WO2013031649A1 - 光ファイバ、光伝送路、及び、光ファイバの製造方法 - Google Patents

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optical fiber
core
condition
refractive index
mode dispersion
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PCT/JP2012/071341
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遼 丸山
伸夫 桑木
松尾　昌一郎
大橋　正治
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株式会社フジクラ
公立大学法人大阪府立大学
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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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02004—Optical fibres with cladding with or without a coating characterised by the core effective area or mode field radius
    • G02B6/02009—Large effective area or mode field radius, e.g. to reduce nonlinear effects in single mode fibres
    • G02B6/02014—Effective area greater than 60 square microns in the C band, i.e. 1530-1565 nm
    • G02B6/02019—Effective area greater than 90 square microns in the C band, i.e. 1530-1565 nm
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—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
    • G02B6/03622—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 2 layers only
    • G02B6/03627—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 2 layers only arranged - +

Definitions

  • the present invention relates to a two-mode optical fiber.
  • the present invention also relates to an optical transmission line including such an optical fiber. Moreover, it is related with the manufacturing method of such an optical fiber.
  • optical information communication As the amount of communication increases, the transmission capacity required for optical fibers as transmission media has also increased. In particular, such a requirement is remarkable in an optical fiber for long-distance transmission by a WDM (wavelength division division) system. It is expected that the amount of communication will continue to increase in the future, and the increase in transmission capacity has become an urgent issue for optical fibers.
  • WDM wavelength division division
  • optical fibers having an enlarged effective core area As optical fibers having an enlarged effective core area, optical fibers described in Patent Documents 1 and 2 are known.
  • Patent Document 1 describes a technique for expanding an effective core area to 120 ⁇ m 2 or more in a single mode fiber having a depressed type refractive index profile.
  • Patent Document 2 discloses an effective core break in an optical fiber having a core composed of a first core layer (high refractive index), a second core layer (low refractive index), and a third core layer (medium refractive index).
  • a technique for expanding the area to 130 ⁇ m 2 or more is described. Since these single mode fibers do not have mode dispersion, this is also advantageous for increasing the capacity.
  • Japanese Published Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2003-262752” (published on September 19, 2003) Japanese Published Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 2004-12585” (published on January 15, 2004)
  • V is the normalized frequency
  • ⁇ is the wavelength
  • a is the radius of the core
  • n1 is the refractive index of the core
  • n2 is the refractive index of the cladding. If the core radius a, the refractive index n1, and the refractive index n2 are set so as to satisfy the expression (1), only the fundamental mode (LP01) is propagated, so that a single mode without mode dispersion is realized.
  • the core radius a cannot be freely expanded. For this reason, the effective core area cannot be increased freely. If the refractive index n1 of the core is reduced, the radius a of the core can be increased. However, if the refractive index n1 of the core is increased, a problem arises in that bending loss increases. Therefore, when the upper limit value is determined for the bending loss according to the requirement of the standard or the like, the radius a of the core cannot be exempted from the restriction by the expression (1).
  • the radius of the core is not restricted by the equation (1). Therefore, an effective core area larger than that of the single mode fiber can be realized.
  • the occurrence of mode dispersion is inevitable. Mode dispersion causes a reduction in transmission capacity proportional to the transmission distance. Therefore, it is important to suppress mode dispersion in order to realize a large-capacity multimode fiber that can withstand long-distance transmission.
  • the 2-mode optical fiber is a multimode fiber that propagates only the fundamental mode and the second-order mode and has the easiest mode dispersion suppression. However, it is not clear what values should be set for various parameters that define the structure of the two-mode fiber in order to block the third-order mode and minimize the mode dispersion. At present, a two-mode optical fiber that can withstand distance transmission has not been realized.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to realize a two-mode optical fiber with reduced mode dispersion.
  • a further object of the present invention is to realize an optical fiber having a large effective core area and a small bending loss in addition to the reduced mode dispersion.
  • an optical fiber according to the present invention includes an inner core whose refractive index distribution is an ⁇ power distribution, an outer core that surrounds the inner core, and a cladding that surrounds the outer core.
  • the ratio of the relative refractive index difference between the outer core and the clad relative to the relative refractive index difference between the center of the core and the clad is Rd, and the Rd is 0.15 or more.
  • an optical fiber that satisfies both the third-order mode cutoff condition and the low-mode dispersion condition can be realized by appropriately setting parameters Ra and ⁇ and a core radius a described later.
  • the third-order mode blocking condition is a condition imposed on a parameter that defines the structure of the optical fiber in order to block the third-order or higher mode of incident light incident on the optical fiber, that is, light. It refers to conditions imposed on parameters that define the structure of the optical fiber in order for the fiber to function as a two-mode optical fiber.
  • the low mode dispersion condition refers to a condition imposed on a parameter that defines the structure of the optical fiber in order to set the mode dispersion ⁇ to ⁇ 5 ps / km or more and +20 ps / km or less.
  • an optical transmission line includes the optical fiber and a mode dispersion compensating optical fiber having mode dispersion having a sign opposite to that of the optical fiber.
  • an optical fiber manufacturing method includes an inner core whose refractive index distribution is an ⁇ power distribution, an outer core that surrounds the inner core, and a cladding that surrounds the outer core.
  • a method of manufacturing an optical fiber wherein a ratio of a relative refractive index difference between the outer core and the cladding to a relative refractive index difference between the central portion of the inner core and the cladding is Rd, and the Rd is 0.
  • a step of setting refractive indexes of the inner core, the outer core, and the clad so as to be 15 or more.
  • an optical fiber that satisfies both the third-order mode cutoff condition and the low-mode dispersion condition can be manufactured by appropriately setting parameters Ra and ⁇ and a core radius a to be described later.
  • an optical fiber that satisfies both the third-order mode cutoff condition and the low-mode dispersion condition can be realized by appropriately setting the parameters Ra and ⁇ and the core radius a. That is, a two-mode optical fiber with reduced mode dispersion can be realized.
  • FIG. 1 shows the relationship between the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ obtained when Rd is set to 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, and 0.4 for the optical fiber shown in FIG. It is a graph. 2 is a graph showing the relationship between the effective core area Aeff and Rd (dotted line) and the relationship between the bending loss and Rd (solid line) for the optical fiber shown in FIG.
  • (A) is obtained when Ra is set to 0.76, 0.80, 0.82, 0.90, and 0.94 when Rd is 0.23 in the optical fiber shown in FIG. 4 is a graph showing the relationship between the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ .
  • (B) is obtained when Ra is set to 0.78, 0.80, 0.82, 0.84, and 0.90 when Rd is 0.15 in the optical fiber shown in FIG. 4 is a graph showing the relationship between the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ .
  • 2 is a graph showing the relationship between the effective core area Aeff and Ra (dotted line) and the relationship between the bending loss and Ra (solid line) for the optical fiber shown in FIG. For the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 1A is a side view and a cross-sectional view of the optical fiber 1
  • FIG. 1B is a graph showing a refractive index distribution of the optical fiber 1. Note that the refractive index distribution shown in FIG. 1B is a refractive index distribution on a straight line perpendicular to the central axis L (see FIG. 1A) in the optical fiber 1 shown in FIG.
  • the optical fiber 1 is a cylindrical structure whose main component is silica glass, a core 11 having a circular (radius a) cross section, and a ring surrounding the core 11.
  • the clad 12 has a cross section of (inner radius a, outer radius b).
  • the core 11 further has an inner core 111 having a disk (radius r1) cross section and an outer ring (inner radius r1, outer radius r1 + r2) cross section surrounding the inner core 111 due to a difference in refractive index distribution.
  • the core 112 is divided. This cross-sectional structure is common to each cross section orthogonal to the central axis L.
  • the outer core 112 is also referred to as a “trench”.
  • the refractive index distribution of the inner core 111 is an ⁇ power distribution (more specifically, a square distribution), and has a maximum value n1 on the central axis L.
  • the ⁇ power distribution is a refractive index n (r) at a point where the distance from the central axis L is r, where ⁇ is a relative refractive index difference between the central portion of the inner core 111 and the outer core 112, and n (r).
  • r) n1 [1-2 ⁇ (r / a) ⁇ ]
  • the refractive index n1 ′ of the outer core 112 is constant as shown in FIG.
  • the refractive index n2 of the clad 12 is also constant as shown in FIG. There is a relationship of n1 ′ ⁇ n2 ⁇ n1 among the maximum refractive index n1 of the inner core 111, the refractive index n1 ′ of the outer core 112, and the refractive index n2 of the cladding 12.
