WO2012029427A1 - 光ファイバ - Google Patents

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WO2012029427A1
WO2012029427A1 PCT/JP2011/066462 JP2011066462W WO2012029427A1 WO 2012029427 A1 WO2012029427 A1 WO 2012029427A1 JP 2011066462 W JP2011066462 W JP 2011066462W WO 2012029427 A1 WO2012029427 A1 WO 2012029427A1
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optical fiber
core layer
wavelength
refractive index
core
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PCT/JP2011/066462
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Inventor
幸寛 土田
武笠　和則
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
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    • G02B6/02019—Effective area greater than 90 square microns in the C band, i.e. 1530-1565 nm
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    • G02B6/0365—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only arranged - - +
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    • G02B6/03661—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 4 layers only
    • G02B6/03672—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 4 layers only arranged - - + -

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber.
  • microbend loss is a transmission loss caused by a slight bend applied to an optical fiber due to minute irregularities on the surface of an object (for example, a bobbin) to which the lateral pressure is applied when a lateral pressure is applied to the optical fiber. Defined as an increase.
  • Non-Patent Documents 1, 2 propose a method using a trench type refractive index distribution.
  • Non-Patent Document 2 proposes an optical fiber in which the effective core area is expanded to 120 ⁇ m 2 by optimizing the trench type refractive index distribution.
  • an optical fiber having a larger effective core area while suppressing an increase in bending loss is required.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides an optical fiber that transmits light in a communication wavelength band in a single mode and has a large effective core area while suppressing an increase in bending loss. Objective.
  • an optical fiber according to the present invention includes a central core portion and an inner core layer formed on the outer periphery of the central core portion and having a lower refractive index than the central core portion.
  • An outer core layer formed on the outer periphery of the inner core layer and having a refractive index lower than that of the inner core layer; and a clad portion formed on the outer periphery of the outer core layer and having substantially the same refractive index as the inner core layer;
  • the effective core area at a wavelength of 1550 nm is 130 ⁇ m 2 or more, the bending loss when bent at a diameter of 20 mm at a wavelength of 1550 nm is 100 dB / m or less, and the cable cutoff wavelength is 1530 nm or less.
  • a relative refractive index difference with respect to the cladding portion of the central core portion is ⁇ 1
  • a relative refractive index difference with respect to the cladding portion of the outer core layer is ⁇ 3
  • the center When the core part diameter is 2a, the inner core layer outer diameter is 2b, the outer core layer outer diameter is 2c, b / a is Ra2, and c / a is Ra3, ⁇ 1 is 0.17% to 0 .24%, ⁇ 3 is ⁇ 0.3% to ⁇ 0.1%, 2a is 11 ⁇ m to 12.5 ⁇ m, Ra2 is 2.0 to 2.7, and Ra3 is 3.3 to It is 4.5.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the outer diameter of the clad portion is larger than 125 ⁇ m, and the microbend loss at a wavelength of 1550 nm is 1 dB / km or less.
  • the clad portion is clad from the central core portion to the central core portion, the inner core layer, the outer core layer, and the vicinity of the outer core layer. Characterized by having a microbend loss reducing hole formed at a position separated by a distance that does not substantially affect the effective core area or wavelength dispersion characteristics defined by the refractive index profile formed by the section And
  • 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 cladding portion has 36 or less holes, the hole diameter is 10 ⁇ m or less, and the center of the hole is , 25 ⁇ m or more away from the center of the core portion.
  • an optical fiber that transmits light in a communication wavelength band in a single mode and has a large effective core area while suppressing an increase in bending loss.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to an embodiment and a corresponding refractive index distribution.
  • FIG. 2-1 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the effective core area (Aeff) at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 2-2 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the effective core area (Aeff) at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 2-3 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the effective core area (Aeff) at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 2-1 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the effective core area (Aeff) at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 2-2 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the effective core area (Aeff) at a wavelength of
  • FIG. 3A is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 3-2 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 3C is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 3-4 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the confinement loss of the first higher-order mode at the wavelength of 1530 nm.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the confinement loss of the first higher-order mode at the wavelength of 1530 nm.
  • FIG. 4-3 is a diagram illustrating the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the confinement loss of the first higher-order mode at the wavelength of 1530 nm.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the confinement loss of the first higher-order mode at the wavelength of 1530 nm.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a relationship between the relative refractive index difference ⁇
  • FIG. 4-4 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the confinement loss of the first higher-order mode at the wavelength of 1530 nm.
  • FIG. 5 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of the optical fibers of Calculation Examples 1 to 27.
  • FIG. 6 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of optical fibers of calculation comparative examples 28-43.
  • FIG. 7 is a graph showing the characteristics of the optical fibers of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 8 is a diagram showing the wavelength dependence of the microbend loss of the optical fibers of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the manufacturing method of the optical fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of optical fibers of calculation examples 44 and 45.
  • FIG. 12 is a diagram showing the characteristics of the optical fibers of Examples 2 and 3.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the microbend loss of the optical fibers according to the second and third embodiments.
  • the cable cutoff wavelength is ITU-T (International Telecommunication Union) It means the cable cutoff wavelength ( ⁇ cc) defined by 650.1.
  • a bending loss means the macro bending loss at the time of bending by 20 mm in diameter.
  • ITU-TG International Telecommunication Union
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to Embodiment 1 and a corresponding refractive index distribution.
  • the optical fiber 1 according to the first embodiment is made of silica glass, and includes a central core portion 2 and an inner core layer 3 formed on the outer periphery of the central core portion 2.
  • the outer core layer 4 formed on the outer periphery of the inner core layer 3 and the clad portion 5 formed on the outer periphery of the outer core layer 4 are provided.
  • the refractive index of the inner core layer 3 is lower than the refractive index of the central core portion 2 as shown by the refractive index distribution P in FIG. Further, the refractive index of the outer core layer 4 is lower than the refractive index of the inner core layer 3.
