JP5165648B2 - 空孔付き単一モード光ファイバの設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、長距離・大容量光通信用の光伝送路の構築に供される空孔付き単一モード光ファイバの設定方法に関する。

従来、希土類添加ファイバ等を用いた光ファイバ増幅器は、長距離・大容量光通信システムにおける光信号の増幅手段として汎用的に利用されている。また、波長分割多重伝送システムや、ラマン分布増幅伝送システムの普及に伴い、光ファイバ中を伝搬する光強度は飛躍的に増加している。

一方、光ファイバ中で発生する光非線形現象は、長距離・大容量光通信システムにおける伝送特性の劣化要因の一つとなる。光非線形現象は、光ファイバの非線形屈折率ｎ₂を実効断面積Ａｅｆｆで除算した非線形定数ｎ₂／Ａｅｆｆと、光ファイバ中を伝搬する光強度の積に比例して顕著になる。また、実効断面積Ａｅｆｆは光ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ）２Ｗと関連し、特に光ファイバ中の光強度分布がガウス分布により近似可能である場合、両者の関係はＡｅｆｆ≒πＷ²として取り扱うことができる。

従って、光ファイバ中の光非線形現象の低減は、光ファイバの実効断面積Ａｅｆｆ、言い換えると、モードフィールド径を拡大することにより可能となる。このため、光ファイバコアの屈折率分布の最適化によりモードフィールド径を拡大した、様々な長距離・大容量伝送用の光ファイバが検討されている（例えば、特許文献１）。

また近年、従来の光ファイバと同様に、材料添加により形成されるコア構造を有し、かつ当該コアの周辺に複数個の空孔領域を配置することにより好適な伝送特性を実現する空孔付き光ファイバについても様々な検討がなされている。

例えば、非特許文献１では、従来の光ファイバと同等のコアの周囲に６個の空孔領域を等間隔に配置した空孔付き光ファイバにおいて、当該空孔領域の直径をコア半径の０．４倍以上とすることにより、曲げ損失特性を空孔付与前の特性から一桁以上改善する技術が開示されている。また、前記空孔領域に内接する円の半径を前記コア半径の約１．８倍以上とすることにより、波長１５５０ｎｍでのモードフィールド径の空孔の付与に伴う変化量を０〜−１０％の範囲とする技術も開示されている。

更に、非特許文献２では、従来の光ファイバと同様のクラッド部及びコア部と、前記コア部に対し同心円上に配置された６個以上の空孔部とを有する空孔付き光ファイバにおいて、前記クラッド部における前記空孔部の面積割合を制御することにより、当該空孔付き光ファイバの遮断波長、並びに曲げ損失を所望の特性とする技術も開示されている。

特開平１１−２１８６３２号公報

K. Nakajima, et al.、"Hole-assisted fiber design for small bending and splice losses"、Photon. Technol. Lett.、vol.15、no.12、pp.1737-1739、2003年（特に、図２及び図３） 中島 ほか、"低曲げ損失空孔アシスト光ファイバに関する考察"、信学技法、OFT2008-47、pp.5-8、2008年（特に、図２及び図３） 川上ほか、"光ファイバとファイバ形デバイス"、培風館、1996年（特に、4.4.2項、pp.82-83） D. Marcuse、"Loss analysis of single-mode fiber splice"、Bell Sys. Tech. J.、vol.56、p.703、1977年（特に、式８）

しかし、一般的に、光ファイバにおける遮断波長の短波長化と、モードフィールド径の拡大とは、互いにトレードオフの関係にある。このため、屈折率分布の最適化によりモードフィールド径の拡大を図る場合、現在汎用的に利用されている１．３μｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）と同等以上となるモードフィールド径特性及び遮断波長特性を両立すること、より具体的には、波長１３１０ｎｍで９μｍ以上のモードフィールド径特性を実現した場合、１２６０ｎｍ以下の遮断波長特性を保持することが困難であるという課題があった。

また、非特許文献１、あるいは非特許文献２に開示された空孔付き光ファイバによりモードフィールド径の拡大を図る場合、従来の単一モード光ファイバと同等の遮断波長特性を保持し、かつ従来の単一モード光ファイバと同等以上のモードフィールド径特性を実現する空孔付き光ファイバの制御技術については十分明らかにされていなかった。

