JP2885405B2 - 光ファイバ - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は通信用の光ファイバに関し、この光ファイバ
では、相対屈折率差Δが１よりはるかに小さく、このΔ
は で定義される。このように小さい値のΔを有するファイ
バはウイークリイ・ガイディング・ファイバ（weakly g
uiding fibers）と呼ばれており、これらのファイバの
被案内モードの伝播定数βは n0k＜β＜n1k ……（２） であらわされる。ただし、n1はコアの最大屈折率、n0は
クラッドの屈折率、ｋは真空中での平面波の伝播定数で
あって２π／λに等しく、λは波長である。
では、相対屈折率差Δが１よりはるかに小さく、このΔ
は で定義される。このように小さい値のΔを有するファイ
バはウイークリイ・ガイディング・ファイバ（weakly g
uiding fibers）と呼ばれており、これらのファイバの
被案内モードの伝播定数βは n0k＜β＜n1k ……（２） であらわされる。ただし、n1はコアの最大屈折率、n0は
クラッドの屈折率、ｋは真空中での平面波の伝播定数で
あって２π／λに等しく、λは波長である。
規格化周波数Ｖは次元のない数（dimensionlessnumbe
r）であり、ファイバが支持しうるモードの数を決定
し、次のように定義されうる。
r）であり、ファイバが支持しうるモードの数を決定
し、次のように定義されうる。
Ｖ＝（n1 2−n0 2）1/2ka ……（３） ただし、ａはコアの半径である。Vc jは第ｊ番目のモ
ードの規格化されたカットオフ周波数であり、Vc 1は第
１高次モードの規格化されたカットオフ周波数である。
動作Ｖ値はVoである。
ードの規格化されたカットオフ周波数であり、Vc 1は第
１高次モードの規格化されたカットオフ周波数である。
動作Ｖ値はVoである。
伝播定数を表わすさらに便利な方法は、 で定義された規格化伝播定数ｂを用いることである。こ
の規格化伝播定数はファイバの屈折率分布と規格化周波
数Ｖに依存する。このような機構の一例がオプティカル
・ファイバ・コミュニケーションズ（Optical Fiber Co
mmunications）という刊行物の第3.3図にステップ・イ
ンデクス型ファイバについて示されている。一般に、さ
らに複雑な屈折率分布に対しては、ｂ対Ｖの伝播曲線が
コンピュータ・モデリングにより数値計算によって得ら
れる。
の規格化伝播定数はファイバの屈折率分布と規格化周波
数Ｖに依存する。このような機構の一例がオプティカル
・ファイバ・コミュニケーションズ（Optical Fiber Co
mmunications）という刊行物の第3.3図にステップ・イ
ンデクス型ファイバについて示されている。一般に、さ
らに複雑な屈折率分布に対しては、ｂ対Ｖの伝播曲線が
コンピュータ・モデリングにより数値計算によって得ら
れる。
１より多いモードが光ファイバ中を伝播する場合に
は、最も速い伝播モードと最も遅い伝播モードの遅延時
間の差がそのファイバの帯域幅を制限する。第ｊ番目の
モードの規格化遅延時間は ｄ（Vb）/dVjで与えられる。ただし、ｊは損失ゼロで
伝播する最高次モードを表わし、０は基本モードを表わ
す。基本モードと第ｊ番目のモードとの規格化遅延時間
の差は によって特徴づけられうる。
は、最も速い伝播モードと最も遅い伝播モードの遅延時
間の差がそのファイバの帯域幅を制限する。第ｊ番目の
モードの規格化遅延時間は ｄ（Vb）/dVjで与えられる。ただし、ｊは損失ゼロで
伝播する最高次モードを表わし、０は基本モードを表わ
す。基本モードと第ｊ番目のモードとの規格化遅延時間
の差は によって特徴づけられうる。
単一モード導波路では、全体の分散は材料分散Dmと導
波路分散Dwによって支配される。所定のファイバ組成に
対しては、材料分散は波長の関数として変化する。例え
ば、材料分散対波長曲線はシリカ含有量の多いファイバ
の場合には1280nm近傍の波長でゼロ分散を通る。単一モ
ード・ファイバは、材料分散曲線がゼロ分散を通る波長
より大きい波長範囲内の任意の波長においてゼロの全分
散を呈示するように設計されうる。これは、低いファイ
バ減衰および／または光源が利用可能性により選択され
るある特定の波長における導波路分散と材料分散をバラ
ンスさせることによって実現されうる。導波路分散を分
析するのに便利な量はVd2（Vb）/dV2、すなわち規定格
化された導波路分散であり、これは次のように導波路分
散Dwと関係づけられている。
波路分散Dwによって支配される。所定のファイバ組成に
対しては、材料分散は波長の関数として変化する。例え
ば、材料分散対波長曲線はシリカ含有量の多いファイバ
の場合には1280nm近傍の波長でゼロ分散を通る。単一モ
ード・ファイバは、材料分散曲線がゼロ分散を通る波長
より大きい波長範囲内の任意の波長においてゼロの全分
散を呈示するように設計されうる。これは、低いファイ
バ減衰および／または光源が利用可能性により選択され
るある特定の波長における導波路分散と材料分散をバラ
ンスさせることによって実現されうる。導波路分散を分
析するのに便利な量はVd2（Vb）/dV2、すなわち規定格
化された導波路分散であり、これは次のように導波路分
散Dwと関係づけられている。
ただし、ｃは光の速度である。規格化導波路分散対比
（V/Vc 1）のグラフにより、異なるファイバ・コア屈折
率分布に対して得られる相対導波路分布を比較すること
ができる。
（V/Vc 1）のグラフにより、異なるファイバ・コア屈折
率分布に対して得られる相対導波路分布を比較すること
ができる。
なお、本明細書において、光ファイバの物理的特性お
よび伝播特性について説明するために用いられている項
目は公知であり、例えば、アカデミック・プレス社1979
年発行シー・イー・ミラーほか編集「オプティカル・フ
ァイバ・コミュニケーションズ」（特に第３章）、ウイ
リ・アンドサンズ社1979年発行ジェイ・イー・ミッドウ
インタ著「オプティカル・ファイバ・フォ・トランスミ
ッション」（特に第５、６章）、アカデミック・プレス
社1974年ディ・マーキューズ著「セオリ・オブ・ダイエ
レクトリック・ウエイブガイズ」、および米国特許第47
15679号等に記載されている。
よび伝播特性について説明するために用いられている項
目は公知であり、例えば、アカデミック・プレス社1979
年発行シー・イー・ミラーほか編集「オプティカル・フ
ァイバ・コミュニケーションズ」（特に第３章）、ウイ
リ・アンドサンズ社1979年発行ジェイ・イー・ミッドウ
インタ著「オプティカル・ファイバ・フォ・トランスミ
ッション」（特に第５、６章）、アカデミック・プレス
社1974年ディ・マーキューズ著「セオリ・オブ・ダイエ
レクトリック・ウエイブガイズ」、および米国特許第47
15679号等に記載されている。
本発明は通信装置に用いるための光ファイバに関し、
さらに詳細には、帯域幅が広く、予め定められた波長帯
域でのモード動作が少なく、分散が小さく、より長い波
長では単一モード動作であることを特徴とする光ファイ
バに関する。
さらに詳細には、帯域幅が広く、予め定められた波長帯
域でのモード動作が少なく、分散が小さく、より長い波
長では単一モード動作であることを特徴とする光ファイ
バに関する。
多モード・ファイバは、高価なコネクタや光源が用い
られうるのでローカル・エリア・ネットワーク（local
area networks）のようなある種の用途に対して有利で
ある。しかし、従来の単一モード・ファイバの帯域幅
は、モードの群遅延が異なるため、比較的狭い。この矛
盾の解決策は、わずかに数個のモードが伝播するにすぎ
ず、伝播モードの規格化遅延時間が動作Ｖ値Voにおいて
またはその近傍で一致するように設計されたファイバを
利用することを含む。また、VoからのＶ値の導出によっ
て惹起される伝播モードの規格化遅延時間の差はできる
だけ小さくなければならない。ある種のモード数の少な
いファイバは、ｊ＋１モードが損失のあるものである場
合にはＶ値で動作するように設計される。ｊ＋１モード
のカットオフ値がVC j+1である場合には、そのファイバ
は約1.1VC j+1までのＶ値Voで動作しうる。従って、第ｊ
番目のモードまでの低損失伝播モードの規格化遅延時間
だけが考慮される。次に説明するように、この損失のあ
るｊ＋１モードは潜在的に厄介である。モード数の少な
いファイバは従来の多モード・ファイバとくらべて比較
