JP7793379B2 - 光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバに関する。

特許文献１には、高次モードでの光の伝搬を或る程度の長さまで許容することで、波長１５５０ｎｍにおいて長距離を実質的にＬＰ０１モード（基底モードとも呼ばれる）で光を伝搬する光ファイバが開示されている。この光ファイバでは、波長１５５０ｎｍにおいて９０～１００μｍ^２という比較的大きな有効コア断面積（Ａｅｆｆ）が実現されている。このような光ファイバは、実質的なシングルモード光ファイバと呼ばれる場合がある。

特許文献２には、有効コア断面積が拡大された数モード光ファイバが開示されている。この数モード光ファイバでは、長距離での数モード光伝送を行うために、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が、ＬＰ０１モードでは１７０μｍ^２程度に制限され、ＬＰ１１モードでは３１０μｍ^２以下に制限されている。

特許第４１０１４２９号公報 特許第５１００９２１号公報

長距離大容量光伝送に用いる光ファイバとしては、非線形性の低減のために、有効コア断面積が大きいことが望ましい。しかしながら、ＬＰ０１モードの有効コア断面積がさらに拡大された実用的な光ファイバについては提案されていなかった。

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、ＬＰ０１モードの有効コア断面積がさらに拡大された実用的な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、本発明の一態様は、波長１５５０ｎｍにおいて、伝搬モードとして、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとを含み、波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１８０μｍ^２以上である光ファイバである。

波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が３２０μｍ^２以上であるものでもよい。

波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が２６０μｍ^２以下であるものでもよい。

波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ１１モードのマイクロベンド損失が、ＬＰ０１モードのマイクロベンド損失の１０倍以上であるものでもよい。

波長１５５０ｎｍにおいて、サンドペーパー法を用いて測定したＬＰ０１モードのマイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ以下であるものでもよい。

センタコアからなる、または、センタコアと該センタコアの外周を取り囲むコア層とからなる、コア部と、前記コア部の最大屈折率よりも屈折率が低く、前記コア部の外周を取り囲むクラッド部と、を備え、前記センタコアの最大屈折率の純石英ガラスに対する比屈折率差をΔ１とし、前記センタコアに隣接する領域の屈折率の、純石英ガラスに対する比屈折率差をΔ２とすると、（Δ１－Δ２）は０．１３％以上０．４５％以下であるものでもよい。

（Δ１－Δ２）は０．１５％以上０．４０％以下であるものでもよい。

前記コア部において、前記クラッド部よりも屈折率が高い部分が、前記センタコアのみであるものでもよい。

前記センタコアのコア直径２ａが１５μｍ以上２２μｍ以下であるものでもよい。

本発明によれは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積がさらに拡大された実用的な光ファイバを実現できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。 図２は、実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルの模式図である。 図３は、有効コア断面積とマイクロベンド損失との関係の例を示す図である。 図４は、有効コア断面積とマイクロベンド損失との関係の例を示す図である。 図５は、有効コア断面積とマイクロベンド損失との関係の例を示す図である。 図６は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積とＬＰ１１モードの有効コア断面積との関係の例を示す図である。 図７は、（Δ１－Δ２）と、典型的なマイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。

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、同一また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、カットオフ波長または実効カットオフ波長とは、国際通信連合（ＩＴＵ）のＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長（λｃｃ）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およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。光ファイバ１は、石英系ガラスからなるコア部１ａと、石英系ガラスからなり、コア部１ａの外周を取り囲むクラッド部１ｂとを備える。なお、光ファイバ１におけるコア部１ａとクラッド部１ｂとを備える部分は、光ファイバにおいてガラスからなる部分であり、ガラス光ファイバと記載する場合がある。また、光ファイバ１は、クラッド部１ｂの外周を取り囲む被覆層１ｃを備える。被覆層１ｃは、クラッド部１ｂの外周を取り囲むプライマリ層１ｃａと、プライマリ層１ｃａの外周を取り囲むセカンダリ層１ｃｂとを有する。被覆層１ｃを備える光ファイバは、光ファイバ心線と記載する場合がある。

