JPH0743694U - 単一モード光導波路ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 広い波長帯域において低い分散特性を有しか
つ従来の光導波路ファイバにおける制約を伴わわない単
一モード光導波路ファイバを提供する。 【構成】 コアは、最大屈折率ｎ₁ を有し、屈折率が半
径の増大にともなって減少するように構成された透明な
材料からなる第１のコア領域24と、第１のコア領域24を
取り囲み、最大屈折率ｎ₃ を有する第２のコア領域30
と、第２のコア領域30を取り囲む第３のコア領域24とを
備え、屈折率ｎ₁ 、ｎ₂ およびｎ₃ について、０．１＜
（ｎ₁ −ｎ₂)／（ｎ₁ −ｎ₃)＜約２が成立する。また、
第１および第２のコア領域の屈折率分布が、１４００nm
より大きな波長で比較的大きな導波路分散を有するよう
に構成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光エネルギを単一モードで伝送するための光導波路ファイバに関する 。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】

単一モード光導波路ファイバは、波長１３００nmおよび１５５０nmにおける伝 送損失がそれぞれ０．５dB／Kmおよび０．２dB／Kmになるまでに発達してきた。 これら光導波路ファイバの低損失特性および広帯域幅特性は一般に単一モードフ ァイバによって得られるが故に、これらの光導波路ファイバは有能な長距離伝送 線として魅力的なものである。しかしながら、これら光導波路ファイバのきわめ て広帯域な特性は、ＨＥ₁₁モードの全分散Ｄ_t が動作波長においてゼロかまたは できうる限りゼロに近くなるように理想的に設計された場合のみ達成しうる。 単一モード導波路における全分散は材料分散Ｄ_m および導波路分散Ｄ_w によっ て支配される。与えられたファイバ組成における材料分散は波長の関数として変 化する。例えばシリカを高度に含有するファイバにおける波長対材料分散曲線は 、１２８０nmの波長において分散ゼロの点を通る。単一モードファイバは、材料 分散曲線が分散ゼロの点を通る波長より高いいかなる周波数範囲においても、全 分散がゼロを示すように設計しうる。これは導波分散を、低ファイバ損失および ／または光源の利用度という点から選択されたある特定の周波数における材料分 散に釣合うようにし向けることにより達成しうる。コアの半径ａ、コアの屈折率 分布またはコア・クラッド間の相対屈折率差△を変えることにより導波路分散を そのようにし向けることができる。ここで△は、ｎ₁ をコアの最大屈折率、ｎ₂ をクラッド層の屈折率とするとき、△＝（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）／２ｎ₁ ²として定義され る。ゼロ分散の波長を求める技法は、ザ ベルシステム テクニカル ジャーナ ル(The Bell System Technical Journal) 第６０巻、５号、１９８１年５−６月 号、５８３ないし５９８頁に記載されたユー・シー・ペイク(U.C.Peak)ほかによ る「α乗分布を有する無分散単一モード光導波路」(Dispersionless Single-Mod e Light Guides With α Index Profiles)と題する論文およびエレクトロニク ス レターズ (Electronics Letters)、第１５巻、１２号、１９７９年６月７日 、１３４頁ないし１３５頁に記載されたエル・ジー・コーエン(L.G.Cohen) ほか による「単一モードファイバのゼロ色分散を１．５ないし１．６μｍの低損失ス ペクトル範囲内に入れこむ方法」(Tailoring Zero Chromatic Dispersion Into The 1.5-1.6 μm Low-Loss Spectral Region of Single-Mode Fibers) と題する 論文に示されている。

【０００３】 上述のペイクほかおよびコーエンほかの論文中に示されているのは、結局ゼロ 分散周波数を求めることであるといえるが、しかしこれらは逆に他のパラメータ に影響を及ぼしている。最小の損失を達成するためには、接合損失および微小屈 曲損失をそれぞれ決定するスポット サイズ(Spot Size) Ｗ_o および比Ｗ_o ／ａ のようなパラメータを最適化することが必要である。また、△が約０．３％であ る段階状屈折率分布を有する単一モード導波路に関する研究によって、このよう な△の値は、微小屈曲損失が関係する限りにおいて低過ぎる可能性があることが わかった。コアが段階状またはα乗屈折率分布を有し、△が約０．３％より大き い値を有する従来の光ファイバにおいては、１３８０nmにおいて最大となるＯＨ 吸収による損失を減少させるために光源の波長が約１３００nmに選ばれた場合、 ゼロ分散波長λ₀ をレーザー源の波長にきわめて近づける、すなわち５nm以内に 近づけるという要求を満足することは困難であった。 ペイクほかの論文には、波長が長くなるにつれて、導波路の半径を小さくしな ければならず、かつより長い波長においては、材料分散の大部分を導波路分散に よって補正しなければならないことが示されている。このことは、導波路が材料 分散ゼロにおいて動作するように設計された場合よりも、導波路のパラメータに おいて、より精密さが要求されることを意味する。もし材料損失との釣合をとる ために導波路の半径を小さくするば、微小屈曲損失が許容限界を超えてしまう。

【０００４】 米国特許第３９９７２４１号公報に記載されているＷ形導波路は、導波路分散 を変えるために変えうる附加的パラメータを提示している。この光ファイバは、 比較的低い屈曲率ｑｎ₁ を有する内側クラッド層と中間的な屈折率ｐｎ₁ を有す る外側クラッド層とによって被われた一様かつ比較的高い屈折率ｎ₁ を有するコ アを備えている。このような設計はＶ_c を３．８３２７として算出される値にま で増大する結果をもたらすので、従来の段階状屈折率分布を有する光導波路ファ イバに許容されているよりも大きな半径を有するコアを通って光が単一モードで 伝播されるのを可能にする。規格化された周波数Ｖは数１であらわされる。

【０００５】

【数１】

【０００６】 Ｖ_c は周波数Ｖの単一モード遮断周波数をあらわす。また、上述の米国特許第 ３９９７２４１号公報には屈曲損失を減少させた光導波路ファイバが示されてい る。この光導波路ファイバによれば、全分散を広い波長範囲に亘ってゼロまたは ゼロに近い値にすることが可能であるが、かかる広帯域動作を得るために、中間 層の屈折率ｑｎ₁ を比較的低くしなければならず、また外側クラッド層の屈折率 ｐｎ₁ をコアの屈折率に比較的近接したものにしなければならない。前記米国特 許公報では、（ｎ−ｐｎ）／（ｎ−ｑｎ）を０．１より小にしなければならない ことを示している。このように小さい（ｎ−ｐｎ）／（ｎ−ｑｎ）の値は、製造 上の許容誤差をきわどいものにし、１つの層の屈折率の僅かな変化が導波路分散 曲線の勾配に多大な影響を与える。この導波路分散曲線の勾配がその設計値から 変化すると、それに応じて低分散動作が可能な波長範囲の幅が狭くなる。 前述の米国特許公報には、それ以下の周波数では単一モードの伝播が存在しな いより低い規格化された周波数Ｖ₁ ′の値を有する光導波路ファイバが示されて いる。該公報の図２に示されているように、単一モード伝播は、規格化された周 波数Ｖ₁ ′とＶ₂ ′との間で起生する。かくて、外側クラッド層の屈折率がｐｎ ₁ が（ｎ−ｐｎ）／（ｎ−ｑｎ）の好ましい関係を満足するように高められるに つれて、単一モード動作を実現するＶの値の範囲が小さくなり、製造上の許容誤 差はさらに敏感となる。

