(57)【要約】  光ファイバは、約１２０μｍ未満の外径を有するシリカ系ガラス部分を含む。このガラス部分は、コア、内側クラッドおよび低屈折率環を含む。コアは、屈折率ｎ1および純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔ1％を有する。内側クラッドは、コアを取り囲み、屈折率ｎ2、約４０μｍ未満の半径方向厚さ、および純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔ2％を有し、ここで、Δ1％＞Δ2％、Δ1％とΔ2％との間の差は０．１％より大きい。低屈折率環は、内側クラッドを取り囲み、ホウ素とフッ素を含み、約２０μｍ未満の半径方向厚さ、屈折率ｎ3および純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔ3％を有し、ここで、Δ2％＞Δ3％、Δ3％は−０．５％未満である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約１２０μｍ未満の外径を有するシリカ系ガラス部分を有する光ファイバであって、前記ガラス部分が、コア、内側クラッドおよび低屈折率環を含み、
前記コアは、屈折率ｎ1、純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔ1％および半径ｒ1を有し、
前記内側クラッドは、前記コアを取り囲み、かつ該内側クラッドがｒ2＜ｒ1＜４０μｍの半径方向厚さを有するようにｒ1から半径ｒ2まで延在し、該内側クラッドが、シリカ系ガラスからなり、屈折率ｎ2、および純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔ2％を有し、ここで、ｎ1＞ｎ2であり、Δ1％とΔ2％との間の差（Δ1％−Δ2％）は約０．１％より大きく、
前記低屈折率環は、前記内側クラッドを取り囲みかつ直接接触した前記光ファイバの最も外側のガラス部分であり、該低屈折率環がｒ3−ｒ2≦約２０μｍの半径方向厚さを有するようにｒ2から半径ｒ3まで延在しており、該低屈折率環は、ホウ素とフッ素が共にドープされたシリカ系ガラスからなり、第３の屈折率ｎ3および純粋なシリカガラスに対する第３の相対屈折率パーセントΔ3％を有し、ここで、ｎ2＞ｎ3であり、Δ2％＞Δ3％であり、Δ3％は約−０．５％未満であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記コアの半径ｒ1が約２μｍから約１０μｍであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記低屈折率環が、約０．５質量％から約３質量％のフッ素および約３質量％から約１０質量％の、Ｂ2Ｏ3の形態にあるホウ素を含むことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記内側クラッドが、フッ素がドープされたシリカガラスからなり、前記コアが純粋なシリカガラスからなることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記内側クラッド中のフッ素の量が約０．５質量％から約３．０質量％であることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ。
【請求項６】
約１５５０ｎｍの波長で、２０ｍｍの曲げ直径について、約０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満のマクロベンド誘発損失を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記低屈折率環を取り囲む被覆をさらに含み、該被覆が、純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔc％を有し、Δc％＞Δ2％であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項８】
Δc％＞Δ1％であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記被覆がｒ3から半径ｒcまで延在し、２ｒcが約１２０μｍから約１３０μｍであることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記被覆が一次被覆層および二次被覆層を含み、
前記一次被覆層が、前記低屈折率環を取り囲みかつ直接接触しており、純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔc1％を有し、Δc1％が約１％超であり、
