大開口数多モード光ファイバ
大コア径及び大開口数を有する多モード光ファイバが開示される。開示される多モード光ファイバは３０μｍより大きい半径を有するコア領域及び、コア領域を囲み、コア領域に直に接する、クラッド領域を有し、クラッド領域は凹相対屈折率を有する凹屈折率環状領域を含む。凹クラッド領域は二酸化チタンドープクラッド領域に囲まれる。ファイバは、１２０μｍより小さい総外径を有し、８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより広い全モード励振伝送帯域を示す。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条ｅ項の下に、２０１０年３月２日に出願された米国仮特許出願第６１/３０９６６０号の優先権の恩典を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には光ファイバに関し、さらに詳しくは多モード光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００３】
コーニング社(Corning Incorporated)は、最大相対屈折率Δが約２％でコア径が６２.５μｍのコアを有する多モードファイバである、ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ(登録商標)６２.５μｍ光ファイバを、また、最大相対屈折率Δが約１％でコア径が５０μｍのコアを有する多モードファイバである、ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバも、製造販売している。コーニング社は、１００μｍのコア径、１４０μｍのアンドープシリカクラッド層径、及び０.２９の開口数を有する分布屈折率光ファイバである、１００/１４０ ＣＰＣ３多モードファイバも製造した。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
大コア径及び大開口数を有する多モード光ファイバが本明細書に開示される。本明細書に開示される多モード光ファイバは、３０μｍより大きなコア半径を有する分布屈折率コア領域及びコア領域を囲んでいるクラッド領域を有し、クラッド領域はクラッド層の他の部分に対して凹んでいる凹屈折率環状クラッド領域を有することができる。好ましくは、凹屈折クラッド領域はコアに直に接していることができる。二酸化チタンドープクラッド領域が上記クラッド領域を囲む。二酸化チタンは、好ましくは５重量％より多く、さらに好ましくは８重量％より多くの、１０重量％より多くし得る、量で存在することができる。二酸化チタンドープ領域の幅は１μｍと５μｍの間である。ファイバは１２０μｍより小さい総外径を有することが好ましく、８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより広い全モード励振伝送帯域を示すことができる。
【０００５】
ファイバのコアはガラスであることが好ましく、凹屈折率環状領域及びいずれのクラッド領域もガラスとすることができる。凹屈折率環状クラッド領域は、好ましくは約−０.１より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を、さらに好ましくは約−０.２より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有する。凹屈折率環状クラッド領域はコアに直に接していることが好ましい。しかし、凹屈折率環状クラッド領域はコアから、例えば、４μｍ未満の距離で、さらに好ましくは１μｍから４μｍの距離で、隔てることができる。本明細書に開示されるそのような光ファイバは８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより広い全モード励振伝送帯域を示すことができる。本明細書に開示されるファイバは、好ましくは１２０μｍより小さく、さらに好ましくは１１０μｍより小さい最外ガラス径を有する。
【０００６】
コアの屈折率プロファイルは放物型または実質的に放物型の形状を有することが好ましい。凹屈折率環状領域は、例えば、複数の空孔を含むガラス、あるいはフッ素、ホウ素またはこれらの混合物のような下げドーパントがドープされたガラス、あるいは１つないしさらに多くのそのような下げドーパントがドープされたガラスに加えて複数の空孔を含むガラスからなることができる。いくつかの好ましい実施形態において、凹屈折率環状領域はフッ素ドープ石英ガラスからなる。いくつかの実施形態において、凹屈折率環状領域は、約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅、さらに好ましくは約−０.３％より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有する。
【０００７】
空孔を含むクラッドを有するいくつかの実施形態において、いくつかの好ましい実施形態での空孔は凹屈折率環状領域内に非周期的に配置される。「非周期的配置」は、光ファイバの(軸線に垂直な断面のような)断面をとった場合に、非周期的に配置された空孔がファイバの一部にかけて(例えば凹屈折率環状領域内において)ランダムにまたは非周期的に分布することを意味する。ファイバの長さに沿う別の点でとられた同様の断面は異なる態様でランダムに分布する断面孔パターンを示すであろう。すなわち、様々な断面は、空孔の分布及び空孔径が正確な一致を示さない、相異なる断面孔パターンを有するであろう。すなわち、空孔は非周期的である、すなわち、空孔はファイバ構造内に周期的に配置されてはいない。これらの空孔は光ファイバの長さに沿って(すなわち軸線に平行に)引き伸ばされる(細長にされる)が、一般的な長さの伝送ファイバについて、ファイバ全体の全長にわたって延びてはいない。空孔の延びの長さは、ファイバの長さに沿って、２０ｍより短く、さらに好ましくは１０ｍより短く、さらに一層好ましくは５ｍより短く、いくつかの実施形態では１ｍより短いと考えられる。
【０００８】
本明細書に開示される多モード光ファイバは非常に低い曲げ誘起減衰、特に非常に低いマクロベンド誘起減衰を示す。したがって、多モード光ファイバは、分布屈折率ガラスコア及びコアを囲んでいる凹屈折率環状領域を含む第２のクラッド層を有し、凹屈折率環状領域は、約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を、さらに好ましくは約−０.３％より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有し、本ファイバはさらに、８５０ｎｍにおいて０.５ｄＢ/ターン以下の３ｍｍ径マンドレル０.５ターン巻付け減衰増大、０.２４より大きく、さらに好ましくは０.２６より大きく、最も好ましくは０.２８より大きい開口数、及び、８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、最も好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、全モード励振伝送帯域を示す。
【０００９】
本明細書に開示される構成を用いれば、好ましくは８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、最も好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、全モード励振伝送(ＯＦＬ)帯域を提供する、コア径が６０μｍないしさらに大きい(例えば、７０μｍより大きいか、または７５μｍより大きい)多モードファイバを作製することができる。そのような広帯域は、１.０ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.５ｄＢより小さく、さらに一層好ましくは０.３ｄＢより小さく、最も好ましくは０.２ｄＢより小さい、８５０ｎｍの波長における１×１８０°ターン３ｍｍ径マンドレル巻付け減衰増大を維持しながら、達成することができる。そのような広帯域はｄＢとすることもできる。そのようなファイバは、０.２ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.１ｄＢより小さく、最も好ましくは０.０５ｄＢより小さい、８５０ｎｍの波長における２×９０°ターン４ｍｍ径マンドレル巻付け減衰増大も維持しながら達成することができる。そのような曲げ損失及び帯域は入力信号がファイバの中心に合わせられた場合にも、入力信号がファイバの中心に対して５μｍ、さらには１０μｍ、オフセットされて投射されたときにも、達成される。そのようなファイバはさらに、０．２４より大きく、さらに好ましくは０.２６より大きく、最も好ましくは０.２８より大きい、開口数(ＮＡ)を提供することができる。そのようなファイバは同時に、２００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、好ましくは５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、１３００ｎｍにおけるＯＦＬ帯域をさらに示すことができる。
【００１０】
本明細書に開示される多モード光ファイバは、８５０ｎｍにおいて５.０ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは８５０ｎｍにおいて４.０ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて３.５ｄＢ/ｋｍより小さく、さらになお好ましくは８５０ｎｍにおいて３.０ｄＢ/ｋｍより小さい、スペクトル減衰を示すことが好ましい。本明細書に開示される多モード光ファイバは、１３００ｎｍにおいて１.５ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは１３００ｎｍにおいて１.５ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに一層好ましくは１３００ｎｍにおいて０.８ｄＢ/ｋｍより小さい、スペクトル減衰を示すことが好ましい。そのようにすることで、いくつかの状況において凹クラッド領域を有する光ファイバに対して帯域をさらに向上させ得るように、多モード光ファイバに撚りを施すことが望ましいことがある。撚りは、ファイバが光ファイバから線引きされている間、すなわち、ファイバがまだある程度加熱されていて非弾性回転変形を受けることができ、ファイバが十分に冷却された後に回転変形を実質的に保持することができる間に、撚りがかけられる、ファイバへの撚りの適用または付与を意味する。
【００１１】
本明細書に開示される光ファイバの開口数(ＮＡ)は、０.３２未満で０.１８より大きいことが好ましく、０.２より大きいことがさらに好ましく、０.３２未満で０.２４より大きいことがさらに一層好ましく、０.３０未満で０.２４より大きいことが最も好ましい。
【００１２】
コアは中心線から、Ｒ１≧３０μｍ、さらに好ましくはＲ１≧３５μｍ、いくつかの場合にはＲ１≧４０μｍの、半径Ｒ１まで外向きに拡がるように構成することができる。コアは、Ｒ１≦５０μｍ、好ましくはＲ１≦４５μｍの、半径Ｒ１を有するように構成することができる。
【００１３】
コアは、３.０％以下で０.５％より大きく、さらに好ましくは２.５％未満で０.９％より大きく、最も好ましくは２.２％未満で１.２％より大きい、最大相対屈折率を有するように構成することができる。コアは１.６％と２.０％の間の最大相対屈折率を有することができる。
【００１４】
本明細書に開示される光ファイバは、８００ｎｍと１４００ｎｍの間の全ての波長において、１.０ｄＢをこえず、好ましくは０.５ｄＢをこえず、さらに好ましくは０.３ｄＢをこえず、最も好ましくは０.２ｄＢをこえない、１×１８０°３ｍｍ径マンドレル巻付け減衰増大を示すことができる。
【００１５】
本明細書に開示される多モード光ファイバは、軸方向中心線の回りに配された分布屈折率ガラスコア、及びコアを囲んでいるガラスクラッド層を有することができる。クラッド層は凹屈折率環状領域を及び外環状領域を有する。凹屈折率環状領域はコアに直に接することが好ましく、いくつかの実施形態において外環状領域はアンドープシリカクラッド層を含むことが好ましいが、他の実施形態において凹環状領域は光ファイバの最外ガラス径まで拡がることができる。本明細書に述べられる屈折率は全て、以下で説明されるように、外環状領域が基準になっている。
【００１６】
本明細書に開示されるファイバは、そのような遠距離通信ファイバに対する通常の動作波長において、すなわち少なくとも８５０ｎｍから１３００ｎｍまで拡がる波長範囲にわたり、多モードであることができる。
【００１７】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは以下の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲を含み、添付図面も含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【００１８】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも本発明の実施形態を提示し、特許請求されるような本発明の本質及び特質の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、凹屈折環状領域がコアからオフセットされ、外環状クラッド領域で囲まれている、本明細書に開示される多モード光ファイバの一実施形態例のガラス領域の断面の屈折率プロファイルの(比例拡縮されていない)略図を示す。
【図２】図２は、図１の光導波路ファイバの断面図の(比例拡縮されていない)略図を示す。
【図３】図３は、凹屈折環状領域がコアからオフセットされておらず、外環状クラッド領域で囲まれている、本明細書に開示される多モード光ファイバの一実施形態例のガラス領域の断面の屈折率プロファイルの(比例拡縮されていない)略図を示す。
【図４】図４は、図３の光導波路ファイバの断面図の(比例拡縮されていない)略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者にはその説明から明らかであろうし、あるいは以下の詳細な説明に添付される特許請求の範囲及び添付図面と合わせて説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【００２１】
「屈折率プロファイル」は屈折率または相対屈折率と導波路ファイバ半径の間の関係である。
【００２２】
「相対屈折率％」はΔ％＝１００×(ｎｉ２−ｎ基準２)/２ｎｉ２と定義され、ｎｉは、別途に指定されない限り、領域ｉの最大屈折率である。相対屈折率％は、別途に指定されない限り、８５０ｎｍで測定される。別途に指定されない限り、ｎ基準はアンドープ石英ガラスの屈折率、すなわち、８５０ｎｍにおいて１.４５２５である。
【００２３】
