JP4141914B2 - グレーテッドインデックス型マルチモードファイバおよびその製造方法 - Google Patents
グレーテッドインデックス型マルチモードファイバおよびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グレーテッドインデックス型マルチモードファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルチモードファイバのうち、グレーテッドインデックス（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）型マルチモードファイバ（以下、「ＧＩマルチモードファイバ」と略す。）は、コアにゲルマニウム（Ｇｅ）などのドーパントを添加し、屈折率を純粋石英よりも上昇させて、屈折率（Ｉｎｄｅｘ）がコアの中心において最も高く、コアとクラッドとの境界に向かって、コアの中心からの距離の増加に従って連続的に減少するように形成されたものである。
【０００３】
これにより、ＧＩマルチモードファイバでは、その中心を移動する光よりも、外側を移動する光を速く移動させることができるため、マルチモードにおける伝送速度の差が極力抑えられ、モード分散が小さく、伝送帯域幅が大きくなる。
【０００４】
このようなＧＩマルチモードファイバは、高い開口数を有し、光ＬＡＮの伝送線路として広く用いられている。ＧＩマルチモードファイバは、光ＬＡＮの高速化の要求に従って、その屈折率プロファイルの制御における精度を向上させてきた。
【０００５】
現在、ＧＩマルチモードファイバは、ほぼ性能限界に達しており、ＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅をこれ以上に大きくするためには、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）しなければならない。
【０００６】
従来のコアにゲルマニウムを含むＧＩマルチモードファイバでは、最適な屈折率プロファイルが、ファイバ内を伝搬する信号光の波長に大きく依存する。そのため、特定の波長において最適化された屈折率プロファイルを有するファイバは、異なる波長においては伝送帯域幅が非常に小さくなるから、波長分割多重には適用できないという問題がある（例えば、非特許文献１参照。）。
また、０．８５μｍ帯のような零分散波長から大きく外れた波長領域では、ゲルマニウムによる波長分散が大きいため、伝送帯域幅は非常に小さくなる。
【０００７】
【非特許文献１】
大越、岡本、保位、“光ファイバ”、第７章、オーム社、１９８４年
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ファイバ内を伝搬する信号光の波長に依存することなく、広い波長領域において、広い伝送帯域幅が得られるグレーテッドインデックス型マルチモードファイバおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、石英系ガラスからなるコアと、該コアの外周に設けられたクラッドとを備え、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有するグレーテッドインデックス型マルチモードファイバであって、前記コアは、使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質Ａと、前記最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質Ｂとを含み、前記物質Ａはゲルマニウム、前記物質Ｂはフッ素であり、前記コアにおける前記物質Ａの濃度分布は、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようになっており、前記コアにおける前記物質Ｂの濃度分布は、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようになっているグレーテッドインデックス型マルチモードファイバを提供する。
【００１０】
【数３】
【００１１】
ただし、ｎ（ｒ）は光ファイバのコア中心からの距離ｒにおける屈折率、ｎ１はコア中心における屈折率、Δはクラッドに対するコア中心の比屈折率差、ａはコア半径、αは屈折率分布次数を表す。
【００１２】
本発明は、石英系ガラスからなるコアと、該コアの外周に設けられたクラッドとを備え、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有するグレーテッドインデックス型マルチモードファイバの製造方法において、前記コアに、使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質Ａと、前記最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質Ｂとを添加し、前記物質Ａはゲルマニウム、前記物質Ｂはフッ素であり前記コアにおける前記物質Ａの濃度分布を、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようにするとともに、前記コアにおける前記物質Ｂの濃度分布を、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようにして、前記最適値の波長変化に伴う変化が少ないようにするグレーテッドインデックス型マルチモードファイバの製造方法を提供する。
【００１３】
【数４】
【００１４】
ただし、ｎ（ｒ）は光ファイバのコア中心からの距離ｒにおける屈折率、ｎ １ はコア中心における屈折率、Δはクラッドに対するコア中心の比屈折率差、ａはコア半径、αは屈折率分布次数を表す。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明のＧＩマルチモードファイバは、中心に設けられ、石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられ純粋石英ガラスからなるクラッドとを備え、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有する光ファイバであり、コアは使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法（Ｗｅｎｔｚｅｌ−Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｍｅｔｈｏｄ、Ｒ．Ｏｌｓｈａｎｓｋｙ ａｎｄ Ｄ．Ｂ．Ｋｅｃｋ，“Ｐｕｌｓｅ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｉｎ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ” ，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，ｖｏｌ．１５，ｐｐ．４８３−４９１，１９７６．参照。）を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔが波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質（ドーパント、以下、「物質Ａ」と略す。）と、この最適値αｏｐｔが波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質（ドーパント、以下、「物質Ｂ」と略す。）とを含むものである。