前記二次被覆層が、前記一次被覆層を取り囲みかつ直接接触しており、純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔc2％を有し、Δc2％が約２％超であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全てが含まれる、「低屈折率ガラス環を有する低曲げ損失光ファイバ」と題する、２００９年１月９日に出願された米国特許出願第１２／３５１２２１号の恩恵と、それに優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、広く、光ファイバに関し、詳しくは、中に低屈折率ガラス環を含む低曲げ損失光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、通信分野において、曲げ損失特性が改善されたガラス製光ファイバに多大な関心が寄せられている。ファイバの曲げ特性を改善するための技法は、例えば、曲げ損失のために多くの設計の実用が制限されているエルビウムドープト増幅器および分散補償モジュールなどの小型用途に使用される光ファイバを含む多くのタイプのファイバにおいて重要な役割を果たし得る。ファイバ・トゥー・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）用途などの特定の用途において、曲げ損失が取るに足らない、例えば、５０または２０ｍｍもしくはそれ未満のきつい曲げ直径を形成する能力が望ましい。この課題に関する多くの提案された解決策に、ファイバの屈折率プロファイルの重大な改変がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ここに示され記載されたある実施の形態によれば、光ファイバは、約１１０μｍ未満の外径を有するシリカ系ガラス部分を含む。このガラス部分は、コア、内側クラッドおよび低屈折率環を含む。コアは、屈折率ｎ1および純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔ1％を有する。内側クラッドは、コアを取り囲み、屈折率ｎ2、約４０μｍ未満の半径方向厚さ、および純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔ2％を有し、ここで、Δ1％＞Δ2％、Δ1％とΔ2％との間の差は約０．１％より大きい。低屈折率環は、内側クラッドを取り囲み、ホウ素とフッ素が共にドープされたシリカガラスを含み、約２０μｍ未満の半径方向厚さ、屈折率ｎ3および純粋なシリカガラスに対する第３の相対屈折率パーセントΔ3％を有し、ここで、Δ2％＞Δ3％、Δ3％は約−０．５％未満である。
【０００５】
本発明の追加の特徴と利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明らかになるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、ここに記載された本発明を実施することによって認識されるであろう。
【０００６】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、本発明の実施の形態を提示し、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されている。添付の図面は、本発明をさらに理解するために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施の形態を示しており、説明と共に、本発明の原理および動作を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ここに図示され、記載される１つ以上の実施の形態による、コア１０２、内側クラッド１０４、低屈折率環１０６および保護被覆１０８を含む光ファイバ１００の断面図
【図２】図１の光ファイバ１００の屈折率プロファイルを示すグラフ
【図３】様々な内側クラッドの厚さと外径を有する光ファイバにおける低屈折率環の相対屈折率パーセント（Δ3％）の関数としてのｄＢ／ｍで表されたモデル化された曲げ損失を示すグラフ
【図４】異なる相対屈折率を有する低屈折率環を備えた２つの光ファイバに関する低屈折率環の半径方向厚さの関数としてのｄＢ／ｍで表されたモデル化された曲げ損失を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここに用いたように、「屈折率プロファイル」は、屈折率または相対屈折率と導波路ファイバの半径との間の関係である。
