JPS5831561B2 - 光導波体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半径方向に漸変する屈折率輪郭を有する芯と
その芯を取り囲んだ外被とを具備した光導波体（ｏｐｉ
ｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ）に関するものである。

光導波体内での光の波の伝播は、マイクロ波伝播を支配
しているのと同様の物理法則によって支持されているか
ら、それぞれ個有の伝播および電磁場特性を有するモー
ドに関して研究されうる。

シングルモード（ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ）導波体
は、分散を非常に小さくして光信号を伝播することがで
きる点で有利であるが、開口数が小さくかつ芯の寸法が
小さいために、光信号を効率的に挿入するのが困難であ
る。

マルチモード（ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ）導波体はシング
ルモード導波体よりも芯の直径が大きくかつ（または）
開口数が大きい。

従って、マルチモード導波体は、光信号を伝送するため
の好ましい媒体として用いられることがおおい。

なぜならば、マルチモード導波体は挿入レーザーや発光
ダイオードのようなインコヒレント （１ｎｃｏｈｅｒｅｎｔ ） な広スペクトル帯域光源
からの光を効率的に受入れることができるからである。

しかしながら、マルチモード光導波体では細手というモ
ードが伝播し、各モードは若干異なった群速度で進行す
る。

従って、多数の被案内モードによって共有される短い入
力パルスは一連のパルスに分割され、それらの分割され
たパルスが異なる時点において導波体の出力端に到達す
ることになる。

この型式のパルス分散が、典型的なマルチモード光導波
体における分散の主たる原因となる。

初期の光導波体は、均一な屈折率を有する芯とその芯よ
りも屈折率が小さくかつその芯を取り囲んだ外被材料の
層とよりなるファイバーで構成されていた。

この型式の従来のファイバーにおいては、種々のモード
が導波体に沿って一定の長手方向距離だけ進行するのに
要する時間はモードの次元が高くなるに従って長くなる
。

最も速いモードと最も遅いモードが一定の長手方向の長
さにわたって進行するのに要する時間の差として定義さ
れるこのようなファイバーにおける遅延歪みは非常に大
きい。

半径方向に漸変する屈折率輪郭を有する芯を具備した光
導波体が供給されており、これらの導波体はモード間の
群速度の差によるパルス分散が非常に小さい。

このような分散軽減効果について、ベル・システム・テ
クニカル・ジャーナル（Ｂｅ１ｌ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ）１９７３年
１１月号、第１５６３〜１５７８頁における漸変芯ファ
イバーのマルチモード理論」（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｔ
ｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｇｒａｄｅｄ −ＣｏｒｅＦｉ
ｂｅｒｓ ）と題するディ グローブ（１）、Ｇｌｏｇ
ｅ）外による論文で論述されているが、その場合、芯の
中Ｉしにおいて最大で芯と外被との境界面において最小
となる半径方向に漸変した連続屈折率輪郭が用いられて
いる。

この型式の導波体における屈折率分布は次の式で与えら
れる。

ｎ （ｒ）＝ ｎ （１−２△（ｒ／ａ ）α〕１／
２ ｒ≦ａただし、ｎ は芯の中心における屈折率であ
り、ｎ は半径ａにおけるファイバー芯の屈折率であす
、△＝（ｎ ２ ｎ ２）／２ｎｃ”であり、ａはＣ
Ｏ 芯の半径である。

初期の段階では、αが２に等しい放物線状の輪郭が、モ
ード間の群速度の差によって惹起される分散を最小限に
抑える屈折率勾配を与えるであろうと考えられていた。

上述したグローブ外の論文には、αが２に等しいのでは
なくて、２−２Δに等しい場合にパルス分散の軽減が得
られるということが記載されている。

しかしながら、αが２または２−２△に等しい屈折率勾
配に関する理論は、芯および外被の組成の分散特性間の
差によって導入される効果を無視している。

米国特許第３９０４２６８号には、芯と外被との分散特
性が軽減された勾配屈折率光導波体が記載されている。

その特許は、モード間の遅延差をできるだけ小さくした
勾配屈折率光導波体の屈折率輪郭は次の式で与えられる
ことを教示している。

米国特許第３９０４２６８号に教示されていることは、
光源が動作するスペクトル範囲にわたって芯の屈折率が
前述した関係にあれば、使用されるガラス組成に関係な
く該当する。

