JPH0271204A - 単一モード光伝導ファイバとその製造法 - Google Patents

単一モード光伝導ファイバとその製造法

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JPH0271204A
JPH0271204A JP1092805A JP9280589A JPH0271204A JP H0271204 A JPH0271204 A JP H0271204A JP 1092805 A JP1092805 A JP 1092805A JP 9280589 A JP9280589 A JP 9280589A JP H0271204 A JPH0271204 A JP H0271204A
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Ulrich Fotheringham
ウルリッヒ　フォーテリングハム
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、屈折率分布形状ｎ　（ｒ）を有する単一モー
ド光伝導ファイバに関するものであり、ここで、ｎはフ
ァイバ軸の距離ににおけるファイバ材料の屈折率を意味
し、また、屈折率分布形状はファイバを主に構成するマ
トリックス祠料に少なくとも１種類の添加物質を添加し
て屈折率の異なるいくつかの層を形成することによって
調整される。また本発明は、当該単一モード光伝導ファ
イバの製造法にも関するものである。
（従来の技術及びその問題点） ＤＥ−Ｏ８３２３２１９４により、色の分散に関してフ
ァイバが、特に３つの条件、即ち２つの予め選択した波
長および１つの予め与えられた極大値においてゼロ位置
であること、を満すように設計した屈折率分布形状を持
つ単一モードファイバが知られている。その屈折率分布
形状は、３つの層で構成されており、Ｗ字形の推移を示
す。
しかしこの屈折率分布形状は、添加物質の量に関しては
最適化されていない。
本発明の目的は、予め与えられた特性に対して、できる
だけ少量の添加物質で足りる単一モード光伝導ファイバ
を提供することである。また、そのような光伝導ファイ
バの製造法を提供することも本発明の目的である。
（課題を解決するための手段） この目的を達成するための本発明は次のように特定され
る。
（１）ｎがファイバの軸からの距離ににおけるファイバ
材料の屈折率を表し、また、屈折率分布形状かファイバ
を主に構成するマトリッスク材料に少なくとも１種類の
添加物質を添加して屈折率の異なるいくつかの層をつく
ることによって調整される屈折率分布形状ｎ　（ｒ）を
有する単一モード光伝導ファイバにおいて、 屈折率分布形状ｎ　（ｒ）が、少なくとも色分散および
／または視野直径および／または減衰および／またはオ
ーバーモードカットオフの予め与えられた値に対して、
望ましい特性として調整されていること、 厚さΔｒの層の数ｍが、望ましい特性の数よりも明らか
に大きいこと、 各層の屈折率が、望ましい特性を維持しながら、少なく
とも近似的に、条件 ■ （ここで、ｎ　はマトリックス材料の屈折率であり、ま
た、ｒ　、＝ｉ・Δｒである。）を満たすだけの添加物
質を、各層がちょうど含んでいることを特徴とする単一
モード光伝導ファイバ。
（２）７トリツクス材料がガラスあるいは石英ガラスで
あることを特徴とする請求項（１）に記載の単一モード
光伝導ファイバ。
（３）層の数ｍが１００より大きいことを特徴とする請
求項（１）および（２）に記載の単一モード光伝導ファ
イバ。
（４）層の数ｍが３００と５００の間にあることを特徴
とする請求項（３）に記載の単一モード光伝導ファイバ
。
（５）添加物質として、屈折率を太き（する添加物質と
屈折率を小さくする添加物質とがあることを特徴とする
請求項（１）ないしく４）のいずれか１つに記載の単一
モード光伝導ファイバ。
（６）添加物質として、フッ素とゲルマニウムがあるこ
とを特徴とする請求項（１）ないしく５）のいずれか１
つに記載の単一モード光伝導ファイバ。
