JPS5852603A - シリカをもととした単一モ−ド光フアイバ導波路 - Google Patents

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】 路に関し、特に少庁くとも２つの同心因状クラツド領域
を有する導波路、及び斯かる導波路から成立つ通信シス
テムに関する。

単一モードの光フアイバ導波路が低損失であることと散
乱を起すこととはリピータ間隔が長く、帯域幅が広い光
通信システムにとって魅力的である。斯かるシステムに
おいては、最大データ伝送速度は材料と導波路との効果
による光散乱により制御板されている。

光フアイバ導波路の製造に現在使用されている様な不純
物を添加したシリカ（　ｓｉｌｉｃａ　）と同様に、純
粋なシリカにおいては、波長の関数として表わしだ材料
分散の係数が、例えば約０．　８　ｔｉｍ　〜１．　６
　）ｔｍ　の光通信システムに対して現在考えられてい
る波長範囲に対して正であることはよく知られている。

さらに、約１．３μｍ　の波長において拐１４分散の値
は零であ７．）。対照的に、典型的な否波路分１１々の
葡Ｑ−１、Ｑ’ｔ−モードのファイバ導波路に、１・・
いて同−彼Ｊ（範囲４・：ぢえるならけ小さＡ：負の１
偵の係数をイ１する３、１ｔＪｉ＜ｌ〜て、最適１斥似
に７１シて全体の色分散の飴１１（（１分１１１１と・
Ｊンメ皮路分散との代数１１１で！ＪえＣ，ニア”＋る
ものであり、典］１］１的には」−４才・１分１１々が
零である波長と１−１．．７．３３二つノ・−彼Ｊ（に
、ｌ＝、−いて零の値”；＋−イＩ−する３、例え（Ｉ
、タフリューニー・カムフ゛リング１′）に、１、す］
　０７９年に小：ｒ下学小論文隼、ｉ、＋５巻、第４７
４−４７６７、’ｊに掲載されている論文全参照さｆま
たいｏ　　（Ｗ、　　Ａ、　　Ｇａｍｌ）Ｉｉｎｇ　ｅ
ｔ、　　ａｌ、、　　ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩ、ｃｔ
ｔｅｒｓ、　Ｖｏ！、　（１５）　、　ｐｐ　４７４−
４７６　、１Ｑ７９）シリカケ基体と１−２だファイバ
導波路の１１１失のスペクトルし１．１ｌｌｊ、　＋（
ＩＩ的に、（・１＼］、　：３　ｔｕｒｒ　において相
対的な最低値をイＪシフ、！５＼゛］、　５５　）ｒｍ
　において絶え１値々最低１１ｔｃ　（ζこでｌ：Ｉ：
　渚えている波長領域に対する）を有するものであると
ともよく認識さ打ている３、斗だ、最低ｉｆｆｆｆ長波
長いて零の値の色分ｉｐ、を子Ｊする単一モード、ステ
ップインデクス（５ｔｅｐ−ｉｎｄｅｘ　）型ファイバ
導波路を設計するととが可能であるととも計算から判っ
ている。これに関しては、シー・ピー・チャンクにより
１９７９年に電子工学小論文集、第１５巻（第２３月）
、７６５頁〜７６７頁を参照されたい。（Ｃ，Ｐ、　Ｃ
ｈａｎｇ。

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ　、　Ｖｏ
ｗ、　　１５（２３）。

ｐｐ、　７６５−７６７　、１９７９　）１、５５７１
ｎ７　　の近傍の最低損失波長において色分散が最低値
をとるような単一モードのファイバ導波路はその波長で
帯域幅が広いにもかかわらず、典型的には斯かるファイ
バ導波路は非常に小直径のコアを有するもの、例えばは
ソ５μｍ　」＝り小さな値の直径を有するものでなけれ
ばならず、その結果、困難なスプライスの問題（ｓｐｌ
　ｉｃｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍ　）が発生する。さらに
、斯かるファイバ導波路を使用した通信システムにおい
ては、最低分散波長からの信号キャリア波長がきわめて
わずかに偏移していたとしても、小火上、システムの帯
域幅の低下を招く。例えば、最低分散波長から二１：　
０．０５　ｍｎ　のキャリア偏移があっても、は＼゛２
桁だけ最大データ伝送速度の減少を・招く０本１儀論か
ら、ｌ、　３７１ｍ　　で動作させ−る（〉ｋに設斤１
された標Ｗ／ｊ　ｊｌソステップインテクス形ｊｉ’を
一モード式ファイノいり波路ｃ−１，１，５５７７ｍ　
　の近傍では動作させるのに適さず、その逆も成立つと
共に、斯かるファイバ？、９波路Ｖ１、典型的には波長
分割の多重化をさせることかできない。

二重クラッド形の単一モー１く式ファイバ導波路はＷ字
形プロファイル（Ｗ　−ｐｒｏｆｉｌｅ　）を有する導
波路とも苦わねるが、このファイバ導波路に１、中実上
従来方式の中−クラッド形導波路より本質的に有利であ
ることが最近認められた。例えば、従来の単一モード式
のステップインデクス形導波路」：りも人１−１径が可
能であり、しかもＷ字形プロファイルのファイバ導波路
ｔ］１、ｒｌ、−モードで動作できることが指摘されて
いる。詳細Ｖ１、用ト、Ｊ・・よび画用に」：つて１９
７４年に米合衆国電子通信学会。

量子電子工学論文誌、第Ｑ　Ｅ　−１，０巻（第１２号
）、８７９〜８８７頁に発表された論文全参照されたい
。（Ｓ、　Ｋａｗａｋａｍｉ　ａｎｄ　Ｓ。

Ｎ１５ｈｉｄａ　、　　ＩＥＥＥ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　
ｏｆ　ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　、　Ｑ
Ｅ　−１０（第１２号）。