【０００７】

【発明の目的】

そこで、本考案の１つの目的は、広い波長帯域において低い分散特性を有しか つ従来の光導波路ファイバにおける上述した制約を伴わない単一モード光導波路 ファイバを提供することにある。 本考案の他の目的は、比較的大径のコアを有しかつ微小屈曲に基づく損失が比 較的低い単一モード光導波路ファイバを提供することにある。 本考案のさらに他の目的は、最小のモード遮断をも伴うことなしに、または、 動作範囲から遠く離れた最小のモード遮断を伴って、広い波長範囲に亘って最低 の分散特性を有する単一モード光導波路ファイバを提供することにある。

【０００８】

【発明の構成】

本発明の目的は、透明な材料からなるコアと、前記コアを取り囲み、屈折率ｎ ₂ を有する透明な材料からなるクラッドとを備えた単一モード光導波路ファイバ において、前記コアが、最大屈折率ｎ₁ を有し、屈折率が半径の増大にともなっ て減少するように構成された透明な材料からなる第１のコア領域と、前記第１の コア領域を取り囲み、最大屈折率ｎ₃ を有する第２のコア領域と、前記第２のコ ア領域を取り囲む第３のコア領域とを備え、前記屈折率ｎ₁ 、ｎ₂ およびｎ₃ に ついて、０．１＜（ｎ₁ −ｎ₂)／（ｎ₁ −ｎ₃)＜約２が成立し、前記第１のコア 領域および前記第２のコア領域の屈折率分布が、１４００nmより大きな波長で比 較的大きな導波路分散を有するように構成され、前記導波路を１４００nmより大 きな波長で動作させるときに、大きな値をとる材料分散を相殺し、導波路分散が 、製造上の公差に対して、比較的左右されず、前記導波路が、微小屈曲損失が比 較的ないように構成された単一モード光導波路ファイバにより達成される。

【０００９】

【実施例】

以下図面を参照して本考案による単一モード光導波路ファイバの実施例につい て説明しよう。 図１は光導波路ファイバの断面図を示し、コアは、低められた屈折率ｎ₃ を有 する単一の領域１４によって隔離された内側領域１０および外側領域１２を備え ている。本考案の要件を満足する種々の屈折率分布のうちの１つは図２に示され ている。図２において、コアの内側領域１９ａおよび外側領域１９ｂの屈折率は はともにｎ₁ である。これら２つのコア領域１９ａおよび１９ｂの屈折率が等し いものであっても、それらは別個の組成によって形成しうる。コアは屈折率ｎ₂ を有するクラッド層１６により被われている。クラッド層は実線２０で示されて いる屈折率の低められた部分または破線２１で示されている屈折率の低められな い部分を有しうる。屈折率ｎ₃ は線２２で示されているようにｎ₂ より低いもの となしうるが、ｎ₂ と等しいかまたはｎ₂ より高いものともなしうる。屈折率を 低める効果は、光導波路ファイバの光エネルギ伝播特性を修正して所望の波長・ 導波路分散関係が得られることである。もしも（ｎ₁ −ｎ₂ ）／（ｎ₁ −ｎ₃ ） の値が０．１のように小さいと上述の効果は得られても製造上の許容誤差がきわ どいものとなる。このように、（ｎ₁ −ｎ₂ ）／（ｎ₁ −ｎ₃ ）が０．１のよう に小さい場合、現時点で適用される製造工程および光導波路ファイバの組成をも ってしては、光ファイバの物理的特性の僅かな変化によって導波路分散特性の多 大な変化を生じる欠点がある。しかしながらこの比（ｎ₁ −ｎ₂ ）／（ｎ₁ −ｎ ₃ ）が２ぐらいかそれより大きい場合には、本考案による効果を奏することがで きない。したがって、（ｎ₁ −ｎ₂ ）／（ｎ₁ −ｎ₃ ）は２．０以下とされなけ ればならない。

【００１０】 図２に示されたコアの屈折率分布は階段状屈折率分布であるが、α乗分布を含 む他の形式の屈折率分布も適用しうる。ここで「α乗分布」とは、光導波路ファ イバの軸線上における屈折率をｎ_o とするとき、コアの屈折率ｎ（ｒ）が数２に よって決定されるものであることを意味する。

【００１１】

【数２】

【００１２】 図３における曲線２４はα＝２の場合のα乗分布をあらわす。クラッド層の屈 折率は、実線２６で示されているように、コアの外縁と等しい値かまたは破線２ ８で示されているようにコアの外縁より低いものとなしうる。 屈折率の低められた領域を有するコアの屈折率分布形状は、光導波路ファイバ の光伝播特性に対する影響を考えて変えうる。図３のコアの屈折率分布において 、もっとも屈折率の低い部分が３０で示されているように平である代りに、その 屈折率の低められた部分に丸味がついていてもまたは破線３２で示されているよ うにとがっていてもよい。 屈折率の低められた領域の半径方向の位置、深さ、幅および形状を制御するこ とにより、光導波路の伝播特性を単一モード系に課せられる異なる要求を満足す るように適切に変更しうる。例えば、コアの屈折率分布は一定であると仮定すれ ば、波長の異なる系においてゼロ分散動作を達成するためには異なる形式の屈折 率の低められた部分が必要となる。 大幅に分散特性が異なる光導波路ファイバを製造するために本考案を適用する 場合の方法は以下の記載および図４に示されている。図４において、Ｖｄ² （Ｖ ｂ）／ｄＶ² の値は比Ｖ／Ｖｃの関数としてプロットされている。Ｖｄ² （Ｖｂ ）／ｄＶ² の値は数３で示すように導波路分散Ｄ_w に関係している。

【００１３】

【数３】

【００１４】 ここでｃは光の速度、λは光の波長、ｂは規格化された伝播定数をそれぞれあ らわす。図４のグラフによれば、異なるコア屈折率分布における異なるＶの値に おける相対導波路分散を比較することができる。単一モード動作は１．０より小 さいＶ／Ｖｃの値において生じる。微小屈曲損失を最小にするために、一般的に 光導波路ファイバを１．０の近傍の値のＶ／Ｖｃで動作させることが望ましい。 しかして、光導波路ファイバを０．６以下の値のＶ／Ｖｃで動作させることは一 般的に望ましくない。このような低い値ではコアの径が小さくなりかつ微小屈曲 損失が増大する傾向があり、光導波路ファイバの特性が製造上の変動に対してよ り敏感になる。 曲線４２および４４は、図２に示された屈折率分布を有するコアを備えた光導 波路ファイバの代表的な導波路分散特性を示し、両者の屈折率の低められた領域 のパラメータを異にする。曲線４２で示される光導波路ファイバにおいては、ａ _i ＝0.６ａ、ａ_o ＝0.９ａ、（ｎ₁ −ｎ₂ ）／（ｎ₁ −ｎ₃ ）＝0.７５である。 曲線４４で示される光導波路ファイバにおいては、ａ_i ＝０．４ａ、ａ_o ＝０． ６５ａ、（ｎ₁ −ｎ₂ ）／（ｎ₁ −ｎ₃ ）＝０．７５である。したがって曲線４ ２および４４で示されている光導波路ファイバは、単にコアの屈折率の低められ た領域の径方向の位置と幅とが異なっているに過ぎない。