プライマリ層１ｃａおよびセカンダリ層１ｃｂは、樹脂からなる。この樹脂は、たとえば、紫外線硬化樹脂である。紫外線硬化樹脂は、たとえば、オリゴマー、希釈モノマー、光重合開始剤、シランカップリング剤、増感剤、滑剤等、各種の樹脂材料と添加剤とを配合したものである。オリゴマーとしては、ポリエーテル系ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、シリコーンアクリレート等、従来公知の材料を用いることができる。希釈モノマーとしては、単官能モノマー、多官能モノマー等、従来公知の材料を用いることができる。また、添加剤は、上記したものに限定されず、紫外線硬化樹脂等に対して使用される従来公知の添加剤等を広く用いることができる。

光ファイバ１は、たとえば図２に示すような屈折率プロファイルを有する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、いずれも、光ファイバ１のコア部１ａ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している。なお、屈折率プロファイルは、純石英ガラスに対する比屈折率差で示している。ここで、純石英ガラスとは、屈折率を変化させるドーパントを実質的に含まず、波長１５５０ｎｍにおける屈折率が約１．４４４である、きわめて高純度の石英ガラスである。

図２（ａ）は、ステップ（Ｓｔｅｐ）型の屈折率プロファイルを示している。図２（ａ）において、プロファイルＰ１１がコア部１ａ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１ｂの屈折率プロファイルを示す。ステップ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａの直径(コア直径)は２ａであり、純石英ガラスの屈折率に対する、コア部１ａの最大屈折率の比屈折率差（最大比屈折率差）はΔ１である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１ｂの平均屈折率の比屈折率差はΔｃｌａｄである。図２（ａ）の場合、コア部１ａのなかで平均の屈折率が最大である部分であるセンタコアは、コア部１ａ全体に対応する。すなわち、図２（ａ）の場合は、コア部がセンタコアからなる場合の一例である。

図２（ｂ）は、いわゆるＷ型の屈折率プロファイルを示している。図２（ｂ）において、プロファイルＰ２１がコア部１ａ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１ｂの屈折率プロファイルを示す。Ｗ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂのディプレスト層とで構成されている。センタコアは、コア部１ａのなかで平均の屈折率が最大である部分である。純石英ガラスの屈折率に対するセンタコアの最大比屈折率差はΔ１である。純石英ガラスの屈折率に対するディプレスト層の平均屈折率の比屈折率差はΔ２である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１ｂの平均屈折率の比屈折率差はΔｃｌａｄである。

図２（ｂ）の場合は、コア部がセンタコアと該センタコアの外周を取り囲む１層のコア層とからなる場合の一例である。ディプレスト層はコア層の一例である。

図２（ｃ）は、いわゆるトレンチ型の屈折率プロファイルを示している。図２（ｃ）において、プロファイルＰ３１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ３２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。トレンチ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がセンタコアの最大屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂの中間層と、中間層の外周を取り囲むように形成されており、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ｂで外径が２ｃのトレンチ層とで構成されている。センタコアは、コア部１ａのなかで平均の屈折率が最大である部分である。純石英ガラスの屈折率に対するセンタコアの最大比屈折率差はΔ１である。純石英ガラスの屈折率に対する中間層の比屈折率差はΔ２である。純石英ガラスの屈折率に対するトレンチ層の比屈折率差はΔ３である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１ｂの平均屈折率の比屈折率差はΔｃｌａｄである。なお、Δ２は、通常はΔｃｌａｄと同値またはその近傍に設定される。

