JPWO2020013297A1 - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

一実施形態に係る光ファイバは、コアおよびクラッドを備える。コアにおける屈折率の平均値n1_ave、クラッドにおける屈折率の最小値nc_min、純シリカガラスの屈折率n0はn1_ave ＞ nc_minおよびnc_min ＜ n0なる関係を満たす。クラッドはフッ素を含む。クラッドのフッ素濃度は、該クラッドの外周面を含む該クラッドの最外部において最小となるよう調整されている。

Description

本開示は、光ファイバに関するものである。
本出願は、２０１８年７月１３日出願の日本出願第２０１８−１３３３１６号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

光ファイバを伝送路とする光伝送システムでは、伝送距離の長距離化および伝送容量の拡大が要求されている。このような要求を満たすため、光ファイバの伝送損失が小さいことが望まれる。光ファイバ母材（optical fiber preform）を線引きすることにより光ファイバを製造する線引き工程では、加熱により軟化させた光ファイバ母材に張力を印加して線引きをするので、製造された光ファイバのガラス部には印加された張力と平行な応力が残留する。光ファイバのガラス部は、コアおよびクラッドから構成され、光ファイバを伝搬する信号光の大部分のパワーはコアに集中する。コアに引張応力が残留していると、残留する引張応力によりコアにガラス構造欠陥が増加するため、伝送損失が悪化する。したがって、コアには圧縮応力が残留することが望ましい。

特許文献１には、コアにおける応力が圧縮応力である光ファイバが記載されている。特許文献１に記載された光ファイバでは、コアがアルカリ金属元素を含むことで、コアの粘性が下がり、コアにおける応力が圧縮応力となっている。特許文献１に記載された光ファイバは、クラッドがフッ素（フッ素元素）および塩素（塩素元素）を含むが、クラッドにおけるフッ素濃度の分布については何ら考慮されていない。

また、特許文献２にも、コアにおける応力が圧縮応力である光ファイバが記載されている。特許文献２に記載された光ファイバでは、コアがＧｅＯ_２を含むとともに、光ファイバ母材が適切な線引き速度および線引き張力で線引きされた直後に得られた光ファイバが適切な長さの加熱炉を通過することで、コアにおける応力が圧縮応力となっている。特許文献２に記載された光ファイバのガラス部は、中心コア、光学クラッドおよびジャケットを有する。ただし、最外層のジャケットは、純シリカガラスまたは塩素を含むシリカガラスであり、ガラス材料の屈折率を下げるフッ素を含んでいない。

特開２０１４−１１８３３４号公報 特開２０１３−１２２５０２号公報 特開２００９−１６８８１３号公報

本開示に係る光ファイバは、シリカガラスを主成分とするコアと、シリカガラスを主成分とするクラッドと、を少なくとも備える。コアは、ファイバ軸（当該光ファイバの中心軸）に沿って延びている。クラッドは、コアの外周面を包囲するとともに該コアの屈折率より低い屈折率を有する。コアにおける屈折率の平均値n1_ave、クラッドにおける屈折率の最小値nc_min、純シリカガラスの屈折率n0は、
n1_ave ＞ nc_min
nc_min ＜ n0
なる関係を満たしている。また、クラッドは、フッ素（フッ素元素）を含み、該クラッドにおけるフッ素濃度は、該クラッドの最外部において最小となるよう調整されている。

図１は、光ファイバ１の構成を示す図である。 図２は、光ファイバ２の構成を示す図である。 図３は、光ファイバ１，２のコアの屈折率分布の例を示す図である。 図４は、指数αを変えた種々の屈折率プロファイルにおいて、波長１３１０ｎｍにおけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとのＤＭＤを示すグラフである。 図５は、光ファイバ２のディプレスト部の屈折率分布の例を示す図である。 図６は、樹脂被覆層を備える光ファイバ２の断面構造を示す図である。 図７は、具体例に係る光ファイバの屈折率プロファイルである。 図８は、具体例に係る光ファイバのフッ素濃度分布XF(r)を示す図である。 図９は、具体例に係る光ファイバのフッ素濃度分布XF(r)の微分係数XF'(r)をプロットしたグラフを示す図である。 図１０は、具体例に係る光ファイバの残留応力分布を示す図である。

[本開示の実施形態の説明]
本開示は、安価かつ容易に製造することができる低損失の光ファイバを提供することを目的としている。最初に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。

（１） 本開示の一態様として、当該光ファイバは、シリカガラスを主成分とするコアと、シリカガラスを主成分とするクラッドと、を少なくとも備える。コアは、ファイバ軸（当該光ファイバの中心軸）に沿って延びている。クラッドは、コアの外周面を包囲するとともに該コアの屈折率より低い屈折率を有する。コアにおける屈折率の平均値n1_ave、クラッドにおける屈折率の最小値nc_min、純シリカガラスの屈折率n0は、
n1_ave ＞ nc_min
nc_min ＜ n0
なる関係を満たしている。また、クラッドは、フッ素（フッ素元素）を含み、該クラッドにおけるフッ素濃度は、該クラッドの最外部において最小となるよう調整されている。なお、本明細書において「クラッドの最外部」とは、クラッドの内周面からの半径方向に沿った距離がクラッド幅の８０％となる位置から、クラッドの外周面までの環状領域を意味する。

