JP5279751B2 - 光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コア半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となる光ファイバ及びその製造方法に関する。

光ファイバ通信システムは、近年伝送の大容量化を加速している。しかし、光ファイバ中の非線形効果やファイバヒューズが増加するため、伝送の大容量化が制限されている。そこで、光ファイバ中の単位面積当たりの光強度の低減のため、コア半径が大きい大コア光ファイバが検討されている（例えば、非特許文献１、２参照。）。

松井隆、中島和秀、辻川恭三、黒河賢二、倉嶋利雄、"フォトニック結晶ファイバの実効断面積拡大に関する検討"、２００８年電子情報通信学会ソサイエティ大会、ｐ２７５、Ｓｅｐ．２００８． Ｋ．Ｍｕｋａｓａ，Ｋ．Ｉｍａｍｕｒａ，Ｒ．Ｓｕｇｉｚａｋｉ ａｎｄ Ｔ．Ｙａｇｉ，"Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｍｅｒｉｔｓ ｏｎ ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｓｉｎｇ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｌｉｄ ＳＭＦｓ ｗｉｔｈ Ａｅｆｆ ｏｆ １６０μｍ２ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ０．１７５ｄＢ／ｋｍ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ−Ａｅｆｆ ｈｏｌｅｙ ｆｉｂｅｒｓ ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ６００ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２００８，ＯｔｈＲ１，Ｆｅｂ．２００８． 立田光広、加藤康之、青海恵之、内田直也、"単一モード光ファイバパラメータの設計法"、電子情報通信学会論文誌 Ｂ、Ｖｏｌ．Ｊ６５−Ｂ、Ｎｏ．３、ｐｐ．３２４−３３１、Ｍａｒ．１９８２． Ｎ．Ｋｕｗａｋｉ，Ｍ．Ｏｈａｓｈｉ，Ｃ．Ｔａｎａｋａ，Ｎ．Ｕｅｓｕｇｉ，Ｓ．Ｓｅｉｋａｉ ａｎｄ Ｙ．Ｎｅｇｉｓｈｉ，"Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｓｈｉｆｔｅｄ ｄｕａｌ ｓｈａｐｅ ｃｏｒｅ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ"，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．６，ｐｐ．７９２−７９７，Ｊｕｎ．１９８７． Ｃ．Ｋ．Ｊｅｎ，Ｊ．Ｅ．Ｂ．Ｏｌｉｖｅｉｒａ，Ｎ．Ｇｏｔｏ ａｎｄ Ｋ．Ａｂｅ，"Ｒｏｌｅ ｏｆ ｇｕｉｄｅｄ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ ｄｅｓｉｇｎ"，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２３，ｐｐ．１４１９−１４２０，Ｎｏｖ．１９８８．

大コア光ファイバでは、基本モードが伝送されるのみならず、高次モードも伝送される。そのため、曲げ損失が増加し、シングルモード動作帯が縮小する。すなわち、光ファイバ中の非線形効果やファイバヒューズが低減する一方で、曲げ損失が増加しシングルモード動作帯が縮小するという、トレードオフの関係が存在する。そのため、コア半径の拡大量には限界があるという課題がある。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、コア半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となる光ファイバ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、メインコアとサブコアを備える光ファイバ内で、メインコアの高次モードとサブコアの基本モードを結合させ、サブコアの基本モードと結合したメインコアの高次モードをサブコアの高い伝送損失により低減させることとした。

具体的には、本発明は、高次モードを伝送可能なメインコアと、前記メインコアから間隔を隔てて配置され、前記メインコアの高次モードに結合する基本モードを伝送可能であり、前記メインコアより大きい伝送損失を有するサブコアと、前記メインコアと前記サブコアの周囲に配置され、前記メインコアと前記サブコアより小さい屈折率を有するクラッドと、を備えることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、メインコアの基本モードは、サブコアの基本モードと結合せず、メインコアにより伝送損失が低い状態で伝送される一方で、メインコアの高次モードは、サブコアの基本モードと結合して、サブコアにより伝送損失が高い状態で伝送される。そのため、メインコアの半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となる。

また、本発明は、前記メインコアの半径及び前記メインコアと前記クラッドとの比屈折率差は、所定通信波長帯において、前記メインコアが高次モードを伝送可能であるように設定されており、前記サブコアの半径及び前記サブコアと前記クラッドとの比屈折率差は、前記所定通信波長帯において、前記サブコアの基本モードと前記メインコアの高次モードとがモード結合を生じ、前記メインコアの高次モードが受ける損失量のうち前記サブコアで受ける損失量が前記メインコアで受ける損失量より大きくなるように設定されていることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、所定通信波長帯において、メインコアの高次モードが受ける損失量のうちサブコアで受ける損失量がメインコアで受ける損失量より大きくなる程度に、メインコアの高次モードとサブコアの基本モードとが精密に結合することができる。

また、本発明は、前記メインコアの半径及び前記メインコアと前記クラッドとの比屈折率差は、所定通信波長帯において、前記メインコアが高次モードを伝送可能であるように設定されており、前記所定通信波長帯の両端において、前記サブコアの基本モード及び前記メインコアの高次モードの実効屈折率が等しく、前記所定通信波長帯の全体において、前記サブコアの基本モード及び前記メインコアの高次モードの実効屈折率が通信波長に対して比例変化し、前記メインコアの高次モードが受ける損失量のうち前記サブコアで受ける損失量が前記メインコアで受ける損失量より大きくなるように、前記サブコアの半径及び前記サブコアと前記クラッドとの比屈折率差が設定されていることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、所定通信波長帯において、メインコアの高次モードが受ける損失量のうちサブコアで受ける損失量がメインコアで受ける損失量より大きくなる程度に、メインコアの高次モードとサブコアの基本モードとが容易に結合することができる。

また、本発明は、前記メインコアの半径及び前記メインコアと前記クラッドとの比屈折率差は、曲げ損失が所定曲げ損失となるように設定されていることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、曲げ損失を所定曲げ損失まで減少させることができる。

また、本発明は、前記メインコアと前記サブコアの間隔は、前記メインコアの基本モードの電界強度の広がり幅より広く、前記メインコアの高次モードの電界強度の広がり幅より狭いことを特徴とする光ファイバである。

