JP5605630B2

JP5605630B2 - 光ファイバ

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Publication number: JP5605630B2
Application number: JP2010224617A
Authority: JP
Inventors: 泰志坂本; 隆松井; 茂冨田; 晋聖齊藤; 正則小柴
Original assignee: Hokkaido University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hokkaido University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-10-04
Also published as: JP2011107687A

Description

本発明は、光ファイバに関し、特に、光伝送システムの伝送媒体等に利用すると有効なものである。

光ファイバ通信システムにおいては、光ファイバの波長分散および非線形効果によって、伝送特性が制限されてしまう。そのため、光ファイバの波長分散および非線形効果を低減させるように、現在、種々の構造の光ファイバが開発され、広く利用され始めている。そして、近年、光ファイバの内部に空孔を有する構造の光ファイバが、従来の充実型の光ファイバでは到底実現できない種々の特性を発現できることから、新しい光伝送媒体として高い関心を集めている。

例えば、下記非特許文献１，２では、空孔構造を有する光ファイバを用いた低非線形光伝送路を実現するために、光波が伝搬する面積である実効断面積を拡大した光ファイバが報告されている。

松井ら，「フォトニック結晶ファイバの実効断面積拡大に関する検討」，２００８年電子情報通信学会ソサイエティ大会，ｐ．２７５，Ｓｅｐ．２００８． K. Mukasa et al, "Comparisons of merits on wide-band transmission systems between using extremely improved solid SMFs with Aeff of 160 μm2 and loss of 0.175 dB/km and using large-Aeff holey fibers enabling transmission over 600 nm bandwidth", the Proceedings of OFC2008, OthR1, Feb. 2008.

しかしながら、前述したような従来の空孔構造型の光ファイバにおいては、以下のような課題があった。

（１）空孔構造型の光ファイバにおいても、曲げ損失低減、単一モード動作領域の拡大、実効断面積の拡大等の特性に、互いにトレードオフの関係があることから、所定の条件下における実効断面積の拡大量に限界があった。
（２）空孔構造型の光ファイバは、製造するにあたって、空孔構造を制御するための技術が必要であることから、製造歩留まりが低くなると共に製造コストが大きくなってしまう。
（３）空孔構造型の光ファイバは、接続するにあたって、端面における空孔封止や融着時の放電条件の調整等のような特殊な工程を要することから、接続コストが高くなってしまう。
（４）空孔構造型の光ファイバは、空孔構造による導波路分散が正の値になる傾向に強くあるため、通信波長帯における波長分散が、従来の充実型の光ファイバと比べて大きくなってしまう。

