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WO2012108467A1 - 光ファイバおよび光伝送システム - Google Patents

光ファイバおよび光伝送システム Download PDF

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Publication number
WO2012108467A1
WO2012108467A1 PCT/JP2012/052865 JP2012052865W WO2012108467A1 WO 2012108467 A1 WO2012108467 A1 WO 2012108467A1 JP 2012052865 W JP2012052865 W JP 2012052865W WO 2012108467 A1 WO2012108467 A1 WO 2012108467A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refractive index
optical fiber
mode
diameter
core portion
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/052865
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
武笠　和則
Original Assignee
古河電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 古河電気工業株式会社 filed Critical 古河電気工業株式会社
Priority to JP2012535523A priority Critical patent/JP5193398B2/ja
Priority to EP12745238.1A priority patent/EP2674795A4/en
Publication of WO2012108467A1 publication Critical patent/WO2012108467A1/ja
Priority to US13/962,642 priority patent/US9128237B2/en

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    • G02B6/03627—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only arranged - +
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    • G02B6/02009—Large effective area or mode field radius, e.g. to reduce nonlinear effects in single mode fibres
    • G02B6/02014—Effective area greater than 60 square microns in the C band, i.e. 1530-1565 nm
    • G02B6/02019—Effective area greater than 90 square microns in the C band, i.e. 1530-1565 nm
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    • G02B6/0365—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only arranged - - +

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber and an optical transmission system.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 a mode multiplexing transmission technique in which a higher-order propagation mode is used for optical transmission in addition to the conventionally used fundamental propagation mode of an optical fiber. It is also important to suppress the occurrence of nonlinear optical phenomena in the optical fiber by expanding the effective core area (Aeff) of the optical fiber for higher quality optical transmission (Non-patent Document 3). 4).
  • Non-Patent Document 5 proposes an optical fiber in which Aeff is expanded to 155 ⁇ m 2 by optimizing the refractive index distribution using a trench structure.
  • Marianne Bigot-Astruc Frans Gooijer, Nelly Montaigne, Pierre Sillard, "Trench-Assisted Profiles for Large-Effective-Area Single-Mode Fibers," ECOC2008, Mo.4.B.1 Yoshinori Yamamoto, Masaaki Hirono, Kazuya Kuwahara, Takashi Sasaki "OSNR-Enhancing Pure-Silica-Core Fiber with Large Effective Area and Low Attenuation," OFC / NFOEC2010, OtuI2 Marianne Bigot-Astruc, et al., "125 ⁇ m glass diameter single-mode fiber with Aeff of 155 ⁇ m2" OFC / NFOEC2011, OtuJ2 (2011) Okamoto Katsunori "Basics of Optical Waveguide” Corona, October 20, 1992
  • the present invention has been made in view of the above, and even when an optical fiber is used in a base and a higher-order propagation mode for optical transmission, the effective core cross-sectional area is large and bending loss is large in each propagation mode to be used.
  • An object is to provide a small optical fiber and an optical transmission system.
  • an optical fiber according to the present invention includes a core part and a clad part formed on the outer periphery of the core part and having a refractive index lower than the maximum refractive index of the core part.
  • the characteristic at a wavelength of 1550 nm is that the effective core area of the fundamental propagation mode is 120 ⁇ m 2 or more, the effective core area of the first higher-order propagation mode is 170 ⁇ m 2 or more, and the first higher-order propagation
  • the effective refractive index of the mode is greater than the refractive index of the cladding part by 0.0005 or more.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the effective refractive index is 0.0010 or more larger than the refractive index of the clad portion.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the effective refractive index of the first higher-order propagation mode is 0.0016 or more larger than the refractive index of the cladding part.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, only the two modes of the base propagation mode and the first higher-order propagation mode propagate.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the first higher-order propagation mode is an LP11 mode.
  • the core portion has a central core portion having the maximum refractive index and a refractive index lower than a refractive index of the clad portion formed on an outer periphery of the central core portion. It consists of the outer periphery core part which has a rate.
  • the optical fiber according to the present invention is the optical fiber according to the above invention, wherein the relative refractive index difference ⁇ 1 of the central core portion with respect to the cladding portion is 0.20% to 0.50%, and the outer peripheral core portion with respect to the cladding portion.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 is ⁇ 0.50% or more and smaller than 0%, the diameter of the central core part is 14.00 ⁇ m to 19.00 ⁇ m, and the outer diameter of the outer peripheral core part with respect to the diameter of the central core part
  • the ratio is greater than 1.0 and 4.0 or less.
  • a relative refractive index difference ⁇ 1 of the central core portion with respect to the cladding portion is 0.22% or more, and a diameter of the central core portion is 14.10 ⁇ m to 18 .30 ⁇ m, and the ratio of the outer diameter of the outer peripheral core portion to the diameter of the central core portion is 2.0 or more.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0.30% or more.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the relative refractive index difference ⁇ 1 is smaller than 0.42%.
  • the optical fiber according to the present invention is the optical fiber according to the above invention, wherein the core portion has a central core portion having the maximum refractive index and a refractive index substantially equal to a refractive index of the cladding portion formed on an outer periphery of the central core portion. And an outer peripheral core layer formed on the outer periphery of the inner peripheral core layer and having a refractive index lower than that of the cladding portion.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the central core portion with respect to the cladding portion is 0.20% or more and less than 0.35% in the above invention, and the outer peripheral core with respect to the cladding portion.
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 of the layer is ⁇ 0.5% or more and less than 0%
  • the diameter of the central core part is 12.0 ⁇ m or more and 18.0 ⁇ m or less
  • the inner peripheral core layer with respect to the diameter of the central core part The ratio of the outer diameter of the outer core layer to the diameter of the central core portion is 2 or more and 5 or less.
  • the optical fiber according to the present invention has a bending loss of 100 dB / m or less in the first higher-order propagation mode when bent at a diameter of 20 mm at a wavelength of 1550 nm in the above-described invention, and the second higher-order propagation mode.
  • the leakage loss is 0.1 dB / m or more.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that the effective refractive index of the LP21 mode is smaller than the refractive index of quartz glass.
  • the optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the outer diameter of the clad portion is larger than 125 ⁇ m.
  • an optical transmission system includes the optical fiber according to the above-described invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a field distribution of the fundamental mode (LP01 mode) of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a field distribution of the first higher-order mode (LP11 mode) of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 130 ⁇ m 2 .
  • FIG. 6 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 150 ⁇ m 2 .
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a field distribution of
  • FIG. 7 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 170 ⁇ m 2 .
  • FIG. 8 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set near 130 ⁇ m 2 and the value of ⁇ 2 is changed.
  • FIG. 9 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 150 ⁇ m 2 and the value of ⁇ 2 is changed.
  • FIG. 10 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set near 170 ⁇ m 2 and the value of ⁇ 2 is changed.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the effective refractive index neff.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 2 and the bending loss or leakage loss.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between Ra and bending loss or leakage loss.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss or leakage loss when the relative refractive index difference ⁇ 2 is changed.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss or leakage loss when the relative refractive index difference ⁇ 2 is changed.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 2 and the bending loss or leakage loss.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between Ra and bending loss or leakage loss.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss or leakage loss when the relative refractive index difference ⁇ 2 is changed.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss or leakage loss when Ra is changed.
  • FIG. 18 shows that when Ra shown in FIG. 17 is 2.0, the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0.33%, the relative refractive index difference ⁇ 2 is ⁇ 0.1%, and the central core portion diameter 2a is 17.2 ⁇ m. It is a figure which shows the calculation result of the optical characteristic of the optical fiber in the case of doing.
  • FIG. 19 is a diagram showing the measurement result of the refractive index profile of the manufactured optical fibers of Examples 1 and 2.
  • FIG. 20 is a diagram showing the result of calculating the optical characteristics at a wavelength of 1550 nm based on the measurement result of the refractive index profile of Example 2 shown in FIG.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a result of calculating the relationship between the offset and the optical coupling efficiency when the optical fiber to be measured and the optical fiber for measurement are butt-joint connected.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a field distribution of light output from the optical fiber according to the first embodiment when the offset is set to 0 ⁇ m.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a field distribution of light output from the optical fiber according to the first embodiment when the offset is 8 ⁇ m.
  • FIG. 24 is a diagram showing the measured optical characteristics of the optical fibers of Examples 1 and 2.
  • FIG. 25 is a diagram showing the wavelength dependence of the microbend loss of the optical fibers of Examples 1 and 2 measured.
  • FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 27 is a diagram showing the refractive index distribution of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 28 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 130 ⁇ m 2 .
  • FIG. 29 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 150 ⁇ m 2 .
  • FIG. 30 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 170 ⁇ m 2 .
  • FIG. 31 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 170 ⁇ m 2 .
  • FIG. 32 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 170 ⁇ m 2 .
  • FIG. 33 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 3 and the bending loss or leakage loss when Ra3 is changed.
  • FIG. 34 is a schematic configuration diagram of an optical transmission system according to the third embodiment.
  • the bending loss means a macro bending loss when bending at a diameter of 20 mm.
  • ITU-T International Telecommunication Union
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the optical fiber 10 includes a core part 11 located at the center and a clad part 12 formed on the outer periphery of the core part 11.
  • the core part 11 includes a central core part 111 and an outer peripheral core part 112 formed on the outer periphery of the central core part 111.
  • the central core 111 is made of quartz glass containing a dopant that increases the refractive index, such as germanium (Ge).
  • the outer core portion 112 is made of quartz glass containing a dopant that lowers the refractive index, such as fluorine (F).
  • the clad portion 12 is made of pure quartz glass that does not contain a dopant that adjusts the refractive index.
  • the central core portion 111 has the maximum refractive index in the core portion 11 and has a higher refractive index than the cladding portion 12. Further, the outer core portion 112 has a lower refractive index than the clad portion 12.
  • FIG. 2 is a view showing a refractive index distribution of the optical fiber 10 shown in FIG.
  • a region P ⁇ b> 1 shows the refractive index distribution of the central core portion 111.
  • a region P2 indicates the refractive index distribution of the outer peripheral core portion 112.
  • a region P3 indicates the refractive index distribution of the cladding portion 12.
  • the optical fiber 10 has a so-called W-type refractive index distribution in which the refractive index of the outer core portion 112 is lower than the refractive index of the cladding portion 12.
  • the relative refractive index difference of the central core portion 111 with respect to the cladding portion 12 is ⁇ 1
  • the relative refractive index difference of the outer core portion 112 with respect to the cladding portion 12 is ⁇ 2.
  • the relative refractive index differences ⁇ 1 and ⁇ 2 are defined by the following equations (1) and (2).
  • n 1 is the maximum refractive index of the central core portion 111
  • n 2 is the refractive index of the outer core portion 11
  • n c is the refractive index of the cladding portion 12.
  • n c is equal to the refractive index ns of the silica glass (1.44439 at a wavelength of 1550 nm).
  • the central core 111 has a diameter 2a
  • the outer core 112 has an outer diameter 2b.
  • Ra2 is defined as b / a which is a ratio of the outer peripheral core portion outer diameter 2b and the central core portion diameter 2a.
  • the central core portion diameter 2a is a diameter at a position where the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0% at the boundary between the central core portion 111 and the outer peripheral core portion 112.
  • the outer peripheral core portion outer diameter 2b is a diameter at a position where the relative refractive index difference becomes a half value of the relative refractive index difference ⁇ 2 at the boundary between the outer peripheral core portion 112 and the cladding portion 12.
  • the effective refractive index of the LP01 mode that is the fundamental propagation mode of the optical fiber 10 according to the first embodiment is n eff (LP01), and the LP11 mode that is the first higher-order propagation mode.
  • n eff LP01
  • LP11 the effective refractive index of n eff
  • the difference between the refractive index n c of the n eff (LP11) and the cladding portion 12 and [Delta] n has a [Delta] n such that 0.0005 or more.
  • the effective refractive index of the LP11 mode which is the first higher-order propagation mode n eff (LP11)
  • n eff the first higher-order propagation mode
  • the optical fiber 10 as characteristics at the wavelength 1550 nm, the effective core area of the LP01 mode is 120 [mu] m 2 or more, and the effective core area of the LP11 mode is 170 [mu] m 2 or more, further increases the 180 [mu] m 2 or more, and The bending loss in both LP01 mode and LP11 mode is reduced.
