JP6306690B2 - 光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバに関する。
本願は、２０１４年９月２６日に出願された日本国特許出願２０１４−１９５９３７号および日本国特許出願２０１４−１９５９３８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）の普及に伴い、光ファイバはビルや住宅等の屋内まで敷設されている。これに伴い、曲げを加えたときに生じる過剰損失、いわゆる曲げ損失（マクロベンド損失）を低減した光ファイバが注目を集めている。
低曲げ損失光ファイバを用いることにより、光ファイバに曲げが印加される際に発生する損失に起因する信号の瞬断の防止や、取り扱いの平易化による敷設コストの低減などが期待されている。
標準シングルモード光ファイバ（Ｓ−ＳＭＦ）の規格であるＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２に準拠しつつ、標準シングルモード光ファイバに比べて曲げ損失が低減された光ファイバの規格として、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５７がある。

曲げ損失の改善手法としては、例えば以下の手法がある。
（１）コアの屈折率を高くする。
コアの屈折率を高くすることによって、Ｓ−ＳＭＦに比べてモードフィールド径（ＭＦＤ）を小さくすることで、コアへの光の閉じ込めを改善することができる。このため、曲げ損失を低減することができる。この場合は、分散をＧ．６５２に合わせるために、コア近傍のクラッドの屈折率を低くした、いわゆるデプレスト型の屈折率分布を採用することが好ましい（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。また、特許文献１では、内層クラッド領域の屈折率を調整することで、ＭＦＤおよび曲げ損失の両特性のバランスを保つことが可能であることを示している。
これらのタイプの光ファイバとしては、曲げ半径１５ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ａ１に準拠する製品がある。

（２）トレンチ型の屈折率分布を採用する。
クラッド部の、コアから離れた位置に低屈折率部を有するトレンチ型の屈折率分布を採用することによって、コアへの光の閉じ込めを改善し、曲げ損失を低減することができる（例えば、特許文献２を参照）。
このタイプの光ファイバとしては、曲げ半径１０ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ａ２あるいはＧ．６５７．Ｂ２に準拠する製品や、さらに小さい曲げ半径７．５ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ｂ３に準拠する製品がある。また、曲げ半径７．５ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ｂ３に準拠しつつ、その他の光学特性がＧ．６５７．Ａシリーズの規格に準拠した製品もある。

（３）クラッド部に空孔を形成する。
クラッド部の、コアから離れた位置に、光ファイバの長手方向に沿う空孔を形成した光ファイバ（例えばホールアシステッドファイバ（ＨＡＦ））や、独立した多数の空隙からなる微細構造を形成した光ファイバ（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ社製、ＣｌｅａｒＣｕｒｖｅ（登録商標））は、コアへの光の閉じ込めを改善することができるため、曲げ損失を低減することができる（例えば、特許文献３、４を参照）。
このタイプの光ファイバとしては、曲げ半径７．５ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ｂ３に準拠する製品がある。

日本国特表２０１３−５２０７１１号公報 日本国特開昭６３−４３１０７号公報 国際公開第２００４／０９２７９３号公報 日本国特表２００９−５４３１２６号公報

K. Okamoto and T. Okoshi,"Computer-aided synthesis of the optimum refractive index profile for a multimode fiber,"IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-25, pp.213-221, 1976

前述の手法において、コアの屈折率を高くした光ファイバは、曲げ損失を小さくすることができる。しかし、これに伴ってモードフィールド径が小径化し、Ｓ−ＳＭＦとの接続損失が増大する。このため、曲げ損失の低減には限界がある。
トレンチ型の屈折率分布を有する光ファイバは、屈折率が異なる複数の層を形成する必要があるため、母材の製造工程が複雑化する。
空孔付きの光ファイバは、中実構造の光ファイバに比べて製造工程が複雑化する。また、高度な紡糸技術が要求されるため、製造が容易とはいえない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、接続損失を増大させることなく曲げ損失を低減でき、しかも製造が容易である光ファイバを提供することを課題とする。

コアに近い部分のクラッドの屈折率が光ファイバの光学特性に大きな影響を与えることは周知であるが、本発明者は、詳細な検討の結果、モードフィールド径を小さくすることなく、曲げ損失を低減できる屈折率分布を見出した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、上記屈折率分布を採用することにより、他の光ファイバと接続した際の接続損失の抑制と曲げ損失の低減とを両立させている。