（２） 本開示の一態様として、クラッドの最外部におけるフッ素濃度XFc_outer[ppm]、クラッドにおけるフッ素濃度の最大値XFc_max[ppm]は、
０ ≦ XFc_outer ＜ 0.8 × XFc_max
なる関係を満たすのが好ましい。ここで、本開示において「濃度」は「質量分率」（全体の質量に対する各成分の質量）で表記される。

（３） 本開示の一態様として、クラッドの外側領域のうち任意の微小区間において、クラッドにおけるフッ素濃度分布XF(r)の、距離ｒにおける微分係数XF'(r)は負であり、かつ、該微分係数XF'(r)の絶対値が３０ppm／μｍ以上６００ppm／μｍ以下であるのが好ましい。なお、クラッドにおけるフッ素濃度分布XF(r)は、ファイバ軸に垂直な当該光ファイバの断面において、クラッドにおけるフッ素濃度と、該ファイバ軸からの当該光ファイバの半径方向に沿った距離ｒと、により与えられる。クラッドの外側領域は、該クラッドの内周面からの半径方向に沿った距離がクラッド幅の５０％となる位置から、該内周面からの半径方向に沿った距離がクラッド幅の８０％となる位置までの環状領域として規定される。また、クラッドの外側領域内に含まれる任意の微小区間は、半径方向に沿って規定される幅が１μｍを有する区間である。

（４） 本開示の一態様として、クラッドの外側領域において、ファイバ軸に垂直な断面に垂直に働く応力は、引張応力であるのが好ましい。本開示の一態様として、当該光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて８０μｍ^２以上１６０μｍ^２以下の実効断面積を有するのが好ましい。また、本開示の一態様として、当該光ファイバは、１５３０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有するのが好ましい。

（５） 本開示の一態様として、コアは、ＧｅＯ_２を含むのが好ましい。本開示の一態様として、コアは、塩素（塩素元素）を含んでもよい。なお、本開示の一態様として、コアの最外部における塩素濃度XCl_outer [ppm]、コアの塩素濃度の最大値XCl_max [ppm]は、
0 ≦ XCl_outer < 0.8×XCl_max
なる関係を満たすのが好ましい。また、本開示の一態様として、コアがＧｅＯ_２および塩素を含み、コア中に含まれるＧｅＯ_２の濃度の平均値が３３０００ppm以下であり、コア中に含まれる塩素の濃度の平均値が２００００ppm以下であるのが好ましい。

（６） 本開示の一態様として、コアは、フッ素を含んでもよい。本開示の一態様として、純シリカガラスに対するコアの比屈折率差の平均値Δcoreは、−０.２％以上＋０.４％以下であるのが好ましい。さらに、本開示の一態様として、クラッドの最小屈折率に対するコアの比屈折率差の平均値Δ１は、０.１％以上０.５％以下であるのが好ましい。本開示の一態様として、コアの屈折率プロファイルの指数αが１以上１０以下であるのが好ましい。

（７） 本開示の一態様として、当該光ファイバは、コアとクラッドとの間に設けられたディプレスト部（depressed portion）を備えもよい。本開示の一態様として、ディプレスト部における屈折率の平均値n2_aveは、
n2_ave ≦ nc_min
なる関係を満たすのが好ましい。本開示の一態様として、ディプレスト部に対するコアの比屈折率差の平均値Δ+は、０.２％以上０.５％以下であるのが好ましい。さらに、本開示の一態様として、クラッドの最小屈折率に対するディプレスト部の比屈折率差Δ２は、−０.１６％以上−０.０２％以下であるのが好ましい。加えて、該ディプレスト部の半径r2とコアの半径r1との比r2／r1は、２.０以上７.０以下であるのが好ましい。

以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。本開示の光ファイバは、安価かつ容易に製造することができ、伝送損失を小さくすることができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示に係る光ファイバの具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

上記特許文献１に記載された光ファイバでは、アルカリ金属元素がコアに添加されているので、製造コストが増加する。上記特許文献２に記載された光ファイバでは、信号光をコアに閉じ込めるためには、コアにＧｅＯ_２を添加してコアの屈折率を上げる必要がある。しかし、ＧｅＯ_２の濃度が多いと、ＧｅＯ_２の濃度揺らぎによるレイリー散乱が増加し、伝送損失が増加してしまう。また、上記特許文献２に記載された光ファイバを製造するためには、加熱炉の設置の費用が必要になるとともに、加熱炉の長さおよび線引き速度を適切に設定する必要があり、線引き速度の増加に限界がある。

