JP5163124B2 - 光ファイバ - Google Patents

Description

この発明は、１μｍ帯において特異な分散特性を有する光ファイバに関するものである。

非特許文献１に記載された光パルス圧縮技術は、１．０６μｍ帯光ファイバレーザ光源から出力されたパルスレーザ光（以下、単に光パルスという）をＹｂ添加光ファイバ増幅器により増幅し、その増幅された光パルスを光ファイバにより拡大し、そして、該光パルスを回折格子により圧縮する技術である。このような光パルス圧縮技術を利用することにより、波長１．０６μｍにおいてパルス幅１００ｆｓ以下のフェムト秒レーザ光源が得られる。この非特許文献１に記載された、光パルスを拡大する際に用いられる光ファイバは、波長１．０６μｍにおいて、０．１０ｐｓ^２／ｍのβ_２と、−０．０００１８ｐｓ^３／ｍのβ_３を有する。

ここで、β_ｎは、周波数ωによる伝搬定数βのｎ階微分値である。すなわち、伝搬定数βは、光パルスの中心周波数ω_０を中心にテーラー展開すると以下の式（１）で表され、周波数ω_０におけるｎ階微分値β_ｎは、以下の式（２）で表される。また、２階微分値β_２及び３階微分値β_３は、波長分散Ｄ及び分散スロープＳとの間に、以下の式（３）及び式（４）の関係が成立しており、相互に換算することが可能である。なお、ｃは真空中での光速であり、πは円周率であり、λは光の波長である。

一般に光伝送に用いられる波長１．３μｍ付近に零分散波長を有する標準的なシングルモード光ファイバは、波長１．０６μｍにおいて、０．０２ｐｓ^２／ｍのβ_２と、０．００００４ｐｓ^３／ｍのβ_３を有する。この標準的なシングルモード光ファイバと比較すると、非特許文献１に記載されたような、光パルスを拡大するために用いられる光ファイバ（以下、光パルス拡大用光ファイバという。）では、２階微分値β_２が同符号（正）であって、３階微分値β_３が異符号（負）である。
特開２００２-２９３５６３号公報 M. E. Fermann, et al., AdvancedSolid-State Lasers Topical Meeting in Seattle, 2001, Technical Digest TuA３, pp.218-220

発明者らは、従来の光パルス拡大用光ファイバについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、このような光パルス拡大用光ファイバは、短尺で効率よく光パルスを拡大するために、３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）が負であってその絶対値が大きいこと、及び、２階微分値β_２の絶対値が大きいことが望まれる。また、光パルス拡大用光ファイバは、一般にコイル状に巻かれたモジュール状態で使用されることから、曲げ損失が小さいことが望まれる。さらに、波長１μｍ帯（１．０μｍ〜１．１μｍ）は一般に光通信に用いられず、検査装置が一般的には入射困難であるため分散特性の測定が困難であることから、波長１μｍ帯の光パルスを拡大する光パルス拡大用光ファイバは、製造時に特性を測定してフィードバックすることが困難なので、コア部の外径の変動に対する比（β_３／β_２）の変動が小さいことが望まれる。

この発明は、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、３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）が負であってその絶対値が大きく、かつ、２階微分値β_２の絶対値も大きい光パルス拡大用光ファイバを提供することを目的としている。

この発明に係る光ファイバは、最大屈折率Ｎ_１及び外径２ａを有する中心コア部と、該中心コア部の外周を取り囲む、最小屈折率Ｎ_２及び外径２ｂを有するディプレスト部と、該ディプレスト部の外周を取り囲む、最大屈折率Ｎ_３を有するクラッド部を少なくとも備える。特に、この発明に係る光ファイバにおいて、中心コア部、ディプレスト部、及びクラッド部の各最大屈折率は、「Ｎ_１＞Ｎ_３＞Ｎ_２」なる関係を満たす。クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１は、１．０％より大きく、クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２は、−０．３％より小さい。さらに、波長１．０５μｍにおいて、周波数ωによる伝搬定数βの２階微分値β_２が正であり、周波数ωによる伝搬定数βの３階微分値β_３が負であり、３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）が−０．００２ｐｓ以下である。このように構成された光ファイバは、波長１．０５μｍにおいて３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）が負であってその絶対値がさらに大きく、かつ、２階微分値β_２の絶対値もさらに大きくすることができる。

この発明に係る光ファイバにおいて、中心コア部の外径２ａとディプレスト部の外径２ｂとの比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）は、０．２以上かつ０．６未満であるのが好ましく、さらには０．３以上であるのが好ましい。クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１は、１．７％以上であるのが好ましい。クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２は、−０．５％以下であるのが好ましい。中心コア部の外径２ａは、１．４μｍ以上かつ４．０μｍ以下であるのが好ましい。また、比（β_３／β_２）は波長１．０５μｍにおいて−０．００３ｐｓ以下であるのが好ましい。

この発明に係る光ファイバは、波長１．０５μｍにおいて、直径４０ｍｍに巻かれたときの曲げ損失は、１００ｄＢ／ｍ以下、好ましくは１ｄＢ／ｍ以下、さらに好ましくは０．００１ｄＢ／ｍ以下である。これらの場合、光ファイバが小径でコイル状に巻かれたときに損失増加が効果的に抑制される。