この特許の技術は、すべての二成分または多成分ガラス
形成成分に適用できる。

１９７７年１月１６日に発行されたアプライド・オプテ
ィックス（Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ における
カミナラ（Ｋａｍｉｎｃｙｗ ）とプレスビー（Ｐｒｅ
ｓｂｙ ）による「多成分ガラス光ファイバーにおける
輪郭合成Ｊ （Ｐｒｏｆｉｌｅ ５ｙｎｔｈｃｉｓｉ
ｓ ｉｎ Ｍｕｌｔｉ −ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｇ
ｌａｓｓ ０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ ）
という文献と米国特許第４０２５１５６号には、ガラス
組成を適切に選択することによって、光導波体は、ある
範囲の波長にわたっであるいは２つまたはそれ以上の異
なる波長において分散が最小限に抑えられるように合成
されうろことが示されている。

フレミング（Ｆｌｅｎｎｉｎｇ ） の米国特許第４
０３３６６７号は、特定の組成がある範囲の波長にわた
ってどのようにして均一な屈折率輪郭を有しうるかを教
示している点においてカミナラ、プレスビーおよびグロ
ーブの教示に関連している。

カミナラとプレスビーの論文、グローブおよびプレスビ
ーの特許およびフレミングの特許に引用されている例か
ら明らかなごとく、彼らの発明はある限られた組成に対
してのみ該当するにすぎない。

力□ナラ・プレスビーの論文における第１図には、拡張
された範囲の波長にわたって軽減されたパルス分散を実
現するためにはｒ二〇におけるｐ２ｏ、濃度がｒ”ａに
おけるＧ３０２濃度よりも１１．５倍だけ大きくなげれ
ばならないことが示されている。

この組成は、分散という観点からは有利であるが、粘度
、熱膨張、化学的耐性および開口数の観点からは望まし
くない。

組成に対する同じ制限がグローブおよびプレスビーの教
示によって課せられる。

彼らの例では、ｒ＝ｏにおけるＧ３０２の濃度がｒ＝ａ
におけるＢ２Ｏ３の濃度よりも８倍だけ小さくなげれば
ならないことが認められている。

このような組成に対する制限のために、大きい開口数や
ファイバーの直径を横切る方向における良好な熱膨張お
よび粘度整合のような他の重要な特性を有する光ファイ
バーを設計することが不可能となっている。

光導波体におけるパルス分散の波長依存性が重要な事項
である。

幾つかの異なる波長においであるいはある範囲の波長に
わたって小さいパルス分散を与える導波体は単一の波長
においであるいはそれの近傍において小さい分散を与え
る導波体よりも優れている。

米国特許第３９０４２６８号の発明においては、一般的
に、その導波体は単一の波長においであるいはその近傍
において分散が最も小さい。

米国特許第３９０４２６８号による導波体の輪郭形状を
選択することによって、任意の選択された単一の波長に
おいて最小の分散を得ることができる。

しかしながら、第４図に示されているように、他の波長
においては、分散が非常に大きい。

以上述べた点を考慮して、不発明は、前記グローブおよ
びプレスビーの特許発明を実施するために必要とされる
組成に対する厳しい制限を回避するものである。

本発明はまた、ある範囲の波長にわたっであるいは２つ
またはそれ以上の異なる波長において小さい分散を有し
かつ広い範囲の可能な組成で製造されうる漸変屈折率型
光導波体が得られるという点で米国特許第３９０４２６
８号よりも優れたものである。

さらに詳細に述べると、本発明によれば、半径方向に漸
変する屈折率輪郭を有する芯と、その芯を取り囲んだ外
被とを具備していて、少なくとも３つのガラス形成成分
よりなりかつ前記屈折率輪郭が実質的に次のようなｒの
関数として変化することを特徴とする光導波体が提供さ
れる。

ただ１．、Ｎ≧２はα型屈折率輪郭項の数であり、ｎｏ
はｒ ”＝ Ｏにおける屈折率であり、ｎｏはｒ ”
ａにおける屈折率であり、 である。

また、△・およびαｉは軽減されたパルス分散を発生す
る値である。

値α１ は好ましくは次の式によって与えられる。

である。

通信ケーブルを敷設することが非常に高価につくことを
考えれば、本発明の有用性は直ちに明らかであろう。

光導波体の価格はこの敷設費用に比較すればきわめて僅
少である。

敷設されたケーブルは、現在使用されている光源の典型
的には約０．８５ミクロンの波長において最も小さい分
散を有する導波体でありうる。

将来においては、他の波長においてさらに能率的な光源
が開発されうるであろう。

ある範囲の波長にわたっであるいはより多くの異なる波
長において小さい分散をもって動作することのできる現
在敷設されているケーブルに、後でさらに詳細に説明さ
れる型式の導波体を用いることがきわめて望ましいであ
ろう。

このようにして、異なる波長で動作しうる導波体を用い
ればケーブルを将来敷設するための費用が回避されるの
である。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。