  • the clad part 5 has the same refractive index as that of the inner core layer 3. That is, the optical fiber 1 has a trench type refractive index distribution.
  • the central core portion 2 is made of pure silica glass that does not contain a dopant for adjusting the refractive index
  • the inner core layer 3 and the cladding portion 5 are made of a dopant that lowers the refractive index, such as fluorine (F ) Is added
  • the outer core layer 4 is made of quartz glass in which the amount of fluorine (F) added is larger than that of the cladding portion 5.
  • the relative refractive index difference between the central core portion 2 and the cladding portion 5 is ⁇ 1
  • the relative refractive index difference between the outer core layer 4 and the cladding portion 5 is ⁇ 3.
  • the diameter of the central core portion 2 is 2a
  • the outer diameter of the inner core layer 3 is 2b
  • the outer diameter of the outer core layer 4 is 2c
  • b / a is Ra2
  • c / a is Ra3.
  • the diameter 2a of the central core portion 2 is defined as the diameter at a position having a relative refractive index difference of 1 ⁇ 2 of ⁇ 1.
  • the outer diameter 2b of the inner core layer 3 is defined as a diameter at a position having a relative refractive index 1/2 of ⁇ 3 in the boundary region between the inner core layer 3 and the outer core layer 4.
  • the outer diameter 2c of the outer core layer 4 is defined as a diameter at a position having a relative refractive index difference of 1 ⁇ 2 of ⁇ 3 in the boundary region between the outer core layer 4 and the cladding portion 5.
  • the diameter 2a of the central core portion 2 is set to 11 ⁇ m, ⁇ 1 is set to 0.18%, ⁇ 3 is set to ⁇ 0.3%, Ra2 is set to 2.5, and Ra3 is set to 3.5.
  • the optical fiber 1 has a large effective core area of 147 ⁇ m 2 while the bending loss at a wavelength of 1550 nm is suppressed to 4.81 dB / m.
  • the optical fiber 1 since the optical fiber 1 has a sufficiently high confinement loss of the first higher-order mode at a wavelength of 1530 nm, which is 73.7 dB / m, the light of the first higher-order mode having a wavelength of 1530 nm or less propagates through the optical fiber.
  • the cable cutoff wavelength is 1530 nm or less, which is the short wavelength side of the C band (1530 nm to 1565 nm) belonging to the communication wavelength band, so that the communication having the C band and longer wavelengths is possible.
  • Wavelength band light can be transmitted in a single mode.
  • the optical fiber 1 since the optical fiber 1 has a trench type refractive index profile, the effective core area is increased, the bending loss is reduced, and a cut for transmitting light in the communication wavelength band in a single mode is performed. Off-wavelength optimization can be realized at the same time.
  • the optical fiber 1 according to the first embodiment is an optical fiber that transmits light in the communication wavelength band in a single mode and has a large effective core area while suppressing an increase in bending loss.
  • the optical fiber according to the present invention is not limited to the first embodiment.
  • ⁇ 1 is set to 0.17% to 0.24% and ⁇ 3 is set to ⁇ 0.3% to ⁇ 0.1% in the optical fiber having the configuration shown in FIG. 2a is 11 ⁇ m to 12.5 ⁇ m, Ra2 is 2.0 to 2.7, and Ra3 is 3.3 to 4.5, the effective core area at a wavelength of 1550 nm is 130 ⁇ m 2 or more.
  • An optical fiber having a bending loss at 1550 nm of 100 dB / m or less and a cable cutoff wavelength of 1530 nm or less can be realized.
  • the value that the bending loss is 100 dB / m or less is a preferable value when an optical fiber is actually used as a transmission path for long-distance transmission.
  • the bending loss is more preferably 20 dB / m or less.
  • FIGS. 2-1 to 2-4 are graphs showing the relationship between ⁇ 1 and the effective core area (Aeff) at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 2-1 fixes ⁇ 3 to ⁇ 0.1% and Ra3 to 3.3
  • FIG. 2-2 fixes ⁇ 3 to ⁇ 0.3%, Ra3 to 3.3
  • FIG. 2-4 ⁇ 3 is fixed at ⁇ 0.3% and Ra3 is fixed at 4.5.
  • 2a is 11 ⁇ m or 12.5 ⁇ m
  • Ra2 is 2.06 or 2.7.
  • the effective core area can be increased by increasing the absolute values of ⁇ 1, 2a, Ra2, and ⁇ 3. It can also be seen that even if Ra3 is increased, the effective core area is not significantly affected.
  • FIGS. 3A to 3D are diagrams illustrating the relationship between ⁇ 1 and the bending loss at the wavelength of 1550 nm.
  • Other design parameters are the same as those in FIGS. 2-1 to 2-4. That is, FIG. 3-1 fixes ⁇ 3 to ⁇ 0.1% and Ra3 to 3.3, FIG. 3-2 fixes ⁇ 3 to ⁇ 0.3% and Ra3 to 3.3, and FIG. ⁇ 3 is fixed at ⁇ 0.1% and Ra3 is fixed at 4.5, and in FIG. 3-4, ⁇ 3 is fixed at ⁇ 0.3% and Ra3 is fixed at 4.5.
  • the bending loss can be reduced by increasing the absolute values of ⁇ 1, 2a, Ra3, and ⁇ 3, and by reducing Ra2. Further, when comparing FIG. 2-1 and FIG. 2-3, or FIG. 2-2 and FIG. 2-4, the effective core area is almost constant with respect to the value of Ra3. When comparing FIG. 3-1 and FIG. 3-3, or FIG. 3-2 and FIG. 3-4, the bending loss is reduced by about one to two digits by increasing the value of Ra3. The bending loss can be reduced while keeping the effective core area constant.
  • FIGS. 4-1 to 4-4 are diagrams illustrating the relationship between ⁇ 1 and the confinement loss of the first higher-order mode at the wavelength of 1530 nm.
