JPWO2016017743A1 - 光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の光ファイバは、コアと、前記コアの外周を取り囲むクラッドと、を有し、前記コアの半径をｒ１で表し、前記コアの中心と前記クラッドとの比屈折率差を第１の比屈折率差Δ１ａで表し、前記コアの前記中心からの半径方向の距離がｒ１である位置と前記クラッドとの比屈折率差を第２の比屈折率差Δ１ｂで表すとき、前記第１の比屈折率差Δ１ａは０より大きく、前記第２の比屈折率差Δ１ｂは０より大きく、前記第１の比屈折率差Δ１ａは前記第２の比屈折率差Δ１ｂより大きく、前記第１の比屈折率差Δ１ａと前記第２の比屈折率差Δ１ｂとが、次の式：０．２０≦（Δ１ａ−Δ１ｂ）／Δ１ａ≦０．８８で表される関係を満たし、かつ、前記コアの屈折率分布Δが、前記コアの前記中心からの半径方向の距離ｒの関数Δ（ｒ）として、０≦ｒ≦ｒ１の区間全域で、次の式：Δ（ｒ）＝Δ１ａ−（Δ１ａ−Δ１ｂ）ｒ／ｒ１で表される。

Description

本発明は、光ファイバ及びその製造方法に関し、特に、光ファイバに曲げを印加した際に発生する過剰損失、いわゆる曲げ損失（マクロベンド損失）を低減するために有効なコアの屈折率分布形状を有する光ファイバに関する。
本願は、２０１４年８月１日に出願された特願２０１４−１５７５７１号、２０１４年９月２６日に出願された特願２０１４−１９５９３７号、および２０１４年９月２６日に出願された特願２０１４−１９５９３８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）の普及に伴い、光ファイバはビルや住宅等の屋内まで敷設されている。これに伴い、曲げを加えたときに生じる過剰損失、いわゆる曲げ損失（マクロベンド損失）を低減した光ファイバが注目を集めている。
低曲げ損失光ファイバを用いることにより、光ファイバに曲げが印加される際に発生する損失に起因する信号の瞬断の防止や、取り扱いの平易化による敷設コストの低減などが期待されている。
標準シングルモード光ファイバ（ＳＳＭＦ）の規格であるＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２に準拠しつつ、標準シングルモード光ファイバに比べて曲げ損失が低減された光ファイバの規格として、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５７がある。
標準シングルモード光ファイバ（ＳＳＭＦ）の曲げ損失を改善（低減）する手法として、例えば次のような手法が提案されている。
（１）コアの屈折率を高くする（例えば特許文献１参照）。
コアの屈折率を高くし、ＳＳＭＦに比べてモードフィールド径（ＭＦＤ）を小さくすることによって、コアへの光の閉じ込めを強くし、光ファイバの曲げ損失を低減する。この場合は、分散をＧ．６５２に合わせるために、コア近傍のクラッドの屈折率を低くした、いわゆるデプレスト型の屈折率分布を採用することが好ましい（例えば、非特許文献１を参照）。
このタイプの光ファイバとしては、曲げ半径１５ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ａ１に準拠する製品がある。
（２）クラッドのうちコアから離れた箇所に低屈折率部を設ける（例えば特許文献２，３参照）。
コアの外周に設けられるクラッドのうち、コアから離れた箇所に低屈折率部、いわゆるトレンチ部を設けることによって、曲げが加わった場合にコアへの光の閉じ込めを強くし、光ファイバの曲げ損失を低減する（例えば、特許文献４を参照）。
このタイプの光ファイバとしては、曲げ半径１０ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ａ２あるいはＧ．６５７．Ｂ２に準拠する製品や、さらに小さい曲げ半径７．５ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ｂ３に準拠する製品がある。また、曲げ半径７．５ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ｂ３に準拠しつつ、その他の光学特性がＧ．６５７．Ａシリーズの規格に準拠した製品もある。
（３）クラッドに空孔を追加する（例えば特許文献５，６参照）。
コアの外周に設けられるクラッドのうち、コアから離れた箇所に、光ファイバの長手方向に連通する物理的な空孔（ホール）を設け、いわゆるホールアシステッドファイバ（ＨＡＦ）とすることによって、または、独立した多数の空隙からなる微細構造を形成した光ファイバ（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ社製、ＣｌｅａｒＣｕｒｖｅ（登録商標））を用いることによって、コアへの光の閉じ込めを強くし、光ファイバの曲げ損失を低減する（例えば、特許文献７、８を参照）。
このタイプの光ファイバとしては、曲げ半径７．５ｍｍまで対応する、Ｇ．６５７．Ｂ３に準拠する製品がある。
（４）コアの屈折率分布形状をα乗にする（例えば特許文献３，９参照）。
コアの屈折率分布形状をα乗（グレーデッドインデックス型）とすることにより、コアへの光の閉じ込めを強くし、曲げ損失を低減する。例えば特許文献３では、単純なステップ型の屈折率分布形状と比較して、コアの屈折率分布形状をα乗とした場合には、３０％曲げ損失を改善することができると記述されている。
日本国特許第４２６８１１５号公報 日本国特開２０１３−８８８１８号公報 米国特許第８４２８４１１号明細書 日本国特開昭６３−４３１０７号公報 日本国特許第４４１７２８６号公報 日本国特開２００６−２９３１６６号公報 国際公開第２００４／０９２７９３号パンフレット 日本国特表２００９−５４３１２６号公報 米国特許第８５８８５６９号明細書
K. Okamoto and T. Okoshi,"Computer-aided synthesis of the optimum refractive index profile for a multimode fiber,"IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-25, pp.213-221, 1976
それぞれの従来技術に対し、以下のような課題が挙げられる。
（１）コアの屈折率を高くする。
ＳＳＭＦに比べてＭＦＤが小さい光ファイバは、ＳＳＭＦと接続したときに接続段差が生じる。図１に、接続段差が生じた場合に観測されるＯＴＤＲ不良波形の模式図を示す。
図１に示すような形状のＯＴＤＲ不良波形は、本来、断線が生じたときに観測される（例えば日本国特開２０００−２０５９９９号公報の図５（ａ）参照）が、ＭＦＤの異なる光ファイバを接続した箇所でも発生する。これは、ＯＴＤＲの信号強度がＭＦＤの−２乗に比例する（ＭＦＤの２乗に反比例する）ためである。例えば、ＭＦＤの小さな光ファイバとＭＦＤの大きな光ファイバとが接続された伝送路で、ＭＦＤの小さい光ファイバ側からＯＴＤＲ測定を行うと、断線が生じていないにもかかわらず図１のような波形が得られる。
また、コアの屈折率を高くした光ファイバは、曲げ損失を小さくすることができる。しかし、これに伴ってモードフィールド径が小径化し、ＳＳＭＦとの接続損失が増大する。このため、曲げ損失の低減には限界がある。
（２）クラッドのうちコアから離れた箇所に低屈折率部を設ける。
光ファイバ母材の作製方法として、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ａｘｉａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等が知られている。ＶＡＤ法やＯＶＤ法といった出発部材の外面に材料を堆積させる方法（いわゆる外付け法）で低屈折率部を形成するには、屈折率の異なる層を複数形成する必要があるため、母材製造に必要な工程が増加する。一方、ＣＶＤ法のように出発部材としての石英管（出発石英管）の内面に材料を堆積させる方法（いわゆる内付け法）で低屈折率部を形成するには、出発石英管の内側にコアだけでなく、トレンチ部まで形成する必要があるため、（内径が）同一サイズの出発石英管から製造可能な母材のサイズが小さくなる。また、外付け法および内付け法のいずれの場合も、低屈折率部を付与するためには、石英より屈折率を低下させるためのドーパントが必要になる。
