JP5170852B2 - 光ファイバおよび光伝送媒体 - Google Patents

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Description

本発明は、クラッド内に主媒質よりも屈折率が低い副媒質からなる複数の副媒質部を形成した微細構造の光ファイバおよび光伝送媒体に関するものである。
一般に、光ファイバは、例えばゲルマニウムをドープすることによって屈折率を高めたシリカガラスからなるコア部と、その周囲に層を形成するように取り囲み、コア部より屈折率が低いシリカガラスから成るクラッド部とから構成されている。そして、クラッド部とコア部との境界面における光の全反射の作用によりコア部内を光が導波する。しかしながら、従来、このコア部とクラッド部との比屈折率差は、大きくても３〜４％程度であった。
これに対して、近年、このような構造の光ファイバに比して大きな比屈折率差を得ることができる光ファイバが報告されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１によると、クラッド部のガラス中に複数の空孔を配置して形成される微細構造を長手方向に設けることによって、クラッド部の平均屈折率を大きく低減できることが報告されている。すなわち、このような微細構造を有する光ファイバは、コア部の実効屈折率を従来の光ファイバに比して格段に大きくすることができる。
このようなこともあり、近年、通常のシングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと称する）と同等の屈折率分布構造を有する光ファイバのコア部の周囲に空孔等を形成した微細構造の光ファイバが注目されている。例えば、かかる微細構造を設けることによって、直径１５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロス（Macro-bending loss ｒ＝１５ｍｍ）を０．０４ｄＢ／ｍまで低減することができたという報告がなされている（例えば、非特許文献１参照）。さらにその後、０．０１ｄＢ／ｍ未満まで低減することができたという報告もなされている（例えば、非特許文献２参照）。一方、従来のＳＭＦとの接続を考慮して、モードフィールド径（以下、ＭＦＤと称する）を大きく保ちながらマクロベンディングロスを低減させた光ファイバが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この特許文献２に記載された光ファイバは、コア部の外周に配置されるクラッド部に六方格子配列の副媒質部が多層に形成された微細構造を有するものである。すなわち、かかる光ファイバは、コア部を中心にした６回の回転対称の位置に副媒質部を多層に形成した微細構造を有するものである。なお、この副媒質部は、かかるクラッド部に六方格子配列で多層に形成された各空孔の中を満たす気体、液体、またはガラス等からなり、クラッド部の主媒質に比して屈折率が小さい。
このように副媒質部が６回の回転対称の位置に多層形成された微細構造（以下、６回回転対称の微細構造と称する）は、所定の波長帯域の信号光をシングルモードで伝送しつつマクロベンディングロスを低減する光ファイバの構造として有効である。
特許第３３０６８４７号公報 T.Hasegawa他、Microoptics Conference(2003),K2 西岡大造 他、信学技法、OFT2003-63、P23〜 特開２００４−２２００２６号公報
しかしながら、上述した従来の微細構造の光ファイバでは、長手方向の中心軸（すなわちコア部の中心軸）上において直交する２軸の各方向の屈折率分布が異なるため、かかる２軸の屈折率分布に異方性が生じ、これに起因して偏波モード分散（以下、ＰＭＤと称する）が大きくなる場合が多いという問題点があった。
なお、上述した６回回転対称の微細構造を有する光ファイバでは、マクロベンディングロスを低減しつつシングルモード伝搬の両立を実現するためには、クラッド部内に小径の副媒質部、すなわち空孔を高密度に形成しなければならない。このため、このような小径で高密度な微細構造の光ファイバを製造することは困難である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、シングルモードで光を伝送するとともにマクロベンディングロスの低減とＰＭＤの低減とを両立できる光ファイバを容易に実現することを目的とする。また、曲率半径の小さい曲げ部が形成された場合であってもマクロベンディングロスを低減できる光伝送媒体を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光ファイバは、コア部の外周にクラッド部を有する光ファイバであって、前記クラッド部は、前記コア部の外周に、主媒質部と該主媒質部に比して屈折率が低い副媒質部とからなる第１クラッド部を有し、前記副媒質部は、前記コア部を中心にした４回の回転対称の各位置に配置された内側副媒質部と、前記内側副媒質部の外側であって前記コア部を中心にした４回の回転対称の各位置に配置された外側副媒質部と、を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の各横断面は互いにほぼ同一径の円形であることを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記４回の回転対称の各位置に、前記コアの中心軸に沿って空孔がそれぞれ形成され、前記内側副媒質部および前記外側副媒質部は、前記各空孔の内部に充満した気体、液体または固体の何れかの媒質からなることを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記クラッド部は、前記第１クラッド部の外周に均質な第２クラッド部を備え、前記コア部の前記第２クラッド部に対する比屈折率差が０．３％以上、０．４％以下であることを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記第２クラッド部の媒質は、純粋なシリカガラスであることを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記第２クラッド部の媒質は、フッ素を添加したシリカガラスであることを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記第２クラッド部の媒質は、前記第１クラッド部の主媒質と同一媒質であることを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、前記コア部は、ゲルマニウムおよびリンの少なくとも一つを添加したシリカガラスによって形成されることを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、１５００ｎｍ以上の波長帯域の光がシングルモードで伝搬することを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光がシングルモードで伝搬することを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が６μｍ以上、１１μｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける曲率半径７．５ｍｍのマクロベンディングロスが０．１ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明にかかる光ファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおける曲率半径５．０ｍｍのマクロベンディングロスが０．１ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明にかかる光伝送媒体は、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の光ファイバを、曲率半径３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲げを形成した状態で備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる光伝送媒体は、上記の発明において、前記光ファイバは、曲率半径３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下のコイル状に巻かれた状態であることを特徴とする。
また、本発明にかかる光伝送媒体は、上記の発明において、前記光ファイバは、コア部の中心軸に沿ってクラッド部に形成された前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の端部を閉塞した状態で他の光ファイバに接続されることを特徴とする。
また、本発明にかかる光伝送媒体は、上記の発明において、前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の端部は、所定の充填物を充填することによって閉塞されることを特徴とする。
また、本発明にかかる光伝送媒体は、上記の発明において、前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の端部は、潰すことによって閉塞されることを特徴とする。