さらに、この発明に係る光ファイバは、ディプレスト部とクラッド部との間に設けられたリング部を備えてもよい。このリング部は、最大屈折率Ｎ_４と外径２ｃを有する。この場合、中心コア部、ディプレスト部、リング部、及びクラッド部の各最大屈折率は、以下の関係を満たすのが好ましい。

Ｎ_１＞Ｎ_４＞Ｎ_３＞Ｎ_２

この発明に係る光ファイバコイルは、上述のような構造を有する光ファイバ（この発明に係る光ファイバ）がコイル状に巻かれることにより得られ、その光ファイバの最小巻き直径は、１２０ｍｍ以下であるのが好ましい。

なお、この発明に係る各実施例は、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。これら実施例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、この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例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、この発明の思想及び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。

この発明に係る光ファイバによれば、３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）が負であってその絶対値が大きく、かつ、２階微分値β_２の絶対値も大きいので、短尺で効率的な光パルスの拡大が可能になる。

は、この発明に係る光ファイバの第１実施例の断面構造を示す図及びその屈折率プロファイルである。 は、比較例に係る光ファイバの断面構造を示す図及びその屈折率プロファイルである。 は、第１実施例に係る光ファイバについて、その中心コア部の外径２ａと波長１．０５μｍにおける３階微分値β_３との関係を示すグラフである。 は、比較例に係る光ファイバについて、その中心コア部の外径２ａと波長１．０５μｍにおける３階微分値β_３との関係を示すグラフである。 は、第１実施例に係る光ファイバについて、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１を固定した状態において該クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２及び中心コア部の外径２ａを変えたときの、比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）と比（β_３／β_２）との関係を示すグラフである（その１）。 は、第１実施例に係る光ファイバについて、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１を固定した状態において該クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２及び中心コア部の外径２ａを変えたときの、比Ｒａと比（β_３／β_２）との関係を示すグラフである（その２）。 は、第１実施例に係る光ファイバについて、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１を固定した状態において該クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２及び中心コア部の外径２ａを変えたときの、比Ｒａと比（β_３／β_２）との関係を示すグラフである（その３）。 は、第１実施例に係る光ファイバについて、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１を固定した状態において該クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２及び中心コア部の外径２ａを変えたときの、比Ｒａと比（β_３／β_２）との関係を示すグラフである（その４）。 は、第１実施例に係る光ファイバについて、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１を固定した状態において該クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２を変えたときの、比Ｒａと比（β_３／β_２）の変動率との関係を示すグラフである。 は、第１実施例に係る光ファイバについて、クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２を変えたときの、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１と２階微分値β_２との関係を示すグラフである。 は、第１実施例に係る光ファイバについて、クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ_２を変えたときの、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ_１と比（β_３／β_２）との関係を示すグラフである。 は、第１実施例に係る光ファイバとして用意された複数サンプルそれぞれの諸元を纏めた表である。 は、第１実施例に係る光ファイバとして用意された他のサンプルそれぞれの比（β_３／β_２）の波長依存性を示すグラフである。 は、第１実施例に係る光ファイバとして用意されたさらに他のサンプルにおける２階微分値β_２の波長依存性を、比較例として用意された分散補償光ファイバの複数サンプルにおける２階微分値β_２の波長依存性とともに示すグラフである。 は、第１実施例に係る光ファイバとして用意されたさらに他のサンプルにおける３階微分値β_３の波長依存性を、比較例として用意された分散補償光ファイバの複数サンプルにおける３階微分値β_３の波長依存性とともに示すグラフである。 は、第１実施例に係る光ファイバとして用意されたさらに他のサンプルにおける比（β_３／β_２）の波長依存性を、比較例として用意された分散補償光ファイバの複数サンプルにおける比（β_３／β_２）の波長依存性とともに示すグラフである。 は、この発明に係る光ファイバコイルの一実施例の構成を示す図である。 は、この発明に係る光ファイバの第２実施例の断面構造を示す図及びその屈折率プロファイルである。 は、第１及び第２実施例に係る光ファイバの各サンプルについて、その中心コア部の外径２ａと２階微分値β_２の関係を示すグラフである。 は、第１及び第２実施例に係る光ファイバの各サンプルについて、その中心コア部の外径２ａと比（β_３／β_２）の関係を示すグラフである。 は、第１及び第２実施例に係る光ファイバの各サンプルについて、その中心コア部の外径２ａと直径６０ｍｍでの曲げ損失との関係を示すグラフである。 は、第２実施例に係る光ファイバについて、比Ｒｂ（＝２ｂ／２ｃ）と直径６０ｍｍでの曲げ損失の関係を示すグラフである。

符号の説明

Ａ…光ファイバ、１１、４１…中心コア部、１２、４２…ディプレスト部、１３、４３…クラッド部、４４…リング部。

以下、この発明に係る光ファイバ及び光ファイバコイルの各実施例を、図１〜２２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、重複する説明を省略する。

