(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波数領域において、周波数利得の確保と曲げによる損失低減を両立させた曲げ不感マルチモード光ファイバを提供する。【解決手段】グレーデッドインデックス型プロファイルを有するコア領域１と、コア領域を取り囲む内クラッド領域２と、内クラッド領域を取り囲むトレンチ領域３と、トレンチ領域を取り囲む外クラッド領域４と、を備える曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、内クラッド領域と外クラッド領域の屈折率は同じであり、当該屈折率とトレンチ領域の屈折率との比屈折率差Δ２［％］と、内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌとは正の線形な関係にあり、目標となるトレンチ領域の大きさＶｔｒ（目標）と比屈折率差Δ２の関係は、（２０１．８×（Δ２）２―１３６．３×Δ２＋４５１．７）≦Ｖｔｒ（目標）≦（２０１．８×（Δ２）２―１３６．３×Δ２＋４５１．７）×（１．０５）［μｍ２・％］であることを特徴とする。【選択図】図１
2020148810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸から半径方向に屈折率が連続的に低下するグレーデッドインデックス型プロファイルを有するコア領域と、
前記コア領域に隣接して前記コア領域を半径方向に取り囲む内クラッド領域と、
前記内クラッド領域に隣接して前記内クラッド領域を半径方向に取り囲むトレンチ領域と、
前記トレンチ領域に隣接して前記トレンチ領域を半径方向に取り囲む外クラッド領域と、を備える曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、
前記内クラッド領域と前記外クラッド領域の屈折率は同じであり、前記トレンチ領域の屈折率は前記内クラッド領域と前記外クラッド領域の屈折率よりも小さく、
前記内クラッド領域および前記外クラッド領域の屈折率とトレンチ領域の屈折率との比屈折率差Δ２［％］と、前記内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌとは正の線形な関係にあり、
トレンチ領域の大きさＶｔｒをπ（（トレンチ領域の半径）２−（内クラッド領域の半径）２）×Δ２で表すと、目標となるトレンチ領域の大きさＶｔｒ（目標）と比屈折率差Δ２の関係は、
（２０１．８×（Δ２）２―１３６．３×Δ２＋４５１．７）≦Ｖｔｒ（目標）≦（２０１．８×（Δ２）２―１３６．３×Δ２＋４５１．７）×（１．０５）［μｍ２・％］であり、
比屈折率差Δ２は０．５％〜１．０％であることを特徴とする曲げ不感マルチモード光ファイバ。
【請求項２】
内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌよりもトレンチ領域の半径方向の幅Ｗｔｒが大きく、比屈折率差Δ２［％］が大きくなるとトレンチ領域の半径方向の幅Ｗｔｒが小さくなることを特徴とする請求項１に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバ。
【請求項３】
前記比屈折率差Δ２［％］と、前記内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌとの関係は、
Ｗｃｌ＝０．５×Δ２＋１．３±０．０５［μｍ］であることを特徴とする請求項１または２に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバ。
【請求項４】
前記コア領域の屈折率分布プロファイルは、グレーデッドインデックス型プロファイルであり、αパラメータの光源の波長に依存しない範囲は１．９８１０〜１．９８４０にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバ。
【請求項５】
曲げ不感マルチモード光ファイバはＥＦ（Ｅｎｃｉｒｃｌｅｄ Ｆｌｕｘ）励振によって励振されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、曲げ不感マルチモード光ファイバはプラスチックからなることを特徴とする曲げ不感マルチモード光ファイバ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバと、
前記不感マルチモード光ファイバに光を発光する発光装置と、
前記不感マルチモード光ファイバを伝搬した前記光を受光する受光装置と、を備えることを特徴とする曲げ不感マルチモード光ファイバシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波数領域において、周波数利得の確保と曲げによる損失低減を両立させたマルチモード光ファイバを実現させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送路として光ファイバを用いた宅内や車内などの短距離および極短距離の光通信においては、光ファイバはシングルモード光ファイバよりもコア径の大きいマルチモード光ファイバを用いることで経済性の高い伝送システムが可能である。
