(57)【要約】      （修正有）【課題】より広い波長範囲において広帯域化を実現するとともに、コアにおける屈折率分布の製造容易性を向上させるための構造を備えたＧＩ−ＭＭＦを提供する。【解決手段】ＧＩ−ＭＭＦは、Ｇｅがコア全域に添加される一方、Ｐがコアの一部に添加されている。すなわち、Ｇｅ添加領域はコア全域に一致しており、Ｇｅ添加領域は、ＧｅとともにＰが添加されたＰ部分添加領域と、Ｇｅが添加される一方意図的にはＰが添加されていないＰ非添加領域により構成されている。【選択図】図４
2016145981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定軸に沿って伸びるとともに、ゲルマニウムとリンが添加されたコアと、
前記コアの外周面上に設けられたクラッドと、を備えたマルチモード光ファイバであって、
前記コアは、前記ゲルマニウムおよび前記リンの添加により形成されたＧＩ型の屈折率分布を有し、
前記所定軸に直交する、前記コアの断面において、前記ゲルマニウムが添加されたゲルマニウム添加領域は、前記コアの断面全域に一致しており、
前記コアの断面において、前記ゲルマニウム添加領域は、前記リンの添加に由来する、前記クラッドを基準とする比屈折率差が制御されたリン部分添加領域と、前記リンの添加量が、前記リン部分添加領域内における前記リンの最大添加量の５％以下に設定されているリン非添加領域と、により構成されているマルチモード光ファイバ。
【請求項２】
前記ゲルマニウム添加領域において、前記リン非添加領域は、前記リン部分添加領域全体を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。
【請求項３】
前記リン部分添加領域と前記リン非添加領域は、互いに接触した状態で配置され、
前記コアの中心から前記リン部分添加領域と前記リン非添加領域との境界までの距離をｒとし、前記クラッドに対する前記リン部分添加領域における前記リンの添加に由来する最大比屈折率差をΔｎ（Ｐ）とするとき、前記距離ｒは、以下の式（１）で規定される評価関数が最大となるように設定されることを特徴とする請求項２に記載のマルチモード光ファイバ。
【数１】
2016145981.tif 000009
ここで、Ｂ０．８５０は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．８５０μｍにおける伝送帯域の１つであるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．７００は、波長０．８５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．８７５は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．８７５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．２００は、波長０．８７５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９００は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．９００μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．６００は、波長０．９００μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９２５は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．９２５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．３００は、波長０．９２５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９５０は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．９５０μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．１００は、波長０．９５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）である。
【請求項４】
前記リン部分添加領域において、前記リンの添加量は、前記コアの半径方向に沿って一定であることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。
【請求項５】
所定軸に沿って伸び、ゲルマニウムとフッ素が添加されたコアと、
前記コアの外周面上に設けられたクラッドと、を備えたマルチモード光ファイバであって、
前記コアは、前記ゲルマニウムおよび前記フッ素の添加により形成されたＧＩ型の屈折率分布を有し、
前記所定軸に直交する、前記コアの断面において、前記ゲルマニウムが添加されたゲルマニウム添加領域は、前記コアの断面全域に一致しており、
前記コアの断面において、前記ゲルマニウム添加領域は、前記フッ素の添加に由来する、前記クラッドに対する比屈折率差が制御されたフッ素部分添加領域と、前記フッ素の添加量が、前記フッ素部分添加領域内における前記フッ素の最大添加量の５％以下に設定されているフッ素非添加領域と、により構成されているマルチモード光ファイバ。
【請求項６】
前記ゲルマニウム添加領域において、前記フッ素部分添加領域は、前記フッ素非添加領域全体を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項５に記載のマルチモード光ファイバ。
【請求項７】
前記フッ素部分添加領域と前記フッ素非添加領域は、互いに接触した状態で配置され、
前記コアの中心から前記フッ素部分添加領域と前記フッ素非添加領域との境界までの距離をｒとし、前記クラッドに対する前記フッ素部分添加領域における前記フッ素の添加に由来する最小比屈折率差をΔｎ（Ｆ）とするとき、前記距離ｒは、以下の式（２）で規定される評価関数が最大となるように設定されることを特徴とする請求項６に記載のマルチモード光ファイバ。
【数２】
2016145981.tif 000010
ここで、Ｂ０．８５０は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．８５０μｍにおける伝送帯域の１つであるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．７００は、波長０．８５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．８７５は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．８７５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．２００は、波長０．８７５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９００は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．９００μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．６００は、波長０．９００μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９２５は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．９２５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．３００は、波長０．９２５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９５０は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．９５０μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．１００は、波長０．９５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）である。
【請求項８】
前記フッ素部分添加領域において、前記フッ素の添加量は、前記コアの半径方向に沿って一定であることを特徴とする請求項５に記載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、ＧＩ(Graded Index)型屈折率分布を有するマルチモード光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マルチモード光ファイバ（以下、ＭＭＦ：MultiMode optical Fiber）は、構造上、長距離光通信用のシングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦ：Single-mode optical Fiberという）と比較して、伝送損失が大きいことが知られている。一方、ファイバ間接続が容易であること、また、要求性能の低い機器を利用して容易にネットワークの構築が可能になることから、ＬＡＮ（Local Area Network）などの近距離情報通信の用途に広く使用されている。
【０００３】
