JP6361101B2 - 光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバに関するものである。

デジタルコヒーレント受信方式を利用した通信方式においては、光通信システムにおける光信号雑音比（ＯＳＮＲ： Optical Signal-to-Noise Ratio）の向上が重要となる。ＯＳＮＲを向上することによって、伝送システムを大容量化したり、伝送システムの伝送距離を長くしたり、中継器間の間隔を長くしたりすることが可能になるなど、光通信システムを高性能化することができる。ＯＳＮＲの向上には光ファイバの非線形性の低減および伝送路での伝送損失の低減が重要である。光ファイバの非線形性を低減するには、実効断面積Aeffを大きくし、波長分散の絶対値を大きくすると良い。このような波長分散の絶対値が大きく実効断面積Aeffが大きい非分散シフト光ファイバが知られている（特許文献２，３を参照）。

しかしながら、実効断面積Aeffが大きい非分散シフト光ファイバは、既に敷設されていたり伝送機器に使用されたりしている光ファイバ（例えば、波長１.５５μｍ帯で実効断面積Aeffが８０μｍ^２程度でありITU-T G.652シリーズの規格に準拠する通常のシングルモード光ファイバ（ＳＳＭＦ）、実効断面積Aeffが５０〜８０μｍ^２でありITU-T G.653シリーズ及びG.655シリーズの規格にそれぞれ準拠する分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）、ノンゼロ分散シフト光ファイバ（ＮＺ-ＤＳＦ））と接続した際に接続損失が大きくなってしまい、結果としてＯＳＮＲを低くしてしまう場合があった（特許文献１を参照）。

加えて、陸上の長距離通信用途や海底の無中継ケーブル用途などで光ファイバが高密度に実装されるケーブルを製造すると、マクロベンドロスまたはマイクロベンドロスを由来として光ファイバの伝送損失が増加してしまい、結果として伝送システムのＯＳＮＲを劣化させてしまうことがあった。

そこで、特許文献４に記載されているように、実効断面積Aeffが比較的小さく波長分散が比較的大きな正分散光ファイバによって負分散ファイバの分散を補償する技術が知られている。このようにすることで、曲げロスを低減することができて、分散補償モジュールとしても使用が可能である。しかしながら、本ファイバは、伝送損失が０.１７ｄＢ／ｋｍ以上であり、実際の長距離伝送用としては適してはいない。

また、特許文献５には、コア部にアルカリ金属元素を添加することで伝送損失を低減したファイバが示されている。しかし、同文献に実施例として示された実効断面積Aeffが小さい光ファイバ（Example 8、13、14、15）は、伝送損失が０.１７ｄＢ／ｋｍ以上であり、実際の長距離伝送用としてはやはり適してはいない。

特開２０１１−１９７６６７号公報 国際公開第００／０６２１０６号 特開２００５−２０４４０号公報 国際公開第００／０３６４４３号 米国特許出願公開第２０１０／０１９５９６６号明細書

A. Carena, et al., ECOC2011,Th.12.LeCervin.5. R. Cigliutti, et al., JLT V.29,No.15, pp.2310-2318, 2011,

このように、光ケーブルへの高密度実装に適しており更にデジタルコヒーレント方式での長距離伝送にも適した光ファイバは、これまで検討されていなかった。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高密度実装および長距離伝送に適した光ファイバを提供することを目的とする。

本発明の光ファイバは、コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、波長１５５０ｎｍにおいて、実効断面積Aeffが１００μｍ^２以下であり、波長分散Dispが＋１９.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、実効長をLeff [km]とし伝送損失をα[dB/km]としたとき、下記の式で示される性能指数FOMが＋３.２ｄＢ以上であることを特徴とする。
FOM ＝ 5log{|Disp|・Leff} − 10 log{Leff／Aeff} − 100α

本発明の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失αが０.１６４ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが７６μｍ^２以上であるのが好適である。実効断面積Aeffが62μｍ²以上であるのが好適である。長さ２ｍで測定されるファイバカットオフ波長が１.３０〜１.６０μｍであるのが好適である。分散スロープSが+0.05〜+0.07ps/nm²/km以下であるのが好適である。また、中継器との接続損失が0.05dB/facet以下であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、純シリカガラスの屈折率を基準としてコア部の比屈折率差が−０.１〜＋０.１％であるのが好適である。コア部は平均濃度１０００原子ppm以上の塩素元素が添加された石英系ガラスからなるのが好適である。コア部は平均濃度０.０１〜５０原子ppmのアルカリ金属元素が添加されているのが好適である。また、コア部における典型金属元素および遷移金属元素の濃度が１ppm以下であるのが好適である。

