硬度が高い材質、例えば樹脂、セラミックなどからなる。

外部的要素としては、光ファイバに加えられるスパンと、光ファイバに加えられる張力と、被覆層と、のうち１つを単独で採用してもよいし、２つ以上を採用してもよい。

このように、光ファイバの外部的要素（例えばスパン、張力、被覆層など）の設定によって、光ファイバのゆらぎ成分を調整し、モード結合係数ｈ_１が得られる光ファイバ（強結合タイプの光ファイバ）を得ることができる。

なお、外部的要素は、モード結合係数ｈを調整可能であれば、光ファイバの長手方向のゆらぎ成分に影響を与え得る要素に限定されない。

前記光ファイバでは、２つのモード間のモード結合量が＋１４［ｄＢ］以上とされるため、規格化インパルス応答波形において、モード結合に起因するパワーが支配的となる（図１（ｂ）参照）。モード結合量を前記範囲とすることによって、モード結合に起因するパワーを集中させ、ＤＭＤを確実かつ十分に低減することができる。
また、前記光ファイバでは、モード結合量は光ファイバが長くなるほど大きくなるため（式（７）を参照）、光ファイバが長いほどＤＭＤを低減する効果が高くなる。よって、光ファイバが長くなるほどＤＭＤが増大する従来技術（補償伝送路、低ＤＭＤファイバ等）に比べ、長距離伝送において有利となる。
前記光ファイバは、２本の光ファイバを接続した構造を有する補償伝送路に比べて構造が簡略であるため、製造容易性、耐久性、誤差要因の少なさなどの点でも優れている。

本発明の光ファイバは、光ファイバ伝送路、特に、ＭＤＭ伝送を行う光ファイバ伝送路に利用することができる。
ＭＤＭ伝送を行う光ファイバ伝送路において、伝搬モード毎に信号を載せるためには、一般には、モード合波デバイス（ＭＵＸ）やモード分波デバイス（ＤｅＭＵＸ）が用いられる。伝送路の大容量化には、ＭＤＭ伝送を波長分割多重（ＷＤＭ）伝送と併用することが好ましい。本発明の光ファイバは、低ＤＭＤを実現するために有用であり、ＭＩＭＯを用いたＭＤＭ伝送に好適である。また、伝送路において、ＤＭＤの符号が反対である２種以上の光ファイバを直列に接続する場合、それぞれの光ファイバの長さの比率を調整することで、伝送路全体のＤＭＤを低減することができる。

リング形の屈折率分布とは、例えば、互いに屈折率の異なる２以上の（同心円となる）断面リング形の層を有し、コア中心を含む層以外の層の一つの屈折率が最大となるような屈折率分布である。

α乗分布とは、例えば、中心における最大屈折率をｎ_１、外周における最小屈折率をｎ_２、光ファイバの中心からの距離をｒ、コア半径をａ、屈折率分布の形状係数をα、比屈折率差をΔとするとき、距離ｒ（ただし、０≦ｒ≦ａ）におけるコアの屈折率ｎ（ｒ）を次の式（８）で規格化することが可能な屈折率分布をいう。
ｎ（ｒ）＝ｎ_１［１−２Δ（ｒ／ａ）^α］^１／２ ・・・(8)

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
本発明の光ファイバは、２つのモードを伝搬する２モードファイバに限定されない。本発明の光ファイバは、２つ以上のモード、例えば４モード、またはそれを越える数のモードを伝搬する光ファイバであってよい。
２を越える数のモードを伝搬する光ファイバの場合は、前記２を越える数のモードのうち、少なくとも２つのモード間の結合量が前記範囲とされる。

前記外部的要素として、光ファイバに加えられる張力を採用する場合には、前記第１および第２の工程を有し、前記外部的要素が前記光ファイバに加えられる張力である光ファイバの布設方法を提供することができる。また、前記第１および第２の工程を有し、前記外部的要素が前記光ファイバに加えられる張力である光ファイバケーブルの製造方法を提供することができる。
なお、光ファイバケーブルは、１または２以上の前記光ファイバと、これを覆うシースとを有する構造を有する。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図５に、次に示す特性を有する光ファイバで得られた規格化インパルス応答波形を示す。
ｈ＝２［１／ｋｍ］、ＤＭＤτ_ｇ＝０．０５［ｎｓ／ｋｍ］、伝送損失α_１＝α_２＝０．２［ｄＢ／ｋｍ］、光ファイバ長ｚ＝１００［ｋｍ］、真空中の光速ｃ＝２．９９８×１０^８［ｍ／ｓ］、コアの屈折率ｎ_０＝１．４５、モード結合量ＸＴ＝＋２３［ｄＢ］。
図２に示す、モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係より、ｈ＝２［１／ｋｍ］を得るためのΔｎ_ｅｆｆは、３．４×１０^−４である。

（比較例１）
図１（ａ）は、モード結合係数ｈが実施例１におけるモード結合係数ｈより小さい（詳しくはｈ＝１．０×１０^−５［１／ｋｍ］）こと以外は実施例１と同様とされた、弱結合タイプの光ファイバの規格化インパルス応答波形である。モード結合量ＸＴ＝−３０［ｄＢ］である。

強結合タイプの光ファイバである実施例１では、遅延時間は１００［ｋｍ］×０．０５［ｎｓ／ｋｍ］×０．２＝１［ｎｓ］である。この式における「０．２」は、図５において、−２０［ｄＢ］の範囲でのパワーレベルの広がりに基づく係数である。
弱結合タイプの光ファイバである比較例１（図１（ａ）参照）では、遅延時間は１００［ｋｍ］×０．０５［ｎｓ／ｋｍ］＝５［ｎｓ］となる。
このように、実施例１では、ＤＭＤを大幅に低減できることがわかった。