本発明の第１態様は、光ファイバであって、コアと、前記コアの外周側に形成されたクラッドとを備え、前記クラッドは、少なくとも前記コアに隣接した内クラッド部と、前記内クラッド部の外周側に形成された外クラッド部とを有し、前記コアは、屈折率がΔ１であり、最大屈折率がΔ１ｍａｘであり、前記内クラッド部は、屈折率がΔ２であり、最小屈折率がΔ２ｍｉｎであり、前記外クラッド部は、屈折率がΔ３であり、前記コア、前記内クラッド部、および前記外クラッド部の屈折率は、式（１）および式（２）に示す関係がある。Δ１ｍａｘ＞Δ２ｍｉｎ、かつΔ１ｍａｘ＞Δ３・・・（１）、０．０１％＜｜Δ２ｍｉｎ−Δ３｜＜０．０３％・・・（２）。前記コアの外周半径ｒ１、前記内クラッド部の外周半径ｒ２、および前記外クラッド部の外周半径ｒ３は、式（３）および式（４）に示す関係がある。ｒ１＜ｒ２＜ｒ３・・・（３）、０．２≦ｒ１／ｒ２≦０．５・・・（４）。ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃは、式（５）を満たす。λ_ｃｃ≦１２６０ｎｍ・・・（５）。波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は、式（６）を満たす。８．６μｍ≦モードフィールド径≦９．５μｍ・・・（６）。
本発明の第２態様は、上記第１態様の光ファイバにおいて、前記コア、前記内クラッド部、および前記外クラッド部の屈折率は、式（１Ａ）および式（２Ａ）に示す関係があることが好ましい。Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎ・・・（１Ａ）、０．０１％＜（Δ３−Δ２ｍｉｎ）＜０．０３％・・・（２Ａ）。
本発明の第３態様は、上記第２態様の光ファイバにおいて、さらに、Δ１ｍａｘが、０．３３％≦Δ１ｍａｘ≦０．４０％を満たす。
本発明の第４態様は、上記第１〜第３態様のうちいずれか１態様の光ファイバにおいて、直径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下であり、前記マンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下であることが好ましい。
本発明の第５態様は、上記第１〜第４態様のうちいずれか１態様の光ファイバにおいて、前記外クラッド部が純粋シリカガラスからなり、前記内クラッド部が、フッ素が添加されたシリカガラスからなる構成としてよい。
本発明の第６態様は、上記第１〜第５態様のうちいずれか１態様の光ファイバにおいて、前記外クラッド部が純粋シリカガラスからなり、前記内クラッド部が、塩素が添加されたシリカガラスからなる構成としてよい。
また、前記内クラッド部は、Δ２＜Δ３となる場合には、例えばフッ素（Ｆ）が添加されたシリカガラスからなることが好ましく、Δ２＞Δ３となる場合には、例えば塩素（Ｃｌ）が添加されたシリカガラスからなることが好ましい。

本発明の第７態様は、光ファイバであって、コアと、前記コアの外周側に形成されたクラッドとを備え、前記クラッドは、少なくとも前記コアに隣接した内クラッド部と、前記内クラッド部の外周側に隣接したトレンチ部と、前記トレンチ部の外周側に形成された外クラッド部とを有し、前記コアは、屈折率がΔ１であり、最大屈折率がΔ１ｍａｘであり、前記内クラッド部は、屈折率がΔ２であり、最小屈折率がΔ２ｍｉｎであり、前記トレンチ部は、屈折率がΔ３であり、最小屈折率がΔ３ｍｉｎであり、前記外クラッド部は、屈折率がΔ４であり、前記コア、前記内クラッド部、前記トレンチ部、および前記外クラッド部の屈折率は、式（１１）〜式（１３）に示す関係がある。Δ１ｍａｘ＞Δ２＞Δ３ｍｉｎ・・・（１１）、Δ１ｍａｘ＞Δ４＞Δ３ｍｉｎ・・・（１２）、０．０１％＜（Δ４−Δ３ｍｉｎ）＜０．０３％・・・（１３）。前記コアの外周半径ｒ１、前記内クラッド部の外周半径ｒ２、前記トレンチ部の外周半径ｒ３、および前記外クラッド部の外周半径ｒ４は、式（１４）〜式（１６）に示す関係がある。ｒ１≦ｒ２＜ｒ３＜ｒ４・・・（１４）、１≦ｒ２／ｒ１≦５・・・（１５）、１＜ｒ３／ｒ２≦２・・・（１６）。ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃは、式（１７）を満たす。λ_ｃｃ≦１２６０ｎｍ・・・（１７）。波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は、式（１８）を満たす。８．６μｍ≦モードフィールド径≦９．５μｍ・・・（１８）。
本発明の第８態様は、上記第７態様の光ファイバにおいて、直径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下であり、前記マンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下であることが好ましい。
本発明の第９態様は、上記第７または第８態様の光ファイバにおいて、前記外クラッド部は、純粋シリカガラスからなることが好ましく、前記トレンチ部は、フッ素が添加されたシリカガラスからなることが好ましい。

上記本発明に係る態様によれば、内クラッド部と外クラッド部の屈折率の差、および、コアと内クラッド部の外周半径の比などを調整することによって、他の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ（Ｓ−ＳＭＦ））と接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。