ｐｐ、　８７９〜８８７　、１９７４．　）　　ごく最
近になって、単一・モード式Ｗ字形プロファイルを有す
るファイバ導波路は関係波長領域で金色分散に対して２
つの零点を有し、これらの２つの零点の間の波長領域で
、有限ではあるが小さな分散を有する様に膜用できるこ
とも実現化されている。例えは、開本らにより１９７９
年に電子工学小論文集、第１５巻（第２２号）。

７２９〜７３１頁に発表された論文を参照されたい。（
Ｋ、　Ｏｋａｍｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ、、　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ　、　Ｖｏｌ、　１５　（２
２）　、　　ｐｐ、　７２９−７３１゜１９７９　） しかしながら、これらの値は奸才しくないパラメータ値
を有するファイバ導波路に対して得られた結果である。

特に、関連ファイバ領域間での屈折率の相違はきわめて
大きく、１係のオーダであり、コア直径はきわめて小さ
くはソ７μｎ１　である。火きな屈ＩＪｉ率の値Ｖ１、
濃度の高い不純物添加を意味し、典Ｊ１．ｌｊ的にＦｌ
：事実上レイレイの１１＋乱１１ｆｔ失を招き、ｌ］・
内径コアに１典型的にロ中実トスプライス損失を招く。

勿論、と７１らの４ｒｔ失メカニスムタｌ：両方古もｒ
ｉＪ能なリピータ間隔金減する１げＩ向にある６、最近
、すなわち１９８１年にミヤらＬＬ米国電子１ＩＩＩ伝
学会、量丁−電子工学論文誌、第ＱＥ−１７巻（第６弓
勺の８５８−８ｆｉ１頁にＪ）・いて、前出の開本らに
より議論されたファイバ導波路より屈折率の差が小さく
コア・Ｆ法の大きい一二重クラッドを探１１１シたＷ字
形プロファイルをイ］するファイバ導波路について報告
した３、（Ｍｉｙａ　　　ｅｔ、　　　ａｌ、、　　　
　ｒＥＩ＋；Ｅ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　　ｏｆ　　　Ｑ
ｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　Ｖｏｌ、　Ｑ
Ｉ’：　　１７（ｆ’ｉ　）、ｐｐ、８５８−８６１、
　（１９８］　）　　’Ｉ！＋に、コアとタ１１１１則
クララとの間の屈Ｊｆｉ率Ｘが０．５２　％、夕１佃ク
ラツ１く層と内側クラッド層との間の屈４ノ１率ノＡ−
］が（１１） 一〇、　３　］係、コア直径がは＼７〜８μ＋＞＋、内
側クラット層の厚さがはマコア゛ＩＬ径に近い値を有す
る単一モ・−ド式Ｗ字形プロファイルのファイバ導波路
に関してミヤらＶｌ、報告しでいる。これらのファイバ
においては、コアはゲルマニアでアップドープ（ｕ　ｐ
　−ｄ　ｏ　ｐ　ｅ　ｄ　）　したものであり、内側ク
ラッド層は弗素でダウンドープ（ｄｏｗｎ−ｄｏｐｅｄ
　）Ｌ、７’ｊものである。使用した添加物が多数であ
るため、斯かるファイバの製造は典型的には比較的に複
雑である。さらに、比較的高濃度に不純物添加したコア
領域は比較的高いレイレイ散乱ｌ乱（Ｒａｙ　ｌｅｉｇ
ｈｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　）　　を招き、不純物の添加
はは−１，３μ７ｎ　　より上の波Ｊ（に対してコアの
イ」料分散の零点の波長を偏移させ、典型的には色分散
の短波長側最低値を１．、３　ｌｔｍ　　より上の波長
で発生させている。とれらの理由、ならびに他の理由に
より、大きなコアと小さなレイレイ散乱とを有するファ
イバ導波路を実現Ｉ〜、色分散スペクトラムの形成にお
いて大きな自（１２） 山鹿ｋ　’５えるよう乙・パラメータ範囲を見出すこと
が望−４し２い。

」ぐ発明は少なくとも２つのクラッド層を有するシリカ
ベース形（５ｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ　）　　ｒｌ’−
−モードの光フアイバ９ｊｉ波路、！ｊ１ノにす的にＵ
ｊ：二重クラッド彩ファイバ２！（波路に関し、！１１
Ｊに川１かるファイバ導波路、ｌ−り成る通４ｉシステ
ムに関する。斯かるファイバ導波路は同じ田土の３つの
領域から成る。これらの領域１、第１の屈折率ｎｃ（１
＋Δ）と半？Ｙ’：ａＲ，とをイｊ゛するコア領域と、
第２の屈］Ｊ１率ｎ　　（１−１１Δ）ど外径ａと全イ
ノ′する」二うに定了しさ７ｊ−ノこ第１の内１１１１
１クラッド領域と、第：３の屈折率ｎ　と１９さしとを
有する」：うに定義さ４１．／こ第２すなわち外側クラ
ッド領域と−Ｃある。（■（１けコア半径のａに対する
比を表わし、ＩＩ　ｉｔ２．氾１の屈折率が第：３の屈
Ｊｊｒ率を越える程度を表わし、ＩＩ　ｉｔ、第：３の
屈折率が第２の屈ＪＪｒ率を、ｌ」ｇえる」）゛度６：
表わす。）との描ｙ７Ｅ休ｋｌ、さらに、例えば（典型
的にはプレフォーム出発チューブから得ら；？１−１純
粋溶融（ｐ　ｕ　ｒ　ｅ　ｆ　ｕ　ｓ　ｅ　ｄ　）　Ｓ
ｉ　Ｏ２から成＼ン一っているクラッド領域により取囲
むことができる。

しかしながら、本発明の目的に対して、さらにこのクラ
ッド層は通常無視できる。上記照合された領域に加えて
、斯〃・るファイバ導波路は例えば０Ｔ−ｒ基（Ｏｌｌ
　ｒａｄｉｃａｌｓ）のコア領域−＼のマイクレージョ
ン（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　）を防止するために設計され
た障壁層の様な、別の領域から成立たせることができる
。Ｗ字型プロファイルのファイバ導波路においては、第
１の屈折率が第３の屈折率より大きくなければならず、
第３の屈折率が第２の屈４フｊ率より大きくなければな
らんいと訂う要求を屈折率が満足させなければならない
。