  • Such a refractive index distribution can be realized by, for example, a known technique in which the refractive index is locally increased by adding Ge (germanium) or the refractive index is locally decreased by adding F (fluorine). it can.
  • ⁇ + represents a relative refractive index difference [(n1 2 ⁇ n2 2 ) / 2n1 2 ] ⁇ 100 [%] between the central portion of the inner core 111 and the clad 12, and ⁇ represents The relative refractive index difference between the outer core 112 and the clad 12 [(n1 ′ 2 ⁇ n2 2 ) / 2n1 ′ 2 ] ⁇ 100 [%].
  • ⁇ , Rd, and Ra are mainly used as parameters that define the structure of the optical fiber 1.
  • ⁇ represents the above-described relative refractive index difference ⁇ + itself
  • Rd represents the ratio ⁇ / ⁇ + of the relative refractive index difference ⁇ to the relative refractive index difference ⁇ +
  • Ra represents the radius a of the core 11.
  • the ratio r1 / a of the radius r1 of the inner core 111 is represented.
  • the relative refractive index difference ⁇ is also referred to as “core ⁇ ”.
  • an equivalent V value T is used as an index representing the propagation characteristics of the optical fiber 1.
  • n (r) represents a refractive index at a point where the distance from the central axis L is r
  • k represents light incident on the optical fiber 1 (hereinafter referred to as “incident light”). ) Wave number.
  • a in the equation (2) is a constant called a shape constant.
  • the third-order mode (LP21) is blocked when the equivalent V value T is 4.4 or less. That is, when the equivalent V value T is 4.4 or less, the optical fiber 1 functions as a TMF (two-mode optical fiber).
  • This tertiary mode cutoff condition (equivalent V value T is 4.4 or less) is a condition found by the inventors as a result of numerical experiments.
  • the optical fiber 1 satisfies (1) the third-order mode cutoff condition, (2) the mode dispersion ⁇ is small, (3) the effective core area Aeff is large, and (4 ) An optical fiber in which the parameters a, ⁇ , Rd, and Ra described above are optimized so as to reduce the bending loss. More specifically, when the wavelength ⁇ of incident light is 1.55 ⁇ m, (1) the third-order mode cutoff condition is satisfied, and (2) the mode dispersion ⁇ is ⁇ 5 ps / km to +20 ps / km.
  • the condition (2) is the “low mode dispersion condition”
  • the condition (3) is the “large effective core area condition”
  • the condition (4) is the low bending loss condition. Describe.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ when Rd is 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, and 0.4. These graphs show the equivalent V value T and mode dispersion ⁇ while changing the core radius a while fixing the wavelength ⁇ of incident light to 1.55 ⁇ m, Ra to 0.80, and the core ⁇ to 0.35%. It is obtained by calculating.
  • the T range where the mode dispersion ⁇ is ⁇ 5 ps / km or more and +20 ps / km or less is a region where T ⁇ 4.4. include. That is, the low mode dispersion condition and the tertiary mode cutoff condition can be compatible.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the effective core area Aeff and Rd (dotted line) and the relationship between the bending loss and Rd (solid line). These graphs are obtained by calculating the effective core area Aeff and bending loss for each Rd after fixing the wavelength ⁇ of incident light to 1.55 ⁇ m, Ra to 0.80, and the core ⁇ to 0.35%. It is obtained. At this time, the core radius a was set so as to satisfy the low mode dispersion condition for each Rd.
  • the bending loss shows a positive correlation with Rd because the core radius a is set to satisfy the low mode dispersion condition (when the core radius a is constant).
  • the bending loss shows a negative correlation with Rd). That is, as Rd decreases, the core radius a (proportional to the equivalent V value T) that satisfies the low mode dispersion condition increases (see FIG. 2), and as a result, the bending loss decreases.
  • Rd is set to 0.15 or more and 0.23 or less as the best mode.
  • Rd may be set to 0.15 or more and 0.25 or less. In this case, among the four conditions described above, three conditions except for the low bending loss condition can be satisfied.
  • Ra setting will be described with reference to FIGS.
  • the range of Ra that satisfies the above-described four conditions when Rd is set to be 0.15 or more and 0.23 or less will be mainly examined.
  • FIG. 4A is a graph showing the relationship between the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ when Ra is 0.76, 0.80, 0.82, 0.90, and 0.94.
  • the wavelength V of incident light is fixed to 1.55 ⁇ m
  • Rd is fixed to 0.23
  • the core ⁇ is fixed to 0.35%
  • the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ are changed while changing the core radius a. It is obtained by calculating.
  • the range of T in which the mode dispersion ⁇ is ⁇ 5 ps / km or more and +20 ps / km or less is It is included in the region of T ⁇ 4.4. That is, the low mode dispersion condition and the tertiary mode cutoff condition can be compatible.
  • Ra 0.94 or less
  • the low-mode dispersion condition and the third-order mode cutoff condition can be compatible with each other, whereas when Ra is larger than 0.94, the low-mode dispersion condition and the third-order dispersion condition are satisfied. It can be seen that the mode cutoff condition cannot be compatible.
  • Ra is preferably set to 0.94 or less. This is because it is possible to achieve both the low mode dispersion condition and the tertiary mode cutoff condition.
  • FIG. 4B is a graph showing the relationship between the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ when Ra is 0.78, 0.80, 0.82, 0.84, and 0.90.
  • the wavelength ⁇ of incident light is fixed to 1.55 ⁇ m
  • Rd is fixed to 0.15
  • the core ⁇ is fixed to 0.35%
  • the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ are changed while changing the core radius a. It is obtained by calculating. From FIG. 4 (b), when Ra is 0.8 or less, the low mode dispersion condition and the tertiary mode cutoff condition can be compatible, whereas when Ra is larger than 0.8, It can be seen that the low mode dispersion condition and the tertiary mode cutoff condition cannot be compatible.
  • Ra is preferably set to 0.8 or less. This is because it is possible to achieve both the low mode dispersion condition and the tertiary mode cutoff condition. If Ra is set to 0.8 or less, whether Rd is set to 0.15 or 0.23, and 0.15 and 0.23 Even when the value is set to a value between, the low mode dispersion condition and the tertiary mode cutoff condition can both be achieved.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the effective core area Aeff and Ra (dotted line) and the relationship between the bending loss and Ra (solid line).
  • the wavelength ⁇ of incident light is fixed to 1.55 ⁇ m
  • Rd is fixed to 0.15 and 0.23
  • the core ⁇ is fixed to 0.35%
  • the effective core area Aeff and the bending loss for each Ra are shown. It is obtained by calculating.
  • the core radius a was set so as to satisfy the low mode dispersion condition for each Ra.
  • the reason why the bending loss shows a negative correlation with Ra is that the core radius a is set so as to satisfy the low mode dispersion condition (when the core radius a is constant). Bending loss shows a positive correlation with Ra). That is, as Ra increases, the core radius a satisfying the low mode dispersion condition (proportional to the equivalent V value T) increases (see FIG. 2), and as a result, the bending loss decreases.
  • Ra is set to 0.78 or more and 0.80 or less as the best mode.
  • Ra may be set to 0.78 or more and 0.94 or less. In this case, when at least Rd is set to 0.23, all of the four conditions described above can be satisfied. Further, Ra may be set to 0.77 or more and 0.94 or less. In this case, when at least Rd is set to 0.23, among the four conditions described above, three conditions excluding the low bending loss condition can be satisfied.
  • Ra may be set to 0.72 or more and 0.8 or less. In this case, all of the four conditions described above can be satisfied when at least Rd is set to 0.15. Ra may be set to 0.7 or more and 0.8 or less. In this case, when at least Rd is set to 0.15, among the four conditions described above, three conditions except for the low bending loss condition can be satisfied (actually, all of the four conditions described above are satisfied). Can be met).
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the equivalent V value T and the mode dispersion ⁇ when the core ⁇ is 0.3%, 0.33%, 0.35%, and 0.4%. These graphs calculate the equivalent V value T and mode dispersion ⁇ while changing the core radius a while fixing the wavelength ⁇ of incident light to 1.55 ⁇ m, Rd to 0.15, and Ra to 0.8. It was obtained by.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between bending loss and core ⁇ .
