WO2023228743A1 - 光ファイバ - Google Patents

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WO2023228743A1
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optical fiber
refractive index
core
index difference
relative refractive
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慎 佐藤
雄揮 川口
健美 長谷川
洋宇 佐久間
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住友電気工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • 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
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers

Definitions

  • the present disclosure relates to optical fibers.
  • This application claims priority based on Japanese Application No. 2022-086237 filed on May 26, 2022, and incorporates all the contents described in the said Japanese application.
  • the transmission loss value at wavelengths in the near-infrared region is made up of the sum of multiple scattering/absorption factors such as Rayleigh scattering, infrared absorption, OH absorption, and structural asymmetric scattering.
  • Rayleigh scattering, infrared absorption, and OH absorption are atomic-scale scattering and absorption effects of glass.
  • Structural asymmetric scattering is an effect caused by variations in the refractive index distribution on a scale slightly larger than the atomic scale affecting light scattering.
  • One of the methods for producing an optical fiber with low transmission loss is to reduce Rayleigh scattering by reducing the concentration of added halogen elements. It is known that Rayleigh scattering is caused by localized unevenness in the concentration distribution on an atomic scale and tends to increase in proportion to the concentration. Patent Documents 1 to 3 describe optical fibers in which the concentration of added halogen elements is reduced. Non-Patent Document 1 describes that Rayleigh scattering due to density unevenness tends to increase in proportion to the density.
  • An optical fiber includes a core made of silica-based glass and a cladding made of silica-based glass that surrounds the core, and has a radial distance r from the central axis of the core and a radius of the core. If a, the maximum value ⁇ 1 of the relative refractive index difference when 0 ⁇ r/a ⁇ 0.3 and the minimum value ⁇ 2 of the relative refractive index difference when 0 ⁇ r/a ⁇ 0.9 are ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 0. Satisfies .02.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an optical fiber according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the refractive index distribution of the optical fiber according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of organizing the relationship between refractive index distribution and transmission loss.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between ( ⁇ 3- ⁇ 2)/( ⁇ 1- ⁇ 2) and the root mean square of the relative refractive index difference of the core.
  • FIG. 5 is a graph showing the refractive index distribution of the optical fiber according to Experimental Example 3.
  • the halogen element added to the optical fiber base material not only contributes to adjusting the increase/decrease in the refractive index but also has the effect of removing impurities present inside the glass at the time of the base material. Therefore, if an attempt is made to suppress the amount of the halogen element added to zero, the transmission loss will rather worsen.
  • the refractive index is highest at the center of the core and tends to decrease toward the outside in the radial direction due to desorption of the halogen element at the center of the core.
  • variations in the refractive index within the core increase, resulting in the influence of structural asymmetric scattering, which worsens transmission loss.
  • An object of the present disclosure is to provide an optical fiber that can reduce transmission loss.
  • An optical fiber according to one aspect of the present disclosure includes a core made of silica-based glass and a cladding made of silica-based glass that surrounds the core, and the radial distance from the central axis of the core is r, and the core is made of silica-based glass.
  • the radius of is a
  • the maximum value ⁇ 1 of the relative refractive index difference when 0 ⁇ r/a ⁇ 0.3 and the minimum value ⁇ 2 of the relative refractive index difference when 0 ⁇ r/a ⁇ 0.9 are ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2 ⁇ 0.02 is satisfied.
  • This optical fiber can reduce transmission loss.
  • the maximum value ⁇ 1, the minimum value ⁇ 2, and the maximum value ⁇ 3 of the relative refractive index difference at 0.8 ⁇ r/a ⁇ 1 are 0.5 ⁇ ( ⁇ 3 ⁇ 2)/( ⁇ 1 ⁇ 2) ⁇ 1.5 may be satisfied. In this case, transmission loss can be further reduced.
  • the minimum value ⁇ 4 of the relative refractive index difference of the cladding may be ⁇ 0.6 ⁇ 4 ⁇ 0.2. In this case, transmission loss can be further reduced.