（７）望ましい特性として、色分散が光の波長に応じて
平らな経過を示すことを特徴とする請求項（１）ないし
く６）のいずれか１つに記載の単一モード光伝導ファイ
バ。
（８）色分散が、光波長１，３００および１，５５０ｎ
ｍにおいてゼロ位置（Ｎｕｌｌｓｔｅｌ　ｆｅｎ）を有
し、またその両波長の中央において３ｐｓ（ｎＩＩｌ−
ｋｍ）の極大を有することを特徴とする請求項（７）に
記載の単一モード光伝導ファイバ。
（９）望ましい特性として、１２５０ｎｍにおいて第１
のオーバーモードとして採用されるＬＰ、、モードの減
衰が少なくとも１ｄＢ／ｍになることを特徴とする請求
項（１）ないしく８）のいずれか１つに記載の単一モー
ド光伝導ファイバ。
（１０）望ましい特性として、１，６００ｎｍにおける
基本モード（Ｌ　Ｐ　ｏｌ）の減衰がせいぜい１０−６
ｄＢ／ｋｍにすぎないことを特徴とする請求項（１）な
いしく９）のいずれか１つに記載の単一モード光伝導フ
ァイバ。
（１１）望ましい特性として、視野直径が１，３００ｎ
ｍにおいて大きいことを特徴とする請求項（１）ないし
く１０）のいずれか１つに記載の単一モードの光伝導フ
ァイバ。
（１２）望ましい特性として、屈折率が最低値を下回ら
ないことを特徴とする請求項（１）ないしく１１）のい
ずれか１つに記載の単一モード光伝導ファイバ。
（１３）屈折率が比較的大きなコア帯域（１）およびそ
の外側に続いて、強くはっきりと現われた第１の極小（
２）と、ほぼコア帯域の屈折率範囲にまで達している、
はっきりと現われた第１の極大（４）、弱い第２の極小
（５）そして未添加のマトリックス材料の水準にある圏
外域（６）を示す屈折率分布形状を有する請求項（１）
ないし（１２）のいずれか１つに記載の単一モード光伝
導ファイバにおいて、コア帯域（１）の外縁部に、色分
散の望ましい隆起に対応して１，３００ｎｍにおいてゼ
ロになる第２の極大（７）があること、および第１の極
大（４）と第２の極小（５）の間にいくつかの変曲点（
８，９，１０）があることを特徴とする単一モード光伝
導ファイバ。
（１４）第１の極大（４）と第２の極小（５）の間に、
未添加のマトリックス材料の水準にある段階が存在する
ことを特徴とする請求項（１３）に記載の単一モード光
伝導ファイバ。
（１５）圏外域（６）に第３の極大（１１）があること
を特徴とする請求項（１３）あるいは（１４）に記載の
単一モード光伝導ファイバ。
（１６）ファイバを主に構成するマトリックス材料に少
なくとも１種類の添加物質を添加して屈折率を調整する
ことにより、屈折率を層状に変化させてファイバを形成
するようにした単一モード光伝導ファイバの製造法にお
いて、 屈折率ｎ　（ｒ）が、少なくとも色分散および／または
視野直径および／または減衰および／またはオーバーモ
ードカットオフの予め与えられた値に対して、望ましい
特性として調整されていること、 厚さΔｒの層の数ｍが、望ましい特性の数と比べて太き
（なるように選択されていること、各層の屈折率が、望
ましい特性を維持しながら、少なくとも近似的に、条件 ■ （ここで、ｎ　はマトリックス材料の屈折率であり、ま
た、ｒ　、＝ｉ・Δｒである。）■ を満たすだけの添加物質を、各層が含んでいることを特
徴とする単一モード光伝導ファイバの製造法。
（１７）１００を越える層が選択されることを特徴とす
る請求項（１６）に記載の方法。
（１８）約３００から５００の層が選択されることを特
徴とする請求項（１７）に記載の方法。
（作用） 本発明に関する単一モード光伝導ファイバの特徴は、屈
折率分布形状ｎ　（ｒ）が、少なくとも色分散および／
または視野直径および／または減衰および／またはオー
バーモードカットオフの予め与えられた値に対して、望
ましい特性として調整され、また、厚さΔｒの層の数ｍ
が望ましい特性の数よりも明らかに大きく、さらに、各
層の屈折率が、望ましい特性を維持しながら、少なくと
も近似的に、条件 ■ （ここで、ｎ　はマトリックス材料の屈折率であり、ま
た、ｒ　、＝ｉ・Δｒである。）を満たすだけの添加物