  • n eff and (LP11) to increase 0.0005 than n c for example ⁇ 1 to 0.37%, Delta] 2 to -0.10%, 2a, 2b, respectively 16.10 ⁇ m, 32.20 ⁇ m ( That is, Ra2 may be set to 2.0).
  • n eff (LP11) increases 0.0005 than 1.44660 next, n c.
  • the effective core area of the LP01 mode is 150.1 ⁇ m 2
  • the bending loss is 3.14 ⁇ 10 ⁇ 8 dB / m
  • the effective core area of the LP11 mode is 219.6 ⁇ m 2
  • the characteristics at the wavelength of 1550 nm are bending
  • the loss becomes 2.42 ⁇ 10 ⁇ 2 dB / m, and desired characteristics can be obtained.
  • the effective refractive index n eff (LP21) at the wavelength 1550 nm of the LP21 that is the second higher-order propagation mode is 1.44431, which is the refractive index of quartz glass. It becomes smaller than the rate (1.444439).
  • the LP21 mode becomes a leaky mode at a wavelength of 1550 nm, and only two modes of the LP01 mode and the LP11 mode become propagation modes.
  • FIG. 3A and FIG. 4A show the fields of each propagation mode.
  • the direction and size of the arrow indicate the direction and size of the field, respectively.
  • 3B and 4B show the field distribution (intensity distribution) of each propagation mode.
  • the LP01 mode has a Gaussian shape having a field at the center.
  • the LP11 mode is a donut shape having no field distribution at the center. For this reason, mutual interference is suppressed in the field of each propagation mode. Therefore, when two signal lights are incident on the optical fiber 10, if two signals are incident and propagated so as to propagate in each of the two propagation modes, two-mode optical transmission with less interference is possible. Become. When calculation was performed by applying the parameter C12 (coupling constant of butt coupling) of the directional coupler shown in Non-Patent Document 6 to the two propagation modes of the optical fiber 10, C12 was 10 ⁇ 9 to 10 ⁇ 10.
  • the LP21 mode when the LP21 mode is a propagation mode, the LP21 mode has a ring shape having a field at the center, and thus may interfere with the LP11 mode.
  • the optical fiber 10 according to the first embodiment has a large effective core area, a small bending loss, and very little interference between the propagation modes in the LP01 mode and the LP11 mode to be used. It becomes.
  • FIG. 5 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 130 ⁇ m 2 .
  • “dispersion” means chromatic dispersion
  • “slope” means dispersion slope
  • “MFD” means mode field diameter
  • n eff means effective refractive index
  • ⁇ n means effective refractive index
  • ⁇ n means effective refractive index
  • ⁇ n means effective refractive index
  • ⁇ n means effective refractive index
  • ⁇ n means effective refractive index
  • ⁇ n means the difference between n c is the refractive index of n eff and the cladding portion of the LP11 mode
  • Aeff means the effective core area
  • leakage loss transmission due to leakage of light LP21 mode It means loss (Leakage loss).
  • E is a symbol representing a power of 10
  • “2.3E-06” means “2.3 ⁇ 10 ⁇ 6 ”.
  • the optical characteristics are values at a wavelength of 15
  • FIG. 6 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 150 ⁇ m 2 .
  • FIG. 7 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 170 ⁇ m 2 .
  • FIG. 8 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set near 130 ⁇ m 2 and the value of ⁇ 2 is changed.
  • FIG. 9 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 150 ⁇ m 2 and the value of ⁇ 2 is changed.
  • FIG. 10 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set near 170 ⁇ m 2 and the value of ⁇ 2 is changed.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0.22% or more, the relative refractive index difference ⁇ 2 is smaller than 0%, and the central core portion diameter 2a is 14.10 ⁇ m to 18.30 ⁇ m. If the ratio Ra2 is 2.0 or more, the effective core area of the LP01 mode is 120 ⁇ m 2 or more, the effective core area of the LP11 mode is 170 ⁇ m 2 or more, and the bending loss in each propagation mode is small. An optical fiber can be realized.
  • the bending loss in the LP01 mode is 1 dB / m or less and / or the bending loss in the LP11 mode is 10 dB / m or less.
  • n eff of the LP11 mode becomes about 1.44500.
  • the bending loss at this time is as small as 1.21 ⁇ 10 ⁇ 3 dB / m for the LP01 mode and 5.68 ⁇ 10 ⁇ 1 dB / m for the LP11 mode.
  • n eff of the LP11 mode preferably 0.0010 or more large (i.e.
  • n eff can be realized, for example, by setting ⁇ 1 to 0.30% or more. As described above, it is desirable from the viewpoint of realizing sufficient optical confinement that at least ⁇ 1 is 0.22% or more to increase the n eff of the LP11 mode.
  • the n eff of the LP21 mode can be made smaller than the refractive index of quartz glass (1.444439 at 1550 nm).
  • ⁇ 1 to 0.42% or less optical transmission in two modes of LP01 mode and LP11 mode is possible.
  • the preferable numerical range of the structural parameters of the optical fiber according to the first embodiment is not limited to the above.
  • a change in the characteristics of the optical fiber when a specific structural parameter is changed will be described more specifically.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the effective refractive index neff at a wavelength of 1550 nm when the relative refractive index difference ⁇ 2 is changed in the optical fiber 10 having the configuration shown in FIG.
  • the effective refractive index neff is shown for the LP11 mode and the LP21 mode.
  • the value of Ra was fixed at 3.0.
  • the central core portion diameter 2a was adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode was 170 ⁇ m 2 .
  • neff of the LP21 mode is 1.44439 (refractive index of quartz glass) or less and the neff of the LP11 mode is 1.4460 or more.
  • the LP21 mode becomes the leaky mode, so propagation in two modes is possible.
  • the range of the region A does not depend much on ⁇ 2.
  • a preferable neff is obtained when ⁇ 1 is a value in the vicinity of 0.3%.
  • profile parameters structural parameters
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 2 and bending loss or leakage loss (leakage loss).
  • ⁇ 1 was fixed at 0.30%
  • Ra was fixed at 3.0.
  • the central core portion diameter 2a was adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode was 170 ⁇ m 2 .
  • the bending loss of the LP11 mode increases as ⁇ 2 increases.
  • the bending loss of the LP11 mode is preferably 50 dB / m or less.
  • the bending loss in the LP11 mode is 10 dB / m or less, which is more preferable.
  • the bending loss in the LP11 mode is 50 dB / m or less when ⁇ 2 is smaller than 0%.
  • the leakage loss of the LP21 mode is reduced, and the LP21 mode may propagate.
  • the leakage loss in the LP21 mode is 1 dB / m or more, which is preferable.
  • the leakage loss becomes 10 dB / m or more, which is more preferable.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between Ra and bending loss or leakage loss.
  • ⁇ 1 was fixed at 0.30%, and ⁇ 2 was fixed at ⁇ 0.10%.
  • the central core portion diameter 2a was adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode was 170 ⁇ m 2 .
  • the bending loss of the LP11 mode increases as Ra decreases.
  • the bending loss in the LP11 mode is 50 dB / m or less, which is preferable.
  • the bending loss in the LP11 mode is 10 dB / m or less, which is more preferable.
  • the bending loss in the LP11 mode is 50 dB / m or less when Ra is greater than 1.0.
  • the leakage loss in the LP21 mode is preferably 1 dB / m or more, which is preferable. Further, when Ra is 2.2 or less, the leakage loss is 10 dB / m or more, which is more preferable. Further, when calculation was performed for all combinations of profile parameters, it was confirmed that there was a combination of profile parameters in which the leakage loss in the LP21 mode was 1 dB / m or more when Ra was 4.0 or less.
  • the central core diameter 2a is adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode is 170 ⁇ m 2 .
  • Aeff could be 170 ⁇ m 2 or more.
  • the outer peripheral core portion outer diameter 2b is larger than 15.00 ⁇ m, the bending loss of the LP11 mode can be reduced to 50 dB / m or less, and if it is 76.00 ⁇ m or less, the leakage loss of the LP21 mode is increased to 1 dB / m or more. This is preferable.
  • the effective core area Aeff of the LP01 mode can be set to 120 ⁇ m 2 .
  • Aeff if it is 120 ⁇ m 2 or more, more preferably 130 ⁇ m 2 or more, the non-linearity may be low. Further, if it is 170 ⁇ m 2 or less, it is preferable because the microbend loss is reduced and the connectivity with other optical fibers is improved.
  • ⁇ 1 is 0.20% to 0.50%
  • ⁇ 2 is ⁇ 0.50% or more and smaller than 0%
  • the central core portion diameter 2a is 14.00 ⁇ m to 19.00 ⁇ m
  • the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 at 1550 nm and the bending loss or leakage loss will be described.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss or leakage loss when the relative refractive index difference ⁇ 2 is changed.
  • Ra was fixed at 3.0.
  • the central core portion diameter 2a was adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode was 170 ⁇ m 2 .
  • “LP11 M Loss ( ⁇ 0.15%)” indicates the bending loss (Macro-bending Loss) of the LP11 mode when ⁇ 2 is ⁇ 0.15%
  • LP21 “L Loss ( ⁇ 0.15%)” indicates the leakage loss of the LP21 mode when ⁇ 2 is ⁇ 0.15%.
  • the bending loss in the LP11 mode is 5 dB / m or less and the leakage loss in the LP21 mode.
  • ⁇ 1 in which is 1 dB / m or more. Further, such a range of ⁇ 1 becomes wider as ⁇ 2 increases.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss or leakage loss when the relative refractive index difference ⁇ 2 is changed.
  • Ra was fixed at 3.0.
  • the central core portion diameter 2a was adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode was 150 ⁇ m 2 .
  • the legend in FIG. 15 has the same meaning as in FIG.
  • the LP11 mode there is a range of ⁇ 1 in which the bending loss of 5 dB / m or less and the LP21 mode leakage loss is 1 dB / m or more. Further, such a range of ⁇ 1 becomes wider as ⁇ 2 increases. Further, such a range of ⁇ 1 is wider than when the effective core area Aeff of the LP01 mode is 170 ⁇ m 2 .
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss or leakage loss when the relative refractive index difference ⁇ 2 is changed.
  • Ra was fixed at 3.0.
  • the central core portion diameter 2a was adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode was 130 ⁇ m 2 .
  • the legend in FIG. 16 has the same meaning as in FIG.
  • the LP11 mode there is a range of ⁇ 1 in which the bending loss of 5 dB / m or less and the LP21 mode leakage loss is 1 dB / m or more. Further, such a range of ⁇ 1 becomes wider as ⁇ 2 increases. Further, such a range of ⁇ 1 is wider than that in the case where the effective core area Aeff of the LP01 mode is 150 ⁇ m 2 .
  • the range of ⁇ 1 for realizing a preferable bending loss and leakage loss is wider as the effective core area Aeff of the LP01 mode is smaller. Therefore, in FIGS. 11 to 13, the effective core area Aeff of the LP01 mode is fixed at 170 ⁇ m 2 , but the preferable structural parameter range shown based on FIGS. The present invention can be applied to a case where the area is small, for example, 130 ⁇ m 2 .
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 1 and the bending loss or leakage loss when Ra is changed.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 is fixed at ⁇ 0.10%.
  • the central core portion diameter 2a was adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode was 170 ⁇ m 2 .
  • “LP11 M Loss (Ra: 2)” indicates the bending loss of the LP11 mode when Ra is 2.0.
  • FIG. 18 shows the calculation result of the optical characteristics of the optical fiber when the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0.33% and the central core diameter 2a is 17.2 ⁇ m when Ra shown in FIG. 17 is 2.0.
  • FIG. Each optical characteristic is a value at a wavelength of 1550 nm.
  • the effective core area of about 170 [mu] m 2 for LP01 mode bending loss is less 0.00000254dB / m
  • the effective core area of the LP11 mode is about 247Myuemu 2
  • a preferable characteristic that the leakage loss of the LP21 mode is 4.88 dB / m is realized.
