JP6397898B2 - 空間分割多重のための少モード光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は光ファイバ伝送の分野、より具体的には、空間分割多重のために改良された少モード光ファイバの設計の分野に関する。

通常光ファイバは、光信号を伝達するための光コアと、光信号を光コアに閉じ込めるための光クラッドから構成される。この目的のため、コアの屈折率ｎ_ｃは、クラッドの屈折率ｎ_ｃｌより大きい。一般に光ファイバの特徴は、屈折率（ｎ）とファイバの半径（ｒ）とを関係付ける屈折率プロファイルによって決まる。すなわち、光ファイバからの中心からの距離ｒをｘ−軸上に表し、半径ｒにおける屈折率ｎ（ｒ）と、光クラッドにおける屈折率ｎ_ｃｌとの差Ｄｎをｙ−軸上に表す。

近年、光ファイバには二つの主要なカテゴリが存在する。すなわち、マルチモードファイバとシングルモードファイバである。マルチモードファイバでは、与えられた波長において、複数の光モードが光ファイバに沿って同時に伝搬する。これに対しシングルモードファイバでは、より高次のモード（以下、ＨＯＭｓ（Ｈｉｇｈｅｒ Ｏｒｄｅｒ Ｍｏｄｅｓ）と呼ぶ）は遮断されるか又は強く減衰される。

シングルモードファイバは通常、アクセスネットワークや都市規模ネットワークなどの長距離ネットワークに適用するために使われる。シングルモード光信号を伝送する光ファイバには、比較的直径の小さい（典型的には５μｍと１１μｍの間）コアが要求される。高速又は高ビットレート(例えば１０ＧｂｐＳ)に適用するための要求条件を満足するには、標準的なシングルモードファイバに対して、典型的には１５５０ｎｍの波長で機能すべく変調されたシングルモードレーザ送信機を使用することが必要である。しかしながらシングルモードファイバは非線形問題に悩まされ、主にこれがファイバ伝送容量の制限となっている。

マルチモードファイバは通常、広帯域が要求される短距離ネットワークに適用するために使われる。すなわちローカルエリアネットワーク（ＬＡＮｓ）や集合住宅（ＭＤＵｓ）、より一般的にはビル内ネットワークとして知られている分野への適用である。マルチモードファイバのコア直径は、典型的には５０μｍ又は６２．５μｍである。電気通信で最も普及しているマルチモードファイバは、屈折率分布プロファイル光ファイバ（ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ）である。そのような屈折率プロファイルは、モード間分散（すなわち、伝搬遅延時間の差、又は光ファイバに沿った光モードの群速度の差であって、ＤＭＧＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｍｏｄｅ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ）とも呼ばれる）を最小化することにより、与えられた波長において広いモード帯域を保証している。

光ファイバネットワーク上のデータトラフィックは指数関数的に増え続けている。このため、ファイバ１本あたりのトラフィック（とりわけ長距離での）を増やすことへの要求が増している。この目的に対し、異なる複数のデータトラフィックが同一の光ファイバを共有することを可能とする多重化技術が発展してきた。これらの中で最も有望な方法の一つは空間分割多重（ＳＤＭ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ））である。この方法では、光ファイバで導波された複数の光信号モードのそれぞれにより、単一のファイバ内に複数のデータチャネルが与えられる。

このような技術は、少モードファイバと呼ばれる新しいタイプの光ファイバの発展を要求してきた。少モードファイバは、複数の空間モードではあるが、マルチモードファイバよりは少ない空間モードに対応できる。このような少モードファイバは特にＰＣＴ出願ＷＯ２０１１／０９４４００の特許文献で論じられているが、概ね２個から５０個のモードに対応する。このファイバの構成により、マルチモードファイバに見られるモード分散問題を回避することができる。

少モードファイバ（ＦＭＦｓ（Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ））を用いた空間分割多重は、利用可能なモード数が複数あることでシングルモードの伝送容量が拡大できるというその潜在能力ゆえに、近年強い関心を惹いている。

少モードファイバを設計する際のアプローチの一つは、モードグループ遅延差（ＤＭＧＤｓ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｍｏｄｅ Ｇｒｏｕｐ Ｄｌａｙｓ。すなわち、空間多重に使われる各導波モードの到着時間の差））を最小化することである。これにより、モードカップリング現象（これは長距離伝送にとって一つの制限要因となる）と関係なく、２Ｎ×２Ｎ（Ｎは空間モードの総数、すなわちＬＰ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）モード縮退を含む）の複合ＭＩＭＯ技術を用いて、全モードを同時に検出することができる。しかしＬＰモードの数が増えると、この最適化はますます困難となる。

しかしながら、屈折率差の小さいＬＰモードをグループ化し、個別のＬＰモードでなくＬＰモードのグループを検出することにより、ＭＩＭＯ技術の複雑さを低減することができるという点に留意する必要がある。

第１の既知の解決方法はＵＳ２０１３／００７１１１４の特許文献に開示され、モード分割多重光伝送システムに使うのに適した少モード光ファイバが記載されている。このような光ファイバは、半径Ｒ_１（開示された実施形態では、最大値は１１．４μｍである）の単一αの屈折率分布型コア（ｓｉｎｇｌｅ ａｌｐｈａ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｃｏｒｅ）を持つ。ここで波長１５５０ｎｍにおけるαの値は、概ね２．３以上２．７以下である。またクラッドに対する最大相対屈折率Δ_１ＭＡＸは、概ね０．３％から０．６％である。この光ファイバはまた、概ね９０μｍ^２より大きく１６０μｍ^２より小さい有効領域を持つ。クラッドの最大相対屈折率Δ_４ＭＡＸは、Δ_１ＭＡＸ＞Δ_４ＭＡＸである。波長１５５０ｎｍにおける、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの間のグループ遅延差は、概ね０．５ｎｓ／ｋｍより小さい。

しかしながらこの第１の既知の解決方法によるコアとクラッドは、１５５０ｎｍより長波長におけるＬＰ０１とＬＰ１１のモードにのみ対応する。このモード数は、ファイバ１本あたりの伝送容量に対してますます高まる要求に比べて小さすぎる。

第２の既知の解決方法はＵＳ２０１３／００７１１５に開示され、少モードファイバの別のデザインが開示されている。しかしＵＳ２０１３／００７１１１４で開示された第１の解決方法と同様、この第２の解決方法もまた、２個の導波モードにのみ対応するＦＭＦからなる。

その他の既知のデザインは、最大４個又は６個に対応するＦＭＦを与える。

ＰＣＴ特許文献ＷＯ２０１２／１６１８０９は、クラッドに囲まれたコアを有する光ファイバを開示する。このファイバは、求められる複数の信号搬送モードに対応する一方、求められないモードを抑圧するような構造の屈折率分布プロファイルを持つ。コアとクラッドは、求められないモードがクラッドに近いか又はクラッドより小さい有効屈折率を持つように、その結果これらの求められないモードが漏えいモードになるように構成されている。求められないモードの最低有効屈折率と、漏えいモードの最高有効屈折率との差が十分大きいことにより、両者の間のカップリングは事実上回避される。最大４モードに対応するＦＭＦが例示されている。

