JP5925842B2 - 拡大実効面積ファイバ - Google Patents

Description

本願は、２００７年５月７日付けで出願された、名称を「拡大実効面積ファイバ（Large Effective Area Fiber）」とする、米国仮特許出願第６０／９２７,９８９号の利益を主張するものである。

本発明は、一般に、光ファイバに関し、特に、１５５０ｎｍで大きな実効面積と低曲げ損失を有する光ファイバに関する。

光増幅技術及び波長分割多重技術は典型的に、長距離用高出力伝送を提供する通信システムに要求される。高出力及び長距離の定義は、ビットレート、ビット誤り率、多重化方式、そしておそらく光増幅器が規定される特定の通信システムとの関連でのみ有意義である。公知の技術分野で、高出力及び長距離の定義に影響を与える付加的な要因がある。しかしながら、ほとんどの用途に対して、高出力は約１０ｍＷより大きい光出力である。ある適用例では、１ｍＷ以下の単一出力レベルはまだ非線形効果に影響を及ぼし、実効面積はまだそのような低出力システムにおいては重要な考慮すべき事項である。

一般的に、大きな実効面積（Ａ_ｅｆｆ）を有する光導波路ファイバは、自己位相変調、四光波混合、相互位相変調及び非線形の散乱過程を含む非線形光学効果を低減し、それらのすべてが高出力化されたシステムにおいて信号の劣化を引き起こす可能性がある。

その一方で、光導波路ファイバの実効面積の増加は、ファイバを介した信号伝送を減衰させるマクロベンド損失の増加をもたらす。マクロベント損失は長距離で（例えば、１０ｋｍ、またはそれ以上で）、または、再生器、増幅器、伝送器及び／又は受信器の間の間隔で次第に重大になる。あいにく、通常の光ファイバの実効面積が大きくなればなるほど、マクロベント損失は大きくなる。

１秒当り１ギガバイト、そして、より高速な伝送速度を、１００ｋｍを超える間隔を有する再生器とともに典型的に要求する通信システムは、典型的に、光増幅技術及び／又は波長分割多重技術を利用する。したがって、導波路ファイバ製造業者は、多重方式で発生する、より高出力の信号又は四光波混合によって引き起こされる非線形効果に左右されない導波路を設計した。

本発明の一の態様によれば、光ファイバは、中心軸から約５μｍより大きい半径Ｒ_１まで延在するガラスコアと、コアを囲みかつ接触するガラスクラッドとを備え、コアとクラッドは、１５００ｎｍ未満のケーブルカットオフをファイバに提供し、１５５０ｎｍで９５μｍ^２より大きい実効面積と、直径２０ｍｍのマンドレルで０．７ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を提供する。いくつかの実施形態では、実効面積は１５５０ｎｍで１１０μｍ^２より大きく、そして、いくつかの実施形態では、実効面積は１５５０ｎｍで１１５μｍ^２より大きい。好ましくは、クラッドは、環状領域の中に、少なくとも１０個（より好ましくは少なくとも５０個）の無秩序に分散した閉塞孔を有する石英系ガラスを含み、そして、（ｉ）孔の間の平均距離が５０００ｎｍより小さく、（ｉｉ）少なくとも孔の８０％が１０００ｎｍより小さい最大断面寸法Ｄｉを有する。好ましくは、１５５０ｎｍで曲げ損失が、直径２０ｍｍのマンドレルで、０．５ｄＢ／ターンより小さく、さらに、０．２５ｄＢ／ターンより小さく、より好ましくは０．１ｄＢ／ターンより小さい。いつくかの典型的な実施形態では、１５５０ｎｍで曲げ損失が０．０８ｄＢ／ターンより小さく、そして、いつくかの典型的な実施形態では、直径２０ｍｍのマンドレルで、曲げ損失が０．０６ｄＢ／ターンより小さい。

本発明の典型的な一実施形態によれば、光ファイバは、中心軸から約５μｍより大きい半径Ｒ_１まで延在するガラスコアと、コアを囲みかつ接触するガラスクラッドとを備え、クラッドは、（ｉ）半径Ｒ_１から半径Ｒ_２まで延在し、半径幅Ｗ_２（Ｗ_２＝Ｒ_２−Ｒ_１）を備える第１環状領域と、（ｉｉ）半径Ｒ_２から半径Ｒ_３まで延在し、半径幅Ｗ_３（Ｗ_３＝Ｒ_３−Ｒ_２）を備える第２環状領域と、（ｉｉｉ）第２環状領域を囲みかつ半径Ｒ_３から最外部のガラスの半径Ｒ_４まで延在する第３環状領域とを備えるガラスクラッドとを備える光ファイバであって、
コアは、第３環状領域に対して、約０．１％より大きく、約０．３％より小さい、最大相対屈折率Δ_１ＭＡＸを備え、
第１環状領域は、約０．０２５％より小さく、約−０．０２５％より大きい相対屈折率Δ_２ＭＡＸ（ｒ）を有し、
第２環状領域は、第３環状領域に対して、最小相対屈折率Δ_３ＭＩＮを備え、Δ_１ＭＡＸ＞Δ_２ＭＡＸ＞Δ_３ＭＩＮ、かつ、Δ_２ＭＩＮ＞Δ_３ＭＩＮ＜０であり、かつ、
コアとクラッドは、１５００ｎｍ未満のケーブルカットオフをファイバに提供し、１５５０ｎｍで１１０μｍ^２より大きい実効面積を提供する。いくつかの典型的な実施形態では、光ファイバは、１５５０ｎｍで１２５μｍ^２より大きい実効面積を有する。いくつかの典型的な実施形態では、光ファイバは、１５５０ｎｍで１３５μｍ^２より大きい実効面積を有する。

