JP6170924B2 - モード分割多重化用数モード光ファイバ - Google Patents

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Description

関連出願の説明
本出願は２０１１年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６１/５３５５６２号の恩典を主張する。上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
本明細書は全般に光ファイバに関し、さらに詳しくは、モード分割多重化に用いられる大有効面積の数モード光ファイバに関する。
マルチメディア遠距離通信アプリケーションの量及び種類の爆発的拡大は、インターネットトラフィックの速度に対する要求を高めさせ続け、幹線光ファイバ通信リンクの研究を刺激し続けている。コヒーレント通信及び電子デジタル信号処理（ＤＳＰ）ベース受信器は近年、それらの、フレキシビリティ、スケーラビリティ及び、ファイバ非線形性を含む、様々な伝送劣化を補償できる能力により、長距離システムに対する次世代スタンダードとして受け入れられている。
しかし、非線形性軽減に対して提案されているＤＳＰアルゴリズムが数桁の性能向上を提供するとは考えられていない。したがって、標準の単一モードファイバを置き換えて、ＤＳＰアルゴリズムが提供し得る以上の伝送性能を達成するためには、新規な伝送媒体及び多重化／逆多重化手法が必要になり得る。
ファイバ非線形性は達成し得るスペクトル効率に制限を課すから、非線形性という対価を減じるため、大有効面積（Ａ有効）単一モード（ＳＭ）ファイバが設計された。伝送ファイバの非線形性をさらに減じるための一提案は、動作波長において１つより多くのモードを導波するファイバを利用することである。そのような数モードファイバ（ＦＭＦ）構造においては、基本ＬＰ０１モードの有効面積が単一モードファイバにおけるより大きくなり、ＬＰ０１モードに投射された光信号の非線形性劣化が小さくなるであろう。しかし、この手法は、ＬＰ０１モードに投じられるパワーがＬＰ１１モードまたはその他の高次モード（ＨＯＭ）と結合せずにそのモード内にとどまれば、優れた性能をもたらすだけであろう。このモード結合がおこれば、光信号はマルチパス干渉（ＭＰＩ）によって劣化するであろう。
しかし、数モードファイバ（ＦＭＦ）における単一モード伝送は現行の光伝送システムに優る向上を提供するが、光ファイバのスペクトル効率は有効面積の増大にともない緩やかにしか高くならない。システム容量を高めるためには別の解決策が必要である。最近の実験により、多入力多出力（ＭＩＭＯ）手法を用いる、ＦＭＦの１つより多くの空間伝搬モードにおける信号伝送が可能であることが示された。代表的な数モードファイバでは、ファイバ内を伝搬するモード間の結合がおこることができ、この結果、光信号はマルチパス干渉（ＭＰＩ）によって劣化するであろう。
発明が解決試料とする課題
本発明の課題は、光ファイバ遠距離伝送システムの容量を高めるため、１つより多くの空間伝搬モードにおける信号伝送を可能にするが、マルチパス干渉による光信号劣化は生じさせない、数モード光ファイバを提供することにある。
光ファイバは、
（ｉ）屈折率プロファイルを有するコア、
（ii）コアを囲む環状クラッド層、
（iii）クラッド層に接してクラッド層を囲む一次被覆層であって、約０.３５ＭＰａより低いその場弾性率及び約−３５℃より低いその場転移温度を有する一次被覆層、
及び
（iv）一次被覆層を囲む二次被覆層であって、約１２００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する二次被覆層、
を有し、
コアの屈折率プロファイルは、１５５０ｎｍにおいて、２.０μｍより長い理論ＬＰ１１カットオフ波長及び１１０μｍ２より大きいＬＰ０１有効面積を有する。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバは、約０.３ＭＰａより小さい（例えば、≦０.２５ＭＰａまたは≦０.２ＭＰａの）その場弾性率を有する、一次被覆層を有する。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバは、約−４０℃より小さい（例えば、≦−４５℃または≦−５０℃の）その場ガラス転移温度を有する、一次被覆層を有する。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバは、約１３００ＭＰａより高い（例えば、≧１４００ＭＰａ，≧１５００ＭＰａまたは≧１６００ＭＰａの）その場弾性率を有する、二次被覆層を有する。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバはステップ型屈折率プロファイルを有し、コアはガラスコアであり、クラッド層はガラスクラッド層である。コアは、約４.５μｍから約１５μｍの半径Ｒ１、ガラスクラッド層に対して約０.２％から約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大、及び１０より大きいα値を有する。コア半径Ｒ１は約６μｍと１２μｍの間であることが好ましく、約７μｍと１１μｍの間であることがさらに好ましい。コアは、１５３０ｎｍより長い波長においてＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの伝搬及び伝送をサポートし、いくつかの実施形態において、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短く、これにより、１５５０ｎｍウインドウにおけるＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードだけの伝搬が保証される。ＬＰ０１有効面積は１１０μｍ２より大きい（例えば、≧１２０μｍ２または≧１５０μｍ２）。ＬＰ０１有効面積は１１０μｍ２と２１０μｍ２の間であることが好ましい。ガラスクラッド層は、Δ１最大＞Δ４最大であるような、最大相対屈折率Δ４最大を有する。いくつかの実施形態において、１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の遅延差は約０.５ｎｓ/ｋｍより小さい（例えば、≦０.３ｎｓ/ｋｍまたは≦０.１ｎｓ/ｋｍ）。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバはステップ型屈折率プロファイルを有し、コアはガラスコアであり、クラッド層はガラスクラッド層である。コアは、約４.５μｍから約１５μｍの半径Ｒ１，ガラスクラッド層に対して約０.２％から約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大，及び１０より大きいα値を有する。コア半径Ｒ１は約６μｍと１２μｍの間であることが好ましく、約７μｍと１１μｍの間であることがさらに好ましい。ガラスクラッド層は、Δ１最大＞Δ４最大であるような、最大相対屈折率Δ４最大を有する。コアは、１５３０ｎｍより長い波長においてＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの伝搬及び伝送をサポートし、いくつかの実施形態において、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短い。ＬＰ０１有効面積は１１０μｍ２より大きい。１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.５ｎｓ/ｋｍより小さい（例えば、≦０.３ｎｓ/ｋｍまたは≦０.１ｎｓ/ｋｍ）。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバはステップ型屈折率プロファイルを有し、コアはガラスコアであり、クラッド層はガラスクラッド層である。コアは、約４.５μｍから約１５μｍの半径Ｒ１、ガラスクラッド層に対して約０.２％から約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大、及び１０より大きいα値を有する。コア半径Ｒ１は約６μｍと１２μｍの間であることが好ましく、約７μｍと１１μｍの間であることがさらに好ましい。ガラスクラッド層はコアを囲む低屈折リングを有する。低屈折リングは最小相対屈折率Δ２最小＜０を有する。ガラスクラッド層は、低屈折リングを囲み、Δ１最大＞Δ４最大＞Δ２最小であるような、最大相対屈折率Δ４最大を有する、外層クラッドも有する。コアは、１５３０ｎｍより長い波長においてＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの伝搬及び伝送をサポートし、いくつかの実施形態において、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短い。ＬＰ０１有効面積は１１０μｍ２より大きい。ＬＰ０１有効面積は１１０μｍ２から２１０μｍ２の間であることが好ましい。１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.５ｎｓ/ｋｍより小さい（例えば、≦０.３ｎｓ/ｋｍまたは≦０.１ｎｓ/ｋｍ）。いくつかの実施形態において、ＭＰＩ（マルチパス干渉）は１５５０ｎｍの波長において−３０ｄＢより小さい。いくつかの実施形態において、ＭＰＩは１５５０ｎｍの波長において−３５ｄＢより小さい。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバは分布屈折率型プロファイルを有し、コアはガラスコアであり、クラッド層はガラスクラッド層である。コアは、約４.５μｍから約１５μｍの半径Ｒ１、ガラスクラッド層に対して約０.２％から約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大、及び５より小さいα値を有する。コア半径Ｒ１は約７μｍと１３μｍの間であることが好ましく、約８μｍと１２μｍの間であることがさらに好ましい。コアは、１５３０ｎｍより長い波長においてＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの伝搬及び伝送をサポートし、いくつかの実施形態において、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短い。ＬＰ０１有効面積は１５０μｍ２より大きい。ガラスクラッド層は、Δ１最大＞Δ４最大であるような、最大相対屈折率Δ４最大を有する。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバは分布屈折率型プロファイルを有し、コアはガラスコアであり、クラッド層はガラスクラッド層である。コアは、約４.５μｍから約１５μｍの半径Ｒ１、ガラスクラッド層に対して約０.２％から約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大、及び５より小さいα値を有する。コア半径Ｒ１は約７μｍと１３μｍの間であることが好ましく、約８μｍと１２μｍの間であることがさらに好ましい。コアは、１５３０ｎｍより長い波長においてＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの伝搬及び伝送をサポートし、いくつかの実施形態において、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短い。ＬＰ０１有効面積は１１０μｍ２より大きい。１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.５ｎｓ/ｋｍより小さい（例えば、≦０.３ｎｓ/ｋｍまたは≦０.１ｎｓ/ｋｍ）。ガラスクラッド層はΔ１最大＞Δ４最大であるような最大相対屈折率Δ４最大を有する。
