JP2012159836A

JP2012159836A - 曲げ損失が小さく帯域幅が広い光ファイバ

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Publication number: JP2012159836A
Application number: JP2012006010A
Authority: JP
Inventors: Denis Molin; ドウニ・モラン; Marianne Bigot-Astruc; マリアンヌ・ビゴ−アストラツク; Pierre Sillard; ピエール・シラール; De Jongh Koen; クーン・デ・ヨング; Frans Gooijer; フランス・フーイエル
Original assignee: Draka Comteq BV
Current assignee: Draka Comteq BV
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2032-01-16
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Abstract

【課題】中心から周囲に向かって、中心コアと、中心コアを囲む内側クラッドと、内側クラッドを囲む埋め込まれたトレンチと、外側光クラッドとを含む、光ファイバを提供すること。
【解決手段】中心コアは、α屈折率分布と、少なくともフッ素と屈折率を上昇させる元素とでドーピングされた母材とを示す。中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率は、ファイバの中心から、中心コアのα分布の端部に向かって増加し、中心コアのα分布の端部において、８．５×１０^−３から５７×１０^−３の範囲にある最大値に達する。埋め込まれたトレンチは、幅ｗ_３が２μｍから１０μｍの範囲にあり、外側光クラッドに対する屈折率の差Δｎ_３が、−１５×１０^−３から−６×１０^−３の範囲にある。
【選択図】図２

Description

本発明は光ファイバの分野に関し、より具体的には、ブロードバンド用途向けの、曲げ損失が小さく帯域幅が広い光ファイバに関する。

光ファイバ（すなわち、通常１つまたは複数の被覆層により囲まれたガラスファイバ）は、通常、光信号を伝送および／または増幅する光ファイバコア（すなわち中心コア）と、光信号を光ファイバコアに閉じ込める光クラッド（または外側光クラッド）とを含む。したがって、光ファイバコアの屈折率ｎ_ｃは、通常、外側光クラッドの屈折率ｎ_ｇよりも大きい（すなわちｎ_ｃ＞ｎ_ｇ）。中心コアと光クラッドとの屈折率の差は、通常、中心コアおよび／または光クラッドにドーパントを注入することによって得られる。

通常、光ファイバの中心コアおよび光クラッドは、内側化学蒸着（ＣＶＤ）、外側蒸着（ＯＶＤ）、気相軸付け（ＶＡＤ）などのような蒸着によって得られる。内側ＣＶＤ式の方法では、外側光クラッドは蒸着管によって、場合によっては、オーバークラッドまたはスリーブによっても構成される。中心コアは、任意選択でドーピング元素を含む母材で形成される。中心コアの母材は、一般にシリカでできている。

用語「率分布」または「屈折率分布」は、光ファイバの半径の関数として屈折率をプロットする関数のグラフを指す。通常、光ファイバの中心からの距離ｒが
横軸にプロットされ、光ファイバの中心からの所与の距離における屈折率と光ファイバの外側光クラッドの屈折率との差が縦軸にプロットされる。

一般に、屈折率分布は、その外観に応じて表現される。したがって、用語「ステップ状の」、「台形の」、「三角形の」、または「放物線の」（勾配のある分布または「α」分布とも呼ばれる）は、ステップ状の、台形の、三角形の、または放物線の形状をそれぞれ示すグラフを表現するのに使用される。これらの曲線は、ファイバの理想的なまたは設計上の分布を表し、ファイバ製造上の制約により、わずかに異なる分布となることがある。

光ファイバには大きく２つの種類がある。すなわち、マルチモード光ファイバ（またはマルチモードファイバ）および単一モード光ファイバ（または単一モードファイバまたはシングルモードファイバであるＳＭＦ）である。マルチモード光ファイバでは、所与の波長に対して、複数の光モードが光ファイバに沿って同時に伝搬する。シングルモード光ファイバでは、基本モードが優先され、高次のモードは強く減衰される。

シングルモードまたはマルチモード光ファイバの通常の直径は、１２５マイクロメートル（μｍ）である。マルチモード光ファイバの中心コアの直径は、通常５０μｍまたは６２．５μｍであるが、シングルモード光ファイバの中心コアの直径は、一般におよそ６μｍから９μｍの範囲にある。

マルチモード光システムは、光源、コネクタ、および維持費が安価であるため、シングルモード光システムよりも安価である。

マルチモード光ファイバは、短距離の用途（すなわちローカルネットワーク）に一般に用いられ、広い帯域幅を必要とする。マルチモード光ファイバは、光ファイバ間の互換性の要件に関する国際標準化の対象である。国際標準はＩＴＵ−Ｔ規格Ｇ．６５１．１であり、これは具体的には、帯域幅、開口数、およびコアの直径に関する基準を定める。

ブロードバンド用途で用いられる光ファイバでは、可能な限り広い帯域幅が求められる。帯域幅は、所与の波長に対して様々な方式で特長付けられうる。したがって、いわゆる全モード励振（ｏｖｅｒｆｉｌｌｅｄｌａｕｎｃｈ）（ＯＦＬ）帯域幅と有効モード帯域幅（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｏｄａｌｂａｎｄｗｉｄｔｈ）（ＥＭＢ）は区別される。

ＯＦＬ帯域幅を得るには、ファイバの半径面全体にわたって均一な励振を示す光源、例えばレーザーダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することが必要である。

しかし、ブロードバンド用途で用いられる最近開発された光源、いわゆる垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、ファイバの半径面にわたって不均一な励振を示す。そうした種類の光源では、ＯＦＬ帯域幅はより不適切であり、ＥＭＢを用いることが好ましい。

計算される有効モード帯域幅（ＥＭＢｃ）は、使用されるＶＣＳＥＬダイオードと無関係にマルチモード光ファイバの最小のＥＭＢを推定する。ＥＭＢｃは、分散モード遅延（ＤＭＤ）の測定から知られている方法で得られる。

図１は、２００２年１１月２２日の、ＴＩＡＳＣＦＯ６．６版として公表されたＦＯＴＰ−２２０規格の基準を用いて実行される、ＤＭＤ測定の原理を示す。ＤＭＤのグラフは、所与の波長λ_０の複数の同一の光パルス２１を、光ファイバのコアの中心２４に対して異なる半径オフセット２２でマルチモード光ファイバ２０に連続して入射させ、ファイバの所与の長さＬの後で各パルスの遅延を測定することによって得られる。直径５０μｍの光ファイバを特徴付けるために、ＦＯＴＰ−２２０規格は、それぞれが異なる半径オフセットで行われる２６回の個別の測定を行うことを要求する。これらの測定結果から、ＤＭＤのマップ２３、すなわち、入射の半径オフセット（図１の例ではμｍで表される）の関数としてパルス遅延（図１の例ではナノ秒（ｎｓ）で表される）を与えるＤＭＤのグラフを推定することができ、知られている方法でＥＭＢｃを推定することもできる。