図２（ｃ）の場合は、コア部がセンタコアと該センタコアの外周を取り囲む２層のコア層とからなる場合の一例である。中間層とトレンチ層は、２層のコア層の一例である。

図２（ｄ）は、いわゆる階段型の屈折率プロファイルを示している。図２（ｄ）において、プロファイルＰ４１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ４２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。階段型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がクラッド部の屈折率よりも大きく内径が２ａで外径が２ｂの階段層とで構成されている。センタコアは、コア部１ａのなかで平均の屈折率が最大である部分である。純石英ガラスの屈折率に対するセンタコアの最大比屈折率差はΔ１である。純石英ガラスの屈折率に対する階段層の平均屈折率の比屈折率差はΔ２である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１ｂの平均屈折率の比屈折率差はΔｃｌａｄである。

図２（ｄ）の場合は、コア部がセンタコアと該センタコアの外周を取り囲む１層のコア層とからなる場合の一例である。階段層はコア層の一例である。

ここで、コア部１ａのセンタコア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、製造設計上のコア部１ａのコア直径２ａの範囲内における、屈折率プロファイルの頂部で略平坦である領域の屈折率が、Δ１を決定する指標となる。なお、略平坦である領域が複数個所に分かれていると思われる場合や、あるいは連続的な変化が起こっていて略平坦である領域の定義が難しい場合も、隣の層に向かって急激に屈折率が変化する部分以外のコア部の少なくともいずれかの部分が下記のΔ１の範囲に入っていて、最大値と最小値とのΔの差が、或る値±３０％以内であれば、所望に近い特性を出すことが可能であることを確認しており、特に問題はない。

また、ディプレスト層、中間層、トレンチ層、階段層、およびクラッド部１ｂの平均屈折率とは、屈折率プロファイルの径方向における屈折率の平均値である。クラッド部１ｂは、コア部１ａの最大屈折率よりも屈折率が低い。

つぎに、光ファイバ１のコア部１ａおよびクラッド部１ｂの構成材料について説明する。コア部１ａのセンタコアおよび階段層は、塩素（Ｃｌ）がドープされるとともに、カリウム（Ｋ）およびナトリウム（Ｎａ）の少なくとも一方がドープされた石英ガラスからなる。Ｃｌおよび、ＫやＮａなどのアルカリ金属元素は、石英ガラスの屈折率を上昇させるとともに、粘性を低下させるドーパントである。なお、ＫやＮａは化合物、たとえばカリウム化合物やナトリウム化合物としてドープされていてもよい。

一方、クラッド部１ｂは、その少なくとも一部が、屈折率を低下させるドーパントであるたとえばフッ素（Ｆ）またはホウ素（Ｂ）を含む石英ガラスからなる。一方、ディプレスト層およびトレンチ層は、屈折率を低下させる屈折率低下ドーパントであるフッ素またはホウ素をクラッド部１ｂよりもさらに多く含む石英ガラスからなる。中間層は、クラッド部１ｂと同じ成分またはそれに近い成分の石英ガラスからなる。ここで、屈折率を下げるドーパントとしては、フッ素にする方が製造性の観点でより好ましい。なお、フッ素は、フッ素化合物としてドープされていてもよい。

なお、以下に説明する所望の屈折率プロファイルが実現されているならば、コア部１ａにおけるセンタコアと階段層以外のコア層、またはクラッド部１ｂに、ＫやＮａやＣｌがドープされていてもよい。

また、コア部１ａのセンタコアが純石英ガラスからなっていてもよい。この場合、階段層は屈折率低下ドーパントを含む石英ガラスからなっていてもよい。

また、コア部１ａのセンタコアおよび階段層が、屈折率を上昇させるドーパントであるたとえばゲルマニウム（Ｇｅ）を含む石英ガラスからなっていてもよい。この場合、中間層やクラッド部は純石英ガラスからなっていてもよい。

この光ファイバ１は、波長１５５０ｎｍにおいて、伝搬モードとして、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとを含む。そして、光ファイバ１は、波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ０１モードの光の有効コア断面積が１８０μｍ^２以上である。このように、光ファイバ１は、ＬＰ０１モードについて、より拡大された有効コア断面積を有している。

