JPS6269210A - 導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は光フアイバ通信検出システムに関する。

背景技術 光ファイバは現在光通信システムに広く用いられておシ
、また種々の検出システムとしての用途もこれまで提案
されてきた。例えば、第１図に概略的に示されるように
、光ファイバ通信レステム１０は典型的には光源２０゜
例えば半導体レーザを含むが、この光源が光ファイバ３
０（典型的にはケーブル内に包封される）を介して光検
出器４０と通信する。

つまシ光ファイバ３０は光源から発出された光Ｃ例えば
情報搬送光パルス）の少くとも一部を光検出器に送るよ
う機能する。対照的に、第２図に概略的に示されるよう
に、光フアイバ検出システム５０は典型的には光源２０
を含み、これが光ファイバ３０を介して検出器６０Ｃト
ランスジユーサ）と通信する。システム５０ｉｌｔさら
に光検出器４０を含み、これは第２図に示されるような
光ファイバ３０かあるいは第２光フアイバを介して検出
器６０と通信する。動作時には光ファイバ３０は光源２
Ｇから発出される光の少くとも一部分を検出器６０に送
信する。送信された光の少くとも一部は検出器６０で反
射されて再び光フアイバ３０に入るか、または光検出器
６０で反射されるか送信されるかして該第２光フアイバ
に入り、こうして光検出器４０に送信される。もし適切
な外部刺激が検出器６０に与えられると、この検出器（
トランスジューサ）は典型的には検出器４０に送られる
光の強度あるいは位相あるいはその両者を変化させる。

検出器６０が通常、これら２つの光ファイバの片方また
は両方の一部を含むことは重要である。（これらの検出
システムに関しては、例えば、Ｘ９８５年にカリフォル
ニア州すンジエゴで開かれた「光フアイバ検出器に関す
る第３回国際会議、技術抄録Ｊ　（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
Ｄｉｇｅｓｔ　３　ｒｄ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
　Ｃｏｎｆ、　０ｎＯｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　５ｅ
ｎｓｏｒｓ　）を参照のこと。）前述の光フアイバシス
テムの動作または設計またはその両者において２つの因
子が重要な役割をする。１つは光フアイバ内の光信号例
えば光パルスが遭遇する単位長あたシの光損失（以下、
光損失または損失と記す。典型的にはｄＢ／ｋｍ　　の
単位で測定される。）現在のところ、典型的にはこの因
子によって光ファイバの長さ方向における信号増幅器（
リピータ）間の距離が決まる。知られているように光損
失は本部的損失と付帯的損失の両方によるものである。

前者は光ファイバに用いられる材料の木簡的特性に関連
し、後者はその他の全ての損失を指す。

付帯的損失の中にはマイクロ歪損失とマクロベント損失
が含まれる。マイクロ歪損失というのはファイバ軸の無
秩序なマイクロベンドにより生じ（ベンド即ち完全な直
線からの偏位の大きさは典型的には約１μｍより小さい
）、またファイバコアの直径の無秩序な変動（典型的に
は約Ｏ８１μｍより小さい）によっても生じる。マクロ
ベンド損失はファイバ中の距視的ベンド（典型的には曲
率半径は約０、３　ａｎより大きい）により生じる。Ｃ
マイクロ歪損失については例えばり、マーキューズ（Ｄ
、　Ｍａｒｅｕｓｅ　）、アプライド　オプテイクス（
Ａｐｏｌ、　０ｐｔｉｃｓ　）　　２３．１０８２　（
１９８４年）を参照のこと。マクロベンド損失について
は例えばり、　Ｇ、　：ｌ−エン（Ｌ、　Ｇ、　Ｃｏｈ
ｅｎ　）らＩＥＥＥジャーナル　オブ　クオンタムエレ
クトロニクス（Ｊ、　ｏｆ　ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ　）第ＱＥ−１８巻第１θ号１４６７ペー
ジ（１９８２年）を参照のこと。）現在はシリカ（Ｓｔ
ａｔ）ガラスがほとんど全ての光ファイバに用いられて
いる。シリカの本部的損失は他のほとんどの材料の場合
と同じように波長に依存し、波長約１．５５μｍにおい
て最小値的０．１６　ｄＢ／　ｉｏｎを呈する。従って
リピータ間隔を最大にするためには、即ちリピータ間隔
を約２００　ｋｍにするためには、シリカを基本とする
光フアイバシステムは通常は最小木簡的損失波長即ち１
．５５μｍで運用される。重要なことであるが、現在の
シリカファイバに関連する付帯的損失は本部的損失より
はるかに小さい。例えばシリカガラスファイバに関連す
るマイクロベント損失（これも波長に依存する）は本発
明者の見積シによれば単一モードシリカファイバの場合
、１．５５μｍにおける本部的損失の約５俤に過ぎない
。その結果として、マイクロベンド損失はこれまでシリ
カを基本とする光フアイバシステムの設計の際無視され
、あるいはまたほとんど何らの重要性ももたなかった。