【００１７】
【数５】
【００１８】
ただし、上記の式（１）において、ｎ（ｒ）は光ファイバのコア中心からの距離ｒにおける屈折率、ｎ１はコア中心における屈折率、Δはクラッドに対するコア中心の比屈折率差、ａはコア半径、αは屈折率分布次数を表している。
また、屈折率分布次数αは、所望の波長における伝送帯域幅が最大になるように制御されるが、その最適値αｏｐｔは、石英ガラスに添加されるドーパントの種類によって異なる。
【００１９】
上記の式（１）で表される本発明のＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルは、コアの中心において最大屈折率を有し、半径が大きくなるに従って屈折率が徐々に低下するような形状である。そのため、このＧＩマルチモードファイバ内を低次モードで伝搬する信号光は、伝搬経路は短いが、低い速度で伝搬することになる。これに対して、高次モードで伝搬する信号光は、伝搬経路は長いが、コアとクラッドとの境界付近では屈折率が小さく、高い速度で伝搬することになる。
【００２０】
したがって、形状を決めるα値を適宜調節することによって、各伝搬モードでＧＩマルチモードファイバ内を伝搬した信号光の出力端における到達時間を揃えることができる。このとき、モード分散は理論上最小となり、信号光の波長における最大の伝送帯域幅を実現できる。
一方、αの最適値αｏｐｔは使用する波長によって変化する。また、その変化はコアに添加するドーパントの種類や濃度によって異なる。ドーパントが１種類のみの場合、最適値αｏｐｔが概ね波長が長くなるに伴い小さくなる物質Ａと、逆に波長が長くなるに伴い大きくなる物質Ｂとに分けられる。
【００２１】
物質Ａとしては、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ２Ｏ５）、臭素（Ｂ２Ｏ３）などが用いられ、低損失、制御性などの観点（理由）から、ゲルマニウムが好ましい。
【００２２】
物質Ｂとしては、フッ素（Ｆ）が用いられる。
【００２３】
また、本発明のＧＩマルチモードファイバでは、最適値αｏｐｔの変化の幅は、所望の波長領域内で、０．０２５以下であることが好ましく、０．０１以下であることがより好ましい。
最適値αｏｐｔの変化の幅が０．０２５を超えると、所望の波長領域内で伝送帯域幅が波長の変化とともに大きく変化してしまう。
【００２４】
さらに、本発明のＧＩマルチモードファイバでは、上記の式（１）におけるコア半径ａが、１０μｍ≦ａ≦３５μｍであることが好ましく、２０μｍ≦ａ≦３０μｍであることがより好ましい。
コア半径ａが１０μｍ未満では、ファイバ同士や、ファイバと光源との接続が難しくなる。一方、ａが３５μｍを超えると、モードの数が増えすぎて、モード間分散が大きくなり、伝送帯域幅が小さくなる。
【００２５】
また、本発明のＧＩマルチモードファイバでは、クラッドに対するコア中心の比屈折率差Δは、Δ＝Δ１＋Δ２で表される。ここで、Δ１は物質Ａのクラッドに対する比屈折率差、Δ２は物質Ｂのクラッドに対する比屈折率差を表している。
所望の屈折率分布および最適値αｏｐｔが上記の関係を満たすように、Δ１とΔ２とを最適化することにより比屈折率差Δが設定される。
Δ１とΔ２との関係は、Δ１／Δ２＝１／１〜０／１が望ましく、Δ１／Δ２＝１／４がより望ましい。Δ１／Δ２＝１／４未満では、最適値αｏｐｔは波長が長くなるに伴って単調増加する。一方、Δ１／Δ２＝１／４を超えると、最適値αｏｐｔは波長が長くなるに伴って単調減少する。
【００２６】
さらに、上記のΔ１とΔ２と関係を満たすように、コアには、物質Ａと物質Ｂとが添加される。具体的には、添加によって屈折率を上げるドーパントの濃度分布は、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようになっている。一方、添加によって屈折率を下げるドーパントは、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようになっている。
【００２７】
本発明のＧＩマルチモードファイバは、その屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αが最適な値に制御されており、この最適値αｏｐｔは略平ら、すなわち、波長依存性がほとんどなく、全波長領域における変化の幅が非常に小さい。したがって、ある特定の波長におけるαを最適化し、伝送帯域幅が最大となるように作製されたＧＩマルチモードファイバであっても、ほぼ全波長領域において、伝送帯域幅が大きいものとなる。
例えば、短波長側におけるαを最適化し、伝送帯域幅が最大となるように作製されたコアにフッ素を含むＧＩマルチモードファイバは、従来のゲルマニウム添加型のＧＩマルチモードファイバと比較すると、長波長側において格段に大きい伝送帯域幅を有するものとなる。
【００２８】
また、本発明のＧＩマルチモードファイバは、波長０．８〜１．３μｍにおいて、クラッドに対するコア中心の比屈折率差Δが０．００９以上、伝送帯域幅が３ＧＨｚ・ｋｍを超えるものである。ここで、伝送帯域幅は、伝送可能な伝送レートと光ファイバの距離の積で表され、光ファイバの伝送容量を示している。
したがって、本発明のＧＩマルチモードファイバは、波長０．８〜１．３μｍにおいて、伝送速度が高く、波長分割多重伝送を可能とする光ファイバである。
【００２９】
さらに、本発明のＧＩマルチモードファイバは、波長０．８〜１．４μｍにおいて、クラッドに対するコア中心の比屈折率差Δが０．０１９以上、伝送帯域幅が２ＧＨｚ・ｋｍを超えるものである。
したがって、本発明のＧＩマルチモードファイバは、波長０．８〜１．４μｍにおいて、伝送速度が高く、波長分割多重伝送を可能とする光ファイバである。
【００３０】
次に、本発明に係るＧＩマルチモードファイバの製造方法について説明する。
