JP4286863B2 - 光ファイバ - Google Patents

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Description

本発明は、誘導ブリルアン散乱（以下、ＳＢＳと記す。）の発生を抑制し、より高パワーの信号で伝送が可能な光ファイバに関する。また、この光ファイバを使用した伝送システム並びに波長多重伝送システムに関する。
本願は、２００４年１０月２２日に出願された特願２００４−３０８３５９号、２００５年３月１日に出願された特願２００５−５５６６９号、ならびに２００５年７月１９日に出願された特願２００５−２０８６８７号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、光ファイバを各家庭に延線し、それを用いて各種の情報をやり取りする、ファイバトゥザホーム（Fiber To The Home；以下、ＦＴＴＨと記す。）サービスが開始されている。
様々な情報を伝送するＦＴＴＨの一つの形態として、放送信号と、その他の通信信号をそれぞれ異なる方式で一本の光ファイバを用いて同時に伝送するシステムがある（ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２）。一般に、このシステムにおいて、放送信号はアナログ信号かベースバンド信号であることが多い。
伝送媒体である光ファイバの観点から見た該システムの特徴は、次のようになる。
・ＦＴＴＨは通常ダブルスター型のＰＯＮ（Passive Optical Network）であり、分配ロスが大きい（通常最大３２分岐が想定されている）。
・アナログ信号かベースバンド信号を伝送するので、受信機におけるＣＮＲ（Carrier Noise Ratio）を大きくする必要があり、必要とする受光部における最低信号光パワーが通信で用いられるデジタル伝送に比して大きい。
これらのことから、このシステムにおいては、信号入力部における必要信号光パワーを大きくする必要がある。特に、信号光の伝送中の減衰や分配ロスを考えると、より長距離の線路やより多分岐の線路においては、より高パワーが必要になる。当然のことながら、信号はなるべく遠距離まで伝送でき、また一度に多くの加入者に同時に分配できる方が様々な観点（建設コスト、メンテナンス性、システム設計など）からメリットがある。
しかしながら、光ファイバを用いる光伝送においては、非線形現象の一種であるＳＢＳ（誘導ブリルアン散乱）によって、光ファイバにあるパワー以上の光を入射しようとしても、ある一定光量（以下、ＳＢＳしきいパワーと呼ぶ。）までしか入射できず、残りは後方散乱光となって入射光側に戻ってきてしまうという現象が起こり、入力部における信号光パワーに制限を与えてしまうケースがあり、問題となっていた（例えば、非特許文献１参照。）。
従来、ＳＢＳ抑制を実現する方法としては、長手方向に光学特性やドーパント濃度、残留応力を変化させる手法が報告されている（例えば、特許文献１及び非特許文献２参照。）。
A.R.Charaplyvy, J.Lightwave Technol., vol.8, pp.1548-1557(1990) 米国特許第５，２６７，３３９号公報 K.Shiraki, et al., J. Lightwave Technol., vol.14, pp.50-57(1996)
しかしながら、特許文献１及び非特許文献２に記載されているＳＢＳ抑制方法では、必然的に光ファイバ長手方向の光学特性も変化してしまうことになるため、実用上は好ましくない。
本発明は前記事情に鑑みてなされ、ＳＢＳしきいパワーを従来の光ファイバと比べてより高めることができる光ファイバとそれを用いた伝送システム並びに波長多重伝送システムの提供を目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は、中心のコアと、該コアの外周にあるクラッドとを有し、前記コアは、ゲルマニウムとフッ素が添加された石英ガラスからなる少なくとも一層の共添加層と、ゲルマニウムが添加された石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素が添加され前記フッ素の添加量が前記共添加層よりも少量である石英ガラスからなる少なくとも一層の低濃度共添加層とを有し、前記共添加層と前記低濃度共添加層との屈折率の差が比屈折率差でおよそ０．０７％以下であり、前記コアが、中心付近に位置する内側コアと該内側コアの外周に設けられた外側コアにより構成され、前記内側コアがゲルマニウムとフッ素が添加された石英ガラスからなる共添加層により構成され、前記外側コアがゲルマニウムを添加した石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素が添加され前記フッ素の添加量が前記内側コアよりも少量である石英ガラスからなる低濃度共添加層により構成され、前記内側コアの前記ゲルマニウムの濃度が酸化ゲルマニウム換算で４〜１５質量％の範囲内であり、前記フッ素の濃度が０．２〜５質量％の範囲内である光ファイバを提供する。
また本発明は、中心のコアと、該コアの外周にあるクラッドとを有し、前記コアは、ゲルマニウムとフッ素が添加された石英ガラスからなる少なくとも一層の共添加層と、ゲルマニウムが添加された石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素が添加され前記フッ素の添加量が前記共添加層よりも少量である石英ガラスからなる少なくとも一層の低濃度共添加層とを有し、前記共添加層と前記低濃度共添加層との屈折率の差が比屈折率差でおよそ０．０７％以下であり、前記コアが、中心付近に位置する第１コアと該第１コアの外周に設けられた第２コアと該第２コアの外周に設けられた第３コアとにより構成され、前記第１コアと前記第３コアが、ゲルマニウムとフッ素が添加された石英ガラスからなる共添加層により構成され、前記第２コアが、ゲルマニウムを添加した石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素が添加され前記フッ素の添加量が前記第１コアよりも少量である石英ガラスからなる低濃度共添加層により構成され、前記第１コアの前記ゲルマニウムの濃度が酸化ゲルマニウム換算で４〜１５質量％の範囲内であり、前記フッ素の濃度が０．２〜５質量％の範囲内である光ファイバを提供する。