ＴＩＡ−４９２ＡＡＡＣ−Ａは、直径５０μｍのマルチモード光ファイバによる長距離のブロードバンドイーサネット伝送ネットワークに対して要求される性能を規格化する。ＯＭ３規格は、ＥＭＢが波長８５０ナノメートル（ｎｍ）において２０００メガヘルツキロメートル（ＭＨｚ．ｋｍ）以上であることを保証し、３００メートル（ｍ）の距離にわたる毎秒１０ギガビット（Ｇｂ／ｓ）（例えば１０ギガビットイーサネット（登録商標）（ＧｂＥ））の速度の誤りのない伝送を実現する。ＯＭ４規格は、５５０ｍの距離にわたる１０Ｇｂ／ｓ（例えば１０ＧｂＥ）の速度の誤りのない伝送を実現するために、ＥＭＢが波長８５０ナノメートルにおいて４７００ＭＨｚ．ｋｍ以上であることを保証する。

ＯＭ３規格およびＯＭ４規格は、波長１３００ナノメートルにおいて、ＯＦＬ帯域幅が５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広いことも保証することもできる。波長８５０ナノメートルおよび１３００ナノメートルにおけるブロードバンド光ファイバは、広帯域の波長にわたる高速な信号伝送を実現する。

マルチモードファイバでは、帯域幅は、光ファイバのモードの伝搬時間または群時間の差の結果である。具体的には、（ステップ型マルチモード光ファイバにおける）所与の伝搬媒体について、様々なモードが異なる群時間を有する。このことにより、異なる半径位置において光ファイバを伝搬する複数のパルスの間に時間オフセットが生じる。

例えば、図１では、個別のパルスの間で時間オフセットが観測される。このことにより、結果として得られる光パルスが広がり、光パルスが次のパルスと重畳する恐れが生じるため、光ファイバにより搬送することのできる速度が低下する。このように、帯域幅は、光ファイバのマルチモードコアを伝搬する光モードの群時間と、直接関係している。

広い帯域幅を保証するために、所与の波長において全てのモードの群時間を可能な限り近づけ、理想的には同一にする（すなわち、モード間の分散を０とするまたは少なくとも最小化する）ことが必要である。

マルチモード光ファイバのそのようなモード間分散を低減するため、中心コアが「α」分布を有する、屈折率に勾配のある光ファイバを作成することが提案されてきた。そのような光ファイバは長年使用されており、その特性は具体的には、Ｄ．Ｇｌｏｇｅ他による文献、「Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅｔｈｅｏｒｙｏｆｇｒａｄｅｄ−ｃｏｒｅｆｉｂｅｒｓ」、ＢｅｌｌＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ１９７３、１５６３−１５７８頁で説明され、Ｇ．Ｙａｂｒｅによる文献、「Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｈｅｏｒｙｏｆｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｉｎｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓ」、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０００年２月、１８巻、２号、１６６−１７７頁で要約されている。

勾配のある屈折率分布または「α」屈折率分布（これらの２つの用語は等価である）は、ファイバの中心からの前記点の距離ｒの関数としてある点における屈折率の値ｎとの以下の関係によって以下のように定義することができる：

ここで：
ｎ_１はマルチモードコアの最大の屈折率
ｒ_１はマルチモードコアの半径
α≧１
であり、かつ

であり、ここで：
ｎ_０はマルチモードコアの最小の屈折率であり、一般にクラッド（通常シリカで作られる）の屈折率に対応する。

したがって、屈折率に勾配のあるマルチモード光ファイバは、任意の半径方向に沿って、光ファイバの中心から周囲に向かって屈折率の値が連続的に低下するような、軸対称な中心コアの屈折率分布を示す。マルチモード光信号がそのような屈折率に勾配のある中心コアを伝搬する場合、様々なモードが異なる伝搬媒体に遭遇することにより、モードの伝搬速度に異なる影響を与える。パラメータαの値を調整することで、全てのモードについて事実上等しい群時間を得ることができ、したがってモード間の分散を低減することができる。

欧州特許出願公開第１４９８７５３号明細書欧州特許出願公開第１５０３２３０号明細書米国特許第７３１５６７７号明細書国際公開第２００９／０５４７１５号

Ｄ．Ｇｌｏｇｅ他、「Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅｔｈｅｏｒｙｏｆｇｒａｄｅｄ−ｃｏｒｅｆｉｂｅｒｓ」、ＢｅｌｌＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ１９７３、１５６３−１５７８頁Ｇ．Ｙａｂｒｅ、「Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｈｅｏｒｙｏｆｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｉｎｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓ」、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０００年２月、１８巻、２号、１６６−１７７頁

現実には、マルチモードファイバ向けに実際に作られる屈折率分布は、屈折率が一定の外側光クラッドにより囲まれた、屈折率に勾配のある中心コアを含む。したがって、マルチモードファイバの中心コアは、外側光クラッドとの干渉がα分布の障害となるため、完全なα分布に相当することはない。

外側光クラッドは、低次モードに対して高次モードを加速させる。この現象は、「クラッド効果」として知られている。したがって、ＤＭＤ測定では、最大の半径オフセットに対して得られる応答が複数のパルスを示し、得られる応答に時間の要素を生じさせる。帯域幅は、このクラッド効果によって必然的に低下する。

そのようなブロードバンドマルチモード光ファイバは、特に、ファイバが偶発的な曲げにさらされることがある商用のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）における短距離の用途に向けられたものである。そのような曲げは信号を減衰させ、したがって信号対雑音比を劣化させる。

したがって、１０ミリメートル（ｍｍ）よりも小さい曲率半径で曲げられた場合でも、曲げの影響を受けにくいマルチモード光ファイバを考案することが有利である。

光ファイバのクラッドに埋め込まれたトレンチを加えることによって、マルチモードファイバの曲げ損失を低減することが知られている。しかし、帯域幅の劣化を避けるため、トレンチの位置および深さを注意深く選択しなければならない。

欧州特許出願公開第１４９８７５３（Ａ１）号は、波長８５０ナノメートルおよび１３００ナノメートルにおける帯域幅が２０００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い光ファイバを開示する。しかし、欧州特許出願公開第１４９８７５３号による光ファイバは、ＯＭ４規格に適合することを保証せず、曲げ損失を最小にするトレンチ効果も考慮しない。

欧州特許出願公開第１５０３２３０（Ａ１）号および米国特許第７３１５６７７（Ｂ１）号は、中心コアの屈折率の差が、ゲルマニウムおよびフッ素の同時ドーピングにより得られる、光ファイバを開示する。中心コアのフッ素およびゲルマニウムの濃度は、８５０ナノメートルおよび１３００ナノメートルにおける帯域幅を最適化するように調整される。しかし、欧州特許出願公開１５０３２３０号および米国特許第７３１５６７７号による光ファイバは、波長８５０ナノメートルにおいてＯＭ４規格に適合せず、曲げ損失を最小にするトレンチ効果も考慮しない。

