JP5587323B2 - 高開口数多モード光ファイバ - Google Patents

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Description

関連出願の説明
本出願は、名称を「高開口数多モード光ファイバ(High Numerical Aperture Multimode Optical Fiber)」とする、２００８年９月２６日に出願された米国仮特許出願第６１/１００４０４号及び２００９年２月２３日に出願された米国仮特許第６１/１５４５７９号及び２００９年７月１０日に出願された米国仮特許第６１/２２４６７６号の恩典を特許出願し、それらの優先権を主張する。上記出願の明細書の内容はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。
本発明は全般的には光ファイバに関し、さらに詳しくは多モード光ファイバに関する。
コーニング社(Corning incorporated)は、最大相対屈折率Δが約２％でコア径が６２.５μｍのコアを有する多モード光ファイバである、ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ(登録商標)６２.５μｍ光ファイバを、また最大相対屈折率Δが約１％でコア径が５０μｍのコアを有する多モード光ファイバである、ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバも、製造販売している。コーニング社は、コア径が１００μｍ，アンドープシリカクラッド径が１４０μｍ，開口数が０.２９の、１００/１４０ＣＰＣ３マルチモードファイバも製造している。
本発明の課題は、曲げ誘起減衰が小さく、全モード励振帯域幅が広い、高開口数多モードファイバを提供することである。
耐屈撓性多モード光ファイバが本明細書に開示される。本明細書に開示される多モード光ファイバはコア半径が３０μｍより大きい分布屈折率コア領域及びコア領域を囲むクラッド層領域を有し、クラッド層領域はクラッド層の他の領域に対して凹んだ凹屈折率環状クラッド層領域を有する。ファイバのコアはガラスであることが好ましく、凹屈折率環状領域及びいずれのクラッド層領域もガラスとすることができる。凹屈折率環状クラッド層領域は、約−０.１より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を有することが好ましく、約−０.２より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有することがさらに好ましい。凹屈折率環状クラッド層領域はコアに直接に接することが好ましい。しかし、凹屈折率環状クラッド層領域は、例えば、好ましくは４μｍより短く、さらに好ましくは１〜４μｍの距離でコアから隔てることができる。本明細書に開示されるような光ファイバは５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、８５０ｎｍにおける全モード励振帯域幅を示すことができる。本明細書に開示されるファイバは、１２０μｍより小さいことが好ましく、１１０μｍより小さいことがさらに好ましい、ガラスの最外径を有する。
コアの屈折率プロファイルは放物線形または実質的な放物線形を有することが好ましい。凹屈折率環状領域は、例えば、複数の気孔を有するガラスからなるか、あるいはフッ素、ホウ素またはこれらの混合物のような下げドーパントがドープされたガラスからなるか、あるいは１つないしさらに多くのそのような下げドーパントがドープされたガラスとさらに複数の気孔を有するガラスからなることができる。いくつかの好ましい実施形態において、凹屈折率環状領域はフッ素ドープシリカガラスからなる。いくつかの実施形態において、凹屈折率環状領域は、約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を有することが好ましく、約−０.２４より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有することがさらに好ましい。
クラッド層が気孔を含むいくつかの実施形態において、いくつかの好ましい実施形態の気孔は凹屈折率環状領域内に非周期的に配置される。「非周期的に配置」は、本明細書において、光ファイバの(軸線に垂直な断面のような)断面をとると、非周期的に配置された気孔がファイバの一部にかけて(例えば凹屈折率環状領域内で)ランダムにまたは非周期的に分布することを意味する。ファイバの長さに沿う別の点においてとられた同様の断面には別のランダムに分布した断面気孔パターンが表れるであろう。すなわち、様々な断面が相異なる気孔パターンを有し、気孔の分布及び気孔の寸法が正確に一致することはないであろう。すなわち、気孔の分布または気孔の寸法に周期性はなく、気孔はファイバ構造内に周期的に配置されてはいない。これらの気孔は光ファイバの長さに沿って(すなわち軸線に平行に)引き延ばされる(細長にされる)が、伝送ファイバの一般的な長さに対して、ファイバ全長にわたって延びることはない。気孔はファイバの長さに沿い、２０ｍより短く、さらに好ましくは１０ｍより短く、さらに一層好ましくは５ｍより短く、いくつかの実施形態においては１ｍより短い、距離にかけて延びる。
本明細書に開示される多モードファイバは非常に小さい曲げ誘起減衰、特に、非常に小さい巨視曲げ誘起減衰を示す。したがって、多モード光ファイバは分布屈折率ガラスコア及びコアを囲む凹屈折率環状領域を含む第２のクラッド層を有することができ、凹屈折率環状領域は、好ましくは約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を有し、さらに好ましくは約−０.２４％より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有し、ファイバはさらに、８５０ｎｍにおいて０.４ｄＢ/ターン以下の１０ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増、０.１８より大きく、さらに好ましくは０.２より大きく、最も好ましくは０.２４より大きい開口数、及び、８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて１５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振帯域幅を示す。
本明細書に開示される構造を用いれば、８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて１５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振(ＯＦＬ)帯域幅を提供する、コア径が６０μｍないしさらに大きい(例えば７０μｍより大きいかまたは７５μｍより大きい)多モードファイバを作成することができる。１.５ｄＢより小さく、さらに好ましくは１.０ｄＢより小さく、さらに一層好ましくは０.８ｄＢより小さく、最も好ましくは０.５ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける１０ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増を維持したまま、このような大きい帯域幅を達成することができる。１.０ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.７ｄＢより小さく、最も好ましくは０.５ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける２０ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増を維持したまま、また１.２ｄＢより小さく、好ましくは１.０ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.８ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける１５ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増を維持したまま、このような大きい帯域幅を達成することもできる。そのようなファイバはさらに、０.１８より大きく、さらに好ましくは０.２より大きく、最も好ましくは０.２４より大きい開口数(ＮＡ)を提供することができる。そのようなファイバはさらに、２００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、好ましくは５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、最も好ましくは１５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、１３００ｎｍにおけるＯＦＬ帯域幅を同時に示すことができる。