【００１５】 曲線４２は、Ｖ／ＶｃをあらわすＸ軸に、１に近いが１より小さい値の点で交 わっている。このことは、このような特性を有する光導波路ファイバが、ゼロま たはゼロより僅か大きい材料分散を示す波長で有利に動作しうることを示してお り、かかる動作波長は単一モード遮断周波数に近接している。曲線４２の急勾配 は、λ対Ｄ_w 曲線がまた比較的急な正の勾配を有し、広帯域幅低損失動作特性が 得られることを示唆している。 曲線４４は、単一モード遮断周波数の近傍で動作しているのに、比較的多大な 導波路分散を備えることが可能な光導波路ファイバの代表例を示している。約１ ４００nmにおけるＯＨ吸収のピークよりも高い周波数での材料分散が比較的大き いために、曲線４４で示される光導波路ファイバにおいては、１４００nmより高 い周波数における材料分散に釣合いをとるために必要な導波路分散を備えている 。 曲線４６はα＝１のコア屈折率分布を有する光導波路ファイバの代表例である 。この光導波路ファイバは、1.０に近いＶ／Ｖｃの値で動作しうるが、たとえ同 じＶの値で動作するとしても、曲線４４で示されている光導波路ファイバのよう な大きな材料分散と釣合いをとることはできない。

【００１６】 図５を参照すると、曲線５０は、コアの内側領域および外側領域が約３モル％ のＧｅＯ₂ の添加されたシリカよりなる光導波路ファイバにおける材料分散を示 しており、コアの屈折率の低められた領域は約1.７モル％の弗素の添加されたシ リカよりなり、クラッド層の屈折率の低められた領域が約1.０モル％の弗素の添 加されたシリカよりなる光導波路ファイバの材料分散をあらわす。曲線５０′は コアの内側領域および外側領域が約８モル％のＧｅＯ₂ の添加されたシリカより なること以外は同様の光導波路ファイバの材料分散を示す。材料分散曲線の形状 およびゼロと交叉する点を知れば、上述した方法によって、特定の波長における 低分散動作を達成するための特定のコア屈折率分布を図４における種々の曲線の 中から選択することが可能である。例えば、もし１３００nmの波長系、すなわち 遮断波長λ_c が約１２５０nmの波長系で動作させようとすれば、１３００nmにお ける材料分散が極めて小さいので、該波長における導波路分散を可能なかぎり小 さくしなければならない。１３００nm近傍の単一モード動作におけるＶｄ² （Ｖ ｂ）ｄＶ² の値は、Ｖ／Ｖｃの値が1.０に近いので、小さくしなければならない 。本考案による屈折率の低められた領域を有するコアを備えた光導波路ファイバ の特性の１つをあらわす曲線４２は、Ｖ／Ｖｃの値が0.９１の点でゼロとなって いる。これは、このような光導波路ファイバが１３００nmにおける導波路分散に 釣合わすのに適していることを示している。

【００１７】 図５は、図４の曲線４２で特性づけられている屈折率の低められた領域を有す るコアを備えた光導波路ファイバが１３００nm附近の波長系において有利な理由 を示している。広い波長範囲に亘る低分散動作を得るためには、材料分散曲線５ ０のゼロ分散点の近傍に導波路分散曲線のゼロ分散点がくるようにしなければな らない。コアの屈折率の低められた領域の特性および△の値を適切に選択するこ とによって、材料分散を広い波長範囲に亘って実質的に釣合わすことができる。 図５の曲線５２および５４は、図４の曲線４２によって特性づけられたコア屈 折率分布を有する光導波路ファイバの分散曲線である。クラッド層をシリカと仮 定すると、曲線５２および５４における△の値はそれぞれ0.７５％および0.９７ ％である。材料分散は約１３００nmにおいてゼロとなる。導波路分散ゼロの点は 、光導波路ファイバのＶの値を適切に選ぶことによって１３００nmにおいて生じ る。曲線５２および５４は、きわめて広い波長帯域に亘って材料分散と釣合いを とるべく比較的急な勾配を示している。 曲線５６は△が0.５％である図４の曲線４２によって特性づけられコア屈折率 分布を有する他の光導波路ファイバの分散曲線である。より詳細に下記に延べら れているように、この光導波路ファイバは１３０５nmのゼロ分散波長および１１ ２０nmの遮断波長を示す。曲線５６の勾配は曲線５４の勾配ほど急でないから、 曲線５６で特性づけられる光導波路ファイバは曲線５４のもののような広い波長 帯域に亘る低分散動作特性を備えることができない。

【００１８】 α＝１の屈折率分布を有する光導波路ファイバの導波路分散をあらわす曲線５ ８および６０は、比較の目的で示したものである。曲線５８および６０であらわ される光導波路ファイバの△の値はそれぞれ1.０％および1.３％である。この形 式の光導波路ファイバは、△が許容できなき程低い場合にのみ導波路分散曲線に おいてゼロ分散を示す。 図５の材料分散曲線５０および５０′と全く等しい図６の曲線６４および６４ ′は、約１５００nmまたはそれより長い波長におけるゼロ分散動作に対しては大 きな導波路損失を必要とする事実を示している。曲線７０および７２は、α＝１ の屈折率分布を有しかつ△の値がそれぞれ1.０％および1.３％である光導波路フ ァイバをあらわす。曲線６６および６８は、図４の曲線４４で特性づけられかつ △の値がそれぞれ0.７５％および0.９７％である光導波路ファイバのものである 。曲線６６に示す光導波路ファイバは約１５５０nmにおいてゼロ分散動作をする であろう。 図４ないし図６のグラフは当分野の技術者によって種々の方法で作成すること ができる。光導波路ファイバの屈折率分布の波動方程式は下記の刊行物、すなわ ち、アプライド オプティクス（Applied Optics) 第１６巻 １９７７年、４８ ３ないし４９３頁に記載されたシー・イェー（C.Yeh)ほかによる「半径方向に層 を形成するファイバの伝播特性を算出するための有効な方法」（Computing the Propagation Characteristics of Radially Stratified Fibers ：an Efficient Method)および、アプライド オプティクス第１９巻 １９８０年、２００７な いし２０１０頁に記載されたエル・ジー・コーエン（L.G.Cohen)ほかによる「単 一モードファイバ分散特性における数値的予言と測定との相関関係」(Correlati on Between Numerical Predictions and Measurements of Single-Mode Fiber D ispersion Characteristics)における技法によって解くことができる。また、光 導波路ファイバは下記の刊行物、すなわちアイ・イー・イー・イー ジャーナル オブ クワンタム メカニクス（IEEE Journal of Quantum Mechanics)、キュ ー・イー第１４巻（ＱＥ−１４）、１９７８年８５５頁に記載されたエル・ジー ・コーエン（L.G.Cohen)ほかによる「近赤外線ファイバレーマン レーザを用い た一般的ファイバ光学測定システム」（A Universal Fiber Optic (UFO) Measur ement System Based on a Near IR Fiber Raman Laser)およびエレクトロニクス レターズ（Electronics Letters)第１４巻 １９７８年１７０ないし１７２頁 に記載されたシー・リン（C.Lin)ほかによる「ゲルマニウムおよび燐を添加され たシリカファイバのゼロ材料分散領域におけるパルス遅延測定」（Puls Delay M easurements in the Zero-Material Dispersion Region for Germanium and Ph osphorous Doped Silica Fibers)によって製造されかつ分散を測定されうる。

