JP2008158227A

JP2008158227A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2008158227A
Application number: JP2006346513A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Taniguchi; 友規谷口; Yahei Oyamada; 弥平小山田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: JP4934421B2

Abstract

【課題】製造が容易であり、長手方向で安定した光学特性を有し、かつＳＢＳの発生を抑制できる光ファイバを提供すること。
【解決手段】屈折率を上げかつ音速を下げるドーパントと屈折率を上げかつ音速を上げるドーパントとを含む複数種のドーパントを添加して、中心から半径の８５％の位置に至るまで段階的または連続的に音速を減少させたコア部と、前記コア部の外周に形成した該コア部よりも屈折率が低くかつ音速が遅いクラッド部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導ブリユアン散乱の発生を抑制できる光ファイバに関するものである。

大容量の光通信を実現するために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式や時分割多重（ＴＤＭ）方式などの通信方式が採用されている。このような通信方式においては、伝送路である光ファイバに入力される光パワーが増大すると、光ファイバ中での非線形光学現象の発生が顕著になる。非線形光学現象の一つである誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）は、光ファイバに入力した光のブリユアン散乱光が誘導散乱を起こす現象であり、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との相互作用で発生する。ＳＢＳは光ファイバ中に入力する光の強度が閾値（ＳＢＳ閾値）以上になると発生する。ＳＢＳが発生すると光ファイバ中に入力できる光パワーが制限されてしまうので、伝送路として用いる光ファイバや、四光波混合（ＦＷＭ）や自己位相変調（ＳＰＭ）などの非線形光学現象を積極的に発生させて利用する高非線形光ファイバには、ＳＢＳ閾値が高いものが望まれる。また、近年光ファイバを用いた光ファイバレーザの開発が盛んに行われているが、光ファイバレーザの高出力化に伴うＳＢＳの発生も問題となっており、ＳＢＳ閾値が高い光ファイバが望まれている。なお、ブリユアン散乱光が誘導散乱を起こすことによる利得をブリユアン利得という。

従来、ＳＢＳ閾値を高くする方法として、光ファイバの長手方向でコアに添加するドーパントの添加量やコア径を変化させることにより、光ファイバの特性を長手方向で変化させる方法が提案されている（特許文献１、２参照）。これらの方法によれば、周波数スペクトル上での入力光に対するブリユアン散乱光のシフト量、すなわちブリユアンシフト量が光ファイバの長手方向で変化するため、ＳＢＳが発生しにくくなり、ＳＢＳ閾値が高くなる。一方、長手方向で特性を変化させることなくＳＢＳ閾値を高める光ファイバを実現する方法として、光ファイバ中を伝搬する光の基本伝搬モードの強度分布と音響波の伝搬モードのフィールド分布が最大値となる半径を異なるようにする方法や、音響波の伝搬モードを局在させるために環状の音響コア領域を設ける方法が開示されている（特許文献３、４参照）。

特許第２７５３４２６号公報特許第３３８６９４８号公報特開２００６−１５４７１３号公報特開２００６−１８４５３４号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載された長手方向で特性を変化させた光ファイバは、ＳＢＳ閾値が高くなってＳＢＳの発生を抑制できるとしても、製造が困難であるとともに、光ファイバの長手方向で光学特性が変化し、安定した特性が得られないという課題があった。一方、特許文献３、４に記載された光ファイバは、ＳＢＳの発生を抑制でき、長手方向で光学特性が変化することはないが、たとえば非線形光学現象を発生させるために有効コア断面積を小さくすることが難しい等、光学特性の設計の自由度が高くないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造が容易であり、長手方向で安定した光学特性を有し、かつＳＢＳの発生を抑制できる光ファイバを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバは、屈折率を上げかつ音速を下げるドーパントと屈折率を上げかつ音速を上げるドーパントとを含む複数種のドーパントを添加して、中心から半径の８５％の位置に至るまで段階的または連続的に音速を減少させたコア部と、前記コア部の外周に形成した該コア部よりも屈折率が低くかつ音速が遅いクラッド部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部は、中心から半径の９０％の位置に至るまで段階的または連続的に音速を減少させたことを特徴とする。

また、この発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記コア部は、中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成した該中心コア部よりも音速が遅い外周コア部とを有することを特徴とする。

また、この発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記中心コア部の音速は、前記外周コア部の音速よりも１％以上速いことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記クラッド部は、前記コア部の外周に形成した該コア部よりも屈折率が低い内側クラッド部と、前記内側クラッド部の外周に形成した前記コア部よりも屈折率が低く該内側クラッド部よりも屈折率が高い外側クラッド部とを有することを特徴とする。

また、この発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記コア部はＳｉＯ₂ガラスを主成分とし、前記複数種のドーパントはＧｅＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃とを含むことを特徴とする。

