(57)【要約】【課題】波形歪みを低減し広帯域化を図ることが可能な広帯域光ファイバ、及び第２クラッドを提供する。【解決手段】広帯域光ファイバ１は、グレーデッドインデックス型となるコア２と、このコア２の周囲に設けられ且つコア２よりも小さな屈折率となる第１クラッド層３と、第１クラッド層３の周囲に設けられ且つ第１クラッド層３よりも小さな屈折率となる第２クラッド層４とを備えて構成される。各構成は同心円に配置される。第２クラッド層４は、コア２及び第１クラッド層３よりも光の伝送損失を大きくする材料を採用してなる。第２クラッド層４は、伝送損失を大きくしたものであり、過剰損失型第２クラッド層５と言える。【選択図】図１
2013148816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グレーデッドインデックス型となるコアと、該コアの周囲に設けられ且つ該コアよりも小さな屈折率となる第１クラッド層と、該第１クラッド層の周囲に設けられ且つ該第１クラッド層よりも小さな屈折率となる第２クラッド層とを備える広帯域光ファイバにおいて、
前記第２クラッド層は前記コア及び前記第１クラッド層よりも光の伝送損失を大きくする材料にてなる
ことを特徴とする広帯域光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の広帯域光ファイバにおいて、
前記第２クラッド層は樹脂製であるとともに、使用波長での吸収係数を持つ色素を添加することによりなる
ことを特徴とする広帯域光ファイバ。
【請求項３】
請求項２に記載の広帯域光ファイバにおいて、
前記色素は近赤外吸収色素である
ことを特徴とする広帯域光ファイバ。
【請求項４】
グレーデッドインデックス型となるコアの周囲に設けられ且つ該コアよりも小さな屈折率となる第１クラッド層の周囲に設けられるとともに、該第１クラッド層よりも小さな屈折率となる第２クラッド層において、
前記コア及び前記第１クラッド層よりも光の伝送損失を大きくする材料にてなる
ことを特徴とする第２クラッド層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダブルクラッド構造を有するＧＩ型マルチモードファイバである広帯域光ファイバ、及び第２クラッド層に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送特性の評価項目には、主に損失と伝送帯域がある。マルチモードファイバ場合、伝送帯域はファイバのコアの屈折率分布をＧＩ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ）型にすることでモード間の遅延を低減し、広帯域化を可能にする。一方、損失は、通常の材料に起因する伝送損失と、ファイバを曲げた時に発生する曲げ損失がある。曲げによる損失は、ファイバのコアとクラッド間の屈折率差を大きくすることで低減することが可能である。しかしながら、ＧＩ型ファイバのコアの高ＮＡ化には、製法、コストの面から限度があり、曲げによる損失の低減が困難である。そこで、通常のＧＩ型ファイバに更にもう一層、クラッド層を付与したダブルクラッド構造（例えば下記特許文献１参照）のものにすることで、ファイバのコアとクラッド間の屈折率差を大きくし、曲げによる損失低減を可能にすることができる。
【０００３】
尚、ダブルクラッド構造の光ファイバに関しては、例えば下記特許文献１に開示されるものが知られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６０９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ダブルクラッド構造のＧＩ型マルチモードファイバは、第２クラッド層をコアと屈折率差を持たせることで、曲げに対する損失を低減させることが可能である。しかしながら、第１クラッド層と第２クラッド層の屈折率分布はＳＩ（Ｓｔｅｐ−Ｉｎｄｅｘ）型であるため、そこで反射した光はＳＩ型マルチモードファイバと同じように光ファイバ内を伝搬し、モード分散により波形を大きく歪ませる原因となる。また、ＳＩ型の屈折率分布であるため、光ファイバと光源との間に軸ズレが発生した場合、クラッド層を励振すると、クラッドモードの伝搬時間が異なることから波形が大きく歪んで伝送帯域が劣化する。
【０００６】
