(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心から外周に向かって、中心コア、中間クラッド、トレンチ、および光クラッドを備える単一モード光ファイバであって、
前記中心コアは、半径ｒ１と、２．６×１０−３から３．５×１０−３の範囲内の前記光クラッドに対する屈折率差Δｎ１と、以下の式
【数１】
0005804793.tif 000013
で定義される体積Ｖ１１とを有し、
前記中間クラッドは、半径ｒ２と、前記光クラッドに対する屈折率差Δｎ２とを有し、
前記トレンチは、２４μｍ未満の半径ｒ３と、−１５．０×１０−３から−４．５×１０−３の範囲内の前記光クラッドに対する屈折率差Δｎ３とを有し、該トレンチの体積Ｖ１３が、
【数２】
0005804793.tif 000014
のように定義され、１７０％・μｍ２から８３０％・μｍ２の範囲内にあり、
前記トレンチの体積Ｖ１３は、前記中心コアの体積Ｖ１１の関数として、式：Ｖ１３＞２．２１×１０４ｅｘｐ（−０．１１７×Ｖ１１）＋１７０を満たし、Ｖ１１およびＶ１３は、％・μｍ２で表され、
１５５０ｎｍの波長において、１５０μｍ２以上の実効面積を有することを特徴とする単一モード光ファイバ。
【請求項２】
１５５０ｎｍの波長において、１０ｍｍの曲げ半径に対して５ｄＢ／ｍ未満のマクロベンド損失を有することを特徴とする請求項１に記載のファイバ。
【請求項３】
１６２５ｎｍの波長において、１０ｍｍの曲げ半径に対して１０ｄＢ／ｍ未満の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に記載のファイバ。
【請求項４】
１６２５ｎｍの波長において、３０ｍｍの曲げ半径に対して０．０５ｄＢ／１００ターン未満のマクロベンド損失を有す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ファイバ。
【請求項５】
前記中心コアの半径（ｒ１）は、６．５μｍから１０μｍの範囲内に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ファイバ。
【請求項６】
前記中間クラッドの半径（ｒ２）と前記中心コアの半径（ｒ１）との差（ｒ２−ｒ１）は、２．０μｍから１０μｍの範囲内、好ましくは３．５μｍから１０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のファイバ。
【請求項７】
前記トレンチの半径（ｒ３）と前記中間クラッドの半径（ｒ２）との差（ｒ３−ｒ２）は、３μｍから１２μｍの範囲内に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ファイバ。
【請求項８】
前記中間クラッドは、−１×１０−３から＋１×１０−３の範囲内の前記光クラッドに対する屈折率差（Δｎ２）を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のファイバ。
【請求項９】
２０００ｎｍ以下、好ましくは１８００ｎｍ以下、より好ましくは１６００ｎｍ以下のインケーブル遮断波長を有す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ファイバ。
【請求項１０】
１５５０ｎｍの波長において、１３μｍ以上のモードフィールド径（ＭＦＤ）を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のファイバ。
【請求項１１】
１５５０ｎｍの波長において１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内、好ましくは１５５０ｎｍの波長において１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内の波長分散を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のファイバ。
【請求項１２】
１５５０ｎｍの波長において０．０８ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満、好ましくは１５５０ｎｍの波長において０．０７０ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満の波長分散勾配を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のファイバ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のファイバの少なくとも一部を受けることを特徴とする光システム。
【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、曲げ損失を増加させることなく、実効面積が拡大された光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に言って、光ファイバの分野においては、非線形効果を計算するために実効面積の概念が導入されていた。それは、通常、光ファイバの使用可能部分に対応しており、ファイバ内を伝搬する電界のモード分布に基づいて定義される。
【０００３】
限定されない一例として、実効面積Ａｅｆｆは、以下のように定義される。
【数１】
0005804793.tif 000002
