(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモード光ファイバーケーブルであって、
中央を有するコアを備え、
前記コアが、前記マルチモード光ファイバーケーブル内におけるモード分散を最小化するために、前記マルチモード光ファイバーケーブルに結合されるレーザー発射モードのラジアル依存型波長分布を補償するように設計された、変更された屈折率プロファイルを有し、
ｒが前記コアの中央からの半径方向の距離である場合に、前記変更された屈折率プロファイルがΔｎ（ｒ）の量だけ変更された放物屈折率プロファイルを備え、
前記Δｎ（ｒ）が、前記変更された屈折率プロファイルを有する前記マルチモード光ファイバーケーブルが、半径が増加するにつれて、ラジアルパルス波形内において左側へのシフトを有するディファレンシャルモード遅延波形プロファイルを生成するような関数を従っており、
前記コアの前記中央から５ミクロンから１９ミクロンのラジアル窓内において、前記左側へのシフトが前記窓の５０％より多い窓で発生し、
１９ミクロンでの波形ピークが５ミクロンでの波形ピークから０．０１〜０．１ｐｓ／ｍだけオフセットされている、マルチモード光ファイバーケーブル。
【請求項２】
前記Δｎ（ｒ）は少なくともいくつかのラジアル窓にわたって負である、請求項１に記載のマルチモード光ファイバーケーブル。
【請求項３】
ｒが大きくなるにつれて、ラジアルパルス波形における左側へのシフトが単調なシフトとなる、請求項１に記載のマルチモード光ファイバーケーブル。
【請求項４】
前記関数は、線形的に減少する関数である、請求項１に記載のマルチモード光ファイバーケーブル。
【請求項５】
中央を有するコアを備える、マルチモード光ファイバーケーブルを設計する方法であって、
レーザー発射モードのラジアル依存型波長分布に起因する基準マルチモード光ファイバーケーブル内の材料分散及びモード分散の量を決定するステップであって、前記基準マルチモード光ファイバーケーブルが基準屈折率プロファイルを有するステップと、
前記マルチモード光ファイバーケーブルのための屈折率プロファイルを設計するステップであって、
ｒが前記コアの中央からの半径方向の距離である場合に、前記屈折率プロファイルがΔｎ（ｒ）の量だけ変更された前記基準屈折率プロファイルを有し、
前記屈折率プロファイルを有する前記マルチモード光ファイバーケーブルが前記決定された材料及びモード分散のうち少なくとも一つの少なくとも一部分を補償するように、前記Δｎ（ｒ）の量が前記決定された材料分散及びモード分散の量のうち少なくとも一つに基づいて調節されるステップと、
前記変更された基準屈折率プロファイルを有する前記マルチモード光ファイバーケーブルを設計するステップと、を備える、方法。
【請求項６】
前記ラジアル依存型波長分布がレーザーの使用により前記基準屈折率プロファイル内に発生する光放射のパルスに起因する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記材料分散及びモード分散の量を決定するステップが、前記基準マルチモード光ファイバーケーブル内のディファレンシャルモード遅延波形プロファイルを測定する工程を含み、
前記屈折率プロファイルを設計するステップが、前記屈折率プロファイルを有するマルチモード光ファイバーケーブルが前記基準マルチモード光ファイバーケーブルの前記ディファレンシャルモード遅延波形プロファイルに対してシフトされたディファレンシャルモード遅延波形プロファイルを示すように前記Δｎ（ｒ）の量を調節する工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記マルチモード光ファイバーケーブルの前記ディファレンシャルモード遅延波形プロファイルが、前記基準マルチモード光ファイバーケーブルの前記ディファレンシャルモード遅延波形プロファイルに対して単調なシフトを示すように、前記量Δｎ（ｒ）が調節される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記マルチモード光ファイバーケーブルの前記ディファレンシャルモード遅延波形プロファイルが、コアの中央から５ミクロン〜１９ミクロンのラジアル窓内において、半径が増加するにつれて、ラジアルパルス波形における左側へのシフトを示す、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記左側へのシフトが５ミクロン〜１９ミクロンのラジアル窓の５０％より多い窓で発生し、
