(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心から外周にかけて、インナーコア、インナークラッド、くぼみ溝およびアウタークラッドを備えるマルチモード光ファイバであって、
前記インナーコアは、２２μｍから２８μｍの半径ｒ１と、相対屈折率パーセント
0005945441.tif 000021
を有するグレーデッドインデックス型プロファイルとを有し、ｎ０は前記インナーコアの最大屈折率であり、ｎｃｌは前記インナーコアの最少屈折率であり、
前記インナークラッドは、半径ｒ２と、前記アウタークラッドに対する屈折率差Δｎ２とを有し、
前記くぼみ溝は、半径ｒ３と、前記アウタークラッドに対する負の屈折率差Δｎ３とを有し、前記インナークラッドを囲んでおり、
０．０１１５８０７＋０．０１２７５４３×（ｒ２−ｒ１）＋０．００２４１６７４×１０００Δｎ３−０．００１２４０８６×（ｒ３−ｒ２）×１０００Δｎ３＜２％であり、
0005945441.tif 000022
が−２０μｍ未満であることを特徴とするマルチモード光ファイバ。
【請求項２】
0005945441.tif 000023
が−３０μｍよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
５ｍｍの曲率半径に対して８５０ｎｍの波長において０．３ｄＢ／巻きより小さいマクロベンド損失を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
Δｎ３が−１５×１０−３から−５．８×１０−３であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
ｒ２−ｒ１が０．８μｍから７μｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項６】
ｒ２−ｒ１が０．８μｍから２μｍであることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
屈折率差Δｎ２が−０．１×１０−３から＋０．１×１０−３であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項８】
屈折率差Δｎ２がゼロに等しいことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項９】
全ての導波モードおよび漏洩モードが励起されたときのファイバの２メートルのサンプルとファイバの９００メートルのサンプルとの間のインナーコアのサイズ測定における変動が１μｍ未満であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のマルチモード光ファイバの少なくとも一部を備えることを特徴とする光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送の分野に関し、特に漏洩モード数の減少した曲げ感度の低いマルチモード光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、従来、光信号を伝送及び場合により増幅するための光コアまたはインナーコアと、インナーコア内に光信号を閉じ込める光クラッドまたはアウタークラッドから成る。そのために、インナーコアの屈折率ｎｃは、アウタークラッドの屈折率ｎｇよりも大きい。
【０００３】
光ファイバにおいて、屈折率プロファイルは、一般的に、屈折率と光ファイバの半径とを関連付ける関数をプロットしたグラフのトレース図に関連している。従来、光ファイバの中心までの距離ｒは、横座標に沿って表されており、光ファイバの中心から所定距離における屈折率と光ファイバのアウタークラッドの屈折率との差は、縦座標軸に沿って表される。従って、屈折率プロファイルは、それぞれステップ形状、台形状、三角形状またはグラディエント形状を有するグラフに対し、「ステップ型」、「台形型」、「三角形型」またはアルファ型（グレーデッドインデックス型とも呼ばれる）のプロファイルと称されている。これらの曲線は、光ファイバの理論上のプロファイルまたは設定プロファイルを代表しており、光ファイバの製造応力が僅かに違うプロファイルをもたらす可能性がある。
【０００４】
主に２種類の光ファイバ：マルチモードファイバ（ＭＭＦ）とシングルモードファイバがある。ＭＭＦでは、所定の波長に対し、いくつかの光モードが同時に光ファイバを伝搬する。シングルモードファイバでは、基本モードが伝搬を許され、高次モードは大きく減衰される。
【０００５】
