WO2015125555A1 - 光ファイバおよび光ファイバの製造方法 - Google Patents

光ファイバおよび光ファイバの製造方法 Download PDF

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glass tube
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遼 丸山
伸夫 桑木
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株式会社フジクラ
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    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • G02B6/0281—Graded index region forming part of the central core segment, e.g. alpha profile, triangular, trapezoidal core

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber for large-capacity transmission, and relates to an optical fiber used in the information communication field and a method for manufacturing the optical fiber.
  • MDM mode division multiplexing
  • FMF Few-Mode fiber
  • Non-Patent Document 1 a step-like refractive index distribution is adopted for the core structure.
  • Non-Patent Document 2 employs a core structure of ⁇ power distribution. DMD control is also essential for multimode fiber (MMF) used in short-range communication, and ⁇ power distribution is basically adopted for the core shape.
  • MMF multimode fiber
  • Optical fiber core manufacturing methods include Vapor phase axial deposition (VAD), outside vapor deposition (OVD), chemical vapor deposition (CVD) technology, etc.
  • VAD Vapor phase axial deposition
  • OLED outside vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • the material of the communication optical fiber is quartz (SiO 2 ) glass, and a structure in which the refractive index of the core portion is increased by doping germanium (Ge) is generally used.
  • the refractive index distribution of FIG. 1 not only has the clad 102 having a refractive index lower than that of the core 101 around the core 101, but also shows a state in which a central dip 103 is generated at the center of the core 101.
  • the lowest refractive index in the central dip 103 may drop to the same extent as the cladding 102 not doped with GeO 2 .
  • Fig. 2 (a) shows a schematic diagram of the inside of the quartz tube in the collapse.
  • a layer 122 doped with Ge by deposition is deposited on the inner surface of the glass tube 121.
  • the Ge doped layer 122 may be porous glass.
  • the Ge-doped layer 122 is in contact with the gas phase.
  • a heat source 125 such as a burner or a heating furnace in the direction of arrow 124 and reducing the pressure in the tube
  • the Ge-doped layer 126 becomes a layer without a cavity.
  • the GeO gas 123 is released into the gas phase with the heating in the collapse, so that a layer 127 having a reduced Ge concentration serving as a central dip is generated at the center of the core.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of an optical fiber preform in which a central dip has occurred due to collapse.
  • the shape of the central dip greatly affects the DMD characteristics. Moreover, since the shape of the central dip is affected by the temperature distribution and the gas phase atmosphere during the collapse process, it differs in the longitudinal direction of the core material. That is, if a dip is formed, the variation in DMD characteristics in the longitudinal direction of the optical fiber increases. When such a phenomenon occurs, there is a problem that it is difficult to obtain a desired DMD characteristic in the manufactured optical fiber even if the refractive index distribution is designed in consideration of the dip.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and by suppressing fluctuations in the refractive index distribution during the manufacturing process and designing an optimal refractive index distribution, desired DMD characteristics are stabilized in the longitudinal direction.
  • An optical fiber that can be made and a method of manufacturing the optical fiber are provided.
  • the first aspect of the present invention includes a core having a maximum refractive index higher than that of pure SiO 2 , a layer formed in the center of the core, continuously in the longitudinal direction of the optical fiber, and free of Ge, and includes Ge
  • an optical fiber comprising a multimode fiber having a Ge-doped layer having a refractive index distribution of ⁇ power distribution on an outer periphery of a non-layer.
  • the layer not containing Ge is a pure SiO 2 layer.
  • the Ge-free layer preferably has a diameter of 1 ⁇ m or less.
  • the multimode fiber is preferably a two-mode fiber.
  • a fifth aspect of the present invention is a method of manufacturing an optical fiber according to any one of the first to fourth aspects, wherein a Ge-doped layer is formed on the inner surface of the glass tube, and the Ge-doped layer is formed.
  • An optical fiber manufacturing method comprising: forming a Ge-free layer continuously on a glass tube in a longitudinal direction; and collapsing a Ge-doped layer and a glass tube formed with a Ge-free layer. provide.
  • a Ge compound gas is supplied to the inside of the glass tube, and a layer not containing Ge is formed.
  • the Ge-free layer is intentionally formed in the center of the core in the longitudinal direction of the optical fiber, so that fluctuation of the refractive index distribution during the manufacturing process is suppressed.
  • an optimum refractive index distribution can be designed. Therefore, desired DMD characteristics can be stabilized in the longitudinal direction.
  • (A) is a longitudinal cross-sectional view which shows a mode that a central dip arises in collapse
  • (b) is a cross-sectional view which shows an example of the optical fiber preform
  • (A) is a longitudinal cross-sectional view explaining the manufacturing method of embodiment
  • (b) is a cross-sectional view which shows an example of the optical fiber preform
  • (A) is a schematic graph showing the refractive index distribution of the optical fiber of proportional 1
  • (b) is a schematic graph showing the refractive index distribution of the optical fiber of Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing DMD characteristics of the optical fiber of Comparative Example 1 and Example 1.