  • the microbend loss is defined as an increase in transmission loss due to a slight bending applied to the optical fiber when a lateral pressure is applied to the optical fiber.
  • the outer diameter of the clad part 12 is made larger than 125 ⁇ m, which is the outer diameter of the clad part of a normal optical fiber, the influence of the side pressure on the light confinement is reduced, so that the microbend loss can be reduced.
  • the microbend loss increases along with the bending loss. Therefore, in the optical fiber 10 with a small bending loss, the restriction on the effective core area due to the microbend loss is relaxed by reducing the microbend loss in this way, so that the effective core area can be further increased. .
  • an optical fiber was manufactured using the structural parameters shown in FIG. 18 as design values.
  • the outer diameter of the cladding part was set to 125 ⁇ m (Example 1) or 180 ⁇ m (Example 2).
  • FIG. 19 is a diagram showing the measurement result of the refractive index profile of the manufactured optical fibers of Examples 1 and 2.
  • the horizontal axis in FIG. 19 indicates the position from the center of the core portion.
  • FIG. 20 is a diagram showing the result of calculating the optical characteristics at a wavelength of 1550 nm based on the measurement result of the refractive index profile of Example 2 shown in FIG.
  • the bending loss of the LP11 mode is sufficiently small
  • the leakage loss of the LP21 mode is sufficiently large
  • the LP01 mode and the LP11 mode are effective.
  • the refractive index n eff and the effective core area substantially coincided with the results shown in FIG.
  • an optical fiber having a structural parameter substantially as designed could be manufactured.
  • a measurement optical fiber that transmits measurement light in a single mode is butt-joint connected to one end of the optical fibers of Examples 1 and 2 that are optical fibers to be measured.
  • the connection is made so that the central axis of the core portion of the optical fiber to be measured and the central axis of the core portion of the optical fiber for measurement are shifted by a predetermined offset.
  • a light source is connected to the other end of the measurement optical fiber.
  • a measuring device for measuring desired optical characteristics is connected to the other end of the optical fiber to be measured. In this state, the measurement light output from the light source is input from the measurement optical fiber side to the optical fiber to be measured. Then, the measurement light that propagates through the optical fiber to be measured and is output is measured by the measurement device.
  • the wavelength of the measurement light was 1550 nm.
  • the offset is set to zero, the LP01 mode having a field distribution on the central axis can be mainly excited in the optical fiber to be measured.
  • the offset is set to a predetermined value, the LP11 mode having a field distribution around the central axis can be mainly excited in the optical fiber to be measured.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a result of calculating the relationship between the offset and the optical coupling efficiency when the optical fiber to be measured and the optical fiber for measurement are butt-joint connected.
  • an optical fiber having the structural parameters shown in FIG. 18 was used for the calculation.
  • an optical fiber for measurement ITU-T G.I. 652 standard single mode optical fiber (SMF), dispersion shifted optical fiber (DSF), and high non-linear optical fiber (HNLF) are used. .
  • the effective core area of each measurement optical fiber was set to 80 ⁇ m 2 (SMF), 45 ⁇ m 2 (DSF), and 13 ⁇ m 2 (HNLF).
  • SMF TO LP11 means the coupling efficiency of the optical fiber to be measured to the LP11 mode when the optical fiber for measurement is SMF.
  • the coupling efficiency to the LP01 mode is high when the offset is 0 ⁇ m, and the coupling efficiency to the LP11 mode is high when the offset is about 6 ⁇ m. . Therefore, for the LP01 mode measurement, DSF was used as the measurement optical fiber, and the offset was set to 0 ⁇ m. As for the measurement of the LP11 mode, in order to efficiently couple with the LP11 mode and suppress the coupling with the LP01 mode, HNLF was used as the measurement optical fiber, and the offset was set to 8 ⁇ m.
  • FIG. 22 is a diagram showing the field distribution of light output from the optical fiber of Example 1 when the offset is 0 ⁇ m.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a field distribution of light output from the optical fiber according to the first embodiment when the offset is 8 ⁇ m. 22 and 23, the horizontal axis indicates the position from the central axis of the core portion, and the vertical axis indicates the light intensity in arbitrary units.
  • X-Scan and Y-Scan indicate measurement results along XY axes that are orthogonal to each other. In this measurement, the length of the optical fiber of Example 1 was 2 m.
  • the LP01 mode having a high-intensity field near the central axis of the core portion was mainly excited.
  • the offset was 8 ⁇ m
  • the LP11 mode having a high-intensity field around the central axis of the core portion in the X-axis direction was mainly excited.
  • the desired propagation mode could be excited mainly by appropriately setting the magnitude of the offset.
  • FIG. 24 is a diagram showing the measured optical characteristics of the optical fibers of Examples 1 and 2.
  • FIG. 24 As shown in FIG. 24, in both optical fibers of Examples 1 and 2 , the effective core area for the LP01 mode is close to 170 ⁇ m 2 , and the effective core area for the LP11 mode is close to 247 ⁇ m 2 . The value was close to the value shown in FIG.
  • the bending loss was 1 dB / m or less for the LP01 mode, and the bending loss was 5 dB / m or less for the LP11 mode, which was a favorable value.
  • the transmission loss was a good value of 0.5 dB / km or less.
  • the optical loss of Example 2 in which the outer diameter (cladding diameter) of the cladding part is large is smaller.
  • This difference in transmission loss is considered to be because an increase in transmission loss is suppressed because an optical fiber having a large cladding diameter is less likely to cause unnecessary inter-mode interference due to the influence of microbend loss.
  • the microbend loss is defined as an increase in transmission loss due to a slight bending applied to the optical fiber when a lateral pressure is applied to the optical fiber.
  • FIG. 25 is a diagram showing the wavelength dependence of the microbend loss of the optical fibers of Examples 1 and 2 measured by this measurement method.
  • the microbend loss is smaller in Example 2 with a large cladding diameter than in Example 1 with a small cladding diameter.
  • the LP11 mode has a larger microbend loss than the LP01 mode. Therefore, when the LP11 mode is used for optical transmission, it is more preferable to suppress the influence of the microbend loss.
  • two polarization modes are degenerated in the LP01 mode, and four polarization modes are degenerated in the LP01 mode.
  • the above calculation is performed by selecting one polarization mode from each of two or four degenerated modes.
  • the optical characteristics of the degenerated polarization mode are almost the same. Therefore, the above calculation result can be applied to other degenerated polarization modes. Therefore, if this calculation result is used, an optical system suitable for a transmission method using not only mode multiplexing but also polarization mode multiplexing is used. It is possible to realize a fiber.
  • the refractive index distribution in the vicinity of the core portion 11 is a W type, but the refractive index distribution of the optical fiber according to the present invention is not limited to this, and a single peak profile, a stepped profile, Any refractive index distribution such as a segment core profile, a trench profile, a W + side core profile, or a ring profile can be used.
  • a single peak profile a stepped profile
  • Any refractive index distribution such as a segment core profile, a trench profile, a W + side core profile, or a ring profile.
  • an optical fiber using a trench profile will be described as a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the optical fiber 20 includes a core portion 21 located at the center and a clad portion 22 formed on the outer periphery of the core portion 11.
  • the core portion 21 includes a central core portion 211, an inner peripheral core layer 212 formed on the outer periphery of the central core portion 211, and an outer peripheral core layer 213 formed on the outer periphery of the inner peripheral core layer 212.
  • the central core portion 211 is made of quartz glass containing a dopant that increases the refractive index.
  • the inner core layer 212 is made of pure quartz glass.
  • the outer peripheral core layer 213 is made of quartz glass containing a dopant that lowers the refractive index.
  • the clad portion 22 is made of pure quartz glass.
  • the central core portion 211 has the maximum refractive index in the core portion 21 and has a higher refractive index than the cladding portion 22.
  • the inner core layer 212 has a refractive index substantially equal to that of the clad portion 22.
  • the outer core layer 213 has a refractive index lower than that of the cladding portion 22.
  • FIG. 27 is a diagram showing a refractive index distribution of the optical fiber 20 shown in FIG.
  • a region P4 shows the refractive index distribution of the central core portion 211.
  • a region P5 indicates the refractive index distribution of the inner peripheral core layer 212.
  • a region P6 shows the refractive index profile of the outer core layer 213.
  • a region P7 shows the refractive index distribution of the cladding part 22.
  • the optical fiber 20 has a trench-type refractive index distribution.
  • the relative refractive index difference of the central core portion 211 with respect to the cladding portion 22 is ⁇ 1
  • the relative refractive index difference of the inner peripheral core layer 212 with respect to the cladding portion 22 is ⁇ 2
  • the outer periphery with respect to the cladding portion 22 Let the relative refractive index difference of the core layer 213 be ⁇ 3.
  • the relative refractive index differences ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 are defined by the following equations (4), (5), and (6).
  • n 1 indicates the maximum refractive index of the central core portion 211
  • n 2 indicates the refractive index of the inner peripheral core layer 212
  • n 3 indicates the refractive index of the outer peripheral core layer 213
  • n c indicates the cladding portion 22. Refractive index is shown.
  • n 2 n c
  • ⁇ 2 is substantially 0%. Note that substantially 0% means ⁇ 0.05% to 0.05% which does not significantly affect the optical characteristics such as Aeff. Even the second embodiment, n c is equal to the refractive index ns of the silica glass (1.44439 at a wavelength of 1550 nm).
  • the diameter of the central core portion 211 is 2a
  • the outer diameter of the inner peripheral core layer 212 is 2b
  • the outer diameter of the outer peripheral core layer 213 is 2c.
  • Ra2 is b / a which is a ratio of the inner peripheral core layer outer diameter 2b and the central core portion diameter 2a.
  • Ra / 3 is c / a which is the ratio of the outer peripheral core layer outer diameter 2c to the central core portion diameter 2a.
  • the central core portion diameter 2a is a diameter at a position where the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0% at the boundary between the central core portion 211 and the inner peripheral core layer 212.
  • the outer diameter 2b of the inner peripheral core layer is a diameter at a position where the relative refractive index difference becomes 0% at the boundary between the inner peripheral core layer 212 and the outer peripheral core layer 213.
  • the outer peripheral core layer outer diameter 2c is a diameter at a position where the relative refractive index difference becomes a half value of the relative refractive index difference ⁇ 3 at the boundary between the outer peripheral core layer 213 and the cladding portion 22.
  • the effective refractive index of the LP01 mode that is the fundamental propagation mode of the optical fiber 20 according to the second embodiment is n eff (LP01), and the LP11 mode that is the first higher-order propagation mode.
  • n eff the effective refractive index of n eff (LP11).
  • n c of the n eff (LP11) and the cladding portion 12 and [Delta] n has a [Delta] n such that 0.0005 or more.
  • the effective refractive index of the LP11 mode which is the first higher-order propagation mode n eff (LP11) is greatly 0.0005 than the refractive index n c of the cladding portion 12.
  • the optical fiber 20 as a characteristic of the wavelength 1550 nm, the effective core area of the LP01 mode is 120 [mu] m 2 or more, and the effective core area of the LP11 mode becomes large as 170 [mu] m 2 or more, and the LP01 mode and LP11 mode Both bending losses are reduced.
  • n eff and (LP11) to increase 0.0005 than n c for example ⁇ 1 to 0.25%, [Delta] 3 and -0.3%, 2a, 2b, 2c, respectively 15.5, 31. What is necessary is just to make it 0 micrometer and 46.5 micrometer (namely, Ra2 is 2, Ra3 is 3).
  • n eff (LP11) becomes 1.446833, which is larger than n c (1.444439) by 0.0005 or more.
  • the effective core area of the LP01 mode is 170.49 ⁇ m 2
  • the bending loss is 1.74 ⁇ 10 ⁇ 3 dB / m
  • the effective core area of the LP11 mode is 289.3 ⁇ m 2
  • the loss is 4.74 ⁇ 10 ⁇ 1 dB / m, and desired characteristics can be obtained.
  • the effective refractive index n eff (LP21) at a wavelength of 1550 nm of LP21, which is the second higher-order propagation mode is 1.443498, which is the refraction of quartz glass. It becomes smaller than the rate (1.444439).
  • the LP21 mode becomes a leaky mode at a wavelength of 1550 nm, and only two modes of the LP01 mode and the LP11 mode with little interference become propagation modes.
