(57)【要約】【課題】ＯＨ不純物が少なく、曲げ特性にも優れる光ファイバを提供することを目的とする。【解決手段】光ファイバであって、第１コア、第２コア、第３コア、及びクラッドとからなり、０．３０％≦Δ１≦０．４５％、−０．０５％≦Δ２≦０．０５％、−０．６％≦Δ３≦−０．３％、２．８５≦ｂ／ａ、１０μｍ≦ｂ≦１５μｍ、３μｍ≦ｃ−ｂ≦５．５μｍを満たし、直径１０ｍｍのマンドレルに光ファイバを巻きつけたときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加が０．２ｄＢ／ｔｕｒｎ以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に第１コア、第１コアに隣接してその外周を覆う第２コア、第２コアに隣接してその外周を覆う第３コア、及び第３コアに隣接してその外周を覆うクラッドからなり、該クラッドの屈折率を基準にしたときの、第１コアの比屈折率差の最大値がΔ１であり、第２コアの比屈折率差の最大値がΔ２であり、第３コアの比屈折率差の最低値がΔ３であり、第１コアの比屈折率差(Δ１−Δ２)に対する半値半径幅がａであり、第２コアと第３コアとの境界の半径がｂであり、第３コアとクラッドとの境界の半径がｃであり、０．３０％≦Δ１≦０．４５％、−０．０５％≦Δ２≦０．０５％、−０．６％≦Δ３≦−０．３％、２．８５≦ｂ／ａ、１０μｍ≦ｂ≦１５μｍ、３μｍ≦ｃ−ｂ≦５．５μｍ、を満たし、直径１０ｍｍのマンドレルに光ファイバを巻きつけたときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加が０．２ｄＢ／ｔｕｒｎ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバにおいて、波長１３１０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのモードフィールド直径が８μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光ファイバにおいて、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ.６５０規格に定められた２２ｍの光ファイバで測定するケーブル・カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバにおいて、ファイバ・カットオフ波長が１４２０ｎｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバにおいて、ケーブル・カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバにおいて、ファイバ・カットオフ波長とケーブル・カットオフ波長との差異が１６０ｎｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光ファイバにおいて、前記ｂがモードフィールド直径の１．２１倍以上であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の光ファイバにおいて、波長１３８３ｎｍにおける伝送損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用の光ファイバに関するものであり、特に数十ｋｍの長さを伝送する長距離線路および光ファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）やローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）における宅内外配線用として好適な光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、その広帯域特性により遠距離通信の分野に適用され、数十ｋｍ以上の長距離の幹線線路で通信に広く用いられている。一方、インターネットの急速な普及により、個々のパーソナルコンピュータが送受信する情報量も飛躍的に増大している。ここで広く用いられてきた技術は、同軸ケーブルやアンシールド・ツイスト・ペア（ＵＴＰ）ケーブルなどの銅線電気ケーブルである。しかしながら、電気ケーブルは帯域が狭く、また電磁波ノイズの影響を受けやすいため、膨大な情報量を伝送するのは困難である。
【０００３】