ＵＳ２０１２／０３２８２５５の特許文献は、ガラスコアと、このガラスコアと直接接触してこれを取り囲むガラスクラッドと、を有する少モード光ファイバを開示する。ガラスコアは、概ね８μｍから１３μｍの半径Ｒ_１を有していてよい。更にこのコアは、波長１５５０ｎｍにおけるα値が概ね１．９から２．１の間を取る屈折率分布プロファイルを有し、最大相対屈折率Δ_１ＭＡＸはクラッドに対して概ね０．６％から０．９５％である。１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの有効領域は８０μｍ^２と１０５μｍ^２との間であり、１５５０ｎｍでＸ個のＬＰモードの光信号伝搬又は伝送に対応する。ここでＸは、１より大きく１０より小さい整数である。ガラスクラッドは、Δ_１ＭＡＸ＞Δ_４ＭＡＸであるような最大相対屈折率Δ_４ＭＡＸを有していてよい。最大６モードに対応するＦＭＦが例示されている。

このような設計は有望ではあるが、モードグループ遅延差を望むほどには低減せず、そのため伝送システムの性能が制限される。更にこれらのいずれの文献に開示されたプロファイルも、低い曲げ損失と高い漏えい損失を保証する最適化を行っていない。しかしこれらはＦＭＦにとって重大な課題である。実際ＦＭＦに関するいかなる既知の文献にも、低い曲げ損失と高い漏えい損失を示して少モードファイバの設計を論じたものはない。

従って、モードグループ遅延差が小さく、低曲げ損失と高漏えい損失特性を有し、４個又はそれ以上のＬＰモードを導波する少モード光ファイバの設計への要求が存在する。

本発明のある特定の実施形態では、光ファイバであって、光コアと、前記光コアを取り囲む光クラッドとを備え、前記光コアはα≧１の単一αの屈折率分布プロファイルを有し、前記αは光コアの屈折率プロファイル形状を決定する無次元のパラメータであり、前記光コアは半径がＲ_１で最大屈折率がｎ_０であり、前記光クラッドは外縁における屈折率がｎ_ｃｌであることを特徴とする光ファイバが与えられる。前記光クラッドは、トレンチと呼ばれる、光コアを取り囲む領域であって屈折率が陥没している領域を備える。前記トレンチは、内径Ｒ_２（ただし、Ｒ_２≧Ｒ_１）と、外径Ｒ_３（ただし、Ｒ_３≧Ｒ_２）とを有する。

前記光ファイバは、前記光コア半径Ｒ_１が、以下の方程式で定義される光通信の品質基準値Ｃを満足するようなものである。
ここでＤＭＧＤは、前記光ファイバにおける二つの導波モード間のモードグループ遅延差である。またＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜は、導波モードの任意の組み合わせに関するＤＭＧＤの絶対値の最大値である。またＤｎ_１＝ｎ_０−ｎ_ｃｌは、λ＝λ_Ｃにおけるコア―クラッド間屈折率差である。ただしλ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長である。更に、前記屈折率分布プロファイルの前記α値と前記光コア半径Ｒ_１とは、Ｒ_１≧１３．５μｍかつＣ＜１８であるように選択される。

ここにいう「単一αの屈折率分布プロファイル」とは、別段の断りのない限り、以下で定義される屈折率分布プロファイルｎ（ｒ）を持つ光コアのことをいう。
ここで、
ｒは光ファイバの半径を表す変数であり、
Ｒ_１は光コアの半径であり、
Δは以下で表される規格化屈折率差であり、
ｎ_１は光コアの最小屈折率であり、
ｎ_０は光コアの最大屈折率であり、
αは光コアの屈折率プロファイル形状を決定する無次元のパラメータであり、
パラメータαは、α＝２のとき逆パラボラに、α＝１のとき三角形状に、α＝∞のときステップ関数にそれぞれ対応する。

各低損失コア導波モード間における群速度の不一致を低減するように、屈折率分布を調整することができる。

このように本発明は、上記方程式で定義した品質基準値を満足するようなコア屈折率分布α値とコア径とを適用することにより、先行技術のＦＭＦより多数のＬＰモードを導波することができ、モードグループ遅延差を最小とするような少モード光ファイバを提供する。このようにＤＭＧＤ（モードグループ遅延差）が小さいことにより、モードカップリング現象と関係なく、２Ｎ×２Ｎ（Ｎは空間モードの総数、すなわちＬＰ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）モード縮退を含む）のＭＩＭＯ（多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ））技術を用いて全モードを同時に検出することができる。このようにしてシステムの性能が向上し、先行技術の性能を超える。

しかしながら、全てのモードを個別に検出するのではなく、屈折率差の小さいモードのグループを検出することにより、より複雑さを解消したＭＩＭＯ技術も使用できる点に留意する必要がある。

コア半径をＲ_１≧１３．５μｍとすることにより、ＵＳ２０１２／０３２８２５５、ＵＳ２０１３／００７１１１４、ＵＳ２０１３／００７１１１５の特許文献等に開示された先行技術に比べて、より多数のモードを導波することができる。

更に、陥没トレンチに補助された光ファイバは、光モードのコアへの閉じ込めを改善し、これがマクロな曲げ損失の低減につながる。このように、基準Ｒ_１≧１３．５μｍかつＣ＜１８を満足する少モードファイバのクラッドにトレンチを加えることで、ＤＭＧＤと曲げロスとの間のトレードオフに著しい改善をもたらすことができる。このようなトレンチは、曲げ感度を低減するためにはよく知られた方法である。

好ましくは、前記光コアの半径Ｒ_１はＲ_１≦２０μｍである。

ある有利な特性として、前記トレンチは次の関係を満足するパラメータを持つ。
５５≦１０００・｜（Ｒ_３−Ｒ_２）・Ｄｎ_３・（Ｒ_１ ^２・Ｄｎ_１）｜≦１５０
ここで、Ｄｎ_３＝ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}−ｎ_ｃｌは、λ＝λ_Ｃにおけるトレンチ―クラッド間屈折率差で、λ_Ｃは前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長である。

好ましくは、Ｄｎ_３≦−３・１０^−３である。

このような特性を持つトレンチは、曲げ損失と漏えい損失との間の良好なトレードオフを示す少モードファイバを与える。本発明による少モードファイバは、全ての導波モードに対して小さいＤＭＧＤと低い曲げ損失（１５５０ｎｍにおいて、１０ｍｍの曲げに対して＜１００ｄＢ／ターン）を保証するとともに、先行技術のＦＭＦより多数のＬＰモードに対応する結果、これらのモードを確実に伝搬することができる。また本発明による少モードファイバは、全ての漏えいモードに対して大きい漏えい損失（１５５０ｎｍにおいて、＞０．１ｄＢ／ｍ）を保証する結果、これらの漏えいモードは高々１０ｍオーダの距離を伝搬した後、遮断されかつ／又は強く減衰される。

本発明のある実施形態によると、このような光ファイバは少なくとも４個のＬＰモード、好ましくは４個から１６個のＬＰモードを導波する。

本発明の別の実施形態によると、このような光ファイバは少なくとも６個のＬＰモード、好ましくは６個から１６個のＬＰモードを導波する。

このように多数のモードを導波できるため、ここに開示する少モード光ファイバを備える光システムの容量を増やすことが可能となり、長距離光伝送システムにおける更なる広帯域化への要求に応えることができる。

