(57)【要約】【課題】  低損失と低コストで接続可能で、小径屈曲のもとで使用可能で、多モード雑音が小さい光ファイバを提供する。【解決手段】  コアと、内側クラッド、外側クラッドを含み、コアは200 nmと1700 nmの間の波長λで屈折率がn1である第１主媒質であり、内側クラッドは、光ファイバの少なくとも一部において、波長λで屈折率がn1より小さいn2である第２主媒質と、波長λで屈折率がn2より小さいn3である複数の副媒質領域を含み、外側クラッドは、波長λで屈折率が内側クラッドの平均屈折率Nより大きいn4である第３主媒質である光ファイバにおいて、基底モードの曲損失を波長λ、曲げ直径15 mmで0.1 dB/m未満であり、第１高次モードの曲損失を波長λ、曲げ直径30 mmで1 dB/mより大きく、端部の基底モードのモードフィールド直径を波長λで8.0 μmと50λの間とする。【選択図】  図２
2008233927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアを囲んでいる内側クラッド、前記内側クラッドを囲んでいる外側クラッドを含む光ファイバであって、
前記コアは、200 nmと1700 nmの間の波長λで屈折率がn1である第１主媒質であり、
前記内側クラッドは、前記光ファイバの少なくとも一部において、波長λで屈折率がn1より小さいn2である第２主媒質と、波長λで屈折率がn2より小さいn3である複数の副媒質領域を含み、 
前記外側クラッドは、波長λで屈折率が前記内側クラッドの平均屈折率Nより大きいn4である第３主媒質であり、
前記コアと、前記内側クラッド、前記外側クラッド、前記副媒質領域は、ファイバ軸に沿って伸びており、
前記光ファイバの基底モードの曲損失は、波長λ、曲げ直径15 mmで0.1 dB/m未満であり、
前記光ファイバの第１高次モードの曲損失は、波長λ、曲げ直径30 mmで1 dB/mより大きく、
前記光ファイバの端部の基底モードのモードフィールド直径は、波長λで8.0μmと50λの間にある。
【請求項２】
請求項１の光ファイバであって、
前記外側クラッドの外径は124 μmと126 μmの間にあり、前記光ファイバは2.5%を超えるひずみに耐えることができる。
【請求項３】
請求項１の光ファイバであって、
前記第１乃至第３主媒質は、ゲルマニウム・フッ素・塩素・リン・窒素・ホウ素・アルミニウム・チタン・エルビウム・イッテルビウム・ネオジム・プラセオジム・ビスマスからなる群に属している一以上のドーパントをドープされた、もしくは、純粋なシリカガラスであり、前記副媒質は、気体または真空である。
【請求項４】
請求項３の光ファイバであって、
前記内側クラッドは、前記コアを囲んでいる第１内側クラッド領域と前記第１内側クラッド領域を囲んでいる第２内側クラッド領域を有し、前記第１内側クラッド領域の平均屈折率N1は前記第２内側クラッド領域の平均屈折率N2より波長λで小さい。
【請求項５】
請求項１の光ファイバであって、
前記第１高次モードの曲損失は曲げ直径280 mmで1 dB/mを超えている。
【請求項６】
請求項３の光ファイバであって、
前記光ファイバの端部の内側クラッドの副媒質領域の屈折率は、波長λでn2である。
【請求項７】
請求項６の光ファイバであって、
前記光ファイバの端部の内側クラッドの副媒質領域は、第２主媒質と同じ材料である。
【請求項８】
請求項３の光ファイバであって、
前記光ファイバの中を基底モードで伝搬する光における全光パワーに対する副媒質領域にある光パワーの比率は、波長λで10-4より少ない。
【請求項９】
請求項８の光ファイバであって、
前記光ファイバの端部の副媒質領域は、波長λで屈折率がn3より大きいn5であり、波長λで光減衰係数が10 dB/mm未満である媒体で封止される。
【請求項１０】
請求項１の光ファイバであって、
前記光ファイバの端部の基底モードのモードフィールド直径は、波長λで8.0 μmと10λの間にある。
【請求項１１】
請求項１の光ファイバであって、
前記光ファイバの前記少なくとも一部における基底モードの光減衰係数は、波長λで0.30 dB/km未満である。
【請求項１２】
請求項１１の光ファイバであって、
前記光ファイバの前記少なくとも一部における基底モードの光減衰係数は、波長λで0.25 dB/km未満である。
【請求項１３】
被覆された請求項1の光ファイバの配列を含む光ファイバテープ心線であって、
前記配列のおのおのの光ファイバは第１被覆を有し、前記被覆された光ファイバの配列は第２被覆によってさらに被覆されている。
【請求項１４】
請求項１３の光ファイバテープ心線であって、
前記配列は複数のグル−プの被覆された光ファイバを含み、前記グル−プのおのおのの少なくとも一部を覆う第３被覆をさらに含む。
【請求項１５】
一以上の請求項１または１１の光ファイバと一以上の非微細構造光ファイバを有するフェルールを含む光コネクタであって、
前記光ファイバのおのおのは、それぞれ一つの前記非微細構造光ファイバの一方の端につながった端を有し、非微細構造光ファイバの他方の端は研磨されている。
【請求項１６】
複数の請求項１または１１の光ファイバを含む光ファイバアレイであって、
前記光ファイバのおのおのは、それぞれの非微細構造光ファイバの一方の端につながった端を有し、おのおのの非微細構造光ファイバの他方の端は研磨されている。