  • the wavelength ⁇ of incident light is fixed to 1.55 ⁇ m
  • Rd is fixed to 0.15, 0.20, 0.23
  • Ra is fixed to 0.78, 0.80. This is obtained by calculating the bending loss with respect to ⁇ .
  • the core radius a was determined so as to satisfy the low mode dispersion condition.
  • Table 1 lists the range of the core ⁇ that satisfies the low bending loss condition. If the core ⁇ is set to 0.35% or more, it can be seen that the low bending loss condition is satisfied for all combinations of Ra and Rd.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the effective core area Aeff and the core ⁇ .
  • the wavelength ⁇ of incident light is fixed to 1.55 ⁇ m
  • Rd is fixed to 0.15, 0.20, 0.23
  • Ra is fixed to 0.78, 0.80. This is obtained by calculating the effective core area Aeff with respect to ⁇ .
  • the core radius a was determined so as to satisfy the low mode dispersion condition.
  • Table 2 lists the ranges of core ⁇ that satisfy the large effective core area conditions. It can be seen that when the core ⁇ is set to 0.35% or less, the large effective core area conditions are satisfied for all combinations of Ra and Rd.
  • the region V can be approximated by a pentahedron having the following six points P1 to P6 as vertices (see Tables 1 and 2). Therefore, if (Rd, Ra, ⁇ ) is included in this pentahedron, the above four conditions can be satisfied simultaneously.
  • the region V includes a rectangular parallelepiped W expressed by the following three inequalities.
  • (Rd, Ra, ⁇ ) is included in this rectangular parallelepiped W, naturally, the above four conditions are simultaneously satisfied.
  • Table 3 shows setting examples of the parameters ⁇ , Rd, and Ra in the optical fiber 1.
  • the core radius a is set to 0.34
  • the equivalent V value T is set to 4.27.
  • Table 5 shows other setting examples of the parameters ⁇ , Rd, and Ra in the optical fiber 1.
  • the core radius a is 15.72
  • the equivalent V value T is 4.24.
  • FIG. 10 shows a configuration example of such an optical transmission line 10.
  • the optical transmission line 10 is an optical transmission line configured by fusing the output end face of the optical fiber 1 having a positive mode dispersion ⁇ p and the incident end face of the optical fiber 2 having a negative mode dispersion ⁇ n.
  • the phase of LP11 incident on the optical fiber 1 advances ⁇ p with respect to the phase of LP01 in the process of propagating through the optical fiber 1.
  • the phase of LP11 incident on the optical fiber 2 is delayed by ⁇ n with respect to the phase of LP01 in the process of propagating through the optical fiber 2. Therefore, if the length of the optical fiber 1 is lp and the length of the optical fiber 2 is ln, and lp ⁇
  • the optical fiber 1 that satisfies the parameter constraint conditions described above and is set so that the mode dispersion ⁇ p is 5 ps / km or more and 20 ps / km or less may be combined with, for example, an optical fiber 2 that satisfies the following conditions.
  • the mode dispersion ⁇ n is ⁇ 105 ps / km or more and ⁇ 95 ps / km or less
  • the effective core area Aeff for LP01 is 150 ⁇ m 2 or more and the same level as that of the optical fiber 1;
  • Table 7 shows setting examples of ⁇ , Rd, and Ra in the optical fiber 1 having the positive mode dispersion ⁇ p.
  • the core radius a is 15.7 and the equivalent V value T is 4.33.
  • Table 8 shows the transmission characteristics (mode dispersion, wavelength dispersion, bending loss, effective core area) of the optical fiber 1 in which the parameters ⁇ , Rd, and Ra are set as shown in Table 7.
  • Table 9 shows a setting example of ⁇ , Rd, and Ra in the optical fiber 2 having the negative mode dispersion ⁇ n.
  • the core radius a is 15.8, and the equivalent V value T is 4.36.
  • Table 10 shows the transmission characteristics (mode dispersion, wavelength dispersion, bending loss, effective core area) of the optical fiber 2 in which the parameters ⁇ , Rd, and Ra are set as shown in Table 9.
  • Table 11 shows setting examples of ⁇ , Rd, and Ra in the optical fiber 1 having the positive mode dispersion ⁇ p.
  • the core radius a is 15.4, and the equivalent V value T is 4.31.
  • Table 12 shows transmission characteristics (mode dispersion, chromatic dispersion, bending loss, effective core area) of the optical fiber 1 in which the parameters ⁇ , Rd, and Ra are set as shown in Table 11.
  • Table 13 shows a setting example of ⁇ , Rd, and Ra in the optical fiber 2 having the negative mode dispersion ⁇ n.
  • the core radius a is 15.3
  • the equivalent V value T is 4.28.
  • Table 14 shows transmission characteristics (mode dispersion, wavelength dispersion, bending loss, effective core area) of the optical fiber 2 in which the parameters ⁇ , Rd, and Ra are set as shown in Table 13.
  • the mode dispersion ⁇ p in the optical fiber 1 is +18.8 ps / km
  • the optical fiber according to the present embodiment includes an inner core whose refractive index distribution is an ⁇ power distribution, an outer core that surrounds the inner core, and a cladding that surrounds the outer core.
  • the ratio of the relative refractive index difference between the outer core and the clad relative to the relative refractive index difference between the central portion and the clad is Rd, and the Rd is 0.15 or more.
  • an optical fiber that satisfies both the third-order mode cutoff condition and the low-mode dispersion condition can be realized by appropriately setting parameters Ra and ⁇ and a core radius a described later.
  • the third-order mode blocking condition is a condition imposed on a parameter that defines the structure of the optical fiber in order to block the third-order or higher mode of incident light incident on the optical fiber, that is, light. It refers to conditions imposed on parameters that define the structure of the optical fiber in order for the fiber to function as a two-mode optical fiber.
  • the low mode dispersion condition refers to a condition imposed on a parameter that defines the structure of the optical fiber in order to set the mode dispersion ⁇ to ⁇ 5 ps / km or more and +20 ps / km or less.
  • the Rd is preferably 0.15 or more and 0.25 or less.
  • the large effective core cross-sectional area condition refers to a condition imposed on parameters that define the structure of the optical fiber so that the effective core cross-sectional area Aeff relating to LP01 is 150 ⁇ m 2 or more.
  • the Rd is 0.15 or more and 0.23 or less.
  • Ra is 0.80 or less, where Ra is the ratio of the radius of the inner core to the outer peripheral radius of the outer core.
  • an optical fiber that satisfies both the third-order mode cutoff condition and the low-mode dispersion condition can be realized by appropriately setting a parameter ⁇ and a core radius a described later.
  • the Ra is 0.77 or more.
  • the Ra is 0.78 or more.
  • the low bending loss condition is further set.
  • a satisfying optical fiber can be realized.
  • the refractive index of the central portion of the inner core is n1
  • the refractive index of the cladding is n2
  • the relative refractive index difference [(n1 2 ⁇ n2 2 ) / 2n1 2 ] ⁇ 100 is ⁇
  • P1 (0.23, 0.78, 0.35)
  • P2 (0.
  • an optical fiber that satisfies the third-order mode cutoff condition, the low-mode dispersion condition, the large effective core area condition, and the low bending loss condition can be realized by appropriately setting the core radius a. .
  • the Rd is 0.15 or more and 0.20 or less
  • the Ra is 0.78 or more and 0.8 or less
  • the ⁇ is 0.34 or more and 0.36 or less. preferable.
  • each parameter can be set independently of the other parameters. Is easy.
  • the optical transmission line according to the present embodiment includes the optical fiber and a mode dispersion compensating optical fiber having mode dispersion with a sign opposite to that of the optical fiber.
  • the refractive index distribution of the inner core is a square distribution, but the present invention is not limited to this. That is, the refractive index distribution of the inner core may be an ⁇ power distribution, and ⁇ does not need to be exactly 2.
  • optical fiber according to the present invention can be suitably used as an optical fiber for large-capacity transmission, particularly as a long-distance transmission optical fiber.