メインコアとサブコアの間隔が狭くなれば、メインコアの光がメインコアからサブコアに向けて漏れ出す量が多くなる。メインコアとサブコアの間隔が広くなれば、メインコアの光がメインコアからサブコアに向けて漏れ出す量が少なくなる。ここで、メインコアの基本モードの光は、メインコアから漏れ出さず、メインコアにより伝送損失が低い状態で伝送されることが望ましい。そして、メインコアの高次モードの光は、メインコアから漏れ出して、サブコアにより伝送損失が高い状態で伝送されることが望ましい。この構成によれば、メインコアとサブコアの間隔が適切に設定されることにより、メインコアの基本モードの光が伝送損失が低い状態で伝送されることができるとともに、メインコアの高次モードの光が伝損損失が高い状態で伝送されることができる。

また、本発明は、前記クラッドの内部に配置され、前記クラッドより小さい屈折率を有する低屈折率領域をさらに備えることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、光ファイバの曲げ損失を低減することができる。

また、本発明は、前記低屈折率領域は空孔であることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、光ファイバの曲げ損失を容易に低減することができる。

また、本発明は、前記サブコアは、前記メインコアを中心として、正多角形状または円環状に配置されることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、サブコアが単数個である場合のみならず、サブコアが複数個である場合であっても、本発明を適用することができる。

また、本発明は、通信波長帯は１．００μｍ〜１．７０μｍであり、前記メインコアが伝送可能なモードはＬＰ０１モードとＬＰ１１モードであり、前記ＬＰ１１モードの伝送損失は１ｄＢ／ｍ以上であることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、従来のシングルモードファイバより広い通信波長帯において、メインコアが１個の高次モードを有する程度にメインコアの半径が大きくなったときでも、メインコアの１個の高次モードがサブコアによる伝送損失により低減され得る。

また、本発明は、通信波長帯は１．２６μｍ〜１．６２５μｍであり、前記メインコアが伝送可能なモードはＬＰ０１モードとＬＰ１１モードであり、前記ＬＰ１１モードの伝送損失は１ｄＢ／ｍ以上であることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、従来のシングルモードファイバと同様な通信波長帯において、メインコアが１個の高次モードを有する程度にメインコアの半径が大きくなったときでも、メインコアの１個の高次モードがサブコアによる伝送損失により低減され得る。

また、本発明は、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失は０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下であることを特徴する光ファイバである。

この構成によれば、従来のシングルモードファイバと同様に、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下まで減少させることができる。

また、本発明は、前記サブコアにおける前記メインコアの高次モードの伝送損失は、本光ファイバにおける前記メインコアの高次モードの所望の伝送損失の２倍以上であることを特徴とする光ファイバである。

この構成によれば、メインコアの高次モードの損失量が、サブコアにおいて２ｄＢ／ｍ以上となり、光ファイバ全体において１ｄＢ／ｍ以上となる。そのため、メインコアの半径が大きくなったときでも、シングルモード動作が可能となる。

また、本発明は、ガラス部材に不純物を添加し、前記メインコアとなる部分を形成した母材を作成する母材作成ステップと、前記母材のうち前記メインコアとなる部分の周囲に空孔を形成する空孔形成ステップと、前記空孔に不純物を添加した粉末状のガラス材料を充填する材料充填ステップと、前記ガラス材料を加熱により融解し、前記サブコアとなる部分を形成するサブコア融解ステップと、前記サブコアとなる部分が形成された前記母材を溶融延伸し、光ファイバを作成する母材溶融延伸ステップと、を順に備えることを特徴とする光ファイバ製造方法である。

この構成によれば、メインコアの半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となる光ファイバが製造され得る。

また、本発明は、ガラス部材に不純物を添加し、前記メインコアとなる部分を形成した母材を作成する母材作成ステップと、前記母材のうち前記メインコアとなる部分の周囲に空孔を形成する空孔形成ステップと、前記空孔に不純物を添加した棒状のガラスロッドを挿入し、前記サブコアとなる部分を形成するサブコア挿入ステップと、前記サブコアとなる部分が形成された前記母材を溶融延伸し、光ファイバを作成する母材溶融延伸ステップと、を順に備えることを特徴とする光ファイバ製造方法である。

この構成によれば、メインコアの半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となる光ファイバが製造され得る。

また、本発明は、ガラス部材に不純物を添加し、前記メインコアとなる部分を形成したメインロッドを作成するとともに、空孔を形成したガラス部材の前記空孔に、不純物を添加した粉末状のガラス材料を充填し、前記サブコアとなる部分を形成したサブロッドを作成する粉末充填ロッド作成ステップと、前記メインロッドの周囲に前記サブロッドを配置するロッド配置ステップと、前記ガラス材料を加熱により融解する材料溶融ステップと、前記メインロッドと前記サブロッドを溶融延伸し、光ファイバを作成するロッド溶融延伸ステップと、を順に備えることを特徴とする光ファイバ製造方法である。

この構成によれば、メインコアの半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となる光ファイバが製造され得る。

また、本発明は、ガラス部材に不純物を添加し、前記メインコアとなる部分を形成したメインロッドを作成するとともに、空孔を形成したガラス部材の前記空孔に、不純物を添加した棒状のガラスロッドを挿入し、前記サブコアとなる部分を形成したサブロッドを作成する棒挿入ロッド作成ステップと、前記メインロッドの周囲に前記サブロッドを配置するロッド配置ステップと、前記メインロッドと前記サブロッドを溶融延伸し、光ファイバを作成するロッド溶融延伸ステップと、を順に備えることを特徴とする光ファイバ製造方法である。

この構成によれば、メインコアの半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となる光ファイバが製造され得る。

本発明は、コア半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となる光ファイバ及びその製造方法を提供することができる。

本発明に係る光ファイバの断面を示す図である。 本発明に係る光ファイバの構造を示す図である。 本発明に係る光ファイバの設計方法を示す図である。 本発明に係る通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである光ファイバについて、メインコアの半径及びメインコアとクラッドの比屈折率差の設定方法を示す図である。 本発明に係る通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである光ファイバについて、サブコアの半径及びサブコアとクラッドの比屈折率差の設定方法を示す図である。 本発明に係る通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである光ファイバについて、基本モードの実効屈折率と高次モードの実効屈折率を示す図である。 本発明に係る通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである光ファイバについて、基本モードの電界分布と高次モードの電界分布を示す図である。 本発明に係る通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである光ファイバについて、メインコアの半径及びメインコアとクラッドの比屈折率差の設定方法を示す図である。 本発明に係る通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである光ファイバについて、サブコアの半径及びサブコアとクラッドの比屈折率差の設定方法を示す図である。 本発明に係る通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである光ファイバについて、基本モードの実効屈折率と高次モードの実効屈折率を示す図である。 本発明に係る通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである光ファイバについて、基本モードの電界分布と高次モードの電界分布を示す図である。 本発明に係る光ファイバについて、基本モードの損失量と高次モードの損失量をメインコアとサブコアの間隔に対して示す図である。 本発明に係る光ファイバの断面を示す図である。 本発明に係る光ファイバの断面を示す図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１は、本発明に係る光ファイバ１の断面を示す図である。光ファイバ１は、メインコア１１、サブコア１２、クラッド１３から構成されている。メインコア１１は、光ファイバ１の中央に配置されている。サブコア１２は、メインコア１１から間隔を隔てて配置されている。クラッド１３は、メインコア１１とサブコア１２の周囲に配置されている。