上述の光フアイバシステムの設計の際に重要な位置を占
める２番めの因子は光フアイバ中の光信号が遭遇する分
散（典型的にはＰＳ　／　ｋｍ　−ｎｍの単位で測定さ
れる）である。

分散は光ファイバを通る情報の流速即ちビットレートを
制限する。よく知られているように、全分散にはモード
分散、材料分散及び導波路分散が含まれる。モード分散
は光ファイバのコアにより導かれる異なるモードの異な
る伝播速度に起因する分散を指す。材料分散は光フアイ
バ材料の屈折率の波長依存性に起因する分散を指す。導
波路分散は材料分散やモード分散がない場合でも依存し
、光ファイバ内の波長の異なる信号が有する異なる空間
電磁パワー分布から生じる分散である。例えば、ある波
長の信号が、パワー伝達が主にクラッドに閉じ込められ
るような空間パワー分布を有するとする。一方、別の波
長の信号が、パワー伝達が主にコア中心に閉じ込められ
るような空間パワー分布を有するとする。この２つの波
長の信号は必ず異なる平均屈折率に「出会う」ことにな
り、こうして異なる平均速度で伝播することになる。電
磁パワーの空間的範囲、従って導波路分散は伝達波長と
共に変化し、またファイバの物理的、材料的特性（例え
ばコア半径、コアとクラッド間の相対的屈折率差、及び
ファイバ材料の絶対的屈折率）と共に変化する。重要な
ことであるが、多くのファイバ材料と特定のファイバパ
ラメータに対して、導波路分散が材料分散に対して反対
の徴候を示す、即ち反対の動作をするような波長領域が
存在する。

シリカファイバのモード分散は単一モードシリカファイ
バ即ちコアが単一モードのみを導く型のファイバを製造
することで抑えられた。例えばファイバのコアとクラッ
ドの屈折率が異なシはするが均一である場合（導波な行
なうためにコアの屈折率がクラッドのそれより大きい）
は、周知のように次式を満たせば単一モード動作が得ら
れる。

ス ここでａはコア半径、ｎαはクラッド材料の屈折率、Δ
＝　（ｎ、　−ｎα）／ｎｃ、　ｎｃ　　はコアの屈折
率、λは伝達波長である。Ｃ式（１）の要件については
例えばり、マーキュース（Ｄ。

Ｍａｒｃｕｓｅ　）らの文献、「光フアイバ通信」（ｒ
　０ｐｔｉｃａｌ　Ｆｔｂａｒ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎ　Ｊ　）Ｓ、、Ｅ、ミラー（Ｓ、　Ｅ、
　Ｍｉｌ’ｌｅｒ　）及びＡ、　Ｇ。

チノウエス（Ａ、　Ｇ、　Ｃｈｙｎｏｗｅｔｈ　）編、
アカデミツクプレス、ニューヨーク（１９７９年）の第
３章を参照のこと。） シリカファイバは波長１．５５μｍ（最小木簡的損失波
長）ではなく１．２７μｍにおいて材料分散がＯになる
けれども、工、５５μｍにおいて全分散が非常に小さく
なる（典型的には約１　ｐｓ／ｋｍ−ｎｍ　　ヨ’）小
サイ）　単一モ＝　トシリカファイバが開発された。こ
れは分散シフト型シリカファイバ即ち、所望の波長例え
ば最小木簡的損失波長において材料分散を打消すように
導波路分散が用いられる型のシリカファイバを製造する
ことで達成された。

