特許 7097326 光ファイバ

(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】

(24)【登録日】2022-06-29

(45)【発行日】2022-07-07

(54)【発明の名称】光ファイバ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/036 20060101AFI20220630BHJP

【ＦＩ】

G02B6/036

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019074709

(22)【出願日】2019-04-10

(65)【公開番号】P2020173330

(43)【公開日】2020-10-22

【審査請求日】2020-11-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100114915

【弁理士】

【氏名又は名称】三村 治彦

(74)【代理人】

【識別番号】100125139

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 洋

(72)【発明者】

【氏名】武笠 和則

(72)【発明者】

【氏名】ヴァーラヤイ ゾルダーン

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャルフィ タマーシュ

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルガ ガーボル

【審査官】坂上 大貴

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１３６４０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５０４７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１７９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１６２８９７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／１０

６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の屈折率を有するコア部と、
前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有し、
前記クラッド部は、
前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するベース層と、
前記第２の屈折率よりも低い第３の屈折率を有するトレンチ層と、
前記クラッド部の外周縁部の内側において前記トレンチ層の外側に形成され、前記第
１の屈折率よりも低く、前記第２の屈折率よりも高い第４の屈折率を有するセグメント層
と
を有し、
前記ベース層は、
第１のベース層と、
第２のベース層と、
第３のベース層と
を含み、
前記第１のベース層は、前記コア部の外周に形成され、
前記トレンチ層は、前記第１のベース層の外周に形成され、
前記第２のベース層は、前記トレンチ層の外周に形成され、
前記セグメント層は、前記第２のベース層に形成され、
前記第３のベース層は、前記セグメント層の外周に形成され、
前記第４の屈折率の前記第２の屈折率からの比屈折率差は、０．００５％以上０．２％以下であり、
前記第３の屈折率の前記第２の屈折率からの比屈折率差は、－０．４％以上－０．１％以下である
ことを特徴とする光ファイバ。

【請求項2】

前記第３の屈折率の前記第２の屈折率からの比屈折率差は、－０．２５％以上－０．１％以下である
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。

【請求項3】

前記セグメント層が形成されていない場合と比較してマイクロベンド損失が小さい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。

【請求項4】

前記セグメント層が形成されていない場合と比較してマイクロベンド損失［ｄＢ／ｋｍ］が少なくとも１／１０以下である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ファイバ。

【請求項5】

シングルモード光ファイバである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ファイバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバに関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバにおける伝送損失のひとつとして、マイクロベンド損失が知られている。マイクロベンド損失は、光ファイバの導波路における微細な変形や曲げにより生じる損失である。マイクロベンド損失は、密集したファイバが互いに押し合って変形する高密度光ファイバケーブルの場合に、主にファイバ特性に影響を与える（特許文献１）。この種の微小変形は、光ファイバケーブル内の個々のファイバの損失を増大させる。このような損失は、ケーブル損失と呼ばれることがある（非特許文献１）。

【0003】

伝送容量の拡大が指数関数的に増加している中で、ケーブルあたりの伝送容量を増加させることが求められている。このための一つの解決策は、光ファイバのサイズを小さくして同じケーブルサイズで光ファイバの数を増やすことである（特許文献２）。

【0004】

しかしながら、光ファイバの直径が小さいほど、コアモードとクラッドモードとの間のさらに大きな量の結合が引き起こされる。この影響を低減するため、コアの周りにクラッドよりも低い屈折率の層であるトレンチ層を導入した光ファイバの検討が行われている（非特許文献２、非特許文献３及び非特許文献４）。トレンチファイバは、漏れモードをトレンチ内部に閉じ込めると同時に、コアモードとクラッドモードとの間の実効屈折率差を増大させることができる。したがって、基本モードが効果的に結合できるモードを、トレンチのＬＰ１１モードに限定することが可能となる。この場合、ＬＰ１１トレンチモードの損失が小さく、そのクラッドモードとの結合がごくわずかである場合は、結果としてコアモードの損失も抑制される（非特許文献５）。したがって、トレンチモードとクラッドモードとを大きく分離すべくトレンチ層を大きくすると、トレンチモードの損失が小さくなり、コアモードの損失も小さくなる（非特許文献６）。それでも、コアモードとクラッドモードとの結合は０ではないので、光ファイバを細径化したり、光ファイバの実効コア断面積を大きくしたりした場合には、マイクロベンド損失が大きくなっていた。

