專利名稱：具有高次波型除去功能的多波型光導纖維的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及較長距離傳輸用的光導纖維，主要涉及適合于超高速傳輸或高密度波長多路傳輸的光導纖維。
背景技術：
迄今作為高速傳輸用的光導纖維，已知單一波型光導纖維。高速傳輸用的單一波型光導纖維由通常的石英系列玻璃形成。這里所謂石英系列玻璃，是指以二氧化硅為主要成分的玻璃。另外，在本說明書中，形成光導纖維的芯子的石英系列玻璃至少50重量％以上的成分是二氧化硅。
結構最簡單的單一波型光導纖維具有臺階形的折射率分布。臺階形的單一波型光導纖維在具有均勻的折射率的芯子周圍呈設置了比芯子的折射率低的包層結構。
臺階形的單一波型光導纖維的電磁場能通過解麥克斯韋方程式求得。
在光導纖維斷面內，設芯子半徑為a，芯子的折射率(峰值折射率)為n clad，用下式(1)表示芯子-包層之間的比折射率差(相對折射率差)Δ，Δ=(n12-nclad2)/(2n1)≈(n1-nclad)/n1≈(n1-nclad)/nclad式(1)如果設光的波長為λ，則能用下式(2)表示標準化頻率V。
V=(2π/λ)an1(2Δ)式(2)而且，如果該標準化頻率V為某一定值以下的值，則能保證唯一的LP波型能傳播的單一波型條件。
這里，說明LP波型(線偏振波型Linearly Polarized Mode)。
將在光導纖維的芯子中傳播的波型稱為傳播波型，將在包層中傳播的波型稱為包層波型。包層波型傳播規(guī)定距離后會向包層外發(fā)射而衰減。
嚴格地說，作為電磁場的矢量方向，傳播波型由TE、TM、HE、EH等具有各種方向分量的波型構成?？墒牵谀骋唤频母聪?，具體地說，在芯子-包層之間的非折射率差小的條件的根源下，在纖維斷面內取正交雙軸時，根據只具有某一方向的電場矢量時的LP波型，能近似光的傳播狀態(tài)。一般說來，上述芯子-包層之間的相對折射率差雖然說在1％以下，但如果允許有若干誤差，則可以認為折射率差達3％左右近似成立。
Lpmn波型和嚴密場的波型如下對應。
LP01波型=HE11波型LP11波型=TE01波型、TM01波型、HE21波型LP21波型=EH11波型、HE31波型LP02波型=HE12波型在臺階形的單一波型光導纖維中，已知V＜=2.405時是在芯子中只傳播所謂的最低次波型(基本波型，即LP01波型)的單一波型條件。
該臺階形的單一波型光導纖維的缺點在于從上述式(2)可知，對于某一波長λ來說，為了滿足單一波型條件，不能使芯子半徑a(如果說芯子直徑，則為2a)和比折射率差的平方根Δ1/2的積大，從原理上說有使所謂的表示波型的存在區(qū)域的波型場直徑(MFD:ModeField Diameter)變小的趨勢。如果MFD小，則在以低損失將光導纖維之間連接起來的情況下，不能滿足條件。
另一方面，如果一邊保持V＜=2.405，一邊增大MFD，則芯子直徑2a擴大，與此相反，必須減小比折射率差Δ。
可是，如果這樣設計，則由于折射率差小，另外波型從芯子中心擴展很大，所以纖維只要稍微彎曲(微小彎曲)，傳播波型的能量就會經過包層發(fā)射到外部，容易產生損失。
因此，作為一種對策，不是嚴格地遵守式(2)所示的V＜=2.405，而是在理論上設定作為二次波型的LP11波型存在的V。
即，如果進行允許V變?yōu)?.0左右的值的設計，則即使設定比較大的LP01波型的MFD，被封閉在芯子內的電磁場也強。因此，即使使纖維稍加彎曲，彎曲損失也不怎么變大，仍能傳輸。
這時，LP11波型只被封閉在芯子內，所以如果不進行長距離傳播，而是傳播數米至數十米，則在實際使用狀態(tài)下，由于受到彎曲而遭到大的發(fā)射損失，迅速地衰減。因此，不會對傳輸產生影響。
可是，在這樣傳播兩個以上的波型的結構中，如果在高次波型不迅速衰減的情況下，存在以下問題。
一般說來，在光導纖維中傳播多種波型時，各個波型的傳播速度不一致。因此，在光導纖維通信系統(tǒng)中，如果將光信號能量分配給多種波型同時傳播，則在長距離傳播后，各個波型的到達時刻不同，解調后的信號波形失真。因此，結果不能進行高速傳輸。近年來光通信的傳輸速度對于單一的傳輸波長來說，一般進行數Gb/s以上的傳輸，實用等級為10Gb/s，在實驗方面報告了數十至100Gb/s。
