JP5830228B2 - マルチモード光ファイバおよびマルチモード光システム - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバによる伝送の分野に関し、さらに具体的に言えば、高帯域アプリケーション向けのマルチモード光ファイバに関する。

光ファイバは、従来、光信号を伝送し、随意に増幅する機能を持つ光学コアと、この光学コア内に光信号を閉じ込める機能を持つ光学クラッドとから構成されている。これを目的として、コアｎｃの屈折率とクラッドｎｇの屈折率は、ｎｃ＞ｎｇのようになっている。

この屈折率分布は、この屈折率を光ファイバの半径と関連づける関数のグラフを表している。光ファイバの中心までの距離は、通常、ｘ軸上に示され、また、その特定距離における屈折率と、ファイバ・クラッドの屈折率との差は、ｙ軸上に示される。一般に、この屈折率分布は、その外観に応じて分類される。したがって、この屈折率分布は、ステップ形、台形、三角形、またはグレーデッド形を呈するグラフに対して、それぞれ、「ステップ」、「台形」、「三角形」、または「アルファ」の言葉で表される。これらの曲線は、光ファイバの理論分布または設定分布を表しているが、一方、光ファイバの製造制約条件から、わずかに異なる分布形状がもたらされることもある。

２つの主要タイプの光ファイバ、すなわちマルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバが存在する。マルチモード光ファイバでは、所与の波長に対して、光ファイバに沿って同時にいくつかの光学モードが伝搬するが、しかるに、シングルモード光ファイバでは、高次のモードが強く減衰する。シングルモード光ファイバまたはマルチモード光ファイバの代表的な直径は、１２５μｍである。マルチモード光ファイバのコアは、一般に、５０μｍまたは６２．５μｍの直径を持っているが、しかるに、シングルモード光ファイバのコアは、一般に、約６μｍ〜９μｍの直径を持っている。マルチモード・システムは、シングルモード・システムよりも安くつく。これは、その光源、コネクタ、保守のコストがさらに安くなるからである。

マルチモード光ファイバは、広帯域を必要とする短距離アプリケーション、例えばローカルネットワークまたはＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）に常用される。マルチモード光ファイバは、光ファイバ間の互換性を目的として、帯域、開口数（コア屈折率分布の２乗最大屈折率と、クラッドの２乗屈折率との差の平方根として定義される）、およびコア直径の具体的な基準を定義した非特許文献１のもとに、国際標準化の対象となっている。さらに、長距離（すなわち、３００ｍよりも長い距離）にわたって、広帯域アプリケーション（すなわち、１ＧｂＥよりも速いデータレート）を満たすために、非特許文献２も採用されている。高帯域アプリケーションの展開とともに、マルチモード光ファイバ用の平均コア直径が６２．５μｍから５０μｍに減らされてきた。

光ファイバは、高帯域アプリケーションに使用できるように、できるだけ広い帯域を持たなければならない。光ファイバの帯域は、以下で説明されるいくつかの異なるやり方で、所与の波長に対して評価される。いわゆるＯＦＬすなわち「オーバーフィルド・ラウンチ（全モード励振）」の状態での帯域と、いわゆるＥＭＢすなわち「実効伝送帯域」の状態での帯域とが区別される。ＯＦＬ帯域を得ることにより、光ファイバの半径方向の全面にわたって、一様な励振を呈する光源、例えばレーザダイオードまたはＬＥＤ（発光ダイオード）の使用が想定される。しかしながら、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）など、広帯域アプリケーションに使用される最近開発された光源は、光ファイバの半径方向の面にわたって、均等でない励振を呈する。このタイプの光源では、ＯＦＬ帯域の方が、適していなく、この場合、実効伝送帯域すなわちＥＭＢの状態を利用することが好ましい。その計算実効帯域すなわちＥＭＢｃは、使用されるＶＣＳＥＬのタイプとは無関係にマルチモード光ファイバの最小ＥＭＢを推定する。ＥＭＢｃは、それ自体公知のやり方でＤＭＤ（分散モード遅延）測定から得られる。

図１は、非特許文献３の基準によるＤＭＤ測定の略図を示している。図１は、光学クラッドで取り巻かれた光学コアである光ファイバの一部の略図を示している。ＤＭＤのグラフは、所与の波長λ０を持つ光パルスを、連続する各パルス間に半径方向オフセット（半径方向位置ずれ、radial offset）を持たせて、マルチモード光ファイバに次々に入射させ、光ファイバの所与の長さＬの後で、各パルスの遅延を測定することで、得られたものである。マルチモード光ファイバのコアの中心に対して異なる半径方向オフセットを持たせて、同一光パルスを入射させる。或る半径方向オフセットで入射した光パルスが、この光ファイバの光学コア上に黒ドットとして図１に描かれている。５０μｍの直径を持つ光ファイバを評価するために、非特許文献３は、毎回異なる半径方向オフセットで２４回の個別測定を実行するように求めている。これらの測定から、それ自体公知のやり方で、モード分散ＤＭＤと計算実効伝送帯域ＥＭＢｃを推定することが可能である。

