WO2012017764A1 - 光ファイバ - Google Patents

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core
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武笠　和則
幸寛 土田
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Furukawa Electric Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber.
  • the power of light propagating through a single optical fiber has increased, and nonlinear optical phenomena and fiber fuses in optical fibers have become major problems.
  • it is effective to increase the effective core area (Aeff) of the optical fiber.
  • the macro bending loss and the microbend loss are increased.
  • the microbend loss is defined as an increase in transmission loss due to a slight bending applied to the optical fiber when a lateral pressure is applied to the optical fiber.
  • Non-Patent Document 1 proposes an optical fiber in which the effective core area is expanded to 120 ⁇ m 2 by optimizing the trench type refractive index distribution.
  • Non-Patent Document 2 reports a result of expanding the effective core area to 134 ⁇ m 2 by optimizing the W-type refractive index distribution.
  • Non-Patent Document 2 shows that an increase in microbend loss is the greatest barrier for further expanding the effective core area. Further, the increase in the microbend loss is not limited to the increase in the effective core area, but is a factor that limits the degree of freedom in designing the optical characteristics of the optical fiber.
  • Non-Patent Document 3 shows that microbending loss can be suppressed by providing a hole structure in the fiber cross section.
  • an optical fiber for example, a holey fiber: HF
  • HF holey fiber
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an optical fiber having high manufacturability and high degree of freedom in optical design.
  • an optical fiber according to the present invention includes a core portion that confines and guides light, and a clad portion formed on an outer periphery of the core portion, and The cladding part is formed at a position spaced from the core part by a distance that does not substantially affect the effective core cross-sectional area or wavelength dispersion characteristics in the core part, and reduces the microbend loss in the core part. It is characterized by having.
  • the optical fiber according to the present invention is the optical fiber according to the above-mentioned invention, wherein the effective core area or wavelength dispersion characteristic value of the optical fiber and the effective core area or wavelength dispersion when the optical fiber is free of the holes.
  • the ratio between the difference between the characteristic value and the effective core area or the chromatic dispersion characteristic value when there is no hole is within ⁇ 10%, respectively.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the center of the hole is separated from the center of the core part by 25 ⁇ m or more.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the clad portion has 36 or less holes, and the hole diameter is 10 ⁇ m or less.
  • the effective core area at a wavelength of 1550 nm is 100 ⁇ m 2 or more.
  • the optical fiber according to the present invention is the optical fiber according to the above invention, wherein the core portion is located at a center core portion having a higher refractive index than the cladding portion and an outer periphery of the center core portion, and is refracted more than the cladding portion.
  • a relative refractive index difference of the central core portion relative to the cladding portion is 0.1% to 0.3%
  • a relative refractive index difference of the outer peripheral core portion relative to the cladding portion is -0.2% to -0.05%
  • the diameter of the central core portion is 11.2 ⁇ m to 23.9 ⁇ m
  • the ratio of the outer diameter of the outer peripheral core portion to the diameter of the central core portion is 2. It is 0 to 4.0.
  • the core portion has a refractive index distribution of the unimodal, characterized in that the effective core area at the wavelength of 1550nm is 100 ⁇ m 2 ⁇ 185 ⁇ m 2 And
  • the cladding portion has twelve or more holes arranged in a circle around the core portion, and the hole diameter is 2. It is 5 ⁇ 0.5 ⁇ m, and the center of the hole is separated from the center of the core part by 40 ⁇ m or more and is separated from the outer edge of the cladding part by 2.5 ⁇ m or more.
  • a relative refractive index difference of the core portion with respect to the cladding portion is 0.16% to 0.33%, and a diameter of the core portion is 10 ⁇ m to 14 ⁇ m. It is characterized by being.
  • the microbend loss of the optical fiber at a wavelength of 1550 nm is 80% or less of the microbend loss in the case where the optical fiber does not have the holes. It is characterized by.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution in the vicinity of the core portion of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1500 nm.
  • FIG. 4 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1500 nm.
  • FIG. 5 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1500 nm.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution in the vicinity of the core portion of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set
  • FIG. 6 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1500 nm.
  • FIG. 7 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1400 nm.
  • FIG. 8 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1300 nm.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a clad portion in which 12, 18, or 24 holes are arranged.
  • FIG. 10 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a clad portion having only a hole without having a core portion.
  • FIG. 11 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of the W-type refractive index distribution selected from FIGS.
  • FIG. 12 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of the hole structure selected from FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing design parameters of an optical fiber configured by combining the W-type refractive index distribution and the hole structure shown in FIGS.
  • FIG. 14 is a diagram showing optical characteristics of the optical fiber having the design parameters shown in FIG.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 16 is a view showing a refractive index distribution in the vicinity of the core portion of the optical fiber shown in FIG. FIG.
  • FIG. 17 is a diagram showing design parameters, a cross-sectional structure, and optical characteristics of an optical fiber having a single-peak type refractive index distribution but having no holes, and an optical fiber configured by combining this with a hole structure. It is.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating optical characteristics of optical fibers of Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the microbend loss of the optical fibers of the example and the comparative example.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining an example of a method for manufacturing an optical fiber according to the present invention.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a refractive index profile that can be used in the present invention.
  • the cutoff wavelength is ITU-T (International Telecommunication Union) G. unless otherwise specified. It means the fiber cutoff wavelength defined by 650.1.
  • the bending loss means a macro bending loss at a diameter of 20 mm.
  • ITU-TG International Telecommunication Union
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the optical fiber 10 includes a core part 11 located at the center and a clad part 12 located on the outer periphery of the core part 11.
  • the core part 11 includes a central core part 111 and an outer peripheral core part 112 located on the outer periphery of the central core part 111.
  • the clad portion 12 is formed at a position separated from the core portion 11 by a predetermined distance, and has 24 holes 12a arranged in a circle at an equal angle with the core portion 11 as the center.
  • the number of holes is an example, and is not limited to 24.
  • the central core 111 is made of quartz glass containing a dopant that increases the refractive index, such as germanium (Ge).
  • the outer core portion 112 is made of quartz glass containing a dopant that lowers the refractive index, such as fluorine (F).
  • the clad portion 12 is made of pure quartz glass that does not contain a dopant that adjusts the refractive index. As a result, the central core portion 111 has a higher refractive index than the clad portion 12, and the outer peripheral core portion 112 has a lower refractive index than the clad portion 12.
  • FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution in the vicinity of the core portion 11 of the optical fiber shown in FIG.
  • the distribution profile P ⁇ b> 1 indicates the refractive index distribution of the central core portion 111.
  • a distribution profile P ⁇ b> 2 indicates the refractive index distribution of the outer peripheral core portion 112.
  • the distribution profile P3 indicates the refractive index distribution of the cladding part 12.
  • the optical fiber 10 has a so-called W-type refractive index distribution in which the refractive index of the outer core portion 112 is lower than the refractive index of the cladding portion 12.
  • FIG. 1 indicates the refractive index distribution of the central core portion 111.
  • a distribution profile P ⁇ b> 2 indicates the refractive index distribution of the outer peripheral core portion 112.
  • the distribution profile P3 indicates the refractive index distribution of the cladding part 12.
