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WO2017013929A1 - 光ファイバ - Google Patents

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Publication number
WO2017013929A1
WO2017013929A1 PCT/JP2016/064318 JP2016064318W WO2017013929A1 WO 2017013929 A1 WO2017013929 A1 WO 2017013929A1 JP 2016064318 W JP2016064318 W JP 2016064318W WO 2017013929 A1 WO2017013929 A1 WO 2017013929A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refractive index
optical fiber
core
cladding portion
index difference
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/064318
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祥 遠藤
北村　隆之
Original Assignee
株式会社フジクラ
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=57834975&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2017013929(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 株式会社フジクラ filed Critical 株式会社フジクラ
Priority to US15/505,155 priority Critical patent/US10267984B2/en
Priority to CN201680002311.9A priority patent/CN106662705B/zh
Priority to EP16827493.4A priority patent/EP3173832B1/en
Publication of WO2017013929A1 publication Critical patent/WO2017013929A1/ja

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    • G02B6/03616—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
    • G02B6/03622—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
    • 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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    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
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    • G02B6/03638—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
    • 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 is suitable for reducing bending loss.
  • An optical fiber used for optical communication is used for an optical fiber cable laid in an office, a home, or the like, or a plurality of optical fibers arranged in a sheath.
  • an optical fiber is laid as described above, generally, at least a part thereof is bent and arranged.
  • an optical fiber is used for an optical fiber cable as mentioned above, since an optical fiber is generally helical in a sheath, it is arrange
  • an optical fiber of the present invention includes a core and a clad surrounding the core, the core including an inner core portion including a central axis of the core and having a constant refractive index in a radial direction;
  • An outer core portion surrounding the inner core portion, the cladding has an inner cladding portion having a constant refractive index in a radial direction and in contact with the core, and an outer cladding portion surrounding the inner cladding portion,
  • the refractive index of the inner core portion in the region in contact with the outer core portion is higher than the refractive index of the outer core portion, and the refractive index of the outer core portion gradually decreases from the inner peripheral side toward the outer peripheral side.
  • the refractive index of the inner cladding portion is equal to the refractive index at the outermost periphery of the outer core portion and is equal to or lower than the refractive index of the outer cladding portion.
  • the present inventors have confirmed that according to such an optical fiber, the bending loss can be reduced without increasing the refractive index of the core as in the optical fiber described in Patent Document 1. Further, since the refractive index of the inner cladding part, which is the same as the refractive index at the outermost periphery of the outer core part, is constant, and there is no need to provide a trench layer unlike the optical fiber described in Patent Document 2, it is complicated. Can be suppressed.
  • the refractive index of the inner cladding portion is preferably smaller than the refractive index of the outer cladding portion. According to the optical fiber having such a configuration, bending loss can be further reduced as compared with the case where the refractive index of the inner cladding portion and the refractive index of the outer cladding portion are equal to each other.
  • the refractive index of the inner cladding part and the refractive index of the outer cladding part are equal to each other.
  • the composition of the inner cladding portion and the composition of the outer cladding portion can be made similar, a simple configuration can be achieved.
  • the distance from the central axis to the inner periphery of the outer core part is r1
  • the distance from the central axis to the outer periphery of the outer core part is rs
  • the distance from the central axis to the distance r is
  • S is 0.3 or less.
  • the present inventors have found that the cutoff wavelength can be made smaller than 1.30 when S in this equation is 0.3 or less. Therefore, by satisfying the above formula (1), it is possible to suppress the communication band from becoming narrow due to the longer cutoff wavelength.
  • an optical fiber capable of suppressing bending loss while suppressing a decrease in mode field diameter of light and a complicated configuration.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber according to the present embodiment.
  • the optical fiber 1 of the present embodiment includes a core 10 and a clad 20 that surrounds the outer peripheral surface of the core 10 without a gap, an inner protective layer 31 that covers the outer peripheral surface of the clad 20, and an inner protective layer. And an outer protective layer 32 covering the outer peripheral surface.
  • the core 10 includes an inner core part 11 including the central axis C of the core 10 and an outer core part 12 surrounding the outer peripheral surface of the inner core part 11 without a gap.
  • the clad 20 includes an inner clad portion 21 that surrounds the outer core portion 12 of the core 10 without a gap and an outer clad portion 22 that surrounds the inner clad portion 21 without a gap.
  • FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution in the core 10 and the clad 20 in the optical fiber 1.
  • the portion showing the relative refractive index difference of the inner core portion 11 in FIG. 1 is 11
  • the portion showing the relative refractive index difference of the outer core portion 12 is 12, and the relative refractive index difference of the inner cladding portion 21.
  • the part which shows this is 21 and the part which shows the relative refractive index difference of the outer cladding part 22 is shown as 22.
  • the inner core portion 11 has a step-type refractive index distribution, and the refractive index in the inner core portion 11 is constant in the radial direction.
  • the refractive indexes of the inner cladding portion 21 and the outer cladding portion 22 are constant in the radial direction. Further, in the present embodiment, the refractive index of the inner cladding portion 21 is made lower than the refractive index of the outer cladding portion 22 and equal to the refractive index at the outermost periphery of the outer core portion 12.