Ｃ分散シフトについては例えばり、Ｇ、コーエン（Ｌ、
　Ｇ、　Ｃｏｈｅｎ　）らエレクトロニクス　レター（
Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｅｔｔ　　）　１５巻３３４ページ
（１９７９年）を参照のこと。） 最近、長波長材料即ち約２μｍから約１１μｍの範囲の
波長の光に対して透過性の材料を基本とする単一モード
分散シフト型光フアイバの開発において、重大な関心が
寄せられるようになった。（シリカに関してはこれら長
波長材料の０材料分散波長は最小木簡的損失波長とは異
なる。）このような材料にはジルコニウムフッ化物を基
本とするガラスや亜鉛塩化物を基本とするガラスが含ま
れる。これら長波長材料は約２μｍから約１１湖の範囲
の波長に対して０．０１　ｄＢ／ｋｍと同等またはそれ
より小さい最小木簡的損失を呈するものと信じられてい
る。Ｃ対照的にシリカは１．５５μｍにおいて最小木簡
的損失は０．１６ｄＢ　／ｋｍである。）その結果、こ
れら長波長材料はより広いリピータ間隔（従ってより少
ないリピータ数）即ち互いＩｃ　２００　Ｋｍ以上、４
００　Ｋｍ以上さらに１０００　Ｋｍ以上も離れたリピ
ータ間隔をとる光通信検出システムを生み出す可能性を
もたらす。

シリカを基本とする光フアイバシステムとは対照的に、
長波長材料の木簡的損失は非常に小さいのでマイクロ歪
損失などの付帯的損失は通常、木簡的損失と同等かまた
はそれより大きい。結果として長波長材料に固有な潜在
的利点を得るために、これまでマイクロ歪損失を抑える
ための光フアイバ設計に努力が積み重ねられた。

任意の材料についてのマイクロベンド損失の一般に認め
られている理論はクラウス　ピータ−マン（Ｋｌａｕｓ
　Ｐｅｔｅｒｍａｎ　）により展開された。（クラウス
　ピータ−マン「任意の屈折率プロフィールを有する単
一モードファイバにおけるマイクロベンド損失の理論」
（’　ＴＬｅｏｒＹ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｂｅｎｄｉｎｇ
　Ｌｏｓｓ　ｉｎＭｏｎｏｍｏｄｅ　Ｆ’１ｂｅｒｓ　
ｗｉｔｈＡｒｂｆｔｒａｒｙ　ＲａｆｒａｃｔｉｖｅＩ
ｎｄｅｘ　Ｐｒｏｆｉｌｅ　’　）、ＡＥＵアーク　エ
レクトロン　ウエバートラグングシュテク　エレクトロ
ン　コミュニケーション（Ａ　Ｅ　Ｕ　Ａｒｃｋ。

Ｅｌｅｋｔｒｏｎ、　Ｕｅｂｅｒｔｒａｇｕｎｇｓｔｅ
ｃｈ、　ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｏｍｍｕｎ、　）　３０．
３３７（１９７６年）を参照のこと、）この理論に基づ
いて、■が定数と仮定すると、単一モードファイバに対
するマイクロベンド損失αＩは λ２ αＪ１０ｃｍ　　　　　［２） ｎ２Δコ で表わせることが容易にわかる。

式（２：Ｊは、ある一定の波長λにおいて、特定の材料
の場合即ちある一定の屈折率ｎの場合に、マイクロベン
ド損失αＩはΔが減少すると増加することを示している
。式（２）はさらに、ある一定のｎ及びΔに対してαＩ
は伝達波長が増加すると増加することを示している。従
ってλが増加する時にαＭを一定に保つためにはΔがλ
と共、に増加しなければならない。

即ち、 Δ呪λ了 その結果ピータ−マン理論に基づけば、ある与えられた
波長（約２μｍより長い）で動作するある与えられた材
料においてマイクロベント損失を減少させる唯一の方法
は比較的大きいΔを用いることであると信じられて来た
。

さらにΔの値は伝達波長が長くなるにつれ、即ちより長
い波長の材料が用いられるにつれ、初期の大きな値を超
えて大きくならなければならないと信じられて来た。重
要なことであるが、ピータ−マン理論によれば、マイク
ロベンド損失を減少させるような大きなΔ値を有するの
は非常に長い液材の材料にれは最小木簡的損失を有する
と信じられている）である。

シリカファイバにおけるΔ値（優で表わす）は典型的に
は数十分の一チ例えば０．３’ｌである。単一モード分
散シフト型（１，５５μｍまで）のシリカファイバの場
合、Δ値は０．５０チかあるいはそれ以上が必要とされ
た。対照的にピータ−マン理論では約２μｍより長い波
長におけるΔ値はシリカファイバの場合の１０倍かある
いはそれ以上、例えば３チまたは５チが要求される。し
かし現在のところ長波長材料においてそのような大きい
Δ値を得るのははなはだしく困難であシ、いくつかの場
合には不可能である。さらに、もしそのような大きなΔ
値が得られたとしても、ファイバ製造工程中にコアーク
ラッド界面において結晶化をもたらすこととなシ、これ
が損失をかなり大きくすることが知られている。従って
、ピータ−マン理論では行きづまってしまう。即ち、ピ
ータ−マン理論に従えばマイクロベント損失は大きなΔ
値を用いてのみ減少させることができるが、この大きな
Δ値は達成するのが不可能であるか、または達成できて
も結晶化を招くものであシ、こうして損失を大きくする
のである。

