WO2024048118A1 - 光ファイバ - Google Patents

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WO2024048118A1
WO2024048118A1 PCT/JP2023/026794 JP2023026794W WO2024048118A1 WO 2024048118 A1 WO2024048118 A1 WO 2024048118A1 JP 2023026794 W JP2023026794 W JP 2023026794W WO 2024048118 A1 WO2024048118 A1 WO 2024048118A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refractive index
core
less
optical fiber
cladding
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/026794
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮太 守岡
義典 山本
雄揮 川口
圭省 森田
Original Assignee
住友電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友電気工業株式会社 filed Critical 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. 2022-140078 filed on September 2, 2022, and incorporates all the contents described in the said Japanese application.
  • Patent Document 1 discloses the structure of a single mode optical fiber.
  • This optical fiber includes a core layer and a cladding layer.
  • the core layer is a silica glass layer co-doped with germanium and fluorine.
  • the radius of the core layer is 3.0 ⁇ m to 3.9 ⁇ m.
  • the relative refractive index difference of the core layer is -0.04% to 0.12%.
  • the amount of germanium added to the relative refractive index difference of the core layer is 0.02% to 0.10%.
  • the cladding layers include an inner cladding layer, a depressed inner cladding layer, a supplemental outer cladding layer, and an outer cladding layer.
  • the radius of the inner cladding layer is between 8 ⁇ m and 14 ⁇ m.
  • the relative refractive index difference of the inner cladding layer is -0.35% to -0.10%.
  • the radius of the depressed inner cladding layer is 14 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the relative refractive index difference of the depressed inner cladding layer is -0.6% to -0.2%.
  • the radius of the auxiliary outer cladding layer is between 35 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • the relative refractive index difference of the auxiliary outer cladding layer is -0.4% to -0.15%.
  • Patent Document 2 discloses the structure of an optical fiber.
  • This optical fiber includes a core and a cladding having a refractive index lower than the refractive index of the core.
  • the cladding contains fluorine (F).
  • the fluorine concentration in the cladding is adjusted to be minimum at the outermost part of the cladding.
  • Optical fibers that achieve low transmission loss include optical fibers whose cores are made of pure silica glass and optical fibers whose cores are doped with an alkali element. From the viewpoint of keeping manufacturing costs lower than those of these optical fibers, there are optical fibers whose cores are doped with germanium dioxide (GeO 2 ).
  • optical fibers for communications require the reduction of transmission loss and bending loss, that is, standards regarding transmission loss and bending loss (for example, ITU-T G.652. .652.D) is required.
  • an optical fiber whose core is doped with germanium dioxide (GeO 2 )
  • germanium dioxide GeO 2
  • the higher the viscosity of the core. Become.
  • an optical fiber preform is drawn while applying tension. Internal stress remains in the optical fiber taken out by drawing. If the viscosity of the core is greater than the viscosity of the cladding, tensile stress remains in the core. If excessive tensile stress remains in the core through which most of the signal light is guided, the core will be stretched, increasing glass structural defects and increasing transmission loss.
  • the relative refractive index difference of the core is ⁇ 0.04% to 0.12%. In such a configuration, the relative refractive index difference of the core layer is considered to be too small, and there is a concern that transmission loss and bending loss will increase.
  • the larger the relative refractive index difference of the core in other words, the larger the concentration of GeO 2 in the core, the more Rayleigh Scattering increases and transmission loss increases.
  • the present disclosure aims to reduce bending loss and transmission loss in an optical fiber whose core is doped with GeO 2 .
  • An optical fiber includes a glass fiber including a core and a cladding.
  • the cladding includes an inner cladding surrounding the core, a trench surrounding the inner cladding, and an outer cladding surrounding the trench.
  • the average value of the refractive index of the inner cladding and the minimum value of the refractive index of the outer cladding are lower than the average value of the refractive index of the core.
  • the average value of the refractive index of the trench is lower than the average value of the refractive index of the inner cladding and the minimum value of the refractive index of the outer cladding.
  • the core includes germanium dioxide.
  • the relative refractive index difference of the core with respect to the refractive index of pure silica glass is 0.12% or more and 0.30% or less.
  • the diameter of the core is 4.0 ⁇ m or more and 9.2 ⁇ m or less.
  • the mode field diameter for light with a wavelength of 1310 nm is 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less.
  • the zero dispersion wavelength is 1300 nm or more and 1324 nm or less.
  • the zero dispersion slope is 0.073 ps/(nm 2 ⁇ km) or more and 0.092 ps/(nm 2 ⁇ km) or less.
  • the cable cutoff wavelength is 1260 nm or less. When wound around a mandrel with a diameter of 60 mm, the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm is 0.1 dB or less per 100 turns.
  • bending loss and transmission loss can be reduced in an optical fiber whose core is doped with GeO 2 .
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross section perpendicular to the axial direction of an optical fiber according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the refractive index distribution in the radial direction of the glass fiber.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference of the core and the predicted transmission loss (dB/km) for light with a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 4 is a chart showing six examples and one comparative example of optical fibers.
  • FIG. 5 is a chart showing six examples and one comparative example of optical fibers.
  • FIG. 6 is a chart showing the relationship between the relative refractive index difference and the average residual stress of the core in five samples of optical fibers.
  • FIG. 7 is a graph showing the distribution of relative refractive index differences in the radial direction in the five samples shown in FIG.
  • An optical fiber includes a glass fiber including a core and a cladding.
  • the cladding includes an inner cladding surrounding the core, a trench surrounding the inner cladding, and an outer cladding surrounding the trench.
  • the average value of the refractive index of the core is larger than the average value of the refractive index of the inner cladding and the minimum value of the refractive index of the outer cladding.
  • the average value of the refractive index of the trench is smaller than the average value of the refractive index of the inner cladding and the minimum value of the refractive index of the outer cladding.
  • the core includes germanium dioxide.
  • the relative refractive index difference of the core with respect to the refractive index of pure silica glass is 0.12% or more and 0.30% or less.
  • the value obtained by subtracting the relative refractive index difference of the outer cladding with respect to the refractive index of pure silica glass from the relative refractive index difference of the core is 0.25% or more.
  • the radius of the core is 4.0 ⁇ m or more and 9.2 ⁇ m or less.
  • the mode field diameter for light with a wavelength of 1310 nm is 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less.
  • the zero dispersion wavelength is 1300 nm or more and 1324 nm or less.
  • the zero dispersion slope is 0.073 ps/(nm 2 ⁇ km) or more and 0.092 ps/(nm 2 ⁇ km) or less.
  • the cable cutoff wavelength is 1260 nm or less. When wound around a mandrel with a diameter of 60 mm, the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm is 0.1 dB or less per 100 turns.
  • the relative refractive index difference of the core doped with GeO 2 can be kept within an appropriate range, and the G.I. 652. Bending loss and transmission loss can be reduced to an extent that complies with D.
  • the relative refractive index difference of the inner cladding with respect to the refractive index of pure silica glass may be -0.12% or more and 0.10% or less. Furthermore, the difference in the relative refractive index of the trench with respect to the refractive index of pure silica glass may be -0.70% or more and -0.20% or less.
  • the radius of the outer circumferential circle of the core is r1
  • the radius of the outer circumferential circle of the inner cladding is r2
  • the radius of the outer circumferential circle of the trench is r3, r2/r1 is 2.2 or more and 3.8 or less
  • r3 -r2 may be 4 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the optical fiber is G. 652. It is possible to have a refractive index distribution structure to comply with D.
  • the bending loss for light with a wavelength of 1550 nm when wound around a mandrel with a diameter of 20 mm may be 0.75 dB or less per turn. Furthermore, the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm when wound around a mandrel with a diameter of 20 mm may be 1.5 dB or less per turn. Furthermore, the bending loss for light with a wavelength of 1550 nm when wound around a mandrel with a diameter of 30 mm may be 0.25 dB or less per 10 turns.
  • the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm when wound around a mandrel with a diameter of 30 mm may be 1.0 dB or less per 10 turns.
  • the optical fiber is G. 652.
  • G.D which is a standard regarding bending loss. 657. It is possible to comply with A1.
  • the outer cladding may be made of pure silica glass only. In this case, since tensile stress is concentrated in the outer cladding, it is possible to suppress residual tensile stress in the core and reduce transmission loss.
  • the outer cladding may contain fluorine.
  • the refractive index difference between the core and the outer cladding becomes large, the fundamental mode is less likely to be blocked even if the relative refractive index difference of the core is made small.
  • the average value of the fluorine concentration in the first region may be smaller than the average value of the fluorine concentration in the second region.
  • tensile stress is concentrated near the outer peripheral surface of the outer cladding, compressive stress can be left in the core, or even if tensile stress remains in the core, the tensile stress can be reduced. Therefore, transmission loss can be reduced.
  • the average stress remaining in the core may be compressive stress or tensile stress of 30 MPa or less.
  • the core may not substantially contain an alkali element. In this case, the manufacturing cost of the optical fiber can be reduced.
  • the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm when wound around a mandrel with a diameter of 100 mm is 1.0 ⁇ 10 -5 dB or less per turn. It may be. In this case, leakage loss due to blocking of the fundamental mode can be reduced. Note that if it is difficult to actually measure this bending loss, this bending loss may be determined by extrapolation based on the dependence of bending loss on the bending radius.
  • the core contains fluorine, and the relative refractive index difference due to the fluorine in the core with respect to the refractive index of pure silica glass is -0.12% or more. It may be less than 0%.
  • GeO 2 and F are co-doped into the core.
  • the viscosity of the core can be lowered compared to a case where fluorine is not included even if the relative refractive index difference of the core is the same. Therefore, residual stress in the core can be easily converted into compressive stress.
  • the fluorine concentration in the core is not too high, it is possible to suppress an increase in transmission loss caused by fluorine.
