(57)【要約】  モード分割多重（ＭＤＭ）光伝送システムにおける利用に適する少数モード光ファイバが開示される。光ファイバは、８μｍ〜１４μｍの範囲内の半径Ｒ１を有するグレーデッド屈折率コア、１５５０ｎｍの波長において約２．３以上で約２．７未満のアルファ値、および、クラッドに対して約０．３％〜約０．６％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する。光ファイバはさらに、約９０μｍ２を超え約１６０μｍ２未満の実効面積を有する。コアとクラッドは、１５００ｎｍを超える波長においてＬＰ０１およびＬＰ１１のモードのみをサポートする。クラッドは、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸになるような最大相対屈折率Δ４ＭＡＸを有し、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの間の群遅延時間差は、１５５０ｎｍの波長において約０．５ｎｓ／ｋｍ未満である。
2015529848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少数モード光ファイバにおいて、
約８μｍ〜約１４μｍの範囲内の半径Ｒ１、１５５０ｎｍの波長において約２．３以上で約２．７未満のアルファ値を備えたグレーデッド屈折率分布、ガラスクラッドに対して約０．３％〜約０．６％の範囲内の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸ、および１５５０ｎｍにおいて約９０μｍ２を超え約１６０μｍ２未満の実効面積を有するガラスコア、および
前記ガラスコアをじかに取り巻き、かつ、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸになるような最大相対屈折率Δ４ＭＡＸを有する前記ガラスクラッド、
を備え、
前記ガラスコアおよびガラスクラッドが、１５００ｎｍを超える１つまたは複数の波長において、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードのみの伝搬および送信をサポートし、前記ＬＰ０１およびＬＰ１１のモード間に、１５５０ｎｍの波長において約０．５ｎｓ／ｋｍ未満である群遅延大きさを有することを特徴とする少数モード光ファイバ。
【請求項２】
前記ガラスクラッドが、（ｉ）前記ガラスコアをじかに取り巻き、かつ、最小相対屈折率Δ２ＭＩＮ＜Δ１ＭＡＸを有する低屈折率のリングを備えるか、または（ｉｉ）前記コアを取り巻き、かつ、相対屈折率Δ２ＭＩＮ＜Δ１ＭＡＸを有する低屈折率のリングを、前記コアと該低屈折率のリングの間に配置された環状の内側のクラッドと共に備えることを特徴とする請求項１に記載の少数モード光ファイバ。
【請求項３】
（ｉ）前記ＬＰ０１モードおよび前記ＬＰ１１モードの間に、１５５０ｎｍの波長において約０．３ｎｓ／ｋｍ未満である群遅延大きさ、
（ｉｉ）１５５０ｎｍにおいて２０ｄＢ以下である、前記ＬＰ１１モードのピンアレイ曲げ損失、
（ｉｉｉ）１８００ｎｍ未満である、ＬＰ０２モードに対するカットオフ波長、および、２４００ｎｍより大きい、前記ＬＰ１１モードに対するカットオフ波長、
の少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の少数モード光ファイバ。
【請求項４】
前記低屈折率のリングが、約２μｍ〜約１５μｍの範囲内の半径方向の厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の少数モード光ファイバ。
【請求項５】
少数モード光ファイバにおいて、
約８μｍ〜約１４μｍの半径Ｒ１、１５５０ｎｍの波長において約１．９以上で約２．７未満のアルファ値を備えたグレーデッド屈折率分布、ガラスクラッドに対して約０．３％〜約０．６％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸ、および１５５０ｎｍにおいて約９０μｍ２を超え約１６０μｍ２未満の実効面積を有するガラスコア、および
前記ガラスコアを取り巻き、かつ、最小相対屈折率Δ２ＭＩＮ＜０を有する低屈折率のリング、および、前記低屈折率のリングを取り巻き、かつ、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸ＞Δ２ＭＩＮであるような、最大相対屈折率Δ４ＭＡＸを有する外側のクラッド層を含む前記ガラスクラッド、
を備え、
前記ガラスコアおよびガラスクラッドが、１５００ｎｍを超える１つまたは複数の波長において、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードのみの伝搬および送信をサポートすることを特徴とする少数モード光ファイバ。
【請求項６】
前記コアにじかに隣接して配置され、前記コアを取り巻く内側のクラッドであって、前記内側のクラッドがΔ２ＭＩＮ＜Δ３≦Δ４ＭＡＸである相対屈折率Δ３を有する内側のクラッドをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の少数モード光ファイバ。
【請求項７】
少数モード光ファイバにおいて、
約８μｍ〜約１４μｍの範囲内の半径Ｒ１、１５５０ｎｍの波長において約１．９以上で約２．７未満のアルファ値を備えたグレーデッド屈折率分布、ガラスクラッドに対して約０．３％〜約０．６％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸ、および１５５０ｎｍにおいて約９０μｍ２を超え約１６０μｍ２未満の実効面積を有するガラスコア、および
前記ガラスコアを取り巻くが内側のクラッドによって前記ガラスコアからは離されて配置され最小相対屈折率Δ２ＭＩＮ＜０を有する低屈折率のリング、および、Δ１ＭＡＸ＞Δ４％＞Δ２ＭＩＮ％となるような最大相対屈折率Δ４ＭＡＸを備える外側のクラッド層を含む前記ガラスクラッド、
を備え、
前記ガラスコアおよびガラスクラッドが、１５００ｎｍを超える１つまたは複数の波長において、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードのみの伝搬および送信をサポートすることを特徴とする少数モード光ファイバ。
【請求項８】
（ｉ）１５５０ｎｍの波長において約０．５ｎｓ／ｋｍ未満である、前記ＬＰ０１モードおよび前記ＬＰ１１モードの間の群遅延大きさ、および／または、
（ｉｉ）１６００ｎｍ未満である、ＬＰ０２モードに対するカットオフ波長、および、２０００ｎｍより大きい、前記ＬＰ１１モードに対するカットオフ波長、
をさらに含むことを特徴とする請求項５または７に記載の少数モード光ファイバ。
【請求項９】
前記内側のクラッドが、（ｉ）約５μｍ以下の半径方向の厚さ、および／または、（ｉｉ）相対屈折率Δ３≦Δ４ＭＡＸを有することを特徴とする請求項７に記載の少数モード光ファイバ。
【請求項１０】
モード分割多重（ＭＤＭ）光伝送システムにおいて、
それぞれＬＰ１１モードおよびＬＰ０１モードにおいて、それぞれ第１および第２の波長を有する、それぞれ第１および第２の導波光信号を送信するように構成された送信機、
前記第１および第２光信号を、受信し、かつ、波長の逆多重化をするように構成された受信機、および
前記送信機および前記受信機を光学的に接続し、かつ、前記第１および第２導波光信号の、前記送信機から前記受信機までの伝送をサポートするように構成された、請求項１、５または７に記載の少数モード光ファイバ、