【請求項１７】
一以上の請求項６または９の光ファイバを有するフェルールを含む光コネクタであって、
前記光ファイバの端部は研磨されてフェルールの端面に置かれる。
【請求項１８】
請求項６または９の光ファイバ複数を含む光ファイバアレイであって、
前記光ファイバの端部は研磨されて配列の端面に置かれる。
【請求項１９】
微細構造光ファイバと、非微細構造光ファイバ、固定手段を含む光接続部材であって、
前記微細構造光ファイバは、コアと、前記コアを囲んでいるクラッドを含み、前記クラッドは200nmと1700nmの間の所定の波長λで屈折率がn1である主媒質と主媒質の中に配列され波長λで屈折率がn2である複数の副媒質領域を含み、
前記非微細構造光ファイバは、波長λで屈折率がN3であるコアと、前記コアを囲み波長λで屈折率がN3より小さいN4であるクラッドを含み、
前記非微細構造光ファイバの第一の端には研磨された接表面があり、前記非微細構造光ファイバの第二の端は微細構造光ファイバの第一の端に接続され、
前記研磨された接表面と、前記非微細構造光ファイバ、前記微細構造光ファイバの第一の端は、固定手段により固定されている。
【請求項２０】
微細構造光ファイバと固定手段を含む光接続部材であって、
前記微細構造光ファイバは、コアと、前記コアを囲んでいるクラッドを含み、前記クラッドは200 nmと1700 nmの間の所定の波長λで屈折率がn1である主媒質と前記光ファイバの一部分において主媒質の中に配列され波長λで屈折率がn1と異なるn2である複数の副媒質領域を含み、
前記微細構造光ファイバの端は所定の形の研磨された接表面を含み、微細構造光ファイバの前記端の他の部分ではクラッドは第２主媒質領域を含み、
前記研磨された接表面と前記微細構造光ファイバの端は、固定手段に固定されている。
【請求項２１】
請求項１９または２０の光接続部材であって、
前記固定手段は、一以上の中空部を有するフェルールを含む。
【請求項２２】
請求項１９または２０の光接続部材であって、
前記固定手段は、一以上の溝と固定媒質を含む。
【請求項２３】
コア領域と、前記コア領域を囲んでいるクラッド領域を含み、前記コア領域と前記クラッド領域はファイバ軸に沿って伸びている光ファイバであって、
前記光ファイバの基底モードの曲損失は、200 nmと1700 nmの間の波長λ、曲げ直径15 mmで0.1 dB/m未満であり、
前記光ファイバの端の基底モードのモードフィールド直径は、波長λで8.0 μmと50λの間にあり、
第１高次モードの曲損失は、波長λ、曲げ直径30 mmで1 dB/mを超えている。
【請求項２４】
請求項２３の光ファイバであって、
前記クラッド領域は、主媒質と複数の副媒質領域を含み、それによって微細構造光ファイバを形成している。
【請求項２５】
請求項２３の光ファイバであって、
前記基底モードの光減衰係数は、波長λで0.30 dB/km未満である。
【請求項２６】
コアと、前記コアを囲んでいるクラッドを含む光ファイバであって、前記クラッドは200 nmと1700 nmの間の波長λで屈折率がn1である主媒質と前記光ファイバの一部において主媒質中に配列され波長λでn2と異なるn1を有する複数の副媒質領域を含み、基底モードの光減衰係数が波長λで0.30 dB/km未満である。
【請求項２７】
請求項２５または２６の光ファイバであって、
前記基底モードの光減衰係数は、波長λで0.25 dB/km未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ、特に主媒質中に副媒質領域を配列した微細構造光ファイバ、及び、それを用いた光ファイバテープ心線・光コネクタ・光ファイバアレイ・光接続部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来型光ファイバは、図1で示される。光ファイバの軸に垂直な断面において、所定の屈折率をもつ第１主媒質5cは、第１主媒質より小さい屈折率をもつ第２主媒質6cで囲まれる。コア領域2cは第１主媒質を含み、光波はコアに局在化しファイバを伝播する。第１主媒質の屈折率は概して空間的に均一であるが、Ｗ形プロファイルのような他の周知のプロファイルも可能である。
【０００３】
屈折率の大きいコア領域がシリカガラスと空孔を有するクラッドに囲まれた微細構造光ファイバに関する最近の開発は、ガラスと空気の間に存在する大きい屈折率差によって、新しいファイバ特性を提供している。クラッド構造は空間的に均一な平均屈折率をもつことができ、平均屈折率を調整することによってコア屈折率との間で所望の関係を満たすことができる。非特許文献１に書かれているように、十分に大きい空孔を有する微細構造光ファイバは、従来型光ファイバに比べてより小さい曲損失を実現させることが可能である。
【非特許文献１】J. Broeng他、Optical Fiber Technology, Vol. 5, pp.305-330 (1999), p. 316
