JP7371062B2

JP7371062B2 - 光ファイバ

Info

Publication number: JP7371062B2
Application number: JP2021110724A
Authority: JP
Inventors: 和則武笠
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2023-10-30
Anticipated expiration: 2038-03-08
Also published as: JP2019158941A; EP3764133A1; US20230324606A1; US11314017B2; US20200400882A1; JP7214352B2; WO2019172079A1; US11709313B2; JP2021152684A; EP3764133A4; US20220206215A1

Description

本発明は、光ファイバに関する。

データコムやテレコムの分野において、高密度光ファイバケーブルを実現する光ファイバとして、細径の光ファイバが注目されている。従来、細径の光ファイバとして、クラッド部に対するコア部の比屈折率差を高くした構成が開示されている（非特許文献１）。また、コア部に隣接してトレンチ層を設けた構成が開示されている（特許文献１）。

国際公開第２０１６／１９０２９７号

村瀬他、「細径クラッドファイバの開発」、昭和電線レビュー、ｖｏｌ．５３、Ｎ０．１（２００３）、ｐｐ．３２－３６

しかしながら、非特許文献１に開示される光ファイバは、その特性が、たとえばＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．２で定義される標準的なシングルモード光ファイバの規格（以下、Ｇ．６５０．２規格）を満たすものではない。また、特許文献１に開示される光ファイバは、その特性がＧ．６５０．２規格を満たすものの、そのクラッド部の外径（ファイバ径）は１００μｍ～１２５μｍ程度であり、今後益々要求が高まる細径化の点では不十分である。また、光ファイバの細径化を行うとリーケージ損失が増大するが、リーケージ損失が十分な低さに抑制され、かつ細径化された光ファイバは開示されていなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、リーケージ損失が抑制された細径の光ファイバを提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光ファイバは、ガラスからなるコア部と、前記コア部の外周に位置し、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスからなるクラッド部と、を備え、前記クラッド部の外径は１００μｍ未満であり、前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差が０．３２％～０．４０％であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コア部のコア径が７μｍ～１０μｍであることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コア部の比屈折率差が０．３３５％～０．３７５％であり、前記コア部のコア径が８．２μｍ～９．２μｍであることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コア部の比屈折率差が０．３７％～０．３９５％であり、前記コア部のコア径が７．６μｍ～８．３μｍであることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記クラッド部は、前記コア部の外周に隣接する隣接領域と、前記隣接領域の外周に位置し、前記コア部との間に前記隣接領域が介在する非隣接領域とを備え、前記隣接領域は、純石英ガラスからなることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記非隣接領域は、純石英ガラスからなることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記非隣接領域は、前記隣接領域の屈折率よりも低い屈折率を有するトレンチ層を有することを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コア部のコア径を２ａ、前記トレンチ層の内径を２ｂとしたときに、ｂ／ａが２以上であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コア部のコア径を２ａ、前記トレンチ層の内径を２ｂとしたときに、ｂ／ａが３以上であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コア部のコア径を２ａ、前記トレンチ層の内径を２ｂ、外径を２ｃとしたときに、前記トレンチ層の幅（ｃ－ｂ）がａの０．２倍～１倍であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記トレンチ層の前記隣接領域に対する比屈折率差が－０．４％以下であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、前記クラッド部は、前記コア部に隣接するトレンチ層を有し、前記トレンチ層の前記トレンチ層以外の前記クラッド部に対する比屈折率差が－０．１％以上０％未満であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ～９．５μｍであることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、直径６０ｍｍで曲げた場合の波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が５．３×１０^－３ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ～１３２４ｎｍであり、前記ゼロ分散波長での分散スロープが０．０９２ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が９．５μｍ以上であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバは、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれは、リーケージ損失が抑制された細径の光ファイバを実現できるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る光ファイバの模式的断面図である。図２は、図１に示す光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図３は、Δ１、コア径に対する限界ファイバ径の関係を示す図である。図４は、実施形態２に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図５は、トレンチ層とコア部との距離に対する波長分散、ＭＦＤの関係を示す図である。図６は、コア部とトレンチ層が隣接する場合の、Δ３に対するＭＦＤ変化量、カットオフ波長変化量の関係を示す図である。図７は、伝送損失の測定結果を示す図である。図８は、トレンチ位置に対するゼロ分散波長、分散スロープの関係を示す図である。図９は、トレンチ位置に対するゼロ分散波長、分散スロープの関係を示す図である。図１０は、トレンチ位置に対する曲げ損失、限界ファイバ径の関係を示す図である。図１１は、トレンチ位置に対する曲げ損失、限界ファイバ径の関係を示す図である。図１２は、トレンチ位置に対するＭＦＤ、カットオフ波長の関係を示す図である。図１３は、トレンチ位置に対するＭＦＤ、カットオフ波長の関係を示す図である。図１４は、トレンチ位置に対するＭＦＤの関係を示す図である。図１５は、パラメータを変化させたときの限界ファイバ径の変化を示す図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書においては、カットオフ波長（Ｃｕｔｏｆｆ波長）とは、ＩＴＵ－ＴＧ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＧ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光ファイバの模式的断面図である。光ファイバ１０は、光ファイバ１０の略中心に位置するコア部１１と、コア部１１の外周に位置するクラッド部１２とを備えている。クラッド部１２は、コア部１１の外周に隣接するように取り囲む隣接領域１２ａと、隣接領域１２ａの外周に位置し、隣接領域１２ａの外周に隣接するように取り囲む非隣接領域１２ｂとを備えている。すなわち、コア部１１と非隣接領域１２ｂとの間に隣接領域１２ａが介在する。

