JP3989115B2 - マルチモード光ファイバ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチモード光ファイバに関し、特に、グレーデッドインデックス形光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるマルチモード光ファイバでは、コアの屈折率の分布が放物線形のグレーデッドインデックス（ＧＩ）形光ファイバが知られている。
ＧＩ形光ファイバでは、光の各モードの到達時間がそろうように屈折率の分布が工夫されており、原理的にはモードの違いによるモード分散はなく、大量の情報を長距離伝達できるという特徴を有している。
また、ＧＩ形光ファイバにおける屈折率分布は、コア中心から半径ｒの位置の屈折率をｎ（ｒ）として、次式で近似される。
ｎ（ｒ）＝ｎ1 ｛１−２・Δ〔ｒ／ａ〕b ｝1/2
但し、ｎ（ｒ）：コアの半径方向屈曲率分布
Δ：比屈折率差
ａ：コア半径
ｒ：コア中心からの距離
ｂ：屈折率分布パラメータ
ｎ1 ：コア中心における屈折率
【０００３】
従来において、ＧＩ形光ファイバを設計する際に、上記の式で屈折率分布パラメータｂを２に近づけてＧＩ形光ファイバの屈折率分布を構成することで、たとえば、波長が０．８５μｍおよび１．３μｍの長短の波長帯でそれぞれ広い帯域が得られることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧＩ形光ファイバ用母材を、たとえば、ＶＡＤ(vapour-phase axial deposition) 法等の製造方法によって合成し、ガラス化した場合の実際の屈折率の分布は、たとえば、図２の点線Ｈで示すように、コアとクラッドとの界面付近ですそが広がった分布形状となりやすい。なお、図２において、実線が屈折率分布パラメータｂを２に近づけた場合の理論的な屈折率分布である。
ところが、屈折率分布パラメータｂを２に近づけることは、合成段階では困難であり、図２のＨで示すように、すそが広がった分布となる。
屈折率がコアとクラッドとの界面付近ですそが広がった分布形状となると、ＧＩ形光ファイバの帯域特性に影響を及ぼし、単に屈折率分布パラメータｂを２に近づけるのみでは、長短の波長帯でそれぞれ広い帯域のＧＩ形光ファイバを得ることが難しい。
さらに、他の製造方法を用いることで、理想的な屈折率分布のＧＩ形光ファイバを得ることは可能であるが、工程が増えるため望ましくない。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、製造工程が少なく、長短の波長帯でそれぞれ広い帯域が得られるマルチモード光ファイバを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コア中心において最大屈折率を有し、クラッドにおいて最小屈折率を有し、屈折率分布が下式（１）で近似され、０．８５μｍの波長帯および１．３０μｍの波長帯の両帯域で使用する、グレーデッドインデックス形のマルチモード光ファイバであって、
前記コア中心から、屈折率が前記最大屈折率と前記最小屈折率との間で屈折率が７０％低下する半径位置までの領域である第１の領域における屈折率分布パラメータの値α１が２．０５〜２．１５の範囲にあり、
前記第１の領域の境界から、屈折率が前記最大屈折率と前記最小屈折率との間で９５％低下する半径位置までの領域である第２の領域におけるコアとクラッドとの界面付近で前記屈折率分布特性が広がったすそ部を含んでおり、前記第２の領域における屈折率分布パラメータの値α２と前記第１の領域における屈折率分布パラメータの値α１との差（α１−α２）が０．１５〜０．３０の範囲にある
ことを特徴とする。
ｎ（ｒ）＝ｎ1 ｛１−２・Δ〔ｒ／ａ〕b ｝1/2 …（１）