本発明の光ファイバでは、コア部の直径２ｒ_ｃが９.０〜１１.６μｍであり、クラッド部における中心軸からの距離がｒ_ｃ〜４.５ｒ_ｃの範囲における最小屈折率Ｎ_ｄ２を基準としてコア部における最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差Δ_ｃ＝（Ｎ_ｃ−Ｎ_ｄ２）／Ｎ_ｄ２が０.３４〜０.６２％であるのが好適である。コア部は、最小屈折率がＮ_ｉであり最大屈折率がＮ_ｉ２であり外半径がｒ_ｉである第一コア部と、最大屈折率がＮ_ｃであり外半径がｒ_ｃである第二コア部とを含み、Ｎ_ｃ≧Ｎ_ｉ２であり、ｒ_ｃ≧ｒ_ｉであり、２ｒ_ｃが９.０〜１１.０μｍであり、クラッド部における中心軸からの距離がｒ_ｃ〜４.５ｒ_ｃの範囲における最小屈折率Ｎ_ｄ２を基準として第二コア部における最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差Δ_ｃ＝（Ｎ_ｃ−Ｎ_ｄ２）／Ｎ_ｄ２が０.４０〜０.６２％であるのが好適である。また、比屈折率差Δ_ｉ＝（Ｎ_ｃ−Ｎ_ｉ）／Ｎ_ｉが０.０５〜０.２５％であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、クラッド部は、外半径がｒ_ｄであり最大屈折率がＮ_ｄ１であり最小屈折率がＮ_ｄ２である第一クラッド部と、外半径がｒ_ｏであり最大屈折率がＮ_ｏであり、最小屈折率がＮ_ｏ２である第二クラッド部とを有し、Ｎ_ｃ＞Ｎ_ｏ２＞Ｎ_ｄ１であり、ｒ_ｃ＜ｒ_ｄ＜ｒ_ｏであり、第一クラッド部における最小屈折率Ｎ_ｄ２を基準として第二クラッド部における最大屈折率Ｎ_ｏの比屈折率差Δ_ｄ＝（Ｎ_ｏ−Ｎ_ｄ２）／Ｎ_ｄ２が０.０５〜０.２５％であり、第一クラッド部の外半径ｒ_ｄとコア部の外半径ｒ_ｃとの比Ｒａ＝ｒ_ｄ／ｒ_ｃが３.０〜４.５であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、中心軸からの距離ｒ _ｉ１ で屈折率がコア部における最小屈折率Ｎ_ｉとなり、中心軸からの距離ｒ_ｘで屈折率がコア部における最大屈折率Ｎ_ｃとなり、コア部の外径をｒ_ｃとして、ｒ _ｉ１ ＜ｒ_ｘ≦ｒ_ｃであり、Ｒ_ｃ＝ｒ_ｃ／ｒ_ｘが１〜５.０であり、９μｍ≦２ｒ_ｃ≦１１μｍであり、コア部における最小屈折率Ｎ_ｉに対するコア部における最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差Δ_ｉ＝（Ｎ_ｃ−Ｎ_ｉ）／Ｎ_ｉが０.０５％〜０.２５％であり、中心軸からの距離がｒ_ｃ〜４.５ｒ_ｃの範囲における最小屈折率Ｎ_ｄ２に対するコア部における最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差Δ_ｃ＝（Ｎ_ｃ−Ｎ_ｄ２）／Ｎ_ｏが０.４０％以上０.６２％以下であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、波長1550ｎｍにおいて、実効断面積Aeffが62μｍ²以上100μｍ²以下であり、波長分散Dispが+22ps/nm/km以下であり、伝送損失αが0.164dB/km以下であり、分散スロープSが+0.05〜+0.07ps/nm2/km以下であることを特徴とする。波長分散Dispが+15ps/nm/km以上であるのが好適である。

本発明によれば、高密度実装および長距離伝送に適した光ファイバを提供することができる。

波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffとマイクロベンド損失増と波長分散Dispとの関係を示すグラフである。 実効断面積が８０μｍ^２である標準的なシングルモード光ファイバと異種接続する際の波長１５５０ｎｍでの接続損失と実効断面積Aeffとの関係を示すグラフである。 波長１５５０ｎｍにおける伝送損失αと実効断面積Aeffと性能指数FOMとの関係を示すグラフである。 本実施形態の光ファイバの屈折率プロファイルの好適例を示す図である。 単峰コア型屈折率プロファイルを有する光ファイバの設計例を説明する図である。 コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差Δ_ｃを横軸とし、コア部の直径２ｒ_ｃを縦軸として、単峰コア型屈折率プロファイルを有する光ファイバの各パラメータについての等高線を示す図である。 光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 リングコア型屈折率プロファイルを有する光ファイバの設計例を説明する図である。 コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差Δ_ｃを横軸とし、コア部の直径２ｒ_ｃを縦軸として、リングコア型屈折率プロファイルを有する光ファイバの各パラメータについての等高線を示す図である。 図１０は、伝送損失αが０．１５ｄＢ／ｋｍの場合の波長分散と式(１a)のFOMとの関係を、Aeffをパラメータとして示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本明細書では、波長１５５０ｎｍにおいて、光ファイバの波長分散をDisp[ps/nm/km]とし、実効断面積をAeff[μｍ^２]とし、伝送損失をα[dB/km]とし、スパン長をＬ[km]とし、実効長をLeff[km]として、光ファイバの性能指数FOMを下記(1a)式で表す。
FOM ＝ 5log{|Disp|・Leff} − 10 log{Leff／Aeff} − α x 100km …(1a)
Leff ＝ （１−exp(−α'Ｌ)）／α' …(1b)
α' ＝ α／4.343 …(1c)

非特許文献１によれば、光ファイバの性能指数FOMは下記(2a)式で表される。この(2a)式において、(2b)式および(2c)式を用い、さらに、スパン長Ｌを１００ｋｍとすると、上記(1a)式が得られる。Ｃは真空中の光速であり、λは波長（ここでは１５５０ｎｍ）である。ｎ_２は、光ファイバの非線形屈折率であり、純シリカコア光ファイバとして２.１８×１０^−２０ｍ^２／Ｗである。なお、(1a)式と(2a)式との間では定数分の差がある。
FOM ＝ 5 log{|β2|・Leff} − 10 log{γ・Leff} − α x (スパン長） …(2a)
β2 ＝ −２πＣ×Disp／λ^２ …(2b)
γ ＝ (ｎ_２／Aeff)×(２π／λ) …(2c)