したがって、電話局間の長距離通信だけでなく、電話局と各ユーザーとの間の通信にも光ファイバを使い、伝送容量を増大させる技術として、ＦＴＴＨが普及しつつある。ＦＴＴＨでは、光ファイバの広帯域特性を利用して、ユーザーグループの近傍までは１本の光ファイバを複数のユーザーで共有し、その後は、光信号をユーザー毎に分岐して光ファイバの引き込み線を各ユーザーに分配する方式が行われている。
【０００４】
ＦＴＴＨで、分岐点から各ユーザーの宅内まで引き込まれる光ファイバや、宅内配線で用いられる光ファイバに要求される重要な特性として、曲げ損失が挙げられる。これは長距離幹線ケーブルは、地下ダクトなど外力の影響を受けにくい場所に敷設されるため、光ファイバ本体に加わる曲げは、端末容器内の直径６０ｍｍの巻き（高々１００回）が想定されるにすぎない。
【０００５】
これに対して、宅内外の配線では可撓性を持たせ軽量化するために、比較的細い（直径数ｍｍ）のコードの状態で配線されるため、外力の影響を受けやすく、光ファイバの受ける曲げ半径も２０ｍｍ以下となることが多い。そもそも光ファイバでは、信号光が光ファイバのコアに沿って伝搬するため、光ファイバを曲げた状態でも伝送可能な特徴があるものの、その曲げ半径が小さくなるにつれ伝搬しきれずにコアから漏洩する光の割合が指数関数的に増大して、伝送損失となってしまう。これが曲げ損失である。
【０００６】
曲げ損失を低減するためには、光をよりコアに集約させるのが効果的であり、モードフィールド直径（ＭＦＤ）を小さくすることによって改善できる。このため、通常は約６〜８μｍのＭＦＤの光ファイバが用いられることが多く、これにより、例えば、直径２０ｍｍのマンドレル（円筒）に光ファイバを巻きつけた際の曲げ損失が、波長１５５０ｍｍにおいて０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下が実現されている。
【０００７】
特許文献１に開示されるトレンチ型光ファイバは、ＭＦＤを大きく設計しつつ曲げ損失を低減できるとされている。これは古くから知られた技術であるが、近年、その優秀な曲げ損失特性が着目されている。石英系ガラス光ファイバの場合、コアにはゲルマニウムをドープして屈折率を高くし、トレンチ部分はＦをドープして屈折率を低くする。その他の内側・外側クラッドは純石英またはゲルマニウムやフッ素を少量ドープするのみにとどめ、屈折率を石英レベルに近づける。
［特許文献１］米国特許４，８５２，９６８号
【０００８】
一般的な光ファイバ母材の製造方法であるＶＡＤ法で作製する場合、（１）コア（第１コア）および内側クラッド（第２コア）を作製し、コア／クラッドガラス中間体（中間体）とする。次に、（２）トレンチ部（第３コア）を形成する。これは、別途準備したフッ素ドープガラス管を中間体に被せることによって作製される。あるいは、ガラススート微粒子を中間体の外側に注意深く吹きつけ、フッ素含有ガス雰囲気で熱処理を行うことによって形成することも可能である。最後に、（３）外側クラッドを形成する。
【０００９】
ここで、問題なのは、中間体／トレンチの界面付近にＯＨ基などの不純物が混入しやすいという点である。光ファイバの光の通り道にＯＨ基が多く混入していると、１３８３ｎｍの波長にＯＨ基起因の光吸収ピークが出現する。このため、こうして作製したトレンチ型光ファイバは、ＯＨ基起因の１３８３ｎｍの伝送損失が高く、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ６５２Ｄ規格を満たすのが困難であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の従来技術に鑑み、本発明は、ＯＨ不純物が少なく、曲げ特性にも優れる光ファイバを提供することを目的とする。特に、ＯＨ不純物については、１３８３ｎｍでの伝送損失を、一般的な通信波長帯１３１０ｎｍの伝送損失である０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、中心部に第１コア、第１コアに隣接してその外周を覆う第２コア、第２コアに隣接してその外周を覆う第３コア、及び第３コアに隣接してその外周を覆うクラッドからなり、クラッドの屈折率を基準にしたときの、第１コアの比屈折率差の最大値がΔ１であり、第２コアの比屈折率差の最大値がΔ２であり、第３コアの比屈折率差の最低値がΔ３であり、第１コアの比屈折率差(Δ１−Δ２)に対する半値半径幅がａであり、第２コアと第３コアとの境界の半径がｂであり、第３コアとクラッドとの境界の半径がｃであり、０．３０％≦Δ１≦０．４５％、−０．０５％≦Δ２≦０．０５％、−０．６％≦Δ３≦−０．３％、２．８５≦ｂ／ａ、１０μｍ≦ｂ≦１５μｍ、３μｍ≦ｃ−ｂ≦５．５μｍ、を満たし、直径１０ｍｍのマンドレルに光ファイバを巻きつけたときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加が０．２ｄＢ／ｔｕｒｎ以下であることを特徴とする光ファイバが提供される。なお、上記ａ、ｂ、ｃ、Δ１、Δ２、Δ３は、図１に示した通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光ファイバの屈折率分布の構成を説明する模式図である。
