(57)【要約】【課題】  容易に製造することができてＳＢＳを抑圧することができる光ファイバを提供する。【解決手段】  光ファイバ１は、中心軸を含む光学コア領域１０と、この光学コア領域１０を囲む光学クラッド領域１１とを備える。光学コア領域１０は、内側から順に第１領域１１，第２領域１２および第３領域１３からなる。光学領域１０の一部である第３領域１３が環状の音響コア領域であり、この第３領域に音響波の導波モードを局在させることができる。【選択図】  図１
2006184534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を含む光学コア領域と、この光学コア領域の屈折率より低い屈折率を有し前記光学コア領域を囲む光学クラッド領域と、前記光学コア領域の一部として環状の音響コア領域とを備え、
前記光学コア領域，前記音響コア領域および前記光学クラッド領域それぞれが、前記中心軸の周りに同心状に配置されて、前記中心軸に沿って延び、
前記音響コア領域の縦モード音速が、前記音響コア領域の内側および外側それぞれに隣接する領域の縦モード音速より遅く、
前記音響コア領域に局在して前記中心軸に沿って伝搬する縦モード音響波が存在するように前記音響コア領域の縦モード音速および径方向厚さが設定され、
ブリルアンゲインスペクトルの３ｄＢ幅が６０ＭＨｚ以上である、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記音響コア領域の内側および外側それぞれに隣接する領域の縦モード音速のうちの遅い方の縦モード音速をＶ０とし、前記音響コア領域の縦モード音速をＶ１とし、前記音響コア領域の径方向厚さをｔとし、音響波の波長λａを０.５３７μｍとしたときに、これらのパラメータの間に、
【数１】
2006184534.tif 000027
なる関係が成立することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記光学コア領域が内側から順に第１領域，第２領域および第３領域からなり、
前記第３領域が前記音響コア領域であり、
前記第１領域，前記第２領域，前記第３領域および前記光学クラッド領域それぞれが、純石英ガラスまたはＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなり、
前記第１領域のＧｅＯ２濃度をＸ[1]とし、前記第２領域のＧｅＯ２濃度をＸ[2]とし、前記第３領域のＧｅＯ２濃度をＸ[3]とし、前記光学クラッド領域のＧｅＯ２濃度をＸ[4]としたときに、これらのパラメータの間に、
【数２】
2006184534.tif 000028
なる関係が成立する、
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記第１領域および前記第３領域それぞれの縦モード音速が互いに異なり、
前記第１領域に局在した音響波モードと前記第３領域に局在した音響波モードとが存在し、それぞれの音響波モードの間の周波数差が５０ＭＨｚ以上である、
ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
【請求項５】
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８〜１０μｍの範囲にあり、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲にあり、波長１５５０ｎｍにおける直径３２ｍｍ曲げによる曲げ損失が４ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける損失が０.２５ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるＳＢＳしきい値の無限長換算値が９ｄＢｍ以上である、ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記光学コア領域が内側から順に第１領域，第２領域および第３領域からなり、
前記第２領域が前記音響コア領域であり、
前記第１領域，前記第２領域，前記第３領域および前記光学クラッド領域それぞれが、純石英ガラスまたはＦ元素が添加された石英ガラスからなり、
前記第１領域のＦ元素濃度をＹ[1]とし、前記第２領域のＦ元素濃度をＹ[2]とし、前記第３領域のＦ元素濃度をＹ[3]とし、前記光学クラッド領域のＦ元素濃度をＹ[4]としたときに、これらのパラメータの間に、
【数３】
2006184534.tif 000029
なる関係が成立する、
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号伝送または光パワー伝送に用いるのに好適な光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導ブリルアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering、以下「ＳＢＳ」という。）の発現を抑制することを意図した光ファイバが特許文献１に提案されている。この特許文献１に開示された光ファイバは、被覆やクラッド領域の形状や性質に関して長手方向に不規則性が設けられていて、これによって音響波が径方向に放射され、ＳＢＳが抑圧されるというものである。
【特許文献１】米国特許第６６８７４４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記文献に開示された光ファイバの製造は容易ではない。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、容易に製造することができてＳＢＳを抑圧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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る光ファイバは、(1) 中心軸を含む光学コア領域と、この光学コア領域の屈折率より低い屈折率を有し光学コア領域を囲む光学クラッド領域と、光学コア領域の一部として環状の音響コア領域とを備え、(2) 光学コア領域，音響コア領域および光学クラッド領域それぞれが、中心軸の周りに同心状に配置されて、中心軸に沿って延び、(3) 音響コア領域の縦モード音速が、音響コア領域の内側および外側それぞれに隣接する領域の縦モード音速より遅く、(4) 音響コア領域に局在して中心軸に沿って伝搬する縦モード音響波が存在するように音響コア領域の縦モード音速および径方向厚さが設定され、(5) ブリルアンゲインスペクトルの３ｄＢ幅が６０ＭＨｚ以上であることを特徴とする。
【０００５】
このように構成される本発明に係る光ファイバでは、光モードの振幅分布は中心位置にピークを有する形状であるのに対して、音響波モードの振幅分布は中心位置および音響コア領域それぞれにピークを有する形状となる。このことから、従来の光ファイバと比べて、本発明に係る光ファイバでは、光モードと音響波モードとの重なりが小さくなり、ブリルアンゲインが小さくなる。また、この光ファイバは、ファイバ構造や被覆構造の長手方向変化が不要であるので、容易に製造することができる。
【０００６】