本明細書に開示される構造を用いれば、８５０ｎｍにおいて５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振(ＯＦＬ)帯域幅を提供する、コア径が６０μｍないしさらに大きい(例えば７０μｍより大きく、一層好ましくは７５μｍより大きい)多モードファイバを作成することができる。１.０ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.５ｄＢより小さく、さらに一層好ましくは０.３ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける３ｍｍ径マンドレル１×１８０°ターン巻付け減衰増を維持したまま、このような大きい帯域幅を達成することができる。０.５ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.２ｄＢより小さく、さらに一層好ましくは０.１ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける４ｍｍ径マンドレル２×９０°ターン巻付け減衰増を維持したまま、このような大きい帯域幅を達成することもできる。入力信号がファイバ中心に位置合せされた場合にも、入力信号がファイバ中心から５μｍ、さらには１０μｍもずらされて入射された場合にも、このような曲げ損失及び帯域幅が達成される。
本明細書に開示される多モード光ファイバは、８５０ｎｍにおいて３.５ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは８５０ｎｍにおいて３.０ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて２.７ｄＢ/ｋｍより小さく、なお一層好ましくは８５０ｎｍにおいて２.５ｄＢ/ｋｍより小さい、スペクトル減衰を示すことが好ましい。本明細書に開示される多モード光ファイバは、１３００ｎｍにおいて１.５ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは１３００ｎｍにおいて１.２ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに一層好ましくは１３００ｎｍにおいて０.８ｄＢ/ｋｍより小さい、スペクトル減衰を示すことが好ましい。いくつかの状況において凹屈折率クラッド層領域を有する光ファイバに対して帯域幅をそのようにさらに向上させることができるように、多モードファイバを撚ることが望ましい場合がある。撚りをかけることは、本明細書において、ファイバに撚りを施すかまたは撚りを与えることを意味し、撚りはファイバが光ファイバプリフォームから線引きされている間、すなわちファイバがまだ少なくともある程度は加熱され、非弾性回転変形を受けることができる間に与えられ、回転変形はファイバが完全に冷却された後に実質的に保持され得る。
本明細書に開示される光ファイバの開口数(ＮＡ)は、０.３２より小さく０.１８より大きいことが好ましく、０.２より大きいことがさらに好ましく、０.３２より小さく０.２４より大きいことがさらに一層好ましく、０.３０より小さく０.２４より大きいことが最も好ましい。
コアは中心線から半径Ｒ１まで径方向に外側に広がるように構成することができ、Ｒ１≧３０μｍ、さらに好ましくはＲ１≧４０μｍ、またいくつかの場合にはＲ１≧４５μｍである。コアは、Ｒ１≦５０μｍ、好ましくはＲ１≦４５μｍであるように構成することができる。
コアは、２.５％以下で０.５％より大きく、さらに好ましくは２.２％より小さく０.９％より大きく、最も好ましくは１.８％より小さく１.２％より大きい、最大相対屈折率を有するように構成することができる。コアは１.６％と２.０％の間の最大相対屈折率を有することができる。
本明細書に開示される光ファイバは、８００ｎｍと１４００ｎｍの間の全ての波長において、１.５ｄＢ以下、好ましくは１.０ｄＢ以下、さらに好ましくは０.８ｄＢ以下、最も好ましくは０.５ｄＢ以下の、１０ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増を示すことができる。
本明細書に開示される多モード光ファイバは、中心軸線の周りに配された、分布屈折率ガラスコア及びコアを囲むガラスクラッド層を有することができる。クラッド層は凹屈折率環状領域及び外周環状領域を有する。凹屈折率環状領域はコアに直接に接することが好ましく、いくつかの実施形態において外周環状領域はアンドープシリカクラッドからなることが好ましいが、別の実施形態において凹屈折率環状領域は光ファイバの最外ガラス径まで広がることができる。本明細書に述べられる屈折率は全て、以下で説明されるように、外周環状領域を基準にしている。
本明細書に開示されるファイバは遠距離通信用のようなファイバのための通常の動作波長において、すなわち少なくとも８５０ｎｍから１３００ｎｍにわたる波長範囲にかけて、多モード動作を行うことができる。
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を含み、添付図面も含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
上記の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも本発明の実施形態を提示し、特許請求されるような本発明の本質及び特質の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
図１は、凹屈折率環状領域がコアから隔てられ、外周環状クラッド層領域に囲まれている、本明細書に開示される多モード光ファイバの一実施形態例のガラス部分の断面の屈折率プロファイルの(比例拡大図ではない)略図を示す。 図２は図１の光導波路ファイバの断面の(比例拡大図ではない)略図を示す。 図３は、凹屈折率環状領域がコアから隔てられておらず、外周環状クラッド層領域に囲まれている、本明細書に開示される多モード光ファイバの一実施形態例のガラス部分の断面の屈折率プロファイルの(比例拡大図ではない)略図を示す。 図４は図３の光導波路ファイバの断面の(比例拡大図ではない)略図を示す。
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者にはその説明から明らかであろうし、あるいは、特許請求の範囲及び添付図面と合わせて以下の記述に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
「屈折率プロファイル」は、屈折率または相対屈折率と導波路ファイバ半径の間の関係である。
「相対屈折率％」は：
で定義される。ここで、ｎｉは、別途に明記されない限り、領域ｉにおける最大屈折率である。相対屈折率％は、別途に明記されない限り、８５０ｎｍで測定される。本明細書で別途に明記されない限り、ｎ基準はアンドープシリカガラスの屈折率、すなわち、８５０ｎｍにおいて１.４５３３である。
本明細書で用いられるように、相対屈折率はΔで表され、その値は、別途に明記されない限り、％単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ基準より小さい場合、相対屈折率％は負であり、凹領域または凹屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は、別途に明記されない限り、相対屈折率が最も負である点において計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ基準より大きい場合、相対屈折率％は正であり、その領域は凸になっているまたは正屈折率を有するということができる。「上げドーパント」は本明細書において純アンドープＳｉＯ２に対して屈折率を高める性質を有するドーパントと見なされる。「下げドーパント」は本明細書において純アンドープＳｉＯ２に対して屈折率を低める性質を有するドーパントと見なされる。上げドーパントは、上げドーパントではない１つないしさらに多くの他のドーパントがともなう場合に、負相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在することができる。同様に、正相対屈折率を有する光ファイバの領域に、上げドーパントではない１つないしさらに多くの他のドーパントが存在することができる。下げドーパントは、下げドーパントではない１つないしさらに多くの他のドーパントがともなう場合に、正相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在することができる。同様に、負相対屈折率を有する光ファイバの領域に、下げドーパントではない１つないしさらに多くの他のドーパントが存在することができる。
別途に明記されない限り、FOTP-62(IEC-60793-1-47)にしたがい、６ｍｍ、１０ｍｍまたは２０ｍｍあるいは同様の直径のマンドレルへの１ターン巻付けを行い、光源が試験下のファイバのコア径の５０％より大きいスポットサイズを有する全モード励振入射条件を用いる曲げによる減衰の増大を測定することによって、巨視曲げ性能(例えば、「１×１０ｍｍ径巨視曲げ損失」または「１×２０ｍｍ径巨視曲げ損失」)を決定した。いくつかの測定において、中間点近くに１×２５ｍｍ径マンドレルを入れて布設した２ｍ長のＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバの入力端に全モード励振パルスを入射することによって、エンサークルドフラックス入射(ＥＦＬ)巨視曲げ性能を得た。ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバの出力端を試験下のファイバに接続し、曲げ損失測定値は曲げがない状態での減衰に対する規定された曲げ条件下の減衰の比である。