  • the optical fiber 10 has a so-called W-type refractive index distribution in which the refractive index of the outer core portion 112
  • the relative refractive index difference of the central core portion 111 with respect to the cladding portion 12 is ⁇ 1, and the relative refractive index difference of the outer core portion 112 with respect to the cladding portion 12 is ⁇ 2.
  • the diameter of the central core portion 111 is 2a
  • the outer diameter of the outer core portion 112 is 2b.
  • the central core portion diameter 2a is a diameter at a position where the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0% at the boundary between the central core portion 111 and the outer peripheral core portion 112.
  • the outer peripheral core portion outer diameter 2b is a diameter at a position where the relative refractive index difference becomes a half value of the relative refractive index difference ⁇ 2 at the boundary between the outer peripheral core portion 112 and the cladding portion 12.
  • the optical fiber 10 confines light in the core portion 11 so that most of the light field is distributed in the core portion 11 by the W-type refractive index distribution formed by the core portion 11 and the cladding portion 12. Waveguide.
  • the hole 12a has a hole diameter of d, and is formed at a position spaced from the core part 11 by a distance that does not substantially affect the effective core cross-sectional area or wavelength dispersion characteristics of the core part 11. Note that the distance from the center of the core portion 11 at the center of the hole 12a is L.
  • the air holes 12 a do not substantially affect the effective core cross-sectional area or the wavelength dispersion characteristic in the core portion 11.
  • the air holes 12a serve as a buffer layer for the side pressure received by the optical fiber 10 and have the function of absorbing and dispersing the side pressure in the same manner as the primary coating of the optical fiber. It has the effect of reducing bend loss.
  • this optical fiber 10 has a high degree of freedom in design because the increase in microbend loss, which has been a limiting factor in the degree of freedom in designing optical characteristics of conventional optical fibers, is suppressed.
  • the effective core cross-sectional area can be realized.
  • the holes 12a do not substantially contribute to the light guiding in the core portion 11, the accuracy of the number, position, and size of the necessary holes 12a is relaxed, Manufacturability is high.
  • (W-type refractive index distribution design parameters) 3 to 6 are diagrams showing design parameters and optical characteristics of the W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1500 nm.
  • FIG. 7 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1400 nm.
  • FIG. 8 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a W-type refractive index distribution set so that the cutoff wavelength is 1300 nm. In each figure, the optical characteristics are values at a wavelength of 1550 nm.
  • Ra2 means b / a, which is the ratio of the outer diameter 2b of the outer peripheral core portion to the diameter 2a of the central core portion
  • Aeff means the effective core sectional area
  • MFD means the mode field diameter.
  • dispersion means chromatic dispersion
  • Slope means dispersion slope.
  • E is a symbol representing a power of 10, for example, “6.21E-3” means “6.21 ⁇ 10 ⁇ 3 ”.
  • the central core diameter 2a is 11.2 ⁇ m to 23.9 ⁇ m
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0.1% to 0.3%
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 is set.
  • the optical characteristics are such that the cutoff wavelength is 1300 nm to 1500 nm, and the light is single mode at a wavelength of 1550 nm.
  • W-type refractive index having an effective core area of 100 ⁇ m 2 or more, preferably 300 ⁇ m 2 or more, and a bending loss of 30 dB / m or less, preferably 10 dB / m or less, more preferably 1 dB / m or less. Distribution can be realized.
  • the holes do not substantially contribute to light confinement and wave guide in the core portion, and do not substantially affect the effective core cross-sectional area or wavelength dispersion characteristics. That is, the confinement loss in the fundamental mode of the waveguide mode of light generated by the presence of the holes is sufficiently increased.
  • FIGS. 9A to 9C are schematic cross-sectional views of a clad portion in which 12, 18, or 24 holes are arranged.
  • the hole diameter is d
  • the distance of the center of the hole from the center of the cladding is L.
  • FIG. 10 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of a clad portion having only a hole without having a core portion.
  • the optical characteristics are 3 dB / m or more,
  • a sufficiently large fundamental mode confinement loss of 20 dB / m or more can be realized.
  • a very large fundamental mode confinement loss of 100 dB / m or more is realized.
  • the effective core area (Aeff) is as large as 1000 ⁇ m 2 or more. From this point, it is considered that the waveguide mode of light is an extremely leaky mode.
  • the separation distance L is up to 50 ⁇ m, but the separation distance L is not limited to this. That is, as shown in FIG. 10, the greater the separation distance L, the greater the confinement loss. Therefore, when the clad diameter is larger than 125 ⁇ m, the separation distance L may be set larger.
  • the separation distance L and the number of holes are the same, the smaller the hole diameter d, the greater the confinement loss, which is preferable.
  • the pore diameter is at least a size that can exert the effect of reducing the microbend loss, for example, 2 ⁇ m or more.
  • the distance L and the hole diameter d are the same, the smaller the number of holes, the greater the confinement loss, which is preferable.
  • the number of holes is at least an effect of reducing the microbend loss. For example, 12 or more.
  • FIG. 11 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of the W-type refractive index distribution selected from FIGS.
  • FIG. 12 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of the hole structure selected from FIG.
  • optical characteristics of an optical fiber configured by combining the W-type refractive index distribution and the hole structure shown in FIGS. 11 and 12 will be described.
  • FIG. 13 is a diagram showing design parameters of an optical fiber configured by combining the W-type refractive index distribution and the hole structure shown in FIGS.
  • “No. 43-5” means that the design parameter “No. 43” in FIG. 11 is combined with the design parameter “No. 5” in FIG. To do.
  • FIG. 14 is a diagram showing optical characteristics of the optical fiber having the design parameters shown in FIG.
  • the optical fibers shown in FIG. 14 each have “Aeff change rate”, “dispersion change rate”, and “Slope change rate” of ⁇ 1% or less. Therefore, in the optical fiber shown in FIG. 14, the holes do not substantially affect the effective core area or the wavelength dispersion characteristics of the core portion.
  • the optical fiber shown in FIG. 14 has “Aeff change rate”, “dispersion change rate”, and “Slope change rate” of ⁇ 1% or less, but these are ⁇ 10% or less, preferably ⁇ 5% or less.
  • the holes do not substantially affect the effective core cross-sectional area or wavelength dispersion characteristics of the core portion.
  • the optical fiber according to the first embodiment has a W-type refractive index distribution, but the optical fiber according to the second embodiment has a single-peak type refractive index distribution. It is.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the second embodiment.
  • the optical fiber 20 includes a core portion 21 located at the center and a clad portion 22 located on the outer periphery of the core portion 21.
  • the clad portion 22 is formed at a position separated from the core portion 21 by a predetermined distance, and has twelve holes 22a arranged in a circle at an equal angle with the core portion 21 as the center.
  • the number of holes is an example, and is not limited to twelve.
  • the core portion 21 is made of quartz glass containing a dopant that increases the refractive index.
  • the clad portion 22 is made of pure quartz glass.
  • FIG. 16 is a diagram showing a refractive index distribution in the vicinity of the core portion 21 of the optical fiber shown in FIG.
  • the distribution profile P ⁇ b> 4 indicates the refractive index distribution of the core portion 21.
  • the distribution profile P5 indicates the refractive index distribution of the cladding part 22.