本発明によりファイバ導波路は比較的大きなコアを有し
、第１のクラッド層は厚さが典型的にはコア半径より小
さく、コアと外側クラッド層との間の屈折率差は比較的
小さく、また、例えは内側クラッド層の屈折率のＪ：う
な”屈折率の１１戸（’ｌ”ｕｄｅｘ　ｗｅｌｌ　）　
”　　は比較的深くて狭いＯ’ｌ′Ｊに、Ｉｔｌｉかる
ファイバ嗜波路は好ｉ　Ｌ　＜　ｒＹＩ９、＼５μノア
１　　よりも大きい半径ａと、々了ｔ　Ｌ、　＜　ｉｔ
少なくともは＼４　／１７？＋　　のコア半径ａＲ３を
・、イ」して、は−０，５と０．８との間の値をイ］す
るｒｔ　、　　と、は＼０．０　（＋　’Ｉと（・頁は
０、００４との間であって、々ｆｔＬ＜ｉｔは＼０、０
０１５と（１１＼ｏ、　ｏ　０３との間の値を有するΔ
と、は＼゛１とＣ１、＼゛３との間であって、好１しく
は日ソ１５とｔ頁ｖ２５との間の値を有するｎ　＞有す
るものである。コアの゛ト径ｄは＼１０　）ｕｎ　　を
越えないものであり、好７Ｆシくははｖ８μｍ　」：り
小さなものである。実施例とし７て挙げたファイバ導波
路は大きな（従来の３．５−４．７１７＋７　に７・］
シて４７１７７１　　よりも大きな）コアを有（〜、コ
アとタ１側りラット層とのル（折率の差が小さく（従来
の例えば（１，！’ｉ　２％にえ・１して０１係〜０４
％）、典型的に目、内側クラッド層とタ１１則クラッド
層との差が小さく（従来の例えば０３１φに対してＯＩ
係〜０．６％）。

ミヤら（前出）により記載されたファイバ導（１５） 波路よりも内側クラッド層が狭い（コア半径の？”ｉ、
　’；　１倍に対してコア半径のはＸ１／４倍〜１倍）
。本発明による範囲内のパラメータによれば、低レイレ
イ散乱と低スプライス損失などの好ましい特質を有する
ファイバ導波路をもたらすことが可能である。さらに、
本発明によるファイバ導波路は広い波長領域、例えはＴ
度１３μｍの下から日ソ１．５５　ｔｔｍ　−までの領
域で、成る程度独立に調整しうる色分散の零点の２つの
波長で低い分散値を有するように容易に形成しうる。こ
れは極限的に改善された特性、例えば低損失がＫｎられ
る両波長において広帯域を有するような通信システムを
もたらすことになる。本発明によるファイバ導波路の付
加的利点には、典型的には製造が比較的単純であるとと
、ならびに比較的許容パラメータ偏差が大きいことであ
る。

本発明によるファイバは通常の方法で＝’Ｅｉ　０２過
多のプレフォームから製造でき、典型的にはプレフォー
ムは適切々技術、例えばＭＣＶＤ（１６） （改良化学的気相堆積法：　％ｏｄｉｆｉｅｄ　ｃｈｅ
ｒｒ＋１ｃａｌｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）
、あるいはＶＡＤ（気相軸方向堆積法　Ｖａｐｏｒ　ａ
ｘｉａｌ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）に」：り製造でき
る。適当な屈折率をさける添加剤、あるいは屈折率をあ
ける添加剤、」た１１７１、両者の混合を使うことがで
きる。実例としては、添加物には弗素（Ｆ）、ゲルマニ
ウム（Ｇｅ）、ならびに燐（Ｐ）などがある。実施例に
おいて（−１２、コアｒ１、本質的にシリカ（Ｓｉ、０
２　）から成立つか、あるいし１、わずかにゲルマニア
を添加したシリカから成立ち、内側クラット層領域とタ
１側クラット層領域とにＶｌｌ、それらの屈折率を低下
させるようにＦを添加してあり、ファイバ導波路に」、
・いて通常の低い方の分散範囲を短波長側、たとえばｉ
、　３　ｌｔｍ　　より下に延ばす」：うな事象を招く
ことは可能である。

第１図は、例えばＧｅ　　を添加したシリカにより生産
することができるような、典型的なゝゝアップドープ”
を行なったステップインデックス式Ｗ字形プロファイル
を有するファイバ導波路にする、半径方向の距離の関数
としての屈折率を系統的に示したものである。記述を容
易にするため、第１：Ｉ、−よび第２の屈折率は第３の
屈折率、ず々わち外側クラッド層の屈折率ｎ　の関数と
して表わされている。

これはパラメータＨとパラメータΔとによってなされて
いる。パラメータΔは第１の屈折率が第３の屈折率を越
える程度を表わすものである。パラメータＨは屈折率の
井戸の深さを表わすものであり、すなわち、第３の屈折
率が第２の屈折率を越える程朋を表わすものである。壕
だも記述を容易にするため、コア半径のａに対する比を
表わすパラメータＲ７により、内側クラッド層の外側半
径ａの関数としてコア半径ａＲ，が表わされている。斯
くして、不等式０．５　＜　Ｒ＋　＜　１は内側クラッ
ド層の厚さがコアの半径よりも小さなファイバ導波路を
意味する。

本議論に関係した３つの領域、すなわちコア領域１０、
クラット層１１、ならびに外側のクラット層１２のうち
で、コア領域１０が最も高い屈折率をイ」する。）ｌ／
：　ｒ″ｆ：ａＲｌ　を有するコアｒ１：屈折率ｎ、パ
１１Δ）をイｊＪ−る。。