このように本発明のある実施形態による少モード光ファイバは、空間分割多重伝送に効果的に使用できるＬＰモードを、先行技術のＦＭＦより多く導波することができる。

第１の実施形態によると、前記光コアは、最小屈折率ｎ_１＝ｎ_ｃｌを持つ。前記光クラッドはまた、前記光コアを直接取り囲む、内径Ｒ_１で外径Ｒ_２≧Ｒ_１の内側クラッド層を備える。前記内側クラッド層は、ｎ_２≠ｎ_ｃｌかつｎ_２＞ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}であるような一定の屈折率ｎ_２を持つ。

このようなトレンチ補助屈折率分布プロファイル（ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｔｒｅｎｃｈ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）は、本発明の実施例に示されるコアの基準とトレンチの基準を満足することができる。更にこのような少モードファイバは製造が容易で低コストである。内側クラッド層は、コアに対して負又は正の屈折率差を持つことができる。

第２の実施形態によると、前記光コアは、最小屈折率ｎ_１≠ｎ_ｃｌを持つ。前記光クラッドはまた、前記光コアを直接取り囲む、内径Ｒ_１で外径Ｒ_２≧Ｒ_１の内側クラッド層を備える。前記内側クラッド層は、ｎ_２＝ｎ_１かつｎ_２＞ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}であるような一定の屈折率ｎ_２を持つ。

このようなもう一つのトレンチ補助屈折率分布プロファイルは、本発明の実施例で示されるコアの基準とトレンチの基準を満足することができる。更にこのような少モードファイバは製造が容易で低コストである。内側クラッド層は、コアに対して負又は正の屈折率差を持つことができる。

第３の実施形態によると、前記光コアは、ｎ_ｃｌに等しい最小屈折率を持つ。前記光クラッドはまた、前記光コアを直接取り囲む、内径Ｒ_１で外径Ｒ_２≧Ｒ_１の内側クラッド層を備える。前記内側クラッド層は、前記光コアの単一αの屈折率分布プロファイルの延長である。前記内側クラッド層は、最小屈折率ｎ_１＝ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}を持つ。

第１と第２の実施形態のものと比べると、この少モードファイバの製造はいくらか難しいが、このようなトレンチ補助屈折率分布プロファイルは、屈折率分布プロファイルのα値をより良好に最適化することができる。

本発明のある態様によると、このような光ファイバは４個のＬＰ導波モードに対応する。このとき、λ＝λ_Ｃ（例えばλ_Ｃ＝１５５０ｎｍ）において、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２０ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜１０ｐｓ／ｋｍである。また、λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜３０ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２０ｐｓ／ｋｍである。ただしλ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長である。また２δλは、前記周波数帯の幅であり、好ましくはδλ＝２０ｎｍである（例えばλ∈［１５３０ｎｍ；１５７０ｎｍ］）。

本明細書に記載したＦＭＦは、少なくとも全ての「Ｃ−バンド」での使用に適するが、場合によってはＳ−、Ｃ−、Ｕ−、及びＬ−バンドでの使用にも適する点に注意しておく。

本発明の別の態様によると、このような光ファイバは６個のＬＰ導波モードに対応する。このとき、λ＝λ_Ｃ（例えばλ_Ｃ＝１５５０ｎｍ）において、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２５ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜１５ｐｓ／ｋｍである。また、λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜５０ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜３０ｐｓ／ｋｍである。ただしλ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長である。また２δλは、前記周波数帯の幅であり、好ましくはδλ＝２０ｎｍである（例えばλ∈［１５３０ｎｍ；１５７０ｎｍ］）。

従って、ＬＰモードの数を６まで増やそうとする試みが達成される一方、全ての拡張Ｃ−バンドにおいてモードグループ遅延差は非常に小さい。

本発明の別の態様によると、このような光ファイバは９個のＬＰ導波モードに対応する。このとき、λ＝λ_Ｃ（例えばλ_Ｃ＝１５５０ｎｍ）において、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜１００ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜６０ｐｓ／ｋｍである。また、λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２００ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜１２０ｐｓ／ｋｍである。ただしλ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長である。また２δλは、前記周波数帯の幅であり、好ましくはδλ＝２０ｎｍである（例えばλ∈［１５３０ｎｍ；１５７０ｎｍ］）。

従って、ＬＰモードの数を９まで増やそうとする試みが達成される一方、全ての拡張Ｃ−バンドにおいて（更には、より一般的に、Ｃ−バンド、Ｌ−バンド、Ｕ−バンド、Ｓ−バンドなど、全ての標準的な波長バンドにおいて）モードグループ遅延差はかなり小さい。

本発明の別の態様によると、このような光ファイバは１２個のＬＰ導波モードに対応する。このとき、λ＝λ_Ｃ（例えばλ_Ｃ＝１５５０ｎｍ）において、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜１５０ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜１２０ｐｓ／ｋｍである。また、λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜３００ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２５０ｐｓ／ｋｍである。ただしλ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長である。また２δλは、前記周波数帯の幅であり、好ましくはδλ＝２０ｎｍである（例えばλ∈［１５３０ｎｍ；１５７０ｎｍ］）。

従って、ＬＰモードの数を１２まで増やそうとする試みが達成される一方（これは非常に興味深いファイバ容量の増大である）、全ての拡張Ｃ−バンドにおいて（更には、より一般的に、Ｃ−バンド、Ｌ−バンド、Ｕ−バンド、Ｓ−バンドなど、全ての標準的な波長バンドにおいて）モードグループ遅延差はやはり小さいままである。

本発明の更に別の態様によると、このような光ファイバは１６個のＬＰ導波モードに対応する。このとき、λ＝λ_Ｃ（例えばλ_Ｃ＝１５５０ｎｍ）において、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜３００ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２５０ｐｓ／ｋｍである。また、λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜６００ｐｓ／ｋｍで、好ましくはＭａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜５００ｐｓ／ｋｍである。ただしλ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長である。また２δλは、前記周波数帯の幅であり、好ましくはδλ＝２０ｎｍである（例えばλ∈［１５３０ｎｍ；１５７０ｎｍ］）。

従って、ＬＰモードの数が著しく大きな１６という数まで増やされる一方、全ての拡張Ｃ−バンドにおいて（更には、より一般的に、Ｃ−バンド、Ｌ−バンド、Ｕ−バンド、Ｓ−バンドなど、全ての標準的な波長バンドにおいて）モードグループ遅延差は十分小さい。

有用な特性として、前記光ファイバで導波されたＬＰモードは、Ａ_ｅｆｆ＜４００μｍ^２の、好ましくはＡ_ｅｆｆ＜３５０μｍ^２の有効領域を持つとともに、１５５０ｎｍにおいて１０ｍｍの曲げに対して＜１００ｄＢ／ターンの、好ましくは＜５０ｄＢ／ターンの曲げ損失を持つ。またＬＰ漏えいモードは、λ＝λ_Ｃにおいて、＞０．１ｄＢ／ｍの、好ましくは＞０．５ｄＢ／ｍの漏えい損失を持つ。