近年、上述の近距離情報通信の信号品質の改善を目的として、上述のＭＭＦの伝送損失の低減技術や伝送帯域（transmission bandwidth）の拡大（広帯域化）も盛んに研究されるようになってきた。特に、通信容量の増大要求に伴ってより広い波長範囲において広帯域化を実現するため、例えば、以下の特許文献１〜３および非特許文献１のそれぞれには、コアがα分布に従うＧＩ型屈折率分布を有するＭＭＦ（以下、ＧＩ−ＭＭＦという）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国公開ＵＳ２０１３／０１１４９３４Ａ１号公報
【特許文献２】米国公開ＵＳ２０１３／０１１４９３５Ａ１号公報
【特許文献３】米国特許第８６４４６６４号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Denis Molin, Frank Achten, Marianne Bigot,Adrin Amezcua-Correa, Pierre Sillard, “WideBand OM4 Multi-Mode Fiber for Next-Generation 400 GHz DataCommunications”, ECOC 2014, Cannes-France, P1.6
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、従来のＧＩ−ＭＭＦについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記特許文献１〜３に記載されたＧＩ−ＭＭＦは、何れも、α分布に従うＧＩ型屈折率分布がコアに形成されているが、各ＧＩ−ＭＭＦのコアには、その全域に亘って、ベースドーパントとしてゲルマニウム（以下、「Ｇｅ」で表す）が添加されるとともに、Ｇｅ以外の屈折率制御用ドーパントが共添加されている。しかしながら、このように複数ドーパントが全域に共添加されたコアにおいてα分布の形状を正確に制御することは、高度なファイバ製造技術が必要になるとともに、製造歩留まりの低下を引き起こす原因にもなる。特に、特定波長または特定波長範囲においてより大きな伝送帯域が要求されるＧＩ−ＭＭＦでは、コアにおける屈折率分布（α分布に従うＧＩ型屈折率分布）を精度よく作りこむ必要がある。換言すれば、コアの製造過程において、共添加される複数ドーパントの添加濃度をコア全域に亘って高精度に制御する必要がある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength-Division Multiplexing）伝送に利用されるより広い波長範囲において、伝送帯域の１つである実効帯域（以下、ＥＭＢ：Effective Modal Bandwidth）の拡大を実現するとともに、コアにおける屈折率分布の製造容易性を向上させるための構造を備えたＧＩ−ＭＭＦを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態は、コアがα分布に従うＧＩ型屈折率分布を有するＧＩ−ＭＭＦに関し、構造上、長距離伝送用のＳＭＦとは明確に区別される。また、上述の課題を解決するため、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、少なくとも、所定軸方向に沿って伸びたコアと、コアの外周面上に設けられたクラッドを備える。コア全体には、ベースドーパントとしてＧｅが添加されており、また、コアの一部にはリン（以下、「Ｐ」で表す）またはフッ素（以下、「Ｆ」で表す）が添加されている。上述のＧｅ、Ｐ、Ｆは何れもガラス屈折率の制御ドーパントとして知られており、これらドーパントの添加領域の選定および添加量を適切に調整することにより、コア領域におけるＧＩ型屈折率分布を形成することが可能になる。特に、本実施形態において、コアにおけるＧＩ型屈折率分布の製造容易性は、以下の２態様により実現される。
【０００９】
（１）コアにＧｅおよびＰが添加された構成において、コアは、ＧｅおよびＰの添加により形成されたＧＩ型屈折率分布を有する。また、所定軸に直交する、コアの断面において、Ｇｅが添加されたＧｅ添加領域は、コアの断面全域に一致している。一方、コアの断面において、Ｇｅ添加領域は、Ｐ添加に由来する、クラッドを基準とする比屈折率差が制御されたＰ部分添加領域と、Ｐの添加量が、Ｐ部分添加領域内におけるＰの最大添加量の５％以下に設定されているＰ非添加領域と、により構成されている。
【００１０】
（２）一方、コアにＧｅおよびＦが添加された構成において、コアは、ＧｅおよびＦの添加により形成されたＧＩ型屈折率分布を有する。また、所定軸に直交する、コアの断面において、Ｇｅが添加されたＧｅ添加領域は、コアの断面全域に一致している。一方、コアの断面において、Ｇｅ添加領域は、Ｆ添加に由来する、クラッドを基準とする比屈折率差が制御されたＦ部分添加領域と、Ｆの添加量が、Ｆ部分添加領域内におけるＦの最大添加量の５％以下に設定されているＦ非添加領域と、により構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本実施形態によれば、ベースドーパントとしてＧｅがコア全体に添加される一方、コアの一部のみにＰまたはＦが添加されている。このようにＧＩ型屈折率分布が形成される、Ｇｅをベースドーパントとしたコア内に部分的にＰまたはＦを添加する構成により、コア断面において、複数ドーパントの添加濃度を高精度に制御しなければならない領域の、コア全域に対する占有比率を低下させることが可能になる。その結果、本発明によれば、ＷＤＭ伝送に利用されるより広い波長範囲（例えば、０．８５０μｍ〜０．９５０μｍ）において広帯域化を実現するＧＩ−ＭＭＦにおいて、コアの屈折率分布の製造容易性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおける代表的な構造を示す断面図であり、（ｂ）は、その屈折率分布である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおける断面構造の種々の例を示すための屈折率分布である。
【図３】（ａ）は、比較例に係るＧＩ−ＭＭＦの屈折率分布であり、（ｂ）は、比較例に係るＧＩ−ＭＭＦにおけるＥＭＢの波長依存性を示すグラフである。
【図４】第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの断面構造を示すための屈折率分布である。
【図５】第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの断面構造を示すための屈折率分布である。
【図６】（ａ）は、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア中心からの距離ｒ（μｍ）とＰ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｐ）（％）の種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））に対する評価関数値の分布を示すマップであり、（ｂ）は、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））に対する波長０．９μｍにおけるα値の最適値の分布を示すマップであり、（ｃ）は、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおけるＥＭＢの波長依存性を示すグラフである。
【図７】（ａ）は、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア中心からの距離ｒ（μｍ）とＰ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｐ）（％）の種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））に対する評価関数値の分布を示すマップであり、（ｂ）は、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））に対する波長０．９μｍにおけるα値の最適値の分布を示すマップであり、（ｃ）は、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおけるＥＭＢの波長依存性を示すグラフである。
【図８】第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの断面構造を示すための屈折率分布である。
【図９】第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの断面構造を示すための屈折率分布である。
【図１０】（ａ）は、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア中心からの距離ｒ（μｍ）とＦ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｆ）（％）の種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））に対する評価関数値の分布を示すマップであり、（ｂ）は、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））に対する波長０．９μｍにおけるα値の最適値の分布を示すマップであり、（ｃ）は、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおけるＥＭＢの波長依存性を示すグラフである。