（第１実施例）
まず、この発明に係る光ファイバの第１実施例について、比較例に係る光ファイバと対比しつつ説明する。図１は、第１実施例に係る光ファイバＡの構造示す図であり、領域（ａ）には、この第１実施例に係る光ファイバＡの断面構造、領域（ｂ）には、その屈折率プロファイルが示されている。また、図２は、比較例に係る光ファイバＢを示す図であり、領域（ａ）には、この比較例に係る光ファイバＢの断面構造、領域（ｂ）には、その屈折率プロファイルが示されている。

図１中の領域（ａ）に示されたように、第１実施例に係る光ファイバＡは、最大屈折率Ｎ_１及び外径２ａを有する中心コア部１１と、該中心コア部１１の外周に設けられた、最小屈折率Ｎ_２及び外径２ｂを有するディプレスト部１２と、該ディプレスト部１２の外周に設けられ、最大屈折率Ｎ_３を有するクラッド部１３とを備える。また、中心コア部１１、ディプレスト部１２及びクラッド部１３それぞれの屈折率は、以下の式（５）の関係を満たす。

図１中の領域（ｂ）には第１実施例に係る光ファイバＡの屈折率プロファイル１００が示されており、この屈折率プロファイル１００において、領域１１０は、中心コア部１１の径方向の屈折率、領域１２０は、ディプレスト部１２の径方向の屈折率、そして、領域１３０は、クラッド部１３の径方向の屈折率を、それぞれ示す。

この第１実施例に係る光ファイバＡにおいて、クラッド部１３に対する中心コア部１１の比屈折率差Δ_１は、以下の式（６）で定義され、１．０％より大きい。クラッド部１３に対するディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２は、以下の式（７）で定義され、−０．３％より小さい。波長１．０５μｍにおいて、周波数ωによる伝搬定数βの２階微分値β_２は正であり、周波数ωによる伝搬定数βの３階微分値β_３は負であり、３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下である。

一方、図２中の領域（ａ）に示されたように、比較例に係る光ファイバＢは、最大屈折率Ｎ_１及び外径２ａを有する中心コア部２１と、該中心コア部２１の外周に設けられた、屈折率Ｎ_３を有するクラッド部２３とを備える。この比較例に係る光ファイバＢは、図２中の領域（ｂ）に示されたように、マッチド型の屈折率プロファイルを有するが、ディプレスト部を含まない。

図２中の領域（ｂ）に示されたように、この比較例に係る光ファイバＢの屈折率プロファイル２００において、領域２１０は、中心コア部２１の径方向の屈折率、そして、領域２２０は、クラッド部２３の径方向の屈折率を、それぞれ示している。

図３は、第１実施例に係る光ファイバＡについて、中心コア部１１の外径２ａと波長１．０５μｍにおける３階微分値β_３との関係を示すグラフである。なお、この図３に示されたグラフの測定のため、クラッド部１３に対する中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が１．０％、クラッド部１３に対するディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％、中心コア部１１及びディプレスト部１２それぞれの外径の比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）が０．４に設定された、光ファイバＡのサンプルが用意された。また、図４は、比較例に係る光ファイバＢについて、中心コア部２１の外径２ａと波長１．０５μｍにおける３階微分値β_３との関係を示すグラフである。この図４に示されたグラフの測定のため、クラッド部２３に対する中心コア部２１の比屈折率差Δ_１がそれぞれ１．０％、１．５％、２．０％、２．５％及び３．０％に設定された、光ファイバＢのサンプルが用意された。ここで、図４中、グラフＧ４１０は、中心コア部２１の比屈折率差Δ_１が１．０％に設定された光ファイバＢのサンプル、グラフＧ４２０は、中心コア部２１の比屈折率差Δ_１が１．５％に設定された光ファイバＢのサンプル、グラフＧ４３０は、中心コア部２１の比屈折率差Δ_１が２．０％に設定された光ファイバＢのサンプル、グラフＧ４４０は、中心コア部２１の比屈折率差Δ_１が２．５％に設定された光ファイバＢのサンプル、グラフＧ４５０は、中心コア部２１の比屈折率差Δ_１が３．０％に設定された光ファイバＢのサンプルの各測定結果を示す。

図４に示されたように、比較例に係る光ファイバＢに関し、中心コア部２１の比屈折率差Δ_１が１．０％であるとき、３階微分値β_３は負にならないが、中心コア部２１の比屈折率差Δ_１が１．５％以上であるとき、３階微分値β_３は負になり得る。しかしながら、３階微分値β_３を負にするためには、中心コア部２１の比屈折率差Δ_１を１．５％以上と大きくしなければならない一方、３階微分値β_３の絶対値は小さくしなければならない。これに対して、図３に示されたように、この第１実施例に係る光ファイバＡのサンプルでは、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が１．０％であっても、３階微分値β_３は負になり、しかも、３階微分値β_３の絶対値を比較例よりも一桁以上大きくできる。このように、第１実施例に係る光ファイバＡは、波長１μｍ帯（１．０μｍ〜１．１μｍ）における３階微分値β_３を、比較例に係る光ファイバＢと逆符号である負にすることが容易にできる。

次に、この第１実施例に係る光ファイバＡについて、中心コア部１１及びディプレスト部１２それぞれの外径の比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）と、波長１．０５μｍにおける３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）との関係について説明する。

