光ファイバ
【課題】従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる光ファイバを提供する。
【解決手段】コア部２と、前記コア部２を包囲し、前記コア部２の屈折率よりも低い屈折率のクラッド部３と、を備える光ファイバ１であって、前記クラッド部３は、内部に設けられる複数個の空孔部５が前記コア部２に対して周回状に形成された第１と第２の空孔部層５１，５２と、を備える。前記コア部２の実効屈折率分布が一番高く、前記第１の空孔部層５１の実効屈折率分布が一番小さくなるように空孔部５を構成して、屈折率分布がＷ型分布となるように形成したので、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現できる。
【解決手段】コア部２と、前記コア部２を包囲し、前記コア部２の屈折率よりも低い屈折率のクラッド部３と、を備える光ファイバ１であって、前記クラッド部３は、内部に設けられる複数個の空孔部５が前記コア部２に対して周回状に形成された第１と第２の空孔部層５１，５２と、を備える。前記コア部２の実効屈折率分布が一番高く、前記第１の空孔部層５１の実効屈折率分布が一番小さくなるように空孔部５を構成して、屈折率分布がＷ型分布となるように形成したので、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、光ファイバに関する。さらに詳しくは、光伝送システムにおいて信号光を伝送する光伝送媒体に用いられる光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムでは光ファイバの波長分散や非線形効果が伝送特性を制限するので、かかる光ファイバの波長分散や非線形効果を低減するために、種々の構造の光ファイバが開発され、広く用いられている。
【０００３】
近年、光ファイバの内部に空孔を有する空孔構造光ファイバが、従来の充実型光ファイバでは実現できない様々な特性を有することから、新しい光伝送媒体として高い関心を集めている。光伝送システムでは入力パワーが大きくなると非線形効果による伝送品質の劣化があるため、入力光パワーが制限され、伝送容量の大容量化や中継間隔の長距離化の妨げとなっている。
【０００４】
ここで、非線形効果の発生は光ファイバ中における入力パワーの密度に反比例するため、光波が伝搬する面積である光ファイバの実効断面積（Ａｅｆｆ）を大きくして、光ファイバ内のパワー密度があまり高くならないようにすることが非線形効果の抑制に効果がある。
【０００５】
これに対して、前記した空孔構造光ファイバは、低非線形光伝送路を実現するために、実効断面積の拡大が期待できる。そのため、実効断面積の拡大を検討した種々の空孔構造光ファイバが報告されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ，ｅｔ ａｌ．， “Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｔｈ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ａｉｒ−Ｈｏｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｎｄｓ，”Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２７，５４１０−５４１６，２００９．
【非特許文献２】Ｋ．Ｍｕｋａｓａ，ｅｔ ａｌ．， “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．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の充実型の光ファイバや均一構造のフォトニック結晶ファイバでは、実効断面積は１６０μｍ２以下に制限されてしまっていたのが実情であった。
【０００８】
本願発明の目的は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる光ファイバを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本願発明の光ファイバは、コア部と、クラッド部内でコア部に対して周回状に形成される空孔部層を少なくとも２層以上有することを特徴とする。
【００１０】
具体的には、本願発明の光ファイバは、コア部と、前記コア部を包囲し、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率のクラッド部と、前記クラッド部の内部で、光ファイバ軸方向に連続的且つ光ファイバ軸方向に直交する断面で離散的に設けられる複数個の空孔部が前記コア部に対して周回状に形成された２層以上の空孔部層と、を備える。
【００１１】
本願発明の光ファイバは、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる
【００１２】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記コア部に最も近い空孔部層の外側にある空孔部層より実効屈折率分布が小さいことが好ましい。
【００１３】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記コア部に最も近い空孔部層の外側にある空孔部層より実効屈折率分布が小さいことによって、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００１４】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部占有率が大きいことが好ましい。
【００１５】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部占有率が大きいことによって、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００１６】
本願発明の光ファイバは、前記空孔部は前記光ファイバ軸方向に直交する断面形状が円形であり、前記コア部に最も近い空孔部層を構成する前記空孔部の直径が、前記外側にある空孔部層を構成する前記空孔部の直径より大きいことが好ましい。
【００１７】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層を構成する前記空孔部の直径が、前記外側にある空孔部層を構成する前記空孔部の直径より大きいことによって、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００１８】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部分布密度が大きいことが好ましい。
【００１９】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部分布密度が大きいことによって、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００２０】
本願発明の光ファイバは、前記空孔部が、前記コア部を中心として円環状または正多角形状に配置されて形成されることが好ましい。
【００２１】
本願発明の光ファイバは、前記空孔部が、前記コア部を中心として円環状または正多角形状に配置されて形成されることによって、設計が容易となる。
【００２２】
本願発明の光ファイバは、光が伝搬する面積である光ファイバの実効断面積が１６０μｍ２以上、２１０μｍ２以下であることが好ましい。
【００２３】
本願発明の光ファイバは、遮断波長が１４５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