質を、各層がちょうど含んでいることである。
本発明に関する条件を満たすということは、添加物質の
量を最小限度に抑え、それによって製造費用を低減する
ことである。というのは、添加物質の通常の濃度では、
未添加の材料に対して生じる屈折率の差は、その添加物
質の濃度に本質的に比例するためである。このことは、
通常の添加物質においても、たとえ多くの異なった添加
物質があって、特に１つが屈折率を高くし、１つが屈折
率を低くするような場合にも、少なくとも近似的にあて
はまる。このような情況下では、２つの添加物質の屈折
率を変化させる効果が本質的に相対して等しい場合に、
本発明に関する条件を満たすことが、添加物質の量をで
きるだけ少なくすることに、特に適している。これは特
に、よく用いられる添加物質フッ素（屈折率を下げるた
め）およびゲルマニウム（屈折率を」二げるため）にあ
てはまる。屈折率の変化とマトリックス材料１モルあた
りの投入粒子数との間の比例性ファクターは、フッ素と
ゲルマニウムに関してはほとんど一致する。
最新の製造法では、ファイバは屈折率を層状に変化させ
て形成される。望ましい特性の数が多くても、不必要に
大きな屈折率の飛躍なしに、またマトリックス材料の屈
折率から過度にそれることなしに、本発明に関する条件
を満たすことは、望ましい特性の数と比べて層の数が大
きくなるように選ぶことによって可能である。これは例
えば、よく知られたプラズマ製造法で可能であり、そこ
では、可能な層の数およびそれにより、本発明に関する
ファイバの設計に使用できる自由度の数が約１，０００
　（ＰＣＶＤ法）あるいは１．０００゜０００　（ＰＩ
ＣＶＤ法）までにさえ増加している。
他方で、必要な屈折率分布形状の算出をあまり難しくし
過ぎないために、計算に入れる層の数を多くし過ぎない
ように選ぶ。一般に、製造時に１００を越える層を選ぶ
とすれば、特に約３００から５００の層で十分である。
光伝導ファイバの望ましい特性として、特に次のような
特性が問題になる。
ａ）色分散は、光波長１，３００および１，５５０ｎｍ
（通常のＣＶＤガラス祠料ではそこに吸収極小があるた
め、これらは優先的な使用波長である）のあたりにゼロ
位置を有し、また、その両波長の中央に３　ｐ　ｓ　／
　（ｎｍ−ｋｍ）の極大を有する。つまりこれは、国際
的な推奨室に相当するような、平らな分散推移である。
ｂ）１，２５０ｎｍにおいて第１のオーバーモードとし
て採用されるＬＰｌ、モードの減衰は、少なくとも］、
ｄＢ／ｍになる。これは、この波長からファイバを効率
的に単一モードで使用できるようにするのに役立つ。
ｃ）ｌ、６００ｎｍにおける基本モードの減衰は、せい
ぜい１０−６ｄＢ／ｋｍにすぎない。これは、ファイバ
の曲がりによる減衰増大に対して、なお十分な余地を残
している。
ｄ）１，３００ｎｍにおける視野直径はできるだけ大き
く、例えば６．８μｍになる。これにより端末接続が容
易になる。
ｅ）屈折率は、予め与えられた最小値を下回ってはいけ
ない。
本発明に関するファイバは、多層ファイバであり、半径
に沿って、ほぼ三角形になった屈折率水準の隆起と落込
みがあり、かつその間に平らな帯域がある特徴的な連続
分布を示し、その際、よく知られた粗構造、即ち、屈折
率が比較的大きなコアに続く第１の、強くはっきりと現
われた屈折率極小、これに続くはっきりと現われた第１
の屈折率極大、弱い第２の極小および圏外域が再び現れ
る（ＥＰ−Ｏ８０２２４２８２）。本発明では、コアの
外縁部に第２の極大があり、これが、よく知られたファ
イバでは好ましくない大きな負の値を持つ約１．３００
ｎｍにおける色分散を特にゼロにまで高めることを可能
にしている。さらに、第１の極大と第２の極小との間に
いくつかの変曲点がある。これにより、屈折率を第１の
極大から第２の極小へ経済的に下げることができる。こ
れは、第１の極大と第２の極小との間に未添加のマ）・
リックス祠料、特にＳｉＯ２、の水準にある段階が存在
する場合に、特に適している。
さらに、屈折率が主に未添加の７トリツクス祠料の水準
にある圏外域に第３の極大があると、さらに適している