可是，光導纖維的波長分散(也簡稱為分散)由以下兩個要素的和決定。其一是由纖維的材料決定的材料分散，其二是由光導纖維的折射率分布結構決定的波導分散(結構分散)。就光導纖維通信而言，在重要的1.3～1.6微米的波長區(qū)域，石英系列光導纖維的材料分散有隨著波長變長而增大的趨勢。在上述通常的臺階形的單一波型光導纖維中，波導分散的貢獻小，材料分散起支配作用，所以全分散、即材料分散和波導分散的和在1.3微米附近變?yōu)榱恪?br> 光導纖維、特別是以石英系列玻璃為主要成分的光導纖維的最低損失波長在1.55微米附近。石英系列玻璃的損失主要是由雷利散射引起的，在1.55微米區(qū)變?yōu)樽钚?。因此，在該波長區(qū)域中，V為2.4～3.0的臺階形單一波型光導纖維分散大，一點高速傳輸的趨勢都沒有。
在由石英系列玻璃構成的單一波型光導纖維中，分散移頻光導纖維是使分散變?yōu)榱愕牟ㄩL區(qū)移到1.55微米區(qū)的光纖。即，通過改變其折射率分布結構，增大在結構上依賴性大的波導分散的絕對值，使材料分散和波導分散的和即全分散變?yōu)榱愕牟ㄩL區(qū)離開1.3微米區(qū)。材料分散是由材料本身決定的，所以在波導結構中幾乎沒有依賴關系。
這樣通過使1.55微米區(qū)的分散為零，能進行比1.3微米區(qū)的損失更低的傳輸。
作為具體的數值舉例如下。
在波長為1.55微米的區(qū)域，通常的石英系列玻璃的材料分散大約為17ps/km/nm。因此，如果波導分散為-17ps/km/nm，則抵消材料分散，能使分散為零。
這樣為了增大波導分散的絕對值，需要滿足以下條件。
(A)具有較大的比折射率差。
(B)具有較小的芯子直徑，對芯子的主要部分來說，電磁場分布的擴展相對地大。
關于上述(A)，通過將芯子-包層之間的比折射率差設計得大一些就能對應。
關于上述(B)，與光被封閉在芯子內而變弱幾乎是同義的。在分散移頻光纖中，例如對應于λ→λ+Δλ的波長變化，在Δ(MFD)/Δλ具有大的值的區(qū)域中，已知具有波導分散變大的趨勢。因此，在分散移頻光纖中，根據上述(B)的條件，為了使波導分散大，多半進行電磁場從芯子的主要部分出來很多的結構設計。
可是，這樣在電磁場大的、即具有所謂的大的MFD的光纖中，如上所述，由于波型從芯子的中心擴展很大，所以只要光纖稍微彎曲一些，傳播波型的能量便向外部發(fā)射，容易產生損失。
由此可知，難以設計同時滿足向1.55微米區(qū)的分散移頻和該彎曲損失的感受性的分散移頻光纖。
可是，近年來由于光通信技術的發(fā)展，利用光放大器實現了一邊直接放大光信號，一邊進行長距離傳輸的技術。作為上述光放大器，可以采用添加鉺的光導纖維放大器(EDFA:Erbium Doped FiberAmplfier)，放大后的光信號的功率多半為數十mW以上。
另外，作為分散移頻光纖的低損失區(qū)域的1.55微米區(qū)具有某種程度的波長寬度。另外，EDFA的放大區(qū)域寬度有數十nm的波長寬度。因此，在1.55微米區(qū)內設定多個不同的數十波長的光信號，實現了在EDFA中同時一邊放大這些光信號，一邊傳輸給一個分散移頻光纖的波長多路傳輸波型。
這樣的技術進步的結果，擴大設計所謂的光導纖維中的光的存在區(qū)域(芯子有效斷面積)、即MFD，除了只簡單地以低損失連接各纖維之間、使分散移頻光纖的波導分散的絕對值大等目的以外，出現了另外的意義。即，存在非線性效應的問題。
在長距離傳輸中，與波長多路傳輸的有無無關，在長距離傳輸被充分放大了的大功率光信號的期間，由于非線性效應的影響，存在光信號波形失真的問題。
作為具體的非線性效應的例，可以舉出相位自行調制、四波混合(FWM)等。
相位自行調制是引起與光強有關的物質的折射率變化的三次非線性現象之一，是一種在物質內傳播的光脈沖本身的相位在短時間內急劇變化的現象。
在長距離傳輸中，例如即使是單一波長的傳輸，如果光信號的峰值功率強，則會發(fā)生在功率最強的峰頂部位和功率最弱的谷底部位玻璃的折射率不同的現象，光的瞬時頻率發(fā)生局部變化。
