JP5461384B2

JP5461384B2 - 低曲げ損失マルチモードファイバ

Info

Publication number: JP5461384B2
Application number: JP2010294151A
Authority: JP
Inventors: 寧官; 勝宏竹永; 邦治姫野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: JP2011090331A

Description

本発明は、従来のグレーテッドインデックス型（以下、ＧＩ型と記す。）マルチモードファイバを改良し、極小な曲げ径に対しても損失が低いマルチモードファイバに関するものである。従来のＧＩ型マルチモードファイバ（以下、ＧＩファイバと記す。）は、クラッドに対するコアの屈折率差が高いので、元々曲げに強いが、ＦＴＴＨ（Fiber to the home）に用いられる屋内配線に用いる場合、極小な曲げ径に対しても、低い曲げ損失特性が要求される。

従来のＧＩファイバは通常、次式（１）に示すα乗屈折率分布をもつコアを有する。

（式中、ａはコア半径、ｎ_１はコア中心屈折率、Δは非屈折率差を表し、αは所望の波長帯で帯域が最大になるように設定されるパラメータである。）
従来のＧＩファイバは、そのままでは極小な曲げ径に対する曲げ損失が大きくなり、宅内配線の要求を満たすことができない。
一方、帯域が最大になるように、ファイバの屈折率分布を合成する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
この従来技術で得られる屈折率分布は、α乗屈折率分布に近い分布の外側に屈折率がクラッドよりも小さくなる領域（デプレスド領域）が存在するのが特徴であり、この構造では曲げ損失特性の良いファイバが得られることが予想される。

K. Okamoto and T. Okoshi,"Computer-aided synthesis of the optimum refractive index profile for a multimode fiber,"IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-25, pp.213-221, 1976

しかしながら、非特許文献１において提案された屈折率分布は、簡単な式で表すことができず、ファイバ製造上屈折率分布を精密に制御しなければならないため、製造するのが困難である。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、容易に製造でき、優れた曲げ損失特性をもったマルチモードファイバの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、
本発明は、次式（１）

（式中、ａはコア半径、ｎ_１はコア中心屈折率、Δは比屈折率差を表し、αは所望の波長帯で帯域が最大になるように設定されるパラメータである。）で表されるα乗屈折率分布をもつコアと、その外側のクラッドとを有するマルチモードファイバであって、コアの外側に、クラッドよりも低屈折率である単層のデプレスド領域が設けられ、
ａ＝２５μｍ、α＝２．０４であり、
Δ＝０．０１、ｒ≦２５μｍでα乗屈折率分布をもち、ｒ_１＝２６μｍ、ｒ_２＝３０μｍ、−０．００４≦Δ_０≦−０．００１（但し、ｒ_１はデプレスド領域内側境界までの半径、ｒ_２はデプレスド領域外側境界までの半径、Δ_０はデプレスド領域の比屈折率差を表す。）で表される凹状屈折率分布をもつデプレスド領域を有し、
０．８５μｍ波長帯でＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上、定常モード励振時、φ１０の曲げに対する曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする低曲げ損失マルチモードファイバを提供する。

また、本発明は、次式（１）

（式中、ａはコア半径、ｎ_１はコア中心屈折率、Δは比屈折率差を表し、αは所望の波長帯で帯域が最大になるように設定されるパラメータである。）で表されるα乗屈折率分布をもつコアと、その外側のクラッドとを有するマルチモードファイバであって、コアの外側に、クラッドよりも低屈折率である単層のデプレスド領域が設けられ、
ａ＝３２．５μｍ、α＝２．０４であり、
Δ＝０．０２、ｒ≦２５μｍでα乗屈折率分布をもち、ｒ_１＝３４．５μｍ、ｒ_２＝３６〜３８．５μｍ、−０．００３≦Δ_０≦０（但し、ｒ_１はデプレスド領域内側境界までの半径、ｒ_２はデプレスド領域外側境界までの半径、Δ_０はデプレスド領域の比屈折率差を表す。）で表される凹状屈折率分布をもつデプレスド領域を有することを特徴とする低曲げ損失マルチモードファイバを提供する。