  • the maximum value ⁇ 1 and the minimum value ⁇ 2 may satisfy ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 0.04. In this case, transmission loss can be further reduced.
  • the maximum value ⁇ 1 and the minimum value ⁇ 2 may satisfy ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 0.06. In this case, transmission loss can be further reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical fiber according to an embodiment.
  • the optical fiber 1 includes a core 10 extending along the central axis 1a and a cladding 20 surrounding the core 10.
  • the core 10 and the cladding 20 are made of silica-based glass whose main component is silica glass, in which the mass ratio of silica glass is 90% or more.
  • the core 10 contains, for example, halogen elements such as fluorine (F) and chlorine (Cl), and alkali metal elements such as lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), and rubidium (Rb).
  • the cladding 20 may contain, for example, halogen elements such as F and Cl.
  • the refractive index of the core 10 is higher than the refractive index of the cladding 20.
  • the effective cross-sectional area Aeff of the optical fiber 1 at a wavelength of 1550 nm is 80 ⁇ m 2 or more and 160 ⁇ m 2 or less.
  • the transmission loss of the optical fiber 1 at a wavelength of 1550 nm is 0.150 dB/km or less.
  • the radius a of the core 10 is, for example, 4 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less.
  • FIG. 2 is a graph showing the refractive index distribution of the optical fiber according to the embodiment.
  • the vertical axis shows the relative refractive index difference ⁇ [%] based on the refractive index of pure silica (SiO 2 ), and the horizontal axis shows the radial distance r [ ⁇ m] from the central axis 1a of the core 10.
  • the position where the value d ⁇ (r)/dr obtained by differentiating the relative refractive index difference ⁇ (r) with respect to the radial distance r has the minimum value (steepest downward slope) is defined as the interface (boundary) between the core 10 and the cladding 20. be done.
  • the radial distance r between the interface between the core 10 and the cladding 20 corresponds to the radius a of the core 10.
  • the maximum value (local maximum value) of the relative refractive index difference is ⁇ 1 [%], and the relative refractive index difference is ⁇ 1.
  • the radial distance be r1.
  • the minimum radial distance is defined as r1
  • the local maximum value is defined as the maximum value ⁇ 1.
  • ⁇ 1 satisfies -0.1 ⁇ 1 ⁇ 0.1. 0 ⁇ r1/a ⁇ 0.1 may be satisfied.
  • the minimum value (minimum value) of the relative refractive index difference is ⁇ 2 [%], and the relative refractive index difference is ⁇ 2.
  • the radial distance be r2. If a plurality of minimum values exist, the minimum radial distance is defined as r2, and the minimum value is defined as the minimum value ⁇ 2. ⁇ 2 satisfies -0.2 ⁇ 2 ⁇ 0. However, ⁇ 1 ⁇ 2. 0 ⁇ r2/a ⁇ 0.5, 0 ⁇ r2/a ⁇ 0.4, and 0 ⁇ r2/a ⁇ 0.35.
  • the maximum value (local maximum value) of the relative refractive index difference is ⁇ 3 [%], and the relative refractive index difference is ⁇ 3.
  • the radial distance be r3.
  • the maximum radial distance is defined as r3, and the local maximum value is defined as the maximum value ⁇ 3.
  • ⁇ 3 satisfies -0.1 ⁇ 3 ⁇ 0.1.
  • the minimum value (minimum value) of the relative refractive index difference is ⁇ 4 [%]
  • the radial distance at which the relative refractive index difference is ⁇ 4 is r4. If a plurality of minimum values exist, the minimum radial distance is defined as r4, and the minimum value is defined as the minimum value ⁇ 4. ⁇ 4 may be ⁇ 0.6 ⁇ 4 ⁇ 0.2.