また、この発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記コア部は、中心から半径の８５％の位置に至るまで段階的または連続的に濃度が減少するようにＡｌ₂Ｏ₃を添加したことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部は、中心から半径の８５％の位置に至るまで段階的または連続的に濃度が増加するようにＧｅＯ₂を添加したことを特徴とする。

また、この発明に係る光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする。

また、この発明に係る光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１８μｍ²以下であることを特徴とする。

また、この発明に係る光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける前記コア部と前記クラッド部との比屈折率差が２％以上であることを特徴とする。

本発明によれば、屈折率を上げかつ音速を下げるドーパントと屈折率を上げかつ音速を上げるドーパントとを含む複数種のドーパントを添加して、中心から半径の８５％の位置に至るまで段階的または連続的に音速を減少させたコア部と、前記コア部の外周に形成した該コア部よりも屈折率が低くかつ音速が遅いクラッド部と、を備えるので、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との空間的な重なりの総和を小さくできる。その結果、製造が容易であり、長手方向で安定した光学特性を有し、かつＳＢＳの発生を抑制できる光ファイバを実現できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバを模式的に示した断面図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る光ファイバ１は、コア１１部と、コア部１１の外周に形成したコア部１１よりも屈折率が低くかつ音速が遅いクラッド部１２とを備え、ＳｉＯ₂ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバである。

図２は、本実施の形態１に係る光ファイバ１の径方向の屈折率プロファイルＬ１ａおよび音速プロファイルＬ１ｂを模式的に示した図である。図２に示すように、屈折率プロファイルＬ１ａはステップ型の形状を有し、コア部１１とクラッド部１２とにおける屈折率の値はそれぞれｎ１１、ｎ１２で一定である。なお、ｎｓは純ＳｉＯ₂ガラスの屈折率である。また、音速プロファイルＬ１ｂはコア部１１の中心において音速の値がｖ１１であり、中心からコア部１１の外周に至るまで連続的に音速が減少する形状を有している。クラッド部１２における音速はｖ１２で一定である。なお、ｖｓは純ＳｉＯ₂ガラス中の音速である。

図２に示す屈折率プロファイルＬ１ａおよび音速プロファイルＬ１ｂは、ＳｉＯ₂ガラスの屈折率を上げかつ音速を下げるドーパントであるＧｅＯ₂と、屈折率を上げかつ音速を上げるドーパントであるＡｌ₂Ｏ₃とをコア部１１に添加し、ＳｉＯ₂ガラスの屈折率および音速を下げるドーパントであるフッ素（Ｆ）をクラッド部１２に添加することによって、実現されている。図３は、光ファイバ１のコア部１１におけるＧｅＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の径方向の濃度プロファイルを模式的に示した図である。図３に示すように、ＧｅＯ₂の濃度プロファイルＬ１ｃは、コア部１１の中心から外周に至るまで連続的に濃度が増加する形状を有し、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度プロファイルＬ１ｄは、コア部１１の中心から外周に至るまで連続的に濃度が減少する形状を有している。その結果、屈折率プロファイルＬ１ａはステップ型の形状となり、音速プロファイルＬ１ｂは中心からコア部１１の外周に至るまで連続的に音速が減少する形状となる。一方、クラッド部１２には径方向で一定のＦが添加されている。なお、コア部１１は、ＧｅＯ₂を添加することによって、伝送損失が低いままで高い屈折率を実現している。

光ファイバ中を伝搬する光および音響波の伝搬モードの特性は、それぞれ屈折率プロファイルと音速プロファイルに依存する。本実施の形態１に係る光ファイバ１は、図２に示すような屈折率プロファイルと音速プロファイルとを有することによって、光ファイバ１中において光はコア部およびコア部近傍に局在する基本伝搬モードで伝搬する一方、音響波はコア部およびコア部近傍に局在する伝搬モードでは伝搬せず、かつコア部およびコア部近傍において光の強度分布形状と類似したフィールド分布形状を有する音響波は伝搬しない。その結果、光ファイバ１は、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との空間的な重なりの総和が小さくなり、ＳＢＳの発生を効果的に抑制でき、ＳＢＳ閾値が高いものとなる。さらに、屈折率の増減に関する寄与が同じであるが音速の増減に対する寄与が互いに異なるドーパントをコア部１１に添加することにより、屈折率プロファイルと音速プロファイルの設計の自由度が高まり、一層柔軟な光学特性の設計が可能となる。また、音速がコア部１１の中心から外周に至るまで連続的に減少するので、コア部１１とクラッド部１２との境界面で音速が急激に変化しないため、境界面での音響波の反射によって音響波がコア部に閉じ込められる現象が抑制され、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との空間的な重なりの総和を効果的に小さくできる。