を含むことを特徴とするモード分割多重（ＭＤＭ）光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１１年８月１５日出願の米国仮特許出願第６１／５２３５５２号明細書の優先権の利益を主張し、上記出願の内容に依拠しその全体を参照により本明細書に組込む。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、概して光ファイバに関し、さらに詳しくいえばモード分割多重（ＭＤＭ：ｍｏｄｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）に用いられる少数モード光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００３】
マルチメディア遠隔通信応用の量と種類における爆発的な成長は、インターネットトラッフィックの速度への要求を駆り立て、かつ基幹光ファイバ通信リンクにおける研究を動機づけし続けている。コヒーレント通信、および、電子デジタル信号処理（ＤＳＰ）に基づく受信器は、それらの柔軟性、拡張性、およびファイバ非線形性を含む様々な送信障害を補償する能力により、長距離システムの次世代の規格として近年受け入れられてきた。ファイバ非線形性は達成可能なスペクトル効率に制限を設けるので、大きな実効面積（Ａｅｆｆ）のシングルモードファイバ（ＳＭＦ：ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ）が、非線形性の不利益を軽減するために設計されてきた。
【０００４】
しかしながら、増加する実効面積に伴う光ファイバのスペクトル効率の増加は緩慢であり、したがって、システム能力を向上させるために他の解決法が必要とされている。最近の実験で、多重入力、多重出力（ＭＩＭＯ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）技法を用いて、少数モードファイバ（ＦＭＦ：ｆｅｗ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ）の２つ以上の空間伝搬モードにおいて信号を送信することが可能であることが実証された。少数モードファイバは、本応用には特に魅力的であるが、その理由は、計算複雑度がモードの数と直接比例すること、および、少数のモードだけを利用することにより、マルチパス干渉（ＭＰＩ：ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）によるビット誤り率の不利益に結びつく場合があるモード混合の危険が少なくなることである。
【０００５】
以前に光ファイバ通信システム向けに提案された少数モード光ファイバは、ステップ屈折率または放物線状屈折率のいずれかのコアを有し、そこでは基本のＬＰ０１モードに加えて少なくともＬＰ１１モードをサポートするためにシングルモードファイバに比べてコア直径が増大される。これらのコア設計の両方において、１５５０ｎｍのウィンドウにおける１つまたは複数の波長で基本のＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの間に大きい遅延差がある。これらの大きい遅延差は、ＭＩＭＯを用いる時間領域の中で光信号を逆多重化することを困難にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、低い損失および小さな群遅延時間差（ＤＧＤ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｇｒｏｕｐ  ｄｅｌａｙ）を備えた少数モード光ファイバ向けの代替の設計が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、ガラスコア、および、そのコアを直接取り巻くガラスクラッドを含む少数モード光ファイバである。ガラスコアは、約８μｍ〜約１４μｍの範囲内の半径Ｒ１、１５５０ｎｍの波長において約２．３以上で約２．７未満のアルファ値を備えたグレーデッド屈折率分布、ガラスクラッドに対して約０．３％〜約０．６％の範囲内の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸ、および１５５０ｎｍにおいて約９０μｍ２を超え約１６０μｍ２未満の実効面積を有する。ガラスクラッドは、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸになるような最大相対屈折率Δ４ＭＡＸを有する。光ファイバは、１５００ｎｍを超える波長において、ＬＰ０１およびＬＰ１１のモードのみの伝搬および送信をサポートし、その２つのモード間に、１５５０ｎｍの波長において約０．５ｎｓ／ｋｍ未満である群遅延を有する。
【０００８】
本発明の別の態様は、ガラスコア、および、そのガラスコアを取り巻くガラスクラッドを含む少数モード光ファイバである。ガラスコアは、約８μｍ〜約１４μｍの半径Ｒ１、１５５０ｎｍの波長において約１．９以上で約２．７未満のアルファ値を備えたグレーデッド屈折率分布、ガラスクラッドに対して約０．３％〜約０．６％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸ、および１５５０ｎｍにおいて約９０μｍ２を超え約１６０μｍ２未満の実効面積を有する。ガラスクラッドは、コアを取り巻く低屈折率のリングを有する。この低屈折率のリングは、最小相対屈折率Δ２ＭＩＮ＜０を有する。ガラスクラッドは、その低屈折率のリングを取り巻き、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸ＞Δ２ＭＩＮになるような最大相対屈折率Δ４ＭＡＸを有する外側のクラッド層をさらに有する。ガラスコアとガラスクラッドは、１５００ｎｍを超える波長においてＬＰ０１およびＬＰ１１のモードのみの伝搬および送信をサポートする。
【０００９】
本発明の別の態様は、ガラスクラッドに取り巻かれたガラスコアを含む少数モード光ファイバである。ガラスコアは、約８μｍ〜約１４μｍの範囲内の半径Ｒ１、１５５０ｎｍの波長において約１．９以上で約２．７未満のアルファ値を備えたグレーデッド屈折率分布、ガラスクラッドに対して約０．３％〜約０．６％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸ、および１５５０ｎｍにおいて約９０μｍ２を超え約１６０μｍ２未満の実効面積を有する。ガラスクラッドは、ガラスコアを取り巻くが、相対屈折率Δ３を備えた内側のクラッドによってそのガラスコアからは離されて配置される、低屈折率のリングを有する。この低屈折率のリングは、最小相対屈折率Δ２ＭＩＮ＜０を有する。ガラスクラッドは、その低屈折率のリングを取り巻き、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸ＞Δ２ＭＩＮ、かつ、Δ３＞Δ２ＭＩＮになるような最大相対屈折率Δ４ＭＡＸを有する外側のクラッド層をさらに有する。ガラスコアとガラスクラッドは、１５００ｎｍを超える波長においてＬＰ０１およびＬＰ１１のモードのみの伝搬および送信をサポートする。
【００１０】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べてあり、当業者にとって一部はその説明から容易に明らかであろうし、さもなければ、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付図面を含む、本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識されよう。この特許請求の範囲は、以下に述べる「発明を実施するための形態」に組込まれ、その部分を構成する。