１９ミクロンでの波形ピークは５ミクロンでの波形ピークから０．０１〜０．１ｐｓ／ｍだけオフセットされる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
中央を有するコアを備える、マルチモード光ファイバーケーブルを設計する方法であって、
基準マルチモード光ファイバーケーブルのディファレンシャルモード遅延波形プロファイルを測定するステップであって、前記基準マルチモード光ファイバーケーブルが基準屈折率プロファイルを有するステップと、
前記マルチモード光ファイバーケーブルのための屈折率プロファイルを設計するステップであって、
ｒが前記コアの前記中央からの半径方向の距離である場合に、前記マルチモード光ファイバーケーブル内におけるモード分散を最小化するために、前記マルチモード光ファイバーケーブルに結合されるレーザー発射モードのラジアル依存型波長分布を補償するように、前記屈折率プロファイルが量Δｎ（ｒ）だけ変更された前記基準屈折率プロファイルを有し、
前記Δｎ（ｒ）の量は少なくともいくつかのラジアル窓にわたって負であり、
前記Δｎ（ｒ）は前記変更された屈折率プロファイルを有する前記マルチモード光ファイバーケーブルが、ｒが増加するにつれて、ラジアルパルス波形内において左側へのシフトを有するディファレンシャルモード遅延波形プロファイルを生成するような関数を従うステップと、
前記変更された基準屈折率プロファイルを有する前記マルチモード光ファイバーケーブルを設計するステップと、を備える、方法。
【請求項１２】
ラジアルパルス波形における前記左側へのシフトが前記コアの中央から５ミクロン〜１９ミクロンのラジアル窓内において発生する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ラジアルパルス波形における前記左側へのシフトが前記５ミクロン〜１９ミクロンのラジアル窓内の５０％より多い窓で発生する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
１９ミクロンでの波形ピークが５ミクロンでの波形ピークから０．０１〜０．１ｐｓ／ｍだけオフセットされる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記関数は、線形的に減少する関数である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法が、基準マルチモード光ファイバーケーブルに結合されるレーザー発射モードのラジアル依存型波長分布を補償する方法であり、
前記基準マルチモード光ファイバーケーブルの前記ディファレンシャルモード遅延波形プロファイルを測定するステップが、レーザーの使用により前記基準マルチモード光ファイバーケーブル内に発生する光放射のパルスに起因する前記基準マルチモード光ファイバーケーブル内の材料及びモード分散の量を決定し、
前記屈折率プロファイルが前記基準マルチモード光ファイバーケーブルに結合されるレーザー発射モードの前記ラジアル依存型波長分布のうち少なくとも一部を補償する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
ラジアルパルス波形における前記左側へのシフトは、ｒが増加するにつれて、前記左側への単調なシフトとなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
発射モードの波長分布を補償するため、前記Δｎ（ｒ）の量が別のラジアル窓内で正であると共に、半径距離が増加するにつれて大きさが低減するように、前記屈折率プロファイルが前記基準屈折率プロファイルを変更することによって設計される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記Δｎ（ｒ）の量は、ｒ0が前記Δｎ（ｒ）が零であるときの半径である場合に、r0未満で正であり、半径距離が増加するにつれて大きさが低減し、前記Δｎ（ｒ）の量がｒ0より大きいときに負であり、半径距離が増加するにつれて大きさが増加するように、前記屈折率プロファイルが前記基準屈折率プロファイルを変更することによって設計される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法が、材料分散及びモード分散を補償する方法であり、