なお、コア部１１の屈折率は径方向において一定であるが、径方向において増加または減少しても本発明の効果を奏する。また、ＳｉＯ₂ガラスの屈折率を上げかつ音速を下げるドーパントはＧｅＯ₂に限られず、屈折率を上げかつ音速を上げるドーパントはＡｌ₂Ｏ₃に限られない。図４は、各ドーパントがＳｉＯ₂ガラスに添加された場合のＳｉＯ₂ガラスの屈折率または音速の増減について示した図である（C.K. Jen et al., "Role of guided acoustic wave properties in single-mode optical fiber design", Electron. Lett., vol. 24, pp. 1419-1420, (1988) 参照）。なお、図中の矢印が上向きであれば、そのドーパントによりＳｉＯ₂ガラスの屈折率または音速が増加することを示し、下向きであれば減少することを示す。すなわち、図４に示すような各ドーパントの添加によって、屈折率プロファイルと音速プロファイルとを所望の形状に制御することができる。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る光ファイバは、実施の形態１に係る光ファイバとはコア部の構成が異なる。

図５は、本実施の形態２に係る光ファイバを模式的に示した断面図である。図５に示すように、本実施の形態２に係る光ファイバ２は、中心コア部２１１と、中心コア部２１１の外周に形成した中心コア部２１１よりも音速が遅い外周コア部２１２とを有するコア部２１と、コア部２１の外周に形成したコア部２１よりも屈折率が低くかつ音速が遅いクラッド部２２とを備え、ＳｉＯ₂ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバである。

図６は、本実施の形態２に係る光ファイバ２の径方向の屈折率プロファイルＬ２ａおよび音速プロファイルＬ２ｂを模式的に示す図である。図６に示すように、屈折率プロファイルＬ２ａは、中心コア部２１１、外周コア部２１２、クラッド部２２における屈折率の値がそれぞれｎ２１１、ｎ２１２、ｎ２２で一定である。また、音速プロファイルＬ２ｂは、中心コア部２１１、外周コア部２１２、クラッド部２２における音速の値がｖ２１１、ｖ２１２、ｖ２２で一定であり、中心からコア部２１の外周に至るまで段階的に音速が減少する形状を有している。

図６に示す屈折率プロファイルＬ１ａおよび音速プロファイルＬ１ｂは、実施の形態１に係る光ファイバ１と同様に、ＧｅＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃とをコア部２１に添加し、Ｆをクラッド部２２に添加することによって実現されている。図７は、光ファイバ２のコア部２１におけるＧｅＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の濃度プロファイルを模式的に示した図である。図７に示すように、ＧｅＯ₂の濃度プロファイルＬ２ｃは、中心コア部２１１よりも外周コア部２１２のほうがＧｅＯ₂の濃度が高く、コア部２１の中心から外周に至るまで段階的に濃度が増加する形状を有する。一方、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度プロファイルＬ２ｄは、中心コア部２１１よりも外周コア部２１２のほうがＡｌ₂Ｏ₃の濃度が低く、コア部２１の中心から外周に至るまで段階的に濃度が減少する形状を有している。なお、クラッド部２２には半径方向で一定のＦが添加されている。

光ファイバ２は、図６に示すような屈折率プロファイルと音速プロファイルとを有することによって、光ファイバ１と同様に、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との空間的な重なりの総和が小さくなり、ＳＢＳの発生を効果的に抑制でき、ＳＢＳ閾値が高いものとなる。また、中心コア部２１１および外周コア部２１２の各々はＧｅＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃の濃度が半径方向で一定であるから、製造が容易であり、設計どおりの屈折率プロファイルおよび音速プロファイルを一層容易に実現できる。

（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係る光ファイバは、実施の形態１に係る光ファイバとはクラッド部の構成が異なる。

図８は、本実施の形態３に係る光ファイバの断面図である。図８に示すように、本実施の形態３に係る光ファイバ３は、コア部３１と、コア部３１の外周に形成したコア部３１よりも屈折率が低くかつ音速が遅いクラッド部３２とを備え、ＳｉＯ₂ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバであって、さらに、クラッド部３２は、コア部３１の外周に形成した内側クラッド部３２１と、内側クラッド部３２１の外周に形成した内側クラッド部３２１よりも屈折率が高い外側クラッド部３２２とを有する。