本明細書に用いられるように、相対屈折率はΔで表され、別途に指定されない限り、その値は「％」単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ基準より小さい場合、相対屈折率％は負であり、凹領域または凹屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は、別途に指定されない限り、屈折率が最も負である点において計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ基準より大きい場合、相対屈折率％は正であり、その領域は、高められているまたは正屈折率を有するといわれ得る。「上げドーパント」は、本明細書において、純粋なアンドープＳｉＯ２に対して屈折率を高める性質を有するドーパントと見なされる。「下げドーパント」は、本明細書において、純粋なアンドープＳｉＯ２に対して屈折率を低める性質を有するドーパントと見なされる。上げドーパントは、上げドーパントではない１つないしさらに多くの他のドーパントがともなう場合、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在することができる。同様に、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に上げドーパントではない１つないしさらに多くのドーパントが存在することができる。下げドーパントは、下げドーパントではない１つないしさらに多くの他のドーパントがともなう場合、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在することができる。同様に、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に下げドーパントではない１つないしさらに多くのドーパントが存在することができる。
【００２４】
別途に注記されない限り、マクロベンド性能は、ＦＯＴＰ-６２(ＩＥＣ-６０７９３-１-４７)にしたがい、２ｍｍ、３ｍｍまたは１０ｍｍあるいは同様の直径のマンドレル上への、規定されたターン数またはターン角に対し、１ターン巻付け、曲げによる減衰の増大を測定する光源が試験下のファイバのコア径の５０％より大きいスポット径を有する全モード励振伝送投射条件を用いて、決定した(例えば、「１×１０ｍｍ径マクロベンド損失」または「１×１８０°ターン３ｍｍ径マクロベンド損失」)。いくつかの測定において、１×２５ｍｍ径マンドレルに中点近くで布設した２ｍ長のＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバの入力端に全モード励振伝送パルスを投射することによって、エンサークルドフラックス投射(ＥＦＬ)マクロベンド性能を得た。ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバの出力端を試験下のファイバに永久接続し、測定される曲げ損失は、曲げがない状態における損失に対する規定された曲げ条件下の損失の比である。
【００２５】
本明細書に用いられるように、ファイバの開口数は、名称を「測定方法及び試験手順−開口数(Measurement Methods and Test Procedures-Numerical Aperture)」とする、ＴＩＡ ＳＰ３-２８３９-ＵＲＶ２ ＦＯＴＰ-１７７ ＩＥＣ-６０７９６-１-４３に説明される方法を用いて測定されるような開口数を意味する。
【００２６】
術語「αプロファイル」または「アルファプロファイル」は、ｒを半径として、式：
【数１】
【００２７】
にしたがう、「％」単位のΔ(ｒ)によって表される相対屈折率プロファイルを指す。ここで、ｒ０は別途に指定されない限りゼロであり、ｒ１はΔ(ｒ)％がゼロである点であり、ｒはｒｉ≦ｒ≦ｒｆの範囲にあって、Δは上で定義され、ｒｉはαプロファイルの始点であり、ｒｆはαプロファイルの終点であり、αは実数の指数である。
【００２８】
凹屈折率環状領域は、本明細書において、
【数２】
【００２９】
と定義される、プロファイル体積,Ｖ３を有する。ここで、定義にしたがい、Ｒ内は凹屈折率環状領域の内径であり、Ｒ外は凹屈折率環状領域の外径である。本明細書に開示されるファイバに対し、Ｖ３の絶対値は、１２０％-μｍ２より大きいことが好ましく、１６０％-μｍ２より大きいことがさらに好ましく、２００％-μｍ２より大きいことがさらに一層好ましい。Ｖ３の絶対値は、４００％-μｍ２より小さいことが好ましく、３５０％-μｍ２より小さいことがさらに好ましい。いくつかの好ましい実施形態において、Ｖ３の絶対値は、１２０％-μｍ２より大きく、３５０％-μｍ２より小さい。他の好ましい実施形態において、Ｖ３の絶対値は、１６０％-μｍ２より大きく、３００％-μｍ２より小さい。
【００３０】
本明細書に開示される多モード光ファイバはコア及びコアを囲んでコアに直に接するクラッド層を有する。いくつかの実施形態において、コアはゲルマニウムがドープされたシリカ、すなわち二酸化ゲルマニウムドープシリカを含む。所望の屈折率及び密度を得るため、本明細書に開示される光ファイバのコア内に、特に中心線またはその近くに、Ａｌ２Ｏ３またはＰ２Ｏ５のようなゲルマニウム以外のドーパントを、単独でまたは組み合わせて、用いることができる。いくつかの実施形態において、本明細書に開示される光ファイバの屈折率プロファイルはコアの中心線から外半径まで非負である。いくつかの実施形態において、光ファイバはコアに屈折率下げドーパントを含有していない。
【００３１】
図１は、ガラスコア２０及びガラスクラッド層２００を有し、クラッド層が内環状領域３０，凹屈折率環状領域５０，外環状領域６０，及び二酸化チタンドープ外クラッド領域７０を有する、多モード光ファイバの一実施形態例のガラス部分の断面の屈折率プロファイルの略図を示す。図２は図１の光導波路ファイバの断面の(比例拡縮されていない)略図である。コア２０は外半径Ｒ１及び最大屈折率Δ,Δ１最大を有する。内環状領域３０は屈折率Δ,Δ２を有し、幅Ｗ２及び外半径Ｒ２を有する。凹屈折率環状領域５０は、最小屈折率Δ％,Δ３最小、幅Ｗ３及び外半径Ｒ３を有する。凹屈折率環状領域５０は、コア２０からオフセットされて、すなわち内環状領域３０によって隔てられて示される。好ましい実施形態において、内環状領域３０の幅は４.０μｍより小さくすることができる。
【００３２】
図１に示される実施形態において、凹屈折率環状領域５０が内環状領域３０を囲み、外環状クラッド領域６０が環状領域５０を囲み、好ましくは環状領域５０に接し、二酸化チタンドープ外クラッド領域７０が外環状クラッド領域６０を囲み、好ましくは外環状領域６０に接する。二酸化チタンドープ外クラッド領域７０内の二酸化チタンは、好ましくは５重量％より多く、さらに好ましくは８重量％より多くの量で存在することができ、１０重量％より多くすることができる。二酸化チタンドープ領域は１μｍと５μｍの間の幅を有する。内環状領域３０は、最大相対屈折率Δ２最大及び最小相対屈折率Δ２最小を有し、いくつかの実施形態においてはΔ２最大＝Δ２最小である。凹屈折率環状領域５０は、最小相対屈折率Δ３最小を有する、屈折率プロファイルΔ３(ｒ)を有する。外環状領域６０は相対屈折率Δ４を有する。Δ１＞Δ４＞Δ３であることが好ましく、図１に示される実施形態において、Δ１＞Δ２＞Δ３である。いくつかの実施形態において、内環状領域３０は、一定のΔ２(ｒ)を有する図１に示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有し、いくつかの実施形態において、Δ２(ｒ)＝０％である。いくつかの実施形態において、外環状領域６０は、一定のΔ４(ｒ)を有する図１に示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有し、いくつかの実施形態において、Δ４(ｒ)＝０％である。コアはフッ素を実質的に含まないことが好ましく、コアはフッ素を含まないことが好ましい。いくつかの実施形態において、内環状領域３０は最大絶対値が０.０５％より小さい相対屈折率プロファイルΔ２(ｒ)を有し、Δ２最大＜０.０５％及びΔ２最小＞−０.０５％であることが好ましく、凹屈折率環状領域５０は、クラッド層の相対屈折率が初めに−０.０５％より小さい値に達する半径から始まり、中心線から外向きの径方向に進む。いくつかの実施形態において、外環状領域６０は、最大絶対値が０.０５％より大きく、−０.０５％より小さい、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有する。
【００３３】
光ファイバのガラス部分の外径は、１２０μｍより小さいことが好ましく、１１０μｍより小さいことがさらに好ましく、約１００μｍ以下であることがさらに一層好ましい。すなわち、図１に示される実施形態において、外層クラッド径(２×Ｒ４)は、１２０μｍより小さいことが好ましく、１１０μｍより小さいことがさらに好ましく、約１００μｍより小さいことがさらに一層好ましい。いくつかの実施形態において、コア径(２×Ｒ１)は、３５μｍと４５μｍの間、さらに好ましくは３７μｍと４３μｍの間であり、外層クラッド半径Ｒ４は、４５μｍと５５μｍの間、さらに好ましくは４７μｍと５３μｍの間である。いくつかの好ましい実施形態において、外層クラッド領域６０は、１５μｍより小さく、さらに好ましくは１０μｍより小さく、最も好ましくは７μｍより小さい、幅を有する。
【００３４】
本明細書に開示される多モード光ファイバにおいて、コアは分布屈折率コアであり、コアの屈折率プロファイルは放物型(または実質的に放物型)の形状を有することが好ましく、例えば、コアの屈折率プロファイルは、α値が、８５０ｎｍで測定して、１.９と２.３の間であることが好ましく、約２.１であることがさらに好ましい、α形状を有することができる。あるいは、コアの屈折率プロファイルは、α値が、８５０ｎｍで測定して、１.９と２.１の間であることが好ましく、約２.０であることがさらに好ましい、α形状を有することができる。いくつかの実施形態において、コアの相対屈折率は、コアの最大屈折率及び光ファイバ全体の最大相対屈折率が中心線から小距離離して配置される、中心線ディップを有することができ、他の実施形態において、コアの屈折率は中心線ディップを有さず、コアの最大屈折率及び光ファイバ全体の最大屈折率は中心線に配置される。放物型形状は半径Ｒ１まで拡がり、好ましくはファイバの中心線からＲ１まで拡がる。したがって、本明細書に用いられるように、「放物型」は、コアの１つないしさらに多くの点においてα値が約２.０から若干変わり得る、例えばα値が１.９，２.１または２.３の、実質的に放物型形状の屈折率プロファイルを含み、また小さな変動及び／または中心線ディップを有するプロファイルも含む。図を参照すれば、コア２０は、放物型コア形状が終端し、クラッド層２００の最内半径と一致する、半径Ｒ１において終端すると定められる。
【００３５】
本明細書に開示される光ファイバはシリカベースのコア及びクラッド層を有することが好ましい。クラッド層２００の１つないしさらに多くの領域は、例えば、堆積プロセス中に堆積されたか、またはロッドインチューブ光ファイバプリフォームにおけるチューブのような、外装の形態で与えられたか、あるいは堆積材料と外装の組合せの、クラッド材料からなることができる。クラッド層２００は少なくとも１つの被覆２１０で囲むことができ、この被覆は、いくつかの実施形態において、低弾性率一次被覆及び高弾性率二次被覆を含む。被覆は、アクリル樹脂ベースポリマーのような、ポリマー被覆とすることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、凹屈折環状領域は、非周期的に配置されたかまたは周期的に配置されたか、あるいはいずれでもある、空孔を含む。「非周期的配置」または「非周期的分布」により、光ファイバの(軸線に垂直な断面のような)断面をとった場合に、非周期的に配置された空孔がファイバの一部にかけてランダムにまたは非周期的に分布することを意味する。ファイバの長さに沿う別の点でとられた同様の断面は異なる断面孔パターンを示すであろう。すなわち、様々な断面は、空孔の分布及び空孔径が正確な一致を示さない、相異なる断面孔パターンを有するであろう。すなわち、空孔は非周期的である、すなわち、空孔はファイバ構造内に周期的に配置されてはいない。これらの空孔は光ファイバの長さに沿って(すなわち軸線に平行に)引き伸ばされる(細長にされる)が、一般的な長さの伝送ファイバについて、ファイバ全体の全長にわたって延びてはいない。理論に束縛されることは望まないが、空孔はファイバの長さに沿って、数ｍ以上長く、多くの場合には１ｍ以上長く延びることはないと考えられる。本明細書に開示される光ファイバは、固結ガラスブランク内にかなりの量の気体が閉じ込められ、よって固結ガラス光ファイバプリフォーム内の空孔の形成を生じさせる結果を得るに有効なプリフォーム固化条件を用いる方法によって作製することができる。これらの空孔を除去する工程をとるのではなく、得られたプリフォームは内部に空孔を有する光ファイバを形成するために用いられる。本明細書に用いられるように、孔の径は、光ファイバの軸線に垂直方向に横切る断面で光ファイバを見たときの、孔を定めるシリカ内表面上に端点が配されている最長線分である。
【００３７】
いくつかの実施形態において、内環状領域３０はフッ素も二酸化ゲルマニウムも実質的にドープされていないシリカからなる。環状領域３０の幅は４.０μｍより小さいことが好ましく、２.０μｍより小さいことがさらに好ましい。いくつかの実施形態において、外環状領域６０は実質的にドープされていないシリカからなるが、シリカはいくらかの量の塩素、フッ素、二酸化ゲルマニウムまたはその他のドーパントを、総合しても屈折率を有意に改変しない濃度で含有することができる。凹屈折率環状領域５０はフッ素及び／またはホウ素がドープされたシリカからなることができる。または、凹屈折率環状領域５０は複数の非周期的に配置された空孔を含むシリカからなることができる。空孔は、アルゴン、窒素、クリプトン、ＣＯ２、ＳＯ２または酸素のような、１つないしさらに多くの気体を含むことができ、あるいは、空孔を、実質的に気体を含まない、真空にすることができる。いかなる気体の存在または不在にもかかわらず、環状領域５０の屈折率は空孔の存在により低められる。空孔はクラッド層２００の環状領域５０内にランダムにまたは非周期的に配置することができ、別の実施形態において、空孔は環状領域５０に周期的に配置される。あるいはまたはさらに、環状領域５０の凹屈折率は、環状領域５０を(フッ素によるように)下げドープするかあるいはクラッド層の１つないしさらに多くの領域及び／またはコアを上げドープすることによって与えることもでき、この場合、凹屈折率環状領域５０は、例えば、内環状領域３０ほど大量にはドープされていないシリカである。凹屈折率環状領域５０の最小相対屈折率または、いかなる空孔の存在も考慮するような、平均実効相対屈折率は、−０.１％より小さいことが好ましく、約−０.２％より小さいことがさらに好ましく、約−０.３％より小さいことがさらに一層好ましく、約−０.４％より小さいことが最も好ましい。
【００３８】
二酸化チタンドープ外層クラッド７０は通常の外付け(ＯＶＤ)プロセスを用いて形成することができる。例えば、スート堆積プロセスにおいて、例えば通常のＯＶＤスート堆積プロセスの終わり際に、ＴｉＯ２-ＳｉＯ２スート層の１回ないしさらに多くのパスを用いることができる。ＴｉＣｌ４及びＳｉＣｌ４を反応体配送システムによってＯＶＤバーナーに供給し、よって二酸化チタン-シリカスートを堆積することができる。
