JP2009008850A - デュアルガイド光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ母材作製を短時間に行い、低コストに曲げ損失の小さなシングルモード伝送可能なデュアルガイド光ファイバを提供すること。
【解決手段】本発明に係るデュアルガイド光ファイバは、コア１１１、第１クラッド１２１および第２クラッド１３１を備える。第１クラッド１２１の屈折率１２２はコア１１１の屈折率１１２よりも小さく、第２クラッド１３１の屈折率１３２は第１クラッド１２１の屈折率１２２よりも小さい。コア１１１の物理的な外径（２＊ａ１）は、３．８μｍ≦（２＊ａ１）＜１０μｍであり、第１クラッド１２１の最外周位置（ａ２）は、５μｍ≦（ａ２）≦１０μｍであり、ａ２／ａ１は、１．１４≦（ａ２／ａ１）＜２．５の関係を満たしている。さらに、第２クラッドと第１クラッドとの比屈折率差Δ２は、−１．０％≦Δ２≦−０．２％である。
【選択図】図７

Description

本発明は、デュアルガイド光ファイバに関し、より詳細には、光ファイバ本体に対して小さな曲率半径で曲げを与えた際においても、シングルモードでの光信号の伝達を可能にするデュアルガイド光ファイバに関する。

光ファイバ本体に対して小さな曲率半径を与えた際にも、シングルモードでの光信号の伝送を可能にする公知の技術として、非特許文献１には、図１に示す「フォトニック結晶ファイバ」が開示されている。図１に示されるように、コア領域１１の周囲には石英ガラス１３が形成されている。そして、シングルモードのコア領域１１を囲む形で、屈折率が「１」となる空気の孔１２を複数備えることにより、実効的なクラッド領域がコア領域１１と空気の孔の間に領域で形成される。

図２は、図１のフォトニック結晶ファイバの屈折率分布図である。図２において、符号１４はコア領域１１の屈折率であり、符号１５は空気の穴１２の屈折率であり、符号１６は石英ガラス１３の屈折率である。

図２から分かるように、上記クラッド領域の外側に極めて屈折率の低い空気の孔１２が存在することによって、光ファイバ本体を曲げた際においても電界強度分布の閉じ込めを安定化させる構造となっている。

また、特許文献１には、電界強度分布の閉じ込めを安定化させた他の構造として、図３に示す「トレンチ型光ファイバ」が開示されている。

図３において、特許文献１に開示されたトレンチ型光ファイバでは、石英ガラス２２に囲まれたシングルモードのコア２１の中心から２０μｍ離れた所に、低い屈折率を備えた材料（低屈折率材料）２３を配置している。

図４は、図２のトレンチ型光ファイバの屈折率分布図である。図４において、符号２４はコア２１の屈折率であり、符号２５は低屈折率材料２３の屈折率であり、符号２６は石英ガラス２２の屈折率である。

図４から分かるように、特許文献１に開示されたトレンチ型光ファイバにおいては、コア２１から２０μｍ離れて配置された低屈折率材料２３によって、光ファイバ本体を曲げた際における電界強度分布の閉じ込めの安定化を図っている。

さらに、特許文献２には、曲げによる損失が少なくて、一般的な伝送用光ファイバとの接続性が容易な光ファイバを提供することを目的として、図２と同様な屈折率分布を有する光ファイバであって、低屈折率材料２３の屈折率体積、およびコア２１の半径ｒ₁と、コア２１の中心から低屈折率材料２３までの距離ｒ₂との比ｒ₂／ｒ₁を所定の範囲内にすることが開示されている。

すなわち、特許文献２では、一般的な伝送用光ファイバとの接続を容易にするためのモードフィールド径の減少の抑制と、曲げによる損失の抑制とのために、上記屈折率体積を２５％・μｍ²以上１１０％・μｍ²以下にし、比ｒ₂／ｒ₁を２．５以上４．５以下にすることが開示されている。

米国特許第７、１６４、８３５号明細書 特許第３８５３８３３号明細書 K.Tajima et al, "Low peak photonic crystal fibers", Proc.ＥＣＯＣ2003., Th4.1.6.