前記マルチモード光ファイバーケーブルの前記屈折率プロファイルが前記基準マルチモード光ファイバーケーブルにおけるある材料分散の少なくとも一部を補償する、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記測定されたディファレンシャルモード遅延波形プロファイルが左側へのシフト又は右側へのシフトを示すかと、前記測定されたディファレンシャルモード遅延波形プロファイルが右側へのシフトを示すかと、を決定するステップと、
前記屈折率プロファイルの設計において前記基準屈折率プロファイルの低下を適用するステップと、を更に備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
光学波長のラジアル依存性のために修正が必要とされる半径を低減するために、前記Δｎ（ｒ）の量を増加させることによって、前記基準屈折率プロファイルが調節されて、前記屈折率プロファイルが設計される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
開始モードの波長変動を補償するために、前記量Δｎ（ｒ）が負であり、ラジアル距離が増加するにつれての大きさが増加するように、前記基準屈折率プロファイルを変更することによって、前記基準屈折率プロファイルが調節され、前記基準屈折率プロファイルが設計される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２４】
中央を有するコアを備えるマルチモード光ファイバーケーブルを設計する方法であって、
基準マルチモード光ファイバーケーブルにおけるディファレンシャルモード遅延波形プロファイルを測定するステップであって、前記基準マルチモード光ファイバーケーブルが基準屈折率プロファイルを有するステップと、
前記マルチモード光ファイバーケーブルのための屈折率プロファイルを設計するステップであって、
ｒが前記コアの中央からの半径方向の距離である場合に、前記マルチモード光ファイバーケーブル内におけるモード分散を最小化するために、前記マルチモード光ファイバーケーブルに結合されるレーザー発射モードのラジアル依存型波長分布を補償するように、前記屈折率プロファイルがΔｎ（ｒ）の量だけ変更された前記基準屈折率プロファイルを有し、
前記屈折率プロファイルを有する前記マルチモード光ファイバーケーブルが、前記基準マルチモード光ファイバーケーブルの前記ディファレンシャルモード遅延波形プロファイルに対して、半径が増加するにつれて、ラジアルパルス波形において左側へのシフトを有するディファレンシャルモード遅延波形プロファイルを生成するステップと、
前記変更した基準屈折率プロファイルを有するマルチモード光ファイバーケーブルを設計するステップと、を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、米国仮特許出願第６１／２３５，２３６号（名称：「ＭＯＤＩＦＩＥＤ  ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＩＮＤＥＸ  ＰＲＯＦＩＬＥ  ＦＯＲ  ＬＯＷ−ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ  ＭＵＬＴＩＭＯＤＥ  ＦＩＢＥＲ」、出願日：２００９年８月１９日）の利益を主張する。同文献全体は、本明細書中に参照により組み込まれる。
【０００２】
本出願は、米国特許出願シリアル番号第１２／７９７，３２８号（名称：「ＤＥＳＩＧＮ  ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＭＥＴＲＩＣ  ＦＯＲ  ＳＥＬＥＣＴＩＮＧ  ＡＮＤ  ＤＥＳＩＧＮＩＮＧ  ＭＵＴＩＭＯＤＥ  ＦＩＢＥＲ  ＦＯＲ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ」（出願日：２０１０年６月９日）および米国特許出願シリアル番号第１２／６２７，７５２号（名称：「ＭＵＬＴＩＭＯＤＥ  ＦＩＢＥＲ  ＨＡＶＩＮＧ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＩＮＤＥＸ  ＰＲＯＦＩＬＥ」（出願日：２００９年１１月３０日）の全体を援用する。
【背景技術】
【０００３】