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファイバ、導波路型回路、それらを含むモジュール、等の光コンポーネントの間で配線される光ファイバは、低損失かつ低コストで接続可能で、小径曲げのもとで使用可能で、多モード雑音が小さくなくてはならない。また、小径曲げによる曲損失とファイバ素子の不正確な位置決めによる結合損失は、よくある問題である。クラッドの平均屈折率が空間的に均一な微細構造光ファイバでは、低損失で接続するために十分大きいと同時に、漏洩による光損失を引き起こすほどには大きくないモードフィールド直径を得ることは、難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
課題を解決するため、コアと、内側クラッド、外側クラッドを含み、コアは200 nmと1700 nmの間の波長λで屈折率がn1である第１主媒質であり、内側クラッドは、光ファイバの少なくとも一部において、波長λで屈折率がn1より小さいn2である第２主媒質と波長λで屈折率がn2より小さいn3である複数の副媒質領域を含み、外側クラッドは、波長λで屈折率が内側クラッドの平均屈折率Nより大きいn4である第３主媒質である光ファイバにおいて、基底モードの曲損失を波長λ、曲げ直径15 mmで0.1 dB/m未満であり、第１高次モードの曲損失を波長λ、曲げ直径30 mmで1 dB/mより大きく、端部の基底モードのモードフィールド直径を波長λで8.0 μmと50λの間とする。
【０００６】
本明細書で、主媒質は単独で光ファイバを構成できる媒質であり、副媒質は必ずしも単独で光ファイバを構成できなくてもよい。主媒質としてはたとえばガラスやポリマを用いることができ、副媒質としてはたとえばガラスやポリマの他に、液体や気体や真空を用いることができる。
【０００７】
M種類の媒質i(i=1...M)によって構成される領域の平均屈折率navgは、（１）式で定義される。
【０００８】
【数１】
2008233927.tif 000003
（１）
式（１）で、n[i]とf[i]は、媒質iの屈折率と体積を表す。屈折率n0を有する媒質0に対する、屈折率n1を有する媒質1の比屈折率差は、（２）式で定義される。
【０００９】
【数２】
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（２）
副媒質が主媒質中に配置されるような場合は、主媒質の屈折率に代えて平均屈折率を用いる。
【００１０】
空孔が周期的に配置される構造では、比直径d/Ｌとは、構造の周期的な格子のピッチＬに対する空孔直径dの比率である。第１高次モードとは、位相屈折率が２つの基底モードの次に大きいようなモードである。
【発明の効果】
【００１１】
低損失かつ低コストで接続可能で、小径屈曲のもとで使用可能で、多モード雑音が小さい光ファイバが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の光ファイバの第一実施形態のファイバ軸に垂直な断面を図２に示す。図面中の寸法比率は必ずしも正しくない。微細構造光ファイバ1は、コア領域2と、コア領域2を囲む内側クラッド領域3と、内側クラッド領域3を囲む外側クラッド領域4を有す。コア領域は第２主媒質6の領域の中に配置された第１主媒質5によって形成される。内側クラッド領域は、第２主媒質と、複数の副媒質7の領域によって形成される。外側クラッド領域は、第３主媒質によって形成される。外側クラッド領域は機械的強度の向上のみならず、高次モードの曲げ損失を増加させる効果を有する。外側クラッド4の外周は、たとえば直径125 μmの円形である。外側クラッド領域の外表面は紫外線硬化性樹脂といった被覆媒体で被覆することが望ましい。光ファイバの外径は125 μmより小さくてもよく、たとえば80 μmであり、こうすることで曲げによる応力を減らすことができる。あるいは、光ファイバの外径は125 μmより大きくてもよく、たとえば180 μmであり、こうすることで 光ファイバのマイクロベンドが回避される。
【００１３】
また、微細構造光ファイバは線引き時または線引き後に2.5%歪みのスクリーニングを通過させることが望ましい。これにより、低強度部が含まれる確率が低減される。特に、2.5%歪みとすることにより、長さ2 mにわたって直径15 mmで曲げた際の破断確率を10-3未満にすることができる。さらに、歪みを3.5%とすることにより、直径10 mmで曲げた際の破断確率を10-3未満にすることができる。
【００１４】
第１主媒質はGeO2が添加されたシリカガラスであり、第2及び第３主媒質は純粋なシリカガラスである。また、副媒質は空気またはN2などの不活性気体であり、従って副媒質領域は空孔である。そのため、第1、第2、及び第３主媒質の屈折率をn1、n2、及びn4、副媒質の屈折率をn3、内側クラッド領域の平均屈折率をNとすると、
n1 > n2 > n3、
及び
N < n4
が満たされる。
【００１５】
また、内側クラッド領域の平均屈折率Nと、第２主媒質に対する第１主媒質の比屈折率差Δと、第１主媒質からなる領域の形状は、副媒質を第２主媒質で置換した場合の200 nmと1700 nmの間の一つの波長λにおける基底モードのモードフィールド径が8.0 μm以上かつ50λ以下となるように選ばれる。これにより、端部において副媒質を第２主媒質で置換することによって、基底モードと外部光システムとの間で光結合を実現する場合の結合損失が小さくなると共に副媒質を置換した区間における漏洩損失が低減され、光結合に伴うコスト及び光損失が低減される。
【００１６】