このように、長波長材料を基本とする光フアイバシステ
ムの開発に従事する人達は分散を低くしたままマイクロ
ベント損失を減少させる実用的な方法を模索して来たが
成功には程遠かった。

発明の概要 本発明には、ピータ−マン理論は長波長材料には適用で
きず、質的に誤シであるという結論に導かれるものであ
るという本発明者の発見が含まれる。例えば、ピータ−
マン理論に反し、ある一定の波長λ、一定の屈折率ｎに
対してマイクロベンドαＭとコア直径の無秩序変動（ピ
ータ−マンは考慮していない）による損失はΔが減少す
ると小さくなることが判明した。Ｃ比較のためには第４
図において「ピータ−マンｃマイクロベンド）」と表わ
された曲線Ａ１　「ブロアーウオルカ−（マイクロベン
ド）」を表わされた曲線Ｂ、「ブロアーウオルカー（コ
ア直径変動）」と表わされた曲線Ｃを参照のこと。）さ
らに、ピータ−マン理論に反し、一定のｎ及びΔに対し
てマイクロベンドとコア直径変動による損失はλが増加
すると減少することが判明した。

（比較のためには第５図において「ピータ−マン（マイ
クロベント）」と表わされた曲線Ａ′、「ブロアーウオ
ルカーＣマイクロベンド）」と表わされた曲線Ｂ′　「
ブロアーウオルカー（コア直径変動）」と表わされた曲
線Ｃ′を参照のこと。） 上述の事項その他に基づいて取下の事項が判明した０即
ち、長波長材料を基本とする単一モードファイバであっ
て、コアとクラッドの屈折率が空間的に均一かあるいは
変化するファイバにおいて、 であればマイクロ歪損失は減少する。さらにΔｅ≧０．
３９１　Ｘ　１０−’λ”−０，４８７Ｘ１０　’λ＋
０．４１１　Ｘ　１０−２であればマイクロベント損失
は減少する。ここでΔｅはコアとクラッドの間の等価ス
テップインデックス相対屈折率、即ち光フアイバ内の実
際のインデックスプロフィールに等価なステップインデ
ックスプロフィールに対応するΔを指す。（光フアイバ
内のステップインデックスプロフィールとは、空間的に
均一なりラッド屈折率とより高いが空間的には均一なコ
ア屈折率との間でコアークラッド界面における不連続な
ステップ状増加が存在するような屈折率プロフィールで
ある。）このような条件におけるΔｅはピータ−マン理
論で要求される対応Δｅよりも実質的に小さく、コアー
クラッド界面において結晶化を引起こすことなく容易に
得ることができる。さらに、約１０　ｐｓｅｅ／　ｋｍ
　−ｎ　ｍより低い全分散を得るための分散シフトは例
えば適切なコア直径の値を経験的に求めることにより容
易に達成される。このようにしてピータ−マン理論の行
きづまシは解消され、長波長材料に固有な特長を活かす
ことが可能となる。

実施例の説明 本発明は上に述べた一般的な型の元ファイバ通信検出シ
ステムを含んでおり、その実施例は第１図及び２図に示
される。本システムは約２μｍよフ長く約１１μｍ以下
の波長で動作するように特に設計されている。従って、
この波長域での伝送を得るために、光ファイバ３０（第
１図及び２図）は長波長材料、即ち約２μｍより長く約
１１μｍ以下の波長の電磁放射の少くとも一部に対して
実質的に透過性を有する材料を含む。Ｃ本発明の目的の
ためには実質的に透過性を有するというのは長波長材料
の木簡的損失が約Ｑ、　１　ｄ　Ｂ／ｋｍ以下であると
いう意味である。）そのような長波長材料には例えば、
ジルコニウム、ハフニウム、カドミウム、バリウム、亜
鉛、鉛、ビスマス、アルミニウム、セシウム、ランタン
、ガドリニウム、リチウム、マンガン、カリウム、ルビ
ジウム、銀、ナトリウム、タリウム、トリウムなどを含
むガラスのような金属ハロゲン化物ガラスまたはイツト
リウムハロゲン化物またはその両者が含まれる。（本発
明の目的のためには金属ハロゲン化物というのは金属陽
イオンとハロゲン化物陰イオンとを含む単成分または多
成分のガラスをさす。）そのような長波長材料にはカル
コゲナイドガラス、即ちイオウ、セレン及びテルルを含
むガラスも含まれる。