また、トレンチ型の屈折率分布を有する光ファイバは、屈折率が異なる複数の層を形成する必要があるため、母材の製造工程が複雑化する。
（３）クラッドに空孔を追加する。
光ファイバ母材の段階で、クラッドに空孔を形成する工程が必要になるため、母材製造に必要な工程が増加する。空孔付きの光ファイバは、中実構造の光ファイバに比べて製造工程が複雑化する。また、光ファイバ母材から光ファイバを紡糸する段階で空孔を保持するため、特殊な紡糸工程が必要になる。空孔付きの光ファイバは、高度な紡糸技術が要求されるため、製造が容易とはいえない。
（４）コアの屈折率分布形状をα乗にする。
コアの屈折率分布形状をα乗とするためには、屈折率分布の制御性を必要とする。つまり、コア材料の屈折率を変化させるには、ドーパントの量を高度に制御する必要がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＳＳＭＦと同程度のＭＦＤにすることが可能で、トレンチ部や空孔を追加することなく、曲げ損失の改善が可能な光ファイバを提供することを課題とする。
また、コアに近い部分のクラッドの屈折率が光ファイバの光学特性に大きな影響を与えることは周知であるが、本発明者は、詳細な検討の結果、モードフィールド径を小さくすることなく、曲げ損失を低減できる屈折率分布を見出した。
本発明の他の課題は、この知見に基づく屈折率分布を採用することにより、光ファイバと他の光ファイバとを接続した際の接続損失の抑制と曲げ損失の低減とを両立させることである。
前記課題を解決するため、本発明の第一態様に係る光ファイバは、コアと、前記コアの外周を取り囲むクラッドと、を有し、前記コアの半径をｒ１で表し、前記コアの中心と前記クラッドとの比屈折率差を第１の比屈折率差Δ１ａで表し、前記コアの前記中心からの半径方向の距離がｒ１である位置と前記クラッドとの比屈折率差を第２の比屈折率差Δ１ｂで表すとき、前記第１の比屈折率差Δ１ａは０より大きく、前記第２の比屈折率差Δ１ｂは０より大きく、前記第１の比屈折率差Δ１ａは前記第２の比屈折率差Δ１ｂより大きく、前記第１の比屈折率差Δ１ａと前記第２の比屈折率差Δ１ｂとが、次の式：０．２０≦（Δ１ａ−Δ１ｂ）／Δ１ａ≦０．８８で表される関係を満たし、かつ、前記コアの屈折率分布Δが、前記コアの前記中心からの半径方向の距離ｒの関数Δ（ｒ）として、０≦ｒ≦ｒ１の区間全域で、次の式：Δ（ｒ）＝Δ１ａ−（Δ１ａ−Δ１ｂ）ｒ／ｒ１で表される。
前記第１の比屈折率差Δ１ａが、０．３５％＜Δ１ａ≦０．５０％の関係を満たしていてもよい。
前記第２の比屈折率差Δ１ｂが、０．０６％≦Δ１ｂ＜０．３５％の関係を満たしていてもよい。
前記半径ｒ１が、４．５０μｍ＜ｒ１≦６．２５μｍの関係を満たしていてもよい。
波長１５５０ｎｍ、曲げ半径１５ｍｍにおける曲げ損失の値が、０．１０２ｄＢ／１０ターン以下であってもよい。
前記第１の比屈折率差Δ１ａと前記第２の比屈折率差Δ１ｂとが、次の式：
０．４２≦（Δ１ａ−Δ１ｂ）／Δ１ａ≦０．８８
で表される関係を満たしていてもよい。
波長１５５０ｎｍ、曲げ半径１５ｍｍにおける曲げ損失の値が、０．０５５ｄＢ／１０ターン以下であってもよい。
ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であってもよい。
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤが、８．２μｍ≦ＭＦＤ≦９．９μｍの範囲内であってもよい。
また、本発明の第二態様に係る光ファイバの製造方法は、上記第一態様に係る光ファイバの製造方法であって、前記光ファイバの母材を作製する際に、前記コアを構成するガラスを、または前記コアを構成するガラスと前記クラッドを構成するガラスの一部とを、ＯＶＤ法またはＣＶＤ法で作製する。
本発明の第三態様に係る光ファイバは、コアと、前記コアの外周に形成されたクラッドとを備え、前記クラッドは、少なくとも前記コアに隣接した内クラッド部と、前記内クラッド部の外周に形成された外クラッド部とを有し、前記コアは、屈折率がΔ１であり、最大屈折率がΔ１ｍａｘであり、前記内クラッド部は、屈折率がΔ２であり、最小屈折率がΔ２ｍｉｎであり、前記外クラッド部は、屈折率がΔ３であり、前記コア、前記内クラッド部、および前記外クラッド部の屈折率は、式［４］および式［５］に示す関係がある。Δ１ｍａｘ＞Δ２ｍｉｎ、かつΔ１ｍａｘ＞Δ３・・・［４］、０．０１％＜｜Δ２ｍｉｎ−Δ３｜＜０．０３％・・・［５］。前記コアの外周半径ｒ１、前記内クラッド部の外周半径ｒ２、および前記外クラッド部の外周半径ｒ３は、式［６］および式［７］に示す関係がある。ｒ１＜ｒ２＜ｒ３・・・［６］、０．２≦ｒ１／ｒ２≦０．５・・・［７］。
２２ｍのカットオフ波長λｃ２２ｍは、式［８］を満たす。λｃ２２ｍ≦１２６０ｎｍ・・・［８］。波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は、式［９］を満たす。８．６μｍ≦モードフィールド径≦９．５μｍ・・・［９］。
前記コア、前記内クラッド部、および前記外クラッド部の屈折率は、式［１Ａ］および式［２Ａ］に示す関係であってもよい。Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎ・・・［１Ａ］、０．０１％＜（Δ３−Δ２ｍｉｎ）＜０．０３％・・・［２Ａ］。
上記第三態様に係るファイバにおいて、直径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下であり、前記マンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下であってもよい。
前記外クラッド部が純粋シリカガラスからなり、前記内クラッド部が、フッ素が添加されたシリカガラスからなる構成であってもよい。
前記外クラッド部が純粋シリカガラスからなり、前記内クラッド部が、塩素が添加されたシリカガラスからなる構成であってもよい。
前記内クラッド部は、Δ２＜Δ３である場合には、例えばフッ素（Ｆ）が添加されたシリカガラスからなっていてもよく、Δ２＞Δ３である場合には、例えば塩素（Ｃｌ）が添加されたシリカガラスからなっていてもよい。
本発明の第四態様に係る光ファイバは、コアと、前記コアの外周に形成されたクラッドとを備え、前記クラッドは、少なくとも前記コアに隣接した内クラッド部と、前記内クラッド部の外周に隣接したトレンチ部と、前記トレンチ部の外周に形成された外クラッド部とを有し、前記コアは、屈折率がΔ１であり、最大屈折率がΔ１ｍａｘであり、前記内クラッド部は、屈折率がΔ２であり、最小屈折率がΔ２ｍｉｎであり、前記トレンチ部は、屈折率がΔ３であり、最小屈折率がΔ３ｍｉｎであり、前記外クラッド部は、屈折率がΔ４であり、前記コア、前記内クラッド部、前記トレンチ部、および前記外クラッド部の屈折率は、式［１４］〜式［１６］に示す関係がある。Δ１ｍａｘ＞Δ２＞Δ３ｍｉｎ・・・［１４］、Δ１ｍａｘ＞Δ４＞Δ３ｍｉｎ・・・［１５］、０．０１％＜（Δ４−Δ３ｍｉｎ）＜０．０３％・・・［１６］。前記コアの外周半径ｒ１、前記内クラッド部の外周半径ｒ２、前記トレンチ部の外周半径ｒ３、および前記外クラッド部の外周半径ｒ４は、式［１７］〜式［１９］に示す関係がある。ｒ１≦ｒ２＜ｒ３＜ｒ４・・・［１７］、１≦ｒ２／ｒ１≦５・・・［１８］、１＜ｒ３／ｒ２≦２・・・［１９］。２２ｍのカットオフ波長λｃ２２ｍは、式［２０］を満たす。λｃ２２ｍ≦１２６０ｎｍ・・・［２０］。波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は、式［２１］を満たす。８．６μｍ≦モードフィールド径≦９．５μｍ・・・［２１］。
上記第四態様に係る光ファイバは、直径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下となり、前記マンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下となってもよい。