より具体的には、非特許文献１に開示されたモードフィールド径の制御技術は、特定のコア構造に対して導出された制御技術であり、任意のコア構造に対して適用可能な制御技術は明らかにされていなかった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、その目的は、従来の単一モード光ファイバと同等以上の遮断波長特性と、モードフィールド径特性、より具体的には、１２６０ｎｍ以下の遮断波長特性と、波長１３１０ｎｍで９μｍ以上となるモードフィールド径特性とを兼ね備えた長距離・大容量光通信用の光伝送路の構築に供して好適な空孔付き単一モード光ファイバの設定方法を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の発明に係る空孔付き単一モード光ファイバの設定方法は、コア半径がａのコア部と、前記コア部の屈折率ｎ ₁ よりも低く且つ均一な屈折率ｎ ₂ を有するクラッド部と、前記クラッド部の領域内であって前記コア部の中心からの半径がＲ_INの円とＲ_OUTの円とに囲まれた領域内に前記二つの円に外接するように配設された複数の空孔部とを有する空孔付き単一モード光ファイバの設定方法であって、空孔を付与されていない状態の単一モード光ファイバのモードフィールド径に対する前記空孔付き単一モード光ファイバのモードフィールド径の相対変化をモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDと規定すると共に、前記空孔付き単一モード光ファイバの前記コア半径a、前記屈折率ｎ ₁ 及び前記屈折率ｎ ₂ を用いて正規化周波数Ｖ値を導出し、前記導出された正規化周波数Ｖ値におけるモードフィールド径相対変化Ｒ _MFD と規格化内接円半径Ｒ_IN／ａとの関係に基づいて、０以下−０．１以上のモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDを得る規格化内接円半径Ｒ_IN／ａの最小値を設定することを特徴とする。ここで、規格化内接円半径Ｒ_IN／ａは内接円の半径Ｒ_INをコア半径ａで規格化した値であり、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFDは空孔を付与されていない状態の単一モード光ファイバのモードフィールド径に対する空孔を有する単一モード光ファイバのモードフィールド径の相対変化である。

また、第２の発明に係る空孔付き単一モード光ファイバの設定方法は、前記規格化内接円半径Ｒ_IN／ａの最小値と波長１３１０ｎｍにおける前記正規化周波数Ｖ値とが下式（１）の関係を満たすことを特徴とする。

また、第３の発明に係る空孔付き単一モード光ファイバの設定方法は、前記コア半径ａが５．４μｍ以下であって、且つ、空孔占有率Ｓと前記コア半径ａとが下式（２）の関係を満たすとともに、前記屈折率ｎ ₁ 及び前記屈折率ｎ ₂ を用いて定義される比屈折率差Δと前記コア半径ａとが下式（３）の関係を満たすことを特徴とする。ここで、空孔占有率Ｓは、前記半径Ｒ_INの円とＲ_OUTの円とで囲まれる環状の領域において、前記空孔部が占める面積割合を示すものである。

但し、式（２）、（３）において、ａは、コア半径をμｍ単位で表したときの数値であり、Δは、比屈折率差を％表記したときの数値である。

また、第４の発明に係る空孔付き単一モード光ファイバの設定方法は、前記コア半径ａが４．９μｍ以下であって、且つ、前記空孔占有率Ｓと前記コア半径ａとが下式（４）の関係を満たすとともに、前記屈折率ｎ ₁ 及び前記屈折率ｎ ₂ を用いて定義される比屈折率差Δとコア半径ａとが下式（５）の関係を満たすことを特徴とする。

但し、式（４）、（５）において、ａは、コア半径をμｍ単位で表したときの数値であり、Δは、比屈折率差を％表記したときの数値である。

本発明に係る空孔付き単一モード光ファイバの設定方法によれば、コア部と、前記コア部の屈折率よりも低く且つ均一な屈折率を有するクラッド部と、前記クラッド部の領域内であって前記コア部の中心からの半径がＲ_INの円とＲ_OUTの円とに囲まれた領域内に前記二つの円に外接するように配設された複数の空孔部とを有する空孔付き単一モード光ファイバにおいて、前記距離Ｒ_INを前記コア半径ａで規格化してなる規格化内接円半径Ｒ_IN／ａの最小値を、前記コア半径a及び前記比屈折率差Δより導出される正規化周波数Ｖ値におけるモードフィールド径相対変化Ｒ _MFD との関係を用いて制御する構成としたことにより、所望の遮断波長を有する空孔付き単一モード光ファイバに対し、モードフィールド径相対変化を所望の範囲内に設定することが可能となった。