  • the optical fiber 20 according to the second embodiment has a large effective core area, a small bending loss, and very little interference between the propagation modes in the LP01 mode and the LP11 mode to be used. It becomes.
  • FIG. 28 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 130 ⁇ m 2 .
  • FIG. 29 is a diagram showing structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 150 ⁇ m 2 .
  • 30 to 32 are diagrams showing the structural parameters and optical characteristics when the effective core area of the LP01 mode is set in the vicinity of 170 ⁇ m 2 .
  • the optical characteristics are values at a wavelength of 1550 nm.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 is 0.20% or more
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 is ⁇ 0.5% or more and smaller than 0%
  • the central core portion diameter 2a is 12.2. and at 0 ⁇ m than 18.0 ⁇ m or less, the ratio Ra2 is less 4 greater than 1, if the ratio Ra3 is 2 to 5, and the effective core area of the LP01 mode is 120 [mu] m 2 or more, LP11 mode enabled core
  • An optical fiber having a cross-sectional area of 170 ⁇ m 2 or more and a small bending loss in each propagation mode can be realized.
  • the bending loss a combination of structural parameters such that the bending loss of the LP11 mode is 100 dB / m or less can be selected.
  • n eff can be realized, for example, by setting ⁇ 1 to 0.25% or more, more preferably 0.3% or more.
  • the n eff of the LP21 mode can be made smaller than the refractive index of quartz glass (1.444439 at 1550 nm).
  • ⁇ 1 is 0.35%, but n eff of the LP21 mode is 1.444713 to 1.444726, which is larger than 1.44439.
  • the preferable numerical range of the structural parameters of the optical fiber according to the second embodiment is not limited to the above.
  • the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 3 at the wavelength of 1550 nm and the bending loss or leakage loss when Ra3 is changed will be described.
  • FIG. 33 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ 3 and the bending loss or leakage loss when Ra3 is changed.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 is fixed at 0.25%
  • Ra2 is fixed at 2.
  • the central core portion diameter 2a was adjusted so that the effective core area Aeff of the LP01 mode was 170 ⁇ m 2 .
  • “LP11 M Loss (Ra3: 3)” indicates the bending loss of the LP11 mode when Ra3 is 3.
  • LP21 L Loss (Ra3: 3) indicates a leakage loss in the LP21 mode when Ra3 is 3.
  • Ra3 when Ra3 is 3, 4, or 5, the range of ⁇ 3 in which the LP11 mode bending loss is 100 dB / m or less and the LP21 mode leakage loss is 0.1 dB / m or more. Exists. Such a range of ⁇ 3 shifts to a larger value as Ra3 is larger. Therefore, if it is desired to set ⁇ 3 to a large value, Ra3 may be set to a large value. For example, when Ra3 is 3 and ⁇ 3 is ⁇ 0.3%, the bending loss in the LP11 mode is 0.47 dB / m and the leakage loss in the LP21 mode is 10.2 dB / m.
  • a preferable characteristic is realized that the light in the LP21 mode is sufficiently leaked while being confined in the light. If the leakage loss is 0.1 dB / m or more, it is preferable that the light loss due to leakage when light propagates 100 m in the optical fiber is 10 dB or more.
  • FIG. 34 is a schematic configuration diagram of an optical transmission system according to the third embodiment.
  • the optical transmission system 100 includes an optical fiber 101, an optical transmission device 102, an optical amplifier 103, and an optical reception device 104.
  • the optical fiber 101 is an optical transmission line that connects the optical transmitter 102 and the optical receiver 104.
  • the optical fiber 101 is, for example, an optical fiber according to the first embodiment or the second embodiment, and propagates light in a predetermined use wavelength band in a plurality of propagation modes.
  • the optical transmitter 102 includes a signal light source that is, for example, a semiconductor laser element, and outputs signal light for signal transmission using a plurality of propagation modes (for example, LP01 mode and LP11 mode) of the optical fiber 101.
  • a signal light source that is, for example, a semiconductor laser element, and outputs signal light for signal transmission using a plurality of propagation modes (for example, LP01 mode and LP11 mode) of the optical fiber 101.
  • the optical amplifier 103 is inserted between the optical fiber 101 and the optical fiber 101.
  • the optical amplifier 103 is configured to amplify signal light propagating in a plurality of propagation modes of the optical fiber 101 for each propagation mode. Note that the field pattern of light in each propagation mode is different. Therefore, the optical amplifier 103 can amplify each propagation mode of the signal light individually or simultaneously.
  • the optical amplifier 103 may not be provided depending on the transmission distance (total distance of the optical fiber 101 used).
  • the optical receiver 104 receives the signal light that has propagated through the optical fiber 101 in each propagation mode, converts the signal light into an electrical signal for each propagation mode, and the electrical signal converted by the light receiving element. And a signal processing device for processing.
  • this optical transmission system 100 signal light is mode-multiplexed using an optical fiber 101 capable of propagating a plurality of modes. Therefore, the transmission unit of the optical transmission device 102 and the reception unit of the optical reception device 104 are coupled with the signal light in each propagation mode, or the signal light is separated into each propagation mode and the signal light is transmitted for each propagation mode.
  • a mode multiplexer / demultiplexer is provided for receiving. According to the optical transmission system 100, it is possible to realize an optical transmission system that has a large transmission capacity and that suppresses the occurrence of nonlinear optical phenomena and the effects of bending loss in an optical fiber that constitutes an optical transmission line.
  • the clad portion is made of pure silica glass.
  • the central core portion is made of pure silica glass
  • the outer core portion and the clad portion are made of quartz glass containing a dopant that lowers the refractive index.
  • the optical fiber is made of a silica-based glass material.
  • the constituent material of the optical fiber according to the present invention is not limited to this, and an optical fiber such as another glass material or a plastic material is used. The optical material which can be used can be utilized suitably.
  • the effective core area of the fundamental propagation mode is 120 ⁇ m 2 or more
  • the effective core area of the first higher-order propagation mode is 170 ⁇ m 2 or more
  • the effective refractive index is 0 than the refractive index of the cladding part. If the optical fiber is larger than .0005, the effect of the present invention can be obtained regardless of the refractive index profile and the constituent material.
  • wavelength of the signal light to be transmitted through the optical fiber a wavelength band including 1550 nm or a desired wavelength band used for optical fiber communication can be used.
  • the present invention is not limited by the above-described embodiment, and the present invention includes a configuration in which the above-described constituent elements are appropriately combined. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • optical fiber and the optical transmission method according to the present invention are suitable for use in optical communication.

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Abstract