ステップインデックス型ファイバでは、異なるモードは異なる速度で光ファイバを伝搬する。これは、ビットタイムに相当する光パルスの広がりを引き起こし、その結果許容できないエラーレートをもたらす。ＭＭＦの多モード分散を低減するために、「アルファ」コアプロファイルを有するグレーデッドインデックス型ファイバを製造することが提案されている。このような光ファイバは、長年にわたって用いられており、その特性は、特に"Multimode theory of graded-core fibers" by D. Gloge et al., Bell System Technical Journal 1973, pp. 1563-1578、および"Comprehensive theory of dispersion in graded-index optical fibers" by G. Yabre, Journal of Lightwave Technology, February 2000, vol. 18, No. 2, pp. 166-177に記載されている。
【０００６】
典型的なグレーデッドインデックス型プロファイルは、ある点おける屈折率の値ｎと、この点からファイバ中心までの距離ｒとの間の関係として定義することができる。
【数１】
0005945441.tif 000002
ここで、α≧１（α→∞はステップインデックスに相当する）であり、ｎ０はマルチモードコアの最小屈折率（通常、インナーコアの中心の屈折率に相当）であり、ａはマルチモードコアの半径であり、
【数２】
0005945441.tif 000003
である。
ｎｃｌはマルチモードコアの最小屈折率であり、通常インナーコアとインナークラッドの間の境界における屈折率に相当し、また通常アウタークラッド（ほとんどの場合シリカで形成されている）の屈折率に相当する。
【０００７】
通常、５０μｍＭＭＦにおいてはａ＝２５μｍであり、６２．５ＭＭＦにおいてはａ＝３１．２５μｍである。パラメータαは、通常１．９〜２．２であり、目的の動作波長（通常８５０ｎｍまたは１３００ｎｍ）において最大の帯域を提供するよう最適化される。
【０００８】
マルチギガビットのイーサネット（登録商標）通信においてＭＭＦの良好な性能を保証するためのキーパラメータは、曲げに対する耐性（「曲げ耐性」とも呼ばれる）と帯域である。
【０００９】
曲げ耐性は、グレーデッドインデックス型コアを大きなボリュームを有するくぼみ溝（depressed trench）で囲うことにより容易に改善できる。くぼみ溝は、光ファイバのアウタークラッドに対する負の屈折率差を有する。くぼみ溝の位置およびサイズは、帯域の低下を避けるために慎重に設計されなければならない。
【００１０】
しかしながら、くぼみ溝は導波モードの曲げ特性を改善する一方で、「漏洩モード」と呼ばれる付加的なモードが所望の導波モードと共伝搬（co-propagate）することを可能とする。
【００１１】
漏洩モードは、「漏れ損失」と呼ばれる付加的な損失を示す。当業者によく知られるように、くぼみ溝が大きくなればなるほど、漏れ損失は小さくなる。一方、くぼみ溝が深くなればなるほど、すなわちアウタークラッドに対するくぼみ溝の負の屈折率差が大きくなればなるほど、漏洩モードの数は高くなる。
【００１２】
漏洩モードは、標準的なＭＭＦ、すなわち曲げ耐性に何の大きな改善もないＭＭＦにも存在しているが、それらの漏れ損失のレベルが極めて高いので、漏洩モードは実際には存在していないものと見なすことができる。
【００１３】
一方、典型的な溝の助けにより漏洩モードの漏れ損失が低減されるので、標準的なＭＭＦとの互換性のために重要である溝の設計にもよるが、漏洩モードは数メートルにわたって伝搬できる。
【００１４】
従って、課題は、光学特性（例えばコアサイズおよび開口数）への漏洩モードの影響が限定的であり、さらに高い曲げ耐性を提供する溝を用いたグレーデッドインデックス型マルチモード光ファイバを設計することである。
【００１５】
多くの文献、例えばＵＳ−Ａ−２００９  ０１５４８８８、ＵＳ−Ａ−２００８  ０１６６０９４、ＪＰ−Ａ−２００６  ４７７１９およびＵＳ−Ａ−２０１０  ００６７８５８、およびＵＳ−Ａ−２００９  １６９１６３は、溝を用いたＭＭＦを扱っている。しかしながら、何れも漏洩モードの影響について喚起していない。
【００１６】
本出願の優先日後に発行された本出願人の文献ＥＰ２３３９３８４は、曲げ損失が低減された高帯域ＭＭＦを開示している。しかしながら、本発明においては異なるアプローチが選択されている。
【００１７】
文献ＦＲ−Ａ−２９４９８７０は、漏洩モードの問題について取り扱っている。それにもかかわらず、ＦＲ−Ａ−２９４９８７０は、漏洩モードの寄与を制限するために、インナーコアのサイズすなわち近視野よりむしろ、開口数すなわち遠視野に焦点を合わせている。本発明は、異なるアプローチを扱っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、従来技術のギャップを改善することを目的とする。