  • (A) shows the refractive index distribution of the optical fiber of the proportional 2 and
  • (b) is a typical graph which shows the refractive index distribution of the optical fiber of Example 2.
  • FIG. It is a graph which shows the DMD characteristic of the optical fiber of contrast 2 and Example 2.
  • FIG. (A) is a schematic graph showing the refractive index distribution of the optical fiber of proportional 1C
  • (b) is a schematic graph showing the refractive index distribution of the optical fiber of Comparative Example 1. It is a graph which shows DMD characteristic of optical fiber of contrast 1C and comparative example 1.
  • FIG. 3A is a longitudinal sectional view for explaining the manufacturing method of the embodiment.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of an optical fiber preform obtained by the manufacturing method of the embodiment.
  • a longitudinal sectional view represents a section in a direction along the longitudinal direction of the glass tube
  • a transverse sectional view represents a section in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the glass tube.
  • a layer 112 doped with Ge by deposition is deposited.
  • the Ge-doped layer 112 may be porous glass.
  • a Ge-free layer 113 is formed on the Ge-doped layer 112, a Ge-free layer 113 is formed.
  • the layer 113 not containing Ge is continuous over the longitudinal direction of the glass tube 111.
  • the layer 113 not containing Ge is in contact with the gas phase inside the glass tube 111.
  • the layer 113 not containing Ge is a pure SiO 2 layer.
  • a Ge compound gas is supplied into the glass tube 111, and in the process of forming the Ge-free layer 113, the Ge compound gas is supplied into the glass tube 111. Can be stopped.
  • the Ge compound gas may be an inorganic Ge compound or an organic Ge compound as long as it is a compound that gives GeO 2 by oxidative combustion.
  • a halide such as GeCl 4 is generally used.
  • SiO 2 Since the sublimation reaction is determined by the concentration of the volatile substance on the surface of the solid phase in contact with the gas phase, SiO 2 is the only compound that can sublime from the pure SiO 2 layer, and the phenomenon of evaporation of GeO 2 is completely shut out. Is done. As described above, the SiO 2 layer formed at the center of the core functions as a barrier layer for GeO 2 evaporation. Further, SiO 2 is known to have a low vapor pressure, and the influence on the refractive index distribution can be ignored. From these facts, if a pure SiO 2 layer is deposited at the center, the central dip is actively formed in the manufacturing process, but the problem that the dip shape varies in the longitudinal direction can be solved. Of course, it is sufficient that the element does not contain an element having a high vapor pressure such as Ge in the center, and for example, fluorine (F) may be doped in the layer 113 not containing Ge.
  • F fluorine
  • the Ge-doped layer 112 and the Ge-free layer 113 are collapsed, and the core portions 116, 117.
  • the Ge doping amount is adjusted such that the refractive index distribution shown in FIG.
  • the Ge-free layer 117 is provided at the center of the core portion of the optical fiber preform shown in FIG.
  • the core of the optical fiber has a cross section similar to that shown in FIG. 3B, and a Ge-free layer is continuously formed in the longitudinal direction of the optical fiber. Structure.
  • the diameter of the layer not containing Ge is preferably 1 ⁇ m or less in the cross section of the optical fiber.
  • the core diameter of the optical fiber (the diameter of the layer doped with Ge) is not particularly limited, but in the case of FMF, it is about 10 to 20 ⁇ m.
  • the clad provided around the core may be composed only of the glass tube 111 or may be composed of the glass tube 111 and glass further deposited on the outside thereof.
  • the refractive index of the cladding may be equal to the refractive index of pure SiO 2 (n SiO2), may be higher than n SiO2, it may be lower than n SiO2.
  • the ⁇ power distribution is the maximum refractive index at the center n 1 , the minimum refractive index at the outer periphery n 2 , the distance from the center of the optical fiber r, the core radius a, and the shape factor of the refractive index distribution.
  • ⁇ is a relative refractive index difference
  • ⁇ is a refractive index distribution in which the refractive index n (r) of the core at a distance r (0 ⁇ r ⁇ a) can be normalized by the following formula 1. .
  • n (r) n 1 [1-2 ⁇ (r / a) ⁇ ] 1/2 (Formula 1)
  • the relative refractive index difference ⁇ at the core center (refractive index n 1 ) with respect to the core outer periphery (refractive index n 2 ) is defined by the following formula 2.
  • Minimum refractive index n 2 of the core may be equal to the refractive index of the cladding.
  • n 2 represents the refractive index of the cladding
  • n 2 may be equal to the refractive index of the clad and n 2 may be equal to the refractive index of the trench.
  • n 1 does not correspond to the refractive index of the core center because the core does not contain Ge at the core center.
  • the normalized refractive index distribution ⁇ (X) is defined as the following Expression 3.
  • the refractive index distribution parameter g of a graded index optical fiber (GI fiber) is generally 1 ⁇ g ⁇ 3. In the present invention, g is preferably about 1 to 4, for example.
  • the Ge-doped layer 112 is not in contact with the gas phase inside the glass tube 111, the GeO 2 is evaporated even when heated during the collapse. Is prevented.
