WO2020009080A1 - 光ファイバ - Google Patents

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    • G02B6/03644—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 - + -

Definitions

  • Stimulated Brillouin Scattering (SBS) in an optical fiber refers to light guided in a first direction (first guided light) and light guided in a second direction opposite to the first direction (second guided light). ), And the interaction between the acoustic waves propagating in the first direction. Due to this SBS, the power is transferred from the first guided light to the second guided light and the acoustic wave, and the waveform of the first guided light is distorted. Therefore, the SBS is a factor that restricts the transmission performance of high-power light transmission or signal light transmission.
  • Patent Documents 1 to 6 disclose optical fibers intended to suppress SBS.
  • Patent Document 1 describes fluorine (F) and phosphorus (P) as additives for adjusting the viscosity and the coefficient of thermal expansion of an optical fiber containing silica glass as a main component.
  • Patent Document 2 describes that silica glass containing GeO 2 is used as an optical core, and that F is co-added in addition to GeO 2 in a part of the optical core.
  • Patent Document 3 describes that silica glass containing GeO 2 is used as an optical core, and that Al 2 O 3 is co-added in addition to GeO 2 in a part of the optical core.
  • Patent Literature 4 describes a core structure including a central region, an intermediate region, and an outer region.
  • Patent Document 4 discloses that the maximum value of the relative refractive index difference in the central region is ⁇ 1max, the minimum value of the relative refractive index difference in the intermediate region is ⁇ 2min, and the maximum value of the relative refractive index difference in the outer region is ⁇ 3max. At this time, it is described that ⁇ 1max> ⁇ 2min and ⁇ 3max> ⁇ 2min are satisfied.
  • Patent Literature 5 describes that an annular acoustic core can be formed by a concentration distribution of GeO 2 or F added to silica glass which is a main component of the core.
  • Patent Literature 6 discloses that a core mainly composed of silica glass contains at least two types of additives, and the concentration of at least one type of the additives continuously changes in the radial direction, and a clad surrounding the core is used. Describes a structure having a trench layer to which F is added. As additives for the core, Fe, F, P, Al, Cl, B, N, and alkali metal elements are disclosed.
  • the optical fiber of the present disclosure includes a core extending along the fiber axis and containing silica glass as a main component, a clad surrounding the core and containing silica glass as a main component, and a resin material surrounding the clad.
  • the core contains silica glass as a main component.
  • the cladding has a lower refractive index than the core.
  • the local sound velocity decreases from the side of the core toward the side of the cladding.
  • the local sound speed changes continuously along the radial direction from the fiber axis toward the outer peripheral surface of the cladding.
  • the Brillouin gain of the guided light in the fundamental mode has a line width of 60 MHz or more.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a typical structure of an optical fiber according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 2 is a diagram illustrating difference optical relative refractive index delta, acoustic relative refractive index difference .DELTA.a, and metal additive concentration C K respective radial distribution in the optical fiber of the first embodiment.
  • Figure 3 is a diagram illustrating difference optical relative refractive index delta, acoustic relative refractive index difference .DELTA.a, and metal additive concentration C K respective radial distribution in the optical fiber according to the first comparative example.
  • Figure 4 is a diagram illustrating difference optical relative refractive index delta, acoustic relative refractive index difference .DELTA.a, and metal additive concentration C K respective radial distribution in the optical fiber according to the second comparative example.
  • Figure 5 is a diagram illustrating difference optical relative refractive index delta, acoustic relative refractive index difference .DELTA.a, and metal additive concentration C K respective radial distribution in the optical fiber of the second embodiment.
  • Patent Document 1 broadens the frequency spectrum width of the SBS by forming uneven viscosity and thermal expansion coefficient in the radial direction in the core of the optical fiber, thereby suppressing the SBS.
  • Both the techniques of Patent Literature 2 and Patent Literature 3 suppress the SBS by making the sound speed non-uniform in the core of the optical fiber.
  • the technique disclosed in Patent Document 4 adjusts the concentration distribution of GeO 2 added to silica glass, which is a main component of the core, so that a fundamental optical mode guided to an optical fiber and a plurality of acoustic modes are adjusted. The acousto-optic effective area, which represents a small overlap, is enlarged.
  • an annular acoustic core is provided in a part of an optical core, and an acoustic mode localized inside the annular acoustic core and an acoustic mode localized outside the annular acoustic core. Vary the speed of sound between. Due to the difference in sound speed between the acoustic modes, the spectrum width of Brillouin gain is widened, and as a result, SBS is suppressed.
  • the trench layer of the technique of Patent Document 6 has an effect of reducing bending loss of the fundamental waveguide mode.
  • the above-described conventional technique intended to suppress the SBS of the optical fiber has a problem that the optical transmission loss of the fundamental waveguide mode increases with the suppression of the SBS.
  • the composition and physical properties of the optical core are made non-uniform in order to make the sound speeds of a plurality of acoustic modes non-uniform. That is, in order to make the composition and physical properties of the optical core non-uniform, an increase in the amount of the additive or an increase in the number of interfaces between glass regions having different compositions increases the optical loss caused by the additive or the interface. Will increase.
  • an object of the present disclosure is to provide an optical fiber that can suppress both SBS and increase in transmission loss.
  • an optical fiber of the present disclosure includes a core extending along a fiber axis, a clad surrounding the core, and a coating layer surrounding the clad and made of a resin material.
  • the core contains silica glass as a main component.
  • the clad is mainly composed of silica glass and has a refractive index lower than that of the core.
  • the concentration distribution of the additive is adjusted in order to control the local sound speed in the optical fiber. Specifically, in the glass region including the boundary between the core and the clad, the local sound speed decreases from the side of the core toward the side of the clad.
  • the Brillouin gain of the guided light in the fundamental mode has a line width of 60 MHz or more.
  • the “local sound velocity” in the present disclosure means a sound velocity in a uniform medium having the same physical properties as the local physical properties.
  • the “line width of the Brillouin gain” means that the guided light in the fundamental mode is the first guided light, and the second guided light is propagated in opposition to the first guided light. Means the full width at half maximum when the gain received by the second guided light by the SBS generated as a function of the optical frequency difference between the first guided light and the second guided light.
  • At least the clad preferably contains a metal additive that lowers the speed of sound in a state where the concentration of fluorine in the clad is set to be higher than the concentration of fluorine in the core. In this case, it is preferable that the concentration of the metal additive in the cladding be continuously reduced in the radial direction.
  • the core and the clad may include a metal additive that increases the speed of sound in a state where the fluorine concentration in the clad is set to be higher than the fluorine concentration in the core. In this case, it is preferable that the concentration of the metal additive in the core and the cladding be continuously reduced in the radial direction.
  • an alkali metal element such as lithium, sodium, potassium, and rubidium
  • an alkaline earth metal element such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium, or a mixture thereof.
  • the position of the edge portion closest to the fiber axis which is a part of the addition region where the concentration of the metal additive in the cladding is reduced to 0.1 times the metal additive concentration at the boundary, is It is preferable that the distance from the above-mentioned boundary (the boundary between the core and the cladding) is 5 ⁇ m or more along the radial direction. Further, the concentration of the metal additive at the above-mentioned boundary is preferably at least 0.1 ppm. Further, as one aspect of the present disclosure, the core is preferably substantially free of GeO 2 (provided substantially free of GeO 2 ).
