JP2023041177A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造かつ安価でありながら低伝送損失のフューモードファイバとしての光ファイバを提供すること。【解決手段】光ファイバは、センタコアからなる、または、センタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層以下のコア層とからなる、コア部と、前記コア部の最大屈折率および純石英ガラスよりも屈折率が低く、前記コア部の外周を取り囲むクラッド部と、を備え、波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ伝搬モードである２以上の伝搬モードで光を伝搬する。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバに関する。

クラッド部にフッ素の様な屈折率を下げるドーパントをドープすることによって、波長１５５０ｎｍにおいて０．１８ｄＢ／ｋｍ以下の超低伝送損失を実現するフューモードファイバが提案されている（特許文献１）。ここで、フューモードファイバとは、ＬＰ（Linear Polarized）伝搬モードである２以上の伝搬モードで光を伝搬する光ファイバである。

クラッド部の屈折率を純石英ガラスより低くした光ファイバでは、コア部のドーパントを減らす、あるいはほぼなくすことが可能であり、これにより、コア部でのゲルマニウム（Ｇｅ）などのドーパントの濃度分布に起因するレイリー散乱損失を低減させることで、低伝送損失を実現することが可能となる。特許文献１では、４つまでのＬＰ伝搬モードの全てで、波長１５５０ｎｍにおいて０．１８ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現した結果が開示されている。

一方、波長１５５０ｎｍにおいて０．１８ｄＢ／ｋｍ以下の超低伝送損失を実現するマルチコアファイバとしては、非特許文献１に開示されるような結合型マルチコアタイプのファイバが、すでに数多く報告されている。

特表２０１７－５２６９６０号公報

佐久間 洋宇ら，電子情報通信学会，ＥＸＡＴ研究会，ＥＸＡＴ２０２０－１７

しかしながら、特許文献１に開示されている光ファイバは、Ｇｅを含まないコアとフッ素を含むシリカガラスとからなる３層構造と、その外側のフッ素ドープトレンチ層と、の合計４層のコア構造を備える。このようにコア構造の層数が多いと、光ファイバの製造プロセスにおいて、より複雑なプロセス制御が必要となり、結果として光ファイバが高価になるという課題がある。

また、特許文献１では、コア構造内での屈折率の差が非常に大きい、具体的にはΔ１とΔ２との差が非常に大きいので、多量のドーパントを使用することとなるため、その点でも光ファイバが高価になるという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易な構造かつ安価でありながら低伝送損失のフューモードファイバとしての光ファイバを提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、センタコアからなる、または、センタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層以下のコア層とからなる、コア部と、前記コア部の最大屈折率および純石英ガラスよりも屈折率が低く、前記コア部の外周を取り囲むクラッド部と、を備え、波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ伝搬モードである２以上の伝搬モードで光を伝搬する光ファイバである。

波長１５５０ｎｍにおいて、前記２以上の伝搬モードのそれぞれにおける伝送損失は、０．２０ｄＢ／ｋｍ以下であるものでもよい。

前記２以上の伝搬モードは、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードおよびＬＰ０２モードのうち２以上の組み合わせであるものでもよい。

前記２以上の伝搬モードは、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの２つの伝搬モードであるものでもよい。

前記クラッド部の少なくとも一部は、フッ素がドープされた石英ガラスからなるものでもよい。

前記センタコアは、カリウムおよびナトリウムの少なくとも一方がドープされた石英ガラスからなるものでもよい。

前記センタコアの径方向の外側において、前記２以上の伝搬モードの全てについて光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置までは、カリウムおよびナトリウムの少なくとも一方がドープされているものでもよい。

波長１５５０ｎｍにおいて、前前記２以上の伝搬モードのそれぞれにおける伝送損失は、０．１９ｄＢ／ｋｍ以下であるものでもよい。

波長１５５０ｎｍにおいて、前前記２以上の伝搬モードのそれぞれにおける伝送損失は、０．１８ｄＢ／ｋｍ以下であるものでもよい。

ステップ型の屈折率プロファイルを有するものでもよい。

Ｗ型の屈折率プロファイルを有するものでもよい。

階段型の屈折率プロファイルを有するものでもよい。

トレンチ型の屈折率プロファイルを有するものでもよい。

前記センタコアの最大屈折率の純石英ガラスに対する比屈折率差をΔ１とし、前記センタコアに隣接する領域の屈折率の、純石英ガラスに対する比屈折率差をΔ２とすると、（Δ１－Δ２）は０．４０％以上０．７０％以下であり、前記２以上の伝搬モードの全てについて、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が２４０μｍ^２以下であるものでもよい。