第３図に示すように、本発明の元システムに用いられる
光ファイバ３０はコア７０とりラッド８０を含む。断面
においてコア及びクラッドは任意の形状、例えば円、方
形、三角形などの形状をとることができる。（説明の目
的でのみコア及びクラッドは第３図において円形断面積
を有するものとして描いてあシ、コア半径はａである。

）さらにコア７０の屈折率ｎ　は均一であるかまたは空
間的に変化する、即ち半径及び方位角座標ｒ１θと共に
変化する（ｎ、＝１（ｒ、　　θ））。同様にクラッド
８０の屈折率ｎ（ｌ、は均一であるかまたは空間的に変
化しｎα＝ｎｃｔ（ｒ・θ）である。（屈折率が空間的
に変化するクラッドは例えば２つ以上の材料または異な
る組成をクラッド中に含むことにより得られる。）しか
し、コア及びクラッドの形状、大きさ及び屈折率分布形
状に関係なく、動作波長λにおいて単一モード動作をす
るように、従来の設計手順に従っているいろな条件を選
ぶ。

異なる単一モードファイバ構造、例えば空間的に均一な
コアークラッド屈折率分布形状をもつファイバ構造と非
均−な構造とを比較する目的で、光ファイバ３０に対し
伝送波長λにおける等価ステップ・インデックス相対屈
折率差Δｅを求めるのは便利である。（このΔｅという
のは従来技術に属するものであシ、例えばＨ，マツムラ
（Ｈ，Ｍａｔｓｕｍｕｒａ　）とＴ、スガヌマ（Ｔ、　
Ｓｕｇａｎｕｍａ　）の文献、アプライド　オプテイク
ス（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　）第１０巻３１５
１ページ、１９８０年に記述されている。）これは、初
めに、波長λでコア７０により伝描される単一モードの
スポットサイズを測ることにより容易に求められる。

（スポットサイズというのはコア内で単一モードの電界
振幅が最大である点とそれが最大値の気に落ちる点との
間の距離である。）次にカットオフ波長λＣ即ち第２モ
ードが現われる波長を測定する。（Ｗ及びλＣを測定す
る技術に関しては例えばＣ，Ａ、ミラー（Ｃ，Ａ、　Ｍ
ｉｌｌｅｒ　）　　エレクトロニクス　レターズ（Ｅｌ
ｓｅ、　Ｌｅｔｔ、　）第１７巻４５８ページ（１９８
Ｌ年）を参照のこと。）代りにＷ及びλＣを計算するこ
ともできる。（Ｗ及びλＣを計算する技術に関しては例
えばＧ、Ｅ、ピーターソン（Ｇ、　Ｅｅ　Ｐｅｔｅｒｓ
ｏｎ　）　　らベル　システム　テクニカル　ジャーナ
ル（ＢａｌｌＳｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　）　　第５９巻第７号１１７５ページ（１
９８０年）を参照のこと。） Ｗ及びλＣを測定あるいは計算してしまえば有効Ｖ数Ｖ
ｅは の関係から計算される。そして次に有効コア半径ａｅ　
が から計算される。最後にΔｅが から求められる。

本発明の光システムに用いられる光フアイバ３００設計
、特に相応するΔｅの値の設計は重要である。何故なら
ば、これにより長い間求められていた目標、即ち長波長
材料を基本としマイクロ歪みとマクロベンド損失が小さ
く、全分散が約１０　ｐｓ／ｋｍ−ｎｍ　　より小さく
、コアークラッド境界で結晶化を起こすことなく容易に
製造できる単一モード光ファイバが達成されるからであ
る。マイクロ歪みをマクロベンド損失が小さいというの
は重要である。その理由は、これらが小さいと長波長材
料を基本とし全損失Ｃ木簡的損失と付帯的損失の合計）
が約０．１　ｄＢ　／ｋ　ｍより小さくさらに０．０１
ｄＢ／ｋｍより小さい光ファイバを得る可能性が与えら
れることである。以下に議論する本発明の設計法は本発
明者による断定に基づくものであり、この断定は約２μ
ｍより長い波長に対するピータ−マン理論に真向から反
するものである。即ち、ピータ−マン理論は長波長材料
には適用できないとするものである。