　コア部と、前記コア部の外周に形成され該コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部とを備え、波長１５５０ｎｍにおける特性は、基底伝搬モードの有効コア断面積が１２０μｍ２以上であり、第１高次伝搬モードの有効コア断面積が１７０μｍ２以上かつ該第１高次伝搬モードの実効屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも０．０００５以上大きい光ファイバである。これによって、基底および高次の伝搬モードを光伝送に用いる光ファイバにおいて、使用する各伝搬モードにおいて有効コア断面積が大きくかつ曲げ損失が小さい光ファイバおよびこれを用いた光伝送システムを提供する。

Description

光ファイバおよび光伝送システム
　本発明は、光ファイバおよび光伝送システムに関するものである。
　近年のインターネットトラヒックの劇的な増大に伴い、将来的な伝送容量の不足が予想されている。これを解決する方法として、従来用いられていた光ファイバの基底伝搬モードに加え、より高次の伝搬モードを光伝送に用いるモード多重伝送技術が開示されている（非特許文献１、２参照）。また、より高品質な光伝送のために、光ファイバの有効コア断面積（Ａeff）を拡大して、光ファイバ中での非線形光学現象の発生を抑制することも重要である（非特許文献３、４参照）。非特許文献５では、トレンチ構造を用いて屈折率分布を最適化することによって、Ａeffを１５５μｍ２まで拡大した光ファイバが提案されている。
C.Koebele,　M.Salsi,　G.Charlet,　S.Bigo　"Nonlinear　Effects　in　Long-Haul　Transmission　over　Bimodal　Optical　Fiber,"　ECOC2010、Mo.2.C.6 Bernd　Franz,　Detlef　Suikat,　Roman　Dischler,　Fred　Buchali,　Henning　Buelow　"High　Speed　OFDM　Data　Transmission　Over　5　km　GI-Multimode　Fiber　Using　Spatial　Multiplexing　With　2x4　MIMO　Processing,"　ECOC2010、Tu.3.C.4 Marianne　Bigot-Astruc,　Frans　Gooijer,　Nelly　Montaigne,　Pierre　Sillard,　"Trench-Assisted　Profiles　for　Large-Effective-Area　Single-Mode　Fibers,"　ECOC2008、Mo.4.B.1 Yoshinori　Yamamoto,　Masaaki　Hirano,　Kazuya　Kuwahara,　Takashi　Sasaki　"OSNR-Enhancing　Pure-Silica-Core　Fiber　with　Large　Effective　Area　and　Low　Attenuation,"　OFC/NFOEC2010、OTuI2 Marianne　Bigot-Astruc,　et　al.,　"125μm　glass　diameter　single-mode　fiber　with　Aeff　of　155μm2"　OFC/NFOEC2011，OTuJ2(2011) 岡本勝就著「光導波路の基礎」コロナ社、１９９２年１０月２０日
　しかしながら、光ファイバの有効コア断面積を拡大すると、曲げ損失が大きくなってしまうという問題がある。特に、光ファイバを基底および高次の伝搬モードを光伝送に用いる場合においては、使用する各伝搬モードに対して曲げ損失の問題が生じることになる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光ファイバを基底および高次の伝搬モードを光伝送に用いる場合においても、使用する各伝搬モードにおいて有効コア断面積が大きくかつ曲げ損失が小さい光ファイバおよび光伝送システムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバは、コア部と、前記コア部の外周に形成され該コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部とを備え、波長１５５０ｎｍにおける特性は、基底伝搬モードの有効コア断面積が１２０μｍ２以上であり、第１高次伝搬モードの有効コア断面積が１７０μｍ２以上であり、かつ該第１高次伝搬モードの実効屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも０．０００５以上大きいことを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記実効屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも０．００１０以上大きいことを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記第１高次伝搬モードの実効屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも０．００１６以上大きいことを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記基底伝搬モードおよび前記第１高次伝搬モードの２モードのみが伝搬することを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記第１高次伝搬モードはＬＰ１１モード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、上記の発明において、前記コア部は、前記最大屈折率を有する中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され前記クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外周コア部と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、上記の発明において、前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差Δ１が０．２０％～０．５０％であり、前記クラッド部に対する前記外周コア部の比屈折率差Δ２が－０．５０％以上で０％より小さく、前記中心コア部の直径が１４．００μｍ～１９．００μｍであり、前記中心コア部の直径に対する前記外周コア部の外径の比が１．０より大きく４．０以下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、上記の発明において、前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差Δ１が０．２２％以上であり、前記中心コア部の直径が１４．１０μｍ～１８．３０μｍであり、前記中心コア部の直径に対する前記外周コア部の外径の比が２．０以上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、上記の発明において、前記比屈折率差Δ１が０．３０％以上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、上記の発明において、前記比屈折率差Δ１が０．４２％より小さいことを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部は、前記最大屈折率を有する中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され前記クラッド部の屈折率と略等しい屈折率を有する内周コア層と、前記内周コア層の外周に形成され前記クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外周コア層と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、上記の発明において、前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差Δ１が０．２０％以上０．３５％未満であり、前記クラッド部に対する前記外周コア層の比屈折率差Δ３が－０．５％以上で０％より小さく、前記中心コア部の直径が１２．０μｍ以上１８．０μｍ以下であり、前記中心コア部の直径に対する前記内周コア層の外径の比が１より大きく４以下であり、前記中心コア部の直径に対する前記外周コア層の外径の比が２以上５以下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、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおいて、直径２０ｍｍで曲げたときの前記第１高次伝搬モードの曲げ損失１００ｄＢ／ｍ以下であり、前記第２高次伝搬モードのリーケージ損失が０．１ｄＢ／ｍ以上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、ＬＰ２１モードの実効屈折率が、石英ガラスの屈折率よりも小さいことを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記クラッド部の外径が１２５μｍより大きいことを特徴とする。
　また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明の光ファイバを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、使用する各伝搬モードにおいて有効コア断面積が大きくかつ曲げ損失が小さい光ファイバを実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面図である。 図２は、図１に示す光ファイバの屈折率分布を示す図である。 図３は、図１に示す光ファイバの基底モード（ＬＰ０１モード）のフィールド分布を示す図である。 図４は、図１に示す光ファイバの第１高次モード（ＬＰ１１モード）のフィールド分布を示す図である。 図５は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１３０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図６は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１５０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図７は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１７０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図８は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１３０μｍ２近傍に設定し、かつΔ２の値を変化させた場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図９は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１５０μｍ２近傍に設定し、かつΔ２の値を変化させた場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図１０は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１７０μｍ２近傍に設定し、かつΔ２の値を変化させた場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図１１は、比屈折率差Δ１と実効屈折率ｎeffとの関係を示す図である。 図１２は、比屈折率差Δ２と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。 図１３は、Ｒａと曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。 図１４は、比屈折率差Δ２を変化させた場合の、比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。 図１５は、比屈折率差Δ２を変化させた場合の、比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。 図１６は、比屈折率差Δ２を変化させた場合の、比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。 図１７は、Ｒａを変化させた場合の、比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。 図１８は、図１７に示すＲａが２．０の場合において、比屈折率差Δ１を０．３３％、比屈折率差Δ２を－０．１％、中心コア部直径２ａを１７．２μｍとした場合の光ファイバの光学特性の計算結果を示す図である。 図１９は、製造した実施例１、２の光ファイバの屈折率プロファイルの測定結果を示す図である。 図２０は、図１９に示した実施例２の屈折率プロファイルの測定結果をもとに、波長１５５０ｎｍにおける光学特性を計算した結果を示す図である。 図２１は、被測定光ファイバと測定用光ファイバとをバットジョイント接続した場合のオフセットと光結合効率との関係を計算した結果を示す図である。 図２２は、オフセットを０μｍとした場合の、実施例１の光ファイバから出力された光のフィールド分布を示す図である。 図２３は、オフセットを８μｍとした場合の、実施例１の光ファイバから出力された光のフィールド分布を示す図である。 図２４は、測定した実施例１、２の光ファイバの光学特性を示す図である。 図２５は、測定した実施例１、２の光ファイバのマイクロベンド損失の波長依存性を示す図である。 図２６は、実施の形態２に係る光ファイバの模式的な断面図である。 図２７は、図２６に示す光ファイバの屈折率分布を示す図である。 図２８は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１３０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図２９は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１５０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図３０は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１７０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図３１は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１７０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図３２は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１７０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。 図３３は、Ｒａ３を変化させた場合の、比屈折率差Δ３と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。 図３４は、実施の形態３に係る光伝送システムの模式的な構成図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバおよび光伝送システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、曲げ損失とは、直径２０ｍｍで曲げたときのマクロの曲げ損失を意味する。また、本明細書において特に定義しない用語については、ＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面図である。図１に示すように、この光ファイバ１０は、中心に位置するコア部１１と、コア部１１の外周に形成されたクラッド部１２とを備える。
　コア部１１は、中心コア部１１１と、中心コア部１１１の外周に形成された外周コア部１１２とからなる。中心コア部１１１は、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を高めるドーパントを含む石英ガラスからなる。外周コア部１１２は、フッ素（Ｆ）等の屈折率を低めるドーパントを含む石英ガラスからなる。クラッド部１２は、屈折率を調整するドーパントを含まない純石英ガラスからなる。その結果、中心コア部１１１はコア部１１における最大屈折率を有し、かつクラッド部１２よりも屈折率が高くなっている。また、外周コア部１１２はクラッド部１２よりも屈折率が低くなっている。
　図２は、図１に示す光ファイバ１０の屈折率分布を示す図である。図２において、領域Ｐ１は中心コア部１１１の屈折率分布を示している。領域Ｐ２は外周コア部１１２の屈折率分布を示している。領域Ｐ３はクラッド部１２の屈折率分布を示している。このように、この光ファイバ１０は、外周コア部１１２の屈折率がクラッド部１２の屈折率よりも低い、いわゆるＷ型の屈折率分布を有している。
　ここで、図２に示すように、クラッド部１２に対する中心コア部１１１の比屈折率差をΔ１とし、クラッド部１２に対する外周コア部１１２の比屈折率差をΔ２とする。比屈折率差Δ１、Δ２は、以下の式（１）、（２）によって定義する。
　Δ１＝｛（ｎ１－ｎｃ）／ｎｃ｝×１００　［％］　・・・　（１）
　Δ２＝｛（ｎ２－ｎｃ）／ｎｃ｝×１００　［％］　・・・　（２）