本発明の光ファイバにおいて、クラッドが添加物を添加しない石英ガラスからなることが好ましい。
本発明の光ファイバにおいて、クラッドの一部にフッ素が添加されていてもよい。
本発明の光ファイバにおいて、クラッドは、コア外周に設けられた内側クラッドと該内側クラッドの外周に設けられた外側クラッドとからなり、内側クラッドの屈折率をｎｃ１，外側クラッドの屈折率をｎｃ２としたとき、ｎｃ１＜ｎｃ２なる関係を有することが好ましい。
本発明の光ファイバにおいて、クラッドは、コア外周に設けられた内側クラッドと該内側クラッドの外周に設けられたトレンチ層と、該トレンチ層の外側に設けられた外側クラッドとからなり、内側クラッドの屈折率をｎｃ１，トレンチ層の屈折率をｎｃ２，外側クラッドの屈折率をｎｃ３としたとき、ｎｃ２＜ｎｃ１、且つｎｃ２＜ｎｃ３なる関係を有することが好ましい。
本発明の光ファイバにおいて、内側コア径と外側コア径の比が０．１０〜０．８５の範囲内であることが好ましい。
本発明の光ファイバにおいて、内側コア径と外側コア径の比が０．２５〜０．７０の範囲内であることが好ましい。
本発明の光ファイバにおいて、内側コアと外側コアのクラッドに対する比屈折率差の平均値が０．３０％〜０．６０％の範囲内であり、外側コア径が直径で６．０〜１０．５μｍの範囲内であることが好ましい。
本発明の光ファイバにおいて、第１コアのフッ素濃度をｎｆ１質量％、第２コアのフッ素濃度をｎｆ２質量％、第３コアのフッ素濃度をｎｆ３質量％としたとき、ｎｆ１＞ｎｆ２、且つｎｆ３＞ｎｆ２の関係であることが好ましい。
前記光ファイバにおいて、ｎｆ１とｎｆ３がほぼ等しい構成としてもよい。
前記光ファイバにおいて、ｎｆ１＜ｎｆ３の関係としてもよい。
前記光ファイバにおいて、ｎｆ１＞ｎｆ３の関係としてもよい。
本発明によれば、ＳＢＳの発生を抑制し、より高パワーの信号で伝送が可能な光ファイバと、それを用いた多分岐・長距離の伝送が可能な伝送システム並びに波長多重伝送システムを提供することができる。
本発明の一実施形態を示す光ファイバの端面図である。 実施例で試作した光ファイバにおける内側コア径／外側コア径比率及び内側コアＧｅ濃度としきいパワーの関係を示すグラフである。 本発明の光ファイバの屈折率分布を例示する図である。 本発明の光ファイバの屈折率分布を例示する図である。 本発明の光ファイバの屈折率分布を例示する図である。 本発明の光ファイバの屈折率分布を例示する図である。 本発明の光ファイバの屈折率分布を例示する図である。 本発明の光ファイバの屈折率分布を例示する図である。 第２の実施形態における従来手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第２の実施形態における従来手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第２の実施形態における従来手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図４Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第２の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第２の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布とＦ濃度分布を示すグラフである。 第２の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図６Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第３の実施形態における従来手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第３の実施形態における従来手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第３の実施形態における従来手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図８Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第３の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第３の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第３の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図１０Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第４の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第４の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第４の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図１２Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第５の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第５の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第５の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図１４Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第６の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第６の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第６の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図１６Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第７の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第７の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第７の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図１８Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第８の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第８の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第８の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図２０Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第９の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第９の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第９の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図２２Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 第１０の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＧｅ濃度分布を示すグラフである。 第１０の実施形態における本発明の手法による光ファイバのＦ濃度分布を示すグラフである。 第１０の実施形態における本発明の手法による光ファイバの屈折率分布差を示すグラフである。 図２４Ａ〜Ｃの光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示すグラフである。 本発明の光ファイバを使用して構成した光伝送システム（波長多重伝送システム）を示す図である。
符号の説明
１…光ファイバ、２…内側コア、３…外側コア、４…クラッド、１０…光伝送システム（波長多重伝送システム）。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る光ファイバの一実施形態を示す図である。本実施形態の光ファイバ１は、ゲルマニウムとフッ素を添加した石英ガラスからなる内側コア２と、該内側コア２の外周に設けられ、ゲルマニウムを添加した石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素を添加しフッ素の添加量が前記内側コア２より少量であるフッ素を添加した石英ガラスからなる外側コア３と、該外側コア３の外周に設けられたクラッド４とからなっている。本構造にすることによって、光ファイバでの伝送で問題となるＳＢＳの発生を抑制し、ＳＢＳしきいパワーを高め、より高パワーの信号で伝送することができる。
内側コア２のゲルマニウムの濃度は、酸化ゲルマニウム換算で４〜１５質量％の範囲内であり、またフッ素の濃度は０．２〜５質量％の範囲内であることが望ましい。内側コア２のゲルマニウム及びフッ素の濃度が前記範囲より高いと、レーリー散乱が増加して光ファイバ１の伝送損失が大きくなってしまい、実用上問題となる。一方、内側コア２のゲルマニウム及びフッ素の濃度が前記範囲より低いと、ＳＢＳしきいパワーの増大の効果が不十分となり、本発明の目的を達成できなくなる可能性がある。
さらに、内側コア径と外側コア径の比は、０．１０〜０．８５の範囲内とすることが望ましい。内側コア径と外側コア径の比を前記範囲内とすることにより、標準のシングルモード光ファイバ（以下、標準ＳＭ光ファイバと記す。）に対して、約１．５倍のＳＢＳしきいパワーを得ることができる。
さらに、内側コア径と外側コア径の比は、０．２５〜０．７０の範囲内とすることがより好ましい。内側コア径と外側コア径の比を前記範囲内とすることにより、ＳＢＳしきいパワーを標準ＳＭ光ファイバに対して、約２倍まで高めることができる。
さらに、内側コア２と外側コア３の光学屈折率が実質的に等しいことが望ましい。内側コア２と外側コア３の光学屈折率が異なると、光ファイバにおける導波路分散（構造分散とも言う）が長波長側にシフトしてしまい、光学特性を所望の範囲に制御することが困難になる可能性がある。ここで、光学屈折率が実質的に等しいとは、それぞれの屈折率の差が比屈折率差（Δ）でおよそ０．０７％以下であることを想定している。ただし、内側コア２と外側コア３は、それぞれ製造バラツキ等に起因する屈折率の径方向の不均一さを持っているので、それぞれ内側コア２と外側コア３の平均の屈折率で比較するのが適当であることを付記しておく。なお、ここで所望の範囲とは、例えば、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２の規定を満足する範囲である。Ｇ．６５２が規定する特性の中で、少なくとも波長分散特性が同等であることは、伝送線路の設計を行う上で非常に重要である。その他の場合でも、既存の各種光ファイバの光学特性から、本発明による構造を採用したことによって、光学特性に大きなずれが生じなければよい。