非特許文献４は、５０μｍの直径を持つマルチモード光ファイバに対して、長距離にわたってＥｔｈｅｒｎｅｔ広帯域伝送ネットワーク・アプリケーションに必要な性能を規定している。非特許文献２は、３００ｍの距離まで１０Ｇｂ／ｓ（１０ＧｂＥ）のデータレートに対してエラーフリー伝送を得るために、２０００ＭＨｚ．ｋｍ＠８５０ｎｍ以上のＥＭＢを保証している。非特許文献５は、５５０ｍの距離まで１０Ｇｂ／ｓ（１０ＧｂＥ）のデータレートに対してエラーフリー伝送を得るために、４７００ＭＨｚ．ｋｍ＠８５０ｎｍ以上のＥＭＢを保証すべきである。

マルチモード光ファイバでは、光ファイバに沿って、いくつかのモードの伝搬時間または群遅延時間の開きから、帯域が得られる。特に、同一の伝搬媒体では（すなわち、ステップインデックス形のマルチモード光ファイバにおいて）、モードが異なれば、群遅延時間も異なる。このような群遅延時間の開きから、光ファイバの異なる半径方向に沿って伝搬するパルス間にタイムラグがもたらされる。例えば、図１では、図１の右側のグラフに見られるように、個々のパルス間にタイムラグが認められる。このグラフでは、各トレース（描き線）は、個別のパルスであり、また、ナノ秒で表す時間を、パルスごとにｘ軸上にプロットし、また、マイクロメートルで表す半径方向オフセットをｙ軸上にプロットする。これらのピークの差は、個々のパルス間のタイムラグを意味することが容易に見てとれる。このタイムラグから、結果として得られる光パルスの広がりが発生する。このようなパルスの広がりは、このパルスが次のパルス上に重ねられるおそれ、それゆえ、光ファイバでサポートされるデータレート（したがって帯域）を減らすおそれをもたらす。それゆえ、この帯域は、光ファイバのマルチモード・コア内を伝搬する光学モードの群遅延時間に直接、結び付けられる。広帯域を保証するために、所与の波長に対して、あらゆるモードの群遅延時間を同一にすること、すなわちモード間分散（intermodal dispersion）をゼロにするか、あるいは少なくとも極力少なくすることが必要である。

マルチモード光ファイバ中のモード間分散を減らすために、「アルファ」のコア屈折率分布を呈するグレーデッドインデックス形光ファイバを作り出すことが提案されてきた。このような光ファイバは、数年間使用され、その特性は、特に、非特許文献６に記載されており、また、非特許文献７にも要約されている。

グレーデッドインデックス形屈折率分布またはアルファインデックス形屈折率分布、すなわち、これら２つの用語は同意義のものであるが、以下の式により、光ファイバの或る地点から中心までの距離ｒの関数として、この地点における屈折率の値ｎとの関係によって定義できる。

ここで、α ≧ 1
ｎ１はマルチモード・コアの最大屈折率であり、
ａはマルチモード・コアの半径である。

式中、ｎ０は、マルチモード・コアの最小屈折率であり、概ね、クラッド（たいてい石英ガラスでできている）の屈折率に対応している。

それゆえ、グレーデッドインデックス形のマルチモード光ファイバは、回転対称性のコア屈折率分布を呈して、この光ファイバのどの半径方向でも、光ファイバの中心からその周縁に至るまで連続的に屈折率の値が減少するようにしている。そのようなグレーデッドインデックス形コア内をマルチモード光信号が伝搬すると、異なる光学モードが、異なる伝搬媒体を通り（異なる屈折率による）、それにより、それらの光学モードの伝搬速度に異なる影響がもたらされる。したがって、パラメータαの値を調整すれば、あらゆるモードに対して事実上等しい群遅延時間を得、したがって、減らされたか、もしくはゼロのモード間分散を得ることが可能である。

しかしながら、実際に作られたマルチモード光ファイバの屈折率分布は、一定屈折率の外側クラッドで取り巻かれたグレーデッドインデックス形中心コアを含む。したがって、このマルチモード光ファイバのコアは、決して完全アルファ屈折率分布には対応しない。これは、外側クラッド（一定屈折率を持つ）とコア（アルファ屈折率分布を呈する）との境界面が、このアルファ屈折率分布を遮断するからである。この外側光学クラッドは、低次モードに対して高次モードを加速させる。このような現象は、「クラッド効果（ｃｌａｄｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）」という表現で知られており、図２に提示されるＤＭＤ測定のグラフにおいて理解できる。その場合、最大の半径方向位置（すなわち、例えば２０マイクロメートルを超える大きい半径方向オフセット）に対して得られる応答は、多重パルスを示すことが認められる。これらのパルスは、コアを通り抜けるのではなくて、クラッドを通り抜けるときに高次モードを加速させるという事実によるものであり、その場合、これらの高次モードは、低次モードとは異なる時間に到達することになる。このような多重パルスの存在は、結果として得られる応答の時間的な広がりに現れている。したがって、このクラッド効果の結果として、その帯域が減らされる。