このように、曲げに対する耐性の向上という面では、上述した技術を用いる方式が有力であるが、これら方式であっても、まだ改善しなければならない課題が残されている。特に、光ファイバ母材の作製時間の短縮や、より簡便な方法による作製など、曲げに強い光ファイバ作製のより低コスト化が求められている。

具体的には、非特許文献１に記載された「フォトニック結晶ファイバ」は、複数の孔を光ファイバのプリフォ−ムに備えさせるための特殊な製造方法が要求されるのが一般であり、これまでの光ファイバ製造方法のみで作製することが困難となっている。

また、特許文献１で開示された「トレンチ型光ファイバ」では、シングルモードのコア中心から比較的遠方の領域にクラッドとは別の低屈折率材料を備える必要があり、シングルモードコア、クラッド、そして低屈折率材料からなる、光ファイバ母材としてのプリフォ−ム作製に時間を要していた。

さらに、特許文献２では、上述のように、曲げ損失に強く、かつ一般的な伝送用光ファイバとの接続を容易にすることに主眼が置かれており、光ファイバ母材作製にかかる時間の短縮化については言及されていない。従って、よりユーザの利便性を向上させるために、光ファイバ母材をより短時間に作製することが望まれている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光ファイバ母材作製を短時間に行い、低コストに曲げ損失の小さなシングルモード伝送可能なデュアルガイド光ファイバを提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、コア、第１のクラッドおよび第２のクラッドを備えるデュアルガイド光ファイバであって、前記デュアルガイド光ファイバの軸中心に配置された、第１の屈折率を有する第１の材料と、前記第１の材料の外周に配置された、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の材料と、前記第２の材料の外周に配置された、前記第２の屈折率よりも小さい第３の屈折率を有する第３の材料とを備え、前記第１の材料が前記コアであり、前記第２の材料が前記第１のクラッドであり、前記第３の材料が前記第２のクラッドであり、前記コアは、所定の波長帯で前記コアを励振した際に基本モードのみ励振される物理的な外径（２＊ａ１）と、前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ１を有しており、前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）は、前記デュアルガイド光ファイバの中心軸からの距離がａ２であり、前記第２のクラッドは、前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ２を有しており、前記コアの物理的な外径（２＊ａ１）は、３．８μｍ≦（２＊ａ１）＜１０μｍであり、前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）は、５μｍ≦（ａ２）≦１０μｍであり、かつ、前記第２のクラッドの最外周位置（ａ２）と、前記ａ１の比であるａ２／ａ１は、１．１４≦（ａ２／ａ１）＜２．５の関係を満たしており、前記比屈折率差Δ１は、０．１％≦Δ１≦０．４％であり、前記比屈折率差Δ２は、−１．０％≦Δ２≦−０．２％であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、コア、第１のクラッドおよび第２のクラッドを備えるデュアルガイド光ファイバであって、前記デュアルガイド光ファイバの軸中心に配置された、第１の屈折率を有する第１の材料と、前記第１の材料の外周に配置された、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の材料と、前記第２の材料の外周に配置された、前記第２の屈折率よりも小さい第３の屈折率を有する第３の材料と、前記第３の材料の外周に配置された、前記第３の屈折率よりも高い第４の屈折率を有する第４の材料とを備え、前記第１の材料が前記コアであり、前記第２の材料が前記第１のクラッドであり、前記第３の材料が前記第２のクラッドであり、前記コアは、所定の波長帯で前記コアを励振した際に基本モードのみ励振される物理的な外径（２＊ａ１）と、前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ１を有しており、前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）は、前記デュアルガイド光ファイバの中心軸からの距離がａ２であり、前記第２のクラッドの厚み（ｄ）は、前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）と前記第２のクラッドの最外周位置（ａ３）との間の距離であり、前記第２のクラッドは、前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ２を有しており、前記コアの物理的な外径（２＊ａ１）は、３．８μｍ≦（２＊ａ１）＜１０μｍであり、前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）は、５μｍ≦（ａ２）≦１０μｍであり、かつ、前記第２のクラッドの最外周位置（ａ２）と、前記ａ１の比であるａ２／ａ１は、１．１４≦（ａ２／ａ１）＜２．５の関係を満たしており、前記第２のクラッドの厚み（ｄ）は、前記所定の波長の３倍の値≦ｄ≦４０μｍであり、前記比屈折率差Δ１は、０．１％≦Δ１≦０．４％であり、前記比屈折率差Δ２は、−１．０％≦Δ２≦−０．２％であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第４の材料は、前記デュアルガイド光ファイバの強度保持体であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記第４の材料は、純粋石英からなる強度保持体であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記第４の材料は、前記第４の屈折率を有する樹脂であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記第１の材料はＧｅ、Ｐ、Ｓｎ、Ｂ元素の少なくとも一つが添加された石英であり、前記第２の材料は純粋石英であり、前記第３の材料はＦ元素、またはＢ元素、またはその２つの元素が混在して添加された石英であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記デュアルガイド光ファイバの本体の外径が、５５μｍ以上かつ１２５μｍ以下であることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記所定の波長帯は、波長１．３１μｍ帯であることを特徴とする。