ここで、シングルモード光ファイバの場合、基底モードの有効コア断面積とマイクロベンド損失との間にはトレードオフの関係があることが知られている。たとえば、図３は、シングルモード光ファイバについて、波長１５５０ｎｍにおける、ＬＰ０１モードの有効コア断面積とマイクロベンド損失との関係の例を示す図である。ここで、シングルモード光ファイバは、図２に示すような様々な屈折率プロファイルのもとで有効コア断面積が９０μｍ^２～１５０μｍ^２程度となるように設計したものである。図３において、「ｙ＝４Ｅ－１４ｘ^{６．１３９７}」は、データ点のフィッティング関数である。「４Ｅ－１４」は４×１０^－１４を意味している。

図３から分かるように、マイクロベンド損失は有効コア断面積との関係が強く、かつsの関係は指数関数的な関係である。そして、波長１５５０ｎｍにおいてマイクロベンド損失を１ｄＢ／ｋｍ以下にしようとすると、有効コア断面積は１５０μｍ^２程度が上限であることが分かる。しかしながら、より大容量の光伝送に対応するためには、より拡大された有効コア断面積が望まれている。

そこで、本発明者は、光導波路としては、ケーブルカットオフ波長(λcc)を１５５０ｎｍ以上としてＬＰ１１モードの伝搬を許容しながら、実際にはＬＰ１１モードのマイクロベンド損失が大きくなるように光ファイバを設計し、実質的にはＬＰ１１モードの伝搬を抑制して実質的なシングルモード伝搬性を担保することを検討した。その結果、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１８０μｍ^２以上でありつつ、マイクロベンド損失が抑制され得る構成を見出した。

図４は、波長１５５０ｎｍにおける、ＬＰ０１モードの有効コア断面積とマイクロベンド損失との関係の例を示す図である。図４において、「シングルモードファイバ」とは、光導波路としてＬＰ１１モードの伝搬が許容されず、ＬＰ０１モードの伝搬だけが許容された光ファイバの典型的な特性である。一方、「ＬＰ１１モード伝搬型ファイバ」とは、光導波路としてＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの伝搬が許容された光ファイバの典型的な特性である。図４から明らかなように、ＬＰ１１モードの伝搬を許容することで、設計の自由度が大幅に広がり、有効コア断面積を拡大したときのマイクロベンド損失の増大を大幅に抑制することができる。

なお、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が２６０μｍ^２を超えると、マイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍを超える場合がある。そこで、ＬＰ０１モードの有効コア断面積は２６０μｍ^２以下が好ましい。

さらに、本発明者は、波長１５５０ｎｍにおける、ＬＰ１１モードの有効コア断面積とマイクロベンド損失との関係を調査した。図５は、波長１５５０ｎｍにおける、ＬＰ１１モードの有効コア断面積とマイクロベンド損失との関係の例を示す図である。

本発明者の検討によると、波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ１１モードのマイクロベンド損失が７０ｄＢ／ｋｍを超えると、マクロベンド損失とマイクロベンド損失との相互作用によって光ファイバの伝送損失が急激に増大し、数十～数百ｍの長さでのＬＰ１１モードの伝送が実質的に困難になることが分かった。図５を参照すると、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が３２０μｍ^２以上では、マイクロベンド損失が７０ｄＢ／ｋｍを超える。したがって、実質的なシングルモード伝搬特性の実現のためには、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が３２０μｍ^２以上であることが好ましい。

以上のように、本実施の形態に係る光ファイバ１は、従来は実現不可能であると考えられてきた、波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードにおいて、１８０μｍ^２以上という極めて大きい有効コア断面積を実現可能である。また、波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの有効コア断面積が２６０μｍ^２以下であれば、１ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンド損失を実現できるのでより好ましい。また、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が３２０μｍ^２以上であれば、実質的なシングルモード伝搬特性を実現できるのでさらに好ましい。

また、光ファイバ１においては、波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ０１モードの伝送損失は、０．２０ｄＢ／ｋｍ以下が好ましく、０．１９ｄＢ以下がより好ましく、０．１８ｄＢ／ｋｍ以下がさらに好ましい。