プレフォームコラプス（＋）ｒｅｆｏｒｍ　　ｃｏｌｌ
ａｐｓｅ）の間で添加物のゑノへ離脱（ｂｏｒｎ−ｏｆ
ｆ　）　　により一般にＧｃ　　を添加＋、、　＊−ｊ
Ｊ１波路にＬ−いて観察される、１．うな、（咄力向に
Ｉｈ　Ｊイ５み４・イ１゛する」：う４：屈折率ケコア
が小（２でいる４、シか］〜ながら、Ｉｕｉかる詰込み
ヲ・イ］−するファイバ導θＵ路Ｑ−１１、ファイバ断
面の少’ｌ（（１！−もＯＷ＼９０％にわ／こって所望
のプロファイルを有するものである。

イ列えば、ステップインテックスｊ１４ファイバに１、
・いてＶｌｌ、断面の少なくともは＼’９０％にわたっ
て典！（す的にはコアの屈折率０１−実質的に一定であ
る。内側クラッド層１１　ｒ、ｌ　：３勺の領域のうち
で最も低い屈ＪＪｒ率を・有するものであり、ｎ　　（
］−Δｎ）の（ｌ１１１’、　Ｋ−イｊ−するもの゛で
ある３、内１則クラッド領域１１のＪｌ、ｊさし１、ａ
（＋−＋ｔ、）である。

外側クラッド領域１２の屈４Ｊｉ率１１はコアの屈折率
と内側クラット層の屈４ｆｒ率とのＦ塵中間の値である
ｎ。を有する１、外側クラッド層の厚さは厳密庁もので
ば々い。１〜かしながら、典型的にはタ１佃クラッド層
の厚さは本質的に不定であるように１〜で取扱うことが
でき、ファイバ内部を伝播するエネルキの無視しうる部
分が領域１０，１１．１２の内部に含１れないように、
タｌ側クラッド層の厚さは比較的太きいものでなければ
ならない。もし外側クラット領域のＪ早さがコア下径よ
りも少なくとも数倍人きく、少なくともコア半径のはソ
ロ倍であることが好ましいならば、との条件は満足され
るわけである。領域１３ｉｄ１、例えは溶融シリカプレ
フォーム出発チューフからイ■Ｉられた９］：うな可能
な別のクラッド領域に相当する。斯かる場合には、領域
１３の屈折率に不純物を添力１１１〜々い溶融シリカの
屈ＪＪｒ率である。領域１３がファイバ導波路内部の信
弓伝播に与える影響は無視できるものと仮定されるので
、原理的にはクラッド層１３の屈折率Ｖ１−隣接クラッ
ド層１２よりも大きいか、′１ｑシいか、あるいｒＪ、
小さくすることができる。

例えば、ドを添加しノへシリカにＪ二って達成すること
ができ／こ」二つな、″タウンドープ。

（ｄｏｗｎ　ｄｏｐｅｄ　）“し５だステップインデッ
クス弐＼Ｖ字形プロファイルのファイバ嗜波路に対し−
Ｃ１゛１′ｆｆ力向のＩ’ｌ’標を関数として）ｍ　４
１ｉ’率プロフアイルを系統的に示し／こものが第２図
である。コア領域２０、内側クラット領域２１、外側ク
ラッド領域２２、ならびにクラッド層２３け、そ７１ぞ
れ第１図の領域１０，１１゜１２．１３と面接的に相似
したものであり、ｆ’ｒ　１ｍ折率間にも同（子な関係
があり、半径方向の寸法と屈折率とに対して仁Ｊ、同様
な記シｌが使用しである。、第２（ヅ１のプロファイル
は、本質的に純粋なシリカから成＼゛１．つコアケイｆ
するｌ”添加形ファイバに適用できる。この場合、添加
剤の熱離脱（ｂｕｒｎ−ｏｒｆ　）　　ｒ：Ｊプレフォ
ームロブラスの間に生ずることが不ｉ１１’　（ｉＩで
ある／こめ、典）（す的にＱｌ屈折率の落込みが現われ
ない３、比較的高濃度のＦ（Ｌ−添加した内側、々らび
に外側クララ１く層を有するファイバ導波路においては
、伝播イハ号モートのろうえいケ避ける／こめに、外側
クラッド層のＪ！？さは少なくともコアの半径の８倍で
なければならない。

勿論、多重添加物形のファイバ導波路でもって本発明を
実現することも可能である。例えば、本発明の特定実施
例においては、コアは軽くアップドープ（例えば、Ｇｅ
添加）したものであり、クラッド層はタウンドープ（例
えばＦ添加）したものである。実例的なパラメータ値は
Δ＝０．２％（アップドープにより典型的にはこの１部
分のみが有効）、Ｔ（＝　２、ａ＝７　μｍ　、ならび
にＲ，＝０．７である。この結果に」：れｄ゛、コアを
低濃度にドープし／ζことにより低い値のレイレイ散乱
を有し、純粋な１Ｓｃ　０２の値に近い零４Ｊ料分散θ
ν長を有するファイバが得られる。

第１図お」こび第２図において１本質的にステップ状の
屈折率プロファイル全示すものであるとは凸駄−１杢弁
、明によるファイバＶ１、曲＃、ｌｊ的にＶｌ、助かる
プロファイルをイ」する必″放はない。もしプロファイ
ルが（＋’意ｉ’ｌ　ｋもって、あるいＣ２１有、’Ｇ
＜　ｌ’ｌ　’１．　＜ステップ状プロファイルとｉｔ
　’Ｊ４なつ／ζ、ものであり、例えＱ１クレートイン
テックス形ファイバ導波路であれは、″イ］効（ｅｆｆ
ｅｃｔｉｖｅ　）　″　屈折率（１ｎｄｉｃｅｓ　）と
“イ１効・”’ｌ’ＮＹ’：　（ｒａｄｉｉ　）どが定
鉤できる３１例えＣ９１”、工・−・タフリュー・スナ
イダにより１９８１年に米国？ｌｉ気電ｒ学会誌、第６
９巻、第１号（ｉ　−１：ＪＩベージに発大されている
論文を参照されたいｏ　　（Ａ、Ｗ、５ｎｙｄｃｒ　、
　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆｔｂ　ｅ　　ｒｌ’〕
ＥＥ　　、　　　Ｖｏｌ、　　　６Ｑ（１）、ｐｐ、　
　　６　　−　１３　　。