本発明によれば、シングルモードコアの外周に第１クラッドと第２クラッドとが順次配置されたデュアルガイド光ファイバにおいて、シングルモードコアの中心から比較的近くの領域に、第１クラッドとは別の低屈折率材料である第２クラッドを配置し、かつ第１クラッドと第２クラッドとの比屈折率差を大きく設定しているので、光ファイバ母材作製を短時間に行い、低コストに曲げ損失の小さなシングルモード伝送可能なデュアルガイド光ファイバを提供することが可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施形態）
図５は、シングルモード光ファイバにおけるシングルモードの電界分布を波長１．３１μｍで測定した図である。ガウシアンフィッティング曲線と比較して、実際に測定したシングルモード電界分布の方が半値幅が狭い。シングルモード光ファイバのカットオフ波長と同じ波長で同様な測定を行えば、ガウシアンフィッティング曲線と同等の半値幅が得られる。しかし、実際の光通信で使用する波長はカットオフ波長から離れるため、上記の結果が再現性良く得られる。これにより、光ファイバを曲げることを考慮し、クラッドの外側に備える低屈折領域は、コアの中心から比較的近傍に備えさせれば、光ファイバを曲げた際においても、シングルモードを保持したまま、光信号を伝送可能であることが分かる。また、製造コストを要する屈折率「１」の空気の孔を備えることもない。

すなわち、本発明の一実施形態では、後述のようなパラメータを設定することにより、低屈折率領域をコアの中心から比較的近傍に配置しても、曲げによる過剰損失を抑え、図５に示すような良好なシングルモード（基本モード）の電界分布を得ることができる。よって、上記過剰損失を低減し、良好なシングルモード伝送を可能にしつつ、光ファイバ母材の体積の縮小化を図ることができ、コストダウンに繋がる。特に、伝送距離が１０ｋｍ程度の光ファイバに対して威力を発揮する。

図６は、第１の実施形態に基づくデュアルガイド光ファイバの断面図である。また、図７は、第１の実施形態に基づくデュアルガイド光ファイバの屈折率分布図である。

図６において、中心にシングルモード伝送用の、第１の材料としてのコア１１１が備えられている。また、本実施形態に係るデュアルガイド光ファイバの軸中心に配置されたコア１１１の外側に順次、第２の材料としての第１クラッド１２１、第３の材料としての第２クラッド１３１が備えられる。本実施形態では、コア１１１と第１クラッド１２１とが光ファイバ母材となる。なお、コア１１１、第１クラッド１２１、第２クラッド１３１は、例えば石英系ガラスや、ポリマー、アクリルなどの有機物など、通常、光ファイバに用いられる材料を用いることができる。

図７において、符号１１２はコア１１１の屈折率であり、符号１２２は第１クラッド１２１の屈折率であり、符号１３２は第２クラッド１３１の屈折率である。図７から分かるように、第１クラッド１２１の屈折率１２２はコア１１１の屈折率１１２よりも小さく、第２クラッド１３１の屈折率１３２は第１クラッド１２１の屈折率１２２よりも小さい。

コア１１１は、波長１．３１μｍ帯でコアを励振した際に基本モードのみ励振される物理的な外径（２＊ａ１）と上記第１クラッド１２１との比屈折率差Δ１を有している。また、第１クラッド１２１の最外周位置（ａ２）は、上記デュアルガイド光ファイバの中心軸からの距離がａ２である。さらに、第２クラッド１３１の最外周位置（ａ３）は、上記デュアルガイド光ファイバの外径位置と等しく、第１クラッド１２１との比屈折率差Δ２を有している。

物理的な配置関係については、以下の通りである。
コア１１１の物理的な外径（２＊ａ１）は、３．８μｍ≦（２＊ａ１）＜１０μｍが好ましく、第１クラッド１２１の最外周位置（ａ２）は、５μｍ≦（ａ２）≦１０μｍが好ましく、かつ、上記第２クラッド１３１の最外周位置（ａ２）と、上記ａ１の比であるａ２／ａ１は、１．１４≦（ａ２／ａ１）＜２．５の関係を満たしていることが好ましい。

これにより、第２クラッド１３１はコア１１１に比較的近い領域に備えることが可能になる。

また、それぞれの屈折率関係は、比屈折率差Δ１は、０．１％以上、０．４％以下が好ましく、比屈折率差Δ２は、−１．０％以上であり−０．２％以下の値が好ましい。これにより、Δ１によってシングルモード条件が整い、負の値を有するΔ２によって、曲げた際にも光信号をガイドすることが可能となる。