上述した課題を解決するための、本発明に係る光ファイバは、屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体よりも小さい屈折率ｎ２の固体材料からなると共に当該ファイバ本体の直径Ｄよりも小さい直径ｄをなす低屈折率体が当該ファイバ本体の中心部を包囲する周辺部に当該中心部を取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体の上記中心部がコア領域を構成し、当該ファイバ本体の上記周辺部がクラッド領域を構成している光ファイバであって、前記ファイバ本体の屈折率ｎ１に対する前記低屈折率体の屈折率ｎ２の比屈折率差Δが−０．８%以下であり、隣り合う前記低屈折率体の中心間距離（ピッチ）Λ、及び、前記低屈折率体の前記直径ｄを該ピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λが、遮断波長が１２６０ｎｍ以下、かつ、曲げ半径３０ｍｍにおける波長１２６０〜１６２５ｎｍの曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下の条件を満たすものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体よりも小さい屈折率ｎ２の固体材料からなると共に当該ファイバ本体の直径Ｄよりも小さい直径ｄをなす低屈折率体が当該ファイバ本体の中心部を包囲する周辺部に当該中心部を取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体の上記中心部がコア領域を構成し、当該ファイバ本体の上記周辺部がクラッド領域を構成している光ファイバであって、前記ファイバ本体の屈折率ｎ１に対する前記低屈折率体の屈折率ｎ２の比屈折率差Δが−０．７%以下であり、隣り合う前記低屈折率体の中心間距離（ピッチ）Λ、及び、前記低屈折率体の前記直径ｄを該ピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λが、遮断波長が１２６０ｎｍ以下、かつ、曲げ半径３０ｍｍにおける波長１２６０〜１６２５ｎｍの曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下の条件を満たすものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体よりも小さい屈折率ｎ２の固体材料からなると共に当該ファイバ本体の直径Ｄよりも小さい直径ｄをなす低屈折率体が当該ファイバ本体の中心部を包囲する周辺部に当該中心部を取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体の上記中心部がコア領域を構成し、当該ファイバ本体の上記周辺部がクラッド領域を構成している光ファイバであって、前記ファイバ本体の屈折率ｎ１に対する前記低屈折率体の屈折率ｎ２の比屈折率差Δが−０．７%以下であり、隣り合う前記低屈折率体の中心間距離（ピッチ）Λ、及び、前記低屈折率体の前記直径ｄを該ピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λが、遮断波長が１４５０ｎｍ以下、かつ、曲げ半径３０ｍｍにおける波長１４５０〜１６２５ｎｍの曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下の条件を満たすものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体よりも小さい屈折率ｎ２の固体材料からなると共に当該ファイバ本体の直径Ｄよりも小さい直径ｄをなす低屈折率体が当該ファイバ本体の中心部を包囲する周辺部に当該中心部を取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体の上記中心部がコア領域を構成し、当該ファイバ本体の上記周辺部がクラッド領域を構成している光ファイバであって、前記ファイバ本体の屈折率ｎ１に対する前記低屈折率体の屈折率ｎ２の比屈折率差Δが−０．８%以下であり、隣り合う前記低屈折率体の中心間距離（ピッチ）Λ、及び、前記低屈折率体の前記直径ｄを該ピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λが、遮断波長が１４５０ｎｍ以下、かつ、曲げ半径３０ｍｍにおける波長１４５０〜１６２５ｎｍの曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下の条件を満たすものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上述した光ファイバにおいて、複数の前記低屈折率体が、前記ファイバ本体の中心部を正多角形状または円環状に取り囲むように当該ファイバ本体の上記周辺部に配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上述した光ファイバにおいて、複数の前記低屈折率体が、前記ファイバ本体の中心部を径方向に３層で取り囲むように当該ファイバ本体の上記周辺部に配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上述した光ファイバにおいて、複数の前記低屈折率体が、前記ファイバ本体の中心部を正六角形状に取り囲むように当該ファイバ本体の上記周辺部に配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上述した光ファイバにおいて、前記ファイバ本体が、純石英からなり、前記低屈折率体が、屈折率を低減させる不純物を添加された石英からなることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上述した光ファイバにおいて、前記ファイバ本体が、屈折率を増加させる不純物を添加された石英からなり、前記低屈折率体が、純石英からなることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上述した光ファイバにおいて、前記ファイバ本体が、屈折率を増加させる不純物を添加された石英からなり、前記低屈折率体が、屈折率を低減させる不純物を添加された石英からなることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバによれば、固体材料からなるファイバ本体に固体材料からなる複数の低屈折率体が離散的に配置されていることから、従来の空孔構造の光ファイバと同等以上の光学特性を実現できると共に、製造時の空孔制御や特殊な接続工程が不要となり、歩留まりの向上やコストの低減を図ることができる。