ここで、Ｆ（ｒ）は、半径ｒ、すなわち、ファイバを横切り且つファイバの中心に位置する軸上のある点を原点とする極座標系における極距離ｒにおける基本モードＬＰ０１のモード分布である。
【０００４】
さらに、光ファイバの屈折率は、通常、ファイバの半径の関数としての屈折率のグラフ形状に応じて特定される。従来より、光ファイバの中心までの距離ｒを横軸に沿って表し、距離ｒにおける屈折率とファイバの外側クラッドの屈折率との差を縦座標軸の上方に表している。光クラッドをもたらす外側クラッドは、実質的に一定の屈折率を有する。この光クラッドは、通常、純シリカで構成されるが、１つまたは複数のドープ剤を含んでもよい。従って、屈折率プロファイルは、ステップ型プロファイル、台形型プロファイル、放物型プロファイル（アルファ型プロファイルおよびグレーデッド・インデックスプロファイルとしても知られる）、または三角形型プロファイルとして表される。これらのグラフは、それぞれ、ステップ、台形、放物、三角形の形状を有する。これらの曲線は、通常、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表しており、実際にはファイバ製造上の制約により若干異なるプロファイルとなる可能性がある。
【０００５】
従来より、光ファイバは、光信号を伝達するとともに場合によっては増幅する光コアと、光信号をコア内に閉じこめるための光クラッド（外側クラッドとも呼ばれる）で構成される。そのために、コアの屈折率ｎｃおよびクラッドの屈折率ｎｇは、ｎｃ＞ｎｇとされる。当技術分野で周知のように、光信号は、コア−クラッドアセンブリのある距離において、コアに誘導された基本モード（ＬＰ０１モード）と、クラッドモードと呼ばれる誘導二次モードとで単一モード光ファイバ内を伝搬する。
【０００６】
コアは、複数のゾーンから構成されてもよい。複数のゾーンは、
半径ｒ１および屈折率ｎ１＞ｎｇを有する中心部または中心コアと、
中心コアと光クラッドとの間の複数の他のゾーンと、を含む。
複数の他のゾーンは、それぞれ半径ｒｉおよび屈折率ｎｉ＜ｎ１を有する。屈折率ｎｉは、光クラッドの屈折率ｎｇ未満であってもよいし、またはそれより大きくてもよい。
【０００７】
光クラッドの屈折率ｎｇに近い屈折率を有する中心コアと光クラッドとの間のゾーンは、内側クラッドと呼ばれることもある。光クラッドの屈折率ｎｇよりも低い屈折率を有するゾーンは、埋込（buried）クラッドまたはトレンチ（trench）と呼ばれることもある。
【０００８】
シングルモードファイバ（ＳＭＦ）としても知られるステップインデックス型ファイバは、従来より、光ファイバ伝送システムにおけるラインファイバとして用いられている。これらのファイバは、特定の電気通信規格を満たす波長分散および波長分散勾配と、標準化された遮断波長および実効面積値を示す。
【０００９】
インケーブル（in-cable）遮断波長は、ＩＥＣ規格６０７９３−１−４４において国際電気標準会議の小委員会８６Ａによって規定されるように、ファイバを２２メートルにわたって伝搬した後、光信号がもはや単一モード信号でなくなる波長である。曲げ損失に対して最も耐性を示す二次モードは、通常ＬＰ１１モードである。従って、インケーブル遮断波長は、ファイバを２２メートルにわたって伝搬した後、ＬＰ１１モードがそこから十分に減衰する波長である。上記の規格により提案される方法は、ＬＰ１１モードの減衰が１９．３デシベル（ｄＢ）よりも大きい場合、光信号を単一モード信号と見なすことを意味する。ＩＥＣ規格６０７９３−１−４４に示されるＩＥＣの小委員会８６Ａの勧告によれば、インケーブル遮断波長は、ファイバに半径４０ミリメートル（ｍｍ）の２つのループを与え、残りのファイバ（２１．５メートル（ｍ）のファイバ）を半径１４０ｍｍのドラムに巻くことにより測定される。
【００１０】
実効ファイバ遮断波長もまた、ＩＥＣ規格６０７９３−１−４４によって規定される。実効ファイバ遮断波長は、半径１４０ｍｍのドラムに巻かれた２ｍのファイバにおいて、ＬＰ１１モードの減衰が１９．３ｄＢ以上となる波長である。
【００１１】
地上伝送システムは、通常、正分散、約８０平方マイクロメートル（μｍ２）以下の実効面積Ａｅｆｆ、および約０．１９デシベル・パー・キロメートル（ｄＢ／ｋｍ）の減衰を有する標準シングルモードファイバ（ＳＳＭＦ）を用いる。
【００１２】
リピーターを用いた海底伝送システムは、正分散、大実効面積（約１００μｍ２から１１０μｍ２）、および低減衰（０．１７ｄＢ／ｋｍから０．１９ｄＢ／ｋｍ）を有するファイバと、負分散を有するファイバとを備えるハイブリッド伝送路を用いる。
【００１３】
リピーターを用いない海底伝送システムは、通常、正分散を有するファイバ（８０μｍ２から１００μｍ２の範囲の実効面積を有する純シリカコアファイバ）の組み合わせを備えた伝送路を用いる。近年、実験室レベルにおいて、コヒーレント検出および高度な変調フォーマットを用いることにより、約１２０μｍ２の実効面積を有するファイバで伝送距離性能に関して従来の記録を破る結果が得られている。
【００１４】
当技術分野において知られるように、伝送ファイバの実効面積を増大させることは、有害なファイバの非線形効果を低減するのに役立つ。大きな実効面積を有する伝送ファイバは、より長距離にわたる伝送を可能とし、および／または、伝送システムの動作マージンの増大させる。
【００１５】