【００３９】
二酸化チタンドープ外層クラッド７０を用いる結果、本明細書において動的疲労値ｎとして説明される、向上した耐動的疲労性を得ることができる。例えば、二酸化チタンドープ外層クラッド７０を用いて、２５または３０より高く、さらには４０よりも高い、動的疲労値を達成することが可能である。
【００４０】
本特許出願においては、ガラス光ファイバのキズに破壊力学が適用されるとしている。すなわち、応力強度因子,ＫＩが、式(１)：
【数３】
【００４１】
によって印加張力,σａ及びキズ深さ,ａに関係付けられる。
【００４２】
ＫＩが破壊靱性,ＫＩＣに達し、ＫＩ＝ＫＩＣになると破壊がおこる。上式(１)を強度,σｆについて整理すれば、σｆをキズ深さ,ａの関数として、式(２)：
【数４】
【００４３】
により与えることができる。
【００４４】
べき乗則クラック速度モデルが、クラック速度と応力強度因子の間の関係を、式(３)：
【数５】
【００４５】
によって表すとも仮定される。ここで、Ａ及びｎはクラック成長パラメータである。クラック成長パラメータｎは、臨界未満のクラック成長への材料の感受性の尺度を与える特有の値である。光ファイバについては、ファイバ強度,σｆが応力速度,σｒの関数：
【数６】
【００４６】
として測定される、動的疲労手法を用いてｎが測定されることが多い。
【００４７】
添字１及び２は異なる応力速度に対する異なる強度測定値を示す。ｎの値はlog[強度]対log[応力速度]の単純回帰によって決定され、勾配が１/(ｎ＋１)に等しい。耐疲労性ｎ値の測定の全般的な議論については、グレースマン(Glaesemann)，ジェイカス(Jakus)及びリッター(Ritter)，「ソーダ石灰ガラスの押込強度変動度(Strength Variability of Indented Soda-Lime Glass)」，Journal of the American Ceramic Society，１９８７年６月，第７０巻，第６号，ｐ.４４１〜４４４、を参照されたい。
【００４８】
本明細書に与えられるｎ値に対し、ファイバ強度は、２０ｍゲージ長を用い、相対湿度１００％においてほぼ２５℃で測定した。用いた応力速度は４％/分及び０.００４％/分の応力速度に相当する。勾配[１/(ｎ＋１)]の標準偏差は一般に、本明細書に報告されるｎ値についての平均の１０％であった。同様であるが網羅的ではない、動的疲労試験法が、ＳＩＡ試験手順ＦＯＴＲ−７６に与えられている。本明細書に述べられる(耐疲労性データへの対照としての)強度データは上記環境条件の下で４０％/分の応力速度により測定した。
【００４９】
図３は、ガラスコア２０及びガラスクラッド層２００を有し、クラッド層が凹屈折率環状領域５０，外環状クラッド領域６０及び二酸化チタンドープ外クラッド領域７０を有する、多モード光ファイバの別の実施形態例のガラス部分の断面の屈折率プロファイルの略図を示す。二酸化チタンドープ外クラッド領域７０内の二酸化チタンの量は、好ましくは５重量％より多く、さらに好ましくは８重量％より多くすることができ、１０重量％より多くすることができる。図４は図３の光導波路ファイバの断面の(比例拡縮されていない)略図である。コア２０は外半径Ｒ１及び最大屈折率Δ,Δ１最大を有する。凹屈折率環状領域５０は最小屈折率Δ,Δ３最小、幅Ｗ３及び外半径Ｒ３を有する。凹屈折率環状領域５０はコア２０を囲み、コア２０と直に接している。すなわち、コア２０と凹屈折率環状領域５０の間に(Δ２を有する)内クラッド領域３０は存在しない。Δ１＞Δ４＞Δ３であることが好ましい。外環状領域６０は凹屈折率環状領域５０を囲み、凹屈折率環状領域５０に接している。凹屈折率環状領域５０は、最小相対屈折率Δ３最小を有する、相対屈折率プロファイルΔ３(ｒ)を有する。外環状領域６０は、最大相対屈折率Δ４最大及び最小相対屈折率Δ４最小を有する、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有し、いくつかの実施形態においてはΔ４最大＝Δ４最小である。Δ１最大＞Δ３最小であることが好ましい。コアは二酸化ゲルマニウムがドープされ、フッ素を実質的に含有していないことが好ましく、フッ素を全く含有していないことがさらに好ましい。凹屈折率環状領域５０は、クラッド層の相対屈折率が初めに−０.０５％に達する半径から始まり、中心線から外幹に径方向に進む。いくつかの実施形態において、外環状領域６０は、０.０５％より小さい最大絶対値を有する相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有する。すなわちΔ４最大＜０.０５％及びΔ４最小＞−０.０５％であり、凹屈折率環状領域５０は比較的一定の屈折率(Δ４)領域が始まる半径で終端する。
【００５０】
多モード光ファイバの別の実施形態例はガラスコア２０及び、外環状クラッド領域６０及び二酸化チタンドープ外クラッド領域７０を有する、ガラスクラッド層２００を有する。いくつかの実施形態において、環状領域６０は、０.０５％より小さい最大絶対値を有する相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有する。すなわちΔ４最大＜０.０５％及びΔ４最小＞−０.０５％である。そのような実施形態のいくつかにおいて、環状領域６０は実質的に純シリカからなる。別の実施形態において、環状領域６０は、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)が０.０５％より小さい最大絶対値を有するように、フッ素、ゲルマニウム及び／または塩素を含有する。他の実施形態において、環状領域６０はシリカに対する屈折率が約−０.１より小さく、さらに好ましくは−０.２より小さくなるように、ドープされる。二酸化チタンドープ外クラッド領域７０内の二酸化チタンの量は、好ましくは５重量％より多く、さらに好ましくは８重量％より多くすることができ、１０重量％より多くすることができる。二酸化チタンドープ領域は１μｍと５μｍの間の幅を有する。コア２０は外半径Ｒ１及び最大屈折率Δ,Δ１最大を有する。外環状領域６０は、最大相対屈折率Δ４最大及び最小相対屈折率Δ４最小を有する、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有し、いくつかの実施形態においてはΔ４最大＝Δ４最小である。コアは二酸化ゲルマニウムがドープされ、フッ素を実質的に含有していないことが好ましく、フッ素を全く含有していないことがさらに好ましい。
【００５１】
光ファイバの開口数(ＮＡ)はファイバに信号を導き入れている光源のＮＡよりも大きいことが好ましく、例えば、光ファイバのＮＡはＶＣＳＥＬ(縦型キャビティ面発光レーザ)源のＮＡより大きいことが好ましい。
【００５２】
望ましければ、本明細書に開示されるファイバの外ガラス表面に炭素の気密被覆を施すことができる。被覆の厚さは約１００μｍ未満とすることができる。少なくとも１つ、好ましくは２つ(軟質一次被覆及び硬質二次被覆)の、保護ポリマー被覆を炭素被覆に重ねて施すことができる。そのような炭素被覆の使用の結果、向上した耐動的疲労度が得られる。例えば、そのような被覆を用いると、５０より大きく、さらに好ましくは１００より大きい動的疲労定数が達成可能であり、４００ｋｐｓｉ(２.７６×１０９Ｐａ)より大きい１５％ワイブル故障確率が達成可能である。様々な例の屈折率パラメータ及びモデル計算した光学特性が下の表１に示される。例１〜６は図３で示されるプロファイルと同様の屈折率プロファイルを示す。例７及び８は図１で示されるプロファイルと同様の屈折率プロファイルを示す。特に、下の表１には、コア領域２０のΔ１，コア領域２０の外半径Ｒ１，コア領域２０のα，内環状領域３０のΔ２，内環状領域３０の外半径Ｒ２及び幅Ｗ２，凹屈折率環状領域５０のΔ３，凹屈折率環状領域５０の外半径Ｒ３，凹屈折率環状領域５０のプロファイル体積Ｖ３が与えられる。クラッド半径はファイバの最外半径(Ｒ４)であり、外環状ガラスクラッド領域６０の外半径でもある。ファイバの開口数ＮＡ及び開口数とコア径の積(ＮＡ・ＣＤ)も与えられる。ＮＡ・ＣＤは、好ましくは２０μｍより大きく、さらに好ましくは２２μｍより大きくすることができる。いくつかの実施形態において、ＮＡ・ＣＤは３０μｍより小さい。外ガラスクラッド径は、いくつかの実施形態において、１２０μｍより小さく、好ましくは１１０μｍより小さい。下表のファイバのそれぞれに、例えば約５μｍの幅(例えばファイバの最外５μｍ)に対して約５重量％の成分量の二酸化チタンドープ外クラッド領域７０も含めることにより、これらのファイバは、２５，３０，さらには４０より高い動的疲労値も示すであろう。
【表１】
【００５３】
本明細書に開示されるファイバに対して、動的疲労因子,ｎは、２５より大きいことが好ましく、３０より大きいことがさらに好ましく、３５より大きいことがさらに一層好ましい。
【００５４】
本明細書に開示されるファイバは、外層ガラスクラッド上に施された、様々な保護被覆２１０を有することができる。例えば、保護被覆２１０はその上に第１の比較的硬質の保護被覆を含むことができる。例えば、被覆は、硬化すると、５０，５５，６０，または６５より大きいショアーＤ硬度を示す、硬化ポリマー層とすることができる。そのような材料の例は、例えば米国特許第４９７３１２９号の明細書に見ることができる。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。あるいは、比較的硬質の被覆は気密炭素被覆として施すことができる。第１の比較的硬質の被覆層は約１２０μｍと１３０μｍの間、さらに好ましくは約１２４μｍと１２６μｍの間の外層厚を得るに十分な厚さで施すことができる。
【００５５】
望ましければ、必要に応じ、第１の硬質保護被覆に重ねて通常の一次被覆及び二次被覆を施すことができる。一次被覆は、ファイバが曲げられるか、ケーブルにつくられるかまたはスプールに巻かれるときにガラスファイバコアを緩衝及び保護するためのバッファとしてはたらくが、故障をもたらす、クラック成長の促進及び静的疲労の増大をおこさせ得る、水の吸収からガラス表面の保護も行う。二次被覆は一次被覆に重ねて施され、処理及び使用中のガラスファイバの損傷を防止する、頑丈な保護外層としてはたらく。例えば、一次被覆は、約０.１ＭＰａから約３ＭＰａのヤング率及び／または約−１００℃から約−２５℃のＴｇを有することができる。本明細書に用いられるように、硬化した一次被覆材料または第２の中間被覆材料のヤング率は、スティーマン(Steeman)等，「光ファイバのためのその場一次被覆弾性率試験の機械的解析(Mechanical Analysis of the in-situ Primary Coating Modulus Test for Optical Fibers)」，Proc. of the 52nd International Wire and Cable Symposium (IWCS, 米国フィラデルフィア，２００３年１１月１０〜１３日)，論文４１に説明されているような、引抜型その場弾性率試験を用いて測定される。多くの適する一次被覆が、例えば、チェン(Chien)等の米国特許第６３２６４１６号、ウィニンガム(Winningham)等の米国特許第６５３１５２２号、フュークス(Fewkes)等の米国特許第６５３９１５２号、ウィニンガムの米国特許第６５６３９９６号、フュークス等の米国特許第６８６９９８１号、ベイカー(Baker)等の米国特許第７０１０２０６号及び第７２２１８４２号、及びウィニンガムの米国特許第７４２３１０５号の各明細書に開示されている。これらの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。いくつかの実施形態において、従来の一次被覆及び二次被覆は上述した比較的硬質の保護層に重ねて施される。そのような実施形態において、第１の比較的硬質な保護層は、１２５μｍ光ファイバを受け入れることができるコネクタまたはその他のコンポーネントへの挿入のために、１２５μｍ径の第１の保護層を残す、一次被覆及び二次被覆のファイバからの容易な剥ぎ取りを可能にする、強固な密着性を示すことが好ましい。
【００５６】
適する一次被覆組成物には、約２５重量％〜７５重量％の１つないしさらに多くのウレタンアクリレートオリゴマー、約２５重量％〜約６５重量％の１つないしさらに多くの一官能価エチレン不飽和モノマー、約０重量％〜約１０重量％の１つないしさらに多くの多官能価エチレン不飽和モノマー、約１重量％〜約５重量％の１つないしさらに多くの光重合開始剤、約０.５ｐｐｈ〜約１.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの抗酸化剤、約０.５ｐｐｈ〜約１.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの定着剤、及び０.０１ｐｐｈ〜約０.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの安定剤が含まれるが、これらには限定されない。
【００５７】
他の適する一次被覆組成物には、約５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレート(Bomar Specialty CompanyのBR3741)、約４０重量％〜約４５重量％の間の多官能価アクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4003またはPhotomer 4960)、０〜約５重量％の一官能価アクリレートモノマー(カプロラクトンアクリレートまたはＮ-ビニルカプロラクタム)、約１.５重量％までの光重合開始剤(Chiba Specialty ChemicalのIrgacure 819またはIrgacure184, BASFのLUCIRIN(登録商標)TPO、またはこれらの組合せ)が含まれ、これに、約１ｐｐｈの定着剤(３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン)、及び約１ｐｐｈの抗酸化剤(Chiba Specialty ChemicalのIrganox 1035)が加えられ、必要に応じて約０.０５ｐｐｈまでの蛍光染料(Chiba Specialty ChemicalのUvitex OB)及び約０.０３ｐｐｈまでの安定剤(Sigma-Aldrichから入手できるペンタエリトリトールテトラキス(３-メルカプトプロプリオネート))が加えられる。
【００５８】
一次被覆組成物の例には以下の配合物：
(１)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3741, Bomar Specialty)、４０重量％のエトキシル化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis Corp.)、５重量％のＮ-ビニルピロリジノン、１.５重量％のビス(２,４,６-トリメチルベンゾイル)フェニル-酸化リン(Irgacure 819, Chiba Specialty)、１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgacure 184, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Specialty)、及び１ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン；