  • the maximum value ⁇ 1 and the minimum value ⁇ 2 satisfy ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 0.02. Further, the maximum value ⁇ 1, the minimum value ⁇ 2, and the maximum value ⁇ 3 satisfy 0.5 ⁇ ( ⁇ 3 ⁇ 2)/( ⁇ 1 ⁇ 2) ⁇ 1.5.
  • ( ⁇ 3- ⁇ 2)/( ⁇ 1- ⁇ 2) is an index indicating the variation in the relative refractive index difference ⁇ within the core 10. The closer the maximum value ⁇ 1 at the center of the core 10 and the maximum value ⁇ 3 at the outer periphery are to each other, the closer ( ⁇ 3 ⁇ 2)/( ⁇ 1 ⁇ 2) approaches 1.
  • the optical fiber 1 according to this embodiment is realized by the following means.
  • the maximum value ⁇ 1 was achieved by locally depleting the halogen concentration, especially the F concentration, in the center of the core 10. Local depletion of the F concentration can be achieved, for example, by locally heating the glass portion corresponding to the center of the core 10 in the optical fiber preform after impurities have been removed in a dehydration process. This heating temperature may be 1000°C or higher, or 1400°C or higher.
  • the Cl concentration and F concentration at the position of the radial distance r1 may each be 1000 wtppm or less, or 500 wtppm or less.
  • the amount of halogen added is adjusted during sintering of the glass body that will become the core so that the halogen concentration at the outer periphery of the core is reduced.
  • the F concentration in the cladding portion is 10,000 wtppm or more
  • the halogen concentration in the outer peripheral portion of the core portion is too low, the difference in glass viscosity at the interface between the core portion and the cladding portion will become large. As a result, defects that lead to increased transmission loss are likely to occur at the interface. Therefore, at the position of the radial distance r3 corresponding to the interface position between the core 10 and the cladding 20, the halogen concentration may be 100 wtppm or more, or 500 wtppm or more.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of organizing the relationship between refractive index distribution and transmission loss.
  • the transmission loss is ( ⁇ 3- ⁇ 2)/( ⁇ 1- ⁇ 2). The relationship between is plotted. Note that the value of ⁇ 1 ⁇ 2 for each optical fiber includes an error of ⁇ 0.005%.
  • ⁇ 1- ⁇ 2 ⁇ 0.02 may be satisfied, and ⁇ 1- ⁇ 2 ⁇ 0.04. It can be confirmed that ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 0.06 may be satisfied.
  • ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 0.02 a transmission loss of 0.150 dB/km or less can be achieved.
  • ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 0.04 a transmission loss of 0.1495 dB/km or less can be achieved.
  • ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 0.06 a transmission loss of 0.149 dB/km or less can be achieved.
  • ⁇ 1- ⁇ 2 corresponds to the amount of decrease in the halogen concentration at the center of the core 10, and as the halogen concentration decreases, Rayleigh scattering due to concentration unevenness decreases, resulting in a reduction in transmission loss. Suggests.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between ( ⁇ 3 ⁇ 2)/( ⁇ 1 ⁇ 2) and the root mean square (RMS) of the relative refractive index difference of the core.
  • the RMS of the relative refractive index difference of the core is the mean square variation ( ⁇ (r) - ⁇ e) of the relative refractive index difference ⁇ (r) with respect to the effective relative refractive index difference ⁇ e in the range of 0 ⁇ r ⁇ r3. It is the square root of the average value in the range r ⁇ r3.
  • the mean square variation ( ⁇ (r) ⁇ e) 2 also decreases. It can be confirmed that this reduces structural asymmetric scattering and, as a result, reduces transmission loss.
  • the optical fiber of Experimental Example 1 corresponds to the optical fiber 1 according to the embodiment, and has a refractive index profile in which the relative refractive index difference increases at the radial distances r1 and r3.
  • the optical fiber according to Experimental Example 2 has a refractive index profile in which the relative refractive index difference is high at the radial distance r1 and the relative refractive index difference is low at the radial distance r3. As shown in FIG.