非特許文献４により規定される性能を達成するためには、光ファイバ中のクラッド効果を制限することが必要である。

特許文献１は、グレーデッドインデックス形中心コアと、その中心コアの周縁にあるディプレスト・トレンチ（depressed trench）とを含むマルチモード光ファイバを記載している。中心コアのグレーデッドインデックス形屈折率分布は、一定屈折率の凹部（depression）が後に続くディプレスト・トレンチ（拡張ディプレスト傾斜コア）の底面まで広げられる。このタイプの従来技術の屈折率分布は、図１０Ｃ（以下で説明される）に示される。上記拡張ディプレスト傾斜コアは、中心コアの一部と見なされ、また、一定屈折率の凹部は、ディプレスト・トレンチと見なされる。このアルファインデックス形コアを、外側光学クラッドの下で、拡張ディプレスト傾斜コアの形式のディプレスト・トレンチの底面まで広げると、このコアのサイズが大きくなる場合もあり、その場合、コアは、上で説明された非特許文献２および非特許文献５に適合できなくなる。このコアを負の屈折率の値まで広げることも、ディプレスト・トレンチの形状に固有の漏洩モードの伝搬により、損失をもたらす場合もある。

本発明者らの特許文献２は、グレーデッドインデックス形屈折率分布を呈する中心コアと、この中心コアの周縁にあるディプレスト・クラッドとを含むマルチモード光ファイバを開示している。このコアのグレーデッドインデックス形屈折率分布は、一定屈折率の凹部が後に続くディプレスト・トレンチの底面まで広げられる。このタイプの従来技術の屈折率分布は、図１０Ｃ（以下で説明される）に示される。このアルファインデックス形コアを、外側光学クラッドの下で、ディプレスト・トレンチの底面まで広げると、このコアのサイズが大きくなる場合もある。この結果として、この光ファイバは、上で説明された非特許文献２および非特許文献５に適合できなくなる。このコアを負の屈折率の値まで広げることも、ディプレスト・トレンチの形状に固有の漏洩モードの伝搬により、損失をもたらす場合もある。

特許文献３は、グレーデッドインデックス形屈折率分布を呈するコアと低減クラッド効果を持つマルチモード光ファイバを記載している。しかしながら、この光ファイバは、６０．５μｍの直径を持ち、高帯域アプリケーションには最適化されない。

特許文献４は、グレーデッドインデックス形屈折率分布を呈する中心コアと、その中心コアの周縁にあるディプレスト・トレンチ（中間層と呼ばれる）とを含むマルチモード光ファイバを開示している。このディプレスト・トレンチの厚さは、このコアの半径の０．１倍〜１倍である。５０μｍの半径を持つコアでは、上記中間層の厚さは、５μｍ〜５０μｍである。

特許文献５と特許文献６は、クラッド効果を減らすために、ディプレスト・トレンチで取り巻かれたグレーデッドインデックス形コアを持つマルチモード光ファイバを記載している。しかしながら、記載されている光ファイバは、６２．５μｍの直径を持ち、高帯域アプリケーションには適さない。

それゆえ、ディプレスト・トレンチだけでなく、グレーデッドインデックス形コアも含む屈折率分布を呈するマルチモード光ファイバを必要としており、この光ファイバは、高帯域アプリケーション向けの広帯域を可能にするために、低減クラッド効果をもたらす。

国際公開（ＷＯ，Ａ）第２００６／０１０７９８号パンフレット 国際公開（ＷＯ，Ａ）第２００９／０５４７１５号パンフレット 米国特許（ＵＳ，Ａ）第４，３３９，１７４号明細書 米国特許（ＵＳ，Ａ）第４，１８４，７７４号明細書 米国特許（ＵＳ，Ａ）第４，２２９，０７０号明細書 米国特許（ＵＳ，Ａ）第４，２３０，３９６号明細書

ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５１．１規格 ＯＭ３規格 ２００２年１１月２２日のＴＩＡ ＳＣＦＯ−６．６バージョンに公表されたＦＯＴＰ−２２０規格 ＴＩＡ−４９２ＡＡＡＣ−Ａ規格 規格ＯＭ４ Ｄ．Ｇｌｏｇｅ氏らによる「Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｒｅｓ」（Ｂｅｌｌ ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ １９７３、ｐｐ１５６３−１５７８） Ｇ．Ｙａｂｒｅ氏による「Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０００，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２，ｐｐ １６６−１７７）

これを目的として、本発明は、外側光学クラッドで取り巻かれた光学コアを含むマルチモード光ファイバであって、前記光学コアが、その中心から周縁まで、半径（ｒ１）を持ち、かつ前記外側光学クラッドに対してアルファインデックス形屈折率分布を呈する中心コアと、前記中心コアの周縁にあって、幅（ｗｔ）と、前記外側光学クラッドに対する屈折率差（Δｎｔ）を持つディプレスト・トレンチと、を含み、０．２００±０．０１５に等しい開口数（ＮＡ）を持ち、前記中心コアのアルファインデックス形屈折率分布が、１．９〜２．１の値を持つアルファ・パラメータ（α）を持ち、前記中心コアが、前記外側光学クラッドに対して、１１×１０ ^-3 〜１６×１０ ^-3 である屈折率差の最大値（Δｎ１）を持っており、前記中心コアの直径（ｒ１の２倍）が５０±３マイクロメートル（μｍ）の値を持ち、また、前記ディプレスト・トレンチは、屈折率の垂直減少から始まり、その幅（ｗｔ）が０．５マイクロメートル（μｍ）〜２マイクロメートル（μｍ）であり、さらに、前記外側光学クラッドに対する前記ディプレスト・トレンチの屈折率差（Δｎｔ）が−４×１０^-3〜−１×１０^-3であり、前記中心コアのアルファインデックス形屈折率分布の末端と前記外側光学クラッドとの屈折率差が−０．５×１０^-3 以上で０未満、２５μｍの半径方向オフセットでの半径方向オフセット帯域で、２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい帯域を持っているマルチモード光ファイバを提案している。