しかしながら、現在の約１３０μｍ２の実効面積Ａｅｆｆは、例えば低レベルの曲げ損失と１４５０ナノメートル（ｎｍ）未満のインケーブル遮断波長λｃｃを保証する場合や、波長分散および波長分散勾配が補償モジュールまたはコヒーレント検出および高度な変調フォーマットのいずれかにより処理される場合に、最大限度を得られる可能性が高いことを示す。
【００１６】
従って、製造コストを大きく増大させることなく、且つ、曲げ損失の観点において性能を低下させることなく、１５０μｍ２を超えて実効面積Ａｅｆｆを増大させるという課題が生じている。
【００１７】
第２の目的は、波長分散および波長分散勾配を、それぞれ２２ピコ秒・パー・ナノメートル・パー・キロメートル（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）未満および０．０７ピコ秒・パー・平方ナノメートル−キロメートル（ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ））の値に維持し、Ｃバンド［１５３０ｎｍ−１５６９ｎｍ］にわたって単一モード伝送を保証することである。
【００１８】
単一モードファイバの実効面積を増大させるために、ステップインデックス型ファイバのプロファイルは、通常、一定のクラッド構造または埋込クラッド構造のいずれかが採用されている。
【００１９】
米国特許第６，６５８，１９０号明細書は、１００μｍ２よりおおきな実効面積Ａｅｆｆを有するこの種のプロファイルを開示している。
【００２０】
しかしながら、米国特許第６，６５８，１９０号明細書に開示された実施例は、曲げ損失または製造コストのいずれに関しても最適化されていない。米国特許第６，６５８，１９０号明細書に開示されたサンプル５は、一定のクラッドおよび１５５μｍ２の実効面積を備えるシングルモードファイバプロファイルを有するが、そのマクロベンド損失およびマイクロベンド損失は、満足できるものではない。ステップインデックス型ファイバおよび埋込クラッドプロファイル用いたサンプル６，７，および８は、１５０μｍ２よりも大きい実効面積を有するが、埋込クラッドの外側半径が非常に大きく（２９マイクロメートル（μｍ）より大きい）、これは製造コストに不利である。
【００２１】
米国特許第７，０７６，１３９号明細書は、Δｎ１＜４．４×１０−３およびＡｅｆｆ≧１２０μｍ２のステップインデックス型および埋込クラッドの光ファイバを開示している。
【００２２】
しかしながら、米国特許第７，０７６，１３９号明細書に開示されたどの実施例も、増大された実効面積、低曲げ損失、および小さい埋込クラッドの外側半径の組み合わせを可能とするファイバプロファイルを用いていない。米国特許第７，０７６，１３９号明細書の表２は、確かにＡｅｆｆ＝１５６μｍ２である実施例を示しているが、埋込クラッドの外側半径があまりに大きく（およそ３１μｍ）、製造コストが高くなってしまう。
【００２３】
米国特許第６，４８３，９７５号明細書は、中心コア、中間クラッド、および埋込クラッドから成る、１００μｍ２よりも大きい実効面積Ａｅｆｆを有するファイバプロファイルを開示している。
【００２４】
しかしながら、中心コアの半径が小さすぎるとともに（６．４μｍ未満）、埋込クラッドが大きすぎ（１５μｍより大きい）且つ不十分な深さである（−２．９×１０−３を超える深さ）ので、１５０μｍ２より大きい実効面積と満足できる曲げ損失の両方を得ることは不可能である。また、埋込クラッドの外側半径が非常に大きく、製造コストが高くなってしまう。
【００２５】
欧州特許第１，４７７，８３１号明細書は、特に、中心コア、中間クラッド、および埋込クラッドから成り、９５μｍ２より大きい実効面積Ａｅｆｆ（一実施例において、Ａｅｆｆ＝１７１μｍ２）および１３１０ｎｍ以下のインケーブル遮断波長λｃｃを有するファイバプロファイルを開示している。
【００２６】
しかしながら、このような値のλｃｃのために、１５０μｍ２以上の実効面積と良好な曲げ損失性能の両方を有することは不可能である。さらに、埋込クラッドの外径が非常に大きく（３３μｍより大きい）、これは製造コストを大幅に増大させる。
【００２７】
米国特許第７，２５４，３０５号明細書は、中心コア、中間クラッド、および埋込クラッドを備え、０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ未満の波長分散勾配および０．２０ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有するファイバプロファイルを開示している。
【００２８】
米国特許第７，２５４，３０５号明細書に開示された、インケーブル遮断波長λｃｃ＝１８５４ｎｍにおける実効面積Ａｅｆｆの最大値は、１０６μｍ２である。
【００２９】
しかしながら、米国特許第７，２５４，３０５号明細書に開示されたプロファイルにおいては、Δｎ１、すなわち中心コアと外側クラッドとの間の屈折率差（４．３×１０−３よりも大きい）と、Δｎ３、すなわちトレンチと外側クラッドとの間の屈折率差（−４．３×１０−３よりも大きい）の値が非常に高すぎて、１５０μｍ２より大きな実効面積と満足できる曲げ損失の両方を得ることは不可能である。
【００３０】
欧州特許１，９７８，３８３号明細書は、中心コア、中間クラッド、および埋込クラッドを備え、１２０μｍ２以上の実効面積Ａｅｆｆおよび１６００ｎｍ未満の実効ファイバ遮断波長を有するファイバプロファイルを開示している。
【００３１】