本発明に係る光ファイバは、音響コア領域の内側および外側それぞれに隣接する領域の縦モード音速のうちの遅い方の縦モード音速をＶ０とし、音響コア領域の縦モード音速をＶ１とし、音響コア領域の径方向厚さをｔとし、音響波の波長λａを０.５３７μｍとしたときに、これらのパラメータの間に下記(1)式の関係が成立するのが好適である。この場合には、音響波の導波モードを環状の音響コアに強く局在させることができ、その結果、誘導ブリルアン散乱を良く抑圧することができる。
【０００７】
【数１】
2006184534.tif 000003
本発明に係る光ファイバの好ましい第１の態様として、(1) 光学コア領域が内側から順に第１領域，第２領域および第３領域からなり、(2) 第３領域が音響コア領域であり、(3) 第１領域，第２領域，第３領域および光学クラッド領域それぞれが、純石英ガラスまたはＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなり、(4) 第１領域のＧｅＯ２濃度をＸ[1]とし、第２領域のＧｅＯ２濃度をＸ[2]とし、第３領域のＧｅＯ２濃度をＸ[3]とし、光学クラッド領域のＧｅＯ２濃度をＸ[4]としたときに、これらのパラメータの間に下記(2)式の関係が成立するのが好適である。この場合には光ファイバの製造が特に容易である。
【０００８】
【数２】
2006184534.tif 000004
上記第１の態様において、第１領域および第３領域それぞれの縦モード音速が互いに異なり、第１領域に局在した音響波モードと第３領域に局在した音響波モードとが存在し、それぞれの音響波モードの間の周波数差が５０ＭＨｚ以上であるのが好適である。このように第１コア領域に局在した音響波モードおよび第３コア領域に局在した音響波モードそれぞれの周波数に差を付けることによって、ブリルアンゲインスペクトルのピーク高さを低減し、ＳＢＳしきい値を増大させることができる。
【０００９】
上記第１の態様において、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８〜１０μｍの範囲にあり、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲にあり、波長１５５０ｎｍにおける直径３２ｍｍ曲げによる曲げ損失が４ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける損失が０.２５ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるＳＢＳしきい値の無限長換算値が９ｄＢｍ以上であるのが好適である。この場合には、広く用いられているＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２ファイバとの互換性を保ちながらＳＢＳしきい値を改善することができる。
【００１０】
本発明に係る光ファイバの好ましい第２の態様として、(1) 光学コア領域が内側から順に第１領域，第２領域および第３領域からなり、(2) 第２領域が音響コア領域であり、(3) 第１領域，第２領域，第３領域および光学クラッド領域それぞれが、純石英ガラスまたはＦ元素が添加された石英ガラスからなり、(4) 第１領域のＦ元素濃度をＹ[1]とし、第２領域のＦ元素濃度をＹ[2]とし、第３領域のＦ元素濃度をＹ[3]とし、光学クラッド領域のＦ元素濃度をＹ[4]としたときに、これらのパラメータの間に下記(3)式の関係が成立するのが好適である。この場合にも光ファイバの製造が特に容易である。
【００１１】
【数３】
2006184534.tif 000005
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る光ファイバは、容易に製造することができて、ＳＢＳを抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
初めに、本願発明者が開発した解析手法について説明する。この解析手法は、音響モード方程式をフルベクトル有限要素法によって解いて、光モードと音響モードとの重なりを評価するものである。
【００１５】
この解析手法では、光ファイバの屈折率分布を組成分布に変換して音響モード方程式を解く。すなわち、まず、文献１「Y. Koyamada, et al., J. Lightwave Technol. Vol.22, No.2, pp.631-639 (2004)」に記載されている下記(4)〜(7)式を用いて、屈折率分布を組成分布に変換し、音速と媒質密度とを求める。
【００１６】
【数４】
2006184534.tif 000006
【００１７】
【数５】
2006184534.tif 000007
【００１８】
【数６】
2006184534.tif 000008
【００１９】
【数７】
2006184534.tif 000009
ここで、Δ[％]は比屈折率差であり、ｗＧｅＯ２はＳｉＯ２に添加されるＧｅＯ２の濃度であり、ｗＦはＳｉＯ２に添加されるＦ元素の濃度であり、ＶＬ[ｍ／ｓ]は縦モードの音速であり、ＶＳ[ｍ／ｓ]は剪断モードの音速であり、ρ[ｋｇ／ｍ３]は媒質密度である。弾性定数は下記(8)式で得られる。ここで、媒質は等方的であると仮定する。その結果、弾性マトリクス[c]はｃ11およびｃ44の２成分で表される。
【００２０】
【数８】
2006184534.tif 000010
次に、音速の分布を下記(9)式のモード方程式に代入して音響モードを求める。ここで、ｕは、音響モードの変位ベクトルであり、下記(10)式の関数形を取る。空間座標はファイバの長手方向をz軸と定める。
【００２１】
【数９】
2006184534.tif 000011
【００２２】
【数１０】
2006184534.tif 000012
ＳＢＳに寄与する音響モードは、文献２「G. P. Agrawal, "Nonlinear fiber optics", Academic Press (1989), Sec.9.1」などによって公知のように、光波長をλとし、屈折率をｎとすると、下記(11)式で表される伝搬定数を持つ。
【００２３】
【数１１】
2006184534.tif 000013
したがって、光波長λと屈折率分布Δ(r,θ)とから音響モードの角周波数ωと変位ベクトル分布ｕとを求めることができる。
【００２４】
一方、光のモードの電界分布Ｅは、Maxwell方程式から導かれる波動方程式を解くことによって、光波長λと屈折率分布Δ(r,θ)とから求められる。これらを用いて、光が感じる音響波の平均振幅＜Δρ＞／ρ０は下記(12)式で求められる。ここで、Δρは、音響波による媒質密度変化であり、下記(13)式で与えられる。
【００２５】
【数１２】
2006184534.tif 000014
【００２６】
【数１３】
2006184534.tif 000015
また、音響波の変位ベクトルｕおよび光電界Ｅは、下記(14),(15)式のように規格化されている。
【００２７】
【数１４】
2006184534.tif 000016
【００２８】
【数１５】
2006184534.tif 000017
以下では、この解析手法を用いた検討に基づいて為された本願発明の２つの実施形態について比較例と対比しつつ説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光ファイバ１の説明図である。同図（ａ）は光ファイバ１の比音響屈折率Δａの径方向分布を示し、同図（ｂ）は光ファイバ１の比屈折率Δの径方向分布を示し、また、同図（ｃ）は光ファイバ１の構造を示す。