【００１１】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、様々な実施形態について記述し、かつ、請求の発明の対象の本質および特徴を理解するために概要または枠組みを提供するように意図されていることを理解されたい。添付の図面は、様々な実施形態についての一層の理解を深めるために含まれ、かつ、この明細書に組込まれ、その一部を構成する。図面は、本明細書に記述された様々な実施形態を図示し、説明と共に、請求の発明の対象の原理および動作について説明する役目を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書に記載された実施形態による少数モード光ファイバの一部分の側面図。
【図２Ａ】図１の少数モードファイバの線Ａ−Ａでの断面図であり、本明細書に開示された少数モード光ファイバの第１の主な例示実施形態のための構造を図示する。
【図２Ｂ】図２Ａの少数モード光ファイバの相対屈折率分布を図示する。
【図３Ａ】図１の少数モードファイバの線Ａ−Ａでの断面図で、本明細書に開示された少数モード光ファイバの第２の主な例示実施形態のための構造を図示する。
【図３Ｂ】図３Ａの光ファイバの相対屈折率分布を図示する。
【図４Ａ】図１の少数モードファイバの線Ａ−Ａでの断面図で、本明細書に開示された少数モード光ファイバの第３の主な例示実施形態のための構造を図示する。
【図４Ｂ】図４Ａの少数モード光ファイバの相対屈折率分布を図示する。
【図４Ｃ】図４Ｂと同様であるが、相対屈折率分布には、内側のクラッドより高い相対屈折率を有する外側のクラッドが含まれているという点を除く。
【図４Ｄ】パルス広がり（ｎｓ／ｋｍ）対波長（μｍ）を図示するが、αの最適値を有する、最大のコア相対屈折率Δ１ＭＡＸ（凡例内に「デルタ（ｄｅｌｔａ）」表示された）の異なる値に対するものである。
【図５】本明細書に開示された少数モード光ファイバを用いる、実施例のＭＤＭ光伝送システムの概略図である。
【図６】図５のＭＤＭ光伝送システム内の送信機と受信機を光学的に接続する、例示のファイバリンクの概略図であり、ファイバリンクは、光増幅器によって接続された少数モードファイバの多数のスパンを有する。
【図７】代替の少数モードファイバ実施形態の屈折率分布を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
長距離伝送ファイバとして使用される光ファイバの実施形態について詳細にこれから説明する。それらの実施例が添付図面に図示されている。可能な限り、図面を通して同一の参照番号を同一または同様の部分を参照するために使用する。
【００１４】
用語
以下の用語は本明細書において、光ファイバを記述するために用いられ、パラメーターのうちのいくつかは様々な例示実施形態に関連して以下に導入され、定義される。
【００１５】
本明細書で使用するとき、用語「屈折率分布」とは、屈折率または相対屈折率とファイバの半径との間の関係である。
【００１６】
本明細書で使用するとき、用語「相対屈折率」は次のように定義される：
【００１７】
【数１】
2015529848.tif 000003
【００１８】
ここでｎ（ｒ）は、別記しない限り半径ｒにおける屈折率である。相対屈折率は、別記しない限り１５５０ｎｍにおいて定義される。１つの態様において、基準屈折率ｎＲＥＦは石英ガラスの屈折率である。別の態様において、ｎＲＥＦはクラッドの最大屈折率である。本明細書で使用するとき、相対屈折率はΔによって表わされ、その値は、別記しない限り「％」の単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦより小さい場合において、相対屈折率は負であり、下降領域または下降屈折率を有するといい、また、最小相対屈折率は、別記しない限り相対屈折率が最も負となる点において計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦより大きい場合において、相対屈折率は正であり、その領域は、上昇している、または正の屈折率を有するということができる。
【００１９】
用語「アップドーパント（ｕｐｄｏｐａｎｔ）」は本明細書で使用するとき、純粋な、かつドープされていないＳｉＯ２に対して、ガラスの屈折率を上昇させるドーパントを指す。用語「ダウンドーパント（ｄｏｗｎｄｏｐａｎｔ）」は本明細書で使用するとき、純粋かつ非ドープのＳｉＯ２に対して、ガラスの屈折率を下降させる傾向を有するドーパントを指す。アップドーパントでない１つまたは複数の他のドーパントが伴うとき、アップドーパントが負の相対屈折率を有する光ファイバの領域の中に存在してもよい。同様に、アップドーパントでない１つまたは複数の他のドーパントが、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。ダウンドーパントでない１つまたは複数の他のドーパントが伴うとき、ダウンドーパントが正の相対屈折率を有する光ファイバの領域の中に存在してもよい。同様に、ダウンドーパントでない１つまたは複数の他のドーパントが、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。
【００２０】
本明細書で使用するとき、光ファイバの「実効面積」Ａｅｆｆは、その中を光が伝搬され、次のように定義される光ファイバの面積である。
【００２１】
【数２】
2015529848.tif 000004
【００２２】
ここで、Ｅはファイバで伝搬される光に伴う電界であり、ｒはファイバの半径である。実効面積Ａｅｆｆは、別記しない限り１５５０ｎｍの波長において決定される。
【００２３】
モードフィールド径（ＭＦＤ）は、シングルモードファイバで伝搬する光のスポットサイズまたはビーム幅の指標である。ＭＦＤは、光源波長、ファイバコア半径、およびファイバ屈折率分布の関数である。ＭＦＤはＰｅｔｅｒｍａｎ  ＩＩ手法を用いて測定され、この手法では、
【００２４】
【数３】
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【００２５】
であり、ここで、Ｅはファイバ内の電界分布であり、ｒはファイバの半径である。
【００２６】
ファイバの正規化波数、またはＶ数は、Ｖ＝ｋ＊Ｒ１＊ＮＡと定義され、ここで、ｋは自由空間波数２π／λ、λは波長、Ｒ１はコアの半径、および、ＮＡはファイバの開口数である。ＮＡは、
（ｎｃｏｒｅ２−ｎｃｌａｄ２）１／２＝ｎｃｌａｄ［２Δ１ＭＡＸ／（１−２Δ１ＭＡＸ）］１／２
で与えられ、ここで、ｎｃｏｒｅはコアの最大屈折率、ｎｃｌａｄはクラッドの屈折率、および、Δ１ＭＡＸはクラッドに対するコアの最大相対屈折率である。
【００２７】
ファイバの色分散または分散は、材料分散、導波路分散、およびモード間分散の合計である。
【００２８】
あるモードのカットオフ波長とは、モードが、その波長以上では光ファイバの中で伝搬するのを止める最小の波長である。シングルモードファイバのカットオフ波長とは、光ファイバがただ１つの伝搬モードしかサポートしなくなる最小の波長である。シングルモードファイバのカットオフ波長は、高次モードの中では最も高いカットオフ波長に相当する。通常最も高いカットオフ波長は、ＬＰ１１モードのカットオフ波長に相当する。数学的な定義は、Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｊｅｕｎｈｏｍｍｅ，ｐｐ．３９  ４４，Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９０、において見いだすことができ、ここで、理論的なファイバカットオフは、モード伝搬定数が、外側のクラッドにおける平面波伝搬定数と等しくなる波長と記述されている。この理論的な波長は、直径の変動がない、無限に長く完全にまっすぐなファイバに適合する。