  • Other design parameters are the same as those in FIGS. 2-1 to 2-4. That is, FIG. 4-1 fixes ⁇ 3 to ⁇ 0.1% and Ra3 to 3.3, and FIG. 4-2 fixes ⁇ 3 to ⁇ 0.3% and Ra3 to 3.3. ⁇ 3 is fixed at ⁇ 0.1% and Ra3 is fixed at 4.5. In FIG. 4-4, ⁇ 3 is fixed at ⁇ 0.3% and Ra3 is fixed at 4.5. 2a is 11 ⁇ m or 12.5 ⁇ m, and Ra2 is 2.06 or 2.7.
  • “E” is a symbol representing a power of 10.
  • the confinement loss can be increased by reducing the absolute values 2a and Ra3 of ⁇ 1 and ⁇ 3.
  • the confinement loss is significantly reduced when ⁇ 1 is increased. If 2a is reduced, the confinement loss can be kept large even if Ra3 is increased.
  • the optical characteristics such as the effective core area, bending loss, and confinement loss of the optical fiber having the configuration shown in FIG. 1 have different dependencies on the design parameters, but by appropriately combining these design parameters, Desired optical characteristics can be realized.
  • FIG. 5 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of optical fibers of calculation examples 1 to 27.
  • “Aeff” represents an effective core area at a wavelength of 1550 nm.
  • the bending loss is a value at a wavelength of 1550 nm
  • the confinement loss is a value of a confinement loss in the first higher-order mode at a wavelength of 1530 nm.
  • the confinement loss at a wavelength of 1530 nm is 20 dB / m or more, it can be considered that the cable cutoff wavelength is 1530 nm or less.
  • the optical fibers of Calculation Examples 1 to 27 shown in FIG. 5 have an effective core area of 130 ⁇ m 2 or more, a bending loss of 100 dB / m or less, and more preferably 20 dB / m or less.
  • the confinement loss of the optical fibers of Calculation Examples 1 to 27 is 20 dB / m or more, and the cable cutoff wavelength is 1530 nm or less.
  • a large effective core area of 161 ⁇ m 2 is realized.
  • FIG. 6 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of the optical fibers of the comparative calculation examples 28 to 43.
  • any of the design parameters is not set appropriately. For this reason, for example, since the bending loss is larger than 100 dB / m or the confinement loss is small, it has multimode transmission characteristics at a wavelength of 1530 nm or more, and desired optical characteristics are not realized.
  • Example 1 Comparative Example 1
  • An optical fiber was manufactured as Example 1 and Comparative Example 1 of the optical fiber according to the present invention.
  • ⁇ 1 is 0.23%
  • ⁇ 3 is ⁇ 0.15%
  • 2a is 12 ⁇ m
  • Ra2 is 2.06, using the design parameters of Calculation Example 22 shown in FIG.
  • An optical fiber was manufactured with Ra3 of 3.47.
  • ⁇ 1 was 0.20%
  • ⁇ 3 was ⁇ 0.15%
  • 2a was 12.7 ⁇ m
  • Ra2 was 2.06, and Ra3 was 3.47.
  • FIG. 7 is a graph showing the characteristics of the optical fibers of Example 1 and Comparative Example 1.
  • the effective core area (Aeff), bending loss, chromatic dispersion, and dispersion slope all show values of a wavelength of 1550 nm.
  • “Cutoff wavelength” means a cable cutoff wavelength.
  • the optical fiber of Example 1 has a cable cutoff wavelength of 1330 nm of 1530 nm or less, an effective core area of 130 ⁇ m 2 , and a bending loss of 15.6 dB / m of 20 dB / m or less. And had favorable characteristics.
  • the chromatic dispersion was 19.28 ps / nm / km, and the dispersion slope was 0.062 ps / nm 2 / km, both of which were practical values for transmission optical fibers.
  • the optical fiber of Comparative Example 1 has a large effective core area of 144.7 ⁇ m 2 , the cable cutoff wavelength is 1550 nm, and the wavelength band of light that can be transmitted in a single mode is limited to 1550 nm or more. there were.
  • the bending loss of the optical fiber of Example 1 is larger than the bending loss value of the calculation example because the bending loss in Example 1 may include microbending loss due to lateral pressure. It is done.
  • the optical fibers of Example 1 and Comparative Example 1 are manufactured with the outer diameter of the cladding portion (fiber outer diameter) larger than 125 ⁇ m.
  • the optical fibers according to Example 1 and Comparative Example 1 have a small microbend loss even though the effective core area is as large as 130 ⁇ m 2 due to the fiber outer diameter being larger than 125 ⁇ m.
  • microbend loss of the optical fibers of Example 1 and Comparative Example 1 was measured.
  • the transmission loss when the optical fiber to be measured is wound with a tension of 1 N on the bobbin wound with sandpaper of # 1000 and the transmission loss when the optical fiber to be measured is bundled
  • the difference was defined as microbend loss.
  • FIG. 8 is a diagram showing the wavelength dependence of the microbend loss of the optical fibers of Example 1 and Comparative Example 1.
  • the optical fiber of Example 1 having an effective core area of 130 ⁇ m 2 has a microbend loss of 1 dB / km or less over a wide wavelength band from 1450 nm to 1650 nm capable of single mode transmission.
  • the value was as small as 0.4 dB / km at a wavelength of 1550 nm.
  • the optical fiber of Comparative Example 1 having an effective core area of 144.7 ⁇ m 2 also has a microbend loss of approximately 0.7 dB / km or less in the wavelength band longer than 1550 nm capable of single mode transmission. It was about km.
  • the microbend loss increased rapidly on the shorter wavelength side than 1550 nm. The reason for this is that since the cable cutoff wavelength of the optical fiber of Comparative Example 1 is 1550 nm, a transmission loss due to a higher-order mode occurs on the shorter wavelength side than this, and this is apparently a microbend loss. It is thought that it is because it is measured.
  • the cladding portion has holes, and the holes reduce the microbend loss without substantially affecting the effective core area or wavelength dispersion characteristics. is there.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the second embodiment.
