JP2007536578A - 中実型単一偏波ファイバ及び装置 - Google Patents

Abstract

短径（ａ），長径（ｂ）及び第１の屈折率（ｎ_１）を有する中心細長断面コア（３０）、中心細長断面コアを囲み、第２の屈折率（ｎ_２），外径（ｃ）及び外径（ｄ）を有するモート（４０）並びに、モート（４０）を囲み、第３の屈折率（ｎ_３）を有するクラッド（５０）を有し、ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２であり、比ｂ/ａが１.５と５.０の間にあって、比ｄ/ａが２.０と７.０の間にある、光ファイバ（２０）が開示される。ファイバ（２０）は単一偏波帯域（ＳＰＢ）内で単一の（１つ、しかもその１つだけの）偏波をサポートする。ファイバ（２０）は、単一偏波特性が望まれる装置において光コンポーネントに結合させることができる。

Description

本発明は全般的には光導波路ファイバに関し、さらに詳しくは単一偏波特性を示す光ファイバに関する。

単一偏波光ファイバは、超高速伝送システムのためや、光コンポーネント（レーザ、ＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）、光計器、干渉計センサ、ジャイロスコープ等）とともに使用するため及びこれらの光コンポーネントとの接続のためのカップラファイバとして用いるために有用である。偏波特性（単一偏波）は、単一偏波帯域内で、２つの直交偏波の内の一方、しかもその一方だけを伝搬させ、他方の偏波はその伝送損失を劇的に高めることによって抑制する。

（偏波保存ファイバと称されることもある）偏波保持ファイバは２つの概ね直交する軸上で入力偏波を保存することができる。一般の偏波保存ファイバは応力誘起複屈折部材を有し、図１に示されるように、内層クラッド領域１１で囲まれた中心コア１０を有する。コア１０及びクラッド領域１１は光導波路の形成に用いられる通常の材料で形成される。コア材料の屈折率はクラッド材料の屈折率より高い。単なる例として、コア１０は、酸化ゲルマニウムのような、シリカの屈折率を高める１つまたはそれより多くのドーパントを含有するシリカからなることができる。クラッド領域１１は純シリカ、コア１０より少量のドーパントを含有するシリカまたは、少なくとも１つはシリカの屈折率を低めるホウ素またはフッ素のような元素の酸化物である、１つまたはそれより多くの屈折率下げドーパントを含有するシリカからなることができる。

図１においては、クラッド材料１１の熱膨張係数（ＴＣＥ）とは異なるＴＣＥを有するガラス材料で形成された２つの応力誘起領域１２がコア１０を挟んで直径方向に対向している。そのようなファイバが線引きされる場合、軸方向に延びる領域１２及び領域１２に直交方向に配されたクラッド領域は、相異なる大きさの収縮を受け、よって領域１２は伸張歪または圧縮歪をもつ状態になるであろう。（応力誘起複屈折とも称される）歪誘起複屈折がファイバに与えられ、よって２つの直交偏光基本モード間の結合を弱める。外層クラッド領域１３が領域１２を囲み、外層クラッド領域１３の屈折率は内層クラッド領域１１の屈折率以下であることが好ましい。領域１３は、例えば、クラッド領域１１としての使用について上に挙げた材料のいずれかからなることができる。そのような、これらの応力誘起領域１２を有するファイバが単一偏波特性を提供しないことは当然である。

相異なる偏波の減結合手段として、ファイバコアの形状を細長くするかまたは歪めることによって、単一モード光ファイバの偏波性能における若干の改善が達成された。そのような細長コアを有する光ファイバ導波路の例は特許文献１，２及び３に開示されている。従来技術の図２は、屈折率がｎ_１のコア４，屈折率がｎ_２のクラッド５を有し、細長コア４が長軸ａ及び短軸ｂを有する、導波路１を示す。しかし、一般に、非円形状だけでは所望の単一偏波特性を提供するのに十分ではない。
米国特許第４１８４８５９号明細書 米国特許第４２７４８５４号明細書 米国特許第４３０７９３８号明細書

したがって、単一偏波特性を提供することになり、製造も容易な、光ファイバを得ることが進行中の開発領域であった。

定義
以下の定義及び用語は技術上普通に用いられている。

屈折率プロファイル−屈折率プロファイルは、ファイバの選択された部分にわたる屈折率（Δ％）と（光ファイバの中心線から測定される）光ファイバ半径の間の関係である。

半径−ファイバのセグメントの半径は一般に、用いられる材料の屈折率が異なる組成についてとる点に関して定められる。例えば、セグメントの第１の点は中心線上にあるから、中心コアの内半径はゼロである。中心コアセグメントの外半径は導波路の中心線から正のデルタを有する中心コアの屈折率の最終点まで引かれた半径である。第１の点が中心線から外れているセグメントについては、導波路の中心線から第１の屈折率点の位置までの半径がそのセグメントの内半径である。同様に、導波路の中心線からセグメントの最終屈折率点の位置までの半径がそのセグメントの外半径である。例えば、中心コアを囲む屈折率下げドープされた環状セグメントは環状セグメントとクラッドの間の界面にある外半径を有することになろう。