（Δ１－Δ２）が０．４０％以上０．５５％以下であるものでもよい。

前記センタコアと、前記センタコアの径方向の外側において前記２以上の伝搬モードの全てについて光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置までと、において、圧縮応力が存在するものでもよい。

圧縮応力がピークとなる位置が、少なくとも前記センタコアの外側の位置にあるものでもよい。

波長１５５０ｎｍにおいて、前記２以上の伝搬モードの間の伝送損失の差が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であるものでもよい。

サンドペーパー法によって測定された波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ以下であるものでもよい。

本発明によれは、簡易な構造かつ安価でありながら低伝送損失のフューモードファイバを実現できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。 図２は、実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルの模式図である。 図３は、径方向位置と、光のフィールド強度、屈折率プロファイル、およびＫまたはＮａのドープ領域との関係の一例を示す図である。 図４は、ドーパントがドープされている境界での対ピーク比光強度と伝送損失との関係の一例を示す図である。 図５は、有効コア断面積と規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。 図６は、コア直径と有効コア断面積との関係の一例を示す図である。 図７は、径方向位置と、残留応力および屈折率プロファイルとの関係の一例を示す図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書においては、カットオフ波長または実効カットオフ波長とは、国際通信連合（ＩＴＵ）のＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長（λｃｃ）をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＧ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。光ファイバ１は、石英系ガラスからなり、コア部１ａと、コア部１ａの外周を取り囲むクラッド部１ｂとを備える。なお、光ファイバ１におけるコア部１ａとクラッド部１ｂとを備える部分は、光ファイバにおいてガラスからなる部分であり、ガラス光ファイバと記載する場合がある。また、光ファイバ１は、クラッド部１ｂの外周を取り囲む被覆層１ｃを備える。被覆層１ｃは、クラッド部１ｂの外周を取り囲むプライマリ層１ｃａと、プライマリ層１ｃａの外周を取り囲むセカンダリ層１ｃｂとを有する。被覆層１ｃを備える光ファイバは、光ファイバ心線と記載する場合がある。

プライマリ層１ｃａおよびセカンダリ層１ｃｂは、樹脂からなる。この樹脂は、たとえば、紫外線硬化樹脂である。紫外線硬化樹脂は、たとえば、オリゴマー、希釈モノマー、光重合開始剤、シランカップリング剤、増感剤、滑剤等、各種の樹脂材料と添加剤とを配合したものである。オリゴマーとしては、ポリエーテル系ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、シリコーンアクリレート等、従来公知の材料を用いることができる。希釈モノマーとしては、単官能モノマー、多官能モノマー等、従来公知の材料を用いることができる。また、添加剤は、上記したものに限定されず、紫外線硬化樹脂等に対して使用される従来公知の添加剤等を広く用いることができる。

光ファイバ１は、たとえば図２に示すような屈折率プロファイルを有する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、いずれも、光ファイバ１のコア部１ａの中心軸から半径方向における屈折率プロファイルを示している。なお、屈折率プロファイルは、純石英ガラスに対する比屈折率差で示している。ここで、純石英ガラスとは、屈折率を変化させるドーパントを実質的に含まず、波長１５５０ｎｍにおける屈折率が約１．４４４である、きわめて高純度の石英ガラスである。

図２（ａ）は、ステップ（Ｓｔｅｐ）型の屈折率プロファイルを示している。図２（ａ）において、プロファイルＰ１１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ１２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。ステップ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａの直径(コア直径)は２ａであり、純石英ガラスの屈折率に対する、コア部１ａの最大屈折率の比屈折率差（最大比屈折率差）はΔ１である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１ｂの平均屈折率の比屈折率差はΔｃｌａｄである。図２（ａ）の場合、コア部１ａのなかで平均の屈折率が最大である部分であるセンタコアは、コア部１ａ全体に対応する。すなわち、図２（ａ）の場合は、コア部がセンタコアからなる場合の一例である。