的大きい情報伝送容量を有しかつ単一モード・ファイバ
とくらべて比較的大きいコア直径を有しているので、ロ
ーカル・エリア・ネットワークに使用されるものと考え
られてきた。
られうるのでローカル・エリア・ネットワーク（local
area networks）のようなある種の用途に対して有利で
ある。しかし、従来の単一モード・ファイバの帯域幅
は、モードの群遅延が異なるため、比較的狭い。この矛
盾の解決策は、わずかに数個のモードが伝播するにすぎ
ず、伝播モードの規格化遅延時間が動作Ｖ値Voにおいて
またはその近傍で一致するように設計されたファイバを
利用することを含む。また、VoからのＶ値の導出によっ
て惹起される伝播モードの規格化遅延時間の差はできる
だけ小さくなければならない。ある種のモード数の少な
いファイバは、ｊ＋１モードが損失のあるものである場
合にはＶ値で動作するように設計される。ｊ＋１モード
のカットオフ値がVC j+1である場合には、そのファイバ
は約1.1VC j+1までのＶ値Voで動作しうる。従って、第ｊ
番目のモードまでの低損失伝播モードの規格化遅延時間
だけが考慮される。次に説明するように、この損失のあ
るｊ＋１モードは潜在的に厄介である。モード数の少な
いファイバは従来の多モード・ファイバとくらべて比較
的大きい情報伝送容量を有しかつ単一モード・ファイバ
とくらべて比較的大きいコア直径を有しているので、ロ
ーカル・エリア・ネットワークに使用されるものと考え
られてきた。
少数モード・ファイバは、それが低分散単一モード動
作をなしうるものであれば、特に有益であろう。この
「低分散」という用語は全分散が5ps/km−nm以下である
ことを意味する。このようなファイバは多くのシステム
用途で有用となるであろう。例えば、帯域幅要件が比較
的低いから中間まで、すなわち1GHz−kmより大きくかつ
好ましくは２〜4GHz−kmの範囲内である場合に安価な光
源とコネクタを利用するために、ファイバが数個のモー
ドを伝播させる第１の波長であるシステムは動作される
ことができた。その後で、そのシステムは、より高いビ
ットレート（bit rate）で動作する端末装置を用いかつ
ファイバの低分散、単一モード領域で動作する光源およ
び検知器を用いることによってグレードアップされう
る。
作をなしうるものであれば、特に有益であろう。この
「低分散」という用語は全分散が5ps/km−nm以下である
ことを意味する。このようなファイバは多くのシステム
用途で有用となるであろう。例えば、帯域幅要件が比較
的低いから中間まで、すなわち1GHz−kmより大きくかつ
好ましくは２〜4GHz−kmの範囲内である場合に安価な光
源とコネクタを利用するために、ファイバが数個のモー
ドを伝播させる第１の波長であるシステムは動作される
ことができた。その後で、そのシステムは、より高いビ
ットレート（bit rate）で動作する端末装置を用いかつ
ファイバの低分散、単一モード領域で動作する光源およ
び検知器を用いることによってグレードアップされう
る。
少数モード／単一モード・ファイバはまた、データが
１つの方向に比較的高いデータレート（data rate）で
伝送されなければならないが反対方向では比較的低いな
いし中程度のデータレート伝播が可能であるシステムで
有用であろう。ファイバの一端において高データレート
の伝播を開始させるためには高性能レーザが用いられう
る。少数モード信号の伝播を開始させるためには、より
短い波長で動作する、より高価でない光源が用いられう
る。
１つの方向に比較的高いデータレート（data rate）で
伝送されなければならないが反対方向では比較的低いな
いし中程度のデータレート伝播が可能であるシステムで
有用であろう。ファイバの一端において高データレート
の伝播を開始させるためには高性能レーザが用いられう
る。少数モード信号の伝播を開始させるためには、より
短い波長で動作する、より高価でない光源が用いられう
る。
従来技術 （ａ） ２モード動作ファイバ 米国特許第4204745号には、次の式で表わされる屈折
率分布を有するグレーデッド・インデクス型２モード・
ファイバが開示されている。
率分布を有するグレーデッド・インデクス型２モード・
ファイバが開示されている。
ただし、n1はコアの最大屈折率、n0はクラッドの屈折
率、Δは前述した相対屈折率差、ａはコア半径、そして
αは屈折率分布パラメータである。このファイバは、規
格化周波数Ｖが二番目の高次モード（LP21）のカットオ
フ周波数より小さい限り、できるだけ大きいように設計
される。従って、基本モード（LP01）と一番目の高次モ
ード（LP11）は同時に伝播する。コアの屈折率分布は最
低次モード（LP01）の群遅延が一番目の高次モード（LP
11）のそれに一致し、べき数αが次の不等式 3.2α６ を満足するように設計される。前記米国特許第4204745
号に開示された形式のファイバは所定の波長帯域にわた
って低分散で２つのモードを伝播しうるが、低分散波長
帯域は比較的狭い。
率、Δは前述した相対屈折率差、ａはコア半径、そして
αは屈折率分布パラメータである。このファイバは、規
格化周波数Ｖが二番目の高次モード（LP21）のカットオ
フ周波数より小さい限り、できるだけ大きいように設計
される。従って、基本モード（LP01）と一番目の高次モ
ード（LP11）は同時に伝播する。コアの屈折率分布は最
低次モード（LP01）の群遅延が一番目の高次モード（LP
11）のそれに一致し、べき数αが次の不等式 3.2α６ を満足するように設計される。前記米国特許第4204745
号に開示された形式のファイバは所定の波長帯域にわた
って低分散で２つのモードを伝播しうるが、低分散波長
帯域は比較的狭い。
良好なモード等の波長帯域はαを3.2より小さい値に
減少させることによって拡げられうるが、そうすると単
一モード動作に悪影響を及ぼすことになる。3.2より小
さいα値を有するファイバが1EEEジャーナル・オブ・ク
オンタム・エレクトロニクス、Vol.QE−17、第６号、19
81年６月、第1057〜1063頁におけるケイ・キタヤマほか
の論文に提案されており、そこでは、２モード伝播に対
する最適αが2.24として決定されており、またベル・シ
ステム・テクニカル・ジャーナル、第59巻、第６号、19
80年７月−８月、第1061〜1072頁におけるエル・ジー・
コヘンほかの論文にもそのようなファイバが提案されて
いるが、この場合には、２モード伝播に対する最適αが
2.5として決定されている。ファイバのα値が上記キタ
ヤマほかおよびコヘンほかの論文に定義された範囲にあ
る場合には、動作は二番目に高次のモードの理論カット
オフ値以上でなされている。その二番目に高次のモード
が完全に除去されていない場合には、システムの帯域幅
が劣化される。このことは、比較的短いファイバが送信
機と受信機を接続し、かつ短いファイバがコネクタ間に
延長する加入者ループの分野では特に厄介である。二番
目に高次のモードは各コネクタにおいて再励起されう
る。また、このようなファイバが２モード動作に対して
最適化されている場合には、そのファイバは一番目の高
次のモードの規格化カットオフ周波数の近傍の単一モー
ド動作の好ましい範囲内では導波路分散を呈示しない。
減少させることによって拡げられうるが、そうすると単
一モード動作に悪影響を及ぼすことになる。3.2より小
さいα値を有するファイバが1EEEジャーナル・オブ・ク
オンタム・エレクトロニクス、Vol.QE−17、第６号、19
81年６月、第1057〜1063頁におけるケイ・キタヤマほか
の論文に提案されており、そこでは、２モード伝播に対
する最適αが2.24として決定されており、またベル・シ
ステム・テクニカル・ジャーナル、第59巻、第６号、19
80年７月−８月、第1061〜1072頁におけるエル・ジー・
コヘンほかの論文にもそのようなファイバが提案されて
いるが、この場合には、２モード伝播に対する最適αが
2.5として決定されている。ファイバのα値が上記キタ
ヤマほかおよびコヘンほかの論文に定義された範囲にあ
る場合には、動作は二番目に高次のモードの理論カット
オフ値以上でなされている。その二番目に高次のモード
が完全に除去されていない場合には、システムの帯域幅
が劣化される。このことは、比較的短いファイバが送信
機と受信機を接続し、かつ短いファイバがコネクタ間に
延長する加入者ループの分野では特に厄介である。二番