（３９８１）　）　　本明細１１トで論したファイバ導
波路の各領域に適用すｚ）１易合、詳細な説明の谷易さ
しり〕えにゝゝ屈屈折”、１半径”、ならびにゝゝ厚さ
”とｉコアう術語ｔ１．一般にゝゝ有効″値としておき
たい。実質的に一’ｔＦｌの屈］ノ〒率ａ飴を有する領
域に１・・いてＣ１領１成間で屈折率かステップ状に変
ｆｌ：　１．、、′イ］効”ｉｌ′ｉの、こＪｌらのｉ
ｊｌの（２：３） ゛公称”値と同一であり、例えは第１図および第２図に
おいて示したもの自身である。斯くして、後者のゝゝ公
称”値はより一般的なゝ゛有効値の特殊な場合としてみ
ることができる。

本発明によるファイバ導波路に１・・いて斯かる領域の
存在の可能性が考えられるとｔ：」、汀え、第１図およ
び第２図は例えば障壁層のような他の可能なファイバ導
θＵ路領域を示すものではない。

第３図においては、波長の関数として典型的な１Ｉｉ−
クラッド３１と典型的な二重クラッド３２とのファイバ
導波路に対する導波路分散と共に、月利分散３０をイ）
系統的に示（〜である。さらに、第３図は）１３刺分散
と導波路分散との和、す々わち全体の色分散を波長の関
数としても示したものであり、曲線３３は典型的には単
一クラッド式ファイバに対する色分散を表わし、曲線３
４は二重クラッド式ファイバに対する色分散を表わす。

第′：３図から（２４） 判明するように、巾−クラッド式ノｊ１波路は零色分１
１ケ波１、を・たつたひとつしか有しないのに対し、−
薯［クランド式導波路ｔ：Ｊ：　Ｉυ１かる？成長を２
つ有することができイ）。

次に、パラメータＩＩとＲ、との変化の導波路分散スペ
クトラムの形しく７利する影響を図示する。もしΔｋ　
−５：ｉ４に（１４１つてｉ・・いてｌ（を」着力）１
さぜるならＣ１゛、コアと内側クラッド層との間の全屈
折率変化ｔｌｊ　＆−ｆ、友きくなり、その結果、す１
（槽重にＶしＪ）波路分散が増加する。とれＶ」、ＩＩ
の増力１１と」（に導波縮分ＨＨｙスペクトラムがゝゝ
時訓）ｊ向・＼回転″するイ、のとして観察でき、典ノ
（目的にＶＪ２零力波路分１１ｔの波Ｊ（の増加を招く
。

第１に、パラメータ１１　ｉｌｌ、ＩＩ−、の分故値金
自する導波路分散の−・部に影響をｆｊえると１１つ−
１１’７１１１１．全体で２−）の零色分子ｆ＋　１７
ｕ　Ｊｉｍの短い方のｆ＼ン装を制白１−Ｊ−るのに１
φ川することができる。

い４別のイ１′用な制御′Ｉ′＋１１パラメータ（ｌよ
１克、であり、こ−１ｉ、　Ｉｌｆ、　＋ｌｂ　Ｉｔ、
ＩＩ的にＶ１近４″５１に］、１′皮艮に４・・ける４
　７皮１吊分１孜曲ｍｌ！の曲率にｂｔ〕”＃”）　ｋ
　’ｊえる。もしＲ１が小さいならば、典型的には内側
クラッド層は最低伝播のモートのカットオフに明らかな
影響ケリえる。ＲＩが増加するにつれて、モードカット
オフｄ、」こりなだらかになり、ｉ４導波路散曲線の曲
率しｊ、減少する。例えは、Ｈ＝　２とＲ＝　０．７と
ヲ選１尺すればは＼１．３　／１７１１の波長どは＼’
、　１．５５１ｒｔｎ　の波長において全体の零色分散
を生じさせることができ、これらの波長ではシリカ基体
のファイバ導波路において典型的にば１Ｔｉ失の最低値
が生ずる。

ＪｌとＲ、との分故に対するこれらの影響は第４図と第
５図とによって例示されている。

第４図は′、３つの実例による理想的屈折率プロファイ
ル金示したものであり、第５図ｉＩＶ、これら３つのプ
ロファイルに対する導波路分散曲線を（Ａ料分散５３の
典型的曲線と共に示１〜だものである。３つのプロファ
イルはすべて同一のａとΔとを有するものである。第４
図の屈折率プロファイルは４０．４１により記号イ・１
けしであり、同一のＩＩ　、の値を有するが、４１のパ
ラメータＩＩ　ｋｔ　４０のパラメータＩＩよりも人き
々ｆｉ＋’ｉ台・イｊしている点がｒ４なっている。

プロファイル４２しｌプロファイル４０と同一のパラメ
ータ■Ｉｔ、（有するが、ＩＩ　、の値ケ；１プロファ
イル４０．４１のイ）の」二りも丸きい。

第４図のｊｌ［１折率プロフアイル４１を用いてイル曲
’ａ、　５１　ｋｌ　、第４図の屈Ｉｊｊ率プロファイ
ル４０ケ使った曲線５０の値よりも大きなＩＦの７１４
波路分１）☆値（ｗａｖｅｇ＋＋１ｃｌｅｄｉｓｐｅｒ
ｓｉｏｎ　）ど、曲線５０の分散ｆ的よりもより負の導
波路分散値とを有するものであることを第５図は示して
いる。１υｉかる関係を土ｌゝ時Ｉｉｌ方向の回転“と
じてトに言及されたものである。曲線５１は曲線５０よ
りもわすかに大きな″＋；導波導波路分散波音イ１する
ものであることも第５図シー１：示１〜でいる。一方、
第４図の屈折率プロファイル４２を使った曲線５２は実
質的に、１．Ｊｊ波長に対し７て曲線５０と回−であり
、Ｊ（波長、すなわちスペクトルの負導波路分散部分に
１．−いてＬ記の値から偏移している。