  • the relative refractive index difference of the core portion 21 with respect to the cladding portion 22 is assumed to be ⁇ .
  • the optical fiber 20 has a so-called unimodal refractive index distribution in which the refractive index distribution has a single peak.
  • the diameter of the core portion 21 is 2a.
  • the core part diameter 2a is a diameter at a position where the relative refractive index difference is 0% at the boundary between the core part 21 and the clad part 22.
  • the optical fiber 20 confines light in the core portion 21 so that most of the light field is distributed in the core portion 21 by a single-peak refractive index distribution formed by the core portion 21 and the cladding portion 22. To guide.
  • the hole 22a of the cladding part 22 has a hole diameter of d, and is spaced from the core part 21 by a distance that does not substantially affect the effective core cross-sectional area or wavelength dispersion characteristics in the core part 21. Is formed. Let L be the distance from the center of the core portion 21 at the center of the hole 22a.
  • the air holes 22 a do not substantially affect the effective core cross-sectional area or the wavelength dispersion characteristic in the core portion 21, and the core portion 21 has the effect of reducing the microbend loss at 21.
  • the optical fiber 20 has high design freedom and high manufacturability.
  • the optical fiber according to the second embodiment will be described more specifically with reference to a calculation result using a simulation by a finite element method.
  • the optical characteristics of an optical fiber having a single-peaked refractive index profile but no holes will be compared with the optical characteristics of an optical fiber configured by combining this with a hole structure.
  • FIG. 17 is a diagram showing design parameters, a cross-sectional structure, and optical characteristics of an optical fiber having a single-peak type refractive index distribution but having no holes, and an optical fiber configured by combining this with a hole structure. It is.
  • “No. 1” is an optical fiber having a single-peak type refractive index distribution but no voids
  • the core portion diameter 2a is 12.2 ⁇ m
  • the relative refractive index difference ⁇ is 0. .22%.
  • “No. 2” is a combination of “No. 1” optical fiber with a hole structure having a hole diameter d of 2.5 ⁇ m, a separation distance L of 50 ⁇ m, and 12 holes.
  • “No. 3” is a combination of “No.
  • optical fiber with a hole structure having a hole diameter d of 2.5 ⁇ m, a separation distance L of 50 ⁇ m, and a number of holes of 24. Further, the optical characteristics are values at a wavelength of 1550 nm unless otherwise specified.
  • FIG. 17 shows the confinement loss of the first higher-order mode at wavelengths of 1550 nm and 1530 nm.
  • the confinement loss of the first higher-order mode is high in order to prevent the double clad structure from being formed by the holes and the multimode operation.
  • the confinement loss cannot be defined when the optical fiber is in a straight state, so that the diameter of the optical fiber is very high, ie, 60 m. The bending loss when bending with a large diameter is calculated, and this is taken as the confinement loss.
  • the combination of the hole structures is effective.
  • the core cross-sectional area, chromatic dispersion, and dispersion slope are almost unchanged. That is, when calculating the Aeff change rate, the dispersion change rate, and the slope change rate in the same manner as in FIG. 14, all are ⁇ 5% or less, and the void structure substantially affects the effective core cross-sectional area or wavelength dispersion characteristics. Not given.
  • the microbend loss is reduced by the action effect of the holes, as in the optical fiber according to the first embodiment.
  • the confinement loss of the first higher-order mode is 1 dB / m.
  • the rule that the wavelength is the cutoff wavelength is adopted.
  • the optical fiber of “No. 2” shown in FIG. 17 has a confinement loss of 2.51 dB / m in the first higher-order mode at a wavelength of 1530 nm.
  • the optical fiber of “No. 3” has a confinement loss of the first higher-order mode at a wavelength of 1530 nm of 1.67 dB / m. Accordingly, since the optical fibers of “No. 2” and “No. 3” both have a cutoff wavelength shorter than 1530 nm, it is sufficient in the most frequently used C band and L band (1530 to 1630 nm). It operates in single mode.
  • a relative refractive index difference ⁇ is 0.16% ⁇ 0.33%, if the core section diameter of 10 [mu] m-14 [mu] m, satisfies the property that the effective core area at the wavelength of 1550nm is 100 [mu] m 2 - 185 .mu.m 2
  • the number of holes is 12 or more, the hole diameter is 2.5 ⁇ 0.5 ⁇ m, and the separation distance is 40 ⁇ m or more, the single mode operation is performed in the C band and the L band, and the micro wave at the wavelength of 1550 nm is obtained. It satisfies the characteristic that the bend loss is reduced to 80% or less of the microbend loss when there is no void.
  • the center of the hole is separated from the outer edge of the cladding part by 2.5 ⁇ m or more in order to ensure the mechanical strength of the optical fiber.
  • FIG. 18 is a diagram showing optical characteristics of optical fibers of Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 19 is a diagram showing the wavelength dependence of the microbend loss of the optical fibers of the example and the comparative example.
  • the optical characteristics shown in FIG. 18 are values at a wavelength of 1550 nm excluding the cutoff wavelength.
  • the microbend loss is the transmission loss when each optical fiber is wound around a bobbin wound with # 1000 sandpaper on the surface, and when each optical fiber is unwound from the bobbin to form a bundle. The difference between these transmission losses was adopted as the microbend loss.
  • the ratio of the difference in effective core cross-sectional area of the example with respect to the comparative example was extremely small, about -1.4%.
  • the cut-off wavelength was the same.
  • the optical fibers according to the first and second embodiments are made of pure silica glass containing a dopant that increases the refractive index such as germanium (Ge) in the W-shaped central core portion or the single-peak core portion, and the cladding portion is
  • pure silica glass does not contain a dopant for adjusting the refractive index, it is not particularly limited as long as a desired refractive index distribution shape can be realized.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • the optical fiber 30 includes a core portion 31 located at the center and a clad portion 32 located on the outer periphery of the core portion 31.
  • the clad part 32 is formed at a position separated from the core part 31 by a predetermined distance, and has twelve holes 32a arranged in a circle at an equal angle around the core part 31.
  • the clad portion 32 includes an inner circumference clad portion 321 located on the outer circumference of the core portion 31 and an outer circumference clad portion 322 located on the outer circumference of the inner circumference clad portion 321.
  • the air holes 32 a are formed in the outer peripheral cladding portion 322, but may be formed in the inner peripheral cladding portion 321.
  • the core portion 31 has a step index type single-peaked refractive index profile and is made of pure silica glass.
  • the inner peripheral cladding part 321 is made of quartz glass containing fluorine
  • the outer peripheral cladding part 322 is made of pure silica glass.
  • the core part diameter 2a and the relative refractive index difference ⁇ are defined similarly to the optical fiber 20 according to the second embodiment, and can be set to desired values.
  • the optical fiber 30 has a lower transmission loss because the core portion 31 is made of pure silica glass that does not contain a dopant for adjusting the refractive index. .
  • the outer peripheral cladding part 322 is made of pure silica glass like the core part 31. For this reason, when the optical fiber 30 is manufactured by drawing, the outer clad portion 322 having higher viscosity than the inner clad portion 321 containing fluorine is present, so that stress applied to the base material during drawing is caused by the core portion 31. Concentrating on is prevented. As a result, since the distortion remaining in the core portion 31 is reduced, the transmission loss is further reduced.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining an example of the optical fiber manufacturing method according to the present invention.