マルチモード光ファイバーケーブル（ＭＭＦ）伝送用に設計された最先端の光学送受信機において、光源として垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）が利用されている。ＶＣＳＥＬは、従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）と同様に面発光デバイスであるが、ＬＥＤと異なる点として、ＶＣＳＥＬの物理的構造内には、レーザー共振器を形成するブラッグ反射器間の複数の量子井戸の層を含む。その結果、ＶＣＳＥＬの出力が高コヒーレントとなり、不連続の光モードを含む。このデバイスは、複数の横モードと結合された単一の縦モードをサポートし、その結果、若干異なる波長の光が分布する。加えて、各モードは、規定された発光パターンを有する。この物理的効果に起因して発生する発光パターンにおいては、発光波長がラジアル依存型（radius-dependent）となる。ＶＣＳＥＬモードはまた動的でもあり、ＭＭＦの光学特性と相まって、ＭＭＦシステム性能を変動させる。性能変動の原因としては、ＭＭＦコア不良およびモード分散効果があり得る。
【０００４】
ほとんどのＭＭＦは、製造プロセス時におけるガスフロー制御の変動に起因する１つ以上のコア不良を含む。プロセス変動に起因する屈折率プロファイルまたはバイアスにより、波長依存型のＶＣＳＥＬ発光パターンによるファイバー性能向上効果を補償するように、屈折率プロファイルを変更することが可能である。コア不良の無い最適な屈折率プロファイルを決定するためには、先ずＶＣＳＥＬから発光された光モードを考える必要がある。図１を参照すると、代表的ＶＣＳＥＬの駆動電流の関数として励起光モードが図示されている。
【０００５】
前記デバイスの結晶構造および円対称性に起因して、ＶＣＳＥＬにおける各励起横モードにおいて２つの偏光状態が存在する。前記光モードの偏光状態は、電界の方向によって規定される。駆動電流が流れると（５ｍＡ）、前記デバイスの中心付近において基本モードが励起される。前記駆動電流の増加と共に、より多くのモード（より高次のモード）が励起され、前記デバイスの活性領域またはアパチャの外側領域を占有する。各モードは別個の光学エネルギーを有するため、Ｅ＝ｈｃ／λによって表される別個の光波長によって特徴付けられる。ここで、ｈ＝プランク定数であり、ｃは光速度である。より低次のモードの場合、波長がより長くなり、より高次のモードの場合、波長がより短くなり、エネルギーがより高くなる。モードと波長との間の相関を図２に示す。基本モードにおいて波長が最長となり、より高次のモードにおいてより波長が短くなる様子が図示されている。
【０００６】
ＶＣＳＥＬモードのラジアル依存型波長に起因して、ファイバー中を伝播するモードも波長依存性を持つ。より低次のＶＣＳＥＬモードはより低次のファイバーモードに結合するのに対し、より高次のＶＣＳＥＬモードはより高次のファイバーモードに結合する。このような波長依存性を、図３に示す光スペクトル分析中に示す。この分析において、ＭＭＦは、ＶＣＳＥＬを含む高速光送信機に接続される。コア径が５ミクロンである単一モードファイバー（ＳＭＦ）（８５０ｎｍ用ＳＭＦ）をＭＭＦの出力端にわたって走査する。光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）を用いて、ラジアル変位の関数としてモードの光スペクトルを記録する。典型的には、ＶＣＳＥＬからの発光には５個以上の主要波長が含まれることが多い。典型的には、各主要波長領域において、いくつかの緊密に配置された波長が他のモードまたは偏光状態に起因して発生することが多い。
【０００７】
ここで図３を参照して、横オフセットの増加と共に、より長い波長（８４９．３３ｎｍに近い）によって搬送される相対的光パワーが低減する一方、より短い波長（８４８．１ｎｍに近い）の相対的パワーは増加する。また、ラジアルオフセットの高い箇所では、より短波長への全体的シフトも観察される。このスペクトルのラジアル分布の結果、ゼロオフセットにおける光学パルスのＲＭＳ中央波長は、図４中に矢印によって示すように、より大きなラジアルオフセットにおいてよりもより長くなる。この中央波長λｃは、光ピークＲＭＳ加重平均であり、下記の式によって得られる。
【数１】
0005921434.tif 000002
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／２３５，２３６号
【特許文献２】米国特許出願シリアル番号第１２／７９７，３２８号