【００３０】
この図に示されるように、光ファイバ１は、図中で一点鎖線で示される中心軸を含む光学コア領域１０と、この光学コア領域１０を囲む光学クラッド領域１１とを備える。また、光学コア領域１０は、内側から順に第１領域１１，第２領域１２および第３領域１３からなる。これら各領域は、中心軸の周りに同心状に配置され、中心軸に沿って延びている（図１（ｃ））。
【００３１】
光学コア領域１０の平均屈折率は光学クラッド領域１４の屈折率より高い。したがって、この光ファイバ１は、光学コア領域１０に光の導波モードを局在させることができて、光を導波することができる。第１実施形態では、光学領域１０の一部である第３領域１３が環状の音響コア領域であり、この第３領域（音響コア領域）１３に音響波の導波モードを局在させることができる。
【００３２】
第１領域１１の屈折率をｎ[1]とし、第２領域１２の屈折率をｎ[2]とし、第３領域１３の屈折率をｎ[3]とし、光学クラッド領域１４の屈折率をｎ[4]とする。また、第１領域１１の比屈折率差をΔ[1]とし、第２領域１２の比屈折率差をΔ[2]とし、第３領域１３の比屈折率差をΔ[3]とし、光学クラッド領域１４の比屈折率差をΔ[4]とする。各領域の比屈折率差Δ[k]は、該領域の屈折率ｎ[k]および純石英ガラスの屈折率ｎ０から、下記(16)式で表される。このとき、これら各領域の屈折率の大小関係および比屈折率差の大小関係は下記(17)式のとおりである（図１（ｂ））。
【００３３】
【数１６】
2006184534.tif 000018
【００３４】
【数１７】
2006184534.tif 000019
第１領域１１の縦モード音速をＶ[1]とし、第２領域１２の縦モード音速をＶ[2]とし、第３領域１３の縦モード音速をＶ[3]とし、光学クラッド領域１４の縦モード音速をＶ[4]とする。また、第１領域１１の比音響屈折率差をΔａ[1]とし、第２領域１２の比音響屈折率差をΔａ[2]とし、第３領域１３の比音響屈折率差をΔａ[3]とし、光学クラッド領域１４の比音響屈折率差をΔａ[4]とする。各領域の比音響屈折率差Δａ[k]は、該領域の縦モード音速Ｖ[k]および純石英ガラスの縦モード音速Ｖ０から、下記(18)式で表される。このとき、これら各領域の縦モード音速の大小関係および比音響屈折率差の大小関係は下記(19)式のとおりである（図１（ａ））。
【００３５】
【数１８】
2006184534.tif 000020
【００３６】
【数１９】
2006184534.tif 000021
なお、各領域で屈折率および縦モード音速それぞれは厳密に一定である必要はない。一定でない場合には領域内で体積によって重み付け平均した値を用いることができる。
【００３７】
このように、第３領域（音響コア領域）１３の縦モード音速Ｖ[3]は、第３領域１３の内側に隣接する第２領域１２の縦モード音速Ｖ[2]より遅く、且つ、第３領域１３の外側に隣接する光学クラッド領域１４の縦モード音速Ｖ[4]より遅い。そして、第３領域（音響コア領域）１３に局在して中心軸に沿って伝搬する縦モード音響波が存在するように、第３領域（音響コア領域）１３の縦モード音速および径方向厚さが設定されている、
好適には、第１領域１１，第２領域１２，第３領域１３および光学クラッド領域１４それぞれは、純石英ガラスまたはＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなる。第１領域１１のＧｅＯ２濃度をＸ[1]とし、第２領域１２のＧｅＯ２濃度をＸ[2]とし、第３領域１３のＧｅＯ２濃度をＸ[3]とし、光学クラッド領域１４のＧｅＯ２濃度をＸ[4]としたときに、これらのパラメータの間に下記(20)式の関係がある。
【００３８】
【数２０】
2006184534.tif 000022
また、好適には、第１領域１１および第３領域１３それぞれの縦モード音速が互いに異なり、第１領域１１に局在した音響波モードと第３領域１３に局在した音響波モードとが存在し、それぞれの音響波モードの間の周波数差が５０ＭＨｚ以上である。このように第１コア領域１１に局在した音響波モードおよび第３コア領域１３に局在した音響波モードそれぞれの周波数に差を付けることによって、ブリルアンゲインスペクトルのピーク高さを低減し、ＳＢＳしきい値を増大させることができる。
【００３９】
また、好適には、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８〜１０μｍの範囲にあり、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲にあり、波長１５５０ｎｍにおける直径３２ｍｍ曲げによる曲げ損失が４ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける損失が０.２５ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるＳＢＳしきい値の無限長換算値が９ｄＢｍ以上である。この場合には、本実施形態に係る光ファイバ１は、広く用いられているＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２ファイバとの互換性を保ちながらＳＢＳしきい値を改善することができる。
【００４０】
次に、第１実施形態に係る光ファイバ１のより具体的な実施例１Ａの光ファイバについて、比較例１の光ファイバとともに説明する。
【００４１】
実施例１Ａの光ファイバでは、第１領域１１のＧｅＯ２濃度Ｘ[1]は４.３６mol％であり、第２領域１２のＧｅＯ２濃度Ｘ[2]は１.９３mol％であり、第３領域１３のＧｅＯ２濃度Ｘ[3]は４.３６mol％であり、光学クラッド領域１４のＧｅＯ２濃度Ｘ[4]は０mol％である。そして、第１領域１１の比屈折率差Δ[1]は０.４５％であり、第２領域１２の比屈折率差Δ[2]は０.２０％であり、第３領域１３の比屈折率差Δ[3]は０.４５％であり、光学クラッド領域１４の比屈折率差Δ[4]は０％である。また、第１領域１１の縦モード音速Ｖ[1]は５７５１ｍ／ｓであり、第２領域１２の縦モード音速Ｖ[2]は５８５８ｍ／ｓであり、第３領域１３の縦モード音速Ｖ[3]は５７５１ｍ／ｓであり、光学クラッド領域１４の縦モード音速Ｖ[4]は５９４４ｍ／ｓである。さらに、第１領域１１の外半径をＲ[1]とし、第２領域１２の外半径をＲ[2]とし、第３領域１３の外半径をＲ[3]としたときに、第１領域１１および第２領域１２それぞれの外径の比（Ｒ[1]／Ｒ[2]）は０.５２であり、第２領域１２および第３領域１３それぞれの外径の比（Ｒ[2]／Ｒ[3]）は０.６９であり、第３領域１３の直径（２Ｒ[3]）は１０.５７μｍである。
【００４２】
一方、比較例１の光ファイバは、ステップインデックス型の屈折率プロファイルを有するものであって、コア領域がＧｅＯ２添加の石英ガラスからなり、クラッド領域が純石英ガラスからなり、コア領域の比屈折率差が０.４５％であり、コア領域の外径が８.８９μｍである。コア領域における比屈折率差は一定であるとする。
【００４３】