図１は、本発明に係る光ファイバの主な実施形態の概略構造を表す断面図である。図２は、本発明に係る光ファイバ及び従来の空孔構造の光ファイバの規格化ロッド直径ｄ／Λと規格化遮断波長λｃ／Λとの関係を表すグラフである。図３Ａは、比屈折率差Δを−１．５％とした本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフであり、図３Ｂは、従来の空孔構造の光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフである。図４は、本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフであって、図４Ａが比屈折率差Δを−０．６％とした場合であり、図４Ｂが比屈折率差Δを−０．７％とした場合であり、図４Ｃが比屈折率差Δを−０．８％とした場合であり、図４Ｄが比屈折率差Δを−０．９％とした場合であり、図４Ｅが比屈折率差Δを−１．５％とした場合であり、図４Ｆが比屈折率差Δを−２．０％とした場合である。図５は、本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフであって、図５Ａが比屈折率差Δを−０．６％とした場合であり、図５Ｂが比屈折率差Δを−０．７％とした場合であり、図５Ｃが比屈折率差Δを−０．８％とした場合であり、図５Ｄが比屈折率差Δを−０．９％とした場合であり、図５Ｅに比屈折率差Δを−１．５％とした場合であり、図５Ｆが比屈折率差Δを−２．０％とした場合である。図６は、本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフであって、図６Ａが比屈折率差Δを−０．６％とした場合であり、図６Ｂが比屈折率差Δを−０．７％とした場合であり、図６Ｃに比屈折率差Δを−０．８％とした場合であり、図６Ｄが比屈折率差Δを−０．９％とした場合であり、図６Ｅが比屈折率差Δを−１．５％とした場合であり、図６Ｆに比屈折率差Δを−２．０％とした場合である。図７は、本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフであって、図７Ａが比屈折率差Δを−０．６％とした場合であり、図７Ｂが比屈折率差Δを−０．７％とした場合であり、図７Ｃが比屈折率差Δを−０．８％とした場合であり、図７Ｄが比屈折率差Δを−０．９％とした場合であり、図７Ｅに比屈折率差Δを−１．５％とした場合であり、図７Ｆに比屈折率差Δを−２．０％とした場合である。図８は、本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作条件下における最大の実効断面積と比屈折率差Δとの関係を表すグラフである。図９は、低屈折率体の層数を３とした本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフである。図１０は、本発明に係る光ファイバの波長分散特性を表すグラフである。

本発明に係る光ファイバの実施形態を図１〜５に基づいて以下に説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

［主な実施形態］
図１に示すように、本実施形態に係る光ファイバ１０は、屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体（バックグラウンド）１１よりも小さい屈折率ｎ２（ｎ１＞ｎ２）の固体材料からなると共に当該ファイバ本体１１の直径Ｄよりも小さい直径ｄ（Ｄ＞ｄ）をなす低屈折率体（ロッド）１２が、当該ファイバ本体１１の中心部Ｅｃ（図１中、内側の点線の内側の範囲）を包囲する周辺部Ｅａ（図１中、外側の点線の内側と内側の点線の外側との間の範囲）に、径方向に複数層（段）（本実施形態では５層（段））で正多角形状（本実施形態では正六角形状）に当該中心部Ｅｃを取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体１１の上記中心部Ｅｃがコア領域を構成し、当該ファイバ本体１１の上記周辺部Ｅａがクラッド領域を構成している。なお、図１中、Λは、隣り合う前記低屈折率体（ロッド）１２の中心間距離（ピッチ）である。

ここで、上記固体材料は、上記ファイバ本体１１を純石英としたとき、上記低屈折率体１２を、屈折率を低減させる不純物（例えば、フッ素（Ｆ）、ホウ素（Ｂ）等）を添加した石英とし、上記低屈折率体１２を純石英としたとき、上記ファイバ本体１１を、屈折率を増加させる不純物（例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）等）を添加した石英とする。また、上記ファイバ本体１１を、上記屈折率増加不純物を添加した石英とすると共に、上記低屈折率体１２を、上記屈折率低減不純物を添加した石英とすることも可能である。

このような本実施形態に係る光ファイバ１０では、周辺部（クラッド領域）Ｅａにおける実効的な屈折率が中心部（コア領域）Ｅｃよりも低いため、中心部（コア領域）Ｅｃに入射した光波が全反射して内部を伝搬するようになる。