このような少モードファイバは、曲げ損失と漏えい損失との間の非常に良好なトレードオフを示す。このような比較的大きな有効領域は、イントラモードの非線形性を制限する。

本開示の別の態様は、ここで述べたいずれかの形態の光ファイバを少なくとも一つ備える光リンクに関する。

このような光リンクは、光ファイバの中の少なくとも一つが本発明の示す特性に適合する限り、任意の数のファイバを連結したものを備えていてもよい。このような光リンクはまた、全ての光ファイバが本発明の示す特性に適合するような、複数のファイバを備えていてもよい。

本開示の別の態様は、ここで述べたいずれかの形態の光ファイバを少なくとも一つ備える光システムに関する。

本発明の実施形態のその他の特徴と利点は、以下の記載において、具体的ではあるが完全に網羅的ではない実施例と下記添付図面とを用いて表される。

図１は、ここに記載する一つ又は複数の実施形態による光ファイバの断面を概略的に示す。 図２Ａは、本発明の第一形態による光ファイバの屈折率プロファイルをグラフで示す。 図２Ｂは、本発明の第二形態による光ファイバの屈折率プロファイルをグラフで示す。 図２Ｃは、本発明の第三形態による光ファイバの屈折率プロファイルをグラフで示す。 図３は、ＬＰモード導波数が６個から１６個の、本発明によるトレンチ補助屈折率分布プロファイル構造の少モードファイバ関し、モードグループ遅延差がどのように減少するかをＲ_１の関数で示したものである。 図４は、ＬＰモード導波数が６個から１６個の、本発明によるトレンチ補助屈折率分布プロファイル構造の少モードファイバ関し、本発明で示される基準値ＣをＲ_１の関数で示したものである。 図５は、本発明のいくつかの実施形態に関し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜を波長の関数としてグラフで示す。 図６は、本発明のいくつかの実施形態に関し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜をαの関数としてグラフで示す。 図７は、本発明の実施態様に関し、光リンクを示す。 図８Ａと８Ｂは、本発明に関し、光システムとしての実施態様を示す。

本発明の一般原理は、モードグループ遅延差を低減し、先行技術のＦＭＦより多数のＬＰモードに対応することにより、注意深く設計されたトレンチ補助屈折率分布型少モード光ファイバを提案する点にある。より正確にはこのような設計の目的は、モードグループ遅延差の低減と、曲げ損失の低減と、漏えい損失の増大との間のトレードオフを、先行技術のＦＭＦに対して改善することにある。

光ファイバを伝達する光は、実際にはハイブリッド型のモードを形成し、これは通常ＬＰ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）モードと呼ばれる。ＬＰ_０Ｐモードは２個の自由度の偏光を持ち、二重に縮退している。ｍ≧１のＬＰ_ｍｐモードは四重に縮退している。ファイバを伝搬するＬＰモードの数を指定するときはこの縮退度は数えない。従って、二つのＬＰモードを持つ少モード光ファイバは、全てのＬＰ_０１モードとＬＰ_１１モードの伝搬に対応する。あるいは、６個のＬＰモードを導波する少モードファイバは、全てのＬＰ_０１、ＬＰ_１１、ＬＰ_０２、ＬＰ_２１、ＬＰ_１２及びＬＰ_３１モードの伝搬に対応する。

これから少モード光ファイバの形態を詳細に参照するが、その実例は添付図面で示される。全ての図面を通じて、可能であれば常に、同一または類似のものには同一の参照番号を使う。

本発明の少モード光ファイバの一実施形態を、図１に断面図の形で概略的に示す。光ファイバ１０は一般に、ガラスクラッドで取り囲まれたガラスコア２０を持つ。ガラスコア２０は一般に、１３．５μｍから２０μｍの半径Ｒ_１を持つ。ガラスクラッドは一般に、内径Ｒ_１と外径Ｒ_４を持つ。ここに示される実施形態では、コア２０とクラッドは一般にシリカ、特にシリカガラスを含む。光ファイバ１０の断面は一般に、コア２０の中心に対して円対称であってよい。ここで記述されるいくつかの実施形態では、半径Ｒ_４（すなわち光ファイバ１０のガラス部分の半径）は概ね６２．５μｍである。しかしながらクラッドの寸法は、半径Ｒ_４が６２．５μｍより大きくも小さくもできるよう、調整が可能であることに注意されたい。光ファイバ１０はまた、内径がＲ_４で外径がＲ_５の被覆６０を備える。このような被覆は複数の層を有していてよく、特に２層からなる被覆であってよい。ただし図１には、これらの異なる層は示されていない。被覆の中にいくつ層があろうと、Ｒ_４とＲ_５は被覆の下限と上限であることに留意する必要がある。ここで記述されるいくつかの実施形態では、半径Ｒ_５は概ね１２２．５μｍである（しかし１２２．５μｍより大きくても小さくてもよい）。代替の実施形態では、Ｒ_４＝４０μｍあるいはＲ_４＝５０μｍで、更にＲ_５＝６２．５μｍといった別の寸法もあり得る。

図２Ａは、本発明の第一形態による光ファイバ１０の屈折率プロファイルｎ（ｒ）を表す。これは、屈折率値ｎと光ファイバの中心からの距離ｒとの関係を記述する。ｘ−軸は半径位置を表し、ｘ＝０はコア領域の中心を表す。ｙ−軸は屈折率を表し、特段の断りのない限り屈折率差Ｄｎで書かれる。

第一形態において光ファイバ１０は、下記で定義される屈折率プロファイルｎ（ｒ）を持つ光コア２０を有する。
ここで、
ｒは光ファイバの半径を表す変数であり、
Ｒ_１は光コアの半径であり、
Δは以下で表される規格化屈折率差であり、
ｎ_１は光コアの最小屈折率であり、
ｎ_０は光コアの最大屈折率であり、
αは光コアの屈折率プロファイル形状を決定する無次元のパラメータである。

光コア２０のα屈折率分布プロファイルは、光ファイバ１０のモード間分散を低減することができる。

光コア２０は光クラッドに直接取り囲まれている。この光クラッドは、トレンチと呼ばれる、内径がＲ_２で外径がＲ_３の陥没屈折率のリング４０を少なくとも一つと、内径がＲ_３の外側クラッド５０を備える。ある実施形態では、このような外側クラッド層５０は純粋なシリカガラス（ＳｉＯ_２）を備え、従ってその屈折率ｎ_ｃｌはシリカガラスの屈折率である。このトレンチ４０は、外側クラッドの屈折率に対し負の屈折率差Ｄｎ_３＝ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}−ｎ_ｃｌを持ち、その位置とサイズはファイバの曲げ損失抵抗を改善するように設計される。

トレンチ４０は、好ましくは次の基準を満足するように設計される。
５５≦１０００・｜（Ｒ_３−Ｒ_２）・Ｄｎ_３・（Ｒ_１ ^２・Ｄｎ_１）｜≦１５０
ここで、Ｄｎ_３＝ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}−ｎ_ｃｌは、λ＝λ_Ｃにおけるトレンチ―クラッド間屈折率差で、λ_Ｃは前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心波長である。このような基準は、ファイバの曲げ損失と漏えい損失との間に良好なトレードオフをもたらす。