【特許文献３】米国特許出願シリアル番号第１２／６２７，７５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＶＣＳＥＬモードのスペクトル分布はデバイスによって異なり得るものの、前記デバイスの物理特性は不変であり、ノミナルラジアル分布の近似が可能である。代表的ＶＣＳＥＬラジアル分布を、ガイドされるファイバーモードへの空間的結合と共に用いることで、ＭＭＦの屈折率プロファイルを向上させてモード分散を低減させることが可能であり、これによりＭＭＦ性能が向上する。よって、ＭＭＦまたは他の導波路におけるモード分散を低減するために、レーザー源のラジアル依存型(radially dependent)波長発光パターンを補償する新規の屈折率プロファイルを得ることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一局面において、マルチモード光ファイバーケーブルが提供される。前記マルチモード光ファイバーケーブルは、限定されないが、前記マルチモード光ファイバーケーブル内におけるモード分散を低減するために、前記マルチモード光ファイバーケーブルに結合されるレーザー発射モードのラジアル依存型波長分布を補償するように設計された屈折率プロファイルを含む。
【００１１】
一局面において、向上したマルチモード光ファイバーケーブルを設計する方法が提供される。前記向上したマルチモード光ファイバーケーブルは、基準マルチモード光ファイバーケーブルに結合されるレーザー発射モードのラジアル依存型波長分布を補償する。前記方法は、レーザの使用により前記基準マルチモード光ファイバーケーブル内に発生する光放射のパルスに起因する前記基準マルチモード光ファイバーケーブル内の材料およびモード分散の量を、前記基準マルチモード光ファイバーケーブル内のＤＭＤ波形プロファイルを測定することにより決定するステップを非限定的に含む。前記向上したマルチモード光ファイバーケーブルは、前記基準マルチモード光ファイバーケーブルに結合されるレーザー発射モードのラジアル依存型波長分布の少なくとも一部を補償する。
【００１２】
一局面において、材料分散およびモード分散を補償する、向上したマルチモード光ファイバーケーブルを設計する方法が提供される。前記方法は、前記基準マルチモード光ファイバーケーブル内におけるＤＭＤ波形プロファイルを測定するステップを非限定的に含む。前記基準マルチモード光ファイバーケーブルは、基準屈折率プロファイルを有する。前記方法はまた、前記向上したマルチモード光ファイバーケーブルのための、向上した屈折率プロファイルを設計するステップを非限定的に含む。前記向上したマルチモード光ファイバーケーブルは、前記基準マルチモード光ファイバーケーブルにおける任意の材料分散のうち少なくとも一部を補償する。
【００１３】
本発明の範囲は、添付の特許請求範囲のみによって規定され、本要旨中の記載による影響を受けない。
【００１４】
本発明は、以下の図面および記載からより深く理解可能である。本発明の原理を強調するために、図面中の構成要素は必ずしも縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による、駆動電流を増加させるために代表的ＶＣＳＥＬにおいて励起された多様なモードの画像を示す。各横モードにおいては２つの可能な偏光状態（０°および９０°として示す）がある。これら２つの偏光状態を合算すると、全体的なモード出力分布が得られる。
【図２】本発明の一実施形態による、ＶＣＳＥＬモードと光波長との間の相関を示す公開データのグラフを示す（「Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ＶＣＳＥＬ’ｓ」、Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ  ＷＩＴｅｃ  Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｌｉｃｈｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ  ｕｎｄ  ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅＧｍＢＨ  ２０００）。より高次のモードは、より短い波長を有する。より高次のモードは、前記デバイスのより大きなラジアル領域を占有する。
【図３】本発明の一実施形態による、ＭＭＦにおける光学スペクトルをラジアルオフセットの関数として５ミクロン単位で示すグラフである。より高次のモードにおいては、より低次のモードよりも波長がより短くなる。各ラジアルオフセットのＲＭＳ中央波長を矢印によって示す。