図２は、実施例１Ａおよび比較例１それぞれの光ファイバの諸特性を纏めた図表である。この図表には、実施例１Ａおよび比較例１それぞれの光ファイバそれぞれについて、コア径、実効コア断面積Ａeff、ブリルアンゲインピーク波長、ＳＢＳピークゲインおよびＳＢＳしきい値（無限長換算）それぞれの値が示されている。図３は、波長１５５０ｎｍにおける実施例１Ａおよび比較例１それぞれの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルを示す図である。これら図２および図３に示された計算結果は、上記(9)式の音響モード方程式をフルベクトル有限要素法によって解いて、光モードと音響モードとの重なりを上記(12)式によって評価して得られたものであって、波長１５５０ｎｍにおける値が示されている。
【００４４】
実施例１Ａおよび比較例１それぞれの光ファイバの実効コア断面積は略８４μｍ２であって互いに略等しい。したがって、各光ファイバ中の光パワー密度分布も互いに略等しい。しかし、ブリルアンゲインスペクトルについては、比較例１の光ファイバと比べて実施例１Ａの光ファイバでは、ピーク幅が広く、ピーク値が小さい。
【００４５】
これは、光モードとの重なりが大きい音響モードが、比較例１の光ファイバでは中心にピークを持つ１つのモードだけであるのに対し、実施例１Ａの光ファイバでは中心にピークを持つモードと第３コア領域１３にピークを持つモードとの２つが存在するからである。このようなブリルアンゲインの違いは、図４および図５に示されるように、各ファイバにおける音響モードの挙動の違いによってもたらされる。
【００４６】
図４は、比較例１の光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。同図（ａ）は、比屈折率差Δおよび比音響屈折率差Δａの径方向分布を示し、同図（ｂ）は、音響波モード振幅，規格化した光パワー密度および規格化した屈折率それぞれの径方向分布を示す。
【００４７】
図５は、実施例１Ａの光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。同図（ａ）は、比屈折率差Δおよび比音響屈折率差Δａの径方向分布を示し、同図（ｂ）および（ｃ）は、音響波モード振幅，規格化した光パワー密度および規格化した屈折率それぞれの径方向分布を示す。同図（ｂ）および同図（ｃ）は、互いに異なる２つの音響モードについて示したものである。
【００４８】
図４および図５で、音響波モードの振幅は上記(13)式で与えられるΔρ／ρ０である。光パワー密度および屈折率それぞれの規格化については、最小値が０となって最大値が１となるように１次関数によって変換することによって行われている。
【００４９】
図４から判るように、比較例１の光ファイバでは、光モードと音響波モードとは、互いに類似した形状の径方向分布を有して、重なりが大きい。すなわち、音響波モード周波数１０.７２３ＧＨｚにおいて、音響モードと光モードとの重なり＜Δρ＞／ρ０ は０.００３６と大きく、このことから、ブリルアンゲインスペクトルにおけるピーク値が大きい。
【００５０】
これに対して、図５から判るように、実施例１Ａの光ファイバでは、光学コア領域１０において第１領域１１および第３領域１３と比較して両者間にある第２領域１２の比音響屈折率比Δａが小さいことから、第１コア領域１１に局在する周波数１０.７３２ＧＨｚの音響波モード（同図（ｂ））と、第３コア領域１３に局在する周波数１０.７６２ＧＨｚの音響波モード（同図（ｃ））とが共に生じる。それぞれの音響波モードは互いに異なる周波数を有し、また、各音響波モードと光モードとの重なりは比較例１の場合よりも小さい。周波数１０.７３２ＧＨｚの音響波モードと光モードとの重なりは０.００２６であり、周波数１０.７６２ＧＨｚの音響波モードと光モードとの重なりは０.００２である。その結果、それぞれの音響波モードの周波数において、比較例１におけるよりも小さなブリルアンゲインが生じ、かつ、ブリルアンゲインの生じる周波数が３０ＭＨｚ異なるので、結果的に、実施例１Ａでは比較例１に比べて、ブリルアンゲインスペクトルのピークの幅が広がり高さが減少する。
【００５１】
ここで、ブリルアンゲインスペクトルのピーク幅の広がりは、下記(21)式で与えられる３ｄＢ幅Δｆ３ｄＢによって評価することができる。ここで、ｇ(ｆ)はブリルアンゲインスペクトルであり、ｇ０は該スペクトルのピークゲインである。図３に示されたブリルアンゲインスペクトルから、比較例１の光ファイバの３ｄＢ幅Δｆ３ｄＢは４０ＭＨｚであるのに対して、実施例１Ａの光ファイバの３ｄＢ幅Δｆ３ｄＢは６３ＭＨｚであり、実施例１Ａの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルのピーク幅が増大していることが判る。
【００５２】
【数２１】
2006184534.tif 000023
文献３「A. Hook et al., J. Lightwave Technol. Vol.10, No.4, pp.493-502 (1992)」などによって公知のように、ブリルアンゲインスペクトルのピーク高さをＰ０としたときに、ＳＢＳしきい値Ｐthは「Ｐth＝定数−Ｐ０」で表される。実施例１Ａでは比較例１よりもＳＢＳしきい値が高くなる。すなわち、実施例１ＡはＳＢＳを生じさせることなく伝送できる光パワーが比較例１よりも高い。また、ＳＢＳしきい値は、ファイバが無限に長く損失係数をαとして実効ファイバ長が１／αで近似できる場合の値で表示した。文献２に示されているように、ＳＢＳしきい値は実効ファイバ長に比例するので、この関係に基づいて任意のファイバ長でのＳＢＳしきい値を予測できる。
【００５３】
実施例１Ａのように、第１コア領域１１および第３コア領域１３のような分離した２つの領域が光学コア領域１０の中に存在し、第１コア領域１１および第３コア領域１３それぞれに局在した音響波モードが存在できることは、光と音響波との重なりを低減することができるので好ましい。
【００５４】
また、実施例１Ａの光ファイバの他の光学特性は、波長１３１０ｎｍでのモードフィールド径が９.２μｍであり、ケーブルカットオフ波長が１.２４μｍであり、波長１５５０ｎｍでの直径３２ｍｍ曲げ損失が０.０３６ｄＢ／ｍであり、ゼロ分散波長が１.３０３μｍであって、ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２Ｄの規格を満たすことができる。このことから、実施例１Ａの光ファイバは、現在広く用いられているＧ.６５２ファイバと互換性を保ちながらＳＢＳしきい値を増大させ、より多くの光パワーを伝送することができる。
【００５５】
波長分散やモードフィールド径などの特性に関してＧ.６５２ファイバと互換であることは、Ｇ.６５２ファイバ用に開発されて既に広く用いられている送受信機などの伝送機器を用いて伝送容量や距離の拡大を可能とするので重要である。例えば、図６に示すような信号分配系では、各受信器へ接続される分岐後線路に十分な光パワーを分配するために、送信器から分岐前線路に大きな光パワーを入射する必要があり、特にアナログ映像信号などの分配でＳＢＳによる信号歪みが問題となる。従来は図６（ａ）のように汎用のＧ.６５２ファイバを用いて線路を構成するのが一般的であったが、図６（ｂ）のようにＳＢＳしきい値の高い実施例１Ａのファイバを用いて線路を構成することにより、分岐前線路に入力可能な光パワーが大きくなり、伝送距離の拡大や受信ＳＮ比の向上や分岐数の増大が可能となる一方、従来の送受信機を流用してコストを低く押さえることができる。
【００５６】