図９は、本実施の形態３に係る光ファイバ３の径方向の屈折率プロファイルＬ３ａおよび音速プロファイルＬ３ｂを模式的に示した図である。図９に示すように、屈折率プロファイルＬ３ａは、コア部３１、内側クラッド部３２１、外側クラッド部３２２における屈折率の値がそれぞれｎ３１、ｎ３２１、ｎ３２２で一定であり、いわゆるＷ型の形状を有する。また、音速プロファイルＬ３ｂは、コア部３１の中心において音速の値がｖ３１であり、中心からコア部３１の外周に至るまで連続的に音速が減少する形状を有している。また、内側クラッド部３２１、外周クラッド部３２２における音速の値はそれぞれｖ３２１、ｖ３２２で一定である。

図９に示す屈折率プロファイルＬ３ａおよび音速プロファイルＬ３ｂは、実施の形態１に係る光ファイバ１と同様に、ＧｅＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃とをコア部３１に添加し、Ｆを内側クラッド部３２１および外側クラッド部３２２に添加することによって実現されている。図１０は、光ファイバ３のコア部３１におけるＧｅＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の濃度プロファイルを模式的に示す図である。図１０に示すように、ＧｅＯ₂の濃度プロファイルＬ３ｃは、コア部３１の中心から外周に至るまで連続的に濃度が増加する形状を有し、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度プロファイルＬ３ｄは、コア部３１の中心から外周に至るまで連続的に濃度が減少する形状を有している。その結果、屈折率プロファイルＬ３ａはステップ型の形状となり、音速プロファイルＬ３ｂは中心からコア部３１の外周に至るまで連続的に音速が減少する形状となる。なお、内側クラッド部３２１および外側クラッド部３２２にはそれぞれ径方向で一定のＦが添加されている。

光ファイバ３は、図９に示すような屈折率プロファイルと音速プロファイルとを有することによって、光ファイバ１と同様に、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との空間的な重なりの総和が小さくなり、ＳＢＳの発生を効果的に抑制でき、ＳＢＳ閾値が高いものとなる。さらに、屈折率プロファイルＬ３ａがＷ型であるため、コア部３１と内側クラッド部３２１との比屈折率差を容易に大きくして、有効コア断面積を小さくすることができるとともに、波長分散値を容易に小さくすることができ、高非線形光ファイバとして好適なものとなる。なお、たとえば波長１５５０ｎｍの使用波長において、波長分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、有効コア断面積が１８μｍ²以下であり、コア部３１と内側クラッド部３２１との比屈折率差が２％以上であれば、光ファイバ中で非線形光学現象が効果的に発生し、高非線形光ファイバとして好適である。

なお、上記実施の形態３において、外側クラッド部３２２は、実質的に純ＳｉＯ₂ガラスからなるものであってもよい。ここで、実質的に純ＳｉＯ₂ガラスからなるとは、屈折率調整用ドーパントを含まないことを意味し、屈折率に影響を及ぼさないＣｌ元素などは含まれていてもよい。また、上記実施の形態２および３において、コア部またはクラッド部は２層構造であるが、さらに多層構造でもよい。ここで、クラッド部が多層構造の場合は、中心のコア部から半径方向に向かって最も屈折率が低い層を内側クラッド部とし、それより外周に形成した層は外側クラッド部と定義する。また、上記実施の形態１〜３において、コア部における音速は、中心からコア部の外周に至るまで連続的または段階的に減少しているが、中心から半径の８５％、好ましくは９０％の位置に至るまでが段階的または連続的に減少していれば、それよりも外周に近い部分において音速が増加していたとしても、本発明の効果を奏するものである。

つぎに、本発明の実施例および比較例に係る光ファイバを作製し、ブリユアン散乱スペクトルを測定した結果について説明する。

（比較例１）
はじめに、比較例１に係る光ファイバについて説明する。この比較例１に係る光ファイバは、ＳｉＯ₂ガラスを主成分とするそれぞれ均質なコア部とクラッド部とを備え、コア径は２μｍ、クラッド径は６０μｍであり、コア部にはドーパントとしてＧｅＯ₂を３６．５ｗｔ％添加し、クラッド部は実質的に純ＳｉＯ₂ガラスからなるものである。

図１１は、比較例１に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図であり、横軸は径方向の距離、縦軸は純ＳｉＯ₂ガラスの屈折率を基準にした比屈折率差を示す。また、図１２は、比較例１に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図であり、横軸は径方向の距離、縦軸は純ＳｉＯ₂ガラスの音速を基準にした比音速差を示す。図１１、１２に示すように、比較例１に係る光ファイバは、コア部のクラッド部に対する比屈折率差が２．５％のステップ型の屈折率プロファイルを有するとともに、コア部のクラッド部に対する比音速差が−１８％のステップ型の音速プロファイルを有するものである。