【０００３】
マルチモード光ファイバにおいて、従来の曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ：Bend Insensitive Multi-Mode Fiber）では、１０ＧＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を想定し、広帯域化のための伝搬モードの高次モード次数の規定および曲げ損失低減のためのトレンチをトレンチの幅と深さを用いた体積表記で設計値を規定している。
【０００４】
例えば、特許文献１では、低減された曲げ損失を有するマルチモード光ファイバに関する技術が開示されている。当該マルチモード光ファイバは、アウター光クラッドにより囲まれ、約３５ミクロン以上の外半径、最大屈折率ｎ０、アウター光クラッドに対するグレーデッドインデックス型プロファイルおよび特定の相対屈折率差とを有する中心コアと、中心コアとアウタークラッドとの間に位置するインナークラッドと、インナークラッドとアウター光クラッドとの間に位置し、特定のボリュームを有するくぼみ溝とを備える。
【０００５】
また、例えば、特許文献２には、曲げ耐性及び広いモード帯域幅の達成を提供しながら、漏洩モードが光学特性、特に光学コアサイズに及ぼす不利な寄与を制限できるようにするトレンチ支援設計を含むマルチモード光ファイバを提案する技術が開示されている。
【０００６】
さらに、例えば、特許文献３には、高次モードのモード群遅延を均等化したマルチモード光ファイバが開示されている。当該マルチモード光ファイバは、断面で、ａ．予め定められた屈折率を有する材料によるコアと、ｂ．前記コアを取り囲みかつ前記コアに接触する第１のクラッドとを備え、前記第１のクラッドは前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、さらに、ｃ．前記第１のクラッドを取り囲む第２のクラッドを備え、前記第２のクラッドは前記第１のクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有し、さらに、ｄ．前記第２のクラッドを取り囲む第３のクラッドを備え、前記第３のクラッドはシリカの屈折率にほぼ等しい屈折率を有し、前記光ファイバが、前記クラッドｄの屈折率よりも高い有効屈折率ですべての導波モードに対してほぼ等しいモード遅延と、８５０ｎｍにおいて１０Ｇｂｐｓあるいはより高いビット率のＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-Emitting. Laser）と結合されたときには、≦１０ｍｍの曲げ直径で曲げ損失が０．１ｄＢ／ループより小さく、かつ≦５ｍｍの曲げ直径で曲げ損失が０．３ｄＢ／ループより小さいマルチモード光ファイバ等が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２００５４４号公報
【特許文献２】特表２０１６−５２７５４７号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７０３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１によれば、曲げ損失を一般的な例として挙げており、実施例の一部にはマルチモード光ファイバの曲げ半径Ｒ＝５ｍｍで曲げ損失が０．２ｄＢ未満である結果も示されている。しかし、マルチモード光ファイバの曲げ損失は励振状態に依存するにも関わらず、特許文献１には励振状態に対する曲げ損失の規定は一切記載されていない。そのため、一部の限定モード励振でしかマルチモード光ファイバの曲げ半径Ｒ＝５ｍｍで曲げ損失が０．２ｄＢ未満を満たさない可能性がある。
【０００９】
また、上記特許文献１によれば、トレンチを設計するためにトレンチの体積量Ｖを数式化しているが、実測結果はごく一部の限られた条件でしかなく、同一体積量Ｖを満たせば同じ曲げ損失を実現できるわけではない。また、トレンチの深さによってコアとトレンチ間の最適な間隔が変化するが、その最適な間隔値に関しての記載が特許文献１にはない。
【００１０】
さらに、上記特許文献１によれば、伝搬モードの群遅延化に対する最適値に関しての記載が一切開示されていない。
【００１１】
さらに、上記特許文献２によれば、漏洩モードの抑制を優先し過ぎるため、曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失が０．２ｄＢ以下を満たすことができない。
【００１２】