  • the glass base material 41 is formed using a known VAD method or the like.
  • the glass base material 41 includes a core forming portion 411 for forming the core portion 21 and a clad forming portion 412 located on the outer periphery of the core forming portion 411 and forming a part of the cladding portion 32. Is done.
  • a hollow glass capillary 42 for forming the holes 32a and a solid glass rod 43 for arranging the glass capillaries 42 at a desired interval are arranged.
  • the optical fiber 20 shown in FIG. 15 can be manufactured.
  • optical fiber manufacturing method is not limited to the above-described method.
  • a hole may be drilled in the glass base material 41 with a drill or the like, and the optical fiber may be manufactured by drawing the hole. .
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a refractive index profile that can be used in the present invention.
  • 22A to 22E show refractive index distributions called a staircase profile, a segment core profile, a trench profile, a W + side core profile, and a ring profile, respectively.
  • These refractive index distributions can be designed so as to realize desired optical characteristics using ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, 2a, 2b, and 2c shown in the figure as design parameters.
  • a refractive index distribution obtained by appropriately combining the refractive index distributions shown in FIG. 22 may be used.
  • the optical fiber according to the present invention is formed at a position separated by a distance that does not substantially affect the effective core cross-sectional area or chromatic dispersion characteristics in the core portion, and reduces the microbend loss in the core portion.
  • a hole having a function it has a hole (a hole for light confinement assist) provided in the vicinity of the core part in order to assist light confinement in the core part like a known hole assist optical fiber. It can also be configured. That is, as described above, since the optical fiber according to the present invention can use any refractive index distribution as a refractive index distribution that realizes light confinement, the refraction formed by the contribution of light confinement assist holes. Of course, rate distribution is also available.
  • the optical fiber is made of a silica-based glass material.
  • the constituent material of the optical fiber according to the present invention is not limited to this, and an optical fiber such as another glass material or a plastic material is used.
  • the optical material which can be used can be utilized suitably.
  • the optical fiber according to the present invention is suitable mainly for use in optical communication.

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Abstract

　光を閉じ込めて導波するコア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部と、を備え、前記クラッド部は、前記コア部から、前記コア部における有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えない距離だけ離間した位置に形成され、前記コア部におけるマイクロベンド損失を低減する空孔を有する。好ましくは、当該光ファイバの有効コア断面積または波長分散特性の値と当該光ファイバにおいて前記空孔が無いとした場合の有効コア断面積または波長分散特性の値との差分と、前記空孔が無いとした場合の有効コア断面積または波長分散特性の値との比がそれぞれ±１０％以内である。これによって、製造性と光学設計の自由度とが高い光ファイバが提供される。

Description

光ファイバ
　本発明は、光ファイバに関するものである。
　近年のインターネットトラヒックの劇的な増大に伴い、一本の光ファイバを伝搬する光のパワーも増大していることから、光ファイバ内の非線形光学現象やファイバヒューズが大きな問題となってきている。これらを解決する方法としては、光ファイバの有効コア断面積(Ａeff)を拡大することが有効である。しかしながら、従来のソリッド型光ファイバにおいては、有効コア断面積を拡大しつつ、通信波長帯において単一モード伝送を実現しようとした場合、マクロの曲げ損失や、マイクロベンド損失が大きくなってしまうという問題がある。なお、マイクロベンド損失は、光ファイバに側圧が加えられたときに、光ファイバに微小な曲げが加えられることによる伝送損失の増加量として定義される。
　有効コア断面積を拡大しながら単一モード伝送を実現したときの、マクロの曲げ損失を低減する手法としては、屈折率分布の最適化が提案されている。例えば、非特許文献１では、トレンチ型の屈折率分布を最適化することで有効コア断面積を１２０μｍ２まで拡大した光ファイバが提案されている。また、非特許文献２では、Ｗ型の屈折率分布を最適化することで有効コア断面積を１３４μｍ２まで拡大した結果が報告されている。