本願発明の光ファイバは、１４５０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長の光に対して、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本願発明に係る光ファイバは、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本願発明の第１実施形態に係る光ファイバの断面構造を示す概略図である。
【図２】本願発明の第１実施形態に係る光ファイバの断面構造を示す概略図である。
【図３】図１及び図２の構造の光ファイバにおいて、コア部の半径ａに対して得られる最大実効断面積を示した図である。
【図４】図１の構造の光ファイバにおいて、最適構造時の基本モードの曲げ損失の波長依存性を示した図である。
【図５】図２の構造の光ファイバにおいて、最適設計時の基本モードの曲げ損失の波長依存性を示した図である。
【図６】図１及び図２の構造の光ファイバにおいて、コア部の半径ａに対して得られる最大実効断面積の変化を示した図である。
【図７】図１及び図２の構造の光ファイバにおいて、比屈折率差Δに対して得られる最大実効断面積を示す図である。
【図８】図１の構造の光ファイバにおいて、実効断面積を最大化する構造を示した図である。
【図９】図２の構造の光ファイバにおいて、実効断面積を最大化する構造を示した図である。
【図１０】図１の構造の光ファイバにおいて、曲げ半径と曲げ損失との関係を示した図である。
【図１１】図２の構造の光ファイバにおいて、曲げ半径と曲げ損失との関係を示した図である。
【図１２】本願発明の第２実施形態に係る光ファイバの断面構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
添付の図面を参照して本願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願発明の実施の例であり、本願発明は、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。
【００２８】
（第１実施形態）
（１）光ファイバ１の構造
図１及び図２は本願発明の第１実施形態に係る光ファイバ１の断面構造を示す概略図である。ここで、図１及び図２において、１は光ファイバ、２はコア部、３はクラッド部、４は空孔部、５は空孔部層（第１の層５１，第２の層５２）である。
【００２９】
図１に示した断面構造の光ファイバ１は、光ファイバ軸方向（図１の紙面に対して直交する方向であり、いわゆる長手方向と同意。以下図２及び図１２について同じ。）に連続して均一な外径の断面視円形状のコア部２と、かかるコア部２の周囲を包囲する、断面視円形状のクラッド部３とを有する。また、コア部２の屈折率ｎ１がクラッド部３の屈折率ｎ２よりも高く（ｎ１＞ｎ２）形成されている。
【００３０】
クラッド部３の内部におけるコア部２の周囲には、光ファイバ軸方向に連続的にかつ光ファイバ軸方向に直交する断面を有する複数個の空孔部４が配設されている、かかる空孔部４は、断面視円形状で、光ファイバ軸心となるコア部２を中心として周回状に空孔部層５を形成しており、本実施形態にあっては、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）と、コア部２から離れる方向（光ファイバ１の外周方向。以下同じ。）に、空孔部層５１（第１の層５１）の外側に隣接して、かかる空孔部層５１の外側にある空孔部層５２（第２の層５２）という２つの層が、いずれも正六角形状に形成されている態様を示している。クラッド部３の内部に配設された断面視円形状の複数の空孔部４はいずれも、光ファイバ１の光ファイバ軸方向には一様な大きさの直径ｄで一定とされており、また、同じ層（第１の層５１，第２の層５２）における隣り合う空孔部４の中心間の距離も一定とされている。
【００３１】
また、図２に示した断面構造の光ファイバ１も、図１に示した断面構造の光ファイバ１と同様に、断面視円形状のコア部２と、かかるコア部２の周囲を包囲する、断面視円形状のクラッド部３とを有し、コア部２の屈折率ｎ１がクラッド部３の屈折率ｎ２よりも高い。また、クラッド部３の内部におけるコア部２の周囲には、図１の光ファイバ１と同様に、複数個の空孔部４が配設されており、かかる空孔部４は、断面視円形状で、コア部２を中心として周回状に空孔部層５を形成している。
【００３２】
空孔部層５は、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）と、コア部２から離れる方向に、空孔部層５１（第１の層５１）の外側に隣接して、かかる空孔部層５１の外側にある空孔部層５２（第２の層５２）という２つの層が、いずれも正六角形状に形成されている。クラッド部３の内部に配設された複数の空孔部４は、同じ層（第１の層５１，第２の層５２）における隣り合う空孔部４の中心間の距離も一定とされている。
【００３３】
そして、図２に示す構造の光ファイバ１は、第１の層５１、第２の層５２のうちコア部２に近い側の層（第１の層５１）を構成する空孔部４の直径ｄ１が、第２の層５２を構成する空孔部４の直径ｄ２より大きく形成されている。相対的に直径が大きい空孔部４が存在している領域である第１の層５１は、相対的に直径が小さい空孔部４が存在している領域である第２の層５２より相対的に空孔部占有率が大きく、空孔部占有率が大きい第１の層５１の実効的な屈折率分布（実効屈折率分布）は、相対的に空孔部占有率が小さい第２の層５２の実効屈折率分布より小さくなる。
【００３４】
コア部２の屈折率はクラッド部３の屈折率より高いことから、コア部２の実効屈折率分布、第１の層５１の実効屈折率分布、第２の層５１の実効屈折率分布を比較すると、コア部２の実効屈折率分布が一番高く、コア部２と第２の層５２に挟まれた第１の層５１の屈折率分布が一番小さくなる、いわゆるＷ型分布となる（コア部２の実効屈折率分布＞第２の層５２の実効屈折率分布＞第１の層５１の実効屈折率分布）。屈折率分布がＷ型分布となる光ファイバ１は、大きな実効断面積が期待でき、本実施形態の光ファイバ１は、空孔部４の構造を屈折率分布がＷ型分布となるように形成したので、従来の光ファイバ１よりも大きな実効断面積を実現できることになる。
【００３５】
なお、空孔部４により形成される空孔部層５の数は、図１及び図２では２層として表記しているが、これには限定されず、３層以上としてもよい。空孔部層５の数を３以上とする場合は、ｘ層の空孔部４の直径を、それを取り囲むｙ層（ただし、ｘ、ｙは正の整数でｘ＋ｙ＝Ｎ）の空孔部４の直径より大きくすることでも実効的に同様な屈折率分布の関係が得られる。
【００３６】
また、図１及び図２では空孔部層５の配置を、コア部２の周囲に空孔部４が正六角形状に周回して形成される態様を示しているが、コア部２を中心とする正六角形以外の他の正多角形状、またはコア部２を中心とする円環状となるように形成してもよい。
【００３７】
本願発明に係る光ファイバ１の構成材料としては、光ファイバ軸方向に均一な材料で形成され、主成分として石英を使用することができる。本願発明に係る光ファイバ１において、コア部２の屈折率ｎ１をクラッド部３の屈折率ｎ２より高いように（ｎ１＞ｎ２）するためには、例えば、コア部２の構成材料をゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等の屈折率を増加させる不純物を添加した石英を用い、クラッド部３の材料を不純物のない純石英とすることで実現できる。また、他の手段としては、コア部２の構成材料を不純物のない純石英として、クラッド部３の構成材料をフッ素（Ｆ）やボロン（Ｂ）等の屈折率を低減させる不純物を添加した石英を用いることで実現できる。さらに、コア部２の構成材料を前記した屈折率が増加されたゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等の屈折率を増加させる不純物を添加した石英として、クラッド部３の構成材料を前記したフッ素（Ｆ）やボロン（Ｂ）等の屈折率を低減させる不純物を添加した石英を用いるようにしてもよい。
【００３８】