即ち、本発明では、空孔部の付与に伴う空孔付き単一モード光ファイバのモードフィールド径の縮小と関係がある規格化内接円半径Ｒ _IN ／ａの最小値を正規化周波数Ｖ値の関数として記述することができることを見出したことにより、遮断波長の短波長化と、従来の単一モード光ファイバと同等以上のモードフィールド径特性を有する空孔付き単一モード光ファイバの実現とを同時に制御することが可能となった。

また、本発明の空孔付き単一モード光ファイバの設定方法によれば、上述のように規格化内接円半径Ｒ_IN／ａの最小値を、正規化周波数Ｖ値におけるモードフィールド径相対変化Ｒ _MFD との関係を用いて制御することとしたため、コア部に任意の屈折率分布を適用した場合に対しても同様に、遮断波長を維持しつつモードフィールド径の変化割合を所望の範囲内に設定できるといった効果も奏する。

本発明の実施例１に係る空孔付き単一モード光ファイバの構造の一例を示す断図面である。 本発明の実施例１に係る空孔付き単一モード光ファイバにおけるモードフィールド径の相対変化と規格化内接円半径の関係を表すグラフである。 本発明の実施例１に係る空孔付き単一モード光ファイバにおけるモードフィールド径の相対変化と規格化空孔直径の関係を表すグラフである。 本発明の実施例１に係る空孔付き単一モード光ファイバにおける最小規格化内接円半径と正規化周波数の関係を表すグラフである。 本発明の実施例２に係る空孔付き単一モード光ファイバにおける遮断波長と空孔占有率の関係を表すグラフである。 本発明の実施例２に係る空孔付き単一モード光ファイバにおける比屈折率差と空孔占有率の関係を遮断波長の関数として表すグラフである。 本発明の実施例２に係る空孔付き単一モード光ファイバにおける空孔占有率とコア半径の関係を遮断波長の関数として表すグラフである。 本発明の実施例２に係る空孔付き単一モード光ファイバにおける比屈折率差とコア半径の関係を空孔付与前のモードフィールド径の関数として表すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る空孔付き単一モード光ファイバの設定方法の詳細を説明する。

図１乃至図４を用いて本発明に係る空孔付き単一モード光ファイバの第一の実施例を説明する。

図１に本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバの概略構造を示す。図１に示すように、本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバ１は、屈折率ｎ₁のコア部１１と、コア部１１の屈折率ｎ₁よりも小さく均一な屈折率ｎ₂を有するクラッド部１２と、クラッド部１２の領域内に形成された複数（図１では６つ）の空孔部１３とから構成されている。

より詳しくは、半径ａのコア部１１の周囲に設けられたクラッド部１２に、コア部１１の中心から半径Ｒ_INの円（以下、空孔内接円という）Ｃ_IN及び半径Ｒ_OUTの円（以下、空孔外接円という）Ｃ_OUTに外接するように、直径ｄの空孔部１３が周方向に概ね等間隔に設けられている。

なお、図１では空孔部１３を６つ設けた例を示しているが、空孔部１３の個数は６つに限らず、任意に設定することができる。ただし、空孔部１３は、空孔付き単一モード光ファイバ１の複屈折特性を低減するためにコア部１１の中心に対して点対称に偶数個配置することが好ましい。

ここで、空孔内接円Ｃ_INと空孔外接円Ｃ_OUTとによって囲まれた環状の領域の面積に対して、全ての空孔部１３の面積の和が占める割合を空孔占有率Ｓとして次式（１）に定義する。

以下、本実施例では、コア部１１が半径ａ[μｍ]、比屈折率差Δのステップ型屈折率分布を有し、Ｎ個の空孔部１３が光ファイバ断面内の周方向に等間隔に配置された構造を有する遮断波長λ_Cが１２６０ｎｍ以下の空孔付き単一モード光ファイバについて、従来の単一モード光ファイバと同等（９μｍ）以上となる波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径２Ｗ_W-Hを実現する例を説明する。なお、比屈折率差Δはコア部１１の屈折率ｎ₁及びクラッド部の屈折率ｎ₂を用いて次式（７）により定義される。