而且，由于越是高速調制，瞬時頻率的變化越大，所以它與光導纖維的分散相結合，引起大的波形失真。因此，長距離多路傳輸中的相位自行調制是一種分散移頻光纖的分散和相位自行調制相互作用效應。
FWM也是三次非線性現象之一，由三束入射光產生不需要的第四束光，四種頻率的光波相互作用，對波長多路通信產生影響。如果波長多路數量增加，則要考慮非常多的四波組合，所以相互之間發(fā)生多個相互作用，將導致通信品質下降。
由FWM產生的不需要的光(波)的發(fā)生效率能近似地由下面的式(3)給出。
η=(α2·n22)/(D2·Aeff2)式(3)式中，α是光導纖維的損失系數(單位例如為dB/km),n2是光導纖維玻璃的非線性折射率，D是光導纖維的分散，Aeff是光導纖維的芯子有效斷面積。
在芯子中的傳播波型的電磁場分布是高斯型的情況下，式(3)中的Aeff由下式(4)給出。
Aeff=π·MFD2/4式(4)可是，實際上如下式(5)所示，通過積分計算芯子內的光的電磁場分布。Aeff={∫-∞∞∫-∞∞|E(x,y)|2dx dy}2∫-∞∞∫-∞∞|E(x,y)|4dx dy]]>式(5)
從前面的式(3)可知，如果光導纖維的分散近似于零，則發(fā)生效率非常大。因此，從高速傳輸的觀點看，希望分散盡可能是小的數值，但從非線性效應的觀點看，如果太小則不適宜。
另外，Aeff大者為好。因此，如上所述將MFD設計得大，對于降低非線性效應具有意義。
由于以上的背景，最近在分散移頻光纖中力求滿足以下的條件。
(A)在工作波長區(qū)域中，分散的絕對值小，而且不完全為零，在某種程度上具有偏移的值(有時稱為NON-ZERODISPERSION SHIFTEDFIBER)。
(B)Aeff大。
(C)損失小。如果是石英系列光導纖維，在某種程度上能滿足損失小的條件，具體地說，1.55微米區(qū)域的損失最好在0.23dB/km以下。
(D)彎曲損失感受性小。這一點常常與上述(2)中的Aeff矛盾很大。
本發(fā)明就是鑒于上述情況而完成的，其課題在于提供這樣一種光導纖維(A)具有較大的Aeff,(B)損失小，(C)在1.55微米區(qū)域內，分散值的絕對值為數ps/km左右，(D)在光導纖維的使用環(huán)境中，具有較小的彎曲損失感受性。
另外，作為波長多路傳輸用，最好(E)在數km以上的長距離傳輸中能在寬帶域內傳輸。
發(fā)明的公開為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下方法。
發(fā)明的第一方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，是光信號入射時，作為傳播波型至少能存在3種以上線偏振波型的多波型光導纖維，其特征在于該傳播波型包括最低次波型和二次波型以上的高次波型，在二次波型以上的高次波型中，該最低次波型和該二次波型的傳播常數差是相鄰的波型之間的傳播常數差的二倍以上。
發(fā)明的第二方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，在高次波型和包層波型中，相鄰的波型之間的標準化傳播常數差為0.25以下。
發(fā)明的第三方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，有芯子、以及在其外周上設置的包層，該芯子由呈同心圓狀設置的兩層以上構成，而且備有在該芯子的中心附近設置的折射率最大的最大折射率層、以及在該最大折射率層的外周上設置的其折射率比該最大折射率層低的中間層。
發(fā)明的第四方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第三方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，以中間層的包層為基準的相對折射率的最大值是以最大折射率層的包層為基準的相對折射率的5～90％。
發(fā)明的第五方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第三方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，以最大折射率層的包層為基準的相對折射率差為0.65～1.5％。