本発明によれば、極小な曲げ径に対しても低い曲げ損失を有する低曲げ損失マルチモードファイバを提供することができる。
また、本発明の低曲げ損失マルチモードファイバは、コアの外側にクラッドよりも低屈折率で均一な屈折率分布をもつデプレスド領域を設けた簡単な構造であるため、製造が容易であり、低コストで提供することができる。
また、本発明の低曲げ損失マルチモードファイバは、極小な曲げ径に対しても低い曲げ損失を有することから、配線の柔軟性や施工性が要求される宅内配線に好適に用いることができる。
また、０．８５μｍ波長帯用のＶＣＳＥＬレーザが安価であり、ＧＩファイバの接続の容易さから、０．８５μｍ波長帯で高い帯域と低い曲げ損失を有する本発明の低曲げ損失マルチモードファイバは、ユーザ自身が配線を行い、光ＬＡＮを構築するためのファイバとして最適である。

本発明による低曲げ損失マルチモードファイバの屈折率分布の一例を示すグラフである。本発明に係る実施例１で作製した低曲げ損失マルチモードファイバの屈折率分布を示すグラフである。実施例１で作製した低曲げ損失マルチモードファイバのデプレスド領域の屈折率と帯域の関係を示すグラフである。本発明に係る実施例２で作製した低曲げ損失マルチモードファイバのデプレスド領域の幅と帯域の関係を示すグラフである。本発明に係る実施例３で作製した低曲げ損失マルチモードファイバの屈折率分布を示すグラフである。本発明に係る実施例４で作製した低曲げ損失マルチモードファイバのデプレスド領域の屈折率と帯域の関係を示すグラフである。本発明に係る実施例５で作製した低曲げ損失マルチモードファイバのデプレスド領域の幅と帯域の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係る低曲げ損失マルチモードファイバの屈折率分布の一例を示す図である。図中、符号１はコア、２はクラッド、３はデプレスド領域を表し、また符号ａはコア半径、ｒは半径、Δはクラッドに対する比屈折率差、ｒ_１はデプレスド領域内側境界までの半径、ｒ_２はデプレスド領域外側境界までの半径、Δ_０はデプレスド領域の比屈折率差を表している。

この低曲げ損失マルチモードファイバは、前述した式（１）で表されるα乗屈折率分布をもつコア１と、その外側のクラッド２と、コア１の外側近傍に設けられ、クラッド２よりも低屈折率で均一な屈折率分布をもつデプレスド領域３とから構成されている。図１に示す低曲げ損失マルチモードファイバの屈折率分布は、半径ｒがａより小さい領域ではα乗屈折率分布に従い、ｒ≧ａの領域にはコア１を囲むリング状のデプレスド領域３を有する。好ましい例示において、コア１はＧｅドープ石英ガラス、クラッド２は石英ガラス、デプレスド領域３はＦドープ石英ガラスからなっているが、これに限定されない。

図１の例示においてこのデプレスド領域３は、ｒ_１からｒ_２までの領域に形成され、クラッド２よりも低く均一な屈折率分布、すなわち単純な凹状の屈折率分布になっている。
この低曲げ損失マルチモードファイバは、従来公知のＧＩファイバ用母材製造プロセスにおいて、コアとなる母材の外側にクラッド層を形成する際に、Ｆドープ石英ガラスなどの低屈折率材料からなる層を介在させ、得られた母材を従来公知の方法で線引きすることにより製造することができる。

