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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6235004
(24)【登録日】2017年11月2日
(45)【発行日】2017年11月22日
(54)【発明の名称】マルチモード光ファイバ及びこのファイバを含むシステム
(51)【国際特許分類】
G02B 6/028 20060101AFI20171113BHJP
G02B 6/036 20060101ALI20171113BHJP
【ＦＩ】
G02B6/028
G02B6/036
【請求項の数】6
【全頁数】33
(21)【出願番号】特願2015-515121(P2015-515121)
(86)(22)【出願日】2013年5月29日
(65)【公表番号】特表2015-521300(P2015-521300A)
(43)【公表日】2015年7月27日
(86)【国際出願番号】US2013042979
(87)【国際公開番号】WO2013181182
(87)【国際公開日】20131205
【審査請求日】2016年3月16日
(31)【優先権主張番号】13/484,970
(32)【優先日】2012年5月31日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】13/553,899
(32)【優先日】2012年7月20日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100090468
【弁理士】
【氏名又は名称】佐久間 剛
(72)【発明者】
【氏名】ビッカム，スコット ロバートソン
(72)【発明者】
【氏名】ブックバインダー，ダナ クレイグ
(72)【発明者】
【氏名】リー，ミン−ジュン
(72)【発明者】
【氏名】タンドン，プシュカー
【審査官】
野口 晃一
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許第０７９０３９１８（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】
特表２０１１−５０７０２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５９−２３２３０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−０３７６０９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ ６／０２−６／０３６
６／１０
６／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マルチモード光ファイバであって、
４１マイクロメートル〜８０マイクロメートルの範囲における直径、１．９≦α≦２．０４であるアルファプロファイルを有する分布型屈折率、及び０．６％〜１．８％の範囲における最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する屈折率分布型ガラスコアと、
前記コアを取り囲むとともに該コアとの接触状態にあるクラッドであって、１次導関数ｄ（Δ／Δ１ＭＡＸ）／ｄ（ｒ／Ｒ１）が最初に−２．５に等しくなる半径位置である半径Ｒ２において測定される相対屈折率デルタΔ２を有する、前記コアを取り囲むとともに該コアとの接触状態にある内側環状部分、及び該内側環状部分を取り囲む屈折率低下型環状部分を含むクラッドと、
を含み、
前記ファイバは、以下：
（Ｉ）（ｉ）１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍ又は（ｉｉ）１５２０〜１５８０ｎｍのすべての波長において２５００ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＩＩ）（ｉ）１２７０ｎｍ〜１３５０ｎｍ又は（ｉｉ）１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍのすべての波長において３７５０ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＩＩＩ）１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＩＶ）１３１０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍ、
（Ｖ）１２７０ｎｍ〜１３５０ｎｍのすべての波長において５０００ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＶＩ）１５５０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＶＩＩ）１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍのすべての波長において５０００ＭＨｚ−ｋｍ、
のうちの少なくとも１つを超えるオーバーフィルド帯域幅を有することを特徴とするマルチモード光ファイバ。
４１マイクロメートル〜８０マイクロメートルの範囲における直径、１．９≦α≦２．０４であるアルファプロファイルを有する分布型屈折率、及び０．６％〜１．８％の範囲における最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する屈折率分布型ガラスコアと、
前記コアを取り囲むとともに該コアとの接触状態にあるクラッドであって、１次導関数ｄ（Δ／Δ１ＭＡＸ）／ｄ（ｒ／Ｒ１）が最初に−２．５に等しくなる半径位置である半径Ｒ２において測定される相対屈折率デルタΔ２を有する、前記コアを取り囲むとともに該コアとの接触状態にある内側環状部分、及び該内側環状部分を取り囲む屈折率低下型環状部分を含むクラッドと、
を含み、
前記ファイバは、以下：
（Ｉ）（ｉ）１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍ又は（ｉｉ）１５２０〜１５８０ｎｍのすべての波長において２５００ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＩＩ）（ｉ）１２７０ｎｍ〜１３５０ｎｍ又は（ｉｉ）１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍのすべての波長において３７５０ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＩＩＩ）１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＩＶ）１３１０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍ、
（Ｖ）１２７０ｎｍ〜１３５０ｎｍのすべての波長において５０００ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＶＩ）１５５０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍ、
（ＶＩＩ）１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍのすべての波長において５０００ＭＨｚ−ｋｍ、
のうちの少なくとも１つを超えるオーバーフィルド帯域幅を有することを特徴とするマルチモード光ファイバ。
【請求項2】
（Ｉ）前記ファイバのコアは、開口数ＮＡ、及び、０．１６＜ＮＡ＜０．２６を有し、前記クラッドは、前記屈折率低下型環状部分を取り囲むとともにこれとの接触状態にある外側環状部分を含み、且つ、前記ファイバは、１３１０ｎｍにおいて又は１５５０ｎｍにおいて、３７５０ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する、及び／又は、
（ＩＩ）前記屈折率低下型環状部分は、−０．２％未満の最小相対屈折率Δ３ＭＩＮ及び少なくとも１マイクロメートルの幅を有する、及び／又は、
（ＩＩＩ）前記コアは、（ｉ）０．７％〜１．２％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸ、及び／又は、（ｉｉ）０．１７≦ＮＡ≦０．２３の範囲である前記コアの開口数、及び／又は、（ｉｉｉ）２．０２未満のアルファを有する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバ。
（ＩＩ）前記屈折率低下型環状部分は、−０．２％未満の最小相対屈折率Δ３ＭＩＮ及び少なくとも１マイクロメートルの幅を有する、及び／又は、
（ＩＩＩ）前記コアは、（ｉ）０．７％〜１．２％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸ、及び／又は、（ｉｉ）０．１７≦ＮＡ≦０．２３の範囲である前記コアの開口数、及び／又は、（ｉｉｉ）２．０２未満のアルファを有する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項3】
（ｉ）請求項１に記載のマルチモード光ファイバと、
（ｉｉ）前記マルチモード光ファイバと結合し、作動波長において２５ＧＨｚ以上のビットレートで送信する少なくとも１つの光源と、
（ｉｉｉ）前記マルチモード光ファイバに光学的に結合し、且つ、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍにおける波長を検出することができる検出器と、
を含むことを特徴とするシステム。
（ｉｉ）前記マルチモード光ファイバと結合し、作動波長において２５ＧＨｚ以上のビットレートで送信する少なくとも１つの光源と、
（ｉｉｉ）前記マルチモード光ファイバに光学的に結合し、且つ、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍにおける波長を検出することができる検出器と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項4】
（ｉ）請求項１に記載のマルチモード光ファイバであって、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの少なくとも１つの波長において２．５ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する、マルチモード光ファイバと、
（ｉｉ）前記マルチモード光ファイバに結合し、１２００〜１７００ｎｍの１つ以上の作動波長において２５ＧＨｚ以上のビットレートで送信する少なくとも１つの光源と、
（ｉｉｉ）前記マルチモード光ファイバに光学的に結合し、且つ、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍにおける波長を検出することができる検出器と、
を含むことを特徴とするシステム。
（ｉｉ）前記マルチモード光ファイバに結合し、１２００〜１７００ｎｍの１つ以上の作動波長において２５ＧＨｚ以上のビットレートで送信する少なくとも１つの光源と、
（ｉｉｉ）前記マルチモード光ファイバに光学的に結合し、且つ、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍにおける波長を検出することができる検出器と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項5】