メインコア１１の半径はａ_１であり、サブコア１２の半径はａ_２である。メインコア１１の屈折率はｎ_１であり、サブコア１２の屈折率はｎ_２であり、クラッド１３の屈折率はｎ_３である。すなわち、メインコア１１とクラッド１３の比屈折率差Δ_１は（ｎ_１−ｎ_３）／ｎ_３であり、サブコア１２とクラッド１３の比屈折率差Δ_２は（ｎ_２−ｎ_３）／ｎ_３である。ここで、光ファイバ１を伝送される光がメインコア１１またはサブコア１２に閉じ込められるために、Δ_１，Δ_２＞０である必要がある。

図２は、本発明に係る光ファイバ１の構造を示す図である。図２（ａ）の上側には、メインコア１１のみを示した光ファイバ１の断面が示されている。図２（ｂ）の上側には、サブコア１２のみを示した光ファイバ１の断面が示されている。図２（ａ）の下側では、実線がメインコア１１の屈折率ｎ_１とクラッド１３の屈折率ｎ_３の空間分布を示しており、破線がメインコア１１の基本モードＬＰ０１の実効屈折率とメインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率を示している。図２（ｂ）の下側では、実線がサブコア１２の屈折率ｎ_２とクラッド１３の屈折率ｎ_３の空間分布を示しており、破線がサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率を示している。以下の説明では、メインコア１１とサブコア１２はそれぞれ独立したコアであると仮定して、メインコア１１の基本モードＬＰ０１とメインコア１１の高次モードＬＰ１１とサブコア１２の基本モードＬＰ０１を規定する。

サブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率は、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とは一致しているが、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の実効屈折率とは一致していない。そのため、サブコア１２の基本モードＬＰ０１は、メインコア１１の高次モードＬＰ１１とは結合するが、メインコア１１の基本モードＬＰ０１とは結合しない。すなわち、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光は、サブコア１２の基本モードＬＰ０１の光として、サブコア１２に向けてパワーを移行させることが容易であるが、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光は、サブコア１２の基本モードＬＰ０１の光として、サブコア１２に向けてパワーを移行させることが困難である。

逆のパワーの移行の方向についても同様である。すなわち、サブコア１２の基本モードＬＰ０１の光は、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光として、メインコア１１に向けてパワーを移行させることは容易であるが、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光として、メインコア１１に向けてパワーを移行させることは困難である。

ここで、サブコア１２の伝送損失は、メインコア１１の伝送損失より大きい。そのため、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光とメインコア１１の基本モードＬＰ０１の光は、それぞれ以下に説明するように光ファイバ１の内部を伝送される。

メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光は、サブコア１２の基本モードＬＰ０１の光として、サブコア１２に向けてパワーを移行させ、サブコア１２の高い伝送損失のため急激に減衰し、再びメインコア１１の高次モードＬＰ１１の光として、メインコア１１に向けてパワーを移行させる。以上に説明した過程を繰り返すことにより、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光は、光ファイバ１の内部を伝送されると急激に減衰する。

メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光は、メインコア１１の内部に留まり、メインコア１１の低い伝送損失のため急激には減衰しない。そのため、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光は、光ファイバ１の内部を伝送されても急激には減衰しない。

メインコア１１の半径が大きくなったときであっても、メインコア１１とサブコア１２を備える光ファイバ１全体を見れば、メインコア１１の基本モードＬＰ０１が強くメインコア１１の高次モードＬＰ１１が弱いシングルモード動作が可能となる。

メインコア１１の半径が大きくなったときであっても、シングルモード動作が可能となるためには、光ファイバ１全体においてメインコア１１の高次モードＬＰ１１の損失量が１ｄＢ／ｍ以上であればよい。そこで、サブコア１２においてメインコア１１の高次モードＬＰ１１の損失量がどの程度であればよいかを見積もる。ここで、メインコア１１の伝送損失はサブコア１２の伝送損失より小さいため、メインコア１１においてはメインコア１１の高次モードＬＰ１１の損失量を無視する。

メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光は、ビート長にわたる伝送により、サブコア１２の基本モードＬＰ０１の光として、サブコア１２に向けてパワーを完全に移行させ、ビート長にわたる伝送により再び、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光として、メインコア１１に向けてパワーを完全に移行させる。すなわち、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光は、光ファイバ１を伝送されるにあたり、全伝送距離の半分の距離にわたりメインコア１１を伝送され、全伝送距離の半分の距離にわたりサブコア１２を伝送される。そのため、光ファイバ１全体においてメインコア１１の高次モードＬＰ１１の損失量が１ｄＢ／ｍ以上であるためには、サブコア１２においてメインコア１１の高次モードＬＰ１１の損失量が１ｄＢ／ｍの２倍以上すなわち２ｄＢ／ｍ以上であればよい。

なお、ビート長はμｍ〜ｍｍオーダであるため、ｋｍオーダの伝送がされれば、メインコア１１の高次モードＬＰ１１は十分に減少することができ、メインコア１１の基本モードＬＰ０１は十分に維持することができる。例えば、実施形態３で後述するように、ａ_１＝８．０μｍ、Δ_１＝０．２％、ａ_２＝２．０６μｍ、Δ_２＝０．４２％、通信波長を１．５５μｍ、メインコア１１とサブコア１２の間隔を２０μｍとすれば、ビート長は２ｍｍ程度となる。

以上の説明では、サブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率が、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率と一致している。実際の製造では、サブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率が、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率と一致しているとは必ずしも限らない。しかし、実際の製造でも、メインコア１１の高次モードＬＰ１１が受ける損失量のうちサブコア１２で受ける損失量がメインコア１１で受ける損失量より大きくなる程度に、サブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率をメインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とほぼ一致させ、サブコア１２の基本モードＬＰ０１をメインコア１１の高次モードＬＰ１１と結合させるとよい。すると、実際の製造でも、メインコア１１の半径が大きくなったときであっても、メインコア１１とサブコア１２を備える光ファイバ１全体を見れば、メインコア１１の基本モードＬＰ０１が強くメインコア１１の高次モードＬＰ１１が弱いシングルモード動作が可能となる。