本願発明に係る光ファイバ１を製造するには、特に制限はない。前記した構成材料等、屈折率がｎ１＞ｎ２となるように調整されたコア部２とクラッド部３が形成された石英ロッドのコア部２の周囲に、ドリルや超音波加工法によって空孔部４を機械的に空けて製造する研削法や、コア部２の構成材料からなる中実の石英棒の周りにクラッド部３の構成材料からなる石英管によって形成された適当数のキャピラリー管を束ね、この束ねた石英棒とキャピラリー管とを石英ジャケット管に挿入して製造するキャピラリー法等を用いて空孔構造が形成された光ファイバ母材が得られる。空孔構造が形成された光ファイバ母材を加熱するとともに光ファイバ軸方向に線引きすることにより光ファイバ１を簡便に得ることができる。
【００３９】
（２）第１実施形態に係る光ファイバ１の諸特性：
次に、図１及び図２に示した本願発明に係る光ファイバ１の諸特性の一例について説明する。
【００４０】
図３は、図１及び図２に示した構造の光ファイバ１において、コア領域の比屈折率差Δを０．１％とした場合における、コア部２の半径ａに対して得られる最大実効断面積（Ａｅｆｆ）の変化を示した図である。ここで、図１及び図２に示すように、Ｒはコア部２の中心から空孔部４までの最短距離を示す。
【００４１】
また、コア領域の比屈折率差Δ（％）は下記式（Ｉ）により算出される。式（Ｉ）中、n１はコア部２の屈折率、ｎ２はクラッド部３の屈折率、をそれぞれ示す。
Δ（％）＝（n１２−ｎ２2）／（２×ｎ１２） ……（Ｉ）
なお、式（Ｉ）における計算では、国際標準であるＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５６で推奨される曲げ損失及び遮断波長の条件を満たすよう設計されている。つまり、かかるＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５６に準拠して、遮断波長を１４５０ｎｍ以下とし、基本モードの曲げ損失を、曲げ半径３０ｍｍにおいて０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ（ターンズ：巻き数）以下としている。なお、遮断波長は、前記した非特許文献１に記載される条件である、光ファイバ１を敷設した時の実効的な曲げ半径と考えられる１４０ｍｍの曲げ半径に対して第１高次モードの損失が１ｄＢ／ｍとなる波長としている。
【００４２】
図３に示すように、図１及び図２に示す構造の光ファイバ１は、コア部２の半径ａが５〜７μｍの範囲で、実効断面積１６０μｍ２以上を実現することができる。また、図３からは、図１の構造であれば、コア部２の半径ａが約６．０μｍで実効断面積が最大になり、図２の構造であれば、コア部２の半径ａが約６．５μｍで実効断面積が最大になることが確認できる。
【００４３】
図４は、図１の構造の光ファイバ１において、コア領域の比屈折率差が０．１％、コア部２の半径ａが６．０μｍである場合における最適構造時の基本モードの曲げ損失の波長依存性（曲げ半径と曲げ損失の関係）を示した図であり、図５は、図２の構造の光ファイバ１において、コア領域の比屈折率差が０．１％、コア部２の半径ａが６．５μｍである場合における最適設計時の基本モードの曲げ損失の波長依存性（曲げ半径と曲げ損失の関係）を示した図である。
【００４４】
なお、ｄ（図１の構造における全ての空孔部４の直径。以下、図８について同じ。）とコア部２の直径２ａの関係（ｄ／２ａ）、Ｒとａの関係については図４、ｄ１（図２の構造における第１の層５１を構成する空孔部４の直径。以下、図８及び図９について同じ。）とコア部２の直径２ａとの関係（ｄ１／２ａ）、Ｒとａの関係、及びｄ１とｄ２（第２の層５２を構成する空孔部４の直径。）の関係（ｄ２／ｄ１）については、図５に示したとおりである。
【００４５】
前記した非特許文献１に記載の遮断波長の条件より、光ファイバ１を敷設した時の実効的な曲げ半径を１４０ｍｍとみなすと、図４に示すように、図１の構造の光ファイバ１では材料固有の損失を除く導波構造に起因する損失が１４５０〜１６２５ｎｍで０．２ｄＢ／ｋｍ以下に抑えられている。また、図５に示すように、図２の構造の光ファイバ１では、図１の構造と比較して１４５０ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長帯域において０．０５ｄＢ／ｋｍ以下に抑えられており、図１の構造と比較して低い曲げ損失を実現することが可能となる。
【００４６】
図６は、図１及び図２の構造の光ファイバ１において、コア領域の比屈折率差Δを０．０８％とした場合における、コア部２の半径ａに対して得られる最大実効断面積（Ａｅｆｆ）の変化を示した図である。なお、図６にあっては、図３で示した結果と同様に、国際標準であるＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５６で推奨される曲げ損失及び遮断波長の条件を満たすよう設計している。図６に示すように、図１及び図２に示す構造の光ファイバ１は、コア部２の半径ａが５〜７μｍの範囲で実効断面積１６０μｍ2以上を実現できることが確認できる。実行断面積の上限としては２１０μｍ2程度である。
【００４７】
図７は、図１及び図２の構造の光ファイバ１において、式（Ｉ）で算出される比屈折率差Δに対して得られる最大実効断面積（Ａｅｆｆ）を示す図である。図７に示すように、図１及び図２に示す構造とも、比屈折率Δが０．０８％の場合に実効断面積が最大となっていることがわかる。また、図７からは、図２に示した構造の光ファイバは、図１に示した構造の光ファイバ１に対して、より大きな実効断面積が実現できることが確認できる。
【００４８】
図８は、図１の構造の光ファイバ１において、比屈折率Δを０．０８、０．１及び０．１２％とした場合の実効断面積を最大化する構造を示した図である。図９は、図２の構造の光ファイバ１において、比屈折率Δを同様とした場合における実効断面積を最大化する構造を示した図である。なお、図８及び図９では、フォトニック結晶ファイバ構造（Δ＝０％）を仮定したときも合わせて記載しており、Λは空孔部４間の距離を示す。図８に示すように、図１及び図２に示す構造の光ファイバ１にあっては、０．０８〜０．１２％の範囲における比屈折率Δにおいて、１６０μｍ２以上の実効断面積が得られていることが確認できる。
【００４９】
図１０は、図１の構造の光ファイバ１において、比屈折率Δを０．０６％、０．０８％、０．１％及び０．１２％とした場合における曲げ半径と曲げ損失との関係を示した図である。図１１は、図２の構造の光ファイバ１において、比屈折率Δを同様とした場合における曲げ半径と曲げ損失との関係を示した図である。
【００５０】
図１０及び図１１に示すように、比屈折率Δ＝０％（フォトニック結晶ファイバ構造）の場合には、曲げ半径が大きくなっても曲げ損失が大幅に低下することはなく、１ｄＢ／ｋｍ以上の値に収束しているため、光ファイバ１の敷設時には曲げ損失が１ｄＢ／ｋｍ以上となってしまう。一方、図１に示す構造では、比屈折率Δを増加させることで曲げ損失半径を大幅に改善でき、Δを０．１％以上とすることで光ファイバ１を敷設した時の実効的な曲げ半径と考えられる１４０ｍｍにおける曲げ半径を０．１ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができる。図２に示す構造では、図１に示す構造より、曲げ損失をさらに小さくすることができる。
【００５１】
このように、図１及び図２の構造の光ファイバにあっては、コア部２の屈折率をクラッド部３の屈折率より大きくし、図２に構造にあっては、第１の層５１を構成する空孔部４の直径を、第２の層５２を構成する空孔部４の直径より大きく形成しているので、外側の層ほど実効屈折率分布が大きくなり、曲げ半径を１４０ｍｍとした場合における曲げ損失を０．１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。
【００５２】