  • the distance from the center axis C to the inner periphery of the outer core portion 12 (the distance from the center axis C to the outer periphery of the inner core portion 11) is r1
  • the center axis C to the outer core portion. 12 is the distance from the central axis C to the inner periphery of the inner cladding portion 21, and the distance from the central axis C to the outer periphery of the inner cladding portion 21 (the inner axis of the outer cladding portion 22 from the central axis C).
  • the distance to the circumference is r2.
  • the relative refractive index difference with respect to the outer cladding portion 22 in the inner core portion 11 is ⁇ 1
  • the relative refractive index difference with respect to the outer cladding portion 22 in the region in contact with the inner core portion 11 of the outer core portion 12 is ⁇ s
  • the outer core portion 12 is ⁇ 2.
  • the relative refractive index difference with respect to the outer cladding portion 22 in the region in contact with the inner cladding portion 21 is ⁇ 2.
  • the relative refractive index difference between the inner cladding portion 21 and the outer cladding portion 22 is also ⁇ 2.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the inner core portion 11 is, for example, 0.3% or more and 0.5% or less, and the relative refractive index difference ⁇ s of the region in contact with the inner core portion 11 in the outer core portion 12 is, for example, 0
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 in the region in contact with the inner cladding portion 21 of the outer core portion 12 is set to be less than 0%, for example, ⁇ 0.02% or more.
  • the material constituting the core 10 and the clad 20 of the optical fiber 1 having such a refractive index distribution is not particularly limited, but is as follows, for example.
  • the outer cladding portion 22 is made of pure quartz
  • the inner cladding portion 21 is made of quartz to which a dopant such as fluorine (F) that lowers the refractive index is appropriately added.
  • the inner core portion 11 is made of quartz to which a dopant such as germanium (Ge) that increases the refractive index is added.
  • the outer core portion 12 is made of quartz to which a dopant for increasing the refractive index and a dopant for decreasing the refractive index are appropriately added, and the amount of these dopants is changed so that the refractive index decreases along the radial direction.
  • FIGS. 3 and 4 are diagrams showing the relationship between rs / r1 and bending loss in the optical fiber 1.
  • FIG. 3 the bending diameter of the optical fiber 1 is 30 mm, and in FIG. 4, the bending diameter of the optical fiber 1 is 20 mm.
  • 1550 nm light is propagated to the core 10.
  • the broken line indicates the bending loss of the optical fiber in which the outer core portion 12 is not provided. In this case, since the refractive index distribution is rectangular, the broken line is indicated by a rectangle. As shown in FIGS. 3 and 4, it can be seen that the bending loss is reduced by providing the outer core portion 12.
  • the relative refractive index difference area S of the outer core portion 12 can be defined from the width of the outer core portion 12 and the relative refractive index difference with respect to the outer cladding portion 22. Specifically, when the distance from the central axis C of the core 10 is r, and the relative refractive index difference with respect to the outer cladding portion 22 in the region r from the central axis C of the outer core portion 12 is ⁇ (r), the ratio
  • the refractive index difference area S can be expressed by the following formula (1).
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference area S and the cable cutoff wavelength.
  • the broken line indicates the cable cutoff wavelength of the optical fiber in which the outer core portion 12 is not provided, and is shown as a rectangle in the drawing.
  • the cable cutoff wavelength can be made smaller than 1.30 ⁇ m.
  • the refractive index difference area S is 0.25% ⁇ m or less
  • the cable cutoff wavelength can be 1.26 ⁇ m or less.
  • ITU-T G In 652, it is recommended that the cable cutoff wavelength is 1.26 ⁇ m or less, and this recommendation can be satisfied if the relative refractive index difference area S is 0.25% ⁇ m or less.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference area S and the mode field diameter of light having a wavelength of 1310 nm.
  • the broken line indicates the mode field diameter of the optical fiber in which the outer core portion 12 is not provided, and is shown as a rectangle in the drawing.
  • the optical fiber 1 of the present embodiment compared with the mode field diameter of light having a wavelength of 1310 nm propagating through a general communication optical fiber having a step-type refractive index distribution, It can suppress that a mode field diameter becomes small.
  • the mode field diameter of light having a wavelength of 1310 nm can be reduced to approximately 9.5 ⁇ m or less.
  • the bending loss can be reduced by providing the outer core portion 12 as described above without increasing the refractive index of the core.
  • the refractive index of the inner cladding portion 21 that is equal to the refractive index in the outermost periphery of the outer core portion 12 is constant, and no trench layer having a lower refractive index than the inner cladding portion 21 is provided, It can suppress becoming a complicated structure.
  • FIG. 10 is a view showing the refractive index distribution in the core 10 and the clad 20 in the optical fiber according to the present embodiment in the same manner as FIG. As shown in FIG. 10, the optical fiber of the present embodiment is different from the optical fiber 1 of the first embodiment in that the refractive index of the inner cladding portion 21 and the refractive index of the outer cladding portion 22 are equal to each other.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the inner core portion 11 is 0.34%, and the radius r1 of the inner core portion 11 is 4.1 ⁇ m.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 in the region of the outer core portion 12 in contact with the inner cladding portion 21 is ⁇ 0% because it is the same as the relative refractive index difference of the inner cladding portion 21.