【００１９】 上述したコア屈折率分布を有する本考案による光導波路ファイバは従来の気相 沈積法により製造され得る。理論的な実例として、１３１５nmにおいて動作する ように設計された光導波路ファイバの製造方法について説明する。米国特許第４ ２１７０２７号公報に開示された方法がこの場合に適用されうる。プリフォーム 構成する多数の層に関して図１および図２を参照するが、図１はこのプリフォー ムから形成された光導波路ファイバの断面積であることに注目すべきである。溶 融シリカチューブが外側クラッド層１８を形成する基体チューブとして用いられ る。層１８は屈折率ｎ₂ を有するクラッド層の部分であるが、所定の値の△を得 るためにコアに対しより低い添加剤濃度が要求されることにより、クラッド層１ ８の屈折率より低い屈折率ｎ₂ を有する層１６を設けることが望ましい。このこ とは材料分散を低める結果をもたらし、約１３１５nmに等しいかまたはそれより 低いλ_o の値を得ることを容易にする。層１６は約１モル％の弗素が添加された シリカで形成しうる。層１６の軟化低温度を低めるために、最高1.０モル％のＰ ₂ Ｏ₅ を加えることができ、それによって製造上の便益が促進される。コアの外 側領域１２は層１６の内周面に約３モル％のＧｅＯ₂ を添加されたシリカの層を 沈積させることにより形成される。屈折率の低められた層１４は約1.７モル％の 弗素を添加されたシリカの層を沈積することによって形成される。最終的にコア の内側領域（中心領域）１０が約３モル％のＧｅＯ₂ を添加されたシリカの層を 沈積させることにより形成される。

【００２０】 このプリフォームは中心孔がつぶされかつ延伸されて、以下の特性を有する光 導波路ファイバとなる。コアの半径は6.２μｍである。屈折率の低められた層１ ４の外径は5.６μｍで、内径は3.６μｍである。屈折率の低められたクラッド層 １６は約１５μｍの半径とすべきである。屈折率ｎ₁ 、ｎ₂ およびｎ₃ はそれぞ れ1.４６３、1.４５６および1.４５０８である。規格化された遮断周波数Ｖ_c は 約5.０であり、遮断波長λ_c は約１１１５nmである。相対屈折率差Δは0.３％で ある。スポットサイズＷ_o は約3.７μｍである。この光導波路ファイバの導波路 分散特性は第５図の曲線５６であらわされている。6.２μｍのコア半径は、コア に屈折率の低められた領域を持たない階段状屈折率分布の光導波路ファイバにお けるコアの半径の約２倍であることに注目すべきである。 約１３００nmと１５５０nmとの間のより広い波長範囲に亘る低分散動作が得ら れるように設計された光導波路ファイバの製造方法を示す他の理論的な実施例が 以下に述べられている。この場合も上述した実施例と同様な製造方法が適用され る。溶融シリカチューブが外側クラッド層１８を形成する基体チューブとして用 いられる。層１６は約１モル％の弗素が添加されたシリカで形成しうる。コアの 外側領域１２は層１６の内周面に約4.５モル％のＧｅＯ₂ を添加されたシリカの 層を沈積させることにより形成される。屈折率の低められた層１４は約2.６％の 弗素を添加されたシリカの層を沈積することによって形成される。最終的にコア の内側領域（中心領域）１０が約4.５モル％のＧｅＯ₂ を添加されたシリカの層 を沈積させることにより形成される。

【００２１】 このプリフォームは中心孔がつぶされかつ延伸されて、以下の特性を有する光 導波路ファイバとなる。コア１２の半径は6.７μｍである。屈折率の低められた 層１４の外径は約5.５μｍで、内径は3.３μｍである。屈折率の低められたクラ ッド層１６は約１５μｍより大きい半径となされなければならない。屈折率ｎ₁ 、ｎ₂ およびｎ₃ はそれぞれ1.４６５、1.４５６および1.４４７である。規格化 された遮断周波数Ｖ_c は約5.０であり、遮断波長λ_c は約１１１５nmである。相 対屈折率差Δは0.５％である。スポットサイズＷ_o は約５μｍである。この光導 波路ファイバの導波路分散特性は第５図の曲線５４に類似している。6.７μｍの コア半径は、コアに屈折率の低められた領域を持たない階段状屈折率分布の光導 波路ファイバにおけるコアの半径の約２倍であることに注目すべきである。 図２および図３に示された屈折率分布はコア内に単一の屈折率の低められた領 域を有するが、本考案はまた２つまたはそれ以上の屈折率の低められた領域をコ ア内に有する光導波路ファイバを含む。図７から図８にはそのような光導波路フ ァイバが示されている。 図７に示されているように、コア領域７５ａおよび７５ｂは屈折率の低められ た領域７６によって隔離されており、コア領域７５ｂおよび７５ｃは屈折率の低 められた領域７７によって隔離されている。クラッド層は実線７８で示されてい る屈折率の低められた部分または破線７９で示されている屈折率の低められない 部分を有しうる。コアの屈折率の低められた領域の屈折率は実線７６および７７ で示されているようにクラッド層のそれよりも高いものとなしうるが、破線８０ および８１で示されているようにクラッド層のそれよりも低いものともなしうる 。

【００２２】 図８は図７のものと同様の屈折率分布を示しているが、コア領域８２ａ、８２ ｂおよび８２ｃのそれぞれは互いに異なる屈折率値を有し、屈折率の低められた 領域８３と８４の屈折率も、領域８５と８６の屈折率も互いに異なる。 図９は山と谷が丸められた屈折率分布を示し、コアの屈折率曲線８８は正弦波 状（屈折率の変化が正弦波または余弦波の形状をしている）である。図９におけ る屈折率分布は下記の数４であらわすことができる。