  • the coating layer may be configured by a plurality of layers.
  • the loss tangent tan ⁇ of the innermost layer of the plurality of layers is preferably equal to or greater than 0.3.
  • the loss tangent of the optical fiber coating layer is measured by applying a time-varying strain to the measurement object and measuring the stress generated in the object to calculate the storage elastic modulus and the loss elastic modulus of the object. , By taking their ratio.
  • each aspect listed in the column of [Description of Embodiment of the Present Disclosure] is applicable to each of all remaining aspects or to all combinations of these remaining aspects. .
  • the word “optical” may be omitted, and “optical relative refractive index difference” may be simply referred to as “specific refractive index difference”.
  • a region is defined by a difference in the level of a certain physical quantity that changes continuously and is spatially differentiable.
  • the boundary of the region is defined by an interface formed by connecting small planes orthogonal to the differential vector (gradient gradient) at the point where the magnitude of the spatial differential vector of the physical quantity is maximized.
  • the boundary between a rotationally symmetric high-refractive-index core and a low-refractive-index cladding is defined by a radius at which the derivative of the refractive index with respect to the radius is the minimum (negative value with the maximum absolute value).
  • the concentration of the additive added to the silica glass, which is the main component of the optical fiber, is represented by the ratio of the number of atoms or molecules of the additive to the number of atoms of Si.
  • FIG. 1 is a diagram showing a typical structure of an optical fiber 1 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the optical fiber 1 includes a core 11 extending along the fiber axis 10, a cladding 12 surrounding the core 11, a first coating layer 13 surrounding the cladding 12, and surrounding the first coating layer 13.
  • a second coating layer 14 The core 11 and the clad 12 contain silica glass as a main component.
  • the first coating layer 13 and the second coating layer 14 are coating layers made of a resin material.
  • the optical fiber 1 having one core 11 is shown in FIG. 1, the optical fiber of the present disclosure includes the fiber axis 10 or includes a plurality of cores arranged so as to surround the fiber axis 10. You may go out.
  • the core 11 is preferably a silica glass substantially free of GeO 2 (ie Ge-free).
  • the core of an optical fiber intended to suppress SBS generally contains Ge, which slightly increases transmission loss. Therefore, in the optical fiber 1 of the present disclosure, the core 11 preferably does not substantially include GeO 2 .
  • the core 11 preferably contains Cl, F, Br or a metal additive, and has a relatively low viscosity on average as compared with pure silica glass.
  • the clad 12 is preferably a silica glass containing F, so that the clad 12 has a relatively lower refractive index than the core 11 on average.
  • the relative refractive index difference between the core 11 and the clad 12 is not less than 0.2% and not more than 0.6%, and the diameter of the core is not less than 8 ⁇ m and not more than 20 ⁇ m. With such a configuration, optical transmission at a wavelength of 1.5 ⁇ m to 1.6 ⁇ m, which has a single waveguide mode at a wavelength of 1530 nm and is suitable for long-distance communication, can be realized.
  • the cladding 12 preferably has a standard outer diameter of 124 ⁇ m or more and 126 ⁇ m or less.
  • the first coating layer 13 and the second coating layer 14 are made of urethane acrylate-based ultraviolet curable resin. More preferably, the first coating layer 13 has a thickness of 15 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, and an elastic modulus of 0.05 MPa or more and 0.5 MPa or less.
  • the second coating layer 14 has a thickness of 15 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less and an elastic modulus of 500 MPa or more and 2000 MPa or less.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating difference optical relative refractive index delta, acoustic relative refractive index difference .DELTA.a, and metal additive concentration C K respective radial distribution in the optical fiber according to the first embodiment.
  • the optical fiber according to the first embodiment has the same cross-sectional structure as the optical fiber 1 shown in FIG.
  • the metal additive contained in the optical fiber according to the first embodiment has the effect of lowering the speed of sound and increasing the acoustic relative refractive index difference. Barium, for example, is known as such an additive.
  • the radial distribution shown in FIG. 2 corresponds to the radial distribution in a cross section perpendicular to the fiber axis 10 of the optical fiber 1 in FIG.
  • the optical fiber according to the first embodiment includes a core 11a and a clad 12a.
  • the clad 12a includes a first clad 121a that directly surrounds the core 11a, and a second clad 122a that surrounds the first clad 121a.
  • the magnitude relationship of the optical relative refractive index difference ⁇ between these glass regions is as follows: ⁇ (core)> ⁇ (first cladding) ⁇ (first cladding) ⁇ ⁇ (second cladding) Meets.
  • Fluorine concentration C F of the core 11a in order to suppress the Rayleigh scattering loss due to concentration fluctuations, preferably not more than 4000 ppm.
  • the fluorine concentration CF of the core 11a is preferably 1000 ppm or more in order to reduce the viscosity of the core 11a, promote structural relaxation during drawing, and reduce Rayleigh scattering loss due to density fluctuation.
  • the difference between the optical relative refractive index difference of the core 11a and the optical relative refractive index difference of the first cladding 121a is to reduce transmission loss due to structural irregularities at the interface. Preferably, it is 0.5% or less.
  • the difference ( ⁇ (core) ⁇ (first cladding)) is preferably at least 0.2% in order to suppress the transmission loss of the fundamental mode due to bending.
  • the difference ( ⁇ (second cladding) ⁇ (first cladding)) between the optical relative refractive index difference of the second cladding 122a and the optical relative refractive index difference of the first cladding 121a indicates the bending loss of the higher mode.
  • it is preferably 0.05% or more.
  • the difference ( ⁇ (second cladding) ⁇ (first cladding)) is preferably 0.2% or less in order to suppress the transmission loss of the fundamental mode due to bending.
  • the ratio of the outer radius of the first cladding 121a to the radius of the core 11a is to reduce the transmission loss caused by the low cost glass of the second cladding 122a. It is preferably at least 2.0. Further, this ratio (r (first cladding) / r (core)) is preferably 5.0 or less in order to increase the bending loss of the higher-order mode and suppress the noise due to the higher-order mode light. .
  • the metal additive is widely distributed over both the core 11a and the first cladding 121a.
  • Distribution of the metal additive concentration C K takes a maximum value at a substantially center of the core 11a (fiber axis 10), the first cladding 121a, along the shape (radially decreases towards the core 11a to the second cladding 122a Shape that decreases by
  • the local sound velocity decreases from the core 11a to the clad 12a.
  • the local sound speed changes continuously in the radial direction.
  • the line width of the Brillouin gain of the guided light in the fundamental mode is 60 MHz or more.
  • the position of the edge portion which is a part of the addition region where the concentration of the metal additive in the cladding 12a is reduced to 0.1 times the concentration of the metal additive at the boundary and which is closest to the fiber axis 10 is 5 ⁇ m from the boundary. It is preferable that they are separated by more than one. Further, the concentration of the metal additive at the boundary is preferably 0.1 ppm or more.
