(57)【要約】      （修正有）【課題】曲げ耐性で高帯域幅の利点を有するマルチモード光ファイバを提供する。【解決手段】マルチモード光ファイバのコア層屈折率断面は、放物線形状を呈し、分布指数αは、１．９〜２．２であり、コア層の半径Ｒ１は、２３〜２７μｍであり、最大比屈折率差Δ１maxは、０．９％〜１．２％であり、クラッド層は、内から外へと順にインナークラッド層、埋め込みクラッド層、アウタークラッド層であり、インナークラッド層の幅（Ｒ２−Ｒ１）は、１〜３μｍであり、比屈折率差Δ２は、−０．０５％〜０．１％であり、埋め込みクラッド層の幅（Ｒ３−Ｒ２）は、２〜５μｍであり、比屈折率差Δ３は、−１％〜−０．３％である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層とクラッド層とを含む曲げ耐性のマルチモード光ファイバにおいて、
コア層屈折率断面は、放物線形状を呈し、αは、１．９〜２．２であり、
コア層の半径Ｒ１は、２３〜２７μｍであり、最大比屈折率差Δ１maxは、０．９％〜１．２％であり、
上記クラッド層は、内から外へと順にインナークラッド層、埋め込みクラッド層、アウタークラッド層であり、
上記インナークラッド層の幅（Ｒ２−Ｒ１）は、１〜３μｍであり、比屈折率差Δ２は、−０．０５％〜０．１％であり、
上記埋め込みクラッド層の幅（Ｒ３−Ｒ２）は、２〜５μｍであり、比屈折率差Δ３は、−１％〜−０．３％であり、
上記コア層は、ＧｅとＦの両方がドープされる石英ガラス層であり、コア層中心位置のＦドープの寄与量ΔＦ１minは、０％以下であり、コア層のエッジ位置のＦドープの寄与量ΔＦ１maxは、−０．４５％以上であり、
上記アウタークラッド層は、純石英ガラス層であることを特徴とする曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【請求項２】
コア層の中心位置からコア層のエッジ位置に向かって、Ｆドープの寄与量は、逓増状であり、増加傾向として線形又は近似放物線を呈することを特徴とする請求項１に記載の曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【請求項３】
インナークラッド層は、ＧｅとＦの両方がドープされる石英ガラス層であり、Ｆドープの寄与量ΔＦ２は、−０．４５％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【請求項４】
埋め込みクラッド層は、ＧｅとＦの両方がドープされる石英ガラス層又はＦのみがドープされる石英ガラス層であり、Ｆドープの寄与量ΔＦ３は、−１％〜−０．３％であることを特徴とする請求項３に記載の曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【請求項５】
光ファイバのコア層、クラッド層のＦドープの寄与量は、ΔＦ１min＞ΔＦ２≧ΔＦ１max＞ΔＦ３を満たすことを特徴とする請求項４に記載の曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【請求項６】
光ファイバのＤＭＤ  Ｉｎｎｅｒ  Ｍａｓｋ（５〜１８μｍ）とＤＭＤ  Ｏｕｔｅｒ  Ｍａｓｋ（０〜２３μｍ）とは、ともに０．３３ｐｓ／ｍ以下であり、ＤＭＤ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ  Ｍａｓｋ  は、０．２５ｐｓ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【請求項７】
光ファイバは、光の波長８５０ｎｍにおいて３５００ＭＨｚ−ｋｍ以上の全モード励振帯域幅を有し、光の波長１３００ｎｍにおいて５５０ＭＨｚ−ｋｍ以上の全モード励振帯域幅を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【請求項８】
光ファイバの開口数は、０．１８５〜０.２１５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【請求項９】
光ファイバは、光の波長８５０ｎｍにおいて、７．５ｍｍのベンド半径で２周巻き取ることによるベンド付加損失が０．２ｄＢ以下であり、光の波長１３００ｎｍにおいて、７．５ｍｍのベンド半径で２周巻き取ることによるベンド付加損失が０．５ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の曲げ耐性のマルチモード光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた曲げ耐性を有するマルチモード光ファイバに係り、光通信の技術分野に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