また、上記本発明の一態様によれば、トレンチ部と外クラッド部の屈折率の差、および、コアと内クラッド部とトレンチ部との外周半径の比などを調整することによって、他の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ（Ｓ−ＳＭＦ））と接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。
さらに、上記本発明の一態様によれば、従来の製造方法を大きく変更せずに利用できるため、製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。

第１実施形態に係る光ファイバを模式的に示す断面図である。 前図に示す光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。 比較例の光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。 第２実施形態に係る光ファイバを模式的に示す断面図である。 前図に示す光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。 第３実施形態に係る光ファイバを模式的に示す断面図である。 前図に示す光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。 他の実施形態に係る光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。

以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る光ファイバ１０の概略構成を示す。
光ファイバ１０は、中心部に配されるコア１と、コア１の外周側にコア１と同心状に設けられたクラッド４とを有する。
クラッド４は、少なくとも、コア１の外周側に隣接した内クラッド部２と、内クラッド部２の外周側に形成された外クラッド部３とを有する。

図２Ａに、光ファイバ１０の屈折率分布を模式的に示す。
コア１の屈折率をΔ１とし、最大屈折率をΔ１ｍａｘとする。
内クラッド部２の屈折率をΔ２とし、最小屈折率をΔ２ｍｉｎとする。
外クラッド部３の屈折率をΔ３とする。

コア１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、コア１の中心から外周までの径方向範囲において最大となるコア１の屈折率である。図２Ａに示す屈折率分布では、コア１の屈折率Δ１は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ１は全範囲で最大屈折率Δ１ｍａｘに等しい。
内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎは、内クラッド部２の内周から外周までの径方向範囲において最小となる内クラッド部２の屈折率である。図２Ａに示す屈折率分布では、内クラッド部２の屈折率Δ２は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ２は全範囲で最小屈折率Δ２ｍｉｎに等しい。

光ファイバ１０では、次の式（１）が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ２ｍｉｎ、かつΔ１ｍａｘ＞Δ３ ・・・（１）
式（１）に示すように、コア１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎおよび外クラッド部３の屈折率Δ３より大きく設定されている。
また、光ファイバ１０では、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎは、外クラッド部３の屈折率Δ３より小さく設定されている。

光ファイバ１０では、さらに、次の式（２）が成り立つ。
０．０１％＜｜Δ２ｍｉｎ−Δ３｜＜０．０３％ ・・・（２）
式（２）は、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎと外クラッド部３の屈折率Δ３との差の絶対値が、０．０１％を越え、かつ０．０３％未満であることを意味する。

Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値が小さすぎると、曲げ損失を十分に低減できないおそれがある。一方、Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値が大きすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ（Ｓ−ＳＭＦ））と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。
光ファイバ１０では、Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値を０．０１％を越える範囲とすることによって、曲げ損失を低減することができる。また、Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値を０．０３％未満とすることによって、モードフィールド径（ＭＦＤ）を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。

第１実施形態の光ファイバ１０では、Δ１ｍａｘと、Δ２ｍｉｎと、Δ３との大小関係に関して、次の式（１Ａ）が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎ ・・・（１Ａ）
式（１Ａ）に示すように、コア１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、外クラッド部３の屈折率Δ３より大きく設定されている。
外クラッド部３の屈折率Δ３は、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎより大きく設定されている。

Δ３がΔ２ｍｉｎより大きいため、上述の式（２）は、次のように記載することができる。
０．０１％＜（Δ３−Δ２ｍｉｎ）＜０．０３％ ・・・（２Ａ）
式（２Ａ）は、外クラッド部３の屈折率Δ３と内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎとの差が、０．０１％を越え、かつ０．０３％未満であることを意味する。

コア１、内クラッド部２および外クラッド部３の外周半径を、それぞれｒ１、ｒ２、ｒ３とする。
コア１と内クラッド部２と外クラッド部３との外周半径ｒ１〜ｒ３の間には、次の式（３）に示す関係がある。
ｒ１＜ｒ２＜ｒ３ ・・・（３）

コア１の外周半径ｒ１と内クラッド部２の外周半径ｒ２との比ｒ１／ｒ２は、次の式（４）に示す範囲にある。
０．２≦ｒ１／ｒ２≦０．５ ・・・（４）

ｒ１／ｒ２が小さすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えばＳ−ＳＭＦ）と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。一方、ｒ１／ｒ２が大きすぎると、曲げ損失が増大するおそれがある。
光ファイバ１０では、ｒ１／ｒ２を０．２以上とすることによって、モードフィールド径を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。ｒ１／ｒ２を０．５以下とすることによって、曲げ損失を低減することができる。