  • the refractive index of the core-free layer as shown in FIG. 4B is obtained by continuously forming a layer containing no Ge at the center of the core of the optical fiber along the longitudinal direction of the optical fiber. Is a value out of the ⁇ power distribution.
  • the Ge-free layer at the center is a pure SiO 2 layer, and its refractive index is equal to the refractive index of the cladding 12 made of pure SiO 2 .
  • the optical fiber does not satisfy the desired optical characteristics due to the formation of the Ge-free layer at the center of the core of the optical fiber.
  • the original characteristics that is, desired characteristics, by finely adjusting parameters such as ⁇ .
  • a multimode fiber refers to an optical fiber that propagates two or more modes.
  • an FMF such as a two-mode fiber, a three-mode fiber, or a four-mode fiber
  • an optical fiber having optical characteristics suitable for MDM transmission can be easily manufactured.
  • DMD characteristics are effective in the transmission band. In any case, by suppressing manufacturing defects due to central dip, the yield of the optical fiber preform can be improved and the cost can be reduced.
  • the optical fiber of the present invention can be used for an optical fiber transmission line.
  • the optical fiber of the present invention when it is applied to FMF, it is suitable for an optical fiber transmission line that performs MDM transmission.
  • a mode multiplexing device (MUX) or a mode demultiplexing device (DeMUX) is generally used.
  • MDM transmission In order to increase the capacity of the transmission line, it is preferable to use MDM transmission together with wavelength division multiplexing (WDM) transmission.
  • WDM wavelength division multiplexing
  • the optical fiber of the present invention is useful for realizing a low DMD, and is suitable for MDM transmission using MIMO. Further, when two or more types of optical fibers having opposite DMD signs are connected in series in the transmission line, the DMD of the entire transmission line is reduced by adjusting the ratio of the lengths of the respective optical fibers. Can do.
  • the manufacturing method in which the Ge-doped layer and the Ge-free layer are formed in this order on the inner surface of the glass tube by the CVD method has been described. It is also possible to use. For example, after manufacturing an optical fiber preform as usual by the CVD method, the core center portion may be hollowed out to remove the portion including the central dip and provide a hole. Desired optical characteristics can be obtained by designing each parameter of the optical fiber based on a structure having a hole in the center of the core.
  • a glass rod not containing Ge is arranged at the center, a layer doped with Ge is deposited around the glass rod, and a clad portion is further laminated thereon. It is possible to manufacture an optical fiber having a similar structure.
  • FIG. 4A shows a refractive index distribution of an optical fiber having an ideal refractive index distribution without a central dip in the bimodal fiber as a comparative 1 to be compared with the first embodiment. Shows each parameter in the optical fiber of the proportional 1 unit.
  • FIG. 4B shows the refractive index distribution of the optical fiber of Example 1, and Fiber 1b in Table 1 shows parameters in the optical fiber of Example 1.
  • FIG. 4A shows a refractive index distribution of an optical fiber having an ideal refractive index distribution without a central dip in the bimodal fiber as a comparative 1 to be compared with the first embodiment. Shows each parameter in the optical fiber of the proportional 1 unit.
  • FIG. 4B shows the refractive index distribution of the optical fiber of Example 1, and Fiber 1b in Table 1 shows parameters in the optical fiber of Example 1.
  • ⁇ + represents the relative refractive index difference (see Formula 2) in the ⁇ power distribution of the core 11 as a percentage.
  • a represents the radius of the core 11.
  • ⁇ represents a parameter of ⁇ power distribution.
  • r SiO2 represents the radius of pure SiO 2 layer 13.
  • the maximum refractive index of the core 11 doped with Ge is higher than that of pure SiO 2
  • the refractive index at the outer periphery of the core 11 and the refractive index of the cladding 12 are equal to the refractive index of pure SiO 2. .
  • FIG. 5 shows the DMD calculation results of the structure shown in Table 1. It can be seen that both have the same DMD characteristics although the refractive index distributions are slightly different.
  • FIG. 6A shows a refractive index distribution of an optical fiber having an ideal refractive index distribution without a central dip in the bimodal fiber as a comparative 2 to be compared with the second embodiment. Shows each parameter in the optical fiber of the proportional 2.
  • FIG. 6B shows the refractive index distribution of the optical fiber of Example 2, and Fiber 2b in Table 2 shows parameters of the optical fiber of Example 2.
  • ⁇ + represents the relative refractive index difference (see Formula 2) in the ⁇ power distribution of the core 21 as a percentage.
  • ⁇ ⁇ indicates the relative refractive index difference of the trench 23 with respect to the cladding 22 as a percentage.
  • a represents the radius from the center of the core 21 to the outer periphery of the trench 23.
  • ⁇ represents a parameter of ⁇ power distribution.
  • W represents the width of the trench 23 (difference between the outer radius and the inner radius).
  • r SiO2 represents the radius of pure SiO 2 layer 24.
  • the maximum refractive index of the core 21 doped with Ge is higher than that of pure SiO 2 , and the refractive index at the outer periphery of the core 21 and the refractive index of the trench 23 are lower than those of pure SiO 2.