なお、本実施形態では、コア１１１に添加される添加物（例えば、Ｇｅ、Ｐ、Ｓｎ、Ｂ元素）は、石英等のベースとなる材料の屈折率を上げるように選択される。また、第１クラッド１２１は純粋石英である。

また、本実施形態では、第２クラッド１３１について、石英にＦ元素を添加しているが、これに限定されない。例えば、Ｂ元素など、石英の屈折率を下げることが可能な添加物ならいずれを用いても良い。本実施形態では、第２クラッド１３１にＦ元素に加えてＢ元素を添加することにより、より屈折率を低下させることができる。

このような構成において、コア１１１がシングルモード伝送用のコアとして機能し、デュアルガイド光ファイバを曲げない際は、第１クラッド１２１がクラッドとして機能し、曲げた際においては、第２クラッド１３１が２番目のクラッドとして機能し、デュアルガイド構造が得られる。

なお、本実施形態では、シングルモード伝送用光信号波長（コア１１１の規定モードを励振しシングルモード伝送する光信号の波長）をＣ−Ｂａｎｄ帯域（１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）、あるいはＬ−Ｂａｎｄ帯域（１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍ）、またあるいは１３００ｎｍ帯域のいずれでも設計可能である。また、モードフィールド径を、８．０〜１０．０μｍとすることができる。すなわち、上述の規定モードのモードフィールド径を８．０〜１０．０μｍにすることができる。

また、デュアルガイド光ファイバの外径を、５５μｍ以上、１２５μｍ以下とすることができる。

本実施形態では、曲げ損失を低減するための低屈折率領域として機能する第２クラッド１３１を、コア１１１の中心に対して比較的近傍に配置している。従って、曲げ損失の低減を実現しつつ、コア１１１および第１クラッド１２１からなる光ファイバ母材の体積を小さくすることができる。このように、光ファイバ母材の体積を小さくすることができるので、光ファイバ母材の作製時間を短縮することができる。また、低屈折率材料としての第２クラッド１３１は、一般的なガラスとすることができるので、光ファイバ母材の周囲に簡単に形成することができる。よって、本実施形態に係るデュアルガイド光ファイバを、曲げ損失に強い状態で、より短時間、かつ簡単に作製することができる。

また、上述のように、光ファイバ母材を小さくできるので、従来と同等の曲げ損失の低減効果を得つつ、デュアルガイド光ファイバを細くすることができる。

本実施形態で重要なことは、光ファイバ母材の作製時間を短縮するために、曲げ損失低減に寄与する、低屈折率材料である第２クラッド１３１をコア１１１中心になるべく近くに配置する、すなわち、第２クラッド１３１の最外周位置（ａ２）をなるべく小さくすることである。つまり、本光ファイバがデュアルガイド構造として良好に機能しながら、第２クラッド１３１の最外周位置（ａ２）をなるべく小さくすることが重要となる。

本実施形態では、Δ２を−１．０％以上、−０．２％以下と大きな値としているので、第２クラッド１３１の最外周位置（ａ２）を小さくすることができ、結果として、光ファイバ母材の体積を小さくすることができるのである。

このように、光ファイバ母材の体積を小さくするという観点において、Δ２を−１．０％以上、−０．２％以下に設定することは重要であり、なおかつ、曲げ損失の低減という観点において、コアのなるべく近傍に低屈折率材料を配置することが重要である。本実施形態では、このような構成を実現するために、３．８μｍ≦（２＊ａ１）＜１０μｍ、５μｍ≦（ａ２）≦１０μｍ、１．１４≦（ａ２／ａ１）＜２．５の関係を満たすことが好適なのである。

特に、本発明の一実施形態において、比ａ２／ａ１を２．５未満にすることは重要である。本実施形態では、上述に示されるように、１．９μｍ≦ａ１＜５μｍにおいて、光ファイバ母材の体積を小さくするためには、比ａ２／ａ１をなるべく小さくする必要がある。このように、光ファイバ母材の体積を小さくすることを考慮すると、比ａ２／ａ１を２．５未満にするのが好適なのである。

また、本実施形態では、コアと第１クラッドとの間に比屈折率差Δ１を与えるために、例えば、第１クラッドに石英を用いた場合、コアにＧｅ等を添加している。そして、比屈折率差Δ１を小さくすると、比ａ２／ａ１は小さくなる。このとき、比屈折率差Δ１を小さくしようとすると、上記Ｇｅ等をコアに添加する際に該添加量を厳密に小さな値で制御しなければならない。すなわち、比ａ２／ａ１を小さくするには、コアへの添加物の厳密な制御が必要となる。よって、本発明の一実施形態では、このような厳密な制御を考慮して、比ａ２／ａ１を１．１４以上に設定するのが好ましい。