この他、ファイバコア径内のみを励振した場合でも、ＧＩ型ファイバのコアの屈折率分布の不整や側圧などにより発生したクラッド部への漏洩モードが、第２クラッド層を反射して伝搬することにより波形が歪み、伝送帯域が劣化する。特にＶＡＤ法で作成されたＧＩ型ファイバは、コアとクラッド界面付近の屈折率のプロファイルが理想状態から大きく崩れるため、漏洩モードの影響による伝送帯域の劣化が大きくなる。
【０００７】
曲げによりコアから漏洩した光が第２クラッド層によって反射され、この反射された光のうち、コア部に戻らずクラッド間を反射してファイバを伝搬するようなモードが存在する場合、これが波形を歪ませることから伝送帯域が劣化する。
【０００８】
以下、図面を参照しながらもう少し詳しく説明をする。
【０００９】
図４はファイバＡ、Ｂの屈折率分布を示す図である。図中のファイバＡは、屈折率差Δ１％のＧＩ型ファイバ（コアの屈折率ｎ１＝１．４６７、クラッド層の屈折率ｎ２＝１．４５２）であり、ファイバＢはファイバＡのＧＩ型ファイバのクラッド層に更に屈折率の異なる第２クラッド層（屈折率ｎ３）を有するダブルクラッド構造のＧＩ型ファイバである。
【００１０】
図５は全モード励振でＧＩ型ファイバに９０°曲げを３箇所加えた時の損失発生量を示す図である。図中から分かるように、ファイバＡは曲げＲ＝５ｍｍで２ｄＢの損失が発生しているが、ファイバＢではＲ＝５ｍｍで損失が０．１ｄＢであり、ダブルクラッド化による屈折率差の向上による曲げ損失低減化の効果が確認できる。すなわち、ファイバＢであるダブルクラッド構造のＧＩ型ファイバは上記の如く曲げ損失の低減に有効である。
【００１１】
尚、ダブルクラッド構造のＧＩ型ファイバ（ファイバＢ）に関しては、以下に説明する問題点を有する。
【００１２】
伝送帯域の評価方法として、ＧＩ型ファイバの場合には、ＤＭＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｎｔｉａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｄｅｌａｙ）による評価がある。図６はファイバＡ、ＢのＤＭＤ測定結果を示す図である。図６において、ファイバＡではコア内のどの部分を励振しても大きなモードディレイが見られないが、ファイバＢではコア半径の７割程度からディレイが発生し、コアとクラッド界面では非常に大きなモードディレイが発生することが分かる。これはクラッド付近を励振した光が、第２クラッド層をＳＩ型ファイバのように反射して光が伝搬されたために、コアと第２クラッド層との屈折率差分の遅延が発生したからである。
【００１３】
ファイバコアの屈折率分布の不整によりクラッド部へ漏洩したモードや、曲げによってクラッド部へ漏洩したモードが、第２クラッド層まで到達し伝搬してコア部に戻らない場合には、上記の如く大きなモードディレイが発生して伝送帯域が大きく劣化する。また、光ファイバと光源との光結合部において、軸ズレなどによりクラッド付近を励振した場合や、光ファイバに入射する光のスポット径がファイバコア径より大きい場合（全モード励振）なども同様に波形が歪み伝送帯域が大きく劣化する（図７参照）。
【００１４】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、波形歪みを低減し広帯域化を図ることが可能な広帯域光ファイバ、及び第２クラッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の本発明の広帯域光ファイバは、グレーデッドインデックス型となるコアと、該コアの周囲に設けられ且つ該コアよりも小さな屈折率となる第１クラッド層と、該第１クラッド層の周囲に設けられ且つ該第１クラッド層よりも小さな屈折率となる第２クラッド層とを備える広帯域光ファイバにおいて、前記第２クラッド層は前記コア及び前記第１クラッド層よりも光の伝送損失を大きくする材料にてなることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の本発明の広帯域光ファイバは、請求項１に記載の広帯域光ファイバに係り、前記第２クラッド層は樹脂製であるとともに、使用波長での吸収係数を持つ色素を添加することによりなることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の本発明の広帯域光ファイバは、請求項２に記載の広帯域光ファイバに係り、前記色素は近赤外吸収色素であることを特徴とする。
【００１８】