非特許文献２によれば、商用化された純シリカコア光ファイバでは、α＝０.１６８ｄＢ／ｋｍ、Aeff＝１１０μｍ^２、Disp＝２０.６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるので、性能指数FOMは＋３.２ｄＢである。したがって、本光ファイバと同等以上の性能指数FOMを有すれば、高速伝送が可能になると言うことができ来る。また、性能指数FOMは、高い方が好ましく、例えば３.７ｄＢ以上であれば更に望ましい。

上記(1)式から判るように、波長分散Dispの絶対値が大きいほど、実効断面積Aeffが大きいほど、伝送損失αが低いほど、性能指数FOMが大きくなり、良好な光伝送システムを組むことができる。例えば、Aeff＝１００μｍ^２、Disp＝＋２１.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、α＝０.１６３ｄＢ／ｋｍの場合に、FOM＝＋３.２ｄＢとなる。例えば、Aeff＝９０μｍ^２、Disp＝＋２０.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、α＝０.１５７ｄＢ／ｋｍの場合に、FOM＝＋３.２ｄＢとなる。例えば、Aeff＝８０μｍ^２、Disp＝＋１９.５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、α＝０.１５１ｄＢ／ｋｍの場合に、FOM＝＋３.２ｄＢとなる。

ただし、実効断面積Aeffが大きすぎると、マイクロベンド損失が大きくなり、ケーブル化の際に伝送損失が大きくなってしまう恐れがある。また、一般的に敷設されているシングルモード光ファイバやＮＺ-ＤＳＦとの接続の際の接続損失が大きくなるので、あまり実効断面積Aeffを大きくすることは望ましくない。

図１は、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffとマイクロベンド損失増と波長分散Dispとの関係を示すグラフである。同図は、実効断面積Aeffを横軸とし、マイクロベンド損失増を縦軸として、波長分散Dispが１９〜２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである場合、および、波長分散Dispが１６〜１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである場合、それぞれを示す。マイクロベンドロスは、直径５０μｍで間隔１００μｍのワイヤーメッシュで表面を覆われた直径４００ｍｍのボビンに光ファイバを張力８０ｇで巻いた時の損失増加量で表す。

同図から判るように、波長分散Dispが１６〜１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである場合と比較して、波長分散Dispが１９〜２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと大きい場合には、同じ実効断面積Aeffでもマイクロベンド損失を低減することが可能である。陸上ケーブル用の光ファイバとして一般的なシングルモード光ファイバは、波長分散Dispが＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、実効断面積Aeffが８０μｍ^２程度であるので、それと同等のマイクロベンドロス特性を有する波長分散Dispが＋１９〜２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍで、実効断面積Aeffが１００μｍ^２以下であることが望ましい。また、コア部が実質的に純シリカガラスからなる純シリカコア光ファイバの場合、波長分散が大きいほど、伝播する光のパワーが純シリカコア部に集中するので、伝送損失がより低くなる。

光ファイバのマクロベンドロスは、小さい方が好ましく、例えば波長１５５０ｎｍで２０ｍｍ直径に光ファイバを巻いた場合、２０ｄＢ／ｍ以下、好ましくは１０ｄＢ／ｍ以下、更に好ましくは３ｄＢ／ｍ以下であると良い。３０ｍｍ直径に光ファイバを巻いた場合は、曲げ損失値も小さくなるが、波長１５５０ｎｍで好ましくは２ｄＢ／ｍ以下、更に好ましくは１ｄＢ／ｍ以下であると良い。また、６０ｍｍ直径に光ファイバを巻いた場合の曲げ損失は、波長１６２５ｎｍ以下の波長範囲において、０.０１ｄＢ／ｍ以下であると良い。

一般的に、伝送用光ファイバのクラッドガラス部の外周には、２層構造の被覆樹脂がコーティングされている。マイクロベンドロスの増加を抑制するために、プライマリ被覆樹脂のヤング率が低く且つセカンダリ被覆樹脂のヤング率が高い光ファイバが好ましい。具体的には、プライマリ被覆樹脂のヤング率は、０.２〜２ＭＰａ、好ましくは０.２〜１ＭＰａの範囲で選定されるのが好ましく、セカンダリ被覆樹脂のヤング率は、５００〜２０００ＭＰａ、好ましくは１０００ＭＰａ〜２０００ＭＰａの範囲で選定されるのが好ましい。その他にマイクロベンドロスを低減する手段として、光ファイバのクラッドガラス径又は被覆樹脂の外径を拡大する手法も好適である。ただし、一般的に使用されている光ファイバ（ガラス径：１２５μｍ、被覆外径：２４５μｍ）との差が大きくなるのは実用的でない。クラッドガラスの外径は直径１２３〜１２７μｍ、被覆樹脂の外径は直径２３０〜 ２６０μｍであっても良い。

図２は、実効断面積が８０μｍ^２である標準的なシングルモード光ファイバと異種接続する際の波長１５５０ｎｍでの接続損失と実効断面積Aeffとの関係を示すグラフである。同図から判るように、実効断面積Aeffが大きいほど、異種接続損失が大きくなり、結果としてシステムの性能を悪くしてしまう。実効断面積Aeffが１００μｍ^２程度以下であれば、接続損失が０.０５ｄＢ／facet程度以下になるので好ましい。

