(57)【要約】【課題】設計が容易で、かつ正確な伝搬特性が得られる光ファイバ伝搬特性設計方法を提供する。【解決手段】光ファイバ母材の屈折率分布におけるコアからクラッドへの屈折率分布の裾引き形状（円３）を規定する係数βを定め、この係数を用いて光ファイバの伝搬特性を設計する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材の屈折率分布におけるコアからクラッドへの屈折率分布の裾引き形状を規定する係数を定め、この係数を用いて光ファイバの伝搬特性を設計することを特徴とする光ファイバ伝搬特性設計方法。
【請求項２】
上記屈折率分布におけるコアからクラッドへの屈折率分布の裾引きの始点を規定する係数を定め、この係数を用いて光ファイバの伝搬特性を設計することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ伝搬特性設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材の屈折率分布から光ファイバの伝搬特性を設計する方法に係り、特に、設計が容易で、かつ正確な伝搬特性が得られる光ファイバ伝搬特性設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの伝搬特性を設計する方法の第１として、文献Ａ「光ファイバ技術２００のポイント」（監修石原廣司、電気通信協会、オーム社、Ｉ．光ファイバ編２９頁、平成２年５月２５日発行）に記載されているように、光ファイバのコア内の径方向の屈折率分布を表す式（１）中の屈折率分布係数αによりコアの屈折率分布を式（１）で定義し、クラッドの屈折率は一定値、即ち、屈折率分布は一様として伝搬特性を解析し、この解析に基づいて光ファイバの伝搬特性を設計する方法が知られている。ここで、式（１）による屈折率分布をα分布或いはα型と呼ぶ。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
ただし、ｎ１　はコアの屈折率又はコア内の最大屈折率、ｎ２　はクラッドの屈折率、ａはコア半径、Δは比屈折率差、ｒは光ファイバの中心からの距離である。
【０００５】
設計方法の第２として、有限要素法などを用いて光ファイバ母材の屈折率分布から光ファイバの伝搬特性を厳密に解析し、設計する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＶＡＤ法により製造した光ファイバ母材の屈折率分布は、コアに添加するＧｅがバーナから放出されるガスの流れによりクラッドに混入するため、完全なステップ形状にはなり難い。さらに、焼結過程においても屈折率を高くするための添加物質がクラッドに拡散するため、屈折率分布は裾を引く。裾を引くとは、ステップ形状の段差の下の部分が急峻にならず、なだらかに広がることである。
【０００７】
光ファイバ母材の屈折率分布の裾引きは、この光ファイバ母材から製造した光ファイバの伝搬特性に影響するため、上述した第１の設計方法のようにクラッドの屈折率一定の条件で設計すると、製造された実物の特性と設計した特性とに誤差が発生する。
【０００８】
上述した第２の設計方法では、有限要素法を用いて解析するので、解析プログラムのプログラム容量が大きく、計算に時間を要するという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、設計が容易で、かつ正確な伝搬特性が得られる光ファイバ伝搬特性設計方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、光ファイバ母材の屈折率分布におけるコアからクラッドへの屈折率分布の裾引き形状を規定する係数を定め、この係数を用いて光ファイバの伝搬特性を設計するものである。
【００１１】
上記屈折率分布におけるコアからクラッドへの屈折率分布の裾引きの始点を規定する係数を定め、この係数を用いて光ファイバの伝搬特性を設計してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
本発明では、光ファイバ母材の屈折率分布におけるコアからクラッドへの屈折率分布の裾引き形状を規定する係数β（以下、裾引き係数という）と、コアからクラッドへの屈折率分布の裾引きの径方向の始点（以下、裾引き始点という）を規定する係数ρ（以下、始点係数という）とを定義する。
【００１４】
これにより、光ファイバのコア及びクラッドの径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）を式（２）で表すことができる。ここでは始点係数ρとして、コアにおけるα分布領域の終点を規定する係数ρ１　（以下、コア終点係数という）、クラッドにおけるα分布裾引き領域の始点を規定する係数ρ２　（以下、クラッド始点係数という）を用いている。その他の変数、係数の定義は、式（１）と同じである。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
この式（２）を用いた設計手順を詳しく説明する。
【００１７】
１）第一のステップ
プレフォームアナライザで光ファイバ母材の径方向の屈折率分布を測定する。
【００１８】
２）第二のステップ