また、図１に示す空孔付き単一モード光ファイバ１に対し、空孔１３が付与されない状態における単一モード光ファイバのモードフィールド径（以下、空孔付与無モードフィールド径という）を２Ｗ_W/O-H、図１に示す空孔部１３を有する単一モード光ファイバ１のモードフィールド径（以下、空孔付与有モードフィールド径）を２Ｗ_W-Hとし、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hに対する空孔付与有モードフィールド径２Ｗ_W-Hの相対変化（以下、モードフィールド径相対変化という）Ｒ_MFDを次式（８）により定義する。

図２に本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバのモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDと規格化内接円半径Ｒ_IN／ａとの関係を示す。図２は、波長λが１３１０ｎｍ、空孔数Ｎが１０、規格化空孔直径ｄ／２ａが０．２５の場合の特性である。なお、図中の実線、点線、及び一点鎖線は、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hがそれぞれ１１μｍ、９μｍ、及び７μｍの場合に対応しており、それぞれ次式（９）で定義される正規化周波数Ｖ値が２及び３の場合についての値を示している。

図２に示すように、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFDはその絶対値が規格化内接円半径Ｒ_IN／ａの減少に伴って増加している。そして、正規化周波数Ｖ値が一定である場合、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hが大きいほど、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFDの絶対値も大きくなっていることが分かる。

ただし、規格化内接円半径Ｒ_IN／ａが一定である場合、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFDの空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hに対する依存性はその正規化周波数Ｖ値に対する依存性に比較して小さく、例えば規格化内接円半径Ｒ_IN／ａが１．５の場合、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hが７μｍの場合と１１μｍの場合のモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDの偏差は２％程度であるのに対し、正規化周波数Ｖ値が２の場合と３場合のモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDの偏差はより大きく、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFDが正規化周波数Ｖ値に対してより明確な依存性を有していることが分かる。

図３に本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバのモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDと規格化空孔直径ｄ／２ａとの関係を示す。図３は波長λが１３１０ｎｍ、規格化内接円半径Ｒ_IN／ａが２．２５、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hが１１μｍ、正規化周波数Ｖ値が２の場合の特性である。なお、図中の実線、点線、及び一点差線は、空孔数Ｎがそれぞれ１０，６，４の場合に対応している。

図３に示すように、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFDの絶対値は規格化空孔直径ｄ／２ａの増加に伴って僅かに増加するものの、図２に示した規格化内接円半径Ｒ_IN／ａ、又は正規化周波数Ｖ値に対する依存性に比較して十分小さいことがわかる。さらに、図３から、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFDの空孔数Ｎに対する依存性についても図２に示した規格化内接円半径Ｒ_IN／ａ、又は正規化周波数Ｖ値に対する依存性に比較して十分小さいことが分かる。

以上の結果から、本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバおいては、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFD、正規化周波数Ｖ値、及び規格化内接円半径Ｒ_IN／ａを制御することにより、所望の空孔付与有モードフィールド径２Ｗ_W-Hを得ることが可能となることがわかる。

より具体的には、まず、所望のモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDを設定する一方、空孔付き単一モード光ファイバのコア構造から正規化周波数Ｖ値を導出する。そして、図２に示したモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDと規格化内接円半径Ｒ_IN／ａとの関係に基づいて、規格化内接円半径Ｒ_IN／ａの最小値である最小規格化内接円半径（Ｒ_IN／ａ）_MINを決定する。これにより、本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバのモードフィールド径特性を制御することが可能となる。

図４は本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバの最小規格化内接円半径（Ｒ_IN／ａ）_MINと正規化周波数Ｖ値との関係を示すグラフである。図４に示す値は、波長λが１３１０ｎｍ、規格化空孔直径ｄ／２ａが１、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hが１１μｍ、モードフィールド径相対変化Ｒ_MFDが−０．１の場合の特性である。なお、図４では、空孔数Ｎが４，６，８，１０個の場合の最小規格化内接円半径（Ｒ_IN／ａ）_MINの平均値を示している。

図４に示す例においては、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-H＝１１μｍを満たすコア構造の正規化周波数Ｖ値を２とした場合、規格化内接円半径Ｒ_IN／ａを約２．２以上となるように制御することにより空孔付与有モードフィールド径２Ｗ_W-Hを空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-H（１１μｍ）に対して−１０％となる９．９μｍ以上とすることができることが分かる。

このように、本実施例によれば、波長λが１３１０ｎｍの場合における空孔付与有モードフィールド径２Ｗ_W-Hが、従来の単一モード光ファイバのモードフィールド径２Ｗ_W/O-Hと同等以上、すなわち９μｍ以上となる空孔付き単一モード光ファイバを実現することができる。