  • the optical fiber according to Experimental Example 3 has a typical ring core-shaped refractive index profile in which the relative refractive index difference is high at the radial distance r3 and the relative refractive index difference is low at the radial distance r1. have. It can be said that the optical fiber according to Experimental Example 1 also has a ring core-shaped refractive index profile.
  • the optical fiber according to Experimental Example 4 has a refractive index profile in which the relative refractive index difference is low at both the radial distances r1 and r3.
  • Table 1 shows, for each optical fiber, ⁇ 1- ⁇ 2 [%], ⁇ 3- ⁇ 2 [%], transmission loss [dB/km] at a wavelength of 1550 nm, effective cross-sectional area Aeff [ ⁇ m 2 ] at a wavelength of 1550 nm, and Chromatic dispersion [ps/nm/km] and fiber cutoff wavelength ⁇ c [nm] are shown.
  • the optical fiber of Experimental Example 1 has the lowest transmission loss. This is considered to be because the halogen concentration of the core was reduced by having a protruding refractive index profile at the center of the core due to a drop in halogen concentration. Furthermore, it can be confirmed that the optical fiber of Experimental Example 1 has almost the same characteristics as the optical fiber of Experimental Example 3 in effective cross-sectional area Aeff, wavelength dispersion, and fiber cutoff wavelength ⁇ c.
  • Optical fiber 1a Central axis 10
  • Core 20 ... Clad

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Abstract

光ファイバは、シリカ系ガラスからなるコア（１０）と、コア（１０）を取り囲み、シリカ系ガラスからなるクラッド（２０）と、を備え、コア（１０）の中心軸からの径方向距離をｒ、コア（１０）の半径をａとすると、０≦ｒ／ａ≦０．３における比屈折率差の最大値Δ１、及び、０≦ｒ／ａ≦０．９における比屈折率差の最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０２を満たす。

Description

光ファイバ
　本開示は、光ファイバに関する。本出願は、２０２２年５月２６日出願の日本出願第２０２２－０８６２３７号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　近赤外領域の波長における伝送損失値は、レイリ散乱、赤外吸収、ＯＨ吸収、構造不整散乱等の複数の散乱・吸収要因の足し合わせで成り立っている。レイリ散乱、赤外吸収、及びＯＨ吸収は、ガラスの原子スケールでの散乱・吸収効果である。構造不整散乱は、原子スケールよりやや大きいスケールでの屈折率分布のばらつきが光の散乱に影響することにより生じる効果である。
　伝送損失の低い光ファイバを作製する手段の一つとして、添加ハロゲン元素の濃度を減少させることによりレイリ散乱を低減するという手法がある。レイリ散乱は、原子スケールで局在する濃度分布のむらに起因し、濃度に比例して増加する傾向にあることが知られている。特許文献１から３には、添加ハロゲン元素の濃度が低減された光ファイバが記載されている。非特許文献１には、濃度むらによるレイリ散乱は濃度に比例して増加する傾向にあることが記載されている。
米国特許第７６８９０８５号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０２９４３５５号明細書 米国特許出願公開第２０１７／００１７０３２号明細書