【０００９】
ここに用いたように、「相対屈折率パーセント」は、
【数１】
2012514772.tif 000003
【００１０】
と定義され、ここで、ｎiは、別記しない限り、領域ｉにおける最大屈折率であり、ｎrefは、別記しない限り、純粋なシリカガラスの屈折率である。したがって、ここに用いたように、相対屈折率パーセントは純粋なシリカガラスに対するものである。
【００１１】
より詳しくは、ここに用いたように、Δ1％は、光ファイバのコアの相対屈折率パーセントを称し、Δ2％は、光ファイバの内側クラッドの相対屈折率パーセントを称し、Δ3％は、光ファイバの低屈折率環の相対屈折率パーセントを称する。
【００１２】
光ファイバの曲げ抵抗または曲げ性能は、所定の試験条件下でファイバを伝搬する光の誘発減衰によって測定される。ここに用いたように、光ファイバの曲げ性能を測定するための１０、１５および２０ｍｍの直径のマクロベンド試験は、それぞれ、１０、１５および２０ｍｍの直径のマンドレルの周りにファイバを５周巻き付け、ファイバをマンドレルの周りに巻き付けたことによって生じた一巻き毎または１メートル毎の誘発減衰（すなわち、減衰の増加）を計算する各工程からなる。
【００１３】
ここに別記しない限り、光ファイバの性質の測定は、１５５０ｎｍで行われる。
【００１４】
図１は、ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による光ファイバの断面を示している。ここに記載された光ファイバは、一般に、コアおよびコアから離れて置かれた低屈折率環を含むガラス部分を含む。光ファイバのガラス部分は、１つ以上の光学被覆層により取り囲まれてもよい。光ファイバの構造と組成並びに光ファイバの性質を、ここにより詳しく記載し、検討する。
【００１５】
図１および２を参照すると、ここに記載された１つ以上の実施の形態による、光ファイバの断面および光ファイバに関する対応する屈折率プロファイルが示されている。光ファイバは、一般に、コア１０２、およびコアから離れて置かれた低屈折率環１０６を含むガラス部分を含む。コア１０２と低屈折率環１０６との間に内側クラッド１０４が配置されていてもよい。光ファイバのガラス部分は、１つ以上の光学被覆層１０８により取り囲まれてもよい。図１に示された実施の形態において、コア１０２、内側クラッド１０４および低屈折率環１０６は、一般に、シリカ、詳しくは、シリカ系ガラスを含む。光ファイバ１００の断面は、コア１０２の中心に対して略円形対称であってよく、コア１０２は半径ｒ1を有してよい。内側クラッド１０４は、コア１０２を取り囲み、当該内側クラッドが半径方向厚さＴ2＝ｒ2−ｒ1を有するように半径ｒ1から半径ｒ2まで延在するであろう。低屈折率環１０６は、内側クラッド１０４を取り囲み、当該低屈折率環が半径方向厚さＴ3＝ｒ3−ｒ2を有するように半径ｒ2から半径ｒ3まで延在するであろう。したがって、光ファイバのガラス部分（例えば、コア１０２、内側クラッド１０４および低屈折率環１０６）は外径２ｒ3を有するであろう。
【００１６】
ここに記載された実施の形態において、光ファイバ１００のガラス部分の外径（２ｒ3）は、約１２０μｍ未満、好ましくは約１１０μｍ未満、より好ましくは約９０μｍ未満、最も好ましくは約８５μｍ未満である。光ファイバ１００のガラス部分の外径（２ｒ3）は、好ましくは約５０μｍ超、より好ましくは約７５μｍ超である。また、低屈折率環１０６は、光ファイバ１００の最も外側のガラス層であることを理解すべきである。さらに、低屈折率環１０６は、内側クラッド１０４の分だけコア１０２から離れて置かれており、低屈折率環１０６は、内側クラッド１０４と直接接触して配置されている。
【００１７】
ｎ1＞ｎ2＞ｎ3および図２に示されたステップ型屈折率プロファイルに対応するΔ1％＞Δ2％＞Δ3％となるように、コア１０２は、屈折率ｎ1および純粋なシリカガラスに対する対応する相対屈折率パーセントΔ1％を有し、内側クラッド１０４は、屈折率ｎ2および純粋なシリカガラスに対する対応する相対屈折率パーセントΔ2％を有し、低屈折率環１０６は、屈折率ｎ3および純粋なシリカガラスに対する対応する相対屈折率パーセントΔ3％を有するであろう。しかしながら、コアの屈折率プロファイルは、勾配型屈折率プロファイル、丸められたステップ型屈折率プロファイル、または別の形状を含んでもよいことが理解されよう。
【００１８】