前記マルチモード光ファイバが、（ｉ）１２００ｎｍ〜１４００ｎｍ又は（ｉｉ）１５００〜１６００ｎｍの１つ以上の波長において５．０ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有することを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記マルチモード光ファイバが有する前記コアが、２０．５マイクロメートルを超えるとともに４０マイクロメートルを下回る半径、及び０．６％〜１．６％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有することを特徴とする、請求項４または５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【0001】
本出願は、２０１２年５月３１日付けで出願された米国優先権特許出願第１３／４８４９７０号明細書、及び、２０１２年７月２０日付けで出願された米国特許出願第１３／５５３８９９号明細書の優先権の利益を主張するものであり、当該出願のすべての開示内容は、参照により本明細書に信任され援用され、優先権の利益が本明細書において主張される。
【技術分野】
【0002】
本発明は、一般的に、光ファイバ通信に関し、更に詳しくは、１３１０ｎｍ及び／又は１５５０ｎｍのウィンドウにおける波長分割多重化のための使用に特に有用であろうマルチモード光ファイバに関する。
【背景技術】
【0003】
通常、高性能コンピューティング及びデータセンタ装置は、数多くのプロセッサ間相互接続を必要とし、且つ、これらのシステムにおいてマルチモード（ＭＭ）光ファイバを使用することは、大きなコア直径に起因するより緩和された位置合わせ公差のため費用効果がある。通常、これらのシステムは、比較的安価なＶＣＳＥＬレーザ源を利用して、８５０ｎｍの波長ウィンドウにおいて作動する。光ファイバは、８５０ｎｍにて比較的高い分散を有し、これにより、光信号の急速な広域化がもたらされる。この高い分散は、特に２５ＧＨｚ以上のデータ変調率で、最大システム長における重要な制限となる。更に、ファイバの減衰は、８５０ｎｍで比較的高く、これは、システム長が数十メートルを超える場合、その性能に負の影響を与える。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
いくつかの実施形態によれば、マルチモード光ファイバが提供される。このファイバは、４１マイクロメートル〜８０マイクロメートルの範囲における直径と、１．９５≦α≦２．０４であるアルファプロファイルを有する分布型屈折率と、例えば０．６％〜１．６％などの０．６％〜１．８％の範囲における最大相対屈折率と、を有する屈折率分布型ガラスコアを含む。又は、ファイバは、コアを取り囲むとともにコアとの接触状態にあるクラッドを含む。クラッドは、屈折率低下型環状部分を含む。ファイバは、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ（例えば、１２６０ｎｍ〜１６１０ｎｍ）の少なくとも１つの波長において２５００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を更に有する。
【0005】
好ましくは、コアは、０．１６＜ＮＡ＜０．２６である、開口数ＮＡを有する。いくつかの実施形態によれば、クラッドは、１次導関数ｄ（Δ／Δ１ＭＡＸ）／ｄ（ｒ／Ｒ１）が−２．５に等しい半径の位置において測定される、相対屈折率デルタΔ２を有する内側環状部分を含む。
【0006】
いくつかの実施形態によれば、クラッドは、コアを取り囲むとともにコアとの接触状態にある内側環状部分と、内側環状部分を取り囲む屈折率低下型環状部分と、屈折率低下型環状部分を取り囲むとともにこれとの接触状態にある外側環状部分と、を含む。
【0007】
通常、高性能コンピューティング及びデータセンタ装置は、数多くのプロセッサ間相互接続を必要とし、且つ、これらのシステムにおいて本明細書にて説明されるマルチモード光ファイバを使用することにより、シングルモード（ＳＭ）ファイバを利用するシステムと比較して、位置合わせ公差がより厳重でないため、コネクタの費用がより安価になる。更に、１３１０ｎｍ及び／又は１５５０ｎｍのウィンドウにおいて作動するシステムは、より低いファイバの分散及び減衰のため、８５０ｎｍで作動する従来のシステムに勝る、非常に大きな性能における利点を提供する。これは、特に、２５ＧＨｚ以上のデータ変調率において重要であり、この場合に、光信号の分散的な広域化は、大きな障害をもたらす。加えて、都合のよいことに、１３１０ｎｍ及び／又は１５５０ｎｍのウィンドウにおいてシリコン−フォトニック送受信機を使用する高データ速度システムは、８５０ｎｍで作動する従来のＶＣＳＥＬ系システムより、はるかに少ない電力を必要とする。本明細書において記載される光ファイバ及びシステムは、都合のよいことに、１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍのウィンドウにおいてＶＣＳＥＬ及びシリコン−フォトニックレ−ザ源をともに用いて使用可能である。
【0008】
少なくとも１００ｍの距離に渡り、１３１０ｎｍのウィンドウにおいて２５ＧＨｚ以上で変調される少なくとも１つの信号を送信可能であるマルチモード光ファイバが必要とされている。本明細書において記載されるファイバの実施形態は、少なくとも１００ｍの距離に渡り、１３１０ｎｍのウィンドウにおいて２５ＧＨｚ以上で変調される少なくとも４つの信号を送信可能である。又、本明細書において記載されるファイバのいくつかの実施形態は、少なくとも３００ｍの距離に渡り、１３１０ｎｍのウィンドウにおいて２５ＧＨｚ以上で変調される少なくとも４つの信号を送信可能である。又、本明細書において記載されるファイバのいくつかの実施形態は、少なくとも５００ｍの距離に渡り、１３１０ｎｍのウィンドウにおいて２５ＧＨｚ以上で変調される少なくとも４つの信号を送信可能である。
【0009】
同様に、少なくとも１００ｍの距離に渡り、１５５０ｎｍのウィンドウにおいて２５ＧＨｚ以上で変調される少なくとも１つの信号を送信可能であるマルチモード光ファイバが必要とされている。本明細書において記載されるファイバの実施形態は、少なくとも１００ｍの距離に渡り、１５５０ｎｍのウィンドウにおいて２５ＧＨｚ以上で変調される少なくとも４つの信号を送信可能である。又、本明細書において記載されるファイバのいくつかの実施形態は、少なくとも３００ｍの距離に渡り、１５５０ｎｍのウィンドウにおいて２５ＧＨｚ以上で変調される少なくとも４つの信号を送信可能である。又、本明細書において記載されるファイバのいくつかの実施形態は、少なくとも５００ｍの距離に渡り、１５５０ｎｍのウィンドウにおいて２５ＧＨｚ以上で変調される少なくとも４つの信号を送信可能である。
【0010】
更なる特徴及び利点については、以下の詳細な説明に示されており、且つ、当業者には、部分的に、この説明から容易に明らかとなるか、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面を含む本明細書に記載されているように本実施形態を実施することにより、認識されることになる。
【0011】
以上の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、いずれも、例示に過ぎず、且つ、特許請求の範囲の特性及び特徴を理解するための概要及びフレームワークを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、更なる理解を提供するために包含され、且つ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。添付の図面は、１つ以上の実施形態を例示しており、且つ、説明とともに、様々な実施形態の原理及び動作を説明するように機能するものである。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】一実施形態による、屈折率低下型環状部分を有するマルチモード光ファイバの例示的な実施形態のガラス部分の断面の屈折率プロファイルの概略図（縮尺は正確ではない）である。
【図3】マルチモード光ファイバの例示的な実施形態の屈折率プロファイルを示すグラフである。
【図3A】マルチモード光ファイバの別の例示的な実施形態の屈折率プロファイルを示すグラフである。
【図4】マルチモード光ファイバの３つの例示的な実施形態の波長の関数としてのマクロベンド損失を示すグラフである。
【図5】マルチモード光ファイバの一実施形態を利用する送信システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の好ましい実施形態の参照が今から詳細に行われ、好ましい実施形態の例が、添付の図面で例示されよう。これらの図面の全体を通じて、可能な場合には常に、同一の参照符号を使用して同一又は類似の部分が示されよう。
【0014】
「屈折率プロファイル」とは、屈折率又は相対屈折率と導波ファイバ半径の間の関係である。
【0015】
「相対屈折率」は、Δ＝１００×［ｎ（ｒ）２−ｎｃｌ２）］／２ｎ（ｒ）２として定義され、式中、ｎ（ｒ）は、ファイバの中心線からの半径の距離ｒにおける屈折率であり、且つ、ｎｃｌは、１３１０ｎｍの波長における外側クラッドの平均屈折率である。特に指定のない限り、ファイバの直径が１２５マイクロメートルである場合、ｎｃｌは、例えば、４５≦ｒ≦５５マイクロメートルの範囲に、Ｎ個のデータ地点が存在し、且つ、Ｎは少なくとも２である、
【0016】
【数1】
【0017】
などの、約４５〜５５マイクロメートルの半径範囲に渡る屈折率を平均することによって決定される。ファイバの直径、２＊Ｒ４が、１２５マイクロメートルに等しくない実施形態においては、ｎｃｌは、約０．７２＊Ｒ４〜０．８８＊Ｒ４の半径範囲に渡る屈折率を平均することによって決定される。一態様においては、クラッドは、基本的に純シリカを含む。その他の態様においては、クラッドは、屈折率を増加させる１つ以上のドーパント（例えば、ＧｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、及び／又はＴａ２Ｏ５）を有するシリカを含むことができ、この場合に、クラッドは、純シリカに対して、「アップドープ」される。又、クラッドは、屈折率を減少させる１つ以上のドーパント（例えば、Ｆ及び／又はＢ）を有するシリカを含むことができ、この場合に、クラッドは、純シリカに対して、「ダウンドープ」される。本明細書において使用される場合、特に指定のない限り、相対屈折率は、デルタ又はΔで表され、且つ、その値は、通常、「％」の単位で示される。相対屈折率デルタ、デルタ、Δ、Δ％、％Δ、デルタ％、％デルタ、及びパーセントデルタという用語は、本明細書において相互に交換して使用されることができる。領域の屈折率が、クラッドの屈折率未満である場合、相対屈折率は、負であり、且つ、低下型屈折率を有するものと表され、且つ、特に指定のない限り、相対屈折率が最も負である地点において算出される。領域の屈折率が、シリカの屈折率を超える場合、相対屈折率は、正であり、且つ、領域は、増大した状態にある又は正の屈折率を有するものと表されることができ、且つ、特に指定のない限り、相対屈折率が最も正である地点において算出される。
【0018】