【0005】

一方、マイクロベンド損失を低減する構造としても、クラッドがトレンチ型のプロファイルを有する光ファイバが盛んに検討されている。特許文献３では、第１の減衰クラッドと第２の減衰クラッドとを含むダブルトレンチ構造が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】米国特許第６９０１１９１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１１９２０２号明細書

【文献】特許第５６０４０２８号公報

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２９０７８１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１８８８２２号明細書

【非特許文献】

【0007】

【文献】Nobuya Kojima, Yoshiaki Miyajima, Yasuji Murakami, Tetsuro Yabuta, Osamu Kawata, Katsuya Yamashita, and Nobuyuki Yoshizawa, “Studies on Designing of Submarine Optical Fiber Cable”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, mtt-30, 579 (1982).

【文献】S. Matsuo, M. Ikeda, and K. Himeno, “Bend-insensitive and low-splice-loss optical fiber for indoor wiring in FTTH,” OFC 2004, paper ThI3.

【文献】S. Matsuo, T. Nunome, T. Yoshita, T. Hamada, and K. Himeno, “Design optimization of trench index profile for the same dispersion characteristics with SMF,” OFC/NFOEC 2007, paper JWA2.

【文献】L.-A. de Montmorillon, P. Matthijsse, F. Gooijer, F. Achten, D. Molin, N. Montaigne, and J. Maury, “Bend-optimized G.652D compatible trench-assisted single-mode fibers,” in Proc. 55th IWCS/Focus, 342-347 (2006).

【文献】P. Sillard, S. Richard, L. de Montmorillon and M. Bigot-Astruc, “Micro-bend losses of trench-assisted single-mode fibers,” 36th European Conference and Exhibition on Optical Communication, Torino, 2010, pp. 1-3.

【文献】Pierre Sillard, “New fibers for ultra-high capacity transport,” Optical Fiber Technology, 17, 495-502 (2011).

【文献】X. Jin and F. P. Payne, “Numerical investigation of microbending loss in optical fiber,” J. Lightwave Technology 34, 1247 (2016).

【文献】G. R. Hadley, “Transparent Boundary Condition for the Beam Propagation Method,” IEEE J. Quantum Electronics, 28, 363 (1992).

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、従来の光ファイバでは、マイクロベンド損失を十分に低減することが困難であった。

【0009】

本発明の目的は、上述した課題を鑑み、マイクロベンド損失を十分に低減することができる光ファイバを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一観点によれば、第１の屈折率を有するコア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有し、前記クラッド部は、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するベース層と、前記第２の屈折率よりも低い第３の屈折率を有するトレンチ層と、前記クラッド部の外周縁部の内側において前記トレンチ層の外側に形成され、前記第１の屈折率よりも低く、前記第２の屈折率よりも高い第４の屈折率を有するセグメント層とを有し、前記ベース層は、第１のベース層と、第２のベース層と、第３のベース層とを含み、前記第１のベース層は、前記コア部の外周に形成され、前記トレンチ層は、前記第１のベース層の外周に形成され、前記第２のベース層は、前記トレンチ層の外周に形成され、前記セグメント層は、前記第２のベース層に形成され、前記第３のベース層は、前記セグメント層の外周に形成され、前記第４の屈折率の前記第２の屈折率からの比屈折率差は、０．００５％以上０．２％以下であり、前記第３の屈折率の前記第２の屈折率からの比屈折率差は、－０．４％以上－０．１％以下であることを特徴とする光ファイバが提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、マイクロベンド損失を十分に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による光ファイバ及びその屈折率プロファイルを示す概略図である。

【図2】図２は、標準的なランダムコア変位関数の例を示すグラフである。

【図3】図３は、トレンチ光ファイバのシミュレーションによる屈折率プロファイルを示すグラフである。

【図4】図４は、図３に示すトレンチ光ファイバについてマイクロベンド損失を計算した結果を示すグラフである。

【図5】図５は、セグメント層を導入した場合及びダブルトレンチ構造の場合の光ファイバのシミュレーションによる屈折率プロファイルを示すグラフである。

【図6】図６は、図５に示すセグメント層を導入した場合及びダブルトレンチ構造の場合の光ファイバについてマイクロベンド損失を計算した結果を示すグラフである。

【図7】図７は、トレンチ層のΔｎ_１と規格化マイクロベンド損失との関係を示すグラフである。

【図8】図８は、コア部のΔｎ_ｃと規格化マイクロベンド損失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】