相対屈折率パーセントΔ％−Δ％は式：

によって定められる屈折率の相対尺度を表し、ｎ_ｉはｉとして表される屈折率プロファイルセグメントの最高屈折率であり、基準屈折率ｎ_ｃはクラッド層の屈折率にとられる。セグメントのいかなる点もクラッドに対して測られた随伴相対屈折率を有する。

本発明の実施形態にしたがえば、単一偏波帯域（ＳＰＢ）内で単一偏波特性を示す光ファイバが提供される。ファイバパラメータはＳＰＢが動作波長帯域に一致するように選ばれることが好ましい。ファイバは、第１の屈折率（ｎ_１）を有し、短径（ａ）及び長径（ｂ）を有する中心細長断面コアと、中心細長断面コアを囲み、中心細長断面コアに接する、第２の屈折率（ｎ_２）を有し、長径（ｂ）に合せられた軸Ｘ-Ｘに沿う外径（ｃ）及び短径（ａ）に合せられた軸Ｙ-Ｙに沿う外径（ｄ）を有するモートと、モートを囲む、第３の屈折率（ｎ_３）を有するクラッドとを有することが好ましく、ここで、軸Ｘ-Ｘと軸Ｙ-Ｙは概ね直交し、ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２であり、比ｂ/ａは１.５と５.０の間にあり、比ｄ/ａは２.０と７.０の間にある。

本光ファイバ構造は、好ましくは少なくとも５ｎｍであり，さらに好ましくは１０ｎｍより広い、ＳＰＢ幅を示す性能を生じる。特に、本ファイバはファイバの軸線に沿って延びるいかなる孔も実質的にもたないことが好ましい。すなわち本ファイバは断面が中実である。本ファイバでは、直交する偏波のそれぞれに関係付けられる実効屈折率がＳＰＢ内で実質的に相異なるようにつくられるから、優れた単一偏波特性が得られると考えられる。さらに詳しくは、偏波の内の一方の実効屈折率の値はこの偏波がＳＰＢ内で伝搬できないような値であり、他方の直交偏波に関係付けられる実効屈折率の値はこの偏波がまだＳＰＢ内で伝搬できるような異なる値である。したがって、構造が比較的簡単なファイバによってＳＰＢ内の単一偏波伝搬が提供される。本発明のファイバは、比較的簡単な構造を有し、好ましくは、強度を低下させ、減衰を弱める可能性がある孔をもたないという利点を有する。さらに、本発明のファイバは永久接続が比較的容易である。

本発明の別の態様にしたがえば、比ｃ/ｂは、好ましくは４.０未満、さらに好ましくは２.７５未満であり、いくつかの実施形態においては１.８未満である。好ましい実施形態にしたがえば、外径（ｄ）は外径（ｃ）より短いことが好ましい。中心細長断面コアは酸化ゲルマニウムドープシリカを含むことが好ましく、モートはフッ素ドープシリカまたはホウ素ドープシリカを含むことが好ましい。中心細長断面コアに対する好ましい最大相対屈折率（Δ１）は０.２％より大きく、０.５％と２.５％の間にあることがさらに好ましい。同様に、モートの好ましい相対屈折率（Δ２）は−０.１５％より負側に大きく、−０.１５％と−０.８％の間にあることがさらに好ましい。好ましい態様において、比ｂ/ａは１.５と５.０の間にあり、いくつかの実施形態においては１.８と３.５の間にある。

本発明の別の実施形態にしたがえば、第１の屈折率（ｎ_１）を有し、短径（ａ）及び短径（ａ）より長い長径（ｂ）を有する中心細長断面コア、中心細長断面コアを囲む、第２の屈折率（ｎ_２）を有し、長径（ｂ）に合せられた軸に沿う外径（ｃ）及び短径（ａ）に合せられた軸に沿う外径（ｄ）を有するモート及び、モートを囲む、第３の屈折率（ｎ_３）を有するクラッドを有し、ここで：
ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２であり、
比ｂ/ａが１.５と５.０の間にあり、
比ｄ/ａが２.５と５.０の間にある、
光ファイバが提供される。

本発明の別の実施形態にしたがえば、０.２％と２.５％の間の相対屈折率（Δ１）を有し、短径（ａ）及び長径（ｂ）を有する中心細長断面コアと、中心細長断面コアを囲み、−０.１５％より小さい相対屈折率（Δ２）を有し、長径（ｂ）に合せられた軸に沿う外径（ｃ）及び外径（ｃ）に直交する外径（ｄ）を有するモートと、モートを囲むクラッドとを有し、ここで：
比ｂ/ａが１.５と５.０の間にあり、
比ｄ/ａが２.０と７.０の間にあり、
比ｃ/ｂが４.０未満である、
光ファイバが提供される。

上述したようなファイバはＳＰＢ内で優れた単一偏波特性を示す点で有利である。本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を添付図面とともに含む本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。