国際出願公開第２００９／０５４７１５（Ａ１）号は、中心コアの屈折率の差がゲルマニウムおよびフッ素の同時ドーピングにより得られる、光ファイバを開示する。国際出願公開２００９／０５４７１５号による光ファイバは、中心コアの周辺に埋め込まれたトレンチを示す。屈折率に勾配のある中心コアは、外側光クラッドの屈折率よりも低い屈折率にまで延びる。そのように中心コアを外側光クラッドよりも低い領域まで延ばすことで、中心コアの大型化を招くことがあり、ＯＭ３規格およびＯＭ４規格に適合しなくなる。中心コアを延ばすことはまた、埋めこまれたトレンチ構造に特有の漏洩モードの伝搬による損失も生じさせうる。

曲げ損失が小さく、波長８５０ナノメートルおよび１３００ナノメートルにおける帯域幅が広く、クラッド効果が低減され、かつブロードバンド用途で使用するための、屈折率に勾配のあるマルチモード光ファイバに対する需要が存在する。

この目的を達成するため、本発明は、中心から周囲に向かって：
中心コアと、
中心コアを囲む内側クラッドと、
内側クラッドを囲む埋めこまれたトレンチと、
外側光クラッドと、
半径がｒ_１でα屈折率分布を示し、少なくともフッ素および屈折率を上昇させる元素によりドーピングされた母材を有する中心コアと、
幅がｗ_２で外側光クラッドに対し屈折率の差Δｎ_２を示す内側クラッドと、
半径がｒ_３、幅がｗ_３で外側光クラッドに対する屈折率の差Δｎ_３を示す埋めこまれたトレンチと
を含む光ファイバを提供し、ここで：
中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率Ｃ_Ｆがファイバの中心からｒ_１に向かって増加し、
ｒ_１において、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率Ｃ_Ｆの最大値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が８．５×１０^−３から５７×１０^−３の範囲にあり、
埋めこまれたトレンチは、幅ｗ_３が２μｍから１０μｍの範囲にあり、外側光クラッドに対する屈折率の差Δｎ_３が−１５×１０^−３から−６×１０^−３の範囲にある。

したがって、本発明は、請求項１に記載の光ファイバに関する。

本発明による光ファイバでは、中心コアのα屈折率分布、内側クラッド、および埋め込まれたトレンチが、曲げ損失を低減すると同時に、波長８５０ナノメートルにおける広い帯域幅を保証するように働く。加えて、フッ素の濃度と、中心コアの屈折率を上昇させるドーパントの濃度が、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅を最適化するように働く。

本発明のある実施形態では、中心コアの屈折率を上昇させるドーパントはゲルマニウムであり、中心コアの母材はシリカでできている。

本発明の別の実施形態では、ｒ_１において、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が、以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−１０．０６×１０００×Δｎ_３−８２．０６
を満たす。

本発明のさらに別の実施形態では、ｒ１において、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が、以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−８．２８×１０００×Δｎ_３−４８．２８
を満たす。

本発明のさらに別の実施形態では、ｒ１において、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が、以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−８×１０００×Δｎ_３−４２．２８
を満たす。

本発明のさらに別の実施形態では、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率Ｃ_Ｆが、光ファイバの中心からの半径距離ｒの関数として、以下の式で与えられる。

ここで：
ｒ_１は中心コアの半径であり、
ｐは２に実質的に等しい定数であり、

は１．２５×１０^−３よりも小さい正の定数である。

本発明のさらに別の実施形態では、中心コアのα屈折率分布は、値が１．９から２．１の範囲にあるパラメータアルファ（α）を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、外側光クラッドに対する中心コアの屈折率の差Δｎ_１の最大値は、１０×１０^−３から１８×１０^−３の範囲にある。

本発明のさらに別の実施形態では、外側光クラッドに対する中心コアの屈折率の差Δｎ_１の最大値は、１１×１０^−３から１６×１０^−３の範囲にある。

本発明のさらに別の実施形態では、内側クラッドの幅ｗ_２は、０．５μｍから２μｍの範囲にある。

本発明のさらに別の実施形態では、外側光クラッドに対する内側クラッドの屈折率の差Δｎ_２は、−０．２×１０^−３から２×１０^−３の範囲にある。

本発明のさらに別の実施形態では、埋め込まれたトレンチの幅ｗ_３は、３μｍから５μｍの範囲にある。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバの開口数は、０．１８５から０．２１５の範囲にある。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長８５０ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径を有する２回の曲げに対して、０．２デシベル（ｄＢ）より小さいまたは０．１ｄＢよりも小さい曲げ損失を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長８５０ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径を有する２回の曲げに対して、０．０５ｄＢより小さいまたは０．０１ｄＢよりも小さい曲げ損失を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長１３００ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径を有する２回の曲げに対して、０．５ｄＢより小さいまたは０．３ｄＢよりも小さい曲げ損失を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長１３００ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径を有する２回の曲げに対して、０．２ｄＢより小さいまたは０．１ｄＢよりも小さい曲げ損失を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長１３００ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径を有する２回の曲げに対して、０．０５ｄＢよりも小さい曲げ損失を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長８５０ナノメートルにおいて、１５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い全モード励振（ＯＦＬ）帯域幅を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長８５０ナノメートルにおいて、３５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広いＯＦＬ帯域幅を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長１３００ナノメートルにおいて、５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い全モード励振（ＯＦＬ）帯域幅を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長１３００ナノメートルにおいて、６００ＭＨｚ．ｋｍよりも広いＯＦＬ帯域幅を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長８５０ナノメートルにおいて、ＦＯＴＰ−２２０規格にしたがって中心コアの外側部分を被覆するマスクについて得られる分散モード遅延ＤＭＤｅｘｔが、１メートル当たり０．３３ピコ秒（ｐｓ／ｍ）よりも小さいことを示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長８５０ナノメートルにおいて、ＦＯＴＰ−２２０規格にしたがって中心コアの外側部分を被覆するマスクについて得られる分散モード遅延ＤＭＤｅｘｔが、１メートル当たり０．２５ｐｓ／ｍよりも小さいことを示す。

本発明のさらに別の実施形態では、光ファイバはまた、波長８５０ナノメートルにおいて、ＦＯＴＰ−２２０規格にしたがって中心コアの外側部分を被覆するマスクについて得られる分散モード遅延ＤＭＤｅｘｔが、１メートル当たり０．１４ｐｓ／ｍよりも小さいことを示す。