さらに、上記特許文献３によれば、高次モードのモード群遅延を均等化しているが、５ｍｍ以下の曲げ直径で曲げ損失が０．３ｄＢ／ループ以下を満たすマルチモード光ファイバを開示しているので、本発明の目的を達成することはできない。
【００１３】
以上のように従来技術によれば、敷設や配索時に発生する光ファイバの曲げ、予長処理などで発生する光ファイバの曲げ損失を極力低減するため、定常モード励振時に曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たし、かつＥＦ（Encircled Flux）励振において高ＳＨＦ（Super High Frequency）帯のＲＦ（Radio Frequency）信号の中距離伝送（２００ｍ）を可能とするマルチモード光ファイバを実現することが困難となる場合がある。
そこで、本発明はこのような課題を解決する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。
すなわち、請求項１に係る曲げ不感マルチモード光ファイバの発明は、
中心軸から半径方向に屈折率が連続的に低下するグレーデッドインデックス型プロファイルを有するコア領域と、
前記コア領域に隣接して前記コア領域を半径方向に取り囲む内クラッド領域と、
前記内クラッド領域に隣接して前記内クラッド領域を半径方向に取り囲むトレンチ領域と、
前記トレンチ領域に隣接して前記トレンチ領域を半径方向に取り囲む外クラッド領域と、を備える曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、
前記内クラッド領域と前記外クラッド領域の屈折率は同じであり、前記トレンチ領域の屈折率は前記内クラッド領域と前記外クラッド領域の屈折率よりも小さく、
前記内クラッド領域および前記外クラッド領域の屈折率とトレンチ領域の屈折率との比屈折率差Δ２［％］と、前記内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌとは正の線形な関係にあり、
トレンチ領域の大きさＶｔｒをπ（（トレンチ領域の半径）２−（内クラッド領域の半径）２）×Δ２で表すと、目標となるトレンチ領域の大きさＶｔｒ（目標）と比屈折率差Δ２の関係は、
（２０１．８×（Δ２）２―１３６．３×Δ２＋４５１．７）≦Ｖｔｒ（目標）≦（２０１．８×（Δ２）２―１３６．３×Δ２＋４５１．７）×（１．０５）［μｍ２・％］であり、
比屈折率差Δ２は０．５％〜１．０％であることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、マルチモード光ファイバの曲げ損失をほぼ無視することが可能となることで、光強度が信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）に大きく依存する光ＲＦ伝送（アナログ伝送）において、難配索状態でも信号品質を維持できる光通信システムの提供が可能となる。また、高ＳＨＦ帯のＲＦ信号の中距離伝送が可能となるマルチモード光ファイバを提供することが可能になる。
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌよりもトレンチ領域の半径方向の幅Ｗｔｒが大きく、比屈折率差Δ２［％］が大きくなるとトレンチ領域の半径方向の幅Ｗｔｒが小さくなることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌとトレンチ領域の半径方向の幅Ｗｔｒの関係、および、比屈折率差Δ２［％］とトレンチ領域の半径方向の幅Ｗｔｒの関係が定性的に明確になり。曲げ不感マルチモード光ファイバの構造がより明確になる。
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、前記比屈折率差Δ２［％］と、前記内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌとの関係は、
Ｗｃｌ＝０．５×Δ２＋１．３±０．０５［μｍ］であることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、従来技術では不明確であった比屈折率差Δ２［％］と前記内クラッド領域の半径方向の幅Ｗｃｌとの関係が定量的に明確になり、曲げ不感マルチモード光ファイバの構造がより明確になる。
【００２０】
上記課題を解決するために、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、前記コア領域の屈折率分布プロファイルはグレーデッドインデックス型プロファイルであり、αパラメータの光源の波長に依存しない範囲は１．９８１０〜１．９８４０にあることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、伝搬モードのモード群遅延差が最小となり、高ＳＨＦ帯のＲＦ信号の中距離伝送が可能となるマルチモード光ファイバを提供することが可能になる。
【００２２】