図５〜図８それぞれは、第１実施例に係る光ファイバＡについて、クラッド部１３に対する中心コア部１１の比屈折率差Δ_１を固定した状態において該クラッド部１３に対するディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２及び中心コア部の外径２ａを変えたときの、比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）と比（β_３／β_２）との関係を示すグラフである。特に、図５に示されたグラフは、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が１．０％に固定されたときの測定結果、図６に示されたグラフは、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が１．５％に固定されたときの測定結果、図７に示されたグラフは、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が２．０％に固定されたときの測定結果、図８に示されたグラフは、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が３．０％に固定されたときの測定結果を、それぞれ示す。

なお、図５〜図８それぞれには、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２と中心コア部１１の外径２ａについて３通りの組み合わせが示されている。このとき、光ファイバＡの小型のコイル化を考慮して、直径４０ｍｍに巻かれたときの該光ファイバＡの曲げ損失は、波長１．０５μｍにおいて０．００１ｄＢ／ｍ（長さ１００ｍの光ファイバＡが直径４０ｍｍに巻かれたときの曲げ損失が０．１ｄＢ）程度となるよう設定されている。

具体的には、図５において、グラフＧ５１０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％、中心コア部１１の外径２ａが３．１３μｍのときの測定結果、グラフＧ５２０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％、中心コア部１１の外径２ａが３．４２μｍのときの測定結果、グラフＧ５３０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが３．４６μｍのときの測定結果を、それぞれ示す。図６において、グラフＧ６１０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％、中心コア部１１の外径２ａが２．４２μｍのときの測定結果、グラフＧ６２０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％、中心コア部１１の外径２ａが２．５４μｍのときの測定結果、グラフＧ６３０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが２．６３μｍのときの測定結果を、それぞれ示す。図７において、グラフＧ７１０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％、中心コア部１１の外径２ａが１．９３μｍのときの測定結果、グラフＧ７２０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％、中心コア部１１の外径２ａが２．０３μｍのときの測定結果、グラフＧ７３０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが２．１３μｍのときの測定結果を、それぞれ示す。また、図８において、グラフＧ８１０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％、中心コア部１１の外径２ａが１．４７μｍのときの測定結果、グラフＧ８２０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％、中心コア部１１の外径２ａが１．５５μｍのときの測定結果、グラフＧ７３０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが１．５７μｍのときの測定結果を、それぞれ示す。

図５〜図８それぞれから判るように、波長１．０５μｍにおいて、３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）は、−０．００２ｐｓ以下、さらには、−０．００３ｐｓ以下になり得る。図５に示されたように、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が１．０％、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが３．５μｍである光ファイバＡのサンプルについて、とき、比Ｒａが０．５２〜０．６０の範囲において比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。

図６に示されたように、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が１．５％の光ファイバＡのサンプルについて、比（β_３／β_２）は幾分小さくなる。ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％、中心コア部１１の外径２ａが２．５μｍである光ファイバＡのサンプルについて、比Ｒａが０．３４〜０．４６の範囲における比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。また、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが２．６μｍである光ファイバＡのサンプルについて、比Ｒａが０．３７〜０．６０の範囲において比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。

図７に示されたように、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が２．０％である光ファイバＡのサンプルについて、比（β_３／β_２）はかなり小さくなる。ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％、中心コア部１１の外径２ａが１．９μｍである光ファイバＡのサンプルについて、比Ｒａが０．２５〜０．３５の範囲において比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％、中心コア部１１の外径２ａが２．０μｍである光ファイバＡのサンプルについて、比Ｒａが０．２５〜０．４８の範囲において比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。また、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが２．１μｍである光ファイバＡのサンプルについて、比Ｒａが０．２８〜０．５７の範囲において比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。さらに、比（β_３／β_２）は−０．００３５ｐｓ程度まで小さくなり得る。

図８に示されたように、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が３．０％である光ファイバＡのサンプルについて、比（β_３／β_２）は更に小さくなる。ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％、中心コア部１１の外径２ａが１．５μｍである光ファイバＡのサンプルについて、比Ｒａが０．２３〜０．３３の範囲における比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％、中心コア部１１の外径２ａが１．６μｍである光ファイバＡのサンプルについて、比Ｒａが０．２０〜０．４１の範囲において比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。また、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが１．６μｍである光ファイバＡのサンプルについて、比Ｒａが０．２０〜０．４８の範囲において比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。

以上のように、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が高く、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が低く、かつ、比Ｒａが所定の適切な範囲（纏めると、比Ｒａの範囲が０．２〜０．６）であるとき、比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になる。中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が１．０％以上であれば、容易に実現できるディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％以上で、比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になり好適である。また、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％以下であれば、比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下になり好適である。特に、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％以下であれば、比（β_３／β_２）を小さくすることが明らかであるので、更に好ましい。

比Ｒａは０．２〜０．６の範囲内であるのが好ましいが、比Ｒａが小さい場合には、コア径の変動に対して比（β_３／β_２）の変動が大きいという問題もある。特に、波長１．０μｍ帯は光通信には一般的には用いられないため、分散特性の測定器が普及しておらず、測定が困難である。これについては、例えば、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が２．０％に固定された状態でコア部１１の外径２ａが変動したときに比（β_３／β_２）の変動が小さければ、多少の外乱が加わっても高い歩留まりでファイバ製造が可能になる。