發(fā)明的第六方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第三方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，芯子的外徑為上述最大折射率層的外徑的3～8倍。
發(fā)明的第七方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第三方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，芯子的外徑為最大折射率層的外徑的3～5.5倍。
發(fā)明的第八方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第三方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，中間層由一層或折射率不同的兩層以上構成，假設構成該中間層的層的折射率從中心一側開始為nI1、nI2、…、nIi(i=2、3、…)時，nI1＞nIi，而且包層備有比nI1小的折射率。
發(fā)明的第九方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第八方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，以中間層的包層為基準的相對折射率的最大值是以最大折射率層的包層為基準的相對折射率的5～50％。
發(fā)明的第十方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第三方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，中間層由折射率不同的兩層以上構成，假設構成該中間層的層中，與最大折射率層相鄰的層的折射率為nI1、這些層的最大折射率為nImax時，nImax＞nI1，而且包層備有比nImax小的折射率。
發(fā)明的第十一方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第十方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，以中間層的包層為基準的相對折射率的最大值是以最大折射率層的包層為基準的相對折射率的15～90％。
發(fā)明的第十二方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，入射的光信號在最大傳播4km的期間，最低次波型以外的波型衰減，實際上對于信息傳輸沒有貢獻。
發(fā)明的第十三方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，1.55微米區(qū)域的芯子有效斷面積為50平方微米以上，1.55微米區(qū)域的分散的絕對值為10ps/km/nm以下，而且以石英玻璃為主要成分。
發(fā)明的第十四方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第十三方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，1.55微米區(qū)域的芯子有效斷面積為70平方微米以上。
發(fā)明的第十五方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第十四方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，1.55微米區(qū)域的分散的絕對值為5ps/km/nm以下。
發(fā)明的第十六方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，傳播波型的數量為3～6。