本発明の一実施形態において、１．１４≦ａ２／ａ１＜２．５とすることにより、良好なシングルモードの電界分布特性、および曲げによる過剰損失を低減することができ、かつ、光ファイバ母材の体積を小型化することができる。よって、コストダウンを図ることができる。

すなわち、本実施形態で重要なことは、光ファイバ母材の体積を小さくすることによって、光ファイバ母材の作製時間の短縮化や光ファイバ作製工程の簡略化である。そのために、本実施形態に係るパラメータに設定することによって、低曲げ損失、および良好なシングルモードの実現を達成しつつ、コアの比較的近傍に低屈折率領域を配置することができ、光ファイバ母材の体積を小さくすることができるのである。

（第２の実施形態）
本実施形態では、光ファイバの耐湿性を向上するために、第２クラッドの外周に強度保持体を配置している。Ｆ元素やＢ元素は、湿度に弱い、あるいは機械的強度が比較的少ないと言われているが、石英は湿度に強い材料であるので、上記強度保持体としてＦ元素やＢ元素を添加していない純粋な石英を用いることによって、耐湿性を向上することが可能となる。よって、使用環境の幅を広げることができる。

本実施形態では、強度保持体等の部材を第２クラッドの外周に配置する構成であり、光ファイバ母材は、コア、第１クラッド、および第２クラッドとなる。

第１の実施形態では、コアの比較的近傍に低屈折率材料である第２クラッドを配置して曲げ損失の低減を図り、かつ、第１クラッドと第２クラッドとの比屈折率差Δ２を大きくすることによって光ファイバ母材の体積を小さくしている。本実施形態では、上記構成に加えて、コア、第１クラッド、および第２クラッドからなる光ファイバ母材の体積を小さくするために、第２クラッドの厚み（幅）を最適にしている。

図８は、第２の実施形態に基づくデュアルガイド光ファイバの断面図である。また、図９は、第２の実施形態に基づくデュアルガイド光ファイバの屈折率分布図である。

図８において、中心にシングルモード伝送用の、第１の材料としてのコア１１１が備えられ、コア１１１の外側に順次、第２の材料としての第１クラッド１２１、第３の材料としての第２クラッド１３１が備えられ、そして最後に第４の材料として強度保持体１４１が備えられる。本実施形態では、コア１１１、第１クラッド１２１、および第２クラッド１３１が光ファイバ母材となる。なお、コア１１１、第１クラッド、第２クラッド、そして強度保持体は、例えば石英系ガラスや、ポリマー、アクリルなどの有機物など、通常、光ファイバに用いられる材料を用いることができる。

図９において、符号１１２はコア１１１の屈折率であり、符号１２２は第１クラッド１２１の屈折率であり、符号１３２は第２クラッド１３１の屈折率であり、符号１４２は強度保持体１４１の屈折率である。図９から分かるように、第１クラッド１２１の屈折率１２２はコア１１１の屈折率１１２よりも小さく、第２クラッド１３１の屈折率１３２は第１クラッド１２１の屈折率１２２よりも小さい。そして、強度保持体１４１の屈折率１４２は、第１クラッド１２１の屈折率１２２と等価である。

なお、本実施形態では、強度保持体１４１と第１クラッドとの屈折率を等価にしているが、これに限定されない。本実施形態では、一例として、強度保持体１４１が、耐湿性向上のために純粋石英からなり、第１クラッド１２１も純粋石英からなるので、強度保持体１４１と第１クラッド１２１との屈折率が等価になっているのであり、第１クラッド１２１がドープされた石英である場合は、当然、第１クラッド１２１と強度保持体１４１との屈折率は等価ではなくなる。

コア１１１は、波長１．３１μｍ帯でコアを励振した際に基本モードのみ励振される物理的な外径（２＊ａ１）と上記第１クラッド１２１との比屈折率差Δ１を有している。また、第１クラッド１２１の最外周位置（ａ２）は、上記デュアルガイド光ファイバの中心軸からの距離がａ２である。さらに、第２クラッド１３１の最外周位置（ａ３）は、上記デュアルガイド光ファイバの中心軸からの距離がａ３であり、第１クラッド１２１との比屈折率差Δ２を有している。