「アップドーパント」とは、本明細書においては、ドーピングされていない純粋なＳｉＯ２との関係において屈折率を増大させる傾向を有するドーパントであると見なされている。「ダウンドーパント」とは、本明細書においては、ドーピングされていない純粋なＳｉＯ２との関係において屈折率を減少させる傾向を有するドーパントであると見なされている。アップドーパントは、アップドーパントではない１つ以上のその他のドーパントによって伴われた際に、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。同様に、アップドーパントではない１つ以上のその他のドーパントは、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない１つ以上のその他のドーパントによって伴われた際に、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。同様に、ダウンドーパントではない１つ以上のその他のドーパントは、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。
【0019】
本明細書において使用される場合、１３１０ｎｍのウィンドウは、１２００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲、又はこの波長範囲のサブセットとして定義される。例えば、１２６０〜１４００ｎｍ、１２６０〜１３６０ｎｍ、１２７０〜１３５０ｎｍ、１２８０〜１３４０ｎｍ、又は１２９０〜１３３０ｎｍ（例えば、１２６０ｎｍ、１２９０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１３３０ｎｍ、１３５０ｎｍ、１３７０ｎｍ、又は１４００ｎｍ）。
【0020】
本明細書において使用される場合、１５５０ｎｍのウィンドウは、１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長範囲、又はこの波長範囲のサブセットとして定義される。例えば、１５２０〜１５８０ｎｍ、１５３０〜１５７０ｎｍ、１５４０〜１６００ｎｍ、１５４０〜１５８０ｎｍ、又は１５３０〜１５７０ｎｍ（例えば、１５００ｎｍ、１５１０ｎｍ、１５２０ｎｍ、１５３０ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５６０ｎｍ、１５７０ｎｍ、１５８０ｎｍ、１５９０ｎｍ、又は１６００ｎｍ）。
【0021】
本明細書において使用される場合、ファイバの開口数とは、「計測方法及び試験手順−開口数（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｔｅｘｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ−Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）」というタイトルのＴＩＡ ＳＰ３−２８３９−ＵＲＶ２ ＦＯＴＰ−１７７ ＩＥＣ−６０７９３−１−４３に記載されている方法を使用して測定される開口数を意味している。
【0022】
本明細書において使用される場合、屈折率分布型、「α−プロファイル」、又は「アルファプロファイル」という用語は、「％」を単位とするΔの観点において表された相対屈折率プロファイルを意味し、この場合に、ｒは半径であり、式
【0023】
【数2】
【0024】
に従い、式中、Δ０は、ｒ＝０に外挿される相対屈折率であり、Ｒ１は、コアの半径であり（即ち、Δ（ｒ）はゼロである半径（図１を参照されたい））、且つ、αは、実数である指数である。屈折率ステップ型プロファイルの場合、アルファ値は、１０以上である。屈折率分布型のプロファイルの場合、α値は、１０未満である。本明細書において使用される場合、「パラボラ形」という用語は、コア内の１つ以上の地点において、２．０のα値からわずかに変動してもよい実質的にパラボラ形に成形された屈折率プロファイルと、小さな変動及び／又は中心線ディップを有するプロファイルと、を含む。本発明を例証するモデル化された屈折率プロファイルは、完全なアルファプロファイルである屈折率分布型コアを有する。実際の作製されたファイバは、中心線におけるディップ又はスパイク、及び／又は、コアの外側の界面における拡散のテールなどの特徴を含む、完全なアルファプロファイルからの軽微な偏差を有する場合がある。しかしながら、アルファ及びΔ０の正確な値は、測定される相対屈折率プロファイルを、０．１Ｒ１≦ｒ≦０．９Ｒ１の半径範囲に渡るアルファプロファイルに数値的に適合させることによって得られることができる。中心線におけるディップ又はスパイクなどの欠陥を有さない理想的な屈折率分布型ファイバにおいては、Δ０＝Δ１ＭＡＸであり、この場合に、Δ１ＭＡＸは、コアの最大屈折率である。その他の場合には、０．１Ｒ１≦ｒ≦０．９Ｒ１より適合された数から得られるΔ０からの値は、Δ１ＭＡＸを越えるか又はそれ未満でもよい。
【0025】
強化された性能特性を提供するコアの直径を表すマルチモード光ファイバの様々な実施形態が提供される。屈折率分布型ガラスコアと、コアを取り囲むとともにコアとの接触状態にあるクラッドを有するマルチモード光ファイバが開示されている。本明細書において開示される実施形態によれば、コアの直径は、４１〜約８０マイクロメートルである。いくつかの例示的実施形態においては、コアの直径は、約６０〜約６５マイクロメートルであり、これは、市販の６２．５マイクロメートルのＭＭＦのコアの直径に相当する。その他の例示的実施形態においては、コアの直径は、約４７〜約５３マイクロメートルであり、これは、市販の５０マイクロメートルのＭＭＦのコアの直径に相当する。いくつかの例示的実施形態においては、コアの直径は、約７０〜７８マイクロメートルであり、これは、光学送受信機に結合するためのより大きい位置合わせ公差を可能にする。その他の例示的実施形態においては、コアの直径は、約４１〜約５０マイクロメートルであり、これは、ファイバにおける伝播モードの数を減少させ、より高い帯域幅を可能にする。
【0026】
又、コアは、１．９５以上、２．０４以下、好ましくは２．０３以下、より好ましくは１．９６〜２．０３、更により好ましくは１．９７４〜２．０２（例えば、１．９７４、１．９７５、１．９７６、１．９７８、１．９７９、１．９８、１．９８１、１．９８２、１．９８３、１．９８５、１．９９、２．００２、２．００６、２．００７、２．００８、２．００９、２．０１、２．０１２、２．０１５、又はそれらの間）のアルファ（α）値を有する分布型屈折率を含む。これらのアルファ値は、１３１０ｎｍのウィンドウにおいて高いファイバ帯域幅を可能にする。コアは、例えば、０．６％、０．６５％、０．７％、０．８％、０．８５％、０．９％、０．９５％、１％、１．０５％、１．１％、１．２％、１．３％、１．５％、１．６％、１．７％、１．８％などの、０．６％〜１．８％（好ましくは０．６％〜１．６％）の範囲における最大屈折率を更に有する。いくつかの実施形態においては、コアは、０．７％〜１．２％の範囲における最大屈折率を有する。その他の実施形態においては、コアは、０．８５％〜１．１５％、好ましくは０．８８％〜１．１％、より好ましくは０．９％〜１．０５％の範囲における最大屈折率を有する。例えば、いくつかの実施形態においては、コアは、０．９％、０．９３％、０．９５％、０．９８％、１％、又は１．０５％の最大相対屈折率デルタを更に有する。
【0027】
本明細書において記載される実施形態においては、クラッドは、屈折率低下型環状部分を含む。好ましくは、クラッドは、コアを取り囲むとともにコアとの接触状態にある内側環状部分と、内側環状部分を取り囲む屈折率低下型環状部分と、屈折率低下型環状部分を取り囲むとともにこれとの接触状態にある外側環状部分と、を含む。
【0028】
いくつかの実施形態においては、ファイバは、１３１０ｎｍにおいて２５００ＭＨｚ−ｋｍを超える、且つ、いくつかの実施形態においては、１３１０ｎｍにおいて３７５０ＭＨｚ−ｋｍを超える、オーバーフィルド帯域幅を有する。いくつかの実施形態においては、ファイバは、１３１０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を更に有し、且つ、いくつかの実施形態においては、ファイバは、１３１０ｎｍにおいて６０００ＭＨｚ−ｋｍ、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえも超えるオーバーフィルド帯域幅を更に有する。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１２９０〜１３３０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１２９０ｎｍ〜１３３０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえも超える。その他の実施態様においては、オーバーフィルド帯域幅は、１２７０〜１３５０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１２７０〜１３５０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえも超える。１ＧＨｚ−ｋｍは、１０００ＭＨｚ−ｋｍに等しい。
【0029】
いくつかの実施形態においては、ファイバは、１５５０ｎｍにおいて２５００ＭＨｚ−ｋｍを超える、且つ、いくつかの実施形態においては、１５５０ｎｍにおいて３７５０ＭＨｚ−ｋｍを超える、オーバーフィルド帯域幅を有する。いくつかの実施形態においては、ファイバは、１５５０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を更に有し、且つ、いくつかの実施形態においては、ファイバは、１５５０ｎｍにおいて６０００ＭＨｚ−ｋｍ、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえも超えるオーバーフィルド帯域幅を更に有する。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５３０〜１５７０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１５３０〜１５７０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえも超える。その他の実施態様においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５１０〜１５９０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１５１０〜１５９０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえも超える。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの１つ以上の波長で、５．０ＧＨｚ−ｋｍ以上である。
【0030】
図１を参照すると、一実施形態による、マルチモード光ファイバ１００のガラス部分１０の断面の屈折率プロファイルの概略図が示されている。ガラス部分１０は、屈折率分布型ガラスコア２０と、コア２０を取り囲むとともにコア２０との接触状態にあるガラスクラッド６０と、を含む。一実施形態によれば、コア２０は、ゲルマニウムでドープされたシリカを含むことができる。その他の実施形態によれば、単独で又は組合せにおいて、Ａｌ２Ｏ３又はＰ２Ｏ５などのゲルマニウム以外のドーパントを、コア２０内において、特に光ファイバ１００の中心線において又はその近傍において、利用することができる。この実施形態においては、クラッド６０は、内側環状部分３０と、屈折率低下型環状部分４０と、外側環状部分５０と、を含む。内側環状部分３０は、コア２０を取り囲むとともにコア２０との接触状態にある。屈折率低下型環状部分４０は、内側環状部分３０を取り囲むとともにこれとの接触状態にある。外側環状部分５０は、屈折率低下型環状部分４０を取り囲むとともにこれとの接触状態にある。クラッド６０は、外側環状部分５０を取り囲む更なるガラス部分などの、付加的な部分（図示せず）を更に含むことができる。ファイバ１００は、クラッド６０を取り囲む、ウレタンアクリレート及びアクリレートの一次及び二次被覆を含む保護被覆（複数可）を更に含むことができる。