Abstract

　屈折率分布がα乗分布である内側コア（１１１）と、内側コア（１１１）を取り囲む外側コア（１１２）と、外側コア（１１２）を取り囲むクラッド（１２）とを備えた光ファイバ（１）において、内側コア（１１１）の中心部とクラッド（１２）との屈折率差に対する、外側コア（１１２）と（クラッド１２）との屈折率差の比をＲｄとして、Ｒｄを０．１５以上に設定する。それにより、モード分散が低減された２モード光ファイバを実現することができる。

Description

光ファイバ、光伝送路、及び、光ファイバの製造方法
　本発明は、２モード光ファイバに関する。また、そのような光ファイバを含む光伝送路に関する。また、そのような光ファイバの製造方法に関する。
　光情報通信においては、通信量の増加に伴い、伝送媒体となる光ファイバに求められる伝送容量も増加してきている。特に、ＷＤＭ（波長多重分割）方式による長距離伝送用の光ファイバにおいて、このような要求は顕著である。今後も通信量は増加の一途を辿ると予想されており、伝送容量の増加は光ファイバにおける喫緊の課題となっている。
　光ファイバの伝送容量を増加させるためには、光ファイバに入力する信号光のパワーを上げる必要がある。しかしながら、光ファイバに入力する信号光のパワーを上げると、コアにおけるパワー密度が増加し、その結果、非線形光学効果の顕在化やファイバヒューズの発生といった問題が生じる。したがって、光ファイバに入力する信号光のパワーを上げ、光ファイバの伝送容量を増加させるためには、実効コア断面積を拡大することによって、これらの問題を回避する必要がある。
　実効コア断面積が拡大された光ファイバとしては、特許文献１～２に記載の光ファイバなどが知られている。
　特許文献１には、ディプレスド型の屈折率分布を有したシングルモードファイバにおいて、実効コア断面積を１２０μｍ２以上に拡大する技術が記載されている。また、特許文献２には、第１コア層（高屈折率）、第２コア層（低屈折率）、及び第３コア層（中屈折率）からなるコアをもつ光ファイバにおいて、実効コア断面積を１３０μｍ２以上に拡大する技術が記載されている。これらのシングルモードファイバは、モード分散がないので、この点でも大容量化に有利である。
日本国公開特許公報「特開２００３－２６２７５２号公報」（２００３年９月１９日公開） 日本国公開特許公報「特開２００４－　１２６８５号公報」（２００４年１月１５日公開）
　特許文献１～２に記載のようなシングルモードファイバにおいては、コアの半径に理論限界があり、コアの半径をこの理論限界よりも大きくすることができない。このため、実効コア断面積を十分に大きくすることができず、大容量化の要求に十分に応えられないという問題があった。
　この問題について、より詳細に説明すれば以下のとおりである。すなわち、シングルモードファイバにおいては、２次モード（ＬＰ１１）を遮断するために、（１）式を満たす必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、Ｖは規格化周波数、λは波長、ａはコアの半径、ｎ１はコアの屈折率、ｎ２はクラッドの屈折率を示す。コア半径ａ、屈折率ｎ１、屈折率ｎ２を（１）式を満たすように設定すれば、基本モード（ＬＰ０１）のみが伝搬されるので、モード分散のないシングルモードが実現される。
　しかしながら、（１）式を満たすためには、コアの半径ａを自由に拡大することができない。このため、実効コア断面積を自由に拡大することができない。なお、コアの屈折率ｎ１を小さくすれば、コアの半径ａを大きくすることができるが、コアの屈折率ｎ１を大きくすると、今度は、曲げ損失が大きくなるという問題を生じる。したがって、規格等の要求によって曲げ損失に上限値が定められている場合、コアの半径ａは（１）式による制約を免れ得ない。
　一方、マルチモードファイバにおいては、コアの半径が（１）式による制約を受けない。したがって、シングルモードファイバよりも広い実効コア断面積を実現することができる。しかしながら、マルチモードファイバにおいては、モード分散の発生が避けられない。モード分散は、伝送距離に比例した伝送容量の低下を生じさせる。したがって、長距離伝送に耐える大容量のマルチモードファイバを実現するためには、モード分散を抑えることが重要になる。
　２モード光ファイバは、基本モード及び２次モードのみを伝搬する、最もモード分散の抑制が容易なマルチモードファイバである。しかしながら、３次モードを遮断し、かつ、モード分散を最小化するために、２モードファイバの構造を規定する各種パラメータをどのような値に設定すればよいのかが明らかになっておらず、長距離伝送に耐える２モード光ファイバは実現されていないのが現状である。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モード分散が低減された２モード光ファイバを実現することにある。また、本発明の更なる目的は、モード分散が低減されていることに加えて、実効コア断面積が大きく、曲げ損失が小さい光ファイバを実現することにある。
　上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバは、屈折率分布がα乗分布である内側コアと、該内側コアを取り囲む外側コアと、該外側コアを取り囲むクラッドとを備え、上記内側コアの中心部と上記クラッドとの比屈折率差に対する、上記外側コアと上記クラッドとの比屈折率差の比をＲｄとして、該Ｒｄが０.１５以上である、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、後述するパラメータＲａ、Δ、及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件及び低モード分散条件を共に満たす光ファイバを実現することができる。
　ここで、３次モード遮断条件とは、光ファイバに入射した入射光のうち、３次以上のモードを遮断するために光ファイバの構造を規定するパラメータに課される条件のこと、すなわち、光ファイバが２モード光ファイバとして機能するために光ファイバの構造を規定するパラメータに課される条件のことを指す。また、低モード分散条件とは、モード分散Δτを－５ｐｓ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｋｍ以下とするために、光ファイバの構造を規定するパラメータに課される条件のことを指す。
　上記課題を解決するために、本発明に係る光伝送路は、上記光ファイバと、上記光ファイバとは逆符号のモード分散を有するモード分散補償用光ファイバとを含む、ことを特徴とする。
　上記構成によれば、上記光ファイバのみを用いて光伝送路を構成する場合と比べて、よりモード分散の小さい光伝送路を実現することができる。
　上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバの製造方法は、屈折率分布がα乗分布である内側コアと、該内側コアを取り囲む外側コアと、該外側コアを取り囲むクラッドとを備えた光ファイバの製造方法であって、上記内側コアの中心部と上記クラッドとの比屈折率差に対する、上記外側コアと上記クラッドとの比屈折率差の比をＲｄとして、該Ｒｄが０.１５以上となるように、上記内側コア、上記外側コア、及び上記クラッドの屈折率を設定する工程を含んでいる、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、後述するパラメータＲａ、Δ、及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件及び低モード分散条件を共に満たす光ファイバを製造することができる。
　本発明によれば、パラメータＲａ、Δ、及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件及び低モード分散条件を共に満たす光ファイバを実現することができる。すなわち、モード分散が低減された２モード光ファイバを実現することができる。
本発明の一実施形態に係る光ファイバの構造を示す図である。（ａ）は、その光ファイバの断面図及び側面図であり、（ｂ）は、その光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。 図１に示す光ファイバに関して、Ｒｄを０．１，０．１５，０．２，０．３，０．４に設定したときに得られる、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係を示すグラフである。 図１に示す光ファイバに関して、実効コア断面積ＡｅｆｆとＲｄとの関係（点線）、及び、曲げ損失とＲｄとの関係（実線）を示すグラフである。 （ａ）は、図１に示す光ファイバに関して、Ｒｄが０．２３である場合、Ｒａを０．７６，０．８０，０．８２，０．９０，０．９４に設定したときに得られる、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係を示すグラフである。（ｂ）は、図１に示す光ファイバに関して、Ｒｄが０．１５である場合、Ｒａを０．７８，０．８０，０．８２，０．８４，０．９０に設定したときに得られる、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係を示すグラフである。 図１に示す光ファイバに関して、実効コア断面積ＡｅｆｆとＲａとの関係（点線）、及び、曲げ損失とＲａとの関係（実線）を示すグラフである。 図１に示す光ファイバに関して、コアΔを０．３％，０．３３％，０．３５％，０．４％に設定したときに得られる、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係を示すグラフである。 図１に示す光ファイバに関して、曲げ損失とコアΔとの関係を示すグラフである。 図１に示す光ファイバに関して、実効コア断面積ＡｅｆｆとコアΔとの関係を示すグラフである。 パラメータＲｄ，Ｒａ，Δの張るパラメータ空間Ｐにおいて、３次モード遮断条件、低モード分散条件、大実効コア断面積条件、及び低曲げ損失条件を満たす領域Ｖを示すグラフである。 図１に示す光ファイバを含む光伝送路の構成例を示す図である。