  • the distribution of the acoustic relative refractive index difference ⁇ a has a maximum value at the center of the core 11a (the fiber axis 10), and also has a maximum value at the boundary between the core 11a and the first cladding 121a. Is obtained.
  • Each of the two positions where the acoustic relative refractive index difference ⁇ a has a maximum value acts as a core (acoustic core) for an acoustic wave. Accordingly, as described in column 7 of Patent Document 5, the presence of acoustic modes localized in each acoustic core, the degree of overlap between each acoustic mode and the fundamental waveguide mode of light. Decreases. As a result, SBS is suppressed.
  • the optical fiber of Patent Document 5 two acoustic cores are formed by the fluorine concentration distribution formed in the core. However, this involves a high concentration of fluorine addition and a large refractive index change in the core. For this reason, it is difficult for the optical fiber disclosed in Patent Document 5 to achieve a transmission loss of less than 0.17 dB / km, and is not suitable for long-distance transmission.
  • two acoustic cores are formed by the concentration distribution of the metal additive from the core 11a to the clad 12a. Therefore, the optical fiber of the first embodiment can solve the above-described problem, and can realize a transmission loss of less than 0.17 dB / km.
  • Figure 3 is a diagram illustrating difference optical relative refractive index delta, acoustic relative refractive index difference .DELTA.a, and metal additive concentration C K respective radial distribution in the optical fiber according to the first comparative example.
  • the optical fiber according to the first comparative example also has the same cross-sectional structure as the optical fiber 1 shown in FIG. Note that the radial distribution shown in FIG. 3 corresponds to the radial distribution in a cross section perpendicular to the fiber axis 10 of the optical fiber 1 in FIG.
  • the optical fiber according to the first comparative example includes a core 11b and a clad 12b.
  • the clad 12b includes a first clad 121b directly surrounding the core 11b and a second clad 122b surrounding the first clad 121b.
  • the first comparative example (FIG. 3) differs from the above-described first embodiment (FIG. 2) in that neither the core 11b nor the clad 12b contains a metal additive.
  • the core 11b having a low acoustic relative refractive index difference ⁇ a was surrounded by the clad 12b having a high acoustic relative refractive index difference ⁇ a.
  • Figure 4 is a diagram illustrating difference optical relative refractive index delta, acoustic relative refractive index difference .DELTA.a, and metal additive concentration C K respective radial distribution in the optical fiber according to the second comparative example.
  • the optical fiber according to the second comparative example also has the same cross-sectional structure as the optical fiber 1 shown in FIG.
  • the radial distribution shown in FIG. 4 corresponds to the radial distribution in a cross section perpendicular to the fiber axis 10 of the optical fiber 1 in FIG.
  • the optical fiber according to the second comparative example includes a core 11c and a clad 12c.
  • the core 11c has a central core 111c having a high acoustic relative refractive index difference ⁇ and a first annular shape having a low acoustic relative refractive index difference ⁇ due to the radial distribution of the concentration of an additive (eg, Ge, F, Al, or the like). It has a core 112c and a second annular core 113c having a high acoustic relative refractive index difference ⁇ .
  • the optical fiber according to the second comparative example has a high transmission loss due to the fact that the core 11c contains Ge and the spatial non-uniformity of the refractive index in the core 11c is large. , 0.17 dB / km is difficult to achieve.
  • the metal additive can diffuse widely from the core 11a to the outer periphery of the first clad 121a under a high-temperature environment during the drawing step, and therefore, the metal additive at the boundary between the core 11a and the first clad 121a. There is a problem that the concentration is low.
  • a high concentration of fluorine to a part of the preform that is to be the first clad 121a so as to delay the diffusion of the metal additive in the first clad 121a during the drawing process.
  • a part of the preform to be the first clad 121a contains 5000 ppm or more of fluorine on average.
  • the innermost position (the position closest to the fiber axis 10) where the concentration of the metal additive in the cladding 12a decreases to the reference concentration ratio A.
  • the distance between the core and the core-cladding boundary is a (A)
  • the concentration of the metal additive at the core-cladding interface is preferably 1 ppm or more.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating difference optical relative refractive index delta, acoustic relative refractive index difference .DELTA.a, and metal additive concentration C K respective radial distribution in the optical fiber according to the second embodiment.
  • the optical fiber according to the second embodiment has the same cross-sectional structure as the optical fiber 1 shown in FIG.
  • the metal additive contained in the optical fiber according to the second embodiment has the effect of increasing the speed of sound and reducing the acoustic relative refractive index difference.
  • lithium and magnesium are known as such additives.
  • the radial distribution shown in FIG. 5 corresponds to the radial distribution in a cross section perpendicular to the fiber axis 10 of the optical fiber 1 in FIG.
  • the optical fiber according to the second embodiment includes a core 11d and a clad 12d.
  • the clad 12d includes a first clad 121d directly surrounding the core 11d, and a second clad 122d surrounding the first clad 121d.
  • the magnitude relationship of the optical relative refractive index difference ⁇ between these glass regions and the fluorine concentration for realizing it are the same as in the first embodiment. Further, the optical relative refractive index difference and the radius ratio of each glass region are the same as in the first embodiment.
  • the metal additive is widely distributed over both the core 11d and the first cladding 121d. Distribution of the metal additive concentration C K takes a maximum value at a substantially center of the core 11d (fiber axis 10), in the core 11d and the first cladding 121d, has a shape that decreases along the radial direction.
  • the metal additive in the second embodiment increases the sound velocity V of the silica glass and decreases the acoustic relative refractive index difference ⁇ a, contrary to fluorine.
  • the local sound velocity decreases from the core 11d toward the clad 12d.
  • the local sound speed changes continuously along the radial direction.
  • the line width of the Brillouin gain of the guided light in the fundamental mode is 60 MHz or more.
  • the position of the edge portion which is a part of the addition region where the concentration of the metal additive in the core 11d is twice or more the concentration of the metal additive at the boundary and is farthest from the fiber axis is 5 ⁇ m or more from the boundary. Is preferred.
  • the concentration of the metal additive at the boundary between the core 11d and the clad 12d is based on the concentration of the metal additive at the boundary between the core 11d and the clad 12d, the outermost position (the position farthest from the fiber axis 10) where the metal additive concentration in the core 11d increases to the reference concentration ratio B.
  • the distance between the core-cladding boundary is a (B)
  • the concentration of the metal additive at the boundary is preferably 0.1 ppm or more.
  • the distribution of the acoustic relative refractive index difference ⁇ a has a local minimum value at the center of the core 11d (the fiber axis 10), and has a radial direction within the core 11d and the adjacent cladding 12d. Resulting in an increased shape. As a result, as described in Patent Literature 2 and Patent Literature 3, the sound speed in the core and in the adjacent cladding becomes uneven. That is, the line width of the Brillouin gain is widened, so that SBS is suppressed.
  • Patent Documents 2 and 3 fluorine and aluminum were added non-uniformly in addition to germanium in the core. However, these additives increase scattering and absorption losses. Therefore, the optical fibers of Patent Literature 2 and Patent Literature 3 cannot achieve a transmission loss of less than 0.17 dB / km, and are not suitable for long-distance transmission.