。これは、ＬＰ、、光子がコアからさらに外にある材料
へ行くトンネル確率を高め、それによってオーバーモー
ドカットオフの有利な影響、即ちオーバーモード減衰の
増加を引き起こす。この第３の極大は、減衰と分散に関
して基本モードをそれ以上妨害しない位、外側にある。
本発明に関するファイバの屈折率分布形状は、わずかの
労力で計算により求めることができる。
以下に、そのような計算の、特に簡単な方法について詳
しく説明する。
例えば分散、減衰、視野直径およびオーバーモードカッ
トオフに関して、与えられた一組の１望ましい特性に対
して、本発明に関する条件は数学的に次のように表わさ
れる：関数 ■ ｒ　・−１・Δｒ（１） ■ の極小を求めるのであるが、その際、１望ましい特性が
、副次的条件として、屈折率ｎ（ｒ、）ｎ　の空間Ｒｍ
　における許容範囲を決定する。
即ち、このようにして、見かけ上連続的な形状、例えは
数百の等間隔層を処理することができるのである。この
合計は、数学的に見て、次のような積分の近似を与える
： ここでＲ２はファイバの半径である。
例として、直径２・Ｒ２＝１２５μｍのファイバに対し
て、次のような代表的な特性が考えられよう二色分散に
関しては、ゼロ位置が１，３００ｎｍと１，５００ｎｍ
にあり、またその両波長の中央には３　ｐＳ　（ｎｍ−
ｋｍ）の極大がある。第１のオーバーモードとして採用
した１、２５０ｎｍにおけるＬＰ、、モードの減衰は、
ファイバをこの波長から効果的に単一モードで使用でき
るようにするためには、１ｄＢ／ｍでなければならない
。基本モード（ＬＰ０１）に対しては、１，６００ｎｍ
で１０−６の減衰でなけれはならず、これならファイバ
の曲りによる減衰増加に対しても、まだ十分な余地を残
している。望ましい視野直径は、１，３００ｎｍで６．
８μｍである。
本発明による屈折率分布形状を持った付属コアイバの計
算は、２段階で行なわれる。まず、わずかに丸めたステ
ップインデックス形状から出発し、ニュートン−タイプ
法により、許容範囲の要素を捜す、即ち、最小化条件ま
で望ましい特性が生じる屈折率分布形状である。続いて
、投影勾配法により、極小が得られるのである。
１−泥分式（１）で示される合計ノルム（３ｕＨｃｎｎ
。
ｒｍ）は、Ｒｍ全体にわたって凸状である。そのため、
「好ましい」副次的条件下での局部的な極小は、同時に
全体の極小でもある（凸状最適化）。
凸状最適化があると、構造の異なる出発形状を基礎に置
いても、上記の極小はそれによって影響されない。
以下に、ニュートン−タイプ法を説明する。
伝導度の弱いファイバにおける解決策を期待してもよい
ので、以下、スカラー波動方程式と一層極性化モードで
計算する。
前述のように、コアとクラッドに関して簡単なステップ
インデックス形状から出発する。その際、クラッドは純
粋な石英ガラス（Ｓｉ０２）でてきていでもよい。この
屈折率分布形状は、他と同じく、個々の層の屈折率で組
み立てられたベクトルｎにより示される。ニュートン法
に応じて、局部的に１（一般に非線形）副次的条件を線
形化する。
Ｃ（Ｒ２）　ｚＣ・（ｎ＋　） Ｊ　　　　　　　　　　　　Ｊ ＋ずＣ，（心−箱）（３〉 ｊ−１，・・・、Ω 位置ｎ１における副次的条件を評価すると、成分 ｂ　、＝Ｃ、（ｎ＋　　）　　−Ｃ、（４）Ｊ　　　　
　　Ｊ　　　　　　　　　　　　ＪＯＣｏ　：望ましい
特性の目標値 Ｏ を待った剰余ベクトルが得られる。
さらに、その列の中に副次的条件の勾配を含むマトリッ
クスＭを導入し、それによってベクトルΔｎ＝ｎ２−０
１に対する条件を形成する：ＭΦΔｎ　＝　−ｂ　　　
　　　　　　　　　　（５）同時に、Δには、Ｌ２ノル
ムに関して最小でなければならない。したがって、ｌに
より、ラグランジェの未定乗数を含むベクトル ２・へイ十Ｍ　”　７＝　０　　　　　　　　　　（６
）として有効である。
この方程式にＭを乗じて計算すると α−（ＭＭｌ）’２υ　　　　　　　（７）となり、こ
れはハウ上ホルダー法により計算される。これによって
、 Δｎ−−Ｍ”　（ＭＭ”　　）−’茗　　　　（８）が