本明細書で用いられるように、ファイバの開口数は、名称を「測定方法及び試験手順−開口数(Measurement Methods and Test Procedures-Numerical Aperture)」とする、TIA SP3-2839-URV2 FOTP-177 IEC-60793-1-43に述べられる方法を用いて測定されるような開口数を意味する。
語句「α-プロファイル」または「アルファプロファイル」は、ｒを半径としてΔ(ｒ)で表され、式：
にしたがう、％単位の、相対屈折率プロファイルを指す。ここで、ｒ０は別途に指定されない限りゼロであり、ｒ１はΔ(ｒ)％がゼロである点であり、ｒはｒｉ≦ｒ≦ｒｆの範囲内にあって、Δは上で定義され、ｒｉはα-プロファイルの始点、ｒｆはα-プロファイルの終点で、αは実数の指数である。
凹屈折率環状領域は、本明細書で：
として定義されるプロファイル体積,Ｖ３を有する。ここで、定義されるように、Ｒ内周は凹屈折率環状領域の内半径であり、Ｒ外周は凹屈折率環状領域の外半径である。本明細書に開示されるファイバに対し、Ｖ３の絶対値は、１２０％-μｍ２より大きいことが好ましく、１６０％-μｍ２より大きいことがさらに好ましく、２００％-μｍ２より大きいことがさらに一層好ましい。Ｖ３の絶対値は、４００％-μｍ２より小さいことが好ましく、３００％-μｍ２より小さいことがさらに好ましい。いくつかの好ましい実施形態において、Ｖ３の絶対値は、１２０％-μｍ２より大きく、３００％-μｍ２より小さい。別の好ましい実施形態において、Ｖ３の絶対値は、１６０％-μｍ２より大きく、２４０％-μｍ２より小さい。
本明細書に開示される多モード光ファイバはコア及び、コアを囲み、コアに直接に接する、クラッド層を有する。いくつかの実施形態において、コアはゲルマニウムがドープされたシリカ、すなわち酸化ゲルマニウムドープシリカからなる。Ａｌ２Ｏ３またはＰ２Ｏ５のようなゲルマニウム以外のドーパントを単独でまたは組み合わせて、所望の屈折率及び密度を得るために本明細書に開示される光ファイバのコア内に、特に中心線またはその近傍に、用いることができる。いくつかの実施形態において、本明細書に開示される光ファイバの屈折率プロファイルは中心線からコアの外半径まで負にならない。いくつかの実施形態において、光ファイバはコアに屈折率下げドーパントを含有しない。
図１は、ガラスコア２０及びガラスクラッド層２００を有し、クラッド層が内周環状領域３０，凹屈折率環状領域５０及び外周環状領域６０を有する、一実施形態例の多モード光ファイバのガラス部分の断面の屈折率プロファイルの略図を示す。図２は図１の光導波路ファイバの断面の(比例拡大図ではない)略図である。コア２０は外半径Ｒ１及び最大屈折率デルタΔ１,最大を有する。内周環状領域３０は屈折率デルタΔ２を有し、幅Ｗ２及び外半径Ｒ２を有する。凹屈折率環状領域５０は最小屈折率デルタ％,]Δ３,最小、幅Ｗ３及び外半径Ｒ３を有する。凹屈折率環状領域５０は内周環状領域３０によってコア２０からオフセットされて、すなわち隔てられて、示される。好ましい実施形態において、内周環状領域の幅は４.０μｍ未満とすることができる。
図１に示される実施形態においては、環状領域５０が内周環状領域を囲み、外周環状クラッド層領域６０が環状領域５０を囲んで環状領域５０に接する。内周環状領域３０は、最大相対屈折率がΔ２,最大で最小相対屈折率がΔ２,最小の、屈折率プロファイルΔ２(ｒ)を有し、いくつかの実施形態ではΔ２,最大＝Δ２,最小である。凹屈折率環状領域５０は最小相対屈折率がΔ３,最小の屈折率プロファイルΔ３(ｒ)を有する。外周環状領域６０は相対屈折率Δ４を有する。好ましくはΔ１＞Δ４＞Δ３であり、図１に示される実施形態では、Δ１＞Δ２＞Δ３である。いくつかの実施形態において、内周環状領域３０は、一定のΔ２(ｒ)をもつ図１に示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有する。そのような実施形態のいくつかにおいては、Δ２(ｒ)＝０％である。いくつかの実施形態において、外周環状領域６０は、一定のΔ４(ｒ)をもつ図１に示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有し、そのような実施形態のいくつかにおいてはΔ４(ｒ)＝０％である。コアはフッ素を実質的に含有しないことが好ましく、コアはフッ素を全く含有しないことが好ましい。いくつかの実施形態において、内周環状領域３０は、最大絶対値が０.０５％未満であり、Δ２,最大＜０.０５％及びΔ２,最小＞−０.０５％の、相対屈折率プロファイルΔ２(ｒ)を有することが好ましく、凹屈折率環状領域５０は、クラッド層の相対屈折率が−０.０５％未満の値に達した所で始まり、中心線から径方向に外側に広がる。いくつかの実施形態において、外周環状領域６０は、最大絶対値が０.０５％より小さく−０.０５％より大きい、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有する。
光ファイバのガラス部分の外径は、１２０μｍより小さいことが好ましく、１１０μｍより小さいことがさらに好ましく、約１００μｍ以下であることがさらに一層好ましい。すなわち、図１に示される実施形態において、外周クラッド層径(２×Ｒ４)は１２０μｍより小さいことが好ましく、１１０μｍより小さいことがさらに好ましく、１００μｍより小さいことがさらに一層好ましい。いくつかの実施形態において、コア径(２×Ｒ１)は３５μｍと５５μｍの間、さらに好ましくは３７μｍと４３μｍの間であり、外周クラッド層半径Ｒ４は、４５μｍと５５μｍの間、さらに好ましくは４７μｍと５３μｍの間である。いくつかの実施形態において、外周クラッド層領域６０は、１５μｍより小さく、さらに好ましくは１０μｍより小さく、最も好ましくは７μｍより小さい、幅を有する。
本明細書に開示される多モード光ファイバにおいて、コアは分布屈折率コアであり、コアの屈折率プロファイルは放物線形(または実質的に放物線形)であることが好ましい。例えば、コアの屈折率プロファイルは、αの値が８５０ｎｍで測定して１.９と２.３の間であることが好ましく、約２.１であることがさらに好ましい、α-形状を有することができる。あるいは、コアの屈折率プロファイルは、αの値が８５０ｎｍで測定して１.９と２.１の間であることが好ましく、約２.０であることがさらに好ましい、α-形状を有することができる。いくつかの実施形態において、コアの屈折率は、コアの最大屈折率及び光ファイバ全体の最大屈折率が中心線から少し離れた所にある、中心線垂下を有することができるが、別の実施形態において、コアの屈折率に中心線垂下はなく、光ファイバ全体の最大屈折率は中心線上にある。放物線形は半径Ｒ１まで拡がり、好ましくはファイバの中心線からＲ１まで拡がる。したがって、本明細書に用いられるように、「放物線形」は、コアの１つないしさらに多くの点において、αの値が約２.０から若干変化し、例えば１.９，２.１または２.３であることができる、実質的に放物線形の屈折率プロファイルを含み、また多少の変化及び／または中心線垂下があるプロファイルも含む。図を参照すれば、コア２０は、放物線形が終わってクラッド層２００の最内周半径と一致する、半径Ｒ１において終端すると定義される。
本明細書に開示される光ファイバはシリカベースガラスのコア及びクラッド層を有することが好ましい。クラッド層２００の１つないしさらに多くの領域は、例えばレイダウンプロセス中に堆積されたクラッド材料か、またはチューブ内ロッド光プリフォーム構成におけるチューブのような外被の形態で与えられるクラッド材料か、あるいは堆積材料と外被の組合せからなることができる。クラッド層２００は、いくつかの実施形態において、少なくとも一つの被覆２１０で囲むことができ、被覆は低弾性率一次被覆と高弾性率二次被覆を有することができる。被覆は、アクリレートベースポリマーのような、ポリマー被覆とすることができる。
いくつかの実施形態において、凹屈折率環状領域は、非周期的に配置されているかまたは周期的に配置されているか、あるいは非周期的にも周期的にも配置されている、気孔を含む。「非周期的に配置される」または「非周期的分布」は、本明細書において、光ファイバの(軸線に垂直な断面のような)断面がとられたときに、非周期的に配置された気孔がファイバの一領域にかけてランダムにまたは非周期的に分布していることを意味する。ファイバの長さに沿う別の点でとられた同様の断面には別の断面気孔パターンが表れる。すなわち、様々な断面は、気孔の分布及び気孔の寸法が一致しない、相異なる気孔パターンを有するあろう。すなわち、気孔は非周期的であり、ファイバ構造内に周期的に配置されてはいない。そのような気孔は光ファイバの長さに沿って(すなわち軸線に平行に)引き延ばされる(細長にされる)が、伝送ファイバの一般的長さに対し、ファイバ全長にわたって延びることはない。理論に束縛されることは望まないが、気孔が数ｍも延びることはなく、多くの場合、ファイバの長さに沿って１ｍまで延びることはないと考えられる。本明細書に開示される光ファイバは、固化ガラスブランクにかなりの量の気体が閉じ込められ、よって固化ガラス光ファイバプリフォーム内に気孔の形成をおこさせるに有効なプリフォーム固化条件を用いる方法によって作成することができる。そのような気孔を取り除く工程を経ずに得られたプリフォームが、内部に気孔を含む光ファイバを形成するために用いられる。本明細書に用いられるように、気孔の直径は、ファイバの軸線に垂直に交わる断面で光ファイバを見たときに、終端が気孔を定めるシリカ内表面上に配置される、最長線分である。