【図１１】(a)は、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア中心からの距離ｒ（μｍ）とＦ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｆ）（％）の種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））に対する評価関数値の分布を示すマップであり、（ｂ）は、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））に対する波長０．９μｍにおけるα値の最適値の分布を示すマップであり、（ｃ）は、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおけるＥＭＢの波長依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
【００１４】
（１）第１の態様として、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、所定軸に沿って伸びるとともに、ＧｅとＰが添加されたコアと、コアの外周面上に設けられたクラッドと、を備える。コアは、ＧｅおよびＰの添加により形成されたＧＩ型屈折率分布を有する。また、所定軸に直交する、コアの断面において、Ｇｅが添加されたＧｅ添加領域は、コアの断面全域に一致している。さらに、コアの断面において、Ｇｅ添加領域は、Ｐ部分添加領域と、Ｐ非添加領域と、により構成されている。Ｐ部分添加領域は、Ｇｅが添加されるとともに、意図的にＰが添加された領域である。また、Ｐ非添加領域は、Ｇｅが添加される一方、意図的にはＰが添加されていない領域であって、具体的には、Ｐの添加量が、Ｐ部分添加領域内におけるＰの最大添加量の５％以下に設定されている領域である。本明細書では、このＰ非添加領域が、Ｐ添加に由来する比屈折率差が実質的に０％に設定された領域と規定されている。したがって、コアの半径方向に沿った、Ｐ部分添加領域における屈折率分布の形状は、Ｇｅ添加に由来する比屈折率差およびＰ添加に由来する比屈折率差の双方を制御することにより決定される。また、コアの半径方向に沿った、Ｐ非添加領域における屈折率分布の形状は、実質的に、Ｇｅ添加に由来する比屈折率差のみを制御することにより決定される。
【００１５】
（２）上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、Ｇｅ添加領域において、Ｐ非添加領域は、Ｐ部分添加領域全体を取り囲むように配置されているのが好ましい。
【００１６】
（３）上記第１および第２の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第３の態様として、Ｐ部分添加領域とＰ非添加領域は、互いに接触した状態で配置されるのが好ましい。この領域配置において、コアの中心からＰ部分添加領域とＰ非添加領域との境界までの距離をｒとし、クラッドに対するＰ部分添加領域におけるＰ添加に由来する最大比屈折率差をΔｎ（Ｐ）とするとき、距離ｒは、以下の式（１）で規定される評価関数が最大となるように設定されるのが好ましい。
【数１】
2016145981.tif 000003
ここで、Ｂ０．８５０は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．８５０μｍにおける伝送帯域の１つであるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．７００は、波長０．８５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．８７５は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．８７５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．２００は、波長０．８７５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９００は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．９００μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．６００は、波長０．９００μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９２５は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．９２５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．３００は、波長０．９２５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９５０は、距離ｒと最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）を変動させたときの、波長０．９５０μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．１００は、波長０．９５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）である。なお、ＥＭＢは、例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ１１８０１のＯＭ３（Ａ１ａ．２）規格やＯＭ４（Ａ１ａ．３）規格において規定された伝送帯域の１つである。
【００１７】
（４）上記第１〜３の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第４の態様として、Ｐ部分添加領域において、Ｐの添加量は、コアの半径方向に沿って一定であるのが好ましい。
【００１８】
（５）第５の態様として、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、所定軸に沿って伸び、ＧｅとＦが添加されたコアと、コアの外周面上に設けられたクラッドと、を備えてもよい。この場合、コアは、ＧｅおよびＦの添加により形成されたＧＩ型屈折率分布を有する。また、所定軸に直交する、コアの断面において、Ｇｅが添加されたＧｅ添加領域は、コアの断面全域に一致している。さらに、コアの断面において、Ｇｅ添加領域は、Ｆ部分添加領域と、Ｆ非添加領域と、により構成されている。Ｆ部分添加領域は、Ｇｅが添加されるとともに、Ｆが意図的に添加された領域である。また、Ｆ非添加領域は、Ｇｅが添加される一方、意図的にはＦが添加されていない領域であって、具体的には、Ｆの添加量が、Ｆ部分添加領域内におけるＦの最大添加量の５％以下に設定されている領域である。本明細書では、このＦ非添加領域が、Ｆ添加に由来する比屈折率差は実質的に０％に設定された領域と規定されている。したがって、コアの半径方向に沿った、Ｆ部分添加領域における屈折率分布の形状は、Ｇｅ添加に由来する比屈折率差およびＦ添加に由来する比屈折率差の双方を制御することにより決定される。また、コアの半径方向に沿った、Ｆ非添加領域における屈折率分布の形状は、実質的に、Ｇｅ添加に由来する比屈折率差のみを制御することにより決定される。
【００１９】
（６）上記第５の態様に適用可能な第６の態様として、Ｇｅ添加領域において、Ｆ部分添加領域は、Ｆ非添加領域全体を取り囲むように配置されているのが好ましい。
【００２０】
（７）上記第５および第６の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第７の態様として、Ｆ部分添加領域とＦ非添加領域は、互いに接触した状態で配置されるのが好ましい。この領域配置において、コアの中心からＦ部分添加領域とＦ非添加領域との境界までの距離をｒとし、クラッドに対するＦ部分添加領域におけるＦ添加に由来する最小比屈折率差をΔｎ（Ｆ）とするとき、距離ｒは、以下の式（２）で規定される評価関数が最大となるように設定されるのが好ましい。
【数２】
2016145981.tif 000004
ここで、Ｂ０．８５０は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．８５０μｍにおける伝送帯域の１つであるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．７００は、波長０．８５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．８７５は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．８７５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．２００は、波長０．８７５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９００は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．９００μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．６００は、波長０．９００μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９２５は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．９２５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．３００は、波長０．９２５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９５０は、距離ｒと最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）を変動させたときの、波長０．９５０μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．１００は、波長０．９５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）である。