［一実施形態］
本発明の一実施形態による光ファイバについて図１乃至図８を用いて説明する。

【0014】

まず、本実施形態による光ファイバの構成について図１を用いて説明する。図１の上段は、本実施形態による光ファイバを示す断面図であり、光ファイバの中心軸に直交する面に沿った断面を示している。図１の下段は、本実施形態による光ファイバの屈折率プロファイルを示すグラフである。図１の下段に示すグラフにおいて、横軸は光ファイバの中心軸を基準として径方向における位置ｒを示し、縦軸は屈折率ｎを示している。

【0015】

図１に示すように、本実施形態による光ファイバ１は、コア部１０と、コア部１０の外周に形成されたクラッド部２０と、クラッド部２０の外周に形成された被覆部３０とを有している。本実施形態による光ファイバ１は、シングルモード光ファイバである。なお、光ファイバ１は、シングルモード光ファイバに限定されるものではなく、マルチモード光ファイバであってもよい。

【0016】

光ファイバ１の中心軸に直交する面に沿ったコア部１０、クラッド部２０及び被覆部３０の各断面は、次のとおりである。すなわち、コア部１０は、光ファイバ１の中心軸を中心とする円形状の断面を有している。クラッド部２０は、コア部１０を囲む円環状の断面であって、コア部１０の断面と同心の断面を有している。被覆部３０は、クラッド部２０を囲む円環状の断面であって、コア部１０の断面と同心の断面を有している。なお、コア部１０、クラッド部２０及び被覆部３０の断面は、必ずしも互いに同心である必要はなく、互いに中心が異なっていてもよい。

【0017】

本実施形態による光ファイバ１は、例えば、コア部１０及びクラッド部２０が石英ガラスにより構成された石英ガラス光ファイバである。なお、光ファイバ１の材質は、特に限定されるものではない。光ファイバ１は、このほか、例えば、コア部１０及びクラッド部２０が多成分ガラスにより構成された多成分ガラス光ファイバ、コア部１０及びクラッド部２０がプラスチックにより構成されたプラスチック光ファイバであってもよい。光ファイバ１におけるコア部１０及びクラッド部２０は、光導波路を構成し、コア部１０に光を伝搬させるため、互いに屈折率差が設けられている。

【0018】

コア部１０は、クラッド部２０の屈折率よりも高い屈折率ｎ_１を有している。すなわち、コア部１０の屈折率ｎ_１は、後述するクラッド部２０におけるベース層２０２の屈折率ｎ_２、トレンチ層２０４の屈折率ｎ_３及びセグメント層２０６の屈折率ｎ_４のいずれよりも高くなっている。光ファイバ１の径方向におけるコア部１０の屈折率分布は、例えば、屈折率ｎ_１で一定のステップ状になっている。コア部１０は、このような屈折率ｎ_１を有するように例えば、ゲルマニウム、リン等の屈折率を上げるドーパントが所定の濃度で添加されている。なお、径方向におけるコア部１０の屈折率分布は、必ずしもステップ状である必要はない。径方向におけるコア部１０の屈折率分布は、例えば、外周側の端部において、ベース層２０２の屈折率ｎ_２からコア部１０の中心に向かって最大値の屈折率ｎ_１になるように徐々に増加するものであってもよい。この場合、コア部１０が有する屈折率としては、コア部１０の屈折率分布における屈折率の最大値、平均値等の代表値を用いることができる。

【0019】

また、コア部１０は、例えば２μｍ以上１０μｍ以下の半径ｒ_１を有している。

【0020】

クラッド部２０は、互いに屈折率が異なる層として、ベース層２０２と、トレンチ層２０４と、セグメント層２０６とを有している。ベース層２０２は、互いに屈折率が等しい層として、第１のベース層２０２ａと、第２のベース層２０２ｂと、第３のベース層２０２ｃとを含んでいる。

【0021】

第１のベース層２０２ａは、コア部１０の外周に形成されている。第１のベース層２０２ａの外周には、トレンチ層２０４が形成されている。トレンチ層２０４の外周には、第２のベース層２０２ｂが形成されている。第２のベース層２０２ｂの外周には、セグメント層２０６が形成されている。セグメント層２０６の外周には、第３のベース層２０２ｃが形成されている。セグメント層２０６は、クラッド部２０の外周縁部の内側においてトレンチ層２０４の外側に形成されている。