　〔光ファイバの構造〕
　本実施形態に係る光ファイバ１の構造について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、光ファイバ１の側面図及び断面図であり、図１（ｂ）は、光ファイバ１の屈折率分布を示すグラフである。なお、図１（ｂ）に示す屈折率分布は、図１（ａ）に示す光ファイバ１において、中心軸Ｌ（図１（ａ）参照）と直交する直線上の屈折率分布である。
　光ファイバ１は、図１（ａ）に示すように、シリカガラスを主成分とする円柱状の構造体であり、円形（半径ａ）状の断面を有するコア１１と、コア１１を取り囲む円環（内周半径ａ，外周半径ｂ）状の断面を有するクラッド１２とにより構成される。コア１１は、更に屈折率分布の違いによって、円盤（半径ｒ１）状の断面を有する内側コア１１１と、内側コア１１１を取り囲む円環（内周半径ｒ１，外周半径ｒ１＋ｒ２）状の断面を有する外側コア１１２とに分けられる。この断面構造は、中心軸Ｌに直交する各断面において共通である。なお、外側コア１１２は、「トレンチ」とも呼ばれる。
　内側コア１１１の屈折率分布は、図１（ｂ）に示すように、α乗分布である（より具体的には２乗分布）であり、中心軸Ｌ上で最大値ｎ１をとる。ここで、α乗分布とは、内側コア１１１の中心部と外側コア１１２との比屈折率差をδとして、中心軸Ｌからの距離がｒである点の屈折率ｎ（ｒ）がｎ（ｒ）＝ｎ１［１－２δ（ｒ／ａ）α］１／２と表される屈折率分布のことを指す。一方、外側コア１１２の屈折率ｎ１’は、図１（ｂ）に示すように一定である。また、クラッド１２の屈折率ｎ２も、図１（ｂ）に示すように一定である。内側コア１１１の最大屈折率ｎ１と外側コア１１２の屈折率ｎ１’とクラッド１２の屈折率ｎ２との間には、ｎ１’＜ｎ２＜ｎ１なる関係がある。このような屈折率分布は、例えば、Ｇｅ（ゲルマニウム）の添加によって屈折率を局所的に上げたり、Ｆ（フッ素）の添加によって屈折率を局所的に下げたりする公知の手法により実現することができる。
　なお、図１（ｂ）において、Δ＋は、内側コア１１１の中心部とクラッド１２との比屈折率差[(ｎ１２-ｎ２２)／２ｎ１２] ×１００［％］を表し、Δ－は、外側コア１１２とクラッド１２との比屈折率差[(ｎ１’２-ｎ２２)／２ｎ１’２] ×１００［％］を表す。
　以下の説明においては、光ファイバ１の構造を規定するパラメータとして、主にΔ，Ｒｄ，Ｒａを用いる。ここで、Δは、上述した比屈折率差Δ＋そのものを表し、Ｒｄは、比屈折率差Δ＋に対する比屈折率差Δ－の比Δ－／Δ＋を表し、Ｒａは、コア１１の半径ａに対する内側コア１１１の半径ｒ１の比ｒ１／ａを表す。パラメータＲｄを用いると、屈折率差Δ－は、Δ－＝Δ＋×Ｒｄを表せる。また、パラメータＲａを用いると、内側コア１１１の半径ｒ１はｒ１＝Ｒａ×ａと表せ、外側コア１１２の厚みｒ２はｒ２＝（１－Ｒａ）×ａと表せる。比屈折率差Δのことを、以下では、「コアΔ」とも呼ぶ。
　また、以下の説明においては、光ファイバ１の伝搬特性を表す指標として、等価Ｖ値Ｔを用いる。等価Ｖ値Ｔは、Ｔ＝∫［ｎ２（ｒ）－ｎ２（∞）ｋ］１／２ｄｒ（積分範囲は０から∞）により定義され、規格化周波数Ｖとの間に（２）式に示す関係を有する。等価Ｖ値Ｔの定義式において、ｎ（ｒ）は、中心軸Ｌからの距離がｒである点における屈折率を表し、ｋは、光ファイバ１に入射させる光（以下「入射光」と記載）の波数を表す。（２）式におけるＡは、形状定数と呼ばれる定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　図１（ｂ）に示す屈折率分布を有する光ファイバ１においては、この等価Ｖ値Ｔが４．４以下であるときに、３次モード（ＬＰ２１）が遮断される。すなわち、この等価Ｖ値Ｔが４．４以下であるときに、光ファイバ１はＴＭＦ（２モード光ファイバ）として機能する。なお、この３次モード遮断条件（等価Ｖ値Ｔが４．４以下）は、発明者が数値実験の結果見出した条件である。
　本実施形態に係る光ファイバ１は、一口に言うと、（１）３次モード遮断条件を満たし、（２）モード分散Δτが小さく、（３）実効コア断面積Ａｅｆｆが大きく、かつ、（４）曲げ損失が小さくなるように、上述したパラメータａ，Δ，Ｒｄ，Ｒａが最適化された光ファイバである。より具体的に言うと、入射光の波長λを１．５５μｍとしたときに、（１）３次モード遮断条件を満たし、（２）モード分散Δτが－５ｐｓ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｋｍ以下であり（ｐｓは「ピコ秒」）、（３）ＬＰ０１に関する実効コア断面積Ａｅｆｆが１５０μｍ２以上であり、かつ、（４）ＬＰ１１に関するＲ＝４０ｍｍでの曲げ損失が１．０×１０－２ｄＢ／ｋｍ以下となるように、上述したパラメータａ，Δ，Ｒｄ，Ｒａが設定された光ファイバである。なお、以下の説明においては、条件（２）のことを「低モード分散条件」、条件（３）のことを「大実効コア断面積条件」、条件（４）のことを低曲げ損失条件と記載する。
　〔Ｒｄの設定〕
　次に、Ｒｄの設定について、図２～図３を参照して説明する。以下では主に、上述した４つの条件（１）～（４）を満たすＲｄの範囲について検討する。
　図２は、Ｒｄを０．１，０．１５，０．２，０．３，０．４としたときの、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係を示すグラフである。これらのグラフは、入射光の波長λを１．５５μｍ、Ｒａを０．８０、コアΔを０．３５％に固定した上で、コア半径ａを変えながら等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとを算出することによって得たものである。
　図２から以下のことが読み取れる。すなわち、Ｒｄ＝０．１である場合、モード分散Δτが－５ｐｓ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｋｍ以下となるＴの範囲が、Ｔ＞４．４の領域に含まれる。つまり、Ｒｄ＝０．１である場合、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得ない。一方、Ｒｄ＝０．１５，０．２，０，３，０．４である場合、モード分散Δτが－５ｐｓ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｋｍ以下となるＴの範囲が、Ｔ≦４．４の領域に含まれる。すなわち、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得る。
　Ｒｄの減少に従って低モード分散条件を満たす等価Ｖ値Ｔが単調に増加し、かつ、Ｒｄ＝０．１５の場合に低モード分散条件を満たす等価Ｖ値Ｔが略４．４になることから、Ｒｄが０．１５以上の場合には、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得るのに対して、Ｒｄが０．１５よりも小さい場合には、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得ないことが分かる。
　図２に示すグラフから以下の結論が得られる。すなわち、光ファイバ１においては、Ｒｄを０．１５以上に設定することが好ましい。これにより、低モード分散条件と３次モード遮断条件とを両立することが可能になるからである。
　図３は、実効コア断面積ＡｅｆｆとＲｄとの関係（点線）、及び、曲げ損失とＲｄとの関係（実線）を示すグラフである。これらのグラフは、入射光の波長λを１．５５μｍ、Ｒａを０．８０、コアΔを０．３５％に固定した上で、各Ｒｄに対する実効コア断面積Ａｅｆｆ及び曲げ損失を算出することによって得たものである。この際、コア半径ａは、各Ｒｄに対して低モード分散条件を満たすように設定した。
　なお、図３において曲げ損失がＲｄに対して正の相関を示しているのは、コア半径ａを低モード分散条件を満たすように設定しているからである（コア半径ａを一定とした場合、曲げ損失はＲｄに対して負の相関を示す）。つまり、Ｒｄが小さくなるほど、低モード分散条件を満たすコア半径ａ（等価Ｖ値Ｔに比例）が大きくなり（図２参照）、その結果、曲げ損失が小さくなるからである。
　図３から以下のことが読み取れる。すなわち、Ｒｄが０．２５以下であれば、実効コア断面積Ａｅｆｆが１５０μｍ２以上となり、大実効コア断面積条件を満たす。また、Ｒｄが０．２３以下であれば、Ｒ＝４０ｍｍでの曲げ損失が１．０×１０－２ｄＢ／ｋｍ以下となり、更に、低曲げ損失条件を満たす。
　図３に示すグラフから以下の結論が得られる。すなわち、光ファイバ１においては、Ｒｄを０．２５以下に設定することが好ましい。これにより、大実効コア断面積条件を満たすことができるからである。また、光ファイバ１においては、Ｒｄを０．２３以下に設定することがより好ましい。これにより、大実効コア断面積条件と低曲げ損失条件とを同時に満たすことができるからである。