Marianne　Bigot-Astruc,　Frans　Gooijer,　Nelly　Montaigne,　Pierre　Sillard,　"Trench-Assisted　Profiles　for　Large-Effective-Area　Single-Mode　Fibers,"　ECOC2008、Mo.4.B.1 Yoshinori　Yamamoto,　Masaaki　Hirano,　Kazuya　Kuwahara,　Takashi　Sasaki　"OSNR-Enhancing　Pure-Silica-Core　Fiber　with　Large　Effective　Area　and　Low　Attenuation,"　OFC/NFOEC2010、OTuI2 Yukihiro　Tsuchida,　Kazunori　Mukasa,　Takeshi　Yagi,　"Comparison　of　microbending　loss　characteristics　between　LMA　holey　fibers　and　conventional　LMA　fibers,"　OFC/NFOEC2010、OTuI7 Takashi　Matsui,　Taiji　Sakamoto,　Kyozo　Tsujikawa,　and　Shigeru　Tomita,　"Single-mode　photonic　crystal　fiber　with　low　bending　loss　and　Aeff　of　>　200　μm2　for　ultra　high-speed　WDM　transmission,"　PDPA2　OFC/NFOEC　2010
　しかしながら、非特許文献２中にも記載されているように、更なる有効コア断面積の拡大のためには、マイクロベンド損失の増大が最大の障壁となっている。また、マイクロベンド損失の増大は、有効コア断面積の拡大に限らず、光ファイバの光学特性の設計の自由度を制限する要因となっている。一方で、非特許文献３では、ファイバ断面中に空孔構造を設けることで、マイクロベンド損失の抑制が可能である事が示されている。しかしながら、現状の技術では、ガラス中に配置された多数の空孔からなる空孔構造によって光の導波を実現する光ファイバ(例えばホーリーファイバ：ＨＦ)は、多数の空孔を高精度に形成する際の製造上の困難性のため、安定した量産が難しいと言う課題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造性と光学設計の自由度とが高い光ファイバを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバは、光を閉じ込めて導波するコア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部と、を備え、前記クラッド部は、前記コア部から、前記コア部における有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えない距離だけ離間した位置に形成され、前記コア部におけるマイクロベンド損失を低減する空孔を有することを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、当該光ファイバの有効コア断面積または波長分散特性の値と当該光ファイバにおいて前記空孔が無いとした場合の有効コア断面積または波長分散特性の値との差分と、前記空孔が無いとした場合の有効コア断面積または波長分散特性の値との比がそれぞれ±１０％以内であることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記空孔の中心が、前記コア部の中心から２５μｍ以上離間していることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記クラッド部は、３６個以下の前記空孔を有し、前記空孔の空孔直径が１０μｍ以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおける前記有効コア断面積が１００μｍ２以上であることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部は、前記クラッド部よりも屈折率が高い中心コア部と、前記中心コア部の外周に位置し、前記クラッド部よりも屈折率が低い外周コア部とからなり、前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差が０．１％～０．３％であり、前記クラッド部に対する前記外周コア部の比屈折率差が－０．２％～－０．０５％であり、前記中心コア部の直径が１１．２μｍ～２３．９μｍであり、前記中心コア部の直径に対する前記外周コア部の外径の比が２．０～４．０であることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部は、単峰型の屈折率分布を有し、波長１５５０ｎｍにおける前記有効コア断面積が１００μｍ２～１８５μｍ２であることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記クラッド部は、前記コア部を中心として円形に配列した前記空孔を１２個以上有し、前記空孔の空孔直径が２．５±０．５μｍであり、前記空孔の中心が、前記コア部の中心から４０μｍ以上離間しているとともに当該クラッド部の外縁から２．５μｍ以上離間していることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差が０．１６％～０．３３％であり、前記コア部の直径が１０μｍ～１４μｍであることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおける当該光ファイバのマイクロベンド損失は、当該光ファイバにおいて前記空孔が無いとした場合のマイクロベンド損失の８０％以下であることを特徴とする。
　本発明によれば、製造性と光学設計の自由度とが高い光ファイバを実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面図である。 図２は、図１に示す光ファイバのコア部近傍の屈折率分布を示す図である。 図３は、カットオフ波長が１５００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図４は、カットオフ波長が１５００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図５は、カットオフ波長が１５００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図６は、カットオフ波長が１５００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図７は、カットオフ波長が１４００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図８は、カットオフ波長が１３００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図９は、空孔を１２個、１８個、または２４個配置したクラッド部の模式的な断面図である。 図１０は、コア部を有さず空孔のみを有するクラッド部の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図１１は、図４、５から選択したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図１２は、図１０から選択した空孔構造の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図１３は、図１１、１２に示すＷ型屈折率分布と空孔構造とを組み合わせて構成された光ファイバの設計パラメータを示す図である。 図１４は、図１３に示した設計パラメータの光ファイバの光学特性を示す図である。 図１５は、実施の形態２に係る光ファイバの模式的な断面図である。 図１６は、図１５に示す光ファイバのコア部近傍の屈折率分布を示す図である。 図１７は、単峰型屈折率分布を有するが空孔の無い構造の光ファイバとこれに空孔構造を組み合わせて構成された光ファイバとの設計パラメータおよび断面構造と、光学特性とを示す図である。 図１８は、実施例および比較例の光ファイバの光学特性を示す図である。 図１９は、実施例および比較例の光ファイバのマイクロベンド損失の波長依存性を示す図である。 図２０は、実施の形態２の変形例に係る光ファイバの模式的な断面図である。 図２１は、本発明に係る光ファイバの製造方法の一例を説明する図である。 図２２は、本発明において利用できる屈折率分布を例示する図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係るホーリーファイバの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、特に言及しない限り、ＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するファイバカットオフ波長を意味する。また、曲げ損失とは、直径２０ｍｍにおけるマクロの曲げ損失を意味する。また、本明細書において特に定義しない用語については、ＩＴＵ－ＴＧ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面図である。図１に示すように、この光ファイバ１０は、中心に位置するコア部１１と、コア部１１の外周に位置するクラッド部１２とを備える。
　コア部１１は、中心コア部１１１と、中心コア部１１１の外周に位置する外周コア部１１２とからなる。また、クラッド部１２は、コア部１１から所定の距離だけ離間した位置に形成され、コア部１１を中心として等角度で円形に配置された２４個の空孔１２ａを有する。なお、空孔の数は一例であって、２４個に限定はされない。