  • optical fiber A specific example of the optical fiber according to this embodiment will be described with reference to the drawings as necessary.
  • the present invention is not limited to these examples, but is indicated by the scope of the claims, and is intended to include all changes within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
  • the same elements are given the same reference numerals in the description of the drawings, and redundant description will be omitted.
  • the "outer diameter” of a certain element refers to the average value of the outer diameter of the element at each position in the axial direction of the optical fiber.
  • the “thickness” of a certain element refers to the average value of the thickness of the element at each position in the axial direction of the optical fiber.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross section perpendicular to the axial direction of an optical fiber 10 according to one embodiment.
  • the optical fiber 10 is a so-called bare optical fiber, and is compliant with ITU-T G. 652.D standard and ITU-T G. Compliant with both 657.A standards.
  • the optical fiber 10 includes a glass fiber 13 including a core 11 and a cladding 12, and a resin layer 16 provided around the outer periphery of the glass fiber 13.
  • the resin layer 16 includes a primary resin layer 14 surrounding the glass fiber 13 and a secondary resin layer 15 surrounding the primary resin layer 14 .
  • the cladding 12 surrounds the core 11.
  • the cladding 12 includes an inner cladding 121, a trench 122, and an outer cladding 123.
  • Inner cladding 121 surrounds core 11 and is in contact with the outer peripheral surface of core 11 .
  • the trench 122 surrounds the inner cladding 121 and is in contact with the outer peripheral surface of the inner cladding 121.
  • the outer cladding 123 surrounds the trench 122 and is in contact with the outer peripheral surface of the trench 122 .
  • FIG. 2 is a diagram showing the refractive index distribution in the radial direction of the glass fiber 13.
  • range E1 corresponds to core 11
  • range E2 corresponds to inner cladding 121
  • range E3 corresponds to trench 122
  • range E4 corresponds to outer cladding 123.
  • the vertical axis shows the relative refractive index difference
  • the horizontal axis shows the radial position.
  • the relative refractive index difference of the core 11, inner cladding 121, trench 122, and outer cladding 123 with respect to the refractive index of pure silica glass (SiO 2 , also referred to as pure quartz) is ⁇ 1. , ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4.
  • n 0 is the refractive index of pure silica glass
  • n 1ave is the average value of the refractive index of the core 11
  • n 2ave is the average value of the refractive index of the inner cladding 121
  • n 3ave is the average value of the refractive index of the trench 122
  • n 4 min is the minimum value of the refractive index of the outer cladding 123.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is larger than the relative refractive index difference ⁇ 2 of the inner cladding 121, the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench 122, and the relative refractive index difference ⁇ 4 of the outer cladding 123.
  • the average refractive index n 1ave of the core 11 is larger than the average refractive index n 2ave of the inner cladding 121, the average refractive index n 3ave of the trench 122, and the minimum refractive index n 4min of the outer cladding 123.
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench 122 is smaller than the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11, the relative refractive index difference ⁇ 2 of the inner cladding 121, and the relative refractive index difference ⁇ 4 of the outer cladding 123.
  • the average refractive index n 3ave of the trench 122 is smaller than the average refractive index n 1ave of the core 11 , the average refractive index n 2ave of the inner cladding 121 , and the minimum refractive index n 4min of the outer cladding 123 .
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the inner cladding 121 may be the same as the relative refractive index difference ⁇ 4 of the outer cladding 123, may be greater than the relative refractive index difference ⁇ 4, or may be smaller than the relative refractive index difference ⁇ 4.
  • the average refractive index n 2ave of the inner cladding 121 may be the same as the minimum refractive index n 4min of the outer cladding 123, may be less than the minimum refractive index n 4min , or greater than the minimum refractive index n 4min It's okay.
  • the sign of the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench 122 is negative, and the sign of the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is positive.
  • a negative sign of the relative refractive index difference means that the average refractive index is smaller than the refractive index of pure silica glass.
  • a positive sign of the relative refractive index difference means that the average refractive index is larger than the refractive index of pure silica glass.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is 0.12% or more and 0.30% or less.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the inner cladding 121 is, for example, ⁇ 0.12% or more and 0.10% or less.
  • the value ( ⁇ 1 ⁇ 2) obtained by subtracting the relative refractive index difference ⁇ 2 of the inner cladding 121 from the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is, for example, 0.15% or more and 0.40% or less.
  • the value ( ⁇ 1- ⁇ 2) is 0.34%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench 122 is, for example, ⁇ 0.70% or more and ⁇ 0.20% or less. Since the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench 122 is within such a range, there is no need to extremely increase the amount of fluorine added in the step of sintering the glass.
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench 122 may be smaller than ⁇ 0.25%.
  • the value ( ⁇ 1 ⁇ 4) obtained by subtracting the relative refractive index difference ⁇ 4 of the outer cladding 123 from the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is 0.25% or more and 0.70% or less.
  • fluorine (F) may be added to the outer cladding 123 to make the relative refractive index difference ⁇ 4 a negative value.
  • concentration of fluorine (F) the lower the relative refractive index difference ⁇ 4 of the outer cladding 123 (the larger the absolute value).
  • the radius of the outer circumferential circle of the core 11 is r1
  • the radius of the outer circumferential circle of the inner cladding 121 is r2
  • the radius of the outer circumferential circle of the trench 122 is r3
  • the radius of the outer circumferential circle of the outer cladding 123 is Let it be r4.
  • the radius r1 of the core 11 is, for example, 2.0 ⁇ m or more and 4.6 ⁇ m or less.
  • the value (r2/r1) obtained by dividing the radius r2 of the inner cladding 121 by the radius r1 of the core 11 is, for example, 2.2 or more and 3.8 or less.
  • a value (r3-r2) obtained by subtracting the radius r2 of the inner cladding 121 from the radius r3 of the trench 122 is 4 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. In one example, the value (r3-r2) is 6.0 ⁇ m. In one embodiment, the radius r1 of the core 11 is 3.8 ⁇ m, the radius r2 of the inner cladding 121 is 10.65 ⁇ m, and the radius r3 of the trench 122 is 16.65 ⁇ m.
  • the diameter D1 of the core 11 is, for example, 4.0 ⁇ m or more and 9.2 ⁇ m or less.
  • the outer diameter D2 of the glass fiber 13, that is, the outer diameter of the cladding 12, is, for example, 125 ⁇ m ⁇ 0.7 ⁇ m, that is, 124.3 ⁇ m or more and 125.7 ⁇ m or less. Since the outer diameter D2 of the glass fiber 13 is the same as the outer diameter of a general glass fiber, common peripheral jigs such as connectors and peripheral devices such as fusion splicers can be used. , it is possible to easily replace existing optical fibers. For example, the optical fiber 10 can be easily applied to microduct cables, super multi-core cables for data centers, and other various cables.
  • the core 11 and the cladding 12 mainly contain silica glass (quartz glass).
  • the core 11 is made of, for example, silica glass containing germanium dioxide (GeO 2 ) as an additive material. By adding germanium dioxide to the material constituting the core 11, the transmission loss of light in the optical fiber 10 is reduced.
  • the silica glass of the core 11 may further contain fluorine (F) as an additive material.
  • F fluorine
  • the relative refractive index difference caused by fluorine is, for example, ⁇ 0.12% or more and less than 0%.
  • the concentration of fluorine contained in the core 11 is, for example, 200 ppm or more. This makes it easier for the stress remaining in the core 11 to become compressive stress. A fluorine concentration of 200 ppm corresponds to -0.007% in terms of relative refractive index difference.
  • the average stress remaining in the core 11 is compressive stress or tensile stress of 30 MPa or less.
  • the residual stress of the core 11 is measured using, for example, IFA-100 (manufactured by Inter Fiber Analysis, Inc., USA).
  • the core 11 does not substantially contain alkali elements such as lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K).
  • alkali elements such as lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K).
  • substantially zero specifically means 50 ppm or less.
  • the inner cladding 121 mainly contains silica glass and contains, for example, chlorine (Cl) as an additive material.
  • the average chlorine mass concentration of the inner cladding 121 is, for example, 500 ppm or more and 5000 ppm or less, or, for example, 500 ppm or more and 3000 ppm or less.
  • the trench 122 mainly contains silica glass and contains, for example, fluorine (F) as an additive material.
  • the outer cladding 123 is made of pure silica glass. Pure silica glass refers to silica glass that does not substantially contain impurities (consists of pure silica). Alternatively, the outer cladding 123 may mainly contain silica glass and may also contain, for example, fluorine (F) as an additive material.
  • the relative refractive index difference ⁇ 4 of the outer cladding 123 the relative refractive index difference due to fluorine is, for example, ⁇ 0.40% or more and less than 0%.
  • the mode field diameter for light with a wavelength of 1310 nm has a center value of 8.6 ⁇ m to 9.2 ⁇ m, and an error of ⁇ 0.4 ⁇ m. That is, the mode field diameter is 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less.
  • the mode field diameter is according to the Petermann-II definition.
  • the bending loss for light with a wavelength of 1550 nm is 0.75 dB or less per turn.
  • the optical fiber 10 is wound around a mandrel with a diameter of 20 mm, the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm is 1.5 dB or less per turn.
  • the bending loss for light with a wavelength of 1550 nm is 0.25 dB or less per 10 turns.
  • the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm is 1.0 dB or less per 10 turns.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm is 0.1 dB or less per 100 turns.
  • the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 dB or less per turn.
  • the optical fiber 10 expands the mode field diameter with 8.9 ⁇ m as the center of the mode field diameter compared to a normal optical fiber (an optical fiber in which the refractive index distribution of the core and cladding is only one step each). .. 657. This satisfies the bending loss level specified in A1. Therefore, the optical fiber 10 fully functions as a single mode fiber.