【0031】
図１及び２をともに参照すると、マルチモード光ファイバ１００のガラス部分１０は、外半径Ｒ１を有するコア２０によって示される。いくつかの実施形態によれば、コアの外半径Ｒ１は、２０．５＞Ｒ１＞４０マイクロメートルであり、これは、４１マイクロメートル〜８０マイクロメートルのコアの直径に相当する。例えば、コアの直径は、４１、４２、４５、４８、５０、５５、６０、６２．５、６５、７０、７２、７５、７８、又は８０マイクロメートル、又はそれらの間であることができる。いくつかの実施形態においては、屈折率分布型コアは２．０４以下のアルファ（α）値を有する。例えば、いくつかの実施形態においては、（α）値は、１．９〜２．０４である。いくつかの実施形態においては、屈折率分布型コアは、１．９８〜２．０２であるアルファ（α）値を有する。これらの実施形態においては、好ましくは、ガラスコア２０は、０．６％〜１．６％の範囲における最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを更に有し、且つ、いくつかの実施形態においては、０．７％〜１．２％の範囲である。
【0032】
いくつかの実施形態においては、屈折率分布型コアは、１．９５〜１．９９、好ましくは１．９７５〜１．９８５のアルファ（α）値を有する。これらの実施形態においては、好ましくは、ガラスコア２０は、例えば、１．７５％〜１．５５％などの、０．７％〜１．６％の範囲における最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを更に有する。
【0033】
例えば、いくつかの実施形態においては、αは、１．９５、１．９７、１．９７５、１．９７６、１．９７７、１．９７８、１．９８、１．９８１、１．９８２、１．９８２、１．９８３、１．９８４、１．９８５、１．９８７、１．９９、２．０、２．００５、２．００７、２．００９、２．０１、２．０１５、２．０２、２．０３、又は２．０４、又はそれらの間である。
【0034】
一実施形態によれば、コアの外半径Ｒ１は、２２．５〜２７．５マイクロメートルの範囲であり、これは、４５マイクロメートル〜５５マイクロメートルの範囲におけるコアの直径に相当する。いくつかの実施形態においては、屈折率分布型コアは、２．０４未満のアルファ（α）値を有する。例えば、一実施形態によれば、ガラスコア２０は、約１．９７〜約２．０２のアルファ（α）値を有する分布型屈折率を有する。この実施形態においては、ガラスコア２０は、０．９％〜１．１％の範囲における最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを更に有する。別の実施形態によれば、コアの分布型屈折率は１．９７５〜２．０２のアルファを有し、且つ、コア２０は、０．９５％〜１．０５％の範囲における最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する。
【0035】
一実施形態によれば、コアの外半径Ｒ１は、２２．５〜２７．５マイクロメートルの範囲であり、これは、４５マイクロメートル〜５５マイクロメートルの範囲におけるコアの直径に相当する。いくつかの実施形態においては、屈折率分布型コアは、２．０４未満のアルファ（α）値を有する。例えば、一実施形態によれば、ガラスコア２０は、約１．９７〜約２．０２のアルファ（α）値を有する分布型屈折率を有する。この実施形態においては、ガラスコア２０は、０．９％〜１．１％の範囲における最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを更に有する。別の実施形態によれば、コアの分布型屈折率は１．９７５〜２．０２のアルファを有し、且つ、コア２０は、０．９５％〜１．０５％の範囲における最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する。
【0036】
クラッド６０の内側クラッド部分３０は、外半径Ｒ２と、幅Ｗ２と、相対屈折率Δ２と、最大相対屈折率Δ２ＭＡＸと、を有する。図３Ａに示されるように、正規化された半径に対する、正規化された屈折率プロファイルの導関数（本明細書において、正規化された勾配及び正規化された１次導関数としても知られる）、ｄ（Δ／Δ１ＭＡＸ）／ｄ（ｒ／Ｒ１）は−２．５に等しい半径として、Ｒ２は定義される。下記に更に記載されるように、屈折率Δ２は、１次導関数ｄ（Δ／Δ１ｍａｘ）／ｄ（ｒ／Ｒ１）が−２．５に等しい半径における相対屈折率であり、Δ１ｍａｘは、最大のコアデルタであり、且つ、Ｒ１は、コアの屈折率プロファイルをアルファプロファイルに適合させることによって推定されたコア半径である。内側クラッド部分３０の幅Ｗ２は、０．５〜４．０マイクロメートルの範囲であることができ、且つ、いくつかの実施形態によれば、好ましくは、例えば、０．５μｍ≦Ｗ２≦２．５μｍなどの、０．５〜２．５マイクロメートルであることができる。内側クラッド部分３０の外半径Ｒ２は、好ましくは２３〜４０マイクロメートルの範囲である。いくつかの実施形態においては、内側クラッドの最大相対屈折率Δ２ＭＡＸは、約０．１％未満である。その他の実施態様においては、内側クラッドの最大相対屈折率Δ２ＭＡＸは、約０．０％未満である。その他の実施態様においては、内側クラッドの最大相対屈折率Δ２ＭＡＸは、約−０．１％〜約０．１％である。
【0037】
クラッド６０の屈折率低下型環状部分４０は、最小相対屈折率Δ３ＭＩＮを有し、且つ、Ｒ２からＲ３まで延在し、この場合に、Ｒ３は、Δ３（ｒ）＝Δ３ＭＩＮである半径から半径方向を外向きに進んだ場合に、Δ３（ｒ）が最初に−０．０５％を超える値に到達する半径である。屈折率低下型環状部分４０は、半径方向幅Ｗ３＝Ｒ３−Ｒ２を有する。一実施形態においては、屈折率低下型環状部分４０は、少なくとも１マイクロメートルの幅Ｗ３を有する。Ｗ３は、好ましくは２マイクロメートル〜１０マイクロメートルであり、より好ましくは２マイクロメートル〜８マイクロメートルであり、更に好ましくは２マイクロメートル〜６マイクロメートルである。屈折率低下型環状部分４０は、例えば、３０〜４５マイクロメートル又は３５〜４５マイクロメートルなどの、２７〜４５マイクロメートル、より好ましくは２８〜３２マイクロメートルの範囲における外半径Ｒ３を有することができる。屈折率低下型環状部分４０は、約−０．２％未満の最小相対屈折率Δ３ＭＩＮを有し、より好ましくは、屈折率Δ３ＭＩＮは、−０．３％〜−０．７％の範囲であることができる。低屈折率リングは、Δ２以下、又、Δ１ＭＡＸ未満である最小相対屈折率Δ３ＭＩＮを有する。屈折率低下型環状部分は、プロファイル容積、Ｖ３を有し、
【0038】
【数3】
【0039】
として本明細書において定義され、式中、Ｒ２は、前述で定義された屈折率低下型環状部分の半径であり、且つ、Ｒ３は、前述で定義された屈折率低下型環状部分の外半径である。本明細書において開示されるファイバの場合、Ｖ３の絶対的な大きさは、好ましくは２０％−μｍ２を超え、いくつかの実施形態においては、４０％−μｍ２を超え、その他の実施形態においては、例えば、９０％−μｍ２を超える、９５％−μｍ２を超える、１００％−μｍ２を超える、又は１１０％−μｍ２を超えるなどの、６０％−μｍ２を超え、より好ましくは８０％−μｍ２を超える。いくつかの好ましい実施形態においては、Ｖ３の絶対的な大きさは、６０％−μｍ２を超えるとともに２００％−μｍ２を下回る。その他の好ましい実施形態においては、Ｖ３の絶対的な大きさは、８０％−μｍ２を超えるとともに１６０％−μｍ２を下回る。その他の好ましい実施形態においては、Ｖ３の絶対的な大きさは、８０％−μｍ２を超えるとともに１４０％−μｍ２を下回る。その他の好ましい実施形態においては、Ｖ３の絶対的な大きさは、６０％−μｍ２を超えるとともに１２０％−μｍ２を下回る。
【0040】
いくつかの実施形態においては、屈折率低下型環状部分４０は、フッ素及び／又はホウ素によってドープされたシリカを含む。いくつかのその他の実施形態においては、屈折率低下型環状部分４０は、非周期的に配置された、又は、周期的に配置された、又のその両方の空洞を含む。「非周期的に配置された」又は「非周期的な分布」とは、本発明者らは、光ファイバの断面（長手方向軸に対して垂直な断面など）を取得した際に、非周期的に配置された空洞がファイバの一部分に渡ってランダムに又は非周期的に分布していることを意味している。ファイバの長さに沿って異なる地点において取得された類似の断面は、異なる断面孔パターンを示すことになり、即ち、様々な断面は、異なる孔パターンを有することになり、この場合に、空洞の分布及び空洞のサイズは整合されていない。即ち、これらの空洞又は空洞は、非周期的であり、即ち、これらは、ファイバ構造内において周期的に配置されてはいない。これらの空洞は、光ファイバの長さに沿って（即ち、長手方向軸に対して平行に）延伸されるが（細長くなるが）、通常の長さの送信ファイバの場合には、ファイバ全体の全体長に渡って延在することはない。空洞は、アルゴン、窒素、クリプトン、ＣＯ２、ＳＯ２、又は酸素などの１つ以上のガスを含むことができる、又は、空洞は、実質的にガスを有さない真空を含むことができ、いかなるガスの有無に関係なく、環状部分５０における屈折率は、空洞の存在のため低下する。理論によって拘束されることを望むものではないが、これらの空洞は、数メートル未満、且つ、多くの場合に、ファイバの長さに沿って１メートル未満、延在するものと考えられる。本明細書において開示されている光ファイバ１００は、プレフォーム硬化条件を利用した方法によって製造することが可能であり、これらの方法は、硬化されるガラスブランク内に大量のガスがトラップされ、これにより、硬化されたガラス光ファイバプレフォーム内に空洞が形成されるという結果をもたらす効果を有する。これらの空洞を除去するための工程を採用する代わりに、結果的に得られるプレフォームを使用することにより、空洞を有する光ファイバを形成する、即ち、その内部に空洞を生成するのである。本明細書において使用される場合、孔の直径は、光ファイバの長手方向軸を横断する垂直断面において光ファイバを観察した際に、その終点が、孔を規定しているシリカ内部表面上に配置される最も長いラインセグメントである。
【0041】
いくつかの実施形態によれば、クラッド６０の外側環状部分５０は、外半径Ｒ４を有し、並びに、Δ２を超え、且つ、Δ３ＭＩＮを超え、且つ、Δ１ＭＡＸ未満である相対屈折率Δ４を有する。従って、この実施形態においては、Δ１ＭＡＸ＞Δ４＞Δ２＞Δ３ＭＩＮである。しかしながら、その他の実施形態が可能であることを理解すべきである。例えば、Δ４は、Δ２に等しくてもよい（例えば、表１を参照されたい）。或いは、Δ２は、Δ４より大きくてもよい。一実施形態によれば、外半径Ｒ４は、約６２．５マイクロメートルであり、これによって、約１２５マイクロメートルのファイバ外径がもたらされる。
【0042】
半径方向に対称をなす光ファイバの屈折率プロファイルは、半径座標ｒに依存し、且つ、方位座標φから独立している。下記に開示される実施例を含む、大部分の光ファイバにおいては、屈折率プロファイルは、小さい屈折率コントラストのみを表し、且つ、ファイバは、わずかに導波しているに過ぎないと考えられる。これらの条件がともに満たされる場合、マクスウェルの方程式は、スカラー波動方程式に約分することができ、その方程式の解は、直線偏光（ＬＰ）モードである。