  • FIGS. 11 and 12 are diagrams showing the relationship between rs / r1 and bending loss in the optical fiber of the present embodiment in the same manner as in FIGS. 3 and 4 of the first embodiment.
  • the bending diameter of the optical fiber is 30 mm
  • the bending diameter of the optical fiber is 20 mm.
  • 1550 nm light is propagated to the core 10.
  • the bending loss is reduced by providing the outer core portion 12.
  • the bending loss decreases as rs / r1 increases. Further, it can be seen that the bending loss decreases as the value of ⁇ s ⁇ 2 increases. Further, FIG. 12 shows that, regardless of the value of ⁇ s ⁇ 2, when the bending diameter is 20 mm, the bending loss does not change so much in the region where rs / r1 is approximately 1.7 or more.
  • FIGS. 13 and 14 are diagrams showing the relationship between the relative refractive index difference area S and the bending loss by the same method as in FIGS.
  • the bending diameter of the optical fiber 1 is 30 mm
  • the bending diameter of the optical fiber 1 is 20 mm.
  • 1550 nm light is propagated to the core 10.
  • the bending loss decreases as the value of the relative refractive index difference area S increases.
  • the bending loss when the bending diameter is 20 mm, the bending loss can be substantially minimized if the relative refractive index difference area S is 0.1% ⁇ m or more. Further, from FIGS. 5 and 6 of the first embodiment and FIG. 14 of the present embodiment, the bending loss can be substantially minimized if the relative refractive index difference area S is 0.1% ⁇ m or more. It turns out that there are many cases.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference area S and the cable cutoff wavelength in the same manner as in FIG.
  • the cable cutoff wavelength can be made smaller than 1.30 ⁇ m. If the rate difference area S is 0.25% ⁇ m or less, the cable cutoff wavelength can be 1.26 ⁇ m or less. Therefore, also in the optical fiber of the present embodiment, as in the case of the optical fiber 1 of the first embodiment, if the relative refractive index difference area S is 0.25% ⁇ m or less, ITU-T G. 652 recommendations can be met. This result substantially coincides with the relationship between the relative refractive index difference area S and the cable cutoff wavelength in the optical fiber 1 of the first embodiment described with reference to FIG.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the relative refractive index difference area of the outer core portion of the optical fiber of FIG. 10 and the zero dispersion wavelength by the same method as in FIG. As shown in FIG. 17, in the optical fiber of the present embodiment, it is understood that the zero dispersion wavelength is reduced by providing the outer core portion 12 as in the case of the optical fiber 1 of the first embodiment. Further, it can be seen that the larger the value of ⁇ s ⁇ 2, the smaller the zero dispersion wavelength, and there exists a relative refractive index difference area S where the zero dispersion wavelength is most reduced according to the value of ⁇ s ⁇ 2.
  • the zero dispersion wavelength of the optical fiber is set to ITU-T G. It can be in the range of 1.300 ⁇ m to 1.324 ⁇ m recommended at 652. As described with reference to FIG. 9 in the first embodiment, when the relative refractive index difference ⁇ 2 is ⁇ 0.02%, the zero dispersion wavelength of the optical fiber is set in the range of 1.300 ⁇ m to 1.324 ⁇ m. Therefore, it is considered that the zero dispersion wavelength of the optical fiber can be in the range of 1.300 ⁇ m to 1.324 ⁇ m at least when the relative refractive index difference ⁇ 2 is ⁇ 0.02% or more and ⁇ 0% (0%) or less. .
  • the refractive index of the inner cladding portion 21 is made lower than the refractive index of the outer cladding portion 22, and in the optical fiber according to the second embodiment, the refractive index of the inner cladding portion 21 and the outer cladding.
  • the refractive indexes of the portions 22 were made equal to each other. That is, in the optical fiber of the present invention, the refractive index of the inner cladding portion 21 is set to be equal to or lower than the refractive index of the outer cladding portion 22. Therefore, the relative refractive index difference ⁇ 2 of the inner cladding portion 21 with respect to the outer cladding portion 22 may be 0 or less, and may be different from the above embodiment.
  • optical fiber which has one core has the inner core part 11, the outer core part 12, and the inner cladding part 21 of this embodiment, and each inner cladding part 21 is made into a clearance gap. It may be a multi-core fiber having an outer cladding portion 22 that surrounds it.
  • the optical fiber of the present invention it is possible to suppress bending loss while suppressing the reduction of the mode field diameter of light and the complication of the configuration. Can be used in the field.