  • the bending loss when wound to a diameter of 100 mm is so small that it cannot be measured. Therefore, the bending loss at several bending diameters within the range of 20 mm to 60 mm is measured, and by extrapolation based on the bending diameter dependence of the bending loss, the bending loss when wound to a diameter of 100 mm is calculated.
  • the zero dispersion wavelength of the optical fiber 10 is 1300 nm or more and 1324 nm or less. That is, the zero dispersion wavelength of the optical fiber 10 is G. 652. D and G. 657. Comply with the provisions of A1. When the value (r2/r1) obtained by dividing the radius r2 of the inner cladding 121 by the radius r1 of the core 11 is 2.2 or more, such a zero-dispersion wavelength can be achieved.
  • the wavelength dispersion of the optical fiber 10 for light having a wavelength of 1550 nm is 13.3 ps/(nm ⁇ km) or more and 18.6 ps/(nm ⁇ km) or less.
  • the zero dispersion slope of the optical fiber 10 is 0.073 ps/(nm 2 ⁇ km) or more and 0.092 ps/(nm 2 ⁇ km) or less.
  • G. 652. D and G. 657. A bend-resistant optical fiber conforming to the A1 standard can be obtained.
  • the cable cutoff wavelength of the optical fiber 10 is 1260 nm or less. That is, the cable cutoff wavelength of the optical fiber 10 is G. 652. D and G. 657. Comply with the provisions of A1.
  • the transmission loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1550 nm is 0.180 dB/km or less, or 0.174 dB/km or less.
  • the average OH mass concentration of the core 11 and the cladding 12 is so small that the transmission loss for light with a wavelength of 1550 nm is 0.180 dB/km or less, or 0.174 dB/km or less.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 and the predicted transmission loss (dB/km) for light with a wavelength of 1550 nm.
  • the horizontal axis represents the relative refractive index difference ⁇ 1 (%) of the core 11, and the vertical axis represents the predicted loss (dB/km) at a wavelength of 1550 nm.
  • the transmission loss shown in FIG. 3 is the sum of the loss due to Rayleigh scattering, the loss due to structural irregularity, and the loss due to infrared absorption and ultraviolet absorption of the glass.
  • the transmission loss shown in FIG. 3 does not include absorption loss due to OH groups and loss due to glass structural defects. As shown in FIG.
  • the transmission loss at a wavelength of 1550 nm has a substantially linear relationship with the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11.
  • Lowering the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 means lowering the concentration of GeO 2 . By lowering the GeO 2 concentration, Rayleigh scattering due to GeO 2 concentration fluctuations is reduced, resulting in reduced transmission loss.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is preferably 0.30% or less.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is preferably 0.20% or less.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is set to 0.12% or more.
  • Fluorine (F) as an additive material acts to lower the refractive index of the core 11, so by adding fluorine to the core 11 in addition to GeO2 , the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 can be maintained small.
  • the viscosity of the core 11 can be lowered by increasing the GeO 2 concentration. Therefore, by adding fluorine (F) to the core 11, the tensile stress of the core 11 can be reduced or compressive stress can be achieved. However, if too much fluorine is added, the amount of GeO 2 added increases in order to maintain the relative refractive index difference ⁇ 1, and the transmission loss due to Ge increases. Therefore, in the present embodiment, the relative refractive index difference due to fluorine in the core 11 is set to -0.12% or more and less than 0%.
  • Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 are charts showing six Examples 1 to 6 and one Comparative Example 1 of the optical fiber 10. These figures show the structural parameters and optical properties of the optical fiber 10. In Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, the relative refractive index difference ⁇ 1 due to fluorine in the core 11 is ⁇ 0.02%.
  • the mode field diameter (MFD) for light with a wavelength of 1310 nm is 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less, and the zero dispersion wavelength is 1300 nm or more and 1324 nm or less.
  • the zero dispersion slope is 0.073 ps/(nm 2 ⁇ km) or more and 0.092 ps/(nm 2 ⁇ km) or less
  • the cable cutoff wavelength is 1260 nm or less.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm is 0.1 dB or less per 100 turns.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1550 nm is 0.75 dB or less per turn.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1550 nm is 0.25 dB or less per 10 turns.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm is 1.5 dB or less per turn.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm is 1.0 dB or less per 10 turns.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 dB or less per turn.
  • the transmission loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1550 nm is 0.180 dB/km or less.
  • the mode field diameter, zero dispersion wavelength, zero dispersion slope, cable cutoff wavelength, and bending loss for light with a wavelength of 1550 nm and light with a wavelength of 1625 nm when wound to a diameter of 20 mm were within the above ranges. It fits in. However, the bending loss for light with a wavelength of 1625 nm when wound to a diameter of 60 mm exceeds 0.1 dB per 100 turns, and the bending loss for light with a wavelength of 1550 nm when wound to a diameter of 30 mm is per 10 turns. The bending loss for light with a wavelength of 1625 nm when wound to a diameter of 30 mm exceeds 1.0 dB per 10 turns.
  • the bending loss when wound to a diameter of 100 mm increases, and the confinement of light in the fundamental mode (LP01 mode) propagating through the core 11 becomes weaker.
  • leakage losses due to fundamental mode blocking increase at relatively long wavelengths.
  • the bending loss when wound to a diameter of 100 mm is suppressed to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 dB or less, and it is considered that the leakage loss due to fundamental mode interruption is extremely small.
  • the average tensile stress of the core 11 was 30 MPa, and the transmission loss at a wavelength of 1550 nm was 0.175 dB/km.
  • the average tensile stress of the core 11 was 50 MPa, and the transmission loss at a wavelength of 1550 nm was 0.194 dB/km. In this way, when the average stress remaining in the core 11 is tensile stress, its magnitude may be 30 MPa or less.
  • FIG. 6 is a chart showing the relationship between the relative refractive index differences ⁇ 1 to ⁇ 4 and the average residual stress of the core 11 in five samples 1 to 5 of the optical fiber 10.
  • FIG. 6 also shows the value of the relative refractive index difference caused by fluorine out of the relative refractive index difference ⁇ 1.
  • Tensile stress is shown as a positive value and compressive stress is shown as a negative value.
  • the radius r1 of the core 11, the radius r2 of the inner cladding 121, the radius r3 of the trench 122, and the thickness of the trench 122 are the same among samples 1 to 5. Further, FIG.
  • FIG. 7 is a graph showing the distribution of the relative refractive index difference in the radial direction in Samples 1 to 5.
  • the horizontal axis represents the radial position ( ⁇ m), and the vertical axis represents the relative refractive index difference (%).
  • Line G1 corresponds to sample 1
  • line G2 corresponds to sample 2
  • line G3 corresponds to samples 3 and 4
  • line G4 corresponds to sample 5.
  • the range E1 corresponds to the core 11
  • the range E2 corresponds to the inner cladding 121
  • the range E3 corresponds to the trench 122
  • the range E4 corresponds to the outer cladding 123.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is preferably 0.12% or more.
  • the relative refractive index difference ⁇ 4 of the first region C1 is larger than the relative refractive index difference ⁇ 4 of the second region C2.
  • the fluorine concentration in the first region C1 decreases as it approaches the outer peripheral surface of the outer cladding 123.
  • the relative refractive index difference ⁇ 4 increases as it approaches the outer peripheral surface of the outer cladding 123.
  • the viscosity near the outer circumferential surface of the outer cladding 123 increases, and tensile stress concentrates near the outer circumferential surface of the outer cladding 123. do.
  • the drawing tension can be borne near the outer circumferential surface of the outer cladding 123, and compressive stress can remain in the core 11, or even if tensile stress remains in the core 11, the tensile stress can be reduced. Can be done. Therefore, transmission loss can be reduced.
  • the optical fiber 10 of this embodiment is manufactured, for example, as follows. First, in order to produce an optical fiber preform, a glass rod having three layers corresponding to the core 11, inner cladding 121, and trench 122 is prepared. Then, glass fine particles are deposited on the outer periphery of the glass rod while adding fluorine to form a glass fine particle layer covering the outer periphery of the glass rod. This glass fine particle layer is the base of the outer cladding 123. When producing Samples 2 to 4 shown in FIG. 7, a process is further performed to remove part of the fluorine near the outer peripheral surface of the glass fine particle layer (first region C1).
  • the glass fine particle layer is heated (baked) while flowing a gas having a dehydrating effect (for example, chlorine gas (Cl 2 )). As a result, the glass fine particle layer is dehydrated. Thereafter, the glass rod and the glass fine particle layer are heated simultaneously to sinter the glass fine particle layer.
  • a gas having a dehydrating effect for example, chlorine gas (Cl 2 )
  • the glass rod and the glass fine particle layer are heated simultaneously to sinter the glass fine particle layer.
  • This heating is performed, for example, in a reduced pressure atmosphere.
  • a reduced pressure atmosphere means a pressure atmosphere lower than 1 atmosphere.
  • the glass rod and the glass fine particle layer are heated, for example, at a temperature of 1300°C or higher and 1600°C or lower. In one example, the glass rod and glass particulate layer are heated to a temperature of 1400°C.
  • the outer cladding 123 is formed by sintering the glass fine particle layer.
  • the optical fiber 10 of this embodiment includes the glass fiber 13 including the core 11 and the cladding 12.
  • the cladding 12 includes an inner cladding 121 surrounding the core 11 , a trench 122 surrounding the inner cladding 121 , and an outer cladding 123 surrounding the trench 122 .
  • the average value n 1ave of the refractive index of the core 11 is larger than the average value n 2ave of the refractive index of the inner cladding 121 and the minimum value n 4min of the refractive index of the outer cladding 123.