図９は、第１実施例に係る光ファイバＡについて、クラッド部に対する中心コア部１１の比屈折率差Δ_１を２．０％に固定した状態でクラッド部１３に対するディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２を変えたときの、比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）と比（β_３／β_２）の変動率との関係を示すグラフである。なお、この図９において、グラフＧ９１０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％のと器の測定結果、グラフＧ９２０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％のときの測定結果、グラフＧ９３０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％のときの測定結果を、それぞれ示す。

この図９から判るように、比Ｒａが０．３以上であれば、比（β_３／β_２）の変動率は１５％以下となり、所望の比（β_３／β_２）を有する光ファイバＡを高い歩留まりで製造することができる。

中心コア部１１の比屈折率差Δ_１及びディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２それぞれを一定値に固定した状態で、比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）を変化させると、図５〜図８に示されたように、Ｒａの或る値で比（β_３／β_２）は極小値をとる。図１０は、第１実施例に係る光ファイバＡについて、クラッド部１３に対するディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２を変えたときの、クラッド部１３に対する中心コア部１１の比屈折率差Δ_１と２階微分値β_２との関係を示すグラフである。なお、この図１０において、グラフＧ１０１０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３０％のときの測定結果、グラフＧ１０２０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５０％のときの測定結果、グラフＧ１０３０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７０％のときの測定結果を、それぞれ示す。また、図１１は、第１実施例に係る光ファイバＡについて、クラッド部１３に対するディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２を変えたときの、クラッド部１３に対する中心コア部１１の比屈折率差Δ_１と比（β_３／β_２）との関係を示すグラフである。この図１１において、グラフＧ１１１０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３０％のときの測定結果、グラフＧ１１２０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５０％のときの測定結果、グラフＧ１１０３０は、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７０％のときの測定結果を、それぞれ示す。これら図１０及び１１の測定のために用意された光ファイバＡのサンプルでは、比（β_３／β_２）が極小値となるように比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）が選択されている。また、直径６０ｍｍに巻かれたときの曲げ損失が０．００１ｄＢ／ｋｍ（直径４０ｍｍでの曲げ損失が０．１〜１ｄＢ／ｍ、長さ１００ｍの光ファイバを直径６０ｍｍのコイルとしたときに０．１ｄＢの損失上昇）となるよう設定されている。

２階微分値β_２が大きいほど、光ファイバＡは、短尺で効率よく光パルスを拡大することができる。このような光パルスの拡大はピークパワーの減少を引き起こすため、非線形光学現象の発現が抑制され、また、ファイバ短尺化はファイバ製造のコスト低減に寄与し得る。２階微分値β_２は１００ｐｓ^２／ｋｍ以上であるのが好ましく、図１０から判るように、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１は１．７％以上であるのが好ましい。

また、比（β_３／β_２）は、負であって、絶対値が大きいほど好ましい。図１１から判るように、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が２％以下である範囲では、比屈折率差Δ_１が大きくなるに従って比（β_３／β_２）の絶対値は増大していき、比屈折率差Δ_１が２％以上である範囲では、比（β_３／β_２）の変化は鈍る。このような振る舞いは、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．３％であるときに顕著である。比（β_３／β_２）の絶対値を大きくするためには、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が２．０％以上であるのが好ましい。

次に、第１実施例に係る光ファイバＡの具体例について説明する。図１２は、第１実施例に係る光ファイバＡのサンプル１〜２６それぞれの諸元を纏めた表である。この表には、左から順に、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２、中心コア部１１及びディプレスト部１２それぞれの外径の比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）、中心コア部１１の外径２ａ、周波数ωによる伝搬定数βの２階微分値β_２、周波数ωによる伝搬定数βの３階微分値β_３、３階微分値β_３と２階微分値β_２との比（β_３／β_２）、PetermanＩの定義に拠るモードフィールド径ＭＦＤ（Ｉ）、実効断面積Ａ_ｅｆｆ、直径４０ｍｍに巻かれたときの曲げ損失、直径６０ｍｍに巻かれたときの曲げ損失、が示されている。これら諸特性は波長１．０５μｍでの測定値である。なお、この第１実施例に係る光ファイバＡのサンプル１〜２６それぞれのケーブルカットオフ波長は、１０００ｎｍより充分に短く、問題ない。

特に、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が２．０％より大きく、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．５％より小さく、比Ｒａが０．３〜０．６の範囲であれば、比（β_３／β_２）の絶対値を大きくするとともに２階微分値β_２を大きくすることができる点で望ましい。

サンプル８、１８、２６の光ファイバそれぞれは、曲げに強いので、直径３０ｍｍ以下の小径のコイルに巻くことができ、小型パッケージの点では好適である。サンプル２３の光ファイバは、曲げにはそれほど強くはないが、直径１２０ｍｍ程度のコイルにすれば問題はない。サンプル９、１４の光ファイバそれぞれは、曲げにはそれほど強くはないが、直径１００ｍｍ程度のコイルにすれば問題はない。サンプル１０、１５の光ファイバそれぞれは、曲げにはそれほど強くはないが、直径８０ｍｍ程度のコイルにすれば問題はない。サンプル２２の光ファイバは、上述の通り、コア径２ａの変動に伴う比（β_３／β_２）の変動が小さくはないが、上記特許文献１に記載されたような製造技術を使えば、問題なく製造可能である。