【００２３】

【数４】

【００２４】 数４において、ｍは屈折率分布の振動数をあらわし、φは位相遅れのパラメー タをあらわす。φ＝９０゜の場合、分布は余弦波となる。伝播特性を変えうる変 数はｍ、φおよびｎ_d とそれに加えてｎ₁ 、ｎ_cladおよびａである。 計算によると、ｍ＞１０の場合は屈折率変化が急速すぎるので、モードを追う ことができず、平均的屈折率が実際に見られるに過ぎない。しかしながら、数５ で定義されるコアのラジアル伝播定数Ｕが正弦波状変化に周期的にマッチすれば 、共振を生じることが可能である。

【００２５】

【数５】

【００２６】 これらの点では、伝播特性を思いきって変えることができる。この条件におけ るＵはほぼπｍ／ａに等しい。これらの点では、分散等の伝播定数を従来の場合 と全く異なるものにしうる。 図１０は、コアの屈折率の平均値が半径が増すにつれて破線９１であらわされ る下降曲線に沿って下降する正弦波状変化を示している。あるいはコアの屈折率 の平均値が半径が増すにつれて破線９２であらわされる上昇曲線に沿って上昇す る正弦波状変化を示すものであってもよい。 図２および図３に示す屈折率分布を有する実施例の場合と同様に、図７から図 １０に示す屈折率分布を有する実施例にも種々の変更を適用できる。

【００２７】

【考案の効果】 かくして、コアが１つ以上の屈折率の低められた領域を有することにより、光 導波路ファイバの損失および分散特性を広い波長帯域に亘って理想的なものとす ることができる。

【提出日】平成６年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】 【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光エネルギを単一モードで伝送するための光導波路ファイバに関する 。

【０００２】

【従来の技術および考案が解決しようとする課題】

単一モード光導波路ファイバは、波長１３００ｎｍおよび１５５０ｎｍにおけ る伝送損失がそれぞれ０．５ｄＢ／Ｋｍおよび０．２ｄＢ／Ｋｍになるまでに発 達してきた。これら光導波路ファイバの低損失特性および広帯域幅特性は一般に 単一モードファイバによって得られるが故に、これらの光導波路ファイバは有能 な長距離伝送線として魅力的なものである。しかしながら、これら光導波路ファ イバのきわめて広帯域な特性は、ＨＥ_１１モードの全分散Ｄ_ｔが動作波長におい てゼロかまたはできうる限りゼロに近くなるように理想的に設計された場合のみ 達成しうる。 単一モード導波路における全分散は材料分散Ｄ_ｍおよび導波路分散Ｄ_ｗによっ て支配される。与えられたファイバ組成における材料分散は波長の関数として変 化する。例えばシリカを高度に含有するファイバにおける波長対材料分散曲線は 、１２８０ｎｍの波長において分散ゼロの点を通る。単一モードファイバは、材 料分散曲線が分散ゼロの点を通る波長より高いいかなる周波数範囲においても、 全分散がゼロを示すように設計しうる。これは導波分散を、低ファイバ損失およ び／または光源の利用度という点から選択されたある特定の周波数における材料 分散に釣合うようにし向けることにより達成しうる。コアの半径ａ、コアの屈折 率分布またはコア・クラッド間の相対屈折率差Δを変えることにより導波路分散 をそのようにし向けることができる。ここでΔは、ｎ_１をコアの最大屈折率、ｎ_２ をクラッド層の屈折率とするとき、Δ＝（ｎ_１ ^２−ｎ_２ ^２）／２ｎ_１ ^２として 定義される。ゼロ分散の波長を求める技法は、ザ ベルシステム テクニカル ジャーナル（Ｔｈｅ Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒ ｎａｌ）第６０巻、５号、１９８１年５−６月号、５８３ないし５９８頁に記載 されたユー・シー・ペイク（Ｕ．Ｃ．Ｐｅａｋ）ほかによる「α乗分布を有する 無分散単一モード光導波路」（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｌｅｓｓ Ｓｉｎｇｌｅ− Ｍｏｄｅ Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅｓ Ｗｉｔｈ α Ｉｎｄｅｘ Ｐｒｏｆｉ ｌｅｓ）と題する論文およびエレクトロニクス レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第１５巻、１２号、１９７９年６月７日、１３４頁な いし１３５頁に記載されたエル・ジー・コーエン（Ｌ．Ｇ．Ｃｏｈｅｎ）ほかに よる「単一モードファイバのゼロ色分散を１．５ないし１．６μｍの低損失スペ クトル範囲内に入れこむ方法」（Ｔａｉｌｏｒｉｎｇ Ｚｅｒｏ Ｃｈｒｏｍａ ｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｉｎｔｏ Ｔｈｅ １．５−１．６ μｍ Ｌ ｏｗ−Ｌｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏ ｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ）と題する論文に示されている。

【０００３】 上述のペイクほかおよびコーエンほかの論文中に示されているのは、結局ゼロ 分散周波数を求めることであるといえるが、しかしこれらは逆に他のパラメータ に影響を及ぼしている。最小の損失を達成するためには、接合損失および微小屈 曲損失をそれぞれ決定するスポット サイズ（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ）Ｗ_ｏおよび 比Ｗ_ｏ／ａのようなパラメータを最適化することが必要である。また、Δが約０ ．３％である段階状屈折率分布を有する単一モード導波路に関する研究によって 、このようなΔの値は、微小屈曲損失が関係する限りにおいて低過ぎる可能性が あることがわかった。コアが段階状またはα乗屈折率分布を有し、Δが約０．３ ％より大きい値を有する従来の光ファイバにおいては、１３８０ｎｍにおいて最 大となるＯＨ吸収による損失を減少させるために光源の波長が約１３００ｎｍに 選ばれた場合、ゼロ分散波長λ_０をレーザー源の波長にきわめて近づける、すな わち５ｎｍ以内に近づけるという要求を満足することは困難であった。 ペイクほかの論文には、波長が長くなるにつれて、導波路の半径を小さくしな ければならず、かつより長い波長においては、材料分散の大部分を導波路分散に よって補正しなければならないことが示されている。このことは、導波路が材料 分散ゼロにおいて動作するように設計された場合よりも、導波路のパラメータに おいて、より精密さが要求されることを意味する。もし材料損失との釣合をとる ために導波路の半径を小さくするば、微小屈曲損失が許容限界を超えてしまう。

【０００４】 米国特許第３９９７２４１号公報に記載されているＷ形導波路は、導波路分散 を変えるために変えうる附加的パラメータを提示している。この光ファイバは、 比較的低い屈曲率ｑｎ_１を有する内側クラッド層と中間的な屈折率ｐｎ_１を有す る外側クラッド層とによって被われた一様かつ比較的高い屈折率ｎ_１を有するコ アを備えている。このような設計はＶ_ｃを３．８３２７として算出される値にま で増大する結果をもたらすので、従来の段階状屈折率分布を有する光導波路ファ イバに許容されているよりも大きな半径を有するコアを通って光が単一モードで 伝播されるのを可能にする。規格化された周波数Ｖは数１であらわされる。