本発明によれば、基底モードで伝搬する光をコア部へ閉じ込める光閉じ込め効果を維持しつつ、高次モードで伝搬する光の閉じ込めを弱めることができ、且つ、コア部の横断面の中心において直交する２軸の各軸方向の屈折率分布を互いに同じにすることができる。この結果、シングルモードで光を伝送するとともにマクロベンディングロスの低減とＰＭＤの低減とを両立できる光ファイバを容易に実現できるという効果を奏する。また、本発明にかかる光ファイバを用いることによって、曲率半径の小さい曲げ部が形成された場合であってもマクロベンディングロスを低減できるとともにＰＭＤ増加を低減でき、且つ、シングルモードで光を伝送できる光伝送媒体を容易に実現できるという効果を奏する。
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる光ファイバおよび光伝送媒体の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明にかかる実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
（実施の形態）
まず、本発明の実施の形態にかかる光ファイバについて説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバの一構成例を示す横断面模式図である。この実施の形態にかかる光ファイバ１は、クラッド部８内に複数の副媒質部を配置した微細構造の光ファイバである。すなわち、図１に示すように、光ファイバ１は、光が伝搬するコア部２と、複数の副媒質部５ａ〜５ｄおよび副媒質部６ａ〜６ｈが配置された第１クラッド部３と、略均質な媒質によって形成された第２クラッド部４とを有する。この場合、クラッド部８は、かかる第１クラッド部３と第２クラッド部４とを有する。また、コア部２、第１クラッド部３、および第２クラッド部４は、光ファイバ１の長手方向の中心軸（すなわち光ファイバ１の横断面の中心）から外側に向けて同心円状に順に配置される。
コア部２は、例えば屈折率を上げる添加物を添加したシリカガラスによって形成され、光ファイバ１の横断面の略中心（すなわち光ファイバ１の長手方向の中心軸上）に配置される。コア部２は、光の伝搬路として機能する。また、このように屈折率を上げる添加物を添加したコア部２を形成することによって、コア部２を伝搬する光の伝送損失を低減することができる。なお、かかるコア部２に添加される添加物は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）およびリン（Ｐ）の少なくとも一つである。
ここで、光の伝搬路に用いられる標準的なＳＭＦにおいて、そのコア部とクラッド部との比屈折率差Δｎ１は、一般に、０．３％以上、０．４％以下である。このとき、かかるＳＭＦのコア部にゲルマニウムを添加した場合、ゲルマニウムのモル濃度は、約３〜４ｍｏｌ％である。このような標準的なＳＭＦに接続する光ファイバ１のコア部２には、かかるＳＭＦのコア部の場合と同じモル濃度のゲルマニウムを添加することが望ましい。これにより、第２クラッド部４（例えば純粋なシリカガラス）に対するコア部２の比屈折率差Δｎ１は、このＳＭＦと同様に０．３％以上、０．４％以下に設定される。この結果、かかるＳＭＦと光ファイバ１との接続損失を低減することができる。
なお、このような比屈折率差Δｎ１［％］は、コア部２の最大屈折率ｎcoreと第２クラッド部４の屈折率ｎcladとを用い、次式（１）によって定義される。
Δｎ１＝｛（ｎcore−ｎclad）／ｎcore｝×１００ ・・・（１）
第１クラッド部３は、複数の副媒質部が配置された微細構造を有する。具体的には、第１クラッド部３は、コア部２の外周に配置され、コア部２に比して屈折率が低い主媒質とこの主媒質に比して屈折率が小さい複数の副媒質部とからなる。さらに具体的には、第１クラッド部３は、コア部２を中心にして同心円状に内側クラッド領域３ａと外側クラット領域３ｂとに分割した場合（図１を参照）、この内側クラッド領域３ａ内に副媒質部５ａ〜５ｄを有し、この外側クラッド領域３ｂ内に副媒質群Ｇ１〜Ｇ４を有する。このように、第１クラッド部３は、かかる副媒質部５ａ〜５ｄと副媒質群Ｇ１〜Ｇ４とを径方向に多層配置した微細構造を有する。なお、内側クラッド領域３ａと外側クラット領域３ｂは重なり合うように構成してもよい。一方、この第１クラッド部３の主媒質は、例えば純粋なシリカガラスまたはフッ素を添加したシリカガラスである。なお、ここでいう純粋なシリカガラスとは、屈折率を変化させる目的で添加される物質（たとえばＧｅ、Ｆなど）が添加されていないものであり、Ｃｌ2などを含んでいてもよい。
副媒質部５ａ〜５ｄは、内側クラッド領域３ａ内であってコア部２を中心にした４回の回転対称の各位置にそれぞれ配置される。副媒質群Ｇ１〜Ｇ４は、外側クラッド領域３ｂ内であってコア部２を中心にした４回の回転対称の各位置にそれぞれ配置される。なお、副媒質群Ｇ１〜Ｇ４のそれぞれは、例えば２つの副媒質部を１組とするものであり、具体的には副媒質部６ａ，６ｂ、副媒質部６ｃ，６ｄ、副媒質部６ｅ，６ｆ、および副媒質部６ｇ，６ｈをそれぞれ含むものである。このような副媒質部５ａ〜５ｄおよび副媒質部６ａ〜６ｈは、第１クラッド部３の主媒質に比して屈折率が低い媒質からなり、例えば第１クラッド部３内に形成した空孔の内部に充満する液体、気体（例えば空気等）、または固体からなる。
具体的には、かかる副媒質部５ａ〜５ｄを配置するための各空孔は、横断面の形状が略円形であり、上述した内側クラッド領域３ａ内の４回の回転対称の各位置にコア部２に沿ってそれぞれ形成される。副媒質部５ａ〜５ｄは、このように内側クラッド領域３ａに形成された各空孔の内部をそれぞれ満たす媒質からなる。同様に、かかる副媒質部６ａ〜６ｈを配置するための各空孔は、上述した外側クラッド領域３ｂ内の４回の回転対称の各位置に、コア部２に沿ってそれぞれ形成される。副媒質部６ａ〜６ｈは、このように外側クラッド領域３ｂに形成された各空孔の内部をそれぞれ満たす媒質からなる。
このような構成を有する内側クラッド領域３ａおよび外側クラッド領域３ｂは、上述した主媒質のみによって形成された場合に比して平均屈折率を大きく低下させることができる。この結果、上述したコア部２と第１クラッド部３との比屈折率差を容易に非常に大きい値に設定できるようになる。この場合、かかる内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈは、シングルモードでの光伝送とマクロベンディングロスの低減とを考慮し、各横断面の直径（すなわち上述した各空孔の径）および各横断面の中心の位置（すなわち上述した空孔の中心軸の位置）とコア部２の横断面の中心との距離（以下、中心間距離と称する）を最適化して配置される。このようにして、内側クラッド領域３ａの横断面積に占める副媒質部５ａ〜５ｄの全横断面積の割合と外側クラッド領域３ｂの横断面積に占める副媒質部６ａ〜６ｄの全横断面積の割合とが最適化される。なお、かかる外側の副媒質部については、上述した８つの副媒質部６ａ〜６ｈに例示されるように、外側クラッド領域３ｂ内における配置数がさらに最適化される。
第２クラッド部４は、所定の媒質によって形成される均質な層であり、第１クラッド部３の外周に配置される。この場合、第２クラッド部４の媒質は、上述した第１クラッド部３と同様に、例えば純粋なシリカガラスまたはフッ素を添加したシリカガラス等のコア部２に比して屈折率が低い媒質であることが望ましい。この結果、第２クラッド部４は、コア部２に対して屈折率差を生じることができる。
なお、かかる第２クラッド部４の外周には、可撓性を有する被覆部（図示せず）が同心円状に配置される。このような被覆部は、光ファイバ１の損傷および強度劣化を防止するとともに、かかる光ファイバ１の内部に加えられた外力（応力）に起因して生じる歪みによって光伝送特性が劣化することを防止する。
つぎに、第１クラッド部３内における内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈの配置について説明する。図２は、第１クラッド部３内における内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈの配置例を示す横断面模式図である。図２に示すように、副媒質部５ａ〜５ｄは、内側クラッド領域３ａ内において、コア部２を中心に４回の回転対称の各位置にそれぞれ配置される。副媒質群Ｇ１〜Ｇ４は、外側クラッド領域３ｂ内において、コア部２を中心に４回の回転対称の各位置にそれぞれ配置される。
ここで、このように第１クラッド部３内の４回の回転対称の各位置に副媒質部がそれぞれ配置される場合、かかる副媒質部の横断面の中心は、光ファイバ１の横断面に平行であってコア部２の横断面の中心において直交する２軸（例えば図２に示すＸ軸およびＹ軸）上に位置し、且つ、かかる４回の回転対称の各位置に配置された副媒質部とコア部２との各中心間距離は同じである。すなわち、副媒質部５ａ〜５ｄの各横断面の中心はＸ軸またはＹ軸上に位置し、且つ、副媒質部５ａ〜５ｄとコア部２との各中心間距離は、すべて同じである。