導波体１１は芯１２と外被１３を有している。

外被１３の屈折率は芯１２のそれよりも小さい。

芯１２は、その芯の中心におけるｎｃから半径ａにおけ
るｎ。

まで変化する勾配屈折率を有している。

本発明によれば、その勾配は、ある範囲の波長にわたっ
であるいは選択された波長においてパルス分散を最小に
する少なくとも２つの屈折率輪郭項で形成される。

この導液体は、第２図に示されているような光通信系統
に結合されるものであり、この場合、発信機１４は平均
波長λを有する光パルスを発する光源を含んでいる。

導波体の出力端における受信機１５は導波体１１から光
を受は取りそしてその光に応答する。

発信機１４と受信機１５との間におけるパルス分散を最
小限に抑えることが望ましい。

さらに、ある範囲の波長にわたるあるいは異なる波長に
おける分散を最小限に抑えることが望ましい。

本発明によれば、芯１１はゲルマニア・ケイ酸塩（ｇｅ
ｒｍａｎｉａ ５ｉｌｉｃａｔｅ ）およびホウケイ
酸塩ガラスのような多成分ガラスで形成される。

これらの二成分組成のそれぞれは異なる濃度輪郭に従っ
て半径方向に変化する濃度を有している。

これらの成分の例を用いた場合、ｎｏはｒ二〇における
ゲルマニア・ケイ酸塩ガラスの屈折率を示し、ｎ はｒ
”ａにおけるホウケイ酸塩ガラスの屈折率を示している
。

本発明によれば、このような多成分ガラスで製造された
導波体におけるパルス分散は、芯の屈折率が下記式（１
）に従って芯の中心からの半径方向距離の関数として変
化する場合に、最小となされる。

／ ＷＴ ｆｄｅｌｌ−は次の式（２）によって定義づけられる屈
折率輪郭である。

である。

所望の屈折率輪郭を有する導波体を製造するために必要
とされるｎｄｎ／ｄλ、ｎｏ、△ｉおよびｄ△・／ｄλ
の値は、芯および外被材料として用いられるガラス組成
について異なる波長で得られた屈折率測定値に対してセ
ルフイアー・フィツト（Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒ ｆｉｔ
）を行なうことによって得られうる。

光導波体の屈折率輪郭を測定するための幾つかの技術が
次のような刊行物に記載されている。

「アプライド・フィジックスＪ （ＡｐｐｌｉｅｄＰｈ
ｙｓｉｃｓ ） １９７４年１０月号Ｖｏ１．１３、Ａ
１０、第２３６５〜２３６９頁におけるシー・エイ・
バラス（Ｃ，Ａ、 Ｂｕｒｒｕｓ ）外による「ガラ７
光７フイバーにおける屈折率輪郭および小規模非同質性
についての考察：幾つかの技術Ｊ （ＶｉｅｗｉｎｇＲ
ｅｆｒａｃｔｉｖｅ−Ｉｎｄｅｘ Ｐｒｏｆｉｌｅｓ
ａｎｄ ＳｍａｌｌＳｃａｌｅ Ｉｎｈｏｍｏｇ
ｅｎｅｉｔｉｅｓ ｉｎ ＧｌａｓｓＦｉｂｅｒｓ ｊ
； 「アプライド・フィジックス」（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ） １９７４年９月号、Ｖｏｌ。

１３、鳳９、第２１１２〜２１１６頁におけるダブリユ
ウ・イー・マーチン（Ｗ、 Ｅｐ Ｍａｒｔｉｎ ）に
よる「拡散光導波体の屈折率輪郭測定」（（Ｒｅｆｒａ
ｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ ＰｒｏｆｉｌｅＭｅａｓ
ｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｏｐｔ
ｉｃａｌＷａｖｅｇｕｉｄｅｓ ） ； １９７３年５
月３０日〜６月１日に開催された１９７３年レーザー技
術および応用に関するＩＥＥＥ１０ＳＡ会議でのイー・
ジー・ロウソン（Ｅ、’Ｇ−Ｒａｗｓｏｎ ）外による
「６次元までのセルフォック誘導率の干渉測定」 （Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｍｅａｓｕｒｌｅ
ｍｅｎｔ ｏｆＳＥＬＦＯＣＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ
Ｃｏｎ５ｔａｎｔＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｔｏ
５ｉｘｔｈ ０ｒｄｅｒ ）と題する論文！３．５（こ
の論文の簡単な記述がこの会議で配布されたダイジェス
ト・オブ・テクニカル・ペーパーズの第２２〜２３頁に
みられる）。

理論 パルス分散が最小限□抑えられる次の理論的解析は、ベ
ル・システムズ・テクニカル・ジャーナル（Ｂｅｌｌ
Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ
）５６．４９（１９７７）におけるマーカティリ（Ｍａ
ｒｃａｔｉ １ ｉ ）の解析を基礎としている。