この第一実施形態の微細構造光ファイバでは、第１主媒質からなる領域及び空孔の形状は、ファイバ軸に垂直な断面内において円形である。空孔は一定のピッチＬの六方格子配列の格子点上に配置され、空孔数は36であり、六方格子の３層分の領域を占める。第１主媒質からなる領域内で屈折率は実質的に空間的に一様である。第１から第３主媒質のシリカガラスにゲルマニウム、フッ素、塩素、ボロン、アルミニウム、チタンを添加することによって屈折率分布を形成してもよい。また、本実施形態におけるコア領域の屈折率分布はステップ型として知られる屈折率分布であるが、Ｗ型等の当業者に知られた他の屈折率分布を代わりに用いてもよい。また、空孔の配置も六方格子配列に限らない。たとえば、同心円の円周上に副媒質領域を配置してもよく、それによってモードフィールドの真円性を向上し、通常の光ファイバとの接続における結合効率を高めることができる。
【００１７】
以下の表１は、第一実施形態の具体例である3種類の微細構造光ファイバ(A1)〜(A3)の構造の詳細を示す。副媒質を有するファイバ間及び副媒質を第２主媒質で置換したファイバ間で比較を行っている。副媒質が第二媒質で置換されるか否かにかかわらず、モードフィールド径(MFD)は8.0 μmと50λの間にある。
【００１８】
【表１】
2008233927.tif 000005
【００１９】
内側クラッドの第２主媒質に対する比屈折率差Δは、第２主媒質及び副媒質の屈折率が波長λ=1550 nmにおいて1.444及び1であることを用いて計算された値である。また、内側クラッド領域の境界は、境界に隣接する副媒質領域から境界までの距離とその副媒質領域の径の比が、領域内で隣接する２つの副媒質領域の距離とそれらの平均径の比の平均に実質的に等しくなるように決められている。内側クラッド領域の内側境界及び外側境界は、ファイバ中心を中心とし、一辺が0.5*Ｌ及び3.5*Ｌの六角形である。
【００２０】
図３(a)と(b)は、光ファイバ(A1)〜(A3)の基底モード及び高次モードの曲げ損失をそれぞれ示す。図３(a)に示されるように、(A1)〜(A3)の基底モードの曲げ損失は、曲げ径15 mmで0.1 dB/m未満である。さらに、(A2)と(A3)は曲げ径10 mmでも0.1 dB/m未満である。また、図３(b)に示されるように、(A1)〜(A3)の第一高次モードの曲げ損失は、曲げ径30 mmで1 dB/mより大きく、(A1)は曲げ径280 mmでも1 dB/mより大きい。基底モードの曲げ損失が低いため、これらの光ファイバは小径に曲げて使用することが可能である。第一高次モードの曲げ損失が高いため、基底モードと高次モードの干渉によるマルチモード雑音が小さい。従来のファイバでは、基底モードの曲げ損失を低減させると第一高次モードの曲げ損失も低減され、マルチモード雑音が大きくなるが、本発明では、外側クラッドの屈折率を内側クラッドの平均屈折率よりも高くすることによって基底モードの低い曲げ損失と第一高次モードの高い曲げ損失を両立させている。さらに、副媒質の有無にかかわらず、基底モードのモードフィールド径が8.0 μm以上かつ50λ以下であるため、低損失かつ低コストで外部の光部品との間で光結合を実現することができる。基底モードの低い曲げ損失と大きなモードフィールド径を両立させるということは、今までに知られているファイバ、つまり外側クラッドが機械的強度の向上の役割しか果たしていないで、第一高次モードの曲げ損失は増加させないようなファイバ、では見出されていなかった。さらに、第一実施形態の光ファイバでは、空孔内に存在する光パワーの比率が10-4より小さい。その結果、空孔内の不純物や空孔表面の凹凸による吸収損失や散乱損失を低減し、伝送損失を低く安定に保つことができる。
【００２１】
第二実施形態の微細構造光ファイバのファイバ軸に垂直な断面を図４に示す。図面中の寸法は必ずしも実物に正確に比例してはいない。微細構造光ファイバ1は、コア領域2と、コア領域2を囲む第１内側クラッド領域31と、第１内側クラッド領域を囲む第２内側クラッド領域32と、第２内側クラッド領域を囲む外側クラッド領域4を有す。コア領域は第２主媒質6の領域の中に配置された第１主媒質5の領域によって形成される。第１及び第２内側クラッド領域は、第２主媒質と、複数の副媒質7の領域によって形成される。外側クラッド領域は、第３主媒質8によって形成される。第一実施形態と同じように、外側クラッド領域の外周は、たとえば直径125 μmの円形である。そして、外側クラッド領域の外表面は紫外線硬化性樹脂などの被覆媒体で被覆することが望ましい。また、微細構造光ファイバは線引時または線引き後に2.5%歪みのスクリーニングを通過させることが望ましい。
【００２２】
主媒質及び副媒質の組成、第１主媒質からなる領域及び空孔の形状は実施形態1と同様である。実施形態2の光ファイバ(B1)〜(B5)、 (C1)〜(C3)、 (D1)〜(D2)の構造の詳細を表2、3に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
【表３】
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【００２５】