【0022】

光ファイバ１の中心軸に直交する面に沿った第１のベース層２０２ａ、トレンチ層２０４、第２のベース層２０２ｂ、セグメント層２０６及び第３のベース層２０２ｃの各断面は、次のとおりである。すなわち、第１のベース層２０２ａは、コア部１０を囲む円環状の断面であって、コア部１０の断面と同心の断面を有している。トレンチ層２０４は、第１のベース層２０２ａを囲む円環状の断面であって、コア部１０の断面と同心の断面を有している。第２のベース層２０２ｂは、トレンチ層２０４を囲む円環状の断面であって、コア部１０の断面と同心の断面を有している。セグメント層２０６は、第２のベース層２０２ｂを囲む円環状の断面であって、コア部１０の断面と同心の断面を有している。第３のベース層２０２ｃは、セグメント層２０６を囲む円環状の断面であって、コア部１０の断面と同心の断面を有している。なお、第１のベース層２０２ａ、トレンチ層２０４、第２のベース層２０２ｂ、セグメント層２０６及び第３のベース層２０２ｃは、必ずしも互いに同心である必要はなく、互いに中心が異なっていてもよい。

【0023】

ベース層２０２は、コア部１０の屈折率ｎ_１よりも低い屈折率ｎ_２を有している。すなわち、第１のベース層２０２ａ、第２のベース層２０２ｂ及び第３のベース層２０２ｃは、それぞれ屈折率ｎ_２を有している。第１のベース層２０２ａ、第２のベース層２０２ｂ及び第３のベース層２０２ｃの各層における光ファイバ１の径方向の屈折率分布は、例えば、屈折率ｎ_２で一定になっている。第１のベース層２０２ａ、第２のベース層２０２ｂ及び第３のベース層２０２ｃは、このような屈折率ｎ_２を有するように例えばフッ素、ホウ素等の屈折率を下げるドーパントが所定の濃度で添加されている。

【0024】

トレンチ層２０４は、ベース層２０２の屈折率ｎ_２よりも低い屈折率ｎ_３を有している。光ファイバ１の径方向におけるトレンチ層２０４の屈折率分布は、屈折率ｎ_３で一定のステップ状になっている。トレンチ層２０４は、このような屈折率ｎ_３を有するように例えばフッ素、ホウ素等の屈折率を下げるドーパントがベース層２０２よりも高い所定の濃度で添加されている。なお、径方向におけるトレンチ層２０４の屈折率分布は、必ずしもステップ状である必要はない。径方向におけるトレンチ層２０４の屈折率分布は、例えば、中心側及び外周側の両端部において、ベース層２０２の屈折率ｎ_２からトレンチ層２０４の中心に向かって最小値の屈折率ｎ_３になるように徐々に減少するものであってもよい。この場合、トレンチ層２０４が有する屈折率としては、トレンチ層２０４の屈折率分布における屈折率の最小値、平均値等の代表値を用いることができる。

【0025】

第１のベース層２０２ａと第２のベース層２０２ｂとの間に位置するトレンチ層２０４は、例えば３μｍ以上２０μｍ以下の内半径ｒ_２と、例えば４μｍ以上２５μｍ以下の外半径ｒ_３とを有している。また、ｒ_３－ｒ_２により計算される径方向のトレンチ層２０４の幅Δｒ_ｔｒは、例えば２μｍ以上１５μｍ以下である。

【0026】

セグメント層２０６は、コア部１０の屈折率ｎ_１よりも低く、ベース層２０２の屈折率ｎ_２よりも高い屈折率ｎ_４を有している。光ファイバ１の径方向におけるセグメント層２０６の屈折率分布は、例えば、屈折率ｎ_４で一定のステップ状になっている。セグメント層２０６は、このような屈折率ｎ_４を有するように例えばフッ素、ホウ素等の屈折率を下げるドーパントがベース層２０２よりも低い所定の濃度で添加されている。なお、径方向におけるセグメント層２０６の屈折率分布は、必ずしもステップ状である必要はない。径方向におけるセグメント層２０６の屈折率分布は、例えば、中心側及び外周側の両端部において、ベース層２０２の屈折率ｎ_２からセグメント層２０６の中心に向かって最大値の屈折率ｎ_４になるように徐々に増加するものであってもよい。この場合、セグメント層２０６が有する屈折率としては、セグメント層２０６の屈折率分布における屈折率の最大値、平均値等の代表値を用いることができる。