前記外クラッド部は、純粋シリカガラスからなっていてもよく、前記トレンチ部は、フッ素が添加されたシリカガラスからなっていてもよい。
本発明の上記第一態様および第二態様によれば、コアの屈折率分布が線型的であり、α乗分布に比較して単純でありながら、曲げ損失の改善が可能な光ファイバを提供することができる。上記第一態様および第二態様に係る光ファイバによれば、ＭＦＤをＳＳＭＦと同程度にすることが可能であるため、当該光ファイバとＳＳＭＦとを接続しても接続段差が問題にならない。また、クラッドにトレンチ部や空孔を必要としない。
本発明の第三態様によれば、内クラッド部と外クラッド部の屈折率の差、および、コアと内クラッド部の外周半径の比などを調整することによって、他の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ（ＳＳＭＦ））と接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。
本発明の第三態様では、従来の製造方法を大きく変更せずに利用できるため、製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。
本発明の第四態様によれば、トレンチ部と外クラッド部の屈折率の差、および、コアと内クラッド部とトレンチ部との外周半径の比などを調整することによって、他の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ（ＳＳＭＦ））と接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。
本発明の第四態様では、従来の製造方法を大きく変更せずに利用できるため、製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。
ＭＦＤが異なる光ファイバ同士を接続したときに観測されるＯＴＤＲ波形の模式図である。 本発明の第１実施形態に係る光ファイバにおける屈折率分布の模式図である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の模式図である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の模式図である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例である。 曲げ損失に対するα値の依存性の例を示すグラフである。 曲げ損失に対する鋭角度の依存性の例を示すグラフである。 第２実施形態に係る光ファイバを模式的に示す断面図である。 図９に示す光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。 第３実施形態に係る光ファイバを模式的に示す断面図である。 図１１に示す光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。 第４実施形態に係る光ファイバを模式的に示す断面図である。 図１３に示す光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。 第５実施形態に係る光ファイバの屈折率分布を模式的に示す図である。
以下、好適な実施形態に基づいて、本発明を説明する。
図２に、本発明の第１実施形態に係る光ファイバにおける屈折率分布の模式図を示す。本実施形態に係る光ファイバは、光ファイバの中心部に設けられるコアと、このコアの外周を取り囲むクラッドとを有する。クラッドは、一般にコアに対して同心状であるが、許容範囲内でクラッドとコアとが偏心することがあり得る。
図２において、ｒ１はコアの半径を表す。ｒ１の範囲の左端はコアの中心位置を指し、ｒ１の範囲の右端はコアの外周位置を指す。Δ１ａ（第１の比屈折率差）は、コアの中心における比屈折率差を表し、Δ１ｂ（第２の比屈折率差）は、コアの外周における比屈折率差を表す。Δ１ａおよびΔ１ｂの比屈折率差は、クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差を意味する。コアの中心からの距離がｒ１以下である範囲がコアを表し、ｒ１の範囲の外側（図２において、コアの中心からの距離がｒ１より大きい箇所）はクラッドを表す。クラッドでは、比屈折率差が０である。
本実施形態に係る光ファイバにおけるコアの屈折率分布Δは、コアの中心からの半径方向の距離ｒの関数Δ（ｒ）として、０≦ｒ≦ｒ１の区間全域で、次の式［１］で表される。
Figure 2016017743
ただし、式［１］において、比屈折率差（第１の比屈折率差）Δ１ａは比屈折率差（第２の比屈折率差）Δ１ｂより大きい。すなわち、コアの中心における屈折率は、コアの外周における屈折率より高い。また、一般に、コアとクラッドとの屈折率の違いによって光を導波する光ファイバでは、比屈折率差Δ１ａは、０より大きい必要がある。これは、コア中心における屈折率が、クラッドにおける屈折率より高いことを意味する。
本明細書において、「鋭角度」というパラメータを導入する。本実施形態に係る光ファイバにおける「鋭角度」を記号Ａで表し、次の式［２］のように定義する。
Figure 2016017743
図３に、本実施形態に係る光ファイバの鋭角度を０％から１００％まで２０％刻みで変化させた場合の屈折率分布を示す。Δ１ａがΔ１ｂに等しい場合、鋭角度Ａは０％であり、ステップ型の屈折率分布に帰着する。また、Δ１ｂが０に等しい場合、鋭角度Ａは１００％である。鋭角度が０％の場合、屈折率分布は「四角形形状」であり、鋭角度が１００％の場合、屈折率分布は「三角形形状」である。これに対して、図２に例示される「五角形形状」の屈折率分布は、屈折率分布が式［１］で表されるだけではなく、Δ１ａ＞Δ１ｂ＞０の関係を満たす。この場合の鋭角度は、０％より大きく、かつ１００％より小さい。
次に、「五角形形状」の屈折率分布と比較するため、α乗分布について述べる。本実施形態に係る光ファイバにおけるα乗分布の屈折率分布は、一般的に次の式［３］で表される。
Figure 2016017743
式［３］において、ｎ１はコア中心における屈折率、ｎ０はクラッドの屈折率、Δはクラッドを基準としたコア中心の比屈折率差、ｒは半径方向のコア中心からの距離、ａはコア半径を表す。比屈折率差Δは、Δ＝（ｎ１ ２−ｎ０ ２）／２ｎ１ ２で定義される。このため、ｎ０、ｎ１およびΔは、ｎ０＝ｎ１（１−２Δ）１／２の関係を有する。
また、図４に、α乗分布において、α値を１から∞まで変化させた場合の屈折率分布を示す。α＝１のときは、式［１］において鋭角度１００％の場合に相当し、α＝∞のときは、式［１］において鋭角度０％の場合に相当する。
本実施形態に係る光ファイバの効果について説明する。光ファイバの曲げ損失は、光ファイバに曲げが加わったときに誘起される屈折率分布の変化により、光ファイバのコア中を光が導波できなくなり、クラッドに光が放射されることにより発生する。曲げ損失を低減するためには、クラッドに光が漏れていくことを抑制することが重要である。そのため、光ファイバを導波する光の分布が、あらかじめコアの中央部に集中していること、およびクラッドに光が漏れにくいことが、有効であると考えられる。
光の分布がコアの中央部に集中するためには、（ａ）屈折率がコアの中央部からクラッドへとなだらかに低下するような屈折率分布であることが好ましい。しかし、コアとクラッドとの比屈折率差が小さいと、クラッドに光が漏れやすくなる。したがって、クラッドに光が漏れていくことを抑制するためには、（ｂ）クラッドを基準としたコア外周部の比屈折率差が大きくなることが好ましい。曲げ損失を低減するためには、（ａ）および（ｂ）の２つの特徴を併有することが好ましい。五角形形状の屈折率分布は、（ａ）および（ｂ）の２つの特徴を併有することから、曲げ損失の低減に有効であると考えられる。
曲げ損失を低減する効果を奏するためには、さらに次の特徴を有することが好ましい。
上記式［２］で定義される鋭角度Ａの範囲は、０．２０≦Ａ≦０．８８が好ましく、０．４２≦Ａ≦０．８８がより好ましい。