コア部１１とクラッド部１２とは、いずれも石英系ガラスからなる。たとえば、コア部１１は、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの屈折率を高めるドーパントが添加された石英ガラスからなる。クラッド部１２は、コア部１１の屈折率よりも低い屈折率を有する。また、光ファイバ１０では、クラッド部１２は、隣接領域１２ａ及び非隣接領域１２ｂのいずれもが、Ｇｅ、フッ素（Ｆ）などの屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。

なお、光ファイバ１０は、クラッド部１２の外周を覆うように、たとえば樹脂からなるコーティングが形成されて使用される。コーティングは、たとえばＵＶ硬化樹脂等からなり、１層又は２層以上の層構造を有する。ＵＶ硬化樹脂としては、たとえばウレタンアクリレート系、ポリブタジエンアクリレート系、エポキシアクリレート系、シリコーンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系などがあるが、光ファイバのコーティングに使用されるものであれば特に限定されない。また、光ファイバ１０では、ガラス部分であるコア部１１とクラッド部１２との細径化に着目するので、クラッド部１２の外径を細径化の対象であるファイバ径とする。

図２は、光ファイバ１０の中心軸から半径方向における屈折率プロファイルを示す図である。図２（ａ）において、プロファイルＰ１１がコア部１１の屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ１２がクラッド部１２の屈折率プロファイルを示す。なお、屈折率プロファイルは、クラッド部１２に対する比屈折率差で示している。図２（ａ）に示すように、光ファイバ１０はステップ型の屈折率プロファイルを有し、コア部１１の直径(コア径)は２ａであり、クラッド部１２に対するコア部１１の比屈折率差はΔ１である。

なお、図２（ｂ）に示すように、コア部１１の屈折率プロファイルは、幾何学的に理想的な形状のステップ型である場合だけでなく、頂部の形状が平坦ではなく製造特性により凹凸が形成されたり、頂部から裾を引くような形状となっていたりする場合がある。この場合、製造設計上のコア径２ａの範囲内における、屈折率プロファイルの頂部の少なくとも一部の値が、Δ１を決定する指標となる。