上記課題を解決するために、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、曲げ不感マルチモード光ファイバはＥＦ（Ｅｎｃｉｒｃｌｅｄ Ｆｌｕｘ）励振によって励振されることを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、従来技術では不明確であった励振モードが明確になり、ＥＦ（Ｅｎｃｉｒｃｌｅｄ Ｆｌｕｘ）励振によって、高ＳＨＦ帯のＲＦ信号の中距離伝送が可能となるマルチモード光ファイバを提供することが可能になる。
【００２４】
上記課題を解決するために、請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバにおいて、曲げ不感マルチモード光ファイバはプラスチックからなることを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、比屈折率差が同じ導波路構造を有する光ファイバであれば、材料がプラスチックであっても、高ＳＨＦ帯のＲＦ信号の中距離伝送が可能となるマルチモード光ファイバを提供することが可能になる。
【００２６】
上記課題を解決するために、請求項７に係る曲げ不感マルチモード光ファイバシステムは、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の曲げ不感マルチモード光ファイバと、
前記不感マルチモード光ファイバに光を発光する発光装置と、
前記不感マルチモード光ファイバを伝搬した前記光を受光する受光装置と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
上記構成によれば、マルチモード光ファイバの曲げ損失をほぼ無視することが可能となることで、光強度が信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）に大きく依存する光ＲＦ伝送（アナログ伝送）において、難配索状態でも信号品質を維持できる光通信システムの提供が可能となる。また、高ＳＨＦ帯のＲＦ信号の中距離伝送が可能となるマルチモード光ファイバシステムを提供することが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、マルチモード光ファイバの曲げ損失をほぼ無視することが可能となることで、光強度が信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）に大きく依存する光ＲＦ伝送（アナログ伝送）において、難配索状態でも信号品質を維持できる光通信システムの提供が可能となる。また本発明によれば、高ＳＨＦ帯のＲＦ信号の中距離伝送が可能となるマルチモード光ファイバを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＢＩ−ＭＭＦの屈折率分布を示す図である。
【図２】定常モード励振の光強度分布を示す図である。
【図３Ａ】数値解析によるＢＩ−ＭＭＦの曲げ損失特性示す図である。
【図３Ｂ】図３ＡのΔ２＝０．５５％において、トレンチ幅Ｗｔｒを４．５μｍ、４．７μｍおよび４．９μｍに変化させた場合の曲げ損失特性を示す図である。
【図４】（ａ）ＢＩ−ＭＭＦ（Δ２＝０．５５％、内クラッド幅Ｗｃｌ＝１．６μｍ、トレンチ幅Ｗｔｒ＝４．７μｍ）の主モード次数に対するモード群遅延の特性を示す図である。（ｂ）ＢＩ−ＭＭＦ（Δ２＝０．５５％、Ｗｃｌ＝１．６μｍ、Ｗｔｒ＝４．７μｍ）の主モード次数に対するモード損失の特性を示す図である。
【図５】（ａ）ＢＩ−ＭＭＦ（Δ２＝０．７５％、Ｗｃｌ＝１．７μｍ、Ｗｔｒ＝３．７μｍ）の主モード次数に対するモード群遅延の特性を示す図である。（ｂ）ＢＩ−ＭＭＦ（Δ２＝０．７５％、Ｗｃｌ＝１．７μｍ、Ｗｔｒ＝３．７μｍ）の主モード次数に対するモード損失の特性を示す図である。
【図６】（ａ）ＢＩ−ＭＭＦ（Δ２＝０．９５％、Ｗｃｌ＝１．８μｍ、Ｗｔｒ＝３．２μｍ）の主モード次数に対するモード群遅延の特性を示す図である。（ｂ）ＢＩ−ＭＭＦ（Δ２＝０．９５％、Ｗｃｌ＝１．８μｍ、Ｗｔｒ＝３．２μｍ）の主モード次数に対するモード損失の特性を示す図である。
【図７】ＢＩ−ＭＭＦのＤＭＤ波形を示す図である。
【図８】ＢＩ−ＭＭＦの周波数応答特性（モード分散のみ）を示す図である。
【図９】ＢＩ−ＭＭＦに対して曲げを付与した解析イメージ示す図である。
【図１０】ＢＩ−ＭＭＦにおける曲げの有無による周波数応答特性の変化を示す図である。
【図１１】ＢＩ−ＭＭＦにおけるトレンチの屈折率Δ２に対する最適内クラッド幅Ｗｃｌの変化を示す図である。
【図１２】ＢＩ−ＭＭＦにおけるトレンチの屈折率Δ２に対する曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たす目標となるトレンチの大きさを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（ＢＩ−ＭＭＦの特徴の概要）