また、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２の規定を満足する光学特性を得るためには、内側コア２と外側コア３を含めた全体としてのコア部の光学屈折率の平均値が、クラッド４に対する比屈折率差としてそれぞれ０．３０〜０．４０％の範囲内、外側コア径が直径で７．５〜１１μｍの範囲内であることが必要である。
前述した本発明の構造を備え、かつＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２の規定を満足する光学特性を持った光ファイバは、既設の伝送路を構成する光ファイバと、高いＳＢＳしきいパワーを有するという本発明の特徴以外の光学特性を同じくするので、従来の光ファイバと同様の使用が可能であるという利点がある。
図３Ａ〜３Ｆは、本発明に係る光ファイバの径方向屈折率分布を例示する図であるが、本発明は本例示に限定されない。
図３Ａに示す屈折率分布を持つ光ファイバは、ステップ型屈折率分布を持つ屈折率が最も高い内側コア２と、該内側コア２の外周に設けられ、内側コア２よりも若干屈折率の低い外側コア３と、外側コア３の外周に設けられた石英ガラスからなるクラッド４とからなっている。
図３Ｂに示す屈折率分布を持つ光ファイバは、ステップ型屈折率分布を持つ内側コア２と、該内側コア２の外周に設けられ、内側コア２よりも若干屈折率の高い外側コア３と、外側コア３の外周に設けられた石英ガラスからなるクラッド４とからなっている。
図３Ｃに示す屈折率分布を持つ光ファイバは、中心に向けて漸次屈折率が高くなる屈折率分布を持つ内側コア２と、該内側コア２の外周に設けられた外側コア３と、外側コア３の外周に設けられた石英ガラスからなるクラッド４とからなっている。
図３Ｄに示す屈折率分布を持つ光ファイバは、中心よりも外周近傍部の屈折率が高い内側コア２と、該内側コア２の外周に設けられ、外周近傍部の屈折率が高い内側コア３と、外側コア３の外周に設けられた石英ガラスからなるクラッド４とからなっている。
図３Ｅに示す屈折率分布を持つ光ファイバは、中心部の屈折率が低い略凹字状の屈折率分布を持つ内側コア２と、該内側コア２の外周に設けられ、外周部の屈折率が漸次低下するような屈折率分布を持った外側コア３と、外側コア３の外周に設けられた石英ガラスからなるクラッド４とからなっている。
図３Ｆに示す屈折率分布を持つ光ファイバは、中央部に楔状低屈折率部を持つ内側コア２と、該内側コア２の外周に設けられ、内側コア２よりも屈折率が高く、外周に向けて漸次低下する屈折率分布を持つ外側コア３と、外側コア３の外周に設けられた石英ガラスからなるクラッド４とからなっている。
本発明は、前述した本発明に係る光ファイバを用いた伝送システムも提供する。
前述した本発明に係る光ファイバを用いる利点は、前述した通り、より高パワーの信号光を導入できることである。故に、比較的高パワーの必要なアナログ伝送やベースバンド伝送を本発明の光ファイバを用いて行うことによって、より多分岐・長距離の伝送が可能になり、大きな恩恵を享受できる。特に、伝送距離で１５ｋｍ以上および／または分岐数が３２分岐以上であるようなシステムの場合、最も大きな恩恵を享受できる。
また、本発明に係る光ファイバを用いて、前述したアナログ伝送やベースバンド伝送に加えてその他の伝送も同時に行う、波長多重伝送を行うこともできる。波長多重伝送としては、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８３．３に示されているようなＦＴＴＨの一形態として、あるいはＣＷＤＭ等が考えられる。特に、伝送距離で１５ｋｍ以上および／または分岐数が３２分岐以上であるようなシステムの場合、最も大きな恩恵を享受できる。
勿論、伝送システムとしてこれら用途に限定する必要はない。例えば、通常の公衆データ通信ばかりでなく、デジタル長距離無中継伝送システムや、ＩＴＳ（高度交通システム）、センサ用途、遠隔レーザ切断システム等にも使用できる。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る光ファイバを試作した。表１〜表３のＮｏ．２〜Ｎｏ．２５に試作した光ファイバの実施例を、その構造、光学特性とともに示す。また、表１中のＮｏ．１に比較例として標準ＳＭ光ファイバ（ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２準拠）も同様に示す。なお、表１〜表３中、「Ｇｅ濃度」は内側コア又は外側コアに添加したゲルマニウムの濃度（酸化ゲルマニウム換算）を示し、また「Ｆ濃度」は内側コア又は外側コアに添加したフッ素の濃度を示している。また、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．２５の各実施例の光ファイバにおいて、「相対ブリルアンゲイン」は、比較例の光ファイバで測定したＳＢＳ光強度を１とした場合の各実施例の光ファイバで測定したＳＢＳ光強度の相対値である。また、同様に「相対しきいパワー」は、比較例の光ファイバで測定したＳＢＳしきいパワーを１とした場合の各実施例の光ファイバで測定したＳＢＳしきいパワーの相対値である。
表１〜表３の結果から、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．２５に示した実施例の光ファイバは、ゲルマニウムとフッ素を含む内側コアと、ゲルマニウムのみ含むか又はゲルマニウムと少量のフッ素を含む外側コアとを備えた構成としたことによって、比較例の標準ＳＭ光ファイバと比べ、ＳＢＳの発生が抑制されており、相対的に高いＳＢＳしきいパワーが得られ、比較例の標準ＳＭ光ファイバと比べ、より高パワーの信号光を伝送可能であった。
図２は、本実施形態で試作した光ファイバの中から見出した、内側コア径／外側コア径比率及び内側コアＧｅ濃度としきいパワーの関係を示す。
図２から、おおよそ上記パラメータ範囲を満足することで、所望のしきいパワーが得られていることが判る。