　以上の知見に基づき、本実施形態に係る光フィバ１においては、最良の形態として、Ｒｄを０．１５以上０．２３以下に設定する。これにより、上述した４つの条件の全て、すなわち、３次モード遮断条件、低モード分散条件、大実効コア断面積条件、及び低曲げ損失条件を満たすことができる。ただし、Ｒｄを０．１５以上０．２５以下に設定してもよい。この場合、上述した４つの条件のうち、低曲げ損失条件を除く３つの条件を満たすことができる。
　〔Ｒａの設定〕
　次に、Ｒａの設定について、図４～図５を参照して説明する。以下では主に、Ｒｄを０．１５以上０．２３以下に設定したときに、上述した４つの条件を満たすＲａの範囲について検討する。
　図４（ａ）は、Ｒａを０．７６，０．８０，０．８２，０．９０，０．９４としたときの、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係を示すグラフである。これらのグラフは、入射光の波長λを１．５５μｍ、Ｒｄを０．２３、コアΔを０．３５％に固定した上で、コア半径ａを変えながら等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとを算出することによって得たものである。
　図４（ａ）から以下のことが読み取れる。すなわち、Ｒａ＝０．７６，０．８０，０．８２，０．９０，０．９４の何れの場合においても、モード分散Δτが－５ｐｓ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｋｍ以下となるＴの範囲が、Ｔ≦４．４の領域に含まれる。すなわち、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得る。
　Ｒａの増加に従って低モード分散条件を満たす等価Ｖ値Ｔが単調に増加し、かつ、Ｒａ＝０．９４の場合に低モード分散条件を満たす等価Ｖ値Ｔが略４．４になることから、Ｒａが０．９４以下の場合には、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得るのに対して、Ｒａが０．９４よりも大きい場合には、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得ないことが分かる。
　図４（ａ）に示すグラフから以下の結論が得られる。すなわち、光ファイバ１においては、Ｒｄを０．２３に設定した場合、Ｒａを０．９４以下に設定することが好ましい。これにより、低モード分散条件と３次モード遮断条件とを両立することが可能になるからである。
　図４（ｂ）は、Ｒａを０．７８，０．８０，０．８２，０．８４，０．９０としたときの、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係を示すグラフである。これらのグラフは、入射光の波長λを１．５５μｍ、Ｒｄを０．１５、コアΔを０．３５％に固定した上で、コア半径ａを変えながら等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとを算出することによって得たものである。図４（ｂ）からは、Ｒａが０．８以下の場合には、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得るのに対して、Ｒａが０．８よりも大きい場合には、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得ないことが分かる。
　すなわち、光ファイバ１においては、Ｒｄを０．１５に設定した場合、Ｒａを０．８以下に設定することが好ましい。これにより、低モード分散条件と３次モード遮断条件とを両立することが可能になるからである。Ｒａを０．８以下に設定しておけば、Ｒｄを０．１５に設定した場合であっても、０．２３に設定した場合であっても、また、０．１５と０．２３との間の値に設定した場合であっても、低モード分散条件と３次モード遮断条件とを両立することが可能になる。
　図５は、実効コア断面積ＡｅｆｆとＲａとの関係（点線）、及び、曲げ損失とＲａとの関係（実線）を示すグラフである。これらのグラフは、入射光の波長λを１．５５μｍ、Ｒｄを０．１５及び０．２３、コアΔを０．３５％に固定した上で、各Ｒａに対する実効コア断面積Ａｅｆｆ及び曲げ損失を算出することによって得たものである。この際、コア半径ａは、各Ｒａに対して低モード分散条件を満たすように設定した。
　なお、図５において曲げ損失がＲａに対して負の相関を示しているのは、コア半径ａを低モード分散条件を満たすように設定しているからである（コア半径ａを一定とした場合、曲げ損失はＲａに対して正の相関を示す）。つまり、Ｒａが大きくなるほど、低モード分散条件を満たすコア半径ａ（等価Ｖ値Ｔに比例）が大きくなり（図２参照）、その結果、曲げ損失が小さくなるからである。
　図５から以下のことが読み取れる。すなわち、Ｒｄが０．２３である場合、Ｒａが０．７７以上であれば、実効コア断面積Ａｅｆｆが１５０μｍ２以上となり、大実効コア断面積条件を満たす。また、Ｒｄが０．２３である場合、Ｒａが０．７８以上であれば、Ｒ＝４０ｍｍでの曲げ損失が１．０×１０－２ｄＢ／ｋｍ以下となり、更に、低曲げ損失条件を満たす。
　なお、Ｒｄが０．１５である場合、Ｒａを０．７０まで低下させても、大実効コア断面積条件が満たされる。したがって、上述したようにＲａを０．７７以上に設定しておけば、Ｒｄを０．１５に設定した場合であっても、０．２３に設定した場合であっても、また、０．１５と０．２３との間の値に設定した場合であっても、大実効コア断面積条件を満たす。
　また、Ｒｄが０．１５である場合、Ｒａを０．７２まで低下させても、低曲げ損失条件が満たされる（グラフを外挿すれば、実際には、Ｒａを０．７０まで低下させても、低曲げ損失条件が満たされることが分かる）。したがって、上述したようにＲａを０．７８以上に設定しておけば、Ｒｄを０．１５に設定した場合であっても、０．２３に設定した場合であっても、また、０．１５と０．２３との間に設定した場合であっても、低曲げ損失条件を満たす。
　以上の知見に基づき、本実施形態に係る光フィバ１においては、最良の形態として、Ｒａを０．７８以上０．８０以下に設定する。これにより、Ｒｄを０．１５以上０．２３以下の任意の値に設定したときに、上述した４つの条件の全て、すなわち、３次モード遮断条件、低モード分散条件、大実効コア断面積条件、及び低曲げ損失条件を満たすことができる。
　なお、Ｒａを０．７８以上０．９４以下に設定してもよい。この場合、少なくともＲｄを０．２３に設定したときに、上述した４つの条件の全てを満たすことができる。また、Ｒａを０．７７以上０．９４以下に設定してもよい。この場合、少なくともＲｄを０．２３に設定したときに、上述した４つの条件のうち、低曲げ損失条件を除く３つの条件を満たすことができる。
　また、Ｒａを０．７２以上０．８以下に設定してもよい。この場合、少なくともＲｄを０．１５に設定したときに、上述した４つの条件の全てを満たすことができる。また、Ｒａを０．７以上０．８以下に設定してもよい。この場合、少なくともＲｄを０．１５に設定したときに、上述した４つの条件のうち、低曲げ損失条件を除く３つの条件を満たすことができる（実際には、上述した４つの条件の全てを満たすことができる）。
　〔コアΔの設定〕
　コアΔの設定について、図６～図８を参照して説明する。以下では主に、Ｒｄを０．１５以上０．２３以下に、また、Ｒａを０．７８以上０．８０以下に設定したときに、上述した４つの条件を満たすコアΔの範囲について検討する。
　図６は、コアΔを０．３％，０．３３％，０．３５％，０．４％としたときの、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係を示すグラフである。これらのグラフは、入射光の波長λを１．５５μｍ、Ｒｄを０．１５、Ｒａを０．８に固定した上で、コア半径ａを変えながら等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとを算出することによって得たものである。
　図６から以下のことが読み取れる。すなわち、コアΔの値を変動させても、等価Ｖ値Ｔとモード分散Δτとの関係は略不変である。したがって、Ｒｄが０．１５以上０．２３以下に、また、Ｒａが０．７８以上０．８０以下に設定されていれば、コアΔの値に拠らず、低モード分散条件と３次モード遮断条件とが両立し得る。
　図７は、曲げ損失とコアΔとの関係を示すグラフである。これらのグラフは、入射光の波長λを１．５５μｍ、Ｒｄを０．１５，０．２０，０．２３の各々、Ｒａを０．７８，０．８０の各々に固定したうえで、各コアΔに対する曲げ損失を算出することによって得たものである。この際、コア半径ａは、低モード分散条件を満たすように決めた。
　ＲａとＲｄとの組合せの各々について、低曲げ損失条件が満たされるコアΔの範囲を表１に一覧する。コアΔを０．３５％以上に設定すれば、ＲａとＲｄとの全ての組合せについて、低曲げ損失条件が満たされることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 　図８は、実効コア断面積ＡｅｆｆとコアΔとの関係を示すグラフである。これらのグラフは、入射光の波長λを１．５５μｍ、Ｒｄを０．１５，０．２０，０．２３の各々、Ｒａを０．７８，０．８０の各々に固定したうえで、各コアΔに対する実効コア断面積Ａｅｆｆを算出することによって得られたものである。この際、コア半径ａは、低モード分散条件を満たすように決めた。
　ＲａとＲｄとの組合せの各々について、大実効コア断面積条件が満たされるコアΔの範囲を表２に一覧する。コアΔを０．３５％以下に設定すれば、ＲａとＲｄとの全ての組合せについて、大実効コア断面積条件が満たされることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 　〔４つの条件を満たすパラメータ空間上の領域〕