本実施形態は、敷設や配索時に発生する光ファイバの曲げ、予長処理などで発生する光ファイバの曲げ損失を極力低減するため、定常モード励振時に曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たし、かつＥＦ（Encircled Flux）励振において高ＳＨＦ（Super High Frequency）帯のＲＦ（Radio Frequency）信号の中距離伝送（２００ｍ）を可能とするマルチモード光ファイバを実現する。
【００３１】
（ＢＩ−ＭＭＦの具体的仕様）
以下（１）〜（３）の特性を同時に満たす曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）について検討する。
（１）定常モード励振時において曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たす屈折率分布を有する曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）。
（２）ＥＦ励振においてファイバ長２００ｍで３０ＧＨｚにおける周波数利得が−１．５ｄＢ（ｍｉｎＥＭＢｃ）となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）（ｍｉｎＥＭＢｃ：最小理論実効帯域）。
（３）曲げ付与時における高ＳＨＦ帯の周波数利得劣化が１０％以下となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）。
【００３２】
最初に、（１）の定常モード励振時において曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たす屈折率分布を有する曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）について検討する。
【００３３】
本実施形態に係わる曲げ不感マルチモード光ファイバの屈折率分布を図１に示す。図１の曲げ不感マルチモード光ファイバは中心部に位置するコア領域１、内クラッド領域２、トレンチ領域３、外クラッド領域４を含んで構成される。
【００３４】
コア領域１は不感マルチモード光ファイバの中心から周辺部に向かって屈折率が連続的にα次関数で低下するグレーデッドインデックス型プロファイルを有する領域である。αパラメータは正確にはα＝α0＋ｙで表され、α0は１．９８１０〜１．９８４０の範囲にあり、ｙは光源の波長に対応したパラメータであり、例えば波長８５０ｎｍ帯ではｙは０．１６である。内クラッド領域２はコア領域１の外周に隣接する領域でコア領域１の最外周部の屈折率を有する。トレンチ領域３は内クラッド領域２の外周に隣接する領域で内クラッド領域２の屈折率よりも小さい屈折率を有する。外クラッド領域４はトレンチ領域３の外周に隣接する領域で内クラッド領域２の屈折率と同一の屈折率を有する。
【００３５】
以下の表１において、本実施形態に係わる図１の曲げ不感マルチモード光ファイバのパラメータの説明を記載する。
【表１】
2020148810.tif 000003
【００３６】
表１から、コア領域１はＢＩ−ＭＭＦの中心部から半径ａまでの距離を有する領域であり、内クラッド領域２はＢＩ−ＭＭＦの半径ａから半径ｂまでの距離を有する領域であり、外クラッド領域４はＢＩ−ＭＭＦの半径ｃから半径ｄまでの距離を有する領域である。そして、トレンチ領域３はＢＩ−ＭＭＦの半径ｂから半径ｃまでの距離を有する領域である。
【００３７】
以下の表２において、本実施形態に係わる図１の曲げ不感マルチモード光ファイバのパラメータの具体値を記載する。
【表２】
2020148810.tif 000004
【００３８】
表２において、コア領域１の屈折率分布の形状を示すα0の値は基底モード（最も次数の低いモード）と高次伝搬モードとの群遅延差を最小にする値である。しかし、最適値は個々の高次伝搬モードによって異なるため、必ずしも最高次伝搬モードとの群遅延差を最小にするα0がマルチモード光ファイバの広帯域化になるとは限らない。そのため、表２の値を有するコア領域１の波動解析を行い、α0の値は１．９８１０〜１．９８４０で伝搬モードのモード群遅延差が最小となる結果が得られている（α0の値に幅を持たせたのは他の波動解析シミュレータとの誤差を考慮したものである）。
【００３９】
表２の数値を有するコア領域１に対し、表３に示すように、内クラッド領域２に対するトレンチ領域３の比屈折率差Δ２（トレンチ領域３（屈折率の溝）の深さ方向の長さに対応）が０．５５％、０．７５％、０．９５％の場合に、トレンチ領域３の位置を規定した。なお、内クラッド領域２と外クラッド領域３の屈折率とは同一である。
【００４０】
以下の表３において、本実施形態に係わる図１の曲げ不感マルチモード光ファイバのトレンチ領域３のパラメータの具体値を記載する。