  • this optical fiber 10 is formed in the optical fiber 1 according to Embodiment 1 shown in FIG. 1, in which the clad part 5 is formed at a position separated from the central core part 2 by a predetermined distance,
  • twelve holes 5a are arranged in a circle at an equal angle with the center core portion 2 as the center. Note that the hole diameter of the hole 5 a is d, and the distance between the center of the hole 5 a and the center of the central core portion 2 is L.
  • the optical fiber 10 according to the second embodiment has ⁇ 1 for the design parameters related to the central core portion 2, the inner core layer 3, the outer core layer 4, and the cladding portion 5. 0.13% to 0.24%, ⁇ 3 to ⁇ 0.3% to ⁇ 0.1%, 2a to 11 ⁇ m to 12.5 ⁇ m, Ra2 to 2.0 to 2.7, Ra3 to 3. If it is 3 to 4.5, an effective core area at a wavelength of 1550 nm is 130 ⁇ m 2 or more, a bending loss at a wavelength of 1550 nm is 100 dB / m or less, and an optical fiber having a cable cutoff wavelength of 1530 nm or less can be realized. Is.
  • the refractive index difference between the glass region surrounded by the hole and the hole is utilized by forming the hole.
  • light is confined and propagated.
  • the optical fiber 10 confinement for propagating light is formed by the central core portion 2, the inner core layer 3, the outer core layer 4, and the cladding portion 5 in the vicinity thereof. This is realized by the refractive index distribution.
  • the separation distance L is made sufficiently large so as not to substantially affect the light confinement by the refractive index distribution. That is, the holes 5 substantially have an effective core cross-sectional area or wavelength dispersion characteristic defined by the refractive index distribution formed by the central core portion 2, the inner core layer 3, the outer core layer 4, and the cladding portion 5 in the vicinity thereof.
  • the distance L is set so as not to affect the distance.
  • the holes 5 a do not substantially affect the effective core area or the wavelength dispersion characteristics.
  • the holes 5a serve as a buffer layer for the side pressure received by the optical fiber 10 and have a function of absorbing and dispersing the side pressure in the same manner as the primary coating of the optical fiber, thereby reducing the microbend loss.
  • the optical fiber 10 has an effective core area equal to that of the optical fiber 1 according to the first embodiment and the microbend loss is further reduced due to the presence of the holes 5a.
  • the hole diameter d of the holes 5a is preferably 10 ⁇ m or less and the separation distance L is 25 ⁇ m or more in order to reduce the microbend loss without substantially affecting the effective core area or wavelength dispersion characteristics. Is preferred.
  • the value of the effective core area or wavelength dispersion characteristic of the optical fiber 10 and the effective core area or wavelength dispersion of the optical fiber 10 when there is no hole 5a that is, the optical fiber 1 according to the first embodiment. If the ratio between the difference from the characteristic value and the effective core area or chromatic dispersion characteristic value of the optical fiber 1 is within ⁇ 10%, preferably ⁇ 5% or less, the hole 5a is effective in the core portion. It can be considered that the core cross-sectional area or the wavelength dispersion characteristic is not substantially affected.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the manufacturing method of the optical fiber according to the second embodiment.
  • the glass base material 41 is formed using a known VAD method or the like. This glass base material 41 is positioned on the outer periphery of the core forming part 411 and the core forming part 411 for forming the central core part 2, the inner core layer 3, and the outer core layer 4. And a clad forming portion 412 for forming.
  • a hollow glass capillary 42 for forming the holes 5a and a solid glass rod 43 for arranging the glass capillaries 42 at a desired interval are arranged.
  • the interval between the air holes 5a of the optical fiber 10 can be adjusted by changing the number of the glass rods 43 arranged between the glass capillaries 42 to 1, 2, 3,. Next, a bundle of the glass base material 41, the glass capillary 42, and the glass rod 43 is inserted into the glass tube 44 to form the glass base material 50. Then, if the glass preform 50 is drawn with a known drawing device, the optical fiber 10 shown in FIG. 9 can be manufactured.
  • the method of manufacturing the optical fiber according to the second embodiment is not limited to the above, and for example, a hole is formed in the glass base material 41 with a drill or the like, and this is drawn to manufacture the optical fiber. May be.
  • FIG. 11 is a diagram showing design parameters and optical characteristics of optical fibers of calculation examples 44 and 45.
  • the calculation example 44 has a cross-sectional structure without holes as in the first embodiment
  • the calculation example 45 has a cross-sectional structure with holes formed as in the second embodiment.
  • the value of each optical characteristic is a value in wavelength 1550nm.
  • the optical characteristics shown in FIG. 11 are not so different regardless of the presence or absence of holes.
  • FIG. 12 is a diagram showing optical characteristics of the optical fibers of Examples 2 and 3 manufactured by the above manufacturing method.
  • the optical fibers of Examples 2 and 3 have the design parameters of Calculation Examples 44 and 45, respectively.
  • the fiber outer diameters of the optical fibers of Examples 2 and 3 are 125 ⁇ m.
  • FIG. 13 is a graph showing the wavelength dependence of the microbend loss of the optical fibers of Examples 2 and 3. 12 and 13 are values at a wavelength of 1550 nm.
  • the optical characteristics of the optical fibers of Examples 2 and 3 are not so different with respect to, for example, the effective core cross-sectional area regardless of the presence or absence of holes.
  • the microbend loss is greatly reduced in Calculation Example 45 having holes and the optical fiber of Example 3.
  • the number of holes is twelve, but the number of holes is not particularly limited, and is twelve in order to suitably reduce the microbend loss isotropically.
  • the above is preferable, and 36 or less is preferable for facilitating the production of holes.
  • the optical fiber according to the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the central core portion is made of quartz glass to which a dopant for increasing the refractive index, for example, germanium (Ge) is added, and the inner core layer and the clad portion. May be made of pure quartz glass, and the outer core layer may be made of quartz glass to which a dopant that lowers the refractive index is added.
  • the inner core layer and the clad portion have the same refractive index. However, they may be substantially the same and have a difference that does not affect the effect of the present invention.