ある実施形態では、第２環状領域は、ゲルマニウム、アルミニウム、リン、チタン、ホウ素およびフッ素からなる一群から選択されたドーパントを有するシリカガラスを含む。

他の実施形態では、第２環状領域は、空（真空）またはガスが充填された、複数の閉塞孔を有するシリカガラスを含み、孔は光の内部反射を提供し、それによって、コアに沿って進む光に導波路を提供する。このような孔は、例えば、純シリカと比較して低い効率的な屈折率を提供し得る。

例示的な実施形態によれば、光ファイバは、
中心軸から約５μｍより大きい半径Ｒ_１まで延在するガラスコアと、コアを囲みかつ接触するガラスクラッドとであって、（ｉ）半径Ｒ_１から半径Ｒ_２まで延在し、半径幅Ｗ_２（Ｗ_２＝Ｒ_２−Ｒ_１）を備える第１環状領域と、（ｉｉ）半径Ｒ_２から半径Ｒ_３まで延在し、半径幅Ｗ_３（Ｗ_３＝Ｒ_３−Ｒ_２）を備える第２環状領域と、（ｉｉｉ）第２環状領域を囲みかつ半径Ｒ_３から最外部のガラスの半径Ｒ_４まで延在する第３環状領域とを備えるガラスクラッドとを備える光ファイバであって、
コアは、第３環状領域に対して、約０．１％より大きく、約０．３％より小さい、最大相対屈折率Δ_１ＭＡＸを備え、
第１環状領域は、約０．０２５％より小さく、約−０．０２５％より大きい、最大相対屈折率Δ_２ＭＡＸ（ｒ）を有し、
第２環状領域は、第３環状領域に対して、最小相対屈折率Δ_３ＭＩＮを備え、Δ_１ＭＡＸ＞Δ_２ＭＡＸ＞Δ_３ＭＩＮ、かつ、Δ_３ＭＩＮ＜０であり、かつ、その中に少なくとも１０個の無秩序に分散した閉塞孔を有する石英系ガラスを含み、かつ、（ｉ）孔の間の平均距離が５０００ｎｍ未満で、（ｉｉ）少なくとも孔の８０％が１０００ｎｍ未満の最大断面寸法Ｄｉを有し、
コアとクラッドは、１５００ｎｍ未満のケーブルカットオフをファイバに提供し、１５５０ｎｍで９５μｍ^２より大きい実効面積を提供する。

次に本発明の好ましい実施形態を詳細に参照するが、これらの実施例は添付の図面に図示されている。

本明細書に記載の光導波路ファイバの実施形態の相対屈折率分布を示す。 本明細書に記載の光導波路ファイバの実施形態の概略的な断面図である。 本発明の光導波路ファイバの実施形態の概略的な断面図である。

本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明において記載されおり、その説明から当業者に明らかであり、または請求の範囲および添付図面とともに以下の説明に記載された本発明を実施することによって認識されるであろう。

「屈折率分布」は、屈折率または相対屈折率と、導波路ファイバの半径との間の関係である。

「相対屈折率パーセント」は、Δ％＝１００×（ｎ_ｉ ^２−ｎ_ｃ ^２）／２ｎ_ｉ ^２として定義される。ｎ_ｉは、特に断りがない限り、領域ｉにおける最大屈折率である。ｎ_ｃはクラッドの第３環状領域６０（外部領域）の平均屈折率である。本明細書において、相対屈折率は、特に断りがない限り、Δによって表現され、その値は「％」を単位にして与えられる。ある領域の屈折率が第３環状領域６０の平均屈折率より小さい場合、相対屈折率は負値であり、ディプレスト領域または低下（depressed）屈折率を有すると呼ばれ、そして、特に断りがない限り、屈折率が最小の負値である点で、最小相対屈折率が計算させる。ある領域の屈折率がクラッド領域の平均屈折率より大きい場合、相対屈折率パーセントは正値であり、その領域は正の屈折率に引き上げられた、または正の屈折率を有すると表現される。「アップドーパント（updopant）」という言葉は本明細書では、純粋なアンドープＳｉＯ_２に対して相対屈折率を上昇させる性質を有するドーパントを意味する。「ダウンドーパント（downdopant）」という言葉は本明細書では、純粋なアンドープＳｉＯ_２に対して相対屈折率を下降させる性質を有するドーパントを意味する。

「波長分散（chromatic dispersion）」という言葉は本明細書では、特に断りのない限り、導波路ファイバの「分散」として称され、材料分散、導波路分散、モード間分散の総和である。単一モード導波路ファイバの場合、モード間分散はゼロである。分散勾配は、波長に関する分散の変化率である。

「実効面積」は次のように定められる。

ここで、積分限界は０から∞であり、ｆは導波路を伝搬する光に関連する電界の横成分である。ここで使用しているように、「実効面積」または「Ａ_ｅｆｆ」は、特に断りがない限り、波長１５５０ｎｍでの光実効面積である。

用語「α−分布（α-profileまたはalpha profile）」は、相対屈折率分布をいい、「％」を単位するΔ（ｒ）によって表される。ｒは下記の式で表される半径である。