【００２９】
ケーブルカットオフ波長、または「ケーブルカットオフ」は、ＥＩＡ−４５５−１７０  Ｃａｂｌｅ  Ｃｕｔｏｆｆ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  ｂｙ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ、または「ＦＯＴＰ−１７０」に記述された２２ｍのケーブルカットオフテストによって近似値を求めることができる。ケーブルカットオフは、本明細書で使用するとき、近似試験を用いて得られた値を意味する。ケーブルカットオフ波長は、理論的なカットオフ波長より通常１００〜３００ｎｍ低い。
【００３０】
本明細書で使用するとき、用語「少数モードファイバ」は、シングルモードファイバより多数のモードであるが通常のマルチモードファイバより少数のモードの伝搬をサポートするファイバを指す。任意の屈折率分布を備えた円筒対称光ファイバにおける伝搬モードの数およびそれらの特性は、スカラ波動方程式を解くことにより得られる（例えば、Ｔ．Ａ．Ｌｅｎａｈａｎ，“Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｏｄｅｓ  ｉｎ  ａｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｆｉｎｉｔｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ＥＩＳＰＡＣＫ，”Ｂｅｌｌ  Ｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．，ｖｏｌ．６２，ｎｏ．１，ｐ．２６６３，Ｆｅｂ．１９８３、を参照）。光ファイバまたは他の誘電体導波路の中で伝わる光はハイブリッドのタイプのモードを形成し、それらは通常ＬＰ（直線偏光）モードと呼ばれる。ＬＰ０ｐモードは、２つの偏波自由度を有し、２重縮退しており、ＬＰ１ｐモードは、４重縮退しており、また、ｍ＞１であるＬＰｍｐモードは、４重縮退している。我々は、ファイバの中で伝搬するＬＰモードの数を指定する場合、これらの縮退を数えない。例えば、たとえＬＰ０１モードが２つの可能な偏波を有しても、ＬＰ０１モードのみが伝搬する光ファイバはシングルモードファイバである。Ｌ０１およびＬＰ１１のモードが伝搬する少数モード光ファイバは、３つの空間モードをサポートするが、それはＬＰ１１モードが２重縮退しており、各モードは２つの可能な偏波をさらに有するので、合計６つのモードを与えるためである。したがって、ファイバが２つのＬＰモードを有すると言う場合、そのファイバがすべてのＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの伝搬をサポートすることを意味する。
【００３１】
光ファイバのベンド耐性またはベンド性能は、規定された試験条件の下でファイバを通して伝搬する光に引き起こされる減衰によって測定され得る。本明細書に記載された光ファイバのベンド性能は、光ファイバの曲げへの相対的な耐性を比較するためにピンアレイ曲げ試験に基づいて、モデル化された。この試験を行なうために、引き起こされた曲げ損失が基本的にない光ファイバに対して減衰が測定される。次いで、光ファイバはピンアレイのまわりを縫うように置かれ、減衰が再度測定される。曲げにより引き起こされた損失は、ｄＢの単位で通常表わされるが、２つの減衰測定値間の差である。ピンアレイは、単列に配置され、平坦面上で固定の垂直姿勢に保持された１０本の円筒状のピンの１組である。ピン間隔は中心間で５ｍｍである。ピン直径は０．６７ｍｍである。光ファイバは隣接したピンの反対側面を通過させられる。試験中に光ファイバを、ファイバが接触するピンの周囲の部分に添わせるのに十分な張力を印加した状態に配置する。この試験は光ファイバのマクロベンド耐性に適する。
【００３２】
用語「α分布」、または、「アルファ分布」は本明細書で使用するとき、「％」の単位のΔで表わされる相対屈折率分布を指し、ここで、ｒは半径であり、次の式に従う。
【００３３】
【数４】
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【００３４】
ここで、Δ０は最大相対屈折率、ｒ０はコアの半径、ｒはｒｉ≦ｒ≦ｒｆの範囲にあり、Δは上に定義された通りであり、ｒｉはα分布の始点であり、ｒｆはα分布の終点であり、かつ、αは実数の指数である。ステップ屈折率分布に対して、アルファ値は１０以上である。グレーデッド屈折率分布に対して、アルファ値は１０未満である。本明細書で使用するとき、用語「放物線状」は、実質的に放物線状に形成され、α＝２を有する屈折率分布、ならびに、コア内の１つまたは複数の点においてコアの曲線性がα＝２からわずかに変化する分布、例えば中心線のくぼみを有する分布を含む。ここで、コア半径および最大相対屈折率に対する異なる形状が、デルタ（Δ）の基本的な定義に影響を与えることなく、以下の実施例の中で用いられていることに注目されたい。
【実施例】
【００３５】
本明細書に別記しない限り、本明細書に示され、以下で議論される光ファイバの上記の特性は１５５０ｎｍにおいてモデル化されるか、測定される。
【００３６】
下記の議論において、光ファイバのコアでないいかなる部分もクラッドの部分と見なす。さらに、ファイバ１０の所与の領域Ｙの相対屈折率は、半径の関数ΔＹ（ｒ）として一般に記述され、場合により最大値のΔＹＭＡＸおよび／または最小値のΔＹＭＩＮを有することができる。ΔＹ（ｒ）が一定である実施例においては、その際、ΔＹ（ｒ）＝ΔＹＭＡＸ＝ΔＹＭＩＮであり、ΔＹと表す。
【００３７】
図１は本発明による少数モード光ファイバ（「ファイバ」）１０の一部分の側面図である。ここでファイバ１０の様々な例示実施形態を、ファイバ１０の例示断面図、および対応する例示相対屈折率分布の図に関して下記に述べる。
【００３８】
第１の主な例示実施形態
図２Ａは、図１の線Ａ−Ａでのファイバ１０の断面図であり、ファイバ１０の第１の主な例示実施形態を図示する。図２Ｂは、図２Ａの断面図に対応する相対屈折率分布である。この第１の例示実施形態のファイバ１０は、半径Ｒ１のガラスグレーデッド誘電率コア２０、およびコアを取り巻き、半径Ｒ１において始まり、外側の半径Ｒ０まで外方に延在するガラスクラッド５０を含む。クラッド５０は実質的に一様な屈折率を有し、相対屈折率Δ４はゼロである。
【００３９】
本明細書に示され記述された実施形態において、コア２０は、純粋な石英ガラス（ＳｉＯ２）、または、純粋かつ非ドープの石英ガラスに対してガラスコアの屈折率を増加させる１つもしくは複数のドーパントを有する石英ガラスを含む。コアの屈折率を増加させることに適しているドーパントとして、ＧｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、および／またはそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定はされない。
【００４０】