一方、外側の副媒質群Ｇ１〜Ｇ４が外側クラッド領域３ｂにおいて互いに４回の回転対称の位置関係にある場合、これらに含まれる副媒質部６ａ，６ｃ，６ｅ，６ｇが外側クラッド領域３ｂにおいて互いに４回の回転対称の位置関係にあり、且つ残りの副媒質部６ｂ，６ｄ，６ｆ，６ｈが外側クラッド領域３ｂにおいて互いに４回の回転対称の位置関係にある。この場合、副媒質部６ａ，６ｃ，６ｅ，６ｇの各横断面の中心は、光ファイバ１の横断面に平行であってコア部２の横断面の中心において直交する２軸上に位置する。且つ、副媒質部６ａ，６ｃ，６ｅ，６ｇとコア部２との各中心間距離は、すべて同じである。これと同様に、副媒質部６ｂ，６ｄ，６ｆ，６ｈの各横断面の中心は、光ファイバ１の横断面に平行であってコア部２の横断面の中心において直交する２軸上に位置する。且つ、副媒質部６ｂ，６ｄ，６ｆ，６ｈとコア部２との各中心間距離は、すべて同じである。
ここで、上述した内側の副媒質部５ａ〜５ｄの各横断面の中心は、副媒質部５ａ〜５ｄとコア部２との中心間距離Ｌ１を半径とする円周上に位置する。また、上述した外側の副媒質部６ａ，６ｃ，６ｅ，６ｇの各横断面の中心は、コア部２の断面中心を中心とした円周上に位置し、外側の副媒質部６ｂ，６ｄ，６ｆ，６ｈの各横断面の中心は、コア部２の断面中心を中心とした円周上に位置する。なお、本実施形態例においては、副媒質部６ａ〜６ｈの各横断面の中心は、副媒質６ａ〜６ｈとコア部２との中心間間距離Ｌ２を半径とする円周上に位置している。すなわち、かかる内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈの各横断面の中心は、コア部２の横断面の中心（図２に示すＸ軸とＹ軸との交点）を同一中心とする同心円上にそれぞれ位置している。このように内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈを同一径とし、外側の副媒質部６ａ〜６ｈをすべて同一円周上に配置することで、４回の回転対称の各位置に配置し易くなり、この結果、本発明にかかる光ファイバ１の製造性（製造し易さ）が向上する。
また、上述した外側の副媒質部６ａ〜６ｈの各横断面の中心は、内側の副媒質部５ａ〜５ｄのうちの互いに隣接する２つの副媒質部の各横断面の中心を通過する直線上に位置することが望ましい。具体的には図２に示すように、内側クラッド領域３ａを挟んで対向する副媒質部６ａ，６ｆの各横断面の中心は、隣接する２つの副媒質部５ａ，５ｄの各横断面の中心を通過する直線Ａ１上に位置する。また、内側クラッド領域３ａを挟んで対向する副媒質部６ｃ，６ｈの各横断面の中心は、隣接する２つの副媒質部５ａ，５ｂの各横断面の中心を通過する直線Ａ２上に位置する。このことは、残りの副媒質部６ｂ，６ｄ，６ｅ，６ｇについても同様である。このように内側の副媒質部５ａ〜５ｄを基準に外側の副媒質部６ａ〜６ｈを配置することによって、第１クラッド部３内での複数の副媒質部の多層配置を最適化することができる。
このように複数の副媒質部（例えば内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈ）が多層配置された第１クラッド部３によれば、コア部２への光の閉じ込めを非常に強くすることができる。すなわち、このようなクラッド部３を有する光ファイバ１に小径曲げ（例えば曲率半径ｒが５ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲げ）を形成した場合であってもクラッド部３への光の漏れを少なくでき、この結果、かかる小径曲げに対するマクロベンディングロスを小さくすることができる。
また、かかるクラッド部３内に多層配置された副媒質部５ａ〜５ｄおよび副媒質部６ａ〜６ｄが、上述したようにコア部２を中心に４回の回転対称の各位置にそれぞれ配置されている。このため、コア部２の横断面の中心において直交する２軸（例えば図２に示すＸ軸およびＹ軸）の各軸方向の屈折率分布が互いに等価になる。例えば図２において、Ｘ軸方向の屈折率分布およびＹ軸方向の屈折率分布は、互いに等価である。この結果、このような直交２軸の各軸方向について屈折率分布の異方性が生じないので、かかる第１クラッド部３を有する光ファイバ１のＰＭＤの増加を抑制することができる。
さらに、上述したように第１クラッド部３における複数の副媒質部５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｈの多層配置を最適化することによって、伝搬する光の基底モード（以下、基底モードと称する）のコア部２への閉じ込め効果を維持しつつ、伝搬する光の高次モードで（以下、高次モードと称する）のコア部２への閉じ込めを弱めることができる。この結果、基底モードをコア部２に閉じ込めつつ高次モードをクラッド部へ漏らすことができる。すなわち、かかる第１クラッド部３を有する光ファイバ１は、シングルモードで光を伝送（基底モードのみを導波）するとともに、上述した小径曲げに対するマクロベンディングロスの低減とＰＭＤ増加の抑制とを両立できる。
具体的には、上述したような構成を有する光ファイバ１は、例えば１５００ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる。これによって、光ファイバ１は、ＣバンドおよびＬバンドを含む波長帯域の光を伝送することができる。また、かかる光ファイバ１は、波長１５５０ｎｍの光をシングルモードで伝送する場合、６μｍ以上、１１μｍ以下のＭＦＤを有し、且つ、曲率半径ｒが７．５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減できる。
このような光ファイバ１は、例えば、上述した比屈折率差Δｎ１、第１クラッド部３内に複数の副媒質部を配置するために形成した各空孔の直径（空孔径ｄ）、または中心間距離Ｌ１，Ｌ２等のパラメータを用途に応じて適宜操作することによって、伝送する光の低波長帯域化、さらに小径な曲げに対するマクロベンディングロスの低減等を実現できる。具体的には、このようなパラメータを適宜操作した光ファイバ１は、例えば１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる。これによって、光ファイバ１は、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンド、Ｅバンド、およびＯバンドを含む広範囲な波長帯域の光を伝送することができる。また、このようなパラメータを適宜操作した光ファイバ１は、波長１５５０ｎｍの光をシングルモードで伝送する場合、６μｍ以上、１１μｍ以下のＭＦＤを有し、且つ、曲率半径ｒが３．０ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減できる。
なお、上述したシングルモードでの光の伝送は、通常、カットオフ波長λｃが使用波長（伝送する光の波長）に比して短いことで定義される。しかし、ここでは、波長λの光を伝送する光ファイバ１において、この波長λにおける全高次モードの伝送損失が２０ｄＢ／ｍ以上である場合、この光ファイバ１は波長λの光をシングルモードで伝送したものと定義する。これは、例えば光ファイバ１を１０ｍ以上の長さにして用いた場合、この光ファイバ１の全高次モードの伝送損失が２０ｄＢ／ｍ以上であれば、かかる全高次モードの影響が実質的に無いからである。
なお、全高次モードの伝送損失が２０ｄＢ／ｍ以上である場合、この光ファイバ１は波長λの光をシングルモードで伝送したとする定義は、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１に定義されるファイバカットオフ波長λｃとほぼ等価である。また、本明細書において特に定義していない用語等については、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０．１またはＧ．６５０．２による定義および測定方法に従う。
一方、上述したように小径曲げに対するマクロベンディングロスの低減とＰＭＤ増加の抑制とを両立できるシングルモードファイバとして機能する光ファイバ１は、例えば屋内またはビル等の壁または柱に沿った局所位置に曲率半径が小さい状態で敷設できる。具体的には、光ファイバ１は、３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲率半径の小径曲げを１箇所以上に形成した状態で敷設された場合であっても、かかる小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減しつつ、１５５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。このことは、３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲率半径の小径曲げを形成しつつ光ファイバ１をコイル状に巻いた場合も同様である。
ここで、このようなマクロベンディングロスは、光ファイバ１を伝搬する光が低波長帯域であるほど低減される。したがって、光ファイバ１は、１５５０ｎｍ以下の波長帯域、例えば１３１０ｎｍ以上または１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光を伝送する場合も、上述した１５５０ｎｍ以上の波長帯域の光を伝送する場合と同様の作用効果を奏する。