このデプレスト領域３を有する低曲げ損失マルチモードファイバは、次の（ａ）〜（ｆ）に示す条件のいずれかを満たすことが好ましい。
（ａ）０．８５μｍ波長帯でＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上、定常モード励振時、φ１０の曲げに対する曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下であり、比屈折率差Δが０．０１１以下であること。
（ｂ）０．８５μｍ波長帯でＯＦＬ帯域が０．８ＧＨｚ・ｋｍ以上、定常モード励振時、φ１０の曲げに対する曲げ損失が３ｄＢ／ｍ以下であり、比屈折率差Δが０．０２２以下であること。
（ｃ）Δ≦０．０１１、ｒ≦２５μｍでα乗屈折率分布をもち、２５μｍ≦ｒ_１≦２８μｍ、２６μｍ≦ｒ_２≦３２μｍ、−０．００６≦Δ_０≦−０．００１で表される凹状屈折率分布をもつデプレスド領域３を有すること。
（ｄ）Δ≦０．０２２、ｒ≦３２．５μｍでα乗屈折率分布をもち、３２．５μｍ≦ｒ_１≦３５．５μｍ、３３．５μｍ≦ｒ_２≦４０．５μｍ、−０．００５≦Δ_０≦−０．００１で表される凹状屈折率分布をもつデプレスド領域を有すること。
（ｅ）０．８５μｍ波長帯でＯＦＬ帯域が０．４ＧＨｚ・ｋｍ以上、１．３０ｍｍ波長帯でＯＦＬ帯域が０．４ＧＨｚ・ｋｍ以上、０．８５μｍ及び１．３０μｍのいずれの波長帯に対しても、定常モード励振時、φ１０の曲げに対する曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下であり、比屈折率差Δが０．０１１以下であること。
（ｆ）０．８５μｍ波長帯でＯＦＬ帯域が０．３ＧＨｚ・ｋｍ以上、１．３０ｍｍ波長帯でＯＦＬ帯域が０．３ＧＨｚ・ｋｍ以上、０．８５μｍ及び１．３０μｍのいずれの波長帯に対しても、定常モード励振時、φ１０の曲げに対する曲げ損失が３ｄＢ／ｍ以下であり、比屈折率差Δが０．０２２以下であること。

この低曲げ損失マルチモードファイバは、α乗屈折率分布をもつコア２の外側に、単純な屈折率分布形状をしたデプレスド領域３を設けることにより、帯域を落とすことなく、曲げ損失特性を向上させることができ、極小な曲げ径に対しても低い曲げ損失を有するものとなる。
また、この低曲げ損失マルチモードファイバは、コアの外側にクラッドよりも低屈折率で均一な屈折率分布をもつデプレスド領域を設けた簡単な構造であるため、製造が容易であり、低コストで提供することができる。
また、この低曲げ損失マルチモードファイバは、極小な曲げ径に対しても低い曲げ損失を有することから、配線の柔軟性や施工性が要求される宅内配線に好適に用いることができる。
また、０．８５μｍ波長帯用のＶＣＳＥＬレーザが安価であり、ＧＩファイバの接続の容易さから、０．８５μｍ波長帯で高い帯域と低い曲げ損失を有する本発明の低曲げ損失マルチモードファイバは、ユーザ自身が配線を行い、光ＬＡＮを構築するためのファイバとして最適である。

なお、本発明の低曲げ損失マルチモードファイバは、前述した例示に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、デプレスド領域３は一層に限らず、図５に示すようにコア１の外側に、それぞれ屈折率の異なる複数のデプレスド領域３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを設け、これらのデプレスド領域３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが多層階段状の屈折率分布をなしている構成としてもよい。