【００１９】
より詳しくは、本発明は、溝を用いるコンセプトに固有の漏洩モードの悪影響を防ぐために、光ファイバの屈折率プロファイルにおけるくぼみ溝の寸法および位置を適合させることを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
その目的のために、本発明は、中心から外周にかけて、インナーコア、インナークラッド、くぼみ溝およびアウタークラッドを備えるマルチモード光ファイバを提供する。インナーコアは、２２μｍから２８μｍの半径ｒ１と、相対屈折率パーセント
【数３】
0005945441.tif 000004
を有するグレーデッドインデックス型プロファイルとを有する。ｎ０はインナーコアの最大屈折率であり、ｎｃｌはインナーコアの最少屈折率である。インナークラッドは、半径ｒ２と、アウタークラッドに対する屈折率差Δｎ２とを有する。くぼみ溝は、半径ｒ３と、アウタークラッドに対する負の屈折率差Δｎ３とを有し、インナークラッドを囲んでいる。０．０１１５８０７＋０．０１２７５４３×（ｒ２−ｒ１）＋０．００２４１６７４×１０００Δｎ３−０．００１２４０８６×（ｒ３−ｒ２）×１０００Δｎ３＜２％であり、
0005945441.tif 000005
が−２０μｍ未満である。
【００２１】
一実施形態によれば、本発明の光ファイバは、−３０μｍよりも大きい  
0005945441.tif 000006
を有する。
【００２２】
さらなる実施形態によれば、マクロベンド損失は、５ｍｍの曲率半径に対して８５０ｎｍの波長において０．３ｄＢ／巻きより小さい。
【００２３】
さらなる実施形態によれば、Δｎ３は−１５×１０−３から−５．８×１０−３である。
【００２４】
さらなる実施形態によれば、ｒ２−ｒ１は０．８μｍから７μｍである。
【００２５】
さらなる実施形態によれば、ｒ２−ｒ１は０．８μｍから２μｍである。
【００２６】
さらなる実施形態によれば、屈折率差Δｎ２は−０．１×１０−３から＋０．１×１０−３であり、さらに好ましくは実質的にゼロに等しい。
【００２７】
さらなる実施形態によれば、全ての導波モードおよび漏洩モードが励起されたときのファイバの２ｍ（メートル）のサンプルとファイバの９００ｍ（メートル）のサンプルとの間のインナーコアのサイズ測定における変動が１μｍ未満である。
【００２８】
同じ目的のために、本発明はまた、簡潔に上述したマルチモード光ファイバの少なくとも一部を備える光学システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明の特徴および利点は、限定されない実施例として及び添付の図面を参照して与えられる本発明の特定の実施形態についての以下の説明を読むことにより明らかになる。
【図１】本発明の特定の実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示すグラフである。
【図２】本発明に係る線型モデルに従って計算された９００ｍ後と２ｍ後の光ファイバのインナーコアのサイズ間の相対的差分と、物理的シミュレーションとの比較を示す図である。
【図３】ＩＴＵ−Ｔの勧告Ｇ６５１．１により推奨された特定の出射条件の下で、２巻き及び５ｍｍの曲率半径に対する、５０μｍＭＭＦのいくつかの実施例のマクロベンド損失を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、図１を参照して好適に理解される。図１は、本発明の特定の実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示す。
【００３１】
本発明に係る光ファイバは、中心から外周にかけて、インナーコア、インナークラッド、くぼみ溝、およびアウタークラッドを備えるマルチモード光ファイバである。
【００３２】
インナーコアは、グレーデッドインデックス型の屈折率プロファイルを有しており、その端部は、光ファイバの中心から２２μｍ〜２８μｍの半径方向距離ｒ１（インナーコアの「半径」とも呼ばれる）に位置している。インナーコアは、アルファプロファイルの先頭において、アウタークラッドに対して屈折率差Δｎ１を有する。
【００３３】
「アルファプロファイルの先頭」という表現は、屈折率プロファイルが最大値ｎ０を有するインナーコアでの位置を意味し、通常はインナーコアの中心である。インナーコアは、アルファプロファイルの端において、アウタークラッドに対して屈折率差Δｅｎｄを有する。「アルファプロファイルの端」という表現は、それを超えるとプロファイルがもはや「アルファ」ではない半径方向距離を意味する。