メインコア１１の高次モードが単数の場合のみならず、メインコア１１の高次モードが複数の場合であっても、図２の説明は成立する。メインコア１１のそれぞれの高次モードについて、これらと結合する基本モードを有するサブコア１２を配置すればよい。

（実施形態２）
本実施形態では、通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである伝送システムについて詳細に説明する。この伝送システムによれば、光ファイバ１の伝送損失を１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することができる。図３は、本発明に係る光ファイバ１の設計方法を示す図であり、各ステップＳの順に設計方法を説明する。

最初に、通信波長帯を決定する（ステップＳ１）。本実施形態では、通信波長帯を１．００〜１．７０μｍに設定している。

次に、メインコア１１について、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１を決定する(ステップＳ２)。図４は、本発明に係る通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである光ファイバ１について、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１の設定方法を示す図である。一点鎖線は、メインコア１１の第１高次モードＬＰ１１のカットオフ波長λ_Cが１．００μｍであるときの、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１の関係を示す。破線は、メインコア１１の第２高次モードＬＰ２１のカットオフ波長λ_C'が１．００μｍであるときの、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１の関係を示す。ここで、非特許文献３の式（３）に記載されているように、カットオフ波長は、理論式から求められる理論カットオフ波長の１．１５倍である実効カットオフ波長である。

半径ａ_１及び比屈折率差Δ_１を表す点が破線より下側かつ一点鎖線より上側に存在すれば、メインコア１１を導波するモードは基本モードＬＰ０１と第１高次モードＬＰ１１となる。ここでは、ａ_１＝７．０μｍ、Δ_１＝０．２５％と決定することにより、メインコア１１を導波するモードが基本モードＬＰ０１と第１高次モードＬＰ１１となる。

ここで、図４に示した設計方法は、図２に示したステップ型の屈折率分布に対して適用される。しかし、非特許文献４に記載されているように、Ｄｕａｌ ｓｈａｐｅ ｃｏｒｅなどのステップ型以外の屈折率分布を採用することにより、半径ａ_１及び比屈折率差Δ_１を表す点が図４に示した破線より下側かつ一点鎖線より上側に存在しなくても、メインコア１１を導波するモードが基本モードＬＰ０１と第１高次モードＬＰ１１となる。

次に、ステップＳ２で決定した半径ａ_１と比屈折率差Δ_１において、曲げ損失を計算する(ステップＳ３)。ステップＳ３で計算した曲げ損失が規定値を満たすときには（ステップＳ４においてＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。ステップＳ３で計算した曲げ損失が規定値を満たさないときには（ステップＳ４においてＮＯ）、ステップＳ２に戻る。このように、曲げ損失が規定値を満たすまで、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１を繰り返し決定する。その詳細については実施形態３において後述する。

次に、サブコア１２について、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２を決定し(ステップＳ５)、通信波長帯において、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率を計算する（ステップＳ６）。両実効屈折率が一致するときには（ステップＳ７においてＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。両実効屈折率が一致しないときには（ステップＳ７においてＮＯ）、ステップＳ５に戻る。このように、両実効屈折率が一致するまで、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２を繰り返し決定する。最後に、ステップＳ２で決定した半径ａ_１と比屈折率差Δ_１を抽出し、ステップＳ５で決定した半径ａ_２と比屈折率差Δ_２を抽出する（ステップＳ８）。

図５は、本発明に係る通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである光ファイバ１について、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２の設定方法を示す図である。ｎ_１．０＝ｎ_１．０'なる注釈を付された実線は、通信波長が通信波長帯の一端の１．００μｍであるときに、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率ｎ_１．０とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎ_１．０'が等しくなるような、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２の関係を示す。ｎ_１．７＝ｎ_１．７'なる注釈を付された実線は、通信波長が通信波長帯の他端の１．７０μｍであるときに、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率ｎ_１．７とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎ_１．７'が等しくなるような、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２の関係を示す。ここで、ステップＳ２で決定したように、ａ_１＝７．０μｍ、Δ_１＝０．２５％である。

半径ａ_２及び比屈折率差Δ_２を表す点が注釈を付された両実線が交わる点であるときに、通信波長が通信波長帯の一端の１．００μｍであっても通信波長帯の他端の１．７０μｍであっても、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率が等しくなる。ここでは、ａ_２＝１．９２μｍ、Δ_２＝０．４５％と決定することにより、通信波長が通信波長帯の一端の１．００μｍであっても通信波長帯の他端の１．７０μｍであっても、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率が等しくなる。このように、通信波長帯の両端において、図２に示した光ファイバ１を設計することができる。

図６は、本発明に係る通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである光ファイバ１について、基本モードの実効屈折率と高次モードの実効屈折率を示す図である。ここで、ステップＳ２で決定したように、ａ_１＝７．０μｍ、Δ_１＝０．２５％であり、ステップＳ５で決定したように、ａ_２＝１．９２μｍ、Δ_２＝０．４５％である。通信波長が通信波長帯の一端の１．００μｍと通信波長帯の他端の１．７０μｍでなくても、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率がほぼ等しくなる。メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率は、通信波長変化に対してほぼ比例変化するためである。このように、通信波長帯の全体において、図２に示した光ファイバ１を設計することができる。

図７は、本発明に係る通信波長帯が１．００〜１．７０μｍである光ファイバ１について、基本モードの電界分布と高次モードの電界分布を示す図である。図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）では、通信波長はそれぞれ１．００μｍ、１．３１μｍ、１．５５μｍ、１．７０μｍである。図７の左側には、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光の電界分布が示されており、図７の右側には、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光の電界分布が示されている。メインコア１１は各図の中央に１個示されており、サブコア１２はメインコア１１の周囲に円環状かつ等間隔に８個示されている。メインコア１１とサブコア１２の間隔は、１５μｍである。

図７の左側から明らかなように、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光はメインコア１１において伝送されている。すなわち、図２に示したように、メインコア１１の基本モードＬＰ０１とサブコア１２の基本モードＬＰ０１は結合していない。図７の右側から明らかなように、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光はサブコア１２とメインコア１１の両方において伝送されている。すなわち、図２に示したように、メインコア１１の高次モードＬＰ１１とサブコア１２の基本モードＬＰ０１は結合している。