本明細書における説明の目的のため、本発明に様々な別の構成を、そうではないことが明示されている場合を除いて、想定し得ることは当然である。添付図面に示され、本明細書で以下に説明される特定のファイバは、添付される特許請求の範囲で定められる本発明の概念の例示的な実施形態であることも当然である。したがって、本明細書に開示される実施形態に関する特定の諸元及びその他の物理的特徴は、特許請求項で限定であることが明示されていない限り、限定と見なされるべきではない。本明細書で用いられるように、本明細書に与えられる光学測定値は全て、そうではないことが明示されていない限り、ＬＰ_０１モードにおける値である。

本明細書に説明され、開示される、本発明にしたがう光導波路ファイバ２０の第１の実施形態は、図３〜５，７及び１０に最善に示されるような、全般的断面構造を有する。図示される実施形態において、光導波路ファイバ２０は中実の、すなわち孔をもたない、断面を有し、ファイバ２０の軸線ＣＬに沿って延びる中心細長断面コア３０を有する。この細長断面コア３０は、ファイバの軸線に対しファイバ面内で直交して測られる、長径すなわち最大径ｂ及び短径すなわち最小径ａを有し、短径ａ及び長径ｂは互いに概ね直交して測られる。中心コア３０の断面形状は細長であるとして最善に説明される。術語「細長」は一般に、長円形、卵形、楕円形、菱型等のようなコア形状を含む。そのようなコア引き延ばしはファイバ２０に少なくともあるレベルの形状（または幾何）誘起複屈折を与えると考えられる。細長度は、線引きされた光ファイバ２０の細長コア３０が所望の、本明細書ではｂ/ａとして定義される、アスペクト比ＡＲを示すように、ファイバプロセス（例えば再線引き）中に制御されることが好ましい。コア３０のＡＲは、好ましくは１.５より大きく、さらに好ましくは１.５と５.０の間にあり、一層好ましくは１.８から３.５の範囲にあって、実施形態の大部分においては、１.９から３.０の範囲にある。

中心細長断面コア３０は酸化ゲルマニウムドープシリカでつくられることが好ましく、ここで酸化ゲルマニウムは、図４及び５に最善に示されるように、ファイバのクラッドの屈折率ｎ_３より大きい第１の屈折率ｎ_１を示すに十分な量が添加される。酸化ゲルマニウムは、最大相対屈折率パーセントΔ１（図７，１０）が、０.２％より大きく、さらに好ましくは１.０％より大きく、一層好ましくは約０.２％と２.５％の間であり、最も好ましくは約０.５％と２.５％の間にある、細長コア３０を提供するのに十分な量が添加されることが好ましい。中心細長コア３０の断面径ａ及びｂはそれぞれ、好ましくは１.０μｍから６.０μｍ（さらに好ましくは１.０μｍから４.０μｍ）の間、及び好ましくは３.０μｍから２０.０μｍの間（さらに好ましくは３.０μｍから１２.０μｍ）の間の範囲になるように設計される。さらに、中心コア３０の平均直径Ｄ_平均＝（ａ＋ｂ）/２は約２.０μｍと１３.０μｍの間にあることが好ましく、２.０μｍと８.０μｍの間にあることがさらに好ましい。中心細長コア３０はファイバ２０の中心線ＣＬから径方向に外側に広がり、図示されるように、好ましくはステップ型屈折プロファイル形状を有する、屈折率上げドープされたシリカからなる。必要に応じ、ファイバ２０のコア３０は、図４〜５，７及び１０に破線で示されるような、分布屈折率形状を有することができる。

本発明にしたがうファイバ２０は好ましくは単一偏波特性を示す。すなわち、ファイバ２０は光伝搬の２つの直交基本偏波モードの消光波長λ_１，λ_２の間で偏波消光波長差を有する。特に、本発明にしたがうそのようなファイバ２０は、好ましくは幅が少なくとも５ｎｍであり、さらに好ましくは幅が１０ｎｍより広く、一層好ましくは幅が２０ｎｍより広く、最も好ましくは幅が２５ｎｍより広い、単一偏波帯域（ＳＰＢ）６０を有する。本明細書で定義されるように、ＳＰＢ６０は、直線領域６４からの６ｄＢ下がった点において測定及び決定される２つの偏波消光波長λ_１とλ_２の間で測定される（図６を見よ）。

さらに精確には、ＳＰＢ６０は、第１の偏波線６１が第２の偏波線６２から分れる（離れる）第１の屈曲領域６５の頂点における分離点６３から６ｄＢ下がった点において測定される。ＳＰＢ６０は第１の偏波線６１の消光波長と第２の偏波線６２の消光波長の間にある波長帯域である。このＳＰＢ６０内では、真の単一偏波が存在する。すなわち、一方の、しかも一方だけの偏波が提供され、明白に伝搬する。例えば、図６からわかるように、第２の偏波６２だけがＳＰＢ６０内で明らかな伝搬光であり、第１の偏波６１は大きく減衰する。この特徴は、一方の、しかも一方だけの偏波の伝搬が望まれるデバイスシステムにおける使用に対する優れた効用を有する。