これらのサンプル１〜２６の光ファイバそれぞれは、コア径２ａが１．４５〜３．８８μｍの範囲で、波長１.０５μｍにおける２階微分値β_２が５６〜２６１ｐｓ^２／ｋｍの範囲、３階微分値β_３が−１．８０〜−０．１２ｐｓ^３／ｋｍの範囲、比（β_３／β_２）が−０．００６９〜−０．００２０ｐｓの範囲、モードフィールド径が２．９〜４．６μｍの範囲、実効断面積が４．３〜９．９μｍ^２の範囲、直径４０ｍｍに巻かれたときの曲げ損失が０．０００１〜７５ｄＢ／ｍの範囲にある。

図１３は、この第１実施例の光ファイバＡとして用意された他のサンプル３１、３２それぞれの比（β_３／β_２）の波長依存性を示すグラフである。なお、図１３において、グラフＧ１３１０は、サンプル３１の光ファイバの測定結果、グラフＧ１３２０は、サンプル３２の光ファイバの測定結果を、それぞれ示す。比（β_３／β_２）の波長依存性は小さい方が好ましい。サンプル３１の光ファイバは、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が２．５％、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが１．８μｍ、比Ｒａが０．４０に設定されている。また、波長１．０５μｍにおいて、サンプル３１の光ファイバにの２階微分値β_２は１４０ｐｓ^２／ｋｍであり、３階微分値β_３は−０．４７ｐｓ^３／ｋｍであり、４階微分値β_４は０．００２６ｐｓ^４／ｋｍである。一方、サンプル３２の光ファイバは、中心コア部１１の比屈折率差Δ_１が２．５％、ディプレスト部１２の比屈折率差Δ_２が−０．７％、中心コア部１１の外径２ａが１．８μｍ、比Ｒａが０．４４に設定されている。波長１．０５μｍにおいて、サンプル３２の光ファイバの２階微分値β_２は１６９ｐｓ^２／ｋｍであり、３階微分値β_３は−０．５６ｐｓ^３／ｋｍであり、４階微分値β_４は０．００２７ｐｓ^４／ｋｍである。サンプル３１、３２の光ファイバの何れも比（β_３／β_２）の波長依存性が小さいが、サンプル３２の光ファイバの方が波長依存性が小さく好ましい。

図１４は、第１実施例に係る光ファイバＡとして用意されたさらに他のサンプル４１について、その２階微分値β_２の波長依存性を示すグラフである。図１５は、第１実施例に係る光ファイバＡとして用意されたさらに他のサンプル４１について、その３階微分値β_３の波長依存性を示すグラフである。また、図１６は、第１実施例に係る光ファイバＡとして用意されたさらに他のサンプル４１について、その比（β_３／β_２）の波長依存性を示すグラフである。これら図１４〜１６には、比較例として、通信用として使われる分散補償光ファイバのサンプル４２、４３の測定結果も示されている。なお、図１４において、グラフＧ１４１０は、サンプル４１の光ファイバの測定結果、グラフＧ１４２０は、比較サンプル４２の分散補償光ファイバの測定結果、グラフＧ１４３０は、比較サンプル４３の分散補償光ファイバの測定結果を、それぞれ示している。図１５において、グラフＧ１５１０は、サンプル４１の光ファイバの測定結果、グラフＧ１５２０は、比較サンプル４２の分散補償光ファイバの測定結果、グラフＧ１５３０は、比較サンプル４３の分散補償光ファイバの測定結果を、それぞれ示している。図１６において、グラフＧ１６１０は、サンプル４１の光ファイバの測定結果、グラフＧ１６２０は、比較サンプル４２の分散補償光ファイバの測定結果、グラフＧ１６３０は、比較サンプル４３の分散補償光ファイバの測定結果を、それぞれ示している。

これら図１４〜１６において、サンプル４１の光ファイバは、中心コア部の比屈折率差Δ_１が２．０％、ディプレスト部の比屈折率差Δ_２が−０．７５％、中心コア部の外径２ａが１．４２μｍ、比Ｒａが０．５２に設定されている。比較サンプル４２は、波長１．３μｍ付近に零分散波長を有する標準的なシングルモード光ファイバの波長１．５５μｍにおける波長分散を補償する分散補償光ファイバであって、波長１．５５μｍにおいて、−２２３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、−０．７５０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍの分散スロープを有する。また、比較サンプル４３は、波長１．５μｍ付近に零分散波長を有する非零分散シフト光ファイバの波長１．５５μｍにおける波長分散を補償する分散補償光ファイバであって、波長１．５５μｍにおいて、−１８８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、−３．３９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍの分散スロープを有する。