【０００５】

【数１】

【０００６】 Ｖ_ｃは周波数Ｖの単一モード遮断周波数をあらわす。また、上述の米国特許第 ３９９７２４１号公報には屈曲損失を減少させた光導波路ファイバが示されてい る。この光導波路ファイバによれば、全分散を広い波長範囲に亘ってゼロまたは ゼロに近い値にすることが可能であるが、かかる広帯域動作を得るために、中間 層の屈折率ｑｎ_１を比較的低くしなければならず、また外側クラッド層の屈折率 ｐｎ_１をコアの屈折率に比較的近接したものにしなければならない。前記米国特 許公報では、（ｎ−ｐｎ）／（ｎ−ｑｎ）を０．１より小にしなければならない ことを示している。このように小さい（ｎ−ｐｎ）／（ｎ−ｑｎ）の値は、製造 上の許容誤差をきわどいものにし、１つの層の屈折率の僅かな変化が導波路分散 曲線の勾配に多大な影響を与える。この導波路分散曲線の勾配がその設計値から 変化すると、それに応じて低分散動作が可能な波長範囲の幅が狭くなる。 前述の米国特許公報には、それ以下の周波数では単一モードの伝播が存在しな いより低い規格化された周波数Ｖ_１′の値を有する光導波路ファイバが示されて いる。該公報の図２に示されているように、単一モード伝播は、規格化された周 波数Ｖ_１′とＶ_２′との間で起生する。かくて、外側クラッド層の屈折率がｐｎ_１ が（ｎ−ｐｎ）／（ｎ−ｑｎ）の好ましい関係を満足するように高められるに つれて、単一モード動作を実現するＶの値の範囲が小さくなり、製造上の許容誤 差はさらに敏感となる。

【０００７】

【考案の目的】

そこで、本考案の１つの目的は、広い波長帯域において低い分散特性を有しか つ従来の光導波路ファイバにおける上述した制約を伴わない単一モード光導波路 ファイバを提供することにある。 本考案の他の目的は、比較的大径のコアを有しかつ微小屈曲に基づく損失が比 較的低い単一モード光導波路ファイバを提供することにある。 本考案のさらに他の目的は、最小のモード遮断をも伴うことなしに、または、 動作範囲から遠く離れた最小のモード遮断を伴って、広い波長範囲に亘って最低 の分散特性を有する単一モード光導波路ファイバを提供することにある。

【０００８】

【考案の構成】

本考案の目的は、透明な材料からなるコアと、前記コアを取り囲み、屈折率ｎ_２ を有する透明な材料からなるクラッドとを備えた単一モード光導波路ファイバ において、前記コアが、最大屈折率ｎ_１を有し、屈折率が半径の増大にともなっ て減少するように構成された透明な材料からなる第１のコア領域と、前記第１の コア領域を取り囲み、最小屈折率ｎ_３を有する第２のコア領域と、前記第２のコ ア領域を取り囲む第３のコア領域とを備え、前記屈折率ｎ_１、ｎ_２およびｎ_３に ついて、ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２、並びに、１．０＜（ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_１−ｎ_３） ＜約２が成立し、前記第１のコア領域および前記第２のコア領域の高さ、幅およ び形状が、１４００ｎｍより大きな波長で比較的大きな導波路分散を有するよう に構成され、前記導波路を１４００ｎｍより大きな波長で動作させるときに、大 きな値をとる材料分散を相殺し、導波路分散が、製造上の公差に対して、比較的 左右されず、前記導波路が、微小屈曲損失が比較的ないように構成された単一モ ード光導波路ファイバにより達成される。

【０００９】

【実施例】

以下図面を参照して本考案による単一モード光導波路ファイバの実施例につい て説明しよう。 図１は光導波路ファイバの断面図を示している。図１に示された単一モード光 導波路ファイバは、領域１６，１８を有する透明材料のクラッドと、該クラッド に取り囲まれた領域１０，１２，１４を有するコアとを備えている。外側の領域 １８は、屈折率ｎ_２を有し単一のクラッド層として機能することも可能であるが 、クラッド層１８の屈折率よりも低くされた屈折率ｎ_２を有する層１６を用いる ことが好ましい。本考案の要件を満足する種々の屈折率分布のうちの１つは図２ に示されている。図２において、コアの内側領域１９ａおよび外側領域１９ｂの 屈折率ははともにｎ_１である。これら２つのコア領域１９ａおよび１９ｂの屈折 率が等しいものであっても、それらは別個の組成によって形成しうる。コアは屈 折率ｎ_２を有するクラッド層１６により被われている。クラッド層は実線２０で 示されている屈折率の低められた部分または破線２１で示されている屈折率の低 められない部分を有しうる。屈折率ｎ_３は線２２で示されているようにｎ_２より 低いものとなしうるが、ｎ_２と等しいかまたはｎ_２より高いものともなしうる。 屈折率を低める効果は、光導波路ファイバの光エネルギ伝播特性を修正して所望 の波長・導波路分散関係が得られることである。もしも（ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_１ −ｎ_３）の値が０．１のように小さいと上述の効果は得られても製造上の許容誤 差がきわどいものとなる。このように、（ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_１−ｎ_３）が０． １のように小さい場合、現時点で適用される製造工程および光導波路ファイバの 組成をもってしては、光ファイバの物理的特性の僅かな変化によって導波路分散 特性の多大な変化を生じる欠点がある。しかしながらこの比（ｎ_１−ｎ_２）／（ ｎ_１−ｎ_３）が２ぐらいかそれより大きい場合には、本考案による効果を奏する ことができない。したがって、（ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_１−ｎ_３）は２．０以下と されなければならない。

【００１０】 図２に示されたコアの屈折率分布は階段状屈折率分布であるが、他の形式のコ アの屈折率分布を適用することができる。たとえば、図３には、（１）最高屈折 率ｎ_１を有し、半径の増加にともなってその屈折率分布が減少する透明材料から なる第１のコア領域（曲線２４のより高い屈折率分布を示すセグメント）と、（ ２）最小屈折率ｎ_３を有し、第１のコア領域を取り囲む第２のコア領域と、（３ ）第２のコア領域を取り囲む第３のコア領域（曲線２４のより低い屈折率分布を 示すセグメント）とを有するコアの屈折率分布が示されている。所望であれば、 この曲線２４の屈折率分布を、α乗分布とすることができる。ここに、「α乗分 布」とは、光導波路ファイバの軸線上における屈折率をｎ_ｏとするとき、コアの 屈折率ｎ（ｒ）が数２によって決定されるものであることを意味する。