測定した光ファイバ母材の屈折率分布のうち、中心から裾引き始点までのコア領域の屈折率分布を等価ステップインデックス（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　Ｓｔｅｐ　Ｉｎｄｅｘ；ＥＳＩ）に変換することにより、光ファイバ母材のコアの屈折率ｎ１　、比屈折率差Δ、クラッド／コア径比ｔ／ａ´を求める。ＥＳＩへの変換は、周知の手法で行うことができるが、例えば参考文献として川上、売野、陳：“単一モード光ファイバの分散特性の考え方”昭和６１年電気情報関連学会連合大会、Ｎｏ．２７−１（１９８６）がある。
【００１９】
３）第三のステップ
正規化周波数Ｖ（Ｖ値、規格化周波数ともいう）を式（３）で表す。ａは光ファイバのコア半径、λは波長、λｃはカットオフ周波数である。
【００２０】
【数３】
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【００２１】
一方、式（２）に測定した光ファイバ母材の屈折率分布を代入して最小自乗近似することにより、裾引き係数β、クラッド始点係数ρ２　を求める。そして、有限要素法を用いた市販のソフトウェアで裾引き補正係数ｋを求める。なお、裾引き補正係数ｋは、経験的に得られた係数である。即ち、予め多くのサンプルから裾引き係数β、クラッド始点係数ρ２　と裾引き補正係数ｋとの関係を求め、その関係をテーブル又は経験式にしておく。その後、裾引き係数β、クラッド始点係数ρ２　を上記テーブル又は経験式に適用すると、裾引き補正係数ｋが求まる。
【００２２】
４）第四のステップ
式（３）から式（４）を導くことができる。ただし、ここでは裾引き補正係数ｋが考慮されている。
【００２３】
【数４】
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【００２４】
式（４）を用い、カットオフ周波数λｃが設計値になるよう光ファイバのコア径２ａを求める。プレフォームアナライザで計測された光ファイバ母材のクラッド／コア径比ｔ／ａ´に対し、（ｔ＋Δｔ）／ａ´＝１２５／２ａ（１２５は光ファイバの外径；μｍ）になるよう光ファイバ母材の外径を調整する。Δｔは、光ファイバ母材の外径を調整する厚さである。調整は、外付け又は研削で行うものとする。光ファイバ母材の外径をΔｔ調整することにより、この光ファイバ母材を光ファイバに加工したときの光ファイバの外径に対するコア径２ａを得ることができる。
【００２５】
以上の設計手順により、図１のようなプロファイル（屈折率分布の曲線的特徴）が得られる。図１は、光ファイバの半径を横軸とし、屈折率を縦軸とし、光ファイバの屈折率分布１を示したものである。このプロファイルは、コアとクラッドとの比屈折率差Δ＝０．３５％、コア半径ａ＝４μｍ、コア終点係数ρ１　＝クラッド始点係数ρ２　＝０．７、屈折率分布係数α＝５、裾引き係数β＝５としたときのものである。
【００２６】
この屈折率分布１は、円２を付記したあたりの形状が屈折率分布係数αに影響されて規定される。もし、屈折率分布係数αが無限大なら理想的なステップ形状、即ち、直角に立ち下がる形状となる。屈折率分布係数αが１や２なら、直線的に傾斜した形状となる。一方、円３を付記したあたりの形状が裾引き係数βに影響されて規定される。もし、裾引き係数βが無限大なら裾引きがなくなり、平らになる。裾引き係数βが小さくなると、長く裾を引く。
【００２７】
コアの中心のあたり（円２より左）の屈折率Ｎ１　とクラッドの外側のあたり（円３より右）の屈折率Ｎ２　との差を１０としたとき、裾引きの始点と思われるあたり（円３より左）の屈折率Ｎｓは、屈折率Ｎ１　との差が７である。このとき始点係数ρは、７／１０＝０．７となる。
【００２８】
このように、光ファイバ母材の屈折率分布におけるコアからクラッドへの屈折率分布の裾引き形状は、裾引き係数βにより規定され、コアからクラッドへの屈折率分布の裾引きの径方向の始点は、始点係数ρ（或いはコア終点係数ρ１　及びクラッド始点係数ρ２　）により規定される。従って、これら裾引き係数βと始点係数ρとを使って光ファイバのプロファイルを設計することができる。
【００２９】
さらに、光ファイバのコア半径ａ、比屈折率差Δ、補正された正規化周波数Ｖ´＝ｋＶが得られれば、カットオフ波長のみならず、モードフィールド径、波長分散が設計できる。モードフィールド径とは、光ファイバ内の光強度分布が最大値の１／ｅ（ｅは自然対数の底）となる部分の直径のことであり、波長分散とは、材料分散と構造分散との和のことである。詳しくは、文献Ａの３５頁〜４３頁に記載されている。
【００３０】
前述の設計手順では、プレフォームアナライザを使って第一、第二のステップを実行した後、プレフォームアナライザとは別途の演算装置で第三、第四のステップを行ったが、上記プレフォームアナライザの屈折率分布測定ソフトウェア中に、第三、第四のステップのプログラムを組み込んでおけば、プレフォームアナライザを使って上記４つのステップが実行できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３２】
（１）光ファイバ母材の屈折率分布におけるコアからクラッドへの屈折率分布の裾引き形状を裾引き係数βで規定し、この裾引き係数βを用いて光ファイバの伝搬特性を設計するようにしたので、設計が容易で、かつ正確な伝搬特性が得られる。
【００３３】
（２）コアからクラッドへの屈折率分布の裾引きの始点を始点係数ρで規定し、この始点係数ρを用いて光ファイバの伝搬特性を設計するようにしたので、設計が容易で、かつ正確な伝搬特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す屈折率分布図である。
【符号の説明】
１　屈折率分布
【図１】
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