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Abstract

　コア１０は、コア１０の中心軸Ｃを含む内側コア部１１と、内側コア部１１を囲むと共に内側コア部１１よりも屈折率が低い外側コア部１２とを有し、クラッド２０は、径方向における屈折率が一定でありコア１０に接する内側クラッド部２１と、内側クラッド部２１を囲む外側クラッド部２２とを有し、内側コア部１１における外側コア部１２との境界と接する領域での屈折率は、外側コア部１２の屈折率よりも高く、外側コア部１２の屈折率は、内周側から外周側に向かって徐々に低くなり、内側クラッド部２１の屈折率は、外側コア部１２の最外周における屈折率と等しくされると共に外側クラッド部２２の屈折率以下とされる。

Description

光ファイバ
　本発明は、光ファイバに関し、曲げ損失を低減する場合に好適なものである。
　光通信に用いられる光ファイバは、オフィスや家庭等に敷設されたり、複数の光ファイバがシース内に配置される光ファイバケーブルに用いられている。上記のように光ファイバが敷設される場合、一般にその少なくとも一部が曲げられた状態とされ配置される。また、上記のように光ファイバが光ファイバケーブルに用いられる場合、光ファイバは、一般的にシース内において螺旋状とされるため、全体的に曲げられた状態で配置される。
　光ファイバが曲げられた状態とされて光がコアを伝搬すると、光がコアから漏えいして損失するいわゆる曲げ損失が生じることが知られている。このような曲げ損失を抑制する光ファイバの一例として、コアとクラッドとの比屈折率差が大きくされた光ファイバが知られている。下記特許文献１には、このような光ファイバが記載されている。このような光ファイバによれば、コアの光の閉じ込め力が大きくなり、コアとクラッドとの比屈折率差が小さい場合と比べて、光がコアから漏えいしにくく、曲げ損失も低減することができる。また、曲げ損失を抑制する光ファイバの他の例として、コアの周りにクラッドよりも屈折率の低い低屈折率層が設けられる光ファイバが知られている。下記特許文献２にはこのような光ファイバが記載されている。このような光ファイバは、屈折率の観点から捉える場合に低屈折率層がトレンチ状となるため、トレンチ型光ファイバと呼ばれる場合がある。このような光ファイバによれば、低屈折率層が光を閉じ込めるため光がコアから漏えいしにくく、曲げ損失も低減することができる。
特許第４２６８１１５号公報 特開２０１３－８８８１８号公報
　上記特許文献１に記載の光ファイバでは、コアの光の閉じ込め力が大きいために、光のモードフィールド径が小さくなる傾向がある。この場合、他の光ファイバと接続する場合に光が損失し易くなる。また、上記特許文献２に記載の光ファイバによれば、特許文献１に記載の光ファイバのように光のモードフィールド径が小さくなることを防ぐことができる。しかし、特許文献２に記載の光ファイバは、トレンチ層を設ける必要があるため、光ファイバの構成が複雑であり高コスト化する懸念がある。
　そこで、本発明は、光のモードフィールド径が小さくなること、及び、構成が複雑化することを抑制しつつ、曲げ損失を抑制することができる光ファイバを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の光ファイバは、コアと前記コアを囲むクラッドとを備え、前記コアは、前記コアの中心軸を含み径方向における屈折率が一定である内側コア部と、前記内側コア部を囲む外側コア部とを有し、前記クラッドは、径方向における屈折率が一定であり前記コアに接する内側クラッド部と、前記内側クラッド部を囲む外側クラッド部とを有し、前記内側コア部における前記外側コア部に接する領域での屈折率は、前記外側コア部の屈折率よりも高く、前記外側コア部の屈折率は、内周側から外周側に向かって徐々に低くなり、前記内側クラッド部の屈折率は、前記外側コア部の最外周における屈折率と等しくされると共に前記外側クラッド部の屈折率以下とされることを特徴とするものである。
　このような光ファイバによれば、特許文献１に記載の光ファイバのようにコアの屈折率を高くしなくとも曲げ損失を低減することができることを本発明者等は確認した。また、外側コア部の最外周における屈折率と等しい屈折率とされる内側クラッド部の屈折率が一定であり、特許文献２に記載の光ファイバのようにトレンチ層を設ける必要が無いため、複雑な構成となることを抑制することができる。
　また、前記内側クラッド部の屈折率は前記外側クラッド部の屈折率よりも小さいことが好ましい。このような構成の光ファイバによれば、内側クラッド部の屈折率と外側クラッド部の屈折率とが互いに等しい場合と比べて、曲げ損失をより低減することができる。
　この場合、前記内側クラッド部の前記外側クラッド部に対する比屈折率差が－０．０２％以上とされても良い。内側クラッド部の比屈折率差がこのような範囲とされることで、光ファイバの零分散波長をＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２で推奨される１．３００μｍから１．３２４μｍとすることができる。
　或いは、前記内側クラッド部の屈折率と前記外側クラッド部の屈折率とが互いに等しいこととしても好ましい。この場合、内側クラッド部の組成と外側クラッド部の組成とを同様とすることができるため簡易な構成とすることができる。
　また、上記の光ファイバにおいて、前記中心軸から前記外側コア部の内周までの距離をｒ１とし、前記中心軸から前記外側コア部の外周までの距離をｒｓとし、前記中心軸から距離ｒにおける前記外側コア部の前記外側クラッド部に対する比屈折率差をΔ（ｒ）とし、前記内側クラッド部の前記外側クラッド部に対する比屈折率差をΔ２とする場合に、下記式（１）で示されるＳが０．３以下とされることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