ここに述べたように、光ファイバ１００のコア１０２は半径ｒ1を有する。ここに記載した実施の形態において、半径ｒ1は、約２μｍから約３２．５μｍ、より好ましくは約３μｍから約１５μｍ、最も好ましくは約３μｍから約６μｍであってよい。したがって、光ファイバ１００は、単一モード光ファイバまたは多モード光ファイバのいずれであってもよい。例えば、ある実施の形態において、光ファイバ１００のコア１０２は、この光ファイバが１３００ｎｍの波長で単一モードであるように、約１０μｍ未満、より好ましくは約６μｍ未満の半径を有する。しかしながら、コア１０２は、様々な他の単一モードおよび多モードの実施の形態を促進するように異なる寸法を有してもよいことが理解されよう。
【００１９】
コア１０２は、純粋なシリカガラス（ＳｉＯ2）からなってもよく、あるいは、コア１０２は、例えば、コア１０２が「アップドープされている」場合のように、ＧｅＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5および／またはＴａ2Ｏ5などの屈折率上昇ドーパントを１種類以上含んでもよい。例えば、コアがアップドープされている場合、コア１０２は、約４．０質量％から約２０質量％のＧｅＯ2を含有してもよい。したがって、ある実施の形態において、コア１０２は、コア１０２の屈折率ｎ2を増加させるＧｅＯ2を、約４．０質量％から約６．５質量％、より好ましくは約５．０質量％から約６．０質量％、最も好ましくは約５．２質量％から約５．５質量％、含んでもよい。したがって、ここに記載されたようにコア１０２がＧｅＯ2でアップドープされている場合、コア１０２のΔ1％は約０．２％から約２％までであってよい。図２に示された光ファイバ１００の例示の屈折率プロファイルにおいて、コア１０２は、コアの屈折率が純粋なシリカガラスの屈折率（ｎSi）よりも大きくなるようにアップドープされている。
【００２０】
ここに用いたように、「純粋なシリカガラス」という語句は、光ファイバのコア１０２が、コア中のシリカガラスの屈折率を著しく変えるかもしれない量で、ドーパントおよび／または他の微量物質などの物質を含有しないことを意味すると理解されよう。しかしながら、少量のドーパント（例えば、各々１５００ｐｐｍ未満の量の塩素および／またはフッ素）が、そうでなければ純粋なシリカであるコア中に存在してもよい。「純粋なシリカ」を採用する実施の形態が、ゲルマニアを含まないことが好ましい。
【００２１】
ここに記載したように、内側クラッド１０４は半径方向厚さＴ2＝ｒ2−ｒ1を有する。内側クラッド１０４は半径方向厚さＴ2は、コア１０２の所望の寸法および光ファイバ１００のガラス部分の所望の寸法と曲げ特性に依存するであろう（ここにさらに検討する）。内側クラッド１０４は、一般に、約４０μｍ未満、好ましくは約３５．５μｍ未満の半径方向厚さを有するであろう。
【００２２】
内側クラッド１０４は、純粋なシリカ（ＳｉＯ2）ガラス、内側クラッド１０４が「アップドープされた」ときのように屈折率を増加させるドーパント（例えば、ＧｅＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5および／またはＴａ2Ｏ5）を１種類以上含むシリカガラス、または内側クラッドが「ダウンドープされた」ときのように屈折率を減少させる、フッ素などのドーパントを含むシリカガラスからなってよい。例えば、ある実施の形態において、内側クラッドは、図２に示された例示の屈折率プロファイルに示されるように純粋なシリカガラスであり、好ましくは約−０．５から約０．５の、より好ましくは約−０．５から約０のΔ2％を有する。別の実施の形態において（図示せず）、内側クラッドは、約０．５質量％から約３質量％のフッ素、より好ましくは約１．５質量％から約３質量％のフッ素、最も好ましくは約１．８質量％から約２．５質量％のフッ素でダウンドープされたシリカガラスからなってよい。一般に、内側クラッド１０４の組成およびコア１０２の組成は、Δ1％とΔ2％との間の差（例えば、Δ1％−Δ2％）が、約０．１％超、より好ましくは約０．２％超、最も好ましくは約０．２５％から約１％となるようなものであってよい。
【００２３】
図１を参照すると、低屈折率環１０６は、半径方向厚さＴ3＝ｒ3−ｒ2を有する。低屈折率環１０６の半径方向厚さＴ3は、一般に、約５μｍから約２０μｍであろう。ある実施の形態において（ここにさらに検討する）、低屈折率環は、約１０μｍ未満、より好ましくは約７．５μｍ未満であろう。
【００２４】