目に高次のモードは各コネクタにおいて再励起されう
る。また、このようなファイバが２モード動作に対して
最適化されている場合には、そのファイバは一番目の高
次のモードの規格化カットオフ周波数の近傍の単一モー
ド動作の好ましい範囲内では導波路分散を呈示しない。
２モードファイバ設計に対する他の手法がIEEEジャー
ナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクスVol.QE−2
3、第５号、1987年５月、第469〜472号におけるエム・
エム・クビジェティックほかの論文に記載されており、
この論文は1.55μｍにおいて分散のない２モード動作を
得るための非α分布ファイバ設計について記述してい
る。1.3μｍにおける２モード動作が、オプティカル・
アンド・クオンタム・エレクトロニクス、第16巻、1984
年、第307〜317頁におけるエム・エム・クビジェティッ
クの論文に記載されている。これらの論文に記載された
技術によれば、２モード動作範囲（1.55μｍまたは1.3
μｍ）におけるクロマチック分散を最小限に抑えようと
なされている。これらの論文では単一モード動作範囲で
基本モードの分散特性を最適化する試みはなされていな
い。上記クビジェティックの論文における２つのファイ
バのいずれかを一番目の高次のモードのカットオフＶ値
の近傍の単一モード領域で動作させようとすると、導波
路分散が高くなって、そのファイバの情報搬送容量が制
限されることになる。
ナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクスVol.QE−2
3、第５号、1987年５月、第469〜472号におけるエム・
エム・クビジェティックほかの論文に記載されており、
この論文は1.55μｍにおいて分散のない２モード動作を
得るための非α分布ファイバ設計について記述してい
る。1.3μｍにおける２モード動作が、オプティカル・
アンド・クオンタム・エレクトロニクス、第16巻、1984
年、第307〜317頁におけるエム・エム・クビジェティッ
クの論文に記載されている。これらの論文に記載された
技術によれば、２モード動作範囲（1.55μｍまたは1.3
μｍ）におけるクロマチック分散を最小限に抑えようと
なされている。これらの論文では単一モード動作範囲で
基本モードの分散特性を最適化する試みはなされていな
い。上記クビジェティックの論文における２つのファイ
バのいずれかを一番目の高次のモードのカットオフＶ値
の近傍の単一モード領域で動作させようとすると、導波
路分散が高くなって、そのファイバの情報搬送容量が制
限されることになる。
（ｂ） 同時単一モード／多モード伝送 単一モード信号と多モード信号を同時に伝播させるよ
うに設計された光ファイバが米国特許第4465334号に開
示されている。そのファイバのコアは２つの同心状の光
案内領域を具備している。内側の単一モード領域はステ
ップ・インデクス分布を有するものであり、それのクラ
ッドは外側の光案内領域の隣接部分である。外側領域は
グレーデッド・インデクス分布を有し、それの直径は内
側領域のそれよりはるかに大きく、この内側領域が多モ
ード信号を伝播する。光源からの光を中央の領域に閉じ
込めることによって単一モード信号だけを励起させよう
とすると、入力パワの大部分が、中心領域を伝播する単
一モード信号とは異なる速度でファイバの外側の多モー
ド部分を伝播するであろう。同様に、多モード信号だけ
の伝播を開始させようとすると、中心領域における単一
モード信号の伝送を生ずることになる。いずれの場合に
も、帯域幅が悪影響を受けるであろう。従って、米国特
許第4465334号に開示された形式のファイバは実際のシ
ステムで二方向、広帯域伝送を行うことはできない。
うに設計された光ファイバが米国特許第4465334号に開
示されている。そのファイバのコアは２つの同心状の光
案内領域を具備している。内側の単一モード領域はステ
ップ・インデクス分布を有するものであり、それのクラ
ッドは外側の光案内領域の隣接部分である。外側領域は
グレーデッド・インデクス分布を有し、それの直径は内
側領域のそれよりはるかに大きく、この内側領域が多モ
ード信号を伝播する。光源からの光を中央の領域に閉じ
込めることによって単一モード信号だけを励起させよう
とすると、入力パワの大部分が、中心領域を伝播する単
一モード信号とは異なる速度でファイバの外側の多モー
ド部分を伝播するであろう。同様に、多モード信号だけ
の伝播を開始させようとすると、中心領域における単一
モード信号の伝送を生ずることになる。いずれの場合に
も、帯域幅が悪影響を受けるであろう。従って、米国特
許第4465334号に開示された形式のファイバは実際のシ
ステムで二方向、広帯域伝送を行うことはできない。
シリカをベースとして1250nm以上の波長で動作するよ
うになされた従来の市販されている単一モード光ファイ
バは約800nmと900nmの間の波長領域で２以上のモードを
伝播することができる。しかしながら、このようなファ
イバは、あの少数モード領域で動作される場合には1GHz
−km（通常は約200〜400MHz−km）より小さい帯域幅を
呈示する。
うになされた従来の市販されている単一モード光ファイ
バは約800nmと900nmの間の波長領域で２以上のモードを
伝播することができる。しかしながら、このようなファ
イバは、あの少数モード領域で動作される場合には1GHz
−km（通常は約200〜400MHz−km）より小さい帯域幅を
呈示する。
従って本発明の目的は、広い波長帯域にわたって低分
散で２つまたは３つのモードを伝播することができかつ
一番目の高次のモードのカットオフＶ値の近傍の単一モ
ード領域において低分散動作の可能な光ファイバを提供
することである。
散で２つまたは３つのモードを伝播することができかつ
一番目の高次のモードのカットオフＶ値の近傍の単一モ
ード領域において低分散動作の可能な光ファイバを提供
することである。
簡単に述べると、本発明のファイバは最大屈折率n1、
半径ａの透明材料よりなるコアを具備している。このコ
アの外表面は、n1より小さい屈折率n0を有する透明クラ
ッド材料よりなる層である。このファイバは、次の条件
が存在するように屈折率n1およびn0、半径ａ、およびコ
アの屈折率分布が設計されていることを特徴とする。
半径ａの透明材料よりなるコアを具備している。このコ
アの外表面は、n1より小さい屈折率n0を有する透明クラ
ッド材料よりなる層である。このファイバは、次の条件
が存在するように屈折率n1およびn0、半径ａ、およびコ
アの屈折率分布が設計されていることを特徴とする。
（ａ） Δτｊすなわち第ｊ番目のモードの規格化遅延
時間|d（Vb）/dV|jおよび基本モードの規格化遅延時間|
d（Vb）/dV|oの差がＶ値の広い範囲にわたって約５×10
-2より小さい。ただし、ｊは１または２に等しくかつ低
損失で伝播する最高次モードを表わし、０は基本モード
を表わし、ｂは伝播定数であり、Ｖは規格化周波数であ
る。
時間|d（Vb）/dV|jおよび基本モードの規格化遅延時間|
d（Vb）/dV|oの差がＶ値の広い範囲にわたって約５×10
-2より小さい。ただし、ｊは１または２に等しくかつ低
損失で伝播する最高次モードを表わし、０は基本モード
を表わし、ｂは伝播定数であり、Ｖは規格化周波数であ
る。
（ｂ） 規格化導波路分散Vd2（Vb）/dV2がVc 1すなわち
一番目の高次のモードの規格化カットオフ周波数の近傍
のＶ値において0.2にほぼ等しいかあるいはそれより小
さい。ΔτｊはVc j+1の近傍におけるＶの約10％に等し
いＶ値の範囲にわたって約５×10-2より小さいことが好
ましい。ただし、Vc j+1はｊ＋１モードの規格化カット
オフ周波数である。
一番目の高次のモードの規格化カットオフ周波数の近傍
のＶ値において0.2にほぼ等しいかあるいはそれより小
さい。ΔτｊはVc j+1の近傍におけるＶの約10％に等し
いＶ値の範囲にわたって約５×10-2より小さいことが好
ましい。ただし、Vc j+1はｊ＋１モードの規格化カット
オフ周波数である。
本発明に従って設計されたコア屈折率分布を有するフ
ァイバは、（ａ）約800nmと900nmの間の波長範囲におい
て２つまたは３つのモードを有しかつ1GHzより大きい帯
域幅を有する信号、および（ｂ）1250nmより大きい波長
の低分散単一モード信号を伝播することができる。