發(fā)明的第十七方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，在工作波長區(qū)域中，比波長為1.5微米長的波長的最低次波型的分散為零。
發(fā)明的第十八方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，工作波長區(qū)域中的直徑為20mm的彎曲損失一律為30dB/m以下。
發(fā)明的第十九方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，工作波長區(qū)域中的直徑為20mm的彎曲損失一律為10dB/m以下。
發(fā)明的第二十方面是一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在第一方面所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，在工作波長區(qū)域中，比波長為1.5微米短的波長的最低次波型的分散為零。
本發(fā)明的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維雖然不特別限定，但以提供適合于長距離傳輸的光導纖維為目的，所以原則上以在1.55微米區(qū)域中使用為前提。該所謂1.55微米區(qū)域是指1490～1620nm的波長范圍。
另外，在本發(fā)明中，芯子有效斷面積、彎曲損失等，只要不特別說明，原則上是指1.55微米區(qū)域的工作波長區(qū)域中的測定值。
附圖的簡單說明

圖1是用β圖表示光導纖維的傳播波型的存在范圍的圖。
圖2是表示產生了微小彎曲的光導纖維的斜視圖。
圖3是表示纖維直徑沿長度方向變化的光導纖維的斜視圖。
圖4是表示具有臺階形折射率分布的光導纖維中的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖5(a)～圖5(h)是表示本發(fā)明的光導纖維的折射率分布的例的曲線圖。
圖6是表示實施例1的光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖7是表示在實施例1中，測定了實際制作的光導纖維的折射率分布的結果的曲線圖。
圖8(a)、圖8(b)是表示測定光導纖維的長度和截止波長的關系的方法的說明圖，圖8(c)是表示求截止波長用的曲線之一例圖。
圖9是表示實施例1的光導纖維的長度和截止波長的關系的測定結果的曲線圖。
圖10是表示實施例2的光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖11是表示實施例3的光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖12是表示實施例4的光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖13是表示實施例5的光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖14是表示實施例6的光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖15是表示實施例7的光導纖維的折射率分布的曲線圖。
圖16是表示實施例7的光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖17是表示使用實施例7的光導纖維制作的單元的剖面圖。
圖18是表示實施例8的光導纖維的折射率分布的曲線圖。
圖19是表示實施例8的光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
圖20(a)是表示纖維光柵的制造方法之一例的說明圖，圖20(b)是表示纖維光柵的作用的說明圖。
圖21是表示在實施例9中，纖維光柵的反射光譜的測定結果的曲線圖。
實施發(fā)明用的最佳形態(tài)如上所述，在現有的技術中，例如在臺階形的單一波型光纖中，采取了這樣的方法充其量使V為3.0左右，使單一波型的條件稍微緩和一些，牢固地將LP01波型關在里面，使被關閉得較弱的LP11波型迅速地衰減。