図２（ｂ）は、いわゆるＷ型の屈折率プロファイルを示している。図２（ｂ）において、プロファイルＰ２１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ２２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。Ｗ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂのディプレスト層とで構成されている。センタコアは、コア部１ａのなかで平均の屈折率が最大である部分である。純石英ガラスの屈折率に対するセンタコアの最大比屈折率差はΔ１である。純石英ガラスの屈折率に対するディプレスト層の平均屈折率の比屈折率差はΔ２である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１ｂの平均屈折率の比屈折率差はΔｃｌａｄである。

図２（ｂ）の場合は、コア部がセンタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層以下（具体的には１層）のコア層とからなる場合の一例である。ディプレスト層はコア層の一例である。

図２（ｃ）は、いわゆるトレンチ型の屈折率プロファイルを示している。図２（ｃ）において、プロファイルＰ３１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ３２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。トレンチ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がセンタコアの最大屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂの中間層と、中間層の外周を取り囲むように形成されており、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ｂで外径が２ｃのトレンチ層とで構成されている。センタコアは、コア部１ａのなかで平均の屈折率が最大である部分である。純石英ガラスの屈折率に対するセンタコアの最大比屈折率差はΔ１である。純石英ガラスの屈折率に対する中間層の比屈折率差はΔ２である。純石英ガラスの屈折率に対するトレンチ層の比屈折率差はΔ３である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１ｂの平均屈折率の比屈折率差はΔｃｌａｄである。なお、Δ２は、通常はΔｃｌａｄと同値またはその近傍に設定される。

図２（ｃ）の場合は、コア部がセンタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層のコア層とからなる場合の一例である。中間層とトレンチ層は、２層のコア層の一例である。

図２（ｄ）は、いわゆる階段型の屈折率プロファイルを示している。図２（ｄ）において、プロファイルＰ４１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ４２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。階段型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂの階段層とで構成されている。センタコアは、コア部１ａのなかで平均の屈折率が最大である部分である。純石英ガラスの屈折率に対するセンタコアの最大比屈折率差はΔ１である。純石英ガラスの屈折率に対する階段層の平均屈折率の比屈折率差はΔ２である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１ｂの平均屈折率の比屈折率差はΔｃｌａｄである。

図２（ｄ）の場合は、コア部がセンタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層以下（具体的には１層）のコア層とからなる場合の一例である。階段層はコア層の一例である。

ここで、コア部１ａのセンタコアの屈折率プロファイルは、幾何学的に理想的な形状のステップ型である場合だけでなく、頂部の形状が平坦ではなく製造特性により凹凸が形成されたり、頂部から裾を引くような形状となっていたりする場合がある。この場合、製造設計上のコア部１ａのコア直径２ａの範囲内における、屈折率プロファイルの頂部で略平坦である領域の屈折率が、Δ１を決定する指標となる。なお、略平坦である領域が複数個所に分かれていると思われる場合や、あるいは連続的な変化が起こっていて略平坦である領域の定義が難しい場合も、隣の層に向かって急激に屈折率が変化する部分以外のコア部の少なくともいずれかの部分が下記のΔ１の範囲に入っていて、最大値と最小値とのΔの差が、或る値±３０％以内であれば、所望に近い特性を出すことが可能であることを確認しており、特に問題はない。

また、ディプレスト層、中間層、トレンチ層、階段層、およびクラッド部１ｂの平均屈折率とは、屈折率プロファイルの径方向における屈折率の平均値である。クラッド部１ｂは、コア部１ａの最大屈折率および純石英ガラスよりも屈折率が低い。

この光ファイバ１は、波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ伝搬モードである２以上の伝搬モードで光を伝搬する。波長１５５０ｎｍにおいて、この２以上の伝搬モードのそれぞれにおける伝送損失は、０．２０ｄＢ／ｋｍ以下が好ましく、０．１９ｄＢ／ｋｍ以下がより好ましく、０．１８ｄＢ／ｋｍ以下がさらに好ましい。

２以上の伝搬モードは、たとえば、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードおよびＬＰ０２モードのうち２以上の組み合わせである。たとえば、伝搬モードが２つの場合は、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの２つである。

また、波長１５５０ｎｍにおいて、２以上の伝搬モードの間の伝送損失の差が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。これにより、伝搬モード間での特性の差が低減される。