低屈折率環１０６は、フッ素およびホウ素でダウンドープされたシリカガラスからなってよい。例えば、低屈折率環１０６は、約０．５質量％から約５質量％のＦおよび約０．５質量％から約２０質量％のＢ2Ｏ3の形態にあるＢを含んでもよい。ある実施の形態において、低屈折率環１０６は、純粋なシリカガラスに対する低屈折率環１０６の相対屈折率パーセント（Δ3％）が、約−０．５％未満、より好ましくは約−１．０％未満、さらにより好ましくは約−１．５％未満、最も好ましくは約−２．０％であるように、約３質量％から約１０質量％のＢおよび約０．５質量％から約３質量％のＦ、最も好ましくは約４質量％から約６質量％のＢおよび約２質量％から約３質量％のＦを含んでよい。
【００２５】
ある実施の形態において、光ファイバ１００のコア１０２、内側クラッド１０４および低屈折率環１０６は、外付け（ＯＶＤ）法により形成してもよい。ＯＶＤ法は、ＣＨ4＋Ｏ2火炎中の加水分解により所望の蒸気成分（シリカおよび他の所望のドーパント前駆体を含む）からの反応により、スート粒子を形成し、次いで、心棒（コアスートプリフォームを製造するための）もしくはガラスコアケインまたはロッド（オーバークラッドスートプリフォームを製造するための）のいずれかの上に熱泳動手段によって収集されることにより、光ファイバを製造する様式である。このスートプリフォームは、その後、乾燥され、高温炉内で中実透明ガラスに緻密化される（心棒がコアプリフォームから取り除かれた後）。このプロセスは一般に固結と称される。所望のコアとクラッドの組成は、スートプリフォーム製造プロセスにおいて各層について異なる量の様々な気相成分を使用することによって達成される。例えば、コア／クラッドプリフォームが最初に生成され、次いで、固結され、最後に、（固結済み）プリフォームが、公知のファイバ線引き方法によって光ファイバ１００に線引きされる。
【００２６】
より詳しくは、ファイバのコアに関するスートプリフォームの部分を製造するために使用してよい蒸気前駆体材料は、例えば、ＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、ＡｌＣｌ3、ＴｉＣｌ4、またはＰＯＣｌ3である。ここに記載したように、コアは、ＧｅＯ2ドープトシリカガラスからなってよい。アップドープされたＳｉＯ2スートがコアプリフォームに固結された後、そのコアプリフォーム上に純粋なＳｉＯ2のスートが堆積されて、光ファイバの内側クラッド部分のスートプリフォームを形成する。これはその後、固結される。内側クラッド部分のスートプリフォームが固結されて、約−０．５から約０．５のΔ2％を有するシリカ内側クラッド層を形成しても、あるいは、「純粋な」シリカコアを有する光ファイバの場合には、内側クラッド領域は、固結後に、内側クラッド部分が所望の量のフッ素でダウンドープされるように、ＳｉＦ4などのＦ含有ガスの存在下で固結されてもよい。
【００２７】
ある実施の形態において、コア／クラッドプリフォームが形成された後、この固結済みコア／クラッドプリフォーム上にＢ2Ｏ3でダウンドープされたＳｉＯ2が堆積されて、低屈折率環部分のスートプリフォームが形成される。次いで、堆積したＢ2Ｏ3でダウンドープされたＳｉＯ2は、フッ素化合物含有ガスの存在下で固結されて、低屈折率環にフッ素を導入し、それによって、プリフォームの低屈折率環部分の屈折率をさらに低下させる。この実施の形態によるスートプリフォームは、フッ素含有化合物、例えば、ＳｉＦ4、ＣＦ4またはＢＦ3を含む炉内で固結してもよい。本発明のある実施の形態による、ホウ素含有スートプリフォーム中へのフッ素（Ｆ）焼結ドーピングは、単区画固結プロセスである。固結プロセス全体が低温炉の乾燥区画領域で行わる。この領域は、標準的な固結炉の上部に位置している。固結は、Ｂ／Ｆ共ドープシリカのかなり低いガラス転移温度（Ｔｇ）（８００℃辺りまたはそれ未満）のために、比較的低温で行われる。例示のシリカスートプリフォーム（Ｂがドープされた）は、最初に、４５〜６０分間に亘り８５０℃〜９００℃辺りでＣｌ2乾燥してもよい。次いで、乾燥区画温度を、９０から１５０分間に亘りＳｉＦ4で焼結／Ｆドーピングするために、１１００℃まで上昇させる。焼結およびＦドープ中、固結済みガラス中のホウ素組成は著しく低下する。例えば、スート相中の約１０質量％について、完全に固結されたガラス相中に約４〜８質量％のホウ素が残る。そのような減少は、フッ素の存在下でホウ素がエッチングにより除去されることにより生じる。その結果、ガラス中のホウ素とフッ素の濃度は、それぞれ、４〜８質量％および１．５〜２．５質量％の範囲にあるであろう。固結プロセス後、固結済みプリフォームは冷却され、ファイバの線引きに持って行かれる。
【００２８】
ホウ素とフッ素が共にドープされた低屈折率環を有する光ファイバを形成するための様々な実施の形態を具体的に参照しているが、他の処理技法を利用して、ホウ素とフッ素が共にドープされた低屈折率を形成してもよいことが理解されよう。
【００２９】