物理的な配置関係については、
コア１１１の物理的な外径（２＊ａ１）は、３．８μｍ≦（２＊ａ１）＜１０μｍが好ましく、第１クラッド１２１の最外周位置（ａ２）は、５μｍ≦（ａ２）≦１０μｍが好ましい。第２クラッド１３１の厚み（ｄ）は、３．９３μｍ≦ｄ≦４０μｍが好ましく、さらに好ましくは、｛２４−０．８＊ａ２｝μｍ≦ｄ≦４０μｍである。上記第２クラッド１３１の最外周位置（ａ２）と、上記ａ１の比であるａ２／ａ１は、１．１４≦（ａ２／ａ１）＜２．５の関係を満たしていることが好ましい。また、強度保持体１４１の最外周位置（ａ４）は、上記デュアルガイド光ファイバの外径位置と等しくなっている。この構造によって、第２クラッド１３１はコア１１１に比較的近い領域に備えることが可能になる。

本実施形態において、第２クラッドの厚みｄは、少なくとも、用いる光の波長の３倍あるのが好ましい。本実施形態では、１．３１μｍの波長の光を用いているので、幅ｄは、３．９３μｍ以上が好ましいのである。

なお、本実施形態では、上述のように、１．３１μｍの波長の光を用いているので、幅ｄの好ましい最低値は３．９３μｍとなるが、伝送すべき、シングルモード伝送用光信号波長に応じて上記最低値が決まることは言うまでも無い。例えば、１．５５μｍの波長の光を伝送させるように設計する場合、好ましい幅ｄの最低値は、４．６５（３×１．５５μｍ）μｍとなる。

また、本実施形態に係る光ファイバにおいて、強度保持体１４１が無い形態を考慮すると、幅ｄは４０μｍ以下であることが好ましい。

また、それぞれの屈折率関係は、比屈折率差Δ１は、０．１％〜０．４％が好ましく、比屈折率差Δ２は、−１．０％〜−０．２％が好ましい。これにより、Δ１によってシングルモード条件が整い、負の値を有するΔ２によって、曲げた際にも光信号をガイドすることが可能となる。

図１０は、本実施形態に基づいた基本モードの分布を算出した事例を示す図である。Δ１＝０．３６％、Δ２＝−０．４％とし、ａ１＝４．４μｍ、ａ２＝１０μｍ、ａ２／ａ１＝２．２７とし、変化させるパラメータとして第２クラッド１３１の厚み（ｄ＝ａ３−ａ２）を１０μｍ、２０μｍとしている。図１０から分かるように、ｄ＝１０μｍ、２０μｍ双方とも、良好な基本モード分布を示している。さらに、半値幅についても、基本モードと変わらないので、通常の光ファイバｔの接続性も問題無い。

なお、２０μｍの数値は、先に示した、より好ましい幅ｄの範囲である、｛２４−０．８＊ａ２｝μｍ≦ｄ≦４０μｍに含まれるが、１０μｍは含まれない。図１０から明らかなように、基本モードの分布は上記第２クラッド１３１の厚みが２０μｍである場合の方が、より閉じ込めが強くなっていることが明らかであり、この状態で光ファイバを曲げた際でも閉じ込めが強いため、より曲げによる過剰損失が低くなるので、上記範囲がより好ましいのである。

また、図１１は、本実施形態に係る、過剰損失と曲げられた光ファイバ中を光が伝搬する距離との関係を示す図である。図１１において、Ｒは、曲げられた光ファイバの曲率半径であり、Δ１＝０．３６％、Δ２＝−０．４％とし、ａ１＝４．４μｍ、ａ２＝１０μｍ、ａ２／ａ１＝２．２７とし、第２クラッド１３１の厚み（ｄ＝ａ３−ａ２）を１５μｍとしている。

図１１より、曲率半径Ｒが３〜８ｍｍの間で変化しても、曲げによる過剰損失に変化がほとんど無く、本発明に特徴的な各パラメータに設定した光ファイバを用いれば、該光ファイバを曲げた場合でもほぼロス無しで光を伝搬可能であることがわかる。

本実施形態では、上述のように第２クラッドの幅を設定することにより、図１０、１１から分かるように、良好なシングルモードを得つつ、曲げによる過剰損失を低減することができる。

なお、本実施形態では、コア１１１に添加される添加物（例えば、Ｇｅ、Ｐ、Ｓｎ、Ｂ元素）は、石英等のベースとなる材料の屈折率を上げるように選択される。また、第１クラッド１２１、強度保持体１４１はそれぞれ純粋石英である。

また、本実施形態では、第２クラッド１３１について、石英にＦ元素を添加しているが、これに限定されない。例えば、Ｂ元素など、石英の屈折率を下げることが可能な添加物ならいずれを用いても良い。本実施形態では、第２クラッド１３１にＦ元素に加えてＢ元素を添加することにより、より屈折率を低下させることができる。

このような構成において、コア１１１がシングルモード伝送用のコアとして機能し、デュアルガイドファイバを曲げない際は、第１クラッド１２１がクラッドとして機能し、曲げた際においては、第２クラッド１３１が２番目のクラッドとして機能し、デュアルガイド構造が得られる。