実施形態２では、第１及び第２内側クラッドはそれぞれ6個、12個の空孔を含む。第１及び第２内側クラッドの中では空孔は六方格子の格子点上に配置される。第k内側クラッドにおける六方格子のピッチ及び空孔径をそれぞれLk及びdk(k = 1、 2)とすると、光ファイバ(B1)〜(B5)では、d1=d2かつL1=L2であり、その結果、第1及び第２内側クラッドの平均屈折率は等しい。一方、光ファイバ(C1)〜(C3)、 (D1)〜D3では、d1=d2かつL1<L2である。その結果、第２内側クラッドは第１内側クラッドよりも高い平均屈折率を有する。表に示されるように、副媒質が第２主媒質で置換されるか否かにかかわらず、モードフィールド径は8.0 μm以上かつ50λ以下の条件を満たす。媒質の屈折率は第一実施形態と同じである。また、第1及び第２内側クラッドの境界も実施形態1におけるものと同様の原則で決められている。すなわち、本実施例においては、第１内側クラッド領域の内側境界は一辺が0.5*L1の六角形であり、第１内側クラッド領域の外側境界及び第２内側クラッド領域の内側境界は一辺が0.5*(L1+2*L2)の六角形であり、第２内側クラッド領域の外側境界は一辺が2.5*L2の六角形である。これらの六角形の中心は光ファイバの中心に一致する。
【００２６】
光ファイバ(A1)〜(D2)の基底モード及び高次モードの曲げ損失を図5に示す。光ファイバ(C1)〜(D2)を光ファイバ(B1)〜(B5)を比べると、前者のほうがより低い基底モードの曲げ損失とより高い第一高次モードの曲げ損失を有する。一方、モードフィールド径は同等である。従って、前者は後者より配線用として適している。なお、前者は第1内側クラッドよりも第２内側クラッドが高い平均屈折率を有し、後者は第１内側クラッドと第２内側クラッドが同じ平均屈折率を有する。第一実施形態のファイバ(A1)〜(A3)は、穴数だけが異なる(B1)〜(B3)に比べて配線用として適している。このように、穴数が配線用としての特性にとって重要である点は従来のファイバにおいては見出されていなかった。
【００２７】
第一実施形態の場合のように、基底モードの曲げ損失が低いため、これらの光ファイバは小径に曲げて使用することが可能である。第一高次モードの曲げ損失が高いため、基底モードと高次モードの干渉によるマルチモード雑音が小さい。さらに、副媒質の有無にかかわらず、基底モードのモードフィールド径が8.0 μm以上かつ50λ以下であるため、低損失かつ低コストで外部の光部品との間で光結合を実現することができる。さらに、空孔内に存在する光パワーの比率が10-4より小さい。その結果、空孔内の不純物や空孔表面の凹凸による吸収損失や散乱損失を低減し、伝送損失を低く安定に保つことができる。
【００２８】
図６は第１被覆32で被覆された微細構造光ファイバ心線31を示す。第1被覆は典型的には紫外線硬化性樹脂である。第1被覆により、光ファイバの破断原因となる側面への傷が発生するのを防止し、ガラスの経時的な劣化の原因となる水の侵入を防止できる。また、第１被覆は直径数mm以下の小径の曲げの発生を抑制できる形状と剛性を有していてもよい。
【００２９】
図７は微細構造光ファイバ心線31を用いた微細構造光ファイバテープ心線33を示す。微細構造光ファイバテープ心線は、一列に配列された複数（典型的には2〜20）の光ファイバ心線と、それらの光ファイバ心線を一括に被覆する第２被覆34を有する。第２被覆は典型的には紫外線硬化性樹脂である。テープ化により、光配線の空間密度を向上できる。さらに、従来のテープ心線に比べて、接続の容易性と小径曲げへの耐性に優れる。
【００３０】
図８は分割型微細構造光ファイバテープ心線35を示す。分割型微細構造光ファイバテープ心線35は、一列に配列された複数（典型的には2〜4）の心線グル−プ37と、それらの心線グル−プを一括に被覆する第３被覆36を有する。第３被覆は典型的には紫外線硬化性樹脂である。心線グル−プ37は、一列に配列された複数（典型的には2〜10）の光ファイバ心線と、それらの光ファイバ心線を一括に被覆する第２被覆を有する。
【００３１】
図９は微細構造光ファイバ1を含む光ファイバコネクタ41を示す。光ファイバコネクタ41はフェルール42とフランジ44を有する。フランジ44は鍔45を有する。鍔45によりコネクタ41の位置の固定が容易になる。フェルールは微細構造光ファイバの外径である125 μmよりも僅かに大きな内径の中空部を有する。微細構造光ファイバ1の先端を含む区間はフェルール42の中空部に挿入される。接続部43において、微細構造光ファイバ1の先端は、副媒質を有さない従来型光ファイバ1cの先端と融着や接着によって接続される。従来型光ファイバ1cのモードフィールド径は、微細構造光ファイバの端面でのモードフィールド径に実質的に一致することが望ましい。従来型光ファイバ1cの外径は微細構造光ファイバ1の外径に実質的に等しい。従来型光ファイバ1cのもう一方の先端は研磨されており、そこで他の光コネクタとの接続が行われる。研磨の形状は平面や球面などのよく知られた形状を用いることができる。この様な構成の光ファイバコネクタでは、研磨時に発生する研磨屑や研磨剤、及び光コネクタが使用される環境に含まれる水などの汚染物質が微細構造光ファイバ1の副媒質領域に侵入するのを防止し、光ファイバ及び光コネクタの信頼性を高めることができる。
【００３２】