これら図１４〜１６から判るように、第１実施例に係る光ファイバＡ及び比較例に係る光ファイバＢは何れも、波長１．５５μｍ帯だけでなく波長１μｍ帯でも、２階微分値β_２が正であって３階微分値β_３が負である点では同じである。しかしながら、図１４から判るように、波長１．０５μｍにおける２階微分値β_２は、比較例に係る光ファイバＢでは４０ｐｓ^２／ｋｍ程度であるのに対して、第１実施例に係る光ファイバＡでは１００ｐｓ^２／ｋｍを超えている。図１５から判るように、波長１．０５μｍにおける３階微分値β_３は、比較例に係る光ファイバＢでは略０であるのに対して、第１実施例に係る光ファイバＡでは−０．５ｐｓ^３／ｋｍより小さい。また、図１６から判るように、波長１．０５μｍにおける比（β_３／β_２）は、比較例に係る光ファイバＢでは略０であるのに対して、第１実施例に係る光ファイバＡでは−０．００２ｐｓより小さい。このように、この発明に係る光ファイバは、従来から知られている分散補償光ファイバとは明確に区別され得る。

この発明に係る光ファイバは、コイル状に巻かれた状態で使用可能である。図１７は、この発明に係る光ファイバコイルの一実施例の構成を示す図であり、当該光ファイバコイルには、上述のような第１実施例に係る光ファイバＡが適用可能である。なお、図１７において、領域（ａ）には、第１実施例に係る光ファイバＡが適用された光ファイバコイルの斜視図が示されており、領域（ｂ）には、その断面図が示されている。図１７中の領域（ａ）に示されたように、ボビン３００の胴体部３１０に巻かれた光ファイバＡの直径（胴体部３１０の外径）は、１２０ｍｍ以下であり、好ましくは６０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは４０ｍｍ以下である。また、コイル状に巻かれた光ファイバＡの片端又は両端には、接続用の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ、カットオフ波長が１．０μｍ以下であるような光ファイバ）やピグテール付コネクタ（図１７中の領域（ａ）に示されたように、通常の光ファイバ３２０の一端が取り付けられた光コネクタ３３０）３３０などが融着接続されていてもよい。このとき、融着接続部Ｓの接続損失は０．５ｄＢ／端以下であると望ましいが、第１実施例として用意された各サンプルの光ファイバは、すべてこの値を満たしている。

なお、この発明に係る光ファイバは、上述のような構造を有する光ファイバＡ以外の、例えば、中心軸上に製造方法に由来する屈折率の小さい部分を有する光ファイバ、ディプレスト部とクラッド部との間に屈折率の大きい層又は小さい層を一層以上有する光ファイバであってもよい。

（第２実施例）
図１８は、この発明に係る光ファイバＣの構造を示す図であり、領域（ａ）には、この第２実施例に係る光ファイバＣの断面構造、領域（ｂ）には、その屈折率プロファイルが示されている。なお、この第２実施例に係る光ファイバＣも、上述の第１実施例に係る光ファイバＡと同様に、図１７に示されたような光ファイバコイルへの適用も可能である。

図１８中の領域（ａ）に示されたように、第２実施例に係る光ファイバＣは、最大屈折率Ｎ_１及び外径２ａを有する中心コア部４１と、該中心コア部４１の外周に設けられた、最小屈折率Ｎ_２及び外径２ｂを有するディプレスト部４２と、該ディプレスト部４２の外周に設けられ、最大屈折率Ｎ_３を有するクラッド部４３を備えるとともに、ディプレスト部４２とクラッド部４３との間に設けられた、最大屈折率Ｎ_４及び外径２ｃを有するリング部４４をさらに備える。なお、中心コア部４１、ディプレスト部４２及びクラッド部４３それぞれの屈折率は、上述の第１実施例と同じ大小関係を満たしているが、中心リング部の屈折率Ｎ_４は、中心コア部４１の屈折率Ｎ_１よりも小さい一方、クラッド部４３の屈折率Ｎ_３よりも大きい。

図１８中の領域（ｂ）には第２実施例に係る光ファイバＣの屈折率プロファイル４００が示されており、この屈折率プロファイル４００において、領域４１０は、中心コア部４１の径方向の屈折率、領域４２０は、ディプレスト部４２の径方向の屈折率、領域４３０は、リング部４４の径方向の屈折率、そして、領域４３０は、クラッド部４３の径方向の屈折率を、それぞれ示す。

以下、この第２実施例に係る光ファイバＣの伝送特性を、上述の第１実施例に係る光ファイバＡと比較しつつ説明する。なお、第１実施例に係る光ファイバＡとして用意されたサンプル５１は、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ１が２．６８％、クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ２が−０．７７％、比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）が０．３６に設定されている。一方、第２実施例に係る光ファイバＣとして用意されたサンプル５２は、クラッド部に対する中心コア部の比屈折率差Δ１が２．７５％、クラッド部に対するディプレスト部の比屈折率差Δ２が−０．７０％、クラッド部に対するリング部の比屈折率差Δ_３が０．０７％、比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）が０．３６、比Ｒｂ（＝２ｂ／２ｃ）が０．２２に設定されている。