但し、ｎ（ｒ）：コアの半径方向屈折率分布
Δ：比屈折率差
ａ：コア半径
ｒ：コア中心からの距離
ｂ：屈折率分布パラメータ
ｎ1 ：コア中心における屈折率
【０００７】
本発明では、第１の領域は、クラッドから離れており、屈折率分布においてコアとクラッドとの界面付近で広がったすそ部の影響は少なく、この第１の領域における屈折率分布パラメータの値α１は２．０５〜２．１５のいずれかの値に設定されている。
また、第２の領域はクラッドに近く、屈折率分布においてコアとクラッドとの界面付近で広がったすそ部を含んでおり、この第２の領域における屈折率分布パラメータの値α２と第１の領域における屈折率分布パラメータの値α１との差は、コアとクラッドとの界面付近でのすそ部の広がりの大きさを反映しており、このα２とα１との差が０．１５〜０．３０のいずれかの値に設定されている。
したがって、α２とα１との差が０．１５〜０．３０のいずれかの値に設定されることで、屈折率分布のすそ部の光ファイバの帯域特性への影響を一定の範囲にすることができ、かつ、第１の領域における屈折率分布パラメータの値α１を２．０５〜２．１５のいずれかの最適な値とすることで、長短の波長帯でそれぞれ広い帯域のＧＩ形のマルチモード光ファイバとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＧＩ形のマルチモード光ファイバの屈折率分布形状を示す図である。
ＧＩ形のマルチモード光ファイバでは上記の（１）式によって、屈折率分布が近似される。
図１において、屈折率ｎは、コア半径ｒが０の位置、すなわち、コア中心において最大値ｎ（０）となり、この最大値ｎ（０）を最大屈折率ｎ1 とする。
また、屈折率ｎは、半径がクラッドの位置ｒｃにおいて最小値ｎ（ｒｃ）となり、この最小値ｎ（ｒｃ）を最小屈折率ｎ2 とする。
【０００９】
図１に示すように、コア中心（ｒ＝０）から、屈折率ｎが最大屈折率ｎ1 と最小屈折率ｎ2 との間で、たとえば、７０％減少する半径位置ｒａまでの領域を第１の領域Ｘとする。
また、半径位置ｒａから、屈折率ｎが最大屈折率ｎ1 と最小屈折率ｎ2 との間で、たとえば、９５％減少する半径位置ｒｂまでの領域を第２の領域Ｙとする。第１の領域Ｘは、図１からもわかるように、屈折率分布曲線Ｗのうちコアとクラッドとの界面付近で広がったすそ部を含んでいない。
また、第２の領域Ｙは、屈折率分布曲線Ｗのうちコアとクラッドとの界面付近で広がったすそ部を含んでいる。
【００１０】
本実施形態では、第１の領域Ｘにおける上記（１）式の屈折率分布パラメータｂの値α１を、所定の範囲、たとえば、２．０５〜２．１５の範囲のいずれかの値としている。
また、第２の領域Ｙにおける上記（１）式の屈折率分布パラメータｂの値α２は、第１の領域Ｘにおける屈折率分布パラメータｂの値α１と第２の領域Ｙにおける屈折率分布パラメータｂの値α２との差α１−α２（以下、屈折率分布パラメータ値差という。）が所定の範囲、たとえば、０．１５〜０．３０の範囲のいずれかの値となるように設定されている。
なお、図１に示す屈折率分布曲線Ｗは、α１＝２．０７８、α２＝１．８５０、α１−α２＝０．２２８の場合である。
【００１１】
本実施形態では、屈折率分布パラメータ値差α１−α２は、第２の領域Ｙに含まれるコアとクラッドとの界面付近でのすそ部の広がりの大きさを反映しており、この屈折率分布パラメータ値差α１−α２を上記の０．１５〜０．３０の範囲に設定することにより、屈折率分布曲線Ｗのすそ部の広がりのＧＩ形マルチモード光ファイバの帯域特性への影響を一定の範囲にすることができる。
これに加えて、屈折率分布パラメータｂの値α１を上記の２．０５〜２．１５の範囲に設定して第１の領域Ｘにおける屈折率分布パラメータの値α１を最適な値とすることにより、ＧＩ形マルチモード光ファイバの長短の両波長帯域での帯域特性を最適化することができる。