コア中心の比屈折率差Δ１ａの範囲は、０．３５％＜Δ１ａ≦０．５０％が好ましい。
コア外周の比屈折率差Δ１ｂの範囲は、０．０６％≦Δ１ｂ＜０．３５％が好ましい。
コア半径ｒ１の範囲は、４．５０μｍ＜ｒ１≦６．２５μｍが好ましい。
波長１５５０ｎｍ、曲げ半径１５ｍｍにおける曲げ損失の値の範囲は、０．１０２ｄＢ／１０ターン以下（１０ターン当たり０．１０２ｄＢ以下）が好ましく、０．０５５ｄＢ／１０ターン以下（１０ターン当たり０．０５５ｄＢ以下）がより好ましい。
ケーブルカットオフ波長の範囲は、１２６０ｎｍ以下が好ましい。
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤの範囲は、８．２μｍ≦ＭＦＤ≦９．９μｍが好ましい。
本実施形態に係る光ファイバは、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＣＶＤ法などの公知の母材作製方法により光ファイバ母材を作製した後、光ファイバ母材から光ファイバを紡糸することによって製造することができる。光ファイバ母材の作製方法の一例として、少なくともコアを構成するガラスをＯＶＤ法またはＣＶＤ法で作製し、残りのガラス部分をさらなるシリカ（ＳｉＯ２）ガラスの堆積、石英管のジャケット等により作製することが挙げられる。このとき、ＯＶＤ法またはＣＶＤ法で作製する部分は、コアを構成するガラス（一部または全部）のみであってもよく、コアを構成するガラスに加えてクラッドを構成するガラスの一部を含んでもよい。光ファイバのサイズは特に限定されないが、例えばクラッド径として１２５μｍ、８０μｍ等が挙げられる。紡糸後の光ファイバには、クラッドの外周に樹脂等の被覆が１層または２層以上積層されてもよい。
以上、本発明の第１実施形態を説明してきたが、これらは本発明の例示であり、追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。 石英系光ファイバの製造に使用されるドーパントは、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。石英系光ファイバの製造には、２種以上のドーパントを使用してもよい。コアおよびクラッドの組成の一例として、コア材料はＧｅ添加シリカ、クラッド材料は純シリカが挙げられる。
式［１］に示す屈折率分布の式は、設計上の分布を表している。実際の光ファイバの作製時には、製造上の原因による屈折率分布の揺らぎ（製造誤差）が加わることが予想される。上記第１実施形態に係る光ファイバは、製造上の許容誤差の範囲内で式［１］等の特徴を満たしていればよい。コア外周部における屈折率分布の揺らぎが大きい場合は、例えばコア中心からの距離がコア半径の９０％以内（あるいは９５％以内等）である範囲で、式［１］等の特徴を満たすようにしてもよい。コア外周部を式［１］による計算の範囲から除外する場合、比屈折率差Δ１ｂは実際のコアの外周における比屈折率差ではなく、コアの外周より内側の屈折率分布を記述するための仮想上の値であってもよい。
以下、図面を参照して本発明の第２実施形態および第３実施形態を説明する。
図９に、本発明の第２実施形態に係る光ファイバ１０の概略構成を示す。
この光ファイバ１０は、中心部に配されるコア１と、コア１の外周側（外周）にコア１と同心状に設けられたクラッド４とを有する。
クラッド４は、少なくとも、コア１の外周側（外周）に隣接した内クラッド部２と、内クラッド部２の外周側（外周）に形成された外クラッド部３とを有する。
図１０に、光ファイバ１０の屈折率分布を模式的に示す。
コア１の屈折率をΔ１と定義し、最大屈折率をΔ１ｍａｘと定義する。
内クラッド部２の屈折率をΔ２と定義し、最小屈折率をΔ２ｍｉｎと定義する。
外クラッド部３の屈折率をΔ３と定義する。
コア１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、コア１の中心から外周までの径方向範囲において最大となるコア１の屈折率である。図１０に示す屈折率分布では、コア１の屈折率Δ１は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ１は全範囲で最大屈折率Δ１ｍａｘに等しい。
内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎは、内クラッド部２の内周から外周までの径方向範囲において最小となる内クラッド部２の屈折率である。図１０に示す屈折率分布では、内クラッド部２の屈折率Δ２は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ２は全範囲で最小屈折率Δ２ｍｉｎに等しい。
光ファイバ１０では、次の式［４］が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ２ｍｉｎ、かつΔ１ｍａｘ＞Δ３ ・・・［４］
式［４］に示すように、コア１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎおよび外クラッド部３の屈折率Δ３より大きく設定されている。
また、光ファイバ１０では、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎは、外クラッド部３の屈折率Δ３より小さく設定されている。
光ファイバ１０では、さらに、次の式［５］が成り立つ。
０．０１％＜｜Δ２ｍｉｎ−Δ３｜＜０．０３％ ・・・［５］
式［５］は、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎと外クラッド部３の屈折率Δ３との差の絶対値が、０．０１％を越え、かつ０．０３％未満であることを意味する。
Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値が小さすぎると、曲げ損失を十分に低減できないおそれがある。一方、Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値が大きすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ（ＳＳＭＦ））と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。
光ファイバ１０では、Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値を０．０１％を越える範囲とすることによって、曲げ損失を低減することができる。また、Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値を０．０３％未満とすることによって、モードフィールド径（ＭＦＤ）を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。
第２実施形態の光ファイバ１０では、Δ１ｍａｘと、Δ２ｍｉｎと、Δ３との大小関係に関して、次の式［１Ａ］が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎ ・・・［１Ａ］
式［１Ａ］に示すように、コア１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、外クラッド部３の屈折率Δ３より大きく設定されている。
外クラッド部３の屈折率Δ３は、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎより大きく設定されている。
Δ３がΔ２ｍｉｎより大きいため、上述の式［５］は、次のように記載することができる。
０．０１％＜（Δ３−Δ２ｍｉｎ）＜０．０３％ ・・・［２Ａ］
式［２Ａ］は、外クラッド部３の屈折率Δ３と内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎとの差が、０．０１％を越え、かつ０．０３％未満であることを意味する。
コア１、内クラッド部２、および外クラッド部３の外周半径を、それぞれｒ１、ｒ２、ｒ３と定義する。