H.　Kakiuchida　et　al.　"Rayleigh　Scattering　in　Fluorine-Doped　Silica　Glass"　Journal　of　Japan　Applied　Physics　Vol.　42　(2003),　pp.　6516-6517,　Part　1,　No.　10,　October　2003
　本開示の一態様に係る光ファイバは、シリカ系ガラスからなるコアと、コアを取り囲み、シリカ系ガラスからなるクラッドと、を備え、コアの中心軸からの径方向距離をｒ、コアの半径をａとすると、０≦ｒ／ａ≦０．３における比屈折率差の最大値Δ１、及び、０≦ｒ／ａ≦０．９における比屈折率差の最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０２を満たす。
図１は、実施形態に係る光ファイバを示す断面図である。 図２は、実施形態に係る光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。 図３は、屈折率分布と伝送損失との関係について整理した結果を示すグラフである。 図４は、（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）とコアの比屈折率差の二乗平均平方根との関係を示すグラフである。 図５は、実験例３に係る光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。
［本開示が解決しようとする課題］
　光ファイバ母材に添加されたハロゲン元素は、屈折率の増減の調整に寄与するのみならず、母材時点でのガラス内部にある不純物を除去する効果を有している。よって、ハロゲン元素の添加量をゼロに抑えようとするとむしろ伝送損失が悪化する。
　特許文献１から３に記載の光ファイバでは、コア中心部のハロゲン元素が脱離することにより、屈折率がコア中心部で最も高く、径方向に外側に向かって減少傾向を示している。このため、コア内で屈折率のばらつきが大きくなる結果、構造不整散乱の影響を受け、伝送損失が悪化する。
　本開示は、伝送損失を低減可能な光ファイバを提供することを目的とする。
［本開示の効果］
　本開示によれば、伝送損失を低減可能な光ファイバを提供することができる。
［本開示の実施態様の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。（１）本開示の一態様に係る光ファイバは、シリカ系ガラスからなるコアと、コアを取り囲み、シリカ系ガラスからなるクラッドと、を備え、コアの中心軸からの径方向距離をｒ、コアの半径をａとすると、０≦ｒ／ａ≦０．３における比屈折率差の最大値Δ１、及び、０≦ｒ／ａ≦０．９における比屈折率差の最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０２を満たす。この光ファイバでは、伝送損失を低減可能である。
　（２）上記（１）において、最大値Δ１、最小値Δ２、及び、０．８≦ｒ／ａ≦１における比屈折率差の最大値Δ３は、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５を満たしてもよい。この場合、伝送損失を更に低減可能である。
　（３）上記（１）または（２）において、比屈折率差が最大値Δ１となる径方向距離をｒ１とすると、０≦ｒ１／ａ≦０．１であってもよい。この場合、伝送損失を低減可能である。
　（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、比屈折率差が最小値Δ２となる径方向距離をｒ２とすると、０≦ｒ２／ａ≦０．５であってもよい。この場合、伝送損失を更に低減可能である。
　（５）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、比屈折率差が最小値Δ２となる径方向距離をｒ２とすると、０≦ｒ２／ａ≦０．４であってもよい。この場合、伝送損失を更に低減可能である。
　（６）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、比屈折率差が最小値Δ２となる径方向距離をｒ２とすると、０≦ｒ２／ａ≦０．３５であってもよい。この場合、伝送損失を更に低減可能である。
　（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、クラッドの比屈折率差の最小値Δ４は、－０．６≦Δ４≦－０．２であってもよい。この場合、伝送損失を更に低減可能である。
　（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、最大値Δ１、及び、最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０４を満たしてもよい。この場合、伝送損失を更に低減可能である。
　（９）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、最大値Δ１、及び、最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０６を満たしてもよい。この場合、伝送損失を更に低減可能である。