本発明の光フアイバ設計の基礎となる概念は第４図及び
５図にグラフとして描いである。

特に第４図にはマイクロベント損失とコア直径による損
失Ｃピータ−マンによるものではない）をΔｅに対して
定性的に示す。この場合、光ファイバは波長６μｍ（亜
鉛塩化物に対して木簡的損失が最小になると考えられて
いる）で動作する単一モード（Ｖｅ＝　ｉ、ａ　８　）
亜鉛塩化物（ｎ＝１．６４）ファイバである。

コレラの損失は、マイクロベンド損失とコア直径変動に
よる損失がΔｅ　＝　０．０２で１．０になるように正
規化されている。「ブロアーウオルカー（マイクロベン
ド）」と表示された曲線Ｂはマイクロベンド損失がΔｅ
の減少と共に減少することを示している。同様に「ブロ
アーウオルカー（コア直径変動）」と表示された曲線Ｃ
はコア直径変動による損失もΔｅの減少と共に減少する
ことを示している。対照的に「ピータ−マンＣマイクロ
ベンド）」を表示された曲線Ａから明らかなようにピー
タ−マン理論はマイクロベンド損失がΔｅの減少と共に
増加することを示している。

第５図にマイクロベンド損失とコア直径変動による損失
（ピータ−マンによるものではない）の量をλに対して
定性的に示す。光ファイバは重態的屈折率ｎ　＝１．５
でΔｅ　＝　０．００７５の単一モードファイバ（Ｖｅ
　＝　１．５２　）である。この場合これらの損失はマ
イクロベンド損失とコア直径変動による損失がλ＝　１
．５５μｍで１．０になるように正規化されている。

「ブロアーウオルカー（マイクロベンド）」と表示され
た曲線Ｂ′と「ブロアーウオルカー（コア直径変動）」
と表示された曲線Ｃ′は共に本発明の理論に対応するも
のであるが、マイクロベンド損失とコア直径変動による
損失がλの増加と共に減少することを示している。対照
的に「ピータ−マンＣマイクロベンド）」と表示された
曲線Ａ′から明らかなように、ピータ−マン理論はマイ
クロベンド損失がλの増加と共に増加することを示して
いる。

上の観測に基づき、約２μｍより長く約１１．０μｍ以
下の任意の伝送波長において有用で、マイクロ歪とマイ
クロベント損失が小さく、全分散が約１０　ｐｓ／ｋｍ
−ｎｍより小さい単一モード光ファイバ３０を設計する
ための反復性のある方法が本発明者により開発された。

本方法によりば、まず、従来の方法を用いて動作波長λ
において単一モード動作をするファイバを設計する。Ｃ
コアとクラッドの屈折率は空間的に均一あるいは非均−
のどちらかである。）マイクロ歪損失を低くするために
は本発明のΔｅは以下の条件を満たす必要があることが
判明した。即ち、 ここで、そして以降の式でλはμｍの単位であシΔｅは
チではなく無次元の絶対数である。

式（４）の条件は本発明の設計法の中核を成す。

この条件は最小木簡的損失波長以外の波長を含む約２μ
ｍより長く約１１μｍ以下の任意の伝送波長において動
作する任意の長波長材料に対して確実にマイクロ歪損失
を低くするために必要ではあるが、以下に議論するよう
に充分ではない。

伝達波長の関数として式（４）の条件で許されるΔｅの
値は第６図において「ブロアーウオルカ−１（Ｂ−Ｗｌ
　）Ｊと表示される曲線の下側の値である。ピータ−マ
ン理論で条件とされるΔｅの値は曲線Ｂ−Ｗｌの上側の
値であることは重要である。

マイクロ歪損失をさらに低くするためには以下の条件を
満足することが好ましい。

マイクロ歪損失をなお低くするためにはΔｅが以外の条
件を満足することがより好ましい。

式（５）及び（６）の条件を満たすΔｅの値はそれぞれ
第６図の「ブロアーウオルカー（Ｂ−Ｗ２）Ｊ及び「プ
ロアーウオルカー（Ｂ−Ｗ３）Ｊと表示された曲線上及
びその下の値である。