【0027】

第２のベース層２０２ｂと第３のベース層２０２ｃとの間に位置するセグメント層２０６は、例えば５μｍ以上３０μｍ以下の内半径ｒ_４と、例えば６μｍ以上３５μｍ以下の外半径ｒ_５とを有している。ｒ_５－ｒ_４により計算される径方向のセグメント層２０６の幅Δｒ_ｓｇは、例えば２μｍ以上１５μｍ以下である。

【0028】

第３のベース層２０２ｃは、例えば２０μｍ以上６０μｍ以下の外半径ｒ_６を有している。本実施形態による光ファイバ１では、後述するようにマイクロベンド損失を低減することができるため、コア部１０及びクラッド部２０により構成される光導波路の外径、すなわち２ｒ_６を小さくすることができる。例えば、２ｒ_６を８０μｍ以下にすることができる。

【0029】

コア部１０のベース層２０２に対する屈折率の差Δｎ_ｃは、特に限定されるものではないが、コア部１０への光の閉じ込めの観点から、０．３４％以上０．３９％以下であることが好ましい。なお、Δｎ_ｃは、次式（１）により定義される比屈折率差である。
Δｎ_ｃ＝｛（ｎ_１－ｎ_２）／ｎ_１｝×１００［％］ ……（１）

【0030】

トレンチ層２０４のベース層２０２に対する屈折率の差Δｎ_１は、特に限定されるものではないが、製造上の観点及びマイクロベンド損失を低減する観点から、－０．６％以上－０．０２％以下であることが好ましく、－０．４％以上－０．１％以下であることがより好ましい。なお、Δｎ_１は、次式（２）により定義される比屈折率差である。
Δｎ_１＝｛（ｎ_３－ｎ_２）／ｎ_３｝×１００［％］ ……（２）

【0031】

セグメント層２０６のベース層２０２に対する屈折率の差Δｎ_２は、特に限定されるものではないが、マイクロベンド損失を低減する観点から、０．００５％以上０．２％以下であることが好ましく、０．０１％以上０．１２％以下であることがより好ましい。なお、Δｎ_２は、次式（３）により定義される比屈折率差である。
Δｎ_２＝｛（ｎ_４－ｎ_２）／ｎ_４｝×１００［％］ ……（３）

【0032】

被覆部３０は、コア部１０及びクラッド部２０を保護するための層であり、紫外線硬化型樹脂等の樹脂により構成されている。被覆部３０は、ヤング率の異なる複数の被覆層を含みうる。例えば、被覆部３０は、クラッド部２０の外周に形成された１次被覆層３０２と、１次被覆層３０２の外周に形成され、１次被覆層３０２のヤング率よりも高いヤング率を有する２次被覆層３０４とを有している。

【0033】

こうして、本実施形態による光ファイバ１が構成されている。

【0034】

例えば、高密度光ファイバケーブルにおいては、光ファイバの導波路に微小変形が頻繁に起こる。このため、光ファイバケーブルにおける光ファイバでは、コアモードの、コアの外側を伝搬する他のモードへの結合が生じ、その結果、コアから、クラッド、そして最終的にはガラス領域等の導波路領域の外へのパワーリーク損失が起きてしまう。このように、光ファイバでは、導波路の微小な変形に起因する損失であるマイクロベンド損失が発生しうる。

【0035】

本実施形態による光ファイバ１では、マイクロベンド損失を回避するため、コアモードとコア外部のモード（例えば、クラッドモード）との間のパワー結合を効果的に抑制することができる屈折率分布がコア部１０の外側に導入されている。すなわち、本実施形態による光ファイバ１では、クラッド部２０の外周縁部の内側において、トレンチ層２０４の外側に、コア部１０の屈折率ｎ_１よりも低く、ベース層２０２の屈折率ｎ_２よりも高い屈折率ｎ_４を有するセグメント層２０６が導入されている。本実施形態による光ファイバ１は、このようにトレンチ層２０４に加えてセグメント層２０６を含む屈折率分布により、マイクロベンド損失を低減することができる。以下、この点について詳述する。

【0036】

本願発明者らは、有限差分ビーム伝搬法（Finite Difference Beam Propagation Method、ＦＤＢＰＭ）（非特許文献７）を使用して、異なる屈折率プロファイルを有する光ファイバのマイクロベンド損失を評価した。この方法によれば、透明境界条件（Transparent Boundary Condition、TBC）（非特許文献８）を適用して波動方程式を解くことで、境界を通る横方向伝搬場流動を決定し、損失を評価することができる。