なお、純ＳｉＯ₂ガラスの屈折率をｎｓ、音速をｖｓとしたとき、純ＳｉＯ₂ガラスに対する比屈折率差Δｎ、比音速差Δｖはそれぞれ式（１）、（２）で表される。
Δｎ＝［ｎ−ｎｓ］／ｎｓ×１００（％）（１）
Δｖ＝［ｖ−ｖｓ］／ｖｓ×１００（％）（２）

また、比較例１に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性は、波長分散値が−７６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０７２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が１２．９μｍ²であった。

図１３は、比較例１に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。なお、図１３の横軸は光ファイバへの入射光に対する散乱光の周波数シフト量であり、縦軸は周波数シフト量が９．３ＧＨｚ付近の最大ピーク値を０ｄＢとしたときの相対強度である。以下、この比較例１に係る光ファイバの特性を基準として、本発明の実施例および他の比較例に係る光ファイバについて説明する。

（実施例１）
つぎに、本発明の実施例１に係る光ファイバについて説明する。この実施例１に係る光ファイバは、本発明の実施の形態２に係る光ファイバと同様に、ＳｉＯ₂ガラスを主成分とし、中心コア部と外周コア部とを有するコア部と、クラッド部とを備え、中心コア部のコア径は２．１μｍ、外周コア部のコア径は３．６μｍ、クラッド径は６０μｍである。また、ドーパントとして、中心コア部にはＧｅＯ₂を１１．１ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃を７．９ｗｔ％添加し、外周コア部にはＧｅＯ₂を１８．８ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃を２．９ｗｔ％添加し、クラッド部はＦを３．７ｗｔ％添加した。

図１４は、実施例１に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図であり、横軸と縦軸とは図１１と同様である。また、図１５は、実施例１に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図であり、横軸と縦軸とは図１２と同様である。図１４、１５に示すように、実施例１に係る光ファイバは、コア部のクラッド部に対する比屈折率差が２．５％のステップ型の屈折率プロファイルを有するとともに、中心からコア部の外周に至るまで段階的に音速が減少する音速プロファイルを有するものである。なお、中心コア部の外周コア部に対する比音速差は約４．５％であった。

また、実施例１に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性は、波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０３５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が１２．２μｍ²であった。

図１６は、実施例１に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。なお、図１６の横軸は図１３と同様であるが、縦軸は図１３に示すスペクトルの最大ピーク値を０ｄＢとしたときの相対強度である。図１６に示すように、実施例１に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルは、図１３に示すものとは大きく異なる。すなわち、図１６に示すスペクトルには明瞭なピークが存在せず、周波数１０．３ＧＨｚ〜１１ＧＨｚ付近にブロードなピークが存在し、その最大ピーク値は−７ｄＢ程度であり、図１３に示すスペクトルの最大ピーク値である０ｄＢから大幅に減少している。したがって、実施例１に係る光ファイバは、コア部をドーパント濃度の異なる２層構造にし、中心コア部の音速を外周コア部やクラッド部よりも速くして、中心からコア部の外周に至るまで段階的に音速を減少させたことにより、効果的にＳＢＳを抑制できることが確認された。さらに、実施例１に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと小さく、有効コア断面積が１２．２μｍ²と小さいので、高非線形光ファイバとして好適な光ファイバである。

（実施例２）
つぎに、本発明の実施例２に係る光ファイバについて説明する。この実施例２に係る光ファイバは、実施例１に係る光ファイバと同様に、ＳｉＯ₂ガラスを主成分とし、中心コア部と外周コア部とを有するコア部と、クラッド部とを備えるが、製造の際に外周コア部の外周、すなわちコア部の最外周に、純ＳｉＯ₂ガラスからなる層が形成されたものである。この純ＳｉＯ₂ガラス層は、ＶＡＤ法で作製したコア部用ガラス母材を用いて光ファイバを作製する際に、コア部用ガラス母材に添加したドーパントが表層部において揮発して形成されたものと考えられる。なお、この実施例２に係る光ファイバは、中心コア部のコア径は２．１μｍ、外周コア部のコア径は３．４μｍ、純ＳｉＯ₂ガラス層の厚さは０．１μｍであり、コア部の外径は３．６μｍである。また、クラッド径は６０μｍである。また、ドーパントとして、中心コア部にはＧｅＯ₂を１１．１ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃を７．９ｗｔ％添加し、外周コア部にはＧｅＯ₂を１８．８ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃を２．９ｗｔ％添加し、クラッド部はＦを３．７ｗｔ％添加した。

図１７は、実施例２に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。また、図１８は、実施例２に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。図１７、１８に示すように、実施例２に係る光ファイバは、コア部のクラッド部に対する比屈折率差が２．５％のステップ型であり、純ＳｉＯ₂ガラス層を有するとともに、中心から外周コア部と純ＳｉＯ₂ガラス層との境界位置まで、すなわち中心からコア半径の９４％の位置に至るまで、段階的に音速が減少し、その後純ＳｉＯ₂ガラス層において比音速差が０％まで増加する音速プロファイルを有するものである。なお、実施例２に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性は、波長分散値が−３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０３３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が１１．９μｍ²であった。