  • the average value n 3ave of the refractive index of the trench 122 is smaller than the average value n 2ave of the refractive index of the inner cladding 121 and the minimum value n 4min of the refractive index of the outer cladding 123.
  • Core 11 contains GeO2 .
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is 0.12% or more and 0.30% or less.
  • the value obtained by subtracting the relative refractive index difference ⁇ 4 of the outer cladding 123 from the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is 0.25% or more.
  • the radius r1 of the core 11 is 4.0 ⁇ m or more and 9.2 ⁇ m or less.
  • the mode field diameter of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1310 nm is 8.2 ⁇ m or more and 9.6 ⁇ m or less.
  • the zero dispersion wavelength of the optical fiber 10 is 1300 nm or more and 1324 nm or less.
  • the zero dispersion slope of the optical fiber 10 is greater than or equal to 0.073 ps/(nm 2 ⁇ km) and less than or equal to 0.092 ps/(nm 2 ⁇ km).
  • the cable cutoff wavelength of the optical fiber 10 is 1260 nm or less.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm when wound around a mandrel with a diameter of 60 mm is 0.1 dB or less per 100 turns. With the optical fiber 10 having these parameters, the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 doped with GeO 2 can be kept within an appropriate range. 652. Bending loss and transmission loss can be reduced to an extent that complies with D.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the inner cladding 121 may be ⁇ 0.12% or more and 0.10% or less. Further, the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench 122 may be ⁇ 0.70% or more and ⁇ 0.20% or less. Further, the ratio (r2/r1) between the radius r1 of the core 11 and the radius r2 of the inner cladding 121 is 2.2 or more and 3.8 or less, and the difference between the radius r3 of the trench 122 and the radius r2 of the inner cladding 121 ( r3 ⁇ r2) may be 4 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. In this case, the optical fiber is G. 652. It is possible to have a refractive index distribution structure to comply with D.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1550 nm when wound around a mandrel with a diameter of 20 mm may be 0.75 dB or less per turn. Furthermore, the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm when wound around a mandrel with a diameter of 20 mm may be 1.5 dB or less per turn. Furthermore, the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1550 nm when wound around a mandrel with a diameter of 30 mm may be 0.25 dB or less per 10 turns.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm when wound around a mandrel with a diameter of 30 mm may be 1.0 dB or less per 10 turns.
  • the optical fiber 10 is G. 652.
  • G.D which is a standard regarding bending loss. 657. It is possible to comply with A1.
  • the outer cladding 123 may be made of pure silica glass only. In this case, since the tensile stress is concentrated on the outer cladding 123, it is possible to suppress the tensile stress from remaining in the core 11 and reduce transmission loss.
  • the outer cladding 123 may contain fluorine. In this case, the refractive index difference between the core 11 and the outer cladding 123 becomes large, so even if the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is made small, the fundamental mode is less likely to be blocked.
  • pure silica glass in the present disclosure refers to silica glass to which no additives are intentionally added, and also includes silica glass containing trace amounts of impurities.
  • the average stress remaining in the core 11 may be compressive stress or tensile stress of 30 MPa or less. In this case, it is possible to reduce glass structural defects that occur in the core 11 due to excessive tensile stress, and therefore it is possible to reduce an increase in transmission loss due to glass structural defects.
  • the core 11 does not need to substantially contain an alkali element. In this case, the manufacturing cost of the optical fiber 10 can be reduced.
  • the bending loss of the optical fiber 10 for light with a wavelength of 1625 nm when wound around a mandrel with a diameter of 100 mm may be 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 dB or less per turn. In this case, leakage loss due to blocking of the fundamental mode can be reduced. If it is difficult to actually measure this bending loss, this bending loss may be determined by extrapolation based on the dependence of bending loss on the bending radius.
  • the core 11 may further contain fluorine.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 caused by fluorine in the core 11 may be ⁇ 0.12% or more and less than 0%.
  • core 11 is co-doped with GeO 2 and fluorine. Thereby, the viscosity of the core 11 can be lowered even if the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 is the same, compared to the case where fluorine is not included. Therefore, residual stress in the core 11 can be easily converted into compressive stress.
  • the fluorine concentration in the core 11 is not too high, it is possible to suppress an increase in transmission loss caused by fluorine.

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Abstract