つづいて、光ファイバ１０の細径化のための設計について説明する。光ファイバ１０において、細径化していくときに制限となる光学特性は、光漏れによるリーケージ損失である。このリーケージ損失や他の特性に対して、支配的な構造となるのがコア部１１の構造である。そこで、コア部１１の比屈折率差Δ１やコア径２ａを変化させて、波長１６２５ｎｍにおいて０．００１ｄＢ／ｋｍ以下のリーケージ損失を得るのに必要な最低限のファイバ径（限界ファイバ径）をシミュレーション計算によって検討した。

本検討では、Ｇ．６５２規格による以下の（１）～（５）の規格、すなわち（１）波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が８．６μｍ～９．５μｍ、（２）直径６０ｍｍで曲げた場合の波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が５．３×１０^－３ｄＢ／ｍ以下、（３）ゼロ分散波長が１３００ｎｍ～１３２４ｎｍ、（４）ゼロ分散波長での分散スロープが０．０９２ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下（５）ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、を満たすものを調べた。

図３は、Δ１、コア径に対する限界ファイバ径の関係を示す図である。図３に示すように、コア部１１のパラメータであるΔ１、コア径を最適化する事で、ファイバ径を限界ファイバ径である１００μｍ未満にしてもリーケージ損失が十分に抑制できる条件があることがわかる。これにより、Ｇ．６５２規格を満たすと共に、従来の光ファイバと比べてファイバ径が１００μ未満の細径化を実現する事が可能となる。具体的には、Δ１を０．３２％～０．４０％、コア径を７μｍ～１０μｍにすることで、Ｇ．６５２規格を満たし、リーケージ損失が抑制された、ファイバ径が１００μｍ未満の細径の光ファイバ１０を実現できる。ファイバ径が１００μｍ未満であれば、標準的な光ファイバにおけるファイバ径である１２５μｍよりも大幅に小さいものとなる。なお、コーティングの構造(物性や厚み)などは、特に限定されないが、たとえば、公知のように、マイクロベンド損失などを抑制するために適切に設定されたものを使用することが好ましい。

また、上述したように、光ファイバ１０のコア部１１の屈折率プロファイルの頂部は必ずしも平坦な形状ではないが、頂部の少なくとも一部、すなわちΔ１を決定する頂部の領域の比屈折率差が０．３２％～０．４０％であることで、リーケージ損失及び細径の特性が得られる。より好ましくは、頂部の５０％以上の領域の比屈折率差が０．３２％～０．４０％であることが好ましい。さらに、製造設計上のコア径２ａの範囲内における頂部の比屈折率差の平均値や最大値及び最小値が０．３２％～０．４０％であることが、所望の特性を得る点でより好ましい。

さらに、光ファイバ１０を実際にケーブル化することを考慮すると、リーケージ損失に加えて、コーティングの影響やマイクロベンド損失などの影響も生じる。そのため、ファイバ径として、１００μｍよりも１割程度余裕がある９０μｍ以下を実現できる設計とすることが好ましい。図２の結果から、コア部１１のΔ１が０．３３５％～０．３７５％でありコア径が８．２μｍ～９．２μｍである、又は、Δ１が０．３７％～０．３９５％でありコア径が７．６μｍ～８．３μｍであることが好ましい。

（実施形態２）
実施形態２に係る光ファイバは、実施形態１に係る光ファイバ１０と同様に、石英系ガラスからなるコア部と、石英系ガラスからなるクラッド部とを備えており、クラッド部は、隣接領域と非隣接領域とを備えている。また、クラッド部の外周を覆うようにコーティングが形成されている。

図４は、実施形態２に係る光ファイバの中心軸から半径方向における屈折率プロファイルを示す図である。図４において、プロファイルＰ２１がコア部の屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ２２がクラッド部の屈折率プロファイルを示す。なお、屈折率プロファイルは、比屈折率差Δで示している。