本発明はまた、本発明による光ファイバの少なくとも一部を含む、マルチモード光システムを提供する。

ある実施形態では、光システムは、１００ｍにわたり、１０Ｇｂ／ｓ以上の速度を示す。

ある実施形態では、光システムは、３００ｍにわたり、１０Ｇｂ／ｓ以上の速度を示す。

本発明の別の特徴または利点は、非限定的な例として与えられ添付の図面を参照して、以下の本発明の具体的な実施形態の説明を読むことで現れる。

ＤＭＤ測定を示す図である。本発明によるある例の光ファイバの屈折率分布を示す図である。本発明によらないある比較用の光ファイバにおける、フッ素およびゲルマニウムの濃度を半径の関数として示す図である。本発明によらない別の比較用の光ファイバにおける、フッ素およびゲルマニウムの濃度を半径の関数として示す図である。本発明によるある光ファイバにおける、フッ素およびゲルマニウムの濃度を半径の関数として示す図である。中心コアのドーピングされた母材の全ての構成物質に対するフッ素の原子比率と、フッ素のドーピングに起因する屈折率の差の両方の関係を示す図である。従来技術の光ファイバ、パラメータαの異なる値、および埋め込まれたトレンチの異なる値の屈折率の差に対して、波長１３００ナノメートルにおける全モード励振帯域幅を、波長８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅の関数として示す図である。本発明による光ファイバに対して、波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅を、波長８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅の関数として示す図である。本発明による２つの光ファイバおよび本発明によらない１つの光ファイバの波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅を、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値の関数として、埋めこまれたトレンチの屈折率の差の３つのそれぞれの値に対して示す図である。波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅を、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値の関数として、かつ埋め込まれたトレンチの屈折率の差の関数として示すグラフである。波長８５０ナノメートルにおける最大の帯域幅を、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値の関数として得ることを可能にする、パラメータαを示す図である。波長８５０ナノメートルにおける減衰を、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値の関数として、示す図である。

本発明は、本発明によるある特定の実施形態の光ファイバの屈折率分布を示す図２を参照することによって、より良く理解することができる。

本発明による光ファイバは、中心コアと外側光クラッドとを有するマルチモード光ファイバである。

光ファイバの中心から周囲に向かって、光ファイバは、中心コア、内側クラッド（したがって中心コアを囲む）、および埋め込まれたトレンチ（したがって内側クラッドを囲む）を含む。

中心コアは、半径がｒ_１であり、外側光クラッドに対してα屈折率分布を示す。中心コアは、α分布の開始点において、外側光クラッドに対して屈折率の差Δｎ_１を示す。用語「α分布の開始点」は、中心コアの点を意味するものと理解されるべきであり、屈折率分布は通常、中心コアの中心で最大値を示す。中心コアは、α分布の端部において、外側光クラッドに対して屈折率の差Δｎ_ｅｎｄ（図２には示されない）を示す。用語「α分布の端部」は、そこから屈折率分布が「α」分布ではなくなる半径距離を意味するものと理解されるべきである。半径ｒ_１は、α分布の開始点における半径距離とα分布の端部における半径距離との差であると理解されるべきである。

中心コアはまた、マルチモード光ファイバの通常の特性を示す。例えば、中心コアの半径ｒ_１は、２５μｍ±２μｍに等しい。例えば、α分布の開始点における外側光クラッドに対する屈折率の差Δｎ_１は、１０×１０^−３から１８×１０^−３の範囲にあり、有利には、１１×１０^−３から１６×１０^−３の範囲にある。例えば、中心コアのパラメータアルファ（α）は、１．９から２．１の範囲にある。

中心コアは、中心コアの主要な構成物質として定義される母材を含み、その中にはドーパントのような別の構成物質も含まれうる。通常、光ファイバでは、外側光クラッドに対する屈折率の差は、屈折率を調整するドーパントを母材中に含めることで得られる。例えば、ゲルマニウム（例えば二酸化ゲルマニウムＧｅＯ_２の形の）は屈折率を上昇させ、フッ素は屈折率を低下させる。例えば、中心コアの母材はシリカ（二酸化シリコン、ＳｉＯ_２）でできている。

したがって、図２に示される屈折率分布は、図３に示されるフッ素およびゲルマニウムの濃度分布により得ることができる。図３に示される濃度分布は、従来技術による例である。

図３に示されるように、ゲルマニウム濃度曲線は実線で表され、フッ素濃度曲線は点線で表される：
中心コアの半径ｒ_１よりも小さい半径については、フッ素の濃度は０であり、ゲルマニウムの濃度は、中心コアのα屈折率分布に対応する傾きで減少し、
中心コアの半径ｒ_１と内側クラッドの半径ｒ_２の間の半径については、フッ素の濃度は０であり、ゲルマニウムの濃度は、外側光クラッドに対する内側クラッドの屈折率の増分Δｎ_２に対応し、
内側クラッドの半径ｒ_２と埋め込まれたトレンチの半径ｒ_３の間の半径については、ゲルマニウムの濃度は０であり、フッ素の濃度は、外側光クラッドに対する埋め込まれたトレンチの屈折率の減少分Δｎ_３に対応する。

図３に示される例では、屈折率の差が、ゲルマニウムのみまたはフッ素のみのいずれかを用いて得られることを理解することができる。図２の屈折率分布はまた、図４に示されるように、ゲルマニウムとフッ素の同時ドーピングを用いることで得ることもできる。図４に示される濃度分布は、従来技術による例である。

図４に示されるように、ゲルマニウム濃度曲線は実線で表され、フッ素濃度曲線は点線で表される：
中心コアの半径ｒ_１よりも小さい半径については、フッ素濃度は、光ファイバの中心からα分布の端部に向かって次第に増加し、ゲルマニウム濃度は、光ファイバの中心からα分布の端部に向かって次第に低下する。

したがって、図４の例では、図３の例とは逆に、α屈折率分布は、屈折率を上昇させるゲルマニウムを、屈折率を低下させるフッ素と組み合わせることによって得られる。

そのような同時ドーピングを用いることで、結果として得られる屈折率分布のより良好な制御を実現する。屈折率分布の外観は、１つだけではなく２つのドーパントを用いることで、より正確に制御される。

さらに、各ドーパントは伝送されている光信号に対して損失を与えるので、光ファイバの帯域幅が狭くなる。これらの損失は、ドーパント、ドーパントの濃度、および伝送されるファイバ信号の波長の関数である。

光ファイバのドーパント濃度分布は、所与の波長において広い帯域幅を実現するようになされうる。しかし、同一のドーピング濃度分布によって、いくつかの別の波長において、狭い帯域幅が生じることがある。

本発明による光ファイバでは、同時ドーピングは、伝送される光信号の損失を制御し、したがって、波長８５０ナノメートルおよび１３００ナノメートルにおける帯域幅の変動を制限するように働く。

同時ドーピングは、ゲルマニウムのような、屈折率を上昇させる別のドーパントとともにフッ素を用いることで、実行される。具体的には、本発明による光ファイバを同時ドーピングすることで、波長８５０ナノメートルにおける広い帯域幅、および波長１３００ナノメートルにおいて少しだけ劣化する帯域幅を得ることを可能にする。