クラッドはまた選択的に、内径Ｒ_１で外径Ｒ_２の内側クラッド層３０を備えていてよい。従ってトレンチ４０は、内側クラッド層３０により、コア２０との間にスペースを設けられていてよい。選択的にトレンチ４０は、コア２０に直接接触してこれを取り囲んでいてよい。

この第一形態において、内側クラッド３０は、ｎ_２＞ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}であるような一定の屈折率ｎ_２を持つ。ｎ_２は外部クラッド層に対して、負又は正（図２Ａで破線で示される）のいずれかの屈折率差Ｄｎ_２＝ｎ_２−ｎ_ｃｌを示してよい。

クラッド中の異なる部分３０、４０、５０は、純粋なシリカガラス（ＳｉＯ_２）を備えるか、又は、クラッドの当該部分が「アップドープ」されるときは、屈折率を上げる単一若しくは複数のドーパント（例えばＧｅＯ_２）を備えるか、又は、クラッドの当該部分が「ダウンドープ」されるとき（例えばトレンチ４０の場合）は、屈折率を下げるドーパント（例えばフッ素）を備えるか、してよい。

図１には示されていないが、外側クラッド５０はまた、ｒ＞Ｒ_３の領域に、より低い又はより高い屈折率の別の部分又は層を備えていてよい。

図２Ａで示される第一形態では、コアの最小屈折率ｎ_１は外側クラッドの屈折率ｎ_ｃｌと等しい。

ダウンドープされたトレンチ４０は、低い曲げ損失をもたらすことができる。

図２Ｂは、本発明の第二形態による光ファイバ１０の屈折率プロファイルｎ（ｒ）を表す。このようなプロファイルの第一形態との違いは、コアの最小屈折率ｎ_１が外側クラッドの屈折率ｎ_ｃｌと等しくないという点である。従ってｎ_１は、ファイバの外側クラッドに対して負又は正（図２Ｂで破線で示される）の屈折率差を示してよい。クラッドが内側クラッド３０を備える場合、コアの最小屈折率ｎ_１は内側クラッドの一定屈折率ｎ_２と等しい。ｎ_２もまた、ファイバの外側クラッドに対して負又は正（図２Ｂで破線で示される）の屈折率差Ｄｎ_２＝ｎ_２−ｎ_ｃｌを示してよい。

第一形態と同様に、外側クラッド５０はまた、ｒ＞Ｒ_３の領域に、より低い屈折率又はより高い屈折率の、別の部分又は層を備えていてよい。

第一形態と同様に、トレンチ４０は、好ましくは次の基準を満足するように設計される。
５５≦１０００・｜（Ｒ_３−Ｒ_２）・Ｄｎ_３・（Ｒ_１ ^２・Ｄｎ_１）｜≦１５０
ここで、Ｄｎ_３＝ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}−ｎ_ｃｌは、λ＝λ_Ｃにおけるトレンチ―クラッド間屈折率差で、λ_Ｃは前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心波長である。

図２Ｃは、本発明の第三形態による光ファイバ１０の屈折率プロファイルｎ（ｒ）を表す。

この第三形態において内側クラッド層３０は、屈折率分布型コア２０の延長である。光コア２０と内側クラッド層３０は、下記で定義される屈折率プロファイルｎ（ｒ）を持つ光コア２０を有する。
ここで、
ｒは光ファイバの半径を表す変数であり、
Ｒ_２は内側クラッド層３０の外径であり、
Δは以下で表される規格化屈折率差であり、
ｎ_１は内側クラッド層の最小屈折率（すなわち、半径Ｒ_２における屈折率）であり、
ｎ_０は光コアの最大屈折率であり、
αは光コアと内側クラッドの屈折率プロファイル形状を決定する無次元のパラメータである。

従ってこの第三形態においては、「単一αの屈折率分布プロファイル」は、先の二つの形態の場合と比べ少し異なる意味を持つ。なぜならこの屈折率分布は、光コアを超えて内側クラッドの外縁にまで達しているからである。

光クラッドはまた、トレンチと呼ばれる、内径がＲ_２で外径がＲ_３の陥没屈折率のリング４０を少なくとも一つと、内径がＲ_３の外側クラッド５０を備える。ある実施形態では、このような外側クラッド層５０は純粋なシリカガラス（ＳｉＯ_２）を備え、従ってその屈折率ｎ_ｃｌはシリカガラスの屈折率である。このトレンチ４０は、外側クラッドの屈折率に対して負の屈折率差Ｄｎ_３＝ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}−ｎ_ｃｌを持ち、その位置とサイズはファイバの曲げ損失抵抗を改善するように設計される。

第一及び第二形態と同様に、外側クラッド５０はまた、ｒ＞Ｒ_３の領域に、より低い屈折率又はより高い屈折率の、別の部分又は層を備えていてよい。

第一形態と同様に、トレンチ４０は、好ましくは次の基準を満足するように設計される。
５５≦１０００・｜（Ｒ_３−Ｒ_２）・Ｄｎ_３・（Ｒ_１ ^２・Ｄｎ_１）｜≦１５０
ここで、Ｄｎ_３＝ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}−ｎ_ｃｌは、λ＝λ_Ｃにおけるトレンチ―クラッド間屈折率差で、λ_Ｃは前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心波長である。

図３は、図２Ａ−２Ｃの形態の一つにおける導波数６、９、１２及び１６のＦＭＦに関し、光ファイバで導波される任意の２つのＬＰモード間で、最大モードグループ遅延差Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜がどのように減少するかを、コア半径Ｒ_１の関数で示したものである。ｘ−軸はファイバのコア半径Ｒ_１を表し、その範囲は１２μｍから１６μｍである。ｙ−軸は、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜をｐｓ／ｋｍ単位で対数目盛を用いて表す。曲線３１は６個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線３２は９個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線３３は１２個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線３４は１６個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。

これと連携して図４は、図２Ａ−２Ｃの形態の一つにおける導波数６、９、１２及び１６のＦＭＦに関し、光ファイバで導波される任意の２つのＬＰモード間で、基準値
がどのように減少するかを、これもまたコア半径Ｒ_１の関数で示したものである。ここで、ＤＭＧＤは前記ファイバにおける２つの導波モード間のモードグループ遅延差を表し、Ｄｎ_１＝ｎ_０−ｎ_ｃｌは、λ＝λ_Ｃにおけるコア―クラッド間屈折率差で、λ_Ｃは前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心波長である。ｘ−軸はファイバのコア半径Ｒ_１を表し、その範囲は１２μｍから１６μｍである。ｙ−軸は基準値Ｃを表し、その範囲は０から３０である。曲線４１は６個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線４２は９個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線４３は１２個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線４４は１６個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。

両図から読み取れるように、コア半径をＲ_１≧１３．５μｍに設定することにより良好なトレードオフが得られる。これにより、光ファイバで導波されるＬＰモードの数がいくつであっても、低いＭａｘ｜ＤＭＧＤ｜に到達することができる。コア半径の最小値を１３．５μｍに設定することにより、ＦＭＦで多数のＬＰモードを導波することが可能となり、これによりファイバ１本あたりの容量を改善できる。またＭａｘ｜ＤＭＧＤ｜値が低いことにより、長距離伝送が可能となる。