いくつかの実施形態において、内周領域３０はフッ素もゲルマニウムも実質的にドープされていないシリカからなる。環状領域３０の幅は、４.０μｍより小さいことが好ましく、２.０μｍより小さいことがさらに好ましい。いくつかの実施形態において、外周領域６０は実質的にアンドープのシリカからなるが、シリカはいくらかの量の塩素、フッ素、ゲルマニウムまたはその他のドーパントを、総合して屈折率を実質的に変えることはない濃度で含有することができる。凹屈折率環状領域５０はフッ素及び／またはホウ素がドープされたシリカからなることができる。あるいは、凹屈折率環状領域５０は複数の非周期的に配置された気孔を含むシリカからなることができる。気孔は、アルゴン、窒素、クリプトン、ＣＯ２、ＳＯ２または酸素のような、１つないしさらに多くの気体を含むことができ、あるいは気孔は実質的に気体を含まない真空にすることができる。何らかの気体の存在または不在にかかわらず、環状領域５０の屈折率は気孔の存在によって低められる。気孔はクラッド層２００の環状領域５０内にランダムまたは非周期的に配置され、別の実施形態において、気孔は環状領域５０内に周期的に配置される。あるいはまたはさらに、環状領域５０における低下屈折率は、環状領域５０を(フッ素によるように)下げドーピングするかまたはクラッド層及び／またはコアの１つないしさらに多くの領域を上げドーピングすることによって与えることもでき、例えば、凹屈折率環状領域５０は内周環状領域３０ほどの大量のドープはされていないシリカである。凹屈折率環状領域５０の、最小相対屈折率または、何らかの気孔の存在を考慮しているような、平均実効相対屈折率は、−０.１％より小さいことが好ましく、約−０.２％より小さいことがさらに好ましく、約−０.３％より小さいことがさらに一層好ましく、約−０.４％より小さいことが最も好ましい。
図３は、ガラスコア２０及びガラスクラッド層２００を有し、クラッド層が凹屈折率環状領域５０及び外周環状領域６０を有する、別の実施形態例の多モード光ファイバのガラス部分の断面の屈折率プロファイルの略図を示す。図４は図３の光導波路ファイバの断面の(比例拡大図ではない)略図である。コア２０は外半径Ｒ１及び最大屈折率デルタΔ１,最大を有する。凹屈折率環状領域５０は最小屈折率デルタ％Δ３,最小、幅Ｗ３及び外半径Ｒ３を有する。凹屈折率環状領域５０はコア２０を囲み、コア２０に直接に接する。すなわち、コア２０と凹屈折率環状領域５０の間に(Δ２を有する)内周クラッド層領域３０はない。Δ１＞Δ４＞Δ３であることが好ましい。外周環状領域６０は凹屈折率環状領域５０を囲み、凹屈折率環状領域５０に接する。凹屈折率環状領域５０は最小相対屈折率がΔ３,最小の屈折率プロファイルΔ３(ｒ)を有する。外周環状領域６０は最大相対屈折率がΔ４,最大、最小相対屈折率がΔ４,最小の屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有し、いくつかの場合にはΔ４,最大＝Δ４,最小である。Δ１,最大＞Δ３,最小であることが好ましい。コアは酸化ゲルマニウムがドープされ、フッ素を実質的に含有しないことが好ましく、コアはフッ素を全く含有しないことがさらに好ましい。凹屈折率環状領域５０は、クラッド層の相対屈折率の値が初めに−０.０５％に達する所に始まり、中心線から径方向に外側に拡がる。いくつかの実施形態において、外周環状領域６０は、０.０５％より小さい最大絶対値を有し、Δ４,最大＜０.０５％、Δ４,最小＞−０.０５％である、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有し、凹屈折率環状領域５０は一定の相対屈折率(Δ４)が始まる所で終端する。
光ファイバの開口数(ＮＡ)は信号をファイバに送り込む光源のＮＡより大きいことが好ましい。例えば、光ファイバのＮＡはＶＣＳＥＬ(縦型キャビティ表面発光レーザ)光源のＮＡより大きいことが好ましい。
望ましければ、本明細書で論じられるファイバの外周ガラス表面に気密カーボン被覆を施すことができる。被覆の厚さは約１００Å未満とすることができる。少なくとも１層、好ましくは２層(軟質一次被覆及び硬質二次被覆)の保護ポリマー被覆をカーボン被覆に重ねて施すことができる。そのようなカーボン被覆を用いると、改善された耐動的疲労性が得られる。例えば、そのような被覆を用いれば、５０より大きく、さらに好ましくは１００より大きい、動的疲労定数が達成可能であり、４００ｋｐｓｉ(２.７６×１０９Ｐａ)より高い、１５％ワイブル故障確率が達成可能である。
様々な実施例の屈折率パラメータ及びモデル化光学特性が下の表１に示される。実施例１〜６は図３で説明されたプロファイルと同様の屈折率プロファイルを示す。実施例７及び８は図１で説明されたプロファイルと同様の屈折率プロファイルを示す。詳しくは、コア領域２０のΔ１，コア領域２０の外半径Ｒ１，コア領域２０のα，内周環状領域３０のΔ２，内周環状領域３０の外半径Ｒ２及び幅Ｗ２，凹屈折率環状領域５０のΔ３，凹屈折率環状領域５０の外半径Ｒ３，凹屈折率環状領域５０のプロファル体積Ｖ３が下の表１に与えられる。クラッド半径はファイバの最外半径(Ｒ４)であり、外周環状ガラスクラッド層領域６０の外半径でもある。ファイバの開口数ＮＡ及び開口数とコア径の積(ＮＡ・ＣＤ)も与えられる。ＮＡ・ＣＤは２０μｍより大きいことが好ましく、２２μｍより大きいことがさらに好ましい。いくつかの実施形態において、ＮＡ・ＣＤは３０μｍより小さい。外周ガラスクラッド層径は、いくつかの実施形態において、１２０μｍより小さく、好ましくは１１０μｍより小さい。
実施例９〜１４の実光ファイバが以下で説明される。これらの実施例にしたがって作成した結果の多モード光ファイバの屈折率プロファイルパラメータ及び特性が下の表２に示される。それぞれの実施例において、ガラス光ファイバの外側に、通常の一次及び二次のウレタンアクリレートベース保護被覆を施した。
実施例９−対照
(ほぼ放物線形(α＝２.１１)で、純シリカに対する最大相対屈折率が０.９６％の)ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コアの１ｍ長×２６.０ｍｍ中実ガラスケーン上に、６５０ｇのＳｉＯ２(密度０.３６ｇ/ｃｍ３)スートを火炎堆積した。次いでこの集成体を以下のようにして焼結した。集成体を初めにヘリウム／３％塩素雰囲気内１０００℃で２時間乾燥させ、次いで、スートを焼結してＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コア及びシリカ外周クラッド層からなる光学プリフォームにするために、１００％ヘリウム雰囲気内で１５００℃に設定した高温ゾーンを６ｍｍ/分で通過させた。プリフォームを１０００℃に設定したアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間おいた。約８ｃｍ長の、ほぼ２０００℃に設定した高温ゾーンを有する線引き炉を用いて、１０ｍ/秒で、プリフォームを１０ｋｍ長の１２５μｍ径ファイバに線引きした。このファイバのＯＦＬ帯域幅測定値は、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍにおいて、それぞれ２３１５ＭＨｚ-ｋｍ及び６６６ＭＨｚ-ｋｍであった。２０ｍｍ径マンドレル上で測定した８５０ｎｍにおける巨視曲げ損失は１.０４ｄＢ/ターン、ファイバのＮＡは０.１９３であった。
実施例１０
(ほぼ放物線形(α＝２.１６)で、純シリカに対する最大相対屈折率が１.０２％の)ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コアの１ｍ長×２６.０ｍｍ中実ガラスケーン上に、６７３ｇのＳｉＯ２(密度０.３６ｇ/ｃｍ３)スートを火炎堆積した。次いでこの集成体を以下のようにして焼結した。集成体を初めにヘリウム／３％塩素雰囲気内１０００℃で２時間乾燥させ、次いで５０％窒素／５０％ヘリウム雰囲気内で１５００℃に設定した高温ゾーンを３２ｍｍ/秒で通過させ、続いて、同じ雰囲気内で高温ゾーンを２５ｍｍ/秒で通過させて再線引きし、次いで、スートを焼結して「窒素種付け」クラッド層で囲まれた無孔ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コアからなるランダムに分布した「窒素種付け」気孔を含む第１のオーバークラッドプリフォームにするために、５０％窒素／５０％ヘリウム雰囲気内を６ｍｍ/分で通過させて最終焼結した。次いでプリフォームを１０００℃に設定したアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間おいた。次いでプリフォームを旋盤に設置して、１ｍ長ケーン上に１０８６ｇのＳｉＯ２スートを火炎堆積した。この集成体を以下のようにして焼結した。集成体を初めにヘリウム／３％塩素雰囲気内１０００℃で２時間乾燥させ、続いて、スートを焼結して、ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コア、「窒素種付け」ランダム分布気孔を含む第１のクラッド層及び無孔シリカ外周クラッド層からなる光学プリフォームにするために、１００％ヘリウム雰囲気内の１５００℃に設定した高温ゾーンを６ｍｍ/分で通過させた。このプリフォームを１０００℃に設定したアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間おいた。約８ｃｍ長の、ほぼ２０００℃に設定した高温ゾーンを有する線引き炉を用い、１０ｍ/秒で、プリフォームを１０ｋｍ長の１２５μｍ径ファイバに線引きした。このファイバのＯＦＬ帯域幅測定値は、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍにおいて、それぞれ７８１ＭＨｚ-ｋｍ及び１７２ＭＨｚ-ｋｍであった。２０ｍｍ径マンドレル上で測定した８５０ｎｍにおける巨視曲げ損失は０.００ｄＢ/ターン、ファイバのＮＡは０.２３３であった。