科学技術のますますの発展につれて、中国では、光ファイバブロードバンドとマルチサービスが融合される情報高速発展期に入っている。融合後の電気通信網、放送テレビ網及びインターネット網は、いずれも多種類のベアラサービスとして提供され、ユーザに対して、電話通信、ネット通信、テレビ鑑賞など、様々なサービスの提供ができる。高性能接続、ストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）、高性能計算（例えばクラウド計算など）などに対応できるよう、プロバイダと企業のデータセンターのコンピュータルームのネットワーク基礎施設は、高帯域と柔軟性がより高く要求される。従って、数年で、４０Ｇのみならず、１００Ｇイーサネット（登録商標）までもが、徐々にデータセンターに採用されるようになる。特に、近年来、クラウド計算やモノのインターネットなどの概念の提起、及びマルチモード光ファイバ通信網におけるＶＣＳＥＬの応用により、データセンター及び中央コンピュータルームにおいて、マルチモード光ファイバに対してより厳しい要求が課せられ、光ファイバの帯域幅の要求及び光ファイバの曲げ耐性の２つのパラメータは最も重要なパラメータに含まれる。
【０００３】
２０１０年６月１７日に、ＩＥＥＥ８０２．３  ｂａ規格、即ち４０／１００Ｇイーサネット規格が許可された。当該標準は、４０Ｇｂ／ｓと１００Ｇｂ／ｓ速度での１５０メートルのマルチモード光ファイバ伝送と４０キロメートルのシングルモード光ファイバ伝送に対応する。当該標準の正式な発表により、４０Ｇと１００Ｇイーサネットによるネットワークの構築は加速化するようになる。
【０００４】
ＯＭ３、ＯＭ４光ファイバは、コア径が５０μｍであり、屈折率が漸変するマルチモード光ファイバであり、開口数が０．２００±０．０１５である。ＯＭ３とＯＭ４光ファイバの最小有効モード帯域幅ＥＭＢ（Effective  Mode  Bandwidth）は、それぞれ２０００ＭＨｚ．ｋｍ、４７００ＭＨｚ.ｋｍである。ＯＭ３／ＯＭ４マルチモード光ファイバは、１０Ｇｂ／ｓ、４０Ｇｂ／ｓ、１００Ｇｂ／ｓシステムにおける伝送距離が表１に示される。中短距離の高速網において、マルチモード光ファイバが任に堪えることが分かる。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
通常のＯＭ３／ＯＭ４マルチモード光ファイバに比較し、曲げに敏感ではないＯＭ３／ＯＭ４光ファイバは、高帯域幅を有する特性に加え、より優れる曲げ耐性を有するため、データセンター及び中央コンピュータルームなど特殊な配置条件下で利点がより発揮でき、各光ファイバ・ケーブルメーカーの研究開発の重要点になり、通常のＯＭ３、ＯＭ４光ファイバに取って代わる傾向がある。
【０００７】
光ファイバのベンド付加減衰を低下させる有効な方法のひとつは、埋め込みクラッド層を設計することである。光ファイバが小さく曲げられる場合に、コアから漏洩した光は、比較的高い割合でインナークラッド層に阻まれてコアに戻されることにより、光ファイバのマクロベンド付加損失を効果的に低下させる。
【０００８】
通常の埋め込みクラッド層構造を有する光ファイバは、一般的に、埋め込みクラッド層の構造、即ち、埋め込みクラッド層の深さ、幅、及び埋め込みクラッド層からコア層までの距離が改良される。より良好な曲げ耐性を得るために、理論上、埋め込みクラッド層の幅と深さが大きければ大きいほど、光ファイバの曲げ耐性を増加させるが、マルチモード光ファイバの高次モードの光が外部の純石英に漏洩されにくく、光ファイバのＤＭＤ特性及び帯域幅性能に影響を与える。
【０００９】
現在、各マルチモード光ファイバレーザのメーカーのＶＣＳＥＬ光源は、いずれも大きさの異なる波長分光が存在する。異なる波長のレーザ光が光ファイバのコア層においてモード同期状態で伝送できることを保証するために、コア層内部のドープによる異なる波長の伝送速度に起因する敏感性を考慮し、合理的なドープ濃度を設計することができる。このため、ＶＣＳＥＬ光源のレーザ光の光ファイバの内部でのモード同期伝送が保証される。特にＶＣＳＥＬ光ファイバがコア層の中心位置から注入される場合に、コア層の中心位置で適切なＧｅ／Ｆの共添加形式を取ることにより、ＤＭＤ性能を効果的に最適化できる。
【００１０】