次の解析においては、屈折率輪郭の種類について検討す
る。

ただしＮは正の整数である。

米国特許第３９０４２６８号の記載においては、Ｎは１
に等しいが、本発明においては、Ｎは２に等しいかある
いはそれよりも太きい。

マーカテイリは、モードμ、νの遅延時間が吹の式（５
）で与えられることを示している。

Ｉ） ＝ ２−６ ／ ５△であれば、モード間の遅延
差の平方根（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ５ｑｕａｒｅ ）
は、米国特許第３９０４２６８号の記述によれば、Ｎ＝
１のときに最小となり、本発明の教示によればＮ２２の
ときに等しく軽減される。

式（８）は偏微分方式として次のごとく書きかえられう
る。

米国特許第３９０４２６８号に記載された輪郭の種類（
Ｎ＝１３の場合には、式（１１）は次の解を有する。

であれば、新しい解が存在することがわかった。

かくして、多成分ガラス光ファイバーは、式（１）−（
諸によってもそれらのパルス分散を最小限に抑えられう
る。

上記の解析においては、米国特許第 ３９０４２６８号で与えられた 単純化された。

すなわち、＋ｙ＋＜１であると仮定されたが、この仮定
はほとんどの場合に有効である。

ある範囲の波長にわたる最小分散の望ましい条件が本発
明の最適屈折率輪郭に対して得られうろこのことは次の
条件を課する− もしα１が零微係数を有すれば、さらに広い帯域の波長
について最小のパルス分散が得られる。

ある種の応用に対して望ましい他の条件は、２つの（あ
るいはそれ以上の）異なる波長において最小分散が得ら
れるということである。

第１の実施例として、中ＩＬ＼において７．９モル多Ｇ
３０２を添加（ドープ）されかつｒ二ａにおいて１３．
５モル％Ｂ２０．を添加（ドープ）された溶融シリカ芯
よりなるマルチモード光導波体について考えよう。

ゲルマニア・シリカガラスの屈折率の測定値は、日本国
東京都で開催された集積オプティックスおよび光フアイ
バー通信に関する１９７７年国祭会議の要約にある小林
、柴田、井沢による論文にみられる。

ホウケイ酸塩ガラスの屈折率はジャーナル・オフ・ザ・
アメリカン・セラ□ツク・ソサイエテイ（Ｊｏｒｎａｌ
ｏｆ ｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉ
ｃ ５ｏｃｉｅｔｙ ） ５９，５０３〜５０７（１
９７６）におけるジエイ・ダブリュウ・フレ□ング（Ｊ
、Ｗ、Ｆｌｅｍｉｎｇ）の論文にみられる。

上記屈折率データは、ガラスのバルク・サンプルについ
て測定された。

光導波体ファイバーの屈折率は、ファイバー引き抜き時
に生じる公知の消失効果のために、バルク・サンプルの
屈折率とは実質的に相違しうる。

この明細書において言及されるすべての屈折率は光ファ
イバーの実際の屈折率に関係する。

バルク・サンプル測定にもとづいた屈折率データは、本
発明の実施を例示する目的のためのみに用いられる。

適切なセルマイアー・フィツト（Ｓ ｅ ｌ １ｍ ｅ
１ｅｒｆｉｔｓ）から、０．８５ミクロンの波長λに
おいては、ｎ は１．４６４９３に等しく、ｎｏは１．
４５０７１に等しく、△は０．００９６６に等しいこと
が知られうる。

０．８５□クロンにおけるパルス分散を最小にするため
に米国特許第３９０４２６８号における従来技術の単一
輪郭を用いると、α値は１，９５７に等しい。

この導波体に対する＋１秒／キロメートル（ｎＢ／ｂ）
で拡がる平方根・◇レスが第４図においてλの関数とし
てＣ１で示されている。

０．０１３ｎ ｓＡｍ の最小パルス分散が０．８５μ
ｍで実現される。

本発明の１つの可能な実施例においては、△１および缶
が次のごとく選択される。

０ｐｔｉｃａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅ
ｒｉｃａ ） ５５゜１２０５（１９６５）においてア
イ・エイチ・マリトソン（■。

Ｈ，Ｍａｌｉｔｓｏｎ）によって報告されたセルマイア
ー・フィツトから計算されうる。

０．８５μｍにおいて、ｎ８は１．４５２５０に等しし
い。

この実施例の場合には△、は０．００８４５に等しく、
△２は０．００１２１に等しい。

再びセルマイアー・フィツトを用いると、次の値、即ち
が得られ、これらの値を式（１）に用いると、α１−２
．０７６およびα２＝１．１２１ という値が得られ
、これによって０．８５μｍにおけるパルス分散がほぼ
最少となる。