本実施形態においては、通信波長帯のうち両端の通信波長において、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率を計算し（ステップＳ６）、両実効屈折率を一致させていた（ステップＳ７）。本実施形態においては、両実効屈折率を一致させる設計が容易となる。しかし、本実施形態の変形例として、通信波長帯のうち任意の通信波長において、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率を計算し（ステップＳ６）、両実効屈折率を一致させてもよい（ステップＳ７）。本実施形態の変形例においては、両実効屈折率を一致させる設計が精密となる。例えば、通信波長帯のうち任意の通信波長は、通信波長帯の一端の１．００μｍから通信波長帯の他端の１．７０μｍまで、等間隔に分布する３点以上の通信波長である。

本実施形態においては、メインコア１１について、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１を決定し（ステップＳ２）、このときに曲げ損失が規定値を満たすかどうかを判断し（ステップＳ４）、サブコア１２について、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２を決定し（ステップＳ５）、このときに両実効屈折率が一致するかどうかを判断していた（ステップＳ７）。しかし、本実施形態の変形例においては、メインコア１１について、曲げ損失が規定値を満たすかどうかを考慮したうえで、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１を決定し（ステップＳ２）、サブコア１２について、両実効屈折率が一致するかどうかを考慮したうえで、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２を決定してもよい（ステップＳ５）。本実施形態の変形例においては、ステップＳ２とステップＳ５を繰り返す必要がない。

本実施形態と本実施形態の変形例を、以下に説明する３個の形態にまとめる。１個目の形態では、まず、所定通信波長帯において、メインコア１１が高次モードＬＰ１１を伝送可能であるように、メインコア１１の半径及びメインコア１１とクラッド１３との比屈折率差を設定する。次に、所定通信波長帯において、サブコア１２の基本モードＬＰ０１とメインコア１１の高次モードＬＰ１１とがモード結合を生じ、メインコア１１の高次モードＬＰ１１が受ける損失量のうちサブコア１２で受ける損失量がメインコア１１で受ける損失量より大きくなるように、サブコア１２の半径及びサブコア１２とクラッド１３との比屈折率差を設定する。

２個目の形態では、まず、所定通信波長帯において、メインコア１１が高次モードＬＰ１１を伝送可能であるように、メインコア１１の半径及びメインコア１１とクラッド１３との比屈折率差を設定する。次に、所定通信波長帯の両端において、サブコア１２の基本モードＬＰ０１とメインコア１１の高次モードＬＰ１１とがモード結合を生じ、メインコア１１の高次モードＬＰ１１が受ける損失量のうちサブコア１２で受ける損失量がメインコア１１で受ける損失量より大きくなるように、サブコア１２の半径及びサブコア１２とクラッド１３との比屈折率差を設定する。

３個目の形態では、１個目の形態または２個目の形態において、曲げ損失が所定曲げ損失となるように、メインコア１１の半径及びメインコア１１とクラッド１３との比屈折率差を設定する。

（実施形態３）
本実施形態では、通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである伝送システムについて詳細に説明する。この伝送システムによれば、従来のシングルモード光ファイバと同様に、伝送損失を１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することができ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下に抑制することができる。本実施形態の光ファイバ１の設計方法は、実施形態２の光ファイバ１の設計方法と同様であり、図３に示した光ファイバ１の設計方法を適用することができる。

最初に、通信波長帯を決定する（ステップＳ１）。本実施形態では、通信波長帯を１．２６〜１．６２５μｍに設定している。

次に、メインコア１１について、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１を決定する(ステップＳ２)。図８は、本発明に係る通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである光ファイバ１について、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１の設定方法を示す図である。一点鎖線は、メインコア１１の第１高次モードＬＰ１１のカットオフ波長λ_Cが１．２６μｍであるときの、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１の関係を示す。破線は、メインコア１１の第２高次モードＬＰ２１のカットオフ波長λ_C'が１．２６μｍであるときの、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１の関係を示す。実線は、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失α_Ｂが０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓであるときの、半径ａ_１と比屈折率差Δ_１の関係を示す。

半径ａ_１及び比屈折率差Δ_１を表す点が破線より下側かつ一点鎖線より上側かつ実線より下側に存在すれば、メインコア１１を導波するモードは基本モードＬＰ０１と第１高次モードＬＰ１１となり、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失α_Ｂは０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下となる。ここでは、ａ_１＝８．０μｍ、Δ_１＝０．２％と決定することにより、メインコア１１を導波するモードは基本モードＬＰ０１と第１高次モードＬＰ１１となり、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失α_Ｂは０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下となる。

次に、サブコア１２について、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２を決定する(ステップＳ５)。図９は、本発明に係る通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである光ファイバ１について、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２の設定方法を示す図である。ｎ_１．２６＝ｎ_１．２６'なる注釈を付された実線は、通信波長が通信波長帯の一端の１．２６μｍであるときに、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率ｎ_１．２６とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎ_１．２６'が等しくなるような、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２の関係を示す。ｎ_{１．６２５}＝ｎ_{１．６２５}'なる注釈を付された実線は、通信波長が通信波長帯の他端の１．６２５μｍであるときに、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率ｎ_{１．６２５}とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎ_{１．６２５}'が等しくなるような、半径ａ_２と比屈折率差Δ_２の関係を示す。ここで、ステップＳ２で決定したように、ａ_１＝８．０μｍ、Δ_１＝０．２％である。

半径ａ_２及び比屈折率差Δ_２を表す点が注釈を付された両実線が交わる点であるときに、通信波長が通信波長帯の一端の１．２６μｍであっても通信波長帯の他端の１．６２５μｍであっても、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率が等しくなる。ここでは、ａ_２＝２．０６μｍ、Δ_２＝０．４２％と決定することにより、通信波長が通信波長帯の一端の１．２６μｍであっても通信波長帯の他端の１．６２５μｍであっても、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率が等しくなる。このように、通信波長帯の両端において、図２に示した光ファイバ１を設計することができる。

図１０は、本発明に係る通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである光ファイバ１について、基本モードの実効屈折率と高次モードの実効屈折率を示す図である。ここで、ステップＳ２で決定したように、ａ_１＝８．０μｍ、Δ_１＝０．２％であり、ステップＳ５で決定したように、ａ_２＝２．０６μｍ、Δ_２＝０．４２％である。通信波長が通信波長帯の一端の１．２６μｍと通信波長帯の他端の１．６２５μｍでなくても、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率がほぼ等しくなる。メインコア１１の高次モードＬＰ１１の実効屈折率とサブコア１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率は、通信波長変化に対してほぼ比例変化するためである。実施形態３の通信波長帯は、実施形態２の通信波長帯より狭いため、実施形態３の両実効屈折率の一致程度は、実施形態２の両実効屈折率の一致程度より高い。このように、通信波長帯の全体において、図２に示した光ファイバ１を設計することができる。