  • the metal additive for reducing the Rayleigh scattering is non-uniformly distributed in the core 11d, so that the sound velocity non-uniformity is formed. Therefore, the optical fiber according to the second embodiment can solve the above-described problem, and can achieve a transmission loss of less than 0.17 dB / km.
  • Stimulated Brillouin scattering (SBS) suppressed in the optical fiber of the present disclosure includes light guided in a first direction (first guided light) and light guided in a second direction opposite to the first direction (second guided light). (Guided light) and acoustic waves propagating in the first direction.
  • first guided light first guided light
  • second guided light second guided light
  • acoustic waves propagating in the first direction.
  • an optical fiber having a core and a clad mainly composed of silica glass an acoustic wave having a frequency of about 11 GHz participates in SBS.
  • GAWBS Guided Acoustic Wave Brillouin Scattering
  • Non-patent Document 1 and Non-patent Document 2 is a device in which light guided in a first direction by an acoustic wave thermally present in an optical fiber is a second wave. This phenomenon is scattered as noise light propagating in one direction.
  • an optical fiber having a core and a clad mainly composed of silica glass an acoustic wave having a frequency of 0.1 GHz to 0.5 GHz participates in GAWBS.
  • GAWBS In long-distance transmission, not only SBS but also GAWBS is a noise source, so it is important to reduce GAWBS.
  • Acoustic waves that cause GAWBS propagate throughout the core and cladding of an optical fiber mainly composed of silica glass. It is effective to attenuate the acoustic wave itself.
  • the loss tangent tan ⁇ is given by the ratio of loss modulus / storage modulus.
  • the first coating layer generally has a Young's modulus of 0.1 to 1 MPa, but preferably has a loss tangent tan ⁇ of 0.3 or more, more preferably 0.4 or more. Thereby, GAWBS can be suppressed low.
  • SYMBOLS 1 Optical fiber, 10 ... Fiber axis, 11, 11a to 11d ... Core, 12, 12a to 12d ... Cladding, 121a to 121d ... 1st cladding, 122a to 122d ... 2nd cladding, 13 ... 1st coating layer, 14 ... Second coating layer.

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Abstract

一実施形態に係る光ファイバは、コアと、クラッドと、被覆層と、を備える。コアとクラッドとの境界において、局所的な音速は、コアの側からクラッドの側に向かって減少する。少なくともクラッドにおいて、該局所的な音速は、半径方向に沿って連続的に変化する。また、基底モードの導波光のブリルアンゲインの線幅は６０ＭＨｚ以上である。

Description

光ファイバ
　本開示は、光ファイバに関するものである。
  本願は、２０１８年７月２日に出願された日本特許出願第２０１８－１２５９２４号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
　光ファイバにおける誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ: Stimulated  Brillouin  Scattering）は、第１方向に導波する光（第１導波光）、第１方向とは逆の第２方向に導波する光（第２導波光）、および第１方向に伝搬する音響波の間の相互作用である。このＳＢＳにより、第１導波光から第２導波光および音響波それぞれへのパワーの移動が生じるとともに、第１導波光の波形歪みが生じる。したがって、ＳＢＳは、高パワー光の伝送または信号光の伝送において、その伝送性能を制約する要因となる。特許文献１～６には、ＳＢＳを抑制することを意図した光ファイバが開示されている。
　特許文献１では、シリカガラスを主成分とする光ファイバにおける粘性および熱膨張係数を調整するための添加物として、フッ素（Ｆ）およびリン（Ｐ）が挙げられている。特許文献２では、ＧｅＯ２を含むシリカガラスを光学的コアとすること、および、該光学的コアの一部の領域においてＧｅＯ２に加えてＦを共添加すること、が記載されている。特許文献３には、ＧｅＯ２を含むシリカガラスを光学的コアとすること、および、該光学的コアの一部の領域においてＧｅＯ２に加えてＡｌ２Ｏ３を共添加すること、が記載されている。特許文献４には、中心領域、中間領域および外部領域からなるコア構造が記載されている。また、特許文献４には、中心領域の比屈折率差の最大値をΔ１maxとし、中間領域の比屈折率差の最小値をΔ２minとし、外部領域の比屈折率差の最大値をΔ３maxとするとき、Δ１max＞Δ２minかつΔ３max＞Δ２minなる関係を満たすことが記載されている。特許文献５には、コアの主成分であるシリカガラスに対して添加されるＧｅＯ２またはＦの濃度分布によって、環状の音響コアを形成できることが記載されている。特許文献６には、シリカガラスを主成分とするコアが少なくとも２種の添加物を含有し、そのうちの少なくとも１種の添加物の濃度が半径方向に連続的に変化し、コアを包囲するクラッドにＦが添加されたトレンチ層を有する構造が記載されている。コアの添加物としては、Ｆｅ、Ｆ、Ｐ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｂ、Ｎおよびアルカリ金属元素が開示されている。
米国特許第６,５４２,６８３号明細書 米国特許公開ＵＳ２００６／０２８５８０９Ａ１号公報 米国特許公開ＵＳ２００７／０１１６４１６Ａ１号公報 米国特許公開ＵＳ２００４／０２１８８８２Ａ１号公報 米国特許公開ＵＳ２００６／０１７１６４８Ａ１号公報 米国特許公開ＵＳ２００９／０２６３０９２Ａ１号公報
R. M. Shelby et al., PhysicalReview B, Vol.31, No.8, pp.5244-5252 (1985). M. Bolshtyansky, et al., OpticalFiber Communications Conference 2018 (OFC2018) M4B.3 (2018).