Ｂ−Ｗ２曲線もＢ−Ｗ３曲線もＢ−Ｗ１曲線の下にある
。

重要なことであるが、Ｂ−Ｗｌ、Ｂ−Ｗ２あるいはＢ−
Ｗ３曲線の下にあるΔθ値の全てが望ましいというわけ
ではない。つまり、望ましくないほどに大きいマクロベ
ント損失を避けつつ約１０　ｐｇ／ｋｍ　−ｎｍ以下の
全分散（対象となる波長において）達成する可能性を提
供するためにはΔｅは以下の条件を満たす必要があるこ
とが判明した。

Δｅ≧０．９９０×１０−’λ”−０，４８７Ｘ　１０
−”λ＋０．４１１　Ｘ　１０−２（７）同様に望まし
くないほどに大ぎいマクロベント損失を避けつつ約ｉ　
ｐｓ　／ｋｍ　−ｎｍ以下の全分散を達成する可能性を
提供するためにはΔｅは以下の条件を満たす必要がある
ことが判明した。

Δｅ≧−〇、１６９Ｘ１０”−”λ”＋０．１５４ＸＩ
Ｏ″″２λ＋０．３３５　Ｘ　１０″″２（８）式（７
）の条件を満たすΔｅの値は第６図の「マクロベンド１
０」と表示された曲線上及びさらにその上の値である。

一方、式（８）の条件を満たすΔｅの値は第６図で「マ
クロベンド１」と表示された曲線上及びさらにその上の
値である。

長波長材料を基本とする光ファイバに見出されるマクロ
ベンドの曲率半径は典型的には約１５備以上であること
に注目されたい。式（７）及び（８）はこれらの典型的
な値に基いている。

マクロベンド曲率半径が約１５ｃＩｎより小さい場合は
、マクロベント損失を小さくするのに必要なΔ。の値は
式（７）及び（８）で規定される下限よりも一般に大き
い。

マイクロ歪損失とマクロベンド損失を低くするためには
、例えばＢ−Ｗ１曲線の下側で「マクロベント１０」曲
線の上側にあるΔｅを得るように初めに設計することが
必要であるがそれだけは充分ではない。さらにそのよう
な低いΔｅでは必ずしも全分散が約１０ｏｓ　／ｋｒｒ
＋　−ｎｍ　以下になるとは限らない。しかし、この低
いΔｅ値によれば分散シフトに、ｌｔりこの小さな分散
を得ることができる。分散シフトは例えばコアサイズ（
ファイバの断面が円であればコア半径）を変えることに
より容易に達成できる。重要なことであるが、マイクロ
歪損失、マクロベンド損失及び分散を小さくすることを
含む前述の全ての目標は比較的大きなコア半径好ましく
は可能な範囲で最大のコア半径を選択して分散シフトを
行なえば得られる。つまシコア半径は同程度の分散シフ
トをもたらす他のコア半径に比べて大きくなくてはなら
ない。この観点から、Δθ値が「マクロベンドＩＯＪ曲
線に近くなればなるほど分散シフトの所望の度合等を得
るのに用いられるコアサイズ（コア半径）の数は少なく
なる。もちろん、最終的な分散シフト型ファイバに相応
するΔθ値もＢ−Ｗ１曲線と「マクロベンド１０」曲線
により境界付けされる必要があシ、さらに゛単一モード
動作をもたらすものでなければならない。

驚いたことに前述の方法で得られるコア半径は単一モー
ド分散シフト型シリカファイバｃｉ、ｓｓμｍまでシフ
ト）で見出されるコア半径よりも一般にはるかに大きい
。例えば、シリカファイバのコア半径は凸型的には約５
μｍ未満であるが、前述の方法で得られるファイバのコ
ア半径は約５μｍより大きく３０μｍ程度になることも
ある。このようにコア半径が大きいと有利である。その
理由はとりわけファイバ間の光結合に関係する問題点を
少くすることができるからである。