【図４】本発明の一実施形態による、ビット誤り率（ＢＥＲ）試験システムＶＣＳＥＬ用のＭＭＦにおいて測定されたＲＭＳ中央波長のグラフを示す。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、ＶＣＳＥＬの近似光強度（ガウス）分布のグラフを示す。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、ＶＣＳＥＬの正規化光パワー（パワー＝強度×面積）のグラフを示す。
【図６】本発明の一実施形態による、光源のラジアル波長依存性の修正に必要な、屈折率Δｎの低減のグラフを示す。
【図７】本発明の一実施形態による、実線（α＝α0）によって示す、単一の波長におけるディファレンシャルモード遅延（ＤＭＤ）を最小化させる標準的な放物屈折率プロファイルのグラフを示す。モード分散と色分散（すなわち材料分散）とを加えた全体的分散を最小化させる、提案される向上した屈折率プロファイルを点線によって示す。これは誇張して図示されている点について留意されたい。なぜならば、この変化は、提案値の場合はグラフ内において視認できないからである。本明細書中、色分散および材料分散は同義に用いられ得る点について留意されたい。
【図８】本発明の一実施形態による、ＭＭＦに結合されるＶＣＳＥＬの空間スペクトル分布に合わせて最適化された提案のＤＭＤパルス波形分布のグラフを示す。このＤＭＤパルス波形分布は、色または材料の分散を補償し、全体的分散を低減させる。
【図９】本発明の一実施形態による、スペクトル幅および光モード波長のラジアル依存性の修正に必要な半径を低減させるための、屈折率Δｎの直線的増加のグラフを示す。
【図１０】本発明の一実施形態による、実線（α＝α0）によって示す、単一の波長におけるＤＭＤを最小化させる標準的な放物屈折率プロファイルのグラフを示す。全体的分散を最小化させる、提案の向上した屈折率プロファイル（点線で示す）において、光波長のラジアル依存性の修正に必要な半径を低減させるために、屈折率Δｎの変化を増加させる。
【図１１】本発明の一実施形態による、所定のラジアル位置に対する屈折率Δｎの直線的変化のグラフを示す。Δｎは、半径が低下してｒ0を下回るのと共に増加し、半径がｒ0を上回るのと共に低下する。全体的変化Δｎは、スペクトル幅および発光波長ＶＣＳＥＬのラジアル依存性を修正するように選択する必要がある。
【図１２】本発明の一実施形態による、実線（α＝α0）によって示す、単一の波長においてＤＭＤを最小化させる標準的な放物屈折率プロファイルのグラフを示す。点線で示しているのは、Δｎの直線的変動に対する、提案の向上した屈折率プロファイルであり、これにより、ｒ0を超える半径およびｒ0を下回る半径に対して、最適化された屈折率がより高くなる。
【図１３】本発明の一実施形態による、高光パワーの領域における屈折率プロファイルの別の変化のグラフを示す。
【図１４】本発明の一実施形態による、実線（α＝α0）によって示す、単一の波長におけるＤＭＤを最小化させる標準的な放物屈折率プロファイルのグラフを示す。点線で示すのは、Δｎの段階的直線変動における、提案の向上した屈折率プロファイルであり、これにより、ｒ0を上回る半径に対して、最適化された屈折率がより小さくなる。
【図１５】本発明の一実施形態による、予測よりも高いシステム性能を示すＯＭ３ＭＭＦにおける、測定されたＤＭＤパルス波形分布のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、レーザー発射モードのラジアル依存型波長発光パターンを補償するように設計された、向上した屈折率プロファイルを有するマルチモードファイバーを設けると、マルチモードファイバーモードに結合される場合のモード分散の低減を低減できるという知見に基づく。その結果得られた向上した屈折率プロファイルにより、モード分散が低減し、光学導波路性能が向上する。
【００１７】
ＭＭＦにおけるモード分散は、米国電気通信工業会文書番号ＴＩＡ−４５５−２２０−Ａに基づいて測定されたディファレンシャルモード遅延（ＤＭＤ）プロファイルにより、特徴付けられる。完全な屈折率プロファイルを達成することは極めて困難であるため、約１９ミクロンオフセットにおけるラジアル波形ピークが約５ミクロンにおける波形ピークよりも早くファイバーの出力に到達するようにＤＭＤプロファイルをバイアスすれば、ファイバーモードのＲＭＳ中央波長分布を部分的に補償するのに十分である。現行の標準的な放物屈折率プロファイルは、単一の測定波長を有する単色光源を用いてＤＭＤによって測定されるモード分散を最小化した最適なプロファイルとして規定されている。