また、上述したように６μｍ以上、１１μｍ以下のＭＦＤを有する光ファイバ１は、光の伝搬路に用いられる標準的なＳＭＦ（以下、この標準的なＳＭＦとは、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２相当のファイバを指す）に接続した場合に生じる接続損失を低減することができる。これは、この標準的なＳＭＦのＭＦＤが波長１５５０ｎｍにおいて約１０μｍであり、光ファイバ１のＭＦＤ（６μｍ以上、１１μｍ以下）に近い値であることに起因する。すなわち、標準的なＳＭＦと光ファイバ１とを接続する場合、かかる標準的なＳＭＦのＭＤＦと光ファイバ１のＭＦＤとの差が零に近いほど、これら両者の接続損失を低減できるからである。このことは、かかる標準的なＳＭＦと光ファイバ１とを融着接続する場合も同様である。
上述したような作用効果を奏する光ファイバ１を用いることによって、３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲率半径の小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減するとともにＰＭＤの増加を抑制でき、且つ１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる線状またはコイル状の光伝送媒体を実現することができる。かかる光伝送媒体を用いることによって、かかる小径曲げに対するマクロベンディングロスの低減とＰＭＤ増加の抑制とを両立しつつ１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光を伝送可能な導波路または光デバイスを容易に実現できる。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１の製造方法を説明し、この製造方法に基づいて製造した光ファイバ１の一実施例を具体的に説明する。図１に例示した光ファイバ１は、以下に示す製造方法に基づいて製造された。
まず、ＶＡＤ（Vapor-phase Axial Deposition）法またはＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法によってシリカガラスに添加物を添加してコア部を形成し、この添加物を添加したコア部を含むシリカガラスを製造する。この場合、かかるコア部に添加される添加物は、ゲルマニウムおよびリンの少なくとも一つである。また、かかるコア部の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差は０．３７％に調整される。
なお、ＶＡＤ法またはＭＣＶＤ法によれば、コア部を形成するためにシリカガラスに添加する添加物の量を微調整することができる。この結果、第２クラッド部４（例えば純粋なシリカガラス）に対するコア部２の比屈折率差Δｎ１を０．０１％刻みに調節することができる。
つぎに、ＯＶＤ（outside Vapor Deposition）法に基づいて、かかるコア部を含むシリカガラスの外周に、純粋なシリカガラスの層を形成（外付け）した。これによって、外径が４０ｍｍであり、コア部の直径が３．７ｍｍである母材を作製した。この場合、かかる母材は、長手方向の中心軸から径方向（外側）に向けて順次同心円状に層形成されたコア部と純粋なシリカガラス部とを有する。なお、この純粋なシリカガラス部分は、フッ素を添加したシリカガラスに代えてもよい。
その後、例えば超音波ドリル等の機械式ドリルを用いて母材のシリカガラス部を穿孔し、この母材のシリカガラス部に複数の空孔を形成する。この場合、かかる複数の空孔は、横断面が略円形であって、図２に例示したような４回の回転対称の各位置にコア部の中心軸に沿って形成される。具体的には、この母材のコア部の外周近傍のシリカガラス部であってこのコア部を中心にした４回の回転対称の各位置（図２に示した副媒質部５ａ〜５ｄに対応する各位置）に、このコア部に平行な空孔が１つずつ形成される。続いて、かかる４つの空孔が形成されたシリカガラス部の外側に位置するシリカガラス部であってこのコア部を中心にした４回の回転対称の各位置（図２に示した副媒質部６ａ〜６ｈに対応する各位置）に、このコア部に平行な空孔が２つずつ形成される。なお、このような複数の空孔は、仕上がり直径が３．２ｍｍになるように形成される。その後、かかる複数の空孔の内壁面を研磨した。
つぎに、かかる複数の空孔が形成された母材を線引きして光ファイバを形成した。この場合、ファイバクラッド外径（すなわちコア部の外周に形成したシリカガラス部の外径）が８０μｍになるように線引きした。このようにして、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１の実施例１であるサンプル＃１が作製された。
この実施例１であるサンプル＃１は、上述した光ファイバ１の構成を有する（図１，２を参照）。具体的には、サンプル＃１のコア部２は、横断面の直径（すなわちコア径）が７．４μｍであり、第２クラッド部４に対して０．３７％の比屈折率差Δｎ１を有する。また、サンプル＃１のクラッド部３に配置された内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈは、上述した空孔の内部空間を満たす気体（例えば空気等）からなる。この場合、かかる副媒質部５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｈの各横断面（すなわち上述した空孔の横断面）は略円形であり、これらの各横断面の面積は互いに略同値である。なお、かかる副媒質部の各横断面の直径は、６．４μｍであった。
また、サンプル＃１の内側の副媒質部５ａ〜５ｄとコア部２との中心間距離Ｌ１は、７．７μｍであった。かかる内側の副媒質部５ａ〜５ｄの各横断面の中心は、この中心間距離Ｌ１を半径としコア部２を中心とした円周上に位置する。
一方、サンプル＃１の外側の副媒質部６ａ〜６ｈとコア部２との中心間距離Ｌ２は、１６．４３５μｍであった。かかる外側の副媒質部６ａ〜６ｈの各横断面の中心は、この中心間距離Ｌ２を半径としコア部２を中心とした円周上、すなわち内側の副媒質部５ａ〜５ｄの各横断面の中心を通る円周と同心円であって中心間距離Ｌ２を半径とする円周上に位置する。また、かかる外側の副媒質部６ａ〜６ｈの各横断面の中心は、図２に例示したように、内側の副媒質部５ａ〜５ｄのうちの互いに隣接する２つの副媒質部の各横断面の中心を通過する直線上に位置する。
このような構成を有するサンプル＃１は、例えば図３に例示するような諸特性を有する。すなわち図３に例示するように、サンプル＃１のカットオフ波長λｃは、１２８０ｎｍである。したがって、サンプル＃１は、１２８０ｎｍ以上の波長帯域の光、例えば１．３μｍ帯域（１２８０〜１３３０ｎｍ）および１．５５μｍ帯域（１５３０〜１５６５ｎｍ）の光をシングルモードで伝送できる。このようなシングルモードファイバであるサンプル＃１は、波長１５５０ｎｍの光を伝送する場合の波長分散が３３．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープが０．０７２６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ2である。
また、サンプル＃１は、波長１５５０ｎｍの光を伝送する場合、曲率半径ｒ＝７．５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．０１ｄＢ／ｍ未満に低減でき、曲率半径ｒ＝５．０ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．０９ｄＢ／ｍに低減できる。このように、サンプル＃１の小径曲げに対するマクロベンディングロスは、０．１ｄＢ／ｍ以下であり、小径曲げによる損失増加量が非常に小さい。
さらに、サンプル＃１は、波長１５５０ｎｍの光を伝送する場合にＰＭＤを０．０６ｐｓ／ｋｍ1/2に低減できる。この結果、サンプル＃１は、ＰＭＤの増加を抑制でき、このＰＭＤの増加に起因する光伝送の劣化およびノイズの発生等を防止できる。
また、サンプル＃１は、波長１５５０ｎｍの光を伝送する場合、６．９μｍのＭＦＤを有する。このように標準的なＳＭＦのＭＦＤ（約１０μｍ）に近いＭＦＤを有することによって、サンプル＃１は、かかる標準的なＳＭＦに接続（例えばメカニカルスプライスを用いた機械的な接続または融着接続）する場合に生じる接続損失を低減できる。これに加えて、サンプル＃１は、光ファイバ内において生じる非線形現象を小さく抑えることができる。
なお、この実施例１では、外径４０ｍｍの母材をクラッド外径８０μｍの光ファイバになるように線引きしてサンプル＃１を作製したが、これに限らず、用途に応じてクラッド外径を５０〜１５０μｍの範囲で変化させてサンプル＃１を作製してもよい。例えば、クラッド外径を１２５μｍにしたサンプル＃１を作製する場合、上述した製造方法に基づいて、外径を６２．５ｍｍにし、コア径を３．７ｍｍにした母材を作製し、この母材のシリカガラス部に複数の空孔（直径３．２ｍｍ）を形成する。その後、かかる母材をクラッド外径１２５μｍの光ファイバになるように線引きすればクラッド外径１２５μｍのサンプル＃１を作製できる。かかるクラッド外径１２５μｍのサンプル＃１は、上述したクラッド外径８０μｍのサンプル＃１とほぼ同様の諸特性（図３を参照）を有する。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１の実施例２について説明する。この実施例２では、上述した光ファイバ１の製造方法に基づいて、この光ファイバ１の実施例１であるサンプル＃１の比屈折率差Δｎ１および副媒質部の直径（すなわち空孔径ｄ）の少なくとも一つを増加または減少させたサンプル＃２〜＃９を検討した。