【００１１】

【数２】

【００１２】 図３における曲線２４はα＝２の場合のα乗分布をあらわす。クラッド層の屈 折率は、実線２６で示されているように、コアの外縁と等しい値かまたは破線２ ８で示されているようにコアの外縁より低いものとなしうる。 屈折率の低められた領域を有するコアの屈折率分布形状は、光導波路ファイバ の光伝播特性に対する影響を考えて変えうる。図３のコアの屈折率分布において 、もっとも屈折率の低い部分が３０で示されているように平である代りに、その 屈折率の低められた部分に丸味がついていてもまたは破線３２で示されているよ うにとがっていてもよい。 屈折率の低められた領域の半径方向の位置、深さ、幅および形状を制御するこ とにより、光導波路の伝播特性を単一モード系に課せられる異なる要求を満足す るように適切に変更しうる。例えば、コアの屈折率分布が与えられたものである とすると、波長の異なる系においてゼロ分散動作を達成するためには異なる形式 の屈折率の低められた部分が必要となる。 大幅に分散特性が異なる光導波路ファイバを製造するために本考案を適用する 場合の方法は以下の記載および図４に示されている。図４において、Ｖｄ^２（Ｖ ｂ）／ｄＶ^２の値は比Ｖ／Ｖｃの関数としてプロットされている。Ｖｄ^２（Ｖｂ ）／ｄＶ^２の値は数３で示すように導波路分散Ｄ_ｗに関係している。

【００１３】

【数３】

【００１４】 ここでｃは光の速度、λは光の波長、ｂは規格化された伝播定数をそれぞれあ らわす。図４のグラフによれば、異なるコア屈折率分布における異なるＶの値に おける相対導波路分散を比較することができる。単一モード動作は１．０より小 さいＶ／Ｖｃの値において生じる。微小屈曲損失を最小にするために、一般的に 光導波路ファイバを１．０の近傍の値のＶ／Ｖｃで動作させることが望ましい。 しかして、光導波路ファイバを０．６以下の値のＶ／Ｖｃで動作させることは一 般的に望ましくない。このような低い値ではコアの径が小さくなりかつ微小屈曲 損失が増大する傾向があり、光導波路ファイバの特性が製造上の変動に対してよ り敏感になる。 曲線４２および４４は、図２に示された屈折率分布を有するコアを備えた光導 波路ファイバの代表的な導波路分散特性を示し、両者の屈折率の低められた領域 のパラメータを異にする。曲線４２で示される光導波路ファイバにおいては、ａ_ｉ ＝０．６ａ、ａ_ｏ＝０．９ａ、（ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_１−ｎ_３）＝０．７５で ある。曲線４４で示される光導波路ファイバにおいては、ａ_ｉ＝０．４ａ、ａ_ｏ ＝０．６５ａ、（ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_１−ｎ_３）＝０．７５である。したがって 曲線４２および４４で示されている光導波路ファイバは、単にコアの屈折率の低 められた領域の径方向の位置と幅とが異なっているに過ぎない。

【００１５】 曲線４２は、Ｖ／ＶｃをあらわすＸ軸に、１に近いが１より小さい値の点で交 わっている。このことは、このような特性を有する光導波路ファイバが、ゼロま たはゼロより僅か大きい材料分散を示す波長で有利に動作しうることを示してお り、かかる動作波長は単一モード遮断周波数に近接している。曲線４２の急勾配 は、λ対Ｄ_ｗ曲線がまた比較的急な正の勾配を有し、広帯域幅低損失動作特性が 得られることを示唆している。 曲線４４は、単一モード遮断周波数の近傍で動作しているのに、比較的多大な 導波路分散を備えることが可能な光導波路ファイバの代表例を示している。約１ ４００ｎｍにおけるＯＨ吸収のピークよりも高い周波数での材料分散が比較的大 きいために、曲線４４で示される光導波路ファイバにおいては、１４００ｎｍよ り高い周波数における材料分散に釣合いをとるために必要な導波路分散を備えて いる。 曲線４６はα＝１のコア屈折率分布を有する光導波路ファイバの代表例である 。この光導波路ファイバは、１．０に近いＶ／Ｖｃの値で動作しうるが、たとえ 同じＶの値で動作するとしても、曲線４４で示されている光導波路ファイバのよ うな大きな材料分散と釣合いをとることはできない。

【００１６】 図５を参照すると、曲線５０は、コアの内側領域および外側領域が約３モル％ のＧｅＯ_２の添加されたシリカよりなる光導波路ファイバにおける材料分散を示 しており、コアの屈折率の低められた領域は約１．７モル％の弗素の添加された シリカよりなり、クラッド層の屈折率の低められた領域が約１．０モル％の弗素 の添加されたシリカよりなる光導波路ファイバの材料分散をあらわす。曲線５０ ′はコアの内側領域および外側領域が約８モル％のＧｅＯ_２の添加されたシリカ よりなること以外は同様の光導波路ファイバの材料分散を示す。材料分散曲線の 形状およびゼロと交叉する点を知れば、上述した方法によって、特定の波長にお ける低分散動作を達成するための特定のコア屈折率分布を図４における種々の曲 線の中から選択することが可能である。例えば、もし１３００ｎｍの波長系、す なわち遮断波長λ_ｃが約１２５０ｎｍの波長系で動作させようとすれば、１３０ ０ｎｍにおける材料分散が極めて小さいので、該波長における導波路分散を可能 なかぎり小さくしなければならない。１３００ｎｍ近傍の単一モード動作におけ るＶｄ^２（Ｖｂ）ｄＶ^２の値は、Ｖ／Ｖｃの値が１．０に近いので、小さくしな ければならない。本考案による屈折率の低められた領域を有するコアを備えた光 導波路ファイバの特性の１つをあらわす曲線４２は、Ｖ／Ｖｃの値が０．９１の 点でゼロとなっている。これは、このような光導波路ファイバが１３００ｎｍに おける導波路分散に釣合わすのに適していることを示している。

【００１７】 図５は、図４の曲線４２で特性づけられている屈折率の低められた領域を有す るコアを備えた光導波路ファイバが１３００ｎｍ附近の波長系において有利な理 由を示している。広い波長範囲に亘る低分散動作を得るためには、材料分散曲線 ５０のゼロ分散点の近傍に導波路分散曲線のゼロ分散点がくるようにしなければ ならない。コアの屈折率の低められた領域の特性およびΔの値を適切に選択する ことによって、材料分散を広い波長範囲に亘って実質的に釣合わすことができる 。 図５の曲線５２および５４は、図４の曲線４２によって特性づけられたコア屈 折率分布を有する光導波路ファイバの分散曲線である。クラッド層をシリカと仮 定すると、曲線５２および５４におけるΔの値はそれぞれ０．７５％および０． ９７％である。材料分散は約１３００ｎｍにおいてゼロとなる。導波路分散ゼロ の点は、光導波路ファイバのＶの値を適切に選ぶことによって１３００ｎｍにお いて生じる。曲線５２および５４は、きわめて広い波長帯域に亘って材料分散と 釣合いをとるべく比較的急な勾配を示している。 曲線５６はΔが０．５％である図４の曲線４２によって特性づけられコア屈折 率分布を有する他の光導波路ファイバの分散曲線である。より詳細に下記に延べ られているように、この光導波路ファイバは１３０５ｎｍのゼロ分散波長および １１２０ｎｍの遮断波長を示す。曲線５６の勾配は曲線５４の勾配ほど急でない から、曲線５６で特性づけられる光導波路ファイバは曲線５４のもののような広 い波長帯域に亘る低分散動作特性を備えることができない。