［実施例１］
波長０．８５μｍで最適化される低曲げ損失マルチモードファイバとして、図２に示すように、従来のα乗屈折率分布（α＝２．０４、ａ＝２５μｍ、Δ＝０．０１）をもつコアの外側に、ｒ_１＝２６μｍ、ｒ_２＝３０μｍとなる凹状の屈折率分布をもつデプレスド領域を設ける。デプレスド領域の比屈折率差Δ_０を変えた場合、有限要素法（K. Okamoto,“Comparison of calculated and measured impulse responses of optical fibers,”Appl. Opt., vol.18, pp.2199-2206, 1979参照。）に基づいて計算した帯域の変化を図３に示す。
図３に示すように、デプレスド領域の比屈折率差Δ_０を０〜−０．００４に設定した構造は、デプレスド領域がない構造に比べて高い帯域をもつ。すなわち、｜Δ_０｜を０．００４程度に大きくすることにより、帯域を劣化させることなく、曲げ損失を低減することが可能である。
従来のＧＩファイバ製造用のコア母材（ｒ≦ａに相当する部分の母材）を用い、外付け法によりファイバ母材を作製する際、デプレスド領域を設けない従来のファイバおよびデプレスド領域を設けたファイバを作製し、特性を比較した。デプレスド領域を設けていないＧＩファイバは、ＯＦＬ（Overfilled-launched）帯域（規格ＩＥＣ６０７９３−１−４９参照。）が２．３ＧＨｚ・ｋｍ、１０ｍｍの曲げ直径（φ１０）に対して定常モード励振時（規格ＩＥＣ６０７９３−１−４０参照。）の曲げ損失が１０ｄＢ／ｍであったが、ｒ_１＝２６μｍ、ｒ_２＝３０μｍ、Δ_０＝−０．００４のデプレスド領域を設けると、ＯＦＬ帯域が２．２ＧＨｚ・ｋｍで、φ１０に対して定常モード励振時の曲げ損失が２．５ｄＢ／ｍに改善された。

［実施例２］
実施例１では、デプレスド領域の比屈折率差Δ_０を最適化して、低曲げ損失ＧＩファイバを実現しているが、Δ_０を固定して、デプレスド領域の幅を変えても同様な結果が得られる。図４は、ｒ_１＝２６μｍ、Δ_０＝−０．００３と固定し、ｒ_２を変えた場合の帯域の変化を示す。
実施例１と同じコア母材を用いて、外付け時にｒ_１＝２６μｍ、ｒ_２＝２８μｍ、Δ_０＝−０．００３のデプレスド領域を設けると、ＯＦＬ帯域が２．３ＧＨｚ・ｋｍで、φ１０に対して定常モード励振時の曲げ損失が３．５ｄＢ／ｍに改善された。

［実施例３］
実施例１，２は、最も簡単な凹状屈折率分布をもつデプレスド領域を有する構造であるが、デプレスド領域の屈折率分布を単純な凹状に限定する必要はなく、多層構造でも同様な効果がある。α乗屈折率分布（α＝２．０４、ａ＝２５μｍ、Δ＝０．０１）の外側に、図５に示すような４層構造を有し、ｒ_１＝２５．５μｍ、ｒ_２＝２６．８μｍ、ｒ_３＝２８μｍ、ｒ_４＝２９μｍ、ｒ_５＝３０．１μｍ、Δ_０＝−０．００１、Δ_１＝−０．００２、Δ_２＝−０．００４、Δ_３＝−０．００３となる４層のデプレスド領域を設けた場合、計算したＯＦＬ帯域は２．６８ＧＨｚ・ｋｍであった。
実施例１で使用したコア母材の外側に同じデプレスド領域を設けてファイバを作製すると、ＯＦＬ帯域が２．３ＧＨｚ・ｋｍで、φ１０に対して定常モード励振時の曲げ損失が２．８ｄＢ／ｍに改善された。