（３）第１実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバ１は、空孔構造を有する光ファイバ１において、コア部２の屈折率がクラッド部３の屈折率より高く、クラッド部３に形成される空孔部層５が２層以上形成されている。よって、本実施形態の光ファイバは、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００５３】
また、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）の空孔部４の直径が、かかる空孔部層５１の外側にある空孔部層５２（第２の層５２）の空孔部４の直径より大きく形成されている。よって、空孔部占有率が大きい第１の層５１の実効的な屈折率分布が、相対的に空孔部占有率が小さい第２の層５２の屈折率分布より小さくなる構成となる。そして、かかる構成により、本実施形態に係る光ファイバ１は、屈折率分布がいわゆるＷ型分布となり、単一モード光ファイバと同等の曲げ損失等の諸特性を維持しつつ、従来の光ファイバ１よりも大きな実効断面積、例えば１６０μｍ２を超える実効断面積が実現でき、光伝送システムにおける入力パワーの制限の緩和が可能となり、光ファイバ１の非線形効果を抑制できる。
【００５４】
（第２実施形態）
（１）光ファイバ１の構造
図１２は、第２実施形態に係る光ファイバ１の断面構造を示した概略図である。
なお、以下の説明では、すでに第１実施形態で説明した部分と同一あるいは略同一である部分等は、共通する符号を付して説明を省略する。また、空孔部４の外径の大きさの範囲、空孔部層５の配置、光ファイバ１の構成材料や製造方法等についても、第１実施形態と共通するので、説明を省略する。
【００５５】
図１２に示した断面構造の光ファイバ１は、前記した図１及び図２に示した構造の光ファイバ１と同様、光ファイバ軸方向に連続して均一な外径の断面視円形状のコア部２と、かかるコア部２の周囲を包囲する、断面視円形状のクラッド部３とを有し、コア部２の屈折率がクラッド部３の屈折率よりも高くされている。
【００５６】
また、クラッド部３の内部におけるコア部２の周囲には、光ファイバ軸方向に連続的にかつ光ファイバ軸方向に直交する断面を有する複数個の空孔部４が配設されている。かかる空孔部４は、断面視円形状で、コア部２を中心として周回状に空孔部層５を形成しており、本実施形態にあっては、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）と、コア部２から離れる方向に第１の層５１に隣接して、空孔部層５１（第１の層５１）の外側にある空孔部層５２（第２の層５２）と、空孔部層５２（第２の層５２）に隣接して外側に空孔部層５３（第３の層５３）という３つの層が形成されており、クラッド部３の内部に配設された断面視円形状の複数の空孔部４はいずれも、光ファイバ１の光ファイバ軸方向には一様な大きさの直径ｄで一定とされており、また、同じ層（第１の層５１，第２の層５２，第３の層５３）における隣り合う空孔部４の中心間の距離も一定とされている。
【００５７】
一方、本実施形態にあっては、第２の層５２及び第３の層５３についてはいずれも正六角形状に形成されているが、第１の層５１については、第２の層５２及び第３の層５３と比較して空孔部４の分布密度が大きくなる正八角形状に形成されている。よって、第１の層５１は、第２の層５２や第３の層５３より空孔部分布密度が大きく、単位面積当たりの空孔部４の占有率も大きくなるため、第１の層５１における空孔部占有率が第２の層５２及び第３の層５３における空孔部占有率より大きくなるような構成とされている。
【００５８】
このような構成により、相対的に空孔部占有率が大きい第１の層５１の実効屈折率分布は、相対的に空孔部占有率が小さい第２の層５２、第３の層５３の実効屈折率分布より小さくなるため、光ファイバ１の屈折率分布も、いわゆるＷ型分布となり、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現できることになる。
【００５９】
本実施形態に係る光ファイバ１にあっては、コア部２に最も近い空孔部層５（本実施形態にあっては第１の層５１）における空孔部の分布密度をかかる空孔部層の外側の空孔部層５（本実施形態にあっては第２の層５２及び第２の層５３）の空孔部分布密度より大きくするには、空孔部４が同じ大きさ（直径が同じ）の場合には、図１２に示す構成のように、第１の層５１を正八角形状、かかる層の外側にある第２の空孔部層５２、第３の層５３を正六角形状にする等、コア部２に最も近い空孔部層５（第１の層５１）を、かかる空孔部層の外側の空孔部層（第２の層５２及び第２の層５３）より角の数が多い正多角形とする等、空孔部層５を空孔部４の分布密度を大きい状態にすればよい。
【００６０】
（２）第２実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバ１は、空孔構造を有する光ファイバ１において、コア部２の屈折率がクラッド部３の屈折率より高く、また、クラッド部３に形成される空孔部層５が２層以上形成されている。よって、本実施形態の光ファイバは、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００６１】
また、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）の空孔部密度分布が、かかる層の外側にある空孔部層５２、５３（第２の層５２及び第３の層５３）の空孔部密度分布より大きくなるように形成されている。よって、図２に示した構造の光ファイバ１と同様、第１の層５１の空孔部占有率が相対的に大きくなり、空孔部占有率が大きい第１の層５１の実効的な屈折率分布が、相対的に空孔部占有率が小さい第２の層５２及び第３の層５３の屈折率分布より小さく、屈折率分布がいわゆるＷ型分布となるため、前記した第１実施形態の奏する効果を享受することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本願発明は、光伝送システムにおける伝送媒体として利用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１： 光ファイバ
２： コア部
３： クラッド部
４： 空孔部
５： 空孔部層
５１：空孔部層（第１の層）
５２：空孔部層（第２の層）
５３：空孔部層（第３の層）
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、光ファイバに関する。さらに詳しくは、光伝送システムにおいて信号光を伝送する光伝送媒体に用いられる光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムでは光ファイバの波長分散や非線形効果が伝送特性を制限するので、かかる光ファイバの波長分散や非線形効果を低減するために、種々の構造の光ファイバが開発され、広く用いられている。
【０００３】
近年、光ファイバの内部に空孔を有する空孔構造光ファイバが、従来の充実型光ファイバでは実現できない様々な特性を有することから、新しい光伝送媒体として高い関心を集めている。光伝送システムでは入力パワーが大きくなると非線形効果による伝送品質の劣化があるため、入力光パワーが制限され、伝送容量の大容量化や中継間隔の長距離化の妨げとなっている。
【０００４】
ここで、非線形効果の発生は光ファイバ中における入力パワーの密度に反比例するため、光波が伝搬する面積である光ファイバの実効断面積（Ａｅｆｆ）を大きくして、光ファイバ内のパワー密度があまり高くならないようにすることが非線形効果の抑制に効果がある。
【０００５】
これに対して、前記した空孔構造光ファイバは、低非線形光伝送路を実現するために、実効断面積の拡大が期待できる。そのため、実効断面積の拡大を検討した種々の空孔構造光ファイバが報告されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ，ｅｔ ａｌ．， “Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｔｈ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ａｉｒ−Ｈｏｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｎｄｓ，”Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２７，５４１０−５４１６，２００９．