図６に示される例示的実施形態において、ＳＰＢ６０は波長約１,６４２ｎｍと波長１,６７４ｎｍの間に広がり、よって幅が２０ｎｍより広く、この場合は幅が約３２ｎｍのＳＰＢが得られている。しかし、この範囲は例示であり、その他のＳＰＢ幅が設計され、提供され得ることは当然である。例えば、ＳＰＢ６０の幅はコアデルタΔ１を大きくすることで広げることができる。同様に、比ｂ/ａを大きく（より細長く）すればＳＰＢ幅が広くなるであろう。同様に、クラッドを厚くすることによってＳＰＢ６０を短波長側にシフトさせることができる。逆に、ＳＰＢ６０を長波長側にシフトさせるためにクラッドの薄化を用いることができる。同様に、モートを浅くすればＳＰＢ６０は高波長側にシフトする。さらに、Ｄ_平均を小さくすればＳＰＢ６０は短波長側に移動するであろう。したがって、いずれかの特定の用途の必要に合せるためにＳＰＢの幅及び／または位置を適切に調節できることは当然である。さらに詳しくは、ＳＰＢ６０は動作波長帯域λ_動作に一致するように設計されることが好ましい。ＳＰＢ６０の中心波長は動作波長帯域λ_動作の中心波長に実質的に一致することがさらに好ましい。動作波長帯域λ_動作は、例えば、８００〜２０００ｎｍ，９５０〜１２５０ｎｍまたは１４５０〜１６５０ｎｍの範囲におくことができる。

中心細長コア３０は、中心コアとは異なる組成を有し、好ましくは第１の屈折率ｎ_１より小さい、すなわちｎ_２＜ｎ_１である、第２の屈折率ｎ_２を有するモート４０で全体が囲まれ、モート４０に接することが好ましい。本明細書で用いられるように、術語「モート」は、細長コア３０に比較して低い相対屈折率を有し、細長コア３０全体を囲み、好ましくは細長コア３０に接する領域を意味する。さらに好ましくは、モート４０は純シリカにたいして屈折率下げドープされ、したがって、（クラッドに比較して）負の相対屈折率を有する。最も好ましくは、モート４０はフッ素ドープシリカまたはホウ素ドープシリカ、あるいはこれらの組合せでつくられる。さらに、モート４０はＦ，Ｂ及びＰのいかなる組合せも含むことができる。

モート４０は、図７に最善に示されるように、好ましくは約−０.１５％より負であり、さらに好ましくは約−０.１５％と−０.８％の間にあり、最も好ましくは−０.３％と−０.６％の間にある、（クラッド５０より）負の、相対屈折率パーセントΔ２を示すことが好ましい。一般に、モート４０のガラスは、所望の線引き温度において中心細長コア３０またはクラッド５０より粘性が明白に低くなるようにドープされる。モート４０は図３に示されるように一般に円形であるか、あるいは外径ｄを外径ｃより若干小さくすることができる（図１１を見よ）。本実施形態において、径方向断面径ｃ及びｄは、比ｄ/ｃが約０.７と０.９５の間にあるような径である。全ての実施形態において、中心細長断面コア３０は、実質的にモート４０内に中心がおかれることが好ましい。いくつかの実施形態において、モート４０の外縁領域は（図３，８及び９に示されるように）細長コア３０の最大径すなわち長径ｂの位置においてコア３０に実質的に接するような形につくられる。言い換えれば、これらの接縁実施形態に対して比ｃ/ｂは１.０にほぼ等しい。

本発明の発明者等は、コア３０とモート４０の径と形状（比）の適切な組合せによってファイバの優れた単一偏波特性が得られることを見いだした。特に、単一偏波能力を最適化するためには比ａ/ｂと比ｄ/ａの組合せが重要であると考えられる。動作において、コア３０及びモート４０に用いられる径と形状及び材料のため、ＳＰＢ内では直交偏波状態のそれぞれに関係付けられる実効屈折率が実質的に相異なると考えられる。特に、一方の偏波状態のＳＰＢ６０内での実効屈折率はＳＰＢ内での伝搬がおこるような屈折率であり、他方の偏波モードはその実効屈折率がクラッドに非常に近い（好ましくはクラッド以下である）ためＳＰＢの波長範囲内では実効的に伝搬されない（遮断される）、すなわち導波路ではない、ことから非常に損失が大きいことは当然である。

あるいは、図８〜９に最善に示されているように、モート４０は、卵形または楕円形あるいは角が丸められた長方形等のような、その他の概ね細長い形状を有するように形成することができる。これらの実施形態において、径ｂに合された軸（Ｘ-Ｘ）に沿って測られたモート４０の最小径ｃは好ましくは中心コア３０の最大径ｂに実質的に等しく（すなわちｂ/ｃ＝１.０と）することができる。径ｃは、コア３０とモート４０が点ｅ及びｆにおいて接する（図８を見よ）ように、コア３０の最大径ｂと同じ軸に沿って（Ｘ-Ｘに沿って）合せられることが好ましい。

本明細書に説明される全ての実施形態において、（短径ａに合せられた軸（Ｙ-Ｙ）に沿う）径ｄの、細長コア３０の最小径ｄに対する比、すなわち比ｄ/ａは、好ましくは２.０から７.０、さらに好ましくは２.５から５.０の間の範囲にあり、多くの実施形態においては２.５から４.０の間の範囲にある。ここでも、この比ｄ/ａを維持することが、上述した所望の比ｂ/ａを維持することともに、良好な単一偏波特性の提供における重要な因子であることが見いだされた。