欧州特許１，９７８，３８３号明細書に開示された全ての実施例は、３．９×１０−３を超える屈折率差Δｎ１の中心コアを有する。しかしながら、遮断波長および中心コアの屈折率に対する上記の制約のために、１５０μｍ２以上の実効面積を達成することは不可能である。欧州特許１，９７８，３８３号明細書に開示されたＡｅｆｆの最高値は、わずか１３５μｍ２である。
【００３２】
国際特許出願公開第ＷＯ２００８／１３７１５０号は、中心コア、中間クラッド、および埋込クラッドを備え、１１０μｍ２よりも大きい実効面積Ａｅｆｆ、１５００ｎｍ未満のインケーブル遮断波長λｃｃ、および波長１５５０ｎｍで１０ｍｍの曲げ半径に対し０．７デシベル・パー・ターン（ｄＢ／ｔｕｒｎ）未満のマクロベンド損失を有するファイバプロファイルを開示している。
【００３３】
しかしながら、λｃｃおよび／または曲げ損失に対するこのような制約のために、１５０μｍ２以上の実効面積を得ることは不可能である。国際特許出願公開第ＷＯ２００８／１３７１５０号には、Ａｅｆｆ＞１５０μｍ２である２つの実施例が与えられている。
まず第１にファイバ７であるが、これは、Ａｅｆｆが１５５μｍ２の値を有し、埋込クラッドの外側半径が非常に大きい（およそ２７．５μｍ）。これは、高い製造コストにつながる。
第２にファイバ８であるが、これは、Ａｅｆｆが１６７μｍ２の値を有し、埋込クラッドの外側半径が１８．５μｍである。しかしながら、マクロベンド損失が最適化されていない（マクロベンド損失は、波長１５５０ｎｍで約１０デシベル・パー・メートル（ｄＢ／ｍ）であり、且つ波長１６２５ｎｍで３０ｍｍの曲げ半径に対し０．１ｄＢ／１００ターンより大きい）。さらに、トレンチの体積（下記参照）が、中心コアの寸法の関数として最適化されていない。
【００３４】
従って、上述の従来技術は、ファイバの製造コストを大きく増大させることなく、大きな実効面積と比較的低いマクロベンド損失およびマイクロベンド損失を有するトレンチ光ファイバを得ることを可能とするプロファイルおよび／または伝搬特性に関して満足のいく妥協点（compromise）を提案していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
本発明は、ファイバの性能に寄与するパラメータ間に、従来技術よりもよい妥協点を提案することを目的とする。
【００３６】
特に、本発明は、中心コア、中間クラッド、埋込クラッド、および光クラッドを備えるプロファイルを用いることを提案する。コアは、２．６×１０−３から３．５×１０−３の範囲内の光クラッドに対する屈折率差Δｎ１を有し、埋込クラッドは、２４μｍ未満の外側半径を有する。また、光ファイバの埋込クラッドのインケーブル遮断波長λｃｃに対する制約を緩和することも提案される。すなわち、このようなファイバに対して１５５０ｎｍの波長で１５０μｍ２以上の実効面積を達成するために、λｃｃの値はそれでもなお２０００ｎｍ以下のままであるが、インケーブル遮断波長λｃｃの増加を許容することが提案される。
【００３７】
上述のλｃｃに対する制約の限定的な緩和を可能とするとともに、非常に低い曲げ損失を保証するために、特にトレンチの位置および寸法を最適化することが提案される。
【００３８】
さらに、１５５０ｎｍの波長に対し、波長分散を１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内の値に、またはさらに２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の値に維持することと、波長分散勾配を０．０８ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満の値に、またはさらに０．０７０ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満の値に維持することが提案される。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
この目的のために、本発明は、中心から外周に向かって、中心コア、中間クラッド、トレンチ、および光クラッドを備える単一モード光ファイバを特に提案する。このファイバにおいて、
中心コアは、半径ｒ１と、２．６×１０−３から３．５×１０−３の範囲内の光クラッドに対する屈折率差Δｎ１とを有し、
中間クラッドは、半径ｒ２と、光クラッドに対する屈折率差Δｎ２とを有し、
トレンチは、２４μｍ未満であって、好ましくは１４μｍから２４μｍの範囲内の半径ｒ３と、−１５．０×１０−３から−４．５×１０−３の範囲内の光クラッドに対する屈折率差Δｎ３とを有し、該トレンチの体積Ｖ１３が、
【数２】
0005804793.tif 000003
のように定義され、１７０パーセント・平方マイクロメートル（％.μｍ２）から８３０％.μｍ２の範囲内にあり、
当該ファイバは、１５５０ｎｍの波長において、１５０μｍ２以上の実効面積を有する。
【００４０】
このように、上記の屈折率差Δｎ１は、１５５０ｎｍの波長において１５０μｍ２以上の実効面積Ａｅｆｆの達成を可能とし、上記の半径ｒ３は、製造コストの低減を可能とし、上記の屈折率差Δｎ３は、曲げ損失を最小化する最小体積とインケーブル遮断波長を最小化する最大体積との間における満足のいくトレンチ体積の取得を可能とする。
【００４１】
特定の一実施形態において、トレンチの体積Ｖ１３は、以下のように定義される中心コアの体積Ｖ１１の関数として、式：Ｖ１３＞２．２１×１０４ｅｘｐ（−０．１１７×Ｖ１１）＋１７０を満たし、Ｖ１１およびＶ１３は、％.μｍ２で表される。
【数３】