また、光ファイバ１においては、波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ１１モードのマイクロベンド損失が、ＬＰ１１モードのマイクロベンド損失の１０倍以上であることが好ましく、５０倍以上であることがより好ましく、１００倍以上であることがさらに好ましい。これにより、ＬＰ０１モードを好適に伝搬しながら、ＬＰ１１モードを伝搬しにくくすることができる。

つぎに、本発明者は、上述した好ましい有効コア断面積を実現するための最適な構造パラメータ（プロファイルパラメータとも呼ばれる）に関して、体系的な検討を行った。その結果、有効コア断面積は、Δ１とΔ２との差である（Δ１－Δ２）に深い関係があることがわかった。なお、Δ２は、センタコアに隣接する領域の屈折率の、純石英ガラスに対する比屈折率差ということができるので、ステップ型の場合は、Δ２はΔｃｌａｄに置き換えて考えることができる。

図６は、様々な（Δ１－Δ２）に対する、波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの有効コア断面積とＬＰ１１モードの有効コア断面積との関係の例を示す図である。図６に示すデータ点は、様々な屈折率プロファイル（ステップ型、階段型、Ｗ型、トレンチ型）にて、それぞれ最適化を行った場合の有効コア断面積の値の平均値を示している。図６から、（Δ１－Δ２）が０．４５％以下でないと、ＬＰ１１モードの有効コア断面積を３２０μｍ^２以上にし難いことが分かる。たとえば、図６に示す（Δ１－Δ２）が０．５％の場合、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１８０μｍ^２以上とし、かつＬＰ１１モードの有効コア断面積を３２０μｍ^２以上とすることが困難であった。

以上のことから、ＬＰ１１モードの有効コア断面積を３２０μｍ^２以上にするためには、（Δ１－Δ２）が０．４５％以下であることが好ましく、０．４０％以下であることがより好ましい。

一方、図７は、波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ１１モードの有効コア断面積を２００μｍ^２に設定した場合の、（Δ１－Δ２）と、典型的なマイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。図７に示すように、有効コア断面積を固定した場合、（Δ１－Δ２）が小さくなるにつれてマイクロベンド損失が小さくなること、（Δ１－Δ２）が０．１３％を下回ると、１ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンド損失を実現することが困難であることが分かった。以上の観点から、（Δ１－Δ２）は０．１３％以上であることが好ましく、０．１５％以上であれば、より確実に低マイクロベンド損失が得られるのでより好ましい。さらには、センタコアのコア直径２ａは、１５μｍ以上２２μｍ以下であることが、波長１５５０ｎｍにおいてＬＰ０１モードの有効コア断面積を１８０μｍ^２以上としつつＬＰ１１モードの有効コア断面積を３２０μｍ^２以上とするために好ましいことが分かった。

また、本発明者の調査によれば、センタコアに隣接する領域の屈折率が、クラッド部１ｂの屈折率より高いと、マイクロベンド損失が大きくなる傾向があることが分かった。これは、センタコアに隣接する領域の屈折率が、クラッド部１ｂの屈折率より高いと、その領域にＬＰ０１モードの光のフィールドが広がって、マイクロベンド損失が増大する場合があるためであると考えられる。したがって、マイクロベンド損失の増大を抑制する観点からは、センタコアに隣接する領域の屈折率が、クラッド部の屈折率に対してあまり高くない方が好ましい。たとえば、コア部１ａにおいて、クラッド部１ｂよりも屈折率が高い部分がセンタコアのみであることが好ましい。

なお、上記実施形態においては、ＬＰ０２モードやＬＰ２１モードなどの、ＬＰ１１モードよりもさらに高次の伝搬モードが存在してもよい。ＬＰ１１モードの伝搬が実質的に抑制されていれば、さらに高次の伝搬モードも伝搬が抑制されるからである。ただし、モード間干渉の複雑化をより確実に回避するためには、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードのみが伝搬モードとして有る方がよい。