α、の最適値が決定されて後に、芯の屈折率勾配が式（
１）によって規定される。

式（１）を満足する光導波体が、例えば米国特許第３８
２３９９５号および同第３８２６５６０号に開示されて
いる方法の１つに従って形成されうる。

一般に、屈折率が添加剤（ドーパント）濃度とともに直
線的に変化する場合には、Ｐガラス形成成分の濃度輪郭
Ｃｊ（ｒ）は実質的に次のごとく変化する。

ただし、係数Ｃ１ｊおよびαｉはここに論じられている
考慮に従って軽減されたパルス分散を与えるように選択
され、かつそれらの濃度はモル分数、重量分数、原子分
数あるいは濃度についての他の任意の目安のいずれかと
して表わされる。

αが予め定められた値に厳密に等しい漸変屈折率光導波
体が、製造方法に関係なく、形成されうるということは
ありえないことである。

しかしながら、屈折率輪郭が式（１）および（２）によ
って定義される最適輪郭にほぼ等しい導波体を製造し、
しかもパルス分散の大きな軽減を実現することは可能で
ある。

これらの技術は、後述する第３図に示されている態様で
多成分ガラス導波体の製造に適合したものである。

次の実施例２および３において、式（１４）または式（
１５）によって表わされた本発明の好ましい実施例がど
のようにして実施されるかが示される。

簡単のために、これらの実施例では、弐〇）におけるα
型屈折率輪郭が２に等しい即ちＮ＝２であると仮定され
る。

これらの実施例においては、ゲルマニアの導入によって
生せしめられる溶融シリカの屈折率の変化と酸化ホウ素
の導入によって生ぜしめられる変化をそれぞれ表わす２
つの量を定義する。

これらの２つの量は次の式で与えられる。

ただしｎ８は溶融シリカの屈折率である。

これら２つの量δ。

およびδ８は先行実施例における△１および△２に対応
した量に関係づけられる。

さらに他の２つの項が次のごとく定義づけられる。

溶融シリカの屈折率ｎ は、ジャーナル・オブ・ザ、オ
プティカル・ソサイエテイ・オブ・アメリカ（Ｊ、 Ｏ
ｐｔ −Ｓｏｃ、 Ａｍｅｒ ） ５５．１２０５（１
９６５）においてアイ・エイチ・マリトソン（１，Ｈ，
Ｍａｌｉｔｓｏｎ ）によって決定されたセルマイアー
・フィツト（Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒ ｆｉｔ ）から計
算されうる。

この実施例では、ｎｏは７９モル優Ｇ３０２を添加した
シリカの屈折率であるとされ、ｎｏは１３．５モルφＢ
２ｏ３を添加したシリカの屈折率であるとされる。

さらに他の３つの量が次のごとく定義される。

上記２つの添加剤（ド−２〈ント）の効果を△１ と△
２との間で分割するために、△１と△２を次のごとく定
義づけることができる。

（２１ａ）△１＝〔δｏ（１−ＸＧ）＋δＢ ＸＢ）／
（２ｎｃ” ）（２１ｂ）△２＝ＣδＧＸｏ＋（１−Ｘ
Ｂ ）δＢ ）／（２ｎｃ” ）ｘＧは、△２に割当て
られるゲルマニアの量の目安である。

恥が１であれば、そのゲルマニアはすべてΔ２に割当て
られる。

ＸＢは△１に割当てられる酸化ホウ素の量の目安である
。

式（２１ａ）および（２１ｂ）は所要の条件に一致して
いる 式（２１ａ ）および（２１ｂ）において、量見および
ＸＢ は△１ および△２を規定するために導入されて
いる。

多くのガラス系の場合、屈折率の自乗は添加剤（ドーパ
ント）の濃度に比例する。

もしそうであるとすれば恥 と恥は、それぞれＧｅＯ□
とＢ２Ｏ３の濃度に比例する。

しかしながら、このように比例することは本発明を実施
するためには必要でない。

式（１６）〜（２１）を用いれば、式（１４）または式
（１５）によってそれぞれ表わされる好ましい実施例が
特定されるような恥およびＸＢを見出しうろことが示さ
れることになるであろう。

実施例 ２ 屈折率輪郭が式（１）および（２）によって与えられ、
△ｉが式（１６）および（２１ＨＣよって与えられ、そ
しである範囲の波長にわたって最小の分散を生ずる所望
の条件、すなわち式（１４）が満足される１つの実施例
について考えてみよう。