得られる。
一般に、このような反復段階を少し経た後で、許容範囲
に達する。
このニュートン−タイプ法に関しては、屈折率分布形状
からの物理的特性の計算が必要であり、さらに、個々の
層の屈折率による、これらの特性を具体化する数学的関
数を導く計算が必要である。
１）色の分散は、群走行時間の数量的微分により計算さ
れるが、そこでは、例えばＵ、Ｐｏｔｈｅｒｉｎｇｈａ
ｍ、Ｄ、Ｋｒａｕｓｅ、Ｒ，Ｋｕｎｓｔｍａｎｎ、　ｒ
単一モードファイバの有効カットオフ波長を決定するた
の計算Ｊ、ＪＯｐｔ、Ｃｏｍｍｕｎ、８，４．ｐｐ、１
４３−１４７．１９８７、およびＡ、Ｗ、５ｎｙｄｅｒ
、　Ｊ、ｄ、Ｌｏｖｅ。
「光導波管理論」、ロンドン、ニューヨーク：Ｃｈａｐ
ｍａｎ　ａｎｄ　Ｈａｌｌ、　　１９８３により、モー
ド視野とモード拡大定数を数量的に求める。
色分散の勾配を計算する際、ｙｌ　−１−ｎ十Δｎに移
行する場合に縦方向の拡大定数βに対して生じる最初の
順序の妨害補正から出発する。
積分の形では となる。
色の分散に関しては が有効である。
すなわち、シュワルツの定理により その際、屈折率分布形状の変化Δｎ（ｒ）は、波長とは
無関係と仮定されるが、各波長に対して添加物質の濃度
分布形状から新しく計算される出口屈折率分布形状では
ない。濃度分布形状の方は、各反復段階において新しく
計算される。従って、勾配に対して： ここで、ｎ（ｒｋ）をｎｋと表した。
２）ＬＰＯＬおよびＬＰよ、モードの減衰は、既に述べ
たＰｏｔｈｅｒｉｎｇｈａｍ　　らの研究により計算さ
れる。
そこでは、長さあたりの損失が、 視野計算から得ている。Ｒｏはイネルカウスチイク（ｉ
ｎｎｅｒｅ　Ｋａｕｓｔｉｋ）を表わし、Ｋ　、　は、
フｒ、　　１ｎｆ アイバを取り囲む媒体の端数の半径成分を表す。
この減衰表現の本質的なスペクトル依存性は、振幅平方
の割合に含まれている。そのため、勾配形成では、Ｒｏ
とＲ１ならびにβは近似的に一定と見なされるので、個
々の屈折率により、位置Ｒにおける視野を導き出すこと
だけが必要となる。
これを達成するには、スカラー波動方程式を微分し、そ
れによって、視野関数を導き出すための不均一微分方程
式を得る。
で与えられるが、その際、ＷＫＢ法（例えば、ＩＩ。
Ｇ、Ｕｎｇｃｒ、「光通信技術」、１部、ハイデルベル
グ（１９８４）９２参照）で計算した、ファイバ半径Ｒ
２における半径を重視した視野振幅の平方の、有効コア
半径Ｒ１におけるそれに対する比を数量的なここで、Ｌ
Ｐｏｌのときν＝Ｏ ＬＰ１１のときシー１ 生じたすべての微分商は、差分面と理解される。
それを解くためには、定数変化の方法を用いる。
というのは、これによって、計算の利点を利用すること
により、すべてのｍ次導関数を一度に得ることができる
からである。
減衰計算は、基本モード（上記Ｃ）参照）の決定および
オーバーモード減衰（オーバーモードカットオフ、」二
記ｂ）参照）の決定に役立つ。
３）モード視野直径Ｗｏに対しては、ここでは１／ｅ定
義を用いる、即ち、Ｅ　（ＷＯ）　／　Ｅ　（０）＝　
１　／　ｅにあてはまる。屈折率ｎｋの変化により、Ｗ
ｏはＷ○＋ΔＷｏに移行し、第１近似で、が計算される
。
次に、今度は、投影勾配法を使った極小の求め方を述べ
る。
提案された形の、最小にすべき関数 ΣＩｎ（ｒ、）　−ｎ　　ｌ−ｒ、・△ｒ　　　　（１
７）は、ｎ　（ｒｉ　−ｎ　　に対して部分的にｎ（ｒ
、）により微分できないので、次にように改める：Σ　
ｌ　　ｎ（ｒ、）　−ｎ　　　　ｌ　　・ｒ−・　　△
　ｒｅ（ｙ、　２−１）ｙ−＝　　（ｎ（ｒｉ　）　　
−ｎｏ　）／ｎ　　Ｘ　　　　　　　　（１８）ｎＸは
任意の「小さな」屈折率限界を示す（およそｎ　　　−
０，０００１）。そのように定義した関数は、Ｒｍ　全
体で一定であり、微分できる。
それから、負に投影された勾配 （Ｉ　−Ｍ　　　（ＭＭｌ）”Ｍ）ｇ ｇ：勾配　Ｉ：単位行列 の方向に沿って、修正した合計ノルムを探しくこれには
「黄金分割」のアルゴリズムを使う）、歩後退して許容
範囲に入ることにより、一種の予見／修正法を行なう。