具体的には、サンプル＃２，＃３の比屈折率差Δｎ１は、上述した実施例１であるサンプル＃１と同値（Δｎ１＝０．３７％）にし、サンプル＃４〜＃６の比屈折率差Δｎ１は、上述した実施例１であるサンプル＃１に比して低い値（Δｎ１＝０．３３％）にし、サンプル＃７〜＃９の比屈折率差Δｎ１は、上述した実施例１であるサンプル＃１に比して高い値（Δｎ１＝０．４０％）にした。また、サンプル＃４，＃７の空孔径ｄは、上述した実施例１であるサンプル＃１と同値（ｄ＝６．４μｍ）にし、サンプル＃２，＃５，＃８の空孔径ｄは、上述した実施例１であるサンプル＃１に比して小さい値（ｄ＝６．０μｍ）にし、サンプル＃３，＃６，＃９の空孔径ｄは、上述した実施例１であるサンプル＃１に比して大きい値（ｄ＝６．８μｍ）にした。なお、この光ファイバ１の実施例２であるサンプル＃２〜＃９は、かかる比屈折率差Δｎ１または空孔径ｄ以外について、上述した実施例１であるサンプル＃１と同様の構成を有する。
このような実施例２であるサンプル＃２〜＃９は、例えば図４に示すような諸特性を有する。すなわち図４に示すように、かかるサンプル＃２〜＃９は、１５００ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できるとともに、曲率半径ｒが７．５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減できる。また、かかるサンプル＃２〜＃９は、波長１５５０ｎｍの光を伝送する場合、上述した実施例１であるサンプル＃１と同等以上のＭＦＤを有する。
なお、図４に示す最低次高次モード伝送損失とは、所定波長の光の伝搬において、高次モードのうちの最低次の高次モード（例えば、高次モードが１次モードから３次モードである場合の１次モード）の伝送損失である。
ここで、かかるサンプル＃２〜＃９は、上述したサンプル＃１と同様に、第１クラッド部３内であってコア部２を中心にした４回の回転対称の各位置に複数の副媒質部５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｈが多層配置されている。このため、かかるサンプル＃２〜＃９は、上述したサンプル＃１と同様にＰＭＤを低減できる。
また、上述したサンプル＃１に比して空孔径ｄを小さくしたサンプル＃２は、コア部２への高次モードの光の閉じ込めをサンプル＃１に比して弱くすることができる。この結果、かかるサンプル＃２は、図４に示すように、１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。また、かかるサンプル＃２のＭＦＤは、サンプル＃１に比して大きくすることができ、この結果、標準のＳＭＦのＭＦＤ（約１０μｍ）にさらに近いものになる。
一方、上述したサンプル＃１に比して空孔径ｄを大きくしたサンプル＃３は、図４に示すように波長１２５０ｎｍの光をシングルモードで伝搬することは困難であるが、波長１２９０ｎｍの光を伝送する場合の最低次高次モード伝送損失が２０ｄＢ／ｍ以上であった。したがって、かかるサンプル＃３は、１２９０ｎｍ以上の波長帯域の光（例えば１．３ｍ帯域の光）をシングルモードで伝送することができる。また、かかるサンプル＃３は、波長１５５０ｎｍの光を伝送する場合、曲率半径ｒが５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下（具体的には０．０３１７ｄＢ／ｍ）に低減することができる。したがって、かかるサンプル＃３の構造は、上述したサンプル＃１に比してマクロベンディングロスの低減に有効な構造である。
また、上述したサンプル＃１に比して比屈折率差Δｎ１を小さくしたサンプル＃４〜＃６は、コア部２への高次モードの光の閉じ込めをサンプル＃１に比して弱くすることができる。この結果、かかるサンプル＃４〜＃６は、図４に示すように、１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。ここで、上述したサンプル＃１に比して比屈折率差Δｎ１を小さくし且つ空孔径ｄを大きくしたサンプル＃６は、１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送するとともに、曲率半径ｒが５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下（具体的には０．０８３ｄＢ／ｍ）に低減することができる。
さらに、上述したサンプル＃１に比して比屈折率差Δｎ１を大きくしたサンプル＃７〜＃９は、図４に示すように、１５００ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。また、かかるサンプル＃７〜＃９は、上述したサンプル＃１〜＃５に比して、曲率半径ｒが７．５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを低減することができる。例えば、かかるサンプル＃７〜＃９は、このマクロベンディングロスによる損失増加量を上述したサンプル＃１〜＃３の約半分に低減することができる。特に、上述したサンプル＃１に比して比屈折率差Δｎ１を大きくし且つ空孔径ｄを同等または大きくしたサンプル＃７，＃９は、１５００ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送するとともに、曲率半径ｒが５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減することができる。
かかるサンプル＃２〜９に例示されるように、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１は、比屈折率差Δｎ１および空孔径ｄの少なくとも一つを適宜操作することによって、伝送する光の低波長帯域化、さらなる小径曲げに対するマクロベンディングロスの低減、ＭＦＤの増加等を実現できる。
また、上述したサンプル＃２〜＃９の特性結果から判るように、例えば実施例１であるサンプル＃１を作製する場合、かかるサンプル＃１の比屈折率差Δｎ１（＝０．３７％）および空孔径ｄ（＝６．４μｍ）に、図４に示した比屈折率差Δｎ１（０．３３〜０．４０％）および空孔径ｄ（６．０〜６．８μｍ）に例示されるような構造ばらつきが生じたとしても、作製される光ファイバ１の極端なカットオフ波長の長波長化およびマクロベンディングロスの増大等は生じない。すなわち、上述したサンプル＃２〜＃９に例示される程度の設計構造のずれが生じた場合であっても、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１は、ＰＭＤ増加を抑制しつつ１５００ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送でき、波長１５５０ｎｍの光の伝送において曲率半径ｒが７．５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減できる。したがって、この光ファイバ１の製造における構造ばらつきの許容範囲は大きいといえる。
なお、この実施例２であるサンプル＃２〜＃９は、上述した実施例１であるサンプル＃１と同様に、例えばクラッド外径が５０〜１５０μｍになるように線引きして作製されてもよい。このようにクラッド外径を変化させたサンプル＃２〜＃９は、上述したクラッド外径８０μｍのサンプル＃２〜＃９とほぼ同様の諸特性（図４を参照）をそれぞれ有する。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１の実施例３について説明する。この実施例３では、上述した光ファイバ１の製造方法に基づいて、この光ファイバ１の実施例１であるサンプル＃１の空孔径ｄおよび中心間距離Ｌ１，Ｌ２を変化させたサンプル＃１０〜＃１９を検討した。具体的には、この実施例３であるサンプル＃１０〜＃１９は、上述した実施例１であるサンプル＃１に比して空孔径ｄおよび中心間距離Ｌ１，Ｌ２を大きくしたものである。すなわち、かかるサンプル＃１０〜＃１９は、空孔径ｄおよび中心間距離Ｌ１，Ｌ２以外について、上述した実施例１であるサンプル＃１と同様の構成を有する。
このような実施例３であるサンプル＃１０〜＃１９は、例えば図５に示すような諸特性を有する。すなわち図５に示すように、かかるサンプル＃１０〜＃１９は、波長１５５０ｎｍの光を伝送する場合、曲率半径ｒが７．５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減でき、且つ６．０ｍ以上、１１μｍ以下のＭＦＤを有する。
ここで、かかるサンプル＃１０〜＃１９は、上述したサンプル＃１と同様に、クラッド部３内であってコア部２を中心にした４回の回転対称の各位置に複数の副媒質部５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｈが多層配置されている。このため、かかるサンプル＃１０〜＃１９は、上述したサンプル＃１と同様にＰＭＤを低減できる。