  • the optical fiber according to the present invention is suitable mainly for use in optical communication.

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Abstract

　中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され該中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、前記内側コア層の外周に形成され該内側コア層よりも屈折率が低い外側コア層と、前記外側コア層の外周に形成され前記内側コア層と屈折率が略同一であるクラッド部と、を備え、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である。これによって、通信波長帯の光を単一モードで伝送し、かつ曲げ損失の増大が抑制されながら有効コア断面積が大きい光ファイバを提供する。

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、この側圧を加えた物（たとえばボビン）の表面の微少な凹凸等によって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、マクロの曲げ損失やマイクロベンド損失を低減する方法としては、トレンチ型の屈折率分布を採用する方法が提案されている（特許文献１、非特許文献１、２）。例えば、非特許文献２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。
特開２００６－７８５４３号公報
　しかしながら、光ファイバを伝搬する光のパワーのさらなる増大に対応するためには、曲げ損失の増大が抑制されながら、よりいっそう有効コア断面積が大きい光ファイバが要求されている。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信波長帯の光を単一モードで伝送し、かつ曲げ損失の増大が抑制されながら有効コア断面積が大き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、中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され該中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、前記内側コア層の外周に形成され該内側コア層よりも屈折率が低い外側コア層と、前記外側コア層の外周に形成され前記内側コア層と屈折率が略同一であるクラッド部と、を備え、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ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、前記中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差をΔ１、前記外側コア層の前記クラッド部に対する比屈折率差をΔ３とし、前記中心コア部の直径を２ａ、前記内側コア層の外径を２ｂ、前記外側コア層の外径を２ｃとし、ｂ／ａをＲａ２、ｃ／ａをＲａ３とすると、Δ１は０．１７％～０．２４％であり、Δ３は－０．３％～－０．１％であり、２ａは１１μｍ～１２．５μｍであり、Ｒａ２は２．０～２．７であり、Ｒａ３は３．３～４．５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、前記クラッド部の外径が１２５μｍより大きく、波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ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、前記クラッド部は、前記中心コア部から、前記中心コア部、前記内側コア層、前記外側コア層、および該外側コア層の近傍のクラッド部が形成する屈折率分布によって規定され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た、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以下であり、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。
　本発明によれば、通信波長帯の光を単一モードで伝送し、かつ曲げ損失の増大が抑制されながら有効コア断面積が大きい光ファイバを実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態に係る光ファイバの模式的な断面図および対応する屈折率分布である。 図２－１は、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積（Ａeff）との関係を示す図である。 図２－２は、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積（Ａeff）との関係を示す図である。 図２－３は、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積（Ａeff）との関係を示す図である。 図２－４は、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積（Ａeff）との関係を示す図である。 図３－１は、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失との関係を示す図である。 図３－２は、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失との関係を示す図である。 図３－３は、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失との関係を示す図である。 図３－４は、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失との関係を示す図である。 図４－１は、比屈折率差Δ１と波長１５３０ｎｍにおける第１高次モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。 図４－２は、比屈折率差Δ１と波長１５３０ｎｍにおける第１高次モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。 図４－３は、比屈折率差Δ１と波長１５３０ｎｍにおける第１高次モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。 図４－４は、比屈折率差Δ１と波長１５３０ｎｍにおける第１高次モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。 図５は、計算例１～２７の光ファイバの設計パラメータと光学特性とを示す図である。 図６は、計算比較例２８～４３の光ファイバの設計パラメータと光学特性とを示す図である。 図７は、実施例１および比較例１の光ファイバの特性を示す図である。 図８は、実施例１および比較例１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９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１０は、実施の形態２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１１は、計算例４４、４５の光ファイバの設計パラメータと光学特性とを示す図である。 図１２は、実施例２、３の光ファイバの特性を示す図である。 図１３は、実施例２、３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。