【００２１】
（８）上記第５〜第７の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第８の態様として、Ｆ部分添加領域において、Ｆの添加量は、コアの半径方向に沿って一定であるのが好ましい。
【００２２】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦ（ＧＩ型屈折率分布を有するマルチモード光ファイバ）の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００２３】
図１（ａ）は、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおける代表的な構造を示す断面図であり、図１（ｂ）は、その屈折率分布である。
【００２４】
本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦ１００は、図１（ａ）に示されたように、光軸ＡＸに沿って延びたコア１１０と、コア１１０の外周に設けられたクラッド１２０と、を備える。なお、図１（ａ）に示されたＧＩ−ＭＭＦ１００において、コア１１０の全域には、屈折率分布の形状を調整するためのベースドーパントとしてＧｅが添加されている。また、コア１１０は、光軸ＡＸを含む内側領域１１０Ａと、内側領域１１０Ａの外周を取り囲む外側領域１１０Ｂから構成されており、これら領域１１０Ａ，１１０Ｂの何れかにＰまたはＦが添加されている。したがって、コア１１０にＰが部分添加される構成において、内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂの何れか一方がＰ部分添加領域となり、他方がＰ非添加領域となる。なお、Ｐ部分添加領域は、意図的にＰが添加された領域である。また、Ｐ非添加領域は、意図的にはＰが添加されておらず、Ｐの添加量が、Ｐ部分添加領域内におけるＰの最大添加量の５％以下に設定されている領域である。一方、コア１１０にＦが部分添加される構成において、内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂの何れか一方がＦ部分添加領域となり、他方がＦ非添加領域となる。この構成においても、Ｆ部分添加領域は、意図的にＦが添加された領域である。また、Ｆ非添加領域は、意図的にはＦが添加されておらず、Ｆの添加量が、Ｆ部分添加領域内におけるＦの最大添加量の５％以下に設定されている領域である。
【００２５】
上述のように、コア１１０では、ベースドーパントであるＧｅと部分添加されたＰまたはＦにより、α分布に従うＧＩ型屈折率分布（図１（ｂ）参照）が形成される。このコア１１０は、外径２ａ（半径ａ）を有するとともに、最大屈折率ｎ１を有する。クラッド１２０は、純石英又は屈折率調整用の不純物が添加されたガラス領域であり、コア１１０の最大屈折率ｎ１よりも低い屈折率ｎ０（ｎ０＜ｎ１）を有する。
【００２６】
また、図１（ｂ）に示された、ＧＩ−ＭＭＦ１００の屈折率分布１５０Ａは、光軸ＡＸと直交する線Ｌ（当該ＧＩ−ＭＭＦ１００の径方向に一致）上の各部の屈折率を示しており、より具体的には、領域１５１Ａは線Ｌに沿ったコア１１０の各部の屈折率、領域１５２Ａは線Ｌに沿ったクラッド１２０の各部の屈折率をそれぞれ示す。
【００２７】
特に、図１（ｂ）の屈折率分布１５０Ａにおける領域１５１Ａは、以下の式（３）に表されるように、屈折率ｎ（ｒ）が光軸ＡＸに一致するコア１１０の中心（光軸ＡＸと当該ＧＩ−ＭＭＦ１００の断面が交差する位置）において屈折率が最大となるようドーム形状を有する（α分布：α-profile）。なお、屈折率ｎ（ｒ）は、半径ａのコア１１０の屈折率であって、コア１１０の中心から半径方向にｒだけ離れた位置における屈折率を表す。このドーム形状を規定するためのα値は１．８〜２．２である。クラッド１２０に対するコア１１０の中心の最大比屈折率差Δｃｏｒｅは（クラッド１２０に対するコア１１０の最大比屈折率差に相当）は、０．８〜２．４％である。コア１１０の直径は、２５〜６５μｍである。なお、本明細書において、クラッド１２０（屈折率ｎ０）に対するコア１１０（最大屈折率ｎ１）の比屈折率差Δｃｏｒｅは、以下の式（４）で規定される。また、上述のコアの比屈折率差等の構造パラメータの定義は、以下に説明される実施形態、比較例等でも同じである。
【数３】
2016145981.tif 000005
【数４】
2016145981.tif 000006
ここで、Δｃｏｒｅは、クラッドに対するコアの最大比屈折率差、ｎ１は、コア中心における屈折率（最大屈折率）、ｎ０は、クラッドの屈折率、ｒは、コア中心からの距離、ａは、コア半径、αは、α分布の形状を決定するためのα乗数である。
【００２８】
なお、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの構造は、上述の構造（図１（ａ）および図１（ｂ））には限定されない。例えば、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、コア１１０、クラッド１２０の他、クラッド１２０の屈折率ｎ０よりも低い屈折率ｎ２を有するトレンチ部を備えてもよい。図２（ａ）および図２（ｂ）は、本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおける断面構造の種々の例を示すための屈折率分布である。
【００２９】
図２（ａ）に示された屈折率分布１５０Ｂを有するＧＩ−ＭＭＦは、図１（ａ）に示されたＧＩ−ＭＭＦ１００と同様に、半径ａを有するコア（最大屈折率ｎ１）と、半径ｂを有するクラッド（屈折率ｎ０）を備える。さらに、当該ＧＩ−ＭＭＦは、コアとクラッドとの間に設けられた、クラッドよりも低い屈折率ｎ２を有するトレンチ部を備える。また、図２（ａ）に示された屈折率分布１５０Ｂは、光軸ＡＸと直交する基準線（図１（ａ）の線Ｌに相当）上の各部の屈折率を示しており、より具体的には、領域１５１Ｂは基準線に沿ったコアの各部の屈折率、領域１５２Ｂは基準線に沿ったクラッドの各部の屈折率、領域１５３Ｂは基準線に沿ったトレンチ部の各部の屈折率をそれぞれ示す。なお、本明細書において、クラッドに対するトレンチ部の比屈折率差Δｔｒｅｎｃｈは、以下の式（５）により規定される。
【数５】
2016145981.tif 000007
【００３０】
図２（ｂ）に示された屈折率分布１５０Ｃを有するＧＩ−ＭＭＦは、図１（ａ）に示されたＧＩ−ＭＭＦ１００と同様に、半径ａを有するコア（最大屈折率ｎ１）と、半径ｂを有するクラッド（屈折率ｎ０）を備える。さらに、当該ＧＩ−ＭＭＦは、コアから所定距離だけ離れた状態でクラッド内に設けられた、クラッドよりも低い屈折率ｎ２を有するトレンチ部を備える。また、図２（ｂ）に示された屈折率分布１５０Ｃは、光軸ＡＸと直交する基準線（図１（ａ）の線Ｌに相当）上の各部の屈折率を示しており、より具体的には、領域１５１Ｃは基準線に沿ったコアの各部の屈折率、領域１５２Ｃは基準線に沿ったクラッドの各部の屈折率、領域１５３Ｃは基準線に沿ったトレンチ部の各部の屈折率をそれぞれ示す。なお、図２（ｂ）の例においても、クラッドに対するトレンチ部の比屈折率差Δｔｒｅｎｃｈは、上記式（５）により規定される。
【００３１】
本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、上述のような構造を有し、ベースドーパントであるＧｅの全域添加とＧｅ以外のＰまたはＦの部分添加とにより、コア１１０のＧＩ型屈折率分布を形成する。これにより本実施形態は、ＷＤＭ伝送に利用されるより広い波長範囲、例えば、０．８５０μｍ〜０．９５０μｍにおいて広帯域化を実現するとともに、コアの屈折率分布の製造容易性を向上させることを可能にする。広帯域化の具体的な提案としては、例えば上記非特許文献１に、伝送帯域の１つであるＥＭＢが示されている。すなわち、上記非特許文献１の提案では、波長０．８５０μｍ（＝８５０ｎｍ）におけるＥＭＢが４．７００ＧＨｚ・ｋｍ（＝４７００ＭＨｚ・ｋｍ）以上、波長０．８７５μｍ（＝８７５ｎｍ）におけるＥＭＢが４．２００ＧＨｚ・ｋｍ（＝４２００ＭＨｚ・ｋｍ）以上、波長０．９００μｍ（＝９００ｎｍ）におけるＥＭＢが３．６００ＧＨｚ・ｋｍ（＝３６００ＭＨｚ・ｋｍ）以上、波長０．９２５μｍ（＝９２５ｎｍ）におけるＥＭＢが３．３００ＧＨｚ・ｋｍ（＝３３００ＭＨｚ・ｋｍ）以上、波長０．９５０μｍ（＝９５０ｎｍ）におけるＥＭＢが３．１００ＧＨｚ・ｋｍ（＝３１００ＭＨｚ・ｋｍ）以上である。
【００３２】
そこで、発明者らは本実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦおよび比較例に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域特性を以下の式（６）で表される評価関数により評価した。すなわち、式（６）で規定される評価関数は、当該ＧＩ−ＭＭＦの帯域が、上記非特許文献１で提案された各波長の帯域よりもどの程度大きいかを示す指標である。
【数６】
2016145981.tif 000008