一旦コア半径の最小値が１３．５μｍに設定されると、図４から基準値Ｃの適正な上限は１８と設定され、Ｃ＜１８となる。このような、本発明のＦＭＦに許容される上限は、図４で水平な直線４５を用いて示されている。

図３と４から読み取れるように、６個のＬＰ導波モードに対応するＦＭＦに対し、規格化周波数
（ここで、λは動作時の波長である）は、好ましくは７．８と９．８との間である。λがここで１５５０ｎｍのとき（より一般的にはλ＝λ_Ｃのとき（ただしλ_Ｃは前記光ファイバの任意の使用帯の中心波長））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜２５ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜１５ｐｓ／ｋｍである。またλが１５３０ｎｍから１５７０ｎｍのとき（より一般的には任意の使用帯［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］のとき（ただし２δλは、前記使用帯（例えばＣ−バンド、Ｌ−バンド、Ｓ−バンドあるいはＵ−バンドなど）の帯域幅であり、好ましくは、δλ＝２０ｎｍ））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜５０ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜３０ｐｓ／ｋｍである。

９個のＬＰ導波モードに対応するＦＭＦに対し、Ｖは、好ましくは９．８と１１．８との間である。λがここで１５５０ｎｍのとき（より一般的にはλ＝λ_Ｃのとき（ただしλ_Ｃは前記光ファイバの任意の使用帯の中心波長））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜１００ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜６０ｐｓ／ｋｍである。またλが１５３０ｎｍから１５７０ｎｍのとき（より一般的には任意の使用帯［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］のとき（ただし２δλは、前記使用帯（例えばＣ−バンド、Ｌ−バンド、Ｓ−バンドあるいはＵ−バンドなど）の帯域幅であり、好ましくは、δλ＝２０ｎｍ））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜２００ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜１２０ｐｓ／ｋｍである。

１２個のＬＰ導波モードに対応するＦＭＦに対し、Ｖは、好ましくは１１．８と１３．８との間である。λがここで１５５０ｎｍのとき（より一般的にはλ＝λ_Ｃのとき（ただしλ_Ｃは前記光ファイバの任意の使用帯の中心波長））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜１５０ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜１２０ｐｓ／ｋｍである。またλが１５３０ｎｍから１５７０ｎｍのとき（より一般的には任意の使用帯［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］のとき（ただし２δλは、前記使用帯（例えばＣ−バンド、Ｌ−バンド、Ｓ−バンドあるいはＵ−バンドなど）の帯域幅であり、好ましくは、δλ＝２０ｎｍ））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜３００ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜２５０ｐｓ／ｋｍである。

１６個のＬＰ導波モードに対応するＦＭＦに対し、Ｖは、好ましくは１３．８と１５．９との間である。λがここで１５５０ｎｍのとき（より一般的にはλ＝λ_Ｃのとき（ただしλ_Ｃは前記光ファイバの任意の使用帯の中心波長））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜３００ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜２５０ｐｓ／ｋｍである。またλが１５３０ｎｍから１５７０ｎｍのとき（より一般的には任意の使用帯［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］のとき（ただし２δλは、前記使用帯（例えばＣ−バンド、Ｌ−バンド、Ｓ−バンドあるいはＵ−バンドなど）の帯域幅であり、好ましくは、δλ＝２０ｎｍ））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜６００ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜５００ｐｓ／ｋｍである。

更に、４個のＬＰ導波モードに対応するＦＭＦに対し、規格化周波数Ｖは、好ましくは５．７と７．８との間である。λがここで１５５０ｎｍのとき（より一般的にはλ＝λ_Ｃのとき（ただしλ_Ｃは前記光ファイバの任意の使用帯の中心波長））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜２０ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜１０ｐｓ／ｋｍである。またλが１５３０ｎｍから１５７０ｎｍのとき（より一般的には任意の使用帯［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］のとき（ただし２δλは、前記使用帯（例えばＣ−バンド、Ｌ−バンド、Ｓ−バンドあるいはＵ−バンドなど）の帯域幅であり、好ましくは、δλ＝２０ｎｍ））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜３０ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜２０ｐｓ／ｋｍである。

本発明のＦＭＦの全てのＬＰ導波モードは、Ａ_ｅｆｆ＜４００μｍ^２の、好ましくはＡ_ｅｆｆ＜３５０μｍ^２の有効領域を持つとともに、１５５０ｎｍにおいて１０ｍｍの曲げに対して＜１００ｄＢ／ターンの、好ましくは＜５０ｄＢ／ターンの曲げ損失を持つ。またＬＰ漏えいモードは、１５５０ｎｍ（より一般的にはλ＝λ_Ｃ（ただしλ_Ｃは前記光ファイバの任意の使用帯の中心波長））において、＞０．１ｄＢ／ｍの、好ましくは＞０．５ｄＢ／ｍの漏えい損失を持つ。その結果、これらの漏えいモードは高々１０ｍオーダの距離を伝搬した後、遮断される（＞１９．３ｄＢ（漏えい損失））。ここにいう光ファイバの有効領域とは、別段の断りのない限り、光ファイバの中で光が伝搬する部分のことをいい、波長１５５０ｎｍで特定のモード（例えばＬＰ_０１）で定められる。

図３と４には示されていないが、４個のＬＰ導波モードに対応するＦＭＦに対し、Ｖは、好ましくは５．７と７．８との間である。λがここで１５５０ｎｍのとき（より一般的にはλ＝λ_Ｃのとき（ただしλ_Ｃは前記光ファイバの任意の使用帯の中心波長））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜２０ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜１０ｐｓ／ｋｍである。またλが１５３０ｎｍから１５７０ｎｍのとき（より一般的には任意の使用帯［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］のとき（ただし２δλは、前記使用帯（例えばＣ−バンド、Ｌ−バンド、Ｓ−バンドあるいはＵ−バンドなど）の帯域幅であり、好ましくは、δλ＝２０ｎｍ））、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、好ましくは＜３０ｐｓ／ｋｍであり、より好ましくは＜２０ｐｓ／ｋｍである。

表１は、図２Ｂの形態によるＦＭＦの一例について、屈折率プロファイルのパラメータと、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜、コア基準値Ｃ及びトレンチ基準値Ｔなどの結果を示す。

表１で、コア基準値はパラメータＣとして次のように与えられる。
トレンチ基準値Ｔは次のように与えられる。
Ｔ＝１０００・｜（Ｒ_３−Ｒ_２）・Ｄｎ_３・（Ｒ_１ ^２・Ｄｎ_１）｜
好ましい形態では、５５≦Ｔ≦１５０である。読み取れるように、４個のＬＰモードを導波する例０では、Ｃ＝１５．３＜１８となるためＣの基準は満足するが、Ｔ＝３７．８となるためＴの基準は満足しない。しかしながら、このような「少ない」ＬＰモードの数（例えば４）では、曲げ損失と漏えい損失とのトレードオフは、よりはるかに簡単に解決できる。