【図２】実施例１〜４及び比較例１〜３として作成した１２５μｍの光ファイバの構造パラメータ、ならびに光学特性を表形式で示した図である。
【図３】１３８３ｎｍでの伝送損失とｂ／ａとの関係を示すグラフである。
【図４】１３８３ｎｍでの伝送損失とｂ／ＭＦＤとの関係を示すグラフである。
【図５】λｃ−λｃｃとｃ−ｂとの関係を示すグラフである。
【図６】実施例５ａ〜５ｆ、６ａ〜６ｆとして作成した１２５μｍの光ファイバの構造パラメータならびに光学特性を表形式で示した図である。
【図７】ＭＦＤとΔ１との関係を示すグラフである。
【図８】ｂとΔ１との関係を示すグラフである。
【図９】ｃ−ｂとΔ１との関係を示すグラフである。
【図１０】曲げ損失（直径１０ｍｍ  波長１５５０ｎｍ）とΔ３との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の光ファイバについて、実施例１〜４、比較例１〜３を挙げ、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が可能である。ＶＡＤ法により、第１コアおよび第２コアからなる多孔質ガラス母材を一体合成した。第１コアには屈折率を上昇させるためのゲルマニウムをドープした。この多孔質ガラス母材を塩素雰囲気ガス中にて約１２００℃に加熱して、含まれる水酸基(−ＯＨ基)の除去を行ない、引続きヘリウム雰囲気ガス中にて約１６００℃に加熱し、中実な透明ガラスコア母材とした。この透明ガラスコア母材をガラス旋盤にて所定径に延伸し、長手方向の外径を揃えた。このとき、ガラス旋盤の酸水素火炎の影響で表面にＯＨ基が取り込まれるが、延伸後の透明ガラスコア母材をさらにフッ化水素酸水溶液に浸漬して表面を溶かすことによってこれを除去した。なお、ガラス旋盤の加熱源にアルゴンプラズマ火炎を用いても良い。その場合、コア母材の表面にＯＨ基が混入しないため、フッ化水素酸による処理を省略することができる。
【００１４】
次に、この透明ガラスコア母材に、ＯＶＤ法によってシリカガラス微粒子を堆積し、第３コアに相当する多孔質層を形成した。これを塩素雰囲気ガス中にて約１２００℃に加熱し、多孔質ガラス層に含まれるＯＨ基の除去を行ない、引続き四フッ化シランガスを導入することによって多孔質ガラス層にフッ素を添加してガラスの屈折率を低下させ、さらにヘリウム雰囲気ガス中にて約１６００℃に加熱して透明な第３コアガラス層とした。なお、四フッ化シランに代えて、四フッ化メタンや六フッ化エタンなどのフッ素含有ガスを用いて処理することもできる。
【００１５】
このようにして作製した、第１コア、第２コアおよび第３コアからなる透明コア母材を、クラッド用のシリカガラスチューブに挿入し、チューブの内部を真空ポンプで減圧しながら約２０００℃に加熱して、クラッドとコア部とを一体化させた光ファイバ用の透明ガラス母材を作製した。なお、透明コア母材をチューブに挿入するのではなく、透明コア母材の外側にＯＶＤ法によって多孔質シリカガラス層を堆積し、それをヘリウム雰囲気ガス中で約１６００℃程度に加熱することによって透明ガラス化する工程を採用しても良い。
【００１６】
第１コア、第２コア、第３コアの直径や厚さを変え、また、第１コアに含有させるゲルマニウムのドープ量や第３コアに含有させるフッ素のドープ量を変えて、いくつかの異なる光ファイバ用ガラス母材を作製した。このようにして作製した光ファイバ母材を約２１００℃に加熱し紡糸することによって、実施例１〜４及び比較例１〜３として図２に示した直径１２５μｍの光ファイバを得た。図２は、実施例１〜４及び比較例１〜３として作成した１２５μｍの光ファイバの構造パラメータ、ならびに光学特性を表形式で示した図である。
【００１７】
表中、伝送損失は１３８３ｎｍにおける測定値であり、曲げ損失は曲げ直径１０ｍｍでの１５５０ｎｍにおける測定値である。
【００１８】