図３は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失αと実効断面積Aeffと性能指数FOMとの関係を示すグラフである。同図は、伝送損失αを横軸とし、実効断面積Aeffを縦軸として、性能指数FOMが３.２、３.７、４.２ｄＢの各値となる等高線を示す。ここでは波長分散Dispを＋２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとした。

同図から判るように、実効断面積Aeffが１００μｍ^２であるとき、伝送損失αが０.１６４ｄＢ／ｋｍ以下であれば、性能指数FOMは３.２ｄＢ以上となる。従って、伝送損失αは０.１６４ｄＢ／ｋｍ以下が望ましい。伝送損失αが０.１５９ｄＢ／ｋｍ以下であれば、性能指数FOMは３.７ｄＢ以上となる。従って、伝送損失αは０.１５９ｄＢ／ｋｍ以下が更に望ましい。伝送損失αが０.１５２ｄＢ／ｋｍ以下であれば、性能指数FOMは４.２ｄＢ以上となる。従って、伝送損失αは０.１５２ｄＢ／ｋｍ以下が特に望ましい。伝送損失αは現時点で０.１５ｄＢ／ｋｍが実現されている。この場合、実効断面積Aeffが７６μｍ^２以上であれば、性能指数FOMは３.２ｄＢ以上となる。従って、実効断面積Aeffは７６μｍ^２以上が好ましい。しかし、伝送損失αは今後の技術発展によって低減することが期待される。例えば、伝送損失αが０.１４ｄＢ／ｋｍ程度に低減するとすれば、実効断面積Aeffは６２μｍ^２以上であることが好ましい。

図１０は、伝送損失αが０．１５ｄＢ／ｋｍの場合の波長分散と式(１a)のFOMとの関係を、Aeffをパラメータとして示すグラフであって、実線はAeffが９０μｍ^２の場合、破線はAeffが８０μｍ^２の場合の関係である。波長分散が大きいほど、FOMが大きくなるため好ましく、Aeff＝９０μｍ^２では波長分散＋１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上、Aeff＝８０μｍ^２では、波長分散＋１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上が、FOMが３．２ｄＢとなるので望ましい。

伝送損失αが０.１６４ｄＢ／ｋｍ以下となるような低損失光ファイバを実現するには、光ファイバのコア部が実質的に純シリカガラスからなり、純シリカガラスの屈折率Ｎ_SiO2に対するコア部の最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差（Ｎ_ｃ−Ｎ_SiO2）／Ｎ_SiO2が−０.１〜＋０.１％であると良い。コア部には平均濃度１０００原子ppm以上の塩素元素が添加されていても良い。また、コア部には平均濃度１００原子ppm以上のフッ素元素が含まれていても良い。このような実質的に純シリカガラスであるコア部に対して、平均濃度０.０１〜５０原子ppmのアルカリ金属元素が添加されていても良い。アルカリ金属元素は、カリウム、ナトリウム、ルビジウムなどであって良い。このような場合、コア部の粘性を低減できるので、伝送損失を０.１６ｄＢ／ｋｍ以下に低減することが可能となる。また、コア部における典型金属元素（Ｇｅ、Ａｌなど）および遷移金属元素（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎなど）の濃度が１ppm以下であると、遷移金属や典型金属による散乱損失や吸収損失を抑制できるので好ましい。

図４は、本実施形態の光ファイバの屈折率プロファイルの好適例を示す図である。実効断面積Aeffが大きい光ファイバは曲げ損失が劣化してしまう問題がある。しかし、同図に示されるように、コアの外周にさらに外周の領域よりも屈折率の低い領域を設けることで、曲げ損失を低減することが可能である。同図（ａ），（ｂ）の何れの屈折率プロファイルも長距離伝送用の光ファイバとして好ましい。Ｗクラッド型プロファイルとして知られる単純なプロファイルの方が、量産に適しており、より好ましい。

図５は、単峰コア型屈折率プロファイルを有する光ファイバの設計例を説明する図である。単峰コア型屈折率プロファイルを有する光ファイバは、単峰形状の屈折率プロファイルを有するコア部と、このコア部を取り囲む第一クラッド部と、この第一クラッド部を取り囲む第二クラッド部とを有する。コア部の外半径をｒ_ｃとし、コア部の最大屈折率をＮ_ｃとする。第一クラッド部の外半径をｒ_ｄとし、第一クラッド部の最大屈折率をＮ_ｄ１とし、第一クラッド部の最小屈折率をＮ_ｄ２とする。また、第二クラッド部の外半径をｒ_ｏとし、第二クラッド部の最大屈折率をＮ_ｏ、最小屈折率をＮ_ｏ２とする。これらのパラメータは、Ｎ_ｃ＞Ｎ_ｏ２＞Ｎ_ｄ１、ｒ_ｃ＜ｒ_ｄ＜ｒ_ｏの関係を満たす。第一クラッド部の最小屈折率Ｎ_ｄ２を基準として、コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差をΔ_ｃ＝（Ｎ_ｃ−Ｎ_ｄ２）／Ｎ_ｄ２とし、第二クラッド部の最大屈折率Ｎ_ｏの比屈折率差をΔ_ｄ＝（Ｎ_ｏ−Ｎ_ｄ２）／Ｎ_ｄ２とする。第一クラッド部の外半径ｒ_ｄとコア部の外半径ｒ_ｃとの比をＲａ＝ｒ_ｄ／ｒ_ｃとする。