図１は、光ファイバ１の構成を示す図である。図１は、ファイバ軸ＡＸ（中心軸）に垂直な断面における光ファイバ１の構造、ファイバ軸ＡＸを中心として半径方向に沿った屈折率プロファイル、および該半径方向に沿ったフッ素濃度分布を示す。光ファイバ１は、ファイバ軸ＡＸに沿って伸びる半径r1のコア１１と、該コア１１の外周面を包囲する半径rcのクラッド１３と、を備える。コア１１およびクラッド１３はシリカガラスを主成分とする。コア１１の屈折率はクラッド１３の屈折率より高い。コア１１における屈折率の平均値n1_ave、クラッド１３における屈折率の最小値nc_min、純シリカガラスの屈折率n0は、当該光ファイバ１（コア１１およびクラッド１３）において、以下の式（１）および（２）：
n1_ave ＞ nc_min （１）
nc_min ＜ n0 （２）
で表される関係を満たしている。

図２は、光ファイバ２の構成を示す図である。図２は、ファイバ軸ＡＸ（中心軸）に垂直な断面における光ファイバ２の構造、ファイバ軸ＡＸを中心として半径方向に沿った屈折率プロファイル、および該半径方向に沿ったフッ素濃度分布を示す。光ファイバ２は、ファイバ軸ＡＸに沿って伸びた半径r1のコア１１と、該コア１１の外周面を包囲する半径r2のディプレスト部１２と、該ディプレスト部１２の外周面を包囲する半径rcのクラッド１３と、を備える。光ファイバ２は、コア１１とクラッド１３との間に設けられたディプレスト部１２を備える。コア１１、ディプレスト部１２、およびクラッド１３は、シリカガラスを主成分とする。コア１１の屈折率はクラッド１３の屈折率より高い。ディプレスト部１２の屈折率はクラッド１３の屈折率より低い。ディプレスト部１２における屈折率の平均値n2_aveは、当該光ファイバ２（コア１１、ディプレスト部１２、およびクラッド１３）において、上記式（１）および（２）で表される関係に加えて、以下の式（３）：
n2_ave ≦ nc_min （３）
で表される関係も満たしている。

なお、光ファイバ１（図１）は、光ファイバ２（図２）においてr2＝r1とした構造（ディプレスト部１２が除去された構造）に相当する。半径r1、r2のそれぞれは、ファイバ軸ＡＸからの半径方向に沿った距離ｒにおける屈折率の微分係数が極小または極大となるときの値として判定される。

光ファイバ１（図１）および光ファイバ２（図２）のいずれも、クラッド１３はフッ素を含む。クラッド１３におけるフッ素濃度は、最外部において最小になるよう調整されている。なお、「最外部」は、クラッド１３の外周面を含み、クラッド１３の内周面（図１および図２におけるr2の位置）からの半径方向に沿った距離がクラッド幅（rc-r2）の８０％となる位置より外側に位置する環状領域である。シリカガラスは、フッ素濃度が小さいほど粘性が高い。したがって、線引き工程の際に、ガラスにかかる張力をクラッド１３の最外部付近が主に負担することになり、相対的にコアにかかる張力は小さくなる。その結果、クラッド１３の最外部付近にはファイバ軸に垂直な断面に垂直に働く引張応力が残留する。ただし、光ファイバ内を伝搬する信号光の大部分のパワーが存在するコアにおける応力を圧縮応力とすることができるため、光ファイバ全体としては伝送損失を低く抑えることができる。

光ファイバ１または光ファイバ２の端面を他の光ファイバの端面と融着接続する際、光ファイバの端部がクリーブ（cleave）される。このとき、光ファイバ１または光ファイバ２のクラッド１３における最外部のフッ素濃度が小さいことにより、光ファイバのクリーブが容易になる。すなわち、ファイバ軸ＡＸに対してより直角で平坦なクリーブ面を得ることができる。

クラッド１３における最外部のフッ素濃度XFc_outer[ppm]、クラッド１３におけるフッ素濃度の最大値XFc_max[ppm]は、以下の式（４）：
０ ≦ XFc_outer ＜ XFc_max （４）
で表される関係を満たしている。また、以下の（５）：
０ ≦ XFc_outer ＜ 0.8 × XFc_max （５）
で表される関係が満たされるのが好適である。以下の式（６）：
０ ≦ XFc_outer ＜ 0.5 × XFc_max （６）
で表される関係が満たされるのがさらに好ましい。さらに、以下の式（７）：
０ ≦ XFc_outer ＜ 0.3 × XFc_max （７）
で表される関係が満たされるのが最も好ましい。上記式（４）から式（７）の関係を満たすことにより、クラッド１３における最外部のガラス粘性をより高くすることができる。