  • the refractive index of the cladding 22 is equal to the refractive index of pure SiO 2 .
  • FIG. 7 shows DMD calculation results of the structure shown in Table 2. It can be seen that both have the same DMD characteristics although the refractive index distributions are slightly different.
  • FIG. 8A shows a refractive index distribution of an optical fiber having an ideal refractive index distribution without a central dip in a two-mode fiber as a comparative 1C to be compared with Comparative Example 1.
  • Fiber A in Table 3 shows each parameter in the optical fiber of the comparative 1C.
  • FIG. 8B shows a refractive index distribution of the optical fiber of Comparative Example 1 having a central dip.
  • Fiber B in Table 3 shows parameters in the optical fiber of Comparative Example 1.
  • ⁇ + represents the relative refractive index difference (see Formula 2) in the ⁇ power distribution of the core 31 as a percentage.
  • a represents the radius of the core 31.
  • ⁇ represents a parameter of ⁇ power distribution in the core 31.
  • r dip represents the radius of the central dip 33.
  • the maximum refractive index of the Ge-doped core 31 is higher than that of pure SiO 2
  • the refractive index at the outer periphery of the core 31 and the refractive index of the cladding 32 are equal to the refractive index of pure SiO 2. .
  • FIG. 9 shows the DMD calculation results of the structure shown in Table 3. Although both parameters have the same parameter values other than dip, it can be seen that the DMD of the optical fiber of Comparative Example 1 is greatly increased (deteriorated) due to the formation of the central dip 33.

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Abstract

　光ファイバであって、最大屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率より高いコアと、コアの中心に形成され、光ファイバの長手方向にわたり連続して、Ｇｅを含まない層と、Ｇｅを含まない層の外周に、屈折率分布がα乗分布である、Ｇｅがドープされた層と、を有するマルチモードファイバを備える。

Description

光ファイバおよび光ファイバの製造方法
　本発明は、大容量伝送用の光ファイバであって、情報通信分野において使用される光ファイバおよび光ファイバの製造方法に関する。
　本願は、２０１４年２月２０日に、日本に出願された特願２０１４－０３０５９６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）を用いた既存の伝送技術を超える大容量伝送技術の一つとして、複数のモードを伝搬するFew-Modeファイバ（ＦＭＦ）を用いたモード分割多重（ＭＤＭ）伝送が注目を集めている。また、ＭＤＭ伝送では、モード合分波器、ＦＭＦ自体において生じるモード結合による信号劣化を復元するMultiple-Input-Multiple-Output（ＭＩＭＯ）との併用が考えられており、それらの技術を組み合わせた大容量伝送実験が既に報告されている。一方、ＭＩＭＯの信号処理演算量は、ＦＭＦが有するモード間群遅延時間差（ＤＭＤ）が大きいほど増加することが知られており、ＤＭＤが大きいと信号処理が追いつかない。そのため、ＤＭＤが小さいＦＭＦの開発がＭＩＭＯを用いたＭＤＭ伝送では必須となる。ＤＭＤを低減したＦＭＦについては、例えば、次の非特許文献にいくつかの報告例がある。非特許文献１では、コア構造に階段状の屈折率分布を採用している。非特許文献２では、α乗分布のコア構造を採用している。また、短距離通信で用いられているマルチモードファイバ（ＭＭＦ）においてもＤＭＤ制御は必須であり、基本的にコアの形状にはα乗分布が採用されている。