　以下に、図面を参照して本発明に係る光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、ケーブルカットオフ波長は、ＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長（λｃｃ）を意味する。また、曲げ損失とは、直径２０ｍｍで曲げた場合の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、実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面図および対応する屈折率分布である。図１に示すように、本実施の形態１に係る光ファイバ１は、石英系ガラスからなるものであって、中心コア部２と、中心コア部２の外周に形成された内側コア層３と、内側コア層３の外周に形成された外側コア層４と、外側コア層４の外周に形成されたクラッド部５とを備えている。
　この光ファイバ１では、図１に屈折率分布Ｐを示すように、内側コア層３の屈折率は、中心コア部２の屈折率よりも低い。また、外側コア層４の屈折率は、内側コア層３の屈折率よりも低い。また、クラッド部５は、内側コア層３と屈折率が同一である。すなわち、この光ファイバ１はトレンチ型の屈折率分布を有する。
　この屈折率分布Ｐは、中心コア部２を、屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスで構成し、内側コア層３およびクラッド部５を、屈折率を低くするドーパント、たとえばフッ素（Ｆ）が添加された石英ガラスで構成し、外側コア層４を、クラッド部５よりもフッ素（Ｆ）の添加量を多くした石英ガラスで構成することによって実現されている。
　ここで、図１に示すように、中心コア部２のクラッド部５に対する比屈折率差をΔ１、外側コア層４のクラッド部５に対する比屈折率差をΔ３とする。また、中心コア部２の直径を２ａ、内側コア層３の外径を２ｂ、外側コア層４の外径を２ｃとし、ｂ／ａをＲａ２、ｃ／ａをＲａ３とする。なお、中心コア部２の直径２ａは、Δ１の１／２の比屈折率差を有する位置における径と定義する。また、内側コア層３の外径２ｂは、内側コア層３と外側コア層４との境界領域において、Δ３の１／２の比屈折率を有する位置における径と定義する。また、外側コア層４の外径２ｃは、外側コア層４とクラッド部５との境界領域において、Δ３の１／２の比屈折率差を有する位置における径と定義する。
　この光ファイバ１は、中心コア部２の直径２ａが１１μｍ、Δ１が０．１８％、Δ３が－０．３％、Ｒａ２が２．５、Ｒａ３が３．５に設定されている。その結果、この光ファイバ１は、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が４．８１ｄＢ／ｍに抑制されながら、有効コア断面積が１４７μｍ２と大きいものである。また、この光ファイバ１は、波長１５３０ｎｍにおける第１高次モードの閉じ込め損失が７３．７ｄＢ／ｍと十分に大きいため、波長が１５３０ｎｍ以下の第１高次モードの光は光ファイバを伝搬中に十分に減衰する。このため、この光ファイバ１は、ケーブルカットオフ波長が、通信波長帯に属するＣバンド（１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍ）の短波長側である１５３０ｎｍ以下となるので、Ｃバンド、およびそれより長い波長を有する通信波長帯の光を単一モードで伝送できるものである。
　このように、この光ファイバ１はトレンチ型の屈折率分布を有しているので、有効コア断面積の拡大と、曲げ損失の低減と、通信波長帯の光を単一モード伝送するためのカットオフ波長の最適化とを同時に実現することができる。
　以上のように、本実施の形態１に係る光ファイバ１は、通信波長帯の光を単一モードで伝送し、かつ曲げ損失の増大が抑制されながら有効コア断面積が大きい光ファイバとなる。
　なお、本発明に係る光ファイバは、上記実施の形態１に限られない。たとえば、本発明に係る光ファイバは、図１に示す構成の光ファイバにおいて、設計パラメータとして、Δ１を０．１７％～０．２４％とし、Δ３を－０．３％～－０．１％とし、２ａを１１μｍ～１２．５μｍとし、Ｒａ２を２．０～２．７とし、Ｒａ３を３．３～４．５とすれば、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である光ファイバを実現できる。なお、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下という値は、光ファイバを長距離伝送の伝送路として実使用することを考えた場合に好ましい値である。また、曲げ損失は２０ｄＢ／ｍ以下であればさらに好ましい。
　以下、有限要素法によるシミュレーションを用いた計算結果により、本発明についてさらに具体的に説明する。
　はじめに、図１に示す構成の光ファイバにおける、Δ１と有効コア断面積との関係について説明する。図２－１～図２－４は、Δ１と波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積（Ａeff）との関係を示す図である。図２－１はΔ３を－０．１％、Ｒａ３を３．３に固定し、図２－２はΔ３を－０．３％、Ｒａ３を３．３に固定し、図２－３はΔ３を－０．１％、Ｒａ３を４．５に固定し、図２－４はΔ３を－０．３％、Ｒａ３を４．５に固定している。また、他の設計パラメータについては、２ａは１１μｍまたは１２．５μｍとし、Ｒａ２は２．０６または２．７としている。
　図２－１～図２－４に示すように、Δ１、２ａ、Ｒａ２、およびΔ３の絶対値を大きくすることにより、有効コア断面積は大きくすることができる。また、Ｒａ３を大きくしたとしても有効コア断面積にはそれほど影響を与えていないことがわかる。
　つぎに、図１に示す構成の光ファイバにおける、Δ１と曲げ損失との関係について説明する。図３－１～図３－４は、Δ１と波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失との関係を示す図である。なお、他の設計パラメータについては、図２－１～図２－４の場合と同様にしている。すなわち、図３－１はΔ３を－０．１％、Ｒａ３を３．３に固定し、図３－２はΔ３を－０．３％、Ｒａ３を３．３に固定し、図３－３はΔ３を－０．１％、Ｒａ３を４．５に固定し、図３－４はΔ３を－０．３％、Ｒａ３を４．５に固定している。また、２ａは１１μｍまたは１２．５μｍとし、Ｒａ２は２．０６または２．７としている。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「１．００Ｅ＋０１」は「１．００×１０１」を意味する。
　図３－１～図３－４に示すように、曲げ損失は、Δ１、２ａ、Ｒａ３、Δ３の絶対値を大きくすることにより、また、Ｒａ２を小さくすることにより、小さくすることができる。また、図２－１と図２－３、もしくは図２－２と図２－４を比較した場合、Ｒａ３の値に対して、有効コア断面積はほぼ一定の値であるにもかかわらず、図３－１と図３－３、もしくは図３－２と図３－４を比較した場合、Ｒａ３の値を大きくすることで、曲げ損失が一桁から二桁程度低減されており、トレンチ構造を用いることで有効コア断面積を一定に保ちながら曲げ損失を低減可能となっている。
　つぎに、図１に示す構成の光ファイバにおける、Δ１と閉じ込め損失との関係について説明する。図４－１～図４－４は、Δ１と波長１５３０ｎｍにおける第１高次モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。なお、他の設計パラメータについては、図２－１～図２－４の場合と同様にしている。すなわち、図４－１はΔ３を－０．１％、Ｒａ３を３．３に固定し、図４－２はΔ３を－０．３％、Ｒａ３を３．３に固定し、図４－３はΔ３を－０．１％、Ｒａ３を４．５に固定し、図４－４はΔ３を－０．３％、Ｒａ３を４．５に固定している。また、２ａは１１μｍまたは１２．５μｍとし、Ｒａ２は２．０６または２．７としている。また、閉じ込め損失の値において、「Ｅ」は１０のべき乗を表す記号である。
　図４－１～図４－４に示すように、閉じ込め損失は、Δ１、Δ３の絶対値２ａ、Ｒａ３を小さくすることにより、大きくすることができる。また、特に２ａを大きくすると、Δ１を大きくしたときの閉じ込め損失の減少が顕著になる。また、２ａを小さくするとＲａ３を大きくしても閉じ込め損失を大きく保つことができる。