ァイバは、（ａ）約800nmと900nmの間の波長範囲におい
て２つまたは３つのモードを有しかつ1GHzより大きい帯
域幅を有する信号、および（ｂ）1250nmより大きい波長
の低分散単一モード信号を伝播することができる。
以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよ
う。
う。
ローカル・エリア・ネットワークおよび加入者ループ
に使用するために設計された光ファイバは容易に添接で
きるとともに安価な光源に適応しうるものでなければな
らない。単一モード・ファイバはコアの直径が小さいか
ら、これらの条件のいずれをも満足することができな
い。従来技術の項で前述した２モード・ファイバの大き
いコア直径は上述した添接および光源の要件を満足す
る。しかし、このような従来技術のファイバを用いたシ
ステムは、このシステムのアーキテクチャまたはシステ
ムの情報搬送容量が低分散単一モード動作を必要とする
ようになる将来の時点においてグレードアップの可能性
を有していない。
に使用するために設計された光ファイバは容易に添接で
きるとともに安価な光源に適応しうるものでなければな
らない。単一モード・ファイバはコアの直径が小さいか
ら、これらの条件のいずれをも満足することができな
い。従来技術の項で前述した２モード・ファイバの大き
いコア直径は上述した添接および光源の要件を満足す
る。しかし、このような従来技術のファイバを用いたシ
ステムは、このシステムのアーキテクチャまたはシステ
ムの情報搬送容量が低分散単一モード動作を必要とする
ようになる将来の時点においてグレードアップの可能性
を有していない。
光ファイバは、次の条件が満足されれば、モード等化
された小数モード動作を呈しかつVc 1すなわち一番目の
高次のモードの規格化カットオフ周波数の近傍における
Ｖ値において低分散単一モード動作をなしうることが認
められた。
された小数モード動作を呈しかつVc 1すなわち一番目の
高次のモードの規格化カットオフ周波数の近傍における
Ｖ値において低分散単一モード動作をなしうることが認
められた。
（ａ） 基本モードおよび第ｊ番目のモードの規格化伝
播速度が動作波長の広い範囲にわたって十分に接近して
いなければならない。基本モードとｊ番目のモード間の
規格化遅延時間の差ΔτｊはＶ値の広い範囲にわたって
約５×10-2より小さくなければならない。ただし、ｊは
少なくとも１であり、好ましくは１または２である。好
ましい実施例においては、Δτｊが約５×10-2より小さ
くなるＶ値の範囲はＶ＝Vc j+1の近傍で約10％のＶであ
る。ただしVc j+1は（ｊ＋１）モードの規化カットオフ
周波数である。このようなファイバの多モード帯域幅は
1GHz−kmを超えることができるが、本発明に従って設計
されたファイバは2GHz−kmより大きい多モード帯域幅を
有する。本発明の屈折率分布は良好な多モード動作を確
実にするが、このような多モード動作は式（７）によっ
て定義されたファイバによっては得られない。なお、α
は約３より大きい。
播速度が動作波長の広い範囲にわたって十分に接近して
いなければならない。基本モードとｊ番目のモード間の
規格化遅延時間の差ΔτｊはＶ値の広い範囲にわたって
約５×10-2より小さくなければならない。ただし、ｊは
少なくとも１であり、好ましくは１または２である。好
ましい実施例においては、Δτｊが約５×10-2より小さ
くなるＶ値の範囲はＶ＝Vc j+1の近傍で約10％のＶであ
る。ただしVc j+1は（ｊ＋１）モードの規化カットオフ
周波数である。このようなファイバの多モード帯域幅は
1GHz−kmを超えることができるが、本発明に従って設計
されたファイバは2GHz−kmより大きい多モード帯域幅を
有する。本発明の屈折率分布は良好な多モード動作を確
実にするが、このような多モード動作は式（７）によっ
て定義されたファイバによっては得られない。なお、α
は約３より大きい。
（ｂ） 規格化導波路分散Vd2（Vb）/dV2はVc 1の近傍の
Ｖ値においては0.2にほぼ等しいかあるいはそれより小
さい。この要件はVc 1の近傍の単一モード領域において
低いすなわち5ps/km−nm以下の全分散を確保するが、こ
の要件は式（７）でαを３より小さいとして定義される
形式のファイバによっては満足することはできない。こ
の要件は前述したクビジェティックほかの論文に開示さ
れた形式のファイバをも排除し、この場合には２モード
領域における分散特性の最適化が一番目の高次のモード
・カットオフの近傍の単一モード領域において低導波路
分散を得ることを不可能にする。
Ｖ値においては0.2にほぼ等しいかあるいはそれより小
さい。この要件はVc 1の近傍の単一モード領域において
低いすなわち5ps/km−nm以下の全分散を確保するが、こ
の要件は式（７）でαを３より小さいとして定義される
形式のファイバによっては満足することはできない。こ
の要件は前述したクビジェティックほかの論文に開示さ
れた形式のファイバをも排除し、この場合には２モード
領域における分散特性の最適化が一番目の高次のモード
・カットオフの近傍の単一モード領域において低導波路
分散を得ることを不可能にする。
本発明に従って設計されたファイバは一般に１つの低
損失高次モードだけを伝播するであろう。しかし、ファ
イバは二番目に高次のモードも低損失伝播を特徴とする
モード等化された３モード動作を与えるように設計され
うるので、「小数モード伝播」（few mode propagatio
n）という用語は基本モードと少なくとも１つの高次モ
ードの低損失伝播を意味する。低損失で伝播する最高次
モードがｊ番目モードで表わされる。
損失高次モードだけを伝播するであろう。しかし、ファ
イバは二番目に高次のモードも低損失伝播を特徴とする
モード等化された３モード動作を与えるように設計され
うるので、「小数モード伝播」（few mode propagatio
n）という用語は基本モードと少なくとも１つの高次モ
ードの低損失伝播を意味する。低損失で伝播する最高次
モードがｊ番目モードで表わされる。
ステップ・インデクスまたは単純なα分布ファイバの
設計時に得られる少数の変動のために、このようなファ
イバが上述した条件（ａ）および（ｂ）を両方とも満足
しうるとは考えられない。より多数の変数を有するファ
イバの例としてはセグメントコア・ファイバ（segmente
d core fibers）およびＷ型ファイバがある。セグメン
トコア・ファイバの例は米国特許第4715679号に開示さ
れている。「Ｗ型ファイバ」という用語は、中心コア領
域が屈折率低下部分によって取り囲まれており、その屈
折率低下部分はある動作波長において大部分のパワーが
その部分を通って伝播するのに十分なだけ狭い幅を有し
ているようなファイバを意味する。
設計時に得られる少数の変動のために、このようなファ
イバが上述した条件（ａ）および（ｂ）を両方とも満足
しうるとは考えられない。より多数の変数を有するファ
イバの例としてはセグメントコア・ファイバ（segmente
d core fibers）およびＷ型ファイバがある。セグメン
トコア・ファイバの例は米国特許第4715679号に開示さ
れている。「Ｗ型ファイバ」という用語は、中心コア領
域が屈折率低下部分によって取り囲まれており、その屈
折率低下部分はある動作波長において大部分のパワーが
その部分を通って伝播するのに十分なだけ狭い幅を有し
ているようなファイバを意味する。
多くの設計変数を有するセグメントコア屈折率分布の
一例が第１図に示されており、この場合、コア半径ａ、
内側および外側屈折率低下部半径a1およびa2、コア屈折
率値n1およびn2、クラッド屈折率n0はすべてファイバの
２モードおよび単一モード特性を操作するために変更さ
れうる。第１図の分布は前述の米国特許第4715679号に
開示された分布の１つに一般的に類似しているが、本発
明はファイバの単一モードおよび小数モード領域での動
作のためのファイバ・パラメータを最適化することを含
む。
一例が第１図に示されており、この場合、コア半径ａ、
内側および外側屈折率低下部半径a1およびa2、コア屈折
率値n1およびn2、クラッド屈折率n0はすべてファイバの
２モードおよび単一モード特性を操作するために変更さ
れうる。第１図の分布は前述の米国特許第4715679号に
開示された分布の１つに一般的に類似しているが、本発
明はファイバの単一モードおよび小数モード領域での動