［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の光ファイバの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、実施形態に係る光ファイバを示す断面図である。図１に示されるように、光ファイバ１は、中心軸１ａに沿って延びるコア１０と、コア１０を取り囲むクラッド２０と、を備える。コア１０及びクラッド２０は、シリカガラスが質量比で９０％以上である、シリカガラスを主成分とするシリカ系ガラスからなる。コア１０は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）等のハロゲン元素、及び、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）等のアルカリ金属元素を含んでいる。クラッド２０は、例えば、Ｆ、Ｃｌ等のハロゲン元素を含んでいてもよい。
　コア１０の屈折率は、クラッド２０の屈折率よりも高い。光ファイバ１の波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Ａｅｆｆは、８０μｍ２以上１６０μｍ２以下である。光ファイバ１の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０．１５０ｄＢ／ｋｍ以下である。コア１０の半径ａは、例えば、４μｍ以上７μｍ以下である。
　図２は、実施形態に係る光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。縦軸は、純シリカ（ＳｉＯ２）の屈折率を基準とした比屈折率差Δ［％］を示し、横軸は、コア１０の中心軸１ａからの径方向距離ｒ［μｍ］を示す。比屈折率差Δ（ｒ）を径方向距離ｒで微分した値ｄΔ（ｒ）／ｄｒが最小値（最急の下り勾配）となる位置は、コア１０及びクラッド２０の界面（境界）として定義される。コア１０及びクラッド２０の界面の径方向距離ｒは、コア１０の半径ａに相当する。
　径方向距離ｒが半径ａに対して０≦ｒ／ａ≦０．３を満たす径方向範囲において、比屈折率差の最大値（極大値）をΔ１［％］、比屈折率差がΔ１となる径方向距離をｒ１とする。複数の極大値が存在する場合は、最小の径方向距離をｒ１と定義し、その極大値を最大値Δ１とする。Δ１は、－０．１≦Δ１≦０．１を満たす。０≦ｒ１／ａ≦０．１であってもよい。
　径方向距離ｒが半径ａに対して０≦ｒ／ａ≦０．９を満たす径方向範囲において、比屈折率差の最小値（極小値）をΔ２［％］、比屈折率差がΔ２となる径方向距離をｒ２とする。複数の極小値が存在する場合は、最小の径方向距離をｒ２と定義し、その極小値を最小値Δ２とする。Δ２は、－０．２≦Δ２≦０を満たす。ただし、Δ１≧Δ２である。０≦ｒ２／ａ≦０．５であってもよく、０≦ｒ２／ａ≦０．４であってもよく、０≦ｒ２／ａ≦０．３５であってもよい。
　径方向距離ｒが半径ａに対して０．８≦ｒ／ａ≦１を満たす径方向範囲において、比屈折率差の最大値（極大値）をΔ３［％］、比屈折率差がΔ３となる径方向距離をｒ３とする。複数の極大値が存在する場合は、最大の径方向距離をｒ３と定義し、その極大値を最大値Δ３とする。Δ３は、－０．１≦Δ３≦０．１を満たす。ただし、Δ３≧Δ２である。
　ｒ≧ａを満たす径方向範囲、すなわち、クラッド２０において、比屈折率差の最小値（極小値）をΔ４［％］、比屈折率差がΔ４となる径方向距離をｒ４とする。複数の極小値が存在する場合は、最小の径方向距離をｒ４と定義し、その極小値を最小値Δ４とする。Δ４は、－０．６≦Δ４≦－０．２であってもよい。
　光ファイバ１では、最大値Δ１及び最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０２を満たす。また、最大値Δ１、最小値Δ２、及び、最大値Δ３は、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５を満たす。ここで、（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）は、コア１０内の比屈折率差Δのばらつきを示す指標である。コア１０の中心部の最大値Δ１と外周部の最大値Δ３とが互いに近い値であるほど、（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）は１に近づく。
　図２に示されるような屈折率分布を得るには、コア１０の中心部の最大値Δ１と、コア１０及びクラッド２０の界面近傍の最大値Δ３と、を高くする必要がある。本実施形態に係る光ファイバ１では、次のような手段で実現した。
　最大値Δ１は、コア１０の中心部のハロゲン濃度、特にＦ濃度を局所的に欠乏させることによって実現した。Ｆ濃度の局所的な欠乏は、例えば、脱水工程で不純物を取り除いた後の光ファイバ母材において、コア１０の中心部に相当するガラス部を局所的に加熱することで実現可能である。この加熱温度は、１０００℃以上であってもよく、１４００℃以上であってもよい。径方向距離ｒ１の位置でのＣｌ濃度、及び、Ｆ濃度はそれぞれ１０００ｗｔｐｐｍ以下であってもよく、５００ｗｔｐｐｍ以下であってもよい。
　光ファイバ母材の製造では、コア部の外周部におけるハロゲン濃度が低減されるように、コア部となるガラス体焼結時にハロゲン元素の添加量が調節される。しかしながら、クラッド部におけるＦ濃度は１００００ｗｔｐｐｍ以上であるため、コア部の外周部におけるハロゲン濃度が低すぎると、コア部及びクラッド部の界面でのガラス粘性差が大きくなってしまう。その結果、界面で伝送損失増加につながる欠陥が発生し易い。したがって、コア１０及びクラッド２０の界面位置に相当する径方向距離ｒ３の位置では、ハロゲン濃度は１００ｗｔｐｐｍ以上であってもよく、５００ｗｔｐｐｍ以上であってもよい。