本発明に係るＧＩマルチモードファイバの製造方法は、ＰＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：プラズマ化学気相溶着法）あるいはＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：内付け化学気相溶着法）を用いて、２種類のドーパントを同時に添加し、添加濃度を正確に制御し、所望の屈折率プロファイルを有する母材を作製する。その母材に高温を加え、細長く線引きすることにより、ＧＩマルチモードファイバを作製する。
【００３１】
以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
【００３２】
（実験例１）
ゲルマニウムを含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた石英系ガラスからなるクラッドとを有する、Δ＝０．０１、ａ＝２５μｍのＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、フッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた石英系ガラスからなるクラッドとを有する、Δ＝０．０１、ａ＝２５μｍのＧＩマルチモードファイバを作製した。
それぞれのＧＩマルチモードファイバについて、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔの波長依存性を調べた。結果を図１に示す。
【００３３】
図１の結果から、コアにゲルマニウムを含むＧＩマルチモードファイバでは、最適値αｏｐｔは波長が長くなるに伴って単調減少することが確認された。一方、コアにフッ素を含むＧＩマルチモードファイバでは、最適値αｏｐｔは波長１．１μｍ付近で極小となるが、波長が長くなるに伴って概ね単調増加することが確認された。
この結果から、コアにゲルマニウムを含むＧＩマルチモードファイバは、波長０．８５μｍ付近の短波長領域において最適化した場合、波長１．３０μｍの長波長領域では大きな伝送帯域幅が得られないことが分かった。
【００３４】
（実験例２）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０１、コア半径ａを２５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ（ゲルマニウムのクラッドに対する比屈折率差）＋ΔＦ（ゲルマニウムのクラッドに対する比屈折率差）とし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
波長０．８１〜０．８９μｍにおける入射光のパルス半値全幅（ＦＷＨＭ）を１ｎｓ、ＲＭＳスペクトルを０．５ｎｍ、入射光ＦＷＨＭビームサイズを７０μｍとし、波長１．３０μｍにおける入射光のパルス半値全幅（ＦＷＨＭ）を１ｎｓ、ＲＭＳスペクトルを３ｎｍ、入射光ＦＷＨＭビームサイズを７０μｍとして、ＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔとの関係を調べた。結果を図２に示す。
【００３５】
図２の結果から、ΔＧｅとΔＦとの比率、すなわち、ゲルマニウムとフッ素との添加量の比率を変えることにより、最適値αｏｐｔの波長特性が変化し、ＧＩマルチモードファイバの波長特性を改善できることが確認された。特に、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合、最適値αｏｐｔがほぼ平坦になっていることが確認された。
【００３６】
また、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合について、このＧＩマルチモードファイバを構成するコアのクラッドに対する非屈折率差Δを調べた。結果を図３に示す。
図３の結果から、このＧＩマルチモードファイバの非屈折率差Δは、コア中心において最大（０．０１）となり、コアとクラッドとの境界において零となることが確認された。
【００３７】
さらに、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合について、コアにおけるゲルマニウムの濃度分布ＣＧｅ（ｒ）と、フッ素の濃度分布ＣＦ（ｒ）を調べた。結果を図４に示す。
図４の結果から、ＣＧｅ（ｒ）は、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となっていることが確認された。一方、ＣＦ（ｒ）は、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加していることが確認された。
【００３８】
（実験例３）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０１、コア半径ａを２５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
さらに、このＧＩマルチモードファイバを波長０．８５μｍにおいて最適化し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔを決定した。
得られたＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅の波長依存性を調べた。結果を図５に示す。
【００３９】
図５の結果から、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合、コアにゲルマニウム単体あるいはフッ素単体を添加した場合よりも広波長領域において非常に大きな伝送帯域幅が得られ、波長０．８〜１．３μｍにおいて、伝送帯域幅が３ＧＨｚ・ｋｍを超えることが確認された。
【００４０】
（実験例４）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０１、コア半径ａを２５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
さらに、このＧＩマルチモードファイバを波長１．３０μｍにおいて最適化し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔを決定した。
得られたＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅の波長依存性を調べた。結果を図６に示す。
【００４１】
図６の結果から、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合、コアにゲルマニウム単体あるいはフッ素単体を添加した場合よりも広波長領域において非常に大きな伝送帯域幅が得られ、波長０．８〜１．３μｍにおいて、伝送帯域幅が３ＧＨｚ・ｋｍを超えることが確認された。