プロファイルＰ２２が示すように、クラッド部は、それぞれプロファイルＰ２２ａ、Ｐ２２ｂ、Ｐ２２ｃを有する３つの層を備える。プロファイルＰ２２ａは、隣接領域の屈折率プロファイルであり、隣接領域は純石英ガラスからなる。プロファイルＰ２２ｂは、非隣領域内において、Ｆなどの屈折率を低くするドーパントが添加された領域であり、コア部を同心円状に囲む層状の領域の屈折率プロファイルである。この領域をトレンチ層とする。プロファイルＰ２２ｃは、非隣領域内においてトレンチ層の外周に位置し、その外径がファイバ径を確定する領域の屈折率プロファイルである。この領域は、純石英ガラスからなり、基準屈折率領域である。

図４に示すように、実施形態２に係る光ファイバはトレンチ型の屈折率プロファイルを有し、コア部のコア径は２ａであり、隣接領域に対するコア部の比屈折率差はΔ１である。基準屈折率領域に対する隣接領域の比屈折率差はΔ２であり、本実施形態では０％である。基準屈折率領域に対するトレンチ層の比屈折率差はΔ３である。また、隣接領域の外径すなわちトレンチ層の内径はいずれも２ｂであり、トレンチ層の外径は２ｃである。

実施形態２に係る光ファイバは、実施形態１に係る光ファイバ１０にトレンチ層を設けた構造であり、Δ１及びコア径の値の好ましい範囲は光ファイバ１０と同じである。これにより、実施形態２に係る光ファイバは、光ファイバ１０と同様にリーケージ損失が抑制された細径の光ファイバであり、かつトレンチ層の効果によってマクロベンド損失（曲げ損失）を低減できる。

ただし、実施形態２に係る光ファイバにおいて、光ファイバ１０と同様にＧ．６５２規格を満たす、あるいはより低いマクロベンド損失が求められるＧ．６５７規格を満たすようにするには、トレンチ層の比屈折率差Δ３や、トレンチ層の内径２ｂ、外径２ｃには好ましい範囲がある。たとえば、コア径２ａに対して、ｂ／ａが２以上であることが好ましく、ｂ／ａが３以上であることがより好ましい。また、トレンチ層の幅（ｃ－ｂ）がａの０．２倍～１倍であることが好ましく、Δ３が－０．４％以下であることが好ましい。これらについては後述する。

図５は、実施形態２のようにトレンチ層を有する光ファイバにおいて、トレンチ層とコア部との距離に対する波長分散、ＭＦＤの関係をシミュレーション計算した結果した示す図である。ここで、トレンチ層とコア部との距離とは、コア部の外周とトレンチ層の内周との距離（ｂ－ａ）であり、隣接領域の厚さに対応する値である。なお、コア径２ａは１０μｍとし、Δ３は－１％とし、トレンチ層の幅（ｃ－ｂ）はコア径２ａと同じ１０μｍとした。なお、図５中でトレンチ層とコア部との距離が０μｍとは、トレンチ層がコア部に隣接している（すなわち、隣接領域にトレンチ層が存在する）場合を示している。また、「トレンチ無し」とは、実施形態１に係る光ファイバ１０の場合である。

図５に示すように、トレンチ層とコア部との距離が０μｍ（すなわちコア部とトレンチ層とが隣接）の場合は、トレンチ無しの場合からの波長分散、ＭＦＤの変化が大きいが、トレンチ層とコア部との距離が１０μｍ程度以上、すなわちｂ／ａが３程度以上になると波長分散、ＭＦＤの変化がほとんど無い安定した状態となることがわかる。また、トレンチ層とコア部との距離が５μｍ程度から、すなわちｂ／ａが２の場合から、波長分散、ＭＦＤの変化が緩やかになるといえる。したがって、トレンチ層を設けたことによる光ファイバ１０からの特性変化を抑制するためには、Δ３が－１％程度と大きい場合は、トレンチ層を非隣接領域に設けることが好ましく、ｂ／ａが２以上であることが好ましく、ｂ／ａが３以上であることがさらに好ましい。