ここで、Ｂ０．８５０は、波長０．８５０μｍにおける伝送帯域の１つであるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．７００は、波長０．８５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．８７５は、波長０．８７５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値４．２００は、波長０．８７５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９００は、波長０．９００μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．６００は、波長０．９００μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９２５は、波長０．９２５μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．３００は、波長０．９２５μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、Ｂ０．９５０は、波長０．９５０μｍにおけるＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）、数値３．１００は、波長０．９５０μｍにおける目標ＥＭＢ（ＧＨｚ・ｋｍ）である。
【００３３】
（比較例）
図３（ａ）は、比較例に係るＧＩ−ＭＭＦの屈折率分布であり、図３（ｂ）は、比較例に係るＧＩ−ＭＭＦにおけるＥＭＢの波長依存性を示すグラフである。
【００３４】
比較例に係るＧＩ−ＭＭＦは、図１（ａ）に示されたＧＩ−ＭＭＦ１００と同様に、コアとクラッドを備える。ただし、この比較例に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コアにはＧｅのみが添加されており、図３（ａ）の屈折率分布１５０Ｄにおいて、領域１５１Ｄは、光軸ＡＸに直交する基準線（図１（ａ）中の線Ｌに相当）に沿ったコアの各部の比屈折率差（クラッドに対するコア各部の比屈折率差）、領域１５２Ｄは、基準線に沿ったクラッドの各部の比屈折率差（＝０％）をそれぞれ示す。
【００３５】
この比較例に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コアは、Ｇｅのみが添加されており、５０μｍの外径（半径２５μｍ）を有する。また、コアは、Ｇｅ添加によりα分布に従うＧＩ型屈折率分布を有し、クラッドに対するコアの最大比屈折率差Δｃｏｒｅ、すなわちＧｅ添加のみに由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｇｅ）は１．０％である。また、α分布の形状は、評価関数が最大となるように波長０．９μｍにおけるα分布の形状が設計されており、ＷＫＢ（Wentzel-Kramers-Brillouin approximation）近似を用いて計算された。このときのα値（最適値）は２．０５８である。クラッドは純シリカガラスからなり、その外径が１２５μｍである。
【００３６】
図３（ｂ）において、グラフＧ３００Ａは、上述のように最適化された比較例に係るＧＩ−ＭＭＦのＥＭＢ、グラフＧ３００Ｂは、上記非特許文献１で提案された、目標波長範囲（０．８５μｍ〜０．９５μｍ）における目標ＥＭＢ（最低値）を、それぞれ示す。図３（ｂ）からも分かるように、目標ＥＭＢを超えている比較例に係るＧＩ−ＭＭＦ（グラフ３００Ａ）の波長範囲は、目標波長範囲とほぼ一致している。これは、実際のファイバ製造においては、コアにおけるα分布の形状をより正確に制御しなければならないことを意味する（製造容易性が低い）。
【００３７】
（第１実施形態）
次に、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域評価について、図４および図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明する。なお、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、ベースドーパントとしてＧｅをコア全域に添加する一方、Ｐをコアの一部に添加することにより構成されている。また、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、図１（ａ）に示された構造と同じ断面構造を有するとともに、図１（ｂ）に示された屈折率分布１５０Ａを有する。
【００３８】
具体的に、図４は、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの具体的な断面構造を示すための屈折率分布である。図４において、屈折率分布１５０Ａは、ＧｅおよびＰの添加に由来する、α分布に従うＧＩ型屈折率分布を示し、屈折率分布１５０ＡＰは、Ｐの部分添加に由来する屈折率分布を示している。
【００３９】
第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、コア１１０と、クラッド１２０を備え、コア１１０は、内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂから構成されている。すなわち、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア１１０の全域（内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂの双方）にはベースドーパントとしてＧｅが添加され、コア１１０の内側領域１１０Ａには、Ｐが添加されている。一方、コア１１０の外側領域１１０Ｂには、Ｇｅは添加されているがＰは添加されていない。したがって、この第１実施形態において、内側領域１１０ＡがＰ部分添加領域となり、外側領域１１０ＢがＰ非添加領域となっている。
【００４０】
具体的に、図４に示された屈折率分布１５０Ａにおいて、領域１５１Ａは、線Ｌに沿ったコア１１０の各部における比屈折率差（クラッド１２０に対するコア各部の比屈折率差）、領域１５２Ａは、線Ｌに沿ったクラッド１２０の比屈折率差（＝０％）、領域１５１Ａｉは、線Ｌに沿った内側領域１１０Ａ（Ｐ部分添加領域）の比屈折率差（クラッド１２０に対する内側領域各部の比屈折率差）、領域１５１Ａｏは、線Ｌに沿った外側領域１１０Ｂ（Ｐ非添加領域）の比屈折率差（クラッド１２０に対する外側領域各部の比屈折率差）を、それぞれ示している。
【００４１】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、上述のように構成された第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域評価の結果を示す。なお、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア１１０は、５０μｍの外径（半径２５μｍ）を有する。また、コアは、ＧｅおよびＰの添加によりα分布に従うＧＩ型屈折率分布を有し、クラッドに対するコアの最大比屈折率差Δｃｏｒｅ、すなわちＧｅおよびＰ添加に由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｇｅ＋Ｐ）は１．０％である。また、領域１５１Ａｉ（内側領域１１０Ａ）において、Ｐ添加に由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）は０．５％であり、領域１５１Ａｏ（外側領域１１０Ｂ）において、Ｐ添加に由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）は実質的に０％である。領域１５１Ａｉと領域１５１Ａｏの境界（光軸ＡＸに一致したコア中心からの距離ｒ）は、コア中心から１５μｍの位置に設定されている。
【００４２】
すなわち、図６（ａ）は、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、０〜２５μｍの範囲におけるコア中心からの距離ｒ（μｍ）と、０％〜１．０％の範囲におけるＰ添加に由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）（％）の種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））に対する評価関数値（０．６〜２．２）の分布を８個の数値範囲に分けて示すマップである。なお、評価関数値の分布を示す図６（ａ）において、領域Ｇ６００Ａ１〜領域Ｇ６００Ａ８のそれぞれは、順に、評価関数値が２．０〜２．２の範囲、１．８〜２．０の範囲、１．６〜１．８の範囲、１．４〜１．６の範囲、１．２〜１．４の範囲、１．０〜１．２の範囲、０．８〜１．０の範囲、０．６〜０．８の範囲に収まる組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））の分布を、それぞれ示している。また、図６（ａ）には、評価関数の最適解ＯＰ１が示されている。
【００４３】
図６（ｂ）は、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、上記種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））に対する波長０．９μｍにおけるα値の最適値（ＷＫＢ近似を用いて計算された数値２．０１０〜２．０６０）の分布を１０個の数値範囲に分けて示すマップである。なお、α値の最適値の分布を示す図６（ｂ）において、領域Ｇ６００Ｂ１〜領域Ｇ６００Ｂ１０のそれぞれは、順に、最適α値が２．０５５〜２．０６０の範囲、２．０５０〜２．０５５の範囲、２．０４５〜２．０５０の範囲、２．０４０〜２．０４５の範囲、２．０３５〜２．０４０の範囲、２．０３０〜２．０３５の範囲、２．０２５〜２．０３０の範囲、２．０２０〜２．０２５の範囲、２．０１５〜２．０２０の範囲、２．０１０〜２．０１５の範囲に収まる組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））の分布を、それぞれ示している。また、図６（ｂ）には、最適α値の最適解ＯＰ１が示されている。