次に、第１実施形態に係る光ファイバ１の第２コア領域１２の屈折率ｎ[2]を変化させた場合の光ファイバ１の特性の変化について図７を用いて説明する。同図（ａ）は、第１実施形態に係る光ファイバ１の第２コア領域１２の屈折率ｎ[2]を変化させた場合の光ファイバ１のＳＢＳしきい値Ｐthおよび実効コア断面積Ａeffそれぞれの変化を示す図である。同図（ｂ）は、第１実施形態に係る光ファイバ１の第２コア領域１２の屈折率ｎ[2]を変化させた場合の光ファイバ１の規格化しきい値（Ｐth／Ａeff）および音響コアｖ値それぞれの変化を示す図である。
【００５７】
第１コア領域１１の比屈折率差Δ[1]および第３コア領域１３の比屈折率差Δ[3]それぞれについては０.４５％として固定し、第２コア領域１２の比屈折率差Δ[2]については、「Δ[2]＝Δ[1]−δΔ」なる式で定義される第２コア領域１２のΔ深さδΔを変化させた。その際、実効コア断面積Ａeffが約８５μｍ２で一定となるようにコア径２Ｒ[3]を定めた。また、比（Ｒ[1]／Ｒ[2]）を０.５２として固定し、また、比（Ｒ[2]／Ｒ[3]）を０.６９として固定した。
【００５８】
図７（ａ）の結果に示されるように、第２コア領域１２のΔ深さδΔを０とした場合（比較例１に相当）から増大させていくと、ＳＢＳしきい値Ｐthは増大していき、第２コア領域１２のΔ深さδΔが０.２５％となるとき（実施例１Ａに相当）において、ＳＢＳしきい値Ｐthは極大値９.３３ｄＢｍとなり、第２コア領域１２がない場合（δΔ＝０）の６.７３ｄＢｍから２.６０ｄＢ増大する。
【００５９】
ＳＢＳしきい値Ｐthが実効コア断面積Ａeffに比例して増大することは文献２などによって知られているが、図７（ｂ）に示されるように、ＳＢＳしきい値Ｐthを実効コア断面積Ａeffで除した規格化しきい値（Ｐth／Ａeff）も同様に、δΔが０.２５％であるときに極大をとることから、従来知られた実効コア断面積Ａeff増大ではない原理によってＳＢＳしきい値Ｐthが改善していることが示される。
【００６０】
また、音響波の波長をλａとし、音響コア領域である第３コア領域１３の径方向厚さをｔとし、第３コア領域１３における縦モード音速をＶ１とし、第３コア領域１３の内側および外側の領域のうち縦モード音速が遅いほう（ここでは第２コア領域１２）の縦モード音速をＶ０として、下記(22)式で定義される音響コアのｖ値が大きいほど、音響コア領域である第３コア領域１３への音響波の閉じ込めが強くなる。図７（ｂ）では、λａは０.５３７μｍである。これは、光波長λを１.５５μｍとし屈折率ｎを１.４４４として(11)式に代入して得られる波数ｋａ＝１１.７／μｍを、「λａ＝２π／ｋａ」に代入して得られる値である。
【００６１】
【数２２】
2006184534.tif 000024
図７（ｂ）に示されるように、この音響コアのｖ値が約０.３５より大きいときに、ＳＢＳしきい値が高くなる。また、第２コア領域１２のΔ深さδΔが０.３５％では第２の極大値１０.５２ｄＢｍとなるが、δΔが０.３％より大きい範囲では光閉じ込めが弱まることから実効コア断面積Ａeffが増大している。
【００６２】
したがって、ＳＢＳしきい値の増大を優先させる場合には、第２コア領域１２のΔ深さδΔを０.３５％程度まで大きくしてもよいが、第２コア領域１２のΔ深さを約０.２５％とすることによって、第２コア領域１２が無い場合の光学特性を実質的に保ちつつＳＢＳしきい値を増大させることができる。これは、第２コア領域１２のΔ深さδΔが約０.２５％であれば、光電界の分布を実質的に変えることなく、音響モード振幅の分布を変えることができるからである。この原理は、本実施形態だけでなく、他のファイバ構造にも適用することができる。
【００６３】
また、図７に示した例では、δΔの増大と共にＳＢＳしきい値が増大しているが、このときブリルアンゲインスペクトルのピーク幅の増大が伴っている。図８は、第１実施形態に係る光ファイバ１のブリルアンゲインスペクトルのピーク幅とＳＢＳしきい値との関係を示す図である。図８の横軸は、３ｄＢ幅拡大率であって、δΔ＝０（比較例１）の場合の３ｄＢ幅ｆ０からの３ｄＢ幅の拡大を相対値として表した量であり、１００×(Δｆ３ｄＢ／Δｆ０−１) [％]で定義される量である。また、縦軸は、δΔ＝０（比較例１）の場合を基準とするＳＢＳしきい値増大量である。図８より、３ｄＢ幅の拡大に伴ってＳＢＳしきい値が改善していることが分かる。３ｄＢ幅拡大率を５０％とすると、ＳＢＳしきい値が約２ｄＢ増大し、伝送距離、容量、分岐数を拡大できるので好ましい。さらに、３ｄＢ拡大率を７５％とすると、ＳＢＳしきい値が約３ｄＢ増大し、さらに好ましい。
【００６４】
次に、第１実施形態に係る光ファイバ１の第２コア領域１２の位置を変化させた場合の光ファイバ１の特性の変化について図９を用いて説明する。同図（ａ）は、第１実施形態に係る光ファイバ１の第２コア領域１２の位置を変化させた場合の光ファイバ１のＳＢＳしきい値Ｐthおよび実効コア断面積Ａeffそれぞれの変化を示す図である。同図（ｂ）は、第１実施形態に係る光ファイバ１の第２コア領域１２の位置を変化させた場合の光ファイバ１の規格化しきい値（Ｐth／Ａeff）および音響コアｖ値それぞれの変化を示す図である。
【００６５】
第２コア領域１２の相対的な幅ｄ（＝(Ｒ[2]−Ｒ[2])／Ｒ[3]）については０.３３として固定し、第２コア領域１２の相対的な位置ｐ（＝(Ｒ[2]＋Ｒ[1])／(2*Ｒ[3])）を変化させた。その際、実効コア断面積Ａeffが約８５μｍ２で一定となるようにコア径２Ｒ[3]を定めた。第１コア領域１１の比屈折率差Δ[1]を０.４５％とし、第２コア領域１２の比屈折率差Δ[2]を０.２０％とし、第３コア領域１３の比屈折率差Δ[3]を０.４５％とし、光学クラッド領域１４の比屈折率差Δ[4]を０％として、それぞれ固定した。図９（ａ）の結果に示されるように、第２コア領域１２の相対的な位置ｐを０.３から０.８まで変化させると、位置ｐが０.５２４であるときに、ＳＢＳしきい値が極大をとるが、これは実施例１Ａにおける値であり、これが最適であることが分かる。
【００６６】
次に、第１実施形態に係る光ファイバ１のより具体的な実施例１Ｂの光ファイバについて説明する。
【００６７】
実施例１Ｂの光ファイバでは、第１領域１１のＧｅＯ２濃度Ｘ[1]は４.３６mol％であり、第２領域１２のＧｅＯ２濃度Ｘ[2]は１.９３mol％であり、第３領域１３のＧｅＯ２濃度Ｘ[3]は２.９９mol％であり、光学クラッド領域１４のＧｅＯ２濃度Ｘ[4]は０mol％である。そして、第１領域１１の比屈折率差Δ[1]は０.４５％であり、第２領域１２の比屈折率差Δ[2]は０.２０％であり、第３領域１３の比屈折率差Δ[3]は０.３１％であり、光学クラッド領域１４の比屈折率差Δ[4]は０％である。また、第１領域１１の縦モード音速Ｖ[1]は５７５１ｍ／ｓであり、第２領域１２の縦モード音速Ｖ[2]は５８５８ｍ／ｓであり、第３領域１３の縦モード音速Ｖ[3]は５８１１ｍ／ｓであり、光学クラッド領域１４の縦モード音速Ｖ[4]は５９４４ｍ／ｓである。さらに、第１領域１１の外半径をＲ[1]とし、第２領域１２の外半径をＲ[2]とし、第３領域１３の外半径をＲ[3]としたときに、第１領域１１および第２領域１２それぞれの外径の比（Ｒ[1]／Ｒ[2]）は０.５０であり、第２領域１２および第３領域１３それぞれの外径の比（Ｒ[2]／Ｒ[3]）は０.６０であり、第３領域１３の直径（２Ｒ[3]）は８.２７μｍである。したがって、(22)式によるｖ値は０.３９となる。ただしλａを０.５３７μｍとする。
【００６８】