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．６μｍ程度のＳＭ光ファイバに関するものである。このような光ファイバは、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２を満足する範囲で、曲げ損失を低減した光ファイバとして商品化がなされている。このような光ファイバを従来の手法で設計したときのドーパント（Ｇｅ，Ｆ）の濃度分布及び比屈折率差を図４Ａ〜Ｃ及び表４に示す。
このような屈折率分布により、以下のような光学特性を示す光ファイバを得ることができる。
ファイバカットオフ：１．２６μｍ。
波長１３１０ｎｍでのＭＦＤ：８．５９μｍ。
波長１５５０ｎｍでのＭＦＤ：９．５６μｍ。
零分散波長：１３０５．８ｎｍ。
波長１５５０ｎｍでの波長分散：１７．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ。
波長１５５０ｎｍでの分散スロープ：０．０５７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ。
曲げ直径３０ｍｍ、波長１３１０ｎｍでの曲げ損失：＜０．０１ｄＢ／ｍ。
曲げ直径３０ｍｍ、波長１５５０ｎｍでの曲げ損失：１．８９×１０−２ｄＢ／ｍ。
図４Ａ〜Ｃの屈折率分布に基づく光ファイバは、実施例１、比較例として示した一般的なＳＭ光ファイバに比べて、ＭＦＤを小さくすることにより曲げ損失を改善している。しかしながら、小ＭＦＤ化によりＳＢＳしきいパワーが悪化するという問題がある。
図５は、図４Ａ〜Ｃの屈折率分布より得られる相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。実施例１，比較例の光ファイバのブリルアンゲインの最大値を１として規格化を行った。相対ブリルアンゲインの最大値は１．１８となり、ＳＢＳしきいパワーは０．７ｄＢ低くなった。
図６Ａ〜Ｃ及び表５に本発明の第２実施形態に基づく光ファイバの実施例２６を示す。
従来手法に基づく例に比べて、内側コア部のＧｅ，Ｆ濃度が大きくなっているが、比屈折率差Δは同じになっており、ＭＦＤや波長分散といった光学特性は図４Ａ〜Ｃの屈折率分布と同じになる。
図７は、図６Ａ〜Ｃの屈折率分布の光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。図５と同様に、実施例１，比較例の光ファイバを基準とした。相対ブリルアンゲインの最大値は０．５５となり、ＳＢＳしきいパワーは２．６ｄＢ改善された。
本実施形態に基づく光ファイバは、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２を満足する光学特性を示すとともに、低曲げ損失、高ＳＢＳしきいパワーを備えた光ファイバであり、ＦＴＴＨ向けの光ファイバとして優れた特性を有する。
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、さらに曲げ特性を改善した光ファイバに関する。
図８Ａ〜Ｃに、従来手法に基づく低曲げ損失光ファイバの例を示す。本光ファイバは表６に示すような濃度分布及び屈折率分布を有する。
このような屈折率分布により、以下のような光学特性を示す光ファイバを得ることができる。
ファイバカットオフ：１．２６μｍ。
波長１３１０ｎｍでのＭＦＤ：７．３６μｍ。
波長１５５０ｎｍでのＭＦＤ：８．１９μｍ。
零分散波長：１３１９．２ｎｍ。
波長１５５０ｎｍでの波長分散：１７．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ。
波長１５５０ｎｍでの分散スロープ：０．０６０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ。
曲げ直径３０ｍｍ、波長１３１０ｎｍでの曲げ損失：＜０．０１ｄＢ／ｍ。
曲げ直径３０ｍｍ、波長１５５０ｎｍでの曲げ損失：＜０．０１ｄＢ／ｍ。
曲げ直径１５ｍｍ、波長１３１０ｎｍでの曲げ損失：＜０．０１ｄＢ／ｍ。
曲げ直径１５ｍｍ、波長１５５０ｎｍでの曲げ損失：０．２９ｄＢ／ｍ。
波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤは、７．３６μｍとやや小さめであるが、曲げ損失は改善され、直径１５ｍｍに巻いても殆どロス増が生じない。しかしながら、ＭＦＤが小さくなることによりＳＢＳしきいパワーは悪化する。図９に本例の光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示す。図５と同様に、実施例１、比較例を基準としている。相対ブリルアンゲインの最大値は１．７であり、ＳＢＳしきいパワーは２．３ｄＢ低くなった。
図１０Ａ〜Ｃ及び表７に本発明の第３実施形態に基づく光ファイバの実施例２７を示す。
従来手法に基づく例に比べて、内部コアのＧｅ，Ｆ濃度が大きくなっているが、比屈折率差Δは同じになっており、ＭＦＤや波長分散といった光学特性は図８Ａ〜Ｃの屈折率分布と同じになる。
図１１は、図１０Ａ〜Ｃの屈折率分布の光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。図５と同様に、実施例１、比較例を基準としている。相対ブリルアンゲインの最大値は、０．６７となり、ＳＢＳしきいパワーは１．７ｄＢ改善された。
本実施形態に基づく光ファイバは、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．６５２と同様な波長分散特性を示したうえで、低曲げ損失、高ＳＢＳしきいパワーを備えた光ファイバであり、ＦＴＴＨ向けの光ファイバとして優れた特性を有する。
［第４の実施形態］
第４の実施形態は、コアが中心付近の第１の共添加層（第１層）、第１の共添加層の外周に位置する非共添加層（第２層）及び非共添加層の外周に位置する第２の共添加層（第３層）から構成された光ファイバに関する。本実施形態の光ファイバの屈折率分布とドーパント分布を図１２Ａ〜Ｃに示す。各層の径、光学的比屈折率差、Ｇｅ及びＦ濃度を以下に示す。
第１層半径（ｒ１）：１．６６μｍ。
第２層半径（ｒ２）：３．３３μｍ。