理論上、マルチモード光ファイバの良好なＤＭＤ特性及び帯域幅性能を保証するために、光ファイバのコア層屈折率断面の精確な制御は、非常に重要である。しかし、実際に光ファイバを生産する過程では、まずプレフォームを作製し、それから線引き工程により光ファイバを得る。ファイバ形成過程において、ガラス原料は、避けられずに外力から作用を受けるため、線引きした光ファイバは、残存する応力と組成の拡散により、最初のプレフォームと比較すると、光ファイバのコア層屈折率断面分布に歪みが生じる。研究によると、インナークラッド層の粘度を合理的に設計し、傾斜機能材料を使用することにより、コア層と埋め込みクラッド層の間に一部の線引き張力を負担するバッファ層が形成できる。このことが、コア層とクラッド層の界面効果による、光ファイバのコア層への影響を、減少させることが明らかになっている。曲げ耐性のマルチモード光ファイバのプレフォームの中間クラッド層にＦがドープされない場合に、一定の線引き張力の作用により光ファイバを形成し、そのＤＭＤ特性は、一般的に、図５に示すようになる。即ち、コア層の外部寄りの部分に偏差と広がりが生じ、光ファイバのコア層屈折率断面の外部寄り領域に変形が生じたことを示す。中間クラッド層に一定量のＦがドープされる場合に、同様の線引き張力の作用により、そのＤＭＤ特性は図６に示すようになり、光ファイバのコア層屈折率断面の外部寄り領域の歪み度合いが明らかに減少する。大規模な生産において、適切な中間クラッド層の粘度により、光ファイバの屈折率断面の精度を最大限に保証し、製品の歩留まり率を向上させる。しかし、コア層のエッジ位置におけるＦドープの寄与量が同等である条件下で、クラッドコア層におけるＦドープの寄与量を相違させると、波長が８５０ｍｍの光の全モード励振帯域幅と波長が１３００ｎｍの光の全モード励振帯域幅との関係を示す分布も、図７に示すように相違を呈する。従って、傾斜機能材料の観点から合理的な光ファイバ断面構造と組成とを設計することは、曲げ耐性のマルチモード光ファイバのコア層と埋め込みクラッド層との構造や組成の相違によって光ファイバの性能パラメータが悪化する等の一連問題の解決に役立つ。
【００１１】
特許文献１には曲げ耐性のマルチモード光ファイバ構造が開示されている。コア層の不純物含有量の変化の角度から光ファイバの帯域幅特性を制御するが、その中間クラッド層はＦがドープされておらず、Ｇｅがドープされているガラス材料である。従って、特許文献１の光ファイバは、コア層、インナークラッド層、埋め込みクラッド層の順に構成されており、粘度の変化度合いが大きく、傾斜機能材料が使用されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第８６４４６６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の内容を説明しやすくするために、一部の用語を定義する。
コア棒：コア層と一部のクラッド層を含むプレフォーム。
半径：当該層の外境界から中心点までの距離。
屈折率断面：光ファイバ又は光ファイバプレフォーム（コア棒を含む）のガラス屈折率とその半径との間の関係。
比屈折率差：
【数１】
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ｎｉとｎ０は、各対応部分と純石英ガラスのガラス屈折率である。特に断りがなければ、ｎｉは、各対応部分の最大屈折率である。
フッ素（Ｆ）の寄与量：純石英ガラスに対するフッ素（Ｆ）がドープされる石英ガラスの比屈折率の差（ΔＦ）であり、フッ素（Ｆ）のドープ量を示す。
ゲルマニウム（Ｇｅ）の寄与量：純石英ガラスに対するゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされる石英ガラスの比屈折率の差（ΔＧｅ）であり、ゲルマニウム（Ｇｅ）のドープ量を示す。
チューブ：一定の幾何学的特徴とドープ要求を満たす石英ガラス管。
ＲＩＴ工程：コア棒をチューブに入れて光ファイバプレフォームとする工程。
べき法則屈折率断面：以下のべき指数関数（ｐｏｗｅｒ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を満足する屈折率断面。
【数２】
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ｎ１は光ファイバの軸心の屈折率、ｒは光ファイバの軸心からの距離、ａは光ファイバのコアの半径、αは分布指数、Δはコア／クラッド比屈折率差である。
【００１４】