一実施形態により、この光ファイバは、２５μｍの半径方向オフセットでの半径方向オフセット帯域（ＲＯＢ２５）で、２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい帯域を持っている。

一実施形態により、この光ファイバは、半径方向オフセットを２５μｍとする帯域で、かつ４０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい帯域を持っている。

一実施形態により、この中心コアのアルファインデックス形屈折率分布は、１．９〜２．１の値を持つアルファ・パラメータを持っている。

一実施形態により、この光ファイバは、０．２００±０．０１５に等しい開口数（ＮＡ）を持っている。

一実施形態により、この中心コアは、上記外側光学クラッドに対して、１１×１０^−３〜１６×１０^−３である屈折率差の最大値を持っている。

一実施形態により、上記外側光学クラッドに対する上記ディプレスト・トレンチの屈折率差は、このディプレスト・トレンチの幅全体にわたって一定である。

一実施形態により、この光ファイバは、１５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい全モード励振（ＯＦＬ）帯域を持っている。

一実施形態により、この光ファイバは、３５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい全モード励振（ＯＦＬ）帯域を持っている。

一実施形態により、この光ファイバは、２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい実効伝送帯域（ＥＭＢ）を持っている。

一実施形態により、この光ファイバは、４０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい実効伝送帯域（ＥＭＢ）を持っている。

本発明はまた、本発明による光ファイバの少なくとも一部を含むマルチモード光システムにも関わる。

一実施形態により、このマルチモード光システムは、１００メートル（ｍ）まで、１０ＧｂＥ（Ｇｂ／ｓ）以上のデータレートを持っている。

一実施形態により、このマルチモード光システムは、３００メートル（ｍ）まで、１０ＧｂＥ（Ｇｂ／ｓ）以上のデータレートを持っている。

本発明の他の特性および利点は、以下に示す添付図面を参照して、例示として与えられる本発明の実施形態の下記説明を読めば、明らかになろう。

上述の通りＤＭＤ測定を示す略図である。 上述の通りＤＭＤ測定のグラフである。 マイクロメートルで表す半径方向オフセットの関数として、メガヘルツ・キロメートルで表す「半径方向オフセット帯域（ＲＯＢ）」パラメータの傾向変動を表すグラフである。 マイクロメートルで表す光ファイバの半径に対して、屈折率のプロットにより、本発明による光ファイバの屈折率分布を示す略図である。 ディプレスト・トレンチの深さである光ファイバの屈折率分布のパラメータの関数として、２３マイクロメートルの半径方向オフセットを持つ「半径方向オフセット帯域」（ＲＯＢ２３）（メガヘルツ・キロメートルで表す）の測定を示すグラフである。 ディプレスト・トレンチの深さである光ファイバの屈折率分布のパラメータの関数として、２４マイクロメートルの半径方向オフセットを持つ「半径方向オフセット帯域」（ＲＯＢ２４）（メガヘルツ・キロメートルで表す）の測定を示すグラフである。 ディプレスト・トレンチの深さである光ファイバの屈折率分布のパラメータの関数として、２５マイクロメートルの半径方向オフセットを持つ「半径方向オフセット帯域」（ＲＯＢ２５）（メガヘルツ・キロメートルで表す）の測定を示すグラフである。 従来技術によるいくつかの光ファイバと、本発明によるいくつかの光ファイバにおいて、メガヘルツ・キロメートルで表すＲＯＢ２５のパラメータの値を示すグラフである。 ２５μｍの半径方向オフセットで（ＲＯＢ２５）光パルスを入射させる場合に、従来技術による光ファイバと本発明による光ファイバの応答を示す２つの三次元（３Ｄ）グラフである。ここでは、従来技術による光ファイバが左側のグラフに表され、また本発明による光ファイバが右側のグラフに表されている。 光ファイバの半径に対して、屈折率のプロットにより屈折率分布を示す略図であって、本発明の第１の実施形態による光ファイバの屈折率分布を示す。 光ファイバの半径に対して、屈折率のプロットにより屈折率分布を示す略図であって、本発明の第２の実施形態による光ファイバの屈折率分布を示す。 光ファイバの半径に対して、屈折率のプロットにより屈折率分布を示す略図であって、従来技術による光ファイバの屈折率分布を示す。

本発明の光ファイバは、外側光学クラッドに対して、アルファインデックス形屈折率分布を呈する半径ｒ１の中心コアを含むマルチモード光ファイバである。本発明による光ファイバはまた、クラッド効果を最小限に抑えるように、その中心コアの周縁にあって、幅ｗｔと、外側光学クラッドに対して屈折率差Δｎｔを持つディプレスト・トレンチも含む。本発明の特徴を組み合わせることで、低減クラッド効果が保証される。本発明の光ファイバにより、２０００ＭＨｚ．ｋｍを超え、４７００ＭＨｚ．ｋｍすら超えるような実効伝送帯域（ＥＭＢ）を達成することが可能である。これは、以下でさらに詳しく説明される。