　本開示の光ファイバは、ファイバ軸に沿って延びるとともにシリカガラスを主成分とするコアと、該コアを包囲するとともにシリカガラスを主成分とするクラッドと、該クラッドを包囲するとともに樹脂材料からなる被覆層と、を備える。コアは、シリカガラスを主成分とする。クラッドは、該コアの屈折率より低い屈折率を有する。特に、コアとクラッドとの境界を含むガラス領域において、局所的な音速は、該コアの側から該クラッドの側に向かって減少している。少なくともクラッドにおいて、該局所的な音速は、ファイバ軸からクラッドの外周面に向かう半径方向に沿って連続的に変化している。また、基底モードの導波光のブリルアンゲインの線幅は、６０ＭＨｚ以上である。
図１は、本開示の実施形態に係る光ファイバの代表的な構造を示す図である。 図２は、第１の実施形態の光ファイバにおける光学的比屈折率差Δ、音響的比屈折率差Δa、および金属添加物濃度ＣＫそれぞれの径方向分布を示す図である。 図３は、第１の比較例に係る光ファイバにおける光学的比屈折率差Δ、音響的比屈折率差Δa、および金属添加物濃度ＣＫそれぞれの径方向分布を示す図である。 図４は、第２の比較例に係る光ファイバにおける光学的比屈折率差Δ、音響的比屈折率差Δa、および金属添加物濃度ＣＫそれぞれの径方向分布を示す図である。 図５は、第２の実施形態の光ファイバにおける光学的比屈折率差Δ、音響的比屈折率差Δa、および金属添加物濃度ＣＫそれぞれの径方向分布を示す図である。
　[本開示が解決しようとする課題]
  上記特許文献１の技術は、光ファイバのコアにおいて径方向に不均一な粘性および熱膨張係数を形成することで、ＳＢＳの周波数スペクトル幅を広げ、これによりＳＢＳを抑圧する。上記特許文献２および上記特許文献３の技術は、いずれも、光ファイバのコアにおいて音速を不均一にすることでＳＢＳを抑圧する。上記特許文献４の技術は、コアの主成分であるシリカガラスに対して添加するＧｅＯ２の濃度分布を調整することで、光ファイバに導波される基底光学モードと複数の音響モードとの間の重なりの少なさを表す音響光学実効断面積を拡大する。ＳＢＳは、このような音響光学実効断面積の拡大により抑圧される。上記特許文献５の技術は、光学的コアの一部に環状の音響コアを設け、該環状の音響コアの内側に局在する音響モードと該環状の音響コアの外側に局在する音響モードとの間で音速を異ならせる。音響モード間に生じた音速の差により、ブリルアンゲインのスペクトル幅は広がり、結果、ＳＢＳが抑圧される。なお、上記特許文献６の技術のトレンチ層は、基底導波モードの曲げ損失を低減する効果を有する。
　上述のような光ファイバのＳＢＳを抑圧することを意図した従来技術は、ＳＢＳを抑圧することに伴って基底導波モードの光学的な伝送損失が増大するという課題がある。これは、従来技術において、複数ある音響モードの音速を不均一にするために、光学的コアの組成および物性を不均一にすることが原因である。すなわち、光学的コアの組成および物性を不均一にするために、添加物の量が増えたり、組成の異なるガラス領域の界面が増えたりすることで、添加物または界面に起因する光学的損失が増大してしまう。
　そこで、本開示は、ＳＢＳおよび伝送損失増大の双方を抑圧することができる光ファイバを提供することを目的とする。
　[本開示の効果]
  本開示の光ファイバによれば、ＳＢＳおよび伝送損失増大の双方が抑圧可能になる。
　[本開示の実施形態の説明]
  最初に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
　（１）　本開示の光ファイバは、その一態様として、ファイバ軸に沿って延びるコアと、該コアを包囲するクラッドと、該クラッドを包囲するとともに樹脂材料からなる被覆層と、を備える。コアは、シリカガラスを主成分とする。クラッドは、シリカガラスを主成分とし、コアの屈折率より低い屈折率を有する。さらに、本開示の光ファイバでは、当該光ファイバ内における局所的な音速を制御するため、添加物の濃度分布が調整されている。具体的には、コアとクラッドとの境界を含むガラス領域において、局所的な音速は、該コアの側から該クラッドの側に向かって減少している。少なくともクラッドにおいて、該局所的な音速は、ファイバ軸からクラッドの外周面に向かう半径方向に沿って連続的に変化している。また、基底モードの導波光のブリルアンゲインの線幅は、６０ＭＨｚ以上である。ここで、本開示における「局所的な音速」とは、局所的な物性と同じ物性を持つ均一媒質における音速を意味する。また、「ブリルアンゲインの線幅」とは、基底モードの導波光を第１導波光とし、それに対向して第２導波光を伝搬させたときに、第１導波光と第２導波光の間で生じるＳＢＳによって第２導波光が受けるゲインを、第１導波光と第２導波光の光周波数差の関数として表した時の半値全幅を意味する。
　（２）　本開示の一態様として、クラッドにおけるフッ素の濃度がコアにおけるフッ素の濃度より高く設定された状態で、少なくとも該クラッドは、音速を低下させる金属添加物を含むのが好適である。この場合、該クラッドにおける金属添加物の濃度は、半径方向に沿って連続的に低下しているのが好適である。また、本開示の一態様として、クラッドにおけるフッ素の濃度がコアにおけるフッ素の濃度より高く設定された状態で、該コアおよび該クラッドは、音速を上昇させる金属添加物を含んでもよい。この場合、コアおよびクラッドにおける金属添加物の濃度は、半径方向に沿って連続的に低下しているのが好適である。金属添加物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム等のアルカリ金属元素、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属元素、または、これらの混合物が好ましい。これら金属添加物は、ガラスの構造緩和を促進して密度揺らぎを低減する。これにより伝送損失が効果的に低減されるとともに、音速を変えることで後述するようにＳＢＳが効果的に抑圧され得る。
　（３）　本開示の一態様として、クラッドにおける金属添加物の濃度が境界における金属添加物濃度の０.１倍に低下する添加領域の一部であって最もファイバ軸に近いエッジ部の位置は、半径方向に沿って上述の境界（コアとクラッドとの境界）から５μｍ以上離れているのが好適である。また、上述の境界における金属添加物の濃度は、０.１ｐｐｍ以上であるのが好適である。さらに、本開示の一態様として、コアは、実質的にＧｅＯ２を含まない（実質的にＧｅＯ２を含むことなく設けられる）のが好適である。
　（４）　本開示の一態様として、基底モードの導波光の最低伝送損失は、０.１７ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。また、本開示の一態様として、被覆層は、複数の層により構成されてもよい。この場合、複数の層のうちの最も内側の層において、損失正接tanδは、０.３以上であるのが好適である。なお、光ファイバの被覆層における損失正接の測定は、時間的に変化する歪を測定対象物に与え、対象物に生じる応力を測定することで対象物の貯蔵弾性率と損失弾性率を算出し、それらの比をとることで行なわれる。
　以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
　［本開示の実施形態の詳細］
  以下、本開示の実施形態に係る光ファイバの具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　本明細書および請求の範囲で用いられる用語の定義は以下のとおりである。