下記の表１に、この第１の主な例示実施形態の中の７つの実施例（ＥＸ１〜ＥＸ７）を示し、ここで７つの実施例は２．３〜２．７の間のαの値を有する。別記しない限り、光学的性質はすべて１５５０ｎｍの波長においてモデル化されている。１つの実施例においてＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．２５ｎｓ／ｋｍ未満であり、別の実施例においてＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．１ｎｓ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例においてＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．０５ｎｓ／ｋｍ未満である。１つの実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．５ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．３ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．２ｎｓ／ｋｍ未満である。１つの実施例において実効面積Ａｅｆｆは１００〜１５０μｍ２の間にあり、別の実施例において１１０〜１４０μｍ２の間にある。
【００４１】
１つの実施例においてＬＰ１１モードのピンアレイ曲げ損失は３０ｄＢ未満であり、別の実施例において２０ｄＢ未満である。１つの実施例においてＬＰ０２モードのカットオフ波長は１８００ｎｍ未満であり、別の実施例において１７５０ｎｍ未満であり、また、別の実施例において１７５０ｎｍ未満で、かつ１６００ｎｍより大きい。これらの実施例において、ＬＰ０２モードのケーブルカットオフ波長は、ＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長より約３００ｎｍ低い。１つの実施例においてＬＰ１１モードのカットオフ波長は２４００ｎｍより大きく、別の実施例において２５００ｎｍより大きく、また、別の実施例において２６００ｎｍより大きい。
【００４２】
１つの実施例においてＬＰ０１モードの減衰は０．２１ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２０ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．１９ｄＢ／ｋｍ未満である。１つの実施例においてＬＰ１１モードの減衰は０．２５ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２３ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．２１ｄＢ／ｋｍ未満である。比較例（「ＣＥ」）は、α＝２．０を有する放物線状屈折率のコアを有し、１５５０ｎｍにおいて０．７６ｎｓ／ｋｍの相対遅延を与えるが、これはＭＤＭ光伝送システムにおける実用的用途には大きすぎる。別記しない限り、これらの光学的性質はすべて１５５０ｎｍの波長においてモデル化されている。
【００４３】
【表１】
2015529848.tif 000007
【００４４】
下記の表２に、この第１の主な例示実施形態の中のさらなる７つの実施例（ＥＸ８〜ＥＸ１４）を示し、ここでαの値は２．３〜２．７の間にある。１つの実施例において相対遅延の大きさは０．２５ｎｓ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．１ｎｓ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．０５ｎｓ／ｋｍ未満である。１つの実施例において１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．３ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．２ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．１５ｎｓ／ｋｍ未満である。１つの実施例において実効面積Ａｅｆｆは９０〜１６０μｍ２の間にあり、別の実施例において１００〜１５０μｍ２の間にある。１つの実施例においてＬＰ１１モードのピンアレイ曲げ損失は６０ｄＢ未満であり、別の実施例において３０ｄＢ未満であり、また、別の実施例において２０ｄＢ未満である。
【００４５】
１つの実施例においてＬＰ０２モードのカットオフ波長は１８００ｎｍ未満であり、別の実施例において１７５０ｎｍ未満であり、また、別の実施例において１７５０ｎｍ未満で、かつ１６００ｎｍより大きい。これらの実施例において、ＬＰ０２モードのケーブルカットオフ波長は、ＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長より約３００ｎｍ低い。１つの実施例においてＬＰ１１モードのカットオフ波長は２４００ｎｍより大きく、別の実施例において２５００ｎｍより大きく、また、別の実施例において２６００ｎｍより大きい。１つの実施例においてＬＰ０１モードの減衰は０．２１ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２０ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において、０．１９ｄＢ／ｋｍ未満である。１つの実施例においてＬＰ１１モードの減衰は０．２５ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２３ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．２１ｄＢ／ｋｍ未満である。別記しない限り、これらの光学的性質はすべて１５５０ｎｍの波長においてモデル化されている。
【００４６】
【表２】
2015529848.tif 000008
【００４７】
下記の表３に、この第１の主な例示実施形態の中のさらなる４つの実施例（ＥＸ１５〜ＥＸ１８）を示し、ここでαの値は２．３〜１０．０の間にある。１つの実施例において、αの値は２．３〜５．０の間にある。別の実施例において、αの値は２．３〜３の間にある。１つの実施例において相対遅延の大きさは０．２５ｎｓ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．１ｎｓ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．０５ｎｓ／ｋｍ未満である。１つの実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．５ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．３ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．２ｎｓ／ｋｍ未満である。
【００４８】
１つの実施例において実効面積Ａｅｆｆは９０〜１６０μｍ２の間にあり、別の実施例において１００〜１５０μｍ２の間にある。１つの実施例においてＬＰ１１モードのピンアレイ曲げ損失は１００ｄＢ未満であり、別の実施例において３０ｄＢ未満であり、また、別の実施例において２０ｄＢ未満である。１つの実施例においてＬＰ０２モードのカットオフ波長は１８００ｎｍ未満であり、別の実施例において１７５０ｎｍ未満であり、また、別の実施例において１７５０ｎｍ未満で、かつ１６００ｎｍより大きい。これらの実施例において、ＬＰ０２モードのケーブルカットオフ波長は、ＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長より約３００ｎｍ低い。１つの実施例においてＬＰ１１モードのカットオフ波長は２０００ｎｍより大きく、別の実施例において２２００ｎｍより大きく、また、別の実施例において２４００ｎｍより大きい。１つの実施例においてＬＰ０１モードの減衰は０．２１ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２０ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．１９ｄＢ／ｋｍ未満である。１つの実施例においてＬＰ１１モードの減衰は０．２５ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２３ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．２１ｄＢ／ｋｍ未満である。別記しない限り、これらの光学的性質はすべて１５５０ｎｍの波長においてモデル化されている。