図１０は、実施例１Ｂの光ファイバの諸特性を纏めた図表である。この図表には、実施例１Ｂの光ファイバについて、コア径、実効コア断面積Ａeff、ブリルアンゲインピーク波長、ＳＢＳピークゲインおよびＳＢＳしきい値（無限長換算）それぞれの値が示されている。図１１は、波長１５５０ｎｍにおける実施例１Ｂの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルを示す図である。これら図１０および図１１に示された計算結果は、上記(9)式の音響モード方程式をフルベクトル有限要素法によって解いて、光モードと音響モードとの重なりを上記(12)式によって評価して得られたものであって、波長１５５０ｎｍにおける値が示されている。
【００６９】
図１２は、実施例１Ｂの光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。同図（ａ）は、比屈折率差Δおよび比音響屈折率差Δａの径方向分布を示し、同図（ｂ）および（ｃ）は、音響波モード振幅，規格化した光パワー密度および規格化した屈折率それぞれの径方向分布を示す。同図（ｂ）および同図（ｃ）は、互いに異なる２つの音響モードについて示したものである。
【００７０】
実施例１Ｂの光ファイバでは、光学コア領域１０において第１領域１１および第３領域１３と比較して両者間にある第２領域１２の比音響屈折率比Δａが小さいことから、第１コア領域１１に局在する周波数１０.７８４ＧＨｚの音響波モード（同図（ｂ））と、第３コア領域１３に局在する周波数１０.８８７ＧＨｚの音響波モード（同図（ｃ））とが共に生じる。それぞれの音響波モードは互いに異なる周波数を有し、また、各音響波モードと光モードとの重なりは比較例１の場合よりも小さい。周波数１０.７８４ＧＨｚの音響波モードと光モードとの重なりは０.００２４であり、周波数１０.８８７ＧＨｚの音響波モードと光モードとの重なりは０.００２４である。その結果、それぞれの音響波モードの周波数において、比較例１におけるよりも小さなブリルアンゲインが生じ、かつ、ブリルアンゲインの生じる周波数が１０３ＭＨｚ異なるので、結果的結果的に、実施例１Ｂでは比較例１に比べて、ブリルアンゲインスペクトルのピークの幅が広がり高さが減少する。
【００７１】
この実施例１Ｂの光ファイバにおいても、前述の実施例１Ａの光ファイバと同様に、環状音響コアである第３領域１３に局在する音響モードが存在する結果として、ゲインスペクトルのピークが広がってピークゲインが減少し、ＳＢＳしきい値が増大している。実施例１Ｂの光ファイバでは、音響コア領域である第３領域１３の形状がより最適化された結果、ブリルアンゲインスペクトルは高さのほぼ等しい２本のピークを有し、ＳＢＳしきい値も実施例１Ａの光ファイバに比べてより増大して１０.２９ｄＢｍとなり、比較例１の光ファイバからの増大量は３.５６ｄＢとなる。ブリルアンゲインスペクトルの３ｄＢ幅は８１ＭＨｚであり、拡大前の比較例１の光ファイバに比べて約２倍となっている。これは、ブリルアンゲインスペクトルのピークの本数が１本から２本に増えたことによる。
【００７２】
以上に説明した実施例１Ｂの光ファイバはステップ状の屈折率分布を有しているが、実際に作製される光ファイバは必ずしもここに示したようなシャープなステップ状の屈折率分布を有さなくてもよい。その例として、実施例１Ｃの光ファイバの構造と特性を以下に示す。実施例１Ｃの光ファイバは、図１に示された構造を有するが、各領域での組成は空間的に一様ではない。
【００７３】
実施例１Ｃの光ファイバでは、第１領域１１のＧｅＯ２濃度Ｘ[1]は５.０４mol％であり、第２領域１２のＧｅＯ２濃度Ｘ[2]は１.２５mol％であり、第３領域１３のＧｅＯ２濃度Ｘ[3]は４.３６mol％であり、光学クラッド領域１４のＧｅＯ２濃度Ｘ[4]は０mol％である。そして、第１領域１１の比屈折率差Δ[1]は０.５２％であり、第２領域１２の比屈折率差Δ[2]は０.１３％であり、第３領域１３の比屈折率差Δ[3]は０.４５％であり、光学クラッド領域１４の比屈折率差Δ[4]は０％である。また、第１領域１１の縦モード音速Ｖ[1]は５７２１ｍ／ｓであり、第２領域１２の縦モード音速Ｖ[2]は５８８８ｍ／ｓであり、第３領域１３の縦モード音速Ｖ[3]は５７５１ｍ／ｓであり、光学クラッド領域１４の縦モード音速Ｖ[4]は５９４４ｍ／ｓである。さらに、第１領域１１の外半径をＲ[1]とし、第２領域１２の外半径をＲ[2]とし、第３領域１３の外半径をＲ[3]としたときに、第１領域１１および第２領域１２それぞれの外径の比（Ｒ[1]／Ｒ[2]）は０.５６であり、第２領域１２および第３領域１３それぞれの外径の比（Ｒ[2]／Ｒ[3]）は０.６１であり、第３領域１３の直径（２Ｒ[3]）は１０.００μｍである。したがって、(22)式によるｖ値は０.８となる。ただしλａを０.５３７μｍとする。
【００７４】
図１３は、実施例１Ｃの光ファイバの諸特性を纏めた図表である。この図表には、実施例１Ｃの光ファイバについて、コア径、実効コア断面積Ａeff、ブリルアンゲインピーク波長、ＳＢＳピークゲインおよびＳＢＳしきい値（無限長換算）それぞれの値が示されている。図１４は、波長１５５０ｎｍにおける実施例１Ｃの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルを示す図である。これら図１３および図１４に示された計算結果は、上記(9)式の音響モード方程式をフルベクトル有限要素法によって解いて、光モードと音響モードとの重なりを上記(12)式によって評価して得られたものであって、波長１５５０ｎｍにおける値が示されている。
【００７５】
図１５は、実施例１Ｃの光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。同図（ａ）は、比屈折率差Δおよび比音響屈折率差Δａの径方向分布を示し、同図（ｂ）および（ｃ）は、音響波モード振幅，規格化した光パワー密度および規格化した屈折率それぞれの径方向分布を示す。同図（ｂ）および同図（ｃ）は、互いに異なる２つの音響モードについて示したものである。
【００７６】
実施例１Ｃの光ファイバでは、光学コア領域１０において第１領域１１および第３領域１３と比較して両者間にある第２領域１２の比音響屈折率比Δａが小さいことから、第１コア領域１１に局在する周波数１０.７３５ＧＨｚの音響波モード（同図（ｂ））と、第３コア領域１３に局在する周波数１０.８２９ＧＨｚの音響波モード（同図（ｃ））とが共に生じる。それぞれの音響波モードは互いに異なる周波数を有し、また、各音響波モードと光モードとの重なりは比較例１の場合よりも小さい。周波数１０.７３５ＧＨｚの音響波モードと光モードとの重なりは０.００２５であり、周波数１０.８２９ＧＨｚの音響波モードと光モードとの重なりは０.００２である。その結果、それぞれの音響波モードの周波数において、比較例１におけるよりも小さなブリルアンゲインが生じ、かつ、ブリルアンゲインの生じる周波数が９４ＭＨｚ異なるので、結果的に、実施例１Ｃでは比較例１に比べて、ブリルアンゲインスペクトルのピークの幅が広がり高さが減少する。
【００７７】