クラッド効果を評価するために、ＲＯＢ（半径方向オフセット帯域）を求める。このＲＯＢは、ＤＭＤ測定から得られるパラメータである。入力パルスの空間幅が５μｍ＋／−０．５μｍ＠８５０ｎｍであり、また、光ファイバ・プローブ（パルスをマルチモード光ファイバに送るのに役立つシングルモード光ファイバ）とマルチモード光ファイバとの間の距離が１０μｍよりも短いような入射条件に対して、ＤＭＤ測定を得る。半径方向オフセットＸにおけるＲＯＢ（ＲＯＢＸで表される）は、所与の波長λ０（例えば、８５０ｎｍ）に対して、半径方向オフセットＸにて入射させる場合に得られる出力パルスの時間的形状の広がりおよび変形に含まれる情報を利用して、計算される。フーリエ変換とパルス・デコンボリューションを用いて得られる伝達関数Ｈ（Ｘ）は、それぞれの半径方向オフセットに対応する。

Ｓｅ（ｆ）は、ＴＩＡ−４５５−２２０−Ａ５．１規格により測定された入力パルスのフーリエ変換である。Ｓｓ（ｆ，Ｘ）は、ＴＩＡ−４５５−２２０−Ａ５．１規格により測定されたＸオフセット励振に対応する出力パルスのフーリエ変換であり、ｆはその周波数である。

それぞれのオフセット励振Ｘに対して、以下のように伝達関数を定義できる。

この場合、ＲＯＢＸは、伝達関数ＨＸ（ｆ）の−３ｄＢにおける帯域であり、これは、ＤＭＤ測定においてＸの半径方向オフセットにて入射させる場合に、この光ファイバの応答に対応する。

実際には、この帯域は、次式のように、−１．５ｄＢの減衰に対して計算され、次に、ガウス応答を仮定して、係数√２を掛けて、−３ｄＢの減衰に対して補外される（これも、実効帯域の計算の場合のように）。

図３中のグラフは、８５０ｎｍの波長にて測定された「半径方向オフセット」の関数としてＲＯＢを示している。ｘ軸上にプロットされるマイクロメートルで表す半径方向オフセットに対して、ＲＯＢ値がｙ軸上にプロットされる。アルファ・パラメータの異なる値（アルファは、２．０４と２．０８の間で様々である）を持つアルファインデックス形屈折率分布を呈する光ファイバに対して、図３中のＲＯＢがプロットされる。ゼロ〜１８マイクロメートルの半径方向オフセットの窓では、異なるアルファ値に対するトレースが著しく変化していることから、半径方向オフセットｒが０〜約１８μｍの場合に、ＲＯＢＸは、パラメータαの値に強く左右されることが認められる。１８μｍの半径方向オフセットを超えた（すなわち、ＲＯＢ１８を超えた）ＲＯＢＸの値は、２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも小さい。ＲＯＢ１８の後では、ＲＯＢＸは、もはやパラメータαにはたいして影響されず（すなわち、異なるアルファ値に対するトレースは著しく変化することはない）、ＲＯＢＸは本質的に、コア・クラッド境界面に左右される。これらの光ファイバの中心コアの半径は、２５マイクロメートルであって、外方に約７マイクロメートルの開きがあり（すなわち、ＲＯＢ１８とＲＯＢ２５との間）、アルファ屈折率分布の影響が強力に減らされて、ディプレスト・トレンチおよびクラッドの影響が優勢となる。

本発明の光ファイバは、第１の実施形態において、図４に示され、また図１０Ａに図式的に示されるような屈折率分布を呈しており、これにより、２０００ＭＨｚ．ｋｍを超え、４０００ＭＨｚ．ｋｍすら超えるようなＲＯＢ２５を得ることが可能である。本発明による光ファイバは、光学コアと外側光学クラッドを含み、また、光学コアは、その中心に、グレーデッドインデックス形屈折率分布またはアルファインデックス形屈折率分布を呈する中心コアを含む。この中心コアは、中心コアの中心（ここでは、ｒ１はゼロである）に最大屈折率を持っている。屈折率は、光ファイバの中心（ここでは、ｒ１はゼロである）から中心コアの周縁に至るまで連続的に減少する。この中心コアの周縁において、外側光学クラッドに対する屈折率差は、その最小点にあり、図４と図１０Ａに示される第１の実施形態の場合にはゼロである。中心コアを取り巻いているものはディプレスト・トレンチである。本出願の説明文や特許請求の範囲に記されているディプレスト・トレンチとは、この光ファイバのうち外側光学クラッドの屈折率ｎｇよりも小さい屈折率を持つ、すなわち負の屈折率を持つ半径部分を指している。このディプレスト・トレンチは、屈折率の実質的な垂直減少から始まる。

本発明の第２の実施形態（図１０Ｂに示される）では、中心コアのアルファインデックス形屈折率分布は、負の屈折率値を持つ部分を含む。すなわち、グレーデッドインデックス形中心コアがディプレスト・トレンチに「入り込む」。このディプレスト・トレンチは、屈折率の実質的な垂直減少から始まり、また、グレーデッドインデックス形屈折率分布のうち、負の屈折率を持つ部分は、グレーデッドインデックス形中心コアの一部であって、ディプレスト・トレンチの一部ではないものと見なされる。