初期設計に相応するΔｅ値が例えばＢ−Ｗ１曲線と「マ
クロベント１０」曲線で境界付けされていない場合は初
期設計を変更する。例えばコアまたはクラッドまたはそ
の両者の屈折率分布形状を変更して所期の目標を達成す
る。そうすると約１０　ｐｓ／ｋｍ−ｎｒｎ以下あるい
は約１　ｐｍ／ｋｍ−ｎｍ以下の全分散が前述のように
単一モードを動作を保ちつつ、コア半径を変えることに
より得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び２図は本発明の光システムの２つの実施例を
概略的に示す図、 Ｋ３図は本発明の光システムに有用な光ファイバの断面
図、 第４図及び５図は本発明の光システムに用いられる光フ
ァイバの設計の基礎となる理論を定性的に示す図、 第６図は本発明による光フアイバ設計が得られるグラフ
を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２０・・・光源 ３０・・・光ファイバ ４０・・・光検出器 ６０・・・検出器 ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ・　　　　並 ＦＩＧ、４ ０．００５　　　　　　　０．０１　　　　　　　０．
０１５　　　　　　　０．０２＾− ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、約２μｍより長く１１μｍ以下である波長λの電磁
   放射を伝送することができ、単一 モードで動作し、該波長λにおいて等価ス テップインデックス相対屈折率Δ＿ｅを有する光ファイ
   バを含む導波路において、 該光ファイバは波長λの該電磁放射に対 して実質的に透過性を有する材料を含み、 該Δ＿ｅは Δ＿ｅ＜〔（２．９９０×１０＾−＾４λ＾２＋０．３
   ５０×１０＾−＾２λ−０．５７３×１０＾−＾２）／
   （１＋０．１２８λ）〕＾２＾／＾３かつ、 Δ＿ｅ≧０．３９１×１０＾−＾４λ＾２−０．４８７
   ×１０＾−＾３λ＋０．４１１×１０＾−＾２となるよ
   うに選択されており、 該光ファイバはこのファイバ内で波長λ の該電磁放射が遭遇する全分散が約１０ｐｓ／ｋｍ−ｎ
   ｍ以下になるように分散シフトされていることを特徴と
   する導波路。 ２、特許請求の範囲第１項記載の導波路において、 該Δ＿ｅは Δ＿ｅ≦〔（０．９４４×１０＾−＾４λ＾２＋０．１
   １１×１０＾−＾２λ−０．１８１×１０＾−＾２）／
   （１＋０．１２８λ）〕＾２＾／＾３となるように選択
   されていることを特徴と する導波路。 ３、特許請求の範囲第１項記載の導波路において、 該Δ＿ｅは Δ＿ｅ≦〔（０．７７１×１０＾−＾４λ＾２＋０．０
   ９０×１０＾−＾２λ−０．１４８×１０＾−＾２）／
   （１＋０．１２８λ）〕＾２＾／＾３となるように選択
   されていることを特徴と する導波路。 ４、特許請求の範囲第１項記載の導波路において、 該Δ＿ｅは Δ＿ｅ≧−０．１６９×１０＾−＾３λ＾２＋０．１５
   ４×１０＾−＾２λ＋０．３３５×１０＾−＾２となる
   ように選択されており、 該光ファイバはこのファイバ内で波長λ の該電磁放射が遭遇する全分散が約１ｐｓ／ｋｍ−ｎｍ
   以下になるように分散シフトされていることを特徴とす
   る導波路。 ５、特許請求の範囲第１項記載の導波路において、 該材料は金属ハロゲン化物ガラスを含む ことを特徴とする導波路。 ６、特許請求の範囲第５項記載の導波路において、 該ガラスはジルコニウムハロゲン化物、 ハフニウムハロゲン化物、カドミウムハロ ゲン化物、バリウムハロゲン化物、亜鉛ハ ロゲン化物、鉛ハロゲン化物、ビスマスハ ロゲン化物、アルミニウムハロゲン化物、 セシウムハロゲン化物、ランタンハロゲン 化物、ガドリニウムハロゲン化物、リチウ ムハロゲン化物、マンガンハロゲン化物、 カリウムハロゲン化物、ルビジウムハロゲ ン化物、銀ハロゲン化物、ナトリウムハロ ゲン化物、タリウムハロゲン化物、トリウ ムハロゲン化物、イットリウムハロゲン化 物のうち少なくとも１つを含む金属ハロゲ ン化物ガラスを含むことを特徴とする導波 路。 ７、特許請求の範囲第１項記載の導波路において、 該材料はカルコゲナイドガラスを含むこ とを特徴とする導波路。 ８、特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項
   記載の導波路において、 該導波路は、 約２μｍより長く約１１μｍ以下である波 長λの電磁放射を放出することのできる電 磁放射源と、 デバイスと、 該放射源から該デバイスに向けて放出さ れた該電磁放射の少なくとも一部を伝送す る光ファイバとを含む光システムの一部を 形成することを特徴とする導波路。 ９、特許請求の範囲第８項記載の導波路において、 該デバイスは光検出器を含むことを特徴 とする導波路。 １０、特許請求の範囲第９項記載の導波路において、 該デバイスは検出器を含むことを特徴と する導波路。