（２７） 波長分散スペクトラム、すなわち結果的には色分散スペ
クトラムのパラメータＨの値への依存性を第５図が示し
ている。曲線６０は材料分散６３，６２．６１とＩ（＝
１．．２．ならびに■−ｒ　＞　２に対する導波路分散
とを含むものであり、曲線６６．６５．６４ｉＪ、それ
そわ５Δ〜０２％とＲ４−０７とを有するファイバ導波
路に対してＨ＝１．２．Ｆｒ）２における色分散を示し
たものである６、これらの曲＃ｉ！ｉｄ−零分散波長の
制御に対してパラメータ■１の有用性を例示したもので
ある。

第７図は純粋なシリカのコアとＦを添加１〜だクラッド
層どケ備えた二重クラッド形ファイバ導波路の実例に対
する分散スペクトラムを示す図である。斯かるファイバ
は有利な特質を有する本発明の一実施例である。特に、
光パワーは大部分コアの内部へ閉込められており、しか
もコアには不純物全添加してないため、池槽的にはレイ
レイの赦乱し［小さい。

丑だ、コアの内部にＧｅ　　が存在しないので、（２８
） ］、、　３　ｔｔ？ｎ　　、あるいＣｊ：わずかに１．
３　ｔｎｎ　　より下の波長で色分散が零である」＝う
なファイバ導波路を膜用することができ、１．３μ？？
１　　Ｊ、り短い波長の方向へ４４ｆ−１分散の零点を
偏移させるととができる。コアの内部にシ」添加剤が存
在しないため、中央に落、込みがｈ・＜、輔力向に一様
性が大きくてスムースな屈折率プロファイルが？４ｊら
れる。ａ　＝　７　／１７？＋　　と、Ｒ，＝０．７と
、Ｈ＝　２と、Δ＝０．１９．０．２０．０．２１係と
を備えたファイバは第７図において考察されている。曲
線７０は月利分散であり、曲線７１のコアミリけ」＞ｊ
示された値のΔを有するファイバの導波路分散である。

これらのファイバから得らＪｌ、る全体の色分散は曲線
７２のコアミリとして示しである。各色分散は］、　３
　ｔｒｍ　領域でひとつのセロクロシノグを有し、１．
５７１ｍ　領域でい４ひとつのゼロクロシング（Ｚｅｒ
ｏ　ｃｒｏｓｓｉｎｇ　）　ｆ有する。Δを減少さぜる
と導波路分散が減少するだめ、色分散曲線ｒ１、下方に
移動し、最低分散値が生ずる２つの波長ばΔの値を減す
るに従って相互に近くへ移動する。もし、色分散曲線が
本議論の種類のファイバにおいて３〜０．１８５％で生
ずるような零分散軸の正接になる々らば、最低分散波長
で生ずる２つの帯域幅のピークは単一の広がったピーク
に統合される。Δの値が低い場合でさえも、色分散曲線
は完全に零分散軸より下に移動する。

ａ＝６．５　ｔｔｔｎ　、　Ｒ１＝０．７、Ｈ＝　２、
Δ＝０．２１．．０．２２，０．２３％に選び、Ｇｅ　
　ｆ添加したファイバ導波路に対して第７図の曲線と同
様な分散曲線を描いたものが第８図である。曲線８０は
材料分散を表わし、曲線８１のコアミリは導波路分散を
表わし、曲線８２は全体の色分散を表わす。Δ−０２１
係の値では零分散軸に対して正接の分散曲線が得られる
。軽くアップドープ（例えばＧｅ　　を不純物として添
加）したコアとダウンドープ（例えばＦ−ｉ不純物とし
て添加）したクラッドとを具備するファイバ導波路につ
いて同様な分１１全曲線がイ！Ｉられているが、こ：Ｊ
′Ｉらの曲線Ｑ−１：わ−ｒ／１・１・７＋パノθｐ長
Ｔ色分１）シの零点が生ずる場合全除外Ｉ−２／こもの
である。実例とし−１−１、トに論１−だファイバに対
してこの偏移はは＼３％である。

第７図に示しだ分１１々スペクトルにｔｉｔ当」−る帯
域幅スペクトル曲線ｆｈ　４−１’ｌ’ｌいたものが第
９図である。ＧＨ７，川（ｍ　−τ人わＬ　ｆ′Ｌ−弗
’　Ｊ戎幅Ｃ目１＼４１１ｍ線幅のレーザ）１′４源に
適用するだめのものである。線９０１ｔ、’Ｆ、　２５
　Ｃ１ｒｚ−１＜ｍ　ｊｉ；−域幅レベルを示すもので
ある。、・ト明細店に１．＝いて考察（１，／こパラメ
ータをイ１するファイバ（・：ｌ、０．１８〜０２０係
の間のΔで（１＼゛１：３μ２］１　とはマ１、５２　
ｔｕｎ　　との間の−Ｊ″へてのｉ’Ａ’、　１％　Ｖ
（ｂ・イテ、は＼２５ＧＩ＋７．　・ｋｍ　」−りも）
〈き々・ｊｌｌ−域幅をイＪすることがア例と１７で卒
け／こ１１１１　ｉ腺にＣ”）、示しである。

第８図に示した分１１クスペク１〜ルに４１１当する実
例としてｑけた帯域幅スペクトルを第１０図に示す３．
曲線１００は２５　Ｇ１１ｚ川（ｎ＋のレベ（：ｌ　Ｉ
　） ルを示す。再び、軽くアップドープし／ζコアと、わず
かに低い波長に移動１．、た曲線で＋に議論したような
ダウンドープされたクラッドとを備えたファイバ導波路
に対して同様なスペクトラムが得られている。例えば、
前に論じた実例としてのファイバに１・・いては、偏移
量はは＼゛３％である。