この式のＳが０．３以下とされることで、カットオフ波長を１．３０より小さくできることを本発明者等は見出した。従って、上記式（１）を満たすことで、カットオフ波長の長波長化により通信帯域が狭くなることを抑制することができる。
　さらに、前記Ｓが０．２５以下とされることが好ましい。この条件を満たすことで、ケーブルカットオフ波長を１．２６μｍ以下とすることができ、さらに、モードフィールド径を９．５μｍ以下にすることができる。
　以上のように、本発明によれば、光のモードフィールド径が小さくなること、及び、構成が複雑化することを抑制しつつ、曲げ損失を抑制することができる光ファイバが提供される。
本発明の第１実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。 図１の光ファイバの屈折率分布を示す図である。 図１の光ファイバに１５５０ｎｍの光が伝搬する場合における外側コア部の内径と外径との比と曲げ直径３０ｍｍでの曲げ損失との関係を示す図である。 図１の光ファイバに１５５０ｎｍの光が伝搬する場合における外側コア部の内径と外径との比と曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失との関係を示す図である。 図１の光ファイバに１５５０ｎｍの光が伝搬する場合における外側コア部の比屈折率差面積と曲げ直径３０ｍｍでの曲げ損失との関係を示す図である。 図１の光ファイバに１５５０ｎｍの光が伝搬する場合における外側コア部の比屈折率差面積と曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失との関係を示す図である。 図１の光ファイバの外側コア部の比屈折率差面積とケーブルカットオフ波長との関係を示す図である。 図１の光ファイバの外側コア部の比屈折率差面積と波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径との関係を示す図である。 図１の光ファイバの外側コア部の比屈折率差面積と零分散波長との関係を示す図である。 第２実施形態に係る光ファイバの屈折率分布を示す図である。 図１０で説明される光ファイバに１５５０ｎｍの光が伝搬する場合における外側コア部の内径と外径との比と曲げ直径３０ｍｍでの曲げ損失との関係を示す図である。 図１０で説明される光ファイバに１５５０ｎｍの光が伝搬する場合における外側コア部の内径と外径との比と曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失との関係を示す図である。 図１０で説明される光ファイバに１５５０ｎｍの光が伝搬する場合における外側コア部の比屈折率差面積と曲げ直径３０ｍｍでの曲げ損失との関係を示す図である。 図１０で説明される光ファイバに１５５０ｎｍの光が伝搬する場合における外側コア部の比屈折率差面積と曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失との関係を示す図である。 図１０で説明される光ファイバの外側コア部の比屈折率差面積とケーブルカットオフ波長との関係を示す図である。 図１０で説明される光ファイバの外側コア部の比屈折率差面積と波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径との関係を示す図である。 図１０の光ファイバの外側コア部の比屈折率差面積と零分散波長との関係を示す図である。
　以下、本発明に係る光ファイバの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。
　図１に示すように、本実施形態の光ファイバ１は、コア１０とコア１０の外周面を隙間なく囲むクラッド２０と、クラッド２０の外周面を被覆する内側保護層３１と、内側保護層の外周面を被覆する外側保護層３２とを備える。
　コア１０は、コア１０の中心軸Ｃを含む内側コア部１１と、内側コア部１１の外周面を隙間なく囲む外側コア部１２とから成る。また、クラッド２０は、コア１０の外側コア部１２を隙間なく囲む内側クラッド部２１と、内側クラッド部２１を隙間なく囲む外側クラッド部２２とからなる。
　図２は、光ファイバ１におけるコア１０、クラッド２０における屈折率分布を示す図である。なお、図２では、図１の内側コア部１１の比屈折率差を示す部位を１１とし、外側コア部１２の比屈折率差を示す部位を１２とし、内側クラッド部２１の比屈折率差を示す部位を２１とし、外側クラッド部２２の比屈折率差を示す部位を２２として示している。図２に示すように、内側コア部１１は、ステップ型の屈折率分布を有しており、内側コア部１１における屈折率は径方向において一定とされる。外側コア部１２の屈折率は、内周側から外周側に向かって徐々に低くされている。また、内側コア部１１における外側コア部１２と接する領域の屈折率は、外側コア部１２における内側コア部１１と接する領域の屈折率よりも高くされている。従って、内側コア部１１の屈折率は、全体的に、外側コア部１２の屈折率よりも高くされている。
　内側クラッド部２１及び外側クラッド部２２の屈折率は、径方向において一定とされる。また、本実施形態では、内側クラッド部２１の屈折率は、外側クラッド部２２の屈折率よりも低くされると共に、外側コア部１２の最外周における屈折率と等しくされる。
　ここで、図２に示すように、中心軸Ｃから外側コア部１２の内周までの距離（中心軸Ｃから内側コア部１１の外周までの距離）をｒ１とし、中心軸Ｃから外側コア部１２の外周までの距離（中心軸Ｃから内側クラッド部２１の内周までの距離）をｒｓとし、中心軸Ｃから内側クラッド部２１の外周までの距離（中心軸Ｃから外側クラッド部２２の内周までの距離）をｒ２とする。さらに、内側コア部１１における外側クラッド部２２に対する比屈折率差をΔ１とし、外側コア部１２の内側コア部１１に接する領域における外側クラッド部２２に対する比屈折率差をΔｓとし、外側コア部１２の内側クラッド部２１に接する領域における外側クラッド部２２に対する比屈折率差をΔ２とする。なお、この場合、内側クラッド部２１における外側クラッド部２２に対する比屈折率差もΔ２となる。