このため、本実施形態に係る光ファイバ１０においては、空孔構造とすることなく充実型構造で導波路が形成されていることから、製造時に空孔制御等の工程が不要となると共に、接続時の特殊な接続工程も不要となる。

図２は、本発明に係る光ファイバ及び従来の空孔構造の光ファイバの規格化ロッド直径ｄ／Λと規格化遮断波長λｃ／Λとの関係を表すグラフである。図２において、横軸は、前記ロッド１２の直径ｄをピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λを表し、縦軸は、遮断波長λｃをピッチΛで規格化した規格化遮断波長λｃ／Λを表している。なお、Δは、前記ファイバ本体１１に対する前記ロッド１２の比屈折率差である。

図２からわかるように、本発明に係る光ファイバは、前記比屈折率差Δがどのような値であっても、従来の空孔構造の光ファイバの場合と同様に、広波長域単一モード動作を実現できることが認められた。また、本発明に係る光ファイバは、前記比屈折率差Δを小さくするほど、同じ構造でも遮断波長λｃがより短波長になることが認められた。よって、本発明に係る光ファイバは、前記比屈折率差Δを適切な値に設定することにより、従来の空孔構造の光ファイバと同等以上の光学特性をより広い設計範囲で得られることが認められた。

図３は、光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフである。図３Ａは、比屈折率差Δを−１．５％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図３Ｂは、従来の空孔構造の光ファイバの場合である。図３において、曲げ損失の条件は、基本モードの曲げ損失ＢＬ_FMが、波長１２６０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおいて、１００回巻き当たり０．１ｄＢ以下とした。単一モード動作の評価の条件は、第一高次モードにおける曲げ損失ＢＬ_HOMが、波長１２６０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径１４０ｍｍにおいて、１ｄＢ／ｍ以上とした。

まず、従来の空孔構造の光ファイバにおいては、図３Ｂからわかるように、隣り合う空孔（直径ｄ）の中心間距離（ピッチ）Λが１０．７μｍ以下、規格化空孔直径ｄ／Λが０．５より小さい構造であると、前述した条件を満足できることが認められた。この条件下で得られる最大の実効断面積は、非特許文献1より、波長１５５０ｎｍにおいて約１３０μｍ²である。

他方、本発明に係る光ファイバにおいては、図３Ａからわかるように、前記ピッチΛが１１．８μｍ以下、前記規格化ロッド直径ｄ／Λが０．６４以下であると、前述した条件を満足できることが認められた。この条件下で得られる実効断面積は、波長１５５０ｎｍにおいて約１５０μｍ²である。

よって、本発明に係る光ファイバは、従来の空孔構造の光ファイバと比べて、前述の条件を満たすピッチΛをより大きくすることができるので、コア面積及び実効断面積をより大きくできることが認められた。

図４は、光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフである。図４Ａは、比屈折率差Δを−０．６％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図４Ｂは、比屈折率差Δを−０．７％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図４Ｃは、比屈折率差Δを−０．８％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図４Ｄは、比屈折率差Δを−０．９％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図４Ｅは、比屈折率差Δを−１．５％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図４Ｆは、比屈折率差Δを−２．０％とした本発明に係る光ファイバの場合である。図４において、曲げ損失の条件は、基本モードの曲げ損失ＢＬ_FMが、波長１２６０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおいて、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６５２を満たす１００回巻き当たり０．１ｄＢ以下とした。単一モード動作の評価の条件は、第一高次モードにおける曲げ損失ＢＬ_HOMが、波長１２６０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径１４０ｍｍにおいて、１ｄＢ／ｍ以上とした。