作のためのファイバ・パラメータを最適化することを含
む。
第１図における前述した変数の特定の値は対話式処理
によって得られる。１つの変数は所定の方向に変化さ
れ、そしてモード等化および単一モード分散特性が計算
される。この変数は、これらの動作特性が改善されるよ
うな方向に反復して変化される。次に他の変数も動作特
性を改善するために同様に変更される。このような対話
式処理の結果は次の通りであり、この場合、第１図を参
照する。ファイバ半径ａは約５μｍに決定され、半径a1
およびa2はそれぞれ約1.9μｍおよび3.5μｍに決定され
た。（n1 2−n0 2）/2n1 2に等しい屈折率差Δ１は0.45％
に決定され、そして（n1 2−n2 2）/2n1 2に等しいΔ２は
0.12％に決定された。第２図は上述のファイバ中を伝播
する最低次モード即ちおよび一番目の高次のモードに対
するｄ（Vb）/dVすなわち計算された規格化パルス到着
時間をプロットしたものである。比較のために、第３図
はα値を３として式（７）によって特徴づけられる形式
のファイバに対する同様のグラフを示している。第３図
の曲線と比較して、第２図の曲線はＶ値の単位変化当り
の２つの伝播モードに対する規格化パルス到着時間のよ
り小さい変化を示している。
によって得られる。１つの変数は所定の方向に変化さ
れ、そしてモード等化および単一モード分散特性が計算
される。この変数は、これらの動作特性が改善されるよ
うな方向に反復して変化される。次に他の変数も動作特
性を改善するために同様に変更される。このような対話
式処理の結果は次の通りであり、この場合、第１図を参
照する。ファイバ半径ａは約５μｍに決定され、半径a1
およびa2はそれぞれ約1.9μｍおよび3.5μｍに決定され
た。（n1 2−n0 2）/2n1 2に等しい屈折率差Δ１は0.45％
に決定され、そして（n1 2−n2 2）/2n1 2に等しいΔ２は
0.12％に決定された。第２図は上述のファイバ中を伝播
する最低次モード即ちおよび一番目の高次のモードに対
するｄ（Vb）/dVすなわち計算された規格化パルス到着
時間をプロットしたものである。比較のために、第３図
はα値を３として式（７）によって特徴づけられる形式
のファイバに対する同様のグラフを示している。第３図
の曲線と比較して、第２図の曲線はＶ値の単位変化当り
の２つの伝播モードに対する規格化パルス到着時間のよ
り小さい変化を示している。
第２図および第３図の曲線によって特徴づけられたフ
ァイバの計算された単一モード伝送特性が第４図に示さ
れており、この図では、規格化導波路分散Vd2（Vb）/dV
2が比V/Vc′の関数としてプロットされている。第４図
のグラフにより、３つの異なるファイバコア屈折率分布
に対して得られる相対的導波路分散を比較することがで
きる。曲線44は１に近接しているがそれより小さいV/Vc
1の値において0.2より小さい規格化分散を有している。
このことは、このような特性はゼロ材料分散波長かある
いはそれより少し長い波長で有利に動作されうるもので
あり、この場合、前記動作波長は単一モードカットオフ
波長の近傍であることを示している。
ァイバの計算された単一モード伝送特性が第４図に示さ
れており、この図では、規格化導波路分散Vd2（Vb）/dV
2が比V/Vc′の関数としてプロットされている。第４図
のグラフにより、３つの異なるファイバコア屈折率分布
に対して得られる相対的導波路分散を比較することがで
きる。曲線44は１に近接しているがそれより小さいV/Vc
1の値において0.2より小さい規格化分散を有している。
このことは、このような特性はゼロ材料分散波長かある
いはそれより少し長い波長で有利に動作されうるもので
あり、この場合、前記動作波長は単一モードカットオフ
波長の近傍であることを示している。
前述のように、第２図によって特徴づけられた２つの
モードの計算された規格化パルス到着時間の差は、第３
図によって特徴づけられたところのファイバの対応する
変化よりもＶ値の変化にともなう変化が小さい。α分布
ファイバの場合のΔＶに関する規格化パルス到着時間の
変化は３より小さいα値を用いることによって最小限に
抑えられうることも前述された。しかし、第４図に示さ
れているように、Ｖ＝Vc 1におけるVd2（Vb）/dV2対V/Vc
1の値はαが３より小さい値まで減少するにつれて増加
する。従って、本発明の光ファイバと異なり、式（７）
によって特徴づけられた単純なα分布ファイバはモード
等化２モードおよび低分散単一モード動作を同時に与え
ることはできない。
モードの計算された規格化パルス到着時間の差は、第３
図によって特徴づけられたところのファイバの対応する
変化よりもＶ値の変化にともなう変化が小さい。α分布
ファイバの場合のΔＶに関する規格化パルス到着時間の
変化は３より小さいα値を用いることによって最小限に
抑えられうることも前述された。しかし、第４図に示さ
れているように、Ｖ＝Vc 1におけるVd2（Vb）/dV2対V/Vc
1の値はαが３より小さい値まで減少するにつれて増加
する。従って、本発明の光ファイバと異なり、式（７）
によって特徴づけられた単純なα分布ファイバはモード
等化２モードおよび低分散単一モード動作を同時に与え
ることはできない。
第５図〜第11図に示された形式のコア屈折率分布を有
するファイバも上述した条件（ａ）および（ｂ）を満足
することができ、モード等化少数モード動作と低分散単
一モード動作の両方を与えるはずである。第５図および
第６図の屈折率分布では、コア領域の屈折率はクラッド
の屈折率に等しいかあるいはそれより大きい値に制限さ
れる。第５図の分布では、内側コア領域48の屈折率はn1
である。第１図の分布とは異なり、外側コア領域50の屈
折率はn1より大きいn1′かあるいはn1より小さいn1″で
ありうる。第６図はコア領域のうちの１つ以上の屈折率
分布がグレーデッド型でありうることを示している。屈
折率低下部54の屈折率は内側コア領域56の屈折率の最低
値より低い。破線58および60は屈折率を低下された領域
58の屈折率が内側領域60の屈折率の最低値と同一であり
うることを示している。外部コア領域の屈折率を，線62
で示されているように一定にしても，階段状に変化ある
いは，線64で示されているように半径方向に漸変（グレ
ーデッド）させてもよい。
するファイバも上述した条件（ａ）および（ｂ）を満足
することができ、モード等化少数モード動作と低分散単
一モード動作の両方を与えるはずである。第５図および
第６図の屈折率分布では、コア領域の屈折率はクラッド
の屈折率に等しいかあるいはそれより大きい値に制限さ
れる。第５図の分布では、内側コア領域48の屈折率はn1
である。第１図の分布とは異なり、外側コア領域50の屈
折率はn1より大きいn1′かあるいはn1より小さいn1″で
ありうる。第６図はコア領域のうちの１つ以上の屈折率
分布がグレーデッド型でありうることを示している。屈
折率低下部54の屈折率は内側コア領域56の屈折率の最低
値より低い。破線58および60は屈折率を低下された領域
58の屈折率が内側領域60の屈折率の最低値と同一であり
うることを示している。外部コア領域の屈折率を，線62
で示されているように一定にしても，階段状に変化ある
いは，線64で示されているように半径方向に漸変（グレ
ーデッド）させてもよい。
第７図はコア領域のうちの１つ以上の屈折率をクラッ
ドの屈折率よりも小さくできるようにすることによって
ある種の設計変数が付加的な値をとりうることを示して
いる。このことは、例えば外側クラッド材料としてSiO2
を用いかつ低屈折率コア領域としてＦをドープしたまた
はB2O2をドープしたSiO2を用いることによって実現され
うる。破線68および70は１つ以上の付加的コアセグメン
トが用いられうることを示している。
ドの屈折率よりも小さくできるようにすることによって
ある種の設計変数が付加的な値をとりうることを示して
いる。このことは、例えば外側クラッド材料としてSiO2
を用いかつ低屈折率コア領域としてＦをドープしたまた
はB2O2をドープしたSiO2を用いることによって実現され
うる。破線68および70は１つ以上の付加的コアセグメン
トが用いられうることを示している。
他の適当な分布が第８図、第９図および第10図に示さ
れており、これらの図では、変化が破線で示されてい
る。第８図および第10図のような分布は例えば第５図の
分布より少ない設計変数をファイバ設計者に与えること