往往將這樣的光導纖維稱為“準單一波型光纖”。
在本發(fā)明的多波型光導纖維中，通過設定能比準單一波型光導纖維傳播更多的波型的條件，而且適當地設定光導纖維的折射率分布和波型之間的傳播常數差的關系，實際上是進行能進行單一波型傳輸的設計。
本發(fā)明的多波型光導纖維的基本的思考方法是利用在光導纖維的使用環(huán)境中產生的彎曲所帶來的波型變換。
在理想的光導纖維的情況下，假定在其長度方向上沒有外徑變化、芯子直徑變化、以及折射率的波動。
因此，假定即使多種波型在光導纖維中傳播，相互之間也不會交換波型的能量。
可是，在實際的光導纖維的敷設環(huán)境中，有以下的干擾加在光導纖維中。
(A)在光導纖維本身的長度方向上，存在外徑變化、芯子直徑變化、以及折射率的波動等。
(B)為了進行外表面保護，光導纖維通常作為在其外周上設置了由合成樹脂構成的被覆層的光導纖維線束等使用。該被覆層通常是由柔軟的內層和堅硬的外層構成的雙層結構。而且，即使在該被覆層中，在其長度方向上也存在直徑變化和樹脂的硬度變化，這些都會影響光導纖維。
(C)在光導纖維光纜中光導纖維被作成帶狀，纖維之間捻在一起。而且，與此相伴隨，光導纖維受到彎曲、拉伸、壓縮等力的作用。
這些干擾加在光導纖維上的結果，在光導纖維中傳播的波型相互之間交換能量。將其稱為波型變換。
用與耦合相關的兩種波型的傳播常數βi、βj的傳播常數差Δβ表示該波型變換的程度。用下式(6)表示Δβ。
Δβ=｜βi-βj｜式(6)而且，這些波型的耦合系數Cij如下式(7)所示，Cij∝Δβ-2p式(7)可以說與△β-2p成正比。式中，p是與波動的長度方向的光譜有關的量，設定為2～4的值。
圖1是用β圖表示傳播波型的存在范圍的圖，橫軸表示傳播常數。而且，β為正的區(qū)域的波型是光信號的進行方向的波型，β為負的區(qū)域的波型是相反的反射波型。
進行定性說明時，如圖1所示，設LP01波型的傳播常數為β0，此后的高次波型的傳播常數依次為β1、β2、…。
例如，在上述中，設β=4，波型之間的耦合系數與Δβ的8次方成反比。這里，假定存在三種傳播波型(LP01、LP11、LP02波型)。如上所述，各自的傳播常數分別為β0、β1、β2。設計得滿足下式(8)、式(9)所示的條件。
β0-β1＞3·(β1-β2)式(8)β1-β2=β2-konclad式(9)式(9)中，ko是用下式(10)表示的真空中的光的傳播常數，ko=2π/λ式(10)nclad是包層的折射率。
根據上述式(7)，這些波型之間的耦合系數如下式(11)、式(12)所示。
C01＜0.0002C12式(11)C12≈C2clad式(12)由這些式(11)、式(12)可知，波型之間的耦合基本上是在LP01波型和LP11波型之間產生，在高次波型之間(LP11波型和LP02波型之間)、以及在最高次波型(LP02波型)和包層波型之間產生。
因此，LP11波型與LP02波型強耦合，還與包層波型耦合，在包層中傳播，行進規(guī)定距離后迅速衰減。
因此處于能在芯子內傳播多種波型的狀態(tài)下，適當地控制各波型所具有的傳播常數，利用上述干擾的影響，積極地除去LP11波型以上的高次波型，能進行在傳播適當的距離后實際上只傳播LP01波型的波型配置。
嚴格地說，波型之間的耦合系數不僅僅由Δβ決定，還與同耦合有關的兩個波型的電磁場分布、以及光導纖維中作為騷動賦予的干擾形式及周期性等有很大關系。
在將光導纖維制成光纜的工作者中，從傳輸損失增加的觀點看，認識到Δβ具有非常大的意義。如上述式(8)、式(9)所示，傳播常數差和傳輸損失增加的關系隨著p值的不同，具有與-4次方至-8次方成正比的極強的依賴關系，與其他因子相比影響力大。
可是，在本發(fā)明中，在芯子內能傳播多種波型的多波型光導纖維中，激振多種LP波型，使其在光導纖維中傳播，在使這些波型傳播過程中，以積極地除去LP11波型以上的高次波型為目的，所以不僅Δβ，而且賦予多波型光導纖維的干擾的形式及周期性等也成為對特性產生很大影響的因子。這樣的干擾的形式及干擾的周期性等隨各個光導纖維的不同而不同，不能一概而論，但在通常的光導纖維的使用中，由于光導纖維本身內在的原因或敷設時的外部原因等，賦予適合于本發(fā)明的干擾，能獲得本發(fā)明的效果。