この方法は、投影された勾配のし２ノルムが非投影勾配
のそれよりもはるかに小さくなった（即ち、適当な任意
の限界、約０゜１より小さい）場合には打ち切られる。
以下に、添付した図により、この方法の経過を説明する
。
第１図は、異なった波長におけるファイバの色分散の望
ましい値（印をつけたもの（参照））ならびにそれと一
致する、実際に得られた分散曲線の望ましい経過を示す
。
第２図は、計算の基になる出発形状である。
第３図は、計算の第１段階により、許容屈折率範囲（望
ましい特性が得られる屈折率の範囲）の方向に現われる
屈折率分布形状を示す。
第４図は、その後の計算段階により得られる、許容範囲
屈折率範囲内にある、最初の屈折率分布形状を示す。
第５図および第６図は、最小方向における投影勾配に沿
って、いくつか（例えば５）の、ないし多く　（例えば
１５）の近似段階による屈折率分布形状を示す。
第７図は、最終的に算出された屈折率分布形状を示す。
第８図は、さらに修正した屈折率分布形状を示す。
第１図に示す曲線は、第５図分布形状に関連する。１／
］−〇μｍ間隔の屈折率は、半径ゼロから半径３５μｍ
まで変化したことがわかる。第７図により、多層ファイ
バの屈折率分布形状が得られる。この分布形状は、半径
に沿って、屈折率水準がほぼ三角形をした隆起と落込み
があり、その間に平らな帯域がある特徴的な推移を示し
ており、そこでは、よく知られた粗構造、つまり屈折率
が比較的大きなコア１に続く第１の、強くはっきりと現
われた屈折率極小２、それに続く突出した第１の屈折率
極大４、弱い第２の極小５および圏外域６が再び現れて
いる（ＥＰ−Ｏ８０２２４２８２）。
よく知られた屈折率分布、例えはすでに述べたＥＰ−Ｏ
８０２２４２８２によるものと比較すると、本質的な変
化がある。
即ち、簡単なファイバ、つまり屈折率分布形状でただ１
つの段階を有するようなファイバでは、色分散のただ１
つのゼロ位置が１，３００ｎｍのさらに下に位置するこ
とがある。よく知られたＴＣ（３市クラツド）やＱＣ（
４重クラッド）構造では、追加の屈折率段階により、色
分散の経過が長波域で下方に曲げられるので、色分散の
２つのゼロ位置が得られることになり、その際、第１の
ゼロ位置が、簡単なファイバに比べて、１．３００ｆｌ
ｌｎより上の値に移行している。この第１のゼロ位置を
１，３００ｎｍのところにしたい場合は、１゜３００ｎ
ｍにおける色分散をゼロに持ち上げなければならない。
このことは、本発明に関するファイバで達成され、しか
もそれは、コア１の外縁部に屈折率の第２の極大７があ
り、その第２の極大７が急傾斜の下降部３を通って第１
の極小２に接続していることによるのである。コア内で
は、屈折率が凹曲線で、第２の極大７に上昇している。
さらに、第４図における第１の屈折率極大４から第２の
屈折率極小５への降下を、段階的に行ない、その際、１
つの段階をマトリックス材料の水準に保持すれは、徐々
に降下させることができる。従って、そこでは、いくつ
かの変曲点、例えば８．９．１０があることになる。
第７図に示すように、第１の屈折率極小２は比較的深い
所にある。これは技術」二の困難をもたらすことがある
。そのため、計算過程に、望ましい特性として、下回っ
てはならない屈折率の最小値を導入するのが、はとんど
の場合適している。これは、上にあげた基準に、「罰則
」関数の形で下方屈折率限界を導入することにより、計
算中で考慮することができる。この計算の結果、圏外域
６に第３の屈折率極大１１を持つ本来の屈折率分布形状
が得られる。このような屈折率分布形状を第８図に示す
。この第３の極大１１は、ＬＰｌ、光子がコア帯域から
ファイバー取り巻く祠料へ行くトンネル確率を高め、そ
れによってオーバーモードカットオフに有利な影響を与
える。即ちオーバーモード減衰を高めることになる。
このように、通常、有効オーバーモードカットオフが１
，３００ｎｍを越えて上方へ移動するように広いコア構
造を必要とする視野直径が可能となる。第３の極大１１
は、基本モード（即ち、その減衰と分散）をこれ以上妨