図１９は、実施例２に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示す図である。図１９に示すように、実施例２に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルは、コア部の最外周に存在する音速が速い純ＳｉＯ₂ガラス層の影響によって、図１６に示すものとは異なり、周波数１０．５ＧＨｚと１０．９ＧＨｚ付近にブロードなピークが存在し、１０．５ＧＨｚ付近の最大ピーク値は−５ｄＢ程度であった。したがって、コア部において中心から半径の９４％の位置に至るまで段階的に音速が減少していれば、コア部の最外周に純ＳｉＯ₂ガラス層のような音速が速い部分があっても、効果的にＳＢＳを抑制できることが確認された。

（実施例３）
つぎに、本発明の実施例３に係る光ファイバについて説明する。この実施例３に係る光ファイバは、実施例２に係る光ファイバと同様に、製造の際に、コア部の最外周に純ＳｉＯ₂ガラスからなる層が形成されたものである。この実施例３に係る光ファイバは、中心コア部のコア径は２．１μｍ、外周コア部のコア径は３．２μｍ、純ＳｉＯ₂ガラス層の厚さは０．２μｍであり、コア部の外径は３．６μｍである。また、クラッド径は６０μｍである。また、中心コア部、外周コア部、クラッド部に添加したドーパントの種類と濃度とは、実施例２に係る光ファイバと同様である。

図２０は、実施例３に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。また、図２１は、実施例３に係る光ファイバの音速プロファイルを示す図である。図２０、２１に示すように、実施例３に係る光ファイバは、コア部のクラッド部に対する比屈折率差が２．５％のステップ型であり、純ＳｉＯ₂ガラス層を有するとともに、中心から外周コア部と純ＳｉＯ₂ガラス層との境界位置まで、すなわち中心からコア半径の８８％の位置に至るまで、段階的に音速が減少し、その後純ＳｉＯ₂ガラス層において比音速差が０％まで増加する音速プロファイルを有するものである。なお、実施例３に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性は、波長分散値が−６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０３１ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が１１．６μｍ²であった。

図２２は、実施例３に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。図２２に示すように、実施例３に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルは、図１９に示すものと同様に、２つのブロードなピークが存在し、１０．６ＧＨｚ付近の最大ピーク値は−３ｄＢ程度であった。したがって、コア部において中心から半径の８８％の位置に至るまで段階的に音速が減少していれば、効果的にＳＢＳを抑制できることが確認された。

（比較例２）
つぎに、本発明の比較例２に係る光ファイバについて説明する。この比較例２に係る光ファイバは、実施例２、３に係る光ファイバと同様に、製造の際に、コア部の最外周に、純ＳｉＯ₂ガラスからなる層が形成されたものである。この比較例２に係る光ファイバは、中心コア部のコア径は２．１μｍ、外周コア部のコア径は３．０μｍ、純ＳｉＯ₂ガラス層の厚さは０．３μｍであり、コア部の外径は３．６μｍである。また、クラッド径は６０μｍである。また、中心コア部、外周コア部、クラッド部に添加したドーパントの種類と濃度とは、実施例２、３に係る光ファイバと同様である。

図２３は、比較例２に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。また、図２４は、比較例２に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。図２３、２４に示すように、比較例２に係る光ファイバは、コア部のクラッド部に対する比屈折率差が２．５％のステップ型であり、純ＳｉＯ₂ガラス層を有するとともに、中心から外周コア部と純ＳｉＯ₂ガラス層との境界位置まで、すなわち中心から半径の８３％の位置に至るまで、段階的に音速が減少し、その後純ＳｉＯ₂ガラス層において比音速差が０％まで増加する音速プロファイルを有するものである。なお、比較例２に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性は、波長分散値が−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０３０ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が１１．４μｍ²であった。

図２５は、比較例２に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示す図である。図２５に示すように、比較例２に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルは、図１９に示すものと同様に、２つのピークが存在するが、１０．７ＧＨｚ付近の最大ピーク値は−２ｄＢ程度であり、ＳＢＳを抑制する効果が小さかった。

なお、実施例２、３および比較例２に係る光ファイバにおける、コア部の最外周に形成された純ＳｉＯ₂ガラス層は、コア部用ガラス母材をＶＡＤ法によって作製した場合に限らず、純ＳｉＯ₂ガラス製の反応管を用いてＭＣＶＤ法によってコア部用ガラス母材を作製し、その後クラッド部を形成する前にコア部用ガラス母材から反応管を切削除去する際に、その一部が残留してしまうことによっても形成される。しかし、このように反応管の一部が残留してコア部に純ＳｉＯ₂ガラス層が形成されたとしても、コア部の中心から半径の８５％、好ましくは９０％の位置に至るまでの音速が段階的または連続的に減少していれば、本発明の効果を奏する光ファイバとなる。