図１１は、本発明に係る通信波長帯が１．２６〜１．６２５μｍである光ファイバ１について、基本モードの電界分布と高次モードの電界分布を示す図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）では、通信波長はそれぞれ１．２６μｍ、１．３１μｍ、１．５５μｍ、１．６２５μｍである。図１１の左側には、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光の電界分布が示されており、図１１の右側には、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光の電界分布が示されている。メインコア１１は各図の中央に１個示されており、サブコア１２はメインコア１１の周囲に円環状かつ等間隔に８個示されている。メインコア１１とサブコア１２の間隔は、２０μｍである。

図１１の左側から明らかなように、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光はメインコア１１において伝送されている。すなわち、図２に示したように、メインコア１１の基本モードＬＰ０１とサブコア１２の基本モードＬＰ０１は結合していない。図１１の右側から明らかなように、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光はサブコア１２とメインコア１１の両方において伝送されている。すなわち、図２に示したように、メインコア１１の高次モードＬＰ１１とサブコア１２の基本モードＬＰ０１は結合している。

（実施形態４）
本実施形態では、メインコア１１とサブコア１２の間隔を設定する方法について説明する。実施形態２の図７の左側と実施形態３の図１１の左側では、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の電界分布を示した。実施形態２の図７の右側と実施形態３の図１１の右側では、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の電界分布を示した。メインコア１１とサブコア１２の間隔が狭くなれば、メインコア１１の光がメインコア１１からサブコア１２に向けて漏れ出す量が多くなる。メインコア１１とサブコア１２の間隔が広くなれば、メインコア１１の光がメインコア１１からサブコア１２に向けて漏れ出す量が少なくなる。

ここで、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光は、メインコア１１から漏れ出さず、メインコア１１により伝送損失が低い状態で伝送されることが望ましい。そして、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光は、メインコア１１から漏れ出して、サブコア１２により伝送損失が高い状態で伝送されることが望ましい。そこで、メインコア１１とサブコア１２の間隔が適切に設定されることにより、メインコアの基本モードの光が伝送損失が低い状態で伝送されることができるとともに、メインコアの高次モードの光が伝損損失が高い状態で伝送されることができる。

図１２は、本発明に係る光ファイバ１について、基本モードの損失量と高次モードの損失量をメインコア１１とサブコア１２の間隔に対して示す図である。実線は、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の損失量をメインコア１１とサブコア１２の間隔に対して示したものである。破線は、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の損失量をメインコア１１とサブコア１２の間隔に対して示したものである。ここで、実施形態３のステップＳ２で決定したように、ａ_１＝８．０μｍ、Δ_１＝０．２％であり、実施形態３のステップＳ５で決定したように、ａ_２＝２．０６μｍ、Δ_２＝０．４２％であり、通信波長は１．５５μｍであり、サブコア１２の伝送損失は５ｄＢ／ｍであり、メインコア１１の伝送損失はサブコア１２の伝送損失より小さいため無視している。

メインコア１１の中心から遠ざかれば、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の電界強度は急激に減少する。そのため、メインコア１１とサブコア１２の間隔が広がれば、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光がメインコア１１からサブコア１２に向けて漏れ出す量は急激に減少し、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の損失量は急激に減少する。メインコア１１の中心から遠ざかっても、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の電界強度は急激には減少しない。そのため、メインコア１１とサブコア１２の間隔が広がっても、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光がメインコア１１からサブコア１２に向けて漏れ出す量は急激には減少せず、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の損失量は急激には減少しない。すなわち、実線の傾きは、破線の傾きより大きい。

メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光が、メインコア１１から漏れ出さず、メインコア１１により伝送損失が低い状態で伝送されるためには、メインコア１１とサブコア１２の間隔が広がることが望ましい。メインコア１１の高次モードＬＰ１１の光が、メインコア１１から漏れ出して、サブコア１２により伝送損失が高い状態で伝送されるためには、メインコア１１とサブコア１２の間隔が狭まることが望ましい。すなわち、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の光が低損失で伝送される要請及びメインコア１１の高次モードＬＰ１１の光が高損失で伝送される要請は、互いに相反する要請である。

そこで、メインコア１１とサブコア１２の間隔が適切に設定されることにより、メインコアの基本モードの光が伝送損失が低い状態で伝送されることができるとともに、メインコアの高次モードの光が伝損損失が高い状態で伝送されることができる。例えば、メインコア１１とサブコア１２の間隔は、メインコア１１の基本モードＬＰ０１の損失量が第１の損失量となるときの間隔以上に設定され、メインコア１１の高次モードＬＰ１１の損失量が第２の損失量となるときの間隔以下に設定されればよい。

（実施形態５）
本実施形態では、光ファイバ１の製造方法について説明する。まず、メインコア１１、サブコア１２、クラッド１３を形成する方法の具体例を４種類説明する。次に、サブコア１２の伝送損失を大きくする方法の具体例を２種類説明する。

メインコア１１、サブコア１２、クラッド１３を形成する第１の具体例を説明する。母材作成ステップでは、石英ガラスの光ファイバ母材に不純物を添加し、光ファイバ母材の中央にメインコア１１となる部分を形成し、メインコア１１となる部分の周囲にクラッド１３となる部分を形成する。空孔形成ステップでは、メインコアの１１となる部分から所定間隔を隔てた位置に穿孔により空孔を形成し、材料充填ステップでは、空孔に不純物を添加した粉末状のガラス材料を充填する。サブコア融解ステップでは、ガラス材料が充填された光ファイバ母材を加熱し、ガラス材料を溶融しサブコア１２となる部分を形成する。母材溶融延伸ステップでは、サブコア１２となる部分が形成された光ファイバ母材を溶融延伸し光ファイバ１を製造する。

メインコア１１、サブコア１２、クラッド１３を形成する第２の具体例を説明する。母材作成ステップでは、石英ガラスの光ファイバ母材に不純物を添加し、光ファイバ母材の中央にメインコア１１となる部分を形成し、メインコア１１となる部分の周囲にクラッド１３となる部分を形成する。空孔形成ステップでは、メインコアの１１となる部分から所定間隔を隔てた位置に穿孔により空孔を形成し、サブコア挿入ステップでは、不純物を添加した棒状のガラスロッドをあらかじめ作成し、空孔に棒状のガラスロッドを挿入しサブコア１２となる部分を形成する。母材溶融延伸ステップでは、サブコア１２となる部分が形成された光ファイバ母材を溶融延伸し光ファイバ１を製造する。