図１０は図７の微細構造光ファイバテープ心線33を用いた多心光ファイバコネクタ41bを示す。微細構造光ファイバテープ心線33の代わりに図８の分割型微細構造光ファイバテープ心線35を用いてもよい。多心光ファイバコネクタ41bは、鍔47を有する多心フェルール48を有する。鍔47によりコネクタの位置の固定が容易となる。フェルールは位置固定の容易化のための１以上のガイド穴46を有する。また、フェルールは微細構造光ファイバの外径である125 μmよりも僅かに大きな内径をもつ複数の中空部を有する。微細構造光ファイバテープ心線33の先端を含む区間では、被覆が除去され、複数の微細構造光ファイバ1の先端を含む区間が多心フェルール48の中空部に挿入される。接続部43bにおいて、各々の微細構造光ファイバ1の先端は、副媒質を有さない従来型光ファイバ1cの先端と融着や接着によって接続される。図９のコネクタ41と同様に、従来型光ファイバ1cのもう一方の先端は研磨されている。この様な構成の多心光ファイバコネクタでは、研磨時に発生する研磨屑や研磨剤、及び光コネクタが使用される環境に含まれる水などの汚染物質が微細構造光ファイバ1の副媒質領域に侵入するのを防止し、光ファイバ及び光コネクタの信頼性を高めることができる。
【００３３】
図１１は図７の微細構造光ファイバテープ心線33を用いた光ファイバアレイ(FA) 49を示す。微細構造光ファイバテープ心線33の代わりに図８の分割型微細構造光ファイバテープ心線35を用いてもよい。FA 49は、V型の溝52を有する基板50を有する。V溝は125 μmの光ファイバを固定するのに適した構造を有する。微細構造光ファイバテープ心線33の先端を含む区間では、被覆が除去され、複数の微細構造光ファイバ1の先端を含む区間がV溝52の上に静置され、その状態で固定媒質51（典型的には樹脂）によって固定される。接続部43Cにおいて、各々の微細構造光ファイバ1の先端は、副媒質を有さない従来型光ファイバ1cの先端と融着や接着によって接続される。図９のコネクタ41のように、この光ファイバアレイは、微細構造光ファイバの副媒質領域が外界から隔離されているので高い信頼性を実現している。
【００３４】
図１２は微細構造光ファイバ1を含む光ファイバコネクタ41dを示す。ここで、単心フェルール42d、フランジ44d、及び、鍔45dは図９の光ファイバコネクタ41のものと実質的に同じである。このコネクタでは、微細構造光ファイバ1の先端には、副媒質が第２主媒質で置換された区間12、または副媒質領域に封止媒質が封入された区間12bが設けられている。微細構造光ファイバ1の先端は研磨されており、そこで他の光コネクタとの接続が行われる。このコネクタは、微細構造光ファイバの副媒質領域が外界から隔離されているので高い信頼性を実現している。
【００３５】
図１３は、図１２で説明した区間12を有する微細構造光ファイバのファイバ軸に平行な断面を示す。通常区間11においては、微細構造光ファイバは第一あるいは第二実施形態で記述された断面構造を有する。区間12では、空孔がシリカガラスで置換されている。通常区間と区間12の間には遷移区間13があり、そこでは空孔の直径が変化している。区間12及び13は、光ファイバ1の一部の区間を選択的に加熱してガラスを軟化させ、表面張力によって空孔を収縮させることによって形成できる。また、遷移区間はファイバに沿った温度勾配を利用して形成することができる。
【００３６】
図１４は、図１２で説明した区間12bを有する加工された微細構造光ファイバ1のもう一つの形態のファイバ軸に平行な断面を示す。微細構造光ファイバ1は通常区間11においては実施形態1及び2で記述された断面構造を有する。区間12bでは空孔に封止媒質72が充填されている。封止媒質は典型的には樹脂である。
【００３７】
図１５は図７の微細構造光ファイバテープ心線33を用いた多心光ファイバコネクタ41eを示す。微細構造光ファイバテープ心線33の代わりに図８の分割型微細構造光ファイバテープ心線35を用いてもよい。フェルール48e、鍔47eは図１０の多心光ファイバコネクタ41bのものと実質的に同じである。このコネクタでは、微細構造光ファイバ1の先端は、図１３あるいは１４に示した区間12、あるいは図12bと、他の光コネクタとの接続が行われる研磨面を有している。このコネクタは、微細構造光ファイバの副媒質領域が外界から隔離されているので高い信頼性を実現している。
【００３８】
図１６は図７の微細構造光ファイバテープ心線33を用いた光ファイバアレイ49fを示す。微細構造光ファイバテープ心線33の代わりに図８の分割型微細構造光ファイバテープ心線35を用いてもよい。基板50f、V型の溝52f、固定媒質51fは、図１１のファイバアレイ49のものと実質的に同じである。このファイバアレイでは、各々の微細構造光ファイバ1の先端には、図１３あるいは図１４の区間12あるいは区間12bと、他の光コネクタとの接続が行われる研磨面を有している。このコネクタも、微細構造光ファイバの副媒質領域が外界から隔離されているので高い信頼性を実現している。
【００３９】
発明者は、本発明のいくつかの光ファイバを製作して、評価した。図１７は、走査式電子顕微鏡で撮影された、製作された光ファイバ(a)から(d)の横断面の像を示す。4つのファイバの各々は図4で示されている第二実施形態のそれに類似した構造を有しており、各々のファイバはコア、第１内側クラッド、第２内側クラッドと外側クラッドをもつ。コアは、純粋なシリカガラスによって囲まれるゲルマニウムがドープされたシリカガラスの領域を有し、ドープされた領域の純粋なシリカガラスに対する比屈折率差Δはおよそ0.33%であり、領域の直径はおよそ8.5 μmである。内側クラッド領域は、純粋なシリカガラスとその中の空孔からできている。外側クラッドは、純粋なシリカガラスでできている。4つのファイバの間の相違点は、空孔の直径である。