本発明により解決しようとする技術問題は、従来技術に存在する不備に対して、材料の組成と構造の設計が合理的であり、曲げ耐性で高帯域幅の利点を有するマルチモード光ファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のコア層とクラッド層とを含むマルチモード光ファイバにおいて、コア層屈折率断面は、放物線形状を呈し、分布指数αは、１．９〜２．２であり、コア層の半径Ｒ１は、２３〜２７μｍであり、最大比屈折率差Δ１maxは、０．９％〜１．２％であり、上記クラッド層は、内から外へと順にインナークラッド層、埋め込みクラッド層、アウタークラッド層であり、上記インナークラッド層の幅（Ｒ２−Ｒ１）は、１〜３μｍであり、比屈折率差Δ２は、−０．０５％〜０．１％であり、上記埋め込みクラッド層の幅（Ｒ３−Ｒ２）は、２〜５μｍであり、比屈折率差Δ３は、−１％〜−０．３％であり、上記コア層は、ＧｅとＦの両方がドープされる石英ガラス層であり、コア層中心位置のＦドープの寄与量ΔＦ１minは、０％以下であり、コア層のエッジ位置のＦドープの寄与量ΔＦ１maxは、−０．４５％以上であり、上記アウタークラッド層は、純石英ガラス層であることを特徴とする。
【００１６】
上記において、コア層の中心位置からコア層のエッジ位置に向かって、Ｆドープの寄与量（絶対値）は、逓増状であり、増加傾向として線形又は近似放物線を呈する。
【００１７】
上記において、インナークラッド層は、ＧｅとＦの両方がドープされる石英ガラス層であり、Ｆドープの寄与量ΔＦ２は、−０．４５％以上である。
【００１８】
上記において、埋め込みクラッド層は、ＧｅとＦの両方がドープされる石英ガラス層又はＦのみがドープされる石英ガラス層であり、Ｆドープの寄与量ΔＦ３は、−１％〜−０．３％である。
【００１９】
上記において、光ファイバのコア層、クラッド層のＦドープの寄与量は、ΔＦ１min＞ΔＦ２≧ΔＦ１max＞ΔＦ３を満たす。
【００２０】
上記において、本発明の光ファイバのＤＭＤ  Ｉｎｎｅｒ  Ｍａｓｋ（５〜１８μｍ）とＤＭＤ  Ｏｕｔｅｒ  Ｍａｓｋ（０〜２３μｍ）とは、ともに０．３３ｐｓ／ｍ以下であり、ＤＭＤ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ  Ｍａｓｋ  は、０．２５ｐｓ／ｍ以下である。好ましい条件では、光ファイバのＤＭＤ  Ｉｎｎｅｒ  Ｍａｓｋ（５〜１８μｍ）とＤＭＤ  Ｏｕｔｅｒ  Ｍａｓｋ（０〜２３μｍ）とは、ともに０．１４ｐｓ／ｍ以下であり、ＤＭＤ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ  Ｍａｓｋ  は、０．１１ｐｓ／ｍ以下である。
【００２１】
上記において、光ファイバは、光の波長８５０ｎｍにおいて１５００ＭＨｚ−ｋｍ以上の全モード励振帯域幅を有し、光の波長１３００ｎｍにおいて５００ＭＨｚ−ｋｍ以上の全モード励振帯域幅を有する。
【００２２】
さらに、光ファイバは、光の波長８５０ｎｍにおいて３５００ＭＨｚ−ｋｍ以上の全モード励振帯域幅を有し、光の波長１３００ｎｍにおいて５５０ＭＨｚ−ｋｍ以上の全モード励振帯域幅を有する。
【００２３】
さらに、光ファイバは、光の波長８５０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ−ｋｍ以上の帯域幅を有し、光の波長１３００ｎｍにおいて６００ＭＨｚ−ｋｍ以上の全モード励振帯域幅を有することが好ましい。
【００２４】
上記において、光ファイバの開口数は、０．１８５〜０.２１５である。
【００２５】
上記において、光ファイバは、光の波長８５０ｎｍにおいて、７．５ｍｍのベンド半径で２周巻き取ることによるベンド付加損失が０．２ｄＢ以下であり、光の波長１３００ｎｍにおいて、７．５ｍｍのベンド半径で２周巻き取ることによるベンド付加損失が０．５ｄＢ以下である。
【００２６】
本発明に記載するマルチモード光ファイバの製造方法は、以下のとおりである。
純石英ガラス管をプラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）装置に固定し、反応気体を導入してドープと堆積を行う。反応気体の四塩化ケイ素（ＳiＣｌ４）と酸素（Ｏ２）に対して、フッ素（Ｆ）を含有する気体を入れ、フッ素（Ｆ）ドーピングを行い、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）を入れてゲルマニウム（Ｇｅ）ドーピングを行う。上記フッ素（Ｆ）を含有する気体は、Ｃ２Ｆ６、ＣＦ４、ＳｉＦ４、ＳＦ６、Ｃ４Ｆ８のいずれか１つ又は複数である。マイクロ波によって管内の反応気体をプラズマ化してプラズマ体にし、最終的にガラスの形態で管の内壁に堆積させる。上記光ファイバ導波路構造のドープ要求に基づいて、混合気体におけるドープ気体の流量を変えることにより、埋め込みクラッド層、インナークラッド層及びコア層を順に堆積する。堆積終了後、電気加熱炉で堆積管を中実のコア棒につぶさせる。それから純石英ガラスをチューブとしてＲＩＴ工程でプレフォームを作製し、又は、ＯＶＤ、ＶＡＤ又はＡＰＶＤの被覆堆積工程でアウタークラッド層を作製してプレフォームを作製する。