【００４９】
【表３】
2015529848.tif 000009
【００５０】
第２の主な例示実施形態
図３Ａは、図１の線Ａ−Ａでのファイバ１０の断面図であり、ファイバ１０の第２の主な例示実施形態を図示する。図３Ｂは、図３Ａの断面図に対応する相対屈折率分布である。この第２の例示実施形態のファイバ１０は、グレーデッド誘電率ガラスコア２０にじかに隣接して、それを取り巻いて配置された、低屈折率のリング４０を含む。クラッド５０はじかにリング４０を取り巻く。リング４０は、内側の半径Ｒ１、外側の半径Ｒ２、相対屈折率Δ２、および最小相対屈折率Δ２ＭＩＮを有する。１つの実施例において図のように、Δ２＝Δ２ＭＩＮである。
【００５１】
下記の表４は、この第２の主な例示実施形態の３つの実施例、ＥＸ１９〜ＥＸ２１を示す。これらの実施例は、１．９〜２．１の間のαの値を有する。低屈折率のリング４０の最小相対屈折率Δ２ＭＩＮは、０より小さく、またこれらの実施例において、Δ２ＭＩＮ＜−０．０５％である。１つの実施例において低屈折率のリング４０の外側の半径Ｒ２は１２μｍより大きく、別の実施例において１４μｍより大きく、また別の実施例において１６μｍより大きい。１つの実施例において相対遅延の大きさは０．２５ｎｓ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．１ｎｓ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．０５ｎｓ／ｋｍ未満である。１つの実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．３ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．２ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．１ｎｓ／ｋｍ未満である。
【００５２】
１つの実施例において実効面積Ａｅｆｆは、９０μｍ２〜１６０μｍ２の間にあり、別の実施例において１００μｍ２〜１５０μｍ２の間にある。１つの実施例においてＬＰ１１モードのピンアレイ曲げ損失は６０ｄＢ未満であり、別の実施例において３０ｄＢ未満であり、また別の実施例において２０ｄＢ未満である。１つの実施例においてＬＰ０２モードのカットオフ波長は好適には１６００ｎｍ未満であり、別の実施例において１５５０ｎｍ未満であり、また別の実施例において１５５０ｎｍ未満で、かつ１４００ｎｍより大きい。これらの実施例において、ＬＰ０２モードのケーブルカットオフ波長は、ＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長より約１００ｎｍ低い。１つの実施例においてＬＰ１１モードのカットオフ波長は２０００ｎｍより大きく、また別の実施例において２２００ｎｍより大きい。別記しない限り、これらの光学的性質はすべて１５５０ｎｍの波長においてモデル化されている。
【００５３】
【表４】
2015529848.tif 000010
【００５４】
第３の主な例示実施形態
図４Ａは、図１の線Ａ−Ａでのファイバ１０の断面図であり、ファイバ１０の第３の主な例示実施形態を図示する。図４Ｂは、図４Ａの断面図に対応する例示屈折率分布を図示し、一方、図４Ｃは、別の例示屈折率分布を図示する。この第３の例示実施形態のファイバ１０は、それがコア２０とリング４０との間に内側のクラッド３０をさらに含むという点を除いて、第２の例示実施形態のものに類似している。内側のクラッド３０は、このようにして、リング４０がもはやコア２０に接しない（すなわち、もはやじかに隣接しない）ようにコア２０を取り巻く。内側のクラッド３０は、内側の半径Ｒ１および外側の半径Ｒ２を有し、また、低屈折率のリング４０はここでは内側の半径Ｒ２、外側の半径Ｒ３、および半径方向の幅Ｒ３−Ｒ２を有する。内側のクラッド３０は、半径方向の幅Ｒ２−Ｒ１を有する。１つの実施例において、内側のクラッドは相対屈折率Δ３＝Δ４＝０を有する。
【００５５】
１つの実施例において、内側のクラッド３０は、それが以下のものを含んでもよいという点でクラッド５０のように形成されてもよく、以下のものとは、純粋な石英ガラス（ＳｉＯ２）、クラッドが「アップドープされる」場合などの、屈折率を増加させる１つまたは複数のドーパント（例えば、ＧｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、および／または、Ｔａ２Ｏ５）を含む石英ガラス、または、内側のクラッドが「ダウンドープされる」場合などの、フッ素などの屈折率を減少させるドーパントを含む石英ガラスである。
【００５６】
下記の表５は、ファイバ１０のこの第３の主な例示実施形態の６つの実施例、ＥＸ２２〜ＥＸ２７を示す。実施例ＥＸ２２〜ＥＸ２６は、２．３〜２．７の間のαの値を有するグレーデッド屈折率コア２０を含む。実施例２７は、１．９〜２．１の間のαの値を有するグレーデッド屈折率のコア２０を含む。１つの実施例において低屈折率のリング４０の最小相対屈折率Δ２ＭＩＮは、−０．１％より小さく、別の実施例においてΔ２ＭＩＮ＜−０．２％であり、別の実施例においてΔ２ＭＩＮ≦−０．３％であり、また別の実施例において−０．７％≦Δ２ＭＩＮ≦−０．３％である。１つの実施例において低屈折率のリング４０の外側の半径Ｒ３は１４μｍより大きく、別の実施例において外側の半径Ｒ３は１６μｍより大きく、また別の実施例において外側の半径Ｒ３は１８μｍより大きい。１つの実施例Ｒ２において低屈折率のリング４０の内側の半径Ｒ２は１２μｍより大きく、別の実施例においてＲ２は１４μｍより大きく、また別の実施例においてＲ２は１６μｍ以上である。１つの実施例においてＲ３−Ｒ２で定義される低屈折率のリング４０の半径方向の幅は２μｍより大きく、別の実施例において３μｍより大きく、また別の実施例において４μｍより大きい。
【００５７】
１つの例示実施形態において相対遅延の大きさは、０．２５ｎｓ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．１ｎｓ／ｋｍ未満であり、また別の実施例において０．０５ｎｓ／ｋｍ未満である。１つの実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．５ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．３ｎｓ／ｋｍ未満である。別の実施例において、１５００〜１６００ｎｍの間のすべての波長において、ＬＰ１１モードの相対遅延の大きさは０．２ｎｓ／ｋｍ未満である。
【００５８】
１つの実施例において実効面積Ａｅｆｆは、９０μｍ２〜１６０μｍ２の間にあり、また別の実施例において１００μｍ２〜１５０μｍ２の間にある。１つの実施例においてＬＰ１１モードのピンアレイ曲げ損失は６０ｄＢ未満であり、別の実施例において３０ｄＢ未満であり、また別の実施例において２０ｄＢ未満である。１つの実施例においてＬＰ０２モードのカットオフ波長は１６００ｎｍ未満であり、別の実施例において１５５０ｎｍ未満であり、また別の実施例において１５５０ｎｍ未満で、かつ１４００ｎｍより大きい。これらの実施例において、ＬＰ０２モードのケーブルカットオフ波長は、ＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長より約１００ｎｍ低い。１つの実施例においてＬＰ１１モードのカットオフ波長は２０００ｎｍより大きく、別の実施形態において２２００ｎｍより大きく、また別の実施例において２４００ｎｍより大きい。別記しない限り、これらの光学的性質はすべて１５５０ｎｍの波長においてモデル化されている。