【００４４】
上述の図６（ａ）および図６（ｂ）から分かるように、評価関数および最適α値の最適解ＯＰ１を得るためには、Δｎ（Ｐ）は０．６％付近、距離ｒは１５μｍ付近に設定するのが好ましい。図４に示された屈折率分布１５０ＡＰは、ほぼこの計算結果に基づいて設定されている。また、図４に示されたコア全体の屈折率分布に相当する屈折率分布１５０Ａを有する、第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域特性（ＥＭＢの波長依存性）の形状は、図６（ｃ）に示されたような形状になる。なお、図６（ｃ）において、グラフＧ６００Ｃ１は、上述のように最適化された第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦのＥＭＢ、グラフＧ６００Ｃ２は、上記非特許文献１で提案された、目標波長範囲（０．８５μｍ〜０．９５μｍ）における目標ＥＭＢ（最低値）を、それぞれ示す。図６（ｃ）からも分かるように、目標ＥＭＢを超えている当該第１実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦ（グラフＧ６００Ｃ１）の波長範囲は、目標波長範囲よりも著しく拡大している。これは、実際のファイバ製造においては、コアにおけるα分布の形状の要求精度の低下を意味する（製造容易性の向上）。
【００４５】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの断面構造を示すための屈折率分布であり、図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおける帯域特性の評価結果を説明するための図である。なお、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦも、第１実施形態の例と同様に、ベースドーパントとしてＧｅをコア全域に添加する一方、Ｐをコアの一部に添加することにより構成されている。更に、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦも、図１（ａ）に示された構造と同じ断面構造を有するとともに、図１（ｂ）に示された屈折率分布１５０Ａを有する。
【００４６】
具体的に、図５は、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの具体的な断面構造を示すための屈折率分布である。図５において、屈折率分布１５０Ａは、ＧｅおよびＰの添加に由来する、α分布に従うＧＩ型屈折率分布を示し、屈折率分布１５０ＡＰは、Ｐの部分添加に由来する屈折率分布を示している。第１実施形態の屈折率分布と第２実施形態の屈折率分布は、Ｐ部分添加領域である内側領域１１０Ａ（図５中の領域１５１Ａｉに相当）におけるＰ添加に由来する屈折率分布１５０ＡＰの形状に関して、異なる。すなわち、第１実施形態において、内側領域１１０ＡにおけるＰ添加に由来する屈折率分布１５０ＡＰの形状は、Ｐ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｐ）がコア中心（光軸ＡＸ）から半径方向に沿って徐々に低下している。一方、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、内側領域１１０ＡにおけるＰ添加に由来する屈折率分布１５０ＡＰの形状は、Ｐ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｐ）がコア中心（光軸ＡＸ）から半径方向に沿って一定に設定されている。
【００４７】
第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、第１実施形態の例と同様に、コア１１０と、クラッド１２０を備え、コア１１０は、内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂから構成されている。すなわち、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア１１０の全域（内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂの双方）にはベースドーパントとしてＧｅが添加され、コア１１０の内側領域１１０Ａには、その添加濃度が半径方向に沿って一定になるようにＰが添加されている。一方、コア１１０の外側領域１１０Ｂには、Ｇｅは添加されているがＰは添加されていない。したがって、この第２実施形態においても、第１実施形態の例と同様に、内側領域１１０ＡがＰ部分添加領域となり、外側領域１１０ＢがＰ非添加領域となっている。
【００４８】
具体的に、図５に示された屈折率分布１５０Ａにおいて、領域１５１Ａは、線Ｌに沿ったコア１１０の各部における比屈折率差（クラッド１２０に対するコア各部の比屈折率差）、領域１５２Ａは、線Ｌに沿ったクラッド１２０の比屈折率差（＝０％）、領域１５１Ａｉは、線Ｌに沿った内側領域１１０Ａ（Ｐ部分添加領域）の比屈折率差（クラッド１２０に対する内側領域各部の比屈折率差）、領域１５１Ａｏは、線Ｌに沿った外側領域１１０Ｂ（Ｐ非添加領域）の比屈折率差（クラッド１２０に対する外側領域各部の比屈折率差）を、それぞれ示している。
【００４９】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、上述のように構成された第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域評価の結果を示す。なお、この第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア１１０は、５０μｍの外径（半径２５μｍ）を有する。また、コアは、ＧｅおよびＰの添加によりα分布に従うＧＩ型屈折率分布を有し、クラッドに対するコアの最大比屈折率差Δｃｏｒｅ、すなわちＧｅおよびＰ添加に由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｇｅ＋Ｐ）は１．０％である。また、領域１５１Ａｉ（内側領域１１０Ａ）において、Ｐ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｐ）は０．５％であり、領域１５１Ａｏ（外側領域１１０Ｂ）において、Ｐ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｐ）は実質的に０％である。領域１５１Ａｉと領域１５１Ａｏの境界（光軸ＡＸに一致したコア中心からの距離ｒ）は、コア中心から１５μｍの位置に設定されている。
【００５０】
すなわち、図７（ａ）は、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、０〜２５μｍの範囲におけるコア中心からの距離ｒ（μｍ）と、０％〜１．０％の範囲におけるＰ添加に由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｐ）（％）の種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））に対する評価関数値（０．０〜２．０）の分布を１０個の数値範囲に分けて示すマップである。なお、評価関数値の分布を示す図７（ａ）において、領域Ｇ７００Ａ１〜領域Ｇ７００Ａ１０のそれぞれは、順に、評価関数値が１．８〜２．０の範囲、１．６〜１．８の範囲、１．４〜１．６の範囲、１．２〜１．４の範囲、１．０〜１．２の範囲、０．８〜１．０の範囲、０．６〜０．８の範囲、０．４〜０．６の範囲、０．２〜０．４の範囲、０．０〜０．２の範囲に収まる組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））の分布を、それぞれ示している。また、図７（ａ）には、評価関数の最適解ＯＰ２が示されている。
【００５１】
図７（ｂ）は、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、上記種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））に対する波長０．９μｍにおけるα値の最適値（ＷＫＢ近似を用いて計算された数値２．０１５〜２．０６０）の分布を９個の数値範囲に分けて示すマップである。なお、α値の最適値の分布を示す図７（ｂ）において、領域Ｇ７００Ｂ１〜領域Ｇ７００Ｂ９のそれぞれは、順に、最適α値が２．０５５〜２．０６０の範囲、２．０５０〜２．０５５の範囲、２．０４５〜２．０５０の範囲、２．０４０〜２．０４５の範囲、２．０３５〜２．０４０の範囲、２．０３０〜２．０３５の範囲、２．０２５〜２．０３０の範囲、２．０２０〜２．０２５の範囲、２．０１５〜２．０２０の範囲に収まる組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｐ））の分布を、それぞれ示している。また、図７（ｂ）には、最適α値の最適解ＯＰ２が示されている。また、図７（ｂ）において、領域Ｇ７００Ｂ１〜領域Ｇ７００Ｂ９以外の領域は、最適α値が２．０６０以外の領域である。
【００５２】