クラッド１３のフッ素濃度分布（半径方向に沿った距離ｒとフッ素濃度とで規定される分布）をXF(r)とするとき、クラッド１３の外側領域のうち任意の微小区間（半径方向に沿った幅が１μｍの区間）において、フッ素濃度分布XF(r)の、距離ｒにおける微分係数XF'(r)は負であり、かつ、該微分係数XF'(r)の絶対値が３０ppm／μｍ以上６００ppm／μｍ以下であるのが好ましい。なお、クラッド１３の外側領域は、以下の式（８）：
r2+(rc-r2)×0.5 ≦ ｒ ≦ r2+(rc-r2)×0.8 （８）
で表された関係を満たしており、クラッド１３の内周面からの半径方向に沿った距離がクラッド幅(rc-r2)の５０％となる位置から、該内周面からの半径方向に沿った距離がクラッド幅の８０％となる位置までの環状領域として規定される。

微分係数XF'(r)の絶対値が大きいほど、クラッド１３における最外部のフッ素濃度が小さくなる。この場合、クラッド１３における最外部のガラス粘性を高くするためには好ましい。一方で、微分係数XF'(r)の絶対値が過度に大きいと、半径方向に沿って残留応力の変化が大きくなる。このような残留応力の変化増大は、ガラス構造の不均一化につながり、伝送損失が悪化する。そのため、クラッド１３の外側領域のうち幅１μｍの任意の微小区間で、微分係数XF'(r)が負であり、かつ、微分係数XF'(r)の絶対値が３０ppm／μｍ以上６００ppm／μｍ以上であるのが好ましい。

半径方向に沿った光ファイバ内のフッ素濃度分布は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ: Electron Probe Micro Analyzer）を用いて測定することができる。ＥＰＭＡでは、測定対象物である光ファイバに電子線を照射し、そのときに発生するＸ線の強度を測定する。予めフッ素濃度が既知であるサンプルを測定しておくことにより（Ｘ線強度とフッ素濃度との間の検量線を取得）、光ファイバから測定されたＸ線強度をフッ素濃度に換算することができる。

クラッド１３の外側領域（クラッド内周面からの半径方向に沿った距離がクラッド幅の５０％以上８０％以下となる範囲）に残留する応力が引張応力であるのが好ましい。これにより、クラッド１３内の広い領域において線引き時の張力を負担することができ、コア１１内における応力を圧縮応力とすることができる。あるいは、クラッド１３内の全領域における応力は、引張応力であってもよい。ここで、光ファイバの残留応力の、半径方向に沿った分布は、例えば、上記特許文献３に記載されているように、直交する２偏光を用いて、光ファイバ中の複屈折に基づいて測定することができる。

本開示の光ファイバ１、２の、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下、好ましくは０.１７４ｄＢ／ｋｍ以下であり、より好ましくは０.１７０ｄＢ／ｋｍ以下である。

従来から知られているシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ: Single Mode Fiber）は、波長１５５０ｎｍにおいて８０μｍ^２程度の実効断面積と、１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有する。また、従来から知られている非零分散シフトファイバ（ＮＺＤＳＦ: Non-Zero Dispersion Shifted Fiber）は、波長１５５０ｎｍにおいて５０μｍ^２以上７０μｍ^２以下程度の実効断面積と、１４５０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有する。これら従来のＳＭＦおよびＮＺＤＳＦと異なり、本開示の光ファイバ１、２は、好適には、波長１５５０ｎｍにおいて８０μｍ^２以上１６０μｍ^２以下の実効断面積と、１５３０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有する。

本開示の光ファイバ１、２では、クラッド１３の最外部において、局所的に屈折率が高く、クラッド１３の最外部の屈折率とコアの屈折率との差が小さい。信号光パワーの一部がクラッド１３の最外部付近にまで拡がると、実効的なコア１１とクラッド１３との間の比屈折率差は小さくなる。そのため、信号光パワーの大部分は、コア１１および該コア１１に近接するクラッド１３の内側領域にのみ存在する方が好ましい。また、本実施形態では実効断面積が大きい方が、コア１１の外径が大きくなり、信号光パワーのうち、より多くの部分がコア１１および該コア１１に近接するクラッド１３の内側領域にのみ存在するので好ましい。一方で、実効断面積が過度に大きいと曲げ損失が増大し易くなる。したがって、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積は８０μｍ^２以上１６０μｍ^２以下であることが好ましい。

ケーブルカットオフ波長が長いほど、基底モード（fundamental mode）である信号光パワーのコア１１への閉じ込めが強くなるので好ましい。一方で、Ｃバンド（波長１５３０以上１５６５ｎｍ以下）において信号光をシングルモード動作させるためには、ケーブルカットオフ波長は１５３０ｎｍ以下であることが好ましい。曲げ直径６０ｍｍで１００ターン巻いたときの、波長１５５０ｎｍおよび１６２５ｎｍにおける曲げ損失は、２.０ｄＢ以下であることが好ましい。この曲げ損失は、より好ましくは０.１ｄＢ以下であり、最も好ましくは０.０５ｄＢ以下である。