第３層半径（ｒ３）：４．４３μｍ。
第１層Ｇｅ濃度（ｎＧ１）：５．０質量％。 第１層Ｆ濃度（ｎＦ１）：０．４５質量％。
第２層Ｇｅ濃度（ｎＧ２）：３．５質量％。 第２層Ｆ濃度（ｎＦ２）：０．００質量％。
第３層Ｇｅ濃度（ｎＧ３）：５．０質量％。 第３層Ｆ濃度（ｎＦ３）：０．４５質量％。
比屈折率差（Δ）：０．３５％。
第１層、第２層及び第３層は、それぞれのＧｅ濃度とＦ濃度を比屈折率差Δが同じ０．３５％となるように調整されている。
このような屈折率分布により以下のような光学特性を示す光ファイバを得ることができる。
ファイバカットオフ：１２９２ｎｍ。
ケーブルカットオフ：１２４０ｎｍ。
波長１３１０ｎｍでのＭＦＤ：９．２１μｍ。
波長１５５０ｎｍでのＭＦＤ：１０．３０μｍ。
零分散波長：１３０７．２ｎｍ。
波長１５５０ｎｍでの波長分散：１７．３８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ。
波長１５５０ｎｍでの分散スロープ：０．０６０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ。
曲げ直径３０ｍｍ、波長１３１０ｎｍでの曲げ損失：０．１３ｄＢ／ｍ。
曲げ直径３０ｍｍ、波長１５５０ｎｍでの曲げ損失：３．７３ｄＢ／ｍ。
本実施形態の光ファイバは、実施例１及び比較例として示した一般的な光ファイバとほぼ同等なＭＦＤを有している。
図１３は、図１２Ａ〜Ｃの屈折率分布より得られる光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。実施例１、比較例の光ファイバのブリルアンゲインの最大値を１として規格化を行った。相対ブリルアンゲインの最大値は、０．４６となり、ＳＢＳしきいパワーは４．３ｄＢ低くなった。
本実施形態では、小さい方から、１０７６０ＭＨｚ、１０８４０ＭＨｚ、１０９５０ＭＨｚ、１１０６０ＭＨｚ、１１１８０ＭＨｚの周波数シフトにおいて、それぞれ０．４６，０．３２，０．２０，０．０７，０．０２の相対ゲインを有するピークが存在している。
［第５の実施形態］
第５の実施形態は、コアが、中心付近の第１の共添加層（第１層）、第１の共添加層の外周に位置する非共添加層（第２層）及び非共添加層の外周に位置する第２の共添加層（第３層）から構成された光ファイバに関する。本実施形態の光ファイバの屈折率分布とドーパント分布を図１４Ａ〜Ｃに示す。各層の径、光学的比屈折率差、Ｇｅ及びＦ濃度を以下に示す。
第１層半径（ｒ１）：１．１１μｍ。
第２層半径（ｒ２）：３．３３μｍ。
第３層半径（ｒ３）：４．４３μｍ。
第１層Ｇｅ濃度（ｎＧ１）：５．０質量％。 第１層Ｆ濃度（ｎＦ１）：０．４５質量％。
第２層Ｇｅ濃度（ｎＧ２）：３．５質量％。 第２層Ｆ濃度（ｎＦ２）：０．００質量％。
第３層Ｇｅ濃度（ｎＧ３）：５．０質量％。 第３層Ｆ濃度（ｎＦ３）：０．４５質量％。
比屈折率差（Δ）：０．３５％。
第１層、第２層及び第３層は、それぞれのＧｅ濃度とＦ濃度を比屈折率差Δが同じ０．３５％となるように調整されている。このため、得られる光学特性は、実施形態４と同じである。
図１５は、図１４Ａ〜Ｃの屈折率分布より得られる光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。実施例１、比較例の光ファイバのブリルアンゲインの最大値を１として規格化を行った。相対ブリルアンゲインの最大値は、０．６７となり、ＳＢＳしきいパワーは２．４ｄＢ低くなった。
本実施形態では、小さい方から、１０８００ＭＨｚ、１０８４０ＭＨｚ、１１０３０ＭＨｚ、１１２００ＭＨｚの周波数シフトにおいて、それぞれ０．４５，０．４４，０．６７，０．０２の相対ゲインを有するピークが存在している。
［第６の実施形態］
第６の実施形態は、コアが、中心付近の第１の共添加層（第１層）、第１の共添加層の外周に位置する非共添加層（第２層）及び非共添加層の外周に位置する第２の共添加層（第３層）から構成された光ファイバに関する。本実施形態の光ファイバの屈折率分布とドーパント分布を図１６Ａ〜Ｃに示す。各層の径、光学的比屈折率差、Ｇｅ及びＦ濃度を以下に示す。
第１層半径（ｒ１）：２．２２μｍ。
第２層半径（ｒ２）：３．３３μｍ。
第３層半径（ｒ３）：４．４３μｍ。
第１層Ｇｅ濃度（ｎＧ１）：５．０質量％。 第１層Ｆ濃度（ｎＦ１）：０．４５質量％。
第２層Ｇｅ濃度（ｎＧ２）：３．５質量％。 第２層Ｆ濃度（ｎＦ２）：０．００質量％。
第３層Ｇｅ濃度（ｎＧ３）：５．０質量％。 第３層Ｆ濃度（ｎＦ３）：０．４５質量％。
比屈折率差（Δ）：０．３５％。
第１層、第２層及び第３層は、それぞれのＧｅ濃度とＦ濃度を比屈折率差Δが同じ０．３５％となるように調整されている。このため、得られる光学特性は、実施形態４と同じである。
図１７は、図１６Ａ〜Ｃの屈折率分布より得られる光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。実施例１、比較例の光ファイバのブリルアンゲインの最大値を１として規格化を行った。相対ブリルアンゲインの最大値は、０．６６となり、ＳＢＳしきいパワーは２．９ｄＢ低くなった。
本実施形態では、小さい方から、１０７４０ＭＨｚ、１０８３０ＭＨｚ、１１０５０ＭＨｚの周波数シフトにおいて、それぞれ０．６２，０．６６，０．０７の相対ゲインを有するピークが存在している。
［第７の実施形態］
第７の実施形態は、コアが、中心付近の第１の共添加層（第１層）、第１の共添加層の外周に位置する非共添加層（第２層）及び非共添加層の外周に位置する第２の共添加層（第３層）から構成された光ファイバに関する。本実施形態の光ファイバの屈折率分布とドーパント分布を図１８にＡ〜Ｃ示す。各層の径、光学的比屈折率差、Ｇｅ及びＦ濃度を以下に示す。
第１層半径（ｒ１）：１．６６μｍ。
第２層半径（ｒ２）：３．３３μｍ。
第３層半径（ｒ３）：４．４３μｍ。
第１層Ｇｅ濃度（ｎＧ１）：５．０質量％。 第１層Ｆ濃度（ｎＦ１）：０．４５質量％。