本発明によるファイバ導波路はＭＣＶＤ、あるいはＶＡ
Ｄなとの」：うな適切な方法により製造するととができ
る。斯かる方法は当業者によってよく知られた方法であ
る。（例えばニス・イー・ミラーに対して１９７６年６
月２９日付で出された米合衆国特許第 ３、９６６．４．４６号、藤用らに対して１９７９年１
月２３１］句で出された米合衆国特許第４、、１３５．
９０１号、ならびにシエー・ビー・マクチェス二とビー
・ビー・オコーナとに対して１９８０年８月１２日イ・
］で出された米合衆国特許第４．２１７．０２７号など
を参照されたい。）　（Ｕ、　Ｓ、　Ｐａｔｅｎｔ　３
，９６６．４４６１ｓｓｕｅｄ（３２） Ｊｕｎｅ　２９　、　　］り７６　　ｔｏ　　Ｓ、Ｉ＞
、Ｍｉｌｌｅｒ　　、　　ＩＪ、Ｓ。

ｐａｔｅｎｔ　　４　　、　１：３５　、　９０１　１
ｓｓｕｅｄ　　Ｊａｎｕａｒｙ　　２３゜１９７９　　
　ｔｏ　　Ｋ、　　Ｆｕｊｉｌ＜ａｗａ　　　ｃｌ、　
　ａｌ、、　　　　ａｎｄ　　　ＩＪ、　　Ｓ。

ＰａｔｅｎＬ　　４，２１７，０２７　１ｓｓｕｅｄ　
　Ａｕｇｕｓｔ　　１２　、　　Ｉ！１８０ｔｏ　　Ｊ
、１１．Ｍａｃ　　Ｃｈｃｓｎｅｙ　　＋Ｉｎｄ　　Ｐ
、Ｂ、Ｏ’ｃｏｎｎｏｒ　　）バーファイバ４　ｉ皮路
び）製造にｊつ・いてシリカの屈折率を変化さぜろのに
有用な深ｈ＋１削、たとえは弗素、ゲルマニウム、硼素
、ならびに燐などはｊｌｌ独、あるいは糾合ぜて本発明
によるファイバ導θｑ路に使用１できる。適ｊＪＪ　７
′ｉ−添加剤の選択は当業者にとって明白である。

重要な設旧上の考察点はファイバのパラメータ変化にχ
・ｙするイ１：域幅のような、ファイバ特性の感度に関
［７てである。ファイバは有限のπｌ容偏差金も′−っ
でのみ製造できるものである／こめ、受け′ｒｆれら扛
るファイバが得られる範囲に：りえるパラメータ値の限
界が化較的広いことが望４しいこと６１、明白である。

本発明に」：るファイバ１１１典型的には小さなパラメ
ータ変化に灯して比較的感度が悪い３、この模様をそれ
ぞれＦｉ添加したファイバとＧｅ　　を添加したファイ
バとに関して第１１図、々らびに第１２図に示しである
。図では、１（＝２　、　Ｒ，＝０．７の値を有するフ
ァイバに対して、第１のクラッド層の外側半径ａの関数
々してプロットした屈折率の差Δを示１〜である。曲線
間のすべての点では、１．３　／ｒｍ　〜１５５μｍ　
の波長範囲内で少なくとも２５ＧＨｚ−ｋｍの帯域幅を
有するファイバが得られるものである。下１則の曲線は
λ−＝　ｌ、　４７１ｍ　の近傍で単一の広帯域幅のピ
ークが得られるよりなΔとａとの値を表わすものであり
、上側の曲線はひとつのピークが］、　３　／ｒｍ　　
の近傍、他のピークが１．６１ｔｍ　の近傍で２つのピ
ークを有する帯域幅スペクトラムが得られるよりなΔと
ａとの値を表わすものである。クロスハツチを入れた箇
所は２ａに対して＋０２Ｊｉｍ　　の許容偏差、Δに対
して±０１係の許容偏差を示すものである。−にに定義
ｌ〜だ制限曲線開領域けａが増加すると共に広がり、許
容偏差に？Ｊする要求１＋：ｌ：　！Ｉｔｉ帖的には比
較的大直径のファイバに対して厳しくなくなっているこ
とが判明１〜だ３、光通イハシステムに組込んだ場合ニ
１１、本発明に」：るファイバは当業者において１．＜
知られた方法で適［刀なｔ源−や検出器なとノー共に使
用できるものである。

４図而の叡ｊ単な１ｉｉｉ’、明 第１図は典型的なＱｅ　　を添加したシリカから得ら７
１．るよつな！Ｉ＋！、　７ｆ、Ｉｆ的な「アップドー
プ」Ｗ字形プロファイルのファイバ導波路の屈折率プロ
ファイルの系統図； 第２図Ｌ１シリカー＼Ｉｉ’を添力１１Ｌ、て１↓ｔら
れだような、典型的タウントープ）１つプロファイルを
示す図； 第３図は波長７１色分散の関係を系統的にプロットし／
こものであり、１１１−に、萌１ｆ、ｌｊ　１’白なフ
ァイバ嗜波路ＡＡオニｌの４４Ｖ：１分散、典型的な単
一クラッド形とニルクラッド形との嗜θＵ路分散、なら
びにそＪｌら全体の色分散を示す図；第４図１１、第５
図に示す結１４′、をイｊするだめに使（３５） 川した３つの理想的屈折率プロファイルを示す図； 第５図は波長差１色分散の関係をプロットしたものであ
り、ファイバ導波路分散に関するパラメータＩ（とΔと
全変え／こ効果を示した図；第６図は波長対色分散の関
係をプロットしたものであり、パラメータＨの変化の効
果を示した図； 第７図および第８図は不純物添加パラメータΔに対して
それぞれ３つの異なった値を有するファイバ導波路に対
する波長対色分散のプロットした図；第７図はＦを添加
したファイバ導波路に対する波長対色分散のプロット、
第８図はＧｅ　　を添加したものをそれぞれ示す図； 第９図および第１０図は異なったΔの値を有するファイ
バ導波路に対する波長対帯域幅のプロットした図；第９
図はＦを添加した導波路に対する波長対イ１１・域幅の
プロット、第１Ｏ図はＧｅ　　ｆ添加したものをそれぞ
れ示す（３６） 図； 第１１図ならびに第１２図は、それぞれＦならびにＧｅ
　　を添加したファイバ導波路に対する不純物添加パラ
メータΔとｘｌＬ径ａとにおける典型的な￥［容範囲の
実例を示す図である。