(２)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3741, Bomar Specialty)、４０重量％のエトキシル化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis Corp.)、５重量％のＮ-ビニルカプロラクタム、１.５重量％のビス(２,４,６-トリメチルベンゾイル)フェニル-酸化リン(Irgacure 819, Chiba Specialty)、１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgacure 184, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Spechialty)、及び１ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン；
(３)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer Co.)、４５重量％のエトキシル化(４)ノニルフェノールアクリレート(SR504, Sartomer Co.)、３重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルフェニル-酸化リン(Irgacure 1850, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン定着剤、及び０.５ｐｐｈのポリアルコキシポリシロキサンキャリア(Tegorad 2200, Goldschmidt)；及び
(４)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer Co.)、４５重量％のエトキシル化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis Corp.)、３重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルフェニル-酸化リン(Irgacure 1850, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン定着剤、及び０.５ｐｐｈの粘着付与剤(Unitac R-40, Union Camp)；
(５)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer Co.)、４５重量％のエトキシル化ノニルフェノールアクリレート(SR504, Sartomer Co.)、及び3重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルフェニル-酸化リン(Irgacure 1850, Chiba Specialty)；及び
(６)５２重量％のウレタンアクリレートオリゴマー(BR3741, Bomar)、４１.５重量％のエトキシル化ノニルフェノールアクリレートモノマー(Photomer 4003, Cognis)、5重量％のカプロラクトンアクリレートモノマー(Tone M-100, Dow)、１.５重量％のIrgacure 819光重合開始剤(Chiba)、1ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Specialty)、1ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(Gelest)、及び０.０３２ｐｐｈのペンタエリトリトールテトラキス(３-メルカプトプロピオネート)(Aldrich)；
があるが、これらには限定されない。
【００５９】
二次被覆材料は一般に、重合すると高い分子架橋率を示すウレタンアクリレート液を含有する被覆組成物の重合品である。いくつかの好ましい実施形態において、外層被覆は熱可塑性材料ではない。二次被覆は高い(例えば２５℃において約０.０８ＧＰａより高い)ヤング率及び高い(例えば約５０℃より高い)Ｔｇを有する。ヤング率は、約０.１ＧＰａと約８ＧＰａの間であることが好ましく、約０.５ＧＰａと約５ＧＰａの間であることがさらに好ましく、約０.５ＧＰａと約３ＧＰａの間であることが最も好ましい。Ｔｇは、約５０℃と約１２０℃の間であることが好ましく、約５０℃と約１００℃の間であることがさらに好ましい。二次被覆は、約４０μｍ未満であり、約２０μｍと約４０μｍの間であることがさらに好ましく、約２０μｍと約３０μｍの間であることが最も好ましい、厚さを有する。
【００６０】
二次被覆材料に用いるに適するその他の材料は、またそのような材料の選択に関係する要件も、技術上周知であり、チャピン(Chapin)の米国特許第４９６２９９２号及び第５１０４４３３号の明細書に説明されている。これらの明細書のそれぞれはそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。そのような被覆の代替として、ボテロ(Bothelho)等の米国特許第６７７５４５１号及びチョウ(Chou)等の米国特許第６６８９４６３号の明細書に説明されているように、低オリゴマー含有量／低ウレタン含有量被覆系を用いても高弾性率被覆が得られている。これらの明細書のそれぞれはそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。さらに、シゼル(Schissel)等の米国特許出願公開第２００７/０１０００３９号の明細書に説明されているように、高弾性率被覆を達成するために非反応性オリゴマー成分が用いられている。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。外層被覆は一般に、以下でさらに詳細に説明されるように、(硬化しているかまたはいない)既に被覆されているファイバに塗布され、続いて硬化される。抗酸化剤、触媒、滑剤、低分子量非架橋樹脂、安定剤、界面活性剤、表面剤、スリップ剤、ワックス、超微粉ポリテトラフルオロエチレン、等を含む、被覆の１つないしさらに多くの特性を強化する様々な添加剤も存在することができる。二次被覆は、技術上周知であるように、インクも含むことができる。
【００６１】
適する外層被覆組成物は、約０〜２０重量％の１つないしさらに多くのウレタンアクリレートオリゴマー、約７５〜約９０重量％の１つないしさらに多くの一官能価エチレン不飽和モノマー、約０〜約１０重量％の１つないしさらに多くの多官能価エチレン不飽和モノマー、約１〜約５重量％の１つないしさらに多くの光重合開始剤、及び約０.５〜約１.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの抗酸化剤を含むが、これらには限定されない。
【００６２】
他の適する外層被覆組成物は、約１０重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(Bomar Specialty Co.のKWS4131)、約７２〜約８２重量％のエトキシル化(４)ビスフェノールＡジアクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4028)、及び約５重量％のビスフェノールＡジグリシジルジアクリレート(CognisのPhotomer 3016)を含み、必要に応じて、約１０重量％までのジアクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4002)またはＮ-ビニルカプロラクタム、約３重量％までの光重合開始剤(Chiba Specialty ChemicalのIrgacure 184またはBASFのLUCIRIN TPO、あるいはこれらの組合せ)が含められ、これに約０.５ｐｐｈの抗酸化剤(Chiba Specialty ChemicalのIrganox 1035)が含められるが、これらには限定されない。
【００６３】
外層被覆配合物の例には以下の：
(１)４０重量％のウレタンアクリレートオリゴマー(CN981, Sartomer Company, Inc.)、１７重量％のプロポキシル化(３)グリセリルトリアクリレートモノマー(SR9020, Sartomer Inc.)、２５重量％のペンタエリトリトールテトラアクリレート(SR295, Sartomer Inc.)、１５重量％のエトキシル化(２)ビスフェノールＡジアクリレートモノマー(SR349, Sartomer Inc.)、及び３重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン／ビス(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルペンチル-酸化リンブレンド(Irgacure 1850, Chiba Specialty Chemical)；及び
(２)１０重量％のポリエーテルウレタンアクリレート(KWS4131, Bomar)、５重量％のビスフェノールＡジグリシジルジアクリレート(Photomer 3016, Cognis)、８２重量％のエトキシル化(４)ビスフェノールＡジアクリレート(Photomer 4028, Cognis)、１.５重量％のLUCIRIN TPO光重合開始剤(BASF)、１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgacure 184, Chiba)、及び０.５ｐｐｈのチオジエチレン(３,５-ジ-ター-ブチル-４-ヒドロキシ)ヒドロケイ皮酸塩抗酸化剤(Irganox 1035, Chiba Specialty Chemical)；
があるが、これらには限定されない。
【００６４】
第１の中間被覆１５は一般に、一次被覆のヤング率及びＴｇに比べて比較的高いヤング率及び比較的高いＴｇを与える被覆組成物の重合品である。ヤング率は、約０.１ＧＰａと約２ＧＰａの間であることが好ましく、約０.２ＧＰａと約１ＧＰａの間であることがさらに好ましく、約０.３ＧＰａと約１ＧＰａの間であることが最も好ましい。Ｔｇは、約０℃と約６０℃の間であることが好ましく、約１０℃と約６０℃の間であることがさらに好ましく、約１０℃と約５０℃の間であることが最も好ましい。第１の中間被覆は、約２５μｍ未満であり、さらに好ましくは約２０μｍ未満であり、さらに一層好ましくは約１５μｍ未満であり、最も好ましくは約５μｍ〜約１０μｍの範囲にある、厚さを有する。
【００６５】
上記説明が本発明の例示に過ぎず、特許請求の範囲によって定められるような本発明の本質及び特質の理解のための概要の提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は、記述とともに、本発明の原理及び動作の説明に役立つ、本発明の様々な特徴及び実施形態を示す。添付される特許請求の範囲によって定められるような本発明の精神または範囲を逸脱することなく、本明細書に説明されるような本発明の好ましい実施形態に様々な改変がなされ得ることが当業者には明らかになるであろう。
【符号の説明】
【００６６】
２０ ガラスコア
３０ 内環状領域
５０ 凹屈折率環状領域
６０ 外環状領域
７０ 二酸化チタンドープ外クラッド領域
２００ ガラスクラッド層
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条ｅ項の下に、２０１０年３月２日に出願された米国仮特許出願第６１/３０９６６０号の優先権の恩典を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には光ファイバに関し、さらに詳しくは多モード光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００３】
コーニング社(Corning Incorporated)は、最大相対屈折率Δが約２％でコア径が６２.５μｍのコアを有する多モードファイバである、ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ(登録商標)６２.５μｍ光ファイバを、また、最大相対屈折率Δが約１％でコア径が５０μｍのコアを有する多モードファイバである、ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバも、製造販売している。コーニング社は、１００μｍのコア径、１４０μｍのアンドープシリカクラッド層径、及び０.２９の開口数を有する分布屈折率光ファイバである、１００/１４０ ＣＰＣ３多モードファイバも製造した。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
大コア径及び大開口数を有する多モード光ファイバが本明細書に開示される。本明細書に開示される多モード光ファイバは、３０μｍより大きなコア半径を有する分布屈折率コア領域及びコア領域を囲んでいるクラッド領域を有し、クラッド領域はクラッド層の他の部分に対して凹んでいる凹屈折率環状クラッド領域を有することができる。好ましくは、凹屈折クラッド領域はコアに直に接していることができる。二酸化チタンドープクラッド領域が上記クラッド領域を囲む。二酸化チタンは、好ましくは５重量％より多く、さらに好ましくは８重量％より多くの、１０重量％より多くし得る、量で存在することができる。二酸化チタンドープ領域の幅は１μｍと５μｍの間である。ファイバは１２０μｍより小さい総外径を有することが好ましく、８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより広い全モード励振伝送帯域を示すことができる。
【０００５】
ファイバのコアはガラスであることが好ましく、凹屈折率環状領域及びいずれのクラッド領域もガラスとすることができる。凹屈折率環状クラッド領域は、好ましくは約−０.１より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を、さらに好ましくは約−０.２より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有する。凹屈折率環状クラッド領域はコアに直に接していることが好ましい。しかし、凹屈折率環状クラッド領域はコアから、例えば、４μｍ未満の距離で、さらに好ましくは１μｍから４μｍの距離で、隔てることができる。本明細書に開示されるそのような光ファイバは８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより広い全モード励振伝送帯域を示すことができる。本明細書に開示されるファイバは、好ましくは１２０μｍより小さく、さらに好ましくは１１０μｍより小さい最外ガラス径を有する。
【０００６】