いくつかの実施形態にしたがえば、光ファイバは分布屈折率型プロファイルを有し、コアはガラスコアであり、クラッド層はガラスクラッド層である。コアは、約４.５μｍから約１５μｍの半径Ｒ１、ガラスクラッド層に対して約０.２％から約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大、及び５より小さいα値を有する。コア半径Ｒ１は約７μｍと１３μｍの間であることが好ましく、約８μｍと１２μｍの間であることがさらに好ましい。ガラスクラッド層はコアを囲む低屈折リングを有する。低屈折リングは最小相対屈折率Δ２最小＜０を有する。ガラスクラッド層は、低屈折リングを囲み、Δ１最大＞Δ４最大＞Δ２最小であるような、最大相対屈折率Δ４最大を有する、外層クラッドも有する。コアは、１５３０ｎｍより長い波長においてＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの伝搬及び伝送をサポートし、いくつかの実施形態において、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短い。ＬＰ０１有効面積は１１０μｍ２より大きい（例えば、１１０μｍ２と２１０μｍ２の間）。１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.５ｎｓ/ｋｍより小さい（例えば≦０.３ｎｓ/ｋｍまたは≦０.１ｎｓ/ｋｍ）。
いくつかの実施形態にしたがえば、ファイバは、１５５０ｎｍの波長においてα値が約１.８より大きく、約２.７より小さい、分布屈折率コアを有する。他の実施形態にしたがえば、ファイバは、１５５０ｎｍの波長においてα値が約２.３より大きく、約２.７より小さい、分布屈折率コアを有する。
いくつかの実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.３ｎｓ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.１ｎｓ/ｋｍより小さい。
いくつかの実施形態において、１５３０ｎｍと１５７０ｎｍの間の全ての波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.３ｎｓ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば、１５３０ｎｍと１５７０ｎｍの間の全ての波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.１ｎｓ/ｋｍより小さい。
いくつかの実施形態にしたがえば１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのＡ有効は１１０μｍ２より大きい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのＡ有効は１１０μｍ２より大きい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのＡ有効は１２０μｍ２より大きい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのＡ有効は１４０μｍ２より大きい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのＡ有効は１５０μｍ２より大きい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのＡ有効は１６０μｍ２より大きい。
本発明の実施形態例にしたがって作製されたファイバは、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードに対して低減衰を与える。いくつかの実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１減衰は０.２２ｄＢ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１減衰は０.２１ｄＢ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１減衰は０.２０ｄＢ/ｋｍより小さい。いくつかの実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ１１減衰は０.２５ｄＢ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ１１減衰は０.２４ｄＢ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ１１減衰は０.２３ｄＢ/ｋｍより小さい。
本発明の実施形態例にしたがって作製されたファイバは低ＭＰＩを与える。いくつかの実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−２０ｄＢ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−２５ｄＢ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−３０ｄＢ/ｋｍより小さい。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−３５ｄＢ/ｋｍより小さい。
本発明の実施形態例にしたがって作製されたファイバは低ＭＰＩ及び長ＬＰ１１カットオフ波長を与える。いくつかの実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−２０ｄＢ/ｋｍより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.４μｍより長い。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−２５ｄＢ/ｋｍより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.２５μｍより長い。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−３０ｄＢ/ｋｍより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.１５μｍより長い。他の実施形態にしたがえば１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−３５ｄＢ/ｋｍより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.０μｍより長い。
したがって、本明細書に説明される実施形態の数モード光ファイバは、大有効面積、低損失、小さい微分群遅延（ＤＧＤ）及び／または低ＭＰＩの利点を提供する。
本明細書に説明される実施形態において、低いその場弾性率を有する一次被覆層及び高いその場弾性率を有する二次被覆層を含む光学被覆を有する数モード光ファイバは、かなり小さいＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の結合を有する。ＬＰ０１モードと高次モードの間の低遅延差をもたらすファイバ構造にこの被覆系を用いれば、ＭＤＭシステムに特に有利である。
本開示のさらなる特徴及び利点は以降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、以降の詳細な説明及び添付される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実施形態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降の詳細な説明がいずれも様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の本質及び特質を理解する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。添付図面は様々な実施形態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。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