図６は、コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの第一クラッド部の最小屈折率Ｎ_ｄ２に対する比屈折率差Δ_ｃを横軸とし、コア部の直径２ｒ_ｃを縦軸として、単峰コア型屈折率プロファイルを有する光ファイバの各パラメータについての等高線を示す図である。同図は、Δ_ｄ＝０.１５％、Ｒａ＝３.８として、長さ２ｍのファイバカットオフ波長λ_ｃが１.６０μｍ（長さ２２ｍのケーブルカットオフ波長で１.５２μｍに相当）となる等高線、長さ２ｍのファイバカットオフ波長λ_ｃが１.３０μｍ（長さ２２ｍのケーブルカットオフ波長で１.２２μｍに相当）となる等高線、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが１００μｍ^２となる等高線、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが７６μｍ^２となる等高線、波長１５５０ｎｍにおける波長分散Dispが１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなる等高線、および、波長１５５０ｎｍにおける波長分散Dispが２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなる等高線、を示す。

コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの第一クラッド部の最小屈折率Ｎ_ｄ２に対する比屈折率差Δ_ｃおよびコア部の直径２ｒ_ｃは、長さ２ｍのファイバカットオフ波長λ_ｃが１.３０μｍ以上１.６０μｍ以下、実効断面積Aeffが７６μｍ^２以上１００μｍ^２以下、波長分散Dispが＋１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下を満たす範囲（同図中のハッチング範囲）であることが望ましい。同図から判るように、単峰コア型光ファイバでは、Δ_ｃは０.３４〜０.５５％の範囲であると良く、コア直径は９.４〜１１.６μｍの範囲であると良い。伝送特性が良好となるコア直径の範囲が±０.５μｍ以上となるように、Δ_ｃは０.３８〜０.４９％であると更によい。

第一クラッド部の外半径ｒ_ｄとコア部の外半径ｒ_ｃとの比Ｒａ＝ｒ_ｄ／ｒ_ｃは、３.０〜４.５の範囲であると良い。第一クラッド部の最小屈折率Ｎ_ｄ２を基準として第二クラッド部の最大屈折率Ｎ_ｏの比屈折率差Δ_ｄは、０.０８〜０.２０％の範囲であると良い。このようにすることで、曲げ特性を良好にすることが可能となる。

なお、コア部の半径ｒ _ｃ は以下のように定める。図７に示されるように、光ファイバの中心軸から径方向の距離ｒの位置での屈折率をＮ(ｒ)と表す。径方向位置Ｌにおいて屈折率Ｎ(Ｌ)が最大値Ｎ_maxになるとする。また、Ｌ＜Ｒである径方向位置Ｒにおいて（Ｎ_max−Ｎ(Ｒ)）／Ｎ_maxが０.１５％であるとする。このときの半径Ｒをコア部の半径ｒ _ｃ と定める。

また、第一クラッド部の外半径ｒ_ｄは以下のよう定める。第一クラッド部の屈折率が最小値Ｎ_ｄ１となる半径をｒ_ｄ１とし、第二クラッド部の屈折率が最大値Ｎ_ｏとなる半径をｒ_ｏ１として、ｒ_ｄ１＜ｒ_ｄ＜ｒ_ｏ１であり、半径位置ｒ_ｄ１とｒ_ｏ１との間の範囲において屈折率Ｎ(ｒ)の半径ｒに対する微分値ｄＮ／ｄｒが最大になる位置をｒ_ｄとする。つまり、ｒ_ｄとは、クラッド部の屈折率が最小値となる半径と最大値となる半径との間に位置して、半径が大きくなるに従って屈折率が上昇しており、かつ、屈折率の変化率が最大となる半径位置と定義する。

図８は、リングコア型屈折率プロファイルを有する光ファイバの設計例を説明する図である。リングコア型屈折率プロファイルを有する光ファイバは、第一コア部および第二コア部を含むリング形状の屈折率プロファイルを有するコア部と、このコア部を取り囲む第一クラッド部と、この第一クラッド部を取り囲む第二クラッド部とを有する。第一コア部の外半径をｒ_ｉとし、第一コア部の最小屈折率をＮ_ｉとする。第二コア部の外半径をｒ_ｃとし、第二コア部の最大屈折率をＮ_ｃとする。第一クラッド部の外半径をｒ_ｄとし、第一クラッド部の最大屈折率をＮ_ｄ１とし、第一クラッド部の最小屈折率をＮ_ｄ２とする。また、第二クラッド部の外半径をｒ_ｏとし、第二クラッド部の最大屈折率をＮ_ｏ、最小屈折率をＮ_ｏ２とする。これらのパラメータは、Ｎ_ｃ＞Ｎ_ｏ２＞Ｎ_ｄ１、ｒ_ｉ＜ｒ_ｃ＜ｒ_ｄ＜ｒ_ｏの関係を満たす。

第一クラッド部の最小屈折率Ｎ_ｄ２を基準として、第二コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差をΔ_ｃ＝（Ｎ_ｃ−Ｎ_ｄ２）／Ｎ_ｄ２とし、第二クラッド部の最大屈折率Ｎ_ｏの比屈折率差をΔ_ｄ＝（Ｎ_ｏ−Ｎ_ｄ２）／Ｎ_ｄ２とする。第一コア部の最小屈折率Ｎ_ｉを基準として、第二コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差をΔ_ｉ＝（Ｎ_ｃ-Ｎ_ｉ）／Ｎ_ｉとする。第一クラッド部の外半径ｒ_ｄと第二コア部の外半径ｒ_ｃとの比をＲａ＝ｒ_ｄ／ｒ_ｃとし、第二コア部の外半径ｒ_ｃと第一コア部の外半径ｒ_ｉとの比をＲｂ＝ｒ_ｃ／ｒ_ｉとする。