光ファイバ１０は、ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃ（すなわち、２２ｍのカットオフ波長λｃ_２２ｍ）が１２６０ｎｍ以下とされる。すなわち、次の式（５）が成立する。
λ_ｃｃ≦１２６０ｎｍ ・・・（５）
これによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２の規定を満足することができる。
カットオフ波長λ_ｃｃは、例えばＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５０に記載の測定法により測定することができる。

光ファイバ１０は、上述の屈折率および外周半径の調整によって、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が、８．６μｍ以上、かつ９．５μｍ以下となるように設定される。すなわち、次の式（６）が成立する。
８．６μｍ≦ＭＦＤ≦９．５μｍ ・・・（６）
モードフィールド径をこの範囲にすることによって、他の光ファイバ（例えばＳ−ＳＭＦ）と接続した際の接続損失を低く抑えることができる。
光ファイバ１０は、モードフィールド径をこの範囲とすることによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の規定を満たす。

光ファイバ１０は、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下となることが好ましい。
また、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下となることが好ましい。

コア１は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを添加することによって屈折率を高めたシリカガラスで構成することができる。
内クラッド部２は、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを添加することによって屈折率を低くしたシリカガラスで構成することができる。内クラッド部２は、例えば塩素（Ｃｌ）等のドーパントを添加することによって屈折率を高くしたシリカガラスで構成してもよい。
外クラッド部３は、例えば純粋シリカガラスで構成することができる。外クラッド部３は、ドーパント（例えばＧｅ、Ｆなど）を添加することによって屈折率を調整してもよい。

光ファイバ１０を構成する各層は、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法などの公知の方法、またはこれらの組み合わせにより形成することができる。
例えば、ＭＣＶＤ法を採用する場合には、光ファイバ母材を次のようにして作製することができる。

外クラッド部３となるシリカガラス管（例えば純粋シリカガラスからなるガラス管）の内側に、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを含む原材料を用いて、内クラッド部２となるガラス堆積層を形成する。内クラッド部２の屈折率はドーパントの添加量によって調整することができる。

次いで、上記ガラス堆積層の内側に、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを含む原材料を用いて、コア１となるガラス堆積層を形成する。なお、コア１は、別途作製したコアロッドを用いて形成することもできる。
ガラス堆積層が形成されたシリカガラス管は、透明化、中実化などの工程を経て光ファイバ母材とする。この光ファイバ母材を線引きすることによって、図１に示す光ファイバ１０を得る。
ＣＶＤ法は、ドーパントの添加によって屈折率分布を精度よく調整できる点で好ましい。
光ファイバ１０の製造には、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法も適用可能である。ＶＡＤ法、ＯＶＤ法には、生産性が高いという利点がある。

光ファイバ１０では、内クラッド部２と外クラッド部３の屈折率の差を上記範囲（式（２）を参照）とし、かつコア１と内クラッド部２の外周半径の比を上記範囲（式（４）を参照）とすることによって、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。

コアに近い部分のクラッドの屈折率が光ファイバの光学特性に大きな影響を与えることは周知であるが、本発明者は、詳細な検討の結果、モードフィールド径を小さくすることなく、曲げ損失を低減できる屈折率分布を見出した。
光ファイバ１０は、この屈折率分布を採用することにより、他の光ファイバと接続した際の接続損失の抑制と曲げ損失の低減とを両立させている。

光ファイバ１０は、内クラッド部２と外クラッド部３の屈折率の差が小さいため、従来の製造方法（例えば通常のＳ−ＳＭＦの製造方法）を大きく変更することなく利用して、内クラッド部２および外クラッド部３の屈折率を容易に、かつ精度よく調整することができる。
また、内クラッド部２と外クラッド部３の屈折率の差が小さいため、製造方法に基づく制約が少ない。例えば、屈折率分布の調整に適しているとされるＣＶＤ法だけでなく、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法を採用することもできる。
従って、光ファイバ１０の製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。

光ファイバ１０は、内クラッド部２と外クラッド部３の屈折率の差が小さいため、内クラッド部２を形成するためのフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）等のドーパントの添加量を削減できる。
フッ素（Ｆ）等のドープに用いられる原料ガス（例えばＳｉＦ_４）は高価であるため、ドーパント添加量の削減によって、原料コストを抑制し、製造コストを低く抑えることができる。

光ファイバ１０は、図２Ａに示すように、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎが外クラッド部３の屈折率Δ３より小さいため、コア１への光の閉じ込めが良好であり、曲げ損失を低減できる。