つぎに、光ファイバ１のコア部１ａおよびクラッド部１ｂの構成材料について説明する。コア部１ａのセンタコアおよび階段層は、塩素（Ｃｌ）がドープされるとともに、カリウム（Ｋ）およびナトリウム（Ｎａ）の少なくとも一方がドープされた石英ガラスからなる。Ｃｌおよび、ＫやＮａなどのアルカリ金属元素は、石英ガラスの屈折率を上昇させるとともに、粘性を低下させるドーパントである。なお、ＫやＮａは化合物、たとえばカリウム化合物やナトリウム化合物としてドープされていてもよい。

一方、クラッド部１ｂは、その少なくとも一部が、屈折率を低下させるドーパントであるたとえばフッ素（Ｆ）またはホウ素（Ｂ）を含む石英ガラスからなる。一方、ディプレスト層およびトレンチ層は、屈折率を低下させる屈折率低下ドーパントであるフッ素またはホウ素をクラッド部１ｂよりもさらに多く含む石英ガラスからなる。中間層は、クラッド部１ｂと同じ成分またはそれに近い成分の石英ガラスからなる。ここで、屈折率を下げるドーパントとしては、フッ素にする方が製造性の観点でより好ましい。なお、フッ素は、フッ素化合物としてドープされていてもよい。

なお、以下に説明するように、所望の屈折率プロファイルが実現されているならば、コア部１ａにおけるセンタコアと階段層以外のコア層、またはクラッド部１ｂに、ＫやＮａやＣｌがドープされていてもよい。

つぎに、光ファイバ１においてカリウムおよびナトリウムの少なくとも一方がドープされている場合の好適な状態について説明する。

図３は、光ファイバ１の径方向位置と、光のフィールド強度（以下、光の強度とも記載する場合がある）、屈折率プロファイル、およびＫまたはＮａのドープ領域との関係の一例を示す図である。径方向位置が０μｍの位置は、センタコアの中心軸の位置を意味する。また、図３では、屈折率プロファイルがステップ型であり、（Δ１－Δｃｌａｄ）が０．４５％であり、コア半径（コア直径の１／２）が８μｍの場合を示している。また、光のフィールド強度はピーク値で規格化してある。

図３に示すように、ＬＰ０１モードの光のフィールド強度は、径方向におけるコア半径の位置では、ピークの１０％未満である。したがって、「公知のドープ領域」で示すように、中心軸からコア半径の位置（センタコアであるコア部１ａとクラッド部１ｂとの界面の位置）までカリウムおよびナトリウムの少なくとも一方がドープされていれば、カリウムまたはナトリウムによる低損失化の効果は十分得られる。

これに対して、光ファイバ１のようなフューモードファイバの場合、より高次モードであるＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モードについては、図３に示すように、光のフィールド強度が、径方向におけるコア半径の位置でも、ピークの１０％以上である。

この場合、「実施形態のドープ領域」で示すように、センタコアの径方向の外側において、光ファイバ１における伝搬モードの全てについて光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置までは、カリウムおよびナトリウムの少なくとも一方がドープされていることが好ましい。ピーク値の１０％となる径方向位置とは、規格化した強度が０．１となる形方向位置である。これによって、フューモードファイバであっても、カリウムまたはナトリウムによる低損失化の効果が十分得られる。なお、光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置までカリウムおよびナトリウムの少なくとも一方が５ｐｐｍ以上ドープされていれば、低損失化の効果がより好適に得られる。

なお、図３は屈折率プロファイルがステップ型であり、所定のコア半径および所定の（Δ１－Δｃｌａｄ）である場合を示しているが、屈折率プロファイルはＷ型、トレンチ型、階段型などの他の屈折率プロファイルでもよく、コア半径やΔ１も特に限定されない。

本発明者は、ステップ型、Ｗ型、トレンチ型、階段型の様々な屈折率プロファイルおよび屈折率プロファイルを規定する構造パラメータを想定し、ドーパントとしてカリウムまたはナトリウムを想定して、シミュレーション計算や実験などを網羅的に実行し、各伝搬モードにて最低の伝送損失を求めた。なお、ステップ型、Ｗ型、トレンチ型、階段型のような、コア部がセンタコアからなる、または、コア部が、センタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層以下のコア層とからなるので、コア構造としては、１層構造、２層構造、または３層構造と呼ばれる。これらのコア構造は、層数が比較的少ないので、光ファイバの製造プロセスにおいて、プロセス制御がより簡易となり、結果として光ファイバが安価になるというメリットがある。