図９は、コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの第一クラッド部の最小屈折率Ｎ_ｄ２に対する比屈折率差Δ_ｃを横軸とし、コア部の直径２ｒ_ｃを縦軸として、リングコア型屈折率プロファイルを有する光ファイバの各パラメータについての等高線を示す図である。同図は、Δ_ｄ＝０.１４％、Δ_ｉ＝０.１６％、Ｒａ＝４.１、Ｒｂ＝２.６として、長さ２ｍのファイバカットオフ波長λ_ｃが１.６０μｍ（長さ２２ｍのケーブルカットオフ波長で１.５２μｍに相当）となる等高線、長さ２ｍのファイバカットオフ波長λ_ｃが１.３０μｍ（長さ２２ｍのケーブルカットオフ波長で１.２２μｍに相当）となる等高線、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが１００μｍ^２となる等高線、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが７６μｍ^２となる等高線、波長１５５０ｎｍにおける波長分散Dispが１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなる等高線、および、波長１５５０ｎｍにおける波長分散Dispが２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなる等高線、を示す。

コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの第一クラッド部の最小屈折率Ｎ_ｄ２に対する比屈折率差Δ_ｃおよびコア部の直径２ｒ_ｃは、長さ２ｍのファイバカットオフ波長λ_ｃが１.３０μｍ以上１.６０μｍ以下、実効断面積Aeffが７６μｍ^２以上１００μｍ^２以下、波長分散Dispが＋１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下を満たす範囲（同図中のハッチング範囲）であることが望ましい。同図から判るように、リングコア型光ファイバでは、Δ_ｃは０.４０〜０.６２％の範囲であると良く、コア直径は９.０〜１１.０μｍの範囲であると良い。伝送特性が良好となるコア直径の範囲が±０.５μｍ以上となるように、Δ_ｃは０.４４〜０.５５％であると更によい。

第一クラッド部の外半径ｒ_ｄとコア部の外半径ｒ_ｃとの比Ｒａ＝ｒ_ｄ／ｒ_ｃは、３.０〜４.５の範囲であると良い。第二コア部の外半径ｒ_ｃと第一コア部の外半径ｒ_ｉとの比Ｒｂ＝ｒ_ｃ／ｒ_ｉは、１.１〜５であると良い。第一クラッド部の最小屈折率Ｎ_ｄ２を基準として第二クラッド部の最大屈折率Ｎ_ｏの比屈折率差Δ_ｄは０.０５〜０.２５％の範囲であると良い。中心コア部の最小屈折率Ｎ_ｉを基準として第二コア部の最大屈折率Ｎ_ｃの比屈折率差Δ_ｉは、０.０５〜０.２５％であって良い。このようにすることで、曲げ特性を良好にすることが可能となる。

なお、第一コア部の半径ｒ_ｉは以下のようにして定める。コア部において、屈折率が最小値Ｎ_ｉとなる半径をｒ_ｉ１とし、屈折率が最大値Ｎ_ｃとなる半径をｒ_ｘとして、ｒ_ｉ１＜ｒ_ｉ＜ｒ_ｘであり、半径位置ｒ_ｉ１とｒ_ｘとの間の範囲において屈折率Ｎ(ｒ)の半径ｒに対する微分値ｄＮ(ｒ)／ｄｒが最大になる位置をｒ _ｉ とする。つまり、ｒ_ｉとは、コア部の屈折率が最小値となる半径と最大値となる半径との間に位置して、半径が大きくなるに従って屈折率が上昇しており、かつ、屈折率の変化率が最大となる半径位置と定義する。

光ファイバの好ましい他の特性は以下のとおりである。波長１３８０ｎｍにおける伝送損失は、０.８ｄＢ／ｋｍ以下に低い方が好ましく、０.４ｄＢ／ｋｍ以下であると更に良く、また０.３ｄＢ／ｋｍ以下であると最も好ましい。偏波モード分散は０.２ｐｓ／√ｋｍ以下であって良い。ケーブルカットオフ波長は、１５２０ｎｍ以下であると良く、ラマン増幅に用いるポンプ波長となる１４５０ｎｍ以下であると更に良い。波長１５５０ｎｍにおいてモードフィールド径は８.５〜１１.５μｍの範囲であってよい。また、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープは＋０.０５０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以上＋０.０７０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の範囲であると良い。光ファイバ母材のコア部、クラッド部はそれぞれ屈折率構造を有しても良い。

以上のような実効断面積Aeffが小さく波長分散Dispが大きく性能指数FOMが大きい光ファイバで構築された伝送システムは、長距離大容量伝送において伝送性能を改善することが可能である。特に、陸上の多心ケーブルや海底の無中継伝送ケーブルといったケーブル内での光ファイバが比較的高密度であるような光ファイバケーブルにおいて伝送損失が低く伝送性能が良い。

Claims (12)