コアの屈折率プロファイルは放物型または実質的に放物型の形状を有することが好ましい。凹屈折率環状領域は、例えば、複数の空孔を含むガラス、あるいはフッ素、ホウ素またはこれらの混合物のような下げドーパントがドープされたガラス、あるいは１つないしさらに多くのそのような下げドーパントがドープされたガラスに加えて複数の空孔を含むガラスからなることができる。いくつかの好ましい実施形態において、凹屈折率環状領域はフッ素ドープ石英ガラスからなる。いくつかの実施形態において、凹屈折率環状領域は、約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅、さらに好ましくは約−０.３％より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有する。
【０００７】
空孔を含むクラッドを有するいくつかの実施形態において、いくつかの好ましい実施形態での空孔は凹屈折率環状領域内に非周期的に配置される。「非周期的配置」は、光ファイバの(軸線に垂直な断面のような)断面をとった場合に、非周期的に配置された空孔がファイバの一部にかけて(例えば凹屈折率環状領域内において)ランダムにまたは非周期的に分布することを意味する。ファイバの長さに沿う別の点でとられた同様の断面は異なる態様でランダムに分布する断面孔パターンを示すであろう。すなわち、様々な断面は、空孔の分布及び空孔径が正確な一致を示さない、相異なる断面孔パターンを有するであろう。すなわち、空孔は非周期的である、すなわち、空孔はファイバ構造内に周期的に配置されてはいない。これらの空孔は光ファイバの長さに沿って(すなわち軸線に平行に)引き伸ばされる(細長にされる)が、一般的な長さの伝送ファイバについて、ファイバ全体の全長にわたって延びてはいない。空孔の延びの長さは、ファイバの長さに沿って、２０ｍより短く、さらに好ましくは１０ｍより短く、さらに一層好ましくは５ｍより短く、いくつかの実施形態では１ｍより短いと考えられる。
【０００８】
本明細書に開示される多モード光ファイバは非常に低い曲げ誘起減衰、特に非常に低いマクロベンド誘起減衰を示す。したがって、多モード光ファイバは、分布屈折率ガラスコア及びコアを囲んでいる凹屈折率環状領域を含む第２のクラッド層を有し、凹屈折率環状領域は、約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を、さらに好ましくは約−０.３％より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有し、本ファイバはさらに、８５０ｎｍにおいて０.５ｄＢ/ターン以下の３ｍｍ径マンドレル０.５ターン巻付け減衰増大、０.２４より大きく、さらに好ましくは０.２６より大きく、最も好ましくは０.２８より大きい開口数、及び、８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、最も好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、全モード励振伝送帯域を示す。
【０００９】
本明細書に開示される構成を用いれば、好ましくは８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは８５０ｎｍにおいて５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて７００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、最も好ましくは８５０ｎｍにおいて１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、全モード励振伝送(ＯＦＬ)帯域を提供する、コア径が６０μｍないしさらに大きい(例えば、７０μｍより大きいか、または７５μｍより大きい)多モードファイバを作製することができる。そのような広帯域は、１.０ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.５ｄＢより小さく、さらに一層好ましくは０.３ｄＢより小さく、最も好ましくは０.２ｄＢより小さい、８５０ｎｍの波長における１×１８０°ターン３ｍｍ径マンドレル巻付け減衰増大を維持しながら、達成することができる。そのような広帯域はｄＢとすることもできる。そのようなファイバは、０.２ｄＢより小さく、さらに好ましくは０.１ｄＢより小さく、最も好ましくは０.０５ｄＢより小さい、８５０ｎｍの波長における２×９０°ターン４ｍｍ径マンドレル巻付け減衰増大も維持しながら達成することができる。そのような曲げ損失及び帯域は入力信号がファイバの中心に合わせられた場合にも、入力信号がファイバの中心に対して５μｍ、さらには１０μｍ、オフセットされて投射されたときにも、達成される。そのようなファイバはさらに、０．２４より大きく、さらに好ましくは０.２６より大きく、最も好ましくは０.２８より大きい、開口数(ＮＡ)を提供することができる。そのようなファイバは同時に、２００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、好ましくは５００ＭＨｚ-ｋｍより大きく、さらに好ましくは１０００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、１３００ｎｍにおけるＯＦＬ帯域をさらに示すことができる。
【００１０】
本明細書に開示される多モード光ファイバは、８５０ｎｍにおいて５.０ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは８５０ｎｍにおいて４.０ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに一層好ましくは８５０ｎｍにおいて３.５ｄＢ/ｋｍより小さく、さらになお好ましくは８５０ｎｍにおいて３.０ｄＢ/ｋｍより小さい、スペクトル減衰を示すことが好ましい。本明細書に開示される多モード光ファイバは、１３００ｎｍにおいて１.５ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは１３００ｎｍにおいて１.５ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに一層好ましくは１３００ｎｍにおいて０.８ｄＢ/ｋｍより小さい、スペクトル減衰を示すことが好ましい。そのようにすることで、いくつかの状況において凹クラッド領域を有する光ファイバに対して帯域をさらに向上させ得るように、多モード光ファイバに撚りを施すことが望ましいことがある。撚りは、ファイバが光ファイバから線引きされている間、すなわち、ファイバがまだある程度加熱されていて非弾性回転変形を受けることができ、ファイバが十分に冷却された後に回転変形を実質的に保持することができる間に、撚りがかけられる、ファイバへの撚りの適用または付与を意味する。
【００１１】
本明細書に開示される光ファイバの開口数(ＮＡ)は、０.３２未満で０.１８より大きいことが好ましく、０.２より大きいことがさらに好ましく、０.３２未満で０.２４より大きいことがさらに一層好ましく、０.３０未満で０.２４より大きいことが最も好ましい。
【００１２】
コアは中心線から、Ｒ１≧３０μｍ、さらに好ましくはＲ１≧３５μｍ、いくつかの場合にはＲ１≧４０μｍの、半径Ｒ１まで外向きに拡がるように構成することができる。コアは、Ｒ１≦５０μｍ、好ましくはＲ１≦４５μｍの、半径Ｒ１を有するように構成することができる。
【００１３】
コアは、３.０％以下で０.５％より大きく、さらに好ましくは２.５％未満で０.９％より大きく、最も好ましくは２.２％未満で１.２％より大きい、最大相対屈折率を有するように構成することができる。コアは１.６％と２.０％の間の最大相対屈折率を有することができる。
【００１４】
本明細書に開示される光ファイバは、８００ｎｍと１４００ｎｍの間の全ての波長において、１.０ｄＢをこえず、好ましくは０.５ｄＢをこえず、さらに好ましくは０.３ｄＢをこえず、最も好ましくは０.２ｄＢをこえない、１×１８０°３ｍｍ径マンドレル巻付け減衰増大を示すことができる。
【００１５】
本明細書に開示される多モード光ファイバは、軸方向中心線の回りに配された分布屈折率ガラスコア、及びコアを囲んでいるガラスクラッド層を有することができる。クラッド層は凹屈折率環状領域を及び外環状領域を有する。凹屈折率環状領域はコアに直に接することが好ましく、いくつかの実施形態において外環状領域はアンドープシリカクラッド層を含むことが好ましいが、他の実施形態において凹環状領域は光ファイバの最外ガラス径まで拡がることができる。本明細書に述べられる屈折率は全て、以下で説明されるように、外環状領域が基準になっている。
【００１６】
本明細書に開示されるファイバは、そのような遠距離通信ファイバに対する通常の動作波長において、すなわち少なくとも８５０ｎｍから１３００ｎｍまで拡がる波長範囲にわたり、多モードであることができる。
【００１７】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは以下の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲を含み、添付図面も含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【００１８】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも本発明の実施形態を提示し、特許請求されるような本発明の本質及び特質の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、凹屈折環状領域がコアからオフセットされ、外環状クラッド領域で囲まれている、本明細書に開示される多モード光ファイバの一実施形態例のガラス領域の断面の屈折率プロファイルの(比例拡縮されていない)略図を示す。
【図２】図２は、図１の光導波路ファイバの断面図の(比例拡縮されていない)略図を示す。
【図３】図３は、凹屈折環状領域がコアからオフセットされておらず、外環状クラッド領域で囲まれている、本明細書に開示される多モード光ファイバの一実施形態例のガラス領域の断面の屈折率プロファイルの(比例拡縮されていない)略図を示す。
【図４】図４は、図３の光導波路ファイバの断面図の(比例拡縮されていない)略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者にはその説明から明らかであろうし、あるいは以下の詳細な説明に添付される特許請求の範囲及び添付図面と合わせて説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【００２１】
「屈折率プロファイル」は屈折率または相対屈折率と導波路ファイバ半径の間の関係である。
【００２２】
「相対屈折率％」はΔ％＝１００×(ｎｉ２−ｎ基準２)/２ｎｉ２と定義され、ｎｉは、別途に指定されない限り、領域ｉの最大屈折率である。相対屈折率％は、別途に指定されない限り、８５０ｎｍで測定される。別途に指定されない限り、ｎ基準はアンドープ石英ガラスの屈折率、すなわち、８５０ｎｍにおいて１.４５２５である。
【００２３】
本明細書に用いられるように、相対屈折率はΔで表され、別途に指定されない限り、その値は「％」単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ基準より小さい場合、相対屈折率％は負であり、凹領域または凹屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は、別途に指定されない限り、屈折率が最も負である点において計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ基準より大きい場合、相対屈折率％は正であり、その領域は、高められているまたは正屈折率を有するといわれ得る。「上げドーパント」は、本明細書において、純粋なアンドープＳｉＯ２に対して屈折率を高める性質を有するドーパントと見なされる。「下げドーパント」は、本明細書において、純粋なアンドープＳｉＯ２に対して屈折率を低める性質を有するドーパントと見なされる。上げドーパントは、上げドーパントではない１つないしさらに多くの他のドーパントがともなう場合、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在することができる。同様に、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に上げドーパントではない１つないしさらに多くのドーパントが存在することができる。下げドーパントは、下げドーパントではない１つないしさらに多くの他のドーパントがともなう場合、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在することができる。同様に、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に下げドーパントではない１つないしさらに多くのドーパントが存在することができる。
【００２４】
別途に注記されない限り、マクロベンド性能は、ＦＯＴＰ-６２(ＩＥＣ-６０７９３-１-４７)にしたがい、２ｍｍ、３ｍｍまたは１０ｍｍあるいは同様の直径のマンドレル上への、規定されたターン数またはターン角に対し、１ターン巻付け、曲げによる減衰の増大を測定する光源が試験下のファイバのコア径の５０％より大きいスポット径を有する全モード励振伝送投射条件を用いて、決定した(例えば、「１×１０ｍｍ径マクロベンド損失」または「１×１８０°ターン３ｍｍ径マクロベンド損失」)。いくつかの測定において、１×２５ｍｍ径マンドレルに中点近くで布設した２ｍ長のＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバの入力端に全モード励振伝送パルスを投射することによって、エンサークルドフラックス投射(ＥＦＬ)マクロベンド性能を得た。ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ５０μｍ光ファイバの出力端を試験下のファイバに永久接続し、測定される曲げ損失は、曲げがない状態における損失に対する規定された曲げ条件下の損失の比である。
【００２５】
本明細書に用いられるように、ファイバの開口数は、名称を「測定方法及び試験手順−開口数(Measurement Methods and Test Procedures-Numerical Aperture)」とする、ＴＩＡ ＳＰ３-２８３９-ＵＲＶ２ ＦＯＴＰ-１７７ ＩＥＣ-６０７９６-１-４３に説明される方法を用いて測定されるような開口数を意味する。
【００２６】
術語「αプロファイル」または「アルファプロファイル」は、ｒを半径として、式：
【数１】
【００２７】
にしたがう、「％」単位のΔ(ｒ)によって表される相対屈折率プロファイルを指す。ここで、ｒ０は別途に指定されない限りゼロであり、ｒ１はΔ(ｒ)％がゼロである点であり、ｒはｒｉ≦ｒ≦ｒｆの範囲にあって、Δは上で定義され、ｒｉはαプロファイルの始点であり、ｒｆはαプロファイルの終点であり、αは実数の指数である。
【００２８】
凹屈折率環状領域は、本明細書において、
【数２】