0005804793.tif 000004
【００４２】
本発明のファイバは、１５５０ｎｍの波長において、１０ｍｍの曲げ半径に対して５ｄＢ／ｍ未満のマクロベンド損失を有利に有する。
【００４３】
本発明のファイバは、１６２５ｎｍの波長において、１０ｍｍの曲げ半径に対して１０ｄＢ／ｍ未満のマクロベンド損失を有利に有する。
【００４４】
本発明のファイバは、１６２５ｎｍの波長において、３０ｍｍの曲げ半径に対して０．０５ｄＢ／１００ターン未満のマクロベンド損失を有利に有する。
【００４５】
トレンチの体積Ｖ１３と中心コアの体積Ｖ１１との間の上記の関係は、マクロベンド損失が前記の値を超えないことの保証を可能とする。
【００４６】
特定の一実施形態において、中心コアの半径（ｒ１）は、６．５μｍから１０μｍの範囲内にある。
【００４７】
これは、Δｎ１の値の範囲を前記のようにした状態で、１５５０ｎｍの波長で１５０μｍ２以上の実効面積Ａｅｆｆの達成を可能とする。
【００４８】
特定の実施形態において、中間クラッドの半径（ｒ２）と中心コアの半径（ｒ１）との差（ｒ２−ｒ１）は、２．０μｍから１０μｍの範囲内、またはさらに３．５μｍから１０μｍの範囲内にある。
【００４９】
別の実施形態において、中間クラッドの半径（ｒ２）は、８．５μｍから２０．０μｍに及ぶ。
【００５０】
第１に、上記のｒ２−ｒ１の最小値は、波長分散および波長分散勾配を前記の値の範囲内に維持することを可能とする。それに対して、上記のｒ２−ｒ１の最大値は、トレンチの外側半径ｒ３の制限を可能とし、曲げ損失が前記の値を超えない保証を可能とする。
【００５１】
特定の一実施形態において、トレンチの半径（ｒ３）と中間クラッドの半径（ｒ２）との差（ｒ３−ｒ２）は、３μｍから１２μｍの範囲内にある。
【００５２】
これは、制限された外側半径と相まって、十分に大きなトレンチ体積を得ることを可能とする。
【００５３】
本発明の実施形態に係るファイバは、１つまたは複数の以下の特徴を有する。
−中間クラッドは、−１×１０−３から＋１×１０−３の範囲内の光クラッドに対する屈折率差（Δｎ２）を有する。
−このファイバは、２０００ｎｍ以下、またはさらに１８００ｎｍ以下、またはさらに１６００ｎｍ以下のインケーブル遮断波長を有する。
−このファイバは、１５５０ｎｍの波長において、１３μｍ以上のモードフィールド径（ＭＦＤ）を有する。
−このファイバは、１５５０ｎｍの波長において、１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内、またはさらに１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内の波長分散を有する。
−このファイバは、１５５０ｎｍの波長において、０．０８ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満、またはさらに０．０７０ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満の波長分散勾配を有する。
【００５４】
このように、本発明の光ファイバは、同程度の実効面積、波長分散、波長分散勾配、およびファイバ径の従来のファイバよりも低い曲げ損失と小さい埋込クラッドの外側半径を有する。
【００５５】
本発明はまた、本発明のファイバの少なくとも一部を受ける光システムを提案する。
【００５６】
他の本発明の特徴および利点は、限定されない実施例により与えられる本発明の特定の実施形態に係る以下の記載を、添付の図面を参照して読むことにより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の特定の実施形態に係る光ファイバの理論上のプロファイルのグラフ表示である。
【図２】本発明の第２の特定の実施形態に係る光ファイバの理論上のプロファイルのグラフ表示である。
【図３】本発明の光ファイバのプロファイルにおけるトレンチの最小体積および最大体積を、ファイバ中心コアの体積の関数としてそれぞれ表す２つの曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明は、インケーブル遮断波長λｃｃに対する制約を緩和することにより、すなわち、λｃｃが１４５０ｎｍを超えることを許容することにより、単一モード光ファイバの実効面積Ａｅｆｆを１５０μｍ２より大きくすることを提案する。
【００５９】
そのために、本発明は、埋込クラッドファイバプロファイルを用いることを提案する。
【００６０】
従って、本発明のファイバは、中心コア、中間クラッド、および埋込クラッドまたはトレンチを有する。中心コア、中間クラッドおよび埋込クラッドは、通常、化学気相堆積法（ＣＶＤ）により石英チューブの内側に製造される。外側の光クラッドは、チューブおよびチューブのオーバークラッドから成り、これは通常、天然のまたはドープされたシリカであるが、別の堆積技術（気相軸付け法（ＶＡＤ）、または外付け気相堆積法（ＯＶＤ））により同様に製造されてもよい。
【００６１】
例えば、埋込クラッドは、プラズマ気相堆積法（ＰＣＶＤ）により取得されてもよい。これは、深く埋められたクラッドを形成するために、大量のフッ素（またはシリカよりも屈折率を低くすることができる他のドープ剤）を組み込むことを可能とする。ドーピングではなく、マイクロホールまたはマイクロバブルを組み込むことにより埋込クラッドを製造することが同様に想定されてもよい。しかしながら、工業的な製造においては、ドーピングは、通常、マイクロバブルの組み込みよりも制御が容易である。