がわかる。しかし、予備計算はこれらの分布が適当な２
モード／単一モード動作に与えうることを示す。屈折率
低下領域72の屈折率がクラッドの屈折率よりも低い第７
図に示された形式のファイバは低い曲げ損失を呈示しや
すい。
れており、これらの図では、変化が破線で示されてい
る。第８図および第10図のような分布は例えば第５図の
分布より少ない設計変数をファイバ設計者に与えること
がわかる。しかし、予備計算はこれらの分布が適当な２
モード／単一モード動作に与えうることを示す。屈折率
低下領域72の屈折率がクラッドの屈折率よりも低い第７
図に示された形式のファイバは低い曲げ損失を呈示しや
すい。
第５図〜第10図に示すコアの屈折率分布のうちの多く
のものは、単一モード領域でのみ若しくは、多モード領
域でのみ動作する光ファイバに関連してすでに検討され
てきた。しかし、モード等化２モード動作の低分散単一
モード動作を同時に与えうるように特徴づけられた光フ
ァイバに関しては全然前以て検討されていない。
のものは、単一モード領域でのみ若しくは、多モード領
域でのみ動作する光ファイバに関連してすでに検討され
てきた。しかし、モード等化２モード動作の低分散単一
モード動作を同時に与えうるように特徴づけられた光フ
ァイバに関しては全然前以て検討されていない。
本発明に従って設計されたコア屈折率分布を有する光
ファイバは（ａ）米国特許第4217027号に開示されてい
る方法によって例示される内付けCVD法、（ｂ）ジャー
ナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイエティ：ソリ
ット・ステート・サイエンス・アンド・テクノロジ、第
125巻、第８号、1978年８月、第1298〜1302頁に開示さ
れた方法によって例示されるプラズマCVD法、および
（ｃ）後述する実施例の外付けCVD法を含むがこれらに
限定されない従来のファイバ作成法によって作成されう
る。
ファイバは（ａ）米国特許第4217027号に開示されてい
る方法によって例示される内付けCVD法、（ｂ）ジャー
ナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイエティ：ソリ
ット・ステート・サイエンス・アンド・テクノロジ、第
125巻、第８号、1978年８月、第1298〜1302頁に開示さ
れた方法によって例示されるプラズマCVD法、および
（ｃ）後述する実施例の外付けCVD法を含むがこれらに
限定されない従来のファイバ作成法によって作成されう
る。
ほとんどの市販の光ファイバではベース材料としてシ
リカが用いられている。このようなファイバは次の波長
領域、すなわち700nm〜930nm、1270nm〜1335nm、および
1350nm〜1600nmの波長領域で低い減衰を呈示し、これら
の低減衰領域はOHイオンによって生ずる高減衰の領域に
よって分離される。材料分散対波長曲線は高シリカ含有
ファイバの場合には1280nmの近くの波長でゼロ分散を通
るので、その波長より大きい任意の波長でゼロ全分散を
呈示する単一モード・ファイバが設計されうる。このフ
ァイバの種々の設計パラメータは、低ファイバ減衰およ
び／または光源の利用可能性によって通常選択されるあ
る特定の波長において導波路分散が材料分散とバランス
するように調節される。1270nmと1335nmとの間の波長範
囲で動作するシリカをベースとした単一モード光ファイ
バは、ゼロ材料分散波長によって占有される低減衰領域
においてゼロ全分散を呈示するがそれより長い波長では
より高い分散を呈示する場合には、分散非シフト・ファ
イバ（dispersion nonshifted fibers）と呼ばれる。前
述の米国特許第4715679号に開示されているもののよう
な技術は、ゼロ全分散波長が1400nmより大きい全散シフ
ト・ファイバ（dispersion shifted fibers）を作成す
るために用いられうる。その米国特許にはゼロ材料分散
波長を含む広い波長帯域にわたって低い全分散を呈示す
る分散平坦化ファイバ（dispersion flattened fiber）
についても記載されている。本発明の少数モード／単一
モード・ファイバは、 （ａ） ゼロ材料分散波長を含む広い波長帯域にわたる
低い全分散、または （ｂ）（１） 波長に対して比較的均一な導波路分散、
および （ｂ）（２） 導波路分散が1400nmより大きい波長で比
較的大きく、材料分散の大きい値が完全に打消されるこ
とができ、それによりファイバが1500nmより大きい波長
においてゼロ全分散を呈示するような導波路分散を呈示
する単一モード信号を伝播するように上述の米国特許の
教示に従って修正されうる。
リカが用いられている。このようなファイバは次の波長
領域、すなわち700nm〜930nm、1270nm〜1335nm、および
1350nm〜1600nmの波長領域で低い減衰を呈示し、これら
の低減衰領域はOHイオンによって生ずる高減衰の領域に
よって分離される。材料分散対波長曲線は高シリカ含有
ファイバの場合には1280nmの近くの波長でゼロ分散を通
るので、その波長より大きい任意の波長でゼロ全分散を
呈示する単一モード・ファイバが設計されうる。このフ
ァイバの種々の設計パラメータは、低ファイバ減衰およ
び／または光源の利用可能性によって通常選択されるあ
る特定の波長において導波路分散が材料分散とバランス
するように調節される。1270nmと1335nmとの間の波長範
囲で動作するシリカをベースとした単一モード光ファイ
バは、ゼロ材料分散波長によって占有される低減衰領域
においてゼロ全分散を呈示するがそれより長い波長では
より高い分散を呈示する場合には、分散非シフト・ファ
イバ（dispersion nonshifted fibers）と呼ばれる。前
述の米国特許第4715679号に開示されているもののよう
な技術は、ゼロ全分散波長が1400nmより大きい全散シフ
ト・ファイバ（dispersion shifted fibers）を作成す
るために用いられうる。その米国特許にはゼロ材料分散
波長を含む広い波長帯域にわたって低い全分散を呈示す
る分散平坦化ファイバ（dispersion flattened fiber）
についても記載されている。本発明の少数モード／単一
モード・ファイバは、 （ａ） ゼロ材料分散波長を含む広い波長帯域にわたる
低い全分散、または （ｂ）（１） 波長に対して比較的均一な導波路分散、
および （ｂ）（２） 導波路分散が1400nmより大きい波長で比
較的大きく、材料分散の大きい値が完全に打消されるこ
とができ、それによりファイバが1500nmより大きい波長
においてゼロ全分散を呈示するような導波路分散を呈示
する単一モード信号を伝播するように上述の米国特許の
教示に従って修正されうる。
第１図に示された形式の屈折率分布を有する光ファイ
バが次のようにして作成された。上述した手法に従っ
て、ファイバの半径と屈折率が決定された。半径ａ、a1
〜a2はそれぞれ約５μｍ、1.9μｍ、3.5μｍに決定され
た。相対屈折率差Δ１およびΔ２はそれぞれ約0.45％お
よび0.12％に決定された。クラッド材料に対しては純粋
なSiO2が選択され、コア領域はGeO2をドープされたSiO2
で形成された。上述したΔ値を得るために、半径a1の中
心コア領域と半径a2およびａ間のコア・セグメントが約
９重量％GeO2をドープされたSiO2よりなり、かつ半径a1
およびa2間の減少された屈折率を有するセグメントが約
2.5重量％GeO2をドープされたSiO2よりなるように決定
された。
バが次のようにして作成された。上述した手法に従っ
て、ファイバの半径と屈折率が決定された。半径ａ、a1
〜a2はそれぞれ約５μｍ、1.9μｍ、3.5μｍに決定され
た。相対屈折率差Δ１およびΔ２はそれぞれ約0.45％お
よび0.12％に決定された。クラッド材料に対しては純粋
なSiO2が選択され、コア領域はGeO2をドープされたSiO2
で形成された。上述したΔ値を得るために、半径a1の中
心コア領域と半径a2およびａ間のコア・セグメントが約
９重量％GeO2をドープされたSiO2よりなり、かつ半径a1
およびa2間の減少された屈折率を有するセグメントが約
2.5重量％GeO2をドープされたSiO2よりなるように決定
された。
粒状ガラスコア・プリフォームが米国特許第4453961
号および第4486212号に教示された方法と同様の方法に