ディプレスト・トレンチを取り巻いているものは外側光学クラッドである。本発明の一実施形態では、中心コアは、ディプレスト・トレンチでじかに取り巻かれており、また、ディプレスト・トレンチは、外側光学クラッドでじかに取り巻かれている。

図１０Ｃは、例えば国際公開（ＷＯ，Ａ）第２００６／０１０７９８号パンフレットと国際公開（ＷＯ，Ａ）第２００９／０５４７１５号パンフレットに開示されている従来技術の一実施形態を示している。コアのこの従来技術のグレーデッドインデックス形屈折率分布は、一定屈折率の凹部が後に続くディプレスト・トレンチの底面まで広げられる。

一実施形態では、このディプレスト・トレンチは、幅全体ｗｔにわたって一定の負の屈折率値を持つことに留意されたい。しかしながら、このディプレスト・トレンチは、独立した一定の負の屈折率値をそれぞれが持つ２つ以上のディプレスト・サブトレンチから成ることも可能である。この実施形態は、図面には示されていない。

一般に、本発明によるディプレスト・トレンチは、深さΔｎｔ、すなわち外側光学クラッドに対する負の屈折率差を持っている。この深さΔｎｔは、−４×１０^−３〜−１×１０^−３である。このような範囲の値の有意性は、図５、図６、図７を参照すれば、より良く理解されよう。図５、図６、図７はそれぞれ、２３マイクロメートルの半径方向オフセットでの「半径方向オフセット帯域」（ＲＯＢ２３）、２４マイクロメートルの半径方向オフセットでの「半径方向オフセット帯域」（ＲＯＢ２４）、２５マイクロメートルの半径方向オフセットでの「半径方向オフセット帯域」（ＲＯＢ２５）の測定を示している。ｙ軸上には、メガヘルツ・キロメートルで表すＲＯＢが示され、また、ｘ軸上には、ディプレスト・トレンチの深さΔｎｔが示されている。図５はＲＯＢ２３の値を示し、また、図６はＲＯＢ２４の値を示し、さらに、図７は、ＲＯＢ２５の値を示している。

これらのＲＯＢ値は、いくつかのパラメータが変えられているファイバで得られる。このディプレスト・トレンチの幅ｗｔは０．４μｍと２μｍの間で変えられており、また、その深さΔｎｔは−８×１０^−３〜−０．５×１０^−３の間で変えられている。さらに、中心コアのアルファインデックス形屈折率分布の末端と外側光学クラッドとの間の屈折率差は、−０．５×１０^−３と０との間で変えられている。図１０Ａに示される第１の実施形態の場合には、この屈折率差はゼロであり、また、図１０Ｂに示される第２の実施形態の場合には、この屈折率差はゼロよりも大きい。さらに、この開口数は、０．２と０．２２の間で変えられている。

このディプレスト・トレンチの深さΔｎｔは、ＲＯＢ２３、ＲＯＢ２４、ＲＯＢ２５の値に影響を及ぼす主パラメータであることがわかっている。深さΔｎｔに最適な値を取れば、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５１．１規格により規定されるパラメータ値に合致しながら、２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きいＲＯＢ２３、ＲＯＢ２４、ＲＯＢ２５の値を得ることが可能になる。したがって、本発明によるディプレスト・トレンチの深さΔｎｔに対する値の範囲（すなわち、０．５マイクロメートル〜２マイクロメートル）から、本発明の光ファイバのディプレスト・トレンチで、クラッド効果を確実に充分補償することができる。

このディプレスト・トレンチは、０．５μｍ〜２μｍの幅ｗｔを持っている。この幅ｗｔは、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５１．１規格に該当する光ファイバの開口数を保持するために、最高２μｍの値に制限される。

光ファイバの中心コアは、２５μｍの半径ｒ１（すなわち、５０μｍの直径）を持っている。この中心コアのグレーデッドインデックス形屈折率分布は、マルチモード光ファイバに特有のアルファ係数の値を持っている。すなわち、αは、例えば１．９〜２．１である。外側光学クラッドに対する中心コアの屈折率差は、１１×１０^−３〜１６×１０^−３の最大値Δｎ１を持っている（中心コアの中心にて）。

中心コアのグレーデッドインデックス形屈折率分布の末端と外側光学クラッドとの間の屈折率差は、−０．５×１０^−３〜０である。中心コアのグレーデッドインデックス形屈折率分布の末端と外側光学クラッドとの間の屈折率差がゼロである場合には、この中心コアのグレーデッドインデックス形屈折率分布は、外側光学クラッドの屈折率レベルよりも下には及ばない。

中心コアのグレーデッドインデックス形屈折率分布の末端と外側光学クラッドとの間の屈折率差が正である他の実施形態では、中心コアのグレーデッドインデックス形屈折率分布は、外側光学クラッドの屈折率レベルよりも下に及ぼされる。しかしながら、中心コアのグレーデッドインデックス形屈折率分布が及ぶ部分は、従来技術の光ファイバに関して図１０Ｃに開示されるディプレスト・トレンチの底面には達しない。したがって、固有の漏洩モードの伝搬による損失は制限される。