実施例１１及び１２
(ほぼ放物線形(α＝２.０２)で、純シリカに対する最大相対屈折率が０.９６％の)ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コアからなる１ｍ長×２５.９ｍｍ中実ガラスケーン上に、１２７ｇのＳｉＯ２(密度０.３６ｇ/ｃｍ３)スートを火炎堆積した。次いでこの集成体を以下のようにして焼結した。集成体を初めにヘリウム／３％塩素雰囲気内１１２５℃で２時間乾燥させ、続いて、ヘリウム／２０％ＳｉＦ４雰囲気内１１２５℃で４時間、スートプリフォームにフッ素をドープし、次いで、スートを焼結して酸化ゲルマニウム-シリカ分布屈折率コア及びフッ素ドープされた第２のクラッド層からなるからなるオーバークラッドプリフォームにするために、１００％ヘリウム雰囲気内の１４８０℃に設定した高温ゾーンを１４ｍｍ/分で通過させた。次いで、このプリフォームを旋盤に設置して、２８３ｇのＳｉＯ２スートを火炎堆積した。次いでこの集成体を以下のようにして焼結した。集成体を初めにヘリウム／３％塩素雰囲気内１０００℃で２時間乾燥させ、続いて、スートを焼結して、ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コア、フッ素ドープされた第２のクラッド層及びシリカ外周クラッド層からなる光学プリフォームにするために、１００％ヘリウム雰囲気内の１５００℃に設定した高温ゾーンを６ｍｍ/分で通過させた。このプリフォームを１０００℃に設定したアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間おいた。実施例１１については、約８ｃｍ長の、ほぼ２０００℃に設定した高温ゾーンを有する線引き炉を用い、１０ｍ/秒で、プリフォームを１０ｋｍ長の１４０μｍ径ファイバに線引きした。このファイバのＯＦＬ帯域幅測定値は、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍにおいて、それぞれ１７２２ＭＨｚ-ｋｍ及び７４９ＭＨｚ-ｋｍであった。１５ｍｍ径及び２０ｍｍ径マンドレル上で測定した８５０ｎｍにおける巨視曲げ損失はそれぞれ０.７０ｄＢ/ターン及び０.４５ｄＢ/ターン、ファイバのＮＡは０.２０２であった。実施例１２については、約８ｃｍ長の、ほぼ２０００℃に設定した高温ゾーンを有する線引き炉を用いて、１０ｍ/秒で、プリフォームを７ｋｍ長の１２５μｍ径ファイバに線引きした。このファイバのＯＦＬ帯域幅測定値は、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍにおいて、それぞれ３３５８ＭＨｚ-ｋｍ及び１０５９ＭＨｚ-ｋｍであった。１５ｍｍ径及び２０ｍｍ径マンドレル上で測定した８５０ｎｍにおける巨視曲げ損失はそれぞれ０.７０ｄＢ/ターン及び０.４０ｄＢ/ターン、ファイバのＮＡは０.２０２であった。
実施例１３−対照
(ほぼ放物線形(α＝２.１)で、純シリカに対する最大相対屈折率が２.１％の)ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コアの１ｍ長×２６.０ｍｍ中実ガラスケーン上に、６４５ｇのＳｉＯ２(密度０.３６ｇ/ｃｍ３)スートを火炎堆積した。次いでこの集成体を以下のようにして焼結した。集成体を初めにヘリウム／３％塩素雰囲気内１０００℃で２時間乾燥させ、続いて、スートを焼結してＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コア及びシリカ外周クラッド層からなる光学プリフォームにするために、１００％ヘリウム雰囲気内で１５００℃に設定した高温ゾーンを６ｍｍ/分で通過させた。プリフォームを１０００℃に設定したアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間おいた。このプリフォームを１０００℃に設定したアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間おいた。約８ｃｍ長の、ほぼ２０００℃に設定した高温ゾーンを有する線引き炉を用い、１０ｍ/秒で、プリフォームを１０ｋｍ長の１２５μｍ径ファイバに線引きした。このファイバのＯＦＬ帯域幅測定値は、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍにおいて、それぞれ７２０ＭＨｚ-ｋｍ及び７００ＭＨｚ-ｋｍであった。１５ｍｍ径及び２０ｍｍ径マンドレル上で測定した８５０ｎｍにおける巨視曲げ損失はそれぞれ０.４５ｄＢ/ターン及び０.３５ｄＢ/ターン、ファイバのＮＡは０.２７５であった。
実施例１４
(ほぼ放物線形(α＝２.１)で、純シリカに対する最大相対屈折率が２.１％の)ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コアからなる１ｍ長×２５.９ｍｍ中実ガラスケーン上に、２３４ｇのＳｉＯ２(密度０.３６ｇ/ｃｍ３)スートを火炎堆積した。次いでこの集成体を以下のようにして焼結した。集成体を初めにヘリウム／３％塩素雰囲気内１１２５℃で２時間乾燥させ、続いて、ヘリウム／２０％ＳｉＦ４雰囲気内１１２５℃で４時間、スートプリフォームにフッ素をドープし、次いで、スートを焼結して酸化ゲルマニウム-シリカ分布屈折率コア及びフッ素ドープされた第２のクラッド層からなるからなるオーバークラッドプリフォームにするために、１００％ヘリウム雰囲気内の１４８０℃に設定した高温ゾーンを１４ｍｍ/分で通過させた。このプリフォームを線引きして直径２２ｍｍのケーンにし、旋盤に設置して、２４５ｇのＳｉＯ２スートを火炎堆積した。次いでこの集成体を以下のようにして焼結した。集成体を初めにヘリウム／３％塩素雰囲気内１０００℃で２時間乾燥させ、続いて、スートを焼結して、ＧｅＯ２-ＳｉＯ２分布屈折率コア、フッ素ドープされた第２のクラッド層及びシリカ外周クラッド層からなる光学プリフォームにするために、１００％ヘリウム雰囲気内の１５００℃に設定した高温ゾーンを６ｍｍ/分で通過させた。このプリフォームを１０００℃に設定したアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間おいた。約８ｃｍ長の、ほぼ２０００℃に設定した高温ゾーンを有する線引き炉を用い、１０ｍ/秒で、プリフォームを１０ｋｍ長の１２５μｍ径ファイバに線引きした。このファイバのＯＦＬ帯域幅測定値は、８５０ｎｍ及び１３００ｎｍにおいて、それぞれ５８８ＭＨｚ-ｋｍ及び２５３ＭＨｚ-ｋｍであった。１５ｍｍ径及び２０ｍｍ径マンドレル上で測定した８５０ｎｍにおける巨視曲げ損失はそれぞれ、０.１７ｄＢ/ターン及び０.１０ｄＢ/ターン、ファイバのＮＡは０.２９１であった。
表２は実施例９〜１５で説明したファイバの光学特性測定値を示す。これらの実施例は、絶対値が、約１２０％-μｍ２より大きく、さらに好ましくは約１６０％-μｍ２より大きく、いくつかの実施形態においては約２００％-μｍ２より大きい、体積Ｖ３を環状領域３０が有するときに、広帯域幅及び低曲げ損失が達成され得ることを示す。
表２に示されるように、実施例９〜１５は図３で説明されたプロファイルと同様の屈折率プロファイルを示す。詳しくは、コア領域２０のΔ１，コア領域２０の外半径Ｒ１，コア領域２０のα，凹屈折率クラッド層領域５０のΔ３，凹屈折率クラッド層領域５０の外半径Ｒ３，及び凹屈折率クラッド層領域５０のプロファイル体積Ｖ３が下の表２に与えられる。クラッド半径はファイバの最外ガラス半径であり、同時に外周環状ガラスクラッド層領域６０の外半径である。ファイバの開口数測定値、(８５０ｎｍ及び１３００ｎｍで測定した)ファイバの全モード励振帯域幅測定値、１×１０ｍｍ，１×１５ｍｍ及び１×２０ｍｍの巨視曲げ性能(１０ｍｍ径，１５ｍｍ径または２０ｍｍ径のマンドレル上の１ターン巻付けに対する減衰増)の測定値も与えられている。実施例１５については、１×２５ｍｍ径マンドレルを中間点近くに入れて布設された２ｍ長のＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバの入力端に全モード励振パルスを入射させることで得られたエンサークルドフラックス入射(ＥＦＬ)巨視曲げ性能が与えられている。ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバの出力端は試験下のファイバに接続され、曲げ損失測定値は曲げのない状態での減衰に対する規定された曲げ条件下の減衰の比である。様々なＥＦＬ試験には、３ｍｍ径、４ｍｍ径または６ｍｍ径のマンドレル上の１×１８０°巻付けまたは２×９０°巻付けを含む。いくつかの場合にパルス入射はファイバ中心に直接に(０μｍオフセットで)行い、いくつかの場合にパルス入射はファイバ中心から１０μｍずらして行った。