ここで、ｒ_０はΔ（ｒ）が最大である点、ｒ_１はΔ（ｒ）％がゼロである点、ｒはｒ_ｉ≦ｒ≦ｒ_ｆの範囲であり、Δは上記で規定され、ｒ_ｉはα−分布の始点、ｒ_ｆはα−分布の終点であり、αは実数の指数部である。

モードフィールド径（ＭＦＤ：mode field diameter）は、ピーターマンII（Peterman II）法を用いて測定される。ここで、２ｗ＝ＭＦＤであり、

であり、積分限界は０から∞である。

導波路ファイバの曲げ耐性は、定められたテスト条件の下で、例えば、上述の直径のマンドレルの周囲にファイバを配置または巻くことによって、誘起された減衰によって測定することができる。

あるモードについての理論的ファイバ遮断波長、又は「理論ファイバ・カットオフ」又は「理論カットオフ」は、導波された光が当該モードにおいて伝搬することができない波長である。数学的な定義は、「単一モードファイバ光学」（ジュノーム、39-44頁、マーセル・デッカ、ニューヨーク、１９９０年（Jeunhomme、pp.39-44、Marcel Dekker、New York, 1990））にあり、理論ファイバ・カットオフは、モード伝搬定数が外側のクラッドの平面波伝搬定数に等しくなる波長として説明されている。この理論波長は、無限長で、直径変動がない、完全に真っ直ぐなファイバについて適合する。

実際のファイバ・カットオフは標準的な２ｍファイバ・カットオフ試験のＦＯＴＰ−８０（EIA-TIA-455-80）によって測定することが可能であり、これによって「ファイバ・カットオフ波長」が得られる。これは「２ｍファイバ・カットオフ」若しくは「測定されたカットオフ」としても知られている。ＦＯＴＰ−８０の標準的な試験は調整した量の曲げを用いて高次モードをストリッピングするか、若しくはファイバのスペクトル応答をマルチモードファイバのスペクトル応答に正規化することによって実施される。

ケーブルカットオフ波長、若しくは「ケーブルカットオフ」は測定されたファイバ・カットオフよりも更に低い。これは、ケーブル環境においては曲げ及び機械的圧力の度合いがより高いことに起因している。実際のケーブル条件は、ＥＩＡ−４４５ファイバ光学試験手順書（Fiber Optic Test Procedures）に記載されているケーブルカットオフ試験によって概算することが可能であり、これはＥＩＡ−ＴＩＡファイバ光学標準（Fiber Optics Standards）、すなわち電気産業同盟−通信産業協会ファイバ光学標準（Electronics Industry Alliance-Telecommunications Industry Association Fiber Optics Standards）の一部であり、より一般的にＦＯＴＰ’ｓとして知られている。ケーブルカットオフ測定は「ＥＩＡ−４５５−１７０ 伝送されたパワーによる単一モードファイバのケーブルカットオフ波長（Cable Cutoff Wavelength of Single-mode Fiber by Transmitted Power）」、すなわち「ＦＯＴＰ−１７０」に記載されている。本明細書ではケーブルカットオフによって、当該概算する試験を利用し得られた値を意味する。

本明細書では特に断りのない限り、光学特性（例えば、分散、分散勾配など）はＬＰ０１モードについてのものである。また、本明細書では特に断りのない限り、１５５０ｎｍの波長は参照波長である。

図１から図３において、本明細書で開示された光ファイバ１０は、コア２０と、コアを囲みかつ直接隣接するクラッド層（またはクラッド）２００を備える。コア２０は相対屈折率分布Δ_Ｃｏｒｅ（ｒ）を有する。クラッド２００は相対屈折率分布Δ_ＣＬＡＤ（ｒ）を有する。いくつかの実施形態では、クラッド２００はＳｉ系ガラスに無秩序の空気孔を含む領域によって囲まれた純シリカの領域を含む。

いくつかの実施形態では、コアはゲルマニウムをドープしたシリカ、例えば、酸化ゲルマニウムがドープされたシリカを含む。要求される屈折率および密度を得るために、ゲルマニウム以外のドーパントを単一でまたは組合せで、本明細書で開示された光ファイバのコア内で、特に中心軸でまたは中心軸の近くで、使用してもよい。