外側光学クラッドは、一般に、コストの理由から、天然石英ガラスで作られるが、ただし、ドープした石英ガラスで作られてもよい。

本発明の利点は、従来技術による光ファイバを本発明による光ファイバと比較すれば、さらに明白となろう。ディプレスト・トレンチを除き、同一の光学パラメータを持つ本発明による光ファイバと従来技術の光ファイバが製造されてきた。このディプレスト・トレンチのそれぞれのパラメータは、以下の表に示されている。

図８は、上記の表に開示されるように、従来技術による光ファイバと本発明による光ファイバにおいて得られる２５マイクロメートルの半径方向オフセットでの「半径方向オフセット帯域」（ＲＯＢ２５）の値を示している。本発明による光ファイバの大部分は、２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きいＲＯＢ２５の値（約１０，０００ＭＨｚ．ｋｍ）を持っているが、一方、従来技術による光ファイバは、約１０００ＭＨｚ．ｋｍのＲＯＢ２５の値を持っていることが認められる。それゆえ、本発明による光ファイバは、従来技術の光ファイバのＲＯＢ２５の少なくとも２倍のＲＯＢ２５を持っており、これは、上述のクラッド効果に必要な低減に関して望ましいものである。

図９は、２５μｍの半径方向オフセットにて光パルスを入射させる場合に、上記の表に述べられる従来技術による光ファイバと本発明による光ファイバの応答を示している。従来技術による光ファイバと本発明による光ファイバの応答はそれぞれ、図９の左側と右側のグラフに示されている。それぞれのグラフは、ｘ軸上に時間スケールを示し、ｙ軸上に光ファイバそれぞれのナンバーを示し、また、側面上に、出力信号の標準化された振幅を示している。従来技術による光ファイバの応答のほとんどは多重パルスを示しているが、しかるに、本発明による光ファイバの応答の大部分は、単一パルスを示している。このことから、本発明による光ファイバは、従来技術による光ファイバと比較して、クラッド効果が減らされると推断することができる。

図８と比較して図９を見れば、本発明による光ファイバは、２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きいか、もしくは４０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きいＲＯＢ２５の値を持ち、しかも、多重パルス（従来技術）ではなく、単一パルス（本発明の光ファイバ）の形式で２５μｍの半径方向オフセットに対して応答を示すことが明らかになっている。その結果、本発明による光ファイバは、さらに小さいクラッド効果を持ち、これにより、高帯域アプリケーション向けの広帯域が可能となり、それゆえ、本発明の目標の１つに到達している。

本発明による光ファイバは、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５１．１規格に適合する。この光ファイバは、その中心コアの直径が５０μｍであり、また、その開口数が０．２±０．０１５である。グレーデッドインデックス形中心コアは、ディプレスト・トレンチにはとどまらないことに留意する。これにより、上記規格により規定される開口数を確実に保持でき、またクラッド効果を確実に弱めることができる。

一実施形態により、本発明による光ファイバは、ＯＭ３規格に合致し、すなわち、実効伝送帯域ＥＭＢが２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きくて、モード分散が０．３ｐｓ／ｍよりも小さく、また、ＯＦＬ帯域が１５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい。他の実施形態により、本発明による光ファイバは、ＯＭ４規格に合致し、すなわち、実効伝送帯域ＥＭＢが４７００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きくて、モード分散が０．１４ｐｓ／ｍよりも小さく、また、ＯＦＬ帯域が３５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい。

本発明による光ファイバは、それ自体公知のやり方で、最終プリフォームから線引きして製造されることがある。

最終プリフォームは、それ自体公知のやり方で製造された一次プリフォームに外側オーバークラッド層を施して（すなわち、いわゆるオーバークラッド処理）、製造されることがある。この外側オーバークラッド層は、ドープしたか、またはドープしていない天然石英ガラスまたは合成石英ガラスから成っている。外側オーバークラッド層を施すのに、いくつかの方法が利用できる。

例えば第１の方法では、外側オーバークラッド層は、熱の影響下で、一次プリフォームの外周に天然石英ガラスまたは合成石英ガラスの粉粒を蒸着させ、ガラス化して施されることがある。このような処理は、例えば、米国特許第５，５２２，００７号、米国特許第５，１９４，７１４号、米国特許第６，２６９，６６３号、および米国特許第６，２０２，４４７号から知られている。

一方法の他の例では、ドープすることも、ドープしないこともある石英ガラスのスリーブ管を使用して、一次プリフォームにオーバークラッドを施す場合がある。その場合、このスリーブ管を、一次プリフォーム上にコラプスさせる（collapse）。

さらに他の別法では、オーバークラッド層は、ＯＶＤ（外部蒸着）法を用いて、施されることがある。ＯＶＤ法では、まず最初に、一次プリフォームの外周に、スート（すす）層を蒸着させ、その後で、このスート層をガラス化して、ガラスを生成する。

これらの一次プリフォームは、ＯＶＤやＶＡＤ（アキシアル蒸着）などの外部蒸着技法、および、ドープしたか、またはドープしてない石英ガラスでできている基体管（サブストレート・チューブ）の内面上にガラス層を蒸着させるＭＣＶＤ（修正化学蒸着）、ＦＣＶＤ（ファーネス化学蒸着）、ＰＣＶＤ（プラズマ化学蒸着）などの内部蒸着技法を含む（ただし、それらの技法には限定されない）公知の技法を利用して製造されることがある。