【0043】
所定の波長の場合、所定の屈折率プロファイルのためのスカラー波動方程式の動径方程式は、伝播定数βの特定の離散値においてのみ、ｒを無限に近づけたときゼロに向かう解を有する。スカラー波動方程式のこれらの固有ベクトル（横電場）は、ファイバの導波モードであり、且つ、固有値は、伝播定数βｌｍであり、この場合に、ｌは方位インデックスであり、且つ、ｍは半径インデックスである。屈折率分布型ファイバにおいては、ＬＰモードは、主モード数、ｐ＝ｌ＋２ｍ−１の一般値によって示され、群に分けられることができる。これらの群におけるモードは、伝播定数及びカットオフ波長をほとんど縮退させ、且つ、同一群速度でファイバを通して伝播する傾向がある。
【0044】
開口数（ＮＡ）は、全反射によってファイバに完全に閉じ込められる入射光の最大角度（ファイバの軸に対して）のサインとして定義される。この条件によって、関係
【0045】
【数4】
【0046】
が得られることを示すことができ、式中、ｎ１は屈折率分布型コアの最大屈折率である。デルタ（Δ）の定義を使用して、この式は、以下の方程式
【0047】
【数5】
【0048】
に変換することができる。
【0049】
所定の波長におけるオーバーフィルド帯域幅は、オーバーフィルドローンチを使用する測定標準ＦＯＴＰ−２０４に従って測定される。Ｔ．Ａ．Ｌｅｎａｈａｎ，“Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｅｓ ｉｎ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ＥＩＳＰＡＣＫ，”Ｂｅｌｌ Ｓｙｓ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．，ｖｏｌ．６２，ｐｐ．２６６３−２６９５（１９８３）に概説された手順に従い、モデル化された帯域幅を算出することができ、本文献のすべての開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。この参照文献の方程式４７を使用して、モード遅延を算出する。しかしながら、用語ｄｋｃｌ／ｄω２は、ｄｋ２ｃｌ／ｄω２（式中、ｋｃｌ＝２π・ｎｃｌ／λ及びω＝２π／λ）と置き換えなければならないことに留意されたい。モード遅延は、通常、単位長さ当たりで正規化され、ｎｓ／ｋｍを単位として与えられる。又、算出した帯域幅は、屈折率プロファイルが、中心線ディップなどの摂動を有さず、理想的であることを仮定しており、結果として、所定の設計のための最大帯域幅を表す。
【0050】
マクロベンド性能は、１０ｍｍ、２０ｍｍ、又は３０ｍｍの直径のマンドレルの周りに２回巻回し（例えば、「２×１０ｍｍ直径マクロベンド損失」又は「２×２０ｍｍ直径マクロベンド損失」）、且つ、エンサークルドフラックス（ＥＦ）ローンチ条件を使用して曲がりに起因した減衰の増大を測定することによって、ＦＯＴＰ−６２（ＩＥＣ−６０７９３−１−４７）に従って求められた。エンサークルドフラックスは、中間点の近傍において１×２５ｍｍ直径のマンドレルとともに配備された２ｍの長さの従来の（即ち、曲がりの影響を受けにくくない）５０μｍマルチモード光ファイバの入力端部内にオーバーフィルドパルスを入射させることによって得られた。標準５０マイクロメートルマルチモードファイバは、約５０マイクロメートルのコアの直径、約０．２の開口数、及び屈折率分布型コアと均一クラッドを含む屈折率プロファイルを有する。標準５０μｍ光ファイバの出力端部は、試験対象のファイバに接合されており、且つ、測定されるベンド損失は、曲がりを伴わない減衰に対する規定の曲がり状態における減衰の比である。
【0051】
マルチモードファイバ１００は、１２９０ｎｍ〜１６１０ｎｍの少なくとも１つの波長において２５００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅と、０．２６未満、好ましくは０．１６〜０．２６、より好ましくは０．１７〜０．２１の開口数ＮＡを有する。好ましくは、オーバーフィルド帯域幅は、１３１０又は１５５０ｎｍのいずれかにおいて３７５０ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、いくつかの実施形態においては、１３１０ｎｍにおいて、１３１０又は１５５０ｎｍのいずれかにおいて５０００ＭＨｚ−ｋｍを超える。本明細書において開示されるいくつかのファイバの実施形態は、１３１０ｎｍにおいて６０００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有し、且つ、いくつかのファイバの実施形態においては、１３１０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１２９０〜１３３０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１２９０〜１３３０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０ＭＨｚ−ｋｍ、５０００ＭＨｚ−ｋｍ、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。その他の実施態様においては、オーバーフィルド帯域幅は、１２７０〜１３５０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１２７０〜１３５０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。
【0052】
本明細書において開示されるいくつかのファイバの実施形態は、１３５０ｎｍにおいて６０００ＭＨｚを超えるオーバーフィルド帯域幅を有し、且つ、いくつかのファイバの実施形態においては、１３５０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５３０〜１５７０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１５３０〜１５７０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０ＭＨｚ−ｋｍ、５０００ＭＨｚ−ｋｍ、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。その他の実施態様においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５１０〜１５９０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１５１０〜１５９０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。
【0053】
本明細書において開示されるいくつかのファイバの実施形態は、１３１０ｎｍにおいて２ｄＢ未満の２×１０ｍｍマクロベンド損失を有し、且つ、その他のファイバの実施形態は、１３１０ｎｍにおいて１．５ｄＢ未満の２×１０ｍｍマクロベンド損失を有する。いくつかの実施形態においては、２×１０ｍｍマクロベンド損失は、１．０ｄＢ未満であり、且つ、いくつかの例においては、１３１０ｎｍにおいて０．８ｄＢ未満でさえある。本明細書において開示されるいくつかのファイバの実施形態は、１３１０ｎｍにおいて０．７ｄＢ未満の２×１５ｍｍマクロベンド損失を有し、且つ、その他のファイバの実施形態は、１３１０ｎｍにおいて０．５ｄＢ未満の２×１５ｍｍマクロベンド損失を有する。いくつかの実施形態においては、２×１５ｍｍマクロベンド損失は、０．４ｄＢ未満であり、且つ、いくつかの例においては、１３１０ｎｍにおいて０．３ｄＢ未満でさえある。本明細書において開示されるいくつかのファイバの実施形態は、０．６ｄＢ未満の２×２０ｍｍマクロベンド損失を有し、且つ、その他のファイバの実施形態は、１３１０ｎｍにおいて０．４ｄＢ未満の２×２０ｍｍマクロベンド損失を有する。いくつかの実施形態においては、２×２０ｍｍマクロベンド損失は、０．３ｄＢ未満であり、且つ、いくつかの例においては、１３１０ｎｍにおいて０．２ｄＢ未満でさえある。
【0054】
本明細書において開示されるいくつかのファイバの実施形態は、１５５０ｎｍにおいて２ｄＢ未満の２×１０ｍｍマクロベンド損失を有し、且つ、その他のファイバの実施形態は、１５５０ｎｍにおいて１．５ｄＢ未満の２×１０ｍｍマクロベンド損失を有する。いくつかの実施形態においては、２×１０ｍｍマクロベンド損失は、１．０ｄＢ未満であり、且つ、いくつかの例においては、１５５０ｎｍにおいて０．８ｄＢ未満でさえある。本明細書において開示されるいくつかのファイバの実施形態は、１５５０ｎｍにおいて０．７ｄＢ未満の２×１５ｍｍマクロベンド損失を有し、且つ、その他のファイバの実施形態は、１５５０ｎｍにおいて０．５ｄＢ未満の２×１５ｍｍマクロベンド損失を有する。いくつかの実施形態においては、２×１５ｍｍマクロベンド損失は、０．４ｄＢ未満であり、且つ、いくつかの例においては、１５５０ｎｍにおいて０．３ｄＢ未満でさえある。本明細書において開示されるいくつかのファイバの実施形態は、０．６ｄＢ未満の２×２０ｍｍマクロベンド損失を有し、且つ、その他のファイバの実施形態は、１５５０ｎｍにおいて０．４ｄＢ未満の２×２０ｍｍマクロベンド損失を有する。いくつかの実施形態においては、２×２０ｍｍマクロベンド損失は、０．３ｄＢ未満であり、且つ、いくつかの例においては、１５５０ｎｍにおいて０．２ｄＢ未満でさえある。
【実施例】
【0055】
表１〜４に、本明細書において開示され、且つ、図１に示される本発明による、様々な特徴を有するモデル化されたマルチモードファイバの４つの組の実施形態において概して配列された様々な実施例を要約する。マルチモードファイバの様々な光学的特性を、屈折率プロファイルパラメータからモデル化した。これらのパラメータは、コアの相対屈折率Δ１ＭＡＸと、コアの外半径Ｒ１と、屈折率分布型アルファ（α）パラメータと、を含む。更に、パラメータは、内側環状部分４０の相対屈折率Δ２と、内側環状部分４０の半径Ｒ２と、内側環状部分４０の幅Ｗ２と、を含む。更に、パラメータは、屈折率低下型環状部分５０の最小相対屈折率Δ３ＭＩＮと、屈折率低下型環状部分５０の外半径Ｒ３と、を含む。更なる算出は、１２７０ｎｍ、１２８０ｎｍ、１２９０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１３３０ｎｍ、１３４０ｎｍ、及び１３５０ｎｍにおけるオーバーフィルド帯域幅と、１３１０ｎｍにおける伝播ＬＰモード数と、１３１０ｎｍにおける分散及び分散勾配と、１３１０ｎｍにおける減衰と、マイクロメートルでのコアの直径と、開口数と、を含む。表１〜４の実施例においては、ファイバは、（ａ）１．９５〜２．０４の（α）値を有するコア、及び、（ｂ）内側環状部分４０の最適化された幅Ｗ２に起因し、１３１０ｎｍのウィンドウにおける高いオーバーフィルド帯域幅（ＢＷ）を有する。実施形態それぞれにおける最適幅は、コア、内側環状部分、及び屈折率低下型環状部分の最大相対屈折率によって決定される。これらの屈折率プロファイルは、１３１０ｎｍにおいて２５００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を可能にし、且つ、いくつかの好ましい実施形態においては、１３１０ｎｍにおけるオーバーフィルド帯域幅は、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１２９０〜１３３０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１２９０〜１３３０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。その他の実施態様においては、オーバーフィルド帯域幅は、１２７０〜１３５０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１２７０〜１３５０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。