【００１８】 α＝１の屈折率分布を有する光導波路ファイバの導波路分散をあらわす曲線５ ８および６０は、比較の目的で示したものである。曲線５８および６０であらわ される光導波路ファイバのΔの値はそれぞれ１．０％および１．３％である。こ の形式の光導波路ファイバは、Δが許容できなき程低い場合にのみ導波路分散曲 線においてゼロ分散を示す。 図５の材料分散曲線５０および５０′と全く等しい図６の曲線６４および６４ ′は、約１５００ｎｍまたはそれより長い波長におけるゼロ分散動作に対しては 大きな導波路損失を必要とする事実を示している。曲線７０および７２は、α＝ １の屈折率分布を有しかつΔの値がそれぞれ１．０％および１．３％である光導 波路ファイバをあらわす。曲線６６および６８は、図４の曲線４４で特性づけら れかつΔの値がそれぞれ０．７５％および０．９７％である光導波路ファイバの ものである。曲線６６に示す光導波路ファイバは約１５５０ｎｍにおいてゼロ分 散動作をするであろう。 図４ないし図６のグラフは当分野の技術者によって種々の方法で作成すること ができる。光導波路ファイバの屈折率分布の波動方程式は下記の刊行物、すなわ ち、アプライド オプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ）第１６巻 １ ９７７年、４８３ないし４９３頁に記載されたシー・イェー（Ｃ．Ｙｅｈ）ほか による「半径方向に層を形成するファイバの伝播特性を算出するための有効な方 法」（Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔ ｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｒａｄｉａｌｌｙ Ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ Ｆｉｂｅ ｒｓ：ａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）および、アプライド オプテ ィクス第１９巻 １９８０年、２００７ないし２０１０頁に記載されたエル・ジ ー・コーエン（Ｌ．Ｇ．Ｃｏｈｅｎ）ほかによる「単一モードファイバ分散特性 における数値的予言と測定との相関関係」（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｂｅｔｗ ｅｅｎ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒ ｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｉ ｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）における技法によって解くことができ る。また、光導波路ファイバは下記の刊行物、すなわちアイ・イー・イー・イー ジャーナル オブ クワンタム メカニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ ｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）、キュー・イー第１４巻（ＱＥ−１ ４）、１９７８年８５５頁に記載されたエル・ジー・コーエン（Ｌ．Ｇ．Ｃｏｈ ｅｎ）ほかによる「近赤外線ファイバレーマン レーザを用いた一般的ファイバ 光学測定システム」（Ａ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ（ＵＦ Ｏ）Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ Ｎｅａｒ ＩＲ Ｆｉｂｅｒ Ｒａｍａｎ Ｌａｓｅｒ）およびエレクトロニクス レタ ーズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第１４巻 １９７８年１７０ ないし１７２頁に記載されたシー・リン（Ｃ．Ｌｉｎ）ほかによる「ゲルマニウ ムおよび燐を添加されたシリカファイバのゼロ材料分散領域におけるパルス遅延 測定」（Ｐｕｌｓ Ｄｅｌａｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｚ ｅｒｏ−Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｒｅｇｉｏｎ ｆｏｒ Ｇ ｅｒｍａｎｉｕｍ ａｎｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃ ａ Ｆｉｂｅｒｓ）によって製造されかつ分散を測定されうる。

【００１９】

【考案の効果】

本考案によれば、光導波路ファイバの損失および分散特性を広い波長帯域に亘 って理想的なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による光導波路ファイバの断面図であ
る。

【図２】本考案による光導波路ファイバにおける屈折率
分布の説明図である。

【図３】本考案による光導波路ファイバにおける屈折率
分布の説明図である。

【図４】Ｖ／Ｖｃに対するＶｄ² Ｖｂ／ｄＶ² の値を示
すグラフである。

【図５】本考案によるコア屈折率分布特性を有する光導
波路ファイバの波長対分散曲線である。

【図６】本考案によるコア屈折率分布特性を有する光導
波路ファイバの波長対分散曲線である。

【図７】本考案による光導波路ファイバの他の実施例に
おける屈折率分布の説明図である。

【図８】本考案による光導波路ファイバの他の実施例に
おける屈折率分布の説明図である。

【図９】本考案による光導波路ファイバの他の実施例に
おける屈折率分布の説明図である。

【図１０】本考案による光導波路ファイバの他の実施例
における屈折率分布の説明図である。

【符号の説明】

７５ａ コア領域 ７５ｂ コア領域 ７５ｃ コア領域 ７６ 屈折率の低められた領域 ７７ 屈折率の低められた領域 ８２ａ コア領域 ８２ｂ コア領域 ８２ｃ コア領域 ８３ 屈折率の低められた領域 ８４ 屈折率の低められた領域

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【手続補正書】

【提出日】平成６年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【考案の名称】 単一モード光導波路ファイバ

【実用新案登録請求の範囲】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案による光導波路ファイバの断面図であ
る。

【図２】 本考案による光導波路ファイバにおける屈折
率分布の説明図である。

【図３】 本考案による光導波路ファイバにおける屈折
率分布の説明図である。

【図４】 Ｖ／Ｖｃに対するＶｄ^２Ｖｂ／ｄＶ^２の値を
示すグラフである。

【図５】 本考案によるコア屈折率分布特性を有する光
導波路ファイバの波長対分散曲線である。

【図６】 本考案によるコア屈折率分布特性を有する光
導波路ファイバの波長対分散曲線である。

【符号の説明】 １０，１２，１４ クラッドに囲まれた領域 １６，１８ 領域

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な材料からなるコアと、前記コアを
   取り囲み、屈折率ｎ₂を有する透明な材料からなるクラ
   ッドとを備えた単一モード光導波路ファイバにおいて、 前記コアが、最大屈折率ｎ₁ を有し、屈折率が半径の増
   大にともなって減少するように構成された透明な材料か
   らなる第１のコア領域と、 前記第１のコア領域を取り囲み、最大屈折率ｎ₃ を有す
   る第２のコア領域と、 前記第２のコア領域を取り囲む第３のコア領域とを備
   え、 前記屈折率ｎ₁ 、ｎ₂ およびｎ₃ について、０．１＜
   （ｎ₁ −ｎ₂)／（ｎ₁ −ｎ₃)＜約２が成立し、 前記第１のコア領域および前記第２のコア領域の屈折率
   分布が、１４００nmより大きな波長で比較的大きな導波
   路分散を有するように構成され、前記導波路を１４００
   nmより大きな波長で動作させるときに、大きな値をとる
   材料分散を相殺し、導波路分散が、製造上の公差に対し
   て、比較的左右されず、前記導波路が、微小屈曲損失が
   比較的ないように構成されたことを特徴とする単一モー
   ド光ファイバ。