（実施例）
実施例の光ファイバとして、公知のＶＡＤ（Vapor Axial Deposition）法と線引き法とを用いて、サンプルＮｏ．０の光ファイバを製造した。屈折率プロファイルはステップ型として、構造パラメータはΔ１を０．３０％とし、コア直径２ａを１９μｍとした。

製造した光ファイバの光学特性を測定した。光学特性測定は、シフトインプット法を用いて行い、モード結合の影響を考慮して、長尺の測定に関しては複数回の測定の平均値を取った。また、マイクロベンド損失については、ＪＩＳ Ｃ６８２３：２０１０に規定される固定径ドラム法に類するサンドペーパー法を用いた。サンドペーパー法による測定方法は、番手が＃１０００のサンドペーパーを巻いた固定径ボビンに、１００ｇｆの張力で、５００ｍの長さの光ファイバを互いに重ならないように１層巻きに巻き付けた状態Ａにおける測定対象の光ファイバを伝送損失と、側圧が掛からない巻き束状態の状態Ｂの光ファイバの伝送損失との差をマイクロベンド損失の値として定義するものである。

光学特性測定の結果を表１に示す。なお、ＬＰ１１モードのマイクロベンド損失は測定できないほど大きかったので、表１ではシミュレーションによる計算値を示している。また、表１中、「Ａｅｆｆ」が有効コア断面積を意味し、「ＭＦＤ」はモードフィールド径を意味する。

表１に示すように、ＬＰ１１モードに関しては、波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが２００μｍ^２以上に拡大されながら、マイクロベンド損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以下の低い値に抑制されており、さらに伝送損失も０．１９ｄＢ／ｋｍ以下に抑制されていた。よって、ＬＰ１１モードが十分にリーキーであるので、ＬＰ０１モードが伝搬するときに、ＬＰ１１モードとの干渉による過剰な損失増加は発生していないことが分かった。一方、ＬＰ１１モードに関しては、計算上のマイクロベンド損失は７０．９ｄＢ／ｋｍであるが、実際には、マクロベンドやマイクロベンドによるフィールドの大きな変化とマイクロベンド損失との相乗効果があり、伝送損失は１０００ｄＢ／ｋｍ以上の大きな値であり、実質的に伝搬が不可能になることが分かった。そして、この光ファイバに光を入射して例えば１ｋｍ以上伝搬させた場合、光の出射端では、ＬＰ０１モードのみの伝搬が確認された。

さらに、他の実施例の光ファイバとして、公知のＶＡＤ法と線引き法とを用いて、サンプルＮｏ．１～１２の光ファイバを製造した。屈折率プロファイルは、Ｎｏ．１～９がステップ型であり、Ｎｏ．１０が階段型であり、Ｎｏ．１１がＷ型であり、Ｎｏ．１２がトレンチ型である。

構造パラメータと光学特性測定の結果を表２、表３に示す。なお、ＬＰ１１モードのマイクロベンド損失については、シミュレーションによる計算値を示している。また、伝送損失、マイクロベンド損失、有効コア断面積（Ａｅｆｆ）、モードフィールド径（ＭＦＤ）は、いずれも波長１５５０ｎｍでの値を示している。また、項目「コア」において、「Ｇｅ系」とは、センタコアがゲルマニウムを含む石英系ガラスからなり、クラッド部が純石英ガラスからなることを意味する。また、「シリカ系」とは、センタコアがゲルマニウムを含まない石英系ガラスからなり、クラッド部がフッ素を含む石英系ガラスからなることを意味する。「シリカ系」には、センタコアに、塩素、フッ素、カリウム、ナトリウムなどのドーパントが、ドーパントによる過剰な損失を生じない範囲でドープされているものも含まれている。