【００４２】
（実験例５）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０２、コア半径ａを３２．５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
波長０．８１〜０．８９μｍにおける入射光のパルス半値全幅（ＦＷＨＭ）を１ｎｓ、ＲＭＳスペクトルを０．５ｎｍ、入射光ＦＷＨＭビームサイズを７０μｍとし、波長１．３０μｍにおける入射光のパルス半値全幅（ＦＷＨＭ）を１ｎｓ、ＲＭＳスペクトルを３ｎｍ、入射光ＦＷＨＭビームサイズを７０μｍとして、ＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔとの関係を調べた。結果を図７に示す。
【００４３】
図７の結果から、ΔＧｅとΔＦとの比率、すなわち、ゲルマニウムとフッ素との添加量の比率を変えることにより、最適値αｏｐｔの波長特性が変化し、ＧＩマルチモードファイバの波長特性を改善できることが確認された。特に、ΔＧｅ＝０．００４、ΔＦ＝０．０１６とした場合、最適値αｏｐｔがほぼ平坦になっていることが確認された。
【００４４】
（実験例６）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０２、コア半径ａを３２．５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
さらに、このＧＩマルチモードファイバを波長０．８５μｍにおいて最適化し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔを決定した。
得られたＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅の波長依存性を調べた。結果を図８に示す。
【００４５】
図８の結果から、ΔＧｅ＝０．００４、ΔＦ＝０．０１６とした場合、コアにゲルマニウム単体あるいはフッ素単体を添加した場合よりも広波長領域において非常に大きな伝送帯域幅が得られ、波長０．８〜１．４μｍにおいて、伝送帯域幅が２ＧＨｚ・ｋｍを超えることが確認された。
【００４６】
（実験例７）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０２、コア半径ａを３２．５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
さらに、このＧＩマルチモードファイバを波長１．３０μｍにおいて最適化し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔを決定した。
得られたＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅の波長依存性を調べた。結果を図９に示す。
【００４７】
図９の結果から、ΔＧｅ＝０．００４、ΔＦ＝０．０１６とした場合、コアにゲルマニウム単体あるいはフッ素単体を添加した場合よりも広波長領域において非常に大きな伝送帯域幅が得られ、波長０．８〜１．４μｍにおいて、伝送帯域幅が２ＧＨｚ・ｋｍを超えることが確認された。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＧＩマルチモードファイバは、コアに使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質と、前記最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質とを含むものであるから、広波長領域において伝送帯域幅が大きくなり、波長分割多重に適した光ファイバとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＧＩマルチモードファイバに関し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔと波長との関係を示すグラフである。
【図２】 本発明のＧＩマルチモードファイバに関し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔと波長との関係を示すグラフである。
【図３】 本発明のＧＩマルチモードファイバを構成するコアのクラッドに対する非屈折率差Δを示すグラフである。
【図４】 本発明のＧＩマルチモードファイバを構成するコアにおけるゲルマニウムまたはフッ素の濃度分布を示すグラフである。
【図５】 本発明のＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と波長との関係を示すグラフである。
【図６】 本発明のＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と波長との関係を示すグラフである。
【図７】 本発明のＧＩマルチモードファイバに関し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔと波長との関係を示すグラフである。
【図８】 本発明のＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と波長との関係を示すグラフである。
【図９】 本発明のＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と波長との関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、グレーテッドインデックス型マルチモードファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルチモードファイバのうち、グレーテッドインデックス（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）型マルチモードファイバ（以下、「ＧＩマルチモードファイバ」と略す。）は、コアにゲルマニウム（Ｇｅ）などのドーパントを添加し、屈折率を純粋石英よりも上昇させて、屈折率（Ｉｎｄｅｘ）がコアの中心において最も高く、コアとクラッドとの境界に向かって、コアの中心からの距離の増加に従って連続的に減少するように形成されたものである。
【０００３】
これにより、ＧＩマルチモードファイバでは、その中心を移動する光よりも、外側を移動する光を速く移動させることができるため、マルチモードにおける伝送速度の差が極力抑えられ、モード分散が小さく、伝送帯域幅が大きくなる。
【０００４】