この実施例１Ｃの光ファイバにおいても、前述の実施例１Ａの光ファイバと同様に、環状音響コアである第３領域１３に局在する音響モードが存在する結果として、ゲインスペクトルのピークが広がってピークゲインが減少し、ＳＢＳしきい値が増大している。実施例１Ｃの光ファイバでは、音響コア領域である第３領域１３の形状がより最適化された結果、ブリルアンゲインスペクトルは２本のピークを有し、ＳＢＳしきい値も実施例１Ａの光ファイバに比べてより増大して１０.２３ｄＢｍとなり、比較例１の光ファイバからの増大量は３.５０ｄＢとなる。ブリルアンゲインスペクトルの３ｄＢ幅は６８ＭＨｚであり、拡大前の比較例１の光ファイバに比べて約１.７倍となっている。
【００７８】
また、実施例１Ｃの光ファイバの他の光学特性は、波長１３１０ｎｍでのモードフィールド径が９.３４μｍであり、ケーブルカットオフ波長が１.１３μｍであり、波長１５５０ｎｍでの直径３２ｍｍ曲げ損失が０.７３ｄＢ／ｍであり、ゼロ分散波長が１.３１９μｍであり、ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２Ｄの規格を満たすことができるため、現在広く用いられているＧ.６５２ファイバと互換性を保ちながらＳＢＳしきい値を増大させ、より多くの光パワーを伝送することができる。
【００７９】
（第２実施形態）
図１６は、第２実施形態に係る光ファイバ２の説明図である。同図（ａ）は光ファイバ２の比音響屈折率Δａの径方向分布を示し、同図（ｂ）は光ファイバ２の比屈折率Δの径方向分布を示し、また、同図（ｃ）は光ファイバ２の構造を示す。
【００８０】
この図に示されるように、光ファイバ２は、図中で一点鎖線で示される中心軸を含む光学コア領域２０と、この光学コア領域２０を囲む光学クラッド領域２１とを備える。また、光学コア領域２０は、内側から順に第１領域２１，第２領域２２および第３領域２３からなる。これら各領域は、中心軸の周りに同心状に配置され、中心軸に沿って延びている（図１６（ｃ））。
【００８１】
光学コア領域２０の平均屈折率は光学クラッド領域２４の屈折率より高い。したがって、この光ファイバ２は、光学コア領域２０に光の導波モードを局在させることができて、光を導波することができる。第２実施形態では、光学領域２０の一部である第２領域２２が環状の音響コア領域であり、この第２領域（音響コア領域）２２に音響波の導波モードを局在させることができる。
【００８２】
第１領域２１の屈折率をｎ[1]とし、第２領域２２の屈折率をｎ[2]とし、第３領域２３の屈折率をｎ[3]とし、光学クラッド領域２４の屈折率をｎ[4]とする。また、第１領域２１の比屈折率差をΔ[1]とし、第２領域２２の比屈折率差をΔ[2]とし、第３領域２３の比屈折率差をΔ[3]とし、光学クラッド領域２４の比屈折率差をΔ[4]とする。各領域の比屈折率差Δ[k]は、該領域の屈折率ｎ[k]および純石英ガラスの屈折率ｎ０から、上記(16)式で表される。このとき、これら各領域の屈折率の大小関係および比屈折率差の大小関係は上記(17)式のとおりである（図１６（ｂ））。
【００８３】
第１領域２１の縦モード音速をＶ[1]とし、第２領域２２の縦モード音速をＶ[2]とし、第３領域２３の縦モード音速をＶ[3]とし、光学クラッド領域２４の縦モード音速をＶ[4]とする。また、第１領域２１の比音響屈折率差をΔａ[1]とし、第２領域２２の比音響屈折率差をΔａ[2]とし、第３領域２３の比音響屈折率差をΔａ[3]とし、光学クラッド領域２４の比音響屈折率差をΔａ[4]とする。各領域の比音響屈折率差Δａ[k]は、該領域の縦モード音速Ｖ[k]および純石英ガラスの縦モード音速Ｖ０から、上記(18)式で表される。このとき、これら各領域の縦モード音速の大小関係および比音響屈折率差の大小関係は下記(23)式のとおりである（図１６（ａ））。
【００８４】
【数２３】
2006184534.tif 000025
なお、各領域で屈折率および縦モード音速それぞれは厳密に一定である必要はない。一定でない場合には領域内で体積によって重み付け平均した値を用いることができる。
【００８５】
このように、第２領域（音響コア領域）２２の縦モード音速Ｖ[2]は、第２領域２２の内側に隣接する第１領域２１の縦モード音速Ｖ[1]より遅く、且つ、第２領域２２の外側に隣接する第３コア領域２３の縦モード音速Ｖ[3]より遅い。そして、第２領域（音響コア領域）２２に局在して中心軸に沿って伝搬する縦モード音響波が存在するように、第２領域（音響コア領域）２２の縦モード音速および径方向厚さが設定されている、
好適には、第１領域２１，第２領域２２，第３領域２３および光学クラッド領域２４それぞれは、純石英ガラスまたはＦ元素が添加された石英ガラスからなる。第１領域２１のＦ元素濃度をＹ[1]とし、第２領域２２のＦ元素濃度をＹ[2]とし、第３領域２３のＦ元素濃度をＹ[3]とし、光学クラッド領域２４のＦ元素濃度をＹ[4]としたときに、これらのパラメータの間に下記(24)式の関係がある。
【００８６】
【数２４】
2006184534.tif 000026
次に、第２実施形態に係る光ファイバ２のより具体的な実施例２の光ファイバについて、比較例２の光ファイバとともに説明する。
【００８７】
実施例２の光ファイバでは、第１領域２１のＦ元素濃度Ｘ[1]は０重量％であり、第２領域２２のＦ元素濃度Ｘ[2]は１.３６７重量％であり、第３領域２３のＦ元素濃度Ｘ[3]は０重量％であり、光学クラッド領域２４のＦ元素濃度Ｘ[4]は１.３６７重量％である。そして、第１領域２１の比屈折率差Δ[1]は０％であり、第２領域２２の比屈折率差Δ[2]は−０.５％であり、第３領域２３の比屈折率差Δ[3]は０％であり、光学クラッド領域２４の比屈折率差Δ[4]は−０.５％である。また、第１領域２１の縦モード音速Ｖ[1]は５９４４ｍ／ｓであり、第２領域２２の縦モード音速Ｖ[2]は５７０１ｍ／ｓであり、第３領域２３の縦モード音速Ｖ[3]は５９４４ｍ／ｓであり、光学クラッド領域２４の縦モード音速Ｖ[4]は５７０１ｍ／ｓである。さらに、第１領域２１の外半径をＲ[1]とし、第２領域２２の外半径をＲ[2]とし、第３領域２３の外半径をＲ[3]としたときに、第１領域２１および第２領域２２それぞれの外径の比（Ｒ[1]／Ｒ[2]）は０.３３であり、第２領域２２および第３領域２３それぞれの外径の比（Ｒ[2]／Ｒ[3]）は０.６０であり、第３領域２３の直径（２Ｒ[3]）は１１.４７μｍである。上記(22)式で定義される音響コアのｖ値は１.２２である。ただしλａを０.５３７μｍとする。
【００８８】
一方、比較例２の光ファイバは、ステップインデックス型の屈折率プロファイルを有するものであって、コア領域およびクラッド領域それぞれがＦ元素添加の石英ガラスからなり、コア領域の比屈折率差が−０.２４％であり、クラッド領域の比屈折率差が−０.５％であり、コア領域の外径が１４.１６μｍである。コア領域における比屈折率差は一定であるとする。
【００８９】
図１７は、実施例２および比較例２それぞれの光ファイバの諸特性を纏めた図表である。この図表には、実施例２および比較例２それぞれの光ファイバそれぞれについて、コア径、実効コア断面積Ａeff、ブリルアンゲインピーク波長、ＳＢＳピークゲインおよびＳＢＳしきい値（無限長換算）それぞれの値が示されている。図１８は、波長１５５０ｎｍにおける実施例２および比較例２それぞれの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルを示す図である。これら図１７および図１８に示された計算結果は、上記(9)式の音響モード方程式をフルベクトル有限要素法によって解いて、光モードと音響モードとの重なりを上記(12)式によって評価して得られたものであって、波長１５５０ｎｍにおける値が示されている。