【表３】
2020148810.tif 000005
【００４１】
クラッド領域（内クラッド領域２と外クラッド領域３を総称してクラッド領域と称する）に対するトレンチ領域３の比屈折率差Δ２が０．５５％の場合のトレンチ領域３は、コア領域１の最外径位置から半径方向に１．６μｍの位置から４．７μｍの長さにわたって続く。したがって、トレンチ領域３の幅は４．７μｍとなる。
【００４２】
同様に、クラッド領域に対するトレンチ領域３の比屈折率Δ２が０．７５％の場合のトレンチ領域３は、コア領域１の最外径位置から半径方向に１．７μｍの位置から３．７μｍの長さにわたって続く。したがって、トレンチ領域３の幅は３．７μｍとなる。
【００４３】
同様に、クラッド領域に対するトレンチ領域３の比屈折率Δ２が０．９５％の場合のトレンチ領域３は、コア領域１の最外径位置から半径方向に１．８μｍの位置から３．２μｍの長さにわたって続く。したがって、トレンチ領域３の幅は３．２μｍとなる。
【００４４】
ここで、表３のＷｃｌ（ｂ−ａ）は内クラッド領域２の幅を示すがＷｃｌとも称する。また、表３のＷｔｒ（ｃ−ｂ）はトレンチ領域３の幅を示すがＷｔｒとも称する。
ここで、表３のΔ２とＷｔｒ（ｃ−ｂ）とを乗算した値がトレンチ領域３の大きさＶｔｒを示す指標になり得る。
【００４５】
表２の数値を有するコア領域１および外クラッド領域４に対し、表３の様な屈折率Δ２が０．５５％、０．７５％および０．９５％のクラッド領域３を有するＢＩ−ＭＭＦに対し、図２の様な定常モード励振における曲げ損失の数値解析を行った結果を図３Ａおよび図３Ｂに示す。
【００４６】
図３Ａおよび図３Ｂは数値解析によるＢＩ−ＭＭＦの曲げ損失特性を示す。図３Ａからトレンチ領域３の幅Ｗｔｒ（ｃ−ｂ）が、それぞれ４．７μｍ、３．７μｍおよび３．２μｍ以上でＲ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失が０．２ｄＢ以下となる結果が得られた。
【００４７】
なお、図３Ｂは、屈折率Δ２が０．５５％の場合に、トレンチ領域３の幅Ｗｔｒ（ｃ−ｂ）を４．５μｍ、４．７μｍおよび４．９μｍに変化させた場合のＢＩ−ＭＭＦの曲げ損失特性を示す。図３Ｂではトレンチ領域３の幅Ｗｔｒ（ｃ−ｂ）を大きくするほど、曲げ損失が小さくなることが分かる。屈折率Δ２が０．７５％および０．９５％の場合にも、トレンチ領域３の幅Ｗｔｒ（ｃ−ｂ）を大きくするほど、曲げ損失が小さくなる傾向があるが、図示しない。
【００４８】
以上のように、図１、表２および表３の特性を有するＢＩ−ＭＭＦによって、定常モード励振時において曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たす屈折率分布を有する曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）が実現される。
【００４９】
次に、（２）ＥＦ励振においてファイバ長２００ｍで３０ＧＨｚにおける周波数利得が−１．５ｄＢ（ｍｉｎＥＭＢｃ：最小理論実効帯域）となる曲げ不感マルチモード光ファイバについて検討する。
【００５０】
図４（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）はΔ２が０．５５％、０．７５％および０．９５％のモード群遅延差を示したグラフである。図４（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）の横軸は、主モード次数と呼ばれ、光ファイバ内を伝搬するＬＰｌｍモードをＭ＝２ｍ＋ｌ−１となるモード群でまとめた次数となっている（ｌはＢＩ−ＭＭＦの円周方向のモードに対応し、ｍはＢＩ−ＭＭＦの動径方向のモードに対応する）。図４（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）の縦軸は群遅延を示す。
【００５１】
図４（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）において１つの点に見えている主モード次数Ｍは複数のＬＰｌｍモードが縮退し、ほぼ同一の値となっているためである。解析したＢＩ−ＭＭＦの伝搬モードの最高次の主モード次数Ｍは１８であり、主モード次数Ｍが１９からは漏洩モードである。主モード次数Ｍが概略１５以下では、モード群はそれぞれ単一の点で表されて直線に並んでいる。これは前述したように、各モード群内の全モードが縮退し、且つ、モード群間の分散が小さいことを意味している。Ｍが１５を超えると縮退が解け、主モード次数Ｍが１９からの漏洩モードでは分散がやや大きくなる。しかし、漏洩モードでの分散は従来技術における分散よりも十分に抑制されている。
【００５２】