ファイバクラッド５０がモート４０を囲み、モート４０に接している。クラッド５０は好ましくは純シリカでつくられ、第３の屈折率ｎ_３を示す。コア３０，モート４０及びクラッド５０の材料は、ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２であるように選ばれ、構成される。クラッド５０は、好ましくは約８０μｍと１４０μｍの間の外径、さらに好ましくは約１２５μｍの外径を有するが、いくつかの実施形態において、例えば１５０μｍより大きいクラッド外径を有することができる。ファイバ２０は次いで、好ましくは、（明解さのために図示していない）通常の２弾性率コーティングで被覆されて、外径が約２５０μｍになる。

単一偏波ファイバ２０のＹ-Ｙ軸及びＸ-Ｘ軸に沿う相対屈折率プロファイルの概略がそれぞれ、図７及び１０に示される。これらの図は、（μｍ単位の）ファイバ半径に対してプロットされた相対屈折率パーセント（Δ％）を示し、それぞれの軸に沿うプロファイルにおける違いを明白に示す。特に、これらの図は、いずれもクラッド５０に対して測られた、中心細長コア３０の最大相対屈折率Δ１及びモート４０の最小相対屈折率Δ２を示す。したがって、それぞれの軸に沿う屈折率プロファイルが非常に異なり、よってファイバ２０によって示される優れた単一偏波特性に寄与していることが容易に認められるはずである。したがって、従来技術のようにモードを減結合するために極端な応力誘起複屈折に依存するのではなく、本発明は、２つの直交偏波におけるコアの実効屈折率を、ＳＰＢ６０内で一方の偏波モードだけが伝搬するであろうように変えることに向けられる。したがって、例えばＳｉ，Ｇｅ及びＦのような、比較的容易に使用できる成分を用いることによって単一偏波特性を得ることができる。

ファイバ２０の別の実施形態が、図１１に断面で示される。ファイバ２０は、Ｇｅドープシリカでつくられた菱型中心コア３０，Ｆドープシリカでつくられた若干細長いモート４０及びモートを囲む純シリカでつくられたクラッド領域５０を有する。本明細書に説明されるほかの実施形態と同様に、ファイバの高分子材被覆は明解さのために示されていない。コア３０はコアデルタΔ_１％が０.２％より大きくなるようにドープされ、モート４０は約−０.１５％より小さいことが好ましい負の相対屈折率Δ_２％を与えるのに十分にフッ素ドープされる。Δ_１％の絶対値とΔ_２％の絶対値の和は０.４％より大きいことが好ましい。

図１１の実施形態において、モート４０の径ｃはコア３０の径ｂと等しくはない。先に説明した実施形態とは異なり、径ｃは径ｂより大きい。すなわち、コア３０は長径ｂに沿ってモート４０と接してはいない。特に、比ｃ/ｂは１.０より大きく、好ましくは約４.０より小さく、さらに好ましくは３.５より小さく、いくつかの実施形態においては２.７５より小さく、あるいは１.８より小さいことさえもある。したがって、本ファイバについての優れた単一偏波特性は、以下の比、４.０より小さい比ｃ/ｂ，１.５から５.０の範囲の比ｂ/ａ，及び２.０と７.０の間の範囲の比ｄ/ａ，の組合せが与えられたときに得られる。本実施形態についての比ｃ/ｄは１.０またはそれより大きくすることができる。

本発明の実施形態にしたがう単一偏波ファイバ２０のそれぞれは、設計されたＳＰＢ６０内での単一偏波（一方、しかも一方だけの、偏波モードの伝送）を可能にする光学特性を示す（例えば図６を見よ）。好ましくは、本発明にしたがうファイバ２０のＳＰＢ６０は約８００ｎｍと１７００ｎｍの間の波長にあるように設計される。さらに好ましくは、ファイバのＳＰＢ６０は、その中心波長が注目する動作波長帯域の中心波長に実質的に一致するように設計されるであろう。例えば、ＳＰＢ６０は、９８０ｎｍ，１３１０ｎｍまたは１５５０ｎｍの窓／帯域において動作する光コンポーネント及びシステムとともに容易に使用できるように、波長９８０ｎｍ，１３１０ｎｍまたは１５５０ｎｍがＳＰＢ６０内に入るように設計することができる。特に、ＳＰＢ６０の中心波長が注目する動作波長の中心波長と実質的に（±約２０ｎｍの範囲内で）一致するように、ファイバパラメータが選択されることが好ましい。

本発明にしたがうファイバ２０について本明細書で説明される好ましい構造では以下に説明されような光学測定値が得られる。特に、単一偏波ファイバ２０は、帯域幅が（全て１ｍ長で測定して）、好ましくは少なくとも５ｎｍであり，さらに好ましくは１０ｎｍより広く、一層好ましくは１５ｎｍより広く、最も好ましくは２０ｎｍより広い、ＳＰＢ６０を示す。さらに、ファイバ２０はＳＰＢ６０の中心波長において、好ましくは２５ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに好ましくは５ｄＢ/ｋｍより小さい、減衰率を示す。以下で説明されるファイバのそれぞれは、図３及び１１に示される物理的構造と同様の物理的構造を有するが、コアに関してはステップ型屈折率形状を有する代りに、破線３１で示されるような、αが約２の、分布屈折率形状を有する。