　内側コア部１１の比屈折率差Δ１は、例えば、０．３％以上０．５％以下とされ、外側コア部１２における内側コア部１１と接する領域の比屈折率差Δｓは、例えば、０．０２％以上０．１２％以下とされ、外側コア部１２の内側クラッド部２１に接する領域における比屈折率差Δ２は０％より小さくされ、例えば、－０．０２％以上とされる。
　このような屈折率分布を有する光ファイバ１のコア１０、クラッド２０を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、次のようにされる。具体的には、外側クラッド部２２は純粋な石英から構成され、内側クラッド部２１は、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが適宜添加される石英から構成される。また、内側コア部１１は屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英から構成される。また、外側コア部１２は、屈折率を上昇させるドーパントと屈折率を低下させるドーパントが適宜添加される石英から構成され、径方向に沿って屈折率が低下するようにこれらのドーパント量が変化される。
　次に、光ファイバ１において、上記値を用いて、以下のシミュレーションを行う。本シミュレーションにおいては、内側コア部１１の比屈折率差Δ１を０．３５％とし、内側コア部１１の半径ｒ１を４．２μｍとし、外側コア部１２の内側クラッド部２１に接する領域の比屈折率差Δ２を－０．０２％とした。なお、上記比屈折率差Δ１の値は、ステップ型の屈折率分布を有する一般的な通信用光ファイバのコアの比屈折率差と同等である。
　図３及び図４は、光ファイバ１におけるｒｓ／ｒ１と曲げ損失との関係を示す図である。図３では光ファイバ１の曲げ直径を３０ｍｍとし、図４では光ファイバ１の曲げ直径を２０ｍｍとし、それぞれの図においてコア１０に１５５０ｎｍの光が伝搬するものとした。図３、図４において、破線は、外側コア部１２が設けられない光ファイバの曲げ損失を示し、この場合屈折率分布が矩形であることから図において矩形と示されている。図３、図４に示すように、外側コア部１２が設けられることにより、曲げ損失が低減することが分かる。また、ｒｓ／ｒ１が大きくなる、すなわち外側コア部１２の外経が大きくなるほど曲げ損失が低減することが分かる。さらに、Δｓ－Δ２の値が大きいほど曲げ損失が低減することが分かる。また、図４より、Δｓ－Δ２の値によらず、曲げ直径が２０ｍｍにおいては、ｒｓ／ｒ１が概ね１．７以上の領域では、曲げ損失の変化が然程生じないことが分かる。
　ここで、外側コア部１２の幅と外側クラッド部２２に対する比屈折率差とから、外側コア部１２の比屈折率差面積Ｓを定義することができる。具体的には、コア１０の中心軸Ｃからの距離をｒとして、外側コア部１２の中心軸Ｃから距離ｒの領域における外側クラッド部２２に対する比屈折率差をΔ（ｒ）とすると、比屈折率差面積Ｓは下記式（１）のように示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　図５及び図６は、比屈折率差面積Ｓと曲げ損失との関係を示す図である。図５では光ファイバ１の曲げ直径を３０ｍｍとし、図６では光ファイバ１の曲げ直径を２０ｍｍとし、それぞれの図においてコア１０に１５５０ｎｍの光が伝搬するものとした。なお、図５、図６において、破線は、図３、図４の破線と同様にして、外側コア部１２が設けられない光ファイバの曲げ損失を示し、図において矩形と示されている。図５、図６に示すように、比屈折率差面積Ｓの値が大きくなるほど、曲げ損失が小さくなることが分かる。また、本実施形態の光ファイバ１においては、比屈折率差面積Ｓが０．１％μｍ以上であれば曲げ損失を概ね最小とすることができる。
　図７は、比屈折率差面積Ｓとケーブルカットオフ波長との関係を示す図である。図７において、破線は、外側コア部１２が設けられない光ファイバのケーブルカットオフ波長を示し、図において矩形と示されている。図７に示すように、本実施形態の光ファイバ１では、比屈折率差面積Ｓが０．３％μｍ以下であれば、ケーブルカットオフ波長を１．３０μｍよりも小さくすることができ、比屈折率差面積Ｓが０．２５％μｍ以下であれば、ケーブルカットオフ波長を１．２６μｍ以下とすることができる。なお、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２では、ケーブルカットオフ波長が１．２６μｍ以下であることが推奨されており、比屈折率差面積Ｓが０．２５％μｍ以下であれば、この推奨を満たすことができる。
　図８は、比屈折率差面積Ｓと波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径との関係を示す図である。図８において、破線は、外側コア部１２が設けられない光ファイバのモードフィールド径を示し、図において矩形と示されている。図８に示すように、本実施形態の光ファイバ１によれば、ステップ型の屈折率分布を有する一般的な通信用光ファイバを伝搬する波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径と比べて、光のモードフィールド径が小さくなることを抑制することができる。また、比屈折率差面積Ｓが０．３％μｍ以下であれば、波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径を概ね９．５μｍ以下にすることができる。なお、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２では、波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径が８．６～９．５μｍとされることが推奨されており、Ｓが０．３％μｍ以下であれば、この推奨を満たすことができる。