このようなＧＩマルチモードファイバは、高い開口数を有し、光ＬＡＮの伝送線路として広く用いられている。ＧＩマルチモードファイバは、光ＬＡＮの高速化の要求に従って、その屈折率プロファイルの制御における精度を向上させてきた。
【０００５】
現在、ＧＩマルチモードファイバは、ほぼ性能限界に達しており、ＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅をこれ以上に大きくするためには、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）しなければならない。
【０００６】
従来のコアにゲルマニウムを含むＧＩマルチモードファイバでは、最適な屈折率プロファイルが、ファイバ内を伝搬する信号光の波長に大きく依存する。そのため、特定の波長において最適化された屈折率プロファイルを有するファイバは、異なる波長においては伝送帯域幅が非常に小さくなるから、波長分割多重には適用できないという問題がある（例えば、非特許文献１参照。）。
また、０．８５μｍ帯のような零分散波長から大きく外れた波長領域では、ゲルマニウムによる波長分散が大きいため、伝送帯域幅は非常に小さくなる。
【０００７】
【非特許文献１】
大越、岡本、保位、“光ファイバ”、第７章、オーム社、１９８４年
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ファイバ内を伝搬する信号光の波長に依存することなく、広い波長領域において、広い伝送帯域幅が得られるグレーテッドインデックス型マルチモードファイバおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、石英系ガラスからなるコアと、該コアの外周に設けられたクラッドとを備え、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有するグレーテッドインデックス型マルチモードファイバであって、前記コアは、使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質Ａと、前記最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質Ｂとを含み、前記物質Ａはゲルマニウム、前記物質Ｂはフッ素であり、前記コアにおける前記物質Ａの濃度分布は、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようになっており、前記コアにおける前記物質Ｂの濃度分布は、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようになっているグレーテッドインデックス型マルチモードファイバを提供する。
【００１０】
【数３】
ただし、ｎ（ｒ）は光ファイバのコア中心からの距離ｒにおける屈折率、ｎ１はコア中心における屈折率、Δはクラッドに対するコア中心の比屈折率差、ａはコア半径、αは屈折率分布次数を表す。
【００１２】
本発明は、石英系ガラスからなるコアと、該コアの外周に設けられたクラッドとを備え、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有するグレーテッドインデックス型マルチモードファイバの製造方法において、前記コアに、使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質Ａと、前記最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質Ｂとを添加し、前記物質Ａはゲルマニウム、前記物質Ｂはフッ素であり前記コアにおける前記物質Ａの濃度分布を、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようにするとともに、前記コアにおける前記物質Ｂの濃度分布を、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようにして、前記最適値の波長変化に伴う変化が少ないようにするグレーテッドインデックス型マルチモードファイバの製造方法を提供する。
【００１３】
【数４】
ただし、ｎ（ｒ）は光ファイバのコア中心からの距離ｒにおける屈折率、ｎ １ はコア中心における屈折率、Δはクラッドに対するコア中心の比屈折率差、ａはコア半径、αは屈折率分布次数を表す。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明のＧＩマルチモードファイバは、中心に設けられ、石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられ純粋石英ガラスからなるクラッドとを備え、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有する光ファイバであり、コアは使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法（Ｗｅｎｔｚｅｌ−Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｍｅｔｈｏｄ、Ｒ．Ｏｌｓｈａｎｓｋｙ ａｎｄ Ｄ．Ｂ．Ｋｅｃｋ，“Ｐｕｌｓｅ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｉｎ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ” ，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，ｖｏｌ．１５，ｐｐ．４８３−４９１，１９７６．参照。）を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔが波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質（ドーパント、以下、「物質Ａ」と略す。）と、この最適値αｏｐｔが波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質（ドーパント、以下、「物質Ｂ」と略す。）とを含むものである。
【００１７】
【数５】
ただし、上記の式（１）において、ｎ（ｒ）は光ファイバのコア中心からの距離ｒにおける屈折率、ｎ１はコア中心における屈折率、Δはクラッドに対するコア中心の比屈折率差、ａはコア半径、αは屈折率分布次数を表している。
また、屈折率分布次数αは、所望の波長における伝送帯域幅が最大になるように制御されるが、その最適値αｏｐｔは、石英ガラスに添加されるドーパントの種類によって異なる。
【００１９】