フッ素の理想的な濃度は、第１に１３００ナノメートルにおける帯域幅の幅と、第２に８５０ナノメートルおよび１３００ナノメートルにおける減衰の値を両立させることを可能にする。

このことは、本発明による光ファイバのある例におけるドーパント濃度分布を示す図５を参照するとより良く理解することができる。図５に示される濃度分布はまた、図２の屈折率分布を得るように働く。

図５に示されるように、ゲルマニウム濃度曲線は実線で表され、フッ素濃度曲線は点線で表される：
中心コアの半径ｒ_１よりも小さい半径については、中心コアの中心におけるフッ素濃度の値は実質的に０であり、中心コアのα分布の端部に向かって次第に増加する。

例えば、フッ素濃度は、放物線の形状で次第に増加する。フッ素濃度は、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率（Ｃ_Ｆと書かれる）として表される。用語「ドーピングされた母材」は、第１に中心コアの基材、例えばシリカ（中心コアの母材を構成する）を、第２に母材に含まれるドーパント元素を含む中心コアの全ての別の構成物質全てを備える集合体を意味するように使用される。

より正確には、原子比率は、フッ素原子の数を、中心コアのドーピングされた母材の全体の原子の数（含まれる全ての構成物質）で除したものである。

例えば、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率Ｃ_Ｆは、ファイバの中心からの半径距離（またはファイバ半径ｒ）の関数として以下のように表すことができる：

ここで：
ｒ１は中心コアの半径であり、
ｐは実質的に２に等しい定数であり、

は中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値であり、この原子比率は：

とも書かれ、例として、Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}の値は８．５×１０^−３から５７×１０^−３の範囲にあり、

は、例えば

よりも小さい、正の定数である。

図６のグラフは、第１に、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率Ｃ_Ｆと、第２に、フッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_Ｆとの間に存在する、中心コアの点における関係を示す。より正確には、この関係は以下の式によって与えられる：
Δｎ_Ｆ＝−０．３５×Ｃ_Ｆ
ここで：
Δｎ_Ｆは、波長６３３ナノメートルにおける、中心コアの母材の屈折率と、フッ素のみがドーピングされた原子比率Ｃ_Ｆの中心コアの母材の屈折率との、屈折率の差である。例えば、図６では、１０×１０^−３のフッ素原子比率Ｃ_Ｆは、３．５×１０^−３の屈折率の差Δｎ_Ｆを発生させることが理解されうる。

本発明によれば、中心コアは、屈折率を上昇させる別のドーパントも含む。中心コアの屈折率を上昇させるこのドーパントの濃度は、中心コアのα分布および中心コアのフッ素濃度の関数である。例えば、光ファイバを製造する際、屈折率を上昇させるドーパントの濃度は、指定されたフッ素濃度から開始する繰り返しおよび所望のα分布から得られる。非限定的な例として、屈折率を上昇させるドーパントはゲルマニウムである。

フッ素と、屈折率を上昇させるドーパントとの同時ドーピングの特性により、波長８５０ナノメートルにおける広い帯域幅、および波長１３００ナノメートルにおける少しだけ劣化した帯域幅を確実に得ることができる。

具体的には、同時ドーピングの特性は：
波長８５０ナノメートルにおいて、１５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい、または３５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい、またはさらに１００００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きいＯＦＬ帯域幅、および
波長１３００ナノメートルにおいて、５００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きい、または６００ＭＨｚ．ｋｍよりも大きいＯＦＬ帯域幅を保証することができる。

本発明による光ファイバは、中心コアを囲む内側クラッドを含む。ある実施形態では、内側クラッドは、中心コアの周囲に位置している。

内側クラッドは：
例えば、０．５μｍから２μｍの範囲にある幅ｗ_２、および
例えば、内側クラッドの全体の幅ｗ_２にわたって一定であり、例えば、−０．２×１０^−３から２×１０^−３の範囲にある、外側光クラッドに対する屈折率の差Δｎ_２の分布特性を示す。

内側クラッドの屈折率分布の特性には、クラッド効果に対する影響があり、波長８５０ナノメートルおよび１３００ナノメートルにおける広い帯域幅を得る上で役に立つ。

本発明による光ファイバはまた、内側クラッドを囲む埋めこまれたトレンチを含む。用語「埋め込まれたトレンチ」は、屈折率が外側光クラッドよりも顕著に低いファイバの半径部分を意味するために用いられる。ある実施形態では、埋め込まれたトレンチは、内側クラッドの周囲に位置している。

埋め込まれたトレンチは：
例えば２μｍから１０μｍの範囲にある、または３μｍから５μｍの範囲にある、幅ｗ_３および
例えば−６×１０^−３よりも低い、外側光クラッドに対する屈折率の差Δｎ_３の分布特性を示す。埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３は、ファイバ製造プロセスにより制限されうる。例えば、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３が、指示１５×１０^−３よりも低い（すなわち−１５×１０^−３よりも高くなければならない）ということはありえない場合がある。

埋め込まれたトレンチの分布の特性は主に、低い曲げ損失を得るように働く。具体的には、波長８５０ナノメートルにおいて、光ファイバは、７．５ｍｍの曲率半径の２回の曲げに対して、０．２（ｄＢ）よりも小さい、または０．１ｄＢよりも小さい曲げ損失を示す。波長８５０ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径の２回の曲げに対する曲げ損失はさらに、０．０５ｄＢよりも、または０．０１ｄＢよりも小さくてもよい。

波長１３００ナノメートルにおいて、光ファイバは、７．５ｍｍの曲率半径の２回の曲げに対して、０．５ｄＢよりも小さい、または０．３ｄＢよりも小さい曲げ損失を示す。波長１３００ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径の２回の曲げに対する曲げ損失はさらに、０．２ｄＢよりも、または０．１ｄＢよりも小さくてもよい。波長１３００ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径の２回の曲げに対する曲げ損失はさらに、０．０５ｄＢよりも小さくてもよい。

曲げ損失の上記の値は、規格ＩＥＣ６１２８０−４−１で定義される励振条件に対応する。適切な励振条件を提供する光ファイバは、上記の規格にしたがって、開口数が０．２でコアのサイズが５０．０μｍ±０．７μｍである、従来のマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）である。

光ファイバはまた、マルチモードファイバに特有の外側光クラッドを示す。例えば、外側光クラッドは、コスト上の理由により天然のシリカでできている。別の例では、外側光クラッドはドーピングされたシリカでできている。

波長１３００ナノメートルにおける帯域幅の値はまた、埋め込まれたトレンチの特性の関数である。このことは、図７Ａおよび図７Ｂを参照することでより良く理解することができ、図７Ａおよび図７Ｂは、波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅（図７Ａでは「１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ−ＢＷ」と書かれ、図７Ｂでは「ＯＦＬ−ＢＷ１３００ナノメートル」と書かれる）を、波長８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅（図７Ａでは「８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ−ＢＷ」と書かれ、図７Ｂでは「ＯＦＬ−ＢＷ８５０ナノメートル」と書かれる）の関数として表す。これらの帯域幅の値は、ＭＨｚ．ｋｍで表される。