　また、中心コア部１１１は、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を高めるドーパントを含む石英ガラスからなる。外周コア部１１２は、フッ素（Ｆ）等の屈折率を低めるドーパントを含む石英ガラスからなる。クラッド部１２は、屈折率を調整するドーパントを含まない純石英ガラスからなる。その結果、中心コア部１１１はクラッド部１２よりも屈折率が高く、外周コア部１１２はクラッド部１２よりも屈折率が低くなっている。
　図２は、図１に示す光ファイバのコア部１１近傍の屈折率分布を示す図である。図２において、分布プロファイルＰ１は中心コア部１１１の屈折率分布を示している。分布プロファイルＰ２は外周コア部１１２の屈折率分布を示している。分布プロファイルＰ３はクラッド部１２の屈折率分布を示している。このように、この光ファイバ１０は、外周コア部１１２の屈折率がクラッド部１２の屈折率よりも低い、いわゆるＷ型の屈折率分布を有している。ここで、図２に示すように、クラッド部１２に対する中心コア部１１１の比屈折率差をΔ１とし、クラッド部１２に対する外周コア部１１２の比屈折率差をΔ２とする。また、中心コア部１１１の直径を２ａ、外周コア部１１２の外径を２ｂとする。なお、中心コア部直径２ａは、中心コア部１１１と外周コア部１１２との境界において比屈折率差Δ１が０％となる位置での径とする。また、外周コア部外径２ｂは、外周コア部１１２とクラッド部１２との境界において、比屈折率差が比屈折率差Δ２の１／２の値となる位置での径とする。
　この光ファイバ１０は、コア部１１とクラッド部１２とが形成するＷ型の屈折率分布によって、光のフィールドの殆どがコア部１１内に分布するようにして、コア部１１に光を閉じ込めて導波する。
　つぎに、クラッド部１２の空孔１２ａについて説明する。空孔１２ａは、空孔直径がｄであり、コア部１１から、コア部１１における有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えない距離だけ離間した位置に形成されている。なお、空孔１２ａの中心のコア部１１の中心からの離間距離をＬとする。
　このように、光ファイバ１０では、空孔１２ａが、コア部１１における有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えない。それとともに、空孔１２ａが、光ファイバ１０が受ける側圧に対するバッファ層としての役割を果たし、光ファイバのプライマリ被覆と同様に側圧を吸収、分散させる機能を有することとなるため、コア部１１におけるマイクロベンド損失を低減する効果を奏する。その結果、この光ファイバ１０は、従来光ファイバの光学特性の設計の自由度の制限要因となっていたマイクロベンド損失の増大が抑制されているため、設計の自由度が高いものとなり、たとえば拡大された有効コア断面積を実現できる。これととともに、光ファイバ１０では、空孔１２ａはコア部１１における光の導波には実質的に寄与していないため、必要な空孔１２ａの数や位置、大きさの精度が緩和され、製造性が高いものとなる。
　つぎに、有限要素法によるシミュレーションを用いた計算結果を参照して、本実施の形態１に係る光ファイバの好ましい設計についてより具体的に説明する。以下では、はじめに、図２に示したＷ型屈折率分布の設計パラメータの好ましい値を説明する。つぎに、空孔の好ましい構造と設計パラメータとについて説明する。最後に、これらの好ましいＷ型屈折率分布と空孔構造とを組み合わせて構成された光ファイバの光学特性について説明する。
（Ｗ型屈折率分布の設計パラメータ）
　図３～図６は、カットオフ波長が１５００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。図７は、カットオフ波長が１４００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。図８は、カットオフ波長が１３００ｎｍになるように設定したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。なお、各図において、光学特性は、波長１５５０ｎｍにおける値である。また、「Ｒａ２」は外周コア部外径２ｂと中心コア部直径２ａとの比であるｂ／ａを意味し、「Ａeff」は有効コア断面積を意味し、「ＭＦＤ」はモードフィールド径を意味し、「分散」は波長分散を意味し、「Ｓｌｏｐｅ」は分散スロープを意味する。また、曲げ損失の値において、「Ｅ」は１０のべき乗を表す記号であり、たとえば「６．２１Ｅ－３」は「６．２１×１０－３」を意味する。
　図３～図８に示すように、設計パラメータとして、中心コア部直径２ａを１１．２μｍ～２３．９μｍ、比屈折率差Δ１を０．１％～０．３％、比屈折率差Δ２を－０．２％～－０．０５％、比Ｒａ２を２．０～４．０に設定することによって、光学特性として、カットオフ波長が１３００ｎｍ～１５００ｎｍであることによって波長１５５０ｎｍでシングルモードで光を導波でき、有効コア断面積が１００μｍ２以上、好ましくは３００μｍ２以上であり、曲げ損失が３０ｄＢ／ｍ以下、好ましくは１０ｄＢ／ｍ以下、さらに好ましくは１ｄＢ／ｍ以下であるＷ型屈折率分布を実現することができる。
（空孔の構造と設計パラメータ）
　つぎに、空孔の好ましい構造と設計パラメータとについて説明する。上述したように、空孔は、コア部における光の閉じ込め、導波には実質的に寄与せず、有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えないようにする。すなわち、空孔の存在により発生する光の導波モードの基底モードの閉じ込め損失を十分に大きくする。
　ここでは、純石英ガラスからなり、コア部を有さないクラッド部だけの構造に、空孔のみをクラッド部の中心に対して等角度で円形に１２～３６個だけ配置したものについての光学特性の計算結果を説明する。なお、空孔の数が３６個以下であれば、空孔の形成が容易であり、製造性が高く好ましい。また、図９（ａ）～（ｃ）は、空孔を１２個、１８個、または２４個配置したクラッド部の模式的な断面図である。ここで、空孔直径をｄ、クラッド部の中心からの空孔の中心の離間距離をＬとする。
　図１０は、コア部を有さず空孔のみを有するクラッド部の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。図１０に示すように、設計パラメータとして、空孔数を１２～３６、離間距離Ｌを２５μｍ～５０μｍ、空孔直径ｄを２μｍ～１０μｍに設定することによって、光学特性として、３ｄＢ／ｍ以上、好ましくは２０ｄＢ／ｍ以上の十分に大きい基底モードの閉じ込め損失を実現できる。特に、図中で下線を付した例では、１００ｄＢ／ｍ以上のきわめて大きい基底モードの閉じ込め損失を実現している。また、その場合の有効コア断面積（Ａeff）は１０００μｍ２以上ときわめて大きくなっており、この点からも、光の導波モードが極めてリーキーなモードになっていると考えられる。
　なお、図１０では、通常の光ファイバのクラッド径が１２５μｍであることを考慮して、離間距離Ｌの設定を５０μｍまでとしているが、離間距離Ｌはこれに限定されない。すなわち、図１０に示すように、離間距離Ｌが大きい程閉じ込め損失は大きくなる。したがって、クラッド径を１２５μｍより大きくする場合には、離間距離Ｌをさらに大きく設定してもよい。
　また、図１０に示すように、離間距離Ｌと空孔数とが同じであれば、空孔直径ｄが小さいほど閉じ込め損失が大きいので好ましい。ただし、空孔直径は、少なくともマイクロベンド損失を低減する効果が発揮できる程度の大きさ、たとえば２μｍ以上とすることが好ましい。同様に、離間距離Ｌと空孔直径ｄとが同じであれば、空孔数が少ないほど閉じ込め損失が大きいので好ましいが、空孔数については、少なくともマイクロベンド損失を低減する効果が発揮できる程度の数、たとえば１２個以上とする。
（光ファイバの光学特性）
　つぎに、上述したＷ型屈折率分布と空孔構造とを組み合わせて構成された光ファイバの光学特性について説明する。図１１は、図４、５から選択したＷ型屈折率分布の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。図１２は、図１０から選択した空孔構造の設計パラメータおよび光学特性を示す図である。以下では、図１１、１２に示すＷ型屈折率分布と空孔構造とを組み合わせて構成された光ファイバの光学特性について説明する。
　図１３は、図１１、１２に示すＷ型屈折率分布と空孔構造とを組み合わせて構成された光ファイバの設計パラメータを示す図である。なお、図１３において、たとえば「Ｎｏ．４３－５」とは、図１１の「Ｎｏ．４３」の設計パラメータと図１２の「Ｎｏ．５」の設計パラメータとを組み合わせて構成されることを意味する。
　図１４は、図１３に示した設計パラメータの光ファイバの光学特性を示す図である。図１４において、「Ａeff変化率」とは、図１４に示す「Ａeff」の値と図１１に示す空孔構造が無い場合の「Ａeff」の値との差分と、空孔構造が無い場合の「Ａeff」の値との比を示す値である。すなわち、たとえば、「Ｎｏ．４３－５」の「Ａeff変化率」は、図１４の「Ｎｏ．４３－５」の「Ａeff」の値である１５４．５と、図１１の「Ｎｏ．４３」の「Ａeff」の値である１５４．４との差分と、１５４．４との比、すなわち（１５４．５－１５４．４）／１５４．４＝０．０６５％である。