　パラメータＲｄ，Ｒａ，Δの張るパラメータ空間Ｐにおいて、上述した４つの条件（３次モード遮断条件、低モード分散条件、大実効コア断面積条件、低曲げ損失条件）を全て満たす領域Ｖを図９に示す。
　図９に示すように、領域Ｖは、以下の６つの点Ｐ１～Ｐ６を頂点とする５面体により近似することができる（表１及び表２参照）。したがって、（Ｒｄ，Ｒａ，Δ）がこの５面体に含まれるようにすれば、上述した４つの条件を同時に満たすことができる。
　Ｐ１＝（０．２３，０．７８，０．３５），
　Ｐ２＝（０．２３，０．８０，０．３５），
　Ｐ３＝（０．１５，０．７８，０．３７），
　Ｐ４＝（０．１５，０．８０，０．３８），
　Ｐ５＝（０．１５，０．７８，０．３２），
　Ｐ６＝（０．１５，０．８０，０．３２）。
　また、図９に示すように、領域Ｖは、以下の３つの不等式によって表現される直方体Ｗを包含する。（Ｒｄ，Ｒａ，Δ）がこの直方体Ｗに含まれている場合には、当然、上述した４つの条件が同時に満たされる。
　０．１５≦Ｒｄ≦０．２０，
　０．７８≦Ｒａ≦０．８０，
　０．３４％≦Δ≦０．３６％。
　〔パラメータの設定例〕
　光ファイバ１におけるパラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａの設定例を表３に示す。この設定例では、コア半径ａを０．３４とし、等価Ｖ値Ｔを４．２７とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 　パラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａを表３に示すように設定し、伝送特性（モード分散、波長分散、曲げ損失、実効コア断面積）を算出したところ、表４に示す値が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 　これにより、パラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａを表３に示すように設定した場合、上述した４つの条件（３次モード遮断条件、低モード分散条件、大実効コア断面積条件、低曲げ損失条件）の全てが満たされることが確かめられる。特に、実効コア断面積Ａｅｆｆは１６２．１に達しており、従来では実現が困難であった非常に大きな実効コア断面積Ａｅｆｆが得られることが分かる。
　光ファイバ１におけるパラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａの他の設定例を表５に示す。この設定例では、コア半径ａを１５．７２とし、等価Ｖ値Ｔを４．２４とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 　パラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａを表５に示すように設定し、伝送特性（モード分散、波長分散、曲げ損失、実効コア断面積）を算出したところ、表６に示す値が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 　これにより、パラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａを表５に示すように設定した場合、上述した４つの条件（３次モード遮断条件、低モード分散条件、大実効コア断面積条件、低曲げ損失条件）の全てが満たされることが確かめられる。特に、実効コア断面積Ａｅｆｆは１６０．２に達しており、従来では実現が困難であった非常に大きな実効コア断面積Ａｅｆｆを得られることが分かる。
　〔モード分散補償〕
　本実施形態に係る光ファイバ１が正のモード分散をもつ場合、負のモード分散をもつ他の光ファイバ２と組み合わせて、光伝送路を構成することが好ましい。これにより、光ファイバ１のみを用いて光伝送路を構成する場合と比べて、よりモード分散の小さい光伝送路を実現することができる。
　このような光伝送路１０の構成例を図１０に示す。光伝送路１０は、正のモード分散Δτｐをもつ光ファイバ１の出射端面と、負のモード分散Δτｎをもつ光ファイバ２の入射端面とを融着することによって構成された光伝送路である。
　光ファイバ１に入射したＬＰ１１の位相は、光ファイバ１を伝搬する過程でＬＰ０１の位相に対してΔτｐ進む。そして、光ファイバ２に入射したＬＰ１１の位相は、光ファイバ２を伝搬する過程でＬＰ０１の位相に対してΔτｎ遅れる。したがって、光ファイバ１の長さをｌｐ、光ファイバ２の長さをｌｎとして、ｌｐ×｜Δτｐ｜≒ｌｎ×｜Δτｎ｜とすれば、光ファイバ１を伝搬する過程で生じた位相の進みが、光ファイバ２を伝搬する過程で生じる位相の遅れによって相殺される（モード分散補償）。
　上述したパラメータ制約条件を満たし、かつ、モード分散Δτｐが５ｐｓ／ｋｍ以上２０ｐｓ／ｋｍ以下になるよう設定された光ファイバ１は、例えば、以下の条件を満たす光ファイバ２と組み合わせると良い。
　・モード分散Δτｎが－１０５ｐｓ／ｋｍ以上－９５ｐｓ／ｋｍ以下、
　・ＬＰ０１に関する実効コア断面積Ａｅｆｆが１５０μｍ２以上であり、かつ、光ファイバ１と同程度、
　・ＬＰ１１に関するＲ＝４０ｍｍでの曲げ損失が１．０×１０－２ｄＢ／ｋｍ以下。
　〔パラメータの設定例〕
　光伝送路１０を構成する光ファイバ１～２におけるパラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａの第１の設定例について説明する。なお、光ファイバ１～２は、何れも図１（ｂ）に示す屈折率分布を有しているものとする。
　正のモード分散Δτｐをもつ光ファイバ１におけるΔ，Ｒｄ，Ｒａの設定例を表７に示す。この設定例では、コア半径ａを１５．７とし、等価Ｖ値Ｔを４．３３とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 　パラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａが表７に示すように設定された光ファイバ１の伝送特性（モード分散、波長分散、曲げ損失、実効コア断面積）を表８に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 　一方、負のモード分散Δτｎをもつ光ファイバ２におけるΔ，Ｒｄ，Ｒａの設定例を表９に示す。この設定例では、コア半径ａを１５．８とし、等価Ｖ値Ｔが４．３６とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 　パラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａが表９に示すように設定された光ファイバ２の伝送特性（モード分散、波長分散、曲げ損失、実効コア断面積）を表１０に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 　光ファイバ１におけるモード分散Δτｐは＋２０．０ｐｓ／ｋｍであり、光ファイバ２におけるモード分散Δτｎは－１０３．４ｐｓ／ｋｍである。したがって、光ファイバ１の長さＬｐと光ファイバ２の長さＬｎとを、Ｌｐ：Ｌｎ＝５１７：１００に設定すれば、３次モード遮断条件、大実効コア断面積条件、低曲げ損失条件を満たし、更に、モード分散τｎが実質的に０となる光伝送路１０を実現することができる。
　次に、光伝送路１０を構成する光ファイバ１～２におけるパラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａの第２の設定例について説明する。なお、光ファイバ１～２は、何れも図１（ｂ）に示す屈折率分布を有しているものとする。
　正のモード分散Δτｐをもつ光ファイバ１におけるΔ，Ｒｄ，Ｒａの設定例を表１１に示す。この設定例では、コア半径ａを１５．４とし、等価Ｖ値Ｔを４．３１とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 　パラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａが表１１に示すように設定された光ファイバ１の伝送特性（モード分散、波長分散、曲げ損失、実効コア断面積）を表１２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 　一方、負のモード分散Δτｎをもつ光ファイバ２におけるΔ，Ｒｄ，Ｒａの設定例を表１３に示す。この設定例では、コア半径ａを１５．３とし、等価Ｖ値Ｔが４．２８とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
 　パラメータΔ，Ｒｄ，Ｒａが表１３に示すように設定された光ファイバ２の伝送特性（モード分散、波長分散、曲げ損失、実効コア断面積）を表１４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
 　光ファイバ１におけるモード分散Δτｐは＋１８．８ｐｓ／ｋｍであり、光ファイバ２におけるモード分散Δτｎは－１０５．０ｐｓ／ｋｍである。したがって、光ファイバ１の長さＬｐと光ファイバ２の長さＬｎとを、Ｌｐ：Ｌｎ＝５２５：９４に設定すれば、３次モード遮断条件、大実効コア断面積条件、低曲げ損失条件を満たし、更に、モード分散τｎが実質的に０となる光伝送路１０を実現することができる。
　〔まとめ〕