上述の図７（ａ）および図７（ｂ）から分かるように、評価関数および最適α値の最適解ＯＰ２を得るためには、Δｎ（Ｐ）は０．５％付近、距離ｒは１５μｍ付近に設定するのが好ましい。図５に示された屈折率分布１５０ＡＰは、ほぼこの計算結果に基づいて設定されている。また、図５に示されたコア全体の屈折率分布に相当する屈折率分布１５０Ａを有する、第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域特性（ＥＭＢの波長依存性）は、図７（ｃ）に示されたような形状になる。なお、図７（ｃ）において、グラフＧ７００Ｃ１は、上述のように最適化された第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦのＥＭＢ、グラフＧ７００Ｃ２は、上記非特許文献１で提案された、目標波長範囲（０．８５μｍ〜０．９５μｍ）における目標ＥＭＢ（最低値）を、それぞれ示す。図７（ｃ）からも分かるように、目標ＥＭＢを超えている当該第２実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦ（グラフＧ７００Ｃ１）の波長範囲は、目標波長範囲よりも著しく拡大している。これは、実際のファイバ製造においては、コアにおけるα分布の形状の要求精度の低下を意味する（製造容易性の向上）。
【００５３】
（第３実施形態）
上述の第１および第２実施形態では、コア１１０にＰが部分添加された構成を有していたが、以下の第３および第４実施形態では、Ｐに替えコアにＦが部分添加される構成を有する。すなわち、図８は、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの断面構造を示すための屈折率分布であり、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおける帯域特性の評価結果を説明するための図である。なお、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、ベースドーパントとしてＧｅをコア全域に添加する一方、Ｆをコアの一部に添加することにより構成されている。更に、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、図１（ａ）に示された構造と同じ断面構造を有するとともに、図１（ｂ）に示された屈折率分布１５０Ａを有する。
【００５４】
具体的に、図８は、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの具体的な断面構造を示すための屈折率分布である。図８において、屈折率分布１５０Ａは、ＧｅおよびＦの添加に由来する、α分布に従うＧＩ型屈折率分布を示し、屈折率分布１５０ＡＦは、Ｆの部分添加に由来する屈折率分布を示している。
【００５５】
第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、コア１１０と、クラッド１２０を備え、コア１１０は、内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂから構成されている。すなわち、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア１１０の全域（内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂの双方）にはベースドーパントとしてＧｅが添加され、コア１１０の外側領域１１０Ｂには、Ｆが添加されている。一方、コア１１０の内側領域１１０Ａには、Ｇｅは添加されているがＦは添加されていない。したがって、この第３実施形態では、上述の第１および第２実施形態の例とは逆に、内側領域１１０ＡがＦ非添加領域となり、外側領域１１０ＢがＦ部分添加領域となっている。
【００５６】
具体的に、図８に示された屈折率分布１５０Ａにおいて、領域１５１Ａは、線Ｌに沿ったコア１１０の各部における比屈折率差（クラッド１２０に対するコア各部の比屈折率差）、領域１５２Ａは、線Ｌに沿ったクラッド１２０の比屈折率差（＝０％）、領域１５１Ａｉは、線Ｌに沿った内側領域１１０Ａ（Ｆ非添加領域）の比屈折率差（クラッド１２０に対する内側領域各部の比屈折率差）、領域１５１Ａｏは、線Ｌに沿った外側領域１１０Ｂ（Ｆ部分添加領域）の比屈折率差（クラッド１２０に対する外側領域各部の比屈折率差）を、それぞれ示している。
【００５７】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、上述のように構成された第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域評価の結果を示す。なお、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア１１０は、５０μｍの外径（半径２５μｍ）を有する。また、コアは、ＧｅおよびＦの添加によりα分布に従うＧＩ型屈折率分布を有し、クラッドに対するコアの最大比屈折率差Δｃｏｒｅ、すなわちＧｅおよびＦ添加に由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｇｅ＋Ｆ）は１．０％である。また、領域１５１Ａｉ（内側領域１１０Ａ）において、Ｆ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｆ）は実質的に０％であり、領域１５１Ａｏ（外側領域１１０Ｂ）において、Ｆ添加に由来する最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）は−０．５％である。領域１５１Ａｉと領域１５１Ａｏの境界（光軸ＡＸに一致したコア中心からの距離ｒ）は、コア中心から３μｍの位置に設定されている。
【００５８】
すなわち、図１０（ａ）は、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、０〜２５μｍの範囲におけるコア中心からの距離ｒ（μｍ）と、−１．０％〜０％の範囲におけるＦ添加に由来する最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）（％）の種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））に対する評価関数値（１．１〜２．１）の分布を１０個の数値範囲に分けて示すマップである。なお、評価関数値の分布を示す図１０（ａ）において、領域Ｇ１０００Ａ１〜領域Ｇ１０００Ａ１０のそれぞれは、順に、評価関数値が２．０〜２．１の範囲、１．９〜２．０の範囲、１．８〜１．９の範囲、１．７〜１．８の範囲、１．６〜１．７の範囲、１．５〜１．６の範囲、１．４〜１．５の範囲、１．３〜１．４の範囲、１．２〜１．３の範囲、１．１〜１．２の範囲に収まる組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））の分布を、それぞれ示している。また、図１０（ａ）には、評価関数の最適解ＯＰ３が示されている。また、図１０（ａ）において、領域Ｇ１０００Ａ１〜領域Ｇ１０００Ａ１０以外の領域は、評価関数値が１．１以下の領域である。
【００５９】
図１０（ｂ）は、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、上記種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））に対する波長０．９μｍにおけるα値の最適値（ＷＫＢ近似を用いて計算された数値２．０３５〜２．０６０）の分布を５つの数値範囲に分けて示すマップである。なお、α値の最適値の分布を示す図１０（ｂ）において、領域Ｇ１０００Ｂ１〜領域Ｇ１０００Ｂ５のそれぞれは、順に、最適α値が２．０５５〜２．０６０の範囲、２．０５０〜２．０５５の範囲、２．０４５〜２．０５０の範囲、２．０４０〜２．０４５の範囲、２．０３５〜２．０４０の範囲に収まる組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））の分布を、それぞれ示している。また、図１０（ｂ）には、最適α値の最適解ＯＰ３が示されている。
【００６０】
上述の図１０（ａ）および図１０（ｂ）から分かるように、評価関数および最適α値の最適解ＯＰ３を得るためには、Δｎ（Ｆ）は−０．９％付近、距離ｒは３μｍ付近に設定するのが好ましい。図８に示された屈折率分布１５０ＡＦは、最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）が−０．５％、内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂの境界位置（内側領域１１０Ａの半径に一致）が３μｍに設定されている。また、図８に示されたコア全体の屈折率分布に相当する屈折率分布１５０Ａを有する、第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域特性（ＥＭＢの波長依存性）の形状は、図１０（ｃ）に示されたような形状になる。なお、図１０（ｃ）において、グラフＧ１０００Ｃ１は、上述のように最適化された第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦのＥＭＢ、グラフＧ１０００Ｃ２は、上記非特許文献１で提案された、目標波長範囲（０．８５μｍ〜０．９５μｍ）における目標ＥＭＢ（最低値）を、それぞれ示す。図１０（ｃ）からも分かるように、目標ＥＭＢを超えている当該第３実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦ（グラフＧ１０００Ｃ１）の波長範囲は、目標波長範囲よりも著しく拡大している。これは、実際のファイバ製造においては、コアにおけるα分布の形状の要求精度の低下を意味する（製造容易性の向上）。