害しない位、外側にある。この第３の極大は、計算過程
においても、第４図かられかるように、屈折率最低値を
決定するまでもなく、すでに早期に現れている。しかし
、この極大は、途中で投影された勾配に沿って再び消失
している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、異なった波長におけるファイバの色分散の望
ましい値ならびにそれと一致する、実際に得られた分散
曲線の望ましい経過を示す。 第２図は、計算の基になる出発形状である。 第３図は、計算の第１段階により、許容屈折率範囲の方
向に現われる屈折率分布形状を示す。 第４図は、その後の計算段階により得られる、許容範囲
屈折率範囲内にある、最初の屈折率分布形状を示す。 第５図および第６図は、最小方向における投影勾配に沿
って、いくつかの、ないし多くの近似段階による屈折率
分布形状を示す。 第７図は、最終的に算出された屈折率分布形状を示す。 第８図は、さらに修正した屈折率分布形状を示す。 １・・・コア、２・・・第１の極小、４・・・第１の極
大、５・・・第２の極小、６・・・圏外域、７・・・第
２の極大、８．９．１０・・・変曲点、１１・・・第３
の極大。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ｎがファイバの軸からの距離ににおけるファイバ
    材料の屈折率を表し、また、屈折率分布形状がファイバ
    を主に構成するマトリッスク材料に少なくとも１種類の
    添加物質を添加して屈折率の異なるいくつかの層をつく
    ることによって調整される屈折率分布形状ｎ（ｒ）を有
    する単一モード光伝導ファイバにおいて、 屈折率分布形状ｎ（ｒ）が、少なくとも色分散および／
    または視野直径（Ｆｅｌｄｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒｓ）
    および／または減衰および／またはオーバーモードカッ
    トオフ（Ｏｂｅｒｍｏｄｅｎｃｕｔｏｆｆｓ）の予め与
    えられた値に対して、望ましい特性として調整されてい
    ること、 厚さΔｒの層の数ｍが、望ましい特性の数よりも明らか
    に大きいこと、 各層の屈折率が、望ましい特性を維持しながら、少なく
    とも近似的に、条件 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ここで、ｎ＿ｏはマトリックス材料の屈折率であり、
    また、ｒ＿ｉ＝ｉ・Δｒである。）を満たすだけの添加
    物質を、各層がちょうど含んでいることを特徴とする単
    一モード光伝導ファイバ。
  2. （２）マトリックス材料がガラスあるいは石英ガラスで
    あることを特徴とする請求項（１）に記載の単一モード
    光伝導ファイバ。
  3. （３）層の数ｍが１００より大きいことを特徴とする請
    求項（１）および（２）に記載の単一モード光伝導ファ
    イバ。
  4. （４）層の数ｍが３００と５００の間にあることを特徴
    とする請求項（３）に記載の単一モード光伝導ファイバ
    。
  5. （５）添加物質として、屈折率を大きくする添加物質と
    屈折率を小さくする添加物質とがあることを特徴とする
    請求項（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の単一
    モード光伝導ファイバ。
  6. （６）添加物質として、フッ素とゲルマニウムがあるこ
    とを特徴とする請求項（１）ないし（５）のいずれか１
    つに記載の単一モード光伝導ファイバ。
  7. （７）望ましい特性として、色分散が光の波長に応じて
    平らな経過を示すことを特徴とする請求項（１）ないし
    （６）のいずれか１つに記載の単一モード光伝導ファイ
    バ。
  8. （８）色分散が、光波長１，３００および１，５５０ｎ
    ｍにおいてゼロ位置（Ｎｕｌｌｓｔｅｌｌｅｎ）を有し