第２層Ｇｅ濃度（ｎＧ２）：３．５質量％。 第２層Ｆ濃度（ｎＦ２）：０．００質量％。
第３層Ｇｅ濃度（ｎＧ３）：５．０質量％。 第３層Ｆ濃度（ｎＦ３）：０．４５質量％。
比屈折率差（Δ）：０．３５％。
第１層、第２層及び第３層は、それぞれのＧｅ濃度とＦ濃度を比屈折率差Δが同じ０．３５％となるように調整されている。このため、得られる光学特性は、実施形態４と同じである。
図１９は、図１８Ａ〜Ｃの屈折率分布より得られる光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。実施例１、比較例の光ファイバのブリルアンゲインの最大値を１として規格化を行った。相対ブリルアンゲインの最大値は、０．４４となり、ＳＢＳしきいパワーは３．９ｄＢ低くなった。
本実施形態では、小さい方から、１０６７０ＭＨｚ、１０７６０ＭＨｚ、１１９５０ＭＨｚ、１１０００ＭＨｚ、１１１４０ＭＨｚの周波数シフトにおいて、それぞれ０．２５，０．４４，０．２６，０．０３，０．０７の相対ゲインを有するピークが存在している。
［第８の実施形態］
第８の実施形態は、コアが、中心付近の第１の共添加層（第１層）、第１の共添加層の外周に位置する非共添加層（第２層）及び非共添加層の外周に位置する第２の共添加層（第３層）から構成された光ファイバに関する。本実施形態の光ファイバの屈折率分布とドーパント分布を図２０Ａ〜Ｃに示す。各層の径、光学的比屈折率差、Ｇｅ及びＦ濃度を以下に示す。
第１層半径（ｒ１）：１．６６μｍ。
第２層半径（ｒ２）：３．３３μｍ。
第３層半径（ｒ３）：４．４３μｍ。
第１層Ｇｅ濃度（ｎＧ１）：５．０質量％。 第１層Ｆ濃度（ｎＦ１）：０．４５質量％。
第２層Ｇｅ濃度（ｎＧ２）：３．５質量％。 第２層Ｆ濃度（ｎＦ２）：０．００質量％。
第３層Ｇｅ濃度（ｎＧ３）：５．５質量％。 第３層Ｆ濃度（ｎＦ３）：０．６０質量％。
比屈折率差（Δ）：０．３５％。
第１層、第２層及び第３層は、それぞれのＧｅ濃度とＦ濃度を比屈折率差Δが同じ０．３５％となるように調整されている。このため、得られる光学特性は、実施形態４と同じである。
図２１は、図２０Ａ〜Ｃの屈折率分布より得られる光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。実施例１、比較例の光ファイバのブリルアンゲインの最大値を１として規格化を行った。相対ブリルアンゲインの最大値は、０．６９となり、ＳＢＳしきいパワーは２．９ｄＢ低くなった。
本実施形態では、小さい方から、１０７６０ＭＨｚ、１０９５０ＭＨｚ、１１０４０ＭＨｚ、１１１６０ＭＨｚの周波数シフトにおいて、それぞれ０．６９，０．２４，０．０６，０．０４の相対ゲインを有するピークが存在している。
［第９の実施形態］
第９の実施形態は、コアが、中心付近の第１の共添加層（第１層）、第１の共添加層の外周に位置する非共添加層（第２層）及び非共添加層の外周に位置する第２の共添加層（第３層）から構成された光ファイバに関する。本実施形態の光ファイバの屈折率分布とドーパント分布を図２２Ａ〜Ｃに示す。各層の径、光学的比屈折率差、Ｇｅ及びＦ濃度を以下に示す。
第１層半径（ｒ１）：１．６６μｍ。
第２層半径（ｒ２）：３．３３μｍ。
第３層半径（ｒ３）：４．４３μｍ。
第１層Ｇｅ濃度（ｎＧ１）：５．０質量％。 第１層Ｆ濃度（ｎＦ１）：０．４５質量％。
第２層Ｇｅ濃度（ｎＧ２）：３．５質量％。 第２層Ｆ濃度（ｎＦ２）：０．００質量％。
第３層Ｇｅ濃度（ｎＧ３）：７．０質量％。 第３層Ｆ濃度（ｎＦ３）：１．０５質量％。
比屈折率差（Δ）：０．３５％。
第１層、第２層及び第３層は、それぞれのＧｅ濃度とＦ濃度を比屈折率差Δが同じ０．３５％となるように調整されている。このため、得られる光学特性は、実施形態４と同じである。
図２３は、図２２Ａ〜Ｃの屈折率分布より得られる光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。実施例１、比較例の光ファイバのブリルアンゲインの最大値を１として規格化を行った。相対ブリルアンゲインの最大値は、０．４４となり、ＳＢＳしきいパワーは４．０ｄＢ低くなった。
本実施形態では、小さい方から、１０７６０ＭＨｚ、１０９００ＭＨｚ、１０９６０ＭＨｚ、１１１２０ＭＨｚの周波数シフトにおいて、それぞれ０．４４，０．２４，０．１８，０．１３の相対ゲインを有するピークが存在している。
［第１０の実施形態］
第１０の実施形態は、コアが、中心付近の第１の共添加層（第１層）、第１の共添加層の外周に位置する非共添加層（第２層）及び非共添加層の外周に位置する第２の共添加層（第３層）から構成された光ファイバに関する。本実施形態の光ファイバの屈折率分布とドーパント分布を図２４Ａ〜Ｃに示す。各層の径、光学的比屈折率差、Ｇｅ及びＦ濃度を以下に示す。
第１層半径（ｒ１）：１．６６μｍ。
第２層半径（ｒ２）：３．３３μｍ。
第３層半径（ｒ３）：４．４３μｍ。
第１層Ｇｅ濃度（ｎＧ１）：７．０質量％。 第１層Ｆ濃度（ｎＦ１）：１．０５質量％。
第２層Ｇｅ濃度（ｎＧ２）：３．５質量％。 第２層Ｆ濃度（ｎＦ２）：０．００質量％。
第３層Ｇｅ濃度（ｎＧ３）：７．０質量％。 第３層Ｆ濃度（ｎＦ３）：１．０５質量％。
比屈折率差（Δ）：０．３５％。
第１層、第２層及び第３層は、それぞれのＧｅ濃度とＦ濃度を比屈折率差Δが同じ０．３５％となるように調整されている。このため、得られる光学特性は、実施形態４と同じである。
図２５は、図２４Ａ〜Ｃの屈折率分布より得られる光ファイバの相対ブリルアンゲインスペクトルを示している。実施例１、比較例の光ファイバのブリルアンゲインの最大値を１として規格化を行った。相対ブリルアンゲインの最大値は、０．３４となり、ＳＢＳしきいパワーは４．７ｄＢ低くなった。
本実施形態では、小さい方から、１０４２０ＭＨｚ、１０５２０ＭＨｚ、１０６６０ＭＨｚ、１０９００ＭＨｚ、１１０１０ＭＨｚの周波数シフトにおいて、それぞれ０．３４，０．２１，０．０９，０．０５，０．２１の相対ゲインを有するピークが存在している。