例如在干擾的形式中，軸對稱性是重要的。以下，舉例定性地說明如上述式(8)、(9)、(11)、(12)所示設計的多波型光導纖維中產生的幾種干擾形式、以及這時的波型耦合關系。
例如，如果在光導纖維中發(fā)生圖2所示的微小彎曲，則由于本來筆直的光導纖維的軸發(fā)生彎曲，所以賦予光導纖維所謂的“非軸對稱騷動”。LP01波型是軸對稱波型，所以在沒有產生微小彎曲的光導纖維中，如果只存在光導纖維的芯子直徑變化這樣的軸對稱騷動，則與作為同軸對稱波型的LP02波型耦合。
可是，由于在某種程度上強制地賦予微小彎曲這樣的非軸對稱騷動，所以與LP01波型和LP02波型的耦合相比，與作為非軸對稱波型的LP11波型的耦合起支配作用。LP11波型不只與LP01波型耦合，還與LP02波型耦合。
如上所述，在只是圖3所示的纖維直徑沿長度方向變化的所謂“軸對稱騷動”加在多波型光導纖維上的情況下，與上述的微小彎曲不同，可以認為產生了對稱性相同的波型之間的耦合。
即，可以認為是LP01波型和LP02波型、LP11波型和LP12波型等的耦合的組合。
特別是在本發(fā)明的多波型光導纖維中，為了賦予適宜的干擾，在將由內層和外層構成的合成樹脂制的被覆層設置在多波型光導纖維的表面上時，最好使上述內層材料的揚氏摸量為0.5kg/mm2以下，以0.05～0.3kg/mm2為好，外層材料的揚氏摸量最好為30kg/mm2以上，以60～70kg/mm2為好。通過滿足這些范圍，起因于內層和外層的硬度差、以及大概是光導纖維制造時樹脂的硬化，賦予光導纖維適度的干擾，提高除去高次波型的效果。
這里，可以對本發(fā)明的多波型光導纖維的設計整理如下。
(A)設計折射率分布結構，以便光信號輸入時(激振時)，作為傳播波型至少能存在三種以上的線偏振波型。因此，光纖設計的自由度增大。
(B)這時，在這些傳播波型中，將LP01波型和LP11波型的傳播常數差設定為LP11波型以上的高次波型和相鄰的高次波型傳播常數差的二倍以上，最好為三倍以上。其結果，只是LP11波型以上的高次波型耦合在包層波型中，傳播適當的距離后，實際上能變成只是LP01波型進行傳播的波型配置。在小于二倍的情況下，不能只使高次波型適當地衰減，往往不是單一波型傳輸。
(C)另外，在LP11波型以上的高次波型及包層波型中，在標準傳播常數中，設定相鄰的波型之間的傳播常數差在0.25以下，最好在0.1以下，若在0.05以下就更好。通過這樣設定，高次波型與包層波型迅速耦合，傳播后消除在系統(tǒng)上不會成為問題的距離。
該適當的距離還隨光導纖維的種類的不同而不同，但如果傳播了4km左右后消除高次波型，則能構成充分適用的傳輸系統(tǒng)。
這時，在傳播了4km以上時，LP01波型以外的波型最好衰減20dB以上，如果得以上述衰減，則這些波型實際上對信息傳輸并無貢獻。
例如在海底傳輸系統(tǒng)中，根據需要而依次連接多條光導纖維，能構成一條光導纖維的連續(xù)長度最少為3～4km。因此，如果不需要的高次波型在一條多波型光導纖維中傳播期間被充分衰減，則在到達下一個連接點期間能實現實際的單一波型傳播狀態(tài)。
可是，未必能用全部光導纖維的折射率分布結構，自由地取得上述(A)、(B)、(C)所示的條件。
圖4是表示具有臺階形折射率分布的光導纖維中的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的曲線圖。
bmn是將LPmn波型的傳播常數βmn標準化了的值，是用下式(13)近似的值。
bmn=(βmn-konclad)/(kon1-konclad)式(13)式中，βmn是Lpmn波型的傳播常數(m和n是整數)。
在βmn和bmn中，在比較傳播常數或標準傳播常數之間的相對大小時，在任何一種情況下都能獲得幾乎相同的結果。
這里，用下式(14)表示作為芯子的峰值折射率和包層折射率的相對的差的比折射率差Δ。
Δ≈(n1-nclad)/nclad式(14)
如果考慮這一點，則βmn和bmn的關系能如下式(15)所示近似地表示。