　しかしながら、ＤＭＤは光ファイバの屈折率分布の構造に非常に敏感であり、上記の文献においても精密な屈折率分布の制御が要求されている。光ファイバのコア部の製造方法としては、Vapor phase axial deposition（ＶＡＤ、気相軸付法）、Outside vapor deposition（ＯＶＤ、外付け法）、Chemical vapor deposition（ＣＶＤ、化学気相蒸着法）技術等がある。また、一般的に通信用光ファイバの材質は石英（ＳｉＯ２）系ガラスであり、ゲルマニウム（Ｇｅ）のドープによりコア部の屈折率を高くした構造が一般的である。
　ＣＶＤ工程では、図２に示すように、中空の石英ガラス管の内部にガラスを堆積させた後、「コラップス」という、管内を１８００℃以上の高温に曝して空洞を潰す工程を経る。このコラップス中に一つの問題が生じる。それは、ＧｅＯ２は蒸気圧が比較的高いため、コラップス工程中に気相（空洞内部の気体）と接しているコア領域ではＧｅＯ２が揮発し（化学式１）、コア中心部のＧｅ濃度が低下する、つまり、屈折率が急激に落ち込むことである（図１）。コア中心部で屈折率分布が落ち込んだ部分をセントラルディップとしばしば呼ぶ。
　化学式１：ＧｅＯ２（ｓ）→ＧｅＯ（ｇ）＋１／２Ｏ２（ｇ）
　図１の屈折率分布では、コア１０１の周囲に、コア１０１より屈折率の低いクラッド１０２を有するだけでなく、コア１０１の中心にセントラルディップ１０３が生じた様子を示す。コア中心からほとんどのＧｅＯ２が揮発した場合、セントラルディップ１０３における最低の屈折率は、ＧｅＯ２をドープしていないクラッド１０２と同程度まで落ち込むこともある。
　図２（ａ）にコラップス中の石英管の内部の模式図を示す。ガラス管１２１の内面には、デポジションによりＧｅがドープされた層１２２が堆積されている。Ｇｅがドープされた層１２２は、多孔質のガラスであってもよい。Ｇｅがドープされた層１２２は、気相と接している。バーナーや加熱炉などの熱源１２５を矢印１２４の方向にトラバース（平行移動）させ、管内を減圧することにより、Ｇｅがドープされた層１２６は空洞のない層となる。しかし、コラップス中の加熱に伴い、ＧｅＯのガス１２３が気相中に放出されることにより、コアの中心部に、セントラルディップとなるＧｅ濃度が低下した層１２７を生じる。図２（ｂ）は、コラップスによりセントラルディップが生じた光ファイバ母材の断面図である。
　セントラルディップの形状、（落ちこんだ屈折率、ディップの幅）は、ＤＭＤ特性に大きく影響を及ぼす。また、セントラルディップの形状は、コラップス工程中の温度分布や気相の雰囲気に影響されるため、それはコア材長手方向で異なる。つまり、ディップが形成してしまうと、光ファイバの長手方向におけるＤＭＤ特性の変動が大きくなる。このような現象が起こると、たとえディップを加味して屈折率分布を設計したとしても、製造した光ファイバにおいて所望のＤＭＤ特性を得ることは難しいという問題があった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造工程中での屈折率分布の変動を抑制し、最適な屈折率分布を設計することで、所望のＤＭＤ特性を長手方向で安定化させられることが可能な光ファイバおよび光ファイバの製造方法を提供する。
　本発明の第１態様は、最大屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率より高いコアと、コアの中心に形成され、光ファイバの長手方向にわたり連続して、Ｇｅを含まない層と、Ｇｅを含まない層の外周に、屈折率分布がα乗分布である、Ｇｅがドープされた層と、を有するマルチモードファイバを備える、光ファイバを提供する。
　本発明の第２態様は、上記第１態様の光ファイバにおいて、Ｇｅを含まない層が、純粋ＳｉＯ２層であることが好ましい。
　本発明の第３態様は、上記第１または第２態様の光ファイバにおいて、Ｇｅを含まない層の直径が１μｍ以下であることが好ましい。
　本発明の第４態様は、上記第１から第３態様の光ファイバにおいて、マルチモードファイバが２モードファイバであることが好ましい。
　本発明の第５態様は、上記第１から第４態様の光ファイバの製造方法であって、ガラス管の内面の上に、Ｇｅがドープされた層を形成し、Ｇｅがドープされた層の上に、ガラス管の長手方向にわたり連続して、Ｇｅを含まない層を形成し、Ｇｅがドープされた層およびＧｅを含まない層が形成されたガラス管をコラップスする、光ファイバの製造方法を提供する。
　本発明の第６態様は、上記第５態様の光ファイバの製造方法において、Ｇｅがドープされた層を形成する際に、ガラス管の内部にＧｅ化合物ガスを供給し、Ｇｅを含まない層を形成する際に、ガラス管の内部へのＧｅ化合物ガスの供給を停止することが好ましい。
　上記本発明に係る態様によれば、コアの中心に、光ファイバの長手方向にわたり連続して、Ｇｅを含まない層を意図的に形成するので、製造工程中での屈折率分布の変動を抑制し、最適な屈折率分布を設計することができる。従って、所望のＤＭＤ特性を長手方向で安定化させられることが可能になる。