上記の式（１）で表される本発明のＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルは、コアの中心において最大屈折率を有し、半径が大きくなるに従って屈折率が徐々に低下するような形状である。そのため、このＧＩマルチモードファイバ内を低次モードで伝搬する信号光は、伝搬経路は短いが、低い速度で伝搬することになる。これに対して、高次モードで伝搬する信号光は、伝搬経路は長いが、コアとクラッドとの境界付近では屈折率が小さく、高い速度で伝搬することになる。
【００２０】
したがって、形状を決めるα値を適宜調節することによって、各伝搬モードでＧＩマルチモードファイバ内を伝搬した信号光の出力端における到達時間を揃えることができる。このとき、モード分散は理論上最小となり、信号光の波長における最大の伝送帯域幅を実現できる。
一方、αの最適値αｏｐｔは使用する波長によって変化する。また、その変化はコアに添加するドーパントの種類や濃度によって異なる。ドーパントが１種類のみの場合、最適値αｏｐｔが概ね波長が長くなるに伴い小さくなる物質Ａと、逆に波長が長くなるに伴い大きくなる物質Ｂとに分けられる。
【００２１】
物質Ａとしては、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ２Ｏ５）、臭素（Ｂ２Ｏ３）などが用いられ、低損失、制御性などの観点（理由）から、ゲルマニウムが好ましい。
【００２２】
物質Ｂとしては、フッ素（Ｆ）が用いられる。
【００２３】
また、本発明のＧＩマルチモードファイバでは、最適値αｏｐｔの変化の幅は、所望の波長領域内で、０．０２５以下であることが好ましく、０．０１以下であることがより好ましい。
最適値αｏｐｔの変化の幅が０．０２５を超えると、所望の波長領域内で伝送帯域幅が波長の変化とともに大きく変化してしまう。
【００２４】
さらに、本発明のＧＩマルチモードファイバでは、上記の式（１）におけるコア半径ａが、１０μｍ≦ａ≦３５μｍであることが好ましく、２０μｍ≦ａ≦３０μｍであることがより好ましい。
コア半径ａが１０μｍ未満では、ファイバ同士や、ファイバと光源との接続が難しくなる。一方、ａが３５μｍを超えると、モードの数が増えすぎて、モード間分散が大きくなり、伝送帯域幅が小さくなる。
【００２５】
また、本発明のＧＩマルチモードファイバでは、クラッドに対するコア中心の比屈折率差Δは、Δ＝Δ１＋Δ２で表される。ここで、Δ１は物質Ａのクラッドに対する比屈折率差、Δ２は物質Ｂのクラッドに対する比屈折率差を表している。
所望の屈折率分布および最適値αｏｐｔが上記の関係を満たすように、Δ１とΔ２とを最適化することにより比屈折率差Δが設定される。
Δ１とΔ２との関係は、Δ１／Δ２＝１／１〜０／１が望ましく、Δ１／Δ２＝１／４がより望ましい。Δ１／Δ２＝１／４未満では、最適値αｏｐｔは波長が長くなるに伴って単調増加する。一方、Δ１／Δ２＝１／４を超えると、最適値αｏｐｔは波長が長くなるに伴って単調減少する。
【００２６】
さらに、上記のΔ１とΔ２と関係を満たすように、コアには、物質Ａと物質Ｂとが添加される。具体的には、添加によって屈折率を上げるドーパントの濃度分布は、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようになっている。一方、添加によって屈折率を下げるドーパントは、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようになっている。
【００２７】
本発明のＧＩマルチモードファイバは、その屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αが最適な値に制御されており、この最適値αｏｐｔは略平ら、すなわち、波長依存性がほとんどなく、全波長領域における変化の幅が非常に小さい。したがって、ある特定の波長におけるαを最適化し、伝送帯域幅が最大となるように作製されたＧＩマルチモードファイバであっても、ほぼ全波長領域において、伝送帯域幅が大きいものとなる。
例えば、短波長側におけるαを最適化し、伝送帯域幅が最大となるように作製されたコアにフッ素を含むＧＩマルチモードファイバは、従来のゲルマニウム添加型のＧＩマルチモードファイバと比較すると、長波長側において格段に大きい伝送帯域幅を有するものとなる。
【００２８】
また、本発明のＧＩマルチモードファイバは、波長０．８〜１．３μｍにおいて、クラッドに対するコア中心の比屈折率差Δが０．００９以上、伝送帯域幅が３ＧＨｚ・ｋｍを超えるものである。ここで、伝送帯域幅は、伝送可能な伝送レートと光ファイバの距離の積で表され、光ファイバの伝送容量を示している。
したがって、本発明のＧＩマルチモードファイバは、波長０．８〜１．３μｍにおいて、伝送速度が高く、波長分割多重伝送を可能とする光ファイバである。
【００２９】
さらに、本発明のＧＩマルチモードファイバは、波長０．８〜１．４μｍにおいて、クラッドに対するコア中心の比屈折率差Δが０．０１９以上、伝送帯域幅が２ＧＨｚ・ｋｍを超えるものである。
したがって、本発明のＧＩマルチモードファイバは、波長０．８〜１．４μｍにおいて、伝送速度が高く、波長分割多重伝送を可能とする光ファイバである。
【００３０】
次に、本発明に係るＧＩマルチモードファイバの製造方法について説明する。
本発明に係るＧＩマルチモードファイバの製造方法は、ＰＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：プラズマ化学気相溶着法）あるいはＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：内付け化学気相溶着法）を用いて、２種類のドーパントを同時に添加し、添加濃度を正確に制御し、所望の屈折率プロファイルを有する母材を作製する。その母材に高温を加え、細長く線引きすることにより、ＧＩマルチモードファイバを作製する。
【００３１】
以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
【００３２】
（実験例１）
ゲルマニウムを含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた石英系ガラスからなるクラッドとを有する、Δ＝０．０１、ａ＝２５μｍのＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、フッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた石英系ガラスからなるクラッドとを有する、Δ＝０．０１、ａ＝２５μｍのＧＩマルチモードファイバを作製した。
それぞれのＧＩマルチモードファイバについて、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔの波長依存性を調べた。結果を図１に示す。