【００１８】
ＶＣＳＥＬの光強度および他の光学源が図５Ａに示すようなガウス分布によって近似可能であると仮定した場合、分布の半値幅に緊密に整合する５ミクロン〜１９ミクロンのラジアル窓内においてほとんどの光パワー（＞８０％）が伝播すると結論付けることができる。
【００１９】
従って、ラジアル屈折率プロファイルの変化は、少なくとも５ミクロン〜１９ミクロンのラジアル窓内において発生すると好適である。明らかなことではあるが、他のＶＣＳＥＬの設計の場合は、他の代表的点がより適切である場合がある。本開示において、代表的ＶＣＳＥＬスペクトルにおけるファイバーコア全体にわたる波長依存型モードの効果の最小化を支援する、屈折率プロファイルの好適な偏差を先ず指定する。最適な屈折率プロファイルは光源のスペクトル幅によって異なるため、提案の技術は、任意のスペクトル幅および空間分布に適用することが可能である。
【００２０】
第１の例において、＞９５％の光パワーを含む１ｎｍのノミナルスペクトル幅を用いる。このスペクトル幅は、ＴＩＡ／ＥＩＡ−４５５−２２４において規定された計算されたスペクトル幅と異なる（「Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｉｂｒｅ  Ｏｐｔｉｃ  Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｔｅｓｔ  Ｓｅｔｓ」、２００２年５月）。これは、ΔＲＭＳスペクトル幅を指定し、以下によって得られる。
【数２】
0005921434.tif 000003
【００２１】
ΔＲＭＳスペクトル幅は、ＶＣＳＥＬの広範なスペクトル分布の効果を過小評価している。
【００２２】
本発明の一実施形態において、モード波長の所与のラジアル分布におけるモード分散の最小化に必要な屈折率Δｎの変化は、図６中に示す曲線と一般的に類似する。本実施形態において、屈折率プロファイルの直線的低下が選択されているが、異なる源発光パターンに合わせた波長補償をさらに向上させる他の関数も特定され得る。
【００２３】
このように屈折率プロファイルの低下により、放物屈折率プロファイルが図７に示すように変化する。Δｎ／（ｎ２−ｎ１）によって得られるΔｎの最大変化は極めて小さく、ここで検討されているＶＣＳＥＬの場合は０．２％のオーダーである。例示目的のため、図７中、これらの変化を、係数３０によって拡大している。例示的屈折率は、ｎ２（コア中央屈折率）＝１．４６およびｎ１（クラッド屈折率）＝１．４５のオーダーである。
【００２４】
図７を参照して、向上した屈折率プロファイル（実線で示す）において、コアのラジアル寸法は２５ミクロン未満である。しかし、ΔｎおよびΔｒの実際の値は、この差が完全に無視できるくらい（Δｒ／ｒ＝０．１１％）に小さい。ＴＩＡ−４９２ＡＡＡＣおよびＴＩＡ−４９２ＡＡＡＤにおいて規定されているように、ＭＭＦの公差は６％である。
【００２５】
この提案の向上した屈折率プロファイルにより、図８に示すような、（狭波長レーザー源を用いた）向上したＤＭＤ波形プロファイルが得られる。この向上したＤＭＤ波形プロファイルは、半径が大きくなるにつれて、ラジアルパルス波形において左側に単調にシフトしている点によって、特徴付けられる。ＭＭＦを用いた通信ネットワークにおいてはＶＣＳＥＬが用いられるため、図８に示すラジアル依存型波長発光パターンは、全モードが検出器に実質的に同時に到着するように、モード分散を部分的に補償する。その結果、全体的分散がより低くなり、より高性能のマルチモードファイバーが実現される。図８に示すように同一または類似のＤＭＤ波形プロファイルをモード分散の低減と共に達成できるように、屈折率プロファイルを調節することが可能な方法は複数ある。
【００２６】
例えば、屈折率は、図９に示すようにより小さな半径において増加し得る。この別の補償方法のための、標準または基準の放物屈折率プロファイルに対するその結果得られた変更を図１０に示す。
【００２７】