　以上のように、図１に示す構成の光ファイバの有効コア断面積、曲げ損失、閉じ込め損失などの光学特性は、設計パラメータに対する依存性が異なるが、これらの設計パラメータを適切に組み合わせることで、所望の光学特性を実現することができる。
　図５は、計算例１～２７の光ファイバの設計パラメータと光学特性とを示す図である。なお、「Ａeff」は波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積を示す。また、曲げ損失は波長１５５０ｎｍにおける値であり、閉じ込め損失は波長１５３０ｎｍにおける第１高次モードの閉じ込め損失の値である。ここで、波長１５３０ｎｍにおける閉じ込め損失が２０ｄＢ／ｍ以上であれば、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下になっていると考えることができる。
　図５に示す計算例１～２７の光ファイバは、いずれもΔ１が０．１７％～０．２４％であり、Δ３が－０．３％～－０．１％であり、２ａが１１μｍ～１２．５μｍであり、Ｒａ２が２．０～２．７であり、Ｒａ３が３．３～４．５である。その結果、計算例１～２７の光ファイバは、有効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であり、かつさらに好ましい２０ｄＢ／ｍ以下である。また、計算例１～２７の光ファイバの閉じ込め損失はいずれも２０ｄＢ／ｍ以上であり、ケーブルカットオフ波長としては１５３０ｎｍ以下である。特に、計算例２７の光ファイバでは、１６１μｍ２という大きな有効コア断面積が実現されている。
　一方、図６は、計算比較例２８～４３の光ファイバの設計パラメータと光学特性とを示す図である。図６に示す計算比較例２８～４３の光ファイバは、設計パラメータのいずれかが適切に設定されていない。このため、たとえば曲げ損失が１００ｄＢ／ｍより大きく、あるいは閉じ込め損失が小さいため１５３０ｎｍ以上の波長で多モード伝送特性を有しており、所望の光学特性が実現されていないものである。
（実施例１、比較例１）
　本発明に係る光ファイバの実施例１、比較例１として光ファイバを製造した。なお、実施例１の光ファイバについては、図５に示す計算例２２の設計パラメータを用いて、Δ１を０．２３％、Δ３を－０．１５％、２ａを１２μｍ、Ｒａ２を２．０６、Ｒａ３を３．４７として光ファイバを製造した。また、比較例１の光ファイバについては、Δ１を０．２０％、Δ３を－０．１５％、２ａを１２．７μｍ、Ｒａ２を２．０６、Ｒａ３を３．４７として光ファイバを製造した。
　図７は、実施例１および比較例１の光ファイバの特性を示す図である。なお、図７において、有効コア断面積（Ａeff）、曲げ損失、波長分散、分散スロープは、いずれも波長１５５０ｎｍの値を示している。また、「カットオフ波長」はケーブルカットオフ波長を意味している。
　図７に示すように、実施例１の光ファイバは、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下の１３３０ｎｍであり、有効コア断面積が１３０μｍ２であり、曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下の１５．６ｄＢ／ｍであり、好ましい特性を有するものであった。また、波長分散は１９．２８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープは０．０６２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであり、いずれも伝送用の光ファイバとして実用的な値であった。一方、比較例１の光ファイバは、有効コア断面積は１４４．７μｍ２と大きいものの、ケーブルカットオフ波長が１５５０ｎｍであり、シングルモードで伝送できる光の波長帯域が１５５０ｎｍ以上に限定されるものであった。なお、実施例１の光ファイバの曲げ損失が計算例の曲げ損失の値よりも大きいのは、実施例１における曲げ損失には側圧によるマイクロベンド損失が含まれている可能性があるためと考えられる。
　ところで、これらの実施例１、比較例１の光ファイバは、図７に示すように、クラッド部の外径（ファイバ外径）が１２５μｍより大きく製造されたものである。実施例１、比較例１に係る光ファイバは、このようにファイバ外径が１２５μｍより大きいことによって、有効コア断面積が１３０μｍ２以上と大きいにもかかわらず、マイクロベンド損失が小さいものである。
　ここで、実施例１、比較例１の光ファイバのマイクロベンド損失を測定した。この測定では、番手が＃１０００のサンドペーパを巻いたボビンに、張力１Ｎで測定対象の光ファイバを巻きつけた場合の伝送損失と、当該測定対象光ファイバを束取りにしたときの伝送損失との差をマイクロベンド損失とした。
　図８は、実施例１および比較例１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８に示すように、有効コア断面積が１３０μｍ２の実施例１の光ファイバは、単一モード伝送が可能な１４５０ｎｍ～１６５０ｎｍの広い波長帯にわたって、マイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ以下であり、特に波長１５５０ｎｍにおいて０．４ｄＢ／ｋｍと小さい値であった。
　一方、有効コア断面積が１４４．７μｍ２の比較例１の光ファイバも、単一モード伝送が可能な１５５０ｎｍより長波長側の波長帯においてマイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ以下の約０．７ｄＢ／ｋｍ程度であった。ただし、比較例１の光ファイバでは、１５５０ｎｍよりも短波長側においてマイクロベンド損失が急激に上昇していた。この理由は、比較例１の光ファイバのケーブルカットオフ波長が１５５０ｎｍであることから、これよりも短波長側では高次モードに起因する伝送損失が発生しており、これが見かけ上マイクロベンド損失として測定されているためであると考えられる。
（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。本実施の形態２に係る光ファイバは、クラッド部が空孔を有し、この空孔によって、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ずにマイクロベンド損失を低減するものである。
　図９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９に示すように、この光ファイバ１０は、図１に示した実施の形態１に係る光ファイバ１において、クラッド部５が、中心コア部２から所定の距離だけ離間した位置に形成され、かつ中心コア部２を中心として等角度で円形に配置された１２個の空孔５ａを有する。なお、空孔５ａの空孔直径をｄとし、空孔５ａの中心と、中心コア部２の中心との離間距離をＬとする。
　本実施の形態２に係る光ファイバ１０は、実施の形態１に係る光ファイバと同様に、中心コア部２、内側コア層３、外側コア層４、およびクラッド部５に関する設計パラメータについて、Δ１を０．１７％～０．２４％とし、Δ３を－０．３％～－０．１％とし、２ａを１１μｍ～１２．５μｍとし、Ｒａ２を２．０～２．７とし、Ｒａ３を３．３～４．５とすれば、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である光ファイバを実現できるものである。
　ここで、公知のホーリーファイバ等のように光ファイバに空孔を形成した光ファイバの場合、空孔を形成することによって、空孔に囲まれたガラス領域と空孔との屈折率差を利用して、光を閉じ込めて伝搬するようにしている。
　これに対して、本実施の形態２に係る光ファイバ１０では、光を伝搬させるための閉じ込めを、中心コア部２、内側コア層３、外側コア層４およびその近傍のクラッド部５が形成する屈折率分布によって実現している。一方、空孔５ａについては、その離間距離Ｌを十分に大きくして、上記屈折率分布による光閉じ込めに実質的に影響を与えないような離間距離にしている。すなわち、空孔５は、中心コア部２、内側コア層３、外側コア層４およびその近傍のクラッド部５が形成する屈折率分布によって規定され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ような離間距離Ｌとなるように形成されている。