表２は、４個のＬＰ導波モード、すなわちＬＰ_０１、ＬＰ_１１、ＬＰ_２１及びＬＰ_０２の各モードに対応する表１の例について、各ＬＰモードの特性を示す。

表２において（以下の表３から６においても同様）、Ｄｎ_ｅｆｆは有効屈折率差を表し、ＣＤはｐｓ／ｎｍ−ｋｍを単位とする波長分散（波長分散は、材料分散と導波路分散とモード間分散の和である）を表し、ｄＢ／ターンを単位とする曲げ損失は１０ｍｍの曲げ半径で与えられる。μｍ^２を単位とするＡ_ｅｆｆはＬＰ導波モードの有効領域を表す。モードグループ遅延差は第１の導波モードＬＰ_０１に関して測定され、ｐｓ／ｋｍを単位として表される。ＬＰ_１２及びＬＰ_３１は、漏えいモードである。

表３は、６個のＬＰ導波モードに対応する表１の例（すなわち、波長λ＝１５５０ｎｍにおける例１、２及び３）について、各ＬＰモードの特性を示す。

ＬＰ_０３、ＬＰ_２２及びＬＰ_４１は、漏えいモードである。

表４は、９個のＬＰ導波モードに対応する表１の例（すなわち、波長λ＝１５５０ｎｍにおける例４及び５）について、各ＬＰモードの特性を示す。読み取れるように、ＬＰ_１３、ＬＰ_３２及びＬＰ_５１は、漏えいモードである。

表５は、１２個のＬＰ導波モードに対応する表１の例（すなわち、波長λ＝１５５０ｎｍにおける例６及び７）について、各ＬＰモードの特性を示す。ＬＰ_０４、ＬＰ_２３、ＬＰ_４２、及びＬＰ_６１は、漏えいモードである。

表６は、１６個のＬＰ導波モードに対応する表１の例（すなわち、波長λ＝１５５０ｎｍにおける例８、９及び１０）について、各ＬＰモードの特性を示す。ＬＰ_１４、ＬＰ_３３、ＬＰ_５２、及びＬＰ_７１は、漏えいモードである。

図５は、６個から１６個のＬＰ導波モードに対応する少モードファイバについて、Ｍａｘ｜ＧＭＧＤ｜が、波長の関数として発展する様子を示す。より具体的には、図５は、表１に列挙された例２、５、６及び９について、Ｍａｘ｜ＧＭＧＤ｜を波長の関数として示す。このような例は、図２Ｂで示した本発明の第２形態による少モードファイバに相当する。

ｘ−軸はファイバで導波された光の波長を表し、その範囲は１５３０ｎｍから１５７０ｎｍである。ｙ−軸は、任意のＬＰ導波モード間のＭａｘ｜ＤＭＧＤ｜をｐｓ／ｋｍ単位で表し、その範囲は０から２００である。曲線５１は、例２の６個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線５２は、例５の９個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線５３は、例６の１２個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線５４は、例９の１６個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。

読み取れるように、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜は、１５３０ｎｍから１５７０ｎｍの拡張Ｃ−バンド全体を通して小さいままである。この拡張Ｃ−バンドにおけるＭａｘ｜ＤＭＧＤ｜の傾きは、絶対値で＜３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、好ましくは＜２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、更に好ましくは＜１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍである。

図６は、６個から１６個のＬＰ導波モードに対応するＦＭＦについて、Ｍａｘ｜ＧＭＧＤ｜が、屈折率分布プロファイルのαパラメータの関数として発展する様子を示す。より具体的には、図６は、表１に列挙された例２、４、７及び８について、Ｍａｘ｜ＧＭＧＤ｜をαの関数として示す。このような例は、図２Ｂで示した本発明の第２形態による少モードファイバに相当する。

ｘ−軸はα（光コアの屈折率プロファイル形状を決定する無次元のパラメータ）を表し、その範囲は１．９１から１．９９である。ｙ−軸は、任意のＬＰ導波モード間のＭａｘ｜ＤＭＧＤ｜をｐｓ／ｋｍ単位で表し、その範囲は０から２００である。曲線６１は、例２の６個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線６２は、例４の９個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線６３は、例７の１２個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。曲線６４は、例８の１６個のＬＰモードを導波するＦＭＦに対応する。

図６に示されるように、αの値には、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜が最小となるような最適値が存在する。この「最適α」より大きいか又は小さい値に対して、一般にＤＭＧＤは反対の符号を示す。

αの値がなるべく最適値に近くなるように注意深く選ぶことにより、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤ｜が最小となるような少モードファイバを設計することができる。本開示による少モード光ファイバ１０は、低損失でグループ間遅延差が小さく、光伝送システム（特に空間分割多重を利用する長距離伝送用システム）に使用するのに好適である。

図７は、本発明の実施態様としての光リンク７０を示す。このような光リンクは、互いに連結された光ファイバのｐ個の区間（ｐ≧２）を備える。図７は、光ファイバ７０１と光ファイバ７０ｐだけを示し、光リンク中の他の潜在的な光ファイバは全て点線で象徴化している。光リンク７０の光ファイバの少なくとも一つは、上記の形態の光ファイバである。換言すれば、光ファイバの中の少なくとも一つは、単一αの屈折率分布プロファイルとＲ_１≧１３．５μｍの半径を持つコアと、陥没トレンチを持つクラッドとを備え、基準値ＣがＣ≦１８を満足する。しかし、光リンク７０を構成する光ファイバの中の複数が又は全てが、本発明の形態の光ファイバであってもよい。光リンクはＬｋｍの長さを持ち、これは数１０ｋｍ又は数１００ｋｍに達することができる。一例では、少なくとも２個のファイバの区間７０_１と７０_２とがある。別の例では、少なくとも少なくとも５個のファイバの区間７０_１から７０_５がある。更に別の例では、少なくとも少なくとも１０個のファイバの区間７０_１から７０_１０がある。

図８Ａと８Ｂは、本発明の実施態様としての光システムを示す。

図８Ａの第１態様では、このような光システムは、少なくとも一つの区間を含む光ファイバリンク７０により光学的に接続された送信装置８１と受信装置８５とを具備する。送信装置８１は光源（例えばレーザ）を具備し、ｎ個のＬＰモード（図８Ａの光システムで使われているものを１，２、…、ｎで表す）を生成する。モード多重装置８２は光リンク７０と光学的に接続されており、ｎ個のＬＰモードを多重化する。光リンク７０は、Ｎ多重化されたＬＰモードを、光リンク７０の末端と光学的に接続されたモード分割装置８３まで導波する。

モード分割装置８３は、ｎ多重されたＬＰモードを分割し、各ＬＰモードを増幅装置８４に入力する。増幅器８４から出力されたＬＰモードは、受信機８５に入力される。

このような光システムは、Ｍ個の光リンク（又は光ファイバのＭ個の区間）を備えていてよい。一例ではＭ＝１であり、別の例ではＭ＝２であり、別の例ではＭ＝５であり、更に別の例ではＭ＝１０である。光システムがＭ個の光リンク（又は光ファイバのＭ個の区間）を備えている場合、このシステムはまた、この光システムで導波される各ＬＰモードのために、Ｍ個のモード多重装置８２と、Ｍ個のモード分割装置８３と、Ｍ個の増幅装置８４とを備えていてよい。