ここで、以下に示す表１は上記図４の条件での最適構造を示したものである。表１中のＨＦは従来の空孔構造の光ファイバを仮定したものである。本発明に係る光ファイバにおいては、表１から分かるように、比屈折率差Δを−０．６％、−０．７％、−０．８％、−０．９％、−１．５％、−２．０％とした何れの場合においても、９．５μｍ以上のロッド間間隔を実現でき、比屈折率差Δを−０．８％以下とすることで従来の空孔構造の光ファイバと比較して大きな実効断面積が実現できることが認められた。

図５は、光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフである。図５Ａは、比屈折率差Δを−０．６％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図５Ｂは、比屈折率差Δを−０．７％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図５Ｃは、比屈折率差Δを−０．８％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図５Ｄは、比屈折率差Δを−０．９％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図５Ｅは、比屈折率差Δを−１．５％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図５Ｆは、比屈折率差Δを−２．０％とした本発明に係る光ファイバの場合である。図５において、曲げ損失の条件は、基本モードの曲げ損失ＢＬ_FMが、波長１２６０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおいて、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６５５、６５６を満たす１００回巻き当たり０．５ｄＢ以下とした。単一モード動作の評価の条件は、図４の場合と同一の条件とした。

ここで、以下に示す表２は上記図５の条件での最適構造を示したものである。表２中のＨＦは従来の空孔構造の光ファイバを仮定したものである。本発明に係る光ファイバにおいては、表２にから分かるように、比屈折率差Δを−０．６％、−０．７％、−０．８％、−０．９％、−１．５％、−２．０％とした何れの場合においても、１０μｍ以上のロッド間間隔を実現でき、比屈折率差Δを−０．７％以下とすることで従来の空孔構造の光ファイバと比較して大きな実効断面積が実現できることが認められた。

図６は、光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフである。図６Ａは、比屈折率差Δを−０．６％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図６Ｂは、比屈折率差Δを−０．７％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図６Ｃは、比屈折率差Δを−０．８％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図６Ｄは、比屈折率差Δを−０．９％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図６Ｅは、比屈折率差Δを−１．５％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図６Ｆは、比屈折率差Δを−２．０％とした本発明に係る光ファイバの場合である。図６において、曲げ損失の条件は、基本モードの曲げ損失ＢＬ_FMが、波長１４５０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおいて、１００回巻き当たり０．１ｄＢ以下とした。単一モード動作の評価の条件は、第一高次モードにおける曲げ損失ＢＬ_HOMが、波長１４５０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径１４０ｍｍにおいて、１ｄＢ／ｍ以上とした。

ここで、以下に示す表３は上記図６の条件での最適構造を示したものである。表３中のＨＦは従来の空孔構造の光ファイバを仮定したものである。本発明に係る光ファイバにおいては、表３から分かるように、比屈折率差Δを−０．６％、−０．７％、−０．８％、−０．９％、−１．５％、−２．０％とした何れの場合においても、１１μｍ以上のロッド間間隔を実現でき、比屈折率差Δを−０．７％以下とすることで従来の空孔構造の光ファイバと比較して大きな実効断面積が実現できることが認められた。

図７は、光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフである。図７Ａは、比屈折率差Δを−０．６％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図７Ｂは、比屈折率差Δを−０．７％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図７Ｃは、比屈折率差Δを−０．８％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図７Ｄは、比屈折率差Δを−０．９％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図７Ｅは、比屈折率差Δを−１．５％とした本発明に係る光ファイバの場合であり、図７Ｆは、比屈折率差Δを−２．０％とした本発明に係る光ファイバの場合である。図７において、曲げ損失の条件は、基本モードの曲げ損失ＢＬ_FMが、波長１４５０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおいて、１００回巻き当たり０．５ｄＢ以下とした。単一モード動作の評価の条件は図６の場合と同一の条件とした。