図１は本明細書に説明される実施形態にしたがう光ファイバの一区画の側面を簡略に示す。 図２は図１の線Ａ−Ａに沿ってとられた断面図であり、図１の光ファイバの一実施形態例についての構成を示す。 図３Ａは図２に対応する一光ファイバ実施形態の相対屈折率プロファイルの一例のグラフである。 図３Ｂは図２に対応する別の光ファイバ実施形態の別の相対屈折率プロファイルの一例のグラフである。 図４Ａは図１の線Ａ−Ａに沿ってとられた断面図であり、本明細書に説明される数モード光ファイバの第２の主実施形態例についての構成を示す。 図４Ｂは図４Ａの数モード光ファイバの相対屈折率プロファイルのグラフである。 図５はＭＰＩ測定システムの一例の略図である。 図６は一次被覆層と二次被覆層の３つの組合せについて理論ＬＰ１１カットオフ波長の関数としてのＭＰＩの測定値及びモデル計算値のグラフである。 図７は最適α値を有する（凡例に‘‘デルタ’’と表される）最大コア相対屈折率Δ１最大の様々な値に対するパルス広がり（ｎｓ/ｋｍ）対波長（μｍ）のグラフである。 図８は本明細書に説明される数モード光ファイバを用いるＭＤＭシステムの一例の略図である。 図９は図８のＭＤＭシステムにおいて送信器と受信器を光接続するファイバリンクの一例の略図であり、ファイバリンクは光増幅器で接続された複数のスパンの数モードファイバを有する。
長距離伝送ファイバに用いるための、それらの例が添付図面に示される、光ファイバの実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、全図面を通して同じ参照数字が同じかまたは同様の要素を指して用いられる。
用語
光ファイバを説明するために以下の用語が、様々な実施形態例に関して以下で導入及び定義されているパラメータとともに、本明細書に用いられる。
用語「屈折率プロファイル」は、本明細書に用いられるように、屈折率または相対屈折率とファイバの半径の間の関係である。
用語「相対屈折率」は、本明細書に用いられるように、式：
と定義される。ここでｎ(ｒ)は、別途に指定されない限り半径ｒにおける屈折率である。相対屈折率は、別途に指定されないぁぎり１５５０ｎｍにおいて定められる。一態様において、基準屈折率ｎ基準は石英ガラスである。他の態様において、ｎ基準はクラッド層の最大屈折率である。本明細書に用いられるように、相対屈折率はΔで表され、その値は別途に指定されない限り％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、陥没領域または陥没屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は。別途に指定されない限り、相対屈折率が最も負の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、隆起している、または正屈折率を有するということができる。
用語「上げドーパント」は、本明細書に用いられるように、ガラスの屈折率を純粋なアンドープＳｉＯ２に対して高めるドーパントを指す。用語「下げドーパント」は、本明細書に用いられるように、ガラスの屈折率を純粋なアンドープＳｉＯ２に対して低めるような特性を有するドーパントである。上げドーパントは、上げドーパントではない１つ以上のドーパントがともなう場合、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在することができる。同様に、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に、上げドーパントではない１つ以上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つ以上のドーパントがともなう場合、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在することができる。同様に、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に、下げドーパントではない１つ以上の他のドーパントが存在することができる。
本明細書に用いられるように、「有効面積」Ａ有効は、光を伝搬する光ファイバの面積であり、式：
と定義される。ここで、Ｅはファイバ内を伝搬する光にともなう電場であり、ｒはファイバの半径である。有効面積は、別途に指定されない限り、１５５０ｎｍにおいて定められる。
モードフィールド径（ＭＦＤ）は単一モードファイバ内を伝搬している光のスポット径またはビーム幅の尺度である。モードフィールド径は、ソース波長、ファイバコア半径及びファイバ屈折率の関数である。ＭＦＤは、
及び
とする、ピーターマンII法を用いて決定される。ここで、Ｅはファイバ内の電場分布であり、ｒはファイバの半径である。
ファイバの規格化波数、すなわちＶ数は、Ｖ＝ｋ・Ｒ１・ＮＡと定義され、ここで、ｋは自由空間波数，２π/λであり、ラムダは波長であり、Ｒ１はコアの半径であり、ＮＡはファイバの開口数である。ＮＡは、式：
で与えられる。ここで、ｎコアはコアの最大屈折率であり、ｎクラッドはクラッド層の屈折率であり、Δ１最大はクラッド層に対するコアの最大相対屈折率である。
ファイバの色分散または分散は、材料分散、導波路分散及び多重モード分散の総和である。
あるモードのカットオフ波長は、それより長い波長ではモードが光ファイバ内の伝搬を停止する、最短波長である。単一モードファイバのカットオフ波長は、光ファイバが１つの伝搬モードしかサポートしないであろう最短波長である。単一モードファイバのカットオフ波長は高次モードの内の最長カットオフ波長に対応する。一般に、単一モードファイバの最長カットオフ波長はＬＰ１１モードのカットオフ波長に対応する。動作波長において１つより多くのモードを導波する数モードファイバにおいて、ＬＰ１１カットオフ波長は動作波長より長い。理論カットオフ波長の数学的定義は、ヨイノーム(Jeunhomme)著，「単一モードファイバ光学(Single Mode Fiber Optics)」，（ニューヨーク），マーセル・デッカー(Marcel Dekker)，１９９０年，ｐ.３９〜４４，に与えられ、理論ファイバカットオフ波長はモード伝搬定数が外層クラッドにおける平面は伝搬定数に等しい波長として説明されている。
ケーブルカットオフ波長または「ケーブルカットオフ」は、ＥＩＡ-４５５-１７０「伝送されるパワーによる単一モードファイバのケーブルカットオフ波長(Cable Cutoff Wavelength of Single-Mode Fiber by Transmitted Power)」、すなわち‘‘ＦＯＴＰ-１７０’’に説明されている、２２ｍケーブルカットオフ試験によって近似することができる。ケーブルカットオフは、本明細書に用いられるように、上記の近似試験を用いて得られた値を意味する。光ファイバのケーブルカットオフ波長は一般に理論カットオフ波長より１００〜３００ｎｍ短い。
本明細書に用いられるように、用語「数モードファイバ」は単一モードファイバより多いが、通常の多モードファイバよりは少ない、モードの伝搬をサポートするファイバを指す。任意の屈折率プロファイルをもつ円柱対称光ファイバにおける伝搬モードの数及び特性はスカラー波動方程式を解くことで得られる（例えば、ティー・エイ・レナーン(T. A. Lenahan)，「有限要素法及びＥＩＳＰＡＣＫを用いる光ファイバ内のモードの計算(Calculation of modes in an optical fiber using a finite element method and EISPACK)」Bell Syst. Tech. J.，１９８３年２月，第６２巻，第１号，ｐ.２６６３，を見よ）。
光ファイバまたはその他の誘電体導波路内を進行する光は、通常ＬＰ（直線偏波）モードと称される、ハイブリッド型モードを形成する。ＬＰ０ｐモードは２つの偏波自由度を有し、二重に縮退している。ＬＰ１ｐモードは四重に縮退し、２つの空間自由度及び２つの偏波自由度を有する。ｍ＞１のＬＰｍｐモードも四重に縮退している。発明者等は、発明者等がファイバ内を伝搬しているＬＰモードの数を指定する場合、これらの縮退は勘定に入れない。例えば、ＬＰ０１モードだけが伝搬する光ファイバは、ＬＰ０１モードが２つの可能な偏波を有していても単一モードファイバである。ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードが伝搬する数モード光ファイバは、ＬＰ１１モードが二重に縮退しているから３つの空間モードをサポートし、それぞれのモードは２つの可能な偏波を有し、合わせて６つのモードを与える。したがって、ファイバが２つのＬＰモードを有するといわれるときは、ファイバがＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの全ての伝搬をサポートすることが意味される。
光ファイバの曲げ耐性または曲げ性能は規定された試験条件下にあるファイバを通って伝搬している光の誘起減衰によって測定することができる。本明細書に説明される光ファイバの曲げ性能は、光ファイバの曲げに対する相対耐性を比較するためのピンアレイ曲げ試験を用いて決定される。この試験を実施するため、基本的に誘起損失がない光ファイバについて減衰が測定される。光ファイバは次いでピンアレイを巡って編み上げられて、減衰が再び測定される。一般にｄＢ単位で表される、曲げにより誘起された損失は、２つの減衰測定値間の差である。ピンアレイは、単列に配置され、平表面上の固定された垂直位置に保持された、１０本一組の円柱ピンである。ピンの中心間隔は５ｍｍである。ピンの直径は０.６７ｍｍである、光ファイバは隣り合うピンの一方の側から他方の側に通される。試験中、光ファイバは、光ファイバを光ファイバが接するピンの周辺部と同形にするに十分な張力の下におかれる。この試験は光ファイバのマクロ曲げ耐性に適する。
用語「αプロファイル」または「アルファプロファイル」は、本明細書に用いられるように、ｒを半径として、式：
にしたがう、％単位のΔで表される、相対屈折率プロファイルを指す。ここで、Δ０は最大相対屈折率であり、Ｒ１はコアの半径であり、ｒはｒｉ≦ｒ≦ｒｆの範囲にあり、Δは上式で定義され、ｒｉはαプロファイルの始点であり、ｒｆはαプロファイルの終点であって、αは実数の指数である。ステップ型屈折率プロファイルに対し、アルファ値は１０以上である。用語「放物型」は、本明細書に用いられるように、α＝２±０.１の実質的に放物形の屈折率プロファイルを含み、コアの曲率が０.１・Ｒ１から０.９５・Ｒ１の範囲にわたりα＝２±０.１で特徴が表されるプロファイルも含む。
本明細書において別途に指定されない限り、本明細書に開示され、以下で論じられる、光ファイバの上掲の特性は１５５０ｎｍにおいて測定またはモデル計算される。
ＭＰＩの測定方法