図８Ｂの態様は、増幅装置８４が、光ファイバ７０で導波された全てのＬＰモードを増幅するという点で、図８Ａの第１態様と異なっている。すなわち、増幅装置８４は、光リンク７０の出口とモード分割装置の入口との中間に、光学的に接続されている。この第二態様では、光システムがＭ個の光リンク又は区間を備えている場合、やはりＭ個の増幅装置８４を備えている。しかし、ただ一つのモード多重装置８２が、送信装置８１と光リンク７０との中間に光学的に接続されている。同様に、ただ一つのモード分割装置８３が、増幅装置８４と受信装置８５との中間に光学的に接続されている。

図８Ａと８Ｂの態様は単なる例として与えられており、本発明の光ファイバは当然、他のあらゆる種類の光システムに使用することができる。

Claims (17)

1. 光ファイバであって、光コアと、前記光コアを取り囲む光クラッドとを備え、
   前記光コアは、α≧１の単一αの屈折率分布プロファイルを有し、
   前記αは、光コアの屈折率プロファイル形状を決定する無次元のパラメータであり、
   前記光コアは、半径がＲ_１で最大屈折率がｎ_０であり、
   前記光クラッドは、外縁における屈折率がｎ_ｃｌであり、
   前記光クラッドは、トレンチと呼ばれる、光コアを取り囲む領域であって屈折率が陥没している領域を備え、
   前記トレンチは、内径Ｒ_２と、外径Ｒ_３とを有し、
   前記内径Ｒ_２はＲ_２≧Ｒ_１で、外径Ｒ_３はＲ_３≧Ｒ_２で、
   前記光コア半径Ｒ_１が、以下の方程式で定義される光通信の品質基準値Ｃを満足し、
   前記光コア半径Ｒ _１ の単位はμｍであり、
   前記ＤＭＧＤは、前記光ファイバにおける二つの導波モード間のモードグループ遅延差であり、
   前記Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜は、導波モードの任意の組み合わせに関する前記ＤＭＧＤの絶対値の最大値であり、
   前記ＤＭＧＤｓの単位はｐｓ／ｋｍであり、
   Ｄｎ_１＝ｎ_０−ｎ_ｃｌは、λ＝λ_Ｃにおけるコア―クラッド間屈折率差であり、
   前記λ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長であり
   前記屈折率分布プロファイルの前記α値と前記光コア半径Ｒ_１とは、Ｒ_１≧１３．５μｍかつＣ＜１８であるように選択され、
   少なくとも４個のＬＰモードを導波することを特徴とする光ファイバ。
2. 請求項１に記載の光ファイバであって、
   前記光コア半径Ｒ_１は、Ｒ_１≦２０μｍであることを特徴とする光ファイバ。
3. 請求項１又は２に記載の光ファイバであって、
   ４個から１６個のＬＰモードを導波することを特徴とする光ファイバ。
4. 請求項１又は２に記載の光ファイバであって、
   少なくとも６個のＬＰモードを導波することを特徴とする光ファイバ。
5. 請求項４に記載の光ファイバであって、
   ６個から１６個のＬＰモードを導波することを特徴とする光ファイバ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバであって、
   前記光コアは、最小屈折率ｎ_１＝ｎ_ｃｌを持ち、
   前記光クラッドはまた、前記光コアを直接取り囲む、内径Ｒ_１で外径Ｒ_２≧Ｒ_１の内側クラッド層を備え、
   前記内側クラッド層は、ｎ_２≠ｎ_ｃｌかつｎ_２＞ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}であるような一定の屈折率ｎ_２を持つことを特徴とする光ファイバ。
7. 請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバであって、
   前記光コアは、最小屈折率ｎ_１≠ｎ_ｃｌを持ち、
   前記光クラッドはまた、前記光コアを直接取り囲む、内径Ｒ_１で外径Ｒ_２≧Ｒ_１の内側クラッド層を備え、
   前記内側クラッド層は、ｎ_２＝ｎ_１かつｎ_２＞ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}であるような一定の屈折率ｎ_２を持つことを特徴とする光ファイバ。
8. 請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバであって、
   前記光コアは、ｎ_ｃｌに等しい最小屈折率を持ち、
   前記光クラッドはまた、前記光コアを直接取り囲む、内径Ｒ_１で外径Ｒ_２≧Ｒ_１の内側クラッド層を備え、
   前記内側クラッド層は、前記光コアの単一αの屈折率分布プロファイルの延長であり、
   前記内側クラッド層は、最小屈折率ｎ_１＝ｎ_{ｔｒｅｎｃｈ}を持つことを特徴とする光ファイバ。
9. 請求項１、２、３、６、７又は８のいずれかに記載の光ファイバであって、
   前記光ファイバは、４個のＬＰ導波モードに対応し、
   λ＝λ_Ｃにおいて、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２０ｐｓ／ｋｍでであり、
   λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜３０ｐｓ／ｋｍであり、
   前記λ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長であり、
   前記２δλは、前記周波数帯の幅であることを特徴とする光ファイバ。
10. 請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバであって、
    前記光ファイバは、６個のＬＰ導波モードに対応し、
    λ＝λ_Ｃにおいて、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２５ｐｓ／ｋｍであり、
    λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜５０ｐｓ／ｋｍであり、
    前記λ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長であり、
    前記２δλは、前記周波数帯の幅であることを特徴とする光ファイバ。
11. 請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバであって、
    前記光ファイバは、９個のＬＰ導波モードに対応し、
    λ＝λ_Ｃにおいて、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜１００ｐｓ／ｋｍであり、
    λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜２００ｐｓ／ｋｍあり、
    前記λ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長であり、
    前記２δλは、前記周波数帯の幅であることを特徴とする光ファイバ。
12. 請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバであって、
    前記光ファイバは、１２個のＬＰ導波モードに対応し、
    λ＝λ_Ｃにおいて、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜１５０ｐｓ／ｋｍであり、
    λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜３００ｐｓ／ｋｍであり、
    前記λ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長であり、
    前記２δλは、前記周波数帯の幅であることを特徴とする光ファイバ。
13. 請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバであって、
    前記光ファイバは、１６個のＬＰ導波モードに対応し、
    λ＝λ_Ｃにおいて、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜３００ｐｓ／ｋｍであり、
    λ∈［λ_Ｃ−δλ；λ_Ｃ＋δλ］に対し、Ｍａｘ｜ＤＭＧＤｓ｜＜６００ｐｓ／ｋｍであり、
    前記λ_Ｃは、前記光ファイバが使われるときの作動周波数帯の中心伝達波長であり、
    前記２δλは、前記周波数帯の幅であることを特徴とする光ファイバ。
14. 請求項９から１３のいずれかに記載の光ファイバであって、
    λ_Ｃ＝１５５０ｎｍで、
    δλ＝２０ｎｍであることを特徴とする光ファイバ。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載の光ファイバであって、
    前記光ファイバで導波されたＬＰモードは、Ａ_ｅｆｆ＜４００μｍ^２の有効領域を持ち、
    １５５０ｎｍにおいて１０ｍｍの曲げに対して＜１００ｄＢ／ターンの曲げ損失を持ち、
    ＬＰ漏えいモードは、λ＝λ_Ｃにおいて、＞０．１ｄＢ／ｍの漏えい損失を持つことを特徴とする光ファイバ。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載の光ファイバを少なくとも一つ備える光リンク。
17. 請求項１から１５のいずれかに記載の光ファイバを少なくとも一つ備える光システム。