図７Ａの曲線１から５は、埋め込まれたトレンチの部分の分布を除いて図３に示される濃度分布と同一の濃度分布を有する、従来技術の光ファイバ（すなわち、本発明によらない光ファイバ）により得られたものである。

各光ファイバは、埋め込まれたトレンチにおいて異なるレベルのフッ素濃度を有していたので、対応する埋め込まれたトレンチに対して、屈折率の差Δｎ_３を得ることができた。このように、曲線１から５が、−５×１０^−３、−６×１０^−３、−８×１０^−３、−１１×１０^−３、および−１５×１０^−３に等しい埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３に対して、それぞれ得られた。加えて、埋め込まれたトレンチの幅ｗ_３は４μｍであった。

各曲線は、パラメータαの各値に対して得られた２１個の点から近似される。パラメータαは、１．９から２．１の範囲にわたり変化する。

曲線１から５の各々において、パラメータαの所与の値に対し、波長８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅および波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅の対応する対が存在することが理解されうる。

波長８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅の最大値および波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅の最大値は、同じパラメータαの値からは得られない。例えば、曲線２において、波長８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅の最大値は点Ａで得られ、波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅の最大値は点Ｂで得られる。

ある用途では、波長８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅が最大となる、パラメータαの値を有することが好ましい。曲線１から５を比較することで、波長８５０ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅が最大となる点において、波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅は広がり、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３は減少することが理解されうる。したがって、埋め込まれたトレンチを有する光ファイバでは、所与のトレンチの幅に対して、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅が、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３の関数である。

図７Ｂの曲線は、本発明による光ファイバについて得られたものであり、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３は、グラフ上の点により表される測定結果に基づいて、およそ−７×１０^−３に等しい。ひし形の点はＣ_{Ｆ，ＭＡＸ}＝８．５に対し、三角形の点はＣ_{Ｆ，ＭＡＸ}＝２０に対し得られたものである。

本発明による光ファイバにおいては、フッ素と、屈折率を上昇させるドーパントとを同時ドーピングすることで、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅に対するトレンチの効果を低減することができる。このことは、図８を参照することでより良く理解することができる。

図８は、波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅（図面では「１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ−ＢＷ」と書かれる）を、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}の関数として、ＭＨｚ．ｋｍ単位で示す。

図８の曲線１１および１２は、本発明による光ファイバに対応する。これらは、屈折率の差Δｎ_３が−８×１０^−３および−１３×１０^−３で、幅ｗ_３が４μｍの埋め込まれたトレンチに対して得られたものである。

図８の曲線１０は、本発明によらない光ファイバに対応する。これは、屈折率の差Δｎ_３が−４×１０^−３で、幅ｗ_３が４μｍの埋め込まれたトレンチに対して得られたものである。

中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が８．５×１０^−３から５７×１０^−３の範囲にあると、埋め込まれたトレンチの効果を減衰させ、波長１３００ナノメートルにおけるＯＦＬ帯域幅を増加させることができることが理解されうる。Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}＜８．５×１０^−３は、−３×１０^−３の屈折率の差と従来のファイバに対応し、Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}＞５７×１０^−３は、実用的な実施形態の下限と考えられる−２０×１０^−３の屈折率の差に対応する。

フッ素濃度の上昇は、α分布のパラメータαの値を調整することとは異なり、波長８５０ナノメートルにおける帯域幅を劣化させることなく、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅を広げるように働く。

したがって、図８の曲線１２では、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}を向上させることで、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅が、５００ＭＨｚ．ｋｍ未満から約７００ＭＨｚ．ｋｍの帯域幅に亘るようになることが理解されうる。

図８の曲線１１では、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}を向上させることで、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅が、５００ＭＨｚ．ｋｍ未満から１０００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い帯域幅に亘ることが理解されうる。

図８の曲線１０では、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}を向上させることで、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅が、１０００ＭＨｚ．ｋｍ未満から２５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い帯域幅に亘ることが理解されうる。

波長１３００ナノメートルにおける帯域幅の改善も、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３の関数であることが、同様に理解されうる。このことは、図９を参照することにより、より良く理解することができる。

図９は、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅を、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３の関数として、かつ、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}の関数として示す。値Δｎ_３およびＣ_{Ｆ，ＭＡＸ}の所与の対に対して、波長１３００ナノメートルにおける帯域幅の値が得られることが理解されうる。

ある実施形態では、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−１０．０６×１０００×Δｎ_３−８２．０６
を満たす。

言い換えると、この実施形態では、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのα分布の端部におけるフッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、以下の関係
Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}＜３．１４×１０００×Δｎ_３＋２１．５４
を満たす。

本発明による光ファイバの特性、および特に上で提示された関係は、低い曲げ損失、波長８５０ナノメートルにおける広い帯域幅、および波長１３００ナノメートルにおける５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い帯域幅を得るように働く。

例えば、−７×１０^−３に等しい埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３に対しては、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、１．２５×１０^−３よりも大きく、中心コアのα分布の端部におけるフッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、−０．４４よりも小さい。

この実施形態では、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−８．２８×１０００×Δｎ_３−４８．２８
を満たす。

言い換えると、この実施形態では、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのα分布の端部におけるフッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、以下の関係
Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}＜２．９×１０００×Δｎ_３＋１６．９
を満たす。

本発明による光ファイバの特性、および特に上で提示された関係は、低い曲げ損失、波長８５０ナノメートルにおける広い帯域幅、および波長１３００ナノメートルにおける５５０ＭＨｚ．ｋｍよりも広い帯域幅を得るように働く。

例えば、−７×１０^−３に等しい埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３に対しては、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、９．７×１０^−３よりも大きく、中心コアのα分布の端部におけるフッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、−３．４よりも小さい。

例えば、−１０×１０^−３に等しい埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３に対しては、中心コアのα分布の端部におけるフッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、−１２．１よりも小さい。

ある実施形態では、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−８×１０００×Δｎ_３−４２．２８
を満たす。

言い換えると、この実施形態では、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのα分布の端部におけるフッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、以下の関係
Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}＜２．８×１０００×Δｎ_３＋１４．８
を満たす。

本発明による光ファイバの特性、および特に上で提示された関係は、低い曲げ損失、波長８５０ナノメートルにおける広い帯域幅、および波長１３００ナノメートルにおける６００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い帯域幅を得るように働く。

例えば、−７×１０^−３に等しい埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３に対しては、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、１３．７×１０^−３よりも大きく、中心コアのα分布の端部におけるフッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、−４．８よりも小さい。

例えば、−１０×１０^−３に等しい埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３に対しては、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、３７．７×１０^−３よりも大きく、中心コアのα分布の端部におけるフッ素ドーピングに起因する屈折率の差Δｎ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、−１３．２よりも小さい。