【００１２】
実施例１
表１は、図１において説明した屈折率分布形状となるように形成されたＧＩ形マルチモード光ファイバの帯域を示している。
具体的には、上記した屈折率分布パラメータの値α１および屈折率分布パラメータ値差α１−α２が、それぞれ、２．０５〜２．１５、０．１５〜０．３０となるように、ＶＡＤ法を用いてコア合成、ガラス化を行って得られたＧＩ形マルチモード光ファイバ母材を、コア径が５０μｍ、ファイバ径が１２５μｍとなるように線引きして得られたマルチモード光ファイバの帯域である。
線引きして得られたマルチモード光ファイバの屈折率分布パラメータｂの値は、α１＝２．０７８、α２＝１．８５０、α１−α２＝０．２２８である。
【００１３】
【表１】
表１から分かるように、帯域は、０．８５μｍの短波長帯では約８５０ＭＨｚ・ｋｍ、１．３０μｍの長波長帯では約１０００ＭＨｚ・ｋｍとなり、長短の両波長帯で広い帯域が得られる。
【００１５】
また、表２は、プリフォームアナライザにより測定された屈折率分布パラメータの値α１および屈折率分布パラメータ値差α１−α２が、それぞれ上記した２．０５〜２．１５、０．１５〜０．３０の範囲を満たす３０本のＧＩ形光ファイバ用コア母材の線引き後の光ファイバの帯域の平均値を示している。
【００１６】
【表２】
表２から分かるように、３０本のＧＩ形光ファイバ用コア母材の線引き後の光ファイバの帯域の平均値は、０．８５μｍの短波長帯では約６００ＭＨｚ・ｋｍ、１．３０μｍの長波長帯では約１０００ＭＨｚ・ｋｍとなり、長短の両波長帯で広い帯域の光ファイバが得られる。
【００１８】
比較例１
表３は、プリフォームアナライザにより測定された屈折率分布パラメータの値α１および屈折率分布パラメータ値差α１−α２が、それぞれ、α１＝１．９３８、α１−α２＝０．１６８であるマルチモード光ファイバの帯域を示している。
【００１９】
【表３】
表３から分かるように、帯域は、０．８５μｍの短波長帯では約３００ＭＨｚ・ｋｍ、１．３０μｍの長波長帯では約１４００ＭＨｚ・ｋｍとなり、長波長帯の帯域は広がり短波長帯の帯域は狭まる。
すなわち、屈折率分布パラメータの値α１が上記の範囲２．０５〜２．１５よりも小さいと、屈折率分布パラメータ値差α１−α２が０．１５〜０．３０の範囲を満たしていても、長短の両波長帯で広い帯域をえることができないことが分かる。
【００２１】
比較例２
表４は、プリフォームアナライザにより測定された屈折率分布パラメータの値α１および屈折率分布パラメータ値差α１−α２が、それぞれ、α１＝２．２０２、α１−α２＝０．２９５であるマルチモード光ファイバの帯域を示している。
【００２２】
【表４】
表４から分かるように、帯域は、０．８５μｍの短波長帯では約７００ＭＨｚ・ｋｍ、１．３０μｍの長波長帯では約４００ＭＨｚ・ｋｍとなり、短波長帯の帯域は広がり長波長帯の帯域は狭まる。
すなわち、屈折率分布パラメータの値α１が上記の範囲２．０５〜２．１５よりも大きいと、長波長帯の帯域が狭まり、屈折率分布パラメータ値差α１−α２が０．１５〜０．３０の範囲を満たしていても、長短の両波長帯で広い帯域をえることができないことが分かる。
【００２４】
比較例３
表５は、プリフォームアナライザにより測定された屈折率分布パラメータの値α１および屈折率分布パラメータ値差α１−α２が、それぞれ、α１＝２．０７６、α１−α２＝０．１０５であるマルチモード光ファイバの帯域を示している。
【００２５】
【表５】
表５から分かるように、帯域は、０．８５μｍの短波長帯では約４８０ＭＨｚ・ｋｍ、１．３０μｍの長波長帯では約３７０ＭＨｚ・ｋｍとなり、長波長帯の帯域は狭まる。