本発明者は、表１のような結果を得た。表１に示すように、ステップ型、Ｗ型、トレンチ型、階段型のような、コア部がセンタコアからなる、または、コア部が、センタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層以下のコア層とからなる、いわゆる三層以下構造では、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、ＬＰ０２の各モード以外の伝搬モード（たとえばＬＰ３１）では、どれだけ最適化を行っても、０．２０ｄＢ／ｋｍ以下となる解がないことが確認された。したがって、光ファイバ１における２以上の伝搬モードは、たとえば、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードおよびＬＰ０２モードのうち２以上の組み合わせである。また、たとえば、伝搬モードが２つの場合は、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの２つであれば、０．１８ｄＢ／ｋｍ以下の低伝送損失を得る上で好ましい。

つぎに、図４は、多数の実験の結果得られた、ドーパントがドープされている境界での対ピーク比光強度と伝送損失との関係の一例を示す図である。なお、ドーパントとしてはカリウムを選択した。

図４に示すように、各伝搬モードについて、光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置までは、カリウムがドープされていることによって、伝送損失を低減できることが実験的に確認された。なお、ドーパントをカリウムからナトリウムに変更した実験を行った結果でも、同様の傾向が確認された。

なお、図３で示したような、屈折率プロファイルがステップ型であり、（Δ１－Δｃｌａｄ）が０．４５％であり、コア半径（コア直径の１／２）が８μｍの場合、光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置とは、ＬＰ１１モードでは９．２μｍであり、ＬＰ２１モードでは１０．４μｍであり、ＬＰ０２モードでは８．８μｍである。したがって、光を伝搬させるモードに応じて、カリウムやナトリウムをドープする領域を選択すればよい。

ここで、光ファイバにおいて、Ａｅｆｆが大きすぎるとマイクロベンド損失が増大するおそれがある。マイクロベンド損失は、ＪＩＳ Ｃ６８２３：２０１０に規定される固定径ドラム法に類似するサンドペーパー法で測定した値を採用することができる。サンドペーパー法は、たとえば、番手が＃１０００のサンドペーパーを巻いた固定ドラムに、１００ｇｆの張力で、５００ｍの長さの光ファイバを互いに重ならないように１層巻きに巻き付けた状態Ａにおける伝送損失と、巻き束の状態Ｂの光ファイバの伝送損失との差をマイクロベンド損失の値として定義するものである。ここで状態Ｂの光ファイバの伝送損失はマイクロベンド損失を含まず、光ファイバそのものに固有の伝送損失と考えられる。また、この測定方法では、伝送損失はたとえば波長１５５０ｎｍで測定しているので、マイクロベンド損失も波長１５５０ｎｍでの値である。以下、特に断らない限り、マイクロベンド損失は波長１５５０ｎｍでの値である。なお、サンドペーパー法によって測定された波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失は、１ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。

そこで、本発明者は、屈折率プロファイルがステップ型の光ファイバについて、波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのＡｅｆｆと、規格化マイクロベンド損失との関係について調べた。ここで、規格化マイクロベンド損失とは、マイクロベンド損失を標準ＳＭＦにおけるマイクロベンド損失で規格化した値である。標準ＳＭＦとは、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５２で定義される規格に準拠する特性を有するシングルモード光ファイバであるが、ここでは、さらに波長１５５０ｎｍにおけるＡｅｆｆが８０μｍ^２のものを選択した。

図５は、Ａｅｆｆと規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。図５に示すように、規格化マイクロベンド損失はＡｅｆｆの対数関数として表される。なお、ＬＰ０１モードよりも高次モードについても、Ａｅｆｆと規格化マイクロベンド損失との関係は同様の傾向を示した。また、規格化マイクロベンド損失が１００以上であると、他の構造パラメータや製造条件などを最適化しても、０．２０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現することができないことが確認された。この点から、各伝搬モードについて、波長１５５０ｎｍにおけるＡｅｆｆは２４０μｍ^２以下が好ましい。

そこで、本発明者は、Ａｅｆｆを２４０μｍ^２以下にするための最適な構造パラメータ（プロファイルパラメータとも呼ばれる）に関して、体系的な検討を行った。その結果、Ａｅｆｆは、Δ１とΔ２とに深い関係があることがわかった。なお、Δ２は、センタコアに隣接する領域の屈折率の、純石英ガラスに対する比屈折率差ということできるので、ステップ型の場合は、Δ２はΔｃｌａｄに置き換えて考えることができる。