  純粋シリカガラスにおける縦波の音速をＶ０とすると、或る媒質における縦波の音速がＶであるとき、その媒質の音響的比屈折率差（relative  acoustic  refractive index difference）Δaは以下の式：
       Δa ＝（Ｖ０／Ｖ）－１
により定義される。これは上記特許文献５のカラム６に記載された定義と同じである。
　純粋シリカガラスの屈折率をｎ０とすると、或る媒質の屈折率がｎであるとき、その媒質の光学的比屈折率差Δは以下の式：
       Δ ＝（ｎ／ｎ０）－１
により定義される。これは上記特許文献５のカラム５に記載された定義と同じである。なお、以下では、文脈から明らかである場合、文言「光学的」を省略して「光学的比屈折率差」を単に「比屈折率差」と言うことがある。
　連続的に変化し空間的に微分可能な或る物理量の水準の違いによって領域を定義する場合を考える。その領域の境界は、その物理量の空間的な微分ベクトルの大きさが最大になる点において、微分ベクトル（勾配 gradient）に直交する微小平面を連結してできる界面で定義される。例えば、回転対称で屈折率の高いコアと屈折率の低いクラッドとの境界は、半径に対する屈折率の微係数が最小（絶対値が最大となる負の値）となる半径で定義される。
　光ファイバの主成分であるシリカガラスに添加される添加物の濃度は、特に断らない限り、Ｓｉの原子数に対する添加物の原子または分子の数の比率で表されるものとする。
　図１は、本開示の実施形態に係る光ファイバ１の代表的な構造を示す図である。光ファイバ１は、ファイバ軸１０に沿って延びるコア１１と、該コア１１を包囲するクラッド１２と、該クラッド１２を包囲する第１被覆層１３と、および、該第１被覆層１３を包囲する第２被覆層１４と、を備える。コア１１およびクラッド１２は、シリカガラスを主成分とする。第１被覆層１３および第２被覆層１４は、樹脂材料からなる被覆層である。図１では、１つのコア１１を有する光ファイバ１が示されているが、本開示の光ファイバは、ファイバ軸１０を含むか、または該ファイバ軸１０を取り囲むよう配置された複数のコアを含んでいてもよい。
　コア１１は、好ましくは実質的にＧｅＯ２を含まない（すなわち、Ｇｅフリーな）シリカガラスである。先行技術において、ＳＢＳの抑圧を意図する光ファイバのコアは一般にＧｅを含むが、Ｇｅは伝送損失を僅かに増大させる。それ故、本開示の光ファイバ１では、コア１１は実質的にＧｅＯ２を含まないのが好ましい。
　コア１１は、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒまたは金属添加物を含み、純粋なシリカガラスに比べて相対的に平均的に低い粘性を持つことが好ましい。これにより、光ファイバの前駆体であるプリフォームを線引して光ファイバを製造する際に、コアに残留する引張張力を低減すると共に、線引する際のガラス構造緩和が促進される。これらによって伝送損失を下げる効果がもたらされる。
　クラッド１２は、好ましくはＦを含むシリカガラスであり、これによってクラッド１２は、コア１１に比べ相対的に平均的に低い屈折率を有する。コア１１とクラッド１２との間の比屈折率差は０.２％以上０.６％以下であり、コアの直径は８μｍ以上２０μｍ以下である。このような構成により、波長１５３０ｎｍにおいて単一の導波モードを有しかつ長距離通信に適した、波長１.５μｍ以上１.６μｍ以下での光伝送が実現可能になる。また、クラッド１２は、１２４μｍ以上１２６μｍ以下の標準的な外径を有するのが好ましい。
　第１被覆層１３および第２被覆層１４は、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化性樹脂からなる。より好ましくは、第１被覆層１３は、１５μｍ以上４０μｍ以下の厚みと、０.０５ＭＰａ以上０.５ＭＰａ以下の弾性率を有する。また、第２被覆層１４は、１５μｍ以上４０μｍ以下の厚みと、５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下の弾性率を有する。これにより、側方から加わる外力が効果的に遮蔽される（コア１１およびクラッド１２のガラスへの外力の印加が効果的に遮蔽される）。
　（第１の実施形態）
  図２は、第１の実施形態に係る光ファイバにおける光学的比屈折率差Δ、音響的比屈折率差Δa、および金属添加物濃度ＣＫそれぞれの径方向分布を示す図である。第１の実施形態に係る光ファイバは、図１に示された光ファイバ１と同様の断面構造を有する。ただし、第１の実施形態に係る光ファイバに含まれる金属添加物は音速を下げ、音響的比屈折率差を上げる効果を有する。そのような添加物としては、例えばバリウムが知られている。なお、図２に示された径方向分布は、図１の光ファイバ１におけるファイバ軸１０に垂直な断面における径方向の分布に相当する。
　第１の実施形態（図２）に係る光ファイバは、コア１１ａおよびクラッド１２ａを備える。クラッド１２ａは、コア１１ａを直接包囲する第１クラッド１２１ａと、該第１クラッド１２１ａを包囲する第２クラッド１２２ａと、により構成されている。これらのガラス領域の間の光学的比屈折率差Δの大小関係は、以下の関係：
       Δ(コア) ＞Δ(第１クラッド) 
       Δ(第１クラッド) ≦Δ(第２クラッド) 
を満たしている。
　このような屈折率分布は、各ガラス領域におけるフッ素濃度ＣＦが以下の関係：
       ＣＦ(コア) ＜ ＣＦ(第１クラッド)
       ＣＦ(第１クラッド) ≧ ＣＦ(第２クラッド) 
を満たすことにより実現される。
　コア１１ａのフッ素濃度ＣＦは、濃度ゆらぎによるレイリー散乱損失を低く抑えるために、４０００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。また、コア１１ａのフッ素濃度ＣＦは、コア１１ａの粘性を下げて線引中の構造緩和を促進して密度ゆらぎによるレイリー散乱損失を低く抑えるために、１０００ｐｐｍ以上であるのが好ましい。
　コア１１ａの光学的比屈折率差と第１クラッド１２１ａの光学的比屈折率差との差（Δ(コア)－Δ(第１クラッド)）は、界面の構造不整による伝送損失を低く抑えるために、０.５％以下であるのが好ましい。また、この差（Δ(コア)－Δ(第１クラッド)）は、曲げによる基底モードの伝送損失を低く抑えるために、０.２％以上であるのが好ましい。
　第２クラッド１２２ａの光学的比屈折率差と第１クラッド１２１ａの光学的比屈折率差との差（Δ(第２クラッド)－Δ(第１クラッド)）は、高次モードの曲げ損失を増大させて高次モード光による雑音を低く抑えるために、０.０５％以上であるのが好ましい。また、この差（Δ(第２クラッド)－Δ(第１クラッド)）は、曲げによる基底モードの伝送損失を低く抑えるために、０.２％以下であるのが好ましい。
　第１クラッド１２１ａの外側半径とコア１１ａの半径との比（ｒ(第１クラッド)／ｒ(コア)）は、低コストな第２クラッド１２２ａのガラスに起因する伝送損失を低く抑えるために、２.０以上であるのが好ましい。また、この比（ｒ(第１クラッド)／ｒ(コア)）は、高次モードの曲げ損失を増大させて高次モード光による雑音を低く抑えるために、５.０以下であるのが好ましい。
　金属添加物は、コア１１ａおよび第１クラッド１２１ａの双方に亘って広く分布している。金属添加物濃度ＣＫの分布は、コア１１ａの略中心（ファイバ軸１０）で最大値をとり、第１クラッド１２１ａにおいて、コア１１ａから第２クラッド１２２ａに向かって減少する形状（半径方向に沿って減少する形状）を有する。第１の実施形態における金属添加物は、フッ素とともにシリカガラスの音速Ｖを低下させて音響的比屈折率差Δaを増大させる。