さらに詳細には、Δ２が小さいと、特性以外の、例えばコストの面でも好ましい。通常、低屈折領域を形成するためには、上記のようなフッ素（Ｆ）等の屈折率を下げるドーパントを添加する必要があり、材料費が上昇する。しかし、本願では、フッ素の添加量は非常に微量であるため、コストの抑制が期待できる。加えて、Δ２が小さいと、伝送損失の面でも好ましい。内クラッド部２に添加されたドーパントは、光ファイバのプリフォームの焼結工程および紡糸工程などの高温環境下において、コア部分に拡散する。伝送損失の支配的因子であるレイリ一散乱係数は、ドーパントの含有量の増加に伴って増加するため、フッ素がコア部分へ拡散すると伝送損失が劣化する。しかし、本願では、フッ素の添加量は非常に微量であるため、伝送損失への影響をほとんど考慮する必要がない。

ここで、図１に示す内クラッド部２の屈折率分布について、シミュレーションした結果を示す。表１は、図２Ａに示す各パラメータを設定したときの特性の計算結果である。

上記計算結果より、Δ２が−０．０１％〜−０．０４％の範囲のとき、Δ１、ｒ２、ｒ１／ｒ２を適切に設定すれば、Ｇ６５７Ａ１に準拠する光ファイバ（波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．６〜９．５μｍ、ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃが１２６０ｎｍ以下、直径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０（１６２５）ｎｍにおける損失増加（曲げ損失）が０．２５（１．０）ｄＢ以下）を実現できる。すなわち、Δ２が−０．０１％〜−０．０４％の範囲のとき、ＭＦＤと曲げ損失の両方を向上させられることがわかった。

比較例として、内クラッド部を有さない場合の結果を示す。表２は、図２Ｂに示す内クラッド部を有さない場合の屈折率分布の各パラメータを設定したときの特性の計算結果である。

比較例では、ケーブルカットオフ波長が上限の１２６０ｎｍであり、曲げ損失を強化した屈折率分布であるにもかかわらず、曲げ損失がＧ６５７Ａ１規格を満たさないことがわかる。この比較例の結果からも、内クラッド部を適切な屈折率の範囲で設けることで、高性能な光ファイバを実現できることがわかる。

（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係る光ファイバ２０の概略構成を示す。
光ファイバ２０は、中心部に配されるコア１と、コア１の外周側にコア１と同心状に設けられたクラッド１４とを有する。
クラッド１４は、少なくとも、コア１の外周側に隣接した内クラッド部１２と、内クラッド部１２の外周側に形成された外クラッド部１３とを有する。

図４に、光ファイバ２０の屈折率分布を模式的に示す。
コア１の屈折率をΔ１とし、最大屈折率をΔ１ｍａｘとする。内クラッド部１２の屈折率をΔ２とし、最小屈折率をΔ２ｍｉｎとする。外クラッド部１３の屈折率をΔ３とする。
光ファイバ２０では、第１実施形態の光ファイバ１０と同様に、次の式（７）が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ２ｍｉｎ、かつΔ１ｍａｘ＞Δ３ ・・・（７）

光ファイバ２０では、内クラッド部１２の最小屈折率Δ２ｍｉｎが、外クラッド部１３の屈折率Δ３より大きくされている点で、第１実施形態の光ファイバ１０と異なる。

光ファイバ２０では、第１実施形態の光ファイバ１０と同様に、次の式（８）が成り立つ。
０．０１％＜｜Δ２ｍｉｎ−Δ３｜＜０．０３％ ・・・（８）
Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値を上記範囲とすることによって、モードフィールド径（ＭＦＤ）を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減することができる。

コア１と内クラッド部１２と外クラッド部１３との外周半径ｒ１〜ｒ３の間には、第１実施形態の光ファイバ１０と同様に、次の式（９）、（１０）に示す関係がある。
ｒ１＜ｒ２＜ｒ３ ・・・（９）
０．２≦ｒ１／ｒ２≦０．５ ・・・（１０）
ｒ１／ｒ２を０．２以上とすることによって、モードフィールド径を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減することができる。

光ファイバ２０は、第１実施形態の光ファイバ１０と同様に、ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃ（すなわち、２２ｍのカットオフ波長λｃ_２２ｍ）が１２６０ｎｍ以下とされる。
また、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）は、８．６μｍ以上、かつ９．５μｍ以下とされる。
光ファイバ２０は、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下となることが好ましい。また、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下となることが好ましい。

コア１は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを添加することによって屈折率を高めたシリカガラスで構成することができる。
内クラッド部２は、例えば純粋シリカガラスで構成することができる。内クラッド部２は、例えば塩素（Ｃｌ）等のドーパントを添加することによって屈折率を調整してもよい。
外クラッド部３は、例えば純粋シリカガラスで構成することができる。外クラッド部３は、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを添加することによって屈折率を低くしたシリカガラスで構成してもよい。