　ただし、ｎ１は中心コア部１１１の最大屈折率を示し、ｎ２は外周コア部１１２の屈折率を示し、ｎｃはクラッド部１２の屈折率を示す。なお、本実施の形態１では、クラッド部１２は純石英ガラスからなるので、ｎｃは石英ガラスの屈折率ｎｓ（波長１５５０ｎｍで１．４４４３９）に等しい。
　また、図２に示すように、中心コア部１１１の直径を２ａ、外周コア部１１２の外径を２ｂとする。また、外周コア部外径２ｂと中心コア部直径２ａとの比であるｂ／ａをＲａ２とする。なお、中心コア部直径２ａは、中心コア部１１１と外周コア部１１２との境界において比屈折率差Δ１が０％となる位置での径とする。また、外周コア部外径２ｂは、外周コア部１１２とクラッド部１２との境界において、比屈折率差が比屈折率差Δ２の１／２の値となる位置での径とする。
　ここで、図２に示すように、本実施の形態１に係る光ファイバ１０の基底伝搬モードであるＬＰ０１モードの実効屈折率をｎｅｆｆ（ＬＰ０１）とし、第１高次伝搬モードであるＬＰ１１モードの実効屈折率をｎｅｆｆ（ＬＰ１１）とする。この光ファイバ１０では、ｎｅｆｆ（ＬＰ１１）とクラッド部１２の屈折率ｎｃとの差をΔｎとすると、Δｎを０．０００５以上となるようにしている。
　このように、この光ファイバ１０では、第１高次伝搬モードであるＬＰ１１モードの実効屈折率ｎｅｆｆ（ＬＰ１１）を、クラッド部１２の屈折率ｎｃよりも０．０００５以上大きくしている。これによって、この光ファイバ１０は、波長１５５０ｎｍの特性として、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１２０μｍ２以上、かつＬＰ１１モードの有効コア断面積が１７０μｍ２以上、さらには１８０μｍ２以上と大きくなり、かつＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの両方の曲げ損失が小さくなる。
　なお、ｎｅｆｆ（ＬＰ１１）をｎｃよりも０．０００５以上大きくするには、たとえばΔ１を０．３７％、Δ２を－０．１０％、２ａ、２ｂをそれぞれ１６．１０μｍ、３２．２０μｍ（すなわちＲａ２を２．０）にすればよい。このように光ファイバ１０の構造パラメータを設定すると、ｎｅｆｆ（ＬＰ１１）は１．４４６６０となり、ｎｃよりも０．０００５以上大きくなる。このとき、波長１５５０ｎｍの特性として、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１５０．１μｍ２、曲げ損失が３．１４×１０－8ｄＢ／ｍ、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が２１９．６μｍ２、曲げ損失が２．４２×１０－2ｄＢ／ｍとなり、所望の特性が得られる。
　また、光ファイバ１０の構造パラメータを上記のように設定した場合には、第２高次伝搬モードであるＬＰ２１の波長１５５０ｎｍにおける実効屈折率ｎｅｆｆ（ＬＰ２１）は、１．４４４３１と石英ガラスの屈折率(１．４４４３９)よりも小さくなる。その結果、光ファイバ１０では、波長１５５０ｎｍにおいてＬＰ２１モードは漏洩モードとなり、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの２モードのみが伝搬モードとなる。
　このように、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの２モードのみが伝搬モードの場合は、２つの伝搬モード間の干渉が少ないので、より好ましい。図３、図４は、上記構造パラメータに設定した光ファイバ１０のＬＰ０１モード、ＬＰ１１モードのフィールド分布を示す図である。なお、図３（ａ）、図４（ａ）は各伝搬モードのフィールドを示している。なお、矢印の向き、大きさはそれぞれフィールドの向き、大きさを示している。また、図３（ｂ）、図４（ｂ）は各伝搬モードのフィールド分布（強度分布）を示している。
　図３に示すように、ＬＰ０１モードは中心にフィールドを有するガウシアン形状になっている。一方、図４に示すように、ＬＰ１１モードは中心にフィールド分布を有さないドーナツ型となっている。このため、各伝搬モードのフィールドは互いの干渉が抑制される。したがって、光ファイバ１０に２つの信号光を入射する際に、２つの信号が２つの伝搬モードのそれぞれで伝搬するように入射して伝搬させれば、互いに干渉が少ない２モード光伝送が可能になる。なお、非特許文献６に示される方向性結合器のパラメータＣ１２（突合せ結合の結合定数）を光ファイバ１０の２つの伝搬モードに当てはめて計算を行ったところ、Ｃ１２は１０－９～１０－１０のオーダーのきわめて小さい値になった。したがって、２つのモード間の干渉はほとんど無いと考えられる。これに対して、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの他に、ＬＰ２１モードが伝搬モードである場合は、ＬＰ２１モードは中心にフィールドを有するリング形状であるため、ＬＰ１１モードと干渉するおそれがある。
　以上説明したように、本実施の形態１に係る光ファイバ１０は、使用するＬＰ０１モードとＬＰ１１モードについて、有効コア断面積が大きくかつ曲げ損失が小さく、かつ各伝搬モード間の干渉がきわめて少ないものとなる。
　つぎに、有限要素法によるシミュレーションを用いた計算結果を参照して、本実施の形態１に係る光ファイバの好ましい設計についてより具体的に説明する。
　図５は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１３０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。なお、図５において、「分散」は波長分散を意味し、「スロープ」は分散スロープを意味し、「ＭＦＤ」はモードフィールド径を意味し、「ｎｅｆｆ」は実効屈折率を意味し、「Δｎ」はＬＰ１１モードのｎｅｆｆとクラッド部の屈折率であるｎｃとの差を意味し、「Ａeff」は有効コア断面積を意味し、「Ｌｅａｋａｇｅ損」はＬＰ２１モードの光の漏洩による伝送損失（Ｌｅａｋａｇｅ（リーケージ）損失）を意味する。また、曲げ損失の値において、「Ｅ」は１０のべき乗を表す記号であり、たとえば「２．３Ｅ－０６」は「２．３×１０－６」を意味する。また、光学特性については、波長１５５０ｎｍでの値である。
　また、図６は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１５０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。図７は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１７０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。図８は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１３０μｍ２近傍に設定し、かつΔ２の値を変化させた場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。図９は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１５０μｍ２近傍に設定し、かつΔ２の値を変化させた場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。図１０は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１７０μｍ２近傍に設定し、かつΔ２の値を変化させた場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。
　図５～図１０に示すように、比屈折率差Δ１が０．２２％以上であり、比屈折率差Δ２が０％より小さく、中心コア部直径２ａが１４．１０μｍ～１８．３０μｍであり、比Ｒａ２が２．０以上であれば、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１２０μｍ２以上であり、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が１７０μｍ２以上であり、かつ各伝搬モードでの曲げ損失が小さい光ファイバを実現できる。なお、曲げ損失については、ＬＰ０１モードの曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以下であり、および／またはＬＰ１１モードの曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下であるような構造パラメータの組み合わせを選択することがより好ましい。
　たとえば、図７から判るように、Δ１を０．２２％以上にすることで、ＬＰ１１モードのｎｅｆｆが１．４４５００程度になる。この場合ＬＰ１１モードのｎｅｆｆはクラッド部の屈折率であるｎｃ（＝１．４４４３９）よりも０．０００５以上大きくなる。このときの曲げ損失は、ＬＰ０１モードについては１．２１×１０－３ｄＢ／ｍ、ＬＰ１１モードについては５．６８×１０－１ｄＢ／ｍと小さくなる。また、ＬＰ１１モードのｎｅｆｆをさらに大きくし、好ましくはｎｃよりも０．００１０以上大きく（すなわちｎｅｆｆ（ＬＰ１１）＝１．４４５３９以上）、さらに好ましくは０．００１６以上大きく（すなわちｎｅｆｆ（ＬＰ１１）＝１．４４５９９以上）にするのが良い。このようなｎｅｆｆは、たとえばΔ１を０．３０％以上とすれば実現できる。以上のように、少なくとも、Δ１を０．２２％以上にしてＬＰ１１モードのｎｅｆｆを大きくすることが、十分な光閉じ込めを実現する観点から望ましい。
　一方、Δ１を０．４２％以下にすることで、ＬＰ２１モードのｎｅｆｆを石英ガラスの屈折率(１５５０ｎｍでは１．４４４３９)よりも小さくすることが可能となる。Δ１を０．４２％以下に設定する事で、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの２モードでの光伝送が可能である。
　さらに、本実施の形態１に係る光ファイバの好ましい構造パラメータの数値範囲は、上記に限られない。以下では、特定の構造パラメータを変化させた場合の光ファイバの特性の変化についてより具体的に説明する。
　図１１は、図１に示す構成の光ファイバ１０において、比屈折率差Δ２を変化させた場合の、比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍでの実効屈折率ｎeffとの関係を示す図である。なお、実効屈折率ｎeffはＬＰ１１モードとＬＰ２１モードとについて示している。また、Ｒａの値は３．０に固定した。また、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２になるように調整した。
　図１１に示す領域Ａのように、ＬＰ２１モードのｎeffが１．４４４３９（石英ガラスの屈折率）以下であり、かつＬＰ１１モードのｎeffが１．４４６０以上となるΔ１の範囲が存在する。この範囲では、ＬＰ２１モードが漏洩モードとなるため、２モードでの伝搬が可能となる。また、この領域Ａの範囲は、Δ２にはあまり依存しないことが分かる。図１１では、Δ１が０．３％近傍の値の場合に、好ましいｎeffとなることが分かる。また、あらゆるプロファイルパラメータ（構造パラメータ）の組み合わせについて計算を行ったところ、Δ１が０．２０％～０．５０％の場合に、２モードでの伝搬が可能となるプロファイルパラメータの組み合わせが存在することが確認された。
　図１２は、比屈折率差Δ２と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失（漏れ損失）との関係を示す図である。なお、図１２において、Δ１は０．３０％に固定し、Ｒａは３．０に固定した。また、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２になるように調整した。
　図１２に示すように、Δ２が大きくなるにつれて、ＬＰ１１モードの曲げ損失が大きくなる。図１２の場合は、Δ２が－０．０２％よりも小さい場合はＬＰ１１モードの曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下となるので好ましい。また、Δ２が－０．０５％よりも小さい場合はＬＰ１１モードの曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下となるのでより好ましい。また、あらゆるプロファイルパラメータの組み合わせについて計算を行ったところ、Δ２が０％より小さい場合に、ＬＰ１１モードの曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下となるプロファイルパラメータの組み合わせが存在することが確認された。
　一方、Δ２を小さくすると、ＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が小さくなるので、ＬＰ２１モードが伝搬する場合がある。図１２の場合は、Δ２が－０．１４％以上の場合はＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が１ｄＢ／ｍ以上となるので好ましい。また、Δ２が－０．１２％以上の場合はＬｅａｋａｇｅ損失が１０ｄＢ／ｍ以上となるのでより好ましい。また、あらゆるプロファイルパラメータの組み合わせについて計算を行ったところ、Δ２が－０．５０％以上の場合に、ＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が好ましい１ｄＢ／ｍ以上となるプロファイルパラメータの組み合わせが存在することが確認された。
　図１３は、Ｒａと曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。なお、図１３において、Δ１は０．３０％に固定し、Δ２は－０．１０％に固定した。また、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２になるように調整した。
　図１３に示すように、Ｒａが小さくなるにつれて、ＬＰ１１モードの曲げ損失が大きくなる。図１３の場合は、Ｒａが１．２より大きい場合はＬＰ１１モードの曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下となるので好ましい。また、Ｒａが２．０以上の場合はＬＰ１１モードの曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下となるのでより好ましい。また、あらゆるプロファイルパラメータの組み合わせについて計算を行ったところ、Ｒａが１．０より大きい場合に、ＬＰ１１モードの曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下となるプロファイルパラメータの組み合わせが存在することが確認された。
　一方、Ｒａを大きくすると、ＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が小さくなるので、ＬＰ２１モードが伝搬する場合がある。図１３の場合は、Ｒａが３．０以下の場合はＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が１ｄＢ／ｍ以上となるので好ましい。また、Ｒａが２．２以下の場合はＬｅａｋａｇｅ損失が１０ｄＢ／ｍ以上となるのでより好ましい。また、あらゆるプロファイルパラメータの組み合わせについて計算を行ったところ、Ｒａが４．０以下の場合に、ＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が１ｄＢ／ｍ以上となるプロファイルパラメータの組み合わせが存在することが確認された。
　なお、図１１～図１３において、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２になるように調整した。このとき、中心コア部直径２ａが１５．００μｍ～１９．００μｍの場合に、Ａeffを１７０μｍ２以上にすることができた。また、外周コア部外径２ｂが１５．００μｍより大きければＬＰ１１モードの曲げ損失を５０ｄＢ／ｍ以下にすることができ、７６．００μｍ以下であればＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失を１ｄＢ／ｍ以上にすることができるので好ましい。また、中心コア部直径２ａが１４．００μｍ以上であれば、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffを１２０μｍ２にすることができる。
　また、Ａeffについては、１２０μｍ２以上、より好ましくは１３０μｍ２以上であれば非線形性が低いので良い。また、１７０μｍ２以下であればマイクロベンド損失が小さくなり、かつ他の光ファイバとの接続性も良好になるので好ましい。
　以上説明したように、Δ１が０．２０％～０．５０％であり、Δ２が－０．５０％以上で０％より小さく、中心コア部直径２ａが１４．００μｍ～１９．００μｍであり、Ｒａが１．０より大きく４．０以下であれば、Ａeff、曲げ損失、Ｌｅａｋａｇｅ損失の観点から良好な特性の光ファイバを実現できることが確認された。
　つぎに、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２、１５０μｍ２、または１３０μｍ２、になるように中心コア部直径２ａを調整した場合において、比屈折率差Δ２を変化させた場合の、波長１５５０ｎｍでの比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係について説明する。