　図９は、図１の光ファイバの外側コア部の比屈折率差面積と零分散波長との関係を示す図である。図９において、破線は、外側コア部１２が設けられない光ファイバの零分散波長を示し、図において矩形と示されている。図９に示すように、外側コア部１２が設けられることにより、零分散波長が小さくなることが分かる。また、Δｓ－Δ２の値が大きいほど零分散波長が小さくなり、それぞれのΔｓ－Δ２の値に応じて零分散波長が最も低減する比屈折率差面積Ｓが存在することが分かる。上記のように、比屈折率差Δ２が－０．０２％である場合、光ファイバの零分散波長をＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２で推奨される１．３００μｍから１．３２４μｍの範囲とすることができる。
　以上説明したように、本実施形態の光ファイバ１によれば、コアの屈折率を高くしなくとも、上記のような外側コア部１２を設けることで、曲げ損失を低減することができる。また、外側コア部１２の最外周における屈折率と等しい屈折率とされる内側クラッド部２１の屈折率が一定であり、内側クラッド部２１よりも屈折率がさらに低いトレンチ層を設けていないため、複雑な構成となることを抑制することができる。
　（第２実施形態）
　次に、本発明に係る光ファイバの第２実施形態について図１０～図１７を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態の光ファイバ１と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
　図１０は、本実施形態に係る光ファイバにおけるコア１０、クラッド２０における屈折率分布を図２と同様にして示す図である。図１０に示すように、本実施形態の光ファイバは、内側クラッド部２１の屈折率と外側クラッド部２２の屈折率とが互いに等しい点において、第１実施形態の光ファイバ１と異なる。
　ここで、本実施形態の光ファイバにおいて、以下のシミュレーションを行う。本シミュレーションにおいては、内側コア部１１の比屈折率差Δ１を０．３４％とし、内側コア部１１の半径ｒ１を４．１μｍとした。なお、外側コア部１２の内側クラッド部２１に接する領域の比屈折率差Δ２は、内側クラッド部２１の比屈折率差と同じであるため、－０％である。
　図１１及び図１２は、本実施形態の光ファイバにおけるｒｓ／ｒ１と曲げ損失との関係を第１実施形態の図３、図４と同様の方法で示す図である。図１１では光ファイバの曲げ直径を３０ｍｍとし、図１２では光ファイバの曲げ直径を２０ｍｍとし、それぞれの図においてコア１０に１５５０ｎｍの光が伝搬するものとした。図１１、図１２に示すように、本実施形態の光ファイバにおいても、外側コア部１２が設けられることにより、曲げ損失が低減することが分かる。なお、図１１においてΔｓ－Δ２＝０．００２％のデータが破線より上側に位置しているが、計算の誤差であると考えられ、本来破線より下側に位置するものと考えられる。また、ｒｓ／ｒ１が大きくなるほど曲げ損失が低減することが分かる。さらに、Δｓ－Δ２の値が大きいほど曲げ損失が低減することが分かる。また、図１２より、Δｓ－Δ２の値によらず、曲げ直径が２０ｍｍにおいては、ｒｓ／ｒ１が概ね１．７以上の領域では、曲げ損失の変化が然程生じないことが分かる。
　図１３及び図１４は、比屈折率差面積Ｓと曲げ損失との関係を図５、図６と同様の方法で示す図である。図１３では光ファイバ１の曲げ直径を３０ｍｍとし、図１４では光ファイバ１の曲げ直径を２０ｍｍとし、それぞれの図においてコア１０に１５５０ｎｍの光が伝搬するものとした。図１３、図１４に示すように、比屈折率差面積Ｓの値が大きくなるほど、曲げ損失が小さくなることが分かる。なお、図１３においてΔｓ－Δ２＝０．００２％のデータが破線より上側に位置しているが、計算の誤差であると考えられ、本来破線より下側に位置するものと考えられる。また、本実施形態の光ファイバにおいては、曲げ直径が２０ｍｍの場合には、比屈折率差面積Ｓが０．１％μｍ以上であれば曲げ損失を概ね最小とすることができる。また、第１実施形態の図５、図６、及び、本実施形態の図１４より、比屈折率差面積Ｓが０．１％μｍ以上であれば、曲げ損失を概ね最小とすることができる場合が多いことが分かる。
　なお、第１実施形態の図３から図６及び上記図１１から図１４より明らかなように、内側クラッド部２１の屈折率が外側クラッド部２２の屈折率よりも小さいことが、曲げ損失を低減できる観点から好ましい。
　図１５は、比屈折率差面積Ｓとケーブルカットオフ波長との関係を図７と同様の方法で示す図である。図１５に示すように、本実施形態の光ファイバでは、比屈折率差面積Ｓが０．３％μｍ以下であれば、ケーブルカットオフ波長を１．３０μｍよりも小さくすることができ、比屈折率差面積Ｓが０．２５％μｍ以下であれば、ケーブルカットオフ波長を１．２６μｍ以下とすることができる。従って、本実施形態の光ファイバにおいても第１実施形態の光ファイバ１と同様に、比屈折率差面積Ｓが０．２５％μｍ以下であれば、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２の推奨を満たすことができる。この結果は、図７を用いて説明した第１実施形態の光ファイバ１における比屈折率差面積Ｓとケーブルカットオフ波長との関係と概ね一致する。