また、サンプル＃１０，＃１１は、図５に示すように波長１２５０ｎｍの光をシングルモードで伝搬することは困難であるが、波長１３００ｎｍの光を伝送する場合の最低次高次モード伝送損失が２０ｄＢ／ｍ以上であった。したがって、かかるサンプル＃１０，＃１１は、１３００ｎｍ以上の波長帯域の光（例えば波長１３１０ｎｍの光）をシングルモードで伝送することができる。特に、このサンプル＃１１は、波長１５５０ｎｍの光を伝送する場合、曲率半径ｒが５ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍに低減することができる。したがって、かかるサンプル＃１１の構造は、マクロベンディングロスの低減に有効な構造である。
一方、サンプル＃１２〜＃１９は、上述したサンプル＃１に比して空孔径ｄおよび中心間距離Ｌ１，Ｌ２を図５に示すように大きくすることによって、コア部２への高次モードの光の閉じ込めをサンプル＃１に比して弱くすることができる。この結果、かかるサンプル＃１２〜＃１９は、図５に示すように、１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。
ここで、図５に例示するように空孔径ｄおよび中心間距離Ｌ１，Ｌ２を適宜操作して作製したサンプル＃１０〜＃１９は、上述した実施例１であるサンプル＃１に比してＭＦＤを大きくすることができる。具体的には、かかるサンプル＃１０〜＃１９のＭＦＤは、図５に示すように８．５ｍ以上にすることができ、これによって、標準のＳＭＦのＭＦＤ（約１０μｍ）にさらに近いものになる。この結果、かかるサンプル＃１０〜＃１９に例示される光ファイバ１と標準のＳＭＦとの接続におけるＭＦＤのミスマッチを低減することができ、かかる光ファイバ１と標準のＳＭＦとの機械的な接続または融着接続の際に生じる接続損失を極めて低いものに低減することができる。これに加えて、かかるサンプル＃１０〜＃１９は、上述した実施例１であるサンプル＃１に比して、光ファイバ内において生じる非線形現象をさらに小さく抑えることができる。
なお、この実施例３であるサンプル＃１０〜＃１９は、上述した実施例１であるサンプル＃１と同様に、例えばクラッド外径が５０〜１５０μｍになるように線引きして作製されてもよい。このようにクラッド外径を変化させたサンプル＃１０〜＃１９は、上述したクラッド外径８０μｍのサンプル＃１０〜＃１９とほぼ同様の諸特性（図５を参照）をそれぞれ有する。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光伝送媒体について説明する。この実施例４では、上述した光ファイバ１をコイル状に巻くことによって形成した光伝送媒体の一実施例を説明する。図６は、本発明の実施例４である光伝送媒体の一構成例を示す模式図である。図６に示すように、この実施例４である光伝送媒体２０は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１と、この光ファイバ１を巻き付ける小型のボビン２１とを有する。
ボビン２１は、光ファイバ１を巻き付ける巻き付け部の両側に、この巻き付け部の範囲を規制する鍔部を有する。なお、かかる両側の鍔部の直径は３０ｍｍである。また、このボビン２１の巻き付け部の直径は、２０ｍｍである。上述した光ファイバ１は、例えば実施例１であるサンプル＃１と同様の構造および諸特性を有する。この光ファイバ１の長さは、例えば２００ｍである。このような光ファイバ１をボビン２１の巻き付け部に巻き付けることによって、この実施例４である光伝送媒体２０が形成される。
ここで、かかる光伝送媒体２０に用いられる光ファイバ１（例えば実施例１であるサンプル＃１）は、上述したように、３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲率半径の小径曲げを形成した状態でコイル状に巻かれた場合であっても、かかる小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減しつつ、１２８０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。また、上述した実施例２であるサンプル＃２〜＃９または実施例３であるサンプル＃１０〜＃１９に例示される光ファイバ１であれば、かかる小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減しつつ、１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送することができる。
このような光ファイバ１は、ボビン２１に巻き付けられる前の状態と巻き付けられた後の状態との各マクロベンディングロスに殆ど差が無く、このコイル状に巻かれた光ファイバ１のマクロベンディングロスに起因する損失増加量は、ほぼ零（測定限界以下）であった。また、かかるコイル状に巻かれた光ファイバ１は、コイル状に巻かれる前の状態時と同様にＰＭＤの増加を抑制できた。
このような光ファイバ１を用いた光伝送媒体２０は、容易に小型化することができ、３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲率半径の小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減するとともにＰＭＤの増加を抑制でき、且つ１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる。かかる光伝送媒体２０のコイル状の光ファイバ１に標準的なＳＭＦ（例えば幹線系のシングルモードファイバ）等を接続することによって、装置規模の小型化を促進するとともに、小径曲げに対するマクロベンディングロスの低減とＰＭＤ増加の抑制とを両立しつつ１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光を伝送できる様々な光デバイスを容易に実現できる。
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光伝送媒体の実施例５について説明する。この実施例５では、上述した光ファイバ１の両端に標準的なＳＭＦ（幹線系の光ファイバ）を接続して導波路を形成する光伝送媒体の一実施例を説明する。図７は、本発明の実施例５である光伝送媒体の一構成例を示す模式図である。図７に示すように、この実施例５である光伝送媒体３０は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１の両端に幹線系の光ファイバ１０１，１０２をそれぞれ接続することによって実現される。
光ファイバ１は、上述した実施例１〜３のいずれかであり、その両端部に幹線系の光ファイバ１０１，１０２がそれぞれ接続される。幹線系の光ファイバ１０１，１０２は、上述した標準的なＳＭＦである。この場合、幹線系の光ファイバ１０１は、接続部Ｃ１において光ファイバ１に接続され、幹線系の光ファイバ１０２は、接続部Ｃ２において光ファイバ１に接続される。
このような構成を有する光伝送媒体３０は、例えば図７に示すように、障害物１１０の表面に沿って光ファイバ１を敷設するように配置される。この場合、光ファイバ１は、図７に示す屈曲部Ｂ１，Ｂ２を形成して障害物１１０に敷設される。かかる光ファイバ１は、屈曲部Ｂ１，Ｂ２において曲率半径ｒが５ｍｍの小径曲げを形成しつつ略直角に曲げられる。
ここで、この光伝送媒体３０の光ファイバ１に代えて標準的なＳＭＦ（例えば幹線系の光ファイバ１０１，１０２のいずれか）を障害物１１０に敷設し、この標準的なＳＭＦに波長１５５０ｎｍの光を伝送した場合、この標準的なＳＭＦに形成された屈曲部Ｂ１，Ｂ２において約５ｄＢのマクロベンディングロスがそれぞれ発生し、すなわち、かかる屈曲部Ｂ１，Ｂ２の２箇所において合計約１０ｄＢのマクロベンディングロスが発生する。この結果、幹線系トータルでの光の伝送損失が非常に大きくなった。
これに対し、上述した光ファイバ１を障害物１１０に沿って敷設した光伝送媒体３０に波長１５５０ｎｍの光を伝送した場合、屈曲部Ｂ１，Ｂ２におけるマクロベンディングロスの損失増加量はほぼ零（測定限界以下）であり、かかる屈曲部Ｂ１，Ｂ２におけるマクロベンディングロスを０．１ｄＢ以下に低減することができた。また、接続部Ｃ１，Ｃ２における幹線系の光ファイバ１０１，１０２と光ファイバ１との接続（機械的な接続または融着接続）によって生じる接続損失は、０．１ｄＢ以下であった。したがって、かかる接続損失による光の伝送損失増加の弊害は少ない。
このような構成を有する光伝送媒体３０は、例えば屈曲部Ｂ１，Ｂ２を生じさせる障害物に沿って光ファイバ１を敷設した場合においても、マクロベンディングロスを低減するとともにＰＭＤ増加を抑制でき、且つ１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送可能な導波路を容易に実現できる。かかる光伝送媒体３０によって形成された導波路は、上述した標準的なＳＭＦ（例えば幹線系の光ファイバ１０１，１０２）のみを用いて形成した導波路に比して、幹線系トータルでの光の伝送損失を極めて小さく抑えることができる。