光ファイバ２０は、第１実施形態の光ファイバ１０と同様に、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法などにより製造することができる。
例えば、ＭＣＶＤ法を採用する場合には、光ファイバ母材を次のようにして作製することができる。
外クラッド部３となるシリカガラス管（例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを含むシリカガラス管）の内側に、純粋シリカガラスなどの原材料を用いて、内クラッド部２となるガラス堆積層を形成する。
次いで、ガラス堆積層の内側に、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを含む原材料を用いて、コア１となるガラス堆積層を形成する。なお、コア１は、別途作製したコアロッドを用いて形成することもできる。
ガラス堆積層が形成されたシリカガラス管は、透明化、中実化などの工程を経て光ファイバ母材とする。この光ファイバ母材を線引きすることによって、図３に示す光ファイバ２０を得る。

光ファイバ２０では、内クラッド部１２と外クラッド部１３の屈折率の差を上記範囲とし、かつコア１と内クラッド部１２の外周半径の比を上記範囲とすることによって、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。
光ファイバ２０は、従来の製造方法を大きく変更せずに利用できるため、製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、これらは本発明の例示であり、追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
例えば、図１、図３に示す光ファイバ１０,２０では、クラッド４，１４は２つのクラッド部（内クラッド部および外クラッド部）からなるが、クラッドは、内クラッド部および外クラッド部以外の層を有していてもよい。

（第３実施形態）
図５に、本発明の第３実施形態に係る光ファイバ３０の概略構成を示す。
光ファイバ３０は、中心部に配されるコア２１と、コア２１の外周側にコア２１と同心状に設けられたクラッド２５とを有する。
クラッド２５は、少なくとも、コア２１の外周側に隣接した内クラッド部２２と、内クラッド部２２の外周側に隣接して形成されたトレンチ部２３と、トレンチ部２３の外周側に形成された外クラッド部２４とを有する。

図６に、光ファイバ３０の屈折率分布を模式的に示す。
コア２１の屈折率をΔ１とし、最大屈折率をΔ１ｍａｘとする。
内クラッド部２２の屈折率をΔ２とし、最小屈折率をΔ２ｍｉｎとする。
トレンチ部２３の屈折率をΔ３とし、最小屈折率をΔ３ｍｉｎとする。
外クラッド部２４の屈折率をΔ４とする。

コア２１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、コア２１の中心から外周までの径方向範囲において最大となるコア２１の屈折率である。図６に示す屈折率分布では、コア２１の屈折率Δ１は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ１は全範囲で最大屈折率Δ１ｍａｘに等しい。
内クラッド部２２の最小屈折率Δ２ｍｉｎは、内クラッド部２２の内周から外周までの径方向範囲において最小となる内クラッド部２２の屈折率である。図６に示す屈折率分布では、内クラッド部２２の屈折率Δ２は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ２は全範囲で最小屈折率Δ２ｍｉｎに等しい。
トレンチ部２３の最小屈折率Δ３ｍｉｎは、トレンチ部２３の内周から外周までの径方向範囲において最小となるトレンチ部２３の屈折率である。図６に示す屈折率分布では、トレンチ部２３の屈折率Δ３は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ３は全範囲で最小屈折率Δ３ｍｉｎに等しい。

光ファイバ３０では、次の式（１１）が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ２＞Δ３ｍｉｎ ・・・（１１）
式（１１）に示すように、コア２１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、内クラッド部２２の屈折率Δ２より大きく設定されている。
内クラッド部２２の屈折率Δ２は、トレンチ部２３のΔ３ｍｉｎより大きく設定されている。

光ファイバ３０では、さらに、次の式（１２）が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ４＞Δ３ｍｉｎ ・・・（１２）
式（１２）に示すように、コア２１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、外クラッド部２４の屈折率Δ４より大きく設定されている。
外クラッド部２４の屈折率Δ４は、トレンチ部２３のΔ３ｍｉｎより大きく設定されている。

光ファイバ３０では、さらに、次の式（１３）が成り立つ。
０．０１％＜（Δ４−Δ３ｍｉｎ）＜０．０３％ ・・・（１３）
式（１３）は、外クラッド部２４の屈折率Δ４とトレンチ部２３の最小屈折率Δ３ｍｉｎとの差が、０．０１％を越え、かつ０．０３％未満であることを意味する。

Δ４とΔ３ｍｉｎとの差が小さすぎると、曲げ損失を十分に低減できないおそれがある。一方、Δ４とΔ３ｍｉｎとの差が大きすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ（Ｓ−ＳＭＦ））と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。
光ファイバ３０では、Δ４とΔ３ｍｉｎとの差を０．０１％を越える範囲とすることによって、曲げ損失を低減することができる。また、Δ４とΔ３ｍｉｎとの差を０．０３％未満とすることによって、モードフィールド径（ＭＦＤ）を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。

コア２１、内クラッド部２２、トレンチ部２３および外クラッド部２４の外周半径を、それぞれｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４とする。
コア２１と内クラッド部２２とトレンチ部２３と外クラッド部２４との外周半径ｒ１〜ｒ４の間には、次の式（１４）に示す関係がある。
ｒ１≦ｒ２＜ｒ３＜ｒ４ ・・・（１４）