光ファイバのコアの屈折率の平均値は、内クラッドの屈折率の平均値、及び外クラッドの屈折率の最小値よりも大きく、トレンチの屈折率の平均値は、内クラッドの屈折率の平均値、及び外クラッドの屈折率の最小値よりも小さい。コアは二酸化ゲルマニウムを含み、純シリカガラスの屈折率に対するコアの比屈折率差は０．１２％以上０．３０％以下、コアの比屈折率差から純シリカガラスの屈折率に対する外クラッドの比屈折率差を差し引いた値が０．２５％以上、コアの直径は４．０μｍ以上９．２μｍ以下である。波長１３１０ｎｍの光に対するモードフィールド径は８．２μｍ以上９．６μｍ以下、零分散波長は１３００ｎｍ以上１３２４ｎｍ以下、ゼロ分散スロープが０．０７３ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以上０．０９２ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以下、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、直径６０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は１００ターンあたり０．１ｄＢ以下である。

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９月２日出願の日本出願第２０２２－１４００７８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。
　特許文献１は、単一モード光ファイバの構造を開示する。この光ファイバは、コア層とクラッド層を含む。コア層は、ゲルマニウム及びフッ素を共添加したシリカガラス層である。コア層の半径は３.０μｍから３．９μｍである。コア層の比屈折率差は－０．０４％から０．１２％である。コア層の比屈折率差に占める、ゲルマニウムの添加寄与量は０.０２％から０.１０％である。クラッド層は、内部クラッド層、陥没内部クラッド層、補助的外部クラッド層、及び外部クラッド層を有する。内部クラッド層の半径は８μｍから１４μｍである。内部クラッド層の比屈折率差は－０．３５％から－０．１０％である。陥没内部クラッド層の半径は１４μｍから２０μｍである。陥没内部クラッド層の比屈折率差は－０．６％から－０．２％である。補助的外部クラッド層の半径は３５μｍから５０μｍである。補助的外部クラッド層の比屈折率差は－０．４％から－０．１５％である。
　特許文献２は、光ファイバの構造を開示する。この光ファイバは、コアと、コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドと、を備える。クラッドはフッ素（Ｆ）を含む。クラッドにおけるフッ素濃度は、クラッドの最外部において最小となるように調整されている。
特表２０１８－５１１０７７号公報 国際公開第２０２０－０１３２９７号公報
　光ファイバ伝送システムにおける伝送距離の長距離化、および伝送容量の拡大のためには、光ファイバの伝送損失は小さいことが望ましい。低伝送損失を実現する光ファイバとして、コアに純シリカガラスを用いた光ファイバ、及びコアにアルカリ元素が添加された光ファイバが存在する。これらの光ファイバよりも製造コストを低く抑える観点から、コアに二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された光ファイバが存在する。
　通信用の光ファイバには、光信号を長距離にわたって伝送するために、伝送損失および曲げ損失を低減すること、すなわち、伝送損失および曲げ損失に関する規格（例えばＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２．ＢまたはＧ．６５２．Ｄ）を満たすことが求められる。
　コアに二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された光ファイバにおいて、純シリカガラスの屈折率に対するコアの比屈折率差が小さいほど（言い換えると、ＧｅＯ２の濃度が小さいほど）、コアの粘性が高くなる。光ファイバを製造する際には張力を印加しながら光ファイバ母材を線引きする。線引きにより取り出された光ファイバには内部応力が残留する。コアの粘性がクラッドの粘性よりも大きい場合、コアには引張応力が残留する。信号光の大部分が導波するコアに過大な引張応力が残留すると、コアが引っ張られてガラス構造欠陥が増加し、伝送損失が増加する。コアの比屈折率差が小さいほど、コアとクラッドとの間の屈折率差が小さくなる。その結果、コアを伝搬する光をコアに閉じ込める作用が弱くなるので、曲げ損失が増大する。更には、基底モードがコアに閉じ込められにくくなり、基底モードが遮断するおそれがある。例えば、特許文献２に記載された構成では、コア層の比屈折率差は－０．０４％から０．１２％である。そのような構成では、コア層の比屈折率差が過小であると考えられ、伝送損失及び曲げ損失の増大が懸念される。コアに二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された光ファイバにおいて、コアの比屈折率差が大きいほど（言い換えると、コア中のＧｅＯ２の濃度が大きいほど）、ＧｅＯ２の濃度揺らぎに起因するレイリー散乱が増加し、伝送損失が増加する。
　本開示は、コアにＧｅＯ２が添加された光ファイバにおいて、曲げ損失及び伝送損失を低減することを目的とする。
　本開示の一態様に係る光ファイバは、コア及びクラッドを含むガラスファイバを備える。クラッドは、コアを取り囲む内クラッドと、内クラッドを取り囲むトレンチと、トレンチを取り囲む外クラッドとを含む。内クラッドの屈折率の平均値、及び外クラッドの屈折率の最小値は、コアの屈折率の平均値よりも低い。トレンチの屈折率の平均値は、内クラッドの屈折率の平均値、及び外クラッドの屈折率の最小値よりも低い。コアは二酸化ゲルマニウムを含む。純シリカガラスの屈折率に対するコアの比屈折率差は０．１２％以上０．３０％以下である。コアの直径は４．０μｍ以上９．２μｍ以下である。波長１３１０ｎｍの光に対するモードフィールド径は８．２μｍ以上９．６μｍ以下である。零分散波長は１３００ｎｍ以上１３２４ｎｍ以下である。ゼロ分散スロープは０．０７３ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以上０．０９２ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以下である。ケーブルカットオフ波長は１２６０ｎｍ以下である。直径６０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は１００ターンあたり０．１ｄＢ以下である。
　本開示によれば、コアにＧｅＯ２が添加された光ファイバにおいて、曲げ損失及び伝送損失を低減することができる。
図１は、一実施形態に係る光ファイバの軸方向に垂直な断面を示す図である。 図２は、ガラスファイバの径方向における屈折率分布を示す図である。 図３は、コアの比屈折率差と、波長１５５０ｎｍの光に対して予測される伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）との関係を示すグラフである。 図４は、光ファイバの６つの実施例と一つの比較例とを示す図表である。 図５は、光ファイバの６つの実施例と一つの比較例とを示す図表である。 図６は、光ファイバの５つのサンプルにおける、比屈折率差と、コアの平均残留応力との関係を示す図表である。 図７は、図６の５つのサンプルにおける、半径方向の比屈折率差の分布を示すグラフである。
［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、コア及びクラッドを含むガラスファイバを備える。クラッドは、コアを取り囲む内クラッドと、内クラッドを取り囲むトレンチと、トレンチを取り囲む外クラッドとを含む。コアの屈折率の平均値は、内クラッドの屈折率の平均値、及び外クラッドの屈折率の最小値よりも大きい。トレンチの屈折率の平均値は、内クラッドの屈折率の平均値、及び外クラッドの屈折率の最小値よりも小さい。コアは二酸化ゲルマニウムを含む。純シリカガラスの屈折率に対するコアの比屈折率差は０．１２％以上０．３０％以下である。コアの比屈折率差から、純シリカガラスの屈折率に対する外クラッドの比屈折率差を差し引いた値は０．２５％以上である。コアの半径は４．０μｍ以上９．２μｍ以下である。波長１３１０ｎｍの光に対するモードフィールド径は８．２μｍ以上９．６μｍ以下である。零分散波長は１３００ｎｍ以上１３２４ｎｍ以下である。ゼロ分散スロープは０．０７３ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以上０．０９２ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以下である。ケーブルカットオフ波長は１２６０ｎｍ以下である。直径６０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は１００ターンあたり０．１ｄＢ以下である。
　これらのパラメータを有する光ファイバによって、ＧｅＯ２が添加されたコアの比屈折率差を適切な範囲に収めることができ、Ｇ．６５２．Ｄに準拠できる程度に曲げ損失及び伝送損失を低減することができる。
　［２］上記［１］の光ファイバにおいて、純シリカガラスの屈折率に対する内クラッドの比屈折率差は－０．１２％以上０．１０％以下であってもよい。更に、純シリカガラスの屈折率に対するトレンチの比屈折率差は－０．７０％以上－０．２０％以下であってもよい。更に、コアの外周円の半径をｒ１、内クラッドの外周円の半径をｒ２、トレンチの外周円の半径をｒ３としたときに、ｒ２／ｒ１は２．２以上３．８以下であり、ｒ３－ｒ２は４μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。この場合、光ファイバはＧ．６５２．Ｄに準拠するための屈折率分布構造を有することができる。
　［３］上記［１］または［２］の光ファイバにおいて、直径２０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１５５０ｎｍの光に対する曲げ損失は１ターンあたり０．７５ｄＢ以下であってもよい。更に、直径２０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は１ターンあたり１．５ｄＢ以下であってもよい。更に、直径３０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１５５０ｎｍの光に対する曲げ損失が１０ターンあたり０．２５ｄＢ以下であってもよい。更に、直径３０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失が１０ターンあたり１．０ｄＢ以下であってもよい。この場合、光ファイバは、Ｇ．６５２．Ｄ及び曲げ損失に関する規格であるＧ．６５７．Ａ１に準拠することができる。
　［４］上記［１］から［３］のいずれかの光ファイバにおいて、外クラッドが純シリカガラスのみからなってもよい。この場合、外クラッドに引張応力が集中するので、コアに引張応力が残留することを抑制して、伝送損失を低減することができる。
　［５］上記［１］から［３］のいずれかの光ファイバにおいて、外クラッドがフッ素を含んでもよい。この場合、コアと外クラッドとの間の屈折率差が大きくなるので、コアの比屈折率差を小さくしても基底モードの遮断が生じにくくなる。
　［６］上記［５］の光ファイバの外クラッドにおけるフッ素の濃度分布において、外クラッドを、外クラッドの外周面を含む第１領域と第１領域より内側の第２領域とに分けた場合に、第１領域のフッ素濃度の平均値は、第２領域のフッ素濃度の平均値より小さくてもよい。この場合、外クラッドの外周面付近に引張応力が集中するので、コアに圧縮応力を残留させるか、またはコアに引張応力が残留する場合であってもその引張応力を小さくすることができる。従って、伝送損失を低減することができる。
　［７］上記［１］から［６］のいずれかの光ファイバにおいて、コアに残留する応力の平均は、圧縮応力であるか、または３０ＭＰａ以下の引張応力であってもよい。この場合、過大な引張応力によってコアに生じるガラス構造欠陥を低減することができるので、ガラス構造欠陥による伝送損失の増大を低減することができる。
　［８］上記［１］から［７］のいずれかの光ファイバにおいて、コアがアルカリ元素を実質的に含まなくてもよい。この場合、光ファイバの製造コストを低減することができる。
　［９］上記［１］から［８］のいずれかの光ファイバにおいて、直径１００ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は１ターンあたり１．０×１０－５ｄＢ以下であってもよい。この場合、基底モードの遮断による漏洩損失を低減することができる。なお、この曲げ損失を実測することが難しい場合、曲げ損失の曲げ半径への依存性に基づいて、外挿によりこの曲げ損失を求めてもよい。