【００２９】
と定義される、プロファイル体積,Ｖ３を有する。ここで、定義にしたがい、Ｒ内は凹屈折率環状領域の内径であり、Ｒ外は凹屈折率環状領域の外径である。本明細書に開示されるファイバに対し、Ｖ３の絶対値は、１２０％-μｍ２より大きいことが好ましく、１６０％-μｍ２より大きいことがさらに好ましく、２００％-μｍ２より大きいことがさらに一層好ましい。Ｖ３の絶対値は、４００％-μｍ２より小さいことが好ましく、３５０％-μｍ２より小さいことがさらに好ましい。いくつかの好ましい実施形態において、Ｖ３の絶対値は、１２０％-μｍ２より大きく、３５０％-μｍ２より小さい。他の好ましい実施形態において、Ｖ３の絶対値は、１６０％-μｍ２より大きく、３００％-μｍ２より小さい。
【００３０】
本明細書に開示される多モード光ファイバはコア及びコアを囲んでコアに直に接するクラッド層を有する。いくつかの実施形態において、コアはゲルマニウムがドープされたシリカ、すなわち二酸化ゲルマニウムドープシリカを含む。所望の屈折率及び密度を得るため、本明細書に開示される光ファイバのコア内に、特に中心線またはその近くに、Ａｌ２Ｏ３またはＰ２Ｏ５のようなゲルマニウム以外のドーパントを、単独でまたは組み合わせて、用いることができる。いくつかの実施形態において、本明細書に開示される光ファイバの屈折率プロファイルはコアの中心線から外半径まで非負である。いくつかの実施形態において、光ファイバはコアに屈折率下げドーパントを含有していない。
【００３１】
図１は、ガラスコア２０及びガラスクラッド層２００を有し、クラッド層が内環状領域３０，凹屈折率環状領域５０，外環状領域６０，及び二酸化チタンドープ外クラッド領域７０を有する、多モード光ファイバの一実施形態例のガラス部分の断面の屈折率プロファイルの略図を示す。図２は図１の光導波路ファイバの断面の(比例拡縮されていない)略図である。コア２０は外半径Ｒ１及び最大屈折率Δ,Δ１最大を有する。内環状領域３０は屈折率Δ,Δ２を有し、幅Ｗ２及び外半径Ｒ２を有する。凹屈折率環状領域５０は、最小屈折率Δ％,Δ３最小、幅Ｗ３及び外半径Ｒ３を有する。凹屈折率環状領域５０は、コア２０からオフセットされて、すなわち内環状領域３０によって隔てられて示される。好ましい実施形態において、内環状領域３０の幅は４.０μｍより小さくすることができる。
【００３２】
図１に示される実施形態において、凹屈折率環状領域５０が内環状領域３０を囲み、外環状クラッド領域６０が環状領域５０を囲み、好ましくは環状領域５０に接し、二酸化チタンドープ外クラッド領域７０が外環状クラッド領域６０を囲み、好ましくは外環状領域６０に接する。二酸化チタンドープ外クラッド領域７０内の二酸化チタンは、好ましくは５重量％より多く、さらに好ましくは８重量％より多くの量で存在することができ、１０重量％より多くすることができる。二酸化チタンドープ領域は１μｍと５μｍの間の幅を有する。内環状領域３０は、最大相対屈折率Δ２最大及び最小相対屈折率Δ２最小を有し、いくつかの実施形態においてはΔ２最大＝Δ２最小である。凹屈折率環状領域５０は、最小相対屈折率Δ３最小を有する、屈折率プロファイルΔ３(ｒ)を有する。外環状領域６０は相対屈折率Δ４を有する。Δ１＞Δ４＞Δ３であることが好ましく、図１に示される実施形態において、Δ１＞Δ２＞Δ３である。いくつかの実施形態において、内環状領域３０は、一定のΔ２(ｒ)を有する図１に示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有し、いくつかの実施形態において、Δ２(ｒ)＝０％である。いくつかの実施形態において、外環状領域６０は、一定のΔ４(ｒ)を有する図１に示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有し、いくつかの実施形態において、Δ４(ｒ)＝０％である。コアはフッ素を実質的に含まないことが好ましく、コアはフッ素を含まないことが好ましい。いくつかの実施形態において、内環状領域３０は最大絶対値が０.０５％より小さい相対屈折率プロファイルΔ２(ｒ)を有し、Δ２最大＜０.０５％及びΔ２最小＞−０.０５％であることが好ましく、凹屈折率環状領域５０は、クラッド層の相対屈折率が初めに−０.０５％より小さい値に達する半径から始まり、中心線から外向きの径方向に進む。いくつかの実施形態において、外環状領域６０は、最大絶対値が０.０５％より大きく、−０.０５％より小さい、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有する。
【００３３】
光ファイバのガラス部分の外径は、１２０μｍより小さいことが好ましく、１１０μｍより小さいことがさらに好ましく、約１００μｍ以下であることがさらに一層好ましい。すなわち、図１に示される実施形態において、外層クラッド径(２×Ｒ４)は、１２０μｍより小さいことが好ましく、１１０μｍより小さいことがさらに好ましく、約１００μｍより小さいことがさらに一層好ましい。いくつかの実施形態において、コア径(２×Ｒ１)は、３５μｍと４５μｍの間、さらに好ましくは３７μｍと４３μｍの間であり、外層クラッド半径Ｒ４は、４５μｍと５５μｍの間、さらに好ましくは４７μｍと５３μｍの間である。いくつかの好ましい実施形態において、外層クラッド領域６０は、１５μｍより小さく、さらに好ましくは１０μｍより小さく、最も好ましくは７μｍより小さい、幅を有する。
【００３４】
本明細書に開示される多モード光ファイバにおいて、コアは分布屈折率コアであり、コアの屈折率プロファイルは放物型(または実質的に放物型)の形状を有することが好ましく、例えば、コアの屈折率プロファイルは、α値が、８５０ｎｍで測定して、１.９と２.３の間であることが好ましく、約２.１であることがさらに好ましい、α形状を有することができる。あるいは、コアの屈折率プロファイルは、α値が、８５０ｎｍで測定して、１.９と２.１の間であることが好ましく、約２.０であることがさらに好ましい、α形状を有することができる。いくつかの実施形態において、コアの相対屈折率は、コアの最大屈折率及び光ファイバ全体の最大相対屈折率が中心線から小距離離して配置される、中心線ディップを有することができ、他の実施形態において、コアの屈折率は中心線ディップを有さず、コアの最大屈折率及び光ファイバ全体の最大屈折率は中心線に配置される。放物型形状は半径Ｒ１まで拡がり、好ましくはファイバの中心線からＲ１まで拡がる。したがって、本明細書に用いられるように、「放物型」は、コアの１つないしさらに多くの点においてα値が約２.０から若干変わり得る、例えばα値が１.９，２.１または２.３の、実質的に放物型形状の屈折率プロファイルを含み、また小さな変動及び／または中心線ディップを有するプロファイルも含む。図を参照すれば、コア２０は、放物型コア形状が終端し、クラッド層２００の最内半径と一致する、半径Ｒ１において終端すると定められる。
【００３５】
本明細書に開示される光ファイバはシリカベースのコア及びクラッド層を有することが好ましい。クラッド層２００の１つないしさらに多くの領域は、例えば、堆積プロセス中に堆積されたか、またはロッドインチューブ光ファイバプリフォームにおけるチューブのような、外装の形態で与えられたか、あるいは堆積材料と外装の組合せの、クラッド材料からなることができる。クラッド層２００は少なくとも１つの被覆２１０で囲むことができ、この被覆は、いくつかの実施形態において、低弾性率一次被覆及び高弾性率二次被覆を含む。被覆は、アクリル樹脂ベースポリマーのような、ポリマー被覆とすることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、凹屈折環状領域は、非周期的に配置されたかまたは周期的に配置されたか、あるいはいずれでもある、空孔を含む。「非周期的配置」または「非周期的分布」により、光ファイバの(軸線に垂直な断面のような)断面をとった場合に、非周期的に配置された空孔がファイバの一部にかけてランダムにまたは非周期的に分布することを意味する。ファイバの長さに沿う別の点でとられた同様の断面は異なる断面孔パターンを示すであろう。すなわち、様々な断面は、空孔の分布及び空孔径が正確な一致を示さない、相異なる断面孔パターンを有するであろう。すなわち、空孔は非周期的である、すなわち、空孔はファイバ構造内に周期的に配置されてはいない。これらの空孔は光ファイバの長さに沿って(すなわち軸線に平行に)引き伸ばされる(細長にされる)が、一般的な長さの伝送ファイバについて、ファイバ全体の全長にわたって延びてはいない。理論に束縛されることは望まないが、空孔はファイバの長さに沿って、数ｍ以上長く、多くの場合には１ｍ以上長く延びることはないと考えられる。本明細書に開示される光ファイバは、固結ガラスブランク内にかなりの量の気体が閉じ込められ、よって固結ガラス光ファイバプリフォーム内の空孔の形成を生じさせる結果を得るに有効なプリフォーム固化条件を用いる方法によって作製することができる。これらの空孔を除去する工程をとるのではなく、得られたプリフォームは内部に空孔を有する光ファイバを形成するために用いられる。本明細書に用いられるように、孔の径は、光ファイバの軸線に垂直方向に横切る断面で光ファイバを見たときの、孔を定めるシリカ内表面上に端点が配されている最長線分である。
【００３７】
いくつかの実施形態において、内環状領域３０はフッ素も二酸化ゲルマニウムも実質的にドープされていないシリカからなる。環状領域３０の幅は４.０μｍより小さいことが好ましく、２.０μｍより小さいことがさらに好ましい。いくつかの実施形態において、外環状領域６０は実質的にドープされていないシリカからなるが、シリカはいくらかの量の塩素、フッ素、二酸化ゲルマニウムまたはその他のドーパントを、総合しても屈折率を有意に改変しない濃度で含有することができる。凹屈折率環状領域５０はフッ素及び／またはホウ素がドープされたシリカからなることができる。または、凹屈折率環状領域５０は複数の非周期的に配置された空孔を含むシリカからなることができる。空孔は、アルゴン、窒素、クリプトン、ＣＯ２、ＳＯ２または酸素のような、１つないしさらに多くの気体を含むことができ、あるいは、空孔を、実質的に気体を含まない、真空にすることができる。いかなる気体の存在または不在にもかかわらず、環状領域５０の屈折率は空孔の存在により低められる。空孔はクラッド層２００の環状領域５０内にランダムにまたは非周期的に配置することができ、別の実施形態において、空孔は環状領域５０に周期的に配置される。あるいはまたはさらに、環状領域５０の凹屈折率は、環状領域５０を(フッ素によるように)下げドープするかあるいはクラッド層の１つないしさらに多くの領域及び／またはコアを上げドープすることによって与えることもでき、この場合、凹屈折率環状領域５０は、例えば、内環状領域３０ほど大量にはドープされていないシリカである。凹屈折率環状領域５０の最小相対屈折率または、いかなる空孔の存在も考慮するような、平均実効相対屈折率は、−０.１％より小さいことが好ましく、約−０.２％より小さいことがさらに好ましく、約−０.３％より小さいことがさらに一層好ましく、約−０.４％より小さいことが最も好ましい。
【００３８】
二酸化チタンドープ外層クラッド７０は通常の外付け(ＯＶＤ)プロセスを用いて形成することができる。例えば、スート堆積プロセスにおいて、例えば通常のＯＶＤスート堆積プロセスの終わり際に、ＴｉＯ２-ＳｉＯ２スート層の１回ないしさらに多くのパスを用いることができる。ＴｉＣｌ４及びＳｉＣｌ４を反応体配送システムによってＯＶＤバーナーに供給し、よって二酸化チタン-シリカスートを堆積することができる。
【００３９】
二酸化チタンドープ外層クラッド７０を用いる結果、本明細書において動的疲労値ｎとして説明される、向上した耐動的疲労性を得ることができる。例えば、二酸化チタンドープ外層クラッド７０を用いて、２５または３０より高く、さらには４０よりも高い、動的疲労値を達成することが可能である。
【００４０】
本特許出願においては、ガラス光ファイバのキズに破壊力学が適用されるとしている。すなわち、応力強度因子,ＫＩが、式(１)：
【数３】
【００４１】
によって印加張力,σａ及びキズ深さ,ａに関係付けられる。
【００４２】
ＫＩが破壊靱性,ＫＩＣに達し、ＫＩ＝ＫＩＣになると破壊がおこる。上式(１)を強度,σｆについて整理すれば、σｆをキズ深さ,ａの関数として、式(２)：
【数４】
【００４３】
により与えることができる。
【００４４】
べき乗則クラック速度モデルが、クラック速度と応力強度因子の間の関係を、式(３)：
【数５】
【００４５】
によって表すとも仮定される。ここで、Ａ及びｎはクラック成長パラメータである。クラック成長パラメータｎは、臨界未満のクラック成長への材料の感受性の尺度を与える特有の値である。光ファイバについては、ファイバ強度,σｆが応力速度,σｒの関数：
【数６】
【００４６】
として測定される、動的疲労手法を用いてｎが測定されることが多い。
【００４７】
添字１及び２は異なる応力速度に対する異なる強度測定値を示す。ｎの値はlog[強度]対log[応力速度]の単純回帰によって決定され、勾配が１/(ｎ＋１)に等しい。耐疲労性ｎ値の測定の全般的な議論については、グレースマン(Glaesemann)，ジェイカス(Jakus)及びリッター(Ritter)，「ソーダ石灰ガラスの押込強度変動度(Strength Variability of Indented Soda-Lime Glass)」，Journal of the American Ceramic Society，１９８７年６月，第７０巻，第６号，ｐ.４４１〜４４４、を参照されたい。
【００４８】
本明細書に与えられるｎ値に対し、ファイバ強度は、２０ｍゲージ長を用い、相対湿度１００％においてほぼ２５℃で測定した。用いた応力速度は４％/分及び０.００４％/分の応力速度に相当する。勾配[１/(ｎ＋１)]の標準偏差は一般に、本明細書に報告されるｎ値についての平均の１０％であった。同様であるが網羅的ではない、動的疲労試験法が、ＳＩＡ試験手順ＦＯＴＲ−７６に与えられている。本明細書に述べられる(耐疲労性データへの対照としての)強度データは上記環境条件の下で４０％/分の応力速度により測定した。
【００４９】
図３は、ガラスコア２０及びガラスクラッド層２００を有し、クラッド層が凹屈折率環状領域５０，外環状クラッド領域６０及び二酸化チタンドープ外クラッド領域７０を有する、多モード光ファイバの別の実施形態例のガラス部分の断面の屈折率プロファイルの略図を示す。二酸化チタンドープ外クラッド領域７０内の二酸化チタンの量は、好ましくは５重量％より多く、さらに好ましくは８重量％より多くすることができ、１０重量％より多くすることができる。図４は図３の光導波路ファイバの断面の(比例拡縮されていない)略図である。コア２０は外半径Ｒ１及び最大屈折率Δ,Δ１最大を有する。凹屈折率環状領域５０は最小屈折率Δ,Δ３最小、幅Ｗ３及び外半径Ｒ３を有する。凹屈折率環状領域５０はコア２０を囲み、コア２０と直に接している。すなわち、コア２０と凹屈折率環状領域５０の間に(Δ２を有する)内クラッド領域３０は存在しない。Δ１＞Δ４＞Δ３であることが好ましい。外環状領域６０は凹屈折率環状領域５０を囲み、凹屈折率環状領域５０に接している。凹屈折率環状領域５０は、最小相対屈折率Δ３最小を有する、相対屈折率プロファイルΔ３(ｒ)を有する。外環状領域６０は、最大相対屈折率Δ４最大及び最小相対屈折率Δ４最小を有する、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有し、いくつかの実施形態においてはΔ４最大＝Δ４最小である。Δ１最大＞Δ３最小であることが好ましい。コアは二酸化ゲルマニウムがドープされ、フッ素を実質的に含有していないことが好ましく、フッ素を全く含有していないことがさらに好ましい。凹屈折率環状領域５０は、クラッド層の相対屈折率が初めに−０.０５％に達する半径から始まり、中心線から外幹に径方向に進む。いくつかの実施形態において、外環状領域６０は、０.０５％より小さい最大絶対値を有する相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有する。すなわちΔ４最大＜０.０５％及びΔ４最小＞−０.０５％であり、凹屈折率環状領域５０は比較的一定の屈折率(Δ４)領域が始まる半径で終端する。