ここで、以下に示す表４は上記図７の条件での最適構造を示したものである。表４中のＨＦは従来の空孔構造の光ファイバを仮定したものである。本発明に係る光ファイバにおいては、表４から分かるように、比屈折率差Δを−０．６％、−０．７％、−０．８％、−０．９％、−１．５％、−２．０％とした何れの場合においても、１０μｍ以上のロッド間間隔を実現でき、比屈折率差Δを−０．８％以下とすることで従来の空孔構造の光ファイバと比較して大きな実効断面積が実現できることが認められた。

表３および表４より、比屈折率差Δが−０．８％以下である場合、従来の空孔構造光ファイバより大きな実効断面積が得られ、非線形効果の更なる抑圧が可能となり好ましい。一方、比屈折率差Δを−０．６〜−０．８％とした場合不純物の添加量を抑えることができるため、従来の空孔構造光ファイバと同等の実効断面積を得ると同時に安定した製造性および接続性を実現でき好ましい。

図８は、本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作条件下における最大の実効断面積と比屈折率差Δとの関係を表すグラフである。図８において、横軸は、比屈折率差Δを表し、縦軸は、低曲げ損失及び単一モード動作の条件下で得られる最大の実効断面積を表す（例えば、図３Ａの場合、ピッチΛ＝１１．８μｍ、規格化ロッド直径ｄ／Λ＝０．６４で実効断面積が約１５０μｍ²）。なお、対象の波長帯は、１２６０〜１６２５ｎｍ及び１４５０〜１６２５ｎｍとし、曲げ損失及び単一モード動作条件は、図３に示した場合と同一の条件とした。

図８からわかるように、本発明に係る光ファイバは、比屈折率差Δが−０．７％以下のとき、波長１２６０〜１６２５ｎｍで前記条件を満たしながら１３０μｍ²以上の実効断面積が実現でき、比屈折率差Δが−０．５％以下のとき、波長１４５０〜１６２５ｎｍで前記条件を満たしながら１５０μｍ²以上の実効断面積が実現できることが認められた。よって、本発明に係る光ファイバは、従来の空孔構造の光ファイバと同等以上の光学特性を得られることが確認できた。

これまでは、複数の低屈折率体１２がファイバ本体１１の中心部を径方向に５層で正六角形状に取り囲む光ファイバを用いて説明したが、複数の低屈折率体１２がファイバ本体１１の中心部を径方向に３層で正六角形状に取り囲む光ファイバにすることで従来の光ファイバと同等の外径が実現でき、既存の製品・システムと整合性が取れるためより好ましい。

図９は、複数の低屈折率体１２がファイバ本体１１の中心部を径方向に３層で正六角形状に取り囲んだ本発明に係る光ファイバの低曲げ損失及び単一モード動作が得られる構造の範囲を表すグラフである。比屈折率差Δを−０．６％とし、曲げ損失の条件は、基本モードの曲げ損失ＢＬ_FMが、波長１４５０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおいて、１００回巻き当たり０．５ｄＢ以下とした。単一モード動作の評価の条件は、第一高次モードにおける曲げ損失ＢＬ_HOMが、波長１４５０〜１６２５ｎｍ、曲げ半径１４０ｍｍにおいて、１ｄＢ／ｍ以上とした。

図９からわかるように、ロッド間間隔を１３μｍ以上とすることができ、表４で示した１２．７μｍを超える値を実現できることが認められた。また、５層の場合は、最外の低屈折率体までの幅（２Λ×層数＋ｄ）が１３６．６μｍとなり、既存の光ファイバの外径は１２５μｍであることから、５層では既存の光ファイバと同じ外径で製造することができないことが分かった。３層の場合は８７．６μｍ程度であるので、製造上からみても十分従来の光ファイバと同じ外径で作製することができることが認められた。

ここで、以下に示す表５は、比屈折率差Δに対する最適構造と、実現できる最大の実効断面積を示したものである。本発明に係る光ファイバにおいては、表５から分かるように、比屈折率差Δを−０．８％以下とすることで、５層の場合と比較して大きな実効断面積が実現できることが認められ、非線形効果の更なる抑圧が可能となり好ましい。