（実施例２）
図６に、次に示す特性を有する光ファイバで得られた規格化インパルス応答波形を示す。
ｈ＝１×１０^−２［１／ｋｍ］、ＤＭＤτ_ｇ＝０．１［ｎｓ／ｋｍ］、光ファイバ長ｚ＝１００００［ｋｍ］、モード結合量ＸＴ＝＋２０［ｄＢ］。その他の特性は実施例１と同じとした。
図２に示す、モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係より、ｈ＝１×１０^−２［１／ｋｍ］を得るためのΔｎ_ｅｆｆは、１．０×１０^−３である。

（比較例２）
比較例２は、モード結合係数ｈが実施例２におけるモード結合係数ｈより小さい（詳しくはｈ＝１．０×１０^−５［１／ｋｍ］）こと以外は実施例２と同様とされた、弱結合タイプの光ファイバである。モード結合量ＸＴ＝−１０［ｄＢ］である。

実施例２では、遅延時間は１００００［ｋｍ］×０．１［ｎｓ／ｋｍ］×０．３＝３００［ｎｓ］である。この式における「０．３」は、図６において、−２０［ｄＢ］の範囲でのパワーレベルの広がりに基づく係数である。
比較例２では、遅延時間は１００００［ｋｍ］×０．１［ｎｓ／ｋｍ］＝１０００［ｎｓ］となる。
このように、実施例２では、ＤＭＤを大幅に低減できることがわかった。

（実施例３）
図７に、次に示す特性を有する光ファイバで得られた規格化インパルス応答波形を示す。
ｈ＝３×１０^−２［１／ｋｍ］、ＤＭＤτ_ｇ＝０．２［ｎｓ／ｋｍ］、光ファイバ長ｚ＝１０００［ｋｍ］、モード結合量ＸＴ＝＋１４．８［ｄＢ］。その他の特性は実施例１と同じとした。
図２に示す、モード結合係数ｈと実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆとの関係より、ｈ＝３×１０^−２［１／ｋｍ］を得るためのΔｎ_ｅｆｆは、９．０×１０^−４である。

（比較例３）
比較例３は、モード結合係数ｈが実施例３におけるモード結合係数ｈより小さい（詳しくはｈ＝１．０×１０^−５［１／ｋｍ］）こと以外は実施例３と同様とされた弱結合タイプの光ファイバである。モード結合量ＸＴ＝−２０［ｄＢ］である。

実施例３では、遅延時間は１０００［ｋｍ］×０．２［ｎｓ／ｋｍ］×０．５＝１００［ｎｓ］である。この式における「０．５」は、図７において、−２０［ｄＢ］の範囲でのパワーレベルの広がりに基づく係数である。
比較例３では、遅延時間は１０００［ｋｍ］×０．２［ｎｓ／ｋｍ］＝２００［ｎｓ］となる。
このように、実施例３では、ＤＭＤを大幅に低減できることがわかった。

１、１１…光ファイバ、２…コア、３…クラッド、５…被覆層。

Claims (9)

1. ２以上のモードを伝搬する光ファイバであって、
   前記２以上のモードのうち少なくとも２つのモード間のモード結合係数をｈ［１／ｋｍ］とし、前記光ファイバの長さをｚ［ｋｍ］とし、前記２つのモード間の結合量ＸＴが、ＸＴ＝１０・ｌｏｇ_１０（ｚｈ）［ｄＢ］を満たすとすると、
   結合量ＸＴは、＋１４［ｄＢ］以上であることを特徴とする光ファイバ。
2. 前記２つのモード間の実効屈折率の差は、１．０×１０^−３以下である請求項１に記載の光ファイバ。
3. 屈折率分布はリング形である請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. 前記モード間の結合量は、前記光ファイバに軸回り方向の力を加えることにより生じる塑性変形としてのスパンによって前記範囲に設定されている請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光ファイバ。
5. 前記モード間の結合量は、前記光ファイバに張力を加えることによって前記範囲に設定されている請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光ファイバ。
6. 前記モード間の結合量は、前記光ファイバの外周に形成した被覆層によって前記範囲に設定されている請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光ファイバ。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法であって、
   インパルス応答に関する理論式に基づいて、前記モード間の結合量が前記範囲となる規格化インパルス応答波形が得られるモード結合係数を求める第１の工程と、
   予め取得した、モード結合係数と２つのモード間の実効屈折率の差との関係に基づいて、前記第１の工程で求められたモード結合係数を得るための、前記実効屈折率の差を求める第２の工程と、
   前記第２の工程で求められた実効屈折率の差に基づいて、前記光ファイバのコアの屈折率分布を設計する第３の工程と、
   を有する光ファイバの製造方法。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法であって、
   インパルス応答に関する理論式に基づいて、前記モード間の結合量が前記範囲となる規格化インパルス応答波形が得られるモード結合係数を求める第１の工程と、
   前記第１の工程で求められたモード結合係数を得るための外部的要素を設計する第２の工程と、を有し、
   前記外部的要素は、前記光ファイバの長手方向のゆらぎ成分に影響を与え得る要素である光ファイバの製造方法。
9. 前記外部的要素は、前記光ファイバに軸回り方向の力を加えることにより生じる塑性変形としてのスパンと、前記光ファイバに加えられる張力と、前記光ファイバの被覆層と、から選択される１または２以上である請求項８に記載の光ファイバの製造方法。

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