すなわち、本明細書に開示される実施形態は、コア半径が３０μｍより大きく、いくつかの場合には４０μｍより大きく、さらには５０μｍより大きい、多モード光ファイバに対して、８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて１５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、全モード励振(ＯＦＬ)帯域幅を達成することができた。１.５ｄＢより小さく、さらに好ましくは１.０ｄＢより小さく、さらに一層好ましくは０.８ｄＢより小さく、最も好ましくは０.８ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける１０ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増を維持したまま、そのような広帯域幅を達成することができる。１.０ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.７ｄＢより小さく、最も好ましくは０.５ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける２０ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増を維持したまま、そのような広帯域幅を達成することもできる。そのようなファイバはさらに、０.２より大きい(さらに好ましくは０.２４より大きい)開口数(ＮＡ)、１２００ＭＨｚ-ｋｍより大きい(さらに好ましくは１５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい)８５０ｎｍにおけるＯＦＬ帯域幅及び１.２ｄＢより小さい(さらに好ましくは１.０ｄＢより小さい)波長８５０ｎｍにおける１５ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増を同時に提供することができる。
実施例１５は、コア半径が３０μｍより大きく、いくつかの場合には３５μｍより大きく、さらには４０μｍより大きい、多モードファイバに対して、８５０ｎｍにおいて５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、全モード励振(ＯＦＬ)帯域幅を達成することができる構成を示す。１.０ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.５ｄＢより小さく、さらに一層好ましくは０.３ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける３ｍｍ径マンドレル１×１８０°巻付け減衰増を維持したままで、そのような広帯域幅を達成することができる。０.５ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.２ｄＢより小さく、さらに一層好ましくは０.１ｄＢより小さい、波長８５０ｎｍにおける４ｍｍ径マンドレル２×９０°巻付け／０μｍオフセット減衰増を維持したままで、そのような広帯域幅を達成することもできる。そのような曲げ損失及び帯域幅は、入力信号がファイバの中心に合わせられている場合でも、入力信号がファイバの中心に対して５μｍ、さらには１０μｍずらされて入射されていても、達成される。そのようなファイバはさらに、０.２４より大きい(さらに好ましくは０.２８より大きい)開口数(ＮＡ)、５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい(さらに好ましくは１５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい)８５０ｎｍにおけるＯＦＬ帯域幅及び０.５ｄＢより小さい(さらに好ましくは０.３ｄＢより小さい)波長８５０ｎｍにおける３ｍｍ径マンドレル×１８０°巻付け／０μｍオフセット減衰増を同時に提供することができる。
実施例１６
実施例１５にしたがって作成されたガラスファイバの表面に、ほぼ５ｎｍ厚の薄い気密被覆層を施した。米国特許第５３４６５２０号明細書に説明される反応炉と同様の反応炉を用いてカーボン被覆を施した。この特許明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。導波路ファイバが線引き炉の高温ゾーンから現れてくるときの、ファイバの表面上へのカーボンの熱分解堆積によって被覆を形成した。ファイバは高温ゾーンから、カーボン含有化合物が反応して導波路表面上にカーボン層を形成する、環境が制御されたチャンバに送られる。次いで、気密被覆の表面上に外装被覆が施される。
ワイブル強度分布及び動的疲労定数をカーボン層の比抵抗の関数として決定するための試験を行って、表３に与えられる故障確率データを得た。平均ワイブル勾配は８７であり、これは気密被覆ファイバが密な破壊強度分布を有するであろうことを示す。１５％のワイブル故障確率に対応する応力値は試験した全サンプルについて４４０ｋｐｓｉ(３.０３×１０９Ｐａ)より大きく、好ましい実施形態においては４８０ｋｐｓｉ(３.３１×１０９Ｐａ)より大きい。動的疲労因子ｎは５０より大きく、１００より大きいことが好ましく、１５０より大きいことがさらに好ましい。気密カーボン層の抵抗値は、９０ｋΩ/ｃｍと１７０ｋΩ/ｃｍの間であることが好ましく、１１０ｋΩ/ｃｍと１６０ｋΩ/ｃｍの間であることがさらに好ましく、１２０ｋΩ/ｃｍと１５０ｋΩ/ｃｍの間であることが最も好ましい。
本明細書に開示されるファイバには、様々な保護被覆２１０を外周ガラスクラッド層上に施すことができる。例えば、保護被覆２１０はその上に第１の比較的硬質な保護被覆を有することができる。例えば、被覆は、硬化すると５０，５５，６０または６５より大きいショアーＤ硬度を示す、硬化ポリマー層とすることができる。そのような材料の例は、例えば米国特許第４９７３１２９号明細書に見ることができる。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。あるいは、比較的硬質な被覆を気密カーボン被覆として施すことができる。第１の比較的硬質な被覆層を、約１２０μｍと１３０μｍの間、さらに好ましくは約１２４μｍと１２６μｍの間の外周厚を得るに十分な厚さで施すことができる。
望ましければ、第１の硬質保護被覆上に、必要に応じて、通常の一次被覆及び二次被覆を施すことができる。一次被覆は、ファイバが曲げられるか、ケーブルにされるかまたはスプールに巻かれる時の、ガラスファイバコアを緩衝し、保護するためのバッファとしてはたらくが、クラックの成長を促進することができ、故障をおこさせる静的疲労を高めることができる、水の吸着からのガラス表面の保護も行う。二次被覆は一次被覆に重ねて施され、処理及び使用中のガラスファイバの損傷を防止する強靱な保護外周層として機能する。例えば、一次被覆は約０.１ＭＰａ〜約３ＭＰａのヤング率及び／または約−１００℃〜約−２５℃のＴｇを有することができる。本明細書に用いられるように、降下した一次または二次の中間被覆材料のヤング率は、スティーマン(Steeman)等，「光ファイバのためのその場一次被覆弾性率試験の機械的解析(Mechanical analysis of the in-situ Primary Coating Modulus Test for Optical Fibers)」，第５２回国際ワイア及びケーブルシンポジウムプロシーディングズ(Proc. of the 52th International Wire and Cable Symposium)(ＩＷＣＳ，２００３年１１月１０〜１３日，米国フィラデルフィア)，ｐ.４１に説明されるような引起こし(プルアウト)タイプのその場弾性率試験を用いて測定される。例えば、チエン(Chien)等の米国特許第６３２６４１６号明細書、ウィニンガム(Winningham)等の米国特許第６５３１５２２号明細書、フューキス(Fewkes)等の米国特許第６５３９１５２号明細書、ウィニンガムの米国特許第６５６３９９６号明細書、フューキス等の米国特許第６８６９９８１号明細書、ベイカー(Baker)等の米国特許第７０１０２０６号明細書及び米国特許第７２２１８４２号明細書、及びウィニンガムの米国特許第７４２３１０５号明細書に、多くの適する一次被覆が開示されている。これらの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。いくつかの実施形態において、通常の一次被覆及び二次被覆は上述した第１の比較的硬質な保護層に重ねて施される。そのような実施形態において、第１の比較的硬質な保護層は、一次被覆及び二次被覆を第１の保護層から容易に剥きとって、１２５μｍ光ファイバを受け入れることができるコネクタまたはその他のコンポーネントへの挿入のために１２５μｍ径の第１の保護層を残すことができる、強い接着力を有することが好ましい。
適する一次被覆組成は、約２５〜７５重量％の１つないしさらに多くのウレタンアクリレートオリゴマー、約２５〜約６５重量％の１つないしさらに多くの一官能価エチレン不飽和モノマー、約０〜約１０重量％の１つないしさらに多くの多官能価エチレン不飽和モノマー、約１〜約５重量％の１つないしさらに多くの光重合開始剤、約０.５〜約１.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの酸化防止剤、約０.５〜約１.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの定着剤、及び約０.０１〜約０.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの安定剤を含むが、これらには限定されない。