本開示の光ファイバ１、２の他の諸特性は、国際勧告ITU-T G.654に準拠していてもよい。

コア１１の材質は、純シリカガラスであってもよい。コア１１の材質は、ＧｅＯ_２、塩素（塩素元素）およびフッ素（フッ素元素）のうちのいずれかを含むシリカガラスであってもよく、これらドーパントのうちの２種類以上を含むシリカガラスであってもよい。これらの元素をコア１１が含むことにより、該コア１１の粘性が下がるので、コア１１における応力を圧縮応力にできるのでより好ましい。また、ＧｅＯ_２または塩素をコア１１が含むことにより、該コア１１の屈折率が高くなる。この場合、信号光のコア１１への閉じ込めをより強くすることができるので好ましい。ただし、これらドーパントを過度にコア１１が含むと、添加された元素の濃度揺らぎによるレイリー散乱損失が増加する。そのため、純シリカガラスに対するコア１１の比屈折率差の平均値Δcoreは、−０.２％以上＋０.４％以下の範囲に収まることが好ましい。Δcoreは、より好ましくは−０.２％以上＋０.２％以下であり、最も好ましくは０％以上＋０.２％以下である。

コア１１の最外部における塩素濃度XCl_outer [ppm]、コア１１の塩素濃度の最大値XCl_max [ppm]は、以下の式（９）：
0 ≦ XCl_outer < 0.8×XCl_max …（９）
なる関係を満たすのが好ましい。これにより、コアクラッド 界面において粘性の変化を小さく抑えることができる。さらに塩素濃度は、以下の式（１０）：
0 ≦ XCl_outer < 0.5×XCl_max …（１０）
なる関係を満たしてもよい。

コア１１にはＧｅＯ_２および塩素の両方が含まれるとなおよい。塩素よりもＧｅＯ_２の方が元素の濃度揺らぎによるレイリー散乱損失が増加しやすい。しかしながら、コア１１がＧｅＯ_２と塩素の両方を含むことで、ＧｅＯ_２を過度に添加することなく、コア１１の屈折率を高くして信号光のコアへの閉じ込めをより強くすることができる。また、コア１１の粘性を下げて該コア１１における応力をより大きくすることができる。好ましくは、コア１１に含まれるＧｅＯ_２の濃度平均値が０ppm以上３３０００ppm以下（純シリカガラスの屈折率に対する屈折率変化量の相対値を０以上０.２％以下だけ増加させる濃度）であり、塩素の濃度平均値が０ppm以上２００００ppm以下（純シリカガラスの屈折率に対する屈折率変化量の相対値を０％以上０.２％以下だけ増加させる濃度）である。さらに好ましくは、コア中に含まれるＧｅＯ_２の濃度平均値が０ppm以上２５０００ppm以下（純シリカガラスの屈折率に対する屈折率変化量の相対値を０％以上０．１５%以下だけ増加させる濃度）であり、塩素の濃度平均値が０ppm以上１５０００ppm以下（純シリカガラスの屈折率に対する屈折率変化量の相対値を０％以上０．１５%以下だけ増加させる濃度）である。

コア１１の半径r1が大きい方が、該コア１１への信号光パワーの閉じ込めを大きくすることができるので好ましい。また、クラッド１３の最小屈折率に対するコア１１の比屈折率差の平均値Δ1が大きい方が、該コア１１への信号光パワーの閉じ込めを大きくすることができるので好ましい。ただし、半径r1および比屈折率差Δ1のいずれも過度に大きいと、ケーブルカットオフ波長が長くなり、Ｃバンドなど信号光波長帯域において信号光がシングルモード動作をしなくなる。そのため、半径r1は４.０μｍ以上８.０μｍ以下であるのが好ましく、比屈折率差Δ1は０.１％以上０.５％以下であるのが好ましい。これにより、上述の実効断面積、ケーブルカットオフ波長、およびファイバ特性を実現することができる。

コア１１およびクラッド１３を備える光ファイバ１（図１）の構成より、ディプレスト部１２をも備える光ファイバ２（図２）の構成が好ましい。ディプレスト部１２に対するコア１１の比屈折率差の平均値Δ+は０.２％以上０.５％以下であるのが好ましい。これにより、信号光パワーの大部分がコア１１およびディプレスト部１２に閉じ込められる。すなわち、比屈折率差Δ1は小さくてもよく、クラッド１３のフッ素濃度は小さくてもよい。このとき、比屈折率差Δ1は０.１％以上０.３％以下であってもよい。