　以上のように、本実施形態に係る光ファイバは、屈折率分布がα乗分布である内側コアと、該内側コアを取り囲む外側コアと、該外側コアを取り囲むクラッドとを備え、上記内側コアの中心部と上記クラッドとの比屈折率差に対する、上記外側コアと上記クラッドとの比屈折率差の比をＲｄとして、該Ｒｄが０.１５以上である、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、後述するパラメータＲａ、Δ、及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件及び低モード分散条件を共に満たす光ファイバを実現することができる。
　ここで、３次モード遮断条件とは、光ファイバに入射した入射光のうち、３次以上のモードを遮断するために光ファイバの構造を規定するパラメータに課される条件のこと、すなわち、光ファイバが２モード光ファイバとして機能するために光ファイバの構造を規定するパラメータに課される条件のことを指す。また、低モード分散条件とは、モード分散Δτを－５ｐｓ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｋｍ以下とするために、光ファイバの構造を規定するパラメータに課される条件のことを指す。
　本実施形態に係る光ファイバにおいては、上記Ｒｄが０.１５以上０.２５以下である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、後述するパラメータＲａ、Δ、及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件及び低モード分散条件に加え、更に、大実効コア断面積条件を満たす光ファイバを実現することができる。
　ここで、大実効コア断面積条件とは、ＬＰ０１に関する実効コア断面積Ａｅｆｆを１５０μｍ２以上とするために、光ファイバの構造を規定するパラメータに課される条件のことを指す。
　本実施形態に係る光ファイバにおいては、上記Ｒｄが０.１５以上０.２３以下である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、後述するパラメータＲａ、Δ、及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件、低モード分散条件、及び大実効コア断面積条件に加え、更に、低曲げ損失条件を満たす光ファイバを実現することができる。
　ここで、低曲げ損失条件とは、ＬＰ１１に関するＲ＝４０ｍｍでの曲げ損失を１．０×１０－２ｄＢ／ｋｍ以下とするために、光ファイバの構造を規定するパラメータに課される条件のことを指す。
　本実施形態に係る光ファイバにおいては、上記外側コアの外周半径に対する、上記内側コアの半径の比をＲａとして、該Ｒａが０．８０以下である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、後述するパラメータΔ及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件及び低モード分散条件を共に満たす光ファイバを実現することができる。
　本実施形態に係る光ファイバにおいては、上記Ｒａが０．７７以上である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、後述するパラメータΔ及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件及び低モード分散条件に加え、更に、大実効コア断面積条件を満たす光ファイバを実現することができる。
　本実施形態に係る光ファイバにおいては、上記Ｒａが０．７８以上である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、後述するパラメータΔ及びコア半径ａを適宜設定することにより、３次モード遮断条件、低モード分散条件、及び大実効コア断面積条件に加え、更に、低曲げ損失条件を満たす光ファイバを実現することができる。
　本実施形態に係る光ファイバにおいては、上記内側コアの中心部の屈折率をｎ１、上記クラッドの屈折率をｎ２、比屈折率差［（ｎ１２－ｎ２２）／２ｎ１２］×１００をΔ［％］として、上記Ｒｄ，Ｒａ，Δの張るパラメータ空間において、（Ｒｄ，Ｒａ，Δ）が、６つの点Ｐ１＝（０．２３，０．７８，０．３５），Ｐ２＝（０．２３，０．８０，０．３５），Ｐ３＝（０．１５，０．７８，０．３７），Ｐ４＝（０．１５，０．８０，０．３８），Ｐ５＝（０．１５，０．７８，０．３２），Ｐ６＝（０．１５，０．８０，０．３２）を頂点とする５面体の内部に含まれている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、コア半径ａを適宜設定することによって、３次モード遮断条件、低モード分散条件、大実効コア断面積条件、及び低曲げ損失条件を満たす光ファイバを実現することができる。
　本実施形態に係る光ファイバにおいては、上記Ｒｄが０．１５以上０．２０以下、上記Ｒａが０．７８以上０．８以下、上記Δが０．３４以上０．３６以下である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、各パラメータに課される条件が他のパラメータに課される条件と独立に決まっているので、各パラメータの設定を他のパラメータの設定と独立に行うことができ、設計が容易である。
　また、本実施形態に係る光伝送路は、上記光ファイバと、上記光ファイバとは逆符号のモード分散を有するモード分散補償用光ファイバとを含む、ことを特徴とする。
　上記構成によれば、上記光ファイバのみを用いて光伝送路を構成する場合と比べて、よりモード分散の小さい光伝送路を実現することができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。上述した実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　例えば、上述した実施形態においては、内側コアの屈折率分布が２乗分布であることを仮定したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、内側コアの屈折率分布はα乗分布であればよく、αが厳密に２であることを要さない。
　本発明に係る光ファイバは、大容量伝送用の光ファイバ、特に、長距離伝送用光ファイバとして好適に利用することができる。
　１　　　　光ファイバ
　１１　　　コア
　１１１　　内側コア
　１１２　　外側コア
　１２　　　クラッド
　２　　　　光ファイバ（モード分散補償用光ファイバ）
　１０　　　光伝送路

Claims (10)

  1. 　屈折率分布がα乗分布である内側コアと、該内側コアを取り囲む外側コアと、該外側コアを取り囲むクラッドとを備え、
    　上記内側コアの中心部と上記クラッドとの比屈折率差に対する、上記外側コアと上記クラッドとの比屈折率差の比をＲｄとして、該Ｒｄが０.１５以上である、ことを特徴とする光ファイバ。
  2. 　上記Ｒｄが０.１５以上０.２５以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　上記Ｒｄが０.１５以上０.２３以下である、ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
  4. 　上記外側コアの外周半径に対する、上記内側コアの半径の比をＲａとして、該Ｒａが０．８０以下である、ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
  5. 　上記Ｒａが０．７７以上である、ことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ。
  6. 　上記Ｒａが０．７８以上である、ことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
  7. 　上記内側コアの中心部の屈折率をｎ１、上記クラッドの屈折率をｎ２、比屈折率差（ｎ１２－ｎ２２）／２ｎ１２×１００をΔ［％］として、
    　上記Ｒｄ，Ｒａ，Δの張るパラメータ空間において、（Ｒｄ，Ｒａ，Δ）が、６つの点Ｐ１＝（０．２３，０．７８，０．３５），Ｐ２＝（０．２３，０．８０，０．３５），Ｐ３＝（０．１５，０．７８，０．３７），Ｐ４＝（０．１５，０．８０，０．３８），Ｐ５＝（０．１５，０．７８，０．３２），Ｐ６＝（０．１５，０．８０，０．３２）を頂点とする５面体の内部に含まれている、ことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
  8. 　上記Ｒｄが０．１５以上０．２０以下、上記Ｒａが０．７８以上０．８以下、上記Δが０．３４以上０．３６以下である、ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
  9. 　請求項１から８までの何れか１項に記載の光ファイバと、該光ファイバとは逆符号のモード分散を有するモード分散補償用光ファイバとを含む、ことを特徴とする光伝送路。
  10. 　屈折率分布がα乗分布である内側コアと、該内側コアを取り囲む外側コアと、該外側コアを取り囲むクラッドとを備えた光ファイバの製造方法であって、
    　上記内側コアの中心部と上記クラッドとの比屈折率差に対する、上記外側コアと上記クラッドとの比屈折率差の比をＲｄとして、該Ｒｄが０.１５以上となるように、上記内側コア、上記外側コア、及び上記クラッドの屈折率を設定する工程を含んでいる、
    ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
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