なお、図４に示す最小規格化内接円半径（Ｒ_IN／ａ）_MINと正規化周波数Ｖ値との関係は、実用的な範囲を考慮して、経験式（１０）に示す多項式により近似することができる。

ここで、上述した例においては、コア部１１がステップ型の屈折率分布を有する場合について説明した。これに対し、コア部１１が半径方向に任意の屈折率分布ｎ(ｒ)を有する場合、このコア構造を有する単一モード光ファイバの特性は等価的なステップ型屈折率分布を仮定することにより推定することができる。非特許文献３には、任意の屈折率分布ｎ(ｒ)を有する単一モード光ファイバの実効的な正規化周波数Ｖ値を代替正規化周波数Ｔ値として関係式（１１）により記述することができる旨が記載されている。

（１１）式を用いることにより、コア部１１が任意の屈折率分布を有する場合であっても、このコア部１１の半径方向の屈折率分布ｎ(ｒ)を取得し、経験式（５）の正規化周波数Ｖ値に代えて代替正規化周波数Ｔ値を適用することにより、波長λが１３１０ｎｍの場合における空孔付与有モードフィールド径２Ｗ_W-Hが従来の単一モード光ファイバの空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hと同等以上、すなわち９μｍ以上となる空孔付き単一モード光ファイバを実現することができる。

このように、上述した本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバによれば、規格化内接円半径Ｒ_IN／ａをコア半径ａ及び比屈折率差Δから導出される正規化周波数Ｖ値に対する依存性を用いて制御することを可能としたため、空孔部１３の付与に伴うモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDを所望の範囲内に設定することが可能となった。これは、コア部に任意の屈折率分布を適用した場合についても同様である。

即ち、一般に光ファイバの遮断波長とモードフィールド径とはトレードオフの関係を有しており、コア半径ａ、比屈折率差Δ、空孔内接円の半径Ｒ_IN、及び空孔占有率Ｓという４種類のパラメータのうち、特定のパラメータの依存性だけを抽出しても、所望の遮断波長とモードフィールド径特性とを両立する光ファイバを実現することは困難であった。これに対し、本実施例では、規格化内接円半径Ｒ_IN／ａと正規化周波数Ｖ値、空孔占有率Ｓとコア半径ａ、コア半径ａと比屈折率差Δとの相関領域を見出したことにより、１２６０ｎｍ以下の遮断波長特性と、波長１３１０ｎｍで９μｍ以上のモードフィールド径特性とを同時に備え、長距離・大容量光通信用の光伝送路の構築に供して好適な空孔付き単一モード光ファイバを提供することが可能となった。

図５乃至図８を用いて本発明に係る空孔付き単一モード光ファイバの第二の実施例について説明する。

本実施例では、実施例１において図１に示し上述したコア部１１が、半径ａ[μm］、比屈折率差Δのステップ型屈折率分布であり、Ｎ個の空孔部１３が光ファイバ断面内の周方向に等間隔に配置された空孔付き単一モード光ファイバ１において、遮断波長特性が１２６０ｎｍ以下であって、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径２Ｗ_W-Hが従来の単一モード光ファイバと同等以上、すなわち９μｍ以上である空孔付き単一モード光ファイバを実現する例について説明する。以下、上述した説明と重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

非特許文献２によれば、本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバの遮断波長λ_Cは、空孔占有率Ｓに対する依存性と、比屈折率差Δの空孔占有率Ｓに対する依存性とを得ることにより制御可能となる。

図５に本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバの遮断波長λ_Cと空孔占有率Ｓとの関係を示す。図５は空孔付き単一モード光ファイバのコア半径ａが４．３〜４．５μｍ、比屈折率差Δが０．３３〜０．３５％の範囲にある６種類の空孔付き単一モード光ファイバによる測定結果を示している。なお、空孔数Ｎは６又は１０個であった。また、図中の実線は測定結果に対する近似曲線を、破線は空孔を有しない単一モード光ファイバの同条件における遮断波長を示す。

図５に示すように、遮断波長λ_Cは空孔占有率Ｓの減少に伴って短波長側にシフトしている。この遮断波長λ_Cは、空孔が付与されていない単一モード光ファイバの遮断波長特性に収束する傾向を有すると考えられる。