【0037】

ＦＤＢＰＭにおいて、計算の入力フィールドは、直線導波路によって保持されている基本コアモードになる。光ファイバの微小変形を模倣するために、ｆ（ｚ）で示す、いわゆるランダムコア変位関数（Random Core Displacement Function、ＲＣＤＦ）を光ファイバに沿って適用した（非特許文献７）。ＦＤＢＰＭにより伝播を計算する間、Δｚステップ毎に、実際のｆ（ｚ）関数値に従って、屈折率プロファイルが横方向に再配置される。このＲＣＤＦは、相関長Ｌ_ｃ及びコア変位の標準偏差σの２つのパラメーターで定義することができる。σはファイバ変位の振幅を示し、Ｌ_ｃは特定のファイバ長における曲げの数に関係する。図２は、標準的なＲＣＤＦを示すグラフである。図２に示すＲＣＤＦは、ファイバ長５０ｍｍの光ファイバのＲＣＤＦであり、σは０．０１μｍ、Ｌ_ｃは０．８ｍｍである。

【0038】

上記のＲＣＤＦによるモデルを使用して、例えば、同一の機械的変形を仮定して、異なる屈折率プロファイルを有する光ファイバのマイクロベンド損失を調査し、どの光ファイバが同じＲＣＤＦの下で最小マイクロベンド損失を示すかを計算することができる。マイクロベンド損失は、コーティングにも大きく依存することが知られている（特許文献２、特許文献４、特許文献５）。一方、本実施形態では、光ファイバの光学的断面、具体的には光ファイバの屈折率分布を変化させてマイクロベンド損失を低減するアプローチを採用する。

【0039】

なお、シミュレーションによる屈折率分布については、実際の光ファバ線引き実験で得られた構造をなるべく再現する形で検討を行った。具体的には、光ファイバの屈折率プロファイルを記述するために、異なる次数のガウス関数を適用して光ファイバ全体のすべての層を構成した。コアは、７次の超ガウス関数によってよく近似された。次の計算におけるトレンチは、１次のガウス関数で近似されたものである。

【0040】

まず、マイクロベンド損失を最適化するための例として、トレンチ層の幅が異なる複数のトレンチ光ファイバについてマイクロベンド損失を計算した。マイクロベンド損失は、ＦＤＢＰＭを用いて、ある微小長さにおけるコア位置の微小変形から生じる損失を長さ方向に足し合わせることにより計算した。

【0041】

図３は、マイクロベンド損失を計算したトレンチ光ファイバのシミュレーションによる屈折率プロファイルを示すグラフである。図３に示すグラフにおいて、横軸はトレンチ光ファイバの中心軸を基準とする径方向の位置を示し、縦軸はクラッド部のベース層を基準とした相対的な屈折率の差として比屈折率差を示している。

【0042】

図３に示すように、内半径ｒ_２、外半径ｒ_３のトレンチ層の中心の位置（ｒ_３＋ｒ_２）／２を同じ位置に維持しつつ、トレンチ層の幅Δｒ_ｔｒ＝ｒ_３－ｒ_２を変化させ、各Δｒ_ｔｒの場合についてマイクロベンド損失を計算した。

【0043】

図４は、図３に示すトレンチ光ファイバについてマイクロベンド損失を計算した結果を示すグラフである。図４に示すグラフにおいて、横軸はトレンチ層の幅Δｒ_ｔｒを示し、縦軸はマイクロベンド損失を示している。

【0044】

図４に示すように、トレンチ層の幅Δｒ_ｔｒが広くなればなるほど、マイクロベンド損失が低くなっている。マイクロベンド損失は、トレンチ層の幅Δｒ_ｔｒが増加するとともに指数関数的に減少している。この結果は、クラッドモード又は放射モードがコアモード及びトレンチ層により閉じ込められたモードからより分離されるようになっているためである。したがって、トレンチ層の幅が広くなるほど、コアモードとクラッドモードとの間の重なりは小さくなる。

【0045】

上記のようにトレンチ層により低減されるマイクロベンド損失をさらに減少させるためには、ファイバのクラッド部に１つ又は複数の光学的構造を追加導入することができる。このような光学的構造として光ファイバにもう１つのトレンチ層を追加して、基本コアモードと放射クラッディングモードとの間の結合に対する抑制を強くすることが直感的には考えられる。しかしながら、これら２種類のモードの分離は、コア部から横方向に伝播する波に対してフォトニックバンドギャップを有するような共鳴構造、すなわちセグメント層を導入すれば、より効果を発揮することができる。このようにして、コアモードとクラッドモードとを分離する光学的構造であるトレンチ層の外側に、これらの横方向の波が出現するのを禁止することが考えられる。