つぎに、上述した接続部Ｃ１，Ｃ２における光ファイバ１と標準的なＳＭＦ（例えば幹線系の光ファイバ１０１，１０２）との接続について説明する。図８は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１と標準的なＳＭＦとの接続方法を例示する断面模式図である。なお、図８には、この実施例５である光伝送媒体３０の光ファイバ１と幹線系の光ファイバ１０２とを接続部Ｃ２において接続する場合の接続方法を例示する。
図８に示すように、かかる光伝送媒体３０の光ファイバ１は、第１クラッド部３に形成された各空孔（すなわち副媒質部５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｈを充満させる各空孔）の端部を屈折率整合剤１１によって閉塞した状態で幹線系の光ファイバ１０２に接続される。具体的には、まず、かかる光ファイバ１の各空孔の端部の空隙内に屈折率整合剤１１を充填し、これら各空孔の端部を閉塞する。その後、このように空孔の端部が閉塞された状態の光ファイバ１の端部と幹線系の光ファイバ１０２の端部とを接続した。この場合、光ファイバ１は、そのコア部２の中心軸と幹線系の光ファイバ１０２のコア部１０３の中心軸とを一致させるように突き合せて融着接続または機械的に接続した。
ここで、かかる空孔の端部に充填する屈折率整合剤１１は、例えば粘性が高いグリス等の樹脂剤であり、波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率が約１．４４である。このような屈折率整合剤１１を各空孔の端部に充填することによって、かかる空孔が形成された第１クラッド部３の端部の屈折率を均質な第２クラッド部４の屈折率に近づけることができる。これによって、光ファイバ１の端部におけるＭＦＤは、拡大するとともに、幹線系の光ファイバ１０２のＭＦＤの値に近づく。さらには、かかる第１クラッド部３と第２クラッド部４からなるクラッド部８の端部における屈折率がほぼ一様になる。この結果、フレネル反射による接続損失を低減できるとともに、かかる空孔を閉塞していない場合に比して接続部Ｃ２における接続損失を低減することができる。なお、この接続方法によって形成された接続部Ｃ２における接続損失は、測定した結果、０．１ｄＢ以下であった。
また、かかる屈折率整合剤１１によって各空孔の端部を閉塞することによって、光ファイバ１と幹線系の光ファイバ１０２とを接続する際に各空孔の内部空間（または副媒質部中）にゴミ等の異物が入ることを防止できる。例えば、空孔７ａの端部に屈折率整合剤１１を充填することによって、この空孔７ａの内部空間、すなわち副媒質部６ａ内に異物が入ることを防止できる。
つぎに、上述した光ファイバ１と幹線系の光ファイバ１０２との別の接続方法について説明する。上述した光ファイバ１と幹線系の光ファイバ１０２との接続方法では、光ファイバ１の各空孔の端部を閉塞する場合、上述した屈折率整合剤１１を各空孔の端部に充填するものに限らず、かかる各空孔の端部を潰してもよい。図９は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバ１と標準的なＳＭＦとの別の接続方法を例示する断面模式図である。なお、図９には、上述した図８と同様に、この実施例５である光伝送媒体３０の光ファイバ１と幹線系の光ファイバ１０２とを接続部Ｃ２において接続する場合の接続方法を例示する。
図９に示すように、かかる光伝送媒体３０の光ファイバ１は、第１クラッド部３に形成された各空孔（すなわち副媒質部５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｈを充満させる各空孔）の端部を潰すことによって閉塞した状態で幹線系の光ファイバ１０２に接続される。具体的には、まず、かかる光ファイバ１の各空孔の端部を加熱処理によって潰し、これら各空孔の端部を閉塞する。その後、このように空孔の端部が閉塞された状態（すなわち閉塞部９が形成された状態）の光ファイバ１の端部と幹線系の光ファイバ１０２の端部とを接続した。この場合、光ファイバ１は、そのコア部２の中心軸と幹線系の光ファイバ１０２のコア部１０３の中心軸とを一致させるように突き合せて融着接続または機械的に接続した。
ここで、このように各空孔の端部に閉塞部９を形成することによって、第１クラッド部３の端部の屈折率を均質な第２クラッド部４の屈折率とほぼ同じ値にすることができる。これによって、上述した屈折率整合剤１１を各空孔の端部に充填した場合と同様の作用効果を享受することができる。したがって、フレネル反射による接続損失を低減できるとともに、かかる空孔を閉塞していない場合に比して接続部Ｃ２における接続損失を低減することができる。なお、この接続方法によって形成された接続部Ｃ２における接続損失は、測定した結果、０．１ｄＢ以下であった。
なお、このように各空孔の端部を潰して光ファイバ１と幹線系の光ファイバ１０２とを融着接続する場合、かかる融着接続を行うために光ファイバ１および幹線系の光ファイバ１０２の各端部に放電する電力は非常に弱くし、且つこの放電時間は長時間に設定する。このようにして、各空孔の端部を徐々に潰しつつ融着接続を行った。これは、光ファイバ１の端部に強い電力を急激に放電した場合、各空孔が膨張し、さらには各空孔が破裂して光ファイバ１の端部に空洞または欠損部分が生じるからであり、このような空孔の膨張を防止するとともに、光ファイバ１の端部における空洞または欠損部分の発生を防止するためである。
上述したような２つの接続方法は、接続部Ｃ２における光ファイバ１と幹線系の光ファイバ１０２との接続に限らず、接続部Ｃ１における光ファイバ１と幹線系の光ファイバ１０１との接続に対しても適用できる。すなわち、かかる光ファイバ１および幹線系の光ファイバ１０１は、上述した２つの接続方法のいずれかに基づいて接続することによって、接続部Ｃ２の場合と同様に、フレネル反射による接続損失を低減できるとともに、かかる空孔を閉塞していない場合に比して接続部Ｃ２における接続損失を低減することができる。このことは、上述した実施例４である光伝送媒体２０の光ファイバ１の両端部に標準的なＳＭＦを接続する場合も同様である。
以上、説明したように、本発明の実施の形態では、コア部の外周に配置されるクラッド部内のコア部を中心とした４回の回転対称の各位置に、主媒質部に比して屈折率が小さい１以上の副媒質部をそれぞれ配置し、さらに、このような４回の回転対称の位置関係にある複数の副媒質部をクラッド部内に多層配置した。このため、コア部への基底モードの光の閉じ込め効果を維持しつつ、高次モードの光の閉じ込めを弱めることができ、且つ、コア部の横断面の中心において直交する２軸の各軸方向の屈折率分布を互いに同じにすることができる。このため、基底モードの光をコア部に閉じ込めつつ高次モードの光をクラッド部へ漏らすことができ、且つ横断面に平行な直交２軸の各軸方向の屈折率分布に異方性が生じない。この結果、曲率半径が７．５ｍｍまたは５．０ｍｍの小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減できるとともにＰＭＤ増加を抑制でき、且つ、１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる光ファイバを容易に実現することができる。
また、本発明にかかる光ファイバのＭＦＤを６μｍ以上、１１μｍ以下にすることができるので、かかる光ファイバのＭＦＤを標準的なＳＭＦのＭＦＤに近い値にすることができる。この結果、本発明にかかる光ファイバと標準的なＳＭＦとを接続した場合に生じる接続損失を低減することができる。
さらに、クラッド部内に多層配置した内側の副媒質部および外側の副媒質部の各横断面の中心が、コア部の横断面の中心を同一中心とする同心円上にそれぞれ位置するように構成した。このため。かかる内側の副媒質部と外側の副媒質部とを４回の回転対称の各位置に配置し易くなる。この結果、本発明にかかる光ファイバの製造性（製造し易さ）を高めることができる。
また、このような４回の回転対称の各位置に複数の副媒質部を配置したので、上述した６回回転対称の微細構造を有する従来の光ファイバに比して容易に製造することができる。具体的には、本発明にかかる４回回転対称の微細構造を有する光ファイバは、６回回転対称の微細構造を有する従来の光ファイバによるマクロバンディングロスの低減効果と同等の低減効果を得るため、クラッド部内に配置される副媒質部の総横断面積（すなわち副媒質部を配置するために形成される複数の空孔の総横断面積）をこの従来の光ファイバと同程度にする必要がある。この場合、本発明にかかる光ファイバに配置される各副媒質部の横断面積（すなわち副媒質部を配置するための各空孔の横断面積）が６回回転対称の微細構造に比して大きくなる。この結果、クラッド部内に複数の空孔を形成する際の位置精度および空孔径の制御が容易になり、６回回転対称の微細構造に比して本発明にかかる光ファイバを容易に製造することができる。
さらに、本発明にかかる光ファイバを用いることによって、３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲率半径の小径曲げに対するマクロベンディングロスを０．１ｄＢ／ｍ以下に低減するとともにＰＭＤの増加を抑制でき、且つ１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光をシングルモードで伝送できる線状またはコイル状の光伝送媒体を実現することができる。