他の適する一次被覆組成は、約５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレート(Bomar Specialties社のBR 3741)、約４０〜約４５重量％の多官能価アクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4003またはPhotomer 4960)、０〜約５重量％の一官能価アクリレートモノマー(カプロラクトンアクリレートまたはＮ-ビニルカプロラクタム)、約１.５重量％までの光重合開始剤(Chiba Specialty ChemicalのIrgacure 819またはIrgacure 184、BASFのLUCIRIN(登録商標)TPO、またはこれらの組合せ)を含み、これに約１ｐｐｈの定着剤(３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン)、約１ｐｐｈの酸化防止剤(Chiba Specialty ChemicalのIrganox 1035)が添加され、必要に応じて、約０.０５ｐｐｈまでの蛍光漂白剤(Chiba Specialty ChemicalのUvitex OB)が、また、必要に応じて、約０.０３ｐｐｈまでの安定剤(Sigma-Aldrichから入手できるペンタエリトリトールテトラキス(３-メルカプトプロピオネート))が添加される。
一次被覆組成の例には、
(１) ５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR 3741, Bomar Specialty)，４０重量％のエトキシレート化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis社)，５重量％のＮ-ビニルピロリジノン，１.５重量％のビス(２,４,６-トリメチルベンゾイル)フェニル-ホスフィンオキサイド(Irgcure 819, Chiba Specialty)，１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgcure 184, Chiba Specialty)，１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-tert-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロシナメート(Irganox 1035, Chiba Specialty)，及び１ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン；
(２) ５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR 3741, Bomar Specialty)，４０重量％のエトキシレート化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis社)，５重量％のＮ-ビニルカプロラクタム，１.５重量％のビス(２,４,６-トリメチルベンゾイル)フェニル-ホスフィンオキサイド(Irgcure 819, Chiba Specialty)，１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgcure 184, Chiba Specialty)，１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-tert-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロシナメート(Irganox 1035, Chiba Specialty)，及び１ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン；
(３) ５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer社)，４５重量％のエトキシレート化(４)ノニルフェノールアクリレート(SR504, Sartomer社)，３重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルペンチルホスフィンオキサイド(Irgcure 1850, Chiba Specialty)，１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-tert-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロシナメート(Irganox 1035, Chiba Specialty)，１ｐｐｈのビス(トリメトキシシリレチル)ベンゼン定着剤，及び０.５ｐｐｈのポリアルコキシポリシロキサンキャリヤー(Tegorad 2200, Goldschmidt)；
(４) ５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer社)，４５重量％のエトキシレート化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis社)，３重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルペンチルホスフィンオキサイド(Irgcure 1850, Chiba Specialty)，１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-tert-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロシナメート(Irganox 1035, Chiba Specialty)，１ｐｐｈのビス(トリメトキシシリレチル)ベンゼン定着剤，及び０.５ｐｐｈの粘着付与剤(Unitac R-40, Union Camp)；
(５) ５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer社)，４５重量％のエトキシレート化ノニルフェノールアクリレート(SR504, Sartomer社)，及び３重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルペンチルホスフィンオキサイド(Irgcure 1850, Chiba Specialty)；及び
(６) ５２重量％のウレタンアクリレートオリゴマー(BR 3741, Bomar)，４１.５重量％のエトキシレート化ノニルフェノールアクリレートモノマー(Photomer 4003, Cognis)，５重量％のカプロラクトンアクリレートモノマー(Tone M-100, Dow)，１.５重量％のIrgacure 819光重合開始剤(Chiba)，１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-tert-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロシナメート(Irganox 1035, Chiba Specialty)，１ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(Galest)，及び０.０３２ｐｐｈのペンタエリトリトールテトラキス(３-メルカプトプロピオネート)(Aldrich)；
があるが、これらには限定されない。
二次被覆材料は一般に、重合するときに分子が高度に架橋する液体ウレタンアクリレートを含有する被覆組成の重合品である。二次被覆は高い(例えば２５℃で約０.０８ＧＰａより高い)ヤング率及び高い(例えば約２５０℃より高い)Ｔｇを有する。ヤング率は約０.１ＧＰａと約８ＧＰａの間であることが好ましく、約０.５ＧＰａと約５ＧＰａの間であることがさらに好ましく、約０.５ＧＰａと約３ＧＰａの間であることが最も好ましい。Ｔｇは約５０℃と約１２０℃の間であることが好ましく、約５０℃と約１００℃の間であることがさらに好ましい。二次被覆の厚さは、約４０μｍより薄いことが好ましく、約２０μｍ〜約４０μｍであることがさらに好ましく、約２０μｍ〜約３０μｍであることが最も好ましい。
二次被覆材料としての使用に適するその他の材料は、またこれらの材料の選択に関する要件も、技術上周知であり、チェイピン(Chapin)の米国特許第４９６２９９２号明細書及び米国特許第５１０４４３３号明細書に説明されている。これらの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。これらへの代替として、ボテロ(Botelho)等の米国特許第６７７５４５１号明細書及びチョウ(Chou)等の米国特許第６６８９４６３号明細書に説明されているような、オリゴマー含有量が少なく、ウレタン含有量が少ない、被覆組成系を用いる、高弾性率被覆も得られている。これらの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。さらに、シセル(Schissel)等の米国特許出願公開第２００７/０１０００３９号明細書に説明されているように、非反応性オリゴマー成分を用いて高弾性率被覆が達成されている。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。外周被覆は一般に、以下でさらに詳細に説明するように、(前硬化がなされているかまたはなされていない)被覆が先に施されているファイバに施され、続いて硬化される。酸化防止剤、触媒、滑剤、低分子量非架橋性樹脂、安定剤、界面活性剤、表面剤、スリップ剤、ワックス、超微粒子ポリテトラフルオロエチレン、等を含む、被覆の１つないしさらに多くの特性を強化する様々な添加剤も存在し得る。二次被覆は、技術上周知であるように、インクを含むこともできる。