いくつかの実験ファイバ（実験例１〜４）の測定された構造及び光学特性を下の表１に示す。

それぞれの実験例ファイバ２０について、ビート長Ｌ_Ｂも測定した。詳しくは、直接微分群遅延（ＤＧＤ）法を用いて、ビート長Ｌ_Ｂを測定した。ファイバは第１の偏波消光波長λ_１まではいずれの偏波についても光を伝送することができるから、テクトロニクス（Tektronics）から入手できるモデルＰＡＴ-９０００Ｂを第１の消光波長λ_１より短波長でのファイバの微分群遅延（ＤＧＤ）の測定に用いることができる。この測定から、λ_１より短いいかなる波長についてもビート長を計算（外挿）することができる。ビート長は測定されたＤＧＤから下式：

によって計算することができる。

ここで、
λは注目する波長、
Ｌは試験下にある光ファイバの長さ、及び
ｃは真空中の光の速度、
である。

図２２は実験例ファイバ（実験例４）についてＤＧＤを波長の関数として示す。ＤＧＤに波長依存性があることは明らかである。例えば、１４２０ｎｍにおけるデータを選べば、３.１４６ピコ秒のＤＧＤ値が得られる。したがって、このファイバのこの波長（１４２０ｎｍ）におけるビート長の計算値は２.８ｍｍである。（λ_１より短い）いかなる短波長におけるビート長も、式：

を用いて決定することができる。別の例として、実験例２のファイバ２０のビート長Ｌ_Ｂの測定値は１５５０ｎｍにおいて２.０ｍｍより短かった（約１.７ｍｍ）。上式を用いれば、実験例２について９８０ｎｍにおけるビート長Ｌ_Ｂは約１.９ｍｍと推定される。これは実験例ファイバの複屈折が大きいことを示す。したがって、ＳＰＢ６０より短い（すなわちλ_１より短い）波長において（１０ｍｍより短い）短ビート長Ｌ_Ｂを有する本明細書に説明されるファイバのそれぞれが良好な偏波保存特性を提供するであろうことは当然である。上述した実験例２は、単一偏波帯域より短い波長（例えば１５５０ｎｍ）においてビート長が２.０ｍｍより短い、優れた偏波保存特性を提供する。

さらに、第１の偏波の消光波長λ_１，第２の偏波の消光波長λ_２及び（２つの偏波の消光波長の間の）単一偏波帯域幅をそれぞれのモデルファイバ２０について決定した。それぞれの測定について、３００〜２０００ｎｍで平坦なスペクトルを有する非偏光白色光源を用いた。次いで偏光子を光入射端に挿入し、消光比の測定によって決定した２つの偏波軸に設定して、それぞれの偏波について消光波長試験を実施した。

単一偏波ファイバ２０の減衰率を、（ＯＤＴＲと標示される）標準的な時間ドメイン反射率計法または（ＣＢと標示される）カットバック法によって測定した。詳しくは、ＨＰ８１４７ＯＤＴＲで１５５０ｎｍにおいて、時間ドメイン反射率計（ＯＤＴＲ）法を実施した。カットバック法を、白色光源を用いてファイバの第１の長さ（ほぼ２ｍ）でパワーｐ１を測定し、次いでファイバを切断して短く（ほぼ１ｍに）し、パワーｐ２を測定することで実施した。次いで、減衰率を：

として計算した。ここでＬは除去した長さである。波長が指定されていない場合はカットオフ法が用いられたと見なすことができる。ＯＤＴＲ測定を用いた時に、１５５０ｎｍにおいて、実験ファイバ例について最高の０.００４ｄＢ/ｍより小さい減衰率測定値が得られた。特に、カットバック法を用いた時に実験例の内のいくつかが０.０４ｄＢ/ｍより小さい減衰率を示した。

本発明にしたがう単一偏波ファイバ２０の別の重要な特性は、ＳＰＢ６０内でのｄＢで表した２つの偏波モードの間でファイバを通して伝送されるパワーの相対強度によって定められる、単一偏波動作に対する消光比（ＥＲ）である。図２３に示されるように、本発明におけるような、２つの直線偏波モード６１，６２を有する単一偏波ファイバについては、偏波依存損失（ＰＤＬ）６７の標準的な測定がＳＰＢ６０内の消光比測定と実質的に等価である。ＰＤＬ測定に関するさらなる情報は、デニス・デリクソン（Dennis Derickson）編，「ファイバの光学試験及び測定（Fiber Optic Test and Measurement）」，プレンティス−ホール社（Prentice-Hall Inc.），１９９８年，第９章に見ることができる。本明細書に説明される本発明のファイバ２０について、ＰＤＬおよびＥＲを測定し、ＳＰＢ６０内で３０ｄＢより大きく、さらに好ましくはＳＰＢ６０内で４０ｄＢより大きく、いくつかの実施形態ではＳＰＢ６０内で５０ｄＢより大きい、ＥＲ値が示された。図２２は代表的なファイバについての微分群遅延（ＤＧＤ）を示し、この図から先に説明したようにビート長が決定される。