コア中心にセントラルディップを有する光ファイバの屈折率分布の一例を示すグラフである。 （ａ）はコラップス中にセントラルディップが生じる様子を示す縦断面図であり、（ｂ）はコラップスによりセントラルディップが生じた光ファイバ母材の一例を示す横断面図である。 （ａ）は実施形態の製造方法を説明する縦断面図であり、（ｂ）は実施形態の製造方法により得られた光ファイバ母材の一例を示す横断面図である。 （ａ）は対比例１の光ファイバの屈折率分布を示し、（ｂ）は実施例１の光ファイバの屈折率分布を示す模式的なグラフである。 対比例１および実施例１の光ファイバのＤＭＤ特性を示すグラフである。 （ａ）は対比例２の光ファイバの屈折率分布を示し、（ｂ）は実施例２の光ファイバの屈折率分布を示す模式的なグラフである。 対比例２および実施例２の光ファイバのＤＭＤ特性を示すグラフである。 （ａ）は対比例１Ｃの光ファイバの屈折率分布を示し、（ｂ）は比較例１の光ファイバの屈折率分布を示す模式的なグラフである。 対比例１Ｃおよび比較例１の光ファイバのＤＭＤ特性を示すグラフである。
　以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
　図３（ａ）は、実施形態の製造方法を説明する縦断面図である。図３（ｂ）は、実施形態の製造方法により得られた光ファイバ母材の一例を示す横断面図である。本明細書において、縦断面図はガラス管の長手方向に沿った方向の断面を表し、横断面図はガラス管の長手方向に垂直な方向の断面を表す。
　ガラス管１１１の内面の上には、デポジションによりＧｅがドープされた層１１２が堆積されている。Ｇｅがドープされた層１１２は、多孔質のガラスであってもよい。Ｇｅがドープされた層１１２の上には、Ｇｅを含まない層１１３が形成されている。Ｇｅを含まない層１１３は、ガラス管１１１の長手方向にわたり連続している。これにより、ガラス管１１１の内部の気相とは接するのは、Ｇｅを含まない層１１３となる。本実施形態の場合、Ｇｅを含まない層１１３は、純粋ＳｉＯ２層である。Ｇｅがドープされた層１１２を形成する工程に際し、ガラス管１１１の内部にＧｅ化合物ガスを供給し、Ｇｅを含まない層１１３を形成する工程に際し、ガラス管１１１の内部へのＧｅ化合物ガスの供給を停止すればよい。Ｇｅ化合物ガスとしては、酸化的燃焼によりＧｅＯ２を与える化合物であれば、無機Ｇｅ化合物でも有機Ｇｅ化合物でもよい。特に限定されないが、ＧｅＣｌ４等のハロゲン化物が一般的に用いられる。
　昇華反応は、気相に接する固相の表面における、揮発する物質の濃度によって決まるので、純粋ＳｉＯ２層から昇華し得る化合物はＳｉＯ２だけであり、ＧｅＯ２の蒸発という現象は完全にシャットアウトされる。このように、コア中心部に形成させたＳｉＯ２層は、ＧｅＯ２蒸発のバリア層として働く。また、ＳｉＯ２は蒸気圧が低いことが知られており、屈折率分布への影響は無視できる。これらのことより、中心部に純粋ＳｉＯ２層を堆積すれば、製造工程においてセントラルディップを積極的に形成してはいるものの、長手方向でディップ形状がバラツくという問題は解決できる。もちろん、中心部にＧｅ等の蒸気圧が高い元素が含有していなければよく、例えば、Ｇｅを含まない層１１３内にフッ素（Ｆ）がドープされている等でも構わない。
　バーナーや加熱炉などの熱源１１５を矢印１１４の方向にトラバース（平行移動）させることにより、Ｇｅがドープされた層１１２とＧｅを含まない層１１３がコラップスされて、それぞれ空洞のないコア部１１６，１１７となる。Ｇｅがドープされた層１１６は、図４（ａ）に示すような屈折率分布がα乗分布となるように、Ｇｅのドープ量が調整される。Ｇｅを含まない層１１７は、図３（ｂ）に示す光ファイバ母材のコア部の中心に設けられる。
　光ファイバ母材を紡糸して光ファイバとした後も、光ファイバのコアは図３（ｂ）と同様な断面を有し、Ｇｅを含まない層が光ファイバの長手方向にわたり連続して形成された構造となる。Ｇｅを含まない層の直径は、光ファイバの断面において１μｍ以下であることが好ましい。光ファイバのコア径（Ｇｅがドープされた層の径）は、特に限定されないが、ＦＭＦの場合、１０～２０μｍ程度である。コアの周囲に設けられるクラッドは、ガラス管１１１のみから構成してもよいし、ガラス管１１１とその外側にさらに堆積させたガラスから構成してもよい。クラッドの屈折率は、純粋ＳｉＯ２の屈折率（ｎＳｉＯ２）に等しくてもよく、ｎＳｉＯ２より高くてもよく、ｎＳｉＯ２より低くてもよい。
　本発明において、α乗分布とは、中心における最大屈折率をｎ１、外周における最小屈折率をｎ２、光ファイバの中心からの距離をｒ、コア半径をａ、屈折率分布の形状係数をα、比屈折率差をΔとするとき、距離ｒ（ただし、０≦ｒ≦ａ）におけるコアの屈折率ｎ（ｒ）を次の式１で規格化することが可能な屈折率分布をいう。
　ｎ（ｒ）＝ｎ１［１－２Δ（ｒ／ａ）α］１／２・・・（式１）
　コア外周（屈折率ｎ２）を基準としたコア中心（屈折率ｎ１）の比屈折率差Δは、次の式２で定義されている。
　Δ＝（ｎ１ ２－ｎ２ ２）／２ｎ１ ２・・・（式２）
　なお、式１によれば、ｒ＝０のときｎ（０）＝ｎ１であり、ｒ＝ａのときｎ（ａ）＝ｎ２である。コアの最小屈折率ｎ２はクラッドの屈折率に等しくてもよい。ｎ２がクラッドの屈折率を表す場合、ｒ＞ａにおいてｎ（ｒ）＝ｎ２であってもよい。コアとクラッドとの間にトレンチを有する場合、ｎ２がクラッドの屈折率に等しくてもよく、ｎ２がトレンチの屈折率に等しくてもよい。本発明の光ファイバにおいては、コア中心にＧｅを含まない層を有することから、ｎ１はコア中心の屈折率に該当しない。実際に製造された光ファイバについてαおよびｎ１の値を推測するときは、これらを共に変数として、Ｇｅがドープされた層の屈折率分布から回帰分析により解析することもできる。