図５は、ソース１１０，試験されている１スパンの光ファイバ（ＦＵＴ）１０、光検出器１４０'及びパワーメータ１４０"を備える、一例のＭＰＩ測定システム１００'を示す。変調器１２０'とパワーメータ１４０"の間にアッテネータ１２５が配されることが好ましい。図５のシステム例においては、パターン発生器１３０'と光検出器１４０'の間に誤り検出器１３３及び増幅器１３４Ａが配される。ＭＰＩ測定システム１００'は、光ファイバ１０の入力端に融着接続された第１の２ｍ長標準単一モードファイバ１２０"及び光ファイバ１０の出力端に融着接続された第２の２ｍ長標準単一モードファイバ１３０"も備える。ＭＰＩ測定手法は、シッダルス・ラマチャンドラン(Siddharth Ramachandran)，ジェフレイ・ダブリュー。ニコルソン(Jeffrey W. Nicholson)，サミル・ガルミ(Samir Ghalmi)，及びマン・エフ・ヤン(Man F. Yan)，「コヒーレントクロストークレジームにおけるマルチパス干渉の測定(Measurement of Multipath Interference in the Coherent Crosstalk Regime)」，IEEE Photonics Technology Letters，２００３年８月，第１５巻，第８号，ｐ.１１７１，に説明されている。安定化連続波（ｃｗ）１５５０ｎｍ単周波数外部共振器ダイオードレーザが、試験下ファイバ（ＦＵＴ）の入力端に融着接続された、２ｍ長標準単一モードファイバを介して投射される。入力融着接続部でおこり得るモード結合を排除するため、いかなる高次モードも取り除かれるように、ＦＵＴは５ｍｍ形ロッドに５巻きされる。ＦＭＦ内のモード結合によって励起されたいかなる高次モードも濾波除去するため、第２の２ｍ長標準単一モードファイバがＦＵＦの出力端に融着接続される。基本モードの出力パワーが光検出器（例えば、ＬＭ-２１Ｒ検出器ヘッドを備えるLabMaster Ultimaパワーメータ）を用いて検出される。仕様レーザ線幅はΔγ＜１００ｋＨｚであり、ＦＵＴに対する最大モード間遅延はΔτ＜２５ｎｓであった。次いで：
（ミン-ジュン・リー(Min-Jun Li)，パウロ・デイニーズ(Paulo Dainese)，ジェフレイ・ジェイ・エングルバート(Jeffrey J. Englebert)，コスタス・サラバノス(Costas Saravanos)，デイビッド・ゼット・チェン(David Z. Chen)，ビジェイ・エックス・ジェイン(Vijay X. Jain)，ロバート・シー・ディットモア(Robert C. Ditmore)，及びジョージ・エヌ・ベル(George N. Bell)，「曲げ不感ファイバにおけるＭＰＩの統計解析 (Statistical Analysis of MPI in Bend-Insensitive Fibers)」，Proceedings OFC 2009, 論文番号OTuL1，２００９年３月２２日）にしたがって、測定されたパワー変動からＭＰＩが計算される。ここでｐｔｐ（ｄＢ単位）は最大出力パワーと最小出力パワーの比の対数：
である。
その場弾性率及びその場Ｔｇの測定方法
本明細書に用いられるように、一次その場弾性率は以下のように測定される。測定されるべきファイバの６インチ（１５２.４ｍｍ）試料が提供される。６インチ試料の中心から１インチ（２５.４ｍｍ）までの部分の被覆が適切な工具を用いて剥ぎ取られて窓開けされ、イソプロピルアルコールで拭かれる。１０×５ｍｍのアルミニウムタブが装着された試料ホルダ／位置合わせステージ上に、試料がタブに接着されて取り付けられる。１０ｍｍ長が水平におかれるように２つのタブが設定され、２つのタブの間には５ｍｍの間隙がある。ファイバは、タブ間の５ｍｍの空間の半分まで延びるファイバの被覆端が一方のタブ上にあり、剥き出しのガラスが５ｍｍの間隙の残りの半分及び他方のタブにかかるように、タブにかけて試料ホルダ上に水平におかれる。次いで、強力接着剤（例えばＫｒａｚｙ（登録商標）接着剤）の小さなドットが５ｍｍの間隙に近接するそれぞれのタブの半分に着けられ、次いでファイバがタブ上に戻されて接着剤のドットの上方に中心がおかれる。次いで、接着剤がちょうどファイバに触れるまで、位置合わせステージが持ち上げられる。次いで、タブ間の５ｍｍの間隙に試料の少なくとも５０％が剥き出しのファイバを含むように、ファイバの被覆端が接着剤を通して引っ張られる。被覆ファイバのまさに先端がタブ上の接着剤の先に延びたまま残され、よって測定される領域が露出したまま残される。タブに固定されたファイバの長さが５ｍｍにトリミングされ、被覆部分の長さは接着剤に埋め込まれて、（タブ間の）埋め込まれていない長さ及び一次直径が測定される。
測定は、室温（２１℃）で４５分間、９ｅ−６（１/秒）の一定張力においてRheometrics DMTA IV装置で実施される。ゲージ長は１５ｍｍである。力及びデルタ長が記録され、一次弾性率の計算に用いられる。試料は、ファイバと接触していないことを保証するため１５ｍｍのクランプ長さと干渉するであろういかなる接着剤もタブから除去することで作製され、試料はクランプによって直角に固定され得る。測定の前に、基準を確立するため、装置の力がゼロ較正される。次いで、無被覆端が下部クランプ（測定プローブ）に取り付けられ、続いてファイバの被覆端を収めているタブが上部（固定）クランプに取り付けられる。次いで試験が実行され、データ収集後に試料が取り外され、解析が完了される。
本明細書に用いられるように、（ファイバから剥き取られた）複合被覆チューブ試料について、二次その場弾性率が、室温（ほぼ２３℃）において１ラジアン/秒の周波数における張力下で、０.１５％の動的張力により、Rheometrics ＤＭＴＡ IV装置で測定される。測定の前に、基準を確立するため、装置の力がゼロ較正される。少なくとも５つのデータ点の平均がその試験片についての二次その場弾性率である。それぞれの試料の３つの試験片が測定され、３つの試験片の平均が二次その場弾性率として報告される。その場弾性率の計算には二次被覆層の断面積だけが用いられる。測定は一次被覆層と二次被覆層からなる複合チューブについて実施されるが、一次被覆層のその場弾性率は、二次被覆層と比較すると無視可能であり、したがって無視される。
（ファイバから剥き取られた）複合被覆チューブのその場ガラス転移温度は、１Ｈｚの周波数における張力下においてRheometricsＤＭＴＡIV装置で測定されたｔａｎδ曲線のピークを決定することによって決定される。ガラス転移温度（Ｔｇ）は、被覆材料が、それより低い温度では脆性であり、それより高い温度では可撓性である、温度を指す。別の（さらに正確な）定義は、ガラス転移温度における熱膨張係数の急激な変化の観測に基づく。ガラス転移温度は単一の温度または狭い温度範囲であり得る。ポリマー材のガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）または動的機械分析（ＤＭＡ）のような、様々な手法によって測定することができる。本明細書に開示される被覆の特性はＤＭＡを用いて決定した。試料は、ＤＭＡ測定器を用い、１Ｈｚの周波数において張力モードで特徴決定を行った。試料は、１１ｍｍの試料ゲージ長を用い、０.３％の張力において−８０℃から１５０℃の範囲にかけて２℃/分で評価した。ＤＭＡ解析においてＴｇに対する値はｔａｎδピークの最大値として定められることが多く、ｔａｎδピークはｔａｎδ＝Ｅ"/Ｅ'として定められる。ここでＥ"は変形サイクルにおける熱としてのエネルギー損失に比例する損失弾性率であり、Ｅ'は変形サイクルにおいて貯蔵されるエネルギーに比例する貯蔵弾性率または弾性係数である［ジェイ・ディー・フェリー(J. D. Ferry)著，「ポリマーの粘弾性特性(Viscoelastic Properties of Polymer)」，第３版，１９８０年，（ニューヨーク），ワイリー(Wiley)，第１章，を見よ；この第１章はその全体が本明細書に参照として含められる］。ｔａｎδピークの最大値はＴｇの簡便な尺度として役立つが、一般にＤＳＣのような方法でＴｇが測定される場合に得られる値より大きくなる。
図１は本開示にしたがう数モード光ファイバ（ファイバ）１０の一区画の側面図である。ここで、ファイバ１０の様々な実施形態例がファイバの断面図及び対応する屈折率プロファイルのグラフに関して以下に説明される。図２は図１の線Ａ−Ａに沿って取られた断面図であり、ファイバ１０の一実施形態例を示す。
光ファイバ１０は、コア２０，クラッド層５０，外層環状クラッド領域に接して、外層環状クラッド領域を囲む一次被覆層６２，及び二次被覆層６４を有する。コア２０の外半径はＲ１であり、クラッド層５０の外半径はＲ４である。一次被覆層６２は、０.３５ＭＰａより小さく、好ましくは０.３ＭＰａより小さく、さらに好ましくは０.２５ＭＰａより小さく、好ましい実施形態においては０.２ＭＰａ以下の、その場弾性率を有する。一次被覆層６２は、−３５℃より低く、好ましくは−４０℃より低く、さらに好ましくは−４５℃より低く、好ましい実施形態においては−５０℃以下の、その場ガラス転移温度を有する。その場弾性率が小さい一次被覆層はファイバ内を伝搬するモード間の結合機構であるマイクロ曲げを減じる。二次被覆層６４は一次被覆層６２に接して、一次被覆層６２を囲む。二次被覆層６４は、１２００ＭＰａより大きく、好ましくは１３００ＭＰａより大きく、さらに好ましくは１４００ＭＰａより大きく、好ましい実施形態においては１５００ＭＰａより大きい、その場弾性率を有する。その場弾性率が大きい二次被覆層はファイバ内を伝搬するモード間の結合機構であるマイクロ曲げを減じる。
本明細書に図示され、説明される、実施形態において、コア２０は純石英ガラス（ＳｉＯ２）または、純粋なアンドープシリカに対してガラスコアの屈折率を高める、１つ以上のドーパントを含む石英ガラスを有する。コアの屈折率を高めるに適するドーパントには、ＧｅＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５及び／またはこれらの組み合わせがあるが、これらには限定されない。
クラッド層５０は、純石英ガラス（ＳｉＯ２）、あるいは、コア２０の最大相対屈折率［Δ１最大］がクラッド層５０の最大相対屈折率［Δ４最大］より高い限り、クラッド層が「上げドープ」されている場合のように、屈折率を高める１つ以上のドーパント（例えば、ＧｅＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５及び／またはＴａ２Ｏ５）を含む石英ガラス、または、内層クラッドが「下げドープ」されている場合のように、フッ素のような屈折率を低めるドーパントを含む石英ガラスである。