　また、「分散変化率」、「Ｓｌｏｐｅ変化率」についても、図１４に示す値と図１１に示す空孔構造が無い場合の値との差分と、空孔構造が無い場合の値の比を示す値である。
　図１４に示す光ファイバは、いずれも「Ａeff変化率」、「分散変化率」、「Ｓｌｏｐｅ変化率」が±１％以下である。したがって、図１４に示す光ファイバは、空孔がコア部の有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えていないものとなっている。
　なお、図１４に示す光ファイバは、「Ａeff変化率」、「分散変化率」、「Ｓｌｏｐｅ変化率」が±１％以下であるが、これらが±１０％以下、好ましくは±５％以下の光ファイバであれば、空孔がコア部の有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えていないと考えることができる。
（実施の形態２）
　つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１に係る光ファイバは、Ｗ型の屈折率分布を有しているものであるが、本実施の形態２に係る光ファイバは、単峰型の屈折率分布を有しているものである。
　図１５は、本実施の形態２に係る光ファイバの模式的な断面図である。図１５に示すように、この光ファイバ２０は、中心に位置するコア部２１と、コア部２１の外周に位置するクラッド部２２とを備える。クラッド部２２は、コア部２１から所定の距離だけ離間した位置に形成され、コア部２１を中心として等角度で円形に配置された１２個の空孔２２ａを有する。なお、空孔の数は一例であって、１２個に限定はされない。
　また、コア部２１は、屈折率を高めるドーパントを含む石英ガラスからなる。クラッド部２２は、純石英ガラスからなる。
　図１６は、図１５に示す光ファイバのコア部２１近傍の屈折率分布を示す図である。図１６において、分布プロファイルＰ４はコア部２１の屈折率分布を示している。分布プロファイルＰ５はクラッド部２２の屈折率分布を示している。ここで、クラッド部２２に対するコア部２１の比屈折率差をΔとする。このように、この光ファイバ２０は、屈折率分布が単一のピークを有するいわゆる単峰型の屈折率分布を有している。また、コア部２１の直径を２ａとする。コア部直径２ａは、コア部２１とクラッド部２２との境界において、比屈折率差が０％の値となる位置での径とする。
　この光ファイバ２０は、コア部２１とクラッド部２２とが形成する単峰型の屈折率分布によって、光のフィールドの殆どがコア部２１内に分布するようにして、コア部２１に光を閉じ込めて導波する。
　また、クラッド部２２の空孔２２ａについては、空孔直径がｄであり、コア部２１から、コア部２１における有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えない距離だけ離間した位置に形成されている。空孔２２ａの中心のコア部２１の中心からの離間距離をＬとする。
　このように、光ファイバ２０は、実施の形態１に係る光ファイバと同様に、空孔２２ａが、コア部２１における有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えないとともに、コア部２１におけるマイクロベンド損失を低減する効果を奏する。その結果、この光ファイバ２０は、設計の自由度が高いととともに、製造性が高いものとなる。
　つぎに、有限要素法によるシミュレーションを用いた計算結果を参照して、本実施の形態２に係る光ファイバについてより具体的に説明する。以下では、単峰型屈折率分布を有するが空孔の無い構造の光ファイバの光学特性と、これに空孔構造を組み合わせて構成された光ファイバの光学特性とを比較して説明する。
　図１７は、単峰型屈折率分布を有するが空孔の無い構造の光ファイバとこれに空孔構造を組み合わせて構成された光ファイバとの設計パラメータおよび断面構造と、光学特性とを示す図である。図１７に示すように、「Ｎｏ．１」は単峰型屈折率分布を有するが空孔の無い構造の光ファイバであり、そのコア部直径２ａは１２．２μｍ、比屈折率差Δは０．２２％である。また、「Ｎｏ．２」は、「Ｎｏ．１」の光ファイバに空孔直径ｄが２．５μｍ、離間距離Ｌが５０μｍ、空孔数が１２個の空孔構造を組み合わせたものである。また、「Ｎｏ．３」は、「Ｎｏ．１」の光ファイバに空孔直径ｄが２．５μｍ、離間距離Ｌが５０μｍ、空孔数が２４個の空孔構造を組み合わせたものである。また、光学特性は、特に言及しない限り波長１５５０ｎｍにおける値である。
　なお、図１７には、波長１５５０ｎｍおよび１５３０ｎｍにおける第一高次モードの閉じ込め損失を示している。本発明に係る光ファイバでは、空孔によってダブルクラッド構造が形成されて多モード動作することを防止するために、第一高次モードの閉じ込め損失が高いほうが好ましい。なお、「Ｎｏ．１」のように単峰型屈折率分布を有するが空孔の無い構造の光ファイバにおいては、光ファイバが直線状態の場合は閉じ込め損失が定義できないので、直径６０ｍという非常に大きい径で曲げた場合の曲げ損失を計算し、これを閉じ込め損失としている。
　図１７に示すように、「Ｎｏ．２」、「Ｎｏ．３」の空孔構造を組み合わせた光ファイバと、「Ｎｏ．１」の光ファイバとを比較すると、空孔構造の組み合わせによって、有効コア断面積、波長分散、分散スロープは殆ど変化していない。すなわち、図１４と同様にＡeff変化率、分散変化率、およびＳｌｏｐｅ変化率を計算すると、いずれも±５％以下であり、空孔構造が有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えていない。一方、マイクロベンド損失については、実施の形態１に係る光ファイバと同様に、空孔の作用効果によって低減されていると考えられる。
　また、空孔構造を有する光ファイバは、厳密なカットオフ波長の定義が難しいが、ここでは、非特許文献４に開示されるように、第一高次モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍとなる波長をカットオフ波長であるという規定を採用する。すると、図１７に示す「Ｎｏ．２」の光ファイバは、波長１５３０ｎｍにおける第一高次モードの閉じ込め損失が２．５１ｄＢ／ｍである。また、「Ｎｏ．３」の光ファイバは、波長１５３０ｎｍにおける第一高次モードの閉じ込め損失が１．６７ｄＢ／ｍである。したがって、「Ｎｏ．２」、「Ｎｏ．３」の光ファイバは、いずれもカットオフ波長が１５３０ｎｍより短いことになるので、最も多く使用されているＣバンドおよびＬバンド（１５３０～１６３０ｎｍ）において十分にシングルモードで動作するものである。
　なお、本実施の形態２に係る光ファイバの設計パラメータは、上記のものに限られない。たとえば、比屈折率差Δが０．１６％～０．３３％であり、コア部直径が１０μｍ～１４μｍであれば、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１００μｍ２～１８５μｍ２であるという特性を満たし、空孔数が１２個以上であり、空孔直径が２．５±０．５μｍであり、離間距離が４０μｍ以上であれば、ＣバンドおよびＬバンドにおいてシングルモード動作し、かつ波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失が、空孔が無いとした場合のマイクロベンド損失の８０％以下に低減されるという特性を満たす。
　また、空孔の中心がクラッド部の外縁から２．５μｍ以上離間していることが、光ファイバの機械的強度を確保するために好ましい。
（実施例、比較例）
　つぎに、本発明の実施例、比較例により、本発明をより具体的に説明する。本発明の実施例、比較例として、図１７に示した空孔構造を有する「Ｎｏ．２」、空孔構造の無い「Ｎｏ．１」の光ファイバを後述する方法にて製造した。
　図１８は、実施例および比較例の光ファイバの光学特性を示す図である。また、図１９は、実施例および比較例の光ファイバのマイクロベンド損失の波長依存性を示す図である。なお、図１８に示す光学特性は、カットオフ波長を除き波長１５５０ｎｍにおける値である。また、マイクロベンド損失については、番手が♯１０００のサンドペーパが表面に巻かれたボビンに各光ファイバを巻きつけたときの伝送損失と、各光ファイバをボビンから解いて巻き束の状態としたときの伝送損失とを測定し、これらの伝送損失の差をマイクロベンド損失として採用した。
　図１８に示すように、比較例に対する実施例の有効コア断面積の差分の比は－１．４％程度ときわめて小さかった。また、カットオフ波長については同一であった。これに対して、図１９に示すように、実施例のマイクロベンド損失は、比較例に対して広い波長帯域にわたって大きく低減されており、たとえば波長１５５０ｎｍでは１３．６ｄＢ／ｋｍから９．４ｄＢ／ｋｍへと低減された。すなわち、差分としては１３．６－９．４＝４．２ｄＢ／ｋｍだけ低減され、割合としては９．４／１３．６＝約６９％に低減された。また、曲げ損失についても大きく低減された。