いくつかの実施形態では、本明細書で開示された光ファイバ１０の屈折率分布は、中心軸から環状領域３０の内側半径Ｒ_２まで非負である。いくつかの実施形態では、光ファイバ１０はコア２０に屈折率が低くなるドーパントを含まない。
図１及び図２において、本明細書で開示される光導波路ファイバ１０は、中心軸から主要セグメントの外側半径Ｒ_１（好ましくは、Ｒ_１＞５μｍ）に半径方向外側まで延在し、かつ、最大相対屈折率パーセントΔ_１ＭＡＸ（好ましくは、Δ_１ＭＡＸ≦０．３％かつ０．１％より大きい）で％の相対屈折率分布Δ_１（ｒ）を有するコア２０と；コア２０を囲みかつ直接隣接、すなわち、直接接触するクラッド２００とを備える。クラッド２００は、コア２０を囲みかつ直接隣接し、半径方向外側に第２環状領域５０まで延在し、半径Ｒ_２によって特徴づけられる第１環状領域３０であって、幅Ｗ_２（Ｗ_２＝Ｒ_２−Ｒ_１）及び％の最大相対屈折率パーセントΔ_２ＭＡＸ（ここで、Δ_２ＭＡＸは好ましくは約０．０２５％より小さく、かつ好ましくは約−０．０２５％より大きい）と最小相対屈折率パーセントΔ_２ＭＩＮで％の相対屈折率分布Δ_２（ｒ）を有する第１環状領域３０と；領域３０を囲みかつ直接隣接し、半径報告外側にＲ_２から半径Ｒ_３まで延在する第２環状領域５０であって、幅Ｗ_３を有し、Δ_１ＭＡＸ＞０＞Δ_３ＭＩＮであり、％の最小相対屈折率パーセントΔ_３ＭＩＮ（好ましくは、Δ_３ＭＩＮ≦−０．３％）で％の相対屈折率分布Δ_３（ｒ）を有する第２環状領域５０と；領域５０を囲みかつ直接隣接し、％の相対屈折率分布Δ_４（ｒ）を有する第３環状領域６０とを備える。Ｒ_１はΔ_１（ｒ）が最初に＋０．０５％に到達する半径であると定められる。すなわち、半径Ｒ_１で（外側半径方向に向かい）相対屈折率が＋０．０５％に最初に到達するところで、Δコア２０は終わり、環状領域３０が始まる。そして、領域３０は、外側半径方向に向かい、相対屈折率Δ_２（ｒ）が−０．０５％に最初に到達する半径Ｒ_２で終わると定められる。第２環状領域５０は、本実施形態では、第２環状領域５０はＲ_２で始まり、Ｒ_３で終わる。Ｒ_３は、相対屈折率Δ_３（ｒ）が少なくとも−０．０５％に下がった後、（外側半径方向に向かい）相対屈折率Δ_３（ｒ）が−０．０５％の値に到達する半径であると定められる。第２環状領域５０の幅Ｗ_３はＲ_３−Ｒ_２であり、その中点Ｒ_３ＭＩＤは（Ｒ_３−Ｒ_２）／２である。いくつかの実施形態ではコア２０の９０％以上が正の相対屈折率を有し、いくつかの実施形態ではΔ_１（ｒ）が０からＲ１まですべての半径に対して正である。いくつかの実施形態では、第１環状領域３０の半径幅の５０％以上に対して、｜Δ_２（ｒ）｜＜０．０２５％、かつ、｜Δ_２ＭＡＸ−Δ_２ＭＩＮ｜＜０．０５％である。また、他の実施形態では、第１環状領域３０の半径幅の５０％以上に対して、｜Δ_２（ｒ）｜＜０．０１％である。Δ_３（ｒ）がＲ_２からＲ_３まですべての半径に対して負である。好ましくは、３０μｍより大きいすべての半径に対して、Δ_ＣＬＡＤ（ｒ）＝０％である。クラッド２００は、光ファイバのガラス部分の最外部の外面でもある半径Ｒ_４まで延在する。また、Δ_１ＭＡＸ＞Δ_２ＭＡＸ＞Δ_３ＭＩＮ、かつ、Δ_２ＭＩＮ＞Δ_３ＭＩＮである。

ある実施形態では、図１及び図２で描かれるように、第２環状領域５０は、ゲルマニウム、アルミニウム、リン、チタン、ホウ素およびフッ素からなる一群から選択された少なくとも１つのドーパントを有するシリカガラスを含む。別の実施形態（図３）では、第２環状領域５０は、空（真空）またはガス（例えば、アルゴンまたは空気）が充填された、複数の無秩序に分散した閉塞孔１６Ａを有する石英系ガラス（純シリカ、または、例えば、ゲルマニウム、アルミニウム、リン、チタン、ホウ素およびフッ素がドープされたシリカ）を含む。このような孔は、例えば純シリカと比較して、低い相対屈折率を提供することができる。

より具体的に言うと、図３において、ファイバコア領域２０（ステップインデックスｎ_１を有する）は第１環状領域３０（インデックスｎ_２を有する）によって囲まれ、第１環状領域３０は半径幅Ｗ_３を有する第２環状領域５０とに隣接しかつ囲まれ、さらに、第２環状領域５０は一つ以上のポリマーコーティング６５によって随意に囲まれる第３環状領域６０（ステップインデックスｎ_４と半径幅Ｗ_４を有する）によって囲まれる。第２環状領域５０の相対屈折率パーセント（Δｎ％）は−２８％（シリカの屈折率に対する空隙充填ガスの屈折率）と孔を囲むガラス（本実施例では、約０％の相対屈折率パーセントΔｎ_５を有するシリカである）の屈折率との間で変動する。第２環状領域５０の標準的な平均相対屈折率パーセントΔｎ_ａｖｅは、孔を囲むガラスのドーパントによるが、純シリカガラスに対して−２％と−３％の間である。すなわち、第２環状領域５０は、図３の実施例において、ガスが満たされた孔の幅を変動し、および／または、ガスが満たされた孔の間のガラスが満たされた空間Ｓ_Ｖが無秩序に分散され、および／または互いに等しくない。すなわち、孔は周期性を有さない。孔の間の平均距離は５０００ｎｍ未満、より好ましくは２０００ｎｍ未満、さらに好ましくは１０００ｎｍ未満、例えば、７５０ｎｍ、５００ｎｍ、４００ｎｍ、３００ｎｍ、２００ｎｍ又は１００ｎｍが望ましい。少なくとも孔の８０％、より望ましくは少なくとも孔の９０％が、１０００ｎｍ未満、好ましくは５００ｎｍ未満の最大断面寸法Ｄ_ｉを有することが望ましい。さらに、孔の平均直径が１０００ｎｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満、さらに好ましくは３００ｎｍ未満であることが望ましい。孔１６Ａは閉塞され（固体材料で囲まれ）、かつ周期性を有さない。すなわち、孔１６Ａは同じ大きさであっても、異なる大きさであってもよい。孔の間の距離は均一（すなわち、同じ）または異なってもよい。第２環状領域５０は、少なくとも１０個の孔を、より好ましくは少なくとも５０個の孔を、さらに好ましくは少なくとも１００個の孔を、さらにより好ましくは少なくなくとも２００個の孔を含むことが望ましい。