下の表２は、本発明にしたがう単一偏波ファイバ３０のいくつかのモデル化例（事例番号Ｉ〜ＩＸ）を示す。これらのモデル化例Ｉ〜ＩＸの全体的な屈折率構造は図３〜５に示されるような構造である。

表２のモデル化例からわかるように、相対屈折率パラメータΔ１％，Δ２％及び（Ｄ平均，比ａ/ｂ，比ｃ/ｂ及び比ｄ/ａを調節する）コア及びモートの径ａ，ｂ，ｃ及びｄを調節して、ビート長、２つの偏波の消光波長，λ_１消光，λ_２消光における変化、さらにはＳＰＢ幅の変化も、結果として生じさせることができる。したがって、ファイバ２０についてＳＰＢを容易に調節することができ、よって様々な動作帯域で動作する多くのシステム及びデバイスでの使用が可能になることは当然である。特に、システムまたはデバイスに対して注目する動作波長帯と実質的に一致させるためにＳＰＢを設計できるように、ファイバのパラメータを選択及び設計することができる。

図１２は本明細書に説明される実施形態にしたがう単一偏波ファイバ２０を用いる一装置３８を示す。本システム装置３８は、本発明にしたがうファイバ２０をその中に有するか、あるいはそうではなくともファイバ２０がそれに取り付けられているかまたは光結合されている、レーザ、ジャイロスコープ、センサ、変調器、ビームスプリッタ、偏波マルチプレクサ等のような、光デバイス４２を備える。ファイバ２０及び光コンポーネント４２はハウジング４４に収めることができ、装置３８は副コンポーネントを有する。

図１３は、本発明の実施形態にしたがうファイバ２０が光コンポーネント４２ａ，４２ｂの間に取り付けられ、必要に応じてファイバ２０及び光コンポーネントがハウジング４４内に収められる、別の装置１３８を示す。

同様に、図１４は、本発明の実施形態にしたがうファイバ２０が光コンポーネント４２に取り付けられ、ファイバ２０が別のタイプのファイバ４７にも光結合された、システム装置２３８を示す。図１２〜１４の×は、永久接続、コネクタまたはその他の同様の光接続を表す。

本明細書に説明されるファイバ２０は以下の製造方法を用いて形成されることが好ましい。初めに、図１５に示されるように、ロッド形状のコアケーン５２が提供される。ケーン５２は、中心コア３０及びモート４０に対応し、適切な酸化ゲルマニウムドープ及びフッ素ドープが施され、コア/モート比が約０.４５である、領域１３０，１４０を有する。コアケーン５２は長さが１ｍで直径が約１３〜１５ｍｍであることが好ましく、通常のＯＶＤ法で作成した。次いで、図１６に示されるように、ケーン５２の直径方向に対向する長さに沿う側面に、幅が約３.４ｍｍで深さが約４.０ｍｍの溝５４を研削で形成し、よって溝付ケーン５２ａを形成した。次いで溝付ケーン５２ａを単にいかなる研削残渣も除去するために約３０分間ＨＦエッチングした。次いで溝付ケーン５２ａを、図１７に示されるように、シリカスート５８でオーバークラッドされた長さ１ｍのシリカチューブ５６に挿入して、プリフォーム予備集成体６０を形成した。シリカオーバークラッド５８は、例えばスリーブ５６上に外付けＣＶＤ（ＯＶＤ）法で作成することが好ましい。

次いで図１７のプリフォーム予備集成体６０を、図１８に示されるような通常の固結プロセスにしたがい、初めに固結炉６２内においてＣｌ_２雰囲気で乾燥させ、次いで、ガラスを溶化して完全に固結したプリフォーム６０ａをつくるために、炉内においてＨｅ含有雰囲気で固結させることによって、固結する。次いでＨＦエッチングで余分な材料を除去して、固結プリフォーム内の孔５７，５９を形成する。あるいはエッチング剤としてＮＦ_３を用いることができよう。次いで固結プリフォーム６０ａを、図１９に示されるように、再線引き塔６４に挿入する。加熱素子６５によって固結プリフォーム６０ａに熱を加え、張力印加ホイール６６で下に引いてほぼ８ｍｍ径のコアケーン６８にする。（プリフォーム６０ａから小径コアケーンに線引きする）再線引きプロセスを行っている間、再線引き中に孔５７，５９を完全に閉じるに十分な真空を孔５７，５９に与える。孔閉じ及び再線引き工程中に、中心コアに相当する領域を断面において引き延ばし、本明細書に説明されるような全体に細長いコア形状をつくる。

今では細長中心コアをもつケーン６８を、図２０に示されるように、シリカスート５８ａでオーバークラッドされた１ｍ長のシリカチューブ５６ａに再び挿入して、所望のコア/クラッド比を有するプリフォーム予備集成体６０ｂを形成する。このプリフォーム予備集成体６０ｂを図１８に関して先に説明したのと同じ態様で再び固結する。プリフォーム予備集成体６０ｂからつくった、完全に固結したブランク６０ｃを次いで、図２１に示されるように、線引き炉７０内でハンドル７１から吊り下げ、通常の線引き法を用いて本発明の態様にしたがうファイバ２０を線引きする。