【００６１】
（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの断面構造を示すための屈折率分布であり、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおける帯域特性の評価結果を説明するための図である。なお、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦも、第３実施形態の例と同様に、ベースドーパントとしてＧｅをコア全域に添加する一方、Ｆをコアの一部に添加することにより構成されている。更に、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦも、図１（ａ）に示された構造と同じ断面構造を有するとともに、図１（ｂ）に示された屈折率分布１５０Ａを有する。
【００６２】
具体的に、図９は、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの具体的な断面構造を示すための屈折率分布である。図９において、屈折率分布１５０Ａは、ＧｅおよびＦの添加に由来する、α分布に従うＧＩ型屈折率分布を示し、屈折率分布１５０ＡＦは、Ｆの部分添加に由来する屈折率分布を示している。第３実施形態の屈折率分布と第４実施形態の屈折率分布は、Ｆ部分添加領域である外側領域１１０Ｂ（図９中の領域１５１Ａｏに相当）におけるＦ添加に由来する屈折率分布１５０ＡＦの形状に関して、異なる。すなわち、第３実施形態において、外側領域１１０ＢにおけるＦ添加に由来する屈折率分布１５０ＡＦの形状は、Ｆ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｆ）がコア中心（光軸ＡＸ）から半径方向に沿って徐々に低下している。一方、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、外側領域１１０ＢにおけるＦ添加に由来する屈折率分布１５０ＡＦの形状は、Ｆ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｆ）がコア中心（光軸ＡＸ）から半径方向に沿って一定に設定されている。
【００６３】
第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦは、第３実施形態の例と同様に、コア１１０と、クラッド１２０を備え、コア１１０は、内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂから構成されている。すなわち、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア１１０の全域（内側領域１１０Ａと外側領域１１０Ｂの双方）にはベースドーパントとしてＧｅが添加され、コア１１０の外側領域１１０Ｂには、その添加濃度が半径方向に沿って一定になるようにＦが添加されている。一方、コア１１０の内側領域１１０Ａには、Ｇｅは添加されているがＦは添加されていない。したがって、この第４実施形態においても、第３実施形態の例と同様に、内側領域１１０ＡがＦ非添加領域となり、外側領域１１０ＢがＦ部分添加領域となっている。
【００６４】
具体的に、図９に示された屈折率分布１５０Ａにおいて、領域１５１Ａは、線Ｌに沿ったコア１１０の各部における比屈折率差（クラッド１２０に対するコア各部の比屈折率差）、領域１５２Ａは、線Ｌに沿ったクラッド１２０の比屈折率差（＝０％）、領域１５１Ａｉは、線Ｌに沿った内側領域１１０Ａ（Ｆ非添加領域）の比屈折率差（クラッド１２０に対する内側領域各部の比屈折率差）、領域１５１Ａｏは、線Ｌに沿った外側領域１１０Ｂ（Ｆ部分添加領域）の比屈折率差（クラッド１２０に対する外側領域各部の比屈折率差）を、それぞれ示している。
【００６５】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、上述のように構成された第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域評価の結果を示す。なお、この第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、コア１１０は、５０μｍの外径（半径２５μｍ）を有する。また、コアは、ＧｅおよびＦの添加によりα分布に従うＧＩ型屈折率分布を有し、クラッドに対するコアの最大比屈折率差Δｃｏｒｅ、すなわちＧｅおよびＦ添加に由来する最大比屈折率差Δｎ（Ｇｅ＋Ｆ）は１．０％である。また、領域１５１Ａｉ（内側領域１１０Ａ）において、Ｆ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｆ）は実質的に０％であり、領域１５１Ａｏ（外側領域１１０Ｂ）において、Ｆ添加に由来する比屈折率差Δｎ（Ｆ）は−０．５％である。領域１５１Ａｉと領域１５１Ａｏの境界（光軸ＡＸに一致したコア中心からの距離ｒ）は、コア中心から１２．５μｍの位置に設定されている。
【００６６】
すなわち、図１１（ａ）は、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、０〜２５μｍの範囲におけるコア中心からの距離ｒ（μｍ）と、−１．０％〜０％の範囲におけるＦ添加に由来する最小比屈折率差Δｎ（Ｆ）（％）の種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））に対する評価関数値（０．６〜２．６）の分布を１０個の数値範囲に分けて示すマップである。なお、評価関数値の分布を示す図１１（ａ）において、領域Ｇ１１００Ａ１〜領域Ｇ１１００Ａ１０のそれぞれは、順に、評価関数値が２．４〜２．６の範囲、２．２〜２．４の範囲、２．０〜２．２の範囲、１．８〜２．０の範囲、１．６〜１．８の範囲、１．４〜１．６の範囲、１．２〜１．４の範囲、１．０〜１．２の範囲、０．８〜１．０の範囲、０．６〜０．８の範囲に収まる組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））の分布を、それぞれ示している。また、図１１（ａ）には、評価関数の最適解ＯＰ４が示されている。
【００６７】
図１１（ｂ）は、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦにおいて、上記種々の組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））に対する波長０．９μｍにおけるα値の最適値（ＷＫＢ近似を用いて計算された数位２．０１０〜２．０６０）の分布を１０個の数値範囲に分けて示すマップである。なお、α値の最適値の分布を示す図１１（ｂ）において、領域Ｇ１１００Ｂ１〜領域Ｇ１１００Ｂ１０のそれぞれは、順に、最適α値が２．０５５〜２．０６０の範囲、２．０５０〜２．０５５の範囲、２．０４５〜２．０５０の範囲、２．０４０〜２．０４５の範囲、２．０３５〜２．０４０の範囲、２．０３０〜２．０３５の範囲、２．０２５〜２．０３０の範囲、２．０２０〜２．０２５の範囲、２．０１５〜２．０２０の範囲、２．０１０〜２．０１５の範囲に収まる組み合わせ（ｒ，Δｎ（Ｆ））の分布を、それぞれ示している。また、図１１（ｂ）には、最適α値の最適解ＯＰ４が示されている。また、領域Ｇ１１００Ｂ１〜領域Ｇ１１００Ｂ１０以外の領域は、最適α値が２．０１０以下の領域である。
【００６８】
上述の図１１（ａ）および図１１（ｂ）から分かるように、評価関数および最適α値の最適解ＯＰ４を得るためには、Δｎ（Ｆ）は−０．５％付近、距離ｒは１３μｍ付近に設定するのが好ましい。図９に示された屈折率分布１５０ＡＦは、ほぼこの計算結果に基づいて設定されている。また、図９に示されたコア全体の屈折率分布に相当する屈折率分布１５０Ａを有する、第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦの帯域特性（ＥＭＢの波長依存性）は、図１１（ｃ）に示されたような形状になる。なお、図１１（ｃ）において、グラフＧ１１００Ｃ１は、上述のように最適化された第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦのＥＭＢ、グラフＧ１１００Ｃ２は、上記非特許文献１で提案された、目標波長範囲（０．８５μｍ〜０．９５μｍ）における目標ＥＭＢ（最低値）を、それぞれ示す。図１１（ｃ）からも分かるように、目標ＥＭＢを超えている当該第４実施形態に係るＧＩ−ＭＭＦ（グラフＧ１１００Ｃ１）の波長範囲は、目標波長範囲よりも著しく拡大している。これは、実際のファイバ製造においては、コアにおけるα分布の形状の要求精度の低下を意味する（製造容易性の向上）。
【００６９】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１００…ＧＩ−ＭＭＦ、１１０…コア、１１０Ａ…内側領域、１１０Ｂ…外側領域、１２０…クラッド。
【図１】
2016145981.tif 000011
【図２】
2016145981.tif 000012
【図３】
2016145981.tif 000013
【図４】
2016145981.tif 000014
【図５】
2016145981.tif 000015
【図６】
2016145981.tif 000016
【図７】
2016145981.tif 000017
【図８】
2016145981.tif 000018
【図９】
2016145981.tif 000019
【図１０】
2016145981.tif 000020
【図１１】
2016145981.tif 000021