　［１０］上記［１］から［９］のいずれかの光ファイバにおいて、コアはフッ素を含み、純シリカガラスの屈折率に対する、コアのフッ素に起因する比屈折率差は－０．１２％以上０％未満であってもよい。この場合、コアにはＧｅＯ２及びＦが共添加される。これにより、フッ素を含まない場合と比較して、コアの比屈折率差が同じであってもコアの粘性を下げることができる。よって、コアの残留応力を圧縮応力にすることを容易にできる。加えて、コア中のフッ素濃度が大き過ぎないことにより、フッ素に起因する伝送損失の増大を抑制することができる。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本実施形態に係る光ファイバの具体例を、必要により図面を参照しつつ説明する。本発明はこれらの例示に限定されず、請求の範囲によって示され、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。以下の説明では、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。以下の説明において、或る要素の「外径」とは、光ファイバの軸方向の各位置における、当該要素の外径の平均値をいう。或る要素の「厚さ」とは、光ファイバの軸方向の各位置における、当該要素の厚さの平均値をいう。
　図１は、一実施形態に係る光ファイバ１０の軸方向に垂直な断面を示す図である。光ファイバ１０は、いわゆる光ファイバ素線であって、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２.Ｄ規格及びＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５７.Ａ規格の双方に準拠する。光ファイバ１０は、コア１１及びクラッド１２を含むガラスファイバ１３と、ガラスファイバ１３の外周に設けられた樹脂層１６とを備えている。樹脂層１６は、ガラスファイバ１３を取り囲むプライマリ樹脂層１４、及びプライマリ樹脂層１４を取り囲むセカンダリ樹脂層１５を含む。
　クラッド１２はコア１１を取り囲んでいる。クラッド１２は、内クラッド１２１と、トレンチ１２２と、外クラッド１２３とを含む。内クラッド１２１は、コア１１を取り囲みコア１１の外周面に接する。トレンチ１２２は、内クラッド１２１を取り囲み内クラッド１２１の外周面に接する。外クラッド１２３は、トレンチ１２２を取り囲みトレンチ１２２の外周面に接する。
　図２は、ガラスファイバ１３の径方向における屈折率分布を示す図である。図２において、範囲Ｅ１はコア１１に対応し、範囲Ｅ２は内クラッド１２１に対応し、範囲Ｅ３はトレンチ１２２に対応し、範囲Ｅ４は外クラッド１２３に対応する。縦軸は比屈折率差を示し、横軸は径方向位置を示す。図２に示すように、ガラスファイバ１３において、純シリカガラス（ＳｉＯ２、純石英ともいう）の屈折率に対するコア１１、内クラッド１２１、トレンチ１２２、及び外クラッド１２３の比屈折率差をそれぞれΔ１、Δ２、Δ３、及びΔ４とする。Δ１、Δ２、Δ３、及びΔ４は、下記の数式によって表される数値（単位：％）である。
Δ１＝１００・（ｎ１ａｖｅ－ｎ０）／ｎ１ａｖｅ
Δ２＝１００・（ｎ２ａｖｅ－ｎ０）／ｎ２ａｖｅ
Δ３＝１００・（ｎ３ａｖｅ－ｎ０）／ｎ３ａｖｅ
Δ４＝１００・（ｎ４ｍｉｎ－ｎ０）／ｎ４ｍｉｎ
但し、ｎ０は純シリカガラスの屈折率、ｎ１ａｖｅはコア１１の屈折率の平均値、ｎ２ａｖｅは内クラッド１２１の屈折率の平均値、ｎ３ａｖｅはトレンチ１２２の屈折率の平均値、ｎ４ｍｉｎは外クラッド１２３の屈折率の最小値である。
　コア１１の比屈折率差Δ１は、内クラッド１２１の比屈折率差Δ２、トレンチ１２２の比屈折率差Δ３、及び外クラッド１２３の比屈折率差Δ４よりも大きい。言い換えると、コア１１の平均屈折率ｎ１ａｖｅは、内クラッド１２１の平均屈折率ｎ２ａｖｅ、トレンチ１２２の平均屈折率ｎ３ａｖｅ、及び外クラッド１２３の最小屈折率ｎ４ｍｉｎよりも大きい。トレンチ１２２の比屈折率差Δ３は、コア１１の比屈折率差Δ１、内クラッド１２１の比屈折率差Δ２、及び外クラッド１２３の比屈折率差Δ４よりも小さい。言い換えると、トレンチ１２２の平均屈折率ｎ３ａｖｅは、コア１１の平均屈折率ｎ１ａｖｅ、内クラッド１２１の平均屈折率ｎ２ａｖｅ、及び外クラッド１２３の最小屈折率ｎ４ｍｉｎよりも小さい。内クラッド１２１の比屈折率差Δ２は、外クラッド１２３の比屈折率差Δ４と同じであってもよく、比屈折率差Δ４より大きくてもよく、或いは比屈折率差Δ４より小さくてもよい。言い換えると、内クラッド１２１の平均屈折率ｎ２ａｖｅは、外クラッド１２３の最小屈折率ｎ４ｍｉｎと同じであってもよく、最小屈折率ｎ４ｍｉｎより小さくてもよく、或いは最小屈折率ｎ４ｍｉｎより大きくてもよい。トレンチ１２２の比屈折率差Δ３の符号は負であり、コア１１の比屈折率差Δ１の符号は正である。比屈折率差の符号が負であるとは、平均屈折率が純シリカガラスの屈折率より小さいことを意味する。比屈折率差の符号が正であるとは、平均屈折率が純シリカガラスの屈折率より大きいことを意味する。
　コア１１の比屈折率差Δ１は、０．１２％以上０．３０％以下である。内クラッド１２１の比屈折率差Δ２は、例えば－０．１２％以上０．１０％以下である。コア１１の比屈折率差Δ１から内クラッド１２１の比屈折率差Δ２を差し引いた値（Δ１－Δ２）は、例えば０．１５％以上０．４０％以下である。一実施例では、値（Δ１－Δ２）は０．３４％である。値（Δ１－Δ２）がこのように比較的小さいことによって、光ファイバ１０のモードフィールド径の拡大が図られる。トレンチ１２２の比屈折率差Δ３は、例えば－０．７０％以上－０．２０％以下である。トレンチ１２２の比屈折率差Δ３がこのような範囲内であることによって、ガラスを焼結する工程においてフッ素の添加量を極端に大きくする必要が無い。トレンチ１２２の比屈折率差Δ３は、－０．２５％より小さくてもよい。コア１１の比屈折率差Δ１から外クラッド１２３の比屈折率差Δ４を差し引いた値（Δ１－Δ４）は、０．２５％以上０．７０％以下である。コア１１の比屈折率差Δ１が０．２５％よりも小さい場合、外クラッド１２３にフッ素（Ｆ）を添加することにより比屈折率差Δ４を負の値としてもよい。フッ素（Ｆ）の濃度が大きいほど、外クラッド１２３の比屈折率差Δ４を下げる（絶対値を大きくする）ことができる。
　図１及び図２に示すように、コア１１の外周円の半径をｒ１、内クラッド１２１の外周円の半径をｒ２、トレンチ１２２の外周円の半径をｒ３、外クラッド１２３の外周円の半径をｒ４とする。コア１１の半径ｒ１は、例えば２．０μｍ以上４．６μｍ以下である。内クラッド１２１の半径ｒ２をコア１１の半径ｒ１で除した値（ｒ２／ｒ１）は、例えば２．２以上３．８以下である。トレンチ１２２の半径ｒ３から内クラッド１２１の半径ｒ２を差し引いた値（ｒ３－ｒ２）は、４μｍ以上１５μｍ以下である。一実施例では、値（ｒ３－ｒ２）は６．０μｍである。一実施例では、コア１１の半径ｒ１は３．８μｍであり、内クラッド１２１の半径ｒ２は１０．６５μｍであり、トレンチ１２２の半径ｒ３は１６．６５μｍである。
　コア１１の直径Ｄ１は、例えば４．０μｍ以上９．２μｍ以下である。ガラスファイバ１３の外径Ｄ２すなわちクラッド１２の外径は、例えば１２５μｍ±０．７μｍ、すなわち１２４．３μｍ以上１２５．７μｍ以下である。ガラスファイバ１３の外径Ｄ２がこのように一般的なガラスファイバの外径と同じであることにより、コネクタなどの周辺冶具、融着機などの周辺機器において一般的なものを使用することができ、既設の光ファイバとの置き換えを容易とすることができる。例えば、マイクロダクトケーブル、データセンター用超多芯ケーブル、その他の各種ケーブル等に光ファイバ１０を適用し易くなる。
　コア１１及びクラッド１２はシリカガラス（石英ガラス）を主に含む。コア１１は、例えば、添加材料として二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を含むシリカガラスによって構成されている。コア１１を構成する材料に二酸化ゲルマニウムが添加されることにより、光ファイバ１０の光の伝送損失が低下する。コア１１のシリカガラスは、添加材料としてフッ素（Ｆ）を更に含んでもよい。コア１１の比屈折率差Δ１のうちフッ素に起因する比屈折率差は、例えば－０．１２％以上０％未満である。コア１１を構成する材料に二酸化ゲルマニウムおよびフッ素が共添加されている場合には、コア１１に残留する応力は、圧縮応力となり易い。コア１１に含まれるフッ素の濃度は、例えば２００ｐｐｍ以上である。これにより、コア１１に残留する応力が圧縮応力となり易くなる。フッ素の濃度２００ｐｐｍは、比屈折率差に換算して－０．００７％に相当する。コア１１に残留する応力の平均は、圧縮応力であるか、または３０ＭＰａ以下の引張応力である。コア１１の残留応力は、例えば、ＩＦＡ－１００（米国インターファイバアナリシス社製）を用いて測定される。
　コア１１は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、またはカリウム（Ｋ）といったアルカリ元素を実質的に含まない。言い換えると、コア１１の平均アルカリ元素質量濃度は、実質的にゼロである。本明細書において、実質的にゼロとは、具体的には５０ｐｐｍ以下であることをいう。
　内クラッド１２１は、シリカガラスを主に含み、添加材料として例えば塩素（Ｃｌ）を含む。内クラッド１２１の平均塩素質量濃度は、例えば５００ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ以下であるか、または、例えば５００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下である。トレンチ１２２は、シリカガラスを主に含み、添加材料として例えばフッ素（Ｆ）を含む。外クラッド１２３は、純シリカガラスからなる。純シリカガラスとは、不純物を実質的に含まない（純シリカからなる）シリカガラスをいう。或いは、外クラッド１２３は、シリカガラスを主に含み、添加材料として例えばフッ素（Ｆ）を含んでもよい。外クラッド１２３の比屈折率差Δ４のうちフッ素に起因する比屈折率差は、例えば－０．４０％以上０％未満である。
　光ファイバ１０では、波長１３１０ｎｍの光に対するモードフィールド径は、値の中心が８．６μｍ～９．２μｍであり、誤差が±０．４μｍである。すなわちモードフィールド径は８．２μｍ以上９．６μｍ以下である。モードフィールド径は、Ｐｅｔｅｒｍａｎｎ－ＩＩの定義による。光ファイバ１０が直径２０ｍｍのマンドレルに巻付けられたときの波長１５５０ｎｍの光に対する曲げ損失は、１ターンあたり０．７５ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径２０ｍｍのマンドレルに巻付けられたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は、１ターンあたり１．５ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径３０ｍｍのマンドレルに巻付けられたときの波長１５５０ｎｍの光に対する曲げ損失は、１０ターンあたり０．２５ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径３０ｍｍのマンドレルに巻付けられたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は、１０ターンあたり１．０ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径６０ｍｍのマンドレルに巻付けられたときの波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１００ターンあたり０．１ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径１００ｍｍのマンドレルに巻付けられたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は、１ターンあたり１．０×１０－５ｄＢ以下である。