図２６に、本発明による光ファイバ１を使用した、ＰＯＮ構成による光伝送システム（波長多重伝送システム）１０を示す。光伝送システム１０は、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８３．３の規定に準じ波長１．３１μｍと波長１．４９μｍでデータ信号の伝送を行い、波長１．５５μｍで映像信号の伝送を行う。図２６は、データ伝送の例として、インターネットやストリーミングによるデジタル映像配信の例を示している。しかし、適切な装置を追加することにより、音声信号の伝送を行うことも可能である。また、１．５５μｍ波長帯の映像伝送には通常の放送波をそのままアナログ信号の形で伝搬させる方式が広く用いられている。このような方式では、加入者側の放送系受信部において、元の放送波の信号に復調することが可能であり、従来のテレビジョン受像機をそのまま用いることが可能である。
図２６のシステムでは、１本の光ファイバ１でデータ信号とアナログ信号（映像信号）を伝送する。しかし、本発明の伝送システムにおいて、データ信号用の光ファイバとアナログ信号の光ファイバをそれぞれ使用してもよい。このようなシステムでは、本発明の光ファイバを用いることによって、伝送距離の延長等の効果を得ることができる。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

Claims (13)

  1. 中心のコアと、該コアの外周にあるクラッドとを有し、
    前記コアは、ゲルマニウムとフッ素が添加された石英ガラスからなる少なくとも一層の共添加層と、ゲルマニウムが添加された石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素が添加され前記フッ素の添加量が前記共添加層よりも少量である石英ガラスからなる少なくとも一層の低濃度共添加層とを有し、前記共添加層と前記低濃度共添加層との屈折率の差が比屈折率差でおよそ０．０７％以下であり、
    前記コアが、中心付近に位置する内側コアと該内側コアの外周に設けられた外側コアにより構成され、前記内側コアがゲルマニウムとフッ素が添加された石英ガラスからなる共添加層により構成され、前記外側コアがゲルマニウムを添加した石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素が添加され前記フッ素の添加量が前記内側コアよりも少量である石英ガラスからなる低濃度共添加層により構成され、
    前記内側コアの前記ゲルマニウムの濃度が酸化ゲルマニウム換算で４〜１５質量％の範囲内であり、前記フッ素の濃度が０．２〜５質量％の範囲内である光ファイバ。
  2. 中心のコアと、該コアの外周にあるクラッドとを有し、
    前記コアは、ゲルマニウムとフッ素が添加された石英ガラスからなる少なくとも一層の共添加層と、ゲルマニウムが添加された石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素が添加され前記フッ素の添加量が前記共添加層よりも少量である石英ガラスからなる少なくとも一層の低濃度共添加層とを有し、前記共添加層と前記低濃度共添加層との屈折率の差が比屈折率差でおよそ０．０７％以下であり、
    前記コアが、中心付近に位置する第１コアと該第１コアの外周に設けられた第２コアと該第２コアの外周に設けられた第３コアとにより構成され、前記第１コアと前記第３コアが、ゲルマニウムとフッ素が添加された石英ガラスからなる共添加層により構成され、前記第２コアが、ゲルマニウムを添加した石英ガラス又はゲルマニウムとフッ素が添加され前記フッ素の添加量が前記第１コアよりも少量である石英ガラスからなる低濃度共添加層により構成され、
    前記第１コアの前記ゲルマニウムの濃度が酸化ゲルマニウム換算で４〜１５質量％の範囲内であり、前記フッ素の濃度が０．２〜５質量％の範囲内である光ファイバ。
  3. 前記クラッドが添加物を添加しない石英ガラスからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
  4. 前記クラッドの一部にフッ素が添加されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
  5. 前記クラッドは、前記コア外周に設けられた内側クラッドと該内側クラッドの外周に設けられた外側クラッドとからなり、前記内側クラッドの屈折率をｎｃ１，前記外側クラッドの屈折率をｎｃ２としたとき、ｎｃ１＜ｎｃ２なる関係を有する請求項４に記載の光ファイバ。
  6. 前記クラッドは、前記コア外周に設けられた内側クラッドと該内側クラッドの外周に設けられたトレンチ層と、該トレンチ層の外側に設けられた外側クラッドとからなり、前記内側クラッドの屈折率をｎｃ１，前記トレンチ層の屈折率をｎｃ２，前記外側クラッドの屈折率をｎｃ３としたとき、ｎｃ２＜ｎｃ１、且つｎｃ２＜ｎｃ３なる関係を有する請求項４に記載の光ファイバ。
  7. 内側コア径と外側コア径の比が０．１０〜０．８５の範囲内である請求項１に記載の光ファイバ。
  8. 前記内側コア径と前記外側コア径の比が０．２５〜０．７０の範囲内である請求項８に記載の光ファイバ。
  9. 前記内側コアと前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差の平均値が０．３０％〜０．６０％の範囲内であり、外側コア径が直径で６．０〜１０．５μｍの範囲内である請求項１に記載の光ファイバ。
  10. 前記第１コアのフッ素濃度をｎｆ１質量％、前記第２コアのフッ素濃度をｎｆ２質量％、前記第３コアのフッ素濃度をｎｆ３質量％としたとき、ｎｆ１＞ｎｆ２、且つｎｆ３＞ｎｆ２の関係である請求項２に記載の光ファイバ。
  11. ｎｆ１とｎｆ３がほぼ等しい請求項１０に記載の光ファイバ。
  12. ｎｆ１＜ｎｆ３の関係である請求項１０に記載の光ファイバ。
  13. ｎｆ１＞ｎｆ３の関係である請求項１０に記載の光ファイバ。
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