なお、第２コアおよびクラッドはゲルマニウムやフッ素を含有しないシリカガラスで作製されているが、Δ２は必ずしも０（ゼロ）にはならない。通常概ね−０．０５〜＋０．０５％のデルタ差異が生じる。これは、ガラスに含有する塩素が一つの要因である。多孔質ガラス作製時の原料（四塩化ケイ素など）やＯＨ基除去工程で加える塩素ガス等の影響で、概ね１０００〜５０００ｐｐｍの塩素（Ｃｌ）を含有している。Ｃｌを１０００ｐｐｍ含有すると、屈折率Δが約０．０１％程度増加することが知られている。また、熱履歴等によって生じる残留歪みの差異も一つの要因であり、圧縮歪みが残留していると屈折率が高くなることが知られている。
【００１９】
実施例１では、構造パラメータを調整してｂ／ａ＝３．０１とすることによって第２コアと第３コアの境界面を第１コアから離している。そのため、第２コアと第３コアの界面付近にはＯＶＤ工程の酸水素火炎の影響によって１ｐｐｍ前後のＯＨ基が混入しているが、このＯＨ基は伝搬光に影響を及ぼしにくいため、ＯＨ基由来の伝送損失を効果的に低減でき、１３８３ｎｍでの伝送損失が０．３０１ｄＢ／ｋｍという良好な光ファイバが得られた。直径１０ｍｍのマンドレルに巻いた際の曲げ損失は、波長１５５０ｎｍにおいて０．０６６ｄＢ／ｔｕｒｎと良好なレベルにある。
【００２０】
実施例２は、ｂ／ａ＝２．８５とやや小さめだが、１３８３ｎｍの伝送損失は０．３４２ｄＢ／ｋｍであり、実用上問題の無いレベルである。ｃ−ｂを３．６１μｍとすることによって２２メートルの光ファイバで測定するケーブル・カットオフ波長（λｃｃ）と２メートルの光ファイバで測定するファイバ・カットオフ波長（λｃ）との差異が８６ｎｍに低下した。
【００２１】
実施例３は、ｂ／ａ＝２．９６、ｃ−ｂ＝３．６０μｍとすることによってλｃ−λｃｃを６０ｎｍに低減した。こうすることでλｃを１３１０ｎｍ以下の１２８４ｎｍに低減でき、２ｍの短尺光ファイバでも１３１０ｎｍにおいてシングルモード動作を可能とした。
【００２２】
実施例４は、ｂ／ａ＝３．３０と大きめにとり、ｃ−ｂを４．８１μｍとすることによってλｃ−λｃｃが１５５ｎｍとなり、直径１０ｍｍのマンドレルに巻いた際の曲げ損失は、波長１５５０ｎｍにおいて０．０５８ｄＢ／ｔｕｒｎとなり、極めて良好なレベルにある。
【００２３】
比較例１では、ｂ／ａ＝２．７９とやや小さめなうえ、ＭＦＤが９．０１μｍと大きいためｂ／ＭＦＤ＝１．１６となった。このため１３８３ｎｍの伝送損失が０．７２２ｄＢ／ｋｍと大きくなっている。また、曲げ損失も０．６４３ｄＢ／ｔｕｒｎと大きい。
【００２４】
比較例２では、ｂ／ａ＝３．００としたものの、Δ１＝０．４０２％と大きくなっているのが影響して、ｂ／ＭＦＤ＝１．２５となった。このため、１３８３ｎｍの伝送損失が０．６６６ｄＢ／ｋｍと高い。さらに、ｃ−ｂ＝５．５９μｍと大きいため、λｃ−λｃｃが１８５ｎｍと大きくなっている。
【００２５】
比較例３では、Δ３を−０．２５％とした。このため、トレンチによる曲げ損失低減効果が薄れ、曲げ損失が０．３２６ｄＢ／ｔｕｒｎと大きめの値を呈した。試作を重ねた結果、１３８３ｎｍの伝送損失は（ｂ／ａ）もしくは（ｂ／ＭＦＤ）の値と相関が見られ、その関係は図３および図４のごとくなった。
【００２６】
図３および図４の関係から、１３８３ｎｍの伝送損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とするには、ｂ／ａ≧２．８５とすべきこと、ｂ／ＭＦＤ≧１．２１とすべきことが分かる。また、λｃ−λｃｃはｃ−ｂの値と相関が見られ、その関係は図５のグラフの様になっている。λｃ−λｃｃを７０ｎｍ〜１６０ｎｍ以下とするためには、ｃ−ｂ≦５．５μｍとするのが望ましい。一方、比較例１にみられるように、ｃ−ｂが小さくなりすぎると、トレンチによる曲げ損失低減効果が薄れるとともに、第３コアとクラッドの界面(ここにもＯＨ基が集中し易い)が伝搬光に影響するようになり、１３８３ｎｍの伝送損失も悪化する。このため、ｃ−ｂは３μｍ以上、できれば３．５μｍ以上とするのが望ましい。
【００２７】
図６は、実施例５ａ〜５ｆ、６ａ〜６ｆとして作成した１２５μｍの光ファイバの構造パラメータならびに光学特性を表形式で示した図である。実施例５ａ〜５ｆに示した光ファイバは、Δ１を変えて母材を作成し、λｃｃが１２５０ｎｍ程度になる様に調整した。ここで、ＭＦＤを一般的なシングルモードファイバの光学特性値８．０〜１０.０μｍに合せようとすると、図７に示すように、Δ１は、おおよそ０．３〜０．４５％以内の範囲に収まっている必要が生じる。このとき、λｃｃを調整するために、コア径ａ、ｂ、ｃを拡大縮小して検討したところ、図８、図９に示すように、ｂは、おおよそ１０〜１５μｍとなり、同様にｃ−ｂは、３〜５．５μｍとなる。実施例５ａ〜５ｆの光ファイバにおける曲げ損失（直径１０ｍｍ  波長１５５０ｎｍ）は、０．２ｄＢ／ｔｕｒｎ未満となり、どれも良好であった。