コア１の外周半径ｒ１と、内クラッド部２の外周半径ｒ２と、外クラッド部３の外周半径ｒ３と、の間には、次の式［６］に示す関係がある。
ｒ１＜ｒ２＜ｒ３ ・・・［６］
コア１の外周半径ｒ１と内クラッド部２の外周半径ｒ２との比ｒ１／ｒ２は、次の式［７］に示す範囲にある。
０．２≦ｒ１／ｒ２≦０．５ ・・・［７］
ｒ１／ｒ２が小さすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えばＳＳＭＦ）と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。一方、ｒ１／ｒ２が大きすぎると、曲げ損失が増大するおそれがある。
光ファイバ１０では、ｒ１／ｒ２を０．２以上となるように調整することによって、モードフィールド径を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。ｒ１／ｒ２を０．５以下となるように調整することによって、曲げ損失を低減することができる。
光ファイバ１０は、２２ｍのカットオフ波長λｃ２２ｍが１２６０ｎｍ以下となるように調整される。
すなわち、次の式［８］が成立する。
λｃ２２ｍ≦１２６０ｎｍ ・・・［８］
これによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２の規定を満足することができる。
カットオフ波長λｃ２２ｍは、例えばＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５０に記載の測定法により測定することができる。
光ファイバ１０は、上述の屈折率および外周半径の調整によって、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が、８．６μｍ以上、かつ９．５μｍ以下となるように設定される。すなわち、次の式［９］が成立する。
８．６μｍ≦ＭＦＤ≦９．５μｍ ・・・［９］
モードフィールド径を式［９］の範囲にすることによって、他の光ファイバ（例えばＳＳＭＦ）と接続した際の接続損失を低く抑えることができる。
光ファイバ１０は、モードフィールド径を式［９］の範囲にすることによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の規定を満たす。
光ファイバ１０は、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下となることが好ましい。
また、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下となることが好ましい。
コア１は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを添加することによって屈折率を高めたシリカガラスで構成することができる。
内クラッド部２は、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを添加することによって屈折率を低くしたシリカガラスで構成することができる。内クラッド部２は、例えば塩素（Ｃｌ）等のドーパントを添加することによって屈折率を高くしたシリカガラスで構成してもよい。
外クラッド部３は、例えば純粋シリカガラスで構成することができる。外クラッド部３は、ドーパント（例えばＧｅ、Ｆなど）を添加することによって屈折率を調整してもよい。
光ファイバ１０を構成する各層は、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法などの公知の方法、またはこれらの組み合わせにより形成することができる。
例えば、ＭＣＶＤ法を採用する場合には、光ファイバ母材を次のようにして作製することができる。
外クラッド部３となるシリカガラス管（例えば純粋シリカガラスからなるガラス管）の内側に、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを含む原材料を用いて、内クラッド部２となるガラス堆積層を形成する。内クラッド部２の屈折率はドーパントの添加量によって調整することができる。
次いで、前記ガラス堆積層の内側に、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを含む原材料を用いて、コア１となるガラス堆積層を形成する。なお、コア１は、別途作製したコアロッドを用いて形成することもできる。
ガラス堆積層が形成されたシリカガラス管は、透明化、中実化などの工程を経て光ファイバ母材とする。この光ファイバ母材を線引きすることによって、図９に示す光ファイバ１０を得る。
ＣＶＤ法は、ドーパントの添加によって屈折率分布を精度よく調整できる点で好ましい。
光ファイバ１０の製造には、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法も適用可能である。ＶＡＤ法、ＯＶＤ法には、生産性が高いという利点がある。
光ファイバ１０では、内クラッド部２と外クラッド部３の屈折率の差を前記範囲（式［５］を参照）とし、かつコア１と内クラッド部２の外周半径の比を前記範囲（式［７］を参照）とすることによって、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。
コアに近い部分のクラッドの屈折率が光ファイバの光学特性に大きな影響を与えることは周知であるが、本発明者は、詳細な検討の結果、モードフィールド径を小さくすることなく、曲げ損失を低減できる屈折率分布を見出した。
光ファイバ１０は、この屈折率分布を採用することにより、他の光ファイバと接続した際の接続損失の抑制と曲げ損失の低減とを両立させた点に技術的意義がある。
光ファイバ１０は、内クラッド部２と外クラッド部３の屈折率の差が小さいため、従来の製造方法（例えば通常のＳＳＭＦの製造方法）を大きく変更することなく利用して、内クラッド部２および外クラッド部３の屈折率を容易に、かつ精度よく調整することができる。
また、内クラッド部２と外クラッド部３の屈折率の差が小さいため、製造方法に基づく制約が少ない。例えば、屈折率分布の調整に適しているとされるＣＶＤ法だけでなく、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法を採用することもできる。
従って、光ファイバ１０の製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。
光ファイバ１０は、内クラッド部２と外クラッド部３の屈折率の差が小さいため、内クラッド部２を形成するためのフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）等のドーパントの添加量を削減できる。
フッ素（Ｆ）等のドープに用いられる原料ガス（例えばＳｉＦ４）は高価であるため、ドーパント添加量の削減によって、原料コストを抑制し、製造コストを低く抑えることができる。
光ファイバ１０は、図１０に示すように、内クラッド部２の最小屈折率Δ２ｍｉｎが外クラッド部３の屈折率Δ３より小さいため、コア１への光の閉じ込めが良好であり、曲げ損失を低減できる。
図１１に、本発明の第３実施形態に係る光ファイバ２０の概略構成を示す。
この光ファイバ２０は、中心部に配されるコア１と、コア１の外周側（外周）にコア１と同心状に設けられたクラッド１４とを有する。
クラッド１４は、少なくとも、コア１の外周側（外周）に隣接した内クラッド部１２と、内クラッド部１２の外周側（外周）に形成された外クラッド部１３とを有する。
図１２に、光ファイバ２０の屈折率分布を模式的に示す。
コア１の屈折率をΔ１と定義し、最大屈折率をΔ１ｍａｘと定義する。内クラッド部１２の屈折率をΔ２と定義し、最小屈折率をΔ２ｍｉｎと定義する。外クラッド部１３の屈折率をΔ３と定義する。
光ファイバ２０では、第２実施形態の光ファイバ１０と同様に、次の式［１０］が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ２ｍｉｎ、かつΔ１ｍａｘ＞Δ３ ・・・［１０］