【００４０】
表4は、製作されたファイバの光学的性質と構造をまとめる。表の中で示されるように、製作されたファイバは、少なくとも10 mmを超える曲げ直径に対して低い曲損失をもつ。
【００４１】
【表４】
2008233927.tif 000008
【００４２】
また、基底モードのモードフィールド直径（MFD）は、空孔が保持されるとき、8.5乃至8.9 μmである。たとえば放電融着で空孔が潰されて、空孔が純粋なシリカガラスで置換されるとき、屈折率差とコアの直径に基づく計算から、モードフィールド直径はおよそ10.3 μmまで増加するであろう。
【００４３】
基底モードの有効断面積は、59乃至66 μm2である。光信号伝送の間非線形光学効果の影響を抑制するために、有効断面積は20 μm2より大きいことが望ましく、50 μm2より大きいことがより望ましい。
【００４４】
カットオフ波長とはその波長を超えると高次モードが伝播する間に十分に高い減衰を受けマルチモード雑音が抑制されるような波長であり、ITU-T G.650に適合する方法で2mの試料を直径280 mmに一周巻いて測定される。広く使われている1530乃至1580 nmに対して光ファイバを使用する場合、遮断波長は、1530 nm未満であることはが望ましい。また、より広帯域の1300乃至1700 nmに対して光ファイバを使用する場合、遮断波長は1300 nm未満であることがより望ましい。
【００４５】
カットバック方法で測定される光減衰係数は、0.23乃至0.30 dB/kmである。1 kmを超える距離にわたる光伝送に対して光減衰係数は、0.30 dB/km未満であることが望ましい。1 kmを超える距離にわたる光伝送で光送路のロスバジェットを大きくとり光送信器、光受信器のコストを減少させるためには、光減衰係数は0.25 dB/km未満であることがより望ましい。
【００４６】
製作されたファイバの波長分散は27乃至29 ps/nm/kmである、そして、分散スロープはおよそ0.07 ps/nm2/kmである。波長分散と分散スロープは正値であることが好ましい。それによって標準のITU-T G.652シングルモードファイバでできているリンクのために設計される広く利用できる送信器を使うことができる。
【００４７】
図１８は、カットバック方法によって測られた製作されたファイバの光減衰係数のスペクトルを示す。図が示すように、ファイバ(a)の減衰係数は、1520乃至1650 nmのバンドで0.25 dB/km未満であり、1500乃至1660 nmのバンドで0.3 dB未満であり、1000乃至1300 nmのバンド及び1460乃至1700 nmのバンドで1 dB未満である、広い波長域にわたるそのような低い減衰は、大きい容量、長距離、あるいは、低コストの光伝送での使用に対して好ましい。
【００４８】
この発明を、現在最も実際的で好ましいと考えられる形態について説明したが、発明はこの形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の中でさまざまな変形が可能である。たとえば、テープファイバとコネクタは、上記の記述された第一及び第二実施形態の微細構造光ファイバに加えて他の既知の微細構造光ファイバからなるかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来型光ファイバのファイバ軸に垂直な横断面を示す断面図である。
【図２】本発明の微細構造光ファイバの実施形態における、ファイバ軸に垂直な横断面を示す断面図である。
【図３】図３(a)と図３(b)は、図２の光ファイバの具体例である3つの光ファイバ(A1)-(A3)の、基底モードと第１高次モード曲げ損失を表しているグラフである。
【図４】本発明の微細構造光ファイバの他の実施形態における、ファイバ軸に垂直な横断面を示す断面図である。
【図５】図２及び図４の光ファイバの具体例である光ファイバの基底モードと第１高次モード曲げ損失を表しているグラフである。
【図６】図２の光ファイバを被覆した微細構造光ファイバ心線を示す断面図である。
【図７】本発明の微細構造光ファイバ心線からなる微細構造光ファイバテープ心線を示す断面図である。
【図８】本発明の微細構造光ファイバ心線からなる分割型微細構造光ファイバテープ心線を示す断面図である。
【図９】本発明の微細構造光ファイバと従来型光ファイバとを接続した光ファイバコネクタの概念図である。
【図１０】本発明の微細構造光ファイバテープ心線と従来型光ファイバテープ心線とを接続した多心光ファイバコネクタの概念図である。
【図１１】微細構造光ファイバと従来型ファイバとが接続されている、本発明の多心光ファイバアレイの実施形態の概念図である。
【図１２】本発明の光ファイバコネクタの他の実施形態である。
【図１３】本発明の微細構造光ファイバの一実施形態におけるファイバ軸と平行な断面を示す断面図である。