一次被覆層６２は被覆光ファイバの最低推定使用温度より低いその場ガラス転移温度を有することが好ましい。例えば、一次被覆層６２は、−３５℃より低く、好ましくは−４０℃より低く、さらに好ましくは−４５℃より低く、好ましい実施形態においては−５０℃以下の、その場ガラス転移温度を有する。低いその場ガラス転移温度により、ファイバが非常に寒い環境に敷設されている場合であっても、一次被覆層のその場弾性率は低いままであろうことが保証される。したがって、マイクロ曲げ性能は温度に対して安定であろうし、この結果、あらゆる状況において低モード結合が得られる。一次被覆層６２は、光ファイバのコアから逸れる光信号の抜取りを可能にするため、光ファイバ１０のクラッド層５０より高い屈折率を有することが好ましい。例えば、伝送光ファイバ１０の一例は、１５５０ｎｍにおいて、コア及びクラッド層に対してそれぞれ１.４４７及び１.４３６の屈折率を有することができ、したがって、一次被覆層６２の屈折率は１５５０ｎｍにおいて１.４４より高いことが望ましい。一次被覆層６２は高温高湿エージング中にガラスファイバへの十分な密着を維持するが、（必要であれば）融着接続目的のため、ガラスファイバから剥ぎ取ることができる。一次被覆層６２は一般に２０〜５０μｍの範囲の（例えば約２５μｍまたは３２.５μｍの）厚さを有する。一次被覆層６２は、必要であれば、光ファイバに液体として塗布して硬化させることができる。
被覆層６２は、通常はガラスファイバに直接施される、「一次」被覆層である。被覆層６２は、小さい（例えば２５℃において約０.３５ＭＰａより小さい）その場弾性率及び低い（例えば約−３５℃より低い）その場Ｔｇを有する軟質架橋ポリマー材で形成されることが好ましい。その場弾性率は、約０.３ＭＰａより小さいことが好ましく、約０.２ＭＰａより小さいことがさらに好ましく、約０.０５ＭＰａと約０.３ＭＰａの間であることがさらに一層好ましく、約０.０５ＭＰａと約０.２ＭＰａの間であることが最も好ましい。その場Ｔｇは、約−１００℃と約−３５℃の間であることが好ましく、約−１００℃と約−４０℃の間であることがさらに好ましく、約−１００℃と約−５０℃の間であることが最も好ましい。
一次被覆層６２は、約４０μｍより小さいことが好ましく、約２０μｍと約４０μｍの間であることがさらに好ましく、約２０μｍと約３０μｍの間であることが最も好ましい、厚さを有する。一次被覆層６２は一般に、以下でさらに詳細に説明されるように、ガラスファイバに塗布され、続いて硬化される。酸化防止剤、定着剤、ＰＡＧ（光酸発生剤）化合物、光増感剤、キャリア界面活性剤、粘着付与剤、触媒、安定剤、表面剤及び上述したタイプの蛍光増白剤を含む、一次被覆層の１つ以上の特性を強化する様々な添加剤も、存在することができる。
多くの適する一次被覆組成が、例えば、チェン(Chien)等の米国特許第６３２６４１６号、ウィニンガム(Winningham)等の米国特許第６５３１５２２号、フュークス(Fewkes)等の米国特許第６５３９１５２号、ウィニンガムの米国特許第６５６３９９６号、フュークス等の米国特許第６８６９９８１号、ベイカー(Baker)等の米国特許第７０１０２０６号及び第７２２１８４２号、及びウィニンガムの米国特許第７４２３１０５号の各明細書に開示されている。上記明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
適する一次被覆組成は、約２５〜７５重量％の１つ以上のウレタンアクリレートオリゴマー、約２５〜約６５重量％の１つ以上の一官能価エチレン不飽和モノマー、約０〜約１０重量％の１つ以上の多官能価エチレン不飽和モノマー、約１〜約５重量％の１つ以上の光重合開始剤、約０.５〜約１.５ｐｐｈの１つ以上の酸化防止剤、必要に応じて約０.５〜約１.５ｐｐｈの１つ以上の粘着付与剤、必要に応じて約０.１〜約１０ｐｐｈのＰＡＧ化合物、及び約０.０１〜約０.５ｐｐｈの１つ以上の安定剤を含むが、これらには限定されない。
一実施形態において、一次被覆層６２は、５２重量％の、Bomar Specialty Co.から入手できるＢＲ３７４１（オリゴマー）、４１.５重量％の、Cognis社から入手できるＰｈｏｔｏｍｅｒ４００３（モノマー）、５重量％の、ダウ・ケミカル(Dow Chemical)社から入手できるＴｏｎｅ Ｍ−１００（モノマー）、１.５重量％の、Chiba Specialty Chemical社から入手できる、Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９（光重合開始剤）、１ｐｐｈの、Gelest Incorporatedから入手できる(３-アクリルオキシプロピル)トリメトキシシラン（定着剤）、１ｐｐｈの、Chiba社から入手できるＩｒｇａｎｏｘ１０３５（酸化防止剤）、及び０.０３ｐｐｈの、Aldrich社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ナート)（安定添加剤）を含む。一次被覆層５２のこの実施形態は、０.３５ＭＰａより小さいその場弾性率及び−３５℃より低いその場ガラス転移温度を有する。
被覆層６４は外装被覆層であり、「二次被覆」の従来目的に役立つ。外装被覆材６４は、例えば、重合されると分子が強く架橋されることになる被覆組成の重合生成物である。本明細書に説明される実施形態において、被覆層６４は、大きい（例えば２５℃において約１２００ＭＰａより大きい）その場弾性率及び高い（例えば約５０℃より高い）Ｔｇを有する。二次その場弾性率は、約１３００ＭＰａより大きいことが好ましく、約１４００ＭＰａより大きいことがさらに好ましく、約１５００ＭＰａより大きいことが最も好ましい。いくつかの好ましい実施形態において、二次その場弾性率は１６００ＭＰａより大きい。他の好ましい実施形態において、二次その場弾性率は、約１２００ＭＰａと約８０００ＭＰａの間、さらに好ましくは約１４００ＭＰａと約５０００ＭＰａの間、最も好ましくは約１５００ＭＰａと約３０００ＭＰａの間である。二次被覆層のその場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。二次被覆層６４は、約４０μｍより小さく、さらに好ましくは約２０μｍと約４０μｍの間、最も好ましくは約２０μｍと約３０μｍの間の厚さを有する。
外装（または二次）被覆材での使用に適する他の材料は、またそれらの材料の選択に関する用件も、技術上周知であり、チャピン(Chapin)の米国特許第４９６２９９２号及び第５１０４４３３号の明細書に説明されている。上記明細書のそれぞれはそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。これらの代替として、ボテロ(Botelho)等の米国特許第６７７５４５１号及びチョウ(Chou)等の米国特許第６６８９４６３号の明細書に説明されているように、低オリゴマー含有被覆系を用いても大弾性率被覆が得られている。上記明細書のそれぞれはそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。さらに、シゼル(Schissel)等の米国特許出願公開第２００７/０１０００３９号の明細書に説明されているように、大弾性率被覆を達成するために非反応性オリゴマー成分が用いられた。上記明細書はその全体が本明細書に参照として含められる。外装被覆は一般に、以下でさらに詳細に説明されるように、（前硬化の有無にかかわらず）既に被覆されているファイバに塗布され、続いて硬化される。酸化防止材、ＰＡＧ化合物、光増感剤、触媒、滑材、低分子量無架橋樹脂、安定剤、界面活性剤、表面剤、スリップ剤、ワックス、微粒子化ポリテトラフルオロエチレン、等を含む、被覆層の１つ以上の特性を強化する様々な添加剤も存在することができる。二次被覆層は、技術上周知であるように、インクも含むことができる。
二次被覆層または外装被覆層６４に適する組成は、約０〜２０重量％の１つ以上のウレタンアクリレートオリゴマー、約７５〜約９５重量％の１つ以上の多官能価エチレン不飽和モノマー、約０〜約１０重量％の１つ以上の一官能価エチレン不飽和モノマー、約１〜約５重量％の１つ以上の光重合開始剤、約０〜約５ｐｐｈの１つ以上のスリップ材、及び約０.５〜約１.５ｐｐｈの１つ以上の酸化防止剤を含むが、これらには限定されない。
外装被覆層または二次被覆層６４に適する組成は、限定ではなしに、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 Co.からのＫＷＳ４１３１）、約７４〜約８２重量％のエトキシル化(４)ビスフェノールＡジアクリレートモノマー（Cognis社からのＰｈｏｔｏｍｅｒ４０２８）、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社からのＰｈｏｔｏｍｅｒ３０１６）、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社からのＰｈｏｔｏｍｅｒ４００２）またはＮ-ビニルカプロラクタム、及び約３重量％までの光重合開始剤（BASF社からのＩｒｇａｃｕｒｅ１８４またはBASF社からのＬｕｃｉｒｉｎ（登録商標）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（BASF社からのＩｒｇａｎｏｘ１０３５）が添加される。
少なくともいくつかの実施形態において、二次被覆層６４は、１０重量％の、Bomar Specialty Co.から入手できるＫＷＳ４１３１（オリゴマー）、８２重量％の、Cognis社から入手できるＰｈｏｔｏｍｅｒ４０２８（モノマー）、５重量％の、Cognis社から入手できるＰｈｏｔｏｍｅｒ３０１６（モノマー）、１.５重量％の、BASF社から入手できるＬｕｃｉｒｉｎ ＴＰＯ（光重合開始剤）、１５重量％の、（米国ニューヨーク州ホーソーン(Hawthorne)の）Chiba Specialty Chemical社から入手できるＩｒｇａｃｕｒｅ１８４（光重合開始剤）、及び０.５ｐｐｈの、Chiba社から入手できるＩｒｇａｎｏｘ１０３５（酸化防止剤）を含む。二次被覆層のこの実施形態は約１５００ＭＰａのその場弾性率及び約５５℃のその場ガラス転移温度（Ｔｇ）を有する。
本発明の光ファイバは、ガラスファイバ及びその被覆の作製のための、従来の線引きタワーを用いて作製することができる。簡潔に言えば、本発明にしたがう被覆光ファイバを作製するためのプロセスは、所望の構成を有するコア及びクラッド層をもつガラスファイバを作製する工程、一次被覆（６２）組成、次いで外装被覆（６４）組成でガラスファイバを被覆する工程、及び、次いで全ての被覆を同時に硬化させる工程を含む。これは、ウエットオンウエットプロセスとして知られる。必要に応じて、次に施される被覆組成のそれぞれを、下層被覆の重合前または重合後に、被覆済ファイバに塗布することができる。次に施される被覆の塗布に先立つ下層被覆の重合はウエットオンドライプロセスとして知られる。ウエットオンドライプロセスを用いる場合、追加の重合工程が用いられなければならない。