図１に断面が示された光ファイバ１００の実施の形態、および図２に示された対応する屈折率プロファイルを参照すると、コア１０２、内側クラッド１０４、および低屈折率環１０６は、光ファイバ１００のガラス部分を構成し、シリカ系ガラスの低屈折率環１０６は、そのガラス部分の最も外側のガラス層である。光ファイバのガラス部分は、ｒ3からｒcまで延在する光学被覆層１０８により取り囲まれてもよい。光学被覆層は、半径方向厚さＴc＝ｒc−ｒ3を有する。光学被覆層１０８は、シリカガラスに対する相対屈折率パーセント（Δc％）を有し、ここで、Δc％は、Δ2％より大きく、より好ましくはΔ1％より大きい。光学被覆層１０８は、一般に、光ファイバ１００のガラス部分を保護する少なくとも１つの有機被覆層を含む。
【００３０】
ある実施の形態において、図１に示すように、光学被覆層１０８は、一次被覆層１１０および二次被覆層１１２を含んでもよい。一次被覆層１１０は比較的軟質の高分子材料から形成され、一方で二次被覆層１１２は硬質の高分子材料から形成されてよい。より詳しくは、一次被覆層１１０は、好ましくは１００ＭＰａ未満、より好ましくは５０ＭＰａ未満、最も好ましくは１０ＭＰａ未満のヤング率を示し、二次被覆層１１２は、好ましくは５００ＭＰａ超、より好ましくは７００ＭＰａ超、最も好ましくは９００ＭＰａ超のヤング率を示す。一次および二次被覆層に使用される材料は、紫外線硬化性ウレタンアクリレート被覆材料の形態で市販されている。あるいは、一次および二次被覆層は、米国特許第６８４９３３３号および同第６７７５４５１号の各明細書に開示された材料と同様の材料からなってもよい。
【００３１】
光学被覆層１０８を、低屈折率環１０６と共に使用して、光ファイバ１００のコア１０２から漏れるクラッドモードを減衰させてもよい。クラッドモードは、クラッドが、空気または一次高分子被覆層のいずれかである、周囲の媒体よりも高い屈折率を有するという事実のために、光ファイバのクラッドに閉じ込められる伝搬モードである。クラッドモードは、ファイバが曲げられ、次に、これにより、コア中を伝搬するモードがクラッドに漏れるときに生じるであろう。これらのモードは、一般に、光ファイバ中に漏れて戻り、光ファイバのコア内のモードビームの伝搬効率を減少させるかもしれないので、望ましくない。これらのモードの減衰を促進するために、低屈折率環１０６は、内側クラッド１０４から漏れる任意のモードが、光ファイバ１００から出て、そのようなモードが減衰される被覆層中に入り続けるように、薄く、好ましくは半径方向厚さＴ3が約２０μｍ未満であってよい。光学被覆層１０８の屈折率は、クラッドモードが任意の有意な距離に亘り被覆を通って伝搬できないように、好ましくは内側クラッド１０４の屈折率より高く（例えば、Δc％＞Δ2％）、より好ましくはコア１０２の屈折率より高い（例えば、Δc％＞Δ1％）。特に、一次被覆層１１０は、１％超、より好ましくは２％超、最も好ましくは約２．３５％のΔC1％を示し、二次被覆層１１２は、２％超、より好ましくは４％超、最も好ましくは約５％のΔC2％を示す。
【００３２】
図３は、様々な外径（例えば、２ｒ3）および内側クラッド１０４の厚さ（例えば、Ｔ2＝ｒ2−ｒ1）を有するガラス部分を備えた光ファイバ１００に関する、低屈折率環１０６の相対屈折率パーセントΔ3％に対するｄＢ／ｍで表されたモデル化された曲げ損失を示している。モデルは、コア１０２が約４．２μｍの半径および約０．３５％の純粋なシリカガラスに対する相対屈折率パーセントΔ1％を有するものである、コーニング社(Corning, Inc.)により製造されているＳＭＦ−２８（登録商標）などの、標準的な単一モードガラス光ファイバに基づくものであった。低屈折率環１０６は、各々の場合で５μｍの半径方向厚さを有した。内側クラッド１０４の半径方向厚さは、ファイバのガラス部分の外径（例えば、２ｒ3）が３０、７０、９５および１３５μｍとなるように変えた。したがって、内側クラッド１０４の厚さを変えることにより、光ファイバ１００のコア１０２から低屈折率環１０６の距離も変えられた。各モデルは、２０ｍｍの直径のマンドレルの周りに光ファイバ１００を曲げ、このファイバの曲げ損失を、様々な光ファイバの外径（例えば、コア１０２に対する低屈折率環１０６の位置）について低屈折率環１０６の相対屈折率パーセントΔ3％の関数として計算することに基づく。図３に示されたモデル化データに示されるように、光ファイバ１００の外径が３０μｍであった場合、低屈折率環１０６のΔ3％が減少するにつれて、曲げ損失を減少させる低屈折率環の能力が増加する。特に、約−０．５％のΔ3％を有する低屈折率環１０６は、約０％のΔ3％を有する低屈折率環に対して、約３０μｍの直径を有するファイバの曲げ性能を改善する。