ただし、本発明はこれに限らず、実施形態２の変形例として、コア部とトレンチ層とを隣接させてもよい。図６は、コア部とトレンチ層が隣接する場合の、Δ３に対するＭＦＤ変化量（実線）、カットオフ波長変化量（破線）の関係をシミュレーション計算した結果した示す図である。コア径とΔ１は図５の場合と同じである。また、トレンチ層の幅（ｃ－ｂ）は４ａとしている。なお、これらの変化量は、コア径をカットオフ波長が１１６０ｎｍ～１２６０ｎｍになるように３点ほど振って算出したものである。図６から、トレンチ層の幅（ｃ－ｂ）を４ａと比較的広くしても、Δ３を－０．１％程度以上０％未満にした場合には、ＭＦＤやカットオフ波長の変化量が十分に小さいことがわかる。なお、トレンチ層の幅（ｃ－ｂ）を４ａよりも狭くすると変化量をより小さくできるが、この場合は許容されるＭＦＤやカットオフ波長などの変化量に応じて、－０．１％以上０％未満の範囲内でΔ３を設定することが好ましい。

以上の実施形態１、２及びその変形例に係る光ファイバは、Ｇ．６５２規格を満たすように構成することができる。また、Ｇ．６５２規格に近い特性が要求されるＩＴＵ－ＴＧ．６５４規格(いわゆるカットオフシフトファイバであり、たとえばカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下と規定される)やＧ．６５７規格(いわゆる曲げ耐性ファイバ)を満たす光ファイバを設計する場合には、実施形態１、２及びその変形例に係る光ファイバのコア部の屈折率プロファイルを採用することが好適である。

さらに、実施形態１、２及びその変形例に係る光ファイバは、細径のためクラッド部を構成するガラス材料の量が少ないので、原料コストが低減された光ファイバである。

以下、本発明についてさらに説明する。本発明に係る光ファイバは、リーケージ損失が抑制された細径の光ファイバであるが、上記のようにＧ．６５２規格を満たすものであることが、実用上好ましい。すなわち、波長１６２５ｎｍにおいて０．００１ｄＢ／ｋｍ以下のリーケージ損失を実現し、さらに、表１に示すＧ．６５２Ａ、Ｇ．６５２Ｂ、Ｇ．６５２Ｃ、Ｇ．６５２Ｄの規格を満たすことが好ましい。なお、マクロベンド損失については、Ｇ．６５２Ａ規格では波長１５５０ｎｍにおける値であるが、Ｇ．６５２Ｂ、Ｇ．６５２Ｃ、Ｇ．６５２Ｄの規格では波長１６２５ｎｍにおける値である。なお、以降の表において、「Ｅ」は１０のべき乗を表し、たとえば「５．３Ｅ－３」は「５．３×１０^－３」を意味している。

表２は、実施形態１に係る光ファイバ１０において、Δ１を０．３２％～０．４０％、コア径２ａを７μｍ～１０μｍに設定してその特性をシミュレーション計算した結果の一例を示す。いずれの場合も、Ｇ．６５２Ａ規格を満たし、かつ限界ファイバ径が１００μｍ未満である。特に、Δ１が０．３７％、２ａが９．０μｍの場合は、ファイバ径を８０μｍとすることができることがわかる。すなわち、これらのΔ１、コア径を有する光ファイバは、ファイバ径が１００μｍ未満であり、カットオフ波長以上１６２５ｎｍ以下のシングルモード動作する波長帯で、リーケージ損失の影響が小さい光ファイバである。

なお、実際の光ファイバでは、マイクロベンド損失などの要因も加わるため、表２に示すパラメータを用いた上で、さらにマイクロベンド損失を抑制できるように、最適な樹脂物性や厚みを有するコーティング構造を用いることが重要である。

ここで、表２のシミュレーション結果と実際の光ファイバの特性との整合性を調査するために、周知の方法によって本発明の実施例としての光ファイバを製造した。実施例の光ファイバにおいて、Δ１は０．３７％とし、コア径は８．５μｍとし、ファイバ径を９０μｍとした。なお、コーティングの樹脂材料については、Ｇ．６５０．２規格を満たす通常の光ファイバに用いられているものを用いたが、プライマリ層の外径を１００μｍとし、セカンダリ層の外径を１２５μｍと、通常よりも薄肉にした。