ディプレスト部１２の半径r2とコア１１の半径r1との比r2／r1が過度に小さいと、基底モードである信号光がクラッド１３に漏れ出てしまいコアへの閉じ込めが弱くなる。また、比r2／r1が過度に大きいと、不要な高次モードもコア１１およびディプレスト部１２に閉じ込められ、信号光波長帯域において信号光がシングルモード動作をしなくなる。そのため、比r2／r1は、好ましくは２.０以上７.０以下であり、より好ましくは２.５以上４.５以下である。

クラッド１３における最小屈折率に対するディプレスト部の比屈折率差Δ2は負である。Δ+を一定とした場合、Δ2の絶対値が過度に小さいと、高次モードも閉じ込められ易くなる。すなわち、信号光波長帯域において信号光がシングルモード動作をしなくなる。一方で、Δ2の絶対値が過度に大きいと、基底モードの信号光がカットオフされ、あるいは、漏洩による損失が生じる。そのため、Δ2は、−０.１６％以上−０.０２以下であることが好ましい。

純シリカガラスに対するクラッド１３における最外部の比屈折率差Δc_outer、純シリカガラスに対するクラッド１３内における最小屈折率の比屈折率差Δc_minは、以下の式（１１）：
Δc_outer ≧ Δc_min （１１）
で表される関係を満たしている。以下の式（１２）：
Δc_outer ≧ 0.8 × Δc_min （１２）
で表される関係が満たされるのがより好ましい。以下の式（１３）：
Δc_outer ≧ 0.5 × Δc_min （１３）
で表される関係が満たされるのが、さらに好ましい。以下の式（１４）：
Δc_outer ≧ 0.3 × Δc_min （１４）
で表される関係が満たされるのが最も好ましい。

ここで、純シリカガラスに対するコア１１の比屈折率差の平均値Δcoreは、以下の式（１５）：
Δcore [％] ＝ 100 × (n1_ave − n0)／n1_ave （１５）
で表される。クラッド１３内での最小屈折率に対するコア１１の比屈折率差の平均値Δ1は、以下の式（１６）：
Δ1 [％] ＝ 100 × (n1_ave − nc_min)／n1_ave （１６）
で表される。クラッド１３内での最小屈折率に対するディプレスト部１２の比屈折率差の平均値Δ2は、以下の式（１７）：
Δ2 [％] ＝ 100 × (n2_ave − nc_min)／n2_ave （１７）
で表される。ディプレスト部１２に対するコア１１の比屈折率差の平均値Δ+は、以下の式（１８）：
Δ+ [％] ＝ 100 × (n1_ave − n2_ave)／n1_ave （１８）
で表される。クラッド１３における最外部の屈折率をnc_outerとすると、純シリカガラスに対するクラッド１３における最外部の比屈折率差Δc_outerは、以下の式（１９）：
Δc_outer ＝ 100 × (nc_outer − n0)／nc_outer （１９）
で表される。クラッド１３内での最小屈折率をnc_minとすると、純シリカガラスに対するクラッド１３内での最小屈折率の比屈折率差Δc_minは、以下の式（２０）：
Δc_min ＝ 100 × (nc_min − n0)／nc_min （２０）
で表される。

光ファイバ１、２のコア１１は、任意の屈折率プロファイルを有していてよく、例えば、図３に示されたようなタイプＡからタイプＨの屈折率プロファイルがコア１１に適用され得る。いずれの屈折率プロファイルであっても、コア１１内の屈折率の平均値をn1_aveとする。

ここで、コア１１の屈折率プロファイルは、半径r[um]における屈折率n(r)が、

Δmax [%] = 100×(n1_max - n0) ／ n1_max
なる式で近似されるα乗プロファイルであってもよい（図３のタイプＢ、タイプＣ、タイプＧ、タイプＨなど）。本開示の光ファイバは、最大１５３０ｎｍのケーブルカットオフ波長を有するため、Ｏバンド（波長１２６０ｎｍ以上１３６０ｎｍ以下）では２モード以上が伝搬可能である。そのため、本開示の光ファイバは、１本のファイバ中で複数のモードを伝搬させるモード分割多重伝送に適用可能である。コア１１のプロファイル形状がα乗の方が、モード間の群遅延差（ＤＭＤ：Differential mode delay）を小さくできること、および、受信機内でのＭＩＭＯ（Multiple-input and multiple-output）処理の負荷を低減できること、から好ましい。図４は、r2／r1＝３．８、rc＝６２．５μｍ、Δ2＝−０．０６％として指数αを変えた種々の屈折率プロファイルにおいて、波長１３１０ｎｍにおけるＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとのＤＭＤを示すグラフである。ここで、Δmaxおよびコア半径r1は、実効断面積Aeffが１２５μｍ^２、ケーブルカットオフ波長が１４５０ｎｍとなるように調整されている。これより、ＤＭＤの絶対値を小さく抑えるには指数αは１以上１０以下が好ましいことが分かる。より好ましくは、指数αは１．５以上５以下である。最も好ましくは、指数αは２以上４以下である。