【００３３】
さらに、図３に示されたモデル化データに示されるように、光ファイバ１００のコア１０２から低屈折率環１０６をさらに遠くに配置することにより（例えば、内側クラッド１０４の半径方向厚さが増加するにつれ）、同じ相対量の曲げ性能の改善を達成するのに必要な低屈折率環１０６の相対屈折率パーセントΔ3％が減少する（例えば、同じ曲げ性能を得るためには、より低いΔ3％を有する低屈折率環が必要である）。例えば、−０．５のΔ3％を有する低屈折率環を備えた、３０μｍの外径のガラス光ファイバは、約０．１ｄＢ／ｍのモデル化曲げ損失を有するであろう。しかしながら、７０μｍの外径のガラス光ファイバで約０．１ｄＢ／ｍのモデル化曲げ損失を達成するためには、約−０．７５のΔ3％を有する低屈折率環が必要である。したがって、低屈折率環がコア１０２から遠くに配置されるにつれて、同じ曲げ性能を達成するために、低屈折率環のΔ3％は低くなければならない。しかしながら、全ての場合において（９５μｍと１３５μｍの外径を有するファイバについてさえも）、約−０．５％未満のΔ3％を有する低屈折率環について、曲げ性能が著しく改善され、Δ3％が約−１．０％未満および約−１．５％未満であった場合に、さらに改善された曲げ特性が達成された。
【００３４】
したがって、図３に示されたモデル化データは、様々な外径を有する光ファイバと共に低屈折率環を使用することにより、光ファイバの曲げ性能の改善が達成されるであろうことを示している一方で、曲げ性能を改善するために低屈折率環を使用する利点は、より小さい直径の光ファイバに最も適用できるであろう。これらの条件（例えば、小さな外径）で、低屈折率環にホウ素とフッ素を共にドープすることなどにより、所望の曲げ性能の利点を達成するための低屈折率環の相対屈折率パーセントが容易に実現される。それゆえ、ここに記載された光ファイバのガラス部分は、一般に約１１０μｍ未満、より好ましくは約９０μｍ未満、最も好ましくは約８５μｍ未満の外径を有してよい。
【００３５】
図４は、異なる相対屈折率の低屈折率環を有する２つの理論ファイバに関する低屈折率環１０６の半径方向厚さの関数としてのｄＢ／ｍで表されたモデル化曲げ損失（対数目盛で表されている）を示している。両方の実施例において、光ファイバ１００は、８０μｍの外径、純粋なシリカガラスに対して相対屈折率パーセントΔ1％＝０．３５％を有するコア１０２および４．２μｍの半径ｒ1を有する（標準的な単一モードファイバと同様）ものとしてモデル化された。両方の実施例において、低屈折率環１０６は、光ファイバ１００の内側クラッド１０４に対して直接配置されるものとしてモデル化された。各モデルは、光ファイバ１００を２０ｍｍの直径のマンドレルの周りで曲げ、低屈折率環の半径方向厚さの関数としてファイバの曲げ損失を計算することに基づく。
【００３６】
図４に示されたモデル化データにより示されるように、低屈折率環１０６の半径方向厚さが増加するつれ、光ファイバの計算された曲げ損失は線形に減少する。したがって、低屈折率環１０６の半径方向厚さが増加するにつれ、光ファイバ１００は、曲げに対してより不感受性になる。さらに、低屈折率環１０６の屈折率が低下したときに（例えば、Δ3％が減少したときに）、曲げの不感受性がさらに改善された。したがって、光ファイバの曲げ性能は、低屈折率環１０６の半径方向厚さ並びに低屈折率環１０６の相対屈折率パーセントに依存する。
【００３７】
光ファイバの曲げ性能は、低屈折率環の半径方向厚さを増加させることにより改善されるであろうが、低屈折率環の半径方向厚さを増加させることにより、より多くのクラッドモードがファイバ内に捕捉されるようになり、このことは、上述したように、ファイバの性能を損なうであろう。したがって、ある実施の形態において、クラッドモードが光ファイバ内に捕捉されるのを防ぎながら、所望の曲げ性能を達成するために、低屈折率環は、約−１．０％未満の相対屈折率パーセントΔ3％および約１０μｍ未満、好ましくは約７μｍ未満の半径方向厚さを有する。あるいは、動作波長未満（例えば、１５５０、１３１０、または１０６０ｎｍ未満）の遮断波長を有する光ファイバを、ファイバの発射端または受信端に接合して、ファイバへの単一モード伝送を提供することができ、この場合、低屈折率環の半径方向厚さへのこれらの好ましい制限を緩和することができるであろう。このようにして、装置は、上述した実施の形態における本発明のファイバの内の１つに接合された第２のファイバを含んでよく、ここで、第２のファイバは、１６５０ｎｍ未満の波長で単一モード伝搬を伝送させることができる。
【００３８】