これは次のような条件と等価である。

これらの結果は、屈折率が添加剤濃度とともに直線的に
変化するという仮定を基礎としている。

そのような直線性からのずれを呈示するガラス形成系の
場合にも、本発明は、非直線順を含むようにこの解析を
拡張することによって適用されうる。

第３図は、式（３０）および（３１）の輪郭を有する導
波体を形成するための装置を示している。

本発明を用いてこの装置を動作せしめる態様についての
理解を容易ならしめるために、この装置についてまず説
明しよう。

ガラスすすの層１６が、外側気相酸化バーナー１８によ
って、実質的に円柱状のガラス出発部材またはベイト・
ロッド１７に添着される。

バーナー１８には、図示されていない供給源からパイプ
１９のような適当な手段によって燃料ガスおよび酸素ま
たは空気が供給される。

この混合物が燃焼されて炎２０を生じ、その炎がバーナ
ーから放出される。

容器２Ｌ ２２および２３にはそれぞれ所定の量の液
体成分２４，２５および２６が入っており、それらの成
分が最終的に層１６を形成するのである。

それらの容器にはチューブ２７，２８および２９によっ
て酸素等のような適当なガス状媒抹が供給され、そして
そのガス状媒体が容器内の液体中を泡をたてながら流動
せしめられる。

この場合、そのガス状媒体またはキャリア・ガスは図示
されていない適当な供給源から予め定められた量および
予め定められた圧力でもって供給されるのである。

容器２１内の液体成分２４中を泡をたてながら流動せし
められるキャリア・ガスの流れは弁３０によって調整さ
れ、このキャリア・ガスの流速はゲージ３１によって表
示される。

同様に、容器内２２および２３内の液体成分２５および
２６中を泡をたてながら流動するキャリア・ガスの流れ
は弁３２および３３によって調整され、これらのガスの
流速はゲージ３４および３５によって表示される。

これらの容器内の液体成分はヒーターによって所望の温
度に維持される。

キャリア・ガスが加熱された液体成分中を泡をたてなが
ら流動せしめられると、その液体の蒸気がキャリア・ガ
スにすい伴せしめられてチューブまたはパイプ３６によ
って排出される。

そのキャリア・ガスと蒸気との混合物が外側気相酸化バ
ーナー１８に供給され、そして炎２０内に注入され、そ
こで上記ガス・蒸気混合物が酸化されてガラスすすを形
成する。

そのすすは、出発部材１７の方へと方向づけられた流れ
をなして炎２０を離れる。

出発部材１７はそれの支持端部の近傍における矢印によ
って示されているように回転運動と往復直線運動との両
方をなさしめられ、それによってすすがその出発部材に
均一に沈積されて添着されることになる。

容器２１〜２３には、一種のガラス形成成分と少なくと
も二種の添加剤が入っている。

この実施例においては、容器２１にはＳｉＣ／４が、容
器２５にはＧｅＣ／４が、そして容器２６にはＢＣ／。

がそれぞれ入っている。

弁３０，３２および３３は勾配型屈折率を生ずるように
米国特許第３８２６５６０号に記載されている態様で制
御される。

弁３２および３３は所望の態様で添加剤濃度を変化する
ために本発明に従って制御される。

本発明においては、導波体プレフォームが形成されつつ
あるあいだに、制御回路３７および３８が２つの添加剤
の濃度を制御する。

センサー２９は、導波体プレフォームが形成されつつあ
る場合におけるその導波体プレフォームの半径を表わす
電気的出力を発生する。

制御回路３７は式（３１ａ、３１ｂ）に従って変化する
制御信号を発生する。

この実施例においては、ＧｅＯ２の濃度が芯の中心にお
いて７．８モル係であり、かつＢ２０．の濃度が外被に
おいて１３．５モル多であると仮定されている。

従って、制御回路３７および３８は、導波体内に式（３
１）Ｋよって与えられる濃度輪郭を発生する添加剤濃度
輪郭をプレフォーム内に発生するようにプログラムされ
る。

このような制御信号を発生するアナログ回路は公知であ
る。

例えば、マクグローヒル・ブック・カンパニ・インコー
ホレイテッド（Ｍｃ Ｇｒｏｗ −Ｈｌｌｌ Ｂｏｏ
ｋ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ、） １９６０年発行ロ
ジャーズ（Ｒｏｇｅｒｓ ）およびコノリ（Ｃｏｎｏｌ
ｌｙ）著「アナログ・コンピユーティジョン・イン・エ
ンジニアリング・デザインＪ （ＡＮＡＬＯＧＣＯＭＰ
ＵＴＡＴＩＯＮ ＩＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳ
ＩＧＮ ）にこのような回路について記載されている
。

しかしながら、本発明の好ましい実施例においては、制
御信号を発生するためにデジタル。

マイクロプロセッサ−が用いられる。

この目的のために適したマイクロプロセッサ−の−例は
アレン・ブラッドレイ・カンパニ（Ａ １ｌｅｎ Ｂ
ｒａｄｌｅｙＣｏｍｐａｎｙ）によって製造されている
プログラム・ロジック・コントローラーである。