よって作成された。その場合、得られるファイバのコア
部分とクラッド領域を形成するために火炎加水分解バー
ナが円筒状のマンドレルの表面上にガラス粒子を沈積す
る。上記マンドレルは粒状ガラスプリフォームから除去
され、そしてこのプリフォームが乾燥され、コンソリデ
ートされ（consolidated）、そしてそれの直径を減少さ
せるために延伸された。次に、クラッドの残部を形成す
るために付加的なSiO2が沈積された。このようにして得
られた稠密なガラスプリフォームが延伸されてファイバ
となされた。乾燥、コンソリデートおよび延伸工程時に
生ずる拡散のために、ファイバの屈折率分の山と谷が第
１図に示されているようにステップ状ではなく丸みをつ
けられる。また、中心線には屈折率低下部分が存在して
いる。これらの拡散工程の結果は、コア・プリフォーム
がコンソリデートされて後に最大限に現われる。従っ
て、コア・プリフォームの屈折率分布が測定され、そし
てプリフォームの屈折率分布が所望の分布に十分に親密
に近似しているかどうかを知るために、その測定された
分布と等価なステップ・フィティング（step fitting）
がコンピュータによって発生される。プリフォームの任
意の領域の実効屈折率値または半径が計算された仕様に
従っていなければ、作成されたプリフォームをその計算
された仕様により親密に合致させるために種々のプロセ
ス・パラメータに対して調節がなされる。バーナに流れ
る反応物の流量、炎および沈積される粒子の温度、乾燥
およびコンソリデート工程のプロセス変数は、次に作成
されるプリフォームの等価ステップ・フィッティングを
計算仕様により親密に合致させるために変更されうる条
件の例である。
号および第4486212号に教示された方法と同様の方法に
よって作成された。その場合、得られるファイバのコア
部分とクラッド領域を形成するために火炎加水分解バー
ナが円筒状のマンドレルの表面上にガラス粒子を沈積す
る。上記マンドレルは粒状ガラスプリフォームから除去
され、そしてこのプリフォームが乾燥され、コンソリデ
ートされ（consolidated）、そしてそれの直径を減少さ
せるために延伸された。次に、クラッドの残部を形成す
るために付加的なSiO2が沈積された。このようにして得
られた稠密なガラスプリフォームが延伸されてファイバ
となされた。乾燥、コンソリデートおよび延伸工程時に
生ずる拡散のために、ファイバの屈折率分の山と谷が第
１図に示されているようにステップ状ではなく丸みをつ
けられる。また、中心線には屈折率低下部分が存在して
いる。これらの拡散工程の結果は、コア・プリフォーム
がコンソリデートされて後に最大限に現われる。従っ
て、コア・プリフォームの屈折率分布が測定され、そし
てプリフォームの屈折率分布が所望の分布に十分に親密
に近似しているかどうかを知るために、その測定された
分布と等価なステップ・フィティング（step fitting）
がコンピュータによって発生される。プリフォームの任
意の領域の実効屈折率値または半径が計算された仕様に
従っていなければ、作成されたプリフォームをその計算
された仕様により親密に合致させるために種々のプロセ
ス・パラメータに対して調節がなされる。バーナに流れ
る反応物の流量、炎および沈積される粒子の温度、乾燥
およびコンソリデート工程のプロセス変数は、次に作成
されるプリフォームの等価ステップ・フィッティングを
計算仕様により親密に合致させるために変更されうる条
件の例である。
コア・プリフォームは上述した方法に従って作成され
た。コンソリデートされたプリフォームのコアおよびク
ラッド直径はそれぞれ3.06mmおよび6.94mmであり、比a1
/aおよびa2/aはそれぞれ0.373および0.686であった。Δ
１およびΔ２の値はそれぞれ0.4516および0.1231であっ
た。プリフォームは軸線方向の穴を除去しかつそれの直
径を減少させるために引き伸ばされた。この引き伸ばさ
れたプリフォームは付加的なSiO2で被覆され、そして延
伸されて光ファイバとなされた。
た。コンソリデートされたプリフォームのコアおよびク
ラッド直径はそれぞれ3.06mmおよび6.94mmであり、比a1
/aおよびa2/aはそれぞれ0.373および0.686であった。Δ
１およびΔ２の値はそれぞれ0.4516および0.1231であっ
た。プリフォームは軸線方向の穴を除去しかつそれの直
径を減少させるために引き伸ばされた。この引き伸ばさ
れたプリフォームは付加的なSiO2で被覆され、そして延
伸されて光ファイバとなされた。
上記の実施例に従って作成されたファイバは次のよう
な特性を呈示した。モード等化は、測定された3dB帯域
幅が850nmおよび900nmにおいて2GHz−kmよりも明らかに
大きく、かつ外挿された3dB帯域幅が約100nmの波長範囲
にわたって2GHz−kmと4GHz−kmの間であるようなもので
ある。このファイバはまた、次のような単一モード特質
を呈示した。1.3μｍおよび1.55μｍで測定された減衰
はそれぞれ約0.35dB/kmおよび0.20dB/kmであった。ゼロ
分散波長は約1312nmであった。モード・フィールド直径
2W0は約9.5μｍであった。ベント・パーフォーマンス
（bend performance）は市販されている既存のステップ
インデクス型単一モード・ファイバに匹敵することが認
められた。少数モード領域の動作では、その波長で単一
モードであるように設計されたファイバに所定の光源か
ら結合されうる光の量に比較して、２倍以上のパワーが
その光源からファイバに結合されることができた。
な特性を呈示した。モード等化は、測定された3dB帯域
幅が850nmおよび900nmにおいて2GHz−kmよりも明らかに
大きく、かつ外挿された3dB帯域幅が約100nmの波長範囲
にわたって2GHz−kmと4GHz−kmの間であるようなもので
ある。このファイバはまた、次のような単一モード特質
を呈示した。1.3μｍおよび1.55μｍで測定された減衰
はそれぞれ約0.35dB/kmおよび0.20dB/kmであった。ゼロ
分散波長は約1312nmであった。モード・フィールド直径
2W0は約9.5μｍであった。ベント・パーフォーマンス
（bend performance）は市販されている既存のステップ
インデクス型単一モード・ファイバに匹敵することが認
められた。少数モード領域の動作では、その波長で単一
モードであるように設計されたファイバに所定の光源か
ら結合されうる光の量に比較して、２倍以上のパワーが
その光源からファイバに結合されることができた。
第１図は本発明の要件を満す光ファイバの屈折率分布を
示す図、第２図および第３図は異なる２種のファイバに
対してＶ値の関数としてプロットされた規格化パルス到
着時間ｄ（Vb）/dVのグラフ、第４図はV/Vc 1の関数とし
てプロットされた規格化導波路分散のグラフ、第５図〜
第10図は本発明の要件を満す他の屈折率分布を示す図で
ある。 図面において、48は内側コア領域、50は外側コア領域、
54は屈折率低下部分をそれぞれ示す。
示す図、第２図および第３図は異なる２種のファイバに
対してＶ値の関数としてプロットされた規格化パルス到
着時間ｄ（Vb）/dVのグラフ、第４図はV/Vc 1の関数とし
てプロットされた規格化導波路分散のグラフ、第５図〜
第10図は本発明の要件を満す他の屈折率分布を示す図で
ある。 図面において、48は内側コア領域、50は外側コア領域、
54は屈折率低下部分をそれぞれ示す。
Claims (11)
- 【請求項１】最大屈折率n1および半径ａを有する透明材
料よりなるコアと、前記コアの外表面上に設けられてn1
より小さい屈折率n0を有する透明なクラッド材料の層
と、を具備した光ファイバであって、 （Ａ） 規格化周波数Ｖ値が１番目の高次モードの規格
化カットオフ周波数Vc 1より小であり、かつ、近傍にあ
る場合には、前記ファイバの規格化導波路分散Vd2（Ｖ
・ｄ）/dV2が、約0.2以下であり、 （Ｂ） 前記コアの屈折率分布が、 （１）半径方向に配置される複数の領域からなり、少な
くとも１つの前記領域において半径方向に階段状に変化
（グレーデッド）している屈折率分布、 （２）屈折率が低下する環状の少なくとも１つの領域か
らなり、前記少なくとも１つの領域の最内周の半径a1は
０よりも大であり、かつ、屈折率が低下した前記少なく
とも１つの領域の最外周の最大半径a0は前記半径ａより