表２、表３に示すように、いずれの光ファイバにおいても、ＬＰ０１モードについては０．２０ｄＢ／ｋｍ以下の良好な伝送損失が得られている。これに対して、ＬＰ１１モードについては、７０ｄＢ／ｋｍ以上の大きなマイクロベンド損失の影響によって、伝送損失は８００ｄＢ／ｋｍ（０．８ｄＢ／ｍ）以上となっており、光が実質的に伝搬できない状態となっている。また、ＬＰ０１モードについては、有効コア断面積は１８０μｍ^２以上に拡大されているにも関わらず、マイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ以下の小さい値に抑制されているので、良好な伝送損失特性が得られている。なお、表２、表３では、ＬＰ１１モードのカットオフ波長が１５５０ｎｍ以上の光ファイバも存在するが、ＬＰ１１モードよりも高次の伝搬モードは、伝送損失がＬＰ１１モードの伝送損失よりもさらに大きいので、波長１５５０ｎｍでは伝搬が殆ど不可能な状態であった。また、これらの光ファイバは、ケーブル化や接続等の関連技術の実験に使用しても、特に問題は生じなかった。

なお、表２、表３において、Ｎｏ．６の光ファイバは、（Δ１－Δｃｌａｄ）が０．２０％であり、（Δ１－Δ２）が０．２０％であり、２ａが１５．０μｍであるが、ＬＰ１１モードのマイクロベンド損失が２９５．５ｄＢ／ｋｍと十分に大きいにも関わらず、ＬＰ０１モードのマイクロベンド損失が０．３２ｄＢ／ｋｍと低い値に抑制されており、特に好ましい例の一つである。また、Ｎｏ．１２の光ファイバは、（Δ１－Δ２）が０．２０％であり、（Δ３－Δｃｌａｄ）が－０．１５％であり、２ａが１５．０μｍであり、ｂ／ａが２．５であり、ｃ／ａが４．０であるが、ＬＰ１１モードのマイクロベンド損失が１９８．７ｄＢ／ｋｍと十分に大きいにも関わらず、ＬＰ０１モードのマイクロベンド損失が０．３４ｄＢ／ｋｍと低い値に抑制されており、特に好ましい例の一つである。

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。

１ ：光ファイバ
１ａ ：コア部
１ｂ ：クラッド部
１ｃ ：被覆層
１ｃａ ：プライマリ層
１ｃｂ ：セカンダリ層

Claims (7)

1. センタコアからなる、または、センタコアと該センタコアの外周を取り囲むコア層とからなる、コア部と、
   前記コア部の最大屈折率よりも屈折率が低く、前記コア部の外周を取り囲むクラッド部と、
   を備え、
   前記センタコアのコア直径２ａが１５μｍ以上２０．５μｍ以下であり、
   波長１５５０ｎｍにおいて、光導波路として許容された伝搬モードとして、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとを含み、
   波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１８０μｍ^２以上であり、波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が３２０μｍ ^２ 以上である
   光ファイバ。
2. 波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が２６０μｍ^２以下である
   請求項１に記載の光ファイバ。
3. 波長１５５０ｎｍにおいて、ＬＰ１１モードのマイクロベンド損失［ｄＢ／ｋｍ］が、ＬＰ０１モードのマイクロベンド損失［ｄＢ／ｋｍ］の１０倍以上である
   請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. 波長１５５０ｎｍにおいて、サンドペーパー法を用いて測定したＬＰ０１モードのマイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ以下である
   請求項１～３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
5. 前記センタコアの最大屈折率の純石英ガラスに対する比屈折率差をΔ１とし、前記センタコアに隣接する領域の屈折率の、純石英ガラスに対する比屈折率差をΔ２とすると、（Δ１－Δ２）は０．１３％以上０．４５％以下である
   請求項１～４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
6. （Δ１－Δ２）は０．１５％以上０．４０％以下である
   請求項５に記載の光ファイバ。
7. 前記コア部において、前記クラッド部よりも屈折率が高い部分が、前記センタコアのみである
   請求項１～６のいずれか一つに記載の光ファイバ。