このようにして製造された光導波体について、パルス分
散対波長の関係が計算され、その結果が第４図において
曲線Ｃ２で示されている。

本発明のＣ２を単一α輪郭と比較すると、曲線Ｃ２の場
合には非常に広い範囲の波長にわたってパルス分散が最
小に抑えられていることがわかる。

第５図において、Ｃ１（λ）およびＣ２（λ）は、実施
例２に従って決定された式（２）の関数である。

Ｃ１（第５図におけるＡＩ）とＣ２（第５図におけるＡ
２）とは双方とも式（１４）の条件に従って０．８５ミ
クロンにおいて零傾斜を有していることがわかる。

パルス分散対波長の関係が第４図に示されているように
非常に広い範囲にわたる最小パルス分散領域を有してい
るのは、このようにＣ１（λ）とＣ２（λ）とが０．８
５ミクロンにおいて零傾斜を有しているがためである。

第６図においては、この実施例のＧｅＯ□およびＢ２Ｏ
３添加剤輪郭が曲線Ｇ２およびＢ２によって示されてい
る。

比較のために、従来技術の最適単一α輪郭を発生するた
めに必要とされるＧｅＯ２およびＢ、０３添加剤輪郭が
曲線Ｇ１およびＢ１によってボされている。

Ｇ１およびＢ１によって小された従来技術の濃度輪郭は
次のごとく与えられる。

最適単一α輪郭とこの実施例の二重α輪郭の添加剤輪郭
は異なることは明らかである。

これらの差は光導波体または光導波体プレフォームの添
加剤輪郭を測定するためにＸ線マイクロプローブ技術を
用いることによって観察されうる。

このようなマイクロプローブ技術については、ジョン・
ウィリー・アンド・サンズ・インコーホレイテッド（Ｊ
ｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ ５ｏｎｓ、Ｉｎｃ−） １９
７３年発行シー・エイ・アンダー七ン（Ｃ，Ａ。

Ａｎｄｅｒｓｅｎ ）編「マイクロプローブ・アナリシ
ス」（Ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ）に
おける「アプリケイションズ・オブ・ザ・エレクトロン
・マイクロプローブ・イン・七シ□ックス・アンド・グ
ラステクノロジーＪ （ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ Ｏ
Ｆ ＴＨＥＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＩＣＲＯＰＲＯＢＥ
ＩＮＣＥＲＡＭＩＣ８ＡＮＤ ＧＬＡＳＳ ＴＥＣＨＮ
ＯＬＯＧＹＪと題する論文にダブリユウ・ティ・ケイン
（Ｗ。

Ｔ、 Ｋａｎｅ ）によって論述されている。

１本発明の好ましい実施例についての他の説明
として、２つの波長、λ１＝Ｏ，ＳＯ□クロンおよびλ
２二１．２０ ミクロンにおいて最小パルス分散を与え
る屈折率輪郭を（式（１５）に従って）決定しよう。

式（１６）〜（２２）において定義された記号が０．８
０ミクロンにおける量を表わすものとする。

１．２０□クロンにおいて評価された量のアナログ組を
定義しかつ記号の上にバーをつげてこれらの量を示すこ
とにする。

例えば、式（４）と匍６）〜（２２）の定義とを用いれ
ば、式（３５）は次の式と等価であることになる。

係１ＢＱＧ、ＢＢＢ、Ｂ、Ｂは前述したセルマイアーフ
ィットから評価されうる。

上述の説明に従って製造された導波体についてのパルス
分散対波長の関係が第７図に示されている パルスの分
散はＯ，ＳＯμ扉および１．２０μ扉の近傍において最
小となっている この導波体の添加剤輪郭は次のごとく与えられる。