メインコア１１、サブコア１２、クラッド１３を形成する第３の具体例を説明する。粉末充填ロッド作成ステップでは、石英ガラスのロッドに不純物を添加し、メインコア１１となる部分を形成する。そして、石英ガラスのロッドに穿孔により空孔を形成し、空孔に不純物を添加した粉末状のガラス材料を充填し、サブコア１２となる部分を形成する。ロッド配置ステップでは、メインコア１１が形成されたロッドの周囲にサブコア１２が形成されたロッドを配置し、サブコア１２が形成されたロッドの周囲に石英ガラスのロッドを配置する。そして、これらのロッドが束ねられたロッド群に石英ジャケットを装荷する。材料溶融ステップでは、石英ジャケットが装荷されたロッド群を加熱しガラス材料を溶融する。ロッド溶融延伸ステップでは、石英ジャケットが装荷されたロッド群を溶融延伸し光ファイバ１を作成する。

メインコア１１、サブコア１２、クラッド１３を形成する第４の具体例を説明する。棒挿入ロッド作成ステップでは、石英ガラスのロッドに不純物を添加し、メインコア１１となる部分を形成する。そして、石英ガラスのロッドに穿孔により空孔を形成し、空孔に不純物を添加した棒状のガラスロッドを挿入し、サブコア１２となる部分を形成する。ロッド配置ステップでは、メインコア１１が形成されたロッドの周囲にサブコア１２が形成されたロッドを配置し、サブコア１２が形成されたロッドの周囲に石英ガラスのロッドを配置する。そして、これらのロッドが束ねられたロッド群に石英ジャケットを装荷する。ロッド溶融延伸ステップでは、石英ジャケットが装荷されたロッド群を溶融延伸し光ファイバ１を作成する。

メインコア１１、サブコア１２、クラッド１３を形成する４種類の具体例において、各領域の屈折率を設定する材料として、ゲルマニウム（Ｇｅ）の酸化物、アルミニウム（Ａｌ）の酸化物、リン（Ｐ）の酸化物などの屈折率を増加させる不純物、フッ素（Ｆ）、ボロン（Ｂ）などの屈折率を減少させる不純物、純石英があげられる。不純物の具体例は、非特許文献５に記載されているが、これらに限定されない。

サブコア１２の伝送損失を大きくする第１の具体例を説明する。ここでは、サブコア１２とクラッド１３の境界の表面粗さを調整することにより、サブコア１２の伝送損失をメインコア１１の伝送損失より大きくする。サブコア１２とクラッド１３の境界の表面粗さを粗くすると、サブコア１２を伝送される光がサブコア１２とクラッド１３の境界で一部放射されるため、サブコア１２の伝送損失が大きくなる。サブコア１２とクラッド１３の境界の表面粗さを細かくすると、サブコア１２を伝送される光がサブコア１２とクラッド１３の境界で放射されることが少なくなるため、サブコア１２の伝送損失が小さくなる。

サブコア１２の伝送損失を大きくする第２の具体例を説明する。ここでは、サブコア１２に使用される材料の散乱損失または吸収損失を調整することにより、サブコア１２の伝送損失をメインコア１１の伝送損失より大きくする。例えば、サブコア１２に使用される材料として、散乱損失または吸収損失の大きな不純物を添加された石英ガラスを使用してもよく、石英ガラスに形成された空孔に充填される散乱損失または吸収損失の大きな液体または固体を使用してもよい。

（実施形態６）
本実施形態では、メインコア１１とサブコア１２を配置する方法の具体例について説明する。図１３は、本発明に係る光ファイバ１の断面を示す図である。

図１３（ａ）に示した光ファイバ１は、１個のメインコア１１、１個のサブコア１２から構成されている。図１３（ｂ）に示した光ファイバ１は、１個のメインコア１１、メインコア１１から等しい間隔を隔ててメインコア１１の周囲に円環状に配置された１２個のサブコア１２から構成されている。図１３（ｃ）に示した光ファイバ１は、１個のメインコア１１、メインコア１１から等しい間隔を隔ててメインコア１１の周囲に正多角形状に配置された６個のサブコア１２から構成されている。図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示した光ファイバ１は、１層構造のサブコア１２を有している。

図１３（ｄ）に示した光ファイバ１は、１個のメインコア１１、メインコア１１から等しい間隔を隔ててメインコア１１の周囲に円環状に配置された１２個のサブコア１２−１、メインコア１１から当該間隔より大きい間隔を隔ててメインコア１１の周囲に円環状に配置された１２個のサブコア１２−２から構成されている。図１３（ｅ）に示した光ファイバ１は、１個のメインコア１１、メインコア１１から等しい間隔を隔ててメインコア１１の周囲に正多角形状に配置された６個のサブコア１２−１、メインコア１１から当該間隔より大きい間隔を隔ててメインコア１１の周囲に正多角形状に配置された１２個のサブコア１２−２から構成されている。図１３（ｄ）、図１３（ｅ）に示した光ファイバ１は、２層構造のサブコア１２−１、１２−２を有している。

図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示した１層構造のサブコア１２を有する光ファイバ１では、すべてのサブコア１２の基本モードが、メインコア１１の一の高次モードと結合してもよい。あるいは、一のサブコア１２の基本モードが、メインコア１１の一の高次モードと結合し、他のサブコア１２の基本モードが、メインコア１１の他の高次モードと結合してもよい。

図１３（ｄ）、図１３（ｅ）に示した２層構造のサブコア１２を有する光ファイバ１では、内層のサブコア１２−１の基本モードが、メインコア１１の一の高次モードと結合し、外層のサブコア１２−２の基本モードが、メインコア１１の他の高次モードと結合してもよい。あるいは、内層のサブコア１２−１の基本モードと外層のサブコア１２−２の基本モードが、メインコア１１の一の高次モードと結合してもよい。

メインコア１１とサブコア１２を配置する方法として、図１３に示した配置方法以外にも様々な配置方法があげられるが、１個のメインコア１１と１個のサブコア１２の関係は、どのような配置方法でも図１３（ａ）に示した配置方法と変わりはない。