また、光ファイバ２のディプレスト部１２は、任意の屈折率プロファイルを有していてよく、例えば、図５に示されたタイプＡまたはタイプＢの屈折率プロファイルを有していてもよい。いずれの屈折率プロファイルであっても、ディプレスト部１２内の屈折率の平均値をn2_aveとする。

クラッド１３の半径rcは６２μｍ以上６３μｍ以下の範囲に収まる。光ファイバ１、２は、クラッド１３の外周面に接するように設けられた樹脂被覆層を備える。図６は、樹脂被覆層を備える光ファイバ２の断面構造を示す図である。樹脂被覆層は、二層構造を有しており、内側に設けられ外力が直接にクラッド１３に伝わらないよう機能する一次被覆層１４と、該一次被覆層１４の外側に設けられ、外傷を防止するよう機能する二次被覆層１５とを含む。一次被覆層１４の外側半径は９０μｍ以上１０５μｍ以下であり、二次被覆層１５の外側半径は１１７.７μｍ以上１２７.５μｍ以下であってもよい。または、一次被覆層１４の外側半径は７５μｍ以上８７.５μｍ以下であって、二次被覆層１５の外側半径は９０μｍ以上１０５μｍ以下であってもよい。

本開示の光ファイバ１、２は、コア１１がアルカリ金属元素のような特殊な元素を含むことなく、伝送損失の低減を可能にする。また、クラッド１３がフッ素を含むことにより該クラッド１３の屈折率が下がる。そのため、コア１１の屈折率を上げるためにコアにＧｅを添加する必要がない、あるいは、コア１１に添加されるＧｅの添加量が少なくて済む。光ファイバ母材を線引きすることにより本開示の光ファイバを製造する際に、線引き炉の直下に加熱炉を設ける必要がない。本開示の光ファイバは、安価かつ容易に製造することができ、伝送損失を小さくすることができる。

次に、本実施形態に係る光ファイバの具体例について説明する。具体例１に係る光ファイバは、光ファイバ２（図２）と同様の構造を有する。図７は、具体例１に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図８は、具体例１に係る光ファイバのフッ素濃度分布XF(r)を示す図である。図９は、具体例１に係る光ファイバのフッ素濃度分布XF(r)の微分係数XF'(r)をプロットしたグラフを示す図である。図１０は、具体例１に係る光ファイバの残留応力分布を示す図である。なお、図１０において、正の残留応力は引張応力を意味し、負の残留応力は圧縮応力を意味する。

具体例１に係る光ファイバにおける各構造パラメータは以下のように設定されている。すなわち、r1＝５.４μｍ、r2／r1＝６.４、rc＝６２.５μｍ、Δcore＝０.１１％、Δ1＝０.２０％、Δ2＝-０.１１％、Δ+＝０.３１％である。コアは、塩素を含むシリカガラスからなる。クラッドは、フッ素を含むシリカガラスである。XFc_max＝２５６０ppm、XFc_outer＝５７０ppmである。クラッドの外側領域（クラッド内周面からの半径方向に沿った距離がクラッド幅の５０％以上８０％以下となる範囲）において、フッ素濃度分布XF(r)の微分係数XF'(r)の絶対値は６２ppm／μｍ以上１１５ ppm／μｍ以下である。クラッドの全領域における応力は引張応力であり、コアの全領域における応力は圧縮応力である。波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０.１６８ｄＢ／ｋｍである。波長１５５０ｎｍにおける実効断面積は１０９μｍ^２である。ケーブルカットオフ波長は１４１７ｎｍである。直径６０ｍｍに１００ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍおよび１６２５ｎｍにおける曲げ損失はいずれも０.０５ｄＢ以下である。その他のファイバ特性は、国際勧告ITU-T G.654に準拠している。

具体例２に係る光ファイバも、光ファイバ２（図２）と同様の構造を有する。具体例２に係る光ファイバにおける各構造パラメータは以下のように設定されている。すなわち、r1＝６．５μｍ、r2／r1＝３．８、rc＝６２．５μｍ、Δcore＝０．１６％、Δ1＝０．２４％、Δ2=−０．０６％、Δ+＝０．３０％である。コアは、ＧｅＯ_２および塩素が添加されたシリカガラスからなる。コアに添加されたＧｅＯ_２の濃度平均値は１３５００ppmである。コアに添加された塩素の濃度平均値は８０００ppmである。クラッドはフッ素を含んでおり、XFc_max＝２４００ppm、XFc_outer＝１０２０ppmである。クラッドの外側領域（クラッド内周面からの半径方向に沿った距離がクラッド幅の５０％以上８０％以下となる範囲）において、|XF’(r)|は３０ppm／μｍ以上１５２ppm／μｍ以下である。クラッド内の全領域における応力は引張応力であり、コアの全領域における応力は圧縮応力である。波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０．１７０ｄＢ／ｋｍであり、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffは１２５μｍ^２であり、ケーブルカットオフ波長は１４５３ｎｍであり、直径６０ｍｍで１００ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍおよび１６２５ｎｍにおける曲げ損失はいずれも０．０５ｄＢ以下である。その他のファイバ特性は、国際勧告ITU-T G.654に準拠している。