式（２１）の線形近似が有効でなければ、解析はさらに
困難になるが、導波体設計の原理は同じである。

式（１３）に附加的な設計パラメーターε、を導入する
ことによってパルス分散の軽減がさらに改善され、その
結果、次のごとくになる。

標準的な解析方法を用Ｘ、中ば、分散をさらに軽減する
εｉが選択されうる。

ε、の正確な値は△ｊ。Ａ□Ｌ、λ、ｎＮ および導
波体のモード間ｄλ ０゛０ における光パワーの分布に依存してきまる。

式（４２）の条件のもとでεｉを任意に選択することは
本発明の範囲内にある。

以上本発明の特定の実施例について図示し説明したが、
本発明の精神および範囲内において種々の変形変更が可
能であり、これらの変形変更はすべて特許請求の範囲に
包含されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による導波体の一部分を示す図。 第２図はその導波体を光通信方式に使用した場合を示す
図、第３図はその導波体を製造する方法を示す図、第４
図は従来の屈折率輪郭の場合のパルス分散対波長の関係
（曲線ＣＩ）と、本発明の好ましい実施例における改良
されたパルス分散対波長の関係（曲線Ｃ２）を示すグラ
フ、第５図は単一α輪郭の場合に最適αがλの関数とし
てどのように変化するか（曲線ＡＯ）を示すとともに、
本発明の好ましい実施例におけるＧ１（λ）およびα、
（λ）（曲線Ａ１およびＡ２）を示すグラフ（ＡＩおよ
びＡ２は双方とも０．８５μ扉において零傾斜を有して
いる）、第６図は０．８５μ扉において最小分散となる
ように設計された単一α輪郭の場合のＢ、Ｏ８およびＧ
ｏ２濃度輪郭を示す（曲線Ｂ１およびＧｌ）とともに、
０．８５μ汎においてｄｃｃｉ／ｄλ二〇となるように
設計された二重α輪郭の好ましい実施例の場合のＢ２０
．およびＧｏＯ２濃度輪郭を示す（曲線Ｂ２およびＧ２
）グラフ、第７図は本発明の好ましい実施例におけるパ
ルス分散対波長の関係（曲線Ｃ３）を示すグラフ（小さ
いパルス分散が２つの別個の波長で実現されている） １１・・・・・・光導波体、１２・・・・・・芯、１３
・・・・・・外被、１４・・・・・・発信機、１５・・
・・・・受信機、１６・・・・・・ガラスすすの層、１
７・・・・・・出発部材、１８・・・・・・バーナー、
２０・・・・・・炎、２１． ２２． ２３・・・・・
・容器、２４、 ２５． ２６・・・・・・液体成分、
３０． ３２，３３・・・・・・弁、３Ｌ ３４，３
５・・・・・・ゲージ、２９・・・・・・センサー、３
７，３８・・・・・・制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半径方向に漸変する屈折率輪郭を有する芯と鉄芯を
   取り囲む外被とよりなる光導波体において、少なくとも
   ３つのガラス形成成分よりなり、かつ前記屈折率輪郭が
   実質的に で表わされる半径ｒの関数として変化し、Ｎ２２はα型
   屈折率輪郭項の数、ｎｃはｒ ＝ ０における屈折率、
   ｎｏはｒ−ａにおける屈折率、△＝△ｉおよびαｉは軽
   減されｊコバルス分散を発生する値であることを特徴と
   する光導波体。 ２、特許請求の範囲第１項記載の導波体において、αｊ
   の値か によって与えられ、 ただしλは導波体が使用され る波長であり、かつ であることを特徴とする前記導波体。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の導波体において、α、
   の値が で与えられ、 ただしλは導波体が用いられる波長 であり、 カ１つ であり、εｉは改良されたパルス分散を発生することを
   特徴とする前記光導波体。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の導波体において、ｉ＝
   １・・・・・・Ｎの場合にεｉ二１であることを特徴と
   する前記導波体。 ５ 特許請求の範囲第１〜４項のうちの１つに記載され
   た導波体において、△ｉがある範囲の波長にわたってパ
   ルス分散を発生する値であることを特徴とする前記導波
   体。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の導波体において、とな
   る値であり、ただしλ。 は導波体が使用されるスペクトル範囲内の波長であるこ
   とを特徴とする前記導波体。 ７ 特許請求の範囲第１〜４項のうちの１つに記載され
   た導波体において、△ｉが２つまたはそれ以上の波長に
   おいてパルス分散を発生する値であることを特徴とする
   前記導波体。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の導波体において、リ、
   λ１、λ２・・・・・・λｑは導波体が使用される少な
   くとも１つの波長を含むことを特徴とする前記導波体。 ９ 特許請求の範囲第１〜８項のうちの１つに記載され
   た導波体において、前記ガラス形成成分が実質的に として変化する濃度輪郭を有し、ただし係数Ｃｊｉおよ
   びαｉは軽減されたパルス分散を発生し、Ｃｊ （０）
   は半径ｒ＝Ｑにおける濃度を表わすことを特徴とする前
   記導波体。 １０特許請求の範囲１〜９項のうちの１つに記載された
   導波体において、該導波体が平均波長λを有する光パル
   スを発生する光源に対して光を受は取る関係にある入力
   を有するマルチモード光導波体であり、前記光パルスは
   導波体によって該導波体の入力から出力まで伝送され、
   その場合、前記平均波長λを含む２つまたはそれ以上の
   波長においであるいはある範囲の波長にわたってパルス
   分散が軽減されることを特徴とする前記導波体。