専用に作製された、局所的及び対称的に、例えば約２０００℃の温度に加熱される円柱形プリフォームからのガラスファイバの線引きは周知である。プリフォームを炉に入れて炉を通過させることによるように、プリフォームを加熱すると、溶融材料からガラスファイバが線引きされる。ガラスファイバがプリフォームから線引きされた後、好ましくは冷却直後に、一次、中間及び二次の被覆組成がガラスファイバに塗布される。次いで被覆組成が硬化されて、被覆光ファイバが作製される。硬化方法はガラスファイバ上の未硬化被覆組成を紫外光または電子ビームにさらすことで行われることが好ましい。線引きプロセスに続いていくつかの被覆組成層のそれぞれを順次に施すことが有利であることが多い。動いているガラスファイバに被覆組成の二重層を施す方法は、テイラー(Taylor)の米国特許第４４７４８３０号及びレンネル(Rennel)等の米国特許第４８５１１６５号の明細書に開示されている。上記明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
表１は３つの異なる一次及び二次の被覆組成、被覆Ａ，被覆Ｂ及び被覆Ｃの特性を示す。被覆Ａは、０.３５ＭＰａより大きい一次その場弾性率、−３５℃より高いその場Ｔｇ及び１２００ＭＰａより小さい二次その場弾性率を有する。被覆Ｂは、約０.２ＭＰａより小さいが０.１ＭＰａよりは大きい一次その場弾性率、約−３５℃より低いが約−５０℃よりは高い一次Ｔｇ及び約１４００ＭＰａより大きい二次その場弾性率を有する。被覆Ｃは、約０.１ＭＰａより小さい一次その場弾性率、約−５０℃より低い一次その場Ｔｇ及び約１５００ＭＰａより大きい二次その場弾性率を有する。
第１の主実験（実施形態例１〜９）
表２は、図３Ａに示される屈折率プロファイルにしたがって作製された、図２に示されるファイバの断面に対応する、被覆Ｂを有する１つの作製例（ＥＸ１）及び被覆Ａを有する４つの対照作製例（ＣＥＸ１〜ＣＥＸ４）の特性を示す。この第１の実施形態例のファイバ１０は半径がＲ１のステップ型屈折率コア２０及びコアを囲むクラッド層５０を有する。クラッド層５０はＲ４の（外）半径を有する。
この実施形態において、ファイバ被覆６０は、少なくとも、クラッド層５０に隣接してクラッド層５０を囲む一次被覆層６２及び二次被覆層６４の、２つの層を含む。実施形態例ＥＸ１において、一次被覆層６２は約０.３５ＭＰａより小さいその場弾性率及び約−３５℃より低いその場ガラス転移温度を有し、二次被覆層６４は一次被覆層６２を囲み、１２００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する。対照実施例ＣＥＸ１〜ＣＥＸ４において、一次被覆層は３５ＭＰａより大きい一次その場弾性率及び−３５℃より高いその場ガラス転移温度を有し、二次被覆層６４は一次被覆層６２を囲み、１２００ＭＰａより小さい二次その場弾性率を有する。
表２に示されるように、被覆Ｂを用いて作製されたファイバ実施例ＥＸ１は、−３５ｄＢより小さいＭＰＩ、２４００ｎｍより長い理論ＬＰ１１カットオフ波長を可能にするコア径及び１５０μｍ２より大きいＬＰ０１ Ａ有効を有する。対照ファイバ実施例ＣＥＸ１も低ＭＰＩを有するが、小さいコア径が、理論ＬＰ１１カットオフ波長を１８００ｎｍより短く、またＬＰ０１ Ａ有効を１１０μｍ２より小さく、制限する。対照ファイバ実施例ＣＥＸ３はＥＸ１と同じコア径を有するが、−２０ｄＢのＭＰＩはＭＤＭ用途に対して許容できない。
表３は、図３Ａに示される屈折率プロファイルにしたがって作製された、図２に示されるファイバの断面に対応する、８つのモデル計算例（ＥＸ２〜ＥＸ９）の特性を示す。これらの実施形態例のファイバ１０も、半径がＲ１のステップ型屈折率コア２０及びコアを囲む（半径がＲ４の）クラッド層５０を有する。
ＥＸ２〜ＥＸ９の実施形態において、ファイバ１０は、少なくとも、クラッド層５０を囲み、クラッド層５０に接してクラッド層５０を囲む一次被覆層６２及び二次被覆層６４の、２つの層を含むファイバ被覆層６０を有する。実施形態ＥＸ２〜ＥＸ５において、一次被覆６２は０.３ＭＰａより小さいその場弾性率及び−３５℃より低いその場ガラス転移温度を有し、二次被覆層６４は一次被覆層６２を囲み、１２００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する。実施形態ＥＸ６〜ＥＸ９において、一次被覆層６２は０.１ＭＰａより小さいその場弾性率及び−４０℃より低いその場ガラス転移温度を有し、二次被覆層６４は一次被覆層６２を囲み、１４００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する。
表３に示されるように、ファイバ実施例ＥＸ２〜ＥＸ９は、−３０ｄＢより小さいＭＰＩ値、２０００ｎｍより長い理論ＬＰ１１カットオフ波長、及び１１０μｍ２より大きいＬＰ０１ Ａ有効を有する。ファイバ実施例ＥＸ３〜ＥＸ９は、−３０ｄＢより小さいＭＰＩ値、２２００ｎｍより長い理論ＬＰ１１カットオフ波長、及び１４０μｍ２より大きいＬＰ０１ Ａ有効を有する。ファイバ実施例ＥＸ４，ＥＸ５及びＥＸ７〜ＥＸ９は、−３０ｄＢより小さいＭＰＩ値、２４００ｎｍより長い理論ＬＰ１１カットオフ波長、及び１５０μｍ２より大きいＬＰ０１ Ａ有効を有する。
図６は、被覆Ｂを用いて作製されたファイバ実施形態ＥＸＩ及び被覆Ｃを用いて作製された４つの対照ファイバ実施例（ＣＥＸ１〜ＣＥＸ４）についての、理論ＬＰ１１カットオフ波長の関数としてのＭＰＩ測定値のグラフである。被覆Ｂを有する光ファイバ１０の４つの別の実施形態例（ＥＸ２〜ＥＸ５）及び被覆Ｃを有する４つの実施形態例（ＥＸ６〜ＥＸ９）のＭＰＩのモデル計算値もプロットされている。数モードファイバ１０のこれらの実施形態例は、図３Ａに対応するステップ型屈折率プロファイルを有し、Ｇｅドープコア２０が（クラッド層に対して）約０.３４％の最大相対屈折率Δ１最大を有し、クラッド層５０は純シリカである。コア径が比較的大きな（２４μｍまで（例えば、１２μｍ〜２０μｍ））のこれらのファイバ実施例は、２０００ｎｍより短くはない理論ＬＰ１１カットオフ波長及び１１０μｍ２と２１０μｍ２の間のＬＰ０１ Ａ有効を有する。
ファイバ実施形態例ＥＸ１〜ＥＸ９は、低減衰、−３０ｄＢより小さいＭＰＩ、及び約２.０μｍより長い理論ＬＰ１１カットオフ波長を有する。例えば、ファイバ１０のいくつかの実施例は、低減衰、−３０ｄＢより小さいＭＰＩ、及び約２.４μｍより長い理論ＬＰ１１カットオフ波長を提供する。ファイバ１０の他の実施例は、低減衰、−３５ｄＢより小さいＭＰＩ、及び約２.０μｍより長い理論ＬＰ１１カットオフ波長を提供する。これらの有利な特性は一次被覆層６２の低弾性率によると考えられる。対照的に、対照実施例のファイバでは、−３０ｄＢより小さいＭＰＩ値が達成されず（例えば表２のＣＥＸ３及びＣＥＸ４を見よ）、あるいは、理論ＬＰ１１カットオフ波長が約２.０μｍより短い場合にしか、−３０ｄＢより小さいＭＰＩ値は達成されない（例えば表２のＣＥＸ１及びＣＥＸ２を見よ）。短い理論ＬＰ１１カットオフ波長は、コア径を制限し、したがって達成され得るＬＰ０１有効面積を制限するから、望ましくない。ＭＤＭシステムにおける光源への結合のためには大コア径が望ましく、同時に、大有効面積の結果、非線形性が低められる。
これらの（ステップ型屈折率）実施形態において、コア２０は、約４.５μｍ〜約１５μｍの半径Ｒ１を有し、ガラスクラッド層５０に対して約０.２％〜約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大を有する。例えば。Ｒ１は約６μｍと１２μｍの間または約７μｍと１１μｍの間とすることができる。また、例えば、Δ１最大を０.４５％とすることができ、Ｒ１を約１０μｍとすることができる。また、例えば、Δ１最大を０.３５％とすることができ、Ｒ１を約１１μｍとすることができ、あるいは、Δ１最大を０.５５％とすることができ、Ｒ１を約９μｍとすることができる。
ファイバ１０のＬＰ０１有効面積Ａ有効は約１１０μｍ２より大きく２１０μｍ２より小さいことが好ましく、ガラスコアは１５３２ｎｍより長い波長においてＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの伝搬及び伝送をサポートすることが好ましい。好ましい実施形態において、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短い。１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.５ｎｓ/ｋｍより小さいことが好ましい。いくつかの実施形態例において（ＬＰ０１モードに対する）ＬＰ１１モードの相対遅延は０.２５ｎｓ/ｋｍより小さく、いくつかの実施例においては０.１ｎｓ/ｋｍより小さい。これらの実施形態例においてＬＰ０１モードの減衰は０.２２ｄＢ/ｋｍより小さい。いくつかの実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−２０ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−２５ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−３０ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−３５ｄＢより小さい。また、いくつかの実施形態において、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−２０ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフは２.４μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−２５ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフは２.２５μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−３０ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフは２.１５μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、１５５０ｎｍの波長におけるＭＰＩは−３５ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフは２.０μｍより長い。