【００５９】
【表５】
2015529848.tif 000011
【００６０】
図４Ｃは、図４Ｂに類似した相対屈折率分布を図示するが、異なるのは、図４Ｃが第３の主な例示実施形態のより一般化されたバージョンを表わし、そこでは内側のクラッド３０の実効屈折率Δ３が（外側の）クラッド５０より小さい、すなわち、Δ３＜Δ４であるという点である。１つの実施例において、内側のクラッド３０は、−０．１％〜０．０５％の間の相対屈折率Δ３を有する。低屈折率のリング４０は、内側のクラッド３０にじかに隣接して配置され、開始（内側）半径Ｒ２およびの終了（外側）半径Ｒ３を有する。リング４０は、このようにしてＲ３−Ｒ２の半径方向の幅を有し、また、クラッド５０に対して最小相対屈折率Δ２ＭＩＮを有する。１つの実施例において最小相対屈折率Δ２ＭＩＮは、−０．１％〜−０．７％の間にあり、別の実施例において−０．３％〜−０．５％の間にある。
【００６１】
１つの実施例において低屈折率のリング４０の半径方向の幅Ｒ３−Ｒ２は、０μｍ〜１５μｍの間にあり、別の実施例において２μｍ〜８μｍの間にあり、また別の実施例において４μｍ〜６μｍの間にある。１つの実施例において、低屈折率のリング４０はステップ分布以外の屈折率分布を有し、それはさらなるモードフィールド制御を提供することができる、三角形または放物線状の分布などである。
【００６２】
図４Ｄは、波長（μｍ）の関数としてＲＭＳパルス広がり（ｎｓ／ｋｍ）を示すが、最適のアルファ値を有する、コア相対屈折率の４つの最大値Δ１ＭＡＸ（凡例内に「ｄｅｌｔａ（デルタ）」表示された）に対するものである。１．５〜１．６μｍの波長ウィンドウの範囲内で、ＲＭＳの広がり（それは２モードファイバ内のＬＰ１１モード遅延と等しい）が、０．１ｎｓ／ｋｍ未満で変動することが分かるが、それはＭＤＭ伝送システムに適している。
【００６３】
第４の主な例示実施形態
表６は、５つの屈折率分布の属性を示すが、それらの分布に対して、コアの半径およびアルファパラメーターの変化が、モード群遅延時間差およびモード群遅延時間差勾配の符号を変える。実施例２８において、トレンチは、グレーデッド屈折率コアに隣接するが、実施例２９〜３２においては、コアからオフセットＲ２−Ｒ１の間を置いて配置する。実施例３１の屈折率分布を図７に図示する。実施形態２８〜３２の各々は、規定された寸法によって作られるとき非常に低いモード間遅延時間差を与える。ファイバ６〜１０のＬＰ０１実効面積Ａｅｆｆは、１２０μｍ２より大きく、より好適には１２０〜２００μｍ２の間である。１つの実施例においてＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長は、２４００ｎｍ未満であり、別の実施例において２０００ｎｍ未満であり、また別の実施例において１８００ｎｍ未満である。これらの実施例において、ＬＰ０２モードのケーブルカットオフ波長は、ＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長より約３００ｎｍ低い。１つの実施例においてＬＰ１１モードの理論的なカットオフ波長は２０００ｎｍより大きく、別の実施例において２２００ｎｍより大きく、また別の実施例において２４００ｎｍより大きい。１つの実施例においてＬＰ０１モードの減衰は０．２１ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２０ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．１９ｄＢ／ｋｍ未満である。１つの実施例においてＬＰ１１モードの減衰は０．２５ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２３ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．２１ｄＢ／ｋｍ未満である。別記しない限り、これらの光学的性質はすべて１５５０ｎｍの波長においてモデル化されている。
【００６４】
【表６】
2015529848.tif 000012
【００６５】
表７は、実施例３１の４つの変形形態に対する率分布を示すが、この実施例においてコアの半径およびアルファパラメーターの変化が、モード群遅延時間差およびモード群遅延時間差勾配の符号を変える。図７は、実施例３１ｃの屈折率分布を示す。実施形態３１ａ〜３１ｄの各々は、規定された寸法によって作られるとき非常に低いモード間遅延時間差を与える。実施例３１ａおよび３１ｄは同様のアルファ値を有し、｜αｉ−αｊ｜＜０．２であり、またわずかに異なるコア半径を有し、｜Ｒ１ｉ−Ｒ１ｊ｜＞０．２μｍである。実施例３１ａは、１５３０、１５５０、および１５６５ｎｍにおいて、負のモード間遅延時間差勾配と共に負のモード間遅延時間差を与え、一方、実施例３１ｄは１５３０、１５５０および１５６５ｎｍにおいて、正のモード間遅延時間差勾配と共に正のモード間遅延時間差を与える。これらの２つのモデル化されたファイバ実施例を約１：１の長さ比率で組み合わせると、モード間遅延時間差およびモード間遅延時間差勾配がほとんどゼロであるスパンが得られる。実施例３１ｂは、１５３０、１５５０、および１５６５ｎｍにおいて、負のモード間遅延時間差勾配と共に正のモード間遅延時間差を与え、一方、実施例３１ｃは、１５３０、１５５０および１５６５ｎｍにおいて、正のモード間遅延時間差勾配と共に負のモード間遅延時間差を与える。これらの２つのモデル化されたファイバ実施例を約１：１の長さ比率で組み合わせると、モード間遅延時間差およびモード間遅延時間差勾配がほとんどゼロであるスパンが得られる。
【００６６】
【表７】
2015529848.tif 000013
【００６７】
表８は、さらなる６つの屈折率分布の属性を示し、それらの分布に対して、コアの半径およびアルファパラメーターの変化が、モード群遅延時間差およびモード群遅延時間差勾配の符号を変える。実施形態３３〜３８において、トレンチは、コアからオフセットＲ２−Ｒ１の間を置いて配置する。実施形態３３〜３８の各々は、規定された寸法によって作られるとき非常に低いモード間遅延時間差を与える。ファイバ２８〜３２のＬＰ０１実効面積Ａｅｆｆは、１２０μｍ２より大きく、より好適には１２０〜２００μｍ２の間である。１つの実施例においてＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長は、２４００ｎｍ未満であり、別の実施例において２０００ｎｍ未満であり、また別の実施例において１８００ｎｍ未満である。これらの実施例においてＬＰ０２モードのケーブルカットオフ波長は、ＬＰ０２モードの理論的なカットオフ波長より約３００ｎｍ低い。１つの実施例においてＬＰ１１モードの理論的なカットオフ波長は２０００ｎｍより大きく、別の実施例において２２００ｎｍより大きく、また別の実施例において２４００ｎｍより大きい。１つの実施例においてＬＰ０１モードの減衰は０．２１ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２０ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．１９ｄＢ／ｋｍ未満である。１つの実施例においてＬＰ１１モードの減衰は０．２５ｄＢ／ｋｍ未満であり、別の実施例において０．２３ｄＢ／ｋｍ未満であり、また、別の実施例において０．２１ｄＢ／ｋｍ未満である。別記しない限り、これらの光学的性質はすべて１５５０ｎｍの波長においてモデル化されている。