なお、低屈折率体の層数を３より小さくすると、基本モードの閉じ込めが弱くなり、閉じ込め損失が急増するため好ましくない。

図１０は、本発明に係る光ファイバの波長分散特性を表すグラフである。このときの光ファイバは、ピッチΛ＝１１．６μｍ、規格化ロッド直径ｄ／Λ＝０．６４、比屈折率差Δ＝−１．５％である。

図１０からわかるように、本発明に係る光ファイバは、波長が１５５０ｎｍのとき、波長分散が２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなり、波長特性が材料分散と同じ傾向であった。他方、従来の空孔構造の光ファイバは、前記非特許文献1より、波長分散が２７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。このことから、本発明に係る光ファイバは、従来の空孔構造の光ファイバよりも小さな波長分散を得られるといえる。この理由は、空孔構造の光ファイバは、空孔が正の導波路分散を与えるのに対し、本発明に係る光ファイバは、空孔がないので、導波路分散が小さくなったためと考えられる。

よって、本発明に係る光ファイバは、従来の空孔構造の光ファイバよりも小さな波長分散で大きな実効断面積を得ることができ、光伝送路における波長分散及び非線形効果による特性劣化を低減できることが認められた。

また、本発明に係る光ファイバは、先に説明したように、空孔を用いず、石英系の材料のみで構成できることから、従来の空孔構造の光ファイバのような、接続時の特殊な工程が不要であると共に、製造時の空孔制御技術も不要となる。

したがって、本発明に係る光ファイバによれば、従来の空孔構造の光ファイバと同等以上の光学特性を実現できると共に、製造時の空孔制御や特殊な接続工程が不要となり、歩留まりの向上やコストの低減を図ることができる。

［他の実施形態］
なお、前述した実施形態においては、低屈折率体（ロッド）１２が、ファイバ本体１１の周辺部Ｅａに、径方向に５層（段）で正六角形状に当該中心部Ｅｃを取り囲むように複数埋設された光ファイバ１０の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、低屈折率体１２が、ファイバ本体１１の周辺部Ｅａに、径方向に１層（段）以上で正三角形状以上の正多角形又は円環状に当該中心部Ｅｃを取り囲むように複数埋設された光ファイバ１０であれば、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

本発明に係る光ファイバは、従来の空孔構造の光ファイバと同等以上の光学特性を実現できると共に、歩留まりの向上やコストの低減を図ることができることから、通信産業等を始めとする各種産業において、極めて有益に利用することができる。