コア２０は本明細書において次のように定められる分布体積(profile volume)Ｖ_１を有する。

第２環状領域５０は本明細書において次のように定められる分布体積Ｖ_３を有する。

望ましくは、Δ_１ＭＡＸ＜０．３％、Δ_２ＭＩＮ＞−０．０５％、Δ_２ＭＡＸ＜０．０５％、Δ_３ＭＩＮ＜−０．３、０．１＜Ｒ_１／Ｒ_２＜０．６であり、第２環状領域の分布体積の絶対値｜Ｖ_３｜が２０％−μｍ^２より大きい。好ましくはΔ_３ＭＩＮ＜−０．３％、より好ましくはΔ_３ＭＩＮ＜−０．４５％、さらにより好ましくはΔ_３ＭＩＮ≦−０．７％である。例えば、Δ＜−０．５％であるとは、Δが−０．５％より負で大きいことを意味する。好ましくは、０．１５＜Ｒ_１／Ｒ_２＜０．５である。いくつかの実施形態では、０．２＜Ｒ_１／Ｒ_２≦０．４、例えば、Ｒ_１／Ｒ_２＝０．２５、０．２８、０．３、０．３３、０．３５、０．３８または０．４である。他の実施形態では、０．３＜Ｒ_１／Ｒ_２≦０．４である。

いくつかの実施形態では、Ｗ_２＞（２／３）Ｒ_１であり、いくつかの実施形態では、Ｗ_２＞Ｒ_１であり、また、いくつかの実施形態では、Ｗ_２＞２Ｒ_１である。いくつかの実施形態では、Ｗ_２＞５μｍである。例えば、Ｗ_２は少なくとも、５．５μｍ、８μｍ、またはさらに１０μｍより大きくてもよい。好ましくは、１０μｍ＜Ｗ_２＜１６μｍである。

いくつかの実施形態では、２０％−μｍ^２＜｜Ｖ_３｜＜２５０％−μｍ^２である。いくつかの実施形態では、３０％−μｍ^２＜｜Ｖ_３｜＜２４０％−μｍ^２である。いくつかの実施形態では、４０％−μｍ^２＜｜Ｖ_３｜＜２２１％−μｍ^２であり、例えば、｜Ｖ_３｜は５０％−μｍ^２、６０％−μｍ^２、７０％−μｍ^２、８０％−μｍ^２、９０％−μｍ^２、１００％−μｍ^２、１１０％−μｍ^２、１２０％−μｍ^２、１３０％−μｍ^２、１４０％−μｍ^２、１５０％−μｍ^２、または１６０％−μｍ^２である。

いくつかの実施形態では、０．１％＜Δ_１ＭＡＸ＜０．３％であり、好ましくは０．１７％＜Δ_１ＭＡＸ＜０．２８％であり、より好ましくは０．１７％＜Δ_１ＭＡＸ＜０．２５％である。

好ましくは７．２μｍ≧Ｒ_１≧５．０μｍであり、より好ましくは７．０μｍ≧Ｒ_１≧５．３μｍである。

好ましくはＲ_２＞８μｍであり、より好ましくはＲ_２＞１２μｍであり、いくつかの実施形態では１５．０μｍ以上、例えばＲ_２≧２０μｍである。いくつかの実施形態ではＷ_２は約３μｍと約１８μｍの間であり、いくつかの実施形態ではＷ_２は約７μｍと約１５μｍの間である。

好ましくは、Ｒ_３＞１１．０μｍであり、いくつかの実施形態では１１．５μｍ＜Ｒ_３＜３０．０μｍ、例えばＲ_３は約１２μｍ、１３μｍ、１５μｍ又は２０μｍである。

いくつかの実施形態ではＷ_３＞１．０μｍであり、いくつかの実施形態ではＷ_３＞２．０μｍ、例えば２．０μｍ＜Ｗ_３＜１０．０μｍである。いくつかの実施形態ではＷ_３は６．０μｍ未満であり、いくつかの実施形態では３．０μｍ≦Ｗ_３≦９．０μｍであり、いくつかの実施形態ではＷ_３は６．０μｍ未満であり、いくつかの実施形態では３．０μｍ≦Ｗ_３≦７．０μｍである。また、いくつかの実施形態では、Δ_３ＭＩＮは−０．３５％未満であり、他のいくつかの実施形態では−０．５％未満である。

好ましくは、Ｒ_４＞５０μｍである。いくつかの実施形態ではＲ_４≧５５μｍである。他の実施形態ではＲ_４≧６０μｍである。いくつかの実施形態では、６０μｍ＜Ｒ_４＜９０μｍである。例えば、Ｒ_４は６２．５μｍ、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ又は８５μｍである。