光ファイバ２０では、内クラッド部１２の最小屈折率Δ２ｍｉｎが、外クラッド部１３の屈折率Δ３より大きくなるように調整されている点で、第２実施形態の光ファイバ１０と異なる。
光ファイバ２０では、第２実施形態の光ファイバ１０と同様に、次の式［１１］が成り立つ。
０．０１％＜｜Δ２ｍｉｎ−Δ３｜＜０．０３％ ・・・［１１］
Δ２ｍｉｎとΔ３との差の絶対値を式［１１］の範囲となるように調整することによって、モードフィールド径（ＭＦＤ）を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減することができる。
コア１の外周半径ｒ１と、内クラッド部１２の外周半径ｒ２と、外クラッド部１３の外周半径ｒ３と、の間には、第２実施形態の光ファイバ１０と同様に、次の式［１２］、式［１３］に示す関係がある。
ｒ１＜ｒ２＜ｒ３ ・・・［１２］
０．２≦ｒ１／ｒ２≦０．５ ・・・［１３］
ｒ１／ｒ２を０．２以上となるように調整することによって、モードフィールド径を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減することができる。
光ファイバ２０は、第２実施形態の光ファイバ１０と同様に、２２ｍのカットオフ波長λｃ２２ｍが１２６０ｎｍ以下とされる。
また、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）は、８．６μｍ以上、かつ９．５μｍ以下とされる。
光ファイバ２０は、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下となることが好ましい。また、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下となることが好ましい。
コア１は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを添加することによって屈折率を高めたシリカガラスで構成することができる。
内クラッド部２は、例えば純粋シリカガラスで構成することができる。内クラッド部２は、例えば塩素（Ｃｌ）等のドーパントを添加することによって屈折率を調整してもよい。
外クラッド部３は、例えば純粋シリカガラスで構成することができる。外クラッド部３は、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを添加することによって屈折率を低くしたシリカガラスで構成してもよい。
光ファイバ２０は、第２実施形態の光ファイバ１０と同様に、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法などにより製造することができる。
例えば、ＭＣＶＤ法を採用する場合には、光ファイバ母材を次のようにして作製することができる。
外クラッド部３となるシリカガラス管（例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを含むシリカガラス管）の内側に、純粋シリカガラスなどの原材料を用いて、内クラッド部２となるガラス堆積層を形成する。
次いで、前記ガラス堆積層の内側に、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを含む原材料を用いて、コア１となるガラス堆積層を形成する。なお、コア１は、別途作製したコアロッドを用いて形成することもできる。
ガラス堆積層が形成されたシリカガラス管は、透明化、中実化などの工程を経て光ファイバ母材とする。この光ファイバ母材を線引きすることによって、図１１に示す光ファイバ２０を得る。
光ファイバ２０では、内クラッド部１２と外クラッド部１３の屈折率の差を前記範囲（式［１１］を参照）とし、かつコア１と内クラッド部１２の外周半径の比を前記範囲（式［１３］を参照）とすることによって、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。
光ファイバ２０は、従来の製造方法を大きく変更せずに利用できるため、製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。
以上、本発明の第２実施形態および第３実施形態を説明したが、これらは本発明の例示であり、追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
例えば、図９、図１１に示す光ファイバ１０,２０では、クラッド４，１４は２つのクラッド部（内クラッド部および外クラッド部）からなるが、クラッドは、内クラッド部および外クラッド部以外の層を有していてもよい。
以下、図面を参照して本発明の第４実施形態および第５実施形態を説明する。
図１３に、本発明の第４実施形態に係る光ファイバ１１０の概略構成を示す。
この光ファイバ１１０は、中心部に配されるコア１０１と、コア１０１の外周側（外周）にコア１０１と同心状に設けられたクラッド１０５とを有する。
クラッド１０５は、少なくとも、コア１０１の外周側（外周）に隣接した内クラッド部１０２と、内クラッド部１０２の外周側（外周）に隣接して形成されたトレンチ部１０３と、トレンチ部１０３の外周側（外周）に形成された外クラッド部１０４とを有する。
図１４に、光ファイバ１１０の屈折率分布を模式的に示す。
コア１０１の屈折率をΔ１と定義し、最大屈折率をΔ１ｍａｘと定義する。
内クラッド部１０２の屈折率をΔ２と定義し、最小屈折率をΔ２ｍｉｎと定義する。
トレンチ部１０３の屈折率をΔ３と定義し、最小屈折率をΔ３ｍｉｎと定義する。
外クラッド部１０４の屈折率をΔ４と定義する。
コア１０１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、コア１０１の中心から外周までの径方向範囲において最大となるコア１０１の屈折率である。図１４に示す屈折率分布では、コア１０１の屈折率Δ１は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ１は全範囲で最大屈折率Δ１ｍａｘに等しい。
内クラッド部１０２の最小屈折率Δ２ｍｉｎは、内クラッド部１０２の内周から外周までの径方向範囲において最小となる内クラッド部１０２の屈折率である。図１４に示す屈折率分布では、内クラッド部１０２の屈折率Δ２は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ２は全範囲で最小屈折率Δ２ｍｉｎに等しい。
トレンチ部１０３の最小屈折率Δ３ｍｉｎは、トレンチ部１０３の内周から外周までの径方向範囲において最小となるトレンチ部１０３の屈折率である。図１４に示す屈折率分布では、トレンチ部１０３の屈折率Δ３は径方向位置にかかわらず一定であるため、屈折率Δ３は全範囲で最小屈折率Δ３ｍｉｎに等しい。
光ファイバ１１０では、次の式［１４］が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ２＞Δ３ｍｉｎ ・・・［１４］
式［１４］に示すように、コア１０１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、内クラッド部１０２の屈折率Δ２より大きく設定されている。
内クラッド部１０２の屈折率Δ２は、トレンチ部１０３のΔ３ｍｉｎより大きく設定されている。
光ファイバ１１０では、さらに、次の式［１５］が成り立つ。
Δ１ｍａｘ＞Δ４＞Δ３ｍｉｎ ・・・［１５］
式［１５］に示すように、コア１０１の最大屈折率Δ１ｍａｘは、外クラッド部１０４の屈折率Δ４より大きく設定されている。
外クラッド部１０４の屈折率Δ４は、トレンチ部１０３のΔ３ｍｉｎより大きく設定されている。
光ファイバ１１０では、さらに、次の式［１６］が成り立つ。
０．０１％＜（Δ４−Δ３ｍｉｎ）＜０．０３％ ・・・［１６］
式［１６］は、外クラッド部１０４の屈折率Δ４とトレンチ部１０３の最小屈折率Δ３ｍｉｎとの差が、０．０１％を越え、かつ０．０３％未満であることを意味する。