図７は、実施例の光ファイバの伝送損失の測定結果を示す図である。図７に示すように、実施例の光ファイバの伝送損失スペクトルにおいて、長波長側における損失の増加は確認されなかった。このことは、実施例の光ファイバにおいて、リーケージ損失がほとんど発生しないことを意味する。また、表３に示すように、シミュレーション結果である計算例と実施例の実測値とはよい精度で一致した。

つづいて、実施形態２に係る光ファイバについて、より細径にできることをシミュレーション結果に基づいて説明する。以下では、Δ１を３．６％に固定し、コア径２ａ、トレンチ位置、トレンチ幅、Δ３などを変化させてシミュレーション計算を行った。ここで、トレンチ位置とは、ｂ／ａのことである。また、トレンチ幅は、コア径で規格化した値とする、すなわち、トレンチ幅は（ｃ－ｂ）／ａである。

まず、コア径２ａを９μｍとし、Δ３を、－０．４％、－０．６％、－０．７％、－１．０％とし、トレンチ位置とトレンチ幅とを変化させてシミュレーション計算を行った。

図８、９は、トレンチ位置に対する分散特性、すなわちゼロ分散波長、分散スロープの関係を示す図である。分散スロープはゼロ分散波長における値である。図８（ａ）、（ｂ）はΔ３が－０．４％の場合であり、図８（ｃ）、（ｄ）はΔ３が－０．６％の場合である。また、図９（ａ）、（ｂ）はΔ３が－０．７％の場合であり、図９（ｃ）、（ｄ）はΔ３が－１．０％の場合である。

図１０、１１は、トレンチ位置に対する光閉じ込め特性、すなわち曲げ損失（マクロベンディング損失）、限界ファイバ径の関係を示す図である。曲げ損失は直径６０ｍｍで曲げた場合の波長１５５０ｎｍにおける値である。図１０（ａ）、（ｂ）はΔ３が－０．４％の場合であり、図１０（ｃ）、（ｄ）はΔ３が－０．６％の場合である。また、図１１（ａ）、（ｂ）はΔ３が－０．７％の場合であり、図１１（ｃ）、（ｄ）はΔ３が－１．０％の場合である。

図１２、１３は、トレンチ位置に対するＭＦＤ、カットオフ波長の関係を示す図である。ＭＦＤは波長１３１０ｎｍにおける値である。図１２（ａ）、（ｂ）はΔ３が－０．４％の場合であり、図１２（ｃ）、（ｄ）はΔ３が－０．６％の場合である。また、図１３（ａ）、（ｂ）はΔ３が－０．７％の場合であり、図１３（ｃ）、（ｄ）はΔ３が－１．０％の場合である。

図８～図１３において、太線で囲んだ範囲は、図１０、１１における限界ファイバ径については目標値を示し、その他についてはＧ．６５２Ａ規格の範囲を示している。なお、ここでは目標値を８０μｍ以下に設定しているが、１００μｍ未満の細径であればよい。

図８、９から明らかなように、トレンチ位置が小さい、すなわちトレンチ層がコア部に近いと、分散特性は大きく変化し、トレンチ位置が大きくなるにつれて、分散特性の変化が緩やかになり、規格内に安定して収まる。また、図１０、１１から明らかなように、光閉じ込め特性は、分散特性と同様にトレンチ位置が小さいと特性の変化が大きいが、その変化は不規則である。また、トレンチ位置が大きくなるにつれて、光閉じ込め特性の変化が緩やかになり、曲げ損失が規格内に収まり、限界ファイバ径も８０μｍ以下となる。

一方、図１２、１３から明らかなように、ＭＦＤについてはトレンチ位置が大きくなるにつれて大きくなって規格を満たすようになり、その後安定した値となる。しかし、カットオフ波長については、ＭＦＤとトレードオフの関係にあり、トレンチ位置が大きくなると大きくなって規格を満たさないようになる。したがって、ＭＦＤとカットオフ波長との両方が規格を満たすようにトレンチ位置を設定することが好ましい。