ここで、図５に示す遮断波長λ_Cの空孔占有率Ｓに対する依存性は、下記経験式（１２）により記述することができ、図５に示す例において、係数Ｃ₁は１１２１．１、係数Ｃ₂は０．５６であった。なお、経験式（１２）中のδΔは比屈折率差Δの参照点Δｒに対する変化量として下式（１３）により定義される。また、経験式（１２）中の係数Ｃ₃は空孔が付与されていない単一モード光ファイバの特定のコア半径ａにおける遮断波長の比屈折率差Δに対する依存性として導出することができる。

図６に本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバの比屈折率差Δと空孔占有率Ｓとの関係を示す。図６はコア半径ａが４．５μｍの場合の特性である。なお、図中の実線、破線、及び一点差線は、遮断波長λ_Cがそれぞれ１２６０ｎｍ、１２００ｎｍ、及び１１００ｎｍの場合の結果を示している。また、図中の二本の点線は、それぞれ空孔を有しない単一モード光ファイバの同条件におけるモードフィールド径２Ｗ_W/O-Hが１０μｍ、１１μｍの場合の比屈折率差Δの条件を示している。この比屈折率差Δは非特許文献４に開示されているコア半径ａと、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hと、コア部１１の正規化周波数Ｖ値の経験式（１４）とを用いることにより、一意に導出することができる。

図６から単一モード光ファイバのコア半径ａが４．５μｍである場合、比屈折率差Δを約０．２２％とすることにより、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hを１１μｍとすることができることがわかる。そして、この比屈折率差Δ＝０．２２％の条件下において、空孔占有率Ｓを０．５５以下とすることにより、遮断波長λ_Cを１２６０ｎｍ以下に制御できることが分かる。

このようにして、比屈折率差Δと空孔占有率Ｓとの関係を任意のコア半径ａに対して検討することにより、空孔を有しない状態における任意のモードフィールド径特性と所望の遮断波長λ_Cとを満足する空孔占有率Ｓの最大値と任意のコア半径ａとの関係を導出することができる。

図７に本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバにおける空孔占有率Ｓとコア半径ａとの関係を示す。図７は波長λが１３１０ｎｍ、空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hが１１μｍの場合の特性である。なお、図中の実線、破線、及び一点差線は、それぞれ遮断波長λ_Cが１２６０ｎｍ、１２００ｎｍ、及び１１００ｎｍの場合の結果である。

図７に示すように、本実施例においてはコア半径ａ及び空孔占有率Ｓを実線の左側の領域を満足する値に設定する、即ち、コア半径ａ及び空孔占有率Ｓが下記等不等式（１５）を満たす場合において、空孔付与有モードフィールド径２Ｗ_W-Hの遮断波長λ_Cを、従来の単一モード光ファイバの遮断波長と同等の１２６０ｎｍ以下に制御することができる。

さらに、コア半径ａ及び空孔占有率Ｓを一点差線の左側の領域を満足する値に設定する、即ち、コア半径ａ及び空孔占有率Ｓが下記等不等式（１６）を満たす場合において、空孔付与有モードフィールド径２Ｗ_W-Hの遮断波長λ_Cを１１００ｎｍ以下に制御することができる。

遮断波長λ_Cを１１００ｎｍ以下に制御することができれば、長距離・大容量光通信に供される単一モード波長領域を拡大することができるため、より一層好ましい。

図８に本実施例に係る空孔付き単一モード光ファイバの比屈折率差Δとコア半径ａとの関係を示す。図８は波長λを１３１０ｎｍとした場合の特性である。図中の実線及び破線は、それぞれ空孔付与無モードフィールド径を１０μｍ、１１μｍとした場合の結果である。

図８から、コア半径ａが５．４μｍ以下である場合、コア半径ａと比屈折率差Δとが下記等不等式（１７）、（１８）を満たすことにより、それぞれ空孔付与無モードフィールド径２Ｗ_W/O-Hを１０μｍ以上、及び１１μｍ以上とすることができることが分かる。

このように、本実施例によれば、コア半径ａと比屈折率差Δとの関係から、前述の経験式（４）の関係を満たすように規格化内接円半径Ｒ_IN／ａを制御することによって、長距離・大容量光通信に供して好適な９μｍ（＝１０μｍ−１０％）以上、もしくは９．９μｍ（＝１１μｍ−１０％）以上の空孔付与有モードフィールド径２Ｗ_W-Hを実現することが可能となる。