も小である屈折率分布、 （３）最大屈折率n1及び半径a1を備える中心領域が、各
々屈折率n2及び半径a2と屈折率n3及び半径a3を備える少
なくとも２つの領域によって包囲され、a3はa2よりも大
で、a2はa1よりも大で、n1及びn3はn2よりも大である屈
折率分布、 （４）最大屈折率n1及び半径a1を備える中心領域が、各
々屈折率n2及び半径a2と屈折率n3及び半径a3を備える少
なくとも２つの領域によって包囲され、a3はa2よりも大
で、a2はa1よりも大で、n2はn1及びn3よりも大である屈
折率分布、 （５）最大屈折率n1及び半径a1を備える中心領域が、屈
折率n2及び半径a2を備える少なくとも１つの領域によっ
て包囲されており、n1はn0よりも大で、n0はn2よりも大
である屈折率分布、及び、 （６）最大屈折率n1及び半径a1を備える中心領域が、屈
折率n2及び半径a2を備える領域によって包囲されてお
り、n1はn2よりも大で、n2はn0よりも大である屈折率分
布、 の（１）〜（６）のうちのいずれか１つの屈折率分布か
らなり、 （Ｃ） ｊは１若しくは２の値をとりかつ前記ファイバ
における伝搬可能な最高次のモードの次数を表すことと
し、０を基本モードの次数とし、ｂを規格化伝搬定数と
し、Vc j+1を（ｊ＋１）次モードの規格化カットオフ周
波数としたときに、Ｖ値がVc 1より大でVc j+1近傍にあっ
てかつ約10％の変動範囲内にある場合には、ｊ次のモー
ドの規格化遅延時間|d（Ｖ・ｂ）/dV|jと基本モードの
規格化遅延時間|d（Ｖ・ｂ）/dV|0との差Δτｊが、約
５×10-2よりも小となるように、前記コアの屈折率n1と
n0、半径ａ及び屈折率分布を定めた、 ことを特徴とする光ファイバ。 - 【請求項２】前記コアの屈折率分布が前記（３）の分布
であり、かつ、n1がn3より大であることを特徴とする請
求項１記載の光ファイバ。 - 【請求項３】前記コアの屈折率分布が前記（３）の分布
であり、かつ、n3がn1より大であることを特徴とする請
求項１記載の光ファイバ。 - 【請求項４】前記コアの屈折率分布が前記（３）の分布
であり、かつ、n2がn0より大であることを特徴とする請
求項１記載の光ファイバ。 - 【請求項５】前記コアの屈折率分布が前記（３）の分布
であり、かつ、n2がn0より小であることを特徴とする請
求項１記載の光ファイバ。 - 【請求項６】前記コアがa3より大なる半径a4、及びn0よ
り小なる屈折率n4を有する領域を備えていることを特徴
とする請求項５記載の光ファイバ。 - 【請求項７】屈折率n4がn2に等しいことを特徴とする請
求項６記載の光ファイバ。 - 【請求項８】前記コアの屈折率分布が前記（４）の分布
であり、かつ、n1はn3と等しいことを特徴とする請求項
１記載の光ファイバ。 - 【請求項９】前記コアの屈折率分布が前記（４）の分布
であり、かつ、n1はn3と異なることを特徴とする請求項
１記載の光ファイバ。 - 【請求項１０】前記コアの屈折率分布が前記（６）の分
布であり、かつ、n2およびn0より小なる屈折率及びa2よ
り大なる半径を有する第３の領域を備えていることを特
徴とする請求項１記載の光ファイバ。 - 【請求項１１】前記コアと前記透明なクラッド材料の層
は、シリカからなり、若しくは、前記コアと前記透明な
クラッド材料の層の屈折率を修正するための微量添加物
（ドーパント）とシリカとからなり、かつ約1285〜1335
ナノメートルの範囲内の波長においてゼロの全分散の単
一モード信号が伝播可能となるように、屈折率n1とn0、
半径ａ、及びコアの屈折率分布を定めた、ことを特徴と
する請求項１記載の光ファイバ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US9450487A | 1987-09-09 | 1987-09-09 | |
| US94,504 | 1988-05-23 | ||
| US197,594 | 1988-05-23 | ||
| US07/197,594 US4877304A (en) | 1987-09-09 | 1988-05-23 | Few-mode/single-mode fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01163707A JPH01163707A (ja) | 1989-06-28 |
| JP2885405B2 true JP2885405B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=26788958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63223674A Expired - Fee Related JP2885405B2 (ja) | 1987-09-09 | 1988-09-08 | 光ファイバ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4877304A (ja) |
| EP (1) | EP0307228B1 (ja) |
| JP (1) | JP2885405B2 (ja) |
| KR (1) | KR890005541A (ja) |
| AT (1) | ATE117094T1 (ja) |
| AU (1) | AU606206B2 (ja) |
| CA (1) | CA1311382C (ja) |
| DE (1) | DE3852737T2 (ja) |
Families Citing this family (63)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2636876B2 (ja) * | 1988-04-08 | 1997-07-30 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバの分散補償装置 |
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| US5046804A (en) * | 1988-11-21 | 1991-09-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for manufacturing a fiber type coupler |
| FR2644593B1 (fr) * | 1989-03-16 | 1991-05-17 | Comp Generale Electricite | Fibre optique pour la conversion de frequence |
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| US5191631A (en) * | 1991-12-19 | 1993-03-02 | At&T Bell Laboratories | Hybrid optical fiber and method of increasing the effective area of optical transmission using same |
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| US5448674A (en) * | 1992-11-18 | 1995-09-05 | At&T Corp. | Article comprising a dispersion-compensating optical waveguide |
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| FR2724234B1 (fr) | 1994-09-05 | 1997-01-03 | Alcatel Fibres Optiques | Fibre optique monomode a dispersion decalee |
| CA2157828C (en) * | 1994-09-13 | 2003-02-11 | Youichi Akasaka | Dispersion compensating optical fiber for wavelength division multiplex transmission |
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