つづいて、コア径２ａを８μｍとし、トレンチ位置とトレンチ幅とを変化させてシミュレーション計算を行った。なお、Δ３については、－０．４％、－０．６％とし、－０．７％、－１．０％については、このようにΔ３を小さくしても、規格で定める光学特性にあまり影響がないことが解ったので、光ファイバの製造性を考慮し、以下では計算を省略した。

表４は、Δ３が－０．４％の場合を示している。表５は、Δ３が－０．６％の場合を示している。なお、Ｇ．６５２Ａ規格を満たす場合は記号「〇」を示し、満たさない場合は記号「×」を示した。表４、５に示すように、Ｇ．６５２Ａ規格を満たし、かつ限界ファイバ径が１００μｍ未満となるパラメータの組み合わせが数多く存在した。特に、Δ３が－０．６％の場合、限界ファイバ径が８０μｍ以下となる組み合わせも存在した。たとえば、トレンチ幅が１．０、トレンチ位置が３．０の場合は、限界ファイバ径が７８μｍであった。
このように、トレンチ位置についてｂ／ａが２倍以上の場合に、（ｃ－ｂ）／ａが０．２～１、すなわち、（ｃ－ｂ）がａの０．２倍～１倍であることが好ましい。また、Δ２は、－０．４％以下であることが好ましい。

つづいて、コア径２ａを７μｍとし、トレンチ位置とトレンチ幅とを変化させてシミュレーション計算を行った。図１４と表６は、トレンチ位置に対するＭＦＤの関係を示す。トレンチ無しの場合のＭＦＤと比較とすると、トレンチ位置が小さい場合はＭＦＤが小さく、トレンチ位置が大きくなるにつれてＭＦＤが大きくなるが、トレンチ無しの場合のＭＦＤより大きくはならないことがわかった。

以上のシミュレーション結果の範囲では、トレンチ層を有する実施形態２に係る光ファイバの場合、コア径２ａが８μｍの場合が最適であることが確認された。

なお、実施形態２に係る光ファイバの場合、トレンチ層の効果によって曲げ損失（マクロベンド損失）を低減できるので、より低いマクロベンド損失が求められるＧ．６５７規格を満たす光ファイバに適用するのに好適である。また、カットオフ波長がより長波長にシフトすることを許容することで、Ｇ．６５４規格を満たす光ファイバに適用するのに好適である。

次に、表２に示すステップ型のパラメータの組み合わせのうち最も良好な特性を示したものと、表５に示すトレンチ型のパラメータの組み合わせのうち最も良好な特性を示したものとを、最適なパラメータの組み合わせとして表７に示す。そして、表８に、Ｇ．６５２Ａ規格と、表７の場合の光ファイバの光学特性を示す。ステップ型については、コア部の屈折率プロファイルの最適化により限界ファイバ径として８０μｍが得られた。また、トレンチ型についてはトレンチ層の効果により限界ファイバ径として７８μｍが得られた。

次に、表９に、Ｇ．６５７Ａ２規格と、表７の場合の光ファイバの光学特性を示す。Ｇ．６５７Ａ規格の場合、マクロベンド損失として、直径２０ｍｍで曲げた場合の波長１５５０ｎｍにおける値が規定されており、Ｇ．６５２よりも要求がより厳しい規格となっている。表９からわかるように、トレンチ型の場合にＧ．６５７Ａ２規格を満たすことができ、トレンチ型の優位性が確認された。

次に、表５に示すトレンチ型の最適なパラメータを変化させた場合、光ファイバの光学特性がどのように変化するかについて説明する。表１０は、表５に示すトレンチ型の最適なパラメータを基準値（トレンチ１）として、Δ１、Δ３、ｂ／ａ、ｃ／ａ、２ａを変化させたトレンチ２～１５のパラメータ組み合わせを示す。なお、表中、記号「－」は基準値と同じ値であることを示す。そして、表１１は、Ｇ．６５２Ａ規格と、トレンチ１～１５のパラメータとした光ファイバの光学特性を示す。