1. 単峰コア型屈折率プロファイルを有し、実質的に純シリカガラスからなり、純シリカガラスの屈折率を基準として比屈折率差が−０.１〜＋０.１％であるコア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、
   前記コア部は、直径２ｒ _ｃ が９.４〜１１.６μｍであり、
   前記クラッド部における中心軸からの距離がｒ _ｃ 〜４.５ｒ _ｃ の範囲における最小屈折率Ｎ _ｄ２ を基準として前記コア部における最大屈折率Ｎ _ｃ の比屈折率差Δ _ｃ ＝（Ｎ _ｃ −Ｎ _ｄ２ ）／Ｎ _ｄ２ が０.３４〜０.５５％であり、
   前記クラッド部は、外半径がｒ _ｄ であり、最大屈折率がＮ _ｄ１ であり、最小屈折率が前記Ｎ _ｄ２ である第一クラッド部と、外半径がｒ _ｏ であり、最大屈折率がＮ _ｏ であり、最小屈折率がＮ _ｏ２ である第二クラッド部とを有し、
   Ｎ _ｃ ＞Ｎ _ｏ２ ＞Ｎ _ｄ１ であり、ｒ _ｃ ＜ｒ _ｄ ＜ｒ _ｏ であり、
   前記第一クラッド部における最小屈折率Ｎ _ｄ２ を基準として前記第二クラッド部における最大屈折率Ｎ _ｏ の比屈折率差Δ _ｄ ＝（Ｎ _ｏ −Ｎ _ｄ２ ）／Ｎ _ｄ２ が０.０８〜０.２０％であり、
   前記第一クラッド部の外半径ｒ _ｄ と前記コア部の外半径ｒ _ｃ との比Ｒａ＝ｒ _ｄ ／ｒ _ｃ が３.０〜４.５であり、
   波長１５５０ｎｍにおいて、実効断面積Aeffが１００μｍ^２以下であり、波長分散Dispが＋１９.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、実効長をLeffとし伝送損失をαとしたとき、
   FOM ＝ 5 log{|Disp|・Leff} − 10 log{Leff／Aeff} − 100α
   なる式で示される性能指数FOMが＋３.２ｄＢ以上である、
   ことを特徴とする光ファイバ。
2. リングコア型屈折率プロファイルを有し、実質的に純シリカガラスからなり、純シリカガラスの屈折率を基準として比屈折率差が−０.１〜＋０.１％であるコア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、
   前記コア部は、直径２ｒ _ｃ が９.０〜１１.０μｍであり、半径ｒ _ｉ１ で最小屈折率Ｎ _ｉ となり、半径ｒ _ｘ で最大屈折率Ｎ _ｃ となり、外半径がｒ _ｉ である第一コア部と、外半径が前記ｒ _ｃ である第二コア部とを含み、
   ｒ _ｉ は、ｒ _ｉ１ ＜ｒ _ｉ ＜ｒ _ｘ を満たし、屈折率の変化率ｄＮ（ｒ）／ｄｒが最大となる位置であり、比Ｒｂ＝ｒ _ｃ ／ｒ _ｉ が１.１〜５であり、
   前記クラッド部における中心軸からの距離がｒ _ｃ 〜４.５ｒ _ｃ の範囲における最小屈折率Ｎ _ｄ２ を基準として前記コア部における最大屈折率Ｎ _ｃ の比屈折率差Δ _ｃ ＝（Ｎ _ｃ −Ｎ _ｄ２ ）／Ｎ _ｄ２ は０.４０〜０.６２％であり、前記コア部における最小屈折率Ｎ _ｉ を基準として前記コア部の最大屈折率Ｎ _ｃ の比屈折率差Δ _ｉ ＝（Ｎ _ｃ −Ｎ _ｉ ）／Ｎ _ｉ が０.０５％〜０.２５％であり、
   前記クラッド部は、外半径がｒ _ｄ であり、最大屈折率がＮ _ｄ１ であり、最小屈折率が前記Ｎ _ｄ２ である第一クラッド部と、外半径がｒ _ｏ であり、最大屈折率がＮ _ｏ であり、最小屈折率がＮ _ｏ２ である第二クラッド部とを有し、
   Ｎ _ｃ ＞Ｎ _ｏ２ ＞Ｎ _ｄ１ であり、ｒ _ｃ ＜ｒ _ｄ ＜ｒ _ｏ であり、
   前記第一クラッド部における最小屈折率Ｎ _ｄ２ を基準として前記第二クラッド部における最大屈折率Ｎ _ｏ の比屈折率差Δ _ｄ ＝（Ｎ _ｏ −Ｎ _ｄ２ ）／Ｎ _ｄ２ が０.０５〜０.２５％であり、
   前記第一クラッド部の外半径ｒ _ｄ と前記コア部の外半径ｒ _ｃ との比Ｒａ＝ｒ _ｄ ／ｒ _ｃ が３.０〜４.５であり、
   波長１５５０ｎｍにおいて、実効断面積Aeffが１００μｍ^２以下であり、波長分散Dispが＋１９.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、実効長をLeffとし伝送損失をαとしたとき、
   FOM ＝ 5 log{|Disp|・Leff} − 10 log{Leff／Aeff} − 100α
   なる式で示される性能指数FOMが＋３.２ｄＢ以上である、
   ことを特徴とする光ファイバ。
3. 波長１５５０ｎｍにおける伝送損失αが０.１６４ｄＢ／ｋｍ以下であ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。
4. 波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが７６μｍ^２以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ。
5. 長さ２ｍで測定されるファイバカットオフ波長が１.３０〜１.６０μｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバ。