第２の主実験（実施形態例１０〜１６）
表４は、図３Ｂの屈折率プロファイルに対応し、図２に示されるファイバの断面に対応する、ファイバ１０の７つのモデル実施例（ＥＸ１０〜ＥＸ１６）の特性を示す。この例（実施形態ＥＸ１０〜ＥＸ１６）のファイバ１０は、半径がＲ１の分布屈折率型コア２０及びコアを囲むクラッド層５０を有する。
これらの実施形態において、ファイバ被覆層６０は、少なくとも、クラッド層５０を囲み、クラッド層に接してクラッド層を囲む一次被覆層６２及び二次被覆層６４の、２つの層を含む。いくつかの実施形態例（被覆Ｂ）において、一次被覆層６２は０.３ＭＰａより小さいその場弾性率及び−３５℃より低いその場ガラス転移温度を有し、二次被覆層６４は一次被覆層６２を囲み、１２００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する。他の実施形態例（被覆Ｃ）において、一次被覆層６２は０.１ＭＰａより小さいその場弾性率及び−４０℃より低いその場ガラス転移温度を有し、二次被覆層６４は一次被覆層６２を囲み、１４００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する。
これらの実施形態においては、コア２０が約４.５μｍ〜約１５μｍの半径Ｒ１及びガラスクラッド層５０に対して約０.２％〜約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大を有することが好ましい。例えば、Ｒ１は約７μｍと１３μｍの間、または約８μｍと１２μｍの間とすることができる。また例えば、Δ１最大は０.４５％とすることができ、Ｒ１は約１１μｍとすることができる。あるいは、Δ１最大は０.５５％とすることができ、Ｒ１は約９μｍとすることができる。コア２０は、１５５０ｎｍにおけるα値が２.３より大きく約２.７より小さい、分布屈折率を有することが好ましい。
ＬＰ０１有効面積Ａ有効は約１１０μｍ２より大きく２１０μｍ２より小さいことが好ましく、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短いことが好ましい。１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.５ｎｓ/ｋｍより小さいことが好ましい。いくつかの実施形態例において（ＬＰ０１モードに対する）ＬＰ１１モードの相対遅延は０.２５ｎｓ/ｋｍより小さく、いくつかの実施例においては０.１ｎｓ/ｋｍより小さい。これらの実施形態例においてＬＰ０１モードの減衰は０.２２ｄＢ/ｋｍより小さい。
いくつかの実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−２０ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−２５ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−３０ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−３５ｄＢより小さい。いくつかの実施形態において、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−２０ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.４μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−２５ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.２５μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−３０ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.１５μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−３５ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.０μｍより長い。
第３の主実験（実施形態例１７〜２２）
表５は、図４Ｂの屈折率プロファイルに対応し、図４Ａに示されるファイバの断面に対応する、ファイバ１０の６つのモデル実施形態例（ＥＸ１７〜ＥＸ２２）の特性を示す。この実施形態のファイバ１０は半径がＲ１の分布屈折率型コア２０及び、コアを囲む、半径がＲ４のクラッド層５０を有する。ガラスクラッド層は、コア２０を囲む、（例えば下げドープされた）低屈折率リング４０を有する。これらの実施形態において、低屈折率リング４０は（屈折率デルタΔ３に対応し、コア２０に直接隣接する）選択付加リング３０（図４Ａを見よ）によってコア２０から隔てられる。低屈折率リング４０は最小相対屈折率Δ２最小＜０を有する。ガラスクラッド層は、低屈折率リングを囲み、Δ１最大＞Δ４最大＞Δ２最小のような、最大相対屈折率Δ４最大を有する、外層クラッドも有する。
これらの実施形態において、ファイバ被覆層６０はクラッド層５０を囲み、少なくとも、クラッド層５０に接してクラッド層５０を囲む一次被覆層９２及び二次被覆層６４の、２つの層を含む。いくつかの実施形態例（被覆Ｂ）において、一次被覆層６２は０.３ＭＰａより小さいその場弾性率及び−３５℃より低いその場ガラス転移温度を有し、二次被覆層６４は一次被覆層６２を囲み、１２００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する。他の実施形態例（被覆Ｃ）において、一次被覆層６２は０.１Ｍｐａより小さいその場弾性率及び−４０℃より低いその場ガラス転移温度を有し、二次被覆層６４は一次被覆層６２を囲み、１４００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する。
この実施形態においては、コア２０が約４.５μｍ〜約１５μｍの半径Ｒ１及びガラスクラッド層５０に対して約０.２％〜約０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大を有することが好ましい。例えば、Ｒ１は約７μｍと１３μｍの間、または約８μｍと１２μｍの間とすることができる。また例えば、Δ１最大は０.３５％とすることができ、Ｒ１は約１１μｍとすることができる。あるいは、Δ１最大は０.５５％とすることができ、Ｒ１は約９μｍとすることができる。コア２０は、１５５０ｎｍにおけるα値が１.８より大きく約２.７より小さい、またΔ２最小＜−０.１％の、分布屈折率を有することが好ましい。いくつかの実施形態において、コア２０は、１５５０ｎｍにおけるα値が２.３より大きく約２.７より小さい、またΔ２最小＜−０.１％の、分布屈折率を有する。低屈折リング４０とコア２０の間隔（領域３０の厚さ），Ｒ２−Ｒ１は、２μｍより大きいことが好ましく、例えば、Ｒ２−Ｒ１＞３μｍ、Ｒ２−Ｒ１＞４μｍ、またはＲ２−Ｒ１＞５μｍである。低屈折リング４０は、Δ２最小＜−０.２％の最小屈折率デルタを有することが好ましく、例えば、Δ２最小＜−０.２５％、Δ２最小＜−０.３％、または−０.６％＜Δ２最小＜−０.２％である。
ＬＰ０１有効面積Ａ有効は約１１０μｍ２より大きく２１０μｍ２より小さいことが好ましく、ＬＰ０２モードの理論カットオフ波長は約１８００ｎｍより短いことが好ましい。１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の相対遅延は約０.５ｎｓ/ｋｍより小さいことが好ましい。いくつかの実施形態例において（ＬＰ０１モードに対する）ＬＰ１１モードの相対遅延は０.２５ｎｓ/ｋｍより小さく、いくつかの実施例においては０.１ｎｓ/ｋｍより小さい。これらの実施形態例においてＬＰ０１モードの減衰は０.２ｄＢ/ｋｍより小さい。
いくつかの実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−２０ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−２５ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−３０ｄＢより小さい。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−３５ｄＢより小さい。いくつかの実施形態において、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−２０ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.４μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−２５ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.４μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−３０ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.１５μｍより長い。他の実施形態にしたがえば、ＭＰＩは１５５０ｎｍにおいて−３５ｄＢより小さく、ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長は２.０μｍより長い。
ＭＤＭ光伝送システム
本開示にしたがう数モード光ファイバ１０及びその、実施例ＥＸ１〜ＥＸ２７に与えられた、例は低損失及び小さい微分群遅延を有し、長距離光伝送システム、特にＭＤＭを用いる長距離光伝送システムに適する。