【００６２】
本発明に係るファイバにおける中心コアのプロファイルは、ステップインデックス型、台形型、またはグレーデッドインデックス型のプロファイルであってよい。これらのプロファイルの例は、本発明の範囲を限定しない。
【００６３】
埋込クラッドまたはトレンチの位置および体積は、以下の目的のために、中心コアの寸法に応じて最適化されてよい。
−曲げ損失を最小化すること
−製造コストを大幅に増大させないために、埋込クラッドの外側半径を最小化すること
−インケーブル遮断波長を２０００ｎｍ以下の値に出来る限り維持すること
【００６４】
トレンチの体積は、以下の両方を満足するよう有利に選択される。
−非常に低いマイクベンド損失、すなわち、１５５０ｎｍの波長において１０ｍｍの曲げ半径に対して５ｄＢ／ｍ未満の損失、１６２５ｎｍの波長において１０ｍｍの曲げ半径に対して１０ｄＢ／ｍ未満の損失、および１６２５ｎｍの波長において３０ｍｍの曲げ半径に対して０．０５ｄＢ／１００ターン未満の損失を得るのに十分なほど大きいこと
−所与の実効面積Ａｅｆｆに対してインケーブル遮断波長λｃｃが最小化されるのに十分なほど小さいこと
【００６５】
トレンチの位置は、以下の両方を満足するようさらに有利に選択される。
−埋込クラッドの外側半径およびマイクロベンド損失を最小化するのに十分なほど中心コアに近いこと
−波長分散を１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲に、波長分散勾配を０．０８ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満に維持するのに十分なほどコアから遠いこと、さらに有利には、波長分散を１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲に、波長分散勾配を０．０７ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満に維持するのに十分なほどコアから遠いこと
【００６６】
図１は、本発明の第１の特定の実施形態に係る伝送ファイバ用の屈折率プロファイルを示す。これは、ステップインデックス型プロファイル（すなわち、段のある中心コア）を有する。
【００６７】
図２は、本発明の第２の特定の実施形態に係る伝送ファイバ用の屈折率プロファイルを示す。これは、グレーデッドインデックス型プロファイル（すなわち、アルファ型中心コア、放物型コアとも呼ばれる）を有する。
【００６８】
これらの２つの実施形態は、限定されない実施例にすぎないことを留意されたい。実際、中心コアは、例えば台形状であってもよい。
【００６９】
これらのプロファイルは、理論上のプロファイルであり、プリフォームを線引きすることにより実際に得られるファイバは、若干異なるプロファイルを有する可能性がある。
【００７０】
当技術分野において知られるように、光ファイバはプリフォームを線引きすることにより得られる。プリフォームは、例えば、最終外側光クラッドの一部を形成し、ファイバの中心コアおよび内側クラッドを囲む非常に高品質なガラス（純シリカ）チューブから成る。このチューブは、その後、ファイバ線引きタワーで線引きされる前に、オーバークラッドされてその直径を増大される。プリフォームを製造するために、チューブは通常、ガラス製造タワーに水平に取り付けられ、その２つの端部でガラスロッドにより保持される。チューブは、その後、プリフォーム構成を決定する成分を堆積するために、回転および局所的に加熱される。この構成は、最終的なファイバの光学特性を決定する。
【００７１】
本発明のファイバは、光クラッドをもたらす外側クラッドに対する屈折率差Δｎ１を有する中心コア（その屈折率差の値は、コアがステップインデックス型とグレーデッドインデックス型のいずれのプロファイルを有するかに応じて、実質的に一定であってもよいし、またはファイバの中心に対する距離ｒによって変化してもよい）と、外側クラッドに対する屈折率差Δｎ２を有する中間クラッド（その屈折率差は一定且つできる限り負）と、外側クラッドに対する一定の負の屈折率差Δｎ３を有する埋め込みクラッドまたはトレンチとを有する。明細書中において、屈折率差という表現は、値ゼロの屈折率差を含むことを留意されたい。
【００７２】
中間クラッドおよびトレンチの屈折率は、それらの全長にわたって実質的に一定である。図１の実施形態において、中心コアの屈折率は実質的に一定であり、図２の実施形態において、屈折率は放物曲線に沿って、中心からファイバの外側に向かって減少するように変化している。コアの幅は、その半径ｒ１によって規定され、中間クラッドおよび埋込クラッドの幅は、それぞれ外側半径ｒ２およびｒ３により規定される。
【００７３】
図２から分かるように、コアの中心、すなわちｒ＝０における屈折率差がΔｎ１であり、コアの外側、すなわちｒ＝ｒ１における屈折率差がΔｎ２である。
【００７４】
光ファイバの理論上の屈折率プロファイルを定義するために通常採用される基準値は、外側クラッドの屈折率値である。その結果、中心コア、中間クラッド、およびトレンチの屈折率値は、屈折率差Δｎ１，２，３として表される。外側クラッドは、通常、ドープまたはアンドープのシリカから成る。
【００７５】
ファイバプロファイルの各セクションは、従って、ファイバの各セクションの屈折率変化と半径とを結びつける積分により規定することができる。