（実施例４）
つぎに、本発明の実施例４に係る光ファイバについて説明する。この実施例４に係る光ファイバは、実施例１に係る光ファイバと同様に、ＳｉＯ₂ガラスを主成分とし、中心コア部と外周コア部とを有するコア部と、クラッド部とを備える。なお、この実施例４に係る光ファイバは、中心コア部のコア径は２．１μｍ、外周コア部のコア径は３．６μｍ、クラッド径は６０μｍである。また、ドーパントとして、中心コア部にはＧｅＯ₂を１４．１ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃を７．８ｗｔ％添加し、外周コア部にはＧｅＯ₂を１６．４ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃を６．３ｗｔ％添加し、クラッド部はＦを３．０ｗｔ％添加した。

図２６は、実施例４に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。また、図２７は、実施例４に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。図２６、２７に示すように、実施例４に係る光ファイバは、コア部のクラッド部に対する比屈折率差が２．５％のステップ型の屈折率プロファイルを有するとともに、中心からコア部の外周に至るまで段階的に音速が減少する音速プロファイルを有するものであり、中心コア部の外周コア部に対する比音速差は約１．４％、すなわち中心コア部の音速は外周コア部の音速よりも約１．４％だけ速かった。なお、実施例４に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性は、実施例１に係る光ファイバと同様であった。

図２８は、実施例４に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。図２８に示すように、実施例４に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルは、図１６に示すものよりはピークの幅が狭く、値が上昇しているが、１０．６ＧＨｚ付近の最大ピーク値は−５ｄＢ程度であり、効果的にＳＢＳを抑制できることが確認された。

（実施例５）
つぎに、本発明の実施例５に係る光ファイバについて説明する。この実施例５に係る光ファイバは、実施例４に係る光ファイバと同様に、ＳｉＯ₂ガラスを主成分とし、中心コア部と外周コア部とを有するコア部と、クラッド部とを備え、中心コア部のコア径は２．１μｍ、外周コア部のコア径は３．６μｍ、クラッド径は６０μｍである。また、ドーパントとして、中心コア部にはＧｅＯ₂を１７．３ｗｔ％とＡｌ₂Ｏ₃を３．９ｗｔ％添加し、外周コア部にはＧｅＯ₂を１８．８ｗｔ％とＡｌ₂Ｏ₃を２．９ｗｔ％添加し、クラッド部はＦを３．７ｗｔ％添加した。

図２９は、実施例５に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。また、図３０は、実施例５に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。図２９、３０に示すように、実施例５に係る光ファイバは、実施例４に係る光ファイバと同様の屈折率プロファイルおよび音速プロファイルを有するものであったが、中心コア部の音速は外周コア部の音速よりも約１％だけ速かった。なお、実施例５に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性は、実施例１に係る光ファイバと同様であった。

図３１は、実施例５に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。図３１に示すように、実施例５に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルは、図２８に示すものよりピークの幅がさらに狭く、値が上昇しているが、最大ピーク値は−３ｄＢ程度であった。すなわち、中心コア部の音速が外周コア部の音速よりも１％以上速ければ、効果的にＳＢＳを抑制できることが確認された。

（比較例３〜５）
つぎに、本発明の比較例３〜５に係る光ファイバについて説明する。まず、比較例３に係る光ファイバは、図３２、３３に示すように、比較例１に係る光ファイバと同様の屈折率プロファイルおよび音速プロファイルを有するが、波長１５５０ｎｍにおける光学特性については、実施例１と同様に、波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０３５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が１２．２μｍ²としたものである。この比較例３に係る光ファイバは、図３４に示すように、ブリユアン散乱スペクトルにおける最大ピーク値がほぼ０ｄＢであって比較例１に係る光ファイバと同等の高い値であった。

つぎに、比較例４に係る光ファイバは、図３５、３６に示すように、実施例１に係る光ファイバと同様の屈折率プロファイルを有するが、音響波がコア部およびコア部近傍に局在する伝搬モードで光ファイバ中を伝搬しないように、コア部の音速よりもクラッド部の音速が遅い音速プロファイルとしたものである。しかし、この比較例４に係る光ファイバは、音響波がコア部およびコア近傍に局在しないものの、コア部およびコア部近傍において光の強度分布形状と類似したフィールド分布形状を有する音響波が伝搬するので、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との空間的な重なりの総和が大きくなる。その結果、図３７に示すように、ブリユアン散乱スペクトルにおける最大ピーク値は０ｄＢよりわずかに小さいだけであった。