（実施形態７）
本実施形態では、クラッド１３以外に低屈折率領域を配置した光ファイバ１について説明する。図１４は、本発明に係る光ファイバ１の断面を示す図である。

図１４に示した光ファイバ１は、メインコア１１、サブコア１２、クラッド１３、低屈折率領域１４から構成されている。クラッド１３の屈折率ｎ_３と低屈折率領域１４の屈折率ｎ_４の間には、ｎ_３＞ｎ_４の関係が成立する。低屈折率領域１４を形成するためには、フッ素（Ｆ）、ボロン（Ｂ）などの屈折率を減少させる不純物を添加してもよく、クラッド１３に穿孔により屈折率の低い空孔を形成してもよい。低屈折率領域１４を形成することにより、光ファイバ１の曲げ損失を低減することができる。

近年伝送の大容量化を加速している光ファイバ通信システムに利用することができる。

１：光ファイバ
１１：メインコア
１２、１２−１、１２−２：サブコア
１３：クラッド
１４：低屈折率領域

Claims (15)

1. 高次モードを伝送可能なメインコアと、
   前記メインコアから間隔を隔てて配置され、前記メインコアの高次モードに結合する基本モードを伝送可能であり、前記メインコアより大きい伝送損失を有するサブコアと、
   前記メインコアと前記サブコアの周囲に配置され、前記メインコアと前記サブコアより小さい屈折率を有するクラッドと、を備え、
   前記メインコアと前記サブコアの間隔は、前記メインコアの基本モードの電界強度の広がり幅より広く、前記メインコアの高次モードの電界強度の広がり幅より狭い
   ことを特徴とする光ファイバ。
2. 前記サブコアにおける前記メインコアの高次モードの伝送損失は、本光ファイバにおける前記メインコアの高次モードの所望の伝送損失の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記メインコアの半径及び前記メインコアと前記クラッドとの比屈折率差は、所定通信波長帯において、前記メインコアが高次モードを伝送可能であるように設定されており、前記サブコアの半径及び前記サブコアと前記クラッドとの比屈折率差は、前記所定通信波長帯において、前記サブコアの基本モードと前記メインコアの高次モードとがモード結合を生じ、前記メインコアの高次モードが受ける損失量のうち前記サブコアで受ける損失量が前記メインコアで受ける損失量より大きくなるように設定されていること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ。
4. 前記メインコアの半径及び前記メインコアと前記クラッドとの比屈折率差は、所定通信波長帯において、前記メインコアが高次モードを伝送可能であるように設定されており、
   前記所定通信波長帯の両端において、前記サブコアの基本モード及び前記メインコアの高次モードの実効屈折率が等しく、前記所定通信波長帯の全体において、前記サブコアの基本モード及び前記メインコアの高次モードの実効屈折率が通信波長に対して比例変化し、前記メインコアの高次モードが受ける損失量のうち前記サブコアで受ける損失量が前記メインコアで受ける損失量より大きくなるように、前記サブコアの半径及び前記サブコアと前記クラッドとの比屈折率差が設定されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ。
5. 前記メインコアの半径及び前記メインコアと前記クラッドとの比屈折率差は、曲げ損失が所定曲げ損失となるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４に記載のいずれかの光ファイバ。
6. 前記クラッドの内部に配置され、前記クラッドより小さい屈折率を有する低屈折率領域をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５に記載のいずれかの光ファイバ。
7. 前記低屈折率領域は空孔であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
8. 前記サブコアは、前記メインコアを中心として、正多角形状または円環状に配置されることを特徴とする請求項１から請求項７に記載のいずれかの光ファイバ。
9. 通信波長帯は１．００μｍ〜１．７０μｍであり、前記メインコアが伝送可能なモードはＬＰ０１モードとＬＰ１１モードであり、前記ＬＰ１１モードの伝送損失は１ｄＢ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項８に記載のいずれかの光ファイバ。
10. 通信波長帯は１．２６μｍ〜１．６２５μｍであり、前記メインコアが伝送可能なモードはＬＰ０１モードとＬＰ１１モードであり、前記ＬＰ１１モードの伝送損失は１ｄＢ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項８に記載のいずれかの光ファイバ。
11. 曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失は０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下であることを特徴する請求項１から請求項１０に記載のいずれかの光ファイバ。
12. ガラス部材に不純物を添加し、前記メインコアとなる部分を形成した母材を作成する母材作成ステップと、
    前記母材のうち前記メインコアとなる部分の周囲に空孔を形成する空孔形成ステップと、
    前記空孔に不純物を添加した粉末状のガラス材料を充填する材料充填ステップと、
    前記ガラス材料を加熱により融解し、前記サブコアとなる部分を形成するサブコア融解ステップと、
    前記サブコアとなる部分が形成された前記母材を溶融延伸し、光ファイバを作成する母材溶融延伸ステップと、
    を順に備えることを特徴とする請求項１から請求項１１に記載のいずれかの光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。
13. ガラス部材に不純物を添加し、前記メインコアとなる部分を形成した母材を作成する母材作成ステップと、
    前記母材のうち前記メインコアとなる部分の周囲に空孔を形成する空孔形成ステップと、
    前記空孔に不純物を添加した棒状のガラスロッドを挿入し、前記サブコアとなる部分を形成するサブコア挿入ステップと、
    前記サブコアとなる部分が形成された前記母材を溶融延伸し、光ファイバを作成する母材溶融延伸ステップと、
    を順に備えることを特徴とする請求項１から請求項１１に記載のいずれかの光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。
14. ガラス部材に不純物を添加し、前記メインコアとなる部分を形成したメインロッドを作成するとともに、空孔を形成したガラス部材の前記空孔に、不純物を添加した粉末状のガラス材料を充填し、前記サブコアとなる部分を形成したサブロッドを作成する粉末充填ロッド作成ステップと、
    前記メインロッドの周囲に前記サブロッドを配置するロッド配置ステップと、
    前記ガラス材料を加熱により融解する材料溶融ステップと、
    前記メインロッドと前記サブロッドを溶融延伸し、光ファイバを作成するロッド溶融延伸ステップと、
    を順に備えることを特徴とする請求項１から請求項１１に記載のいずれかの光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。
15. ガラス部材に不純物を添加し、前記メインコアとなる部分を形成したメインロッドを作成するとともに、空孔を形成したガラス部材の前記空孔に、不純物を添加した棒状のガラスロッドを挿入し、前記サブコアとなる部分を形成したサブロッドを作成する棒挿入ロッド作成ステップと、
    前記メインロッドの周囲に前記サブロッドを配置するロッド配置ステップと、
    前記メインロッドと前記サブロッドを溶融延伸し、光ファイバを作成するロッド溶融延伸ステップと、
    を順に備えることを特徴とする請求項１から請求項１１に記載のいずれかの光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。