好ましい実施形態では、これらの一次プリフォームは、ＰＣＶＤ処理を用いて製造される。これは、このＰＣＶＤ処理により、中心コアの傾斜屈折率分布の形状を極めて正確に制御できるからである。

上記化学蒸着処理の一部として、上記ディプレスト・トレンチを、基体管の内面に蒸着させることがある。しかしながら、好ましい実施形態では、このディプレスト・トレンチは、傾斜屈折率の中心コアを蒸着させる内部蒸着処理の出発点として、フッ素をドープさせた基体管を用いて製造されるか、あるいは、このディプレスト・トレンチは、傾斜屈折率の中心コアにスリーブをかぶせて製造され、フッ素をドープさせた石英ガラス管で、外部蒸着処理を用いて生み出される。

さらに他の実施形態では、一次プリフォームは、フッ素をドープさせた基体管が用いられる内部蒸着処理で製造され、その結果得られた蒸着層を含む管に、追加の１本以上のドープした石英ガラス管をかぶせて、このディプレスト・トレンチの厚さを増すようにするか、あるいは、幅にわたって屈折率が変化するディプレスト・トレンチを作り出すようにする場合がある。必要でないとは言え、これらの追加の１本以上のスリーブ管を一次プリフォーム上にコラプスさせた後で、さらなるオーバークラッド工程を実行することが好ましい。このようにスリーブ管をかぶせ、コラプスさせる処理は、ときにはジャケッティングとも呼ばれることがある。この処理は、その必要があれば繰り返されて、一次プリフォームの外側に、いくつかのガラス層を構築する場合がある。

本発明は、例示として述べられた実施形態には限定されない。本発明による光ファイバは、伝送システムの他の光ファイバとの優れた互換性を持つ多数の伝送システムに設置できる。本発明によるマルチモード光ファイバは、例えば、改善された帯域を持つＥｔｈｅｒｎｅｔ光システムにも使用できる。

Claims (10)

1. 外側光学クラッドで取り巻かれた光学コアを含むマルチモード光ファイバであって、前記光学コアが、その中心から周縁まで、
   半径（ｒ１）を持ち、かつ前記外側光学クラッドに対してアルファインデックス形屈折率分布を呈する中心コアと、
   前記中心コアの周縁にあって、幅（ｗｔ）と、前記外側光学クラッドに対する屈折率差（Δｎｔ）を持つディプレスト・トレンチと、
   を含み、
   ０．２００±０．０１５に等しい開口数（ＮＡ）を持ち、前記中心コアのアルファインデックス形屈折率分布が、１．９〜２．１の値を持つアルファ・パラメータ（α）を持ち、前記中心コアが、前記外側光学クラッドに対して、１１×１０ ^-3 〜１６×１０ ^-3 である屈折率差の最大値（Δｎ１）を持っており、
   前記中心コアの直径（ｒ１の２倍）が５０±３マイクロメートル（μｍ）の値を持ち、また、前記ディプレスト・トレンチは、屈折率の垂直減少から始まり、その幅（ｗｔ）が０．５マイクロメートル（μｍ）〜２マイクロメートル（μｍ）であり、さらに、前記外側光学クラッドに対する前記ディプレスト・トレンチの屈折率差（Δｎｔ）が−４×１０^-3〜−１×１０^-3であり、
   前記中心コアのアルファインデックス形屈折率分布の末端と前記外側光学クラッドとの屈折率差が−０．５×１０^-3 以上で０未満、２５μｍの半径方向オフセットでの半径方向オフセット帯域で、２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい帯域を持っているマルチモード光ファイバ。
2. ２５μｍの半径方向オフセットでの半径方向オフセット帯域で、４０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい帯域を持っている請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。
3. 前記外側光学クラッドに対する前記ディプレスト・トレンチの屈折率差（Δｎｔ）が、前記ディプレスト・トレンチの幅（ｗｔ）全体にわたって一定である請求項１または２に記載のマルチモード光ファイバ。
4. １５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい全モード励振（ＯＦＬ）帯域を持っている請求項１ないし３の１つに記載のマルチモード光ファイバ。
5. ３５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい全モード励振（ＯＦＬ）帯域を持っている請求項１ないし４の１つに記載のマルチモード光ファイバ。
6. ２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい実効伝送帯域（ＥＭＢ）を持っている請求項１ないし５の１つに記載のマルチモード光ファイバ。
7. ４０００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい実効伝送帯域（ＥＭＢ）を持っている請求項１ないし６の１つに記載のマルチモード光ファイバ。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載のマルチモード光ファイバの少なくとも１つの部分を含むマルチモード光システム。
9. １００メートル（ｍ）の距離まで、１０ＧｂＥ（Ｇｂ／ｓ）以上のデータレートを持っている請求項８に記載のマルチモード光システム。
10. ３００メートル（ｍ）の距離まで、１０ＧｂＥ（Ｇｂ／ｓ）以上のデータレートを持っている請求項８に記載のマルチモード光システム。

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