図１０は、波長８５０ナノメートルにおける帯域幅が最大となるα分布のパラメータアルファ（α）の値を、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}の関数として示す。

幅ｗ_３が４μｍであるトレンチを有し、外側光クラッドに対する屈折率の差Δｎ_３が異なる複数の値、すなわち：−１３×１０^−３、−８×１０^−３、−４×１０^−３、および−１×１０^−３である複数の光ファイバに対し、パラメータαが得られた。

中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}とは異なり、トレンチの深さには、パラメータαの最適な目標値への影響はない。

図面では、いくつかの代表点が互いに重複している。本発明によるファイバにおいては、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、パラメータαを１．９から２．１の範囲に保つことを可能にすることが理解されうる。

図１１は、光ファイバにより伝送される信号の減衰（キロメートル当たりのデシベル（ｄＢ／ｋｍ）で表される）を、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}の関数として示す。

本発明による光ファイバにおいては、中心コアのα分布の端部における、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率である値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}は、減衰を２．２ｄＢ／ｋｍから２．４５ｄＢ／ｋｍの範囲に保つように働くことが理解されうる。

本発明による光ファイバの特性、および特に、内側クラッドの屈折率の差Δｎ_２と、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３との関係は、低い曲げ損失を得ると同時に、波長８５０ナノメートルにおける広い帯域幅を保ち、クラッド効果を低減することを可能にする。

第１の実施形態では、中心コアのα屈折率分布は、正の値Δｎ_ｅｎｄにおける半径ｒ_{ａｌｐｈａ}において妨げられる。半径ｒ_{ａｌｐｈａ}は、中心コアの半径ｒ_１よりも小さい。この実施形態では、半径ｒ_１は、値Δｎ_ｅｎｄにおける妨害がなければ、中心コアのα屈折率分布が値０に達する半径距離である。中心コアの値ｒ_{ａｌｐｈａ}と半径ｒ_１との間の半径に対しては、屈折率の差は値Δｎ_ｅｎｄに等しい。

この実施形態では、内側クラッドは、外側光クラッドに対して屈折率の差Δｎ_２を有し、Δｎ_２は、α分布の端部における屈折率の差Δｎ_ｅｎｄに等しい（すなわちΔｎ_２＝Δｎ_ｅｎｄ）。屈折率の差Δｎ_２は、内側クラッド全体で一定であり、好ましくは０．２×１０^−３から２×１０^−３の範囲にある。内側クラッドの幅ｗ_２は、０．５μｍから２μｍの範囲にある。

内側クラッドの屈折率の差Δｎ_２、および埋め込まれたトレンチと屈折率の差Δｎ_３は、
−１１．９×（１０００Δｎ_２）^２−３．４×（１０００Δｎ_２）−７．２＜１０００Δｎ_３
かつ
１０００Δｎ_３＜−１７．２×（１０００Δｎ_２）^２＋１６．５×（１０００Δｎ_２）−８．０
となる。

第２の実施形態では、中心コアのα分布の端部における屈折率の差Δｎ_ｅｎｄは、−１×１０^−３から０の範囲にある。

この実施形態では、内側クラッドの屈折率の差Δｎ_２、および埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３は、
１０００Δｎ_３＜−１．２９×（１０００Δｎ_２）^２−１．６４×１０００Δｎ_２−２．５１
となる。

第３の実施形態では、中心コアのα分布の端部における屈折率の差Δｎ_ｅｎｄは、−１×１０^−３から０の範囲にあり、内側クラッドの屈折率の差Δｎ_２は−０．６×１０^−３から２×１０^−３の範囲にあり、内側クラッドの幅ｗ_２は０．５μｍから２μｍの範囲にある。

屈折率の差Δｎ_２、内側クラッドの幅ｗ_２、および埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３は、
１０００Δｎ_３＞Ａ×（１０００Δｎ_２）^２＋Ｂ×（１０００Δｎ_２）＋Ｃ
となり、ここで：
Ａ＝１８２．２９×ｗ_２ ^３−５５０×ｗ_２ ^２＋５４５×ｗ_２−１７７．３２
Ｂ＝−１３５．４２×ｗ_２ ^３＋４０２×ｗ_２ ^２−３９９×ｗ_２＋１３０．２２
Ｃ＝１５×ｗ_２ ^３−５７．２５×ｗ_２ ^２＋６０．９×ｗ_２−２５．３７
であり、かつΔｎ_３は、
１０００Δｎ_３＜Ｄ×（１０００Δｎ_２）^２＋Ｅ×（１０００Δｎ_２）＋Ｆ
となり、ここで：
Ｄ＝−８３．１３７×ｗ_２ ^３＋２３５．０６×ｗ_２ ^２−２１９．５２×ｗ_２＋６６．６６
Ｅ＝１２９．５６×ｗ_２ ^３−３８８．６７×ｗ_２ ^２＋３７８．１３×ｗ_２−１２１．１１
Ｆ＝−４８．２８×ｗ_２ ^３＋１３７．８４×ｗ_２ ^２−１２９．９×ｗ_２＋３８．９７
である。

したがって、本発明による光ファイバ、具体的には第１、第２、および第３の実施形態の光ファイバは、波長８５０ナノメートルにおいて、１５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い、または６０００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い、さらには１００００ＭＨｚ．ｋｍよりも広いＯＦＬ帯域幅を示すと同時に、波長１３００ナノメートルにおける広い帯域幅と、低い曲げ損失とを保つ。

ＯＦＬ帯域幅は、光ファイバをブロードバンド用途に使用する際の評価を行うために用いることができる、唯一のパラメータではない。ブロードバンド用途向けの光ファイバの性能を改善するためには、中心コアと内側クラッドとの間の界面における、光ファイバのクラッド効果を制限する必要がある。

ＤＭＤｅｘｔと書かれる、光ファイバの中心コアの外側部分を被覆するマスクにより得られる分散モード遅延（規格ＦＯＴＰ−２２０で定義される用語「外側マスク０−２３μｍでのＤＭＤ値」に対応する）は、光ファイバのクラッド効果を特徴付ける役割を果たす。ＤＭＤｅｘｔは、７５０ｍのファイバを用いて測定されるＤＭＤグラフから得られる。使用される光源は、８５０ナノメートルを放出するパルスＴｉ：サファイアレーザーである。この光源は、１／４の高さにおいて４０ピコ秒（ｐｓ）よりも短い期間を有し、０．１ナノメートルよりも狭い二乗平均平方根（ｒｍｓ）スペクトル幅を有する光パルスを放出する。

本発明による光ファイバ、具体的には第１、第２、および第３の実施形態の光ファイバはまた、波長８５０ナノメートルにおいて、従来技術による光ファイバと比較して改善されたＤＭＤｅｘｔを示すと同時に、波長１３００ナノメートルにおける広い帯域幅と、低い曲げ損失とを保つ。