【００２８】
実施例６ａ〜６ｆに示した光ファイバは、Δ３を変えて母材を作成し、λｃｃが１２５０ｎｍ程度になるように調整した。図１０に示すように、Δ３は、小さければ小さいほど曲げ損失は、小さくなる傾向がある。Δ３≦−０．３％とすることによって、曲げ損失を１ｄＢ／ｔｕｒｎ以下の領域に収めることができ、Δ３＜０．５％とすることで、曲げ損失が０．２ｄＢ／ｔｕｒｎよりも小さくなる。
【００２９】
実施例６ｆは、Δ３＝−０．６５％にしたものであるが、Δ３がこの値まで低くなると第３コアとクラッドとの境界部分に気泡が発生しやすくなるという製造上の問題が生じる。この気泡は、おそらくドーパントとして混入しているフッ素が製造過程の加熱によって発泡したものと考えられる。このため、Δ３の下限は、−０．６％程度が好ましいと言える。
【００３０】
以上、本発明の光ファイバは、中心部に第１コア、第１コアに隣接してその外周を覆う第２コア、第２コアに隣接してその外周を覆う第３コア、及び第３コアに隣接してその外周を覆うクラッドからなり、該クラッドの屈折率を基準にしたときの、第１コアの比屈折率差の最大値がΔ１であり、第２コアの比屈折率差の最大値がΔ２であり、第３コアの比屈折率差の最低値がΔ３であり、第１コアの比屈折率差(Δ１−Δ２)に対する半値半径幅がａであり、第２コアと第３コアとの境界の半径がｂであり、第３コアとクラッドとの境界の半径がｃであり、０．３０％≦Δ１≦０．４５％、−０．０５％≦Δ２≦０．０５％、−０．６％≦Δ３≦−０．３％、２．８５≦ｂ／ａ、１０μｍ≦ｂ≦１５μｍ、３μｍ≦ｃ−ｂ≦５．５μｍ、を満たし、直径１０ｍｍのマンドレルに光ファイバを巻きつけたときの波長１５５０ｎｍにおける損失増加が０．２ｄＢ／ｔｕｒｎ以下であることを特徴とし、波長１３１０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのモードフィールド直径を８μｍ以上１０μｍ以下としている。さらに、前記ｂをモードフィールド直径の１．２１倍以上とし、波長１３８３ｎｍにおける伝送損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下としている。これにより、界面位置（ｂ）をコアから適度に遠ざけることが可能で、界面付近に混入しがちなＯＨ基の影響を低減でき、１３８３ｎｍ付近の伝送損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下に低減することができる。
【００３１】
さらに、本発明の光ファイバは、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ.６５０規格に定められた２２ｍの光ファイバで測定するケーブル・カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、好ましくは前記規格以外でも１２６０ｎｍ以下とされる。さらに、ファイバ・カットオフ波長が１４２０ｎｍ以下、好ましくは１３１０ｎｍ以下であり、ケーブル・カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、ファイバ・カットオフ波長とケーブル・カットオフ波長との差異が１６０ｎｍ以下、好ましくは７０ｎｍ以下であり、ファイバ・カットオフ波長が１３１０ｎｍ以下とすることにより、１３１０ｎｍにおいて実質的にシングルモード動作で伝送させることが可能である。また、２ｍと２２ｍのカットオフ波長の差を小さくすることにより、主に宅内配線の様な２２ｍ以下の短距離用途においてもシングルモード動作を保証することが可能となる。
【００３２】
このように、本発明の光ファイバによれば、トレンチ部分と内側部分との界面位置をコアから離すことにより、ＯＨ不純物が少なく、曲げ特性にも優れた光ファイバが得られる等の優れた効果を奏する。
【００３３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【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９】
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【図１０】
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