つぎに、比較例５に係る光ファイバは、図３８、３９に示すように、比較例１に係る光ファイバと同様の屈折率プロファイルを有するが、コア部およびコア部近傍において光の強度分布形状と類似したフィールド分布形状を有する音響波が伝搬しないように、音響波プロファイルを中心からコア部の外周に至るまで段階的に音速が増加する形状としたものである。しかし、この比較例５に係る光ファイバは、音響波がコア部およびコア部近傍に局在する伝搬モードで光ファイバ中を伝搬するので、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との空間的な重なりの総和が大きくなる。その結果、図４０に示すように、ブリユアン散乱スペクトルにおいて周波数８、７ＧＨｚおよび９．４ＧＨｚにほぼ同等の値のピークが存在し、そのピーク値は−２ｄＢであった。

本発明の実施の形態１に係る光ファイバを模式的に示した断面図である。実施の形態１に係る光ファイバの径方向の屈折率プロファイルおよび音速プロファイルを模式的に示した図である。実施の形態１に係る光ファイバのコア部におけるＧｅＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の径方向の濃度プロファイルを模式的に示した図である。各ドーパントがＳｉＯ₂ガラスに添加された場合のＳｉＯ₂ガラスの屈折率または音速の増減について示した図である。本発明の実施の形態２に係る光ファイバを模式的に示した断面図である。実施の形態２に係る光ファイバの径方向の屈折率プロファイルおよび音速プロファイルを模式的に示した図である。実施の形態２に係る光ファイバのコア部におけるＧｅＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の濃度プロファイルを模式的に示した図である。本発明の実施の形態３に係る光ファイバを模式的に示した断面図である。実施の形態３に係る光ファイバの径方向の屈折率プロファイルおよび音速プロファイルを模式的に示した図である。実施の形態３に係る光ファイバのコア部におけるＧｅＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の濃度プロファイルを模式的に示した図である。比較例１に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。比較例１に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。比較例１に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。実施例１に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。実施例１に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。実施例１に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。実施例２に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。実施例２に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。実施例２に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。実施例３に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。実施例３に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。実施例３に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。比較例２に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。比較例２に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。比較例２に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。実施例４に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。実施例４に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。実施例４に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。実施例５に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。実施例５に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。実施例５に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。比較例３に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。比較例３に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。比較例３に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。比較例４に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。比較例４に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。比較例４に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。比較例５に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示した図である。比較例５に係る光ファイバの音速プロファイルを示した図である。比較例５に係る光ファイバのブリユアン散乱スペクトルを示した図である。

符号の説明

１〜３光ファイバ
１１〜３１コア部
１２〜３２クラッド部
２１１中心コア部
２１２外周コア部
３２１内側クラッド部
３２２外側クラッド部
Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ屈折率プロファイル
Ｌ１ｂ〜Ｌ４ｂ音速プロファイル
Ｌ１ｃ〜Ｌ４ｃ、Ｌ１ｄ〜Ｌ４ｄ濃度プロファイル

Claims

屈折率を上げかつ音速を下げるドーパントと屈折率を上げかつ音速を上げるドーパントとを含む複数種のドーパントを添加して、中心から半径の８５％の位置に至るまで段階的または連続的に音速を減少させたコア部と、
前記コア部の外周に形成した該コア部よりも屈折率が低くかつ音速が遅いクラッド部と、
を備えることを特徴とする光ファイバ。
前記コア部は、中心から半径の９０％の位置に至るまで段階的または連続的に音速を減少させたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
前記コア部は、中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成した該中心コア部よりも音速が遅い外周コア部とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
前記中心コア部の音速は、前記外周コア部の音速よりも１％以上速いことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
前記クラッド部は、前記コア部の外周に形成した該コア部よりも屈折率が低い内側クラッド部と、前記内側クラッド部の外周に形成した前記コア部よりも屈折率が低く該内側クラッド部よりも屈折率が高い外側クラッド部とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ファイバ。
前記コア部はＳｉＯ₂ガラスを主成分とし、前記複数種のドーパントはＧｅＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃とを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバ。
前記コア部は、中心から半径の８５％の位置に至るまで段階的または連続的に濃度が減少するようにＡｌ₂Ｏ₃を添加したことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
前記コア部は、中心から半径の８５％の位置に至るまで段階的または連続的に濃度が増加するようにＧｅＯ₂を添加したことを特徴とする請求項６または７に記載の光ファイバ。
波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光ファイバ。
波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１８μｍ²以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光ファイバ。
波長１５５０ｎｍにおける前記コア部と前記クラッド部との比屈折率差が２％以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光ファイバ。