【0056】
表１に、マルチモードファイバ１００は４５〜５５マイクロメートルのコアの直径を示し、且つ、コアは０．９％〜１％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する８つのモデル化した実施形態を表す。これらの例示的なファイバの実施形態においては、１．９８≦α≦２．０４であり、且つ、好ましい実施形態においては、１．９９≦α≦２．０３の範囲である。オーバーフィルド帯域幅は、１３１０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍ（７．５ＧＨｚ−ｋｍ）を超え、且つ、いくつかの実施形態においては、１３１０ｎｍにおいて１０ＧＨｚ−ｋｍ又は１５ＧＨｚ−ｋｍさえを超える。これらの実施形態の開口数は、０．１８５〜０．２１５である。分散は、１３１０ｎｍにおいて５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であり、且つ、減衰は、１３１０ｎｍにおいて０．７ｄＢ／ｋｍ未満である。
【0057】
【表1】
【0058】
表２に、マルチモードファイバ１００は４１〜８０マイクロメートルのコアの直径を示し、且つ、コアは０．８％〜１．３％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する７つの実施形態を表す。これらの例示的なファイバの実施形態においては、１．９８≦α≦２．０４であり、且つ、好ましい実施形態においては、１．９９≦α≦２．０３の範囲である。オーバーフィルド帯域幅は、１３１０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍ（７．５ＧＨｚ−ｋｍ）を超え、且つ、いくつかの実施形態においては、１３１０ｎｍにおいて１０ＧＨｚ−ｋｍ又は１５ＧＨｚ−ｋｍさえを超える。これらの実施形態の開口数は、０．１８５〜０．２１５である。分散の大きさは、１３１０ｎｍにおいて５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であり、且つ、減衰は、１３１０ｎｍにおいて０．７ｄＢ／ｋｍ未満である。
【0059】
【表2】
【0060】
表３に、マルチモードファイバ１００は４１〜８０マイクロメートルのコアの直径を示し、且つ、コアは０．６％〜１．６％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する６つの実施形態を表す。これらの例示的なファイバの実施形態においては、１．９８≦α≦２．０４であり、且つ、好ましい実施形態においては、１．９９≦α≦２．０３の範囲である。オーバーフィルド帯域幅は、１３１０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍ（７．５ＧＨｚ−ｋｍ）を超え、且つ、いくつかの実施形態においては、１３１０ｎｍにおいて１０ＧＨｚ−ｋｍ又は１５ＧＨｚ−ｋｍさえを超える。分散の大きさは、１３１０ｎｍにおいて５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であり、且つ、減衰は、１３１０ｎｍにおいて０．７ｄＢ／ｋｍ未満である。これらの実施形態のサブセットにおいては、コアの直径は、５０〜８０マイクロメートルであり、且つ、コアは、１．３％〜１．６％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する。実施形態のこのサブセットの開口数は、０．２３〜０．２６である。これらの実施形態の別のサブセットにおいては、コアの直径は、４１〜５０マイクロメートルであり、且つ、コアは０．６％〜０．９％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する。実施形態のこのサブセットの開口数は、０．１６〜０．１９である。
【0061】
【表3】
【0062】
表４に、マルチモードファイバ１００は４１〜８０マイクロメートルのコアの直径を示し、且つ、コアは０．６％〜０．９％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する８つの実施形態を表す。これらの例示的なファイバの実施形態においては、１．９８≦α≦２．０４であり、且つ、好ましい実施形態においては、１．９９≦α≦２．０３の範囲である。オーバーフィルド帯域幅は、１３１０ｎｍにおいて７５００ＭＨｚ−ｋｍ（７．５ＧＨｚ−ｋｍ）を超え、且つ、いくつかの実施形態においては、１３１０ｎｍにおいて１０ＧＨｚ−ｋｍ又は１５ＧＨｚ−ｋｍさえを超える。分散の大きさは、１３１０ｎｍにおいて５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であり、且つ、減衰は、１３１０ｎｍにおいて０．７ｄＢ／ｋｍ未満である。これらの実施形態の開口数は、０．１６〜０．１９である。いくつかの実施形態においては、コアの直径は、４５〜５５マイクロメートルであり、その他の実施形態においては、コアの直径は、６０〜６５マイクロメートルであり、且つ、その他の実施形態においては、コアの直径は、４１〜５０マイクロメートルである。
【0063】
【表4】
【0064】
表１〜４から分かるように、ファイバの実施例１〜２８はそれぞれ、２５００ＭＨｚ−ｋｍを超える１３１０ｎｍにおけるオーバーフィルド帯域幅を有する。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバは、１３１０ｎｍにおいて５０００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバは、１３１０ｎｍにおいて７．５ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバは、１３１０ｎｍにおいて１０ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバは、１３１０ｎｍにおいて２０ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１２９０ｎｍ〜１３３０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１２９０ｎｍ〜１３３０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。その他の実施態様においては、オーバーフィルド帯域幅は、１２７０ｎｍ〜１３５０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１２７０ｎｍ〜１３５０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。
【0065】
表１のファイバの実施例では、４５マイクロメートル〜５５マイクロメートルの範囲における屈折率分布型コアの直径と、コアを取り囲むとともに屈折率低下型環状部分を含むクラッドを有するマルチモードファイバを示している。これらのファイバの実施例は、１３１０ｎｍにおいて２．５ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。より詳細には、表１のファイバは、１３１０ｎｍにおいて５ＧＨｚ−ｋｍを超える、更には１３１０ｎｍにおいて１０ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。同様に、表２では、１３１０ｎｍにおいて１１．５ＧＨｚ−ｋｍを超える、更には１３１０ｎｍにおいて１５ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有するファイバを示している。
【0066】
好ましくは、ファイバは、０．２１未満である開口数を有し、且つ、コアは、２．０２未満（好ましくは＜２．０１）のアルファ値を含む。これらのファイバの実施形態の少なくともいくつかは（例えば、例示的なファイバ８、及び１９〜２８を参照されたい）、例えば、１３１０ｎｍにおいて２０ＧＨｚ−ｋｍを超える非常に大きなオーバーフィルド帯域幅を有する。
【0067】
製造したファイバの実施例２９〜３２実施例２９
ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア（ほぼパラボラ形の形状を有する純シリカとの関係において約０．７５％の最大屈折率）を含む長さ１メートル×直径２６．１５ｍｍの固体ガラスケイン（ｃａｎｅ）を、旋盤に対して装着した。８５グラムのＳｉＯ２（０．３６ｇ／ｃｃ（０．３６ｇ／ｍｌ）密度）煤煙を、ケインに対して炎堆積させ、この組立品を、１０００℃でヘリウム及び３％の塩素からなる雰囲気にて２時間乾燥した。ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア及びシリカ第１クラッド層を含む光学プレフォームに対して煤煙を焼結するために、この工程の後、１００％のヘリウム雰囲気にて１５００℃に設定した熱ゾーンを通して６ｍｍ／分でダウン駆動した。次いで、プレフォームを旋盤に対して装着し、５４７グラムのＳｉＯ２（０．３６ｇ／ｃｃ（０．３６ｇ／ｍｌ）密度）煤煙を、以下の通り、炎堆積し焼結させた。この組立品を、初めに、１１２５℃でヘリウム及び３％の塩素からなる雰囲気にて１時間乾燥させ、その後、３０分間、１１２５℃で、ヘリウム環境において置換洗浄した。酸化ゲルマニウム−シリカ屈折率分布型コア、シリカの内側クラッド、及びフッ素をドープした第２クラッド層を含むオーバークラッドプレフォームに対して煤煙を焼結するために、次いで、この組立品を、ヘリウム及び７．４％のＳｉＦ４を含む雰囲気にて１４６０℃に設定した熱ゾーンを通して１４ｍｍ／分で、ダウン駆動した。プレフォームを延伸して１メートル×直径１８．７５ｍｍのケインを形成し、次いで、これを１８７９グラムのＳｉＯ２煤煙が炎堆積した旋盤上に置いた。次いで、この組立品を、初めに、１０００℃でヘリウム及び３％の塩素からなる雰囲気にて２時間乾燥させ、その後、１００％のヘリウム雰囲気にて１５００℃に設定した熱ゾーンを通して６ｍｍ／分でダウン駆動することによって焼結した。このプロセスによって、煤煙を焼結させて、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア、シリカ第１クラッド層、フッ素をドープした第２クラッド層、及びシリカの外側クラッドを含む光学プレフォームを形成した。次いで、プレフォームを、１０００℃に設定したアルゴンで置換洗浄した保持オーブンに、２４時間置いた。プレフォームを、約２０００℃に設定した約８ｃｍの長さの熱ゾーンを有する延伸炉を使用して、１０ｍ／ｓで長さ１０ｋｍの直径１２５マイクロメートルのファイバに延伸した。測定したファイバの特徴を、表５に記載する。
【0068】