　このように、光ファイバ１０では、空孔５ａ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ない。しかしながら、空孔５ａは、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、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、空孔５ａの存在によって、実施の形態１に係る光ファイバ１と同程度の有効コア断面積を実現しつつ、マイクロベンド損失がより低減されたものとなる。なお、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ず、かつマイクロベンド損失を低減するためには、空孔５ａの空孔直径ｄは１０μｍ以下が好ましく、離間距離Ｌは２５μｍ以上が好ましい。
　なお、光ファイバ１０の有効コア断面積または波長分散特性の値と、光ファイバ１０において空孔５ａが無いとした場合（すなわち実施の形態１に係る光ファイバ１）の有効コア断面積または波長分散特性の値との差分と、光ファイバ１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、好ましくは±５％以下であれば、空孔５ａ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。
　本実施の形態２に係る光ファイバは、たとえば以下のような方法で製造することができる。図１０は、本実施の形態２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、中心コア部２、内側コア層３、および外側コア層４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５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５ａ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。光ファイバ１０の空孔５ａ間の間隔は、ガラスキャピラリ４２間に配置するガラスロッド４３の数をたとえば１本、２本、３本・・・と変えることによって調整することができる。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９に示す光ファイバ１０を製造することができる。
　なお、本実施の形態２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。
　つぎに、本実施の形態２に係る光ファイバの設計パラメータおよび光学特性の計算例を、実施の形態１に係る光ファイバと比較して説明する。図１１は、計算例４４、４５の光ファイバの設計パラメータと光学特性とを示す図である。なお、計算例４４は、実施の形態１のように空孔が無い断面構造を有し、計算例４５は、実施の形態２のように空孔が形成された断面構造を有するものである。また、各光学特性の値は波長１５５０ｎｍにおける値である。計算例４４、４５の光ファイバは、図１１に示した光学特性については、空孔の有無に関わらずあまり差異がない。
　図１２は、上記の製造方法によって製造した実施例２、３の光ファイバの光学特性を示す図である。なお、実施例２、３の光ファイバは、それぞれ計算例４４、４５の設計パラメータを有するものである。また、実施例２、３の光ファイバのファイバ外径は１２５μｍである。また、図１３は、実施例２、３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１２、１３に示す各光学特性の値は波長１５５０ｎｍにおける値である。
　図１２、１３が示すように、実施例２、３の光ファイバの光学特性は、たとえば有効コア断面積については空孔の有無に関わらずあまり差異がない。しかしながら、マイクロベンド損失については、空孔を有する計算例４５、および実施例３の光ファイバにおいて大きく低減されている。
　なお、実施の形態２に係る光ファイバについては、空孔の数は１２であるが、空孔の数は特に限定はされず、マイクロベンド損失を等方的に好適に低減するために１２個以上が好ましく、空孔の作製を容易にするためには３６個以下が好ましい。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の実施の形態に限定されるものではない。たとえば、図１に示すトレンチ型の屈折率分布を実現するために、中心コア部を、屈折率を高めるドーパント、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された石英ガラスで構成し、内側コア層およびクラッド部を純石英ガラスで構成し、外側コア層を、屈折率を低くするドーパントが添加された石英ガラスで構成してもよい。
　また、上記の実施の形態では、内側コア層とクラッド部との屈折率が同一であるが、略同一であって、本発明の効果に影響を与えない程度の相違があってもよい。
　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。
　１、１０　光ファイバ
　２　中心コア部
　３　内側コア層
　４　外側コア層
　５　クラッド部
　５ａ　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
　４１１　コア形成部
　４１２　クラッド形成部
　Ｐ　屈折率分布

Claims (6)

  1. 　中心コア部と、
    　前記中心コア部の外周に形成され該中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、
    　前記内側コア層の外周に形成され該内側コア層よりも屈折率が低い外側コア層と、
    　前記外側コア層の外周に形成され前記内側コア層と屈折率が略同一であるクラッド部と、
    　を備え、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
  2. 　前記中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差をΔ１、前記外側コア層の前記クラッド部に対する比屈折率差をΔ３とし、前記中心コア部の直径を２ａ、前記内側コア層の外径を２ｂ、前記外側コア層の外径を２ｃとし、ｂ／ａをＲａ２、ｃ／ａをＲａ３とすると、Δ１は０．１７％～０．２４％であり、Δ３は－０．３％～－０．１％であり、２ａは１１μｍ～１２．５μｍであり、Ｒａ２は２．０～２．７であり、Ｒａ３は３．３～４．５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. 　前記クラッド部の外径が１２５μｍより大きく、波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失が１ｄＢ／ｋｍ以下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。
  4. 　前記クラッド部は、前記中心コア部から、前記中心コア部、前記内側コア層、前記外側コア層、および該外側コア層の近傍のクラッド部が形成する屈折率分布によって規定され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た、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請求項１～３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  5. 　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４に記載の光ファイバ。
  6. 　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以下であり、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４または５に記載の光ファイバ。
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