【非特許文献２】Ｋ．Ｍｕｋａｓａ，ｅｔ ａｌ．， “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．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の充実型の光ファイバや均一構造のフォトニック結晶ファイバでは、実効断面積は１６０μｍ２以下に制限されてしまっていたのが実情であった。
【０００８】
本願発明の目的は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる光ファイバを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本願発明の光ファイバは、コア部と、クラッド部内でコア部に対して周回状に形成される空孔部層を少なくとも２層以上有することを特徴とする。
【００１０】
具体的には、本願発明の光ファイバは、コア部と、前記コア部を包囲し、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率のクラッド部と、前記クラッド部の内部で、光ファイバ軸方向に連続的且つ光ファイバ軸方向に直交する断面で離散的に設けられる複数個の空孔部が前記コア部に対して周回状に形成された２層以上の空孔部層と、を備える。
【００１１】
本願発明の光ファイバは、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる
【００１２】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記コア部に最も近い空孔部層の外側にある空孔部層より実効屈折率分布が小さいことが好ましい。
【００１３】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記コア部に最も近い空孔部層の外側にある空孔部層より実効屈折率分布が小さいことによって、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００１４】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部占有率が大きいことが好ましい。
【００１５】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部占有率が大きいことによって、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００１６】
本願発明の光ファイバは、前記空孔部は前記光ファイバ軸方向に直交する断面形状が円形であり、前記コア部に最も近い空孔部層を構成する前記空孔部の直径が、前記外側にある空孔部層を構成する前記空孔部の直径より大きいことが好ましい。
【００１７】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層を構成する前記空孔部の直径が、前記外側にある空孔部層を構成する前記空孔部の直径より大きいことによって、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００１８】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部分布密度が大きいことが好ましい。
【００１９】
本願発明の光ファイバは、前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部分布密度が大きいことによって、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００２０】
本願発明の光ファイバは、前記空孔部が、前記コア部を中心として円環状または正多角形状に配置されて形成されることが好ましい。
【００２１】
本願発明の光ファイバは、前記空孔部が、前記コア部を中心として円環状または正多角形状に配置されて形成されることによって、設計が容易となる。
【００２２】
本願発明の光ファイバは、光が伝搬する面積である光ファイバの実効断面積が１６０μｍ２以上、２１０μｍ２以下であることが好ましい。
【００２３】
本願発明の光ファイバは、遮断波長が１４５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
本願発明の光ファイバは、１４５０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長の光に対して、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本願発明に係る光ファイバは、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本願発明の第１実施形態に係る光ファイバの断面構造を示す概略図である。
【図２】本願発明の第１実施形態に係る光ファイバの断面構造を示す概略図である。
【図３】図１及び図２の構造の光ファイバにおいて、コア部の半径ａに対して得られる最大実効断面積を示した図である。
【図４】図１の構造の光ファイバにおいて、最適構造時の基本モードの曲げ損失の波長依存性を示した図である。
【図５】図２の構造の光ファイバにおいて、最適設計時の基本モードの曲げ損失の波長依存性を示した図である。
【図６】図１及び図２の構造の光ファイバにおいて、コア部の半径ａに対して得られる最大実効断面積の変化を示した図である。
【図７】図１及び図２の構造の光ファイバにおいて、比屈折率差Δに対して得られる最大実効断面積を示す図である。
【図８】図１の構造の光ファイバにおいて、実効断面積を最大化する構造を示した図である。
【図９】図２の構造の光ファイバにおいて、実効断面積を最大化する構造を示した図である。
【図１０】図１の構造の光ファイバにおいて、曲げ半径と曲げ損失との関係を示した図である。
【図１１】図２の構造の光ファイバにおいて、曲げ半径と曲げ損失との関係を示した図である。
【図１２】本願発明の第２実施形態に係る光ファイバの断面構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
添付の図面を参照して本願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願発明の実施の例であり、本願発明は、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。
【００２８】
（第１実施形態）
（１）光ファイバ１の構造
図１及び図２は本願発明の第１実施形態に係る光ファイバ１の断面構造を示す概略図である。ここで、図１及び図２において、１は光ファイバ、２はコア部、３はクラッド部、４は空孔部、５は空孔部層（第１の層５１，第２の層５２）である。
【００２９】
図１に示した断面構造の光ファイバ１は、光ファイバ軸方向（図１の紙面に対して直交する方向であり、いわゆる長手方向と同意。以下図２及び図１２について同じ。）に連続して均一な外径の断面視円形状のコア部２と、かかるコア部２の周囲を包囲する、断面視円形状のクラッド部３とを有する。また、コア部２の屈折率ｎ１がクラッド部３の屈折率ｎ２よりも高く（ｎ１＞ｎ２）形成されている。
【００３０】