したがって、改善された曲げ性能を達成するために、低屈折率環は、約−０．５％未満の、好ましくは約−１．０％未満の、より好ましくは約−１．５％未満の、最も好ましくは約−２．０％の相対屈折率パーセントΔ3％、および例えば約２０μｍ未満の、薄い半径方向厚さを有してよい。ある実施の形態において、半径方向厚さは、好ましくは１０μｍ未満、さらにより好ましくは約７μｍ未満、最も好ましくは約３μｍから約５μｍであってよい。さらに、ここに記載された低屈折率環は、望ましくないクラッドモードを取り除き、光ファイバ１００の曲げ性能を改善するために、高屈折率被覆と共に使用してもよい。
【００３９】
図１に示された光ファイバが、望ましくないクラッドモードを除去し、光ファイバの曲げ損失を１０、１００またはさらにはそれより大きい倍率で改善するために、光ファイバのガラス部分の最も外側のガラス相として低屈折率環１０６を含んでもよいことが今では理解されたであろう。例えば、そのようなファイバは、１５５０ｎｍで、０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ（９．２５ｄＢ／ｍ）未満、好ましくは０．１ｄＢ／ｔｕｒｎ（１．８５ｄＢ／ｍ）未満、より好ましくは０．０６ｄＢ／ｔｕｒｎ（０．９３ｄＢ／ｍ）未満、最も好ましくは約０．０３ｄＢ／ｔｕｒｎ（０．４７ｄＢ／ｍ）未満の、２０ｍｍの直径のマクロベンド誘発損失を有するであろう。
【００４０】
光ファイバ１００の最も外側のガラス部分または外側クラッドとして配置された低屈折率環１０６を含む光ファイバ１００は、従来のファイバの曲げ性能を改善するため、または新規の専用ファイバを可能にするために適用されるであろう。例えば、ここに開示されたファイバ構造および組成を使用した曲げ性能の改善は、ジャイロスコープまたは小型パッケージングのためのエルビウムドープトファイバを含む様々な用途に使用される８０μｍの直径のファイバ（例えば、ファイバのガラス部分の外径が、直径が８０μｍである）などの、小さな直径を有するファイバにとって特に効果的であろう。何故ならば、それらの光ファイバの曲げ性能は、低屈折率環１０６がファイバのコアにより近くに配置された（例えば、内側クラッド１０４が小さな半径方向厚さを有する）ときに、著しいからである。
【００４１】
ガラス部分と被覆部分の直径（例えば、図１における２ｒc）が標準的な光ファイバの外径辺り、例えば、約１２０μｍと約１３０μｍの間であるように、光学被覆層により取り囲まれた、約１１０μｍ未満の外径を有するガラス部分を有するガラス光ファイバ上に低屈折率環１０６を使用することにより、ファイバホルダ、コネクタ、スプライサなどの従来のファイバ取扱器具を使用することができるであろう。例えば、被覆光ファイバが従来の被覆光ファイバ（例えば、約２４０μｍから約２６０μｍの外径を有する従来のファイバ）とほぼ同じ外径を有するように、約２０μｍ未満の半径方向厚さを有する低屈折率環を有する、約１１０μｍ未満の外径を有する光ファイバのガラス部分に、十分な厚さの光学被覆を施してもよい。
【００４２】
低曲げ損失ファイバは、通信および非通信用途の両方のためのファイバレーザまたは増幅ファイバとしての使用を可能にするために、希土類ドープトコアを有しても差し支えない。この場合、希土類ドープトコアは、ポンプ光源によりポンピングされたときに、信号増幅を提供するであろう。例えば、Ｅｒドープトコアファイバを使用して、１５３０〜１６００ｎｍに亘る信号を増幅するための増幅器（ＥＤＦＡ）を構成してもよい。信号増幅に使用できる希土類ドーパントとしては、以下に限られないが、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＨｏが挙げられる。コアは、単一モードまたは多モードのいずれであっても差し支えない。低出力用途には単一モードのコアが主に使用されるのに対し、多モードコアは、望ましくない非線形効果を緩和でき、それゆえ、高出力用途に適している。
【００４３】
本発明の範囲および精神から逸脱せずに、本発明の様々な改変および変更を行っても差し支えないことが当業者には明白であろう。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるという条件で、包含することが意図されている。
【符号の説明】
【００４４】
１００    光ファイバ
１０２    コア
１０４    内側クラッド
１０６    低屈折率環
１０８    光学被覆層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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