【0046】

上記の考えを実証するため、第１のトレンチ層の外側にベース層よりも屈折率が高いセグメント層を導入した場合、及び第１のトレンチ層の外側にさらに第２のトレンチ層を導入したダブルトレンチ構造の場合について、マイクロベンド損失を計算した。セグメント層又は第２のトレンチ層は、径方向の幅及び位置をそれぞれ一定に保ちつつ第１のトレンチ層の外側に導入した。

【0047】

図５は、マイクロベンド損失を計算したセグメント層を導入した場合及びダブルトレンチ構造の場合の光ファイバのシミュレーションによる屈折率プロファイルを示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、横軸は光ファイバの中心軸を基準とする径方向の位置を示し、縦軸はクラッド部のベース層を基準とした相対的な屈折率の差として比屈折率差を示している。Δｎ_２は、導入したセグメント層又は第２のトレンチ層の屈折率ｎ_４のベース層の屈折率ｎ_２からの比屈折率差｛（ｎ_４－ｎ_２）／ｎ_４｝×１００［％］である。Δｎ_２が正の値の場合は、セグメント層を導入した場合である。Δｎ_２が負の値の場合は、第２のトレンチ層を導入した場合である。Δｎ_２が０の場合は、セグメント層及び第２のトレンチ層のいずれも導入していない場合である。

【0048】

図６は、図５に示す場合についてマイクロベンド損失を計算した結果を示すグラフである。図６に示すグラフにおいて、横軸はΔｎ_２を示し、縦軸はマイクロベンド損失を示している。また、Δｎ_２が正の値の範囲はセグメント層を導入した場合を示し、Δｎ_２が負の値の範囲はダブルトレンチ構造の場合を示している。

【0049】

図６に示すように、セグメント層を導入した場合は、シングルトレンチ構造の場合及びダブルトレンチ構造の場合と比較して、マイクロベンド損失を１桁以上、Δｎ_２の値によっては２桁低減させることができている。具体的に見ると、Δｎ_２が０．００５％以上０．２％以下の範囲では、第１のトレンチ層のみのシングルトレンチ構造の場合よりもマイクロベンド損失が少なくとも１桁小さくなっている。Δｎ_２が０．０１％以上０．１２％以下の範囲では、ダブルトレンチ構造の場合よりもマイクロベンド損失が低減されている。さらに、Δｎ_２が約０．０３５％のときにマイクロベンド損失が最小になっている。Δｎ_２が約０．０３５％のときには、１０^－４ｄＢ／ｋｍをかなり下回るマイクロベンド損失が実現されている。このように、第１のトレンチ層の外側にセグメント層が形成された光ファイバによれば、従来のマイクロベンド損失を１桁以上、劇的に低減できることがわかる。

【0050】

なお、図７は、トレンチ層のΔｎ_１と規格化マイクロベンド損失との関係を示すグラフである。図７に示すように、規格化マイクロベンド損失が２０以上になると実用上不都合が生じうるため、Δｎ_１は－０．１％以下であることがより好ましい。また、Δｎ_１の絶対値が過度に大きくなると製造が困難になるとともに伝送損失が増加するため、Δｎ_１は－０．４％以上であることがより好ましい。

【0051】

また、図８は、コア部のΔｎ_ｃと規格化マイクロベンド損失との関係を示すグラフである。図８に示すように、規格化マイクロベンド損失が２０以上になると実用上不都合が生じうるため、Δｎ_ｃは０．３４％以上であることが好ましい。また、Δｎ_ｃが過度に大きくなると製造が困難になるとともに伝送損失が増加するため、０．３９％以下であることが好ましい。

【0052】

本実施形態による光ファイバ１では、上述のようにトレンチ層２０４の外側にセグメント層２０６が形成されているため、マイクロベンド損失を十分に低減することができる。このように、本実施形態では、マイクロベンド損失を十分に低減することができるため、コア部１０及びクラッド部２０により構成される光導波路の外径を例えば８０μｍ以下と小さくすることができる。一方、シングルトレンチ光ファイバと同程度の光導波路の外径を維持するのであれば、マイクロベンド損失を十分に低減することができるため、マイクロベンド損失に対する耐性の低い低コストのコーティングを被覆部３０として使用することができる。