クラッド部３の内部におけるコア部２の周囲には、光ファイバ軸方向に連続的にかつ光ファイバ軸方向に直交する断面を有する複数個の空孔部４が配設されている、かかる空孔部４は、断面視円形状で、光ファイバ軸心となるコア部２を中心として周回状に空孔部層５を形成しており、本実施形態にあっては、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）と、コア部２から離れる方向（光ファイバ１の外周方向。以下同じ。）に、空孔部層５１（第１の層５１）の外側に隣接して、かかる空孔部層５１の外側にある空孔部層５２（第２の層５２）という２つの層が、いずれも正六角形状に形成されている態様を示している。クラッド部３の内部に配設された断面視円形状の複数の空孔部４はいずれも、光ファイバ１の光ファイバ軸方向には一様な大きさの直径ｄで一定とされており、また、同じ層（第１の層５１，第２の層５２）における隣り合う空孔部４の中心間の距離も一定とされている。
【００３１】
また、図２に示した断面構造の光ファイバ１も、図１に示した断面構造の光ファイバ１と同様に、断面視円形状のコア部２と、かかるコア部２の周囲を包囲する、断面視円形状のクラッド部３とを有し、コア部２の屈折率ｎ１がクラッド部３の屈折率ｎ２よりも高い。また、クラッド部３の内部におけるコア部２の周囲には、図１の光ファイバ１と同様に、複数個の空孔部４が配設されており、かかる空孔部４は、断面視円形状で、コア部２を中心として周回状に空孔部層５を形成している。
【００３２】
空孔部層５は、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）と、コア部２から離れる方向に、空孔部層５１（第１の層５１）の外側に隣接して、かかる空孔部層５１の外側にある空孔部層５２（第２の層５２）という２つの層が、いずれも正六角形状に形成されている。クラッド部３の内部に配設された複数の空孔部４は、同じ層（第１の層５１，第２の層５２）における隣り合う空孔部４の中心間の距離も一定とされている。
【００３３】
そして、図２に示す構造の光ファイバ１は、第１の層５１、第２の層５２のうちコア部２に近い側の層（第１の層５１）を構成する空孔部４の直径ｄ１が、第２の層５２を構成する空孔部４の直径ｄ２より大きく形成されている。相対的に直径が大きい空孔部４が存在している領域である第１の層５１は、相対的に直径が小さい空孔部４が存在している領域である第２の層５２より相対的に空孔部占有率が大きく、空孔部占有率が大きい第１の層５１の実効的な屈折率分布（実効屈折率分布）は、相対的に空孔部占有率が小さい第２の層５２の実効屈折率分布より小さくなる。
【００３４】
コア部２の屈折率はクラッド部３の屈折率より高いことから、コア部２の実効屈折率分布、第１の層５１の実効屈折率分布、第２の層５１の実効屈折率分布を比較すると、コア部２の実効屈折率分布が一番高く、コア部２と第２の層５２に挟まれた第１の層５１の屈折率分布が一番小さくなる、いわゆるＷ型分布となる（コア部２の実効屈折率分布＞第２の層５２の実効屈折率分布＞第１の層５１の実効屈折率分布）。屈折率分布がＷ型分布となる光ファイバ１は、大きな実効断面積が期待でき、本実施形態の光ファイバ１は、空孔部４の構造を屈折率分布がＷ型分布となるように形成したので、従来の光ファイバ１よりも大きな実効断面積を実現できることになる。
【００３５】
なお、空孔部４により形成される空孔部層５の数は、図１及び図２では２層として表記しているが、これには限定されず、３層以上としてもよい。空孔部層５の数を３以上とする場合は、ｘ層の空孔部４の直径を、それを取り囲むｙ層（ただし、ｘ、ｙは正の整数でｘ＋ｙ＝Ｎ）の空孔部４の直径より大きくすることでも実効的に同様な屈折率分布の関係が得られる。
【００３６】
また、図１及び図２では空孔部層５の配置を、コア部２の周囲に空孔部４が正六角形状に周回して形成される態様を示しているが、コア部２を中心とする正六角形以外の他の正多角形状、またはコア部２を中心とする円環状となるように形成してもよい。
【００３７】
本願発明に係る光ファイバ１の構成材料としては、光ファイバ軸方向に均一な材料で形成され、主成分として石英を使用することができる。本願発明に係る光ファイバ１において、コア部２の屈折率ｎ１をクラッド部３の屈折率ｎ２より高いように（ｎ１＞ｎ２）するためには、例えば、コア部２の構成材料をゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等の屈折率を増加させる不純物を添加した石英を用い、クラッド部３の材料を不純物のない純石英とすることで実現できる。また、他の手段としては、コア部２の構成材料を不純物のない純石英として、クラッド部３の構成材料をフッ素（Ｆ）やボロン（Ｂ）等の屈折率を低減させる不純物を添加した石英を用いることで実現できる。さらに、コア部２の構成材料を前記した屈折率が増加されたゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等の屈折率を増加させる不純物を添加した石英として、クラッド部３の構成材料を前記したフッ素（Ｆ）やボロン（Ｂ）等の屈折率を低減させる不純物を添加した石英を用いるようにしてもよい。
【００３８】
本願発明に係る光ファイバ１を製造するには、特に制限はない。前記した構成材料等、屈折率がｎ１＞ｎ２となるように調整されたコア部２とクラッド部３が形成された石英ロッドのコア部２の周囲に、ドリルや超音波加工法によって空孔部４を機械的に空けて製造する研削法や、コア部２の構成材料からなる中実の石英棒の周りにクラッド部３の構成材料からなる石英管によって形成された適当数のキャピラリー管を束ね、この束ねた石英棒とキャピラリー管とを石英ジャケット管に挿入して製造するキャピラリー法等を用いて空孔構造が形成された光ファイバ母材が得られる。空孔構造が形成された光ファイバ母材を加熱するとともに光ファイバ軸方向に線引きすることにより光ファイバ１を簡便に得ることができる。
【００３９】
（２）第１実施形態に係る光ファイバ１の諸特性：
次に、図１及び図２に示した本願発明に係る光ファイバ１の諸特性の一例について説明する。
【００４０】
図３は、図１及び図２に示した構造の光ファイバ１において、コア領域の比屈折率差Δを０．１％とした場合における、コア部２の半径ａに対して得られる最大実効断面積（Ａｅｆｆ）の変化を示した図である。ここで、図１及び図２に示すように、Ｒはコア部２の中心から空孔部４までの最短距離を示す。
【００４１】
また、コア領域の比屈折率差Δ（％）は下記式（Ｉ）により算出される。式（Ｉ）中、n１はコア部２の屈折率、ｎ２はクラッド部３の屈折率、をそれぞれ示す。
Δ（％）＝（n１２−ｎ２2）／（２×ｎ１２） ……（Ｉ）
なお、式（Ｉ）における計算では、国際標準であるＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５６で推奨される曲げ損失及び遮断波長の条件を満たすよう設計されている。つまり、かかるＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５６に準拠して、遮断波長を１４５０ｎｍ以下とし、基本モードの曲げ損失を、曲げ半径３０ｍｍにおいて０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ（ターンズ：巻き数）以下としている。なお、遮断波長は、前記した非特許文献１に記載される条件である、光ファイバ１を敷設した時の実効的な曲げ半径と考えられる１４０ｍｍの曲げ半径に対して第１高次モードの損失が１ｄＢ／ｍとなる波長としている。
【００４２】
図３に示すように、図１及び図２に示す構造の光ファイバ１は、コア部２の半径ａが５〜７μｍの範囲で、実効断面積１６０μｍ２以上を実現することができる。また、図３からは、図１の構造であれば、コア部２の半径ａが約６．０μｍで実効断面積が最大になり、図２の構造であれば、コア部２の半径ａが約６．５μｍで実効断面積が最大になることが確認できる。
【００４３】
図４は、図１の構造の光ファイバ１において、コア領域の比屈折率差が０．１％、コア部２の半径ａが６．０μｍである場合における最適構造時の基本モードの曲げ損失の波長依存性（曲げ半径と曲げ損失の関係）を示した図であり、図５は、図２の構造の光ファイバ１において、コア領域の比屈折率差が０．１％、コア部２の半径ａが６．５μｍである場合における最適設計時の基本モードの曲げ損失の波長依存性（曲げ半径と曲げ損失の関係）を示した図である。