〔主要部分の４弓の説明〕 １０．２０・・コア領域 １１．２１　・・内側クラッド領域 １２．２２・外側クラット領域 １３．２３　　・溶融シリカ領域 出　願　人　、　ウェスターン　エレクトリックカムパ
ニー、インコーボレーテツド ＝　　　　　　　　　　　（％） へ　　　　　　　　　（％） （ｕｌＭ−ＺＩＩＤＩ　ｊＬｉｌＷ：ＷＡ（町−ＺＨＤ
）門１肩畳

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　シリカ基体単一モードの光フアイバ導波路であっ
   て、 有効半径と第１の有効屈折率とを有するコア領域と、 前記コアを同心円的に取巻き、且つ、有効外側半径と第
   ２の有効屈折率とを有する内側クラッド領域と、 前記内側クラッド領域を同心円的に取巻き、且つ、有効
   厚さと第３の有効屈折率とを有する外側クラッド領域と
   を含むシリカをもととした単一モード光ファイバ導波路
   において、 前記第１の屈折率が前記第３の屈折率よりも大きく、前
   記第１および前記第３の屈折率の間の差が前記第３の屈
   折率の値の０．１〜０４％であり、 前記第３の屈折率が前記第２の屈折率よりも大きく、前
   記第３および有Ｉ記第２の屈折率の間の差が前記第１お
   よび前記第３の屈折率の差の１〜３倍であり、 有効コア半径が前記内側クラッド領域の有効外側半径の
   ０．５〜０８倍であり、前ｉ己内側クラッド領域の有効
   外側半径が少なくとも５　ｌ１ｍ　であることを特徴と
   した単一モードの光フアイバ導波路。 ２、特許請求の範囲第１項記載のファイバ導波路におい
   て、 前記コア領域の屈折率がコア断面の９０チを越える範囲
   にわたって実質的に一定であることを特徴としたファイ
   バ導波路。 ３　特許請求の範囲第１項又は第２項記載のファイバ導
   波路において、 前記第１および前記第３の有効屈折率の間の差が前記第
   ３の有効屈折率の値の旧５〜０．３％の間にあることを
   特徴とする特許イハ導波路。 ４　特許＋’（：Ｊｊ氷の範囲第１Ｊ１′ｌ又←土第２
   項記載のファイバ導波路に」・・いて、 前記第３おまひ前記第２の有効屈折率の間の差がｒａｆ
   ｔ記第］　ｊ’、−ｕ：び前ｄ１２第３のイＪ効屈折率
   の間の差の１．５〜２５倍であることケ！１当徴とする
   ファイバ２．９波路。 ５、　特７７１請求の範囲第１頂、又は第２　、ｊｌ’
   ｊ記載のファイバ導波路に」、・いて、 少なくともファイバ導波路の＋’＋ｆＪ記内側クラッド
   領域が弗素４含むことを！１′ｒ徴とするファイバ導波
   路。 ６、　　’ｌ＜ｌ’　＋；Ｉ’　ｉｉ’ｌ求の範囲第５
   ｒＩ″ｌ　ｉｉＬ載ノファイハ導波路に］・・いて、 ファイバ導波路の前記夕）側クラッド領域も弗素を含む
   とと金／１）徴とするファイバ導波路。 ７、特１ｉ！Ｉ請求の範囲第６偵記載のファイバ導波路
   において、 前記コアが実質的に５（０２からなるととを特徴とする
   ファイバ導波路。 ８　特許請求の範囲第１項、又ｄ第２項記載のファイバ
   導波路において、 少なくともファイバ導波路の前記コア領域がゲルマニア
   を含むことを特徴とするファイバ導波路。 ９、　特許請求の範囲第１項、又は第２項記載のファイ
   バ導波路において、 ファイバ導波路の前記クラッド領域の少なくとも０・と
   つが燐を含むことを特徴とするファイバ導波路。 １０、　　特許請求の範囲第１項、又は第２項記載のフ
   ァイバ導波路であって、 前記外側クラッド領域の有効厚さはコア半径の少々くと
   も６倍であることを特徴とするファイバ導波路。 １１　　特許請求の範囲第１項、又は第２項記載のファ
   イバ導波路にお−いて、 有効コア半径が少なくとも４１１Ｔｎ　であることを特
   徴とするファイバ導波路。 １２、特許請求の範囲第１項、又は第２」頁記載のファ
   イバ導波路に」っ・いて、 前記コア領域が少なくとも４７１＋７１　の半径を有し
   、 前記内側クラッド領域が５７１７７？　　より大きな外
   側半径を有し、 前記外側クラッド領域がコア半径の少なくとも８倍の厚
   さをイＪし、 前記第１および前記第３の有効屈折率の間の差が前ＭＬ
   第３の有効屈折率の１１〆１の旧５〜０３％であり、 前ＭＩ２第３お」：び前記第２の有効屈折率の間の差が
   前記第１および前記第３の有効屈折率の間の差の１．５
   〜２５倍であり、前記コアが事実上Ｓｉ　０２から成る
   ことを特徴とするファイバ導波路。 １３、特許請求の範囲第１２項記載のファイバ導波路に
   おいて、 前記内側および前Ｍ１．＋外側クラッド領域が弗素を含
   むとと全特徴とするファイバ導波路。