　参考まで、ＪＩＳ　Ｃ　６８２０（光ファイバ通則）に記載されている屈折率分布パラメータｇは、Ｘ＝ｒ／ａとするとき、Ｘにおける屈折率ｎ（Ｘ）に対して、屈折率分布をδ（Ｘ）＝１－Ｘｇと規格化したときのパラメータｇをいう。ここで、規格化された屈折率分布δ（Ｘ）は、次の式３のように定義されている。
　δ（Ｘ）＝［ｎ（Ｘ）－ｎ（１）］／［ｎ（０）－ｎ（１）］・・・（式３）
　式３において、Ｘはコア径方向の位置を表す。δ（Ｘ）による規格化によれば、コア中心においてＸ＝０かつδ（０）＝１であり、コア外周においてＸ＝１かつδ（１）＝０となる。グレーデッドインデックス形光ファイバ（ＧＩファイバ）の屈折率分布パラメータｇは、一般に、１≦ｇ＜３である。本発明では、ｇは例えば１～４程度が好ましい。
　以上、説明したように、本実施形態によれば、Ｇｅがドープされた層１１２がガラス管１１１の内部の気相と接していないので、コラップスの際に加熱されても、ＧｅＯ２の蒸発が防止される。光ファイバのコアの中心部にＧｅを含まない層が光ファイバの長手方向にわたり連続して形成されたことにより、図４（ｂ）に示すようなコア中心部のＧｅを含まない層の屈折率は、α乗分布から外れた値となる。図４（ｂ）の場合、中心部のＧｅを含まない層は純粋ＳｉＯ２層であり、その屈折率は、純粋ＳｉＯ２からなるクラッド１２の屈折率と等しい。
　光ファイバのコアの中心部にＧｅを含まない層を形成したことによって光ファイバが所望の光学特性を満足しないことが懸念される。しかし、α乗分布の屈折率分布を有する光ファイバの場合、αなどのパラメータを微調整することによってもともとの特性、つまり、所望の特性を得ることが可能である。
　本明細書において、マルチモードファイバとは、２以上のモードを伝搬する光ファイバをいう。本発明は、２モードファイバ、３モードファイバ、４モードファイバのようなＦＭＦに適用すると、ＭＤＭ伝送に好適な光学特性を有する光ファイバを容易に製造することができる。ＦＭＦよりモード数が多いマルチモードファイバではＤＭＤ特性が伝送帯域に効いてくる。いずれの場合にも、セントラルディップによる製造不良を抑制することにより、光ファイバ母材の歩留まりを向上し、コストを低減することができる。
　本発明の光ファイバは、光ファイバ伝送路に利用可能である。特に、本発明の光ファイバをＦＭＦに適用した場合、ＭＤＭ伝送を行う光ファイバ伝送路に好適である。ＭＤＭ伝送を行う光ファイバ伝送路において、伝搬モード毎に信号を載せるためには、一般には、モード合波デバイス（ＭＵＸ）やモード分波デバイス（ＤｅＭＵＸ）が用いられる。伝送路の大容量化には、ＭＤＭ伝送を波長分割多重（ＷＤＭ）伝送と併用することが好ましい。本発明の光ファイバは、低ＤＭＤを実現するために有用であり、ＭＩＭＯを用いたＭＤＭ伝送に好適である。また、伝送路において、ＤＭＤの符号が反対である２種以上の光ファイバを直列に接続する場合、それぞれの光ファイバの長さの比率を調整することで、伝送路全体のＤＭＤを低減することができる。
　以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
　上述の実施形態では、ＣＶＤ法により、ガラス管の内面の上に、Ｇｅがドープされた層と、Ｇｅを含まない層とをこの順に形成する製造方法を説明したが、本発明では他の手法を用いることも可能である。例えば、ＣＶＤ法により、通常のように光ファイバ母材を製造した後、コア中心部をくりぬいてセントラルディップを含む部分を除去し、空孔を設けてもよい。コア中心部に空孔を有する構造に基づいて光ファイバの各パラメータを設計することにより、所望の光学特性を得ることができる。また、別の製造方法として、Ｇｅを含まないガラス棒を中心に配置し、その周囲にＧｅがドープされた層を堆積し、さらにその上にクラッド部を積層する方法でも、上述の実施形態と同様な構造の光ファイバを製造することが可能である。
　以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
　実施例１と対比すべき対比例１として、図４（ａ）に、２モードファイバにおいて、セントラルディップがない理想的な屈折率分布を有する光ファイバの屈折率分布を示し、表１のＦｉｂｅｒ １ａには、対比例１の光ファイバにおける各パラメータを示す。図４（ｂ）には、実施例１の光ファイバの屈折率分布を示し、表１のＦｉｂｅｒ １ｂには、実施例１の光ファイバにおける各パラメータを示す。
　表１において、Δ＋は、コア１１のα乗分布における比屈折率差（式２参照）を百分率で表示したものである。ａはコア１１の半径を表す。αはα乗分布のパラメータを表す。
　ｒＳｉＯ２は、純粋ＳｉＯ２層１３の半径を表す。これらの光ファイバでは、Ｇｅがドープされたコア１１の最大の屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率より高く、コア１１の外周における屈折率とクラッド１２の屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率に等しい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図５に、表１の構造のＤＭＤ計算結果をそれぞれ示す。両者は屈折率分布が若干異なるものの、同等のＤＭＤ特性を有していることがわかる。