【００４４】
なお、ｄ（図１の構造における全ての空孔部４の直径。以下、図８について同じ。）とコア部２の直径２ａの関係（ｄ／２ａ）、Ｒとａの関係については図４、ｄ１（図２の構造における第１の層５１を構成する空孔部４の直径。以下、図８及び図９について同じ。）とコア部２の直径２ａとの関係（ｄ１／２ａ）、Ｒとａの関係、及びｄ１とｄ２（第２の層５２を構成する空孔部４の直径。）の関係（ｄ２／ｄ１）については、図５に示したとおりである。
【００４５】
前記した非特許文献１に記載の遮断波長の条件より、光ファイバ１を敷設した時の実効的な曲げ半径を１４０ｍｍとみなすと、図４に示すように、図１の構造の光ファイバ１では材料固有の損失を除く導波構造に起因する損失が１４５０〜１６２５ｎｍで０．２ｄＢ／ｋｍ以下に抑えられている。また、図５に示すように、図２の構造の光ファイバ１では、図１の構造と比較して１４５０ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長帯域において０．０５ｄＢ／ｋｍ以下に抑えられており、図１の構造と比較して低い曲げ損失を実現することが可能となる。
【００４６】
図６は、図１及び図２の構造の光ファイバ１において、コア領域の比屈折率差Δを０．０８％とした場合における、コア部２の半径ａに対して得られる最大実効断面積（Ａｅｆｆ）の変化を示した図である。なお、図６にあっては、図３で示した結果と同様に、国際標準であるＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５６で推奨される曲げ損失及び遮断波長の条件を満たすよう設計している。図６に示すように、図１及び図２に示す構造の光ファイバ１は、コア部２の半径ａが５〜７μｍの範囲で実効断面積１６０μｍ2以上を実現できることが確認できる。実行断面積の上限としては２１０μｍ2程度である。
【００４７】
図７は、図１及び図２の構造の光ファイバ１において、式（Ｉ）で算出される比屈折率差Δに対して得られる最大実効断面積（Ａｅｆｆ）を示す図である。図７に示すように、図１及び図２に示す構造とも、比屈折率Δが０．０８％の場合に実効断面積が最大となっていることがわかる。また、図７からは、図２に示した構造の光ファイバは、図１に示した構造の光ファイバ１に対して、より大きな実効断面積が実現できることが確認できる。
【００４８】
図８は、図１の構造の光ファイバ１において、比屈折率Δを０．０８、０．１及び０．１２％とした場合の実効断面積を最大化する構造を示した図である。図９は、図２の構造の光ファイバ１において、比屈折率Δを同様とした場合における実効断面積を最大化する構造を示した図である。なお、図８及び図９では、フォトニック結晶ファイバ構造（Δ＝０％）を仮定したときも合わせて記載しており、Λは空孔部４間の距離を示す。図８に示すように、図１及び図２に示す構造の光ファイバ１にあっては、０．０８〜０．１２％の範囲における比屈折率Δにおいて、１６０μｍ２以上の実効断面積が得られていることが確認できる。
【００４９】
図１０は、図１の構造の光ファイバ１において、比屈折率Δを０．０６％、０．０８％、０．１％及び０．１２％とした場合における曲げ半径と曲げ損失との関係を示した図である。図１１は、図２の構造の光ファイバ１において、比屈折率Δを同様とした場合における曲げ半径と曲げ損失との関係を示した図である。
【００５０】
図１０及び図１１に示すように、比屈折率Δ＝０％（フォトニック結晶ファイバ構造）の場合には、曲げ半径が大きくなっても曲げ損失が大幅に低下することはなく、１ｄＢ／ｋｍ以上の値に収束しているため、光ファイバ１の敷設時には曲げ損失が１ｄＢ／ｋｍ以上となってしまう。一方、図１に示す構造では、比屈折率Δを増加させることで曲げ損失半径を大幅に改善でき、Δを０．１％以上とすることで光ファイバ１を敷設した時の実効的な曲げ半径と考えられる１４０ｍｍにおける曲げ半径を０．１ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができる。図２に示す構造では、図１に示す構造より、曲げ損失をさらに小さくすることができる。
【００５１】
このように、図１及び図２の構造の光ファイバにあっては、コア部２の屈折率をクラッド部３の屈折率より大きくし、図２に構造にあっては、第１の層５１を構成する空孔部４の直径を、第２の層５２を構成する空孔部４の直径より大きく形成しているので、外側の層ほど実効屈折率分布が大きくなり、曲げ半径を１４０ｍｍとした場合における曲げ損失を０．１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。
【００５２】
（３）第１実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバ１は、空孔構造を有する光ファイバ１において、コア部２の屈折率がクラッド部３の屈折率より高く、クラッド部３に形成される空孔部層５が２層以上形成されている。よって、本実施形態の光ファイバは、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００５３】
また、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）の空孔部４の直径が、かかる空孔部層５１の外側にある空孔部層５２（第２の層５２）の空孔部４の直径より大きく形成されている。よって、空孔部占有率が大きい第１の層５１の実効的な屈折率分布が、相対的に空孔部占有率が小さい第２の層５２の屈折率分布より小さくなる構成となる。そして、かかる構成により、本実施形態に係る光ファイバ１は、屈折率分布がいわゆるＷ型分布となり、単一モード光ファイバと同等の曲げ損失等の諸特性を維持しつつ、従来の光ファイバ１よりも大きな実効断面積、例えば１６０μｍ２を超える実効断面積が実現でき、光伝送システムにおける入力パワーの制限の緩和が可能となり、光ファイバ１の非線形効果を抑制できる。
【００５４】
（第２実施形態）
（１）光ファイバ１の構造
図１２は、第２実施形態に係る光ファイバ１の断面構造を示した概略図である。
なお、以下の説明では、すでに第１実施形態で説明した部分と同一あるいは略同一である部分等は、共通する符号を付して説明を省略する。また、空孔部４の外径の大きさの範囲、空孔部層５の配置、光ファイバ１の構成材料や製造方法等についても、第１実施形態と共通するので、説明を省略する。
【００５５】
図１２に示した断面構造の光ファイバ１は、前記した図１及び図２に示した構造の光ファイバ１と同様、光ファイバ軸方向に連続して均一な外径の断面視円形状のコア部２と、かかるコア部２の周囲を包囲する、断面視円形状のクラッド部３とを有し、コア部２の屈折率がクラッド部３の屈折率よりも高くされている。
【００５６】
また、クラッド部３の内部におけるコア部２の周囲には、光ファイバ軸方向に連続的にかつ光ファイバ軸方向に直交する断面を有する複数個の空孔部４が配設されている。かかる空孔部４は、断面視円形状で、コア部２を中心として周回状に空孔部層５を形成しており、本実施形態にあっては、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）と、コア部２から離れる方向に第１の層５１に隣接して、空孔部層５１（第１の層５１）の外側にある空孔部層５２（第２の層５２）と、空孔部層５２（第２の層５２）に隣接して外側に空孔部層５３（第３の層５３）という３つの層が形成されており、クラッド部３の内部に配設された断面視円形状の複数の空孔部４はいずれも、光ファイバ１の光ファイバ軸方向には一様な大きさの直径ｄで一定とされており、また、同じ層（第１の層５１，第２の層５２，第３の層５３）における隣り合う空孔部４の中心間の距離も一定とされている。
【００５７】