【００９０】
実施例２および比較例２それぞれの光ファイバの実効コア断面積は略１２５μｍ２であって互いに略等しい。したがって、各光ファイバ中の光パワー密度分布も互いに略等しい。しかし、ブリルアンゲインスペクトルについては、比較例２の光ファイバと実施例２の光ファイバとでは相違している。
【００９１】
これは、比較例２の光ファイバでは、光学コア領域２０全体に広がった音響モードが存在して、その音響モードと光モードとを重なりが強い結果、音響モードの周波数１０.８６４ＧＨｚに強いブリルアンゲインピークが生じるのに対し、実施例２の光ファイバでは、環状の音響コア領域である第２コア領域２２に局在した音響モードが存在し、それと光との重なりが小さい結果、音響モードの周波数１０.６８１に生じるブリルアンゲインピークが比較的弱いからである。また、実施例２の光ファイバでは、第１コア領域２１に弱く局在した周波数１１.０６４ＧＨｚの音響モードも存在し、これも光との重なりが小さいことから、１１.０６４ＧＨｚにおける弱いブリルアンゲインピークを生じさせる。このようなブリルアンゲインの違いは、図１９および図２０に示されるように、各ファイバにおける音響モードの挙動の違いから説明することができる。
【００９２】
図１９は、比較例２の光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。同図（ａ）は、比屈折率差Δおよび比音響屈折率差Δａの径方向分布を示し、同図（ｂ）は、音響波モード振幅，規格化した光パワー密度および規格化した屈折率それぞれの径方向分布を示す。
【００９３】
図２０は、実施例２の光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。同図（ａ）は、比屈折率差Δおよび比音響屈折率差Δａの径方向分布を示し、同図（ｂ）および（ｃ）は、音響波モード振幅，規格化した光パワー密度および規格化した屈折率それぞれの径方向分布を示す。同図（ｂ）および同図（ｃ）は、互いに異なる２つの音響モードについて示したものである。
【００９４】
図１９および図２０で、音響波モードの振幅は上記(13)式で与えられるΔρ／ρ０である。光パワー密度および屈折率それぞれの規格化については、最小値が０となって最大値が１となるように１次関数によって変換することによって行われている。
【００９５】
図１９から判るように、比較例２の光ファイバでは、光モードと音響波モードとは、互いに類似した形状の径方向分布を有して、重なりが０.００２９であって大きい。その結果、ＳＢＳによるゲインが大きくなり、ゲインスペクトルは音響波の周波数１０.８６４ＧＨｚにおいて強いピークを持つ。
【００９６】
これに対して、図２０から判るように、実施例２の光ファイバでは、環状の音響コア領域として第２コア領域２２が存在する結果、音響コア領域に局在する音響波が存在し、この音響波と光との重なりは、比較例２の光ファイバより小さい０.００１９となる。その結果、実施例２の光ファイバでは、比較例２の光ファイバと比べて、音響波モードの周波数１０.６８１ＧＨｚにおいて小さなゲインが生じ、結果的に、ブリルアンゲインスペクトルのピークの高さが減少し、ＳＢＳしきい値が増大する。すなわち、実施例２の光ファイバは、ＳＢＳを生じさせることなく伝送できる光パワーが比較例２の光ファイバより高い。また、実施例２の光ファイバでは、第１コア領域２１に弱く局在した音響波が１１.０６４ＧＨｚの周波数に存在し、この音響波と光との重なりが０.００１であって小さいことから、低いブリルアンゲインピークを１１.０６４ＧＨｚに生じさせる。このように、実施例２の光ファイバにおいても、第１コア領域２１および第２コア領域２２という互いに異なる位置それぞれに局在した音響波モードが存在することが好ましく、これによって個々の音響モードと光との重なりが低減されてブリルアンゲインが低下し、ＳＢＳしきい値が上昇する。なお、比較例２の光ファイバにおける３ｄＢ幅は４０ＭＨｚであるのに対して、実施例２の光ファイバにおける３ｄＢ幅は７６ＭＨｚであり、実施例２の光ファイバのブリルアンゲインスペクトルのピーク幅が拡大していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１実施形態に係る光ファイバ１の説明図である。
【図２】実施例１Ａおよび比較例１それぞれの光ファイバの諸特性を纏めた図表である。
【図３】波長１５５０ｎｍにおける実施例１Ａおよび比較例１それぞれの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルを示す図である。
【図４】比較例１の光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。
【図５】実施例１Ａの光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。
【図６】信号分配系システムを示す図である。
【図７】第１実施形態に係る光ファイバ１の第２コア領域１２の屈折率ｎ[2]を変化させた場合の光ファイバ１の特性の変化を示す図である。
【図８】第１実施形態に係る光ファイバ１のブリルアンゲインスペクトルのピーク幅とＳＢＳしきい値との関係を示す図である。
【図９】第１実施形態に係る光ファイバ１の第２コア領域１２の位置を変化させた場合の光ファイバ１の特性の変化を示す図である。
【図１０】実施例１Ｂの光ファイバの諸特性を纏めた図表である。
【図１１】波長１５５０ｎｍにおける実施例１Ｂの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルを示す図である。
【図１２】実施例１Ｂの光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。
【図１３】実施例１Ｃの光ファイバの諸特性を纏めた図表である。
【図１４】波長１５５０ｎｍにおける実施例１Ｃの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルを示す図である。
【図１５】実施例１Ｃの光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。
【図１６】第２実施形態に係る光ファイバ２の説明図である。
【図１７】実施例２および比較例２それぞれの光ファイバの諸特性を纏めた図表である。
【図１８】波長１５５０ｎｍにおける実施例２および比較例２それぞれの光ファイバのブリルアンゲインスペクトルを示す図である。
【図１９】比較例２の光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。
【図２０】実施例２の光ファイバの音響モードの挙動を説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１，２…光ファイバ、１０…光学コア領域、１１…第１領域、１２…第２領域、１３…第３領域（音響コア領域）、１４…光学クラッド領域、１０…光学コア領域、２１…第１領域、２２…第２領域（音響コア領域）、２３…第３領域、２４…光学クラッド領域。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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