図６は、コア直径と波長１５５０ｎｍにおけるＡｅｆｆとの関係の一例を示す図である。図６は、（Δ１－Δ２）を０．４％に固定し、図２に示す様々な異なる屈折率プロファイルにおいて、各伝搬モードにおけるコア直径とＡｅｆｆとの関係を計算し、さらに異なる屈折率プロファイルの値を平均化したものである。図６の場合のような計算を、様々な（Δ１－Δ２）の値について行ったところ、（Δ１－Δ２）が０．４０％以上の場合、Ａｅｆｆが安定して２４０μｍ^２以下となることが確認された。（Δ１-Δ２）が０．４０％より大きくなると、同一コア直径で比較するとＡｅｆｆは小さくなっていき、２４０μｍ^２以下の範囲に入る傾向にある。したがって、（Δ１－Δ２）は０．４０％以上であることが好ましい。

また、表２は、様々な（Δ１－Δ２）の値について、構造パラメータや製造プロセスを最適化して得られた光ファイバの、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの伝送損失を示している。表２に示すように、構造パラメータや製造プロセスを最適化すると、（Δ１－Δ２）が０．７％以下であれば、各モードでの伝送損失を０．２０ｄＢ／ｋｍ以下とできるので好ましい。さらに、（Δ１－Δ２）が０．５５％以下であれば、各モードでの伝送損失を０．１８ｄＢ／ｋｍ以下さらには０．１７ｄＢ／ｋｍ以下とできるので好ましい。

つぎに、実施形態の光ファイバ１においては、センタコアと、センタコアの径方向の外側において、伝搬する２以上の伝搬モードの全てについて光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置までと、において、圧縮応力が存在することが好ましい。光ファイバ１において、ある領域での残留応力が圧縮応力となっているということは、その領域は、カリウムやナトリウムがドープされていることによって、光ファイバ１の線引き中の構造緩和がその他の領域よりも進んでいることを示している。このような構造緩和は、レイリー散乱損失ひいては伝送損失の抑制の点で好ましい。

図７は、光ファイバ１の実施例として製造した光ファイバの径方向位置と、残留応力および屈折率プロファイルとの関係の一例を示す図である。径方向位置が０μｍの位置は、センタコアの中心軸の位置を意味する。また、図７の光ファイバは、屈折率プロファイルがステップ型であり、（Δ１－Δｃｌａｄ）が０．４％であり、コア半径（コア直径の１／２）が７μｍである。

図７に示す光ファイバは、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの２つの伝搬モードで光が伝搬する。このとき、ＬＰ１１モードについて光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置は８．８μｍであるが、その径方向をセンタコアの外側に超えて、約１１μｍの範囲までが圧縮応力（負値の残留応力）となっている。また、径方向位置が１１μｍでの、ＬＰ１１モードの光の強度は、ピーク値の約２％と非常に小さい。その結果、図７に示す光ファイバは、ＬＰ１１モードの伝送損失でも０．１６５ｄＢ／ｋｍ以下という極めて低い値であった。

また、図７に示す光ファイバでは、圧縮応力のピークが、径方向位置が０μｍｍの位置と約８μｍの位置とにあるが、約８μｍの位置にあるピークは、少なくともセンタコアの外側の位置にあるピークである。このようなピークは、カリウムやナトリウムの濃度が濃い位置、たとえばカリウムやナトリウムがドープされた位置に形成されると考えられる。

以上説明したように、実施形態および実施例の光ファイバによれば、３層構造以下の簡易な構造かつ安価でありながら、波長１５５ｎｍでの伝送損失が０．２０ｄＢ／ｋｍ以下、０．１９ｄＢ／ｋｍ以下、さらには０．１８ｄＢ／ｋｍ以下の低伝送損失のフューモードファイバを実現できる。

（製造方法）
図７に示す実施例の光ファイバは以下のようにして製造した。まず、公知のＶＡＤ（Vapor-phase Axial Deposition）装置を用いて、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）ガス、水素ガス、酸素ガス、不活性ガスを用いてシリカスートを作製した。その後、シリカスートの焼結ガラス化時にヘリウムガスと塩素ガスとを流すことで塩素を高濃度にドープした。なお、焼結時に流す塩素系ガスは、たとえば四塩化ケイ素のような塩素化合物でもよい。これにより、Δ１が０．１％のコア母材を形成した。