　図１６は、比屈折率差面積Ｓと波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径との関係を図８と同様の方法で示す図である。図１６に示すように、本実施形態の光ファイバによれば、第１実施形態の光ファイバ１と同様に、ステップ型の屈折率分布を有する一般的な通信用光ファイバを伝搬する波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径と比べて、光のモードフィールド径が小さくなることを抑制することができる。また、比屈折率差面積Ｓが０．３％μｍ以下であれば、波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径を概ね９．７μｍ以下にすることができ、比屈折率差面積Ｓが０．２５％μｍ以下であれば、波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径を概ね９．５μｍ以下にすることができる。従って、比屈折率差面積Ｓが０．２５％μｍ以下であれば、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２の推奨を満たすことができる。
　図１７は、図１０の光ファイバの外側コア部の比屈折率差面積と零分散波長との関係を図９と同様の方法で示す図である。図１７に示すように、本実施形態の光ファイバにおいても第１実施形態の光ファイバ１と同様に、外側コア部１２が設けられることにより零分散波長が小さくなることが分かる。また、Δｓ－Δ２の値が大きいほど零分散波長が小さくなり、それぞれのΔｓ－Δ２の値に応じて零分散波長が最も低減する比屈折率差面積Ｓが存在することが分かる。上記のように、比屈折率差Δ２が－０％である場合であっても、光ファイバの零分散波長をＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２で推奨される１．３００μｍから１．３２４μｍの範囲とすることができる。第１実施形態において図９を用いて説明したように、比屈折率差Δ２が－０．０２％である場合に光ファイバの零分散波長を１．３００μｍから１．３２４μｍの範囲とすることができるため、少なくとも比屈折率差Δ２が－０．０２％以上－０％（０％）以下では、光ファイバの零分散波長を１．３００μｍから１．３２４μｍの範囲とすることができると考えられる。
　本実施形態の光ファイバは、内側クラッド部の組成と外側クラッド部の組成とを同様とすることができるため、第１実施形態の光ファイバ１よりも簡易な構成とすることができる。
　以上、本発明について、第１、第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　第１実施形態に係る光ファイバ１では、内側クラッド部２１の屈折率が外側クラッド部２２の屈折率より低くされ、第２実施形態に係る光ファイバでは、内側クラッド部２１の屈折率と外側クラッド部２２の屈折率とが互いに等しくされた。つまり、本発明の光ファイバでは、内側クラッド部２１の屈折率が外側クラッド部２２の屈折率以下とされる。従って、内側クラッド部２１の外側クラッド部２２に対する比屈折率差Δ２は０以下であれば良く、上記実施形態と異なっていても良い。
　また、上記実施形態では、１つのコアを有する光ファイバについて説明したが、本実施形態の内側コア部１１、外側コア部１２、内側クラッド部２１を複数有し、それぞれの内側クラッド部２１を隙間なく囲む外側クラッド部２２を有するマルチコアファイバとされても良い。
　以上説明したように、本発明の光ファイバによれば、光のモードフィールド径が小さくなること、及び、構成が複雑化することを抑制しつつ、曲げ損失を抑制することができ、光通信の分野に利用することができる。
１・・・光ファイバ
１０・・・コア
１１・・・内側コア部
１２・・・外側コア部
２０・・・クラッド
２１・・・内側クラッド部
２２・・・外側クラッド部

 

Claims (6)

  1. 　コアと前記コアを囲むクラッドとを備え、
    　前記コアは、前記コアの中心軸を含み径方向における屈折率が一定である内側コア部と、前記内側コア部を囲む外側コア部とを有し、
    　前記クラッドは、径方向における屈折率が一定であり前記コアに接する内側クラッド部と、前記内側クラッド部を囲む外側クラッド部とを有し、
    　前記内側コア部における前記外側コア部に接する領域での屈折率は、前記外側コア部の屈折率よりも高く、
    　前記外側コア部の屈折率は、内周側から外周側に向かって徐々に低くなり、
    　前記内側クラッド部の屈折率は、前記外側コア部の最外周における屈折率と等しくされると共に前記外側クラッド部の屈折率以下とされる
    ことを特徴とする光ファイバ。
  2. 　前記内側クラッド部の屈折率は前記外側クラッド部の屈折率よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記内側クラッド部の前記外側クラッド部に対する比屈折率差が－０．０２％以上とされる
    ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
  4. 　前記内側クラッド部の屈折率と前記外側クラッド部の屈折率とが互いに等しい
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  5. 　前記中心軸から前記外側コア部の内周までの距離をｒ１とし、前記中心軸から前記外側コア部の外周までの距離をｒｓとし、
    　前記中心軸から距離ｒにおける前記外側コア部の前記外側クラッド部に対する比屈折率差をΔ（ｒ）とし、
    　前記内側クラッド部の前記外側クラッド部に対する比屈折率差をΔ２とする場合に、
    　下記式（１）で示されるＳが０．３以下とされる
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
  6. 　前記Ｓが０．２５以下とされる
    ことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。

     
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