いくつかの実施形態では、コア２０の中心セグメントは１または複数の光ファイバ製造技術の結果として生成される所謂センターラインディップ（centerline dip）を有する相対屈折率分布を有する。例えば、中央セグメントは１μｍ未満の半径で、屈折率分布の局所的な最小値を有する。高い値の相対屈折率（コアセグメントにおける最大相対屈折率を含む）はｒ＝０μｍより大きい半径で現れる。

好ましくは、本明細書において開示される光ファイバは、１５５０ｎｍでのモードフィールド径が１１μｍより大きく、いくつかの実施形態では１１μｍと１５μｍの間であり、より好ましくは１２．５μｍと１４．５μｍの間である。好ましくは、１５５０ｎｍでの実効面積は１１０μｍ^２より大きく、より好ましくは１１５μｍ^２より大きく、より好ましくは１２５μｍ^２より大きく、さらにより好ましくは１３５μｍ^２より大きく、いくつかの実施形態では１４５μｍ^２より大きい。

表１及び表２は例示的実施例１から７の特徴を示す。実施例１から７の相対屈折率分布は次の各値を有する図１から図３のファイバと同じである。これらの実施例において、Δ_２％は約０．０（シリカ）であることに留意されたい。

相対的な曲げ損失の値は、ＳＭＦ−２８ｅ（登録商標）光ファイバに対して計算される。

本発明の例示的実施例によれば、例示的光ファイバは（１５５０μｍで）９５μｍ^２から１８０μｍ^２の実効面積（Ａ_ｅｆｆ）、および／または約１１μｍと約１５μｍとの間のＭＦＤを有する。これらのファイバはまた、１５５０ｎｍで約１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと約２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の波長分散値を有し、かつ、０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍと０．０７ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍとの間の分散勾配を有する。分散勾配に対する分散の比率として定められるカッパ値（kappa value）は、好ましくは２９０ｎｍと３３０ｎｍとの間であり、より好ましくは３００ｎｍと３２０ｎｍとの間である。いくつかの好適実施例では、光学実効面積は１１０μｍ^２を超え、また他の実施例では、１２０μｍ^２より大きい。表１に特定される分散パラメータと、表２に示された光学特性とを有する数少ない例示的ファイバが、表１および表２に示されている。これらは、１５５０μｍで約１１０μｍ^２から約１５５μｍ^２の間の実効面積と、１１．４μｍと１４．２μｍの間のＭＦＤと、０．０６ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍと０．０６５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍの間の分散勾配を有する。当該構造の１つの利点は、コアのケーブルカットオフ波長が好ましくは１４５ｎｍ未満、より好ましくは１４００ｎｍ未満、さらにより好ましくは１３５０ｎｍ未満であるということである。

曲げ損失は、（ｉ）第２環状領域の特定の位置と、（ｉｉ）第２環状領域５０の体積の特定値とを選択することにより最小化できる。ここで、当該体積は、第２環状領域の断面積と、％のΔ_３ＭＩＮの絶対値との積として定められる。第２環状領域５０の体積は、ファイバとケーブルカットオフ波長に影響を及ぼす。１５００ｎｍ未満のケーブルカットオフ波長を有するため、第２環状領域５０の体積の絶対値｜Ｖ_３｜が約８０％−μｍ^２未満であることが望ましい。当該状態が、コアの理論カットオフにほぼ等しいケーブルカットオフを生じさせる。第２環状領域の体積｜Ｖ_３｜が約８０％−μｍ^２より大きい場合は、ケーブルカットオフ波長は理論カットオフより大きい、または１５５０ｎｍよりさらに長くなる。しかしながら、コアに対する理論カットオフ波長は１５００ｎｍ未満であり、このような種類のファイバは、単一モード動作を確実にするための標準単一モードファイバの送出および受信技術を用いることによって、１５５０ｎｍウインドで動作する単一モードファイバシステムに今もなお利用され得る。

上述したように、第２環状領域の５０は、ダウンドープする（例えば、フッ素ドーパントを使用）か、第２環状領域５０に埋められた複数のガス充填孔（例えば、空気充填孔）を有するかのいずれかによって形成される。表２で計算された曲げ性能は、第２環状領域の実効屈折率の使用に基づいている。したがって、曲げ性能は両タイプの光ファイバ（すなわち、領域５０に、フッ素がドープされたファイバと、気孔を有するファイバ）に適用可能である。曲げ性能は光ファイバの重要な特性である。（約９５μｍ^２以上のＡ_ｅｆｆを有する）通常の大きな面積のファイバにおいて、光学実効面積が増加すると、曲げ性能は著しく悪化する。しかしながら、本発明の実施例の光ファイバは、当該実効面積が１００μｍ^２、１１０μｍ^２、１１２μｍ^２、１１５μｍ^２、またはそれ以上を超えても、非常に小さな曲げ損失を示す。本発明の光ファイバ、例えば、表１および表２に開示された光ファイバは共に、マイクロベントに関して、優れた曲げ損失耐性（bend loss resistance）を示し、そして、例えばＳＭＦ−２８ｅなどの公知かつ許容できる曲げ性能を有する通常のファイバと同等以上のマイクロベントを示す。