１、２…光ファイバ、１１…コア、１２…ディプレスト部、１３…クラッド、１４…一次被覆層、１５…二次被覆層。

Claims (17)

1. シリカガラスを主成分とするコアであって、ファイバ軸に沿って延びたコアと、
   シリカガラスを主成分とするクラッドであって、前記コアの外周面を包囲するとともに前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、
   を備え、
   前記コアにおける屈折率の平均値n1_ave、前記クラッドにおける屈折率の最小値nc_min、純シリカガラスの屈折率n0は、
   n1_ave ＞ nc_min
   nc_min ＜ n0
   なる関係を満たし、
   前記クラッドが、フッ素を含み、
   前記クラッドにおけるフッ素濃度が、前記クラッドの最外部において最小となるよう調整された、
   光ファイバ。
2. 前記クラッドの前記最外部におけるフッ素濃度XFc_outer[ppm]、前記クラッドにおける前記フッ素濃度の最大値XFc_max[ppm]が、
   ０ ≦ XFc_outer ＜ 0.8 × XFc_max
   なる関係を満たす、請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記ファイバ軸に垂直な当該光ファイバの断面において、前記クラッドにおける前記フッ素濃度と、前記ファイバ軸からの当該光ファイバの半径方向に沿った距離ｒと、により与えられる前記クラッドにおけるフッ素濃度分布XF(r)は、
   前記クラッドの内周面からの前記半径方向に沿った距離がクラッド幅の５０％となる位置から、前記内周面からの前記半径方向に沿った距離が前記クラッド幅の８０％となる位置までの環状領域として規定される、前記クラッドの外側領域のうち、前記半径方向に沿って規定される幅が１μｍの任意の微小区間において、
   前記フッ素濃度分布XF(r)の、前記距離ｒにおける微分係数XF'(r)が負であり、かつ、前記微分係数XF'(r)の絶対値が３０ppm／μｍ以上６００ppm／μｍ以下である、
   請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
4. 前記クラッドの前記外側領域において、前記断面に垂直に働く応力が引張応力である、
   請求項３に記載の光ファイバ。
5. 前記クラッドの内周面からの当該光ファイバの半径方向に沿った距離がクラッド幅の５０％となる位置から、前記内周面からの前記半径方向に沿った距離が前記クラッド幅の８０％となる位置までの環状領域として規定される、前記クラッドの外側領域において、前記ファイバ軸に垂直な当該光ファイバの断面に垂直に働く応力が引張応力である、
   請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
6. 波長１５５０ｎｍにおいて８０μｍ^２以上１６０μｍ^２以下の実効断面積を有する、
   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。
7. １５３０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有する、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
8. 前記コアがＧｅＯ_２および塩素の少なくともいずれかを含む、
   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。
9. 前記コアが少なくとも前記塩素を含み、
   前記コアの最外部における塩素濃度XCl_outer [ppm]、前記コアの塩素濃度の最大値XCl_max [ppm]が、
   0 ≦ XCl_outer < 0.8×XCl_max
   なる関係を満たす、請求項８に記載の光ファイバ。
10. 前記コアが前記ＧｅＯ_２および前記塩素の双方を含み、
    前記コア中に含まれるＧｅＯ_２の濃度の平均値が３３０００ppm以下であり、
    前記コア中に含まれる塩素元素の濃度の平均値が２００００ppm以下である、
    請求項８または請求項９に記載の光ファイバ。
11. 前記コアがフッ素を含む、
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
12. 純シリカガラスに対する前記コアの比屈折率差の平均値Δcoreが−０.２％以上＋０.４％以下である、
    請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光ファイバ。
13. 前記クラッドの最小屈折率に対する前記コアの比屈折率差の平均値Δ１が０.１％以上０.５％以下である、
    請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の光ファイバ。
14. 前記コアの屈折率プロファイルの指数αが１以上１０以下である、
    請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
15. 前記コアと前記クラッドとの間に設けられたディプレスト部を備え、
    前記ディプレスト部における屈折率の平均値n2_aveが、
    n2_ave ≦ nc_min
    なる関係を満たす、
    請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
16. 前記ディプレスト部に対する前記コアの比屈折率差の平均値Δ+が０.２％以上０.５％以下である、
    請求項１５に記載の光ファイバ。
17. 前記クラッドの最小屈折率に対する前記ディプレスト部の比屈折率差Δ2が−０.１６％以上−０.０２％以下であり、
    前記ディプレスト部の半径r2と前記コアの半径r1との比r2／r1 が２.０以上７.０以下である、
    請求項１５または請求項１６に記載の光ファイバ。

Images