１０光ファイバ
１１ファイバ本体（バックグラウンド）
１２低屈折率体（ロッド）
Ｅｃ中心部（コア領域）
Ｅａ周辺部（クラッド領域）

Claims

屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体よりも小さい屈折率ｎ２の固体材料からなると共に当該ファイバ本体の直径Ｄよりも小さい直径ｄをなす低屈折率体が当該ファイバ本体の中心部を包囲する周辺部に当該中心部を取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体の上記中心部がコア領域を構成し、当該ファイバ本体の上記周辺部がクラッド領域を構成している光ファイバであって、
前記ファイバ本体の屈折率ｎ１に対する前記低屈折率体の屈折率ｎ２の比屈折率差Δが−０．８%以下であり、
隣り合う前記低屈折率体の中心間距離（ピッチ）Λ、及び、前記低屈折率体の前記直径ｄを該ピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λが、遮断波長が１２６０ｎｍ以下、かつ、曲げ半径３０ｍｍにおける波長１２６０〜１６２５ｎｍの曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下の条件を満たすものである
ことを特徴とする光ファイバ。
屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体よりも小さい屈折率ｎ２の固体材料からなると共に当該ファイバ本体の直径Ｄよりも小さい直径ｄをなす低屈折率体が当該ファイバ本体の中心部を包囲する周辺部に当該中心部を取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体の上記中心部がコア領域を構成し、当該ファイバ本体の上記周辺部がクラッド領域を構成している光ファイバであって、
前記ファイバ本体の屈折率ｎ１に対する前記低屈折率体の屈折率ｎ２の比屈折率差Δが−０．７%以下であり、
隣り合う前記低屈折率体の中心間距離（ピッチ）Λ、及び、前記低屈折率体の前記直径ｄを該ピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λが、遮断波長が１２６０ｎｍ以下、かつ、曲げ半径３０ｍｍにおける波長１２６０〜１６２５ｎｍの曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下の条件を満たすものである
ことを特徴とする光ファイバ。
屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体よりも小さい屈折率ｎ２の固体材料からなると共に当該ファイバ本体の直径Ｄよりも小さい直径ｄをなす低屈折率体が当該ファイバ本体の中心部を包囲する周辺部に当該中心部を取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体の上記中心部がコア領域を構成し、当該ファイバ本体の上記周辺部がクラッド領域を構成している光ファイバであって、
前記ファイバ本体の屈折率ｎ１に対する前記低屈折率体の屈折率ｎ２の比屈折率差Δが−０．７%以下であり、
隣り合う前記低屈折率体の中心間距離（ピッチ）Λ、及び、前記低屈折率体の前記直径ｄを該ピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λが、遮断波長が１４５０ｎｍ以下、かつ、曲げ半径３０ｍｍにおける波長１４５０〜１６２５ｎｍの曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下の条件を満たすものである
ことを特徴とする光ファイバ。
屈折率ｎ１を有する固体材料からなるファイバ本体よりも小さい屈折率ｎ２の固体材料からなると共に当該ファイバ本体の直径Ｄよりも小さい直径ｄをなす低屈折率体が当該ファイバ本体の中心部を包囲する周辺部に当該中心部を取り囲むように複数埋設されることにより、当該ファイバ本体の上記中心部がコア領域を構成し、当該ファイバ本体の上記周辺部がクラッド領域を構成している光ファイバであって、
前記ファイバ本体の屈折率ｎ１に対する前記低屈折率体の屈折率ｎ２の比屈折率差Δが−０．８%以下であり、
隣り合う前記低屈折率体の中心間距離（ピッチ）Λ、及び、前記低屈折率体の前記直径ｄを該ピッチΛで規格化した規格化ロッド直径ｄ／Λが、遮断波長が１４５０ｎｍ以下、かつ、曲げ半径３０ｍｍにおける波長１４５０〜１６２５ｎｍの曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下の条件を満たすものである
ことを特徴とする光ファイバ。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光ファイバにおいて、
複数の前記低屈折率体が、前記ファイバ本体の中心部を正多角形状または円環状に取り囲むように当該ファイバ本体の上記周辺部に配置されている
ことを特徴とする光ファイバ。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光ファイバにおいて、
複数の前記低屈折率体が、前記ファイバ本体の中心部を径方向に３層で取り囲むように当該ファイバ本体の上記周辺部に配置されている
ことを特徴とする光ファイバ。
請求項６に記載の光ファイバにおいて、
複数の前記低屈折率体が、前記ファイバ本体の中心部を正六角形状に取り囲むように当該ファイバ本体の上記周辺部に配置されている
ことを特徴とする光ファイバ。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光ファイバにおいて、
前記ファイバ本体が、純石英からなり、
前記低屈折率体が、屈折率を低減させる不純物を添加された石英からなる
ことを特徴とする光ファイバ。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光ファイバにおいて、
前記ファイバ本体が、屈折率を増加させる不純物を添加された石英からなり、
前記低屈折率体が、純石英からなる
ことを特徴とする光ファイバ。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光ファイバにおいて、
前記ファイバ本体が、屈折率を増加させる不純物を添加された石英からなり、
前記低屈折率体が、屈折率を低減させる不純物を添加された石英からなる
ことを特徴とする光ファイバ。