ファイバのマクロベンド性能を予測するため、有限要素法を用いて、光導波路の曲げ性能をモデル化した。予測されたモデルの結果により、ファイバの曲げ性能と、公知かつ測定された曲げ性能とを比較した。いくかの場合の数値モデルの結果は、測定された曲げ性能の結果と厳密には同じではなかった。他の（異なる）ファイバおよび／または異なる曲げ直径と比較したとき、数値モデルは正確な結果を与えた。したがって、測定された曲げ性能の結果を有する公知のファイバ、例えばＳＭＦ−２８ｅファイバ（表２参照）などに対して曲げ性能を計算することを選択した。測定された参照ＳＭＦ−２８ｅファイバの曲げ損失は１５５０ｎｍで、曲げ直径１５ｍｍで２．９ｄＢ／ターンであり、曲げ直径２０ｍｍで０．５８ｄＢ／ターンであり、また曲げ直径３０ｍｍで０．０２ｄＢ／ターンである。ＳＭＦ−２８ｅファイバは、約８３μｍ^２の実効面積を有する。

本発明の光ファイバのいくつかの実施例では、光ファイバは１５５０ｎｍにおいて曲げ直径２０ｍｍで、０．７ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を、好ましくは０．５０ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を、かつ、好ましくは０．４ｄＢ／ターン未満の曲げ損失を、さらにより好ましくは０．３５ｄＢ／ターン未満の曲げ損失を有し、および／または曲げ直径３０ｍｍで０．０１ｄＢ／ターン未満の曲げ損失を有する。本発明の光ファイバのいくつかの実施例では、光ファイバは１５５０ｎｍにおいて曲げ直径２０ｍｍで、約０．２５ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を、好ましくは０．２０ｄＢ／ターン未満の曲げ損失を、より好ましくは０．１ｄＢ／ターン未満の曲げ損失を有し、および／または曲げ直径３０ｍｍで０．００８ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を有する。本発明の光ファイバのいくつかの実施例では、光ファイバは１５５０ｎｍにおいて曲げ直径２０ｍｍで、約０．０５ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を、かつ好ましくは０．０３ｄＢ／ターン未満の曲げ損失を有し、および／または曲げ直径３０ｍｍで０．００６ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を有する。本発明の光ファイバのいくつかの実施例では、光ファイバは１５５０ｎｍにおいて曲げ直径２０ｍｍで、約０．０１ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を有し、および／または曲げ直径３０ｍｍで０．００３ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を有する。

曲げ性能はまた、第２環状領域５０の位置および体積によって最適化される。例えば、ファイバ３（表１および表２）は、１５５０ｎｍにおいて曲げ直径２０ｍｍで、参照ファイバＳＭＦ−２８ｅよりも良好な曲げ性能を有し、また１５５０ｎｍにおいて曲げ直径３０ｍｍでより悪い曲げ性能を有する。同じコアパラメータを維持しながら第２環状領域の曲げ性能を変化すことによって、曲げ性能に関してかなり改良されたファイバ（表１および表２のファイバ４）を示す。ファイバ３を超えたファイバ４の曲げ性能の改良は、（コアからかなり離れた）第２環状領域のより最適化された位置と、第２環状領域のより大きな体積絶対値とに起因する。第２環状領域をコアの中心により近くに移動することは、分散と勾配の増加という効果を有する。第２環状領域５０の位置の選択は、ファイバ分散、分散勾配そして曲げ性能（すなわち、低曲げ誘起損失（low bend inducing loss））を含む数少ない要因によって影響を与える。ある特定の光学実効面積（１５５０ｎｍで９５μｍ^２より大きいＡ_ｅｆｆ、好ましくは１１０ｍ^２より大きいＡ_ｅｆｆ、さらに好ましくは１１５ｍ^２より大きいＡ_ｅｆｆ）を有する表１および表２の各ファイバに対して、第２環状領域５０のパラメータは十分な曲げ性能を生むように選択される。第２環状領域の適切な位置を選択することに加えて、曲げ誘導損失は第２環状領域５０の体積の増加によって最小化される。表１および表２は、第２環状領域の体積の増加が曲げ性能（すなわち、低曲げ誘起損失）を改善することを実証している。さらに具体的に言うと、表２は、ＳＭＦ−２８ｅより大きな光学実効面積を有するファイバ（例えば、ファイバ５、６および７）でも、（１５５０ｎｍでより小さな光学実効面積を有する）ＳＭＦ−２８ｅファイバより良好な曲げ性能を有することを示している。しかしながら、第２環状領域の体積があまりにも大きい場合は、中に光を閉じ込め、マルチモードのファイバを形成する。この場合、コアはまだ単一モードであるため、単一モード動作を確実にするための単一モードの送出技術をなお用いることができる。単一モード送出技術によって、光信号は標準単一モードファイバを介して伝送ファイバに送出することができ、かつ、他の単一モードファイバは受信器への伝送ファイバの２つの出力端に用いられるということである。標準単一モード伝送ファイバは、好ましくは０．５ｄＢ未満の接続損失、より好ましくは０．３ｄＢ未満の接続損失を生ずるように十分に調整されることが望ましい。

本発明を実証し、表３および表４の特性を有する２つのファイバ、ファイバ８およびファイバ９を製造した。ファイバ８の第２環状領域はフッ素をドープしたシリカガラスからなり、かつ、外側シリカクラッドに対して最小相対屈折率−０．４７を有する。ファイバ９の第２環状領域はアルゴンガスが充填された複数の閉塞孔を有するシリカガラスからなる。ファイバ８およびファイバ９はそれぞれ、最大屈折率０．１９％および０．２８％のステップインデックスコアを丸めた。