あるいは、屈折率Δｎの変化は、所定のラジアル位置に対して調節することも可能である。例えば、図５Ｂに示すように最大ピーク光パワーに対応するラジアル位置が利用可能である。この場合、Δｎは、半径が低下してｒ０を下回るのと共に増加し、半径がｒ０を上回るのとともに低減し、ここで、ｒ０は、Δｎがゼロであるときのラジアル位置である。この場合でも、全体的変化Δｎは、スペクトル幅およびＶＣＳＥＬからの発光のラジアル分布を補償する。この場合における、屈折率プロファイルの対応する変化を図１２に示す。
【００２８】
ＭＭＦの内側領域および外側領域において（すなわち、５ミクロン未満および１９ミクロンを超える半径において）光パワーがほとんど残留していない（＜２０％）ため、モード分散を低減するためには、屈折率プロファイルを部分的に変更すれば十分である。５ミクロンを超えるラジアル距離における屈折率プロファイルにおける直線的低下を実行すると、モード分散が著しく低下することが分かった。図１３を参照して、高性能を示すサンプルＭＭＦに対するΔｎが図示されており、対応する屈折率プロファイルを図１４に示す。
【００２９】
この高性能ＭＭＦのＤＭＤ波形プロファイルの測定結果を図１５に示す。この提案のシフトは高光パワーの領域全体を網羅していないが、この部分的シフトは、高性能ＭＭＦを発生させるモード分散を低減するのに十分である。
【００３０】
一般的に、約１９ミクロンラジアルオフセットにおいてピークを有するＤＭＤ波形が約５ミクロンラジアルオフセットにおいてピークを有するＤＭＤ波形よりも早くファイバーの出力に到達するように屈折率プロファイルをバイアスすることにより、モード分散の低減が実現される。一実施形態によれば、前記１９ミクロンラジアルオフセットにおけるピークが±８ミクロンとなりかつ前記５ミクロンラジアルオフセットにおけるピークが±５ミクロンとなるように、前記プロファイルをバイアスすることができる。このバイアス計量は、（ピコ秒／メートルの単位のファイバー長さに正規化された）約１９ミクロンオフセットにおけるＤＭＤ波形ピークと、約５ミクロンオフセットにおけるＤＭＤ波形ピークとの間の相対的遅延の差（ｐｓ／ｍ）として規定される。この計量法に基づいたＤＭＤ波形プロファイルは、「左側に」シフトしたと言われる。高速Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）において用いられるＶＣＳＥＬの典型的なラジアル波長分布特性の向上したビット誤り率（ＢＥＲ）システム性能を得るためには、相対的な遅延バイアス量として０．０１〜０．１ｐｓ／ｍのオーダーで十分である。「右側」シフトを示す（すなわち、１９ミクロンオフセットにおけるモードが、５ミクロンにおけるモードよりも早くファイバー出力に到達する）ＤＭＤ波形プロファイルを有するファイバーの場合、高モード分散が得られるため、ＢＥＲシステム性能が低下する点に留意することが重要である。また、ＤＭＤ波形プロファイルが左側にシフトしたＭＭＦの場合、シフト無しのＭＭＦよりもより良好な性能を示し、最高性能のＤＭＤ波形プロファイルおよび最低のモード分散と従来考えられている。
【００３１】
ＭＭＦは典型的には１つ以上のコア不良を示すため、左側にシフトしたＤＭＤ波形プロファイルの利用は、向上したファイバー性能を得るためのモード分散補償を指定するための単純かつ有効な方法である。
【００３２】
本発明の一実施形態において、望ましいコア不良を示すファイバーを、利用するために選択する。本開示において、屈折率Δｎの直線的変化を用いているが、別の関数も利用可能である。
【００３３】
本明細書中に記載の本発明の特定の局面について図示および記載してきたが、本明細書中に記載の教示を鑑みれば、本明細書中に記載の本発明およびそのより広範な局面から逸脱することなく変更および改変が可能であり、よって、添付の特許請求の範囲は、本明細書中に記載の本発明の真なる意図および範囲内にあるようなこのような変更および改変全てを網羅するものであることが、当業者にとって明らかである。さらに、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されることが理解されるべきである。よって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物以外のいかなるものによっても制限されない。
【符号の説明】
【００３４】
λｃ・・・中央波長λｃ
Δｎ・・・屈折率
ｒ０・・・Δｎがゼロであるときのラジアル位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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