【００３３】
図１の結果から、コアにゲルマニウムを含むＧＩマルチモードファイバでは、最適値αｏｐｔは波長が長くなるに伴って単調減少することが確認された。一方、コアにフッ素を含むＧＩマルチモードファイバでは、最適値αｏｐｔは波長１．１μｍ付近で極小となるが、波長が長くなるに伴って概ね単調増加することが確認された。
この結果から、コアにゲルマニウムを含むＧＩマルチモードファイバは、波長０．８５μｍ付近の短波長領域において最適化した場合、波長１．３０μｍの長波長領域では大きな伝送帯域幅が得られないことが分かった。
【００３４】
（実験例２）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０１、コア半径ａを２５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ（ゲルマニウムのクラッドに対する比屈折率差）＋ΔＦ（ゲルマニウムのクラッドに対する比屈折率差）とし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
波長０．８１〜０．８９μｍにおける入射光のパルス半値全幅（ＦＷＨＭ）を１ｎｓ、ＲＭＳスペクトルを０．５ｎｍ、入射光ＦＷＨＭビームサイズを７０μｍとし、波長１．３０μｍにおける入射光のパルス半値全幅（ＦＷＨＭ）を１ｎｓ、ＲＭＳスペクトルを３ｎｍ、入射光ＦＷＨＭビームサイズを７０μｍとして、ＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔとの関係を調べた。結果を図２に示す。
【００３５】
図２の結果から、ΔＧｅとΔＦとの比率、すなわち、ゲルマニウムとフッ素との添加量の比率を変えることにより、最適値αｏｐｔの波長特性が変化し、ＧＩマルチモードファイバの波長特性を改善できることが確認された。特に、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合、最適値αｏｐｔがほぼ平坦になっていることが確認された。
【００３６】
また、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合について、このＧＩマルチモードファイバを構成するコアのクラッドに対する非屈折率差Δを調べた。結果を図３に示す。
図３の結果から、このＧＩマルチモードファイバの非屈折率差Δは、コア中心において最大（０．０１）となり、コアとクラッドとの境界において零となることが確認された。
【００３７】
さらに、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合について、コアにおけるゲルマニウムの濃度分布ＣＧｅ（ｒ）と、フッ素の濃度分布ＣＦ（ｒ）を調べた。結果を図４に示す。
図４の結果から、ＣＧｅ（ｒ）は、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となっていることが確認された。一方、ＣＦ（ｒ）は、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加していることが確認された。
【００３８】
（実験例３）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０１、コア半径ａを２５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
さらに、このＧＩマルチモードファイバを波長０．８５μｍにおいて最適化し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔを決定した。
得られたＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅の波長依存性を調べた。結果を図５に示す。
【００３９】
図５の結果から、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合、コアにゲルマニウム単体あるいはフッ素単体を添加した場合よりも広波長領域において非常に大きな伝送帯域幅が得られ、波長０．８〜１．３μｍにおいて、伝送帯域幅が３ＧＨｚ・ｋｍを超えることが確認された。
【００４０】
（実験例４）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０１、コア半径ａを２５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
さらに、このＧＩマルチモードファイバを波長１．３０μｍにおいて最適化し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔを決定した。
得られたＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅の波長依存性を調べた。結果を図６に示す。
【００４１】
図６の結果から、ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８とした場合、コアにゲルマニウム単体あるいはフッ素単体を添加した場合よりも広波長領域において非常に大きな伝送帯域幅が得られ、波長０．８〜１．３μｍにおいて、伝送帯域幅が３ＧＨｚ・ｋｍを超えることが確認された。
【００４２】
（実験例５）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０２、コア半径ａを３２．５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
波長０．８１〜０．８９μｍにおける入射光のパルス半値全幅（ＦＷＨＭ）を１ｎｓ、ＲＭＳスペクトルを０．５ｎｍ、入射光ＦＷＨＭビームサイズを７０μｍとし、波長１．３０μｍにおける入射光のパルス半値全幅（ＦＷＨＭ）を１ｎｓ、ＲＭＳスペクトルを３ｎｍ、入射光ＦＷＨＭビームサイズを７０μｍとして、ＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔとの関係を調べた。結果を図７に示す。
【００４３】
図７の結果から、ΔＧｅとΔＦとの比率、すなわち、ゲルマニウムとフッ素との添加量の比率を変えることにより、最適値αｏｐｔの波長特性が変化し、ＧＩマルチモードファイバの波長特性を改善できることが確認された。特に、ΔＧｅ＝０．００４、ΔＦ＝０．０１６とした場合、最適値αｏｐｔがほぼ平坦になっていることが確認された。
【００４４】
（実験例６）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０２、コア半径ａを３２．５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