【００７６】
従って、本発明のファイバにおいて、中心コアの体積Ｖ１１、中間クラッドの体積Ｖ１２、およびトレンチの体積Ｖ１３を表す３つの体積積分を定義することができる。「体積」という用語は、幾何学的な意味で解するべきではなく、三次元を考慮に入れた値として解するべきである。これらの３つの体積積分は、以下のように表される。
【数４】
0005804793.tif 000005
【００７７】
下記の表１は、本発明のファイバプロファイルに係る１１個の実施例のプロファイル特性を示す。図１に示すプロファイルに対応するステップインデックス型のコアプロファイルとして、ＳＴ１，ＳＴ３，ＳＴ４，ＳＴ６，ＳＴ７，ＳＴ１０，ＳＴ１１，ＳＴ１３，ＳＴ１４，ＳＴ１５が指定されており、図２に示すプロファイルに対応するグレーデッドインデックス型またはアルファ型のコアプロファイルとして、ＡＬ２が指定されている。
【００７８】
比較として、この表は、本発明に従わない、すなわち、本発明により提案されたパラメータの妥協点から逸脱したファイバプロファイルに係る６個の実施例のプロファイル特性も示している。本発明に従わないファイバに対応するこれらのプロファイルは、アスタリスクが付けられており、ステップインデックス型プロファイルを有する本発明に従わないファイバプロファイルとして、ＳＴ２＊，ＳＴ５＊，ＳＴ８＊，ＳＴ９＊，ＳＴ１２＊が指定されており、グレーデッドインデックス型プロファイルを有する本発明に従わないファイバプロファイルとしてＡＬ１＊が指定されている。本発明により提案された妥協点から逸脱したパラメータ値は、太字で示されている。
【００７９】
この表の値は、理論上のファイバプロファイルに相当する。
【００８０】
表１の第１列は、実施例を記載している。
【００８１】
第２列は、中心コアがアルファ型プロファイル（グレーデッドインデックス型プロファイル）を有する場合に、アルファ値を与える。
【００８２】
次の３列は、中心コアの半径（ｒ１）、中間クラッドの半径（ｒ２）、および当ては成る場合はトレンチの半径（ｒ３）の値をμｍで与える。
【００８３】
次の３列は、外側光クラッドに対する屈折率差Δｎ１，Δｎ２，Δｎ３の換算値を与える。表中の屈折率差の値は、１０００倍されている。屈折率値は、６３３ｎｍの波長で測定されている。
【００８４】
次の２列は、半径の差分ｒ２−ｒ１およびｒ３−ｒ２の値をμｍで与える。
【００８５】
プロファイルの実施例ＳＴ２＊およびＳＴ５＊は、トレンチを有しておらず、ｒ３，Δｎ３，およびｒ３−ｒ２を与える列は、ＳＴ２＊およびＳＴ５＊に関しては空欄になっている。
【００８６】
表１の最後の３列（これは下方の前３列に見える）は、それぞれ、要求される曲げ特性を達成するのに必要な中心コアの体積、トレンチの体積、およびトレンチの最小体積を与える（下記の式（１）を参照）。これら３つの体積は、％.μｍ２で表される。
【００８７】
プロファイルの実施例ＳＴ２＊およびＳＴ５＊は、トレンチを有していない（従って、これらの実施例に関してはトレンチの体積はゼロ）が、本発明に従うファイバのプロファイルとの比較のためだけに、要求される曲げ特性を達成するのに必要とされるトレンチの最小体積の理論値がとりあえず与えられている。
【００８８】
0005804793.tif 000006
0005804793.tif 000007
表１：プロファイル特性
【００８９】
下記の表２は、本発明に従うファイバのプロファイルと、比較として、本発明に従わないファイバの同様のプロファイルの実施例に関する伝搬特性を与える。表１と同様に、本発明により提案された妥協点から逸脱した表２のパラメータ値は、太字で示されている。
【００９０】
表２の第１列は、実施例を記載している。
【００９１】
次の２列は、それぞれ、１５５０ｎｍの波長における波長分散（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）と、１５５０ｎｍの波長における波長分散勾配（ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ））を与える。
【００９２】
次の列は、１５５０ｎｍの波長におけるモードフィールド径（ＭＦＤ）をμｍで与える。
【００９３】
次の列は、１５５０ｎｍの波長における実効面積Ａｅｆｆをμｍ２で与える。
【００９４】
次の列は、インケーブル遮断波長λｃｃをｎｍで与える。
【００９５】
表２の最後の３列は、下方の前３列に見え、
１５５０ｎｍの波長と、１６２５ｎｍの波長それぞれにおける、１０ｍｍの曲げ半径に対するマクロベンド損失（ｄＢ／ｍ）と、
１６２５ｎｍの波長における３０ｍｍの曲げ半径に対するマクロベンド損失（ｄＢ／１００ターン）と、
を与える。
【００９６】
0005804793.tif 000008
0005804793.tif 000009
表２：伝搬特性
【００９７】
コアの体積Ｖ１１は、以下のように定義される。
【数５】
0005804793.tif 000010
【００９８】
トレンチの体積Ｖ１３は、以下のように定義される。
【数６】
0005804793.tif 000011
【００９９】
従って、トレンチがステップインデックス型プロファイルを有する図１および図２の特定の実施形態において、トレンチの体積は以下のように記載される。
【数７】
0005804793.tif 000012
【０１００】