図８は一例のＭＤＭ光伝送システム（ＭＤＭシステム）１００の略図である。ＭＤＭシステム１００は、少なくとも一スパンのファイバ１０を有する光ファイバリンク３００によって光接続された、送信器１１０及び受信器２１０を備える。送信器１１０は、同じかまたは異なる波長で発光する、２つ以上の光源１１２を備える。実例として、２つの光源１１２-１及び１１２-２が示される。それぞれの光源１１２は、１５００ｎｍと１６００ｎｍの間の波長を有する光１２２を発する少なくとも１つのレーザ１２０を備える。一例において、送信器１１０は、波長１５００ｎｍ及び１６００ｎｍの間の波長で送信する、少なくとも３２のレーザを備える。別の例において、送信器１１０は、波長１５００ｎｍ及び１６００ｎｍの間の波長で送信する、少なくとも６４のレーザを備える。
送信器１１０は、ファイバ区画１（例えば単一モードファイバ区画）によって光接続され、ＬＰ０１モードで進行している導波光をＬＰ１１モードで進行させるために変換するように構成された、ＬＰ０１−ＬＰ１１モードコンバータ１１６も備える。一般に、光源１１２の内の少なくとも１つは、ＬＰ０１モードの強度の少なくとも５０％をＬＰ１１に変換する、ＬＰ０１−ＬＰ１１モードコンバータ１１６に光接続される。
それぞれの光源ユニット１１２内のレーザ１２０は、対応するパルス信号ＳＰを介して対応するパルスパターン発生器１３４によって駆動される、対応する変調器１３０に光接続される。一例において、変調器１３０は４０Ｇｂ/秒以上の速度で動作する。別の例において、変調器１３０は１００Ｇｂ/秒以上の速度で動作する。
一例において、それぞれの変調器１３０は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような、対応する光増幅器１４０に光接続することができる。光増幅器１４０-１はＬＰ０１−ＬＰ１１モードコンバータ１１６に光接続され、ＬＰ０１−ＬＰ１１モードコンバータ１１６は続いてマルチプレクサ１５０に光接続される。光増幅器１４０-２も波長マルチプレクサ１５０に光接続される。
波長マルチプレクサ１５０は、光ファイバリンク３００のファイバ１０を介して受信器２１０に光接続される。受信器２１０はファイバ１０に光接続された波長デマルチプレクサ２２０を備える。波長デマルチプレクサ２２０は続いてファイバ区画Ｆ３及びＦ４を介して光検出器２４０-１及び２４０-２に接続される。ＬＰ０１モードまたはＬＰ１１モードを濾波除去するため、モードフィルタ２５０がファイバ区画Ｆ３に配される。
ＭＤＭシステムの動作において、それぞれのレーザ１２０が光１２２を発し、光１２２は次いで、対応するパルスパターン発生器１３４からの対応するパルス信号ＳＰにしたがって対応する変調器１３０によって変調される。変調器１３０-１及び１３０-２の出力はそれぞれ、それぞれの波長λ１及びλ２を有し、それぞれのファイバ区画Ｆ１及びＦ２内をＬＰ０１モードで伝搬する、導波光信号ＯＳ-１及びＯＳ-２である。光信号ＯＳ-１及びＯＳ-２は、ファイバ１０の区画によって波長マルチプレクサ１５０に光接続された、ＬＰ０１−ＬＰ１１モードコンバータ１１６を通過する。
光信号ＯＳ１及びＯＳ２にそれぞれともなうＬＰ１１及びＬＰ０１モードはマルチプレクサ１５０によって多重化され、次いでファイバ１０内をそれぞれのモードで進行する。図８のＭＤＭシステム例は、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードがモードコンバータ１１６の後で多重化される例を示す。しかし、他の実施形態においては、別の波長マルチプレクサで、光信号がＬＰ０１−ＬＰ１１モードコンバータを通して送られる前に異なる波長にある光信号を結合することができる。
ＬＰ１１モード及びＬＰ０１モードにある光信号ＯＳ１及びＯＳ２は波長マルチプレクサによって多重化され、ファイバリンク３００のファイバ１０に入ってファイバ１０内を伝搬する。一例において、ファイバリンク３００のファイバ１０のスパン長は２０ｋｍより長く、別の例においては４０ｋｍより長く、別の例においては６０ｋｍより長い。
図９は、１つ以上の光増幅器１４０を介して相互に光結合された複数スパンのファイバ１０を含む、ファイバリンク３００の例を示す。ファイバリンク３００はＬｋｍの長さを有する。一例において、Ｌは１００ｋｍより長く、別の例においてＬは５００ｋｍより長く、別の例においてＬは１０００ｋｍより長く、別の例においてＬは２０００ｋｍより長い。一例において、少なくとも２スパンのファイバ１０があり、別の例においては少なくとも５スパンのファイバ１０があり、別の例においては少なくとも１０スパンのファイバ１０があり、別の例においては少なくとも１０スパンのファイバ１０がある。
光信号ＯＳ１及びＯＳ２は受信器２１０に入り、波長デマルチプレクサ２２０によって逆多重化される。逆多重化された信号ＯＳ１及びＯＳ２は次いで、信号強度のほぼ１/２を第１の検出器２４０-１に分流させる、スプリッタ２３０を通して送られる。信号の残余強度はファイバ区画Ｆ３にあるモードフィルタ２５０を通して送られ、この例におけるモードフィルタ２５０はＬＰ０１モードを濾波除去する。別の例において、モードフィルタ２５０はＬＰ１１モードを濾波除去する。よって検出器２４０-１及び２４０-２が光信号ＯＳ１及びＯＳ２を検出して、これらの信号を、処理エレクトロニクス（図示せず）によって下流で処理することができる、対応する電気信号ＥＳ１及びＥＳ２に変換する。
特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく本明細書に説明された実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明された様々な実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。
１０ 数モード光ファイバ
２０ コア
３０ 選択付加リング
４０ 低屈折率リング
５０ クラッド層
６０ 被覆層
６２ 一次被覆層
６４ 二次被覆層
１００ ＭＤＭシステム
１１０ 送信器
１２０ レーザ
１３０ 変調器
１４０ 光増幅器
１５０ 波長マルチプレクサ
２１０ 受信器
２２０ 波長デマルチプレクサ
２３０ スプリッタ
２４０ 検出器
２５０ モードフィルタ
３００ 光ファイバリンク

Claims (7)

  1. 光ファイバにおいて、
    屈折率プロファイルを有するコア、
    前記コアを囲む環状クラッド層、
    前記クラッド層に接して前記クラッド層を囲む一次被覆層であって、０.３５ＭＰａより小さいその場弾性率及び−３５℃より低いその場ガラス転移温度を有する一次被覆層、
    及び
    前記一次被覆層を囲む二次被覆層であって、１２００ＭＰａより大きいその場弾性率を有する二次被覆層、
    を有し、
    前記コアの前記屈折率プロファイルが、２.０μｍより長いＬＰ１１モードの理論カットオフ波長、及び１５５０ｎｍの波長において１１０μｍ２より大きいＬＰ０１有効面積を与えるように構成されている、
    ことを特徴とする光ファイバ。
  2. 前記光ファイバがステップ型屈折率プロファイルを有し、前記コアがガラスコアであり、前記クラッド層がガラスクラッド層であって、
    前記コアが、
    ６μｍから１５μｍの半径Ｒ１、
    前記ガラスクラッド層に対して０.２％から０.５５％の最大相対屈折率Δ１最大、
    １１０μｍ ２ より大きく、２１０μｍ ２ より小さい、ＬＰ０１有効面積、及び
    １８００ｎｍより短いＬＰ０２モードの理論カットオフ波長、
    を有し、
    前記ガラスクラッド層が、Δ１最大＞Δ４最大であるような、最大相対屈折率Δ４最大を有し、
    当該光ファイバが、１５５０ｎｍの波長において、−３０ｄＢより小さいマルチパス干渉を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 以下の条件、
    （ｉ）１５５０ｎｍの波長におけるマルチパス干渉が−３５ｄＢより小さい、
    （ii）１５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の遅延差が０.５ｎｓ/ｋｍより小さい、
    （iii）ＬＰ１１モードの理論カットオフ波長が２.１５μｍより長く、１５５０ｎｍの波長におけるマルチパス干渉が−３０ｄＢより小さい、
    （iv）＜０.２２ｄＢ/ｋｍのＬＰ０１減衰、及び／または
    （Ｖ）＜０.２５ｄＢ/ｋｍのＬＰ１１減衰、
    の内の少なくとも１つを満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  4. 前記光ファイバが分布屈折率型ガラスコアを有し、前記クラッド層がガラスクラッド層であることを特徴とする請求項１または３に記載の光ファイバ。
  5. 前記光ファイバが分布屈折率型ガラスコアを有し、前記クラッド層がガラスクラッド層であり、
    前記光ファイバの前記コアが、１５５０ｎｍの波長において、２.３より大きく、２.７より小さい、アルファ値を有し、
    当該光ファイバが、１５５０ｎｍの波長において、−３０ｄＢより小さいマルチパス干渉を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  6. 前記コアが、
    ７μｍから１３μｍの半径Ｒ １ 、
    前記ガラスクラッド層に対して０.２％から０.５５％の最大相対屈折率Δ １最大 、
    １８００ｎｍより短いＬＰ０２モードの理論カットオフ波長、
    を有し、
    前記ガラスクラッド層が、Δ １最大 ＞Δ ４最大 であるような、最大相対屈折率Δ ４最大 を有し、
    １５５０ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの間の遅延差が０.５ｎｓ/ｋｍより小さい、
    ことを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバ。
  7. モード分割多重化（ＭＤＭ）光伝送システムにおいて、
    ＬＰ１１モード及びＬＰ０１モードのそれぞれにおいて、第１の波長及び第２の波長をそれぞれが有する第１の導波光信号及び第２の導波光信号を送信するように構成された送信器、
    前記第１の導波光信号及び前記第２の導波光信号を受信し、波長逆多重化するように構成された受信器、及び
    前記送信器と前記受信器を光接続し、前記第１の導波光信号及び前記第２の導波光信号の伝送をサポートするように構成された、請求項１から６のいずれかに記載の数モード光ファイバ、
    を備えることを特徴とするＭＤＭ光伝送システム。
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