一方、本実施形態にあっては、第２の層５２及び第３の層５３についてはいずれも正六角形状に形成されているが、第１の層５１については、第２の層５２及び第３の層５３と比較して空孔部４の分布密度が大きくなる正八角形状に形成されている。よって、第１の層５１は、第２の層５２や第３の層５３より空孔部分布密度が大きく、単位面積当たりの空孔部４の占有率も大きくなるため、第１の層５１における空孔部占有率が第２の層５２及び第３の層５３における空孔部占有率より大きくなるような構成とされている。
【００５８】
このような構成により、相対的に空孔部占有率が大きい第１の層５１の実効屈折率分布は、相対的に空孔部占有率が小さい第２の層５２、第３の層５３の実効屈折率分布より小さくなるため、光ファイバ１の屈折率分布も、いわゆるＷ型分布となり、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現できることになる。
【００５９】
本実施形態に係る光ファイバ１にあっては、コア部２に最も近い空孔部層５（本実施形態にあっては第１の層５１）における空孔部の分布密度をかかる空孔部層の外側の空孔部層５（本実施形態にあっては第２の層５２及び第２の層５３）の空孔部分布密度より大きくするには、空孔部４が同じ大きさ（直径が同じ）の場合には、図１２に示す構成のように、第１の層５１を正八角形状、かかる層の外側にある第２の空孔部層５２、第３の層５３を正六角形状にする等、コア部２に最も近い空孔部層５（第１の層５１）を、かかる空孔部層の外側の空孔部層（第２の層５２及び第２の層５３）より角の数が多い正多角形とする等、空孔部層５を空孔部４の分布密度を大きい状態にすればよい。
【００６０】
（２）第２実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバ１は、空孔構造を有する光ファイバ１において、コア部２の屈折率がクラッド部３の屈折率より高く、また、クラッド部３に形成される空孔部層５が２層以上形成されている。よって、本実施形態の光ファイバは、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現することができる。
【００６１】
また、コア部２に最も近い空孔部層５１（第１の層５１）の空孔部密度分布が、かかる層の外側にある空孔部層５２、５３（第２の層５２及び第３の層５３）の空孔部密度分布より大きくなるように形成されている。よって、図２に示した構造の光ファイバ１と同様、第１の層５１の空孔部占有率が相対的に大きくなり、空孔部占有率が大きい第１の層５１の実効的な屈折率分布が、相対的に空孔部占有率が小さい第２の層５２及び第３の層５３の屈折率分布より小さく、屈折率分布がいわゆるＷ型分布となるため、前記した第１実施形態の奏する効果を享受することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本願発明は、光伝送システムにおける伝送媒体として利用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１： 光ファイバ
２： コア部
３： クラッド部
４： 空孔部
５： 空孔部層
５１：空孔部層（第１の層）
５２：空孔部層（第２の層）
５３：空孔部層（第３の層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、
前記コア部を包囲し、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率のクラッド部と、
前記クラッド部の内部で、光ファイバ軸方向に連続的且つ光ファイバ軸方向に直交する断面で離散的に設けられる複数個の空孔部が前記コア部に対して周回状に形成された２層以上の空孔部層と、
を備える光ファイバ。
【請求項２】
前記コア部に最も近い空孔部層が、前記コア部に最も近い空孔部層の外側にある空孔部層より実効屈折率分布が小さいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部占有率が大き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】
前記空孔部が前記光ファイバ軸方向に直交する断面形状が円形であり、
前記コア部に最も近い空孔部層を構成する前記空孔部の直径が、前記外側にある空孔部層を構成する前記空孔部の直径より大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部分布密度が大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記空孔部が、前記コア部を中心として円環状または正多角形状に配置されて形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項７】
光が伝搬する面積である光ファイバの実効断面積１６０μｍ２以上、２１０μｍ２以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項８】
遮断波長が、１４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項９】
１４５０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長の光に対して、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１】
コア部と、
前記コア部を包囲し、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率のクラッド部と、
前記クラッド部の内部で、光ファイバ軸方向に連続的且つ光ファイバ軸方向に直交する断面で離散的に設けられる複数個の空孔部が前記コア部に対して周回状に形成された２層以上の空孔部層と、
を備える光ファイバ。
【請求項２】
前記コア部に最も近い空孔部層が、前記コア部に最も近い空孔部層の外側にある空孔部層より実効屈折率分布が小さいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部占有率が大き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】
前記空孔部が前記光ファイバ軸方向に直交する断面形状が円形であり、
前記コア部に最も近い空孔部層を構成する前記空孔部の直径が、前記外側にある空孔部層を構成する前記空孔部の直径より大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コア部に最も近い空孔部層が、前記外側にある空孔部層より空孔部分布密度が大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記空孔部が、前記コア部を中心として円環状または正多角形状に配置されて形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項７】
光が伝搬する面積である光ファイバの実効断面積１６０μｍ２以上、２１０μｍ２以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項８】
遮断波長が、１４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項９】
１４５０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長の光に対して、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓ以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１６８４４８（Ｐ２０１２−１６８４４８Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０９４２（Ｐ２０１１−３０９４２）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]