我々はまた、一般的により大きなコア体積はモードフィールドの大きさを増加する傾向があるだけでなく、ＬＰ１１の理論カットオフ波長も長くさせ、そして、２ｍファイバのカットオフ波長を長くさせる傾向があることを見出した。いくつかの実施形態では、コアの分布体積Ｖ_１が５．０％−μｍ^２より大きく、かつ９．０％−μｍ^２より小さかった。また、いくつかの実施形態では、Ｖ_１が６．５０％−μｍ^２と７．５％−μｍ^２との間であった。

図１、図２および図３に示された光ファイバ１０のコア２０は、階段形状、角が丸められた階段形状、または、有限値をとるαのα形状のうちのいずれかである屈折率分布を有する。しかしながら、コア２０は、マルチセグメントコアのように、α_１の他の値を、または、α分布以外の分布形状を有してもよい。

望ましくは、本明細書において開示された光ファイバの含水量は低く、望ましくは水分によるピークが低い光ファイバである。すなわち、ある特定の波長領域、特にＥ−バンドにおいて水分によるピークが比較的低いまたは全くない減衰カーブを有する。

低含水ピーク光ファイバを製造する方法は、米国特許第６４７７３０５号、米国特許第６９０４７７２号およびＰＣＴ出願公開番号ＷＯ０１／４７８２２号に見つけることができる。

上記の記載は本発明を例示的に説明しているだけである。上記の記載はクレームによって定義される本発明の性質や特徴を理解するための概要を提示しているにすぎない。添付図面は本発明の理解をより深めるために添付されている。図面は取り込まれ、本明細書の一部をなす。図面は本発明の幾つかの特徴と実施例を示しており、発明の詳細な説明と共に見ることにより、本発明の原理や作動の理解に供することができる。当業者であれば、特許請求の範囲により定義される本発明の精神及び範囲から離れることなく、本明細書に記載された本発明の好適実施例に色々な変更をなすことができるであろう。

１０ 光ファイバ
１６ａ 閉塞孔
２０ コア
３０ 第１環状領域
５０ 第２環状領域
６０ 第３環状領域
６５ ポリマーコーティング
２００ クラッド

Claims (10)

1. 中心軸から約５μｍより大きい半径Ｒ_１まで延在するガラスコアと、該コアを囲みかつ接触するガラスクラッドとを備えた光ファイバであって、
   前記コアと前記クラッドは、１５００ｎｍ未満のケーブルカットオフを前記ファイバに提供し、１５５０ｎｍで１１０μｍ^２より大きい実効面積と、直径２０ｍｍのマンドレルで０．５ｄＢ／ターン以下の曲げ損失を提供し、かつ、
   （ｉ）前記クラッドは、半径Ｒ_１から半径Ｒ_２まで延在し、半径幅Ｗ_２（Ｗ_２＝Ｒ_２−Ｒ_１）を備える第１環状領域と、半径Ｒ_２から半径Ｒ_３まで延在し、半径幅Ｗ_３（Ｗ_３＝Ｒ_３−Ｒ_２）を備える第２環状領域と、該第２環状領域を囲みかつ半径Ｒ_３から最外部のガラスの半径Ｒ_４まで延在する第３環状領域とを備え、かつ、
   （ｉｉ）前記コアは、前記第３環状領域に対して、約０．１％より大きく、約０．３％より小さい、最大相対屈折率Δ_１ＭＡＸを備え、
   前記第１環状領域は約０．０２５％より小さい相対屈折率Δ_２（ｒ）を有し、
   前記第２環状領域は、前記第３環状領域に対して、最小相対屈折率Δ_３ＭＩＮを備え、Δ_１ＭＡＸ＞Δ_２ＭＡＸ＞Δ_３ＭＩＮ、かつ、Δ_２ＭＩＮ＞Δ_３ＭＩＮ＜０であり、かつ、その中に少なくとも１０個の無秩序に分散した閉塞孔を有する石英系ガラスを含み、（ａ）前記孔の間の平均距離が５０００ｎｍより小さく、（ｂ）少なくとも孔の８０％が１０００ｎｍより小さい最大断面寸法Ｄｉを有し、
   Ｒ_２＞１２μｍ、かつ、Ｗ_３が２μｍと１０μｍとの間であることを特徴とする光ファイバ。
2. 前記第３環状領域に対するΔ_３ＭＩＮが約−０．３％より小さいことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
3. 当該光ファイバの半径ｒの位置における相対屈折率をΔ（ｒ）として、前記第２環状領域が、
   

   

   と等しい分布体積Ｖ_３を備え、｜Ｖ_３｜は少なくとも２０％−μｍ^２であることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ。
4. 前記クラッドと組み合わせた前記コアが、波長１５５０ｎｍにおいて直径２０ｍｍのマンドレルで０．２５ｄＢ／ターンより小さい曲げ損失を提供することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光ファイバ。
5. 前記クラッドと組み合わせた前記コアが、波長１５５０ｎｍにおいて直径２０ｍｍのマンドレルで０．１０ｄＢ／ターンより小さい曲げ損失を提供することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光ファイバ。
6. ２０％−μｍ^２＜｜Ｖ_３｜＜８０％−μｍ^２であることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の光ファイバ。
7. 前記実効面積が少なくとも１２５μｍ^２であることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の光ファイバ。
8. 前記実効面積が少なくとも１３５μｍ^２であることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の光ファイバ。
9. Ｒ_１／Ｒ_２が約０．３と約０．４の間であることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の光ファイバ。
10. 前記第２環状領域が、フッ素を含むことを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の光ファイバ。

Images