実施例３０ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア（ほぼパラボラ形の形状を有する純シリカとの関係において約０．９１％の最大屈折率）とシリカ第１クラッドを含む長さ１メートル×直径２６．０４ｍｍのプレフォームを旋盤に対して装着した。屈折率分布型コアの直径の、ガラスプレフォームの直径に対する比は、約０．９４であった。５９６グラムのＳｉＯ２（０．３６ｇ／ｃｃ（０．３６ｇ／ｍｌ）密度）煤煙を、以下の通り、炎堆積し焼結させた。この組立品を、初めに、１１２５℃でヘリウム及び３％の塩素を含む雰囲気にて１時間乾燥し、その後、３０分間、１１２５℃で、ヘリウム環境において置換洗浄した。酸化ゲルマニウム−シリカ屈折率分布型コア、シリカの内側クラッド、及びフッ素をドープした第２クラッド層を含むオーバークラッドプレフォームに対して煤煙を焼結するために、次いで、この組立品を、ヘリウム及び４．７６％のＳｉＦ４からなる雰囲気にて１４６０℃に設定した熱ゾーンを通して１４ｍｍ／分でダウン駆動した。次いで、プレフォームを、３５７５グラムのＳｉＯ２煤煙が炎堆積した旋盤上に置いた。次いで、この組立品を、初めに、１０００℃でヘリウム及び３％の塩素からなる雰囲気にて２時間乾燥させ、その後、１００％のヘリウム雰囲気にて１５００℃に設定した熱ゾーンを通して６ｍｍ／分でダウン駆動することによって焼結した。このプロセスによって、煤煙を焼結させて、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア、シリカ第１クラッド層、フッ素をドープした第２クラッド層、及びシリカの外側クラッドを含む光学プレフォームを形成した。次いで、プレフォームを、１０００℃に設定したアルゴンで置換洗浄した保持オーブンに、２４時間置いた。プレフォームを、約２０００℃に設定した約８ｃｍの長さの熱ゾーンを有する延伸炉を使用して、１０ｍ／ｓで長さ１０ｋｍの直径１２５マイクロメートルのファイバに延伸した。測定したファイバの特徴を、表５に記載する。
【0069】
実施例３１ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア（ほぼパラボラ形の形状を有する純シリカとの関係において約０．９１％の最大屈折率）とシリカ第１クラッドを含む長さ１メートル×直径１７．９３ｍｍのプレフォームを、外側蒸着のために設計された旋盤に対して装着した。屈折率分布型コアの直径の、ガラスプレフォームの直径に対する比は、約０．９４であった。１７２グラムのＳｉＯ２（０．３６ｇ／ｃｃ（０．３６ｇ／ｍｌ）密度）煤煙を、以下の通り、炎堆積し焼結させた。この組立品を、初めに、１１２５℃でヘリウム及び３％の塩素からなる雰囲気にて１時間乾燥し、その後、３０分間、１１２５℃で、ヘリウム環境において置換洗浄した。酸化ゲルマニウム−シリカ屈折率分布型コア、シリカの内側クラッド、及びフッ素をドープした第２クラッド層を含むオーバークラッドプレフォームに対して煤煙を焼結するために、次いで、この組立品を、ヘリウム及び７．４％のＳｉＦ４からなる雰囲気にて１４６０℃に設定した熱ゾーンを通して１４ｍｍ／分で、ダウン駆動した。次いで、プレフォームを、１２５５グラムのＳｉＯ２煤煙が炎堆積した旋盤上に置いた。次いで、この組立品を、初めに、１０００℃でヘリウム及び３％の塩素からなる雰囲気にて２時間乾燥させ、その後、１００％のヘリウム雰囲気にて１５００℃に設定した熱ゾーンを通して６ｍｍ／分でダウン駆動することによって焼結した。このプロセスによって、煤煙を焼結させて、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア、シリカ第１クラッド層、フッ素をドープした第２クラッド層、及びシリカの外側クラッドを含む光学プレフォームを形成した。次いで、プレフォームを、１０００℃に設定したアルゴンで置換洗浄した保持オーブンに、２４時間置いた。プレフォームを、約２０００℃に設定した約８ｃｍの長さの熱ゾーンを有する延伸炉を使用して、１０ｍ／ｓで長さ１０ｋｍの直径１２５マイクロメートルのファイバに延伸した。測定したファイバの特徴を、表５に記載する。
【0070】
実施例３２ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア（ほぼパラボラ形の形状を有する純シリカとの関係において約０．９３％の最大屈折率）を含む長さ１メートル×直径１８．０８ｍｍのプレフォームを、外側蒸着のために設計された旋盤に対して装着した。１２５５グラムのＳｉＯ２煤煙を、以下の通り、炎堆積し焼結させた。この組立品を、初めに、１０００℃でヘリウム及び３％の塩素からなる雰囲気にて２時間乾燥させ、その後、１００％のヘリウム雰囲気にて１５００℃に設定した熱ゾーンを通して６ｍｍ／分でダウン駆動した。このプロセスによって、煤煙を焼結させて、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２屈折率分布型コア、及びシリカの外側クラッドを含む光学プレフォームを形成した。次いで、プレフォームを、１０００℃に設定したアルゴンで置換洗浄した保持オーブンに、２４時間置いた。プレフォームを、約２０００℃に設定した約８ｃｍの長さの熱ゾーンを有する延伸炉を使用して、１０ｍ／ｓで長さ１０ｋｍの直径１２５マイクロメートルのファイバに延伸した。測定したファイバの特徴を、表５に記載する。
【0071】
表５に、マルチモードファイバ１００は４５〜６５マイクロメートルのコアの直径を示し、且つ、コアは０．７％〜１．２％の最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを有する実施例２９〜３２を表す。実施例２９〜３１においては、内側環状部分３０は、約０．５マイクロメートルを超えるとともに約４マイクロメートルを下回る幅Ｗ２を含む。例示的なファイバの実施形態２９、３０、及び３１においては、１．９８≦α≦２．０４である。実施形態３２は、２．０６を超えるアルファ値を有し、且つ、低下型屈折率を有する内側環状部分を含まず、その結果、オーバーフィルド帯域幅は、１３００ｎｍにおいて２５００ＭＨｚ−ｋｍ未満である。実施例２９〜３１のオーバーフィルド帯域幅は、１３００ｎｍにおいて３７５０ＭＨｚ−ｋｍ（３．７５ＧＨｚ−ｋｍ）を超え、且つ、実施例３０及び３１においては、１３００ｎｍにおいて７．５ＧＨｚ−ｋｍを超える。又、実施例３１のオーバーフィルド帯域幅は、１３００ｎｍにおいて１０ＧＨｚ−ｋｍを超える。これらの実施形態の開口数は、０．１６〜０．２４であり、且つ、実施例３０及び３１においては、０．１８５〜０．２１５である。１３１０ｎｍにおける減衰は、実施例２９〜３１においては０．７ｄＢ／ｋｍ未満であり、且つ、実施例３０及び３１においては０．５ｄＢ／ｋｍ未満である。
【0072】
【表5】
【0073】
表６〜９に、本明細書において開示され、且つ、図１に示される発明に概してよる、マルチモードファイバの実施例３３〜５３におけるファイバ１００の実施形態の様々なモデル化した特徴を要約する。マルチモードファイバの様々な光学的特性は、屈折率プロファイルパラメータからモデル化した。これらのパラメータは、コアの相対屈折率Δ１ＭＡＸと、コアの外半径Ｒ１と、屈折率分布型アルファ（α）パラメータと、を含む。更に、パラメータは、内側環状部分４０の相対屈折率Δ２と、内側環状部分４０の半径Ｒ２と、内側環状部分４０の幅Ｗ２と、を含む。更に、パラメータは、屈折率低下型環状部分５０の最小相対屈折率Δ３ＭＩＮと、屈折率低下型環状部分５０の外半径Ｒ３と、を含む。更なる算出は、１５１０ｎｍ、１５２０ｎｍ、１５３０ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５６０ｎｍ、１５７０ｎｍ、１５８０ｎｍ、及び１５９０ｎｍにおけるオーバーフィルド帯域幅と、１５５０ｎｍにおける分散及び分散勾配と、１５５０ｎｍにおける減衰と、マイクロメートルでのコアの直径と、開口数と、を含む。表６〜９の実施例においては、ファイバは、（ａ）１．９５〜２．０４の（α）値を有するコア、及び、（ｂ）内側環状部分４０の最適化された幅Ｗ２に起因し、１５５０ｎｍのウィンドウにおいて高いオーバーフィルド帯域幅（ＢＷ）を有する。実施形態それぞれにおける最適幅は、コア、内側環状部分、及び屈折率低下型環状部分の最大相対屈折率によって決定される。これらの屈折率プロファイルは、１５５０ｎｍにおいて２５００ＭＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を可能にし、且つ、いくつかの好ましい実施形態においては、１３１０ｎｍにおけるオーバーフィルド帯域幅は、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５３０〜１５８０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１５３０〜１５８０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。その他の実施態様においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５２０〜１５９０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１５２０〜１５９０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。その他の実施態様においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５１０〜１５９０ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１５１０〜１５９０ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。いくつかの実施形態においては、オーバーフィルド帯域幅は、１５００〜１６００ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超え、且つ、好ましい実施形態においては、１５００〜１６００ｎｍの範囲におけるすべての波長で、３７５０、５０００、又は７５００ＭＨｚ−ｋｍさえを超える。好ましくは、オーバーフィルド帯域幅は、１５００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲におけるすべての波長で２５００ＭＨｚ−ｋｍを超える。
【0074】
【表6】
【0075】
【表7】
【0076】
【表8】
【0077】
【表9】
【0078】
図３は、図１に関して前述したように屈折率プロファイルを有するファイバの内側環状部分３０についての屈折率プロファイル（暗い／厚い曲線）を示す。図３に示される実施例は、表１で提供された実施例１に従い構成されたマルチモードファイバであり、且つ、屈折率分布型コアと、コアを取り囲むクラッドと、を含み、この場合に、クラッドは、内側環状部分と、内側環状部分を取り囲む低下型環状部分と、低下型環状部分を取り囲む外側環状部分と、を含む。コアは、２４．８マイクロメートルの外半径Ｒ１を有し、且つ、内側環状部分は、０．８６マイクロメートルの幅を含む。ガラスコア及び内側クラッドは、異なるアルファ値を有する。図３Ａは、屈折率プロファイル（暗い曲線）及び正規化された（より明るい／より薄い曲線）屈折率プロファイルの導関数を示す。
【0079】
図４は、１５ｍｍの直径を有するマンドレルの周りに２回巻回すことにおける実施例３０〜３２についての測定したベンド損失を示す。実施例３０（正方形）及び３１（三角形）は、低下型屈折率を有する内側環状セグメントを含み、且つ、１３１０ｎｍにおいて０．５ｄＢ未満の２×１５ｍｍベンド損失を有する。又、２×１５ｍｍベンド損失は、１２６０〜１４００ｎｍのすべての波長で０．５ｄＢ未満である。実施例３２（実線）は、低下型屈折率を有する内側環状セグメントを含まず、１３１０ｎｍ及び１２６０〜１４００ｎｍのすべての波長において、約０．７ｄＢを超える２×１５ｍｍベンド損失を有する。