6. 分散スロープSが+0.05〜+0.07ps/nm²/km以下である請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバ。
7. 中継器との接続損失が0.05dB/facet以下である請求項１〜６の何れか１項に記載の光ファイバ。
8. 前記コア部は平均濃度１０００原子ppm以上の塩素元素が添加された石英系ガラスからなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光ファイバ。
9. 前記コア部は平均濃度０.０１〜５０原子ppmのアルカリ金属元素が添加されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の光ファイバ。
10. 単峰コア型屈折率プロファイルを有し、実質的に純シリカガラスからなり、純シリカガラスの屈折率を基準として比屈折率差が−０.１〜＋０.１％であるコア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、
    前記コア部は、直径２ｒ _ｃ が９.４〜１１.６μｍであり、
    前記クラッド部における中心軸からの距離がｒ _ｃ 〜４.５ｒ _ｃ の範囲における最小屈折率Ｎ _ｄ２ を基準として前記コア部における最大屈折率Ｎ _ｃ の比屈折率差Δ _ｃ ＝（Ｎ _ｃ −Ｎ _ｄ２ ）／Ｎ _ｄ２ が０.３４〜０.５５％であり、
    前記クラッド部は、外半径がｒ _ｄ であり、最大屈折率がＮ _ｄ１ であり、最小屈折率が前記Ｎ _ｄ２ である第一クラッド部と、外半径がｒ _ｏ であり、最大屈折率がＮ _ｏ であり、最小屈折率がＮ _ｏ２ である第二クラッド部とを有し、
    Ｎ _ｃ ＞Ｎ _ｏ２ ＞Ｎ _ｄ１ であり、ｒ _ｃ ＜ｒ _ｄ ＜ｒ _ｏ であり、
    前記第一クラッド部における最小屈折率Ｎ _ｄ２ を基準として前記第二クラッド部における最大屈折率Ｎ _ｏ の比屈折率差Δ _ｄ ＝（Ｎ _ｏ −Ｎ _ｄ２ ）／Ｎ _ｄ２ が０.０８〜０.２０％であり、
    前記第一クラッド部の外半径ｒ _ｄ と前記コア部の外半径ｒ _ｃ との比Ｒａ＝ｒ _ｄ ／ｒ _ｃ が３.０〜４.５であり、
    波長1550ｎｍにおいて、実効断面積Aeffが76μｍ²以上100μｍ²以下であり、波長分散Dispが+22ps/nm/km以下であり、伝送損失αが0.164dB/km以下であり、分散スロープSが+0.05〜+0.07ps/nm²/km以下である、
    ことを特徴とする光ファイバ。
11. リングコア型屈折率プロファイルを有し、実質的に純シリカガラスからなり、純シリカガラスの屈折率を基準として比屈折率差が−０.１〜＋０.１％であるコア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、
    前記コア部は、直径２ｒ _ｃ が９.０〜１１.０μｍであり、半径ｒ _ｉ１ で最小屈折率Ｎ _ｉ となり、半径ｒ _ｘ で最大屈折率Ｎ _ｃ となり、外半径がｒ _ｉ である第一コア部と、外半径が前記ｒ _ｃ である第二コア部とを含み、
    ｒ _ｉ は、ｒ _ｉ１ ＜ｒ _ｉ ＜ｒ _ｘ を満たし、屈折率の変化率ｄＮ（ｒ）／ｄｒが最大となる位置であり、比Ｒｂ＝ｒ _ｃ ／ｒ _ｉ が１.１〜５であり、
    前記クラッド部における中心軸からの距離がｒ _ｃ 〜４.５ｒ _ｃ の範囲における最小屈折率Ｎ _ｄ２ を基準として前記コア部における最大屈折率Ｎ _ｃ の比屈折率差Δ _ｃ ＝（Ｎ _ｃ −Ｎ _ｄ２ ）／Ｎ _ｄ２ は０.４０〜０.６２％であり、前記コア部における最小屈折率Ｎ _ｉ を基準として前記コア部の最大屈折率Ｎ _ｃ の比屈折率差Δ _ｉ ＝（Ｎ _ｃ −Ｎ _ｉ ）／Ｎ _ｉ が０.０５％〜０.２５％であり、
    前記クラッド部は、外半径がｒ _ｄ であり、最大屈折率がＮ _ｄ１ であり、最小屈折率が前記Ｎ _ｄ２ である第一クラッド部と、外半径がｒ _ｏ であり、最大屈折率がＮ _ｏ であり、最小屈折率がＮ _ｏ２ である第二クラッド部とを有し、
    Ｎ _ｃ ＞Ｎ _ｏ２ ＞Ｎ _ｄ１ であり、ｒ _ｃ ＜ｒ _ｄ ＜ｒ _ｏ であり、
    前記第一クラッド部における最小屈折率Ｎ _ｄ２ を基準として前記第二クラッド部における最大屈折率Ｎ _ｏ の比屈折率差Δ _ｄ ＝（Ｎ _ｏ −Ｎ _ｄ２ ）／Ｎ _ｄ２ が０.０５〜０.２５％であり、
    前記第一クラッド部の外半径ｒ _ｄ と前記コア部の外半径ｒ _ｃ との比Ｒａ＝ｒ _ｄ ／ｒ _ｃ が３.０〜４.５であり、
    波長1550ｎｍにおいて、実効断面積Aeffが76μｍ²以上100μｍ²以下であり、波長分散Dispが+22ps/nm/km以下であり、伝送損失αが0.164dB/km以下であり、分散スロープSが+0.05〜+0.07ps/nm²/km以下である、
    ことを特徴とする光ファイバ。
12. 波長分散Dispが+15ps/nm/km以上である請求項１０または１１に記載の光ファイバ。

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