【００３４】
インナーコアは、以下のように定義される相対屈折率パーセントΔを有する。
【数４】
0005945441.tif 000007
ここで、ｎ０はインナーコアの最大屈折率であり、ｎｃｌはインナーコアの最少屈折率である。通常、ｎｃｌは、非ドープシリカの屈折率である。
【００３５】
インナークラッドは、インナーコアを囲んでいる。一実施形態において、インナークラッドは、インナーコアを直接囲んでいる。インナークラッドの端部は、ファイバの中心から半径方向距離ｒ２（インナークラッドの「半径」とも呼ばれる）に位置している。インナークラッドは、アウタークラッドに対して屈折率差Δｎ２を有する。Δｎ２は、好ましくは−０．１×１０−３〜＋０．１×１０−３であり、より好ましくは図１の好適な実施形態のように実質的に０に等しい。
【００３６】
くぼみ溝は、インナークラッドを囲んでいる。くぼみ溝の端部は、光ファイバの中心から半径方向距離ｒ３（くぼみ溝の「半径」とも呼ばれる）に位置している。一実施形態において、くぼみ溝は、インナークラッドを直接囲んでいる。くぼみ溝は、アウタークラッドに対して負の屈折率差Δｎ３を有する。一実施形態において、アウタークラッドは、くぼみ溝を直接囲んでいる。
【００３７】
インナーコアの端部とくぼみ溝との差ｒ２−ｒ１（通常μｍで表される）は、「スペース」とも呼ばれ、それはインナークラッドの「幅」と同じである。差ｒ３−ｒ２（通常μｍで表される）は、くぼみ溝の「幅」とも呼ばれる。値１０００×Δｎ３は、くぼみ溝の「深さ」とも呼ばれる。
【００３８】
本発明によれば、インナーコアの端部とくぼみ溝との間のスペース、溝幅および溝深さは、漏洩モードの影響を制限するために以下の条件を満たしている。
【数５】
0005945441.tif 000008
ここで、ｒ２−ｒ１およびｒ３−ｒ２はμｍで表されている。
【００３９】
この条件の左辺は、「ｄｉｆｆ」：
【数６】
0005945441.tif 000009
と表され、下記の表２にまとめられるように、様々なスペース、幅および深さの組合せを示す屈折率プロファイルを有する６０サンプルの４６μｍ溝付きＭＭＦ（trench-assisted MMF）の２ｍ後および９００ｍ後のコアサイズのシミュレーションにより生じるデータ群の直線回帰により得られる。表２において、パラメータ「ｄｉｆｆ」は、９００ｍと２ｍでのコアサイズ間の相対的差分である。
【００４０】
【表２】
0005945441.tif 000010
0005945441.tif 000011
【００４１】
図２のグラフは、「ｄｉｆｆ」を与える上記式の線型モデルの特性を示す。すなわち、図２は、線型モデル（「ｄｉｆｆ」を与える上記式参照）に従って計算された９００ｍと２ｍでのコアサイズ間の相対的差分と、物理的シミュレーションとの比較を示す。
【００４２】
上記条件、すなわちｄｉｆｆ＜２％は、漏洩モードがＯＦＬ（全モード励振）の下で２ｍのサンプルの光ファイバの出力において観測される近視野像を大きくは阻害しないことを意味している。
【００４３】
本発明において、上記のように規定されるパラメータ「ｄｉｆｆ」は、２％より低い。
【００４４】
より具体的には、ＩＥＣ６０７９３−１−２０方法Ｃ（これは、当業者によく知られており、ＯＦＬ下でのファイバ端の断面における近視野光分布（近視野像（近視野パターン）とも呼ばれる）を解析することにより、および、曲線フィッティングの有無にかかわらずコア径を計算することにより、光ファイバのインナーコアの断面直径を測定することにある）を用いて、曲線フィッティングなしで、すなわち２ｍのファイバサンプルと９００ｍのファイバサンプルに対し、ｋ＝２．５％（ｋは、標準手順ＩＥＣ６０７９３−１−２０方法Ｃに従うコア半径の規定に用いられる閾値）のｋレベルで測定されたパターン（像）から直接的に行われる導出されたコアサイズ測定間の差分は、２％に近い。
【００４５】
加えて、全ての導波モードおよび漏洩モードが励起されたときのファイバの２ｍのサンプルとファイバの９００ｍのサンプルとの間のインナーコアのサイズ測定の変動は、１μｍ未満である。
【００４６】
好適な実施形態では、曲げ耐性を改善するために、くぼみ溝は、（ｒ３−ｒ２）×１０００Δｎ３が−２０μｍ未満（すなわち、幅×深さが−２０μｍ未満）となるよう設計される。
【００４７】
より一般的には、  
0005945441.tif 000012
は−２０μｍ未満である。好ましくは、
0005945441.tif 000013
は−３０μｍよりも大きい。
【００４８】