　図３は、屈折率分布と伝送損失との関係について整理した結果を示すグラフである。図３では、Δ１－Δ２が０％、０．０２％、０．０４％、及び、０．０６％である各光ファイバに対して、（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）と伝送損失との関係がプロットされている。なお、各光ファイバのΔ１－Δ２の値は、±０．００５％の誤差を含んでいる。
　図３によれば、（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）によらず伝送損失を低減させるためには、Δ１－Δ２≧０．０２であってもよく、Δ１－Δ２≧０．０４であってもよく、Δ１－Δ２≧０．０６であってもよいことが確認できる。Δ１－Δ２≧０．０２の場合、０．１５０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現することができる。Δ１－Δ２≧０．０４の場合、０．１４９５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現することができる。Δ１－Δ２≧０．０６の場合、０．１４９ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現することができる。この結果は、Δ１－Δ２がコア１０の中心部のハロゲン濃度の減少量に対応し、ハロゲン濃度の減少に伴って、濃度むらによるレイリ散乱が減少し、その結果、伝送損失が低減したことを示唆している。
　また、図３によれば、伝送損失を低減させるためには、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５であってもよいことが確認できる。この範囲では、例えば、Δ１－Δ２＝が０．０６±０．００５％の光ファイバに対して、０．１４６５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現することができる。
　図４は、（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）とコアの比屈折率差の二乗平均平方根（ＲＭＳ）との関係を示すグラフである。コアの比屈折率差のＲＭＳとは、０≦ｒ≦ｒ３の範囲における実効比屈折率差Δｅに対する比屈折率差Δ（ｒ）の平均二乗ばらつき（Δ（ｒ）－Δｅ）２を０≦ｒ≦ｒ３の範囲で平均した値の平方根である。（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）が１に近いほど、平均二乗ばらつき（Δ（ｒ）－Δｅ）２も低減する。これにより、構造不整散乱が減少し、その結果、伝送損失が低減することが確認できる。
　以上のことから、低損失な光ファイバ１を実現するためには、Δ１－Δ２≧０．０２、かつ、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５であってもよく、Δ１－Δ２≧０．０４、かつ、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５であってもよく、Δ１－Δ２≧０．０６、かつ、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５であってもよい。Δ１－Δ２≧０．０２、かつ、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５の場合、０．１４８５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現することができる。Δ１－Δ２≧０．０４、かつ、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５の場合、０．１４７５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現することができる。Δ１－Δ２≧０．０６、かつ、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５の場合、０．１４６５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を実現することができる。
　実験例１から４の光ファイバを用い、屈折率分布の違いによる光学特性を調べた。実験例１の光ファイバは、実施形態に係る光ファイバ１に対応し、径方向距離ｒ１，ｒ３で比屈折率差が高くなる屈折率プロファイルを有している。実験例２に係る光ファイバは、径方向距離ｒ１で比屈折率差が高く、径方向距離ｒ３で比屈折率差が低い屈折率プロファイルを有している。実験例３に係る光ファイバは、図５に示されるように、径方向距離ｒ３で比屈折率差が高く、径方向距離ｒ１で比屈折率差が低い典型的なリングコア形状の屈折率プロファイルを有している。実験例１に係る光ファイバもリングコア形状の屈折率プロファイルを有していると言える。実験例４に係る光ファイバは、径方向距離ｒ１，ｒ３で比屈折率差がともに低い屈折率プロファイルを有している。