また、上記課題を解決するためになされた請求項４に記載の本発明の第２クラッド層は、グレーデッドインデックス型となるコアの周囲に設けられ且つ該コアよりも小さな屈折率となる第１クラッド層の周囲に設けられるとともに、該第１クラッド層よりも小さな屈折率となる第２クラッド層において、前記コア及び前記第１クラッド層よりも光の伝送損失を大きくする材料にてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、４に記載された本発明によれば、第２クラッド層の伝送損失を大きくする。漏洩したモードは伝搬距離と共に減衰することから、伝送帯域に対する影響を低減することができるという効果を奏する。従って、本発明によれば、波形歪みを低減し広帯域化を図ることが可能な広帯域光ファイバ、及び第２クラッドを提供することができるという効果を奏する。
【００２０】
請求項２に記載された本発明によれば、第２クラッド層の材料に樹脂を用い、波長により吸収率の異なる色素を添加することで、損失の大きさを変えることができるという効果を奏する。
【００２１】
請求項３に記載された本発明によれば、第２クラッド層の材料に添加する色素として近赤外吸収色素を採用することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の広帯域光ファイバ及び第２クラッド層を示す端面図である。
【図２】シミュレーション結果（条件１）のパルス波形を示す図である。
【図３】シミュレーション結果（条件２）のパルス波形を示す図である。
【図４】従来例のファイバＡ、Ｂの屈折率分布を示す図である。
【図５】図４の各ファイバの曲げ半径Ｒに対する損失発生量を示す図である。
【図６】図４の各ファイバのＤＭＤを示す図である。
【図７】全モード励振時のファイバＢのパルス波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第２クラッド層として伝送損失を大きくする材料を採用し、第２クラッド層を伝搬する光を透過損失で低減させる。これにより、波形歪みを低減して広帯域化を図る。
【実施例】
【００２４】
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。図１は本発明の広帯域光ファイバ及び第２クラッド層を示す端面図である。また、図２はシミュレーション結果（条件１）のパルス波形を示す図、図３はシミュレーション結果（条件２）のパルス波形を示す図である。
【００２５】
図１において、広帯域光ファイバ１は、グレーデッドインデックス型（ＧＩ型）となるコア２と、このコア２の周囲に設けられ且つコア２よりも小さな屈折率となる第１クラッド層３と、第１クラッド層３の周囲に設けられ且つ第１クラッド層３よりも小さな屈折率となる第２クラッド層４とを備えて構成される。各構成は同心円に配置される。第２クラッド層４は、コア２及び第１クラッド層３よりも光の伝送損失（光損失）を大きくする材料を採用してなり、これが広帯域光ファイバ１としての特徴になる。
【００２６】
広帯域光ファイバ１は、モードディレイの大きな伝搬モードを抑制する方法として、第２クラッド層４の伝送損失を大きくする方法を採用する。言い換えれば、過剰損失を生じさせる方法を採用する。
【００２７】
局所的な曲げにより反射する経路は非常に短く、その部分における伝送損失の影響が非常に小さくなることから、曲げによる損失はコア２と第２クラッド層４との屈折率差が支配的である。しかしながら、第２クラッド層４の伝送損失を大きくすることで、漏洩したモードが伝搬距離と共に減衰し、これにより伝送帯域に対する影響を低減することができる。
【００２８】
第２クラッド層４は、伝送損失を大きくしたものであることから、過剰損失型第２クラッド層５と言うことができる。
【００２９】
広帯域光ファイバ１は、ガラスファイバ及びプラスチックファイバのいずれであってもよく、材質は特に限定されないものとする。本実施例の広帯域光ファイバ１においては、少なくとも第２クラッド層４を樹脂製としたものを採用する（特に限定するものでないが、樹脂材料は耐熱性を有することが好ましい）。第２クラッド層４の樹脂材料としては、フッ素樹脂が一例として挙げられる。
【００３０】
図１（ｂ）の広帯域光ファイバ１は、第２クラッド層４を図１（ａ）の広帯域光ファイバ１よりも薄くしたものである。
【００３１】