【００６８】
【表８】
2015529848.tif 000014
【００６９】
ＭＤＭ光伝送システム
本発明による少数モード光ファイバ１０は、低い損失および小さな群遅延時間差を有し、光伝送システムでの利用に適し、特に、ＭＤＭを利用し、かつ、長距離伝送向けに構成されるものに適する。
【００７０】
図５は、例示ＭＤＭ光伝送システム（「ＭＤＭシステム」）１００の概略図である。ＭＤＭシステム１００は、ファイバ１０の少なくとも１つのスパンを含む光ファイバリンク３００によって光学的に接続された、送信機１１０および受信機２１０を含む。
【００７１】
送信機１１０は、同一または異なる波長で光を放射する２つ以上の発光源１１２を含む。２つの発光源１１２−１および１１２−２を例として示す。各発光源１１２は、１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの間の波長を有する光１２２を放射する少なくとも１つのレーザー１２０を含む。１つの実施例において、送信機１１０は、１５００〜１６００ｎｍの間の１つまたは複数の波長を送信する、少なくとも１６のレーザーを含む。別の実施例において、送信機１１０は、１５００〜１６００ｎｍの間の１つまたは複数の波長を送信する、少なくとも３２のレーザーを含む。別の実施例において、送信機１１０は、１５００〜１６００ｎｍの間の１つまたは複数の波長を送信する、少なくとも６４のレーザーを含む。
【００７２】
送信機１１０は、ファイバ部分Ｆ１（例えば、シングルモードファイバセクション）によって発光源１１２−１に光学的に接続された、ＬＰ０１からＬＰ１１へのモード変換器１１６をさらに含む。ＬＰ０１からＬＰ１１へのモード変換器１１６は、ＬＰ０１で伝わっている導波光をＬＰ１１モードで伝わるように変換するように構成される。一般に、送信機１１０内の発光源１１２の少なくとも１つは、ＬＰ０１−ＬＰ１１モード変換器１１６に光学的に結合され、このＬＰ０１−ＬＰ１１モード変換器１１６は、１つの実施例において、ＬＰ０１モードの強度の少なくとも５０％をＬＰ１１モードに変換する。
【００７３】
各光源ユニット１１２内のレーザー１２０は、対応する変調器１３０に光学的に接続され、この変調器１３０は、パルス信号ＳＰを介して対応するパルスパターン発生器１３４によって駆動される。１つの実施例において、各変調器１３０は、４０Ｇｂ／ｓ以上の速度で動作する。別の実施例において、各変調器１３０は、１００Ｇｂ／ｓ以上の速度で動作する。
【００７４】
１つの実施例において、各変調器１３０は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などの、対応する光増幅器１４０に光学的に接続されてもよい。光増幅器１４０−１は、ＬＰ０１からＬＰ１１へのモード変換器１１６に光学的に接続され、次に、モード変換器１１６は、ファイバ１０のセクションを介してマルチプレクサ１５に光学的に接続される。光増幅器１４０−２も、ファイバセクションＦ２を介して波長マルチプレクサ１５０に光学的に接続される。
【００７５】
波長マルチプレクサ１５０は、光ファイバリンク３００のファイバ１０を介して受信機２１０に光学的に接続される。受信機２１０は、ファイバ１０の送信機端に光学的に接続された波長デマルチプレクサ２２０を含む。次に波長デマルチプレクサ２２０はスプリッター２３０に光学的に接続され、このスプリッター２３０は検知器２４０−１および２４０−２に、それぞれの光ファイバセクションＦ３およびＦ４を介して接続される。モードフィルタ２５０が、ＬＰ０１またはＬＰ１１モードのいずれかをフィルタで除去するために、ファイバセクションＦ３に配置される。
【００７６】
ＭＤＭシステム１０の動作において、各発光源１２０は光１２２を放射し、次いで、この光１２２は、対応するパルスパターン発生器１３４からの対応するパルス信号ＳＰに従って、対応する変調器１３０によって変調される。変調器１３０−１および１３０−２の出力は、それぞれの波長λ１およびλ２を有し、それぞれのファイバセクションＦ１およびＦ２で、ＬＰ０１モードで伝搬する、それぞれの導波光信号ＯＳ１およびＯＳ２である。光信号ＯＳ１は、ＬＰ０１からＬＰ１１へのモード変換器１１６を通過し、このモード変換器１１６は、光信号ＯＳ１がＬＰ１１モードで伝搬するように、ＬＰ０１モードで伝わっている光をＬＰ１１モードに変換する。
【００７７】
光信号ＯＳ１およびＯＳ２にそれぞれ対応したＬＰ１１とＬＰ０１のモードは、波長マルチプレクサ１５０によって多重化され、次に、それぞれのモードでファイバリンク３００のファイバ１０内で伝わる。図５の例示ＭＤＭシステム１０は、ＬＰ０１およびＬＰ１１のモードがモード変換器１１６の後に多重化される実施例を示す。しかしながら別の実施例においては、異なる波長での光信号をＬＰ０１−ＬＰ１１モード変換器に通して送る前に、それらの光信号を組み合わせる付加的な波長マルチプレクサがあってもよい。
【００７８】
図６は、１つまたは複数の光増幅器１４０を介して互いに光学的に結合されるファイバ１０の多数のスパンを含む例示ファイバリンク３００の概略図である。ファイバリンク３００は、Ｌｋｍの長さを有する。１つの実施例においてＬは１００ｋｍより大きく、別の実施例においてＬは５００ｋｍより大きく、別の実施例においてＬは１０００ｋｍより大きく、また、別の実施例においてＬは２０００ｋｍより大きい。１つの実施例においてファイバ１０の少なくとも２つのスパンがあり、別の実施例においてファイバ１０の少なくとも５つのスパンがあり、別の実施例においてファイバの少なくとも１０のスパンがあり、また、別の実施例においてファイバ１０の少なくとも１０のスパンがある。ファイバリンク３００がファイバ１０の単一のスパンを含む実施例群において、１つの実施例では長さＬは２０ｋｍより大きく、別の実施例では４０ｋｍより大きく、また別の実施例では６０ｋｍより大きい。
【００７９】
光信号ＯＳ１およびＯＳ２は受信機２１０に入り、波長デマルチプレクサ２２０によって逆多重化される。次に、逆多重化された信号ＯＳ１およびＯＳ２は、スプリッター２３０を通して送られ、このスプリッター２３０は信号の強度の約半分を第１の検知器２４０−１へ分流する。信号内の残りの強度は、ファイバセクションＦ３内のモードフィルタ２５０を通して送られ、この実施例では、モードフィルタはＬＰ０１モードをフィルタで除去する。別の実施例において、モードフィルタ２５０はＬＰ１１モードをフィルタで除去する。検知器２４０−１および２４０−２は、このようにして光信号ＯＳ１およびＯＳ２を検知し、さらに、これらの光信号に対応してこれらの光信号を処理エレクトロニクス（図示せず）によって下流で処理することができる電気的信号ＥＳ１およびＥＳ２に変換する。
【００８０】
請求の発明の主題の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対し様々な改良および変更がなされうることは当業者にとって明白であろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態に対する改良形態および変更形態が添付のクレーム及びその均等物の範囲に属する限り、それらの改良形態および変更形態を包含するものであることが意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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