【図１４】本発明の微細構造光ファイバの他の実施形態におけるファイバ軸と平行な断面を示す断面図である。
【図１５】図１０と類似の本発明の多心光ファイバコネクタの実施形態を示す概念図である。
【図１６】図１１と類似の本発明の多心光ファイバアレイの実施形態を示す概念図である。
【図１７】走査型電子顕微鏡で撮影された本発明の実施形態である光ファイバの横断面の像である。
【図１８】本発明の実施形態である光ファイバの、カットバック方法によって測定された損失特性を示すグラフである。
【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１３】
2008233927.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
2008233927.tif 000019
【図１６】
2008233927.tif 000020
【図１８】
2008233927.tif 000021
【図９】
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【図１０】
2008233927.tif 000023
【図１１】
2008233927.tif 000024
【図１２】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月6日(2008.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアを囲んでいる内側クラッド、前記内側クラッドを囲んでいる外側クラッドを含む光ファイバであって、
前記コアは、200 nmと1700 nmの間の波長λで屈折率がn1である第１主媒質であり、
前記内側クラッドは、前記光ファイバの少なくとも一部において、波長λで屈折率がn1より小さいn2であり、純粋なシリカガラスからなる第２主媒質と、波長λで屈折率がn2より小さいn3であり、気体または真空である複数の副媒質領域を含み、
前記外側クラッドは、波長λで屈折率が前記内側クラッドの平均屈折率Nより大きいn4であり、純粋なシリカガラスからなる第３主媒質であり、
前記コアの直径が４．８５μｍ以上６．０１μｍ以下であり、
前記内側クラッドの平均屈折率Ｎは、−１０．２％≦Δ≦−４．１％であってかつΔ＝（N2−n22）／2N2の関係を満たすように定められるとともに、
前記コアと、前記内側クラッド、前記外側クラッド、前記副媒質領域は、ファイバ軸に沿って伸びている。
【請求項２】
請求項１の光ファイバであって、
前記光ファイバの基底モードの曲損失は、波長λ、曲げ直径15 mmで0.1dB/m未満であり、
前記光ファイバの第１高次モードの曲損失は、波長λ、曲げ直径30 mmで1 dB/mより大きい。
【請求項３】
請求項１または２の光ファイバであって、
前記光ファイバの端部の基底モードのモードフィールド直径は、波長λで8.0μmと50λの間にある。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項の光ファイバであって、
前記光ファイバの中を基底モードで伝搬する光における全光パワーに対する副媒質領域にある光パワーの比率は、波長λで10-4より少ない。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項の光ファイバであって、
前記内側クラッドは、前記コアを囲んでいる第１内側クラッド領域と前記第１内側クラッド領域を囲んでいる第２内側クラッド領域を有し、前記第１内側クラッド領域の平均屈折率N1は前記第２内側クラッド領域の平均屈折率N2より波長λで小さい。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項の光ファイバであって、
前記光ファイバの端部の内側クラッドは、第２主媒質のみからなる。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか１項の光ファイバであって、
前記光ファイバの端部の副媒質領域は、波長λで屈折率がn3より大きいn5であり、波長λで光減衰係数が10 dB/mm未満である媒体で封止される。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の光ファイバである微細構造光ファイバと、非微細構造光ファイバ、固定手段を含む光接続部材であって、
前記微細構造光ファイバの内側クラッドはその全長において前記第２主媒質と前記複数の副媒質領域を含み、
前記非微細構造光ファイバは、波長λで屈折率がN3であるコアと、前記コアを囲み波長λで屈折率がN3より小さいN4であるクラッドを含み、
前記非微細構造光ファイバの第一の端には研磨された接表面があり、前記非微細構造光ファイバの第二の端は微細構造光ファイバの第一の端に接続され、
前記研磨された接表面と、前記非微細構造光ファイバ、前記微細構造光ファイバの第一の端は、固定手段により固定されている。
【請求項９】
請求項６または７記載の光ファイバである微細構造光ファイバと固定手段を含む光接続部材であって、
前記微細構造光ファイバの端は所定の形の研磨された接表面を含み、微細構造光ファイ
バの前記端の他の部分ではクラッドは第２主媒質領域を含み、
前記研磨された接表面と前記微細構造光ファイバの端は、固定手段に固定されている。