　図１４は、比屈折率差Δ２を変化させた場合の、比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。なお、図１４において、Ｒａは３．０に固定した。また、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２になるように調整した。また、図１４の凡例において、たとえば「ＬＰ１１　Ｍ　Ｌｏｓｓ（－０．１５％）」とは、Δ２が－０．１５％のときのＬＰ１１モードの曲げ損失（Ｍａｃｒｏ－ｂｅｎｄｉｎｇ　Ｌｏｓｓ）を示し、「ＬＰ２１　Ｌ　Ｌｏｓｓ（－０．１５％）」とは、Δ２が－０．１５％のときのＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失を示す。
　図１４に示すように、Δ２が－０．０５％、－０．１０％、および－０．１５％のいずれの場合も、ＬＰ１１モードの曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下、かつＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が１ｄＢ／ｍ以上となるΔ１の範囲が存在する。また、このようなΔ１の範囲は、Δ２が大きいほど広くなる。
　図１５は、比屈折率差Δ２を変化させた場合の、比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。なお、図１５において、Ｒａは３．０に固定した。また、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１５０μｍ２になるように調整した。図１５の凡例は図１４と同様の意味である。
　図１５に示すように、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１５０μｍ２の場合も、Δ２が－０．０５％、－０．１０％、および－０．１５％のいずれの場合も、ＬＰ１１モードの曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下、かつＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が１ｄＢ／ｍ以上となるΔ１の範囲が存在する。また、このようなΔ１の範囲は、Δ２が大きいほど広くなる。さらに、このようなΔ１の範囲は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２の場合よりも広い。
　図１６は、比屈折率差Δ２を変化させた場合の、比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。なお、図１６において、Ｒａは３．０に固定した。また、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１３０μｍ２になるように調整した。図１６の凡例は図１４と同様の意味である。
　図１６に示すように、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１３０μｍ２の場合も、Δ２が－０．０５％、－０．１０％、および－０．１５％のいずれの場合も、ＬＰ１１モードの曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下、かつＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が１ｄＢ／ｍ以上となるΔ１の範囲が存在する。また、このようなΔ１の範囲は、Δ２が大きいほど広くなる。さらに、このようなΔ１の範囲は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１５０μｍ２の場合よりもさらに広い。
　図１４～図１６の結果が示すように、好ましい曲げ損失およびＬｅａｋａｇｅ損失を実現するΔ１の範囲は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが小さいほど広い。したがって、図１１～図１３は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffを１７０μｍ２に固定しているが、この図１１～図１３に基づいて示された好ましい構造パラメータの範囲は、より有効コア断面積が小さいたとえば１３０μｍ２の場合にも適用できる。
　つぎに、Ｒａを変化させた場合の、波長１５５０ｎｍでの比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係について説明する。
　図１７は、Ｒａを変化させた場合の、比屈折率差Δ１と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。なお、図１７において、比屈折率差Δ２は－０．１０％に固定した。また、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２になるように調整した。また、図１７の凡例において、たとえば「ＬＰ１１　Ｍ　Ｌｏｓｓ（Ｒａ：２）」とは、Ｒａが２．０のときのＬＰ１１モードの曲げ損失を示す。
　図１７に示すように、Ｒａが２．０、３．０、および４．０のいずれの場合も、ＬＰ１１モードの曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下、かつＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が１ｄＢ／ｍ以上となるΔ１の範囲が存在する。また、このようなΔ１の範囲は、Ｒａが小さいほど値が大きい側にシフトする。したがって、Δ１を大きい値に設定したい場合にはＲａを小さい値に設定すればよい。
　図１８は、図１７に示すＲａが２．０の場合において、比屈折率差Δ１を０．３３％、中心コア部直径２ａを１７．２μｍとした場合の光ファイバの光学特性の計算結果を示す図である。なお、各光学特性は波長１５５０ｎｍにおける値である。図１８に示すように、好ましい構造パラメータの設定によって、ＬＰ０１モードについて有効コア断面積が約１７０μｍ２、曲げ損失が０．０００００２５４ｄＢ／ｍ以下であり、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が約２４７μｍ２であり、ＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が４．８８ｄＢ／ｍという好ましい特性が実現される。
　なお、本実施の形態１に係る光ファイバ１０において、クラッド部１２の外径を１２５μｍより大きくすることによって、マイクロベンド損失を低減することも可能である。ここで、マイクロベンド損失とは、光ファイバに側圧が加えられたときに、光ファイバに微小な曲げが加えられることによる伝送損失の増加量として定義される。クラッド部１２の外径を通常の光ファイバのクラッド部の外径である１２５μｍより大きくすることで、側圧の影響が光の閉じ込めに与える影響が小さくなるので、マイクロベンド損失を低減することができる。なお、有効コア断面積を拡大した場合に、曲げ損失とともにマイクロベンド損失も大きくなってくる。したがって、曲げ損失が小さい光ファイバ１０において、このようにマイクロベンド損失を低減することによって、マイクロベンド損失による有効コア断面積の制限が緩和されるので、有効コア断面積をさらに拡大することができる。
　ここで、本発明の実施例として、図１８に示した構造パラメータを設計値として光ファイバを製造した。なお、クラッド部の外径は１２５μｍ（実施例１）または１８０μｍ（実施例２）に設定した。
　図１９は、製造した実施例１、２の光ファイバの屈折率プロファイルの測定結果を示す図である。図１９の横軸はコア部の中心からの位置を示している。図２０は、図１９に示した実施例２の屈折率プロファイルの測定結果をもとに、波長１５５０ｎｍにおける光学特性を計算した結果を示す図である。図２０に示すように、測定した屈折率プロファイルから予測される実施例２の光ファイバは、ＬＰ１１モードの曲げ損失が十分小さく、ＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が十分大きく、かつＬＰ０１モード、ＬＰ１１モードの実効屈折率ｎｅｆｆおよび有効コア断面積が図１８に示す結果と殆ど一致していた。このように、略設計どおりの構造パラメータを有する光ファイバを製造することができた。
　つぎに、実施例１、２の光ファイバに光を入力して伝搬させ、伝搬後に出力された光の特性を測定した。
　本測定方法では、被測定光ファイバである実施例１、２の光ファイバの一方の端部に、測定光をシングルモードで伝送する測定用光ファイバをバットジョイント（butt-joint）接続する。接続の際は、被測定光ファイバのコア部の中心軸と測定用光ファイバのコア部の中心軸とが所定のオフセットだけずれた状態になるように接続する。つぎに、測定用光ファイバの他の端部に光源を接続する。また、被測定光ファイバの他の端部に所望の光学特性を測定するための測定装置を接続する。この状態で、測定用光ファイバ側から被測定光ファイバに、光源から出力された測定光を入力する。そして、被測定光ファイバを伝搬して出力された測定光を測定装置にて測定する。なお、測定光の波長は１５５０ｎｍとした。
　このとき、オフセットをゼロとした場合は、被測定光ファイバにおいては、中心軸上にフィールド分布を有するＬＰ０１モードを主に励起することができる。オフセットを所定の値にすると、被測定光ファイバにおいては、中心軸の周辺にフィールド分布を有するＬＰ１１モードを主に励起することができる。このように、オフセットを適当に設定することによって、被測定光ファイバの所望の伝搬モードを励起して光をその伝搬モードで伝搬させることができる。その結果、所望の伝搬モードの光学特性を測定することができる。
　図２１は、被測定光ファイバと測定用光ファイバとをバットジョイント接続した場合のオフセットと光結合効率との関係を計算した結果を示す図である。なお、被測定光ファイバとして、図１８に示した構造パラメータを有する光ファイバを計算に用いた。また、測定用光ファイバとして、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２に準拠する通信用の標準シングルモード光ファイバ（Single　Mode　optical　Fiber：ＳＭＦ）、分散シフト光ファイバ（Dispersion　Shifted　optical　Fiber：ＤＳＦ）、および高非線形光ファイバ（High　NonLinearity　optical　Fiber：ＨＮＬＦ）を用いた。各測定用光ファイバの有効コア断面積については、８０μｍ２（ＳＭＦ）、４５μｍ２（ＤＳＦ）、１３μｍ２（ＨＮＬＦ）に設定した。また、図２１の凡例において、たとえば「ＳＭＦ　ＴＯ　ＬＰ１１」とは、測定用光ファイバがＳＭＦである場合の、被測定光ファイバのＬＰ１１モードへの結合効率を意味する。
　図２１に示すように、いずれの測定用光ファイバの場合も、オフセットが０μｍの場合にＬＰ０１モードへの結合効率が高くなり、オフセットが約６μｍの場合にＬＰ１１モードへの結合効率が高くなった。そこで、ＬＰ０１モードの測定については測定用光ファイバとしてＤＳＦを用い、オフセットを０μｍに設定した。また、ＬＰ１１モードの測定については、ＬＰ１１モードと効率よく結合させ、かつＬＰ０１モードとの結合を抑制するために、測定用光ファイバとしてＨＮＬＦを用い、オフセットを８μｍに設定した。
　図２２は、オフセットを０μｍとした場合の、実施例１の光ファイバから出力された光のフィールド分布を示す図である。図２３は、オフセットを８μｍとした場合の、実施例１の光ファイバから出力された光のフィールド分布を示す図である。図２２、２３において、横軸はコア部の中心軸からの位置を示し、縦軸は任意単位の光強度を示している。また、Ｘ－Ｓｃａｎ、Ｙ－Ｓｃａｎとは、それぞれ直交するＸＹ軸に沿った測定結果を示している。また、本測定において実施例１の光ファイバの長さは２ｍとした。
　図２２、２３のフィールド分布の形状が示すように、オフセットが０μｍの場合は、コア部の中心軸付近に高強度のフィールドを有するＬＰ０１モードが主に励起された。また、オフセットが８μｍの場合は、Ｘ軸方向においてコア部の中心軸の周囲に高強度のフィールドを有するＬＰ１１モードが主に励起された。このように、オフセットの大きさを適切に設定することで、所望の伝搬モードを主に励起させることができた。
　つぎに、本測定方法によって測定した実施例１、２の光ファイバの光学特性を説明する。図２４は、測定した実施例１、２の光ファイバの光学特性を示す図である。図２４に示すように、実施例１、２のいずれの光ファイバとも、ＬＰ０１モードについて有効コア断面積が１７０μｍ２に近い値であり、ＬＰ１１モードについて有効コア断面積が２４７μｍ２に近い値であり、図１８に示す値に近い値であった。また、実施例１、２のいずれの光ファイバとも、ＬＰ０１モードについて曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以下であり、ＬＰ１１モードについて曲げ損失が５ｄＢ／ｍ以下であり、良好な値であった。また、実施例１、２のいずれの光ファイバのＬＰ０１モード、ＬＰ１１モードとも、伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以下の良好な値であった。
　ところで、実施例１、２の伝送損失を比較すると、クラッド部の外径（クラッド径）が大きい実施例２の光ファイバの方が、伝送損失が小さくなっている。この伝送損失の相違は、クラッド径が大きい光ファイバの方が、マイクロベンド損失の影響による不要なモード間干渉が起こりにくいため、伝送損失の増大が抑制されるためであると考えられる。ここで、マイクロベンド損失とは、光ファイバに側圧が加えられたときに、光ファイバに微小な曲げが加えられることによる伝送損失の増加量として定義される。
　図２５は、本測定方法によって測定した実施例１、２の光ファイバのマイクロベンド損失の波長依存性を示す図である。図２５に示すように、マイクロベンド損失については、クラッド径が小さい実施例１よりも、クラッド径が大きい実施例２の方が小さくなっている。このように、クラッド径を大きくすることで、マイクロベンド損失に起因する伝送損失の増大を抑制することができる。また、同一の光ファイバでは、ＬＰ１１モードの方がＬＰ０１モードよりもマイクロベンド損失が大きい。したがって、ＬＰ１１モードを光伝送に使用する場合には、マイクロベンド損失の影響を抑制することがより好ましい。
　なお、本実施の形態１に係る光ファイバ１０において、ＬＰ０１モードは２つの偏波モードが縮退しており、ＬＰ０１モードは４つの偏波モードが縮退している。上記の計算は、２つまたは４つの縮退したモードからそれぞれ偏波モードを１つずつ選択して計算を行ったものである。ただし、縮退した偏波モードの光学特性はほぼ同じである。したがって、上記の計算結果は、他の縮退した偏波モードに対しても適用できるので、この計算結果を利用すれば、モード多重だけでなく偏波モード多重をも利用した伝送方式に適した光ファイバを実現することが可能である。
　また、上記実施の形態１では、コア部１１近傍の屈折率分布がＷ型であるが、本発明に係る光ファイバの屈折率分布はこれに限定されず、単峰型プロファイル、階段型プロファイル、セグメントコア型プロファイル、トレンチ型プロファイル、Ｗ＋サイドコア型プロファイル、リング型プロファイルなどのあらゆる屈折率分布を利用できる。以下、本発明の実施の形態２として、トレンチ型プロファイルを利用した光ファイバについて説明する。
（実施の形態２）
　図２６は、本発明の実施の形態２に係る光ファイバの模式的な断面図である。図２６に示すように、この光ファイバ２０は、中心に位置するコア部２１と、コア部１１の外周に形成されたクラッド部２２とを備える。
　コア部２１は、中心コア部２１１と、中心コア部２１１の外周に形成された内周コア層２１２と、内周コア層２１２の外周に形成された外周コア層２１３とからなる。中心コア部２１１は、屈折率を高めるドーパントを含む石英ガラスからなる。内周コア層２１２は、純石英ガラスからなる。外周コア層２１３は、屈折率を低めるドーパントを含む石英ガラスからなる。クラッド部２２は、純石英ガラスからなる。その結果、中心コア部２１１はコア部２１における最大屈折率を有し、かつクラッド部２２よりも屈折率が高くなっている。また、内周コア層２１２はクラッド部２２と略等しい屈折率となっている。外周コア層２１３はクラッド部２２よりも屈折率が低くなっている。
　図２７は、図２６に示す光ファイバ２０の屈折率分布を示す図である。図２７において、領域Ｐ４は中心コア部２１１の屈折率分布を示している。領域Ｐ５は内周コア層２１２の屈折率分布を示している。領域Ｐ６は外周コア層２１３の屈折率分布を示している。領域Ｐ７はクラッド部２２の屈折率分布を示している。図２７に示すように、この光ファイバ２０は、トレンチ型の屈折率分布を有している。
　ここで、図２７に示すように、クラッド部２２に対する中心コア部２１１の比屈折率差をΔ１とし、クラッド部２２に対する内周コア層２１２の比屈折率差をΔ２とし、クラッド部２２に対する外周コア層２１３の比屈折率差をΔ３とする。比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３は、以下の式（４）、（５）、（６）によって定義する。
　Δ１＝｛（ｎ１－ｎｃ）／ｎｃ｝×１００　［％］　・・・　（４）
　Δ２＝｛（ｎ２－ｎｃ）／ｎｃ｝×１００　［％］　・・・　（５）
　Δ３＝｛（ｎ３－ｎｃ）／ｎｃ｝×１００　［％］　・・・　（６）