　内クラッド１２１の半径ｒ２をコア１１の半径ｒ１で除した値（ｒ２／ｒ１）が例えば３．８以下といった小さな値であることにより、上記のような曲げ損失特性を実現できる。このように、光ファイバ１０は、８．９μｍをモードフィールド径の中心として通常の光ファイバ（コアとクラッドの屈折率分布が各々一段しかない光ファイバ）よりもモードフィールド径を拡大しつつ、Ｇ．６５７．Ａ１に規定された曲げ損失のレベルを満足するものである。よって、光ファイバ１０は、シングルモードファイバとして十分機能する。直径１００ｍｍに巻回されたときの曲げ損失は測定できないほど小さい。よって、２０ｍｍから６０ｍｍの範囲内で幾つかの曲げ直径における曲げ損失を測定し、曲げ損失の曲げ直径依存性に基づく外挿により、直径１００ｍｍに巻回されたときの曲げ損失を算出する。
　光ファイバ１０の零分散波長は、１３００ｎｍ以上１３２４ｎｍ以下である。すなわち、光ファイバ１０の零分散波長は、Ｇ．６５２．ＤおよびＧ．６５７．Ａ１の規定に準拠する。内クラッド１２１の半径ｒ２をコア１１の半径ｒ１で除した値（ｒ２／ｒ１）が２．２以上であることにより、このような零分散波長を実現できる。光ファイバ１０の波長１５５０ｎｍの光に対する波長分散は、１３．３ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）以上１８．６ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）以下である。光ファイバ１０の零分散スロープは、０．０７３ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以上０．０９２ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以下である。波長分散及び零分散スロープがこれらの範囲内であることによって、Ｇ．６５２．ＤおよびＧ．６５７．Ａ１規格に準拠した耐曲げ光ファイバが得られる。
　光ファイバ１０のケーブルカットオフ波長は、１２６０ｎｍ以下である。すなわち、光ファイバ１０のケーブルカットオフ波長は、Ｇ．６５２．ＤおよびＧ．６５７．Ａ１の規定に準拠する。
　伝送距離の長距離化および伝送容量の拡大のために、光ファイバ１０の波長１５５０ｎｍの光に対する伝送損失は、０．１８０ｄＢ／ｋｍ以下であるか、又は０．１７４ｄＢ／ｋｍ以下である。言い換えると、コア１１及びクラッド１２の平均ＯＨ質量濃度は、波長１５５０ｎｍの光に対する伝送損失が０．１８０ｄＢ／ｋｍ以下となる程度に小さいか、又は０．１７４ｄＢ／ｋｍ以下となる程度に小さい。伝送損失がこの範囲内であることによって、低ロスグレードに対応する光ファイバ１０を提供できる。
　図３は、コア１１の比屈折率差Δ１と、波長１５５０ｎｍの光に対して予測される伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）との関係を示すグラフである。図３において、横軸はコア１１の比屈折率差Δ１（％）を表し、縦軸は波長１５５０ｎｍでの予測損失（ｄＢ／ｋｍ）を表す。図３に示される伝送損失は、レイリー散乱による損失と、構造不整による損失と、ガラスの赤外吸収及び紫外吸収による損失との和である。図３に示される伝送損失は、ＯＨ基による吸収損失及びガラス構造欠陥による損失を含まない。図３に示されるように、波長１５５０ｎｍでの伝送損失は、コア１１の比屈折率差Δ１に対してほぼ線形の関係を有する。コア１１の比屈折率差Δ１を下げることは、ＧｅＯ２の濃度を下げることを意味する。ＧｅＯ２の濃度を下げることによって、ＧｅＯ２の濃度揺らぎに起因するレイリー散乱が減少し、その結果、伝送損失が低減される。伝送損失を０．１８０ｄＢ／ｋｍ以下にするためには、コア１１の比屈折率差Δ１は０．３０％以下であるとよい。伝送損失を０．１７４ｄＢ／ｋｍ以下にするためには、コア１１の比屈折率差Δ１は０．２０％以下であるとよい。
　コア１１のＧｅＯ２濃度が過小であると、コア１１の粘性が高くなり、線引き時の張力をコア１１が主に負担することになる。その結果、コア１１には引張応力が残留し易い。信号光の大部分が導波するコア１１に大きな引張応力が残留すると、コア１１が引っ張られてガラス構造欠陥が増加し、結果的に伝送損失が増加してしまう。そこで、本実施形態では、コア１１の比屈折率差Δ１を０．１２％以上としている。添加材料としてのフッ素（Ｆ）はコア１１の屈折率を下げる方向に作用するので、ＧｅＯ２に加えてフッ素をコア１１に添加することにより、コア１１の比屈折率差Δ１を小さく維持しつつＧｅＯ２濃度を大きくしてコア１１の粘性を下げることができる。よって、コア１１にフッ素（Ｆ）を添加することにより、コア１１の引張応力を小さくするか、又は圧縮応力とすることができる。但し、フッ素を添加し過ぎると、比屈折率差Δ１を維持するためにＧｅＯ２添加量が増し、Ｇｅ起因の伝送損失が増大してしまう。このため、本実施形態では、コア１１のフッ素に起因する比屈折率差は－０．１２％以上０％未満とされる。
　図４及び図５は、光ファイバ１０の６つの実施例１～６と一つの比較例１とを示す図表である。これらの図には、光ファイバ１０の構造パラメータ及び光学特性が示されている。これらの実施例１～６及び比較例１において、コア１１のフッ素に起因する比屈折率差Δ１は－０．０２％である。
　図４及び図５を参照すると、実施例１～６においては、波長１３１０ｎｍの光に対するモードフィールド径（ＭＦＤ）が８．２μｍ以上９．６μｍ以下であり、零分散波長が１３００ｎｍ以上１３２４ｎｍ以下であり、ゼロ分散スロープが０．０７３ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以上０．０９２ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以下であり、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下である。実施例１～６においては、光ファイバ１０が直径６０ｍｍに巻回されたときの、波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１００ターンあたり０．１ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径２０ｍｍに巻回されたときの、波長１５５０ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１ターンあたり０．７５ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径３０ｍｍに巻回されたときの、波長１５５０ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１０ターンあたり０．２５ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径２０ｍｍに巻回されたときの、波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１ターンあたり１．５ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径３０ｍｍに巻回されたときの、波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１０ターンあたり１．０ｄＢ以下である。光ファイバ１０が直径１００ｍｍに巻回されたときの、波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１ターンあたり１．０×１０－５ｄＢ以下である。波長１５５０ｎｍの光に対する光ファイバ１０の伝送損失は、０．１８０ｄＢ／ｋｍ以下である。
　比較例１においては、モードフィールド径、零分散波長、ゼロ分散スロープ、ケーブルカットオフ波長、並びに、直径２０ｍｍに巻回されたときの波長１５５０ｎｍの光及び波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は上記範囲内に収まっている。しかし、直径６０ｍｍに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は１００ターンあたり０．１ｄＢを超えており、直径３０ｍｍに巻回されたときの波長１５５０ｎｍの光に対する曲げ損失は１０ターンあたり０．２５ｄＢを超えており、直径３０ｍｍに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は１０ターンあたり１．０ｄＢを超えている。更に、直径１００ｍｍに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失は１ターンあたり１．０×１０－５ｄＢを超えており、波長１５５０ｎｍの光に対する伝送損失は０．１８０ｄＢ／ｋｍを超えている。この結果は、次のことに起因すると考えられる。すなわち、比較例１においては、コア１１の比屈折率差Δ１と外クラッド１２３の比屈折率差Δ４との差（Δ１－Δ４）が過小である（実施例１～６と異なり、０．２５％を下回っている）。そのために、直径１００ｍｍに巻回されたときの曲げ損失が増大し、コア１１を伝搬する基底モード（ＬＰ０１モード）の光の閉じ込めが弱くなる。その結果、比較的長い波長において基底モード遮断よる漏洩損失が増大する。実施例１～６においては、直径１００ｍｍに巻回されたときの曲げ損失が１．０×１０－５ｄＢ以下に抑えられており、基底モード遮断による漏洩損失は極めて小さいと考えられる。
　実施例６の光ファイバ１０では、コア１１の引張応力が平均３０ＭＰａであり、波長１５５０ｎｍでの伝送損失は０．１７５ｄＢ／ｋｍであった。これに対し、別の比較例では、コア１１の引張応力が平均５０ＭＰａであり、波長１５５０ｎｍでの伝送損失は０．１９４ｄＢ／ｋｍであった。このように、コア１１に残留する応力の平均が引張応力である場合、その大きさは３０ＭＰａ以下であってもよい。
　図６は、光ファイバ１０の５つのサンプル１～５における、比屈折率差Δ１～Δ４と、コア１１の平均残留応力との関係を示す図表である。図６には、比屈折率差Δ１～Δ４に加えて、比屈折率差Δ１のうちフッ素に起因する比屈折率差の値も示されている。引張応力は正の値、圧縮応力は負の値として示されている。コア１１の半径ｒ１、内クラッド１２１の半径ｒ２、トレンチ１２２の半径ｒ３、及びトレンチ１２２の厚さは、サンプル１～５間で互いに等しい。また、図７は、サンプル１～５における、半径方向の比屈折率差の分布を示すグラフである。図７において、横軸は径方向位置（μｍ）を表し、縦軸は比屈折率差（％）を表す。線Ｇ１はサンプル１に対応し、線Ｇ２はサンプル２に対応し、線Ｇ３はサンプル３及び４に対応し、線Ｇ４はサンプル５に対応する。範囲Ｅ１はコア１１、範囲Ｅ２は内クラッド１２１、範囲Ｅ３はトレンチ１２２、範囲Ｅ４は外クラッド１２３にそれぞれ対応する。
　図６から明らかなように、コア１１に平均＋３０ＭＰａ以上の引張応力が残留しないようにするためには、コア１１の比屈折率差Δ１は０．１２％以上であるとよい。加えて、外クラッド１２３のフッ素濃度が大きいほど、外クラッド１２３の粘性が低くなるため、線引き時にコア１１にかかる応力が相対的に増加し、大きな引張応力がコア１１に残留する。そこで、図７に示すように、外クラッド１２３を、外周面を含む第１領域Ｃ１と、該第１領域Ｃ１より内側の第２領域Ｃ２とに分け、第１領域Ｃ１のフッ素濃度の平均値を、第２領域Ｃ２のフッ素濃度の平均値より小さくしてもよい。その場合、第１領域Ｃ１の比屈折率差Δ４は、第２領域Ｃ２の比屈折率差Δ４よりも大きくなる。図７の例では、第１領域Ｃ１のフッ素濃度は、外クラッド１２３の外周面に近づくほど小さくなっている。それにより、比屈折率差Δ４は、外クラッド１２３の外周面に近づくほど大きくなっている。このように、外クラッド１２３の外周面に近い第１領域Ｃ１のフッ素濃度を小さくすることにより、外クラッド１２３の外周面付近の粘度が大きくなり、外クラッド１２３の外周面付近に引張応力が集中する。よって、外クラッド１２３の外周面付近において線引き張力を負担することができ、コア１１に圧縮応力を残留させるか、またはコア１１に引張応力が残留する場合であってもその引張応力を小さくすることができる。従って、伝送損失を低減することができる。