その後、プレフォームを光ファイバ線引き塔に置き光ファイバに延ばし、光ファイバの表面に内外２層の紫外線で硬化したポリアクリル酸樹脂を塗布することでマルチモード光ファイバが得られる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による有益な効果は以下のとおりである。１）傾斜機能材料組成とその構造を有するマルチモード光ファイバを設計することにより、曲げ耐性のマルチモード光ファイバでは、コア層及び埋め込みクラッド層の粘度の大きな相違による、光ファイバのコア層屈折率断面のファイバ形成後の歪みおよびＤＭＤ／帯域性能悪化などの問題が解決し、光ファイバのＤＭＤ特性が効果的に改善され、帯域性能が大幅に向上される。２）光ファイバのコア層にＧｅ／Ｆを共添加することにより、コア層材料の材料分光特性の改良に役立ち、帯域幅性能が向上する。３）合理的な埋め込みクラッド層パラメータの設計により、光ファイバの曲げ性能が向上する。４）本発明は、製造方法が簡単であり、大規模の生産に好適である。５）本発明の光ファイバは、曲げ耐性で高帯域幅の利点を有し、アクセスネットワーク及び小型化光学デバイスに広く使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の光ファイバの一実施例の屈折率断面図である。
【図２】本発明の光ファイバの断面図である。
【図３】本発明の一実施例のＧｅ／Ｆドープ寄与量を示す図面である。
【図４】本発明の別の実施例のＧｅ／Ｆドープ寄与量を示す図面である。
【図５】本発明の中間クラッド層にＦがドープされない曲げ耐性のマルチモード光ファイバのＤＭＤ特性である。
【図６】本発明の中間クラッド層におけるＦドープ寄与量が−０．３％である曲げ耐性のマルチモード光ファイバのＤＭＤ特性である。
【図７】異なるＦドープ寄与量を有する曲げ耐性のマルチモード光ファイバの光の波長が８５０ｎｍにおける全モード励振帯域幅と光の波長が１３００ｎｍにおける全モード励振帯域幅との関係の分布関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、詳細な実施例を挙げて本発明をさらに説明する。
【００３０】
本発明に記載する方法により、プレフォームを一組製造して線引きする。マルチモード光ファイバは、２層塗布される。光ファイバの構造と主要性能パラメータは、表１を参照する。
【００３１】
光ファイバは、コア層とクラッド層とを含む。コア層屈折率断面は、放物線形状を呈し、分布指数αは、１．９〜２．２である。コア層の半径Ｒ１は、２３〜２７μｍであり、最大比屈折率差Δ１maxは、０．９％〜１．２％である。上記クラッド層は、内から外へと順にインナークラッド層、埋め込みクラッド層、アウタークラッド層である。上記インナークラッド層の半径は、Ｒ２であり、比屈折率差Δ２は、−０．０５％〜０．１％である。上記埋め込みクラッド層の半径は、Ｒであり、比屈折率差Δ３は、−１％〜−０．３％である。上記アウタークラッド層は、純石英ガラス層であり、アウタークラッド層の半径Ｒ４は、６０〜６５μｍである。
【００３２】
マクロベンド付加損失は、ＦＯＴＰ−６２（ＩＥＣ−６０７９３−１−４７）方法に基づいて測定して得る。測定される光ファイバは、一定の径（例えば１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍなど）で１周巻き取り、それから繰り出し、巻き取る前後の光電力の変化を測定して、これを光ファイバのマクロベンド付加損失とする。測定時に、エンサークルドフラックス（ｅｎｃｉｒｃｌｅｄ  ｆｌｕｘ）光注入条件を採用する。エンサークルドフラックス（ｅｎｃｉｒｃｌｅｄ  ｆｌｕｘ）光注入条件は、以下の方法によって取得できる。測定される光ファイバの前端に長さ２メートルでコア径５０マイクロ・メートルの普通のマルチモード光ファイバを溶接し、該光ファイバの中部に径２５ｍｍで１周巻き取り、満注入状態の光が該光ファイバに注入するときに、測定される光ファイバがエンサークルドフラックス（ｅｎｃｉｒｃｌｅｄ  ｆｌｕｘ）光注入となる。
【００３３】
満注入帯域幅は、ＦＯＴＰ‐２０４方法に基づいて測定して得る。測定には満注入条件を採用する。
【００３４】
【表２】
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【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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