【００５０】
多モード光ファイバの別の実施形態例はガラスコア２０及び、外環状クラッド領域６０及び二酸化チタンドープ外クラッド領域７０を有する、ガラスクラッド層２００を有する。いくつかの実施形態において、環状領域６０は、０.０５％より小さい最大絶対値を有する相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有する。すなわちΔ４最大＜０.０５％及びΔ４最小＞−０.０５％である。そのような実施形態のいくつかにおいて、環状領域６０は実質的に純シリカからなる。別の実施形態において、環状領域６０は、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)が０.０５％より小さい最大絶対値を有するように、フッ素、ゲルマニウム及び／または塩素を含有する。他の実施形態において、環状領域６０はシリカに対する屈折率が約−０.１より小さく、さらに好ましくは−０.２より小さくなるように、ドープされる。二酸化チタンドープ外クラッド領域７０内の二酸化チタンの量は、好ましくは５重量％より多く、さらに好ましくは８重量％より多くすることができ、１０重量％より多くすることができる。二酸化チタンドープ領域は１μｍと５μｍの間の幅を有する。コア２０は外半径Ｒ１及び最大屈折率Δ,Δ１最大を有する。外環状領域６０は、最大相対屈折率Δ４最大及び最小相対屈折率Δ４最小を有する、相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有し、いくつかの実施形態においてはΔ４最大＝Δ４最小である。コアは二酸化ゲルマニウムがドープされ、フッ素を実質的に含有していないことが好ましく、フッ素を全く含有していないことがさらに好ましい。
【００５１】
光ファイバの開口数(ＮＡ)はファイバに信号を導き入れている光源のＮＡよりも大きいことが好ましく、例えば、光ファイバのＮＡはＶＣＳＥＬ(縦型キャビティ面発光レーザ)源のＮＡより大きいことが好ましい。
【００５２】
望ましければ、本明細書に開示されるファイバの外ガラス表面に炭素の気密被覆を施すことができる。被覆の厚さは約１００μｍ未満とすることができる。少なくとも１つ、好ましくは２つ(軟質一次被覆及び硬質二次被覆)の、保護ポリマー被覆を炭素被覆に重ねて施すことができる。そのような炭素被覆の使用の結果、向上した耐動的疲労度が得られる。例えば、そのような被覆を用いると、５０より大きく、さらに好ましくは１００より大きい動的疲労定数が達成可能であり、４００ｋｐｓｉ(２.７６×１０９Ｐａ)より大きい１５％ワイブル故障確率が達成可能である。様々な例の屈折率パラメータ及びモデル計算した光学特性が下の表１に示される。例１〜６は図３で示されるプロファイルと同様の屈折率プロファイルを示す。例７及び８は図１で示されるプロファイルと同様の屈折率プロファイルを示す。特に、下の表１には、コア領域２０のΔ１，コア領域２０の外半径Ｒ１，コア領域２０のα，内環状領域３０のΔ２，内環状領域３０の外半径Ｒ２及び幅Ｗ２，凹屈折率環状領域５０のΔ３，凹屈折率環状領域５０の外半径Ｒ３，凹屈折率環状領域５０のプロファイル体積Ｖ３が与えられる。クラッド半径はファイバの最外半径(Ｒ４)であり、外環状ガラスクラッド領域６０の外半径でもある。ファイバの開口数ＮＡ及び開口数とコア径の積(ＮＡ・ＣＤ)も与えられる。ＮＡ・ＣＤは、好ましくは２０μｍより大きく、さらに好ましくは２２μｍより大きくすることができる。いくつかの実施形態において、ＮＡ・ＣＤは３０μｍより小さい。外ガラスクラッド径は、いくつかの実施形態において、１２０μｍより小さく、好ましくは１１０μｍより小さい。下表のファイバのそれぞれに、例えば約５μｍの幅(例えばファイバの最外５μｍ)に対して約５重量％の成分量の二酸化チタンドープ外クラッド領域７０も含めることにより、これらのファイバは、２５，３０，さらには４０より高い動的疲労値も示すであろう。
【表１】
【００５３】
本明細書に開示されるファイバに対して、動的疲労因子,ｎは、２５より大きいことが好ましく、３０より大きいことがさらに好ましく、３５より大きいことがさらに一層好ましい。
【００５４】
本明細書に開示されるファイバは、外層ガラスクラッド上に施された、様々な保護被覆２１０を有することができる。例えば、保護被覆２１０はその上に第１の比較的硬質の保護被覆を含むことができる。例えば、被覆は、硬化すると、５０，５５，６０，または６５より大きいショアーＤ硬度を示す、硬化ポリマー層とすることができる。そのような材料の例は、例えば米国特許第４９７３１２９号の明細書に見ることができる。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。あるいは、比較的硬質の被覆は気密炭素被覆として施すことができる。第１の比較的硬質の被覆層は約１２０μｍと１３０μｍの間、さらに好ましくは約１２４μｍと１２６μｍの間の外層厚を得るに十分な厚さで施すことができる。
【００５５】
望ましければ、必要に応じ、第１の硬質保護被覆に重ねて通常の一次被覆及び二次被覆を施すことができる。一次被覆は、ファイバが曲げられるか、ケーブルにつくられるかまたはスプールに巻かれるときにガラスファイバコアを緩衝及び保護するためのバッファとしてはたらくが、故障をもたらす、クラック成長の促進及び静的疲労の増大をおこさせ得る、水の吸収からガラス表面の保護も行う。二次被覆は一次被覆に重ねて施され、処理及び使用中のガラスファイバの損傷を防止する、頑丈な保護外層としてはたらく。例えば、一次被覆は、約０.１ＭＰａから約３ＭＰａのヤング率及び／または約−１００℃から約−２５℃のＴｇを有することができる。本明細書に用いられるように、硬化した一次被覆材料または第２の中間被覆材料のヤング率は、スティーマン(Steeman)等，「光ファイバのためのその場一次被覆弾性率試験の機械的解析(Mechanical Analysis of the in-situ Primary Coating Modulus Test for Optical Fibers)」，Proc. of the 52nd International Wire and Cable Symposium (IWCS, 米国フィラデルフィア，２００３年１１月１０〜１３日)，論文４１に説明されているような、引抜型その場弾性率試験を用いて測定される。多くの適する一次被覆が、例えば、チェン(Chien)等の米国特許第６３２６４１６号、ウィニンガム(Winningham)等の米国特許第６５３１５２２号、フュークス(Fewkes)等の米国特許第６５３９１５２号、ウィニンガムの米国特許第６５６３９９６号、フュークス等の米国特許第６８６９９８１号、ベイカー(Baker)等の米国特許第７０１０２０６号及び第７２２１８４２号、及びウィニンガムの米国特許第７４２３１０５号の各明細書に開示されている。これらの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。いくつかの実施形態において、従来の一次被覆及び二次被覆は上述した比較的硬質の保護層に重ねて施される。そのような実施形態において、第１の比較的硬質な保護層は、１２５μｍ光ファイバを受け入れることができるコネクタまたはその他のコンポーネントへの挿入のために、１２５μｍ径の第１の保護層を残す、一次被覆及び二次被覆のファイバからの容易な剥ぎ取りを可能にする、強固な密着性を示すことが好ましい。
【００５６】
適する一次被覆組成物には、約２５重量％〜７５重量％の１つないしさらに多くのウレタンアクリレートオリゴマー、約２５重量％〜約６５重量％の１つないしさらに多くの一官能価エチレン不飽和モノマー、約０重量％〜約１０重量％の１つないしさらに多くの多官能価エチレン不飽和モノマー、約１重量％〜約５重量％の１つないしさらに多くの光重合開始剤、約０.５ｐｐｈ〜約１.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの抗酸化剤、約０.５ｐｐｈ〜約１.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの定着剤、及び０.０１ｐｐｈ〜約０.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの安定剤が含まれるが、これらには限定されない。
【００５７】
他の適する一次被覆組成物には、約５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレート(Bomar Specialty CompanyのBR3741)、約４０重量％〜約４５重量％の間の多官能価アクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4003またはPhotomer 4960)、０〜約５重量％の一官能価アクリレートモノマー(カプロラクトンアクリレートまたはＮ-ビニルカプロラクタム)、約１.５重量％までの光重合開始剤(Chiba Specialty ChemicalのIrgacure 819またはIrgacure184, BASFのLUCIRIN(登録商標)TPO、またはこれらの組合せ)が含まれ、これに、約１ｐｐｈの定着剤(３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン)、及び約１ｐｐｈの抗酸化剤(Chiba Specialty ChemicalのIrganox 1035)が加えられ、必要に応じて約０.０５ｐｐｈまでの蛍光染料(Chiba Specialty ChemicalのUvitex OB)及び約０.０３ｐｐｈまでの安定剤(Sigma-Aldrichから入手できるペンタエリトリトールテトラキス(３-メルカプトプロプリオネート))が加えられる。
【００５８】
一次被覆組成物の例には以下の配合物：
(１)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3741, Bomar Specialty)、４０重量％のエトキシル化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis Corp.)、５重量％のＮ-ビニルピロリジノン、１.５重量％のビス(２,４,６-トリメチルベンゾイル)フェニル-酸化リン(Irgacure 819, Chiba Specialty)、１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgacure 184, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Specialty)、及び１ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン；
(２)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3741, Bomar Specialty)、４０重量％のエトキシル化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis Corp.)、５重量％のＮ-ビニルカプロラクタム、１.５重量％のビス(２,４,６-トリメチルベンゾイル)フェニル-酸化リン(Irgacure 819, Chiba Specialty)、１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgacure 184, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Spechialty)、及び１ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン；
(３)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer Co.)、４５重量％のエトキシル化(４)ノニルフェノールアクリレート(SR504, Sartomer Co.)、３重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルフェニル-酸化リン(Irgacure 1850, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン定着剤、及び０.５ｐｐｈのポリアルコキシポリシロキサンキャリア(Tegorad 2200, Goldschmidt)；及び
(４)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer Co.)、４５重量％のエトキシル化(４)ノニルフェノールアクリレート(Photomer 4003, Cognis Corp.)、３重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルフェニル-酸化リン(Irgacure 1850, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Specialty)、１ｐｐｈのビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン定着剤、及び０.５ｐｐｈの粘着付与剤(Unitac R-40, Union Camp)；
(５)５２重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(BR3731, Sartomer Co.)、４５重量％のエトキシル化ノニルフェノールアクリレート(SR504, Sartomer Co.)、及び3重量％の(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルフェニル-酸化リン(Irgacure 1850, Chiba Specialty)；及び