本発明による光ファイバの特性により、ＤＭＤｅｘｔを、従来技術による光ファイバと比較して低減することができる。具体的には、本発明のファイバは、波長８５０ナノメートルにおいて、０．３３ｐｓ／ｍよりも小さいＤＭＤｅｘｔの値を示す。このファイバはさらに、波長８５０ナノメートルにおいて０．２５ｐｓ／ｍよりも小さい、または波長８５０ナノメートルにおいて０．１４ｐｓ／ｍよりも小さいＤＭＤｅｘｔの値を示しうる。

ある実施形態では、光ファイバは、中心コア、内側クラッド、埋め込まれたトレンチ、および外側光クラッドにより構成される。内側クラッドは、中心コアと直接隣り合う。埋め込まれたトレンチは、内側クラッドと直接隣り合い、外側光クラッドは、埋め込まれたトレンチと直接隣り合う。

ある実施形態では、本発明の光ファイバは、ＩＴＵ−Ｔ規格Ｇ．６５１．１に適合する。したがって、光ファイバは、コアの直径が５０μｍであり、開口数が０．２±０．０１５である。

本発明はまた、本発明によるファイバの少なくとも一部を含むマルチモード光システムを提供する。具体的には、光ファイバは、１００ｍにわたって１０Ｇｂ／ｓ以上のビット速度を示しうる。光システムはまた、３００ｍにわたって１０Ｇｂ／ｓ以上の速度を示しうる。

本発明による光ファイバは、有利には、波長８５０ナノメートルおよび１３００ナノメートルにおける低い曲げ損失および広い帯域幅を、大量かつ低コストの製造プロセスを用いて得るために使用されうる。

当然、本発明は、例として説明された実施形態に限定されない。

具体的には、屈折率を上昇させるドーパントは、必ずしもゲルマニウムではない。ある変形形態では、リンを選択することができる。

本発明の光ファイバは、多くの伝送システムにおいて、システムの別の光ファイバとの良好な互換性を保って設置することができる。

２０マルチモード光ファイバ
２１光パルス
２２半径オフセット
２３マップ
２４コアの中心

Claims

中心から周囲に向かって、
半径がｒ_１でα屈折率分布を示し、少なくともフッ素および屈折率を上昇させる元素によりドーピングされた母材を有する中心コアと、
幅ｗ_２および、外側光クラッドに対する屈折率の差がΔｎ_２である内側クラッドと、
半径がｒ_３、幅がｗ_３で２μｍから１０μｍの範囲にあり、外側光クラッドに対する屈折率の差Δｎ_３が−１５×１０^−３から−６×１０^−３の範囲にある、埋めこまれたトレンチと、
外側光クラッドと
を含む光ファイバであって、
中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率Ｃ_Ｆがファイバの中心からｒ_１に向かって増加し、ｒ_１において、中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率Ｃ_Ｆの最大値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が８．５×１０^−３から５７×１０^−３の範囲にある、光ファイバ。
中心コアの屈折率を上昇させるドーパントがゲルマニウムであり、中心コアの母材がシリカでできている、請求項１に記載の光ファイバ。
ｒ_１において、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−１０．０６×１０００×Δｎ_３−８２．０６
を満たす、請求項２に記載の光ファイバ。
ｒ_１において、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−８．２８×１０００×Δｎ_３−４８．２８
を満たす、請求項２または３に記載の光ファイバ。
ｒ_１において、埋め込まれたトレンチの屈折率の差Δｎ_３、および中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率の値Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}が以下の関係
Ｃ_{Ｆ，ＭＡＸ}×１０００＞−８×１０００×Δｎ_３−４２．２８
を満たす、請求項２、３、または４に記載の光ファイバ。
中心コアのドーピングされた母材の、フッ素と全ての構成物質との原子比率Ｃ_Ｆが、ファイバの中心からの半径距離ｒの関数として、以下の式で与えられ、

ｒ_１は中心コアの半径であり、
ｐは２に実質的に等しい定数であり、

は１．２５×１０^−３よりも小さい正の定数である、請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバ。
中心コアのα屈折率分布が、値が１．９から２．１の範囲にあるパラメータアルファαを示す、請求項１から６のいずれかに記載の光ファイバ。
外側光クラッドに対する中心コアの屈折率の差Δｎ_１の最大値が１０×１０^−３から１８×１０^−３の範囲にあり、好ましくは１１×１０^−３から１６×１０^−３の範囲にある、請求項１から７のいずれかに記載の光ファイバ。
内側クラッドの幅ｗ_２が０．５μｍから２μｍの範囲にあり、外側光クラッドに対する内側クラッドの屈折率の差Δｎ_２が−０．２×１０^−３から２×１０^−３の範囲にある、請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバ。
埋め込まれたトレンチの幅ｗ_３が、３μｍから５μｍの範囲にある、請求項１から９のいずれかに記載の光ファイバ。
開口数が０．１８５から０．２１５の範囲にある、請求項１から１０のいずれかに記載の光ファイバ。
波長８５０ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径を有する２回の曲げに対して、０．２ｄＢより小さい、好ましくは０．１ｄＢより小さい、より好ましくは０．０５ｄＢより小さい、さらにより好ましくは０．０１ｄＢより小さい曲げ損失を示す、請求項１から１１のいずれかに記載の光ファイバ。
波長１３００ナノメートルにおいて、７．５ｍｍの曲率半径を有する２回の曲げに対して、０．５ｄＢより小さい、好ましくは０．３ｄＢより小さい、より好ましくは０．２ｄＢより小さい、さらにより好ましくは０．１ｄＢより小さい、最も好ましくは０．０５ｄＢより小さい曲げ損失を示す、請求項１から１２のいずれかに記載の光ファイバ。
波長８５０ナノメートルにおいて、１５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い、より好ましくは３５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い全モード励振（ＯＦＬ）帯域幅を示し、かつ／または、波長１３００ナノメートルにおいて、５００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い、より好ましくは６００ＭＨｚ．ｋｍよりも広い全モード励振（ＯＦＬ）帯域幅を示す、請求項１から１３のいずれかに記載の光ファイバ。
波長８５０ナノメートルにおいて、ＦＯＴＰ−２２０規格にしたがって中心コアの外側部分を被覆するマスクについて得られる分散モード遅延ＤＭＤｅｘｔが、０．３３ｐｓ／ｍより小さく、好ましくは０．２５ｐｓ／ｍより小さく、より好ましくは０．１４ｐｓ／ｍより小さい、請求項１から１４のいずれかに記載の光ファイバ。
１００ｍにわたり１０Ｇｐ／ｓ以上の速度を、好ましくは３００ｍにわたり１０Ｇｐ／ｓ以上の速度を任意選択で示す、請求項１から１５のいずれか一項に記載の光ファイバの少なくとも一部を含む、マルチモード光システム。