内クラッド部２２の外周半径ｒ２とコア２１の外周半径ｒ１との比ｒ２／ｒ１は、次の式（１５）に示す範囲にある。
１≦ｒ２／ｒ１≦５ ・・・（１５）

ｒ２／ｒ１が小さすぎると、曲げ損失が増大するおそれがある。一方、ｒ２／ｒ１が大きすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えばＳ−ＳＭＦ）と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。
光ファイバ３０では、ｒ２／ｒ１を１以上とすることによって、曲げ損失を低減することができる。ｒ２／ｒ１を５以下とすることによって、モードフィールド径を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。

トレンチ部２３の外周半径ｒ３と内クラッド部２２の外周半径ｒ２との比ｒ３／ｒ２は、次の式（１６）に示す範囲にある。
１＜ｒ３／ｒ２≦２ ・・・（１６）

ｒ３／ｒ２が小さすぎると、曲げ損失が増大するおそれがある。一方、ｒ３／ｒ２が大きすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えばＳ−ＳＭＦ）と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。
光ファイバ３０では、ｒ３／ｒ２を１より大きくとすることによって、曲げ損失を低減することができる。ｒ３／ｒ２を２以下とすることによって、モードフィールド径を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。

光ファイバ３０は、ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃが１２６０ｎｍ以下とされる。
すなわち、次の式（１７）が成立する。
λ_ｃｃ≦１２６０ｎｍ ・・・（１７）
これによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２の規定を満足することができる。
カットオフ波長λ_ｃｃは、例えばＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５０に記載の測定法により測定することができる。

光ファイバ３０は、上述の屈折率および外周半径の調整によって、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が、８．６μｍ以上、かつ９．５μｍ以下となるように設定される。すなわち、次の式（１８）が成立する。
８．６μｍ≦ＭＦＤ≦９．５μｍ ・・・（１８）
モードフィールド径をこの範囲にすることによって、他の光ファイバ（例えばＳ−ＳＭＦ）と接続した際の接続損失を低く抑えることができる。
光ファイバ３０は、モードフィールド径をこの範囲とすることによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の規定を満たす。

光ファイバ３０は、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下となることが好ましい。
また、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下となることが好ましい。

コア２１は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを添加することによって屈折率を高めたシリカガラスで構成することができる。
内クラッド部２２およびトレンチ部２３は、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを添加することによって屈折率を低くしたシリカガラスで構成することができる。
外クラッド部２４は、例えば純粋シリカガラスで構成することができる。外クラッド部２４は、ドーパント（例えばＧｅ、Ｆなど）を添加することによって屈折率を調整してもよい。

光ファイバ３０を構成する各層は、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法などの公知の方法、またはこれらの組み合わせにより形成することができる。
例えば、ＭＣＶＤ法を採用する場合には、光ファイバ母材を次のようにして作製することができる。

外クラッド部２４となるシリカガラス管（例えば純粋シリカガラスからなるガラス管）の内側に、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを含む原材料を用いて、トレンチ部２３となるガラス堆積層を形成する。
前記ガラス堆積層の内側に、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを含む原材料を用いて、内クラッド部２２となるガラス堆積層を形成する。
トレンチ部２３および内クラッド部２２の屈折率はドーパントの添加量によって調整することができる。

次いで、ガラス堆積層の内側に、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを含む原材料を用いて、コア２１となるガラス堆積層を形成する。なお、コア２１は、別途作製したコアロッドを用いて形成することもできる。
ガラス堆積層が形成されたシリカガラス管は、透明化、中実化などの工程を経て光ファイバ母材とする。この光ファイバ母材を線引きすることによって、図５に示す光ファイバ３０を得る。
ＣＶＤ法は、ドーパントの添加によって屈折率分布を精度よく調整できる点で好ましい。
光ファイバ３０の製造には、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法も適用可能である。ＶＡＤ法、ＯＶＤ法には、生産性が高いという利点がある。

光ファイバ３０では、トレンチ部２３と外クラッド部２４の屈折率の差を前記範囲（式（１３）を参照）とし、かつコア２１、内クラッド部２２、およびトレンチ部２３の外周半径の比を前記範囲（式（１５）〜（１７）を参照）とすることによって、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。

コアに近い部分のクラッドの屈折率が光ファイバの光学特性に大きな影響を与えることは周知であるが、本発明者は、詳細な検討の結果、モードフィールド径を小さくすることなく、曲げ損失を低減できる屈折率分布を見出した。
光ファイバ３０は、この屈折率分布を採用することにより、他の光ファイバと接続した際の接続損失の抑制と曲げ損失の低減とを両立させた点に技術的意義がある。