(６)５２重量％のウレタンアクリレートオリゴマー(BR3741, Bomar)、４１.５重量％のエトキシル化ノニルフェノールアクリレートモノマー(Photomer 4003, Cognis)、5重量％のカプロラクトンアクリレートモノマー(Tone M-100, Dow)、１.５重量％のIrgacure 819光重合開始剤(Chiba)、1ｐｐｈのチオジエチレンビス(３,５-ジ-ター-ブチル)-４-ヒドロキシヒドロケイ皮酸塩(Irganox 1035, Chiba Specialty)、1ｐｐｈの３-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(Gelest)、及び０.０３２ｐｐｈのペンタエリトリトールテトラキス(３-メルカプトプロピオネート)(Aldrich)；
があるが、これらには限定されない。
【００５９】
二次被覆材料は一般に、重合すると高い分子架橋率を示すウレタンアクリレート液を含有する被覆組成物の重合品である。いくつかの好ましい実施形態において、外層被覆は熱可塑性材料ではない。二次被覆は高い(例えば２５℃において約０.０８ＧＰａより高い)ヤング率及び高い(例えば約５０℃より高い)Ｔｇを有する。ヤング率は、約０.１ＧＰａと約８ＧＰａの間であることが好ましく、約０.５ＧＰａと約５ＧＰａの間であることがさらに好ましく、約０.５ＧＰａと約３ＧＰａの間であることが最も好ましい。Ｔｇは、約５０℃と約１２０℃の間であることが好ましく、約５０℃と約１００℃の間であることがさらに好ましい。二次被覆は、約４０μｍ未満であり、約２０μｍと約４０μｍの間であることがさらに好ましく、約２０μｍと約３０μｍの間であることが最も好ましい、厚さを有する。
【００６０】
二次被覆材料に用いるに適するその他の材料は、またそのような材料の選択に関係する要件も、技術上周知であり、チャピン(Chapin)の米国特許第４９６２９９２号及び第５１０４４３３号の明細書に説明されている。これらの明細書のそれぞれはそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。そのような被覆の代替として、ボテロ(Bothelho)等の米国特許第６７７５４５１号及びチョウ(Chou)等の米国特許第６６８９４６３号の明細書に説明されているように、低オリゴマー含有量／低ウレタン含有量被覆系を用いても高弾性率被覆が得られている。これらの明細書のそれぞれはそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。さらに、シゼル(Schissel)等の米国特許出願公開第２００７/０１０００３９号の明細書に説明されているように、高弾性率被覆を達成するために非反応性オリゴマー成分が用いられている。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。外層被覆は一般に、以下でさらに詳細に説明されるように、(硬化しているかまたはいない)既に被覆されているファイバに塗布され、続いて硬化される。抗酸化剤、触媒、滑剤、低分子量非架橋樹脂、安定剤、界面活性剤、表面剤、スリップ剤、ワックス、超微粉ポリテトラフルオロエチレン、等を含む、被覆の１つないしさらに多くの特性を強化する様々な添加剤も存在することができる。二次被覆は、技術上周知であるように、インクも含むことができる。
【００６１】
適する外層被覆組成物は、約０〜２０重量％の１つないしさらに多くのウレタンアクリレートオリゴマー、約７５〜約９０重量％の１つないしさらに多くの一官能価エチレン不飽和モノマー、約０〜約１０重量％の１つないしさらに多くの多官能価エチレン不飽和モノマー、約１〜約５重量％の１つないしさらに多くの光重合開始剤、及び約０.５〜約１.５ｐｐｈの１つないしさらに多くの抗酸化剤を含むが、これらには限定されない。
【００６２】
他の適する外層被覆組成物は、約１０重量％のポリエーテルウレタンアクリレートオリゴマー(Bomar Specialty Co.のKWS4131)、約７２〜約８２重量％のエトキシル化(４)ビスフェノールＡジアクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4028)、及び約５重量％のビスフェノールＡジグリシジルジアクリレート(CognisのPhotomer 3016)を含み、必要に応じて、約１０重量％までのジアクリレートモノマー(CognisのPhotomer 4002)またはＮ-ビニルカプロラクタム、約３重量％までの光重合開始剤(Chiba Specialty ChemicalのIrgacure 184またはBASFのLUCIRIN TPO、あるいはこれらの組合せ)が含められ、これに約０.５ｐｐｈの抗酸化剤(Chiba Specialty ChemicalのIrganox 1035)が含められるが、これらには限定されない。
【００６３】
外層被覆配合物の例には以下の：
(１)４０重量％のウレタンアクリレートオリゴマー(CN981, Sartomer Company, Inc.)、１７重量％のプロポキシル化(３)グリセリルトリアクリレートモノマー(SR9020, Sartomer Inc.)、２５重量％のペンタエリトリトールテトラアクリレート(SR295, Sartomer Inc.)、１５重量％のエトキシル化(２)ビスフェノールＡジアクリレートモノマー(SR349, Sartomer Inc.)、及び３重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン／ビス(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルペンチル-酸化リンブレンド(Irgacure 1850, Chiba Specialty Chemical)；及び
(２)１０重量％のポリエーテルウレタンアクリレート(KWS4131, Bomar)、５重量％のビスフェノールＡジグリシジルジアクリレート(Photomer 3016, Cognis)、８２重量％のエトキシル化(４)ビスフェノールＡジアクリレート(Photomer 4028, Cognis)、１.５重量％のLUCIRIN TPO光重合開始剤(BASF)、１.５重量％の１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgacure 184, Chiba)、及び０.５ｐｐｈのチオジエチレン(３,５-ジ-ター-ブチル-４-ヒドロキシ)ヒドロケイ皮酸塩抗酸化剤(Irganox 1035, Chiba Specialty Chemical)；
があるが、これらには限定されない。
【００６４】
第１の中間被覆１５は一般に、一次被覆のヤング率及びＴｇに比べて比較的高いヤング率及び比較的高いＴｇを与える被覆組成物の重合品である。ヤング率は、約０.１ＧＰａと約２ＧＰａの間であることが好ましく、約０.２ＧＰａと約１ＧＰａの間であることがさらに好ましく、約０.３ＧＰａと約１ＧＰａの間であることが最も好ましい。Ｔｇは、約０℃と約６０℃の間であることが好ましく、約１０℃と約６０℃の間であることがさらに好ましく、約１０℃と約５０℃の間であることが最も好ましい。第１の中間被覆は、約２５μｍ未満であり、さらに好ましくは約２０μｍ未満であり、さらに一層好ましくは約１５μｍ未満であり、最も好ましくは約５μｍ〜約１０μｍの範囲にある、厚さを有する。
【００６５】
上記説明が本発明の例示に過ぎず、特許請求の範囲によって定められるような本発明の本質及び特質の理解のための概要の提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は、記述とともに、本発明の原理及び動作の説明に役立つ、本発明の様々な特徴及び実施形態を示す。添付される特許請求の範囲によって定められるような本発明の精神または範囲を逸脱することなく、本明細書に説明されるような本発明の好ましい実施形態に様々な改変がなされ得ることが当業者には明らかになるであろう。
【符号の説明】
【００６６】
２０ ガラスコア
３０ 内環状領域
５０ 凹屈折率環状領域
６０ 外環状領域
７０ 二酸化チタンドープ外クラッド領域
２００ ガラスクラッド層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多モード光ファイバにおいて、
コア屈折率Δ％,Δ１を有する分布屈折率コアであって、３０μｍより大きいコア半径を有するコア、
前記コアを囲んでいて、屈折率Δ％,Δ３を有する、凹屈折率クラッド領域であって、Δ３は約−０.１％より小さく、前記凹屈折率クラッド領域は少なくとも１μｍの幅を有し、Δ１＞Δ３である、凹屈折率クラッド領域
及び
前記凹屈折率クラッド領域を囲んでいる二酸化チタンドープクラッド領域、
を有し、
前記ファイバが１２０μｍより小さい総外径を有し、
前記ファイバが８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振伝送帯域を示す、
ことを特徴とする多モード光ファイバ。
【請求項２】
前記ファイバがガラスからなり、前記二酸化チタンドープクラッド領域が５重量％より多くの量の二酸化チタンを含有することを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
【請求項３】
前記凹屈折率クラッド領域が前記コアに直に接し、約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有し、前記二酸化チタンドープクラッド領域が１μｍと５μｍの間の幅を有することを特徴とする請求項２に記載の多モード光ファイバ。
【請求項４】
Δ２を有する内クラッド領域をさらに有し、前記内クラッド領域が前記コアを囲み、前記凹屈折率クラッド領域が前記内クラッド領域を囲み、Δ１＞Δ２＞Δ３であり、前記内クラッド領域の幅が少なくとも４μｍであることを特徴とする請求項２に記載の多モード光ファイバ。
【請求項５】
前記ファイバが０.２４より大きい開口数を示すことを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
【請求項６】
多モード光ファイバにおいて、
３５μｍより大きな半径を有する分布屈折率コア、
凹屈折率環状領域を含む第１の内クラッド層であって、前記凹屈折率環状領域は約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を有するものである第１の内クラッド層、
及び
前記凹屈折率環状領域を囲んでいる二酸化チタンドープクラッド領域、
を有し、
前記ファイバが、８５０ｎｍにおいて０.５ｄＢ以下の、１×１８０°ターン３ｍｍ径マンドレル巻付け減衰増大及び、８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、全モード励振伝送帯域を示す、
ことを特徴とする多モード光ファイバ。
【請求項７】
前記ファイバがガラスからなり、前記二酸化チタンドープクラッド領域が５重量％より多くの量の二酸化チタンを含有することを特徴とする請求項６に記載の多モード光ファイバ。
【請求項８】
前記ファイバが４００ｋｐｓｉ(２.７６×１０９Ｐａ)より大きい１５％ワイブル故障確率を示すことを特徴とする請求項６に記載の多モード光ファイバ。
【請求項９】
３０より大きい動的疲労定数をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の多モード光ファイバ。
【請求項１】
多モード光ファイバにおいて、
コア屈折率Δ％,Δ１を有する分布屈折率コアであって、３０μｍより大きいコア半径を有するコア、
前記コアを囲んでいて、屈折率Δ％,Δ３を有する、凹屈折率クラッド領域であって、Δ３は約−０.１％より小さく、前記凹屈折率クラッド領域は少なくとも１μｍの幅を有し、Δ１＞Δ３である、凹屈折率クラッド領域
及び
前記凹屈折率クラッド領域を囲んでいる二酸化チタンドープクラッド領域、
を有し、
前記ファイバが１２０μｍより小さい総外径を有し、
前記ファイバが８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより大きい全モード励振伝送帯域を示す、
ことを特徴とする多モード光ファイバ。
【請求項２】
前記ファイバがガラスからなり、前記二酸化チタンドープクラッド領域が５重量％より多くの量の二酸化チタンを含有することを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
【請求項３】
前記凹屈折率クラッド領域が前記コアに直に接し、約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも２μｍの幅を有し、前記二酸化チタンドープクラッド領域が１μｍと５μｍの間の幅を有することを特徴とする請求項２に記載の多モード光ファイバ。
【請求項４】
Δ２を有する内クラッド領域をさらに有し、前記内クラッド領域が前記コアを囲み、前記凹屈折率クラッド領域が前記内クラッド領域を囲み、Δ１＞Δ２＞Δ３であり、前記内クラッド領域の幅が少なくとも４μｍであることを特徴とする請求項２に記載の多モード光ファイバ。
【請求項５】
前記ファイバが０.２４より大きい開口数を示すことを特徴とする請求項１に記載の多モード光ファイバ。
【請求項６】
多モード光ファイバにおいて、
３５μｍより大きな半径を有する分布屈折率コア、
凹屈折率環状領域を含む第１の内クラッド層であって、前記凹屈折率環状領域は約−０.２％より小さい屈折率Δ及び少なくとも１μｍの幅を有するものである第１の内クラッド層、
及び
前記凹屈折率環状領域を囲んでいる二酸化チタンドープクラッド領域、
を有し、
前記ファイバが、８５０ｎｍにおいて０.５ｄＢ以下の、１×１８０°ターン３ｍｍ径マンドレル巻付け減衰増大及び、８５０ｎｍにおいて２００ＭＨｚ-ｋｍより大きい、全モード励振伝送帯域を示す、
ことを特徴とする多モード光ファイバ。
【請求項７】
前記ファイバがガラスからなり、前記二酸化チタンドープクラッド領域が５重量％より多くの量の二酸化チタンを含有することを特徴とする請求項６に記載の多モード光ファイバ。
【請求項８】
前記ファイバが４００ｋｐｓｉ(２.７６×１０９Ｐａ)より大きい１５％ワイブル故障確率を示すことを特徴とする請求項６に記載の多モード光ファイバ。
【請求項９】
３０より大きい動的疲労定数をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の多モード光ファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１３−５２１５３２（Ｐ２０１３−５２１５３２Ａ）
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５６１２４（Ｐ２０１２−５５６１２４）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２６４２０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０９２６３
【国際公開日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２６４２０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０９２６３
【国際公開日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
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