【0080】
図５は、マルチモードファイバ１００を利用する光学送信システムの一実施形態を示す。いくつかの実施形態によれば、マルチモード光学ファイバ１００は、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ（例えば、１２６０ｎｍ〜１４００ｎｍ又は１４９０〜１６１０ｎｍ）で作動する少なくとも１つの光源２０４に結合され、且つ、２０ＧＨｚ（例えば、２５ＧＨｚ）を超えるビットレートで変調される。ファイバ１００は、光学的にマルチモード光ファイバであり、且つ、直径４１〜８０μｍの屈折率分布型ガラスコアと、外側クラッド部分を含むクラッドと、を含み、この場合に、ファイバは、１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍの波長において２．５ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅と、約２．０４（好ましくは２．０３未満）未満のアルファと、５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の分散の大きさと、作動波長（例えば、１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍ）における０．７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰と、を有する。受信機又は光検出器２１０は、光学的にマルチモード光ファイバ１００に結合され、且つ、例えば、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ（例えば、１２６０ｎｍ〜１４００ｎｍ又は１４９０〜１６１０ｎｍ）などの、１２００ｎｍを超える波長における波長を検出することができるように構成される。
【0081】
いくつかの実施形態によれば、光ファイバ１００は、ＶＣＳＥＬに結合され、且つ、ＶＣＳＥＬは、２０ＧＨｚを超える速度で変調される。いくつかの実施形態によれば、光ファイバ１００は、１２００ｎｍ〜１４００ｎｍの範囲において、又は、１２６０〜１４００ｎｍの範囲（例えば、１２６０〜１３６０ｎｍ、１２６０ｎｍ、１２９０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１３３０ｎｍ、１３５０ｎｍ、１３７０ｎｍ、又は１４００ｎｍ）において作動するシリコン−フォトニック光源に結合される。従って、表１〜９の例示的なファイバ１〜２８は、光学送信システムにおける使用に適する。一実施形態によれば、システム２００は、（ｉ）少なくとも１つの光源２０６（例えば、ＶＣＳＥＬ又はシリコン−フォトニックレーザ）を含む送受信機であって、光源は、１２００〜１４００ｎｍ（例えば、１２６０〜１４００ｎｍ、又は１２６０〜１３６０ｎｍ、又は１２７０〜１３５０ｎｍ、又は１２８０〜１３４０ｎｍ）の１つ以上の波長において、２５ＧＨｚ以上のビットレートで（好ましくは、いくつかの実施形態によれば、４０ＧＨｚ以上で）変調される送受信機と、（ｉｉ）少なくとも１つのマルチモード光ファイバ１００と、（ｉｉｉ）少なくとも１つの光検出器２１０を含む受信機と、を含む。一実施形態によれば、送受信機は、図５に示すように、２５ＧＨｚ以上のビットレートで変調されるＮ個の光源を含む。又、送受信機は、２５ＧＨｚ以上のビットレートで少なくとも１つの光源を変調する少なくとも１つの外部変調器２０８を含むことができる。送受信機は、Ｎ個の光源からのＮ個の波長を単一の導波路に多重化するマルチプレクサ（Ｍｕｘ）２１２を更に含むことができる。受信機は、光信号をＮ個の波長に非多重化して、光学的にそれらをＮ個の光検出器２１０に結合させるデマルチプレクサ（Ｄｅｍｕｘ）２１２を更に含むことができる。光検出器２１０は、光学的にマルチモード光ファイバ１００に結合され、１２００〜１７００ｎｍの波長範囲において波長を検出することができる。
【0082】
いくつかの実施形態によれば、光ファイバ１００は、屈折率分布型ガラスコアと、コアと外側クラッドを取り囲む内側クラッド領域と、を含み、且つ、５ＧＨｚ−ｋｍを超える１２６０〜１４００ｎｍの波長範囲に位置する作動波長におけるオーバーフィルド帯域幅と、約２．０４未満、好ましくは２．０２未満のアルファと、作動波長における１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の分散の大きさ及び０．７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰と、を有する。その他の実施形態によれば、光ファイバ１００は、屈折率分布型ガラスコアと、コアと外側クラッドを取り囲む内側クラッド領域と、を含み、且つ、５ＧＨｚ−ｋｍを超える１４９０〜１６１０ｎｍの波長範囲に位置する作動波長におけるオーバーフィルド帯域幅と、約２．０４未満、好ましくは２．０２未満のアルファと、作動波長における１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の分散の大きさ及び０．７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰と、を有する。いくつかの実施形態においては、例えば、光源２０６（例えば、ＶＣＳＥＬ又はシリコン−フォトニックレーザ）は、少なくとも３０ＧＨｚのビットレートで、いくつかの実施形態においては、少なくとも３５ＧＨｚ又は３７ＧＨｚで、いくつかの実施形態においては、少なくとも４０ＧＨｚで、いくつかの実施形態においては、少なくとも４５ＧＨｚで、変調される。ファイバのいくつかの実施形態は、１２６０〜１３６０ｎｍの１つ以上の波長で４．７ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有し、且つ、ファイバのいくつかの実施形態は、１２９０〜１３３０ｎｍのすべての波長で４．７ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有し、且つ、ファイバのいくつかの実施形態は、１２７０〜１３５０ｎｍのすべての波長で４．７ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅を有する。
【0083】
又、例えば、１２００ｎｍ〜１４００ｎｍ、又は１２６０ｎｍ〜１４００ｎｍ（例えば、１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍ）、或いは、例えば１４９０〜１６１０ｎｍなどの１４９０〜１７００ｎｍなどの、１２００〜１７００の波長で作動する、例えば、ハイブリッド型シリコンレーザ（例えばシリコン−フォトニックレーザ）などの、ＶＣＳＥＬＳ以外の光源を利用できることに留意されたい。例えば、予めパターン化されたシリコンフォトニックチップに、リン化インジウム系ウェハーを直接結合することによって、ハイブリッド型シリコンレーザが作製される。この技術は、例えば、Ａ．Ｗ．Ｆａｎｇ ｅｔ ａｌ．，“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｐｕｍｐｅｄ ｈｙｂｒｉｄ ＡｌＧａＩｎＡｓ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｌａｓｅｒ，”Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１４，ｐｐ．９２０３−９２１０（Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００６）による刊行物において記載されている。電圧が結合したチップに印加される場合、リン化インジウム系材料から生成した光は、結合し直接シリコン導波路を形成し、ハイブリッド型シリコンレーザ２０６を生じる。この技術の主要な利点の１つは、単一のチップに対して多くのレーザを組み込む能力であり、且つ、これらのレーザからの出力は、多重化されて、マルチモードファイバ１００に次いで結合される単一出力になることができる。例えば、１２５０〜１３７０ｎｍの範囲における２、４、８、又は１６の波長は、２５ＧＨｚ以上のビットレートで変調され、多重化されて単一出力チャンネルになり、次いでマルチモードファイバ１００の入力端部に光学的に結合されることができる。マルチモードファイバ１００の出力端部は、１２００〜１７００ｎｍの範囲（例えば、１２５０〜１３７０ｎｍの範囲、又は１４９０〜１６１０ｎｍ）における２、４、８、又は１６の波長を非多重化し、且つ、光信号を検出することができる光検出器にそれらを光学的に結合させる受信機に、光学的に結合される。
【0084】
このシステムの一実施形態は、例えば、（ｉ）１２６０〜１３６０ｎｍの１つ以上の波長で、２５ＧＨｚ以上のビットレートで（好ましくはいくつかの実施形態による）４０ＧＨｚ以上で送信する、少なくとも１つのＶＣＳＥＬ２０６と、（ｉｉ）マルチモード光ファイバ１００と、（ｉｉｉ）少なくとも１つの光検出器２１０と、を含む。例えば、マルチモードファイバ１００は、屈折率分布型ガラスコア２０と、コアを取り囲むとともにコアとの接触状態にある内側クラッド部分３０と、内側クラッド部分３０を取り囲む屈折率低下型環状クラッド部分４０と、を含み、この屈折率低下型環状部分４０は、約−０．２％未満の相対屈折率デルタ及び少なくとも１マイクロメートルの幅を有し、この場合に、コア２０は、２０．５マイクロメートルを超えるとともに４０マイクロメートルを下回る半径と、０．６％〜１．６％（好ましくは０．８％〜１．３％）の最大相対屈折率と、約２．０４（好ましくは２．０３未満）未満のアルファと、を有する。マルチモードファイバ１００は、１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの、又は１５００〜１６００ｎｍの１つ以上の波長と、４．７ＧＨｚ−ｋｍを超えるオーバーフィルド帯域幅と、１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の分散の大きさ及び０．７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰と、を有する。
【0085】
前述のシステムの実施形態は、以下の利点、エネルギー効率及びビットレートの１つ以上を有する。電力消費量は、現代のデータセンタにおける深刻な問題であり、且つ、マルチモード光ファイバ１００との関連においてＶＣＳＥＬ（≧１２００ｎｍ、又は≧１２６０ｎｍ、又はその他の源）などの相対的に長い波長（≧１２００ｎｍ）の光源を利用する相対的に長いシステムは、８５０ｎｍにおいて作動する送信システムが遭遇するエネルギー消費問題のいくつかを軽減することになる。更に、送信システムの作動波長が約８５０ｎｍである場合に、システムの速度を３５ＧＨｚ−ｋｍ超に増大させるには、大きなハードルが存在すると思われる。マルチモード光ファイバ１００との関連において、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｓ半導体系ＶＣＳＥＬなどの相対的に長い波長（例えば、≧１３００ｎｍ）の光源を利用することにより、現在利用可能であるものを格段に上回る送信速度（例えば、≧２０ＧＨｚ−ｋｍ、又は≧２５ＧＨｚ−ｋｍ、又は≧３５ＧＨｚ−ｋｍ、又は更に≧４０ＧＨｚ−ｋｍ）を有する送信システムが可能となる。特許請求の範囲の精神又は範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。