　表１には、各光ファイバについて、Δ１－Δ２［％］、Δ３－Δ２［％］、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失［ｄＢ／ｋｍ］、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Ａｅｆｆ［μｍ２］、波長１５５０ｎｍにおける波長分散［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、及び、ファイバカットオフ波長λｃ［ｎｍ］を示す。
　表１の結果によれば、実験例１の光ファイバにおいて、伝送損失が最も低くなることが確認できる。これは、コアの中心部にハロゲン濃度抜けに起因する突起状の屈折率プロファイルを有することにより、コアのハロゲン濃度が低減されたためと考えられる。また、実験例１の光ファイバは、実効断面積Ａｅｆｆ、波長分散、及び、ファイバカットオフ波長λｃにおいて、実験例３の光ファイバとほとんど同等の特性を有していることが確認できる。これは、コアの外周部で比屈折率差が高くなるリングコア形状の屈折率プロファイルを有することにより、モードフィールド径に対する実効断面積Ａｅｆｆを大きくすることが可能なため、光の閉じ込めを強くすることが可能なことに起因している。以上により、本実施形態の光ファイバ１によれば、耐曲げ損失性を保ちつつ、伝送損失の悪化が抑制されることが確認できる。
　以上、実施形態について説明してきたが、本開示は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
１…光ファイバ
１ａ…中心軸
１０…コア
２０…クラッド

 

Claims (15)

  1. 　シリカ系ガラスからなるコアと、
    　前記コアを取り囲み、シリカ系ガラスからなるクラッドと、を備え、
    　前記コアの中心軸からの径方向距離をｒ、前記コアの半径をａとすると、０≦ｒ／ａ≦０．３における比屈折率差の最大値Δ１、及び、０≦ｒ／ａ≦０．９における比屈折率差の最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０２を満たす、
    　光ファイバ。
  2. 　前記最大値Δ１、前記最小値Δ２、及び、０．８≦ｒ／ａ≦１における比屈折率差の最大値Δ３は、０．５≦（Δ３－Δ２）／（Δ１－Δ２）≦１．５を満たす、
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　比屈折率差が前記最大値Δ１となる前記径方向距離をｒ１とすると、０≦ｒ１／ａ≦０．１である、
    　請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  4. 　比屈折率差が前記最小値Δ２となる前記径方向距離をｒ２とすると、０≦ｒ２／ａ≦０．５である、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  5. 　比屈折率差が前記最小値Δ２となる前記径方向距離をｒ２とすると、０≦ｒ２／ａ≦０．４である、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  6. 　比屈折率差が前記最小値Δ２となる前記径方向距離をｒ２とすると、０≦ｒ２／ａ≦０．３５である、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  7. 　前記クラッドの比屈折率差の最小値Δ４は、－０．６≦Δ４≦－０．２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. 　前記最大値Δ１、及び、前記最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０４を満たす、
    　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。
  9. 　前記最大値Δ１、及び、前記最小値Δ２は、Δ１－Δ２≧０．０６を満たす、
    　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。
  10. 　前記最大値Δ１は、－０．１≦Δ１≦０．１を満たす、
    　請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  11. 　前記最小値Δ２は、－０．２≦Δ２≦０を満たす、
    　請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  12. 　前記最大値Δ３は、－０．１≦Δ３≦０．１を満たす、
    　請求項２に記載の光ファイバ。
  13. 　前記最小値Δ４は、－０．６≦Δ４≦－０．２を満たす、
    　請求項７に記載の光ファイバ。
  14. 　前記コアは、シリカガラスが質量比で９０％以上であるシリカ系ガラスからなる、
    　請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  15. 　前記クラッドは、シリカガラスが質量比で９０％以上であるシリカ系ガラスからなる、
    　請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
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