本発明の範囲を逸脱することなく本発明に変形及び改変が成され得ることが当業者には明らかであろう。例えば、ステップ型屈折率構造が示されるが、その他の分布屈折率構造を用いることができる。さらに、ファイバプロファイルに環構造を付加することもでき、それでも満足に機能するであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含するとされる。

応力誘起領域を有する従来技術の光導波路の断面図である 従来技術の別の光導波路の断面図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバの第１の実施形態の断面図である 図３の軸Ｙ-Ｙに沿ってとられた第１の実施形態の屈折率プロファイルの図である 図３の軸Ｘ-Ｘに沿ってとられた第１の実施形態の屈折率プロファイルの図である 本発明にしたがう光ファイバの代表的実施形態についてのそれぞれの偏波及び単一偏波帯域に対するカットオフ波長を示すグラフである 図３の軸Ｙ-Ｙに沿ってとられた第１の実施形態の相対屈折率対半径の図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバの別の実施形態の断面図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバのまた別の実施形態の断面図である 図３の軸Ｘ-Ｘに沿ってとられた第１の実施形態の相対屈折率対半径の図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバのまた別の実施形態の断面図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバを備えるシステム／装置のブロック図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバを備える別のシステム／装置のブロック図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバを備えるまた別のシステム／装置のブロック図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバを製造するために用いられる光ファイバプリフォームの一状態及び副コンポーネントを示す図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバを製造するために用いられる光ファイバプリフォームの別の状態及び副コンポーネントを示す図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバを製造するために用いられる光ファイバプリフォームのまた別の状態及び副コンポーネントを示す図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバの製造に用いられる装置の１つを示す図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバの製造に用いられる別の装置を示す図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバを製造するために用いられる光ファイバプリフォームのまた別の状態及び副コンポーネントを示す図である 本発明にしたがう大複屈折光ファイバの製造に用いられるまた別の装置を示す概念図である 本発明にしたがうファイバの一実施形態についてＤＧＤを波長の関数として示すグラフである 本発明にしたがうファイバの一実施形態について単一偏波帯域内での偏波依存損失（ＰＤＬ）を波長及び最大ＰＤＬの位置の関数として示すグラフである

符号の説明

２０ 光導波路ファイバ
３０ 中心細長断面コア
４０ モート
５０ クラッド

Claims (15)

1. 光ファイバにおいて、
   第１の屈折率（ｎ_１）を有し、短径（ａ）及び長径（ｂ）を有する、中心細長断面コアと、
   前記中心細長断面コアを囲み、前記中心細長断面コアに接する、第２の屈折率（ｎ_２）、前記長径（ｂ）に合せられた軸Ｘ-Ｘに沿う外径（ｃ）及び前記短径（ａ）に合せられた軸Ｙ-Ｙに沿う外径（ｄ）を有する、モートと、
   前記モートを囲み、第３の屈折率（ｎ_３）を有する、クラッドと、
   を有し、
   前記軸Ｘ-Ｘは前記軸Ｙ-Ｙと概ね直交し、
   ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２であり
   比ｂ/ａが１.５と５.０の間にあり、
   比ｄ/ａが２.０と７.０の間にあって、
   前記光ファイバが単一偏波帯域内で単一偏波伝搬を示す、
   ことを特徴とする光ファイバ。
2. ４.０未満の比ｃ/ｂをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記ファイバが２.７５未満の比ｃ/ｂをさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. 前記ファイバが、
   ２.７５未満の比ｃ/ｂ、及び
   ６.５未満の比ｄ/ａ、
   をさらに有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の光ファイバ。
5. 前記外径（ｄ）が前記外径（ｃ）以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
6. 前記中心細長断面コアが酸化ゲルマニウムドープシリカを含み、前記モートがフッ素ドープシリカを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
7. 前記ファイバが、０.２％より大きい、前記中心細長断面コアの最大相対屈折率（Δ１）をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光ファイバ。
8. 前記ファイバが、０.２％と２.５％の間にある、前記中心細長断面コアの最大相対屈折率（Δ１）をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光ファイバ。
9. 前記ファイバが、−０.１５％よりも負で絶対値が大きい、前記モートの相対屈折率（Δ２）をさらに有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光ファイバ。
10. 前記ファイバが、−０.１５％と−０.８％の間にある、前記モートの相対屈折率（Δ２）をさらに有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光ファイバ。
11. 前記ファイバが２μｍと５μｍの間にある短径（ａ）及び５μｍと２０μｍの間にある長径（ｂ）をさらに有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光ファイバ。
12. 比ｃ/ｂが１.８未満であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光ファイバ。
13. 前記ファイバのｂ/ａが１.８と３.５の間にあることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光ファイバ。
14. 前記単一偏波帯域の幅が少なくとも１０ｎｍであることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
15. 前記単一偏波帯域より短波長側でのビート長が２.０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１から１４に記載の光ファイバ。

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