つづいて、製管法にて、純石英ガラスに対する比屈折率差が－０．３％となるようにフッ素をドープしたチューブを準備した。そして、塩化カリウム（ＫＣｌ）原料を電気炉で融点以上に昇温して溶融・蒸発させた後、冷却ガスによってエアロゾル粒子を生成し、Ａｒキャリアガスでチューブの内部に輸送し、表面にカリウムを堆積させた。その後、チューブの中にコア母材を挿入し、内部を真空にし、酸水素火炎をチューブの外部に当ててコラップス処理を行うことで、コア／クラッド一体化母材を得た。その後、線引き後の光ファイバのコア直径が１４μｍになるように、さらにチューブを被せ、光ファイバ母材を作製した。つづいて、この光ファイバ母材から光ファイバを線引きした。なお、カリウムは、堆積後に行われた各熱処理工程により、中心方向（センタコア方向）および径方向外側（クラッド部側）の両方に拡散し、所望の領域にドープされる。

なお、カリウムのドープ方法は上記に限られない。たとえば、シリカスートを作製した後、緻密化が起こらない温度範囲で仮焼結を行い、仮焼結体に液浸法にてカリウムをドープしてもよい。また塩化カリウムの代わりにカリウムの硝酸化物、ヨウ化物、臭化物等を用いてもよい。さらに、カリウムの代わりにナトリウムをドープする場合には、各種のナトリウム化合物を用いることができる。

上記実施例の光ファイバにおける各伝搬モードでの光学特性を表３に示す。光学特性測定は、シフトインプット法を用いて行い、モード結合の影響を考慮して、長尺での測定に関しては複数回の測定の平均値をとる形にした。また、マイクロベンド損失はサンドペーパー法にて測定した。なお、表３において「ＭＦＤ」とはモードフィールド径を意味する。

表３に示すように、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モードの両方について、波長１５５０ｎｍにて０．１６ｄＢ／ｋｍ程度の良好な伝送損失特性が得られた。また、波長１５５０ｎｍにおけるＡｅｆｆは２４０μｍ^２以下であり、マイクロベンド損失も０．５ｄＢ／ｋｍ以下の低い値であった。すなわち、この光ファイバは、通常のボビン巻き状態では、巻き束の状態に比べた伝送損失の増加は十分に小さいことが確認された。

つづいて、上記実施例と同様の方法にてサンプルＮｏ．１～１０の光ファイバを作製し、その各伝搬モードにおける光学特性を測定した。その結果を表４、５に示す。なお、表４、５中、「ΔＣ」は、クラッド部の純石英ガラスに対する比屈折率差を意味し、図２のΔｃｌａｄと同じである。また、「ドーパント（１層／２層）」とは、１層目(センタコア)とその外側の層の少なくとも一部とにドープされているアルカリドーパントの種類を示している。したがって、たとえばＮｏ．５の光ファイバでは、センタコアとディプレスト層とに、ＫとＮａとの両方がドープされている。また、「伝送損失」、「マイクロベンド損失」、「Ａｅｆｆ」、「ＭＦＤ」はすべて波長１５５０ｎｍでの値である。また、屈折率プロファイルについては、Ｎｏ．１～４はステップ型、Ｎｏ．５～７はＷ型、Ｎｏ．８は階段型、Ｎｏ．９、１０はトレンチ型である。