図４（ｂ）、図５（ｂ）および図６（ｂ）はΔ２が０．５５％、０．７５％および０．９５％のモード損失を示したグラフである。図４（ｂ）、図５（ｂ）および図６（ｂ）の横軸は、主モード次数と呼ばれ、光ファイバ内を伝搬するＬＰｌｍモードをＭ＝２ｍ＋ｌ−１となるモード群でまとめた次数となっている（ｌはＢＩ−ＭＭＦの円周方向のモードに対応し、ｍはＢＩ−ＭＭＦの動径方向のモードに対応する）。図４（ｂ）、図５（ｂ）および図６（ｂ）の縦軸は損失を示す。
【００５３】
図４（ｂ）、図５（ｂ）および図６（ｂ）においても１つの点に見えている主モード次数Ｍは複数のＬＰｌｍモードが縮退し、ほぼ同一の値となっているためである。解析したＢＩ−ＭＭＦの伝搬モードの最高次の主モード次数Ｍは１８であり、主モード次数Ｍが１９からは漏洩モードである。主モード次数Ｍが概略１８以下では、モード群はそれぞれ単一の点で表されて直線に並んでいる。これは前述したように、各モード群内の全モードが縮退し、且つ、モード群間の分散が小さいことを意味している。Ｍが１９を超えると縮退が解け、損失が大きくなる。
【００５４】
図４〜図６において、基底モードとの群遅延差が大きく、かつ損失の少ない漏洩モードが波形を歪ませるので、周波数応答特性に悪影響を及ぼす。そのため周波数応答特性を向上させるためには低損失な漏洩モードの群遅延差を抑制することが有効である。このような状態を図４（ａ）〜図６（ａ）および図４（ｂ）〜図６（ｂ）において開示している。
【００５５】
また、ＢＩ−ＭＭＦの周波数応答特性は励振状態に依存するため、所望する励振状態で特性を満たすことが重要となる。
【００５６】
図７は図１、表２および表３の特性を有する曲げ不感マルチモード光ファイバのＤＭＤ（Differential Mode Delay）波形を示したものである。
【００５７】
ＤＭＤはコア領域１にグレーデッドインデックス型プロファイルを有するマルチモード光ファイバの伝送帯域に関わるモード遅延特性で、パルス光の入射位置をコア中心から一定間隔で移動しながら出力パルスの遅延時間を測定して得られる。
【００５８】
図４（ａ）〜図６（ａ）のモード群遅延と、図４（ｂ）〜図６（ｂ）のモード損失を基に解析した結果が図７であるが、コア領域１の半径位置が１５μｍ〜２５μｍでも良好な特性を示していることが分かる。
【００５９】
図７におけるＤＭＤ波形とＤＭＤ加重値と呼ばれる重み付けを用いた下記の式（１）と（２）を用いることで基本的なＥＦを満たすトランシーバの励振状態における周波数応答特性ＨＦｉｂ（ｆ）を求めることができる。
Ｐ０（ｔ）＝ΣＷ（ｒ）Ｕ（ｒ，ｔ）                ・・・（１）
ここで、Ｕ（ｒ，ｔ）は各オフセット位置のＤＭＤ波形であり、Ｗ（ｒ）は各オフセット位置のＤＭＤ加重値である。
ＨＦｉｂ（ｆ）＝ＦＴ｛Ｐ０（ｔ）｝／ＦＴ｛Ｐ０（ｔ）｝・・・（２）
ここで、Ｐ０（ｔ）は光ファイバ出射端のパルス波形であり、Ｐ０（ｔ）はレファレンスパルス波形である。
【００６０】
ＤＭＤ加重値は１０種類のパターン（図示せず）からなり、その中で最もワーストとなる特性を示したグラフが図８である。図８の横軸は周波数を示し、図８の縦軸は相対振幅を示している。Δ２が０．５５％でＷｔｒ＝４．５μｍ、Δ２が０．７５％でＷｔｒ＝３．７μｍおよびΔ２が０．９５％でＷｔｒ＝３．２μｍのいずれの場合にも、ファイバ長２００ｍにおいて図８における３０ＧＨｚの周波数利得は−１．５ｄＢ未満となっている。
【００６１】
以上のように、図１、表２および表３の特性を有するＢＩ―ＭＭＦにおけるＥＦ励振においてファイバ長２００ｍで３０ＧＨｚにおける周波数利得が−１．５ｄＢ（ｍｉｎＥＭＢｃ：最小理論実効帯域）となる特性を実現することができる。
【００６２】
次に、（３）曲げ付与時における周波数利得劣化が１０％以下となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ―ＭＭＦ）について検討する。
【００６３】
図９は、ＢＩ―ＭＭＦの曲げ付与による測定系を示す解析イメージを図である。ＥＦ励振させた発光源を有する発光装置９１０の後にＢＩ―ＭＭＦを半径５ｍｍで２巻きさせて、受光装置９２０において周波数利得劣化を測定する。ＢＩ―ＭＭＦの長さは２００ｍである。
【００６４】
図１０は、ＢＩ―ＭＭＦの曲げの有（半径５ｍｍで２巻き）／無による周波数利得劣化を測定した結果を示した図である。
【００６５】
図１０から、Δ２が０．５５％でＶｔｒ＝４．５μｍの場合に３０ＧＨｚにおける周波数利得劣化が１０％以下となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ―ＭＭＦ）が実現されている。なお、図示しないが、Δ２が０．７５％でＶｔｒ＝３．７μｍおよびΔ２が０．９５％でＶｔｒ＝３．２μｍのいずれの場合にも、３０ＧＨｚにおける周波数利得劣化が１０％以下となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ―ＭＭＦ）が実現されている。
【００６６】
以上の解析結果から、以下（１）〜（３）の特性を同時に満たす曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）について図１１と図１２に特徴を示す。