ここで寸法の一例を挙げると、図１（ａ）の広帯域光ファイバ１は、コア２の直径Ｄ１がＤ１＝１００μｍであり、第１クラッド層３の直径Ｄ２がＤ２＝１２０μｍ、第２クラッド層４の直径Ｄ３がＤ３＝１６０μｍである。一方、図１（ｂ）の広帯域光ファイバ１においては、コア２の直径Ｄ１がＤ１＝５０μｍであり、第１クラッド層３の直径Ｄ２がＤ２＝１２５μｍ、第２クラッド層４の直径Ｄ３がＤ３＝１６０μｍである。
【００３２】
樹脂製の第２クラッド層４を薄くする理由として、樹脂材料は高精度な寸法管理が困難であることが挙げられる。また、ファイバ外形に対するコア２の偏心量が大きくなってしまう虞があることが挙げられる。尚、最低限の第２クラッド層４の厚さは、使用波長の１０倍以上あれば問題ないものとする。
【００３３】
第２クラッド層４の伝送損失を大きくすることに関し、本実施例においては第２クラッド層４が樹脂製であることから、例えば樹脂材料（フッ素樹脂）に使用波長で所望の吸収係数を持つ色素を添加する。もう少し具体的に説明すると、上記の色素として近赤外吸収色素を挙げることができ、これを樹脂材料に添加する。近赤外吸収色素としては、アゾ系、アミニウム系、アンスラキノン系、シアニン系、ジイモニウム系、ジチオール金属錯体系、スクアリリウム系、ナフタロシアニン系、フタロシアニン系などの各種がある。
【００３４】
伝送損失として、最低限オペレーティング波長において１０ｄＢ／ｍの損失（過剰損失）が必要になる。この損失を得るためには、微量の色素（色素材）を配合するだけでよく、色素としては例えば近赤外吸収色素が挙げられる。上記１０ｄＢ／ｍの損失を得るには、例えば波長８５０ｎｍに対応する色素として、Ｅｘｃｉｔｏｎ製のＩＲＡ８５０などが挙げられる。波長により吸収率の異なる色素を添加すれば、損失の大きさを変えることができるのは勿論である。
【００３５】
図２は第２クラッド層４におけるクラッドモードの損失（過剰損失）を１００ｄＢ／ｋｍ（コアモード比）とした場合の１０ｍと５０ｍのシミュレーション波形（パルス波形）を示しており、１０ｍでは波形の裾部分において小さな山がある。また、５０ｍ伝搬後でもクラッドモードが伝搬していることが分かる。しかしながら、図７の波形と比べて波形劣化が少ないことが確認できる。
【００３６】
尚、シミュレーションの計算条件を挙げると、励振モード分布：ｅｘｐ｛−（ｍ／Ｍ）２｝である。この式において、ｍは主モード次数、Ｍは最大コアモード次数である。この他、ファイバコア径は５０μｍ、外形は１２５μｍ、屈折率差は１％である。図２は条件１として、クラッドモードの過剰損失（コアモード比）が１００ｄＢ／ｋｍである。
【００３７】
図３は第２クラッド層４におけるクラッドモードの損失（過剰損失）を５００ｄＢ／ｋｍ（コアモード比）とした場合の１０ｍと５０ｍのシミュレーション波形（パルス波形）を示しており、１０ｍでは波形の裾部分において小さな山があるものの、図２の場合よりも山が小さいことが確認できる。また、５０ｍ伝搬後ではクラッドモードが減衰し、波形劣化が少ないことが確認できる。尚、シミュレーションの計算条件は、条件２として、クラッドモードの過剰損失（コアモード比）が５００ｄＢ／ｋｍである。
【００３８】
図２及び図３の結果から、さらに短尺でクラッドモードによる帯域劣化を低減するには、伝送損失を一層大きくする材料を採用すればよいことが分かる。
【００３９】
以上、図１ないし図３を参照しながら説明してきたように、本発明に係る広帯域光ファイバ１は、第２クラッド層４の伝送損失を大きくすることによりなる（過剰損失にすることによりなる）。漏洩したモードは上記の如く伝搬距離と共に減衰することから、伝送帯域に対する影響を低減することができる。従って、波形歪みを低減し広帯域化を図ることができるという効果を奏する。
【００４０】
尚、広帯域光ファイバ１は、図４のファイバＢの第２クラッド層を伝送損失の大きなものに変更したものでもある。
【００４１】
本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１…広帯域光ファイバ
２…コア
３…第１クラッド層
４…第２クラッド層
５…過剰損失型第２クラッド層
【図１】
2013148816.tif 000003
【図２】
2013148816.tif 000004
【図３】
2013148816.tif 000005
【図４】
2013148816.tif 000006
【図５】
2013148816.tif 000007
【図６】
2013148816.tif 000008
【図７】
2013148816.tif 000009