インナーコアの端とくぼみ溝との間のスペースは、好ましくはインナーコアとくぼみ溝との間のインナークラッドの屈折率で帯域の調整が可能なるのに十分なほど大きく選択される。例えば、「スペース」ｒ２−ｒ１は、０．８μｍよりも大きく、好ましくは０．８μｍ〜７μｍであり、より好ましくは０．８μｍ〜２μｍである。
【００４９】
本発明の好適な実施形態によれば、くぼみ溝の深さΔｎ３は、−１５×１０−３〜−５．８×１０−３であり、より好ましくは−１０×１０−３〜−５．８×１０−３である。
【００５０】
下記の表１ａは、本発明に従わないファイバの実施例を与える。表１ｂは、本発明に従うファイバの実施例を与える。パラメータ「ｄｉｆｆ」は、上記に規定された条件の左辺である。
【数７】
0005945441.tif 000014
【００５１】
【表１ａ】
0005945441.tif 000015
【表１ｂ】
0005945441.tif 000016
【００５２】
マクロベンド損失は、主に積：深さ×幅に依存する。下記の表３は、その積の値が異なるいくつかの５０μｍＭＭＦのサンプルを与える。マクロベンド損失は、標準規格ＩＥＣ６０７９３−１−４７に規定された一定の出射条件の下で、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ６５１．１勧告に従って８５０ｎｍで測定されている。「ＢＬ２巻き＠５ｍｍ」は、２巻きおよび５ｍｍの曲率半径におけるマクロベンド損失を意味する。
【００５３】
【表３ａ】
0005945441.tif 000017
【表３ｂ】
0005945441.tif 000018
【００５４】
表３ａでは、全ての実施例が高い曲げ損失を伴う条件ｄｉｆｆ＞２％を示している。コアサイズに対する有害な影響を及ぼすことを除いて、マクロベンド損失は改善されるかもしれない。太字の実施例において、マクロベンド損失は改善されるかもしれないが、近視野への漏洩モードの寄与は非常に大きい。これは、ｄｉｆｆ＞２％であることに関係している。
【００５５】
図３のグラフは、表３ａ（白抜きダイヤ）および表３ｂ（黒塗り三角）の実施例を示す。これは、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ６５１．１により勧告された出射条件の下で、２巻き及び５ｍｍの曲率半径に対する、表３に報告された５０μｍＭＭＦの実施例のマクロベンド損失（ｄＢ）を示す。本発明の実施形態によれば、５ｍｍの曲率半径に対し、光ファイバは、８５０ｎｍの波長で０．４ｄＢ／巻きより低いマクロベンド損失を示すことが見て取れる。それ故、本発明に係るファイバは、その漏洩モード数の低減に加えて、高い曲げ耐性を提供する。
【００５６】
本発明はまた、上述したマルチモード光ファイバの少なくとも一部を備える光学システムを提供する。
【００５７】
以下に示すような標準規格ＯＭ３およびＯＭ４の要求を満たすために、分散モード遅延（ＤＭＤ：Dispersion Mode Delay）を改善できることを留意すべきである。
【００５８】
【表４】
0005945441.tif 000019
【００５９】
ＯＭ３ファイバは、これらの６つの仕様のうち少なくとも１つを満たす。アウター、インナーおよびスライディング（sliding）ＤＭＤ値は、ｐｓ／ｍで表される。
【００６０】
【表５】
0005945441.tif 000020
【００６１】
ＯＭ４ファイバは、これらの３つの仕様のうち少なくとも１つを満たす。アウター、インナーおよびスライディングＤＭＤ値は、ｐｓ／ｍで表される。
【００６２】
標準規格は、それぞれのマスクと共にインナー、アウターおよびスライディングと名付けられた３つのＤＭＤ値を規定している。インナーマスクは、５μｍから１８μｍまで延びており、アウターマスクは０μｍから２３μｍまで延びている。スライディングマスクは、７，９，１１及び１３μｍのオフセットで連続的に始まる５μｍ幅のマスクである。
【００６３】
ＤＭＤ値は、所定のサブグループのオフセット出射内における最速パルスと最遅パルス間の遅延に相当し、マスクも呼ばれ、１／４値幅での立ち上がり及び立ち下がり時間に基づいており、基準入力パルスのＦＷＱＭを考慮している。
【００６４】
それらは、ファイバコアを半径方向にスキャンするシングルモード出射に対するファイバのパルス応答の測定に存するＤＭＤ測定から得られるＤＭＤプロットから計算される。
【００６５】
ｒ２−ｒ１，Δｎ２およびΔｎ３の適切な値を選択することにより、ＤＭＤを最適化することができる。
【００６６】
さらに、マクロベンド損失が低減されるので、ＤＭＤ値は曲げ下において変動し難くなる。
【図１】
0005945441.tif 000024
【図２】
0005945441.tif 000025
【図３】
0005945441.tif 000026