（１）定常モード励振時において曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たす屈折率分布を有する曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）。
（２）ＥＦ励振においてファイバ長２００ｍで３０ＧＨｚにおける周波数利得が−１．５ｄＢ（ｍｉｎＥＭＢｃ：最小理論実効帯域）となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）。
（３）曲げ付与時における高ＳＨＦ帯の周波数利得劣化が１０％以下となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）。
【００６７】
図１１はトレンチの深さに対応するΔ２に対し、コアの最外周部からトレンチ最内周部までの間隔（内クラッド幅Ｗｃｌ）を示した図である。ただし、本実施形態ではΔ２の値は０．５％〜１％までを対象としている。図１１からΔ２と内クラッド幅Ｗｃｌは下記の近似式（３）で表される。
【００６８】
Ｗｃｌ＝０．５×Δ２＋１．３±０．０５［μｍ］・・・（３）
（３）式から許容される公差は±０．０５μｍと非常に小さいことが分かる。
【００６９】
また図１２はトレンチの大きさＶｔｒを式（４）で規定した場合のΔ２と目標とするトレンチの大きさＶｔｒ（目標）との関係を示した図である。
Ｖｔｒ＝π（ｃ２―ｂ２）×Δ２・・・（４）
【００７０】
図１２からΔ２が０．５％〜１％までの範囲であれば、Δ２とＶｔｒ（目標）との関係は式（５）で近似することが可能である。
Ｖｔｒ（目標）＝２０１．８×（Δ２）２―１３６．３×Δ２＋４５１．７［μｍ２・％］・（５）
トレンチの大きさが式（５）で与えられるＶｔｒ以上であればＲ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たすことが可能となる。一方、Ｖｔｒの値が大きすぎる場合には、基底モードとの群遅延差が大きく、かつ、低損失な漏洩モードが増加して周波数応答特性の劣化につながることから、Ｖｔｒの大きさは式（５）で与えられる値から＋５％程度の誤差に収めることが望ましい。
【００７１】
以上、説明したように、本実施形態では、曲げ損失をほぼ無視することが可能となることで、光強度が信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）に大きく依存する光ＲＦ伝送（アナログ伝送）において、難配索状態でも信号品質を維持できる光通信システムの提供が可能となる。またマルチモード光ファイバでも高ＳＨＦ帯のＲＦ信号の中距離伝送が可能となる。
【００７２】
すなわち、以下（１）〜（３）の特性を同時に満たす曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）を実現できる。
（１）定常モード励振時において曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ（２巻き）で曲げ損失０．２ｄＢ以下を満たす屈折率分布を有する曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）。
（２）ＥＦ励振においてファイバ長２００ｍで３０ＧＨｚにおける周波数利得が−１．５ｄＢ（ｍｉｎＥＭＢｃ：最小理論実効帯域）となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）。
（３）曲げ付与時における高ＳＨＦ帯の周波数利得劣化が１０％以下となる曲げ不感マルチモード光ファイバ（ＢＩ−ＭＭＦ）。
【００７３】
（変形例）
図９に示すように、曲げ不感マルチモード光ファイバシステムでは、発光装置９１０と受光装置９２０との間を、ガラス等からなる光ファイバを介して光信号を伝送する例について説明した。しかし、材料を問わず、比屈折率差がほぼ同じ導波路構造を有する光ファイバであれば適用が可能である（例：プラスチック光ファイバなど）。
【００７４】
実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、マルチモード光ファイバの曲げ損失をほぼ無視することが可能となることで、光強度が信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）に大きく依存する光ＲＦ伝送（アナログ伝送）において、難配索状態でも信号品質を維持するための光通信システムに用いて、極めて有用である。
【符号の説明】
【００７６】
９１０・・・発光装置
９２０・・・受光装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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