以上の結果から、例えばコア半径ａを５．４μｍ以下、且つ、コア半径ａ、空孔占有率Ｓ、比屈折率差Δを上記等不等式（１５）、（１７）を満たす値に設定することにより、長距離・大容量光通信に供して好適となる１２６０ｎｍ以下の遮断波長特性と９．９μｍ以上のモードフィールド径特性とを同時に実現することができる。

なお、非特許文献２によれば、空孔占有率Ｓを０．３以上とすることにより、曲げ損失特性を空孔付与前の特性に比較して二桁以上改善することができる旨が開示されている。従って、本実施例においても、空孔占有率Ｓを０．３以上とすることにより、非特許文献２に開示された曲げ損失特性に対する好ましい作用効果を期待することができる。

また、本発明は上述した実施例１，２に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上述した実施例１，２においては、空孔部１３の形状を断面視円形とする例を示したが、本発明に係る空孔付き単一モード光ファイバにおけるモードフィールド特性はコア部の正規化周波数Ｖ値と空孔内接円の半径Ｒ_INとに依存する特性であり、遮断波長特性は空孔占有率Ｓに依存する特性であるため、本発明において空孔部１３の断面形状は任意に設定することができる。

本発明は空孔付き単一モード光ファイバに適用可能であり、特に、長距離・大容量光通信用の光伝送路の構築に供される空孔付き単一モード光ファイバに適用して好適なものである。

１ 空孔付き単一モード光ファイバ
１１ コア部
１２ クラッド部
１３ 空孔部
Ｃ_IN 空孔内接円
Ｃ_OUT 空孔外接円

Claims (4)

1. コア半径がａのコア部と、前記コア部の屈折率ｎ ₁ よりも低く且つ均一な屈折率ｎ ₂ を有するクラッド部と、前記クラッド部の領域内であって前記コア部の中心からの半径がＲ_INの円とＲ_OUTの円とに囲まれた領域内に前記二つの円に外接するように配設された複数の空孔部とを有する空孔付き単一モード光ファイバの設定方法であって、
   空孔を付与されていない状態の単一モード光ファイバのモードフィールド径に対する前記空孔付き単一モード光ファイバのモードフィールド径の相対変化をモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDと規定すると共に、
   前記空孔付き単一モード光ファイバの前記コア半径a、前記屈折率ｎ ₁ 及び前記屈折率ｎ ₂ を用いて正規化周波数Ｖ値を導出し、
   前記導出された正規化周波数Ｖ値におけるモードフィールド径相対変化Ｒ _MFD と規格化内接円半径Ｒ_IN／ａとの関係に基づいて、０以下−０．１以上のモードフィールド径相対変化Ｒ_MFDを得る規格化内接円半径Ｒ_IN／ａの最小値を設定する
   ことを特徴とする空孔付き単一モード光ファイバの設定方法。
2. 前記規格化内接円半径Ｒ_IN／ａの最小値と前記正規化周波数Ｖ値とが下式（１）の関係を満たす
   ことを特徴とする請求項１記載の空孔付き単一モード光ファイバの設定方法。
   

   
3. 前記コア半径ａが５．４μｍ以下、且つ、前記半径がＲ_INの円とＲ_OUTの円とで形成される環状の領域において前記空孔部が示す面積割合である空孔占有率Ｓと前記コア半径ａとが下式（２）の関係を満たすとともに、前記屈折率ｎ ₁ 及び前記屈折率ｎ ₂ を用いて定義される比屈折率差Δと前記コア半径ａとが下式（３）の関係を満たす
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空孔付き単一モード光ファイバの設定方法。
   

   

   但し、式（２）、（３）において、ａは、コア半径をμｍ単位で表したときの数値であり、Δは、比屈折率差を％表記したときの数値である。
4. 前記コア半径ａが４．９μｍ以下、且つ、前記半径がＲ_INの円とＲ_OUTの円とで形成される環状の領域において前記空孔部が示す面積割合である空孔占有率Ｓと前記コア半径ａとが下式（４）の関係を満たすとともに、前記屈折率ｎ ₁ 及び前記屈折率ｎ ₂ を用いて定義される比屈折率差Δとコア半径ａとが下式（５）の関係を満たす
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空孔付き単一モード光ファイバの設定方法。
   

   

   但し、式（４）、（５）において、ａは、コア半径をμｍ単位で表したときの数値であり、Δは、比屈折率差を％表記したときの数値である。

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