本発明にかかる光伝送媒体を用いることによって、装置規模またはシステム規模の小型化を促進できるとともに、上述した小径曲げに対するマクロベンディングロスの低減とＰＭＤ増加の抑制とを両立しつつ１２５０ｎｍ以上の波長帯域の光を伝送可能な導波路または光デバイスを容易に実現できる。
なお、本発明の実施の形態および実施例１〜５では、光ファイバのコア部およびクラッド部の主媒質として、添加物を添加したシリカガラスまたは純粋なシリカガラスを用いていたが、これに限らず、かかる主媒質として光透過性の高いプラスチック等の合成樹脂を用いてもよい。
また、本発明の実施の形態および実施例１〜５では、クラッド部内に配置する複数の副媒質部として空気等の気体または液体または固体を用いていたが、これに限らず、かかる副媒質部としてシリカガラスまたは光透過性の高い合成樹脂を用いてもよい。
さらに、本発明の実施の形態および実施例１〜５では、上述した外側クラッド領域３ｂ内の４回の回転対称の各位置に２つの副媒質部をそれぞれ配置していたが、これに限らず、かかる外側クラッド領域３ｂ内の４回の回転対称の各位置に、単一の副媒質部をそれぞれ配置してもよいし、３以上の副媒質部をそれぞれ配置してもよい。
また、本発明の実施の形態および実施例１〜５では、コア部２の横断面の中心を同一中心とした同心円の各円周上に、内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈの各横断面の中心を位置させていたが、これに限らず、コア部２の横断面の中心を同一中心とした相似な正方形の各周上に、内側の副媒質部５ａ〜５ｄおよび外側の副媒質部６ａ〜６ｈの各横断面の中心を位置させてもよい。このことは、クラッド部内に配置する副媒質部の配置数量を変えた場合も同様である。
さらに、本発明の実施の形態および実施例１〜５では、機械式ドリルを用いてクラッド部内に複数の空孔を形成していたが、これに限らず、石英管をクラッド部に配置し、かかる石英管によって複数の空孔を形成してもよい。このように機械式ドリル、または石英管を用いて空孔を形成し、かかる空孔内に充満させた気体で上述した副媒質部を構成することによって、クラッド部内に液体または固体の副媒質部を配置する場合に比して容易に且つ低コストで光ファイバ１を製造することができる。
また、本発明の実施の形態および実施例１〜５では、内側の副媒質部のうちの互いに隣接する副媒質部の各横断面の中心を通る直線（例えば上述した直線Ａ１，Ａ２）上に、外側の副媒質部の各横断面の中心を位置させたが、これに限らず、上述したようにコア部２を中心にして４回の回転対称の各位置に配置されていれば、かかる内側の副媒質部と外側の副媒質部との位置関係は所望のものであってもよい。この場合、例えば図１０に示すように、内側の副媒質部５ａ〜５ｄのうちの互いに隣接していない副媒質部（すなわちコア部２を挟んで対向する副媒質部５ａ，５ｃまたは副媒質部５ｂ，５ｄ）の各横断面の中心を通る直線上に、外側の副媒質部６ａ〜６ｈの各横断面の中心を位置させてもよい。以上のことは、クラッド部内に配置する副媒質部の配置数量を変えた場合も同様である。
さらに、本発明の実施の形態および実施例１〜５では、クラッド部内に複数の副媒質部を２層配置していたが、これに限らず、かかるクラッド部内に複数の副媒質部を３層以上に多層配置してもよい。
本発明の実施の形態にかかる光ファイバの一構成例を示す横断面模式図である。 クラッド部内に多層配置した内側の副媒質部および外側の副媒質部の配置例を示す横断面模式図である。 本発明にかかる光ファイバの実施例１であるサンプルの諸特性を例示する図である。 本発明にかかる光ファイバの実施例２であるサンプルの諸特性を例示する図である。 本発明にかかる光ファイバの実施例３であるサンプルの諸特性を例示する図である。 本発明の実施例４である光伝送媒体の一構成例を示す模式図である。 本発明の実施例５である光伝送媒体の一構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる光ファイバと標準的なＳＭＦとの接続方法を例示する断面模式図である。 本発明の実施の形態にかかる光ファイバと標準的なＳＭＦとの別の接続方法を例示する断面模式図である。 クラッド部内に多層配置した内側の副媒質部および外側の副媒質部の別態様の配置例を示す横断面模式図である。
符号の説明
１ 光ファイバ
２ コア部
３ 第１クラッド部
３ａ 内側クラッド領域
３ｂ 外側クラッド領域
４ 第２クラッド部
５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｈ 副媒質部
７ａ 空孔
８ クラッド部
９ 閉塞部
１１ 屈折率整合剤
２０，３０ 光伝送媒体
２１ ボビン
１０１，１０２ 幹線系の光ファイバ
１０３ コア部
１１０ 障害物
Ｂ１，Ｂ２ 屈曲部
Ｃ１，Ｃ２ 接続部
Ｇ１〜Ｇ４ 副媒質群

Claims (12)

  1. コア部の外周にクラッド部を有する光ファイバであって、
    前記クラッド部は、前記コア部の外周に配置され、主媒質部と該主媒質部に比して屈折率が低い副媒質部とからなる第１クラッド部と、前記第１クラッド部の外周に配置され、均質な第２クラッド部と、を有し、
    前記副媒質部は、
    前記コア部を中心にした４回の回転対称の各位置に前記コア部に沿って形成された空孔からなり、横断面が円形に形成された４つの内側副媒質部と、
    前記内側副媒質部の外側であって前記コア部を中心にした４回の回転対称の各位置に前記コア部に沿って形成された空孔からなり、横断面が前記内側副媒質部とほぼ同一径の円形に形成された８つの外側副媒質部と、を有し、
    前記コア部の前記第２クラッド部に対する比屈折率差は、０．３％以上、０．４％以下であり、
    前記コア部のコア径は、前記比屈折率差の条件下で波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が６μｍ以上、１１μｍ以下となるようなコア径であり、
    前記内側副媒質部の空孔と前記コア部との中心間距離は、７．７μｍ以上、１２．５μｍ以下であり、
    前記外側副媒質部の空孔と前記コア部との中心間距離は、１６．４３５μｍ以上、２６．２μｍ以下であり、
    前記内側副媒質および前記外側媒質部の各空孔径は、６．０μｍ以上、１２．０μｍ以下であり、
    １５００ｎｍ以上の波長帯域における全高次モードの伝送損失が２０ｄＢ／ｍ以上であるシングルモードで前記波長帯域の光が伝搬し、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が６．８６４μｍ以上であり、波長１５５０ｎｍにおける曲率半径７．５ｍｍのマクロベンディングロスが０．１ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
  2. 前記第２クラッド部の媒質は、純粋なシリカガラスであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 前記第２クラッド部の媒質は、フッ素を添加したシリカガラスであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  4. 前記第２クラッド部の媒質は、前記第１クラッド部の主媒質と同一媒質であることを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバ。
  5. 前記コア部は、ゲルマニウムおよびリンの少なくとも一つを添加したシリカガラスによって形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  6. １２５０ｎｍ以上の波長帯域の光が前記シングルモードで伝搬することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  7. 波長１５５０ｎｍにおける曲率半径５．０ｍｍのマクロベンディングロスが０．１ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の光ファイバを、曲率半径３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下の曲げを形成した状態で備えたことを特徴とする光伝送媒体。
  9. 前記光ファイバは、曲率半径３ｍｍ以上、６０ｍｍ以下のコイル状に巻かれた状態であることを特徴とする請求項８に記載の光伝送媒体。
  10. 前記光ファイバは、コア部の中心軸に沿ってクラッド部に形成された前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の端部を閉塞した状態で他の光ファイバに接続されることを特徴とする請求項８または９に記載の光伝送媒体。
  11. 前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の端部は、所定の充填物を充填することによって閉塞されることを特徴とする請求項１０に記載の光伝送媒体。
  12. 前記内側副媒質部および前記外側副媒質部の端部は、潰すことによって閉塞されることを特徴とする請求項１０に記載の光伝送媒体。
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