　ただし、ｎ１は中心コア部２１１の最大屈折率を示し、ｎ２は内周コア層２１２の屈折率を示し、ｎ３は外周コア層２１３の屈折率を示し、ｎｃはクラッド部２２の屈折率を示す。上述したように、略ｎ２＝ｎｃであるから、Δ２は略０％である。なお、略０％とは、Ａｅｆｆ等の光学特性に大きな影響を与えない－０．０５％～０．０５％を意味する。本実施の形態２でも、ｎｃは石英ガラスの屈折率ｎｓ（波長１５５０ｎｍで１．４４４３９）に等しい。
　また、図２７に示すように、中心コア部２１１の直径を２ａ、内周コア層２１２の外径を２ｂ、外周コア層２１３の外径を２ｃとする。また、内周コア層外径２ｂと中心コア部直径２ａとの比であるｂ／ａをＲａ２とする。外周コア層外径２ｃと中心コア部直径２ａとの比であるｃ／ａをＲａ３とする。中心コア部直径２ａは、中心コア部２１１と内周コア層２１２との境界において比屈折率差Δ１が０％となる位置での径とする。また、内周コア層外径２ｂは、内周コア層２１２と外周コア層２１３との境界において、比屈折率差が０％となる位置での径とする。また、外周コア層外径２ｃは、外周コア層２１３とクラッド部２２との境界において、比屈折率差が比屈折率差Δ３の１／２の値となる位置での径とする。
　ここで、図２７に示すように、本実施の形態２に係る光ファイバ２０の基底伝搬モードであるＬＰ０１モードの実効屈折率をｎｅｆｆ（ＬＰ０１）とし、第１高次伝搬モードであるＬＰ１１モードの実効屈折率をｎｅｆｆ（ＬＰ１１）とする。この光ファイバ２０では、ｎｅｆｆ（ＬＰ１１）とクラッド部１２の屈折率ｎｃとの差をΔｎとすると、Δｎを０．０００５以上となるようにしている。
　このように、この光ファイバ２０では、第１高次伝搬モードであるＬＰ１１モードの実効屈折率ｎｅｆｆ（ＬＰ１１）を、クラッド部１２の屈折率ｎｃよりも０．０００５以上大きくしている。これによって、この光ファイバ２０は、波長１５５０ｎｍの特性として、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１２０μｍ２以上、かつＬＰ１１モードの有効コア断面積が１７０μｍ２以上と大きくなり、かつＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの両方の曲げ損失が小さくなる。
　なお、ｎｅｆｆ（ＬＰ１１）をｎｃよりも０．０００５以上大きくするには、たとえばΔ１を０．２５％、Δ３を－０．３％、２ａ、２ｂ、２ｃをそれぞれ１５．５μｍ、３１．０μｍ、４６．５μｍ（すなわちＲａ２を２、Ｒａ３を３）にすればよい。このように光ファイバ２０の構造パラメータを設定すると、ｎｅｆｆ（ＬＰ１１）は１．４４６８３３となり、ｎｃ（１．４４４３９）よりも０．０００５以上大きくなる。このとき、波長１５５０ｎｍの特性として、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１７０．４９μｍ２、曲げ損失が１．７４×１０－３ｄＢ／ｍ、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が２８９．３μｍ２、曲げ損失が４．７４×１０－１ｄＢ／ｍとなり、所望の特性が得られる。
　また、光ファイバ２０の構造パラメータを上記のように設定した場合には、第２高次伝搬モードであるＬＰ２１の波長１５５０ｎｍにおける実効屈折率ｎｅｆｆ（ＬＰ２１）は、１．４４３４９８と石英ガラスの屈折率(１．４４４３９)よりも小さくなる。その結果、光ファイバ２０では、波長１５５０ｎｍにおいてＬＰ２１モードは漏洩モードとなり、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの、干渉が少ない２モードのみが伝搬モードとなる。
　以上説明したように、本実施の形態２に係る光ファイバ２０は、使用するＬＰ０１モードとＬＰ１１モードについて、有効コア断面積が大きくかつ曲げ損失が小さく、かつ各伝搬モード間の干渉がきわめて少ないものとなる。
　つぎに、有限要素法によるシミュレーションを用いた計算結果を参照して、本実施の形態２に係る光ファイバの好ましい設計についてより具体的に説明する。
　図２８は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１３０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。図２９は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１５０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。図３０～図３２は、ＬＰ０１モードの有効コア断面積を１７０μｍ２近傍に設定する場合の構造パラメータおよび光学特性を示す図である。各図において、光学特性については、波長１５５０ｎｍでの値である。
　図２８～図３２に示すように、比屈折率差Δ１が０．２０％以上であり、比屈折率差Δ３が－０．５％以上で０％より小さく、中心コア部直径２ａが１２．０μｍ以上１８．０μｍ以下であり、比Ｒａ２が１より大きく４以下であり、比Ｒａ３が２以上５以下であれば、ＬＰ０１モードの有効コア断面積が１２０μｍ２以上であり、ＬＰ１１モードの有効コア断面積が１７０μｍ２以上であり、かつ各伝搬モードでの曲げ損失が小さい光ファイバを実現できる。なお、曲げ損失については、ＬＰ１１モードの曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であるような構造パラメータの組み合わせを選択することができる。
　また、ＬＰ１１モードのｎｅｆｆをさらに大きくし、好ましくはｎｃよりも０．００１０以上大きく（すなわちｎｅｆｆ（ＬＰ１１）＝１．４４５３９以上）、さらに好ましくは０．００１６以上大きく（すなわちｎｅｆｆ（ＬＰ１１）＝１．４４５９９以上）にするのが良い。このようなｎｅｆｆは、たとえばΔ１を０．２５％以上、より好ましくは０．３％以上とすれば実現できる。
　一方、Δ１を０．３５％未満にすることで、ＬＰ２１モードのｎｅｆｆを石英ガラスの屈折率(１５５０ｎｍでは１．４４４３９)よりも小さくすることが可能となる。Δ１を０．３５％未満に設定することで、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの２モードでの光伝送が可能である。一方、図３１のＮｏ．１７０－３１～１７０－３５では、Δ１は０．３５％であるが、ＬＰ２１モードのｎｅｆｆが、１．４４４７１３～１．４４４７２６と、１．４４４３９より大きくなっている。
　さらに、本実施の形態２に係る光ファイバの好ましい構造パラメータの数値範囲は、上記に限られない。以下では、Ｒａ３を変化させた場合の、波長１５５０ｎｍでの比屈折率差Δ３と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係について説明する。
　図３３は、Ｒａ３を変化させた場合の、比屈折率差Δ３と曲げ損失またはＬｅａｋａｇｅ損失との関係を示す図である。なお、図３３において、比屈折率差Δ１は０．２５％に固定し、Ｒａ２は２に固定した。また、中心コア部直径２ａは、ＬＰ０１モードの有効コア断面積Ａeffが１７０μｍ２になるように調整した。また、図３３の凡例において、たとえば「ＬＰ１１　Ｍ　Ｌｏｓｓ（Ｒａ３：３）」とは、Ｒａ３が３ときのＬＰ１１モードの曲げ損失を示す。「ＬＰ２１　Ｌ　Ｌｏｓｓ（Ｒａ３：３）」とは、Ｒａ３が３ときのＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失を示す。
　図３３に示すように、Ｒａ３が３、４、および５のいずれの場合も、ＬＰ１１モードの曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、かつＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が０．１ｄＢ／ｍ以上となるΔ３の範囲が存在する。このようなΔ３の範囲は、Ｒａ３が大きいほど値が大きい側にシフトする。したがって、Δ３を大きい値に設定したい場合にはＲａ３を大きい値に設定すればよい。たとえば、Ｒａ３が３、Δ３が－０．３％の場合は、ＬＰ１１モードの曲げ損失が０．４７ｄＢ／ｍ、ＬＰ２１モードのＬｅａｋａｇｅ損失が１０．２ｄＢ／ｍとなるので、ＬＰ１１モードの光は十分に閉じ込められつつ、ＬＰ２１モードの光は十分に漏洩されるという好ましい特性が実現される。Ｌｅａｋａｇｅ損失が０．１ｄＢ／ｍ以上であれば、光が光ファイバ内を１００ｍ伝搬した場合の漏洩による光損失が１０ｄＢ以上と好適である。
　なお、本実施の形態２に係る光ファイバ２０においても、クラッド部２２の外径を１２５μｍより大きくすることによって、マイクロベンド損失を低減することが可能である。　
（実施の形態３）
　つぎに、本発明の実施の形態３である光伝送システムについて説明する。図３４は、実施の形態３に係る光伝送システムの模式的な構成図である。図３４に示すように、この光伝送システム１００は、光ファイバ１０１と、光送信装置１０２と、光増幅器１０３と、光受信装置１０４とを備えている。
　光ファイバ１０１は、光送信装置１０２と光受信装置１０４とを接続する光伝送路である。光ファイバ１０１は、たとえば上記実施の形態１または実施の形態２に係る光ファイバであり、所定の使用波長帯域の光を複数の伝搬モードで伝搬するものである。
　光送信装置１０２は、たとえば半導体レーザ素子である信号光源を備え、光ファイバ１０１の複数の伝搬モード(たとえばＬＰ０１モードとＬＰ１１モード)を用いて信号伝送を行うための信号光を出力する。
　光増幅器１０３は、光ファイバ１０１と光ファイバ１０１の間に介挿されている。光増幅器１０３は、光ファイバ１０１の複数の伝搬モードを伝搬する信号光を各伝搬モードごとに増幅することができるように構成されている。なお、各伝搬モードの光のフィールドパターンは、それぞれ異なる。したがって、光増幅器１０３は、信号光の各伝搬モードを個別に、あるいは同時に増幅することができる。なお、光増幅器１０３は、伝送距離（使用される光ファイバ１０１の総距離）によっては設けなくてもよい。
　光受信装置１０４は、光ファイバ１０１を各伝搬モードで伝搬してきた信号光を受信し、信号光を各伝搬モードごとに電気信号に変換する複数の受光素子と、受光素子が変換した電気信号を処理する信号処理装置とを備えている。
　この光伝送システム１００では、複数モードを伝搬することが可能な光ファイバ１０１を用いて、信号光をモード多重伝送する。したがって、光送信装置１０２の送信部および光受信装置１０４の受信部には、各伝搬モードに信号光を結合させるため、あるいは信号光を各伝搬モードに分離して各伝搬モードごとに信号光を受けるためのモード合分波器が備えられている。この光伝送システム１００によれば、伝送容量が大きく、かつ光伝送路を構成する光ファイバにおける非線形光学現象の発生と曲げ損失の影響とが抑制された光伝送システムを実現することができる。
　なお、上記実施の形態では、クラッド部が純石英ガラスからなるが、たとえば中心コア部を純石英ガラスで構成し、外周コア部およびクラッド部を、屈折率を低めるドーパントを含む石英ガラスで構成してもよい。また、上記実施の形態では、光ファイバは石英系ガラス材料からなるが、本発明に係る光ファイバの構成材料はこれに限定されず、他のガラス材料やプラスチック材料等の光ファイバを構成することができる光学材料を適宜利用できる。
　すなわち、波長１５５０ｎｍにおいて、基底伝搬モードの有効コア断面積が１２０μｍ２以上であり、第１高次伝搬モードの有効コア断面積が１７０μｍ２以上かつ実効屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも０．０００５以上大きい光ファイバであれば、その屈折率プロファイル、構成材料にかかわらず、本発明の効果を奏するものとなる。
　また、本発明に係る光ファイバで伝送すべき信号光の波長としては、１５５０ｎｍを含む波長帯、または光ファイバ通信に使用される所望の波長帯を使用することができる。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係る光ファイバおよび光伝送方法は、光通信の用途に利用して好適なものである。
　１０、２０　光ファイバ
　１１、２１　コア部
　１２、２２　クラッド部
　１１１、２１１　中心コア部
　１１２　外周コア部
　２１２　内周コア層
　２１３　外周コア層
　Ａ　領域
　Ｐ１～Ｐ７　領域

Claims (16)

  1. 　コア部と、前記コア部の外周に形成され該コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部とを備え、
    　波長１５５０ｎｍにおける特性は、
    　基底伝搬モードの有効コア断面積が１２０μｍ２以上であり、第１高次伝搬モードの有効コア断面積が１７０μｍ２以上であり、かつ該第１高次伝搬モードの実効屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも０．０００５以上大きいことを特徴とする光ファイバ。
  2. 　前記実効屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも０．００１０以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記第１高次伝搬モードの実効屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも０．００１６以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  4. 　前記基底伝搬モードおよび前記第１高次伝搬モードの２モードのみが伝搬することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  5. 　前記第１高次伝搬モードはＬＰ１１モードであることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  6. 　前記コア部は、前記最大屈折率を有する中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され前記クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外周コア部とからなることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  7. 　前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差Δ１が０．２０％～０．５０％であり、前記クラッド部に対する前記外周コア部の比屈折率差Δ２が－０．５０％以上で０％より小さく、前記中心コア部の直径が１４．００μｍ～１９．００μｍであり、前記中心コア部の直径に対する前記外周コア部の外径の比が１．０より大きく４．０以下であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
  8. 　前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差Δ１が０．２２％以上であり、前記中心コア部の直径が１４．１０μｍ～１８．３０μｍであり、前記中心コア部の直径に対する前記外周コア部の外径の比が２．０以上であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
  9. 　前記比屈折率差Δ１が０．３０％以上であることを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ。
  10. 　前記比屈折率差Δ１が０．４２％より小さいことを特徴とする請求項８または９に記載の光ファイバ。
  11. 　前記コア部は、前記最大屈折率を有する中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され前記クラッド部の屈折率と略等しい屈折率を有する内周コア層と、前記内周コア層の外周に形成され前記クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外周コア層とからなることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  12. 　前記クラッド部に対する前記中心コア部の比屈折率差Δ１が０．２０％以上０．３５％未満であり、前記クラッド部に対する前記外周コア層の比屈折率差Δ３が－０．５％以上で０％より小さく、前記中心コア部の直径が１２．０μｍ以上１８．０μｍ以下であり、前記中心コア部の直径に対する前記内周コア層の外径の比が１より大きく４以下であり、前記中心コア部の直径に対する前記外周コア層の外径の比が２以上５以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ。
  13. 　波長１５５０ｎｍにおいて、直径２０ｍｍで曲げたときの前記第１高次伝搬モードの曲げ損失１００ｄＢ／ｍ以下であり、前記第２高次伝搬モードのリーケージ損失が０．１ｄＢ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ。
  14. 　ＬＰ２１モードの実効屈折率が、石英ガラスの屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１～１３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  15. 　前記クラッド部の外径が１２５μｍより大きいことを特徴とする請求項１～１４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  16. 　請求項１～１５のいずれか一つに記載の光ファイバを備えることを特徴とする光伝送システム。
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