図１９は、サンプル５１、５２の各光ファイバについて、その中心コア部の外径２ａと２階微分値β_２の関係を示すグラフである。この図１９において、グラフＧ１９１０は、サンプル５１の光ファイバの測定結果、グラフＧ１９２０は、サンプル５２の光ファイバの測定結果を、それぞれ示している。図２０は、サンプル５１、５２の光ファイバについて、その中心コア部の外径２ａと比（β_３／β_２）の関係を示すグラフである。この図２０において、グラフＧ２０１０は、サンプル５１の光ファイバの測定結果、グラフＧ２０２０は、サンプル５２の光ファイバの測定結果を、それぞれ示している。そして、図２１は、サンプル５１、５２の光ファイバについて、その中心コア部の外径２ａと直径６０ｍｍでの曲げ損失との関係を示すグラフである。この図２１において、グラフＧ２１１０は、サンプル５１の光ファイバの測定結果、グラフＧ２１２０は、サンプル５２の光ファイバの測定結果を、それぞれ示している。なお、図１９〜２１の測定で使用された波長は、１０５０ｎｍである。

図１９及び２０から判るように、サンプル５１、５２の光ファイバは、コア径とβ_２の関係、β_３／β_２の関係において殆ど差はないが、直径６０ｍｍでの曲げ損失についてはサンプル５２の光ファイバの方が小さく、より小型のコイル化が可能である。同じコイルサイズを考えた場合、サンプル５２の光ファイバの方がβ_３／β_２の絶対値を大きくできる。特に、コア径が１．６８μｍ以下、β_３／β_２が−０．００６ｐｓ以下の場合、サンプル５１の光ファイバのようなにリング部を備えていない構造の光ファイバでは、コイル化が困難になるが、サンプル５２の光ファイバのようにリング部が設けられた構造の光ファイバであれば、β_３／β_２が−０．００７ｐｓ以下であっても充分にコイル化が可能である。

さらに、図２２に、サンプル５２の光ファイバについて、比Ｒｂ（＝２ｂ／２ｃ）を変えたときの直径６０ｍｍでの曲げ損失特性の測定結果を示す。なお、この測定で使用された波長も１０５０ｎｍである。

通常、曲げ損失は０．１ｄＢ／ｍ以下であるのが望ましいので、図２２から比Ｒｂは０．１５〜０．４５の範囲であるのが好ましいことが判る。ただし、このＲｂの範囲は、クラッド部を基準とした中心コア部、ディプレスト部、リング部の各比屈折率差、さらには目標とするβ_３／β_２、使用波長などによって変化する。

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。

この発明に係る光ファイバは、１００フェムト秒程度かそれ以下の種光パルス光源、広帯域の光パルスであるＳＣ（Supercontinuum）光を得るための光源装置などへの適用が可能である。

Claims (7)

1. 最大屈折率Ｎ_１及び外径２ａを有する中心コア部と、該中心コア部の外周に設けられた、最小屈折率Ｎ_２及び外径２ｂを有するディプレスト部と、該ディプレスト部の外周に設けられた、最大屈折率Ｎ_３を有するクラッド部とを少なくとも備えた、１．０μｍ以上かつ１．１μｍ以下の波長帯を使用波長帯とする光パルス拡大用の光ファイバであって、
   前記中心コア部の外径２ａは、１．４μｍ以上かつ４．０μｍ以下であり、
   前記中心コア部の外径２ａと前記ディプレスト部の外径２ｂとの比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）は、０．２以上かつ０．６未満であり、
   前記中心コア部、前記ディプレスト部、及び前記クラッド部の各最大屈折率は、以下の関係を満たし、
   Ｎ_１＞Ｎ_３＞Ｎ_２
   前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差Δ_１は１．０％より大きく、前記クラッド部に対する前記ディプレスト部の比屈折率差Δ_２は−０．３％より小さく、
   波長１．０５μｍにおいて、周波数ωによる伝搬定数βの２階微分値β_２は正であり、周波数ωによる伝搬定数βの３階微分値β_３は負であり、前記３階微分値β_３と前記２階微分値β_２との比（β_３／β_２）は−０．００２ｐｓ以下である光ファイバ。
2. 請求項１記載の光ファイバにおいて、
   前記中心コア部の比屈折率差Δ_１は、１．７％以上である。
3. 請求項１記載の光ファイバにおいて、
   前記ディプレスト部の比屈折率差Δ_２は、−０．５％以下である。
4. 請求項１記載の光ファイバにおいて、
   直径４０ｍｍに巻かれたときの曲げ損失は、波長１．０５μｍにおいて１００ｄＢ／ｍ以下である。
5. 請求項１記載の光ファイバは、さらに、
   前記ディプレスト部と前記クラッド部との間に設けられた、最大屈折率Ｎ_４を有するとともに外径２ｃを有するリング部を備え、
   前記中心コア部、前記ディプレスト部、前記リング部、及び前記クラッド部の各最大屈折率は、以下の関係を満たしている。
   Ｎ_１＞Ｎ_４＞Ｎ_３＞Ｎ_２
6. コイル状に巻かれた、請求項１〜５のいずれか一項記載の光ファイバを含む光ファイバコイル。
7. 請求項６記載の光ファイバコイルにおいて、
   前記光ファイバの最小巻き直径は、１２０ｍｍ以下である。

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