　第１の実施形態では、コア１１ａとクラッド１２ａとの境界を含むガラス領域において、局所的な音速がコア１１ａの側からクラッド１２ａの側に向かって減少している。クラッド１２ａにおいて、半径方向に沿って局所的な音速が連続的に変化する。さらに、基底モードの導波光のブリルアンゲインの線幅が６０ＭＨｚ以上である。また、クラッド１２ａにおける金属添加物の濃度が境界における金属添加物の濃度の０.１倍に低下する添加領域の一部であって最もファイバ軸１０に近いエッジ部の位置は、該境界から５μｍ以上離れているのが好ましい。また、境界における金属添加物の濃度は０.１ｐｐｍ以上であるのが好ましい。
　音響的比屈折率差Δaの分布は、図２に示されたように、コア１１ａの中心（ファイバ軸１０）において極大値を有するとともに、コア１１ａと第１クラッド１２１ａとの境界においても極大値を有する形状となる。これら音響的比屈折率差Δaが極大値となる２つの位置は、それぞれ音響波に対するコア（音響コア）として作用する。これにより、上記特許文献５のカラム７に記載されているように、それぞれの音響コアに局在した音響モードが存在することで、個々の音響モードと光の基底導波モードとの重なりの程度が低下する。その結果、ＳＢＳが抑圧される。
　上記特許文献５の光ファイバでは、コア内に形成されたフッ素濃度分布により２つの音響コアが形成されていた。しかしながら、これは、高濃度のフッ素添加およびコア内での大きな屈折率の変化を伴う。このことから、上記特許文献５の光ファイバは、０.１７ｄＢ／ｋｍを下回る伝送損失を実現することが難しく、長距離伝送に適さなかった。一方、第１の実施形態の光ファイバでは、コア１１ａからクラッド１２ａにかけての金属添加物の濃度分布により２つの音響コアが形成される。そのため、第１の実施形態の光ファイバは、上述のような課題を解消することができ、０.１７ｄＢ／ｋｍを下回る伝送損失を実現することができる。
　（第１の比較例）
  図３は、第１の比較例に係る光ファイバにおける光学的比屈折率差Δ、音響的比屈折率差Δa、および金属添加物濃度ＣＫそれぞれの径方向分布を示す図である。第１の比較例に係る光ファイバも、図１に示された光ファイバ１と同様の断面構造を有する。なお、図３に示された径方向分布は、図１の光ファイバ１におけるファイバ軸１０に垂直な断面における径方向の分布に相当する。
　第１の比較例（図３）に係る光ファイバは、コア１１ｂおよびクラッド１２ｂを備える。クラッド１２ｂは、コア１１ｂを直接包囲する第１クラッド１２１ｂと、該第１クラッド１２１ｂを包囲する第２クラッド１２２ｂとからなる。第１の比較例（図３）は、コア１１ｂおよびクラッド１２ｂのいずれも金属添加物を含んでいない点で、上述の第１の実施形態（図２）と相違する。第１の比較例に係る光ファイバは、金属添加物が添加されていないことにより、音響的比屈折率差Δaの低いコア１１ｂが音響的比屈折率差Δaの高いクラッド１２ｂに囲まれたアンチガイド構造となる。このアンチガイド構造では、上記特許文献５のFig.15A-15Bに図示されているように、弱く閉じ込められた複数の音響モードが存在する。また、これら音響モードの音速がほぼ等しいことから、ブリルアンゲインスペクトルが広がることがなく、結果、第１の比較例では、ＳＢＳが抑圧されない。
　（第２の比較例）
  図４は、第２の比較例に係る光ファイバにおける光学的比屈折率差Δ、音響的比屈折率差Δa、および金属添加物濃度ＣＫそれぞれの径方向分布を示す図である。第２の比較例に係る光ファイバも、図１に示された光ファイバ１と同様の断面構造を有する。なお、図４に示された径方向分布は、図１の光ファイバ１におけるファイバ軸１０に垂直な断面における径方向の分布に相当する。
　第２の比較例（図４）に係る光ファイバは、コア１１ｃおよびクラッド１２ｃを備える。コア１１ｃは、添加物（例えば、Ｇｅ、Ｆ、Ａｌ等）の濃度の径方向分布によって、音響的比屈折率差Δが高い中心コア１１１ｃと、音響的比屈折率差Δが低い第１環状コア１１２ｃと、音響的比屈折率差Δが高い第２環状コア１１３ｃとを有する。コア１１ｃのうちの中心コア１１１ｃおよび第２環状コア１１３ｃの２箇所において音響的比屈折率差Δが高いことから、複数存在する音響モードの一部は中心コア１１１ｃに局在し、別の一部は第２環状コア１１３ｃに局在する。これら音響モードは異なる音速を有するので、ブリルアンゲインのスペクトルが広がり、ＳＢＳが抑圧される。しかしながら、上述のように、コア１１ｃがＧｅを含む点、および、コア１１ｃ内で屈折率の空間的な不均一性が大きい点により、第２の比較例に係る光ファイバは、伝送損失が高く、０.１７ｄＢ／ｋｍを下回る伝送損失を実現することは困難である。
　なお、上述の第１の実施形態（図２）では、音速を下げる金属添加物が添加され、第１クラッド１２１ａにおいて該金属添加物の濃度が空間的に不均一であることが重要である。このような金属添加物の濃度分布を形成する方法として、従来から知られているように、コア１１ａに金属添加物が添加されたプリフォームの一端を加熱しながら線引することにより光ファイバを製造する線引工程において、金属添加物をコア１１ａから第１クラッド１２１ａへ拡散させる方法が有用である。しかしながら、一般には、線引工程の際の高温環境下で金属添加物がコア１１ａから第１クラッド１２１ａの外周まで広く拡散しうることから、コア１１ａと第１クラッド１２１ａとの境界における金属添加物濃度が低くなるという課題がある。
　そこで、第１クラッド１２１ａとなるべきプリフォームの一部に高濃度のフッ素を添加することで、線引工程の際に第１クラッド１２１ａにおいて金属添加物の拡散を遅くさせることが好ましい。特に、第１クラッド１２１ａとなるべきプリフォームの一部は、平均して５０００ｐｐｍ以上のフッ素を含むのが好ましい。また、コア１１ａとクラッド１２ａとの境界における金属添加物の濃度を基準として、クラッド１２ａにおける金属添加物濃度が基準の濃度の比率Ａに低下する最も内側の位置（ファイバ軸１０に最も近い位置）と、コア-クラッド境界との間の距離をａ(Ａ)とするとき、ａ(０.１) ≧ ５μｍ、さらに、ａ(０.１) ≧ １０μｍ であるのが好ましい。この場合、音響コアが形成され、ブリルアンゲインの線幅が拡大される。このとき、コア-クラッド境界における金属添加物の濃度は、１ｐｐｍ以上であるのが好ましい。
　（第２の実施形態）
  図５は、第２の実施形態に係る光ファイバにおける光学的比屈折率差Δ、音響的比屈折率差Δa、および金属添加物濃度ＣＫそれぞれの径方向分布を示す図である。第２の実施形態に係る光ファイバは、図１に示された光ファイバ１と同様の断面構造を有する。ただし、第２の実施形態に係る光ファイバに含まれる金属添加物は音速を上げ、音響的比屈折率差を下げる効果を有する。このような添加物としては、例えばリチウムやマグネシウムが知られている。なお、図５に示された径方向分布は、図１の光ファイバ１におけるファイバ軸１０に垂直な断面における径方向の分布に相当する。
　第２の実施形態（図５）に係る光ファイバは、コア１１ｄおよびクラッド１２ｄを備える。クラッド１２ｄは、コア１１ｄを直接包囲する第１クラッド１２１ｄと、第１クラッド１２１ｄを包囲する第２クラッド１２２ｄと、により構成されている。これらのガラス領域の間の光学的比屈折率差Δの大小関係、および、それを実現するフッ素濃度は、第１の実施形態と同様である。また、各ガラス領域の光学的比屈折率差や半径の比に関しても、第１の実施形態と同様である。