光ファイバ３０は、トレンチ部２３と外クラッド部２４の屈折率の差が小さいため、従来の製造方法（例えば通常のＳ−ＳＭＦの製造方法）を大きく変更することなく利用して、トレンチ部２３および外クラッド部２４の屈折率を容易に、かつ精度よく調整することができる。
また、トレンチ部２３と外クラッド部２４の屈折率の差が小さいため、製造方法に基づく制約が少ない。例えば、屈折率分布の調整に適しているとされるＣＶＤ法だけでなく、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法を採用することもできる。
従って、光ファイバ３０の製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。

光ファイバ３０は、トレンチ部２３と外クラッド部２４の屈折率の差が小さいため、トレンチ部２３を形成するためのフッ素（Ｆ）等のドーパントの添加量を削減できる。
フッ素（Ｆ）等のドープに用いられる原料ガス（例えばＳｉＦ_４）は高価であるため、ドーパント添加量の削減によって、原料コストを抑制し、製造コストを低く抑えることができる。

上述のように、コア２１と内クラッド部２２とトレンチ部２３と外クラッド部２４との外周半径ｒ１〜ｒ４の間には、式（１４）に示す関係がある。
ｒ１≦ｒ２＜ｒ３＜ｒ４ ・・・（１４）
図５および図６に示す光ファイバ３０では、ｒ１とｒ２とｒ３とは互いに異なる値であるが、本発明は、ｒ１＝ｒ２、かつｒ２≠ｒ３の場合を含む。

図７は、本発明の他の実施形態の光ファイバの屈折率分布図であり、ｒ１＝ｒ２、かつｒ２≠ｒ３の場合を示す。
この光ファイバでは、ｒ１とｒ２とが等しいため、クラッド２５は、トレンチ部２３と、トレンチ部２３の外周側に形成された外クラッド部２４のみからなる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、これらは本発明の例示であり、追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
例えば、図５に示す光ファイバ３０では、クラッド２５は３つの層（内クラッド部、トレンチ部および外クラッド部）からなるが、クラッドは、これら以外の層を有していてもよい。

１、２１…コア ２、１２、２２…内クラッド部 ３、１３、２４…外クラッド部 ４、１４、２５…クラッド ２３…トレンチ部 １０、２０、３０…光ファイバ。

Claims (4)

1. コアと、前記コアの外周側に形成されたクラッドとを備え、
   前記クラッドは、少なくとも前記コアに隣接した内クラッド部と、前記内クラッド部の外周側に形成された外クラッド部とを有し、
   前記コアは、屈折率がΔ１であり、最大屈折率がΔ１ｍａｘであり、
   前記内クラッド部は、屈折率がΔ２であり、最小屈折率がΔ２ｍｉｎであり、
   前記外クラッド部は、屈折率がΔ３であり、
   前記コア、前記内クラッド部、および前記外クラッド部の屈折率は、式（１）および式（２）に示す関係があり、
   Δ１ｍａｘ＞Δ２ｍｉｎ、かつΔ１ｍａｘ＞Δ３ ・・・（１）
   ０．０１％＜｜Δ２ｍｉｎ−Δ３｜＜０．０３％ ・・・（２）
   前記コアの外周半径ｒ１、前記内クラッド部の外周半径ｒ２、および前記外クラッド部の外周半径ｒ３は、式（３）および式（４）に示す関係があり、
   ｒ１＜ｒ２＜ｒ３ ・・・（３）
   ０．２≦ｒ１／ｒ２≦０．５ ・・・（４）
   ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃは、式（５）を満たし、
   λ_ｃｃ≦１２６０ｎｍ ・・・（５）
   波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は、式（６）を満たし、
   ８．６μｍ≦モードフィールド径≦９．５μｍ ・・・（６）
   前記コア、前記内クラッド部、および前記外クラッド部の屈折率は、式（１Ａ）および式（２Ａ）に示す関係があり、
   Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎ ・・・（１Ａ）
   ０．０１％＜（Δ３−Δ２ｍｉｎ）＜０．０３％ ・・・（２Ａ）
   Δ１ｍａｘが、０．３３％≦Δ１ｍａｘ≦０．４０％を満たし、
   前記モードフィールド径と前記ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃとの比は、式（３Ａ）を満たし、
   ７．０≦モードフィールド径／ケーブルカットオフ波長λ_ｃｃ≦７．４ ・・・（３Ａ）
   前記コアの屈折率分布は、ステップ型である、光ファイバ。
2. 直径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下であり、
   前記マンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下である、請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記外クラッド部は、純粋シリカガラスからなり、
   前記内クラッド部は、フッ素が添加されたシリカガラスからなることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. 前記外クラッド部は、純粋シリカガラスからなり、
   前記内クラッド部は、塩素が添加されたシリカガラスからなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に光ファイバ。

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