さらに、このＧＩマルチモードファイバを波長０．８５μｍにおいて最適化し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔを決定した。
得られたＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅の波長依存性を調べた。結果を図８に示す。
【００４５】
図８の結果から、ΔＧｅ＝０．００４、ΔＦ＝０．０１６とした場合、コアにゲルマニウム単体あるいはフッ素単体を添加した場合よりも広波長領域において非常に大きな伝送帯域幅が得られ、波長０．８〜１．４μｍにおいて、伝送帯域幅が２ＧＨｚ・ｋｍを超えることが確認された。
【００４６】
（実験例７）
ゲルマニウムをおよびフッ素を含む石英系ガラスからなるコアと、このコアの周囲にコアと同心円状に設けられた純粋石英ガラスからなるクラッドとを有するＧＩマルチモードファイバを作製した。
また、このＧＩマルチモードファイバのクラッドに対するコア中心の比屈折率差Δを０．０２、コア半径ａを３２．５μｍとした。なお、Δ＝ΔＧｅ＋ΔＦとし、ΔＧｅとΔＦとの比率を変化させた。
さらに、このＧＩマルチモードファイバを波長１．３０μｍにおいて最適化し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔを決定した。
得られたＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅の波長依存性を調べた。結果を図９に示す。
【００４７】
図９の結果から、ΔＧｅ＝０．００４、ΔＦ＝０．０１６とした場合、コアにゲルマニウム単体あるいはフッ素単体を添加した場合よりも広波長領域において非常に大きな伝送帯域幅が得られ、波長０．８〜１．４μｍにおいて、伝送帯域幅が２ＧＨｚ・ｋｍを超えることが確認された。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＧＩマルチモードファイバは、コアに使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質と、前記最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質とを含むものであるから、広波長領域において伝送帯域幅が大きくなり、波長分割多重に適した光ファイバとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＧＩマルチモードファイバに関し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔと波長との関係を示すグラフである。
【図２】 本発明のＧＩマルチモードファイバに関し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔと波長との関係を示すグラフである。
【図３】 本発明のＧＩマルチモードファイバを構成するコアのクラッドに対する非屈折率差Δを示すグラフである。
【図４】 本発明のＧＩマルチモードファイバを構成するコアにおけるゲルマニウムまたはフッ素の濃度分布を示すグラフである。
【図５】 本発明のＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と波長との関係を示すグラフである。
【図６】 本発明のＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と波長との関係を示すグラフである。
【図７】 本発明のＧＩマルチモードファイバに関し、使用波長において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化されたＧＩマルチモードファイバの屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔと波長との関係を示すグラフである。
【図８】 本発明のＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と波長との関係を示すグラフである。
【図９】 本発明のＧＩマルチモードファイバの伝送帯域幅と波長との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 石英系ガラスからなるコアと、該コアの外周に設けられたクラッドとを備え、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有するグレーテッドインデックス型マルチモードファイバであって、
前記コアは、使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質Ａと、前記最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質Ｂとを含み、前記物質Ａはゲルマニウム、前記物質Ｂはフッ素であり、前記コアにおける前記物質Ａの濃度分布は、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようになっており、前記コアにおける前記物質Ｂの濃度分布は、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようになっていることを特徴とするグレーテッドインデックス型マルチモードファイバ。
- 石英系ガラスからなるコアと、該コアの外周に設けられたクラッドとを備え、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有するグレーテッドインデックス型マルチモードファイバの製造方法において、
前記コアに、使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質Ａと、前記最適値が波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質Ｂとを添加し、前記物質Ａはゲルマニウム、前記物質Ｂはフッ素であり前記コアにおける前記物質Ａの濃度分布を、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようにするとともに、前記コアにおける前記物質Ｂの濃度分布を、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようにして、前記最適値の波長変化に伴う変化が少ないようにすることを特徴とするグレーテッドインデックス型マルチモードファイバの製造方法。
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