（実施例２）
　実施例２と対比すべき対比例２として、図６（ａ）に、２モードファイバにおいて、セントラルディップがない理想的な屈折率分布を有する光ファイバの屈折率分布を示し、表２のＦｉｂｅｒ ２ａには、対比例２の光ファイバにおける各パラメータを示す。図６（ｂ）には、実施例２の光ファイバの屈折率分布を示し、表２のＦｉｂｅｒ ２ｂには、実施例２の光ファイバにおける各パラメータを示す。
　表２において、Δ＋は、コア２１のα乗分布における比屈折率差（式２参照）を百分率で表示したものである。Δ－は、クラッド２２を基準としたトレンチ２３の比屈折率差を百分率で表示したものである。ａは、コア２１の中心からトレンチ２３の外周までの半径を表す。αはα乗分布のパラメータを表す。Ｗは、トレンチ２３の幅（外半径と内半径との差）を表す。ｒＳｉＯ２は、純粋ＳｉＯ２層２４の半径を表す。これらの光ファイバでは、Ｇｅがドープされたコア２１の最大の屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率より高く、コア２１の外周における屈折率とトレンチ２３の屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率より低く、クラッド２２の屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率に等しい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図７に、表２の構造のＤＭＤ計算結果をそれぞれ示す。両者は屈折率分布が若干異なるものの、同等のＤＭＤ特性を有していることがわかる。
（比較例１）
　比較例１と対比すべき対比例１Ｃとして、図８（ａ）に、２モードファイバにおいて、セントラルディップがない理想的な屈折率分布を有する光ファイバの屈折率分布を示す。
　表３のＦｉｂｅｒ Ａには、対比例１Ｃの光ファイバにおける各パラメータを示す。図８（ｂ）には、セントラルディップがある比較例１の光ファイバの屈折率分布を示す。表３のＦｉｂｅｒ Ｂには、比較例１の光ファイバにおける各パラメータを示す。
　表３において、Δ＋は、コア３１のα乗分布における比屈折率差（式２参照）を百分率で表示したものである。ａはコア３１の半径を表す。αはコア３１におけるα乗分布のパラメータを表す。ｒｄｉｐは、セントラルディップ３３の半径を表す。これらの光ファイバでは、Ｇｅがドープされたコア３１の最大の屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率より高く、コア３１の外周における屈折率とクラッド３２の屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率に等しい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図９に、表３の構造のＤＭＤ計算結果をそれぞれ示す。両者はディップ以外のパラメータ値は同一にもかかわらず、比較例１の光ファイバは、セントラルディップ３３の形成によりＤＭＤが大幅に大きくなっている（劣化している）ことがわかる。
　１１，２１，３１，１０１　Ｇｅがドープされたコア
　１２，２２，３２，１０２　クラッド
　１３，２４　純粋ＳｉＯ２層
　２３　トレンチ
　３３，１０３　セントラルディップ
　１１１，１２１　ガラス管
　１１２，１２２　Ｇｅがドープされた層
　１１３　Ｇｅを含まない層
　１１４，１２４　矢印
　１１５，１２５　熱源
　１１６，１２６　Ｇｅがドープされた層
　１１７　Ｇｅを含まない層
　１１８　コア
　１２３　ガス
　１２７　Ｇｅ濃度が低下した層

Claims (6)

  1. 　最大屈折率が純粋ＳｉＯ２の屈折率より高いコアと、
    　前記コアの中心に形成され、光ファイバの長手方向にわたり連続して、Ｇｅを含まない層と、
    　前記Ｇｅを含まない層の外周に、屈折率分布がα乗分布である、Ｇｅがドープされた層と、
    を有するマルチモードファイバを備える、光ファイバ。
  2. 　前記Ｇｅを含まない層が、純粋ＳｉＯ２層である、請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記Ｇｅを含まない層の直径が１μｍ以下である、請求項１または２に記載の光ファイバ。
  4. 　前記マルチモードファイバが２モードファイバである、請求項１～３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法であって、
    　ガラス管の内面の上に、Ｇｅがドープされた層を形成し、
    　前記Ｇｅがドープされた層の上に、前記ガラス管の長手方向にわたり連続して、Ｇｅを含まない層を形成し、
    　前記Ｇｅがドープされた層および前記Ｇｅを含まない層が形成されたガラス管をコラップスする、
    光ファイバの製造方法。
  6. 　前記Ｇｅがドープされた層を形成する際に、前記ガラス管の内部にＧｅ化合物ガスを供給し、
    　前記Ｇｅを含まない層を形成する際に、前記ガラス管の内部への前記Ｇｅ化合物ガスの供給を停止する、
    請求項５に記載の光ファイバの製造方法。
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