適する外周被覆組成は、約０〜２０重量％の１つないしさらに多くのウレタンアクリレートオリゴマー、約７５〜約９５重量％の１つないしさらに多くの一官能価エチレン不飽和モノマー、約０〜約１０重量％の１つないしさらに多くの多官能価エチレン不飽和モノマー、約１〜約５重量％の１つないしさらに多くの光重合開始剤、及び約０.５〜約１ｐｐｈの１つないしさらに多くの酸化防止剤を含むが、これらには限定されない。
他の適する外周被覆組成は、約１０重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(Bomar Specialty社のKWS 4131)，約７２〜約８２重量％のエトキシレート化(４)ビスフェノールＡジアクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4028)，約５重量％のビスフェノールＡジグリシジルジアクリレート(CognisのPhotomer 3016)，必要に応じて約１０重量％までのジアクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4002)またはＮ-ビニルカプロラクタム，約３重量％までの光重合開始剤(Chiba Specialty ChemicalのIragcure 184またはBASFのLUCIRIN TPOまたはこれらの組合せ)を含み、これに約０.５ｐｐｈの酸化防止剤(Chiba Specialty ChemicalのIrganox 1035)が添加されるが、これらには限定されない。
外周被覆組成の例には、
(１) ４０重量％のウレタンアクリレートオリゴマー(CN981, Sartomer社)，１７重量％のプロポキシレート化(３)グリセリルトリアクリレートモノマー(SR9020, Sartomer社)，２５重量％のペンタエリトリトールテトラアクリレート(SR295, Sartomer社)，１５重量％のエトキシレート化(２)ビスフェノールＡジアクリレートモノマー(SR349, Sartomer社)，及び３重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンとビス(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルフェニルホスフィンオキサイドの混合物(Iragcure 1850, Chiba Specialty Chemical)；及び
(２) １０重量％のポリエーテルウレタンアクリレート(KWS 131, Bomar)，５重量％のビスフェノールＡジグリシルジアクリレート(Photomer 3016, Cognis)，８２重量％のエトキシレート化(４)ビスフェノールＡジアクリレート(Photomer 4028, Cognis)，１.５重量％のLUCIRIN TPO光重合開始剤(BASF)，１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Iragcure 184, Chiba)，及び０.５ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-tert-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロシナメート酸化防止剤(Irganox 1035, Chiba Specialty)；
の配合があるが、これらには限定されない。
第１の中間被覆は一般に、一次被覆のヤング率及びＴｇに比較して、比較的高いヤング率及び比較的高いＴｇをもたらす被覆組成の重合品である。ヤング率は、約０.１ＧＰａと約２ＧＰａの間であることが好ましく、約０.２ＧＰａと約１ＧＰａの間であることがさらに好ましく、約０.３ＧＰａと約１ＧＰａの間であることが最も好ましい。Ｔｇは、約０℃と約６０℃の間であることが好ましく、約１０℃と約６０℃の間であることがさらに好ましく、約１０℃と約５０℃の間であることが最も好ましい。第１の中間被覆の厚さは、約２５μｍより薄く、約２０μｍより薄いことがさらに好ましく、約１５μｍより薄いことがさらに一層好ましく、約５μｍ〜約１０μｍの範囲にあることが最も好ましい。
上記説明が本発明の例示に過ぎず、特許請求の範囲で定められるような本発明の本質及び特質の理解のための概要の提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な特徴及び実施形態を示し、それぞれの記述とともに、本発明の原理及び動作の説明に役立つ。添付される特許請求の範囲に定められるような本発明の精神または範囲を逸脱することなく本明細書に説明されるような本発明の好ましい実施形態に様々な改変がなされ得ることが当業者には明らかになるであろう。
２０ ガラスコア
３０ 内周環状領域
５０ 凹屈折率環状領域
６０ 外周環状領域
２００ ガラスクラッド層
２１０ 保護被覆

Claims (12)

  1. 多モード光ファイバにおいて、
    コア屈折率Δ％,Δ１を有する分布屈折率コア、ここで前記コアは３０μｍより大きいコア半径を有する、及び
    前記コアを囲み、屈折率Δ％,Δ３を有する凹屈折率クラッド層領域、ここでΔ３は約−０.１％より小さく、前記凹屈折率クラッド層領域は少なくとも１μｍの幅を有する、
    を有し、
    Δ１＞Δ３であり、
    前記ファイバが１２０μｍより小さい全外径を有し、かつ２０μｍより大きいＮＡ・ＣＤ(開口数×コア径)を有し、
    前記ファイバが８５０ｎｍにおいて５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振帯域幅を示す、
    ことを特徴とする多モード光ファイバ。
  2. 前記ファイバが、ガラスでつくられ、屈折率Δ％,Δ４を有する外周クラッド層領域をさらに有し、前記外周クラッド層領域が前記凹屈折率クラッド層領域を囲むことを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
  3. 前記凹屈折率クラッド層領域が、前記コアに直接に接し、約−０.２％より小さい屈折率Δ％及び少なくとも２μｍの幅を有することを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
  4. 屈折率Δ％,Δ２を有する内周クラッド層領域をさらに有し、前記内周クラッド層領域が前記コアを囲み、前記凹屈折率クラッド領域が前記内周クラッド層領域を囲み、Δ１＞Δ２＞Δ３であり、前記内周クラッド層領域の幅が４μｍより狭いことを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
  5. 前記コアが３５μｍより大きいコア半径を有することを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
  6. 前記ファイバがガラスでつくられ、前記コアが４５μｍより小さいガラスコア半径を有し、ガラスの前記全外径が１１０μｍより小さいことを特徴とする請求項５に記載の多モード光ファイバ。
  7. 前記ファイバが８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振帯域幅を示すことを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
  8. 多モード光ファイバにおいて、
    ３５μｍより大きい半径を有する分布屈折率コア、及び
    凹屈折率環状領域を含む第１の内周クラッド層、
    を有し、
    前記凹屈折率環状領域が約−０.２％より小さい屈折率Δ％及び少なくとも１μｍの幅を有し、
    前記ファイバがさらに、８５０ｎｍにおいて０.２５ｄＢ/ターン以下の１５ｍｍ径マンドレル１ターン巻付け減衰増及び８５０ｎｍにおいて５００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振帯域幅を示し、
    前記ファイバが、ガラスでつくられ、前記ファイバのガラス外径が１２０μｍより小さく、かつ２０μｍより大きいＮＡ・ＣＤ(開口数×コア径)を有することを特徴とする多モード光ファイバ。
  9. 前記ファイバがさらに、０.１８５より大きい開口数を有することを特徴とする請求項８に記載の多モード光ファイバ。
  10. 前記ファイバがさらに、８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振帯域幅を示すことを特徴とする請求項８に記載の多モード光ファイバ。
  11. 前記ファイバがさらに、０.２８より大きい開口数を有することを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
  12. 前記ファイバが４００ｋｐｓｉ(２.７６×１０９Ｐａ)より大きい１５％のワイブル故障確率に対応する応力値を示すことを特徴とする請求項１１に記載の多モード光ファイバ。
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