【0053】

なお、本実施形態による光ファイバ１は、種々の方法により製造することができる。例えば、次のような方法により製造することができる。まず、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法、ＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法等により、光ファイバ１の母材となるプリフォームを製造する。プリフォームの製造に際しては、屈折率を調整するためのドーパントガスを含む原料ガスの流量比を適宜変更する。これにより、光ファイバ１のコア部１０、並びにトレンチ層２０４及びセグメント層２０６を含むクラッド部２０に対応する屈折率分布をプリフォームに形成する。次いで、線引き装置により、プリフォームを糸状に引き延ばすとともに、これを紫外線硬化型樹脂等の樹脂で被覆してボビンに巻き取る。こうして、本実施形態による光ファイバ１を製造することができる。

【0054】

また、上記では、単一のトレンチ層２０４の外側にセグメント層２０６が形成された場合について説明したが、これに限定されるものではない。セグメント層２０６は、あらゆるトレンチプロファイル構造に導入することができる。例えば、クラッド部２０におけるトレンチ層２０４の外側にさらにトレンチ層が形成されたダブルトレンチ構造の外側にセグメント層２０６を導入することができる。

【0055】

このように、本実施形態によれば、コア部１０の外周に形成されたクラッド部２０において、トレンチ層２０４の外側にセグメント層２０６が形成されているので、マイクロベンド損失を十分に低減することができる。

【0056】

本実施形態による光ファイバ１は、これを用いて光伝送媒体として例えば光ファイバケーブルを構成することができる。本実施形態による光ファイバ１を用いた光ファイバケーブルは、マイクロベンド損失を含む伝送損失が低減されており、長距離伝送に好適に用いることができる。

【0057】

［実施例］
マイクロベンド損失に関する光ファイバの異なる屈折率プロファイル間の差異を明確にするため、標準ステップ型プロファイルから上記実施形態による屈折率プロファイルまでの異なる屈折率プロファイルを有する光ファイバについてマイクロベンド損失を計算した。計算は、以下に述べる比較例１－４及び実施例１のそれぞれクラッド径が８０μｍの光ファイバについて行った。

【0058】

比較例１の光ファイバは、トレンチ層もセグメント層も形成されていないシングルモード光ファイバである。

【0059】

比較例２の光ファイバは、径方向の幅０．８μｍのトレンチ層が形成されたシングルトレンチ構造のシングルモード光ファイバである。比較例２の光ファイバには、セグメント層は形成されていない。

【0060】

比較例３の光ファイバは、比較例２よりも広い径方向の幅１．２μｍのトレンチ層が形成されたシングルトレンチ構造のシングルモード光ファイバである。比較例３の光ファイバには、セグメント層は形成されていない。

【0061】

比較例４の光ファイバは、径方向の幅０．８μｍのトレンチ層が２つ形成されたダブルトレンチ構造のシングルモード光ファイバである。比較例４の光ファイバには、セグメント層は形成されていない。

【0062】

実施例１の光ファイバは、Δｎ_１が－０．２％、径方向の幅１．５μｍのトレンチ層の外側にΔｎ_２が０．０４％、径方向の幅２μｍのセグメント層が形成されたシングルモード光ファイバである。実施例１の光ファイバは、図５に示すΔｎ_２＝０．０４％の場合のものである。

【0063】

比較例１－４及び実施例１の光ファイバについてマイクロベンド損失を計算した結果を表１に示す。表１には、計算結果とともに、各光ファイバについて図１の下段の図に示す各種パラメーターを示す。なお、表１に示すマイクロベンド損失の値は、比較例１の光ファイバについて計算されたマイクロベンド損失の値を１として基準とした場合の相対値である。なお、比較例１の光ファイバについては、約３０ｄＢ／ｋｍのマイクロベンド損失が測定された。

【0064】

【表1】

【0065】

表１に示すように、トレンチ層の外側にセグメント層が形成された実施例１の光ファイバでは、クラッド部にトレンチ層を含まない標準的なステップ屈折率プロファイルの比較例１の光ファイバよりも、ほぼ６桁低いマイクロベンド損失が実現された。

【0066】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。

【符号の説明】

【0067】

１…光ファイバ
１０…コア部
２０…クラッド部
３０…被覆部
２０２…ベース層
２０２ａ…第１のベース層
２０２ｂ…第２のベース層
２０２ｃ…第３のベース層
２０４…トレンチ層
２０６…セグメント層
３０２…１次被覆層
３０４…２次被覆層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】