Δ４とΔ３ｍｉｎとの差が小さすぎると、曲げ損失を十分に低減できないおそれがある。一方、Δ４とΔ３ｍｉｎとの差が大きすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えば通常のシングルモード光ファイバ（ＳＳＭＦ））と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。
光ファイバ１１０では、Δ４とΔ３ｍｉｎとの差を０．０１％を越える範囲とすることによって、曲げ損失を低減することができる。また、Δ４とΔ３ｍｉｎとの差を０．０３％未満とすることによって、モードフィールド径（ＭＦＤ）を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。
コア１０１、内クラッド部１０２、トレンチ部１０３および外クラッド部１０４の外周半径を、それぞれｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４とする。
コア１０１の外周半径ｒ１と、内クラッド部１０２の外周半径ｒ２と、トレンチ部１０３の外周半径ｒ３と、外クラッド部１０４の外周半径ｒ４と、の間には、次の式［１７］に示す関係がある。
ｒ１≦ｒ２＜ｒ３＜ｒ４ ・・・［１７］
内クラッド部１０２の外周半径ｒ２とコア１０１の外周半径ｒ１との比ｒ２／ｒ１は、次の式［１８］に示す範囲にある。
１≦ｒ２／ｒ１≦５ ・・・［１８］
ｒ２／ｒ１が小さすぎると、曲げ損失が増大するおそれがある。一方、ｒ２／ｒ１が大きすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えばＳＳＭＦ）と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。
光ファイバ１１０では、ｒ２／ｒ１を１以上とすることによって、曲げ損失を低減することができる。ｒ２／ｒ１を５以下とすることによって、モードフィールド径を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。
トレンチ部１０３の外周半径ｒ３と内クラッド部１０２の外周半径ｒ２との比ｒ３／ｒ２は、次の式［１９］に示す範囲にある。
１＜ｒ３／ｒ２≦２ ・・・［１９］
ｒ３／ｒ２が小さすぎると、曲げ損失が増大するおそれがある。一方、ｒ３／ｒ２が大きすぎると、モードフィールド径が小さくなり、他の光ファイバ（例えばＳＳＭＦ）と接続した際の接続損失が大きくなるおそれがある。
光ファイバ１１０では、ｒ３／ｒ２を１より大きくとすることによって、曲げ損失を低減することができる。ｒ３／ｒ２を２以下とすることによって、モードフィールド径を適正化し、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。
光ファイバ１１０は、２２ｍのカットオフ波長λｃ２２ｍが１２６０ｎｍ以下とされる。
すなわち、次の式［２０］が成立する。
λｃ２２ｍ≦１２６０ｎｍ ・・・［２０］
これによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２の規定を満足することができる。
カットオフ波長λｃ２２ｍは、例えばＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５０に記載の測定法により測定することができる。
光ファイバ１１０は、上述の屈折率および外周半径の調整によって、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が、８．６μｍ以上、かつ９．５μｍ以下となるように設定される。すなわち、次の式［２１］が成立する。
８．６μｍ≦ＭＦＤ≦９．５μｍ ・・・［２１］
モードフィールド径を式［２１］の範囲にすることによって、他の光ファイバ（例えばＳＳＭＦ）と接続した際の接続損失を低く抑えることができる。
光ファイバ１１０は、モードフィールド径を式［２１］の範囲にすることによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の規定を満たす。
光ファイバ１１０は、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加は０．２５ｄＢ以下となることが好ましい。
また、直径１５ｍｍの円筒形のマンドレルに１０回巻回したときの波長１６２５ｎｍにおける損失増加は１．０ｄＢ以下となることが好ましい。
コア１０１は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを添加することによって屈折率を高めたシリカガラスで構成することができる。
内クラッド部１０２およびトレンチ部１０３は、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを添加することによって屈折率を低くしたシリカガラスで構成することができる。
外クラッド部１０４は、例えば純粋シリカガラスで構成することができる。外クラッド部１０４は、ドーパント（例えばＧｅ、Ｆなど）を添加することによって屈折率を調整してもよい。
光ファイバ１１０を構成する各層は、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法などの公知の方法、またはこれらの組み合わせにより形成することができる。
例えば、ＭＣＶＤ法を採用する場合には、光ファイバ母材を次のようにして作製することができる。
外クラッド部１０４となるシリカガラス管（例えば純粋シリカガラスからなるガラス管）の内側に、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを含む原材料を用いて、トレンチ部１０３となるガラス堆積層を形成する。
前記ガラス堆積層の内側に、例えばフッ素（Ｆ）等のドーパントを含む原材料を用いて、内クラッド部１０２となるガラス堆積層を形成する。
トレンチ部１０３および内クラッド部１０２の屈折率はドーパントの添加量によって調整することができる。
次いで、前記ガラス堆積層の内側に、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントを含む原材料を用いて、コア１０１となるガラス堆積層を形成する。なお、コア１０１は、別途作製したコアロッドを用いて形成することもできる。
ガラス堆積層が形成されたシリカガラス管は、透明化、中実化などの工程を経て光ファイバ母材とする。この光ファイバ母材を線引きすることによって、図１３に示す光ファイバ１１０を得る。
ＣＶＤ法は、ドーパントの添加によって屈折率分布を精度よく調整できる点で好ましい。
光ファイバ１１０の製造には、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法も適用可能である。ＶＡＤ法、ＯＶＤ法には、生産性が高いという利点がある。
光ファイバ１１０では、トレンチ部１０３と外クラッド部１０４の屈折率の差を前記範囲（式［１６］を参照）とし、かつコア１０１、内クラッド部１０２、およびトレンチ部１０３の外周半径の比を前記範囲（式［１８］〜［２０］を参照）とすることによって、他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑え、かつ曲げ損失を低減できる。
コアに近い部分のクラッドの屈折率が光ファイバの光学特性に大きな影響を与えることは周知であるが、本発明者は、詳細な検討の結果、モードフィールド径を小さくすることなく、曲げ損失を低減できる屈折率分布を見出した。
光ファイバ１１０は、この屈折率分布を採用することにより、他の光ファイバと接続した際の接続損失の抑制と曲げ損失の低減とを両立させた点に技術的意義がある。
光ファイバ１１０は、トレンチ部１０３と外クラッド部１０４の屈折率の差が小さいため、従来の製造方法（例えば通常のＳＳＭＦの製造方法）を大きく変更することなく利用して、トレンチ部１０３および外クラッド部１０４の屈折率を容易に、かつ精度よく調整することができる。
また、トレンチ部１０３と外クラッド部１０４の屈折率の差が小さいため、製造方法に基づく制約が少ない。例えば、屈折率分布の調整に適しているとされるＣＶＤ法だけでなく、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法を採用することもできる。