［実施例４］
波長０．８５μｍでΔが０．０２の低曲げ損失マルチモードファイバとして、従来のα乗屈折率分布（α＝２．０４、ａ＝２５μｍ、Δ＝０．０２）をもつコアの外側に、ｒ_１＝３４．５μｍ、ｒ_２＝３８．５μｍと固定した凹状屈折率分布をもつデプレスド領域を設ける。デプレスド領域の比屈折率差Δ_０を変えた場合、有限要素法に基づいて計算した帯域の変化を図６に示す。
図６に示すように、デプレスド領域の比屈折率差Δ_０を０〜−０．００２５に設定した構造は、デプレスド領域がない構造に比べて高い帯域をもつ。すなわち、｜Δ_０｜を０．００２５程度に大きくすることにより、帯域を劣化させることなく、曲げ損失を低減することが可能である。
従来のＧＩファイバのコア母材を用いて外付けする際、デプレスド領域を設けない従来のファイバおよびデプレスド領域を設けたファイバを作製し、特性を比較した。デプレスド領域を設けていないＧＩファイバは、ＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ、φ１０に対して定常モード励振時の曲げ損失が４．５ｄＢ／ｍであったが、ｒ_１＝３４．５μｍ、ｒ_２＝３８．５μｍ、Δ_０＝−０．００２５のデプレスド領域を設けると、ＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍで、φ１０に対して定常モード励振時の曲げ損失が２．０ｄＢ／ｍに改善された。

［実施例５］
実施例４では、デプレスド領域の比屈折率差Δ_０を最適化して、低曲げ損失ＧＩファイバを実現しているが、Δ_０を固定して、デプレスド領域の幅を変えても同様な結果が得られる。図７は、ｒ_１＝３４．５μｍ、Δ_０＝−０．００３と固定し、ｒ_２を変えた場合の帯域の変化を示す。
実施例４と同じコア母材を用いて、外付け時にｒ_１＝３４．５μｍ、ｒ_２＝３６．０μｍ、Δ_０＝−０．００３のデプレスド領域を設けると、ＯＦＬ帯域が１．４ＧＨｚ・ｋｍで、φ１０に対して定常モード励振時の曲げ損失が３．２ｄＢ／ｍに改善された。

１…コア、２…クラッド、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…デプレスド領域。

Claims

次式（１）

（式中、ａはコア半径、ｎ_１はコア中心屈折率、Δは比屈折率差を表し、αは所望の波長帯で帯域が最大になるように設定されるパラメータである。）で表されるα乗屈折率分布をもつコアと、その外側のクラッドとを有するマルチモードファイバであって、コアの外側に、クラッドよりも低屈折率である単層のデプレスド領域が設けられ、
ａ＝２５μｍ、α＝２．０４であり、
Δ＝０．０１、ｒ≦２５μｍでα乗屈折率分布をもち、ｒ_１＝２６μｍ、ｒ_２＝３０μｍ、−０．００４≦Δ_０≦−０．００１（但し、ｒ_１はデプレスド領域内側境界までの半径、ｒ_２はデプレスド領域外側境界までの半径、Δ_０はデプレスド領域の比屈折率差を表す。）で表される凹状屈折率分布をもつデプレスド領域を有し、
０．８５μｍ波長帯でＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上、定常モード励振時、φ１０の曲げに対する曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする低曲げ損失マルチモードファイバ。
次式（１）

（式中、ａはコア半径、ｎ_１はコア中心屈折率、Δは比屈折率差を表し、αは所望の波長帯で帯域が最大になるように設定されるパラメータである。）で表されるα乗屈折率分布をもつコアと、その外側のクラッドとを有するマルチモードファイバであって、コアの外側に、クラッドよりも低屈折率である単層のデプレスド領域が設けられ、
ａ＝３２．５μｍ、α＝２．０４であり、
Δ＝０．０２、ｒ≦２５μｍでα乗屈折率分布をもち、ｒ_１＝３４．５μｍ、ｒ_２＝３６〜３８．５μｍ、−０．００３≦Δ_０≦０（但し、ｒ_１はデプレスド領域内側境界までの半径、ｒ_２はデプレスド領域外側境界までの半径、Δ_０はデプレスド領域の比屈折率差を表す。）で表される凹状屈折率分布をもつデプレスド領域を有することを特徴とする低曲げ損失マルチモードファイバ。