    、またその両波長の中央において３ｐｓ（ｎｍ・ｋｍ）
    の極大を有することを特徴とする請求項（７）に記載の
    単一モード光伝導ファイバ。
  9. （９）望ましい特性として、１２５０ｎｍにおいて第１
    のオーバーモードとして採用されるＬＰ＿１＿１モード
    の減衰が少なくとも１ｄＢ／ｍになることを特徴とする
    請求項（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の単一
    モード光伝導ファイバ。
  10. （１０）望ましい特性として、１，６００ｎｍにおける
    基本モード（ＬＰ＿０＿１）の減衰がせいぜい１０＾−
    ＾６ｄＢ／ｋｍにすぎないことを特徴とする請求項（１
    ）ないし（９）のいずれか１つに記載の単一モード光伝
    導ファイバ。
  11. （１１）望ましい特性として、視野直径が１，３００ｎ
    ｍにおいて大きいことを特徴とする請求項（１）ないし
    （１０）のいずれか１つに記載の単一モードの光伝導フ
    ァイバ。
  12. （１２）望ましい特性として、屈折率が最低値を下回ら
    ないことを特徴とする請求項（１）ないし（１１）のい
    ずれか１つに記載の単一モード光伝導ファイバ。
  13. （１３）屈折率が比較的大きなコア帯域（１）およびそ
    の外側に続いて、強くはっきりと現われた第１の極小（
    ２）と、ほぼコア帯域の屈折率範囲にまで達している、
    はっきりと現われた第１の極大（４）、弱い第２の極小
    （５）そして未添加のマトリックス材料の水準にある圏
    外域（６）を示す屈折率分布形状を有する請求項（１）
    ないし（１２）のいずれか１つに記載の単一モード光伝
    導ファイバにおいて、コア帯域（１）の外縁部に、色分
    散の望ましい隆起に対応して１，３００ｎｍにおいてゼ
    ロになる第２の極大（７）があること、および第１の極
    大（４）と第２の極小（５）の間にいくつかの変曲点（
    ８、９、１０）があることを特徴とする単一モード光伝
    導ファイバ。
  14. （１４）第１の極大（４）と第２の極小（５）の間に、
    未添加のマトリックス材料の水準にある段階が存在する
    ことを特徴とする請求項（１３）に記載の単一モード光
    伝導ファイバ。
  15. （１５）圏外域（６）に第３の極大（１１）があること
    を特徴とする請求項（１３）あるいは（１４）に記載の
    単一モード光伝導ファイバ。
  16. （１６）ファイバを主に構成するマトリックス材料に少
    なくとも１種類の添加物質を添加して屈折率を調整する
    ことにより、屈折率を層状に変化させてファイバを形成
    するようにした単一モード光伝導ファイバの製造法にお
    いて、 屈折率ｎ（ｒ）が、少なくとも色分散および／または視
    野直径および／または減衰および／またはオーバーモー
    ドカットオフの予め与えられた値に対して、望ましい特
    性として調整されていること、 厚さΔｒの層の数ｍが、望ましい特性の数と比べて大き
    くなるように選択されていること、各層の屈折率が、望
    ましい特性を維持しながら、少なくとも近似的に、条件 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ここで、ｎ＿ｏはマトリックス材料の屈折率であり、
    また、ｒ＿ｉ＝ｉ・Δｒである。） を満たすだけの添加物質を、各層が含んでいることを特
    徴とする単一モード光伝導ファイバの製造法。
  17. （１７）１００を越える層が選択されることを特徴とす
    る請求項（１６）に記載の方法。（１８）約３００から
    ５００の層が選択されることを特徴とする請求項（１７
    ）に記載の方法。
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