　本実施形態の光ファイバ１０は、例えば次のようにして製造される。まず、光ファイバ母材を作製するために、コア１１、内クラッド１２１及びトレンチ１２２のそれぞれに対応する３つの層を有するガラスロッドを用意する。そして、ガラスロッドの外周に、フッ素を添加しながらガラス微粒子を堆積させて、ガラスロッドの外周を覆うガラス微粒子層を形成する。このガラス微粒子層は、外クラッド１２３の基となる部分である。図７に示されたサンプル２～４を作製する際には、更に、ガラス微粒子層の外周面付近（第１領域Ｃ１）のフッ素の一部を除去する処理を行う。続いて、脱水効果のあるガス（例えば塩素ガス（Ｃｌ２））を流しながら、ガラス微粒子層を加熱（空焼き）する。これにより、ガラス微粒子層が脱水される。その後、ガラスロッドとガラス微粒子層とを同時に加熱して、ガラス微粒子層を焼結する。ガラスロッド及びガラス微粒子層が同時に加熱炉に収容されることにより、ガラスロッド及びガラス微粒子層は同時に加熱される。この加熱は、例えば減圧雰囲気で実施される。減圧雰囲気とは、１気圧より低い圧力雰囲気を意味する。ガラスロッド及びガラス微粒子層は、例えば１３００℃以上、１６００℃以下の温度で加熱される。一実施例では、ガラスロッド及びガラス微粒子層は、１４００℃の温度で加熱される。ガラス微粒子層が焼結されることにより、外クラッド１２３が形成される。
　以上に説明した本実施形態の光ファイバ１０によって得られる効果について説明する。前述したように、本実施形態の光ファイバ１０は、コア１１及びクラッド１２を含むガラスファイバ１３を備える。クラッド１２は、コア１１を取り囲む内クラッド１２１と、内クラッド１２１を取り囲むトレンチ１２２と、トレンチ１２２を取り囲む外クラッド１２３とを含む。コア１１の屈折率の平均値ｎ１ａｖｅは、内クラッド１２１の屈折率の平均値ｎ２ａｖｅ、及び外クラッド１２３の屈折率の最小値ｎ４ｍｉｎよりも大きい。トレンチ１２２の屈折率の平均値ｎ３ａｖｅは、内クラッド１２１の屈折率の平均値ｎ２ａｖｅ、及び外クラッド１２３の屈折率の最小値ｎ４ｍｉｎよりも小さい。コア１１はＧｅＯ２を含む。コア１１の比屈折率差Δ１は０．１２％以上０．３０％以下である。コア１１の比屈折率差Δ１から、外クラッド１２３の比屈折率差Δ４を差し引いた値は０．２５％以上である。コア１１の半径ｒ１は４．０μｍ以上９．２μｍ以下である。波長１３１０ｎｍの光に対する光ファイバ１０のモードフィールド径は８．２μｍ以上９．６μｍ以下である。光ファイバ１０の零分散波長は１３００ｎｍ以上１３２４ｎｍ以下である。光ファイバ１０のゼロ分散スロープは０．０７３ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以上０．０９２ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以下である。光ファイバ１０のケーブルカットオフ波長は１２６０ｎｍ以下である。直径６０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は１００ターンあたり０．１ｄＢ以下である。これらのパラメータを有する光ファイバ１０によって、ＧｅＯ２が添加されたコア１１の比屈折率差Δ１を適切な範囲に収めることができ、Ｇ．６５２．Ｄに準拠できる程度に曲げ損失及び伝送損失を低減することができる。
　本実施形態のように、内クラッド１２１の比屈折率差Δ２は－０．１２％以上０．１０％以下であってもよい。更に、トレンチ１２２の比屈折率差Δ３は－０．７０％以上－０．２０％以下であってもよい。更に、コア１１の半径ｒ１と内クラッド１２１の半径ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）は２．２以上３．８以下であり、トレンチ１２２の半径ｒ３と内クラッド１２１の半径ｒ２との差（ｒ３－ｒ２）は４μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。この場合、光ファイバはＧ．６５２．Ｄに準拠するための屈折率分布構造を有することができる。
　本実施形態のように、直径２０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１５５０ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１ターンあたり０．７５ｄＢ以下であってもよい。更に、直径２０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１ターンあたり１．５ｄＢ以下であってもよい。更に、直径３０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１５５０ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１０ターンあたり０．２５ｄＢ以下であってもよい。更に、直径３０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１０ターンあたり１．０ｄＢ以下であってもよい。この場合、光ファイバ１０は、Ｇ．６５２．Ｄ及び曲げ損失に関する規格であるＧ．６５７．Ａ１に準拠することができる。
　前述したように、外クラッド１２３は純シリカガラスのみからなってもよい。この場合、外クラッド１２３に引張応力が集中するので、コア１１に引張応力が残留することを抑制して、伝送損失を低減することができる。或いは、外クラッド１２３がフッ素を含んでもよい。この場合、コア１１と外クラッド１２３との間の屈折率差が大きくなるので、コア１１の比屈折率差Δ１を小さくしても基底モードの遮断が生じにくくなる。なお、本開示における純シリカガラスは、添加物が意図的に添加されていないシリカガラスであり、不純物を微量に含有するシリカガラスも含む。
　前述したように、コア１１に残留する応力の平均は、圧縮応力であるか、または３０ＭＰａ以下の引張応力であってもよい。この場合、過大な引張応力によってコア１１に生じるガラス構造欠陥を低減することができるので、ガラス構造欠陥による伝送損失の増大を低減することができる。
　前述したように、コア１１はアルカリ元素を実質的に含まなくてもよい。この場合、光ファイバ１０の製造コストを低減することができる。
　本実施形態のように、直径１００ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する光ファイバ１０の曲げ損失は、１ターンあたり１．０×１０－５ｄＢ以下であってもよい。この場合、基底モードの遮断による漏洩損失を低減することができる。この曲げ損失を実測することが難しい場合、曲げ損失の曲げ半径への依存性に基づいて、外挿によりこの曲げ損失を求めてもよい。
　本実施形態のように、コア１１はフッ素を更に含んでもよい。そして、コア１１のフッ素に起因する比屈折率差Δ１は、－０．１２％以上０％未満であってもよい。この場合、コア１１にはＧｅＯ２及びフッ素が共添加される。これにより、フッ素を含まない場合と比較して、コア１１の比屈折率差Δ１が同じであってもコア１１の粘性を下げることができる。よって、コア１１の残留応力を圧縮応力にすることを容易にできる。加えて、コア１１中のフッ素濃度が大き過ぎないことにより、フッ素に起因する伝送損失の増大を抑制することができる。
１０…光ファイバ
１１…コア
１２…クラッド
１３…ガラスファイバ
１４…プライマリ樹脂層
１５…セカンダリ樹脂層
１６…樹脂層
１２１…内クラッド
１２２…トレンチ
１２３…外クラッド
Ｃ１…第１領域
Ｃ２…第２領域
Ｄ１…直径
Ｄ２…外径
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４…範囲
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…線
ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４…半径
Δ１，Δ２，Δ３，Δ４…比屈折率差
 

Claims (10)

  1. 　コア及びクラッドを含むガラスファイバを備え、
    　前記クラッドは、前記コアを取り囲む内クラッドと、前記内クラッドを取り囲むトレンチと、前記トレンチを取り囲む外クラッドとを含み、
    　前記コアの屈折率の平均値は、前記内クラッドの屈折率の平均値、及び前記外クラッドの屈折率の最小値よりも大きく、
    　前記トレンチの屈折率の平均値は、前記内クラッドの屈折率の平均値、及び前記外クラッドの屈折率の最小値よりも小さく、
    　前記コアは二酸化ゲルマニウムを含み、
    　純シリカガラスの屈折率に対する前記コアの比屈折率差が０．１２％以上０．３０％以下であり、
    　前記コアの比屈折率差から、純シリカガラスの屈折率に対する前記外クラッドの比屈折率差を差し引いた値が０．２５％以上であり、
    　前記コアの直径が４．０μｍ以上９．２μｍ以下であり、
    　波長１３１０ｎｍの光に対するモードフィールド径が８．２μｍ以上９．６μｍ以下であり、
    　零分散波長が１３００ｎｍ以上１３２４ｎｍ以下であり、
    　ゼロ分散スロープが０．０７３ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以上０．０９２ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）以下であり、
    　ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、
    　直径６０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失が１００ターンあたり０．１ｄＢ以下である、光ファイバ。
  2. 　純シリカガラスの屈折率に対する前記内クラッドの比屈折率差が－０．１２％以上０．１０％以下であり、
    　純シリカガラスの屈折率に対する前記トレンチの比屈折率差が－０．７０％以上－０．２０％以下であり、
    　前記コアの外周円の半径をｒ１、前記内クラッドの外周円の半径をｒ２、前記トレンチの外周円の半径をｒ３としたときに、ｒ２／ｒ１が２．２以上３．８以下であり、ｒ３－ｒ２が４μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　直径２０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１５５０ｎｍの光に対する曲げ損失が１ターンあたり０．７５ｄＢ以下であり、
    　直径２０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失が１ターンあたり１．５ｄＢ以下であり、
    　直径３０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１５５０ｎｍの光に対する曲げ損失が１０ターンあたり０．２５ｄＢ以下であり、
    　直径３０ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失が１０ターンあたり１．０ｄＢ以下である、請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  4. 　前記外クラッドが純シリカガラスのみからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  5. 　前記外クラッドがフッ素を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  6. 　前記外クラッドにおけるフッ素の濃度分布において、前記外クラッドを、前記外クラッドの外周面を含む第１領域と前記第１領域より内側の第２領域とに分けた場合に、前記第１領域のフッ素濃度の平均値が、前記第２領域のフッ素濃度の平均値よりも小さい、請求項５に記載の光ファイバ。
  7. 　前記コアに残留する応力の平均が、圧縮応力であるか、または３０ＭＰａ以下の引張応力である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  8. 　前記コアがアルカリ元素を実質的に含まない、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  9. 　直径１００ｍｍのマンドレルに巻回されたときの波長１６２５ｎｍの光に対する曲げ損失が１ターンあたり１．０×１０－５ｄＢ以下である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  10. 　前記コアがフッ素を含み、
    　純シリカガラスの屈折率に対する、前記コアのフッ素に起因する比屈折率差が－０．１２％以上０％未満である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光ファイバ。
     
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