本発明に従う８個の実施例のファイバは、１５０μｍ２より大きい実効面積、２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の波長分散、０．０７ｐｓ／（ｎｍ２.ｋｍ）未満の波長分散勾配、１０ｍｍの曲げ半径に対し、１５５０ｎｍおよび１６２５ｎｍの波長において、それぞれ５ｄＢ／ｍおよび１０ｄＢ／ｍ未満のマクロベンド損失、および１６２５ｎｍの波長において、３０ｍｍの曲げ損失に対し０．０５ｄＢ／１００ターン未満のマクロベンド損失を有することを留意されたい。
【０１０１】
多くのシミュレーションは、インケーブル遮断波長λｃｃが２０００ｍｍを超えるのを妨げるために、８３０％.μｍ２未満のトレンチ体積を選択することが好ましいことを示している。
【０１０２】
それにもかかわらず、これらのシミュレーションは、曲げ損失の許容レベルを保証するために十分に大きいトレンチ体積を選択することが好ましいことを示している。
【０１０３】
中心コアの体積を小さくするほど、トレンチの体積を大きくしなければならない。トレンチの体積Ｖ１３（またはＶｔｒｅｎｃｈ）が中心コアの体積Ｖ１１（またはＶｃｏｒｅ）の関数として以下の式を満たす場合、１０ｍｍの曲げ半径に対し、１５５０ｎｍおよび１６２５ｎｍの波長において、それぞれ５ｄＢ／ｍおよび１０ｄＢ／ｍ未満のマクロベンド損失が保証されており、３０ｍｍの曲げ半径に対し、１６２５ｎｍの波長において０．０５ｄＢ／１００ターン未満のマクロベンド損失保証されている。トレンチおよびコアの体積は、％.μｍ２で表される。
Ｖ１３＞２．２１×１０４ｅｘｐ（−０．１１７×Ｖ１１）＋１７０      （１）
すなわち、
Ｖtrench＞２．２１×１０４ｅｘｐ（−０．１１７×Ｖcentral core）＋１７０  （１）
【０１０４】
所与の中心コア体積に対し、曲げ損失に関して上述の性能を維持しつつインケーブル遮断波長λｃｃを最小化する最適化されたトレンチ体積は、図３において「トレンチの最小体積」とラベル付けされた実曲線の真上に位置している。
【０１０５】
留意すべき事項を以下に述べる。
【０１０６】
実施例ＳＴ２＊およびＳＴ５＊のファイバは、ステップインデックス型中心コア、深く埋め込まれていないクラッド（内側クラッド）、および光クラッドを含むプロファイルを有する。これら２つのプロファイルは、それぞれ実施例ＳＴ１およびＳＴ４の中間クラッドおよびトレンチのプロファイルと同じ実効面積Ａｅｆｆを有する。実施例ＳＴ２＊と比較した場合、Ａｅｆｆ＝１５５μｍ２且つ同程度のλｃｃとすると、実施例ＳＴ１は、マイクロベンド損失に関する性能を低下させることなしに曲げ半径Ｒ＝３０ｍｍに対するマクロベンド損失を十分に低いレベルに維持しつつ、曲げ半径Ｒ＝１０ｍｍに対してマクロベンド損失を３０分の１未満に低減することを可能とする。λｃｃの制約を緩和することにより、すなわち、１７００ｎｍを超えるλｃｃを許容することにより、実施例ＳＴ５＊と比べて、実施例ＳＴ４は、１５５０ｎｍから１６２５ｎｍの波長において、曲げ半径Ｒ＝１０ｍｍに対して約１００ｄＢ／ｍから５ｄＢ／ｍ未満までマクロベンド損失を低減することを可能とする。これは、Ａｅｆｆが２００μｍのオーダである場合には、深く埋め込まれていない内側クラッド構造では達成できない。さらに、マイクロベンド損失の性能は、低下しない。
【０１０７】
実施例ＳＴ８＊およびＳＴ９＊のファイバは、実施例ＳＴ７のファイバと同じ実効面積を有する中間クラッドおよびトレンチを備えたプロファイルを有する。しかしながら、トレンチの位置および体積は最適化されていない。実施例ＳＴ８＊のトレンチの体積は、同じ実施例における中心コアの体積を考えると小さすぎ、その結果、実施例ＳＴ８＊においては、１０ｍｍおよび３０ｍｍの曲げ半径に対するマクロベンド損失が高すぎる。反対に、実施例ＳＴ９＊におけるトレンチの体積は大きすぎ、その結果、λｃｃの値が高すぎ、トレンチの外側半径が大きすぎる。これは、製造コストにとって不利である。
【０１０８】
実施例ＳＴ１２＊は、限界に近い（図３のグラフ上においてこの実施例を表す点は、「トレンチの最小体積」とラベル付けされた曲線の下方にあるが、その曲線に非常に近い）。しかしながら、実施例ＳＴ１２＊は、トレンチ体積に関して最適化されていない。同じＡｅｆｆ値を有する実施例ＳＴ１１と比較すると、実施例ＳＴ１２＊のトレンチの体積は、小さすぎ、その結果１０ｍｍと３０ｍｍの曲げ半径に対するマクロベンド損失が高すぎる。
【０１０９】
実施例ＡＬ１＊のファイバは、本明細書の導入部分で参照した国際特許出願公開第ＷＯ２００８／１３７１５０号における「ファイバ８」の実施例に非常に近いプロファイルを有する。この場合も、トレンチの体積は、中心コアの体積の関数として最適化されておらず、その結果、３０ｍｍの曲げ半径に対するマクロベンド損失は高すぎる。それに対して、本発明に従う実施例ＡＬ２のファイバは、実施例ＡＬ１＊と同じコアを有するが、実施例ＡＬ２のトレンチの寸法は、曲げ損失とインケーブル遮断波長との間の良好な妥協点を達成するために、最適化されている。
【０１１０】
本発明のファイバは、長距離の地上または海底光システムでの使用に特に適している。本発明のファイバは、望ましくは、ＩＥＣにより標準化されたＴＲ６２２２１テスト方法（方法Ｂ：固定径ドラム）により測定されたときに、１５５０ｎｍの波長において、２０ｄＢ／ｋｍ未満のマイクロベンド損失を有する。
【図１】
0005804793.tif 000015
【図２】
0005804793.tif 000016
【図３】
0005804793.tif 000017