すなわち、屈折率分布パラメータの値α１が上記の範囲２．０５〜２．１５の範囲を満たしていても、屈折率分布パラメータ値差α１−α２が０．１５〜０．３０の範囲より小さいと、長波長帯の帯域が狭まってしまうことがわかる。
【００２７】
比較例４
表６は、プリフォームアナライザにより測定された屈折率分布パラメータの値α１および屈折率分布パラメータ値差α１−α２が、それぞれ、α１＝２．０６０、α１−α２＝０．３８８であるマルチモード光ファイバの帯域を示している。
【００２８】
【表６】
表６から分かるように、帯域は、０．８５μｍの短波長帯では約２００ＭＨｚ・ｋｍ、１．３０μｍの長波長帯では約４５０ＭＨｚ・ｋｍとなり、両波長帯の帯域が狭まる。
すなわち、屈折率分布パラメータ値差α１−α２が０．１５〜０．３０の範囲より大きいと、屈折率分布パラメータの値α１が上記の範囲２．０５〜２．１５の範囲を満たしていても、帯域は広がらない。
【００３０】
以上の比較例１〜４の結果から、ＧＩ形のマルチモード光ファイバの長短の両波長帯の帯域を広げるには、屈折率分布パラメータの値α１および屈折率分布パラメータ値差α１−α２をそれぞれ、２．０５〜２．１５および０．１５〜０．３０の範囲にする必要があることが分かる。
【００３１】
なお、本実施形態では、第１の領域Ｘと第２の領域Ｙとを区分するのに、屈折率ｎが７０％減少する半径位置ｒａと９５％減少する半径位置ｒｂとしたが、本発明は、これらの屈折率ｎの減少率に限定されるわけではなく、各種条件等に応じて適宜値を設定することができる。
さらに、屈折率分布パラメータｂの値α１および屈折率分布パラメータ値差α１−α２の範囲についても、上記した範囲にのみ限定されるわけではなく、さらに最適な範囲を実験等によって求めることもできる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、製造工程を増加させることなく、長短の波長帯でそれぞれ広い帯域のＧＩ形のマルチモード光ファイバを得ることができるとともに、得られた光ファイバの品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＧＩ形のマルチモード光ファイバの屈折率分布形状を示す図である。
【図２】ＧＩ形光ファイバ用母材の屈折率分布形状の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ…屈折率分布曲線
Ｘ…第１の領域
Ｙ…第２の領域
Claims (1)
- コア中心において最大屈折率を有し、クラッドにおいて最小屈折率を有し、屈折率分布が下式（１）で近似され、０．８５μｍの波長帯および１．３０μｍの波長帯の両帯域で使用する、グレーデッドインデックス形のマルチモード光ファイバであって、
前記コア中心から、屈折率が前記最大屈折率と前記最小屈折率との間で屈折率が７０％低下する半径位置までの領域である第１の領域における屈折率分布パラメータの値α１が２．０５〜２．１５の範囲にあり、
前記第１の領域の境界から、屈折率が前記最大屈折率と前記最小屈折率との間で９５％低下する半径位置までの領域である第２の領域におけるコアとクラッドとの界面付近で前記屈折率分布特性が広がったすそ部を含んでおり、前記第２の領域における屈折率分布パラメータの値α２と前記第１の領域における屈折率分布パラメータの値α１との差（α１−α２）が０．１５〜０．３０の範囲にある
ことを特徴とする光ファイバ。
ｎ（ｒ）＝ｎ1 ｛１−２・Δ〔ｒ／ａ〕b ｝1/2 …（１）
但し、ｎ（ｒ）：コアの半径方向屈折率分布
Δ：比屈折率差
ａ：コア半径
ｒ：コア中心からの距離
ｂ：屈折率分布パラメータ
ｎ1 ：コア中心における屈折率
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