　なお、上記実施の形態１、２に係る光ファイバは、Ｗ型の中心コア部または単峰型のコア部にゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を高めるドーパントを含む純石英ガラスとし、クラッド部は屈折率を調整するドーパントを含まない純石英ガラスとしているが、所望の屈折率分布の形状を実現できるものであれば特に限定されない。
　図２０は、本発明の実施の形態２の変形例に係る光ファイバの模式的な断面図である。図２０に示すように、この光ファイバ３０は、中心に位置するコア部３１と、コア部３１の外周に位置するクラッド部３２とを備える。クラッド部３２は、コア部３１から所定の距離だけ離間した位置に形成され、コア部３１を中心として等角度で円形に配置された１２個の空孔３２ａを有する。また、クラッド部３２は、コア部３１の外周に位置する内周クラッド部３２１と、内周クラッド部３２１の外周に位置する外周クラッド部３２２とからなる。なお、図２０では空孔３２ａは外周クラッド部３２２に形成されているが、内周クラッド部３２１に形成されていてもよい。
　ここで、この光ファイバ３０では、コア部３１は、ステップインデックス型の単峰型屈折率分布を有し、純石英ガラスからなる。一方、クラッド部３２については、内周クラッド部３２１がフッ素を含む石英ガラスからなり、外周クラッド部３２２が純石英ガラスからなる。なお、コア部直径２ａや比屈折率差Δについては、実施の形態２に係る光ファイバ２０と同様に規定され、所望の値に設定することができる。
　この光ファイバ３０は、実施の形態２に係る光ファイバ２０において得られる効果に加え、コア部３１が屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなるため、伝送損失がより低いものとなる。さらに、この光ファイバ３０は、外周クラッド部３２２がコア部３１と同じく純石英ガラスからなる。そのため、この光ファイバ３０を線引きして製造する場合には、フッ素を含む内周クラッド部３２１よりも粘性が高い外周クラッド部３２２が存在するために、線引き時に母材に掛かる応力がコア部３１に集中することが防止される。その結果、コア部３１に残留する歪みがより少なくなるので、伝送損失がより一層低いものとなる。
（製造方法）
　つぎに、本発明に係る光ファイバの製造方法の一例を、実施の形態２に係る光ファイバ２０を製造する場合について説明する。
　図２１は、本発明に係る光ファイバの製造方法の一例を説明する図である。本製造方法では、はじめにガラス母材４１を公知のＶＡＤ法等を用いて形成する。このガラス母材４１は、コア部２１を形成するためのコア形成部４１１と、コア形成部４１１の外周に位置し、クラッド部３２の一部を形成するためのクラッド形成部４１２と、から構成される。つぎに、このガラス母材４１の外周に、空孔３２ａを形成するための中空のガラスキャピラリ４２と、ガラスキャピラリ４２を所望の間隔で配置するための中実のガラスロッド４３とを配置する。つぎに、これらのガラス母材４１、ガラスキャピラリ４２、ガラスロッド４３の束をガラス管４４に挿入してガラス母材５０を形成する。その後、ガラス母材５０を公知の線引き装置にて線引きすれば、図１５に示す光ファイバ２０を製造することができる。
　なお、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記のものに限定されず、たとえばガラス母材４１にドリル等で空孔を穿設し、これを線引きして光ファイバを製造してもよい。
　また、上記実施の形態では、光の閉じ込めを実現する屈折率分布はＷ型または単峰型であるが、本発明に係る光ファイバの屈折率分布はこれに限定されず、あらゆる屈折率分布を利用できる。図２２は、本発明において利用できる屈折率分布を例示する図である。図２２（ａ）～（ｅ）は、それぞれ階段型プロファイル、セグメントコアプロファイル、トレンチ型プロフィル、Ｗ＋サイドコア型プロフィル、リング型プロファイルと呼ばれる屈折率分布である。これらの屈折率分布は、図示するΔ１、Δ２、Δ３、２ａ、２ｂ、２ｃを設計パラメータとして、所望の光学特性を実現するように設計することができる。さらに、図２２に示す屈折率分布を適宜組み合わせた屈折率分布を利用してもよい。
　また、さらには、本発明に係る光ファイバは、コア部における有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えない距離だけ離間した位置に形成され、コア部におけるマイクロベンド損失を低減する機能を有する空孔の他に、公知の空孔アシスト光ファイバのように、コア部における光の閉じ込めをアシストするためにコア部の近傍に設けた空孔（光閉じ込めアシスト用空孔）を有する構成とすることもできる。すなわち、上述したように、本発明に係る光ファイバは、光の閉じ込めを実現する屈折率分布としてあらゆる屈折率分布を利用できるのであるから、光閉じ込めアシスト用空孔が寄与して形成された屈折率分布も当然利用できるものである。
　また、上記実施の形態では、光ファイバは石英系ガラス材料からなるが、本発明に係る光ファイバの構成材料はこれに限定されず、他のガラス材料やプラスチック材料等の光ファイバを構成することができる光学材料を適宜利用できる。
　以上のように、本発明に係る光ファイバは、主に光通信の用途に利用して好適なものである。
　１０～３０　光ファイバ
　１１～３１　コア部
　１２～３２　クラッド部
　１２ａ～３２ａ　空孔
　４１　ガラス母材
　４２　ガラスキャピラリ
　４３　ガラスロッド
　４４　ガラス管
　５０　ガラス母材
　１１１　中心コア部
　１１２　外周コア部
　３２１　内周クラッド部
　３２２　外周クラッド部
　４１１　コア形成部
　４１２　クラッド形成部
　Ｐ１～Ｐ５　分布プロファイル

Claims (10)

  1. 　光を閉じ込めて導波するコア部と、
    　前記コア部の外周に形成されたクラッド部と、
    　を備え、前記クラッド部は、前記コア部から、前記コア部における有効コア断面積または波長分散特性に実質的に影響を与えない距離だけ離間した位置に形成され、前記コア部におけるマイクロベンド損失を低減する空孔を有することを特徴とする光ファイバ。
  2. 　当該光ファイバの有効コア断面積または波長分散特性の値と当該光ファイバにおいて前記空孔が無いとした場合の有効コア断面積または波長分散特性の値との差分と、前記空孔が無いとした場合の有効コア断面積または波長分散特性の値との比がそれぞれ±１０％以内であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記空孔の中心が、前記コア部の中心から２５μｍ以上離間していることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
  4. 　前記クラッド部は、３６個以下の前記空孔を有し、前記空孔の空孔直径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  5. 　波長１５５０ｎｍにおける前記有効コア断面積が１００μｍ２以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  6. 　前記コア部は、前記クラッド部よりも屈折率が高い中心コア部と、前記中心コア部の外周に位置し、前記クラッド部よりも屈折率が低い外周コア部とからなり、前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差が０．１％～０．３％であり、前記クラッド部に対する前記外周コア部の比屈折率差が－０．２％～－０．０５％であり、前記中心コア部の直径が１１．２μｍ～２３．９μｍであり、前記中心コア部の直径に対する前記外周コア部の外径の比が２．０～４．０であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  7. 　前記コア部は、単峰型の屈折率分布を有し、波長１５５０ｎｍにおける前記有効コア断面積が１００μｍ２～１８５μｍ２であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
  8. 　前記クラッド部は、前記コア部を中心として円形に配列した前記空孔を１２個以上有し、前記空孔の空孔直径が２．５±０．５μｍであり、前記空孔の中心が、前記コア部の中心から４０μｍ以上離間しているとともに当該クラッド部の外縁から２．５μｍ以上離間していることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
  9. 　前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差が０．１６％～０．３３％であり、前記コア部の直径が１０μｍ～１４μｍであることを特徴とする請求項７または８に記載の光ファイバ。
  10. 　波長１５５０ｎｍにおける当該光ファイバのマイクロベンド損失は、当該光ファイバにおいて前記空孔が無いとした場合のマイクロベンド損失の８０％以下であることを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
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