従って、光ファイバ１１０の製造が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。
光ファイバ１１０は、トレンチ部１０３と外クラッド部１０４の屈折率の差が小さいため、トレンチ部１０３を形成するためのフッ素（Ｆ）等のドーパントの添加量を削減できる。
フッ素（Ｆ）等のドープに用いられる原料ガス（例えばＳｉＦ４）は高価であるため、ドーパント添加量の削減によって、原料コストを抑制し、製造コストを低く抑えることができる。
上述のように、コア１０１と内クラッド部１０２とトレンチ部１０３と外クラッド部１０４との外周半径ｒ１〜ｒ４の間には、式［１７］に示す関係がある。
ｒ１≦ｒ２＜ｒ３＜ｒ４ ・・・［１７］
図１３および図１４に示す光ファイバ１１０では、ｒ１とｒ２とｒ３とは互いに異なる値であるが、本発明は、ｒ１＝ｒ２、かつｒ２≠ｒ３の場合を含む。
図１５は、本発明の第５実施形態の光ファイバの屈折率分布図であり、ｒ１＝ｒ２、かつｒ２≠ｒ３の場合を示す。
この光ファイバでは、ｒ１とｒ２とが等しいため、クラッド１０５は、トレンチ部１０３と、トレンチ部１０３の外周側に形成された外クラッド部１０４のみからなる。
以上、本発明の第４実施形態および第５実施形態を説明したが、これらは本発明の例示であり、追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
例えば、図１３に示す光ファイバ１１０では、クラッド１０５は３つの層（内クラッド部、トレンチ部および外クラッド部）からなるが、クラッドは、これら以外の層を有していてもよい。
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
以下、実施例をもって本発明の実施形態を具体的に説明する。
五角形形状の屈折率分布を有する光ファイバと、α乗の屈折率分布を有する光ファイバと、について曲げ損失等の特性を比較した。曲げ損失はケーブルカットオフ波長とＭＦＤに依存するパラメータであるため、本実施例ではケーブルカットオフ波長を１．２１μｍ（１２１０ｎｍ）、波長１３１０ｎｍでのＭＦＤを９．１７〜９．２０μｍの範囲に合わせた。
ケーブルカットオフ波長とＭＦＤを一定に合わせるため、五角形形状の屈折率分布を有する光ファイバではコア中心の比屈折率差Δ１ａとコア半径ｒ１を調整した。α乗の屈折率分布を有する光ファイバでも同様に、コア中心の屈折率ｎ１とコア半径ａを調整した。本実施例のそれぞれのコアの屈折率分布を図５Ａ〜図５Ｉおよび図６Ａ〜図６Ｉに示す。
図５Ａ〜図５Ｉは、鋭角度を変化させた場合の屈折率分布の具体例を示す。図５Ａは鋭角度０％、図５Ｂは鋭角度２０％、図５Ｃは鋭角度３０％、図５Ｄは鋭角度４０％、図５Ｅは鋭角度５０％、図５Ｆは鋭角度７０％、図５Ｇは鋭角度８０％、図５Ｈは鋭角度９０％、図５Ｉは鋭角度１００％の場合である。
図６Ａ〜図６Ｉは、α値を変化させた場合の屈折率分布の具体例を示す。図６Ａはα＝１、図６Ｂはα＝２、図６Ｃはα＝２．５、図６Ｄはα＝３、図６Ｅはα＝４、図６Ｆはα＝５、図６Ｇはα＝６、図６Ｈはα＝１０、図６Ｉはα＝∞の場合である。
また、表１には、五角形形状の屈折率分布を有する光ファイバにおけるパラメータの値を示す。さらに、これらの屈折率分布を有する光ファイバに対し、有限要素法による数値計算を行い、半径１５ｍｍのマンドレルに光ファイバを１０回巻いた時の波長１５５０ｎｍでの曲げ損失を計算した。その結果を図７、図８および表１に示す。図７には、α乗の屈折率分布を有する光ファイバについての結果を示す。図８および表１には、五角形形状の屈折率分布を有する光ファイバについての結果を示す。
Figure 2016017743
図７より、α乗分布を有する光ファイバの具体例（１≦α≦１０の範囲内）において最も曲げ損失が小さくなる極小値である、α＝３の場合の曲げ損失を求めた。そして、図８より、鋭角度が８８％以下の範囲においては、五角形形状の屈折率分布を有する光ファイバの曲げ損失の値が、α＝３の場合の曲げ損失の値を下回るという結果を得た。さらに、鋭角度が４２〜８８％の範囲においては、五角形形状の屈折率分布を有する光ファイバの曲げ損失の値が、理想ステップ型屈折率分布（鋭角度０％、α＝∞に相当）の場合の曲げ損失の値を下回るという結果が得られた。
なお、理想ステップ型屈折率分布は、設計上は仮想できるが、実際には製造時にコア外周部等で屈折率の揺らぎが生じるため、製造が困難と考えられる。コア中央部では一定の屈折率が得られても、外周部で屈折率が揺らぐと、α乗分布におけるα値が∞より低下した状態に近づき、曲げ損失が増加すると考えられる。このため、本実施例による五角形形状の屈折率分布は、曲げ損失の低減に有効と考えられる。
ｒ１…コアの半径
Δ１ａ…コアの中心における比屈折率差
Δ１ｂ…コアの外周における比屈折率差
１、１０１…コア
２、１２、１０２…内クラッド部
３、１３…外クラッド部
４、１４、１０５…クラッド
１０３…トレンチ部
１０４…外クラッド部

Claims (10)

  1. 光ファイバであって、
    コアと、前記コアの外周を取り囲むクラッドと、を有し、
    前記コアの半径をｒ１で表し、前記コアの中心と前記クラッドとの比屈折率差を第１の比屈折率差Δ１ａで表し、前記コアの前記中心からの半径方向の距離がｒ１である位置と前記クラッドとの比屈折率差を第２の比屈折率差Δ１ｂで表すとき、
    前記第１の比屈折率差Δ１ａは０より大きく、
    前記第２の比屈折率差Δ１ｂは０より大きく、
    前記第１の比屈折率差Δ１ａは前記第２の比屈折率差Δ１ｂより大きく、
    前記第１の比屈折率差Δ１ａと前記第２の比屈折率差Δ１ｂとが、次の式：
    ０．２０≦（Δ１ａ−Δ１ｂ）／Δ１ａ≦０．８８
    で表される関係を満たし、かつ、
    前記コアの屈折率分布Δが、前記コアの前記中心からの半径方向の距離ｒの関数Δ（ｒ）として、０≦ｒ≦ｒ１の区間全域で、次の式：
    Δ（ｒ）＝Δ１ａ−（Δ１ａ−Δ１ｂ）ｒ／ｒ１
    で表される光ファイバ。
  2. 前記第１の比屈折率差Δ１ａが、０．３５％＜Δ１ａ≦０．５０％の関係を満たす請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 前記第２の比屈折率差Δ１ｂが、０．０６％≦Δ１ｂ＜０．３５％の関係を満たす請求項１または２に記載の光ファイバ。
  4. 前記半径ｒ１が、４．５０μｍ＜ｒ１≦６．２５μｍの関係を満たす請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  5. 波長１５５０ｎｍ、曲げ半径１５ｍｍにおける曲げ損失の値が、０．１０２ｄＢ／１０ターン以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  6. 前記第１の比屈折率差Δ１ａと前記第２の比屈折率差Δ１ｂとが、次の式：
    ０．４２≦（Δ１ａ−Δ１ｂ）／Δ１ａ≦０．８８
    で表される関係を満たす請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  7. 波長１５５０ｎｍ、曲げ半径１５ｍｍにおける曲げ損失の値が、０．０５５ｄＢ／１０ターン以下である請求項６に記載の光ファイバ。
  8. ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  9. 波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤが、８．２μｍ≦ＭＦＤ≦９．９μｍの範囲内である請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法であって、
    前記光ファイバの母材を作製する際に、前記コアを構成するガラスを、または前記コアを構成するガラスと前記クラッドを構成するガラスの一部とを、ＯＶＤ法またはＣＶＤ法で作製する光ファイバの製造方法。
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