なお、本実施形態では、シングルモード伝送用光信号波長（コア１１１の規定モードを励振しシングルモード伝送する光信号の波長）をＣ−Ｂａｎｄ帯域（１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）、あるいはＬ−Ｂａｎｄ帯域（１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍ）、またあるいは１３００ｎｍ帯域のいずれでも設計可能である。また、モードフィールド径を、８．０〜１０．０μｍとすることができる。すなわち、上述の規定モードのモードフィールド径を８．０〜１０．０μｍにすることができる。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、曲げ損失を低減するための低屈折率領域として機能する第２クラッド１３１を、コア１１１の中心に対して比較的近傍に配置している。さらに、本実施形態では、コア１１１、第１クラッド１２１、および第２クラッド１３１からなる光ファイバ母材の体積を小さくするために、第１の実施形態と同様に、Δ２を−１．０％以上、−０．２％以下と大きな値に設定すると共に、第クラッド１３１の幅である厚みｄをなるべく細くしている。このようにΔ２と厚みｄとを制御することによって、光ファイバ母材の体積を小さくすることができ、よって、光ファイバ母材の作製時間を短縮することができる。

また、強度保持体１４１は、一般的な純粋石英とすることができるので、光ファイバ母材の周囲に簡単に形成することができる。よって、本実施形態に係るデュアルガイド光ファイバを、曲げ損失に強い状態で、より短時間、かつ簡単に作製することができる。

本実施形態で重要なことは、第１の実施形態と同様に、曲げ損失を低減しつつ、光ファイバ母材（本実施形態では、コア１１１、第１クラッド１２１、および第２クラッド）の体積をより小さくすることである。

本実施形態に係る光ファイバ母材の体積を小さくするためには、低屈折率材料である第２クラッド１３１の幅を小さくすれば良い。しかしながら、第２クラッド１３１の幅を小さくすると光ファイバ母材の体積は小さくなるが、比屈折率差Δ２を大きくしないと、第２クラッド１３１が光ファイバを曲げた際の実質的なクラッドとして機能しなくなる場合がある。よって、比屈折率差Δ２が小さい場合は、第２クラッド１３１を良好に機能させるために、第２クラッド１３１の幅である厚みｄを大きくする必要がある。特許文献２では、本実施形態の第２クラッドに相当する比屈折率差を小さく設定しているので、第２クラッドに相当する部材の厚み（幅）を大きくとる必要があり、特許文献２に開示された光ファイバでは、光ファイバ母材の体積の縮小化には限界がある。

しかしながら、本実施形態では、光ファイバ母材の体積を小さくしたいという要望に答え、第２クラッド１３１の厚みｄを小さくし、かつ該厚みｄを小さくしてもデュアルガイド構造を良好に保つためにΔ２を−１．０％以上、−０．２％以下と大きな値に設定することによって、光ファイバ母材の体積を小さくしつつ、第２クラッドを良好に機能させ、曲げ損失を減少させることができる。

なお、本実施形態では、第２クラッド１３１の外周に配置する部材として、強度保持体１４１を用いているが、これに限定されない。本実施形態では、光ファイバを曲げた際に場合によってはクラッドとして機能する第２クラッド１３１よりも高い屈折率を有する部材が第２クラッド１３１の外周に配置されている場合に、光ファイバ母材の体積を小さくしつつ、光ファイバを曲げた際に第２クラッド１３１を実質的なクラッドとして機能させるために、第２クラッド１３１の幅をより小さくし、かつ比屈折率差Δ２を大きくすることである。よって、第２クラッド１３１の外周に配置される部材は、例えば、ドープされた石英や樹脂など、第２クラッド１３１よりも高い屈折率を有するものであればいずれの材料であっても良い。

従来のフォトニック結晶ファイバの断面図である。 従来のフォトニック結晶ファイバの屈折率分布図である。 従来のトレンチ型光ファイバの断面図である。 従来のトレンチ型光ファイバの屈折率分布図である。 本発明の一実施形態に係るシングルモード電界分布（実測とガウシアンフィッティング）図である。 本発明の第１の実施形態に基づくデュアルガイド光ファイバの断面図である。 本発明の第１の実施形態に基づくデュアルガイド光ファイバの屈折率分布図である。 本発明の第２の実施形態に基づくデュアルガイド光ファイバの断面図である。 本発明の第２の実施形態に基づくデュアルガイド光ファイバの屈折率分布図である。 本発明の第２の実施形態に基づく基本モードの強度と第２クラッドの厚みｄとの関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に基づく過剰損失と曲げられた光ファイバ中を光が伝搬する距離との関係を示す図である。