図１５は、パラメータを変化させたときの限界ファイバ径の変化を示す図である。表１０、１１の結果から明らかなように、たとえばパラメータをトレンチ３、５、８、１１、１４のような変化の方向（図１５の実線の矢印で示す増加（ＵＰ）又は減少（ＤＯＷＮ）の方向）に変化させることで、限界ファイバ径を７８μｍからさらに小さくすることができるが、カットオフ波長も長波長側にシフトしてしまうことがわかる。トレンチ３、５、８、１１、１４は、カットオフ波長が規格上限の１２６０ｎｍ付近の場合の特性となっているが、基準であるトレンチ１のカットオフ波長が１２５２ｎｍと規格の上限に近いので改善の余地が少ないことがわかる。また、図１５に示すように、限界ファイバ径に対して最も大きな改善が見られたのは、Δ１を大きくした場合である。この結果からも、コア部を最適な構造にすることが重要であることが見て取れる。たとえば、トレンチ３では、Ｇ．６５２Ａ規格を満たし、かつ限界ファイバ径７６μｍという、トレンチ型の採用によるさらなる特性改善が実現された。なお、今回の基準を用いた場合は、いずれのパラメータを変化させた場合もカットオフ波長が特性改善の制限要因となったが、基準の選定によっては他のパラメータが特性改善の制限要因になることもあると考えられるので、その制限要因を見極めた上で、今回の手法の様な最適化を行うことが好ましい。

なお、上記実施形態及び変形例、計算結果、実施例では、光ファイバの屈折率プロファイルをステップ型及びトレンチ型としているが、これらは好ましい形態の一例である。すなわち、本発明はこれらに限定されず、たとえばステップ型及びトレンチ型で、上記とは異なるパラメータを用いて本発明の効果を得る場合も含まれる。また、ステップ型やトレンチ型以外でも、上述した最適構造としたコア部を採用して、汎用性の高い特性を有する細径の光ファイバを実現する場合も、本発明に含まれる。たとえば、実施形態２で説明したように、トレンチ型においてトレンチ層をコア部に隣接させた、いわゆるＷ型の屈折率プロファイルの光ファイバも本発明に含まれることは言うまでもない。この場合、トレンチ層が、最適構造のコア部によって実現される光学特性に、許容範囲の変化を与える程度にトレンチ層を設計することが好ましい。また、他の実施形態として、最適構造のコア部に対して好適な位置にΔ＋層を設けてもよい。ここで、Δ＋層は、コア部を取り囲み、クラッド部における基準屈折率領域に対して正値の比屈折率差を有する層である。このような本発明に係る光ファイバによって、リーケージ損失が抑制された細径の光ファイバであって、各種標準規格を満たす光ファイバを好適に実現できる。

なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０光ファイバ
１１コア部
１２クラッド部
１２ａ隣接領域
１２ｂ非隣接領域

Claims

ガラスからなるコア部と、
前記コア部の外周に位置し、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスからなるクラッド部と、を備え、
ステップ型の屈折率プロファイルを有し、
前記クラッド部の外径は８８μｍ以上１００μｍ未満であり、前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差が０．３３％～０．３４％かつ前記コア部のコア径が８μｍ～９μｍである、または、前記クラッド部の外径は８０μｍ以上１００μｍ未満であり、前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差が０．３７％～０．３９％かつ前記コア部のコア径が７μｍ～９μｍであり、
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ～９．５μｍであり、
波長１６２５ｎｍにおいて０．００１ｄＢ／ｋｍ以下のリーケージ損失であることを特徴とする光ファイバ。
直径６０ｍｍで曲げた場合の波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が５．３×１０^－３ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
ゼロ分散波長が１３００ｎｍ～１３２４ｎｍであり、前記ゼロ分散波長での分散スロープが０．０９２ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であ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。
ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光ファイバ。