Ｎｏ．１～１０の光ファイバのいずれもが、各伝搬モードにおいて０．２０ｄＢ／ｋｍ以下の良好な伝送損失であった。また、Ａｅｆｆは２４０μｍ^２以下であり、マイクロベンド損失も小さい値に抑制されていた。たとえば、Ｎｏ．１の光ファイバは、Δ１－ΔＣ（＝Δ１－Δ２）が０．４５％、２ａが１４．０μｍ、ドーパントがＫの場合であるが、ＬＰ０１モードについては、伝送損失が０．１５６ｄＢ／ｋｍ、マイクロベンド損失が０．０２０ｄＢ／ｋｍ、Ａｅｆｆが１２３μｍ^２、ＭＦＤが１１．９μｍであった。また、ＬＰ１１モードについては、伝送損失が０．１６７ｄＢ／ｋｍ、マイクロベンド損失が０．２９３ｄＢ／ｋｍ、Ａｅｆｆが１９３μｍ^２、ＭＦＤが１０．０μｍであった。このように、Ｎｏ．１の光ファイバは、伝送損失の観点から、最も良好な一例である。また、Ｎｏ．１～１０の光ファイバのいずれも波長１５５０ｎｍにおいて各伝搬モードの間の伝送損失の差が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であったが、これは、クラッド部にもカリウムがドープされた結果であると考えられる。すなわち、クラッド部にも、伝送損失低減効果を有するカリウムがドープされていることで、クラッド部への光のフィールドの染み出しが大きい高次モードに光に対しても、カリウムの伝送損失低減効果が十分に発揮されていると考えられる。

なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ ：光ファイバ
１ａ ：コア部
１ｂ ：クラッド部
１ｃ ：被覆層
１ｃａ ：プライマリ層
１ｃｂ ：セカンダリ層

Claims (19)

1. センタコアからなる、または、センタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層以下のコア層とからなる、コア部と、
   前記コア部の最大屈折率および純石英ガラスよりも屈折率が低く、前記コア部の外周を取り囲むクラッド部と、
   を備え、
   波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ伝搬モードである２以上の伝搬モードで光を伝搬する
   光ファイバ。
2. 波長１５５０ｎｍにおいて、前記２以上の伝搬モードのそれぞれにおける伝送損失は、０．２０ｄＢ／ｋｍ以下である
   請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記２以上の伝搬モードは、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードおよびＬＰ０２モードのうち２以上の組み合わせである
   請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. 前記２以上の伝搬モードは、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの２つの伝搬モードである
   請求項１～３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
5. 前記クラッド部の少なくとも一部は、フッ素がドープされた石英ガラスからなる
   請求項１～４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
6. 前記センタコアは、カリウムおよびナトリウムの少なくとも一方がドープされた石英ガラスからなる
   請求項１～５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
7. 前記センタコアの径方向の外側において、前記２以上の伝搬モードの全てについて光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置までは、カリウムおよびナトリウムの少なくとも一方がドープされている
   請求項１～６のいずれか一つに記載の光ファイバ。
8. 波長１５５０ｎｍにおいて、前前記２以上の伝搬モードのそれぞれにおける伝送損失は、０．１９ｄＢ／ｋｍ以下である
   請求項１～７のいずれか一つに記載の光ファイバ。
9. 波長１５５０ｎｍにおいて、前前記２以上の伝搬モードのそれぞれにおける伝送損失は、０．１８ｄＢ／ｋｍ以下である
   請求項１～８のいずれか一つに記載の光ファイバ。
10. ステップ型の屈折率プロファイルを有する
    請求項１～９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
11. Ｗ型の屈折率プロファイルを有する
    請求項１～９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
12. 階段型の屈折率プロファイルを有する
    請求項１～９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
13. トレンチ型の屈折率プロファイルを有する
    請求項１～９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
14. 前記センタコアの最大屈折率の純石英ガラスに対する比屈折率差をΔ１とし、前記センタコアに隣接する領域の屈折率の、純石英ガラスに対する比屈折率差をΔ２とすると、（Δ１－Δ２）は０．４０％以上０．７０％以下であり、前記２以上の伝搬モードの全てについて、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が２４０μｍ^２以下である
    請求項１～１３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
15. （Δ１－Δ２）が０．４０％以上０．５５％以下である
    請求項１４に記載の光ファイバ。
16. 前記センタコアと、前記センタコアの径方向の外側において前記２以上の伝搬モードの全てについて光の強度がピーク値の１０％となる径方向位置までと、において、圧縮応力が存在する
    請求項１～１５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
17. 圧縮応力がピークとなる位置が、少なくとも前記センタコアの外側の位置にある
    請求項１～１６のいずれか一つに記載の光ファイバ。
18. 波長１５５０ｎｍにおいて、前記２以上の伝搬モードの間の伝送損失の差が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下である
    請求項１～１７のいずれか一つに記載の光ファイバ。
19. サンドペーパー法によって測定された波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ以下である
    請求項１～１８のいずれか一つに記載の光ファイバ。

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