符号の説明

１１１ コア
１２１ 第１クラッド
１３１ 第２クラッド
１４１ 強度保持体

Claims (8)

1. コア、第１のクラッドおよび第２のクラッドを備えるデュアルガイド光ファイバであって、
   前記デュアルガイド光ファイバの軸中心に配置された、第１の屈折率を有する第１の材料と、
   前記第１の材料の外周に配置された、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の材料と、
   前記第２の材料の外周に配置された、前記第２の屈折率よりも小さい第３の屈折率を有する第３の材料とを備え、
   前記第１の材料が前記コアであり、
   前記第２の材料が前記第１のクラッドであり、
   前記第３の材料が前記第２のクラッドであり、
   前記コアは、所定の波長帯で前記コアを励振した際に基本モードのみ励振される物理的な外径（２＊ａ１）と、前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ１を有しており、
   前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）は、前記デュアルガイド光ファイバの中心軸からの距離がａ２であり、
   前記第２のクラッドは、前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ２を有しており、
   前記コアの物理的な外径（２＊ａ１）は、３．８μｍ≦（２＊ａ１）＜１０μｍであり、
   前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）は、５μｍ≦（ａ２）≦１０μｍであり、
   かつ、前記第２のクラッドの最外周位置（ａ２）と、前記ａ１の比であるａ２／ａ１は、１．１４≦（ａ２／ａ１）＜２．５の関係を満たしており、
   前記比屈折率差Δ１は、０．１％≦Δ１≦０．４％であり、
   前記比屈折率差Δ２は、−１．０％≦Δ２≦−０．２％であることを特徴とするデュアルガイド光ファイバ。
2. コア、第１のクラッドおよび第２のクラッドを備えるデュアルガイド光ファイバであって、
   前記デュアルガイド光ファイバの軸中心に配置された、第１の屈折率を有する第１の材料と、
   前記第１の材料の外周に配置された、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の材料と、
   前記第２の材料の外周に配置された、前記第２の屈折率よりも小さい第３の屈折率を有する第３の材料と、
   前記第３の材料の外周に配置された、前記第３の屈折率よりも高い第４の屈折率を有する第４の材料とを備え、
   前記第１の材料が前記コアであり、
   前記第２の材料が前記第１のクラッドであり、
   前記第３の材料が前記第２のクラッドであり、
   前記コアは、所定の波長帯で前記コアを励振した際に基本モードのみ励振される物理的な外径（２＊ａ１）と、前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ１を有しており、
   前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）は、前記デュアルガイド光ファイバの中心軸からの距離がａ２であり、
   前記第２のクラッドの厚み（ｄ）は、前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）と前記第２のクラッドの最外周位置（ａ３）との間の距離であり、
   前記第２のクラッドは、前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ２を有しており、
   前記コアの物理的な外径（２＊ａ１）は、３．８μｍ≦（２＊ａ１）＜１０μｍであり、
   前記第１のクラッドの最外周位置（ａ２）は、５μｍ≦（ａ２）≦１０μｍであり、
   かつ、前記第２のクラッドの最外周位置（ａ２）と、前記ａ１の比であるａ２／ａ１は、１．１４≦（ａ２／ａ１）＜２．５の関係を満たしており、
   前記第２のクラッドの厚み（ｄ）は、前記所定の波長の３倍の値≦ｄ≦４０μｍであり、
   前記比屈折率差Δ１は、０．１％≦Δ１≦０．４％であり、
   前記比屈折率差Δ２は、−１．０％≦Δ２≦−０．２％であることを特徴とするデュアルガイド光ファイバ。
3. 前記第４の材料は、前記デュアルガイド光ファイバの強度保持体であることを特徴とする請求項２記載のデュアルガイド光ファイバ。
4. 前記第４の材料は、純粋石英からなる強度保持体であることを特徴とする請求項３記載のデュアルガイド光ファイバ。
5. 前記第４の材料は、前記第４の屈折率を有する樹脂であることを特徴とする請求項３記載のデュアルガイド光ファイバ。
6. 前記第１の材料はＧｅ、Ｐ、Ｓｎ、Ｂ元素の少なくとも一つが添加された石英であり、
   前記第２の材料は純粋石英であり、
   前記第３の材料はＦ元素、またはＢ元素、またはその２つの元素が混在して添加された石英であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のデュアルガイド光ファイバ。
7. 前記デュアルガイド光ファイバの本体の外径が、５５μｍ以上かつ１２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のデュアルガイド光ファイバ。
8. 前記所定の波長帯は、波長１．３１μｍ帯であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のデュアルガイド光ファイバ。

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