　金属添加物は、コア１１ｄおよび第１クラッド１２１ｄの双方に亘って広く分布している。金属添加物濃度ＣＫの分布は、コア１１ｄの略中心（ファイバ軸１０）で最大値をとり、コア１１ｄおよび第１クラッド１２１ｄにおいて、半径方向に沿って減少する形状を有する。第２の実施形態における金属添加物は、フッ素とは逆にシリカガラスの音速Ｖを上昇させて音響的比屈折率差Δaを減少させる。
　第２の実施形態では、コア１１ｄとクラッド１２ｄとの境界を含むガラス領域において、局所的な音速がコア１１ｄの側からクラッド１２ｄの側に向かって減少する。また、コア１１ｄおよびクラッド１２ｄにおいて、半径方向に沿って局所的な音速が連続的に変化する。さらに、基底モードの導波光のブリルアンゲインの線幅が６０ＭＨｚ以上である。コア１１ｄにおける金属添加物の濃度が境界における金属添加物の濃度の２倍以上となる添加領域の一部であってファイバ軸から最も離れたエッジ部の位置は、境界から５μｍ以上離れているのが好ましい。すなわち、コア１１ｄとクラッド１２ｄとの境界における金属添加物の濃度を基準として、コア１１ｄにおける金属添加物濃度が基準の濃度の比率Ｂに増加する最も外側の位置（ファイバ軸１０から最も離れた位置）と、コア-クラッド境界との間の距離をａ(Ｂ)とするとき、ａ(２) ≧ ５μｍであるのが好ましい。また、境界における金属添加物の濃度は０.１ｐｐｍ以上であるのが好ましい。
　音響的比屈折率差Δaの分布は、図５に示されたように、コア１１ｄの中心（ファイバ軸１０）において極小値を有するとともに、コア１１ｄ内および隣接するクラッド１２ｄ内において、半径方向沿って増大する形状となる。これにより、上記特許文献２および上記特許文献３に記載されているようにコア内および隣接するクラッド内の音速が不均一となる。すなわち、ブリルアンゲインの線幅が広がるので、ＳＢＳが抑圧される。
　上記特許文献２および上記特許文献３では、コア内にゲルマニウムに加えてフッ素およびアルミニウムが不均一に添加されていた。しかしながら、これらの添加物は散乱や吸収による損失を増大させる。したがって、上記特許文献２および上記特許文献３の光ファイバは、０.１７ｄＢ／ｋｍを下回る伝送損失を実現することが難しく、長距離伝送に適さなかった。一方、第２の実施形態では、レイリー散乱を低減する金属添加物がコア１１ｄ内に不均一に分布することで音速の不均一性が形成される。したがって、第２の実施形態に係る光ファイバは、上述のような課題を解消することができ、０.１７ｄＢ／ｋｍを下回る伝送損失を実現することができる。
　本開示の光ファイバにおいて抑圧される誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）は、第１方向に導波する光（第１導波光）、第１方向とは逆の第２方向に導波する光（第２導波光）および第１方向に伝搬する音響波の間の相互作用である。シリカガラスを主成分とするコアおよびクラッドを備える光ファイバでは、約１１ＧＨｚの周波数を持つ音響波がＳＢＳに関与する。
　一方、上記非特許文献１および上記非特許文献２に記載されているＧＡＷＢＳ（Guided  Acoustic  Wave  Brillouin  Scattering）は、光ファイバ中に熱的に存在する音響波によって第１方向に導波する光が第１方向に伝搬する雑音光として散乱される現象である。シリカガラスを主成分とするコアおよびクラッドを備える光ファイバでは、０.１ＧＨｚ～０.５ＧＨｚの周波数を持つ音響波がＧＡＷＢＳに関与する。
　長距離伝送においては、ＳＢＳだけでなくＧＡＷＢＳも雑音源となるので、ＧＡＷＢＳを低減することも重要である。ＧＡＷＢＳの原因となる音響波は、シリカガラスを主成分とする光ファイバのコアおよびクラッドの全体を伝搬する。この音響波そのものを減衰させることが有効である。その為には、シリカガラスを直接包囲する第１被覆層におけるエネルギー損失の高さを表す損失正接tanδを大きくすることが重要である。損失正接tanδは、損失弾性率／貯蔵弾性率の比で与えられる。第１被覆層は、一般的に０.１～１ＭＰａのヤング率を有するが、それに加えて０.３以上、より好ましくは０.４以上の損失正接tanδを有するのが好ましい。それによってＧＡＷＢＳを低く抑制することが可能になる。
　１…光ファイバ、１０…ファイバ軸、１１、１１ａから１１ｄ…コア、１２、１２ａから１２ｄ…クラッド、１２１ａから１２１ｄ…第１クラッド、１２２ａから１２２ｄ…第２クラッド、１３…第１被覆層、１４…第２被覆層。

Claims (8)

  1. 　ファイバ軸に沿って延び、シリカガラスを主成分とするコアと、
    　前記コアを包囲するとともにシリカガラスを主成分とするクラッドであって、前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、
    　樹脂材料からなる被覆層であって、前記クラッドを包囲する被覆層と、
    　を備え、
    　前記コアと前記クラッドとの境界を含むガラス領域において、局所的な音速は、前記コアの側から前記クラッドの側に向かって減少し、
    　少なくとも前記クラッドにおいて、前記局所的な音速は、前記ファイバ軸から前記クラッドの外周面に向かう半径方向に沿って連続的に変化し、
    　基底モードの導波光のブリルアンゲインの線幅が６０ＭＨｚ以上である、
    　光ファイバ。
  2. 　前記クラッドにおけるフッ素の濃度は、前記コアにおけるフッ素の濃度より高く、
    　前記クラッドは、音速を低下させる金属添加物を含み、前記クラッドにおける前記金属添加物の濃度は、前記半径方向に沿って連続的に低下している、
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記クラッドにおける前記金属添加物の濃度が前記境界における金属添加物の濃度の０.１倍に低下した添加領域の一部であって前記ファイバ軸に最も近いエッジ部の位置は、前記半径方向に沿って前記境界から５μｍ以上離れている、
    　請求項２に記載の光ファイバ。
  4. 　前記境界における金属添加物の濃度は、０.１ｐｐｍ以上である、
    　請求項３に記載の光ファイバ。
  5. 　前記クラッドにおけるフッ素の濃度は、前記コアにおけるフッ素の濃度より高く、
    　前記コアおよび前記クラッドの双方は、音速を上昇させる金属添加物を含み、前記コアおよび前記クラッドにおける前記金属添加物の濃度は、前記半径方向に沿って連続的に低下している、
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  6. 　前記コアは、実質的にＧｅＯ２を含むことなく設けられている、
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  7. 　前記基底モードの導波光の最低伝送損失は、０.１７ｄＢ／ｋｍ以下である、
    　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  8. 　前記被覆層は、複数の層により構成されており、前記複数の層のうちの最も内側の層における損失正接tanδは、０.３以上である、
    　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光ファイバ。
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