βmn≈(1+bmn)konclad式(15)另外，假設兩個傳播常數的差為Δβmn,m’n’，則該傳播常數的差能用下式(16)表示。
Δβmn,m’n’=(bmn-bm’n’)konclad式(16)在圖4所示的曲線中，如果標準化頻率V大于2.405，則發(fā)生第二個LP波型(LP11波型)。因此，能將LP11波型的傳播除去的范圍的標準化頻率的上限值VC11是2.405。另外，如果V超過3.8，則發(fā)生下一個LP波型。這時發(fā)生的實際上是LP21波型及LP02波型。
在這些第三及第四個LP波型發(fā)生的范圍中，LP01波型和LP11波型各自的b01、b11都已經表示相當大的值。因此，根據bmn的定義式可知，各自的β01、β11的值變得相當大。
表1表示與LP21波型和LP02波型發(fā)生的最大的V對應的LP01和LP11波型的bmn的值。


根據該表1，LP01波型和LP11波型的標準傳播常數差為0.34，與此不同，LP11波型和LP02波型的標準傳播常數差為0.42，為2.5倍時大小關系相反。
因此，如上所述，將LP01波型和LP11波型的傳播常數差設定為比第二號以后的波型相互之間的傳播常數差大2.5倍以上是困難的。因此，在具有臺階形的折射率分布的光纖中，即使能作出能傳播三個以上的LP波型的狀態(tài)，也不可能作出作為目的的傳播常數差的關系。
在這樣的波型之間的傳播常數差的關系中，即使使光導纖維發(fā)生助長波型變換的微小彎曲，但首先由于在前一個傳播常數差小的LP01波型和LP11波型之間強烈地發(fā)生耦合，所以最終不能除去不要的波型而優(yōu)先保留LP01波型。
因此，本發(fā)明者增加討論了其他幾種折射率分布。其結果，可知在這樣的多波型光導纖維中，即在有芯子、以及在其外周上設置的包層，該芯子由設置成同心圓狀的兩層以上構成，而且其折射率分布備有在該芯子的中心附近設置的最大折射率的最大折射率層，以及設置在該最大折射率層的外周上的其折射率比該最大折射率層低的中間層的多波型光導纖維中，能滿足上述(A)、(B)、(C)的條件。
另外，在這樣的折射率分布中，最好還備有以下的折射率分布。
(1)中間層由一層或折射率不同的兩層以上構成，假設構成該中間層的層的折射率從中心一側開始為nI1、nI2、…、nIi(i=2、3、…)時，nI1＞nIi，而且包層備有比nI1小的折射率。
在該折射率分布中，以中間層的包層為基準的相對折射率的最大值是以最大折射率層的包層為基準的相對折射率的5～50％。
(2)中間層由折射率不同的兩層以上構成，假設構成該中間層的層中，與最大折射率層相鄰的層的折射率為nI1、這些層的最大折射率為nImax時，nImax＞nI1，而且包層備有比nImax小的折射率。
在該折射率分布中，以中間層的包層為基準的相對折射率的最大值是以最大折射率層的包層為基準的相對折射率的15～90％。
圖5(a)～圖5(h)表示這樣的折射率分布的具體例。在該折射率分布中，橫軸表示從芯子中心算起的位置，縱軸表示折射率。
圖5(a)所示的折射率分布是這樣一種分布，即有芯子10，該芯子10由中心部1a、以及其周圍的比該中心部1a的折射率低的臺階部1b構成，在該臺階部1b的周圍設置了比該臺階部1b的折射率還低的包層11。
圖5(b)所示的折射率分布是這樣構成的，即有芯子10，該芯子10這樣構成在中心部2a的周圍依次設置了比該中心部2a的折射率低的中間部2b；以及比該中間部2b的折射率高、而比上述中心部2a的折射率低的環(huán)形部2c，在該環(huán)形部2c的周圍設置了與上述中間部2b的折射率大致相等的包層11。
圖5(c)所示的折射率分布是這樣構成的，即有芯子10，該芯子10這樣構成在中心部3a的周圍依次設置了比該中心部3a的折射率高的第一環(huán)形部3b；與上述中心部3a的折射率大致相同的中間部3c；以及比該中間部3c的折射率高、而且比上述第一環(huán)形部3b的折射率低的第二環(huán)形部3d，在該第二環(huán)形部3d的周圍設置了與上述中間部3c的折射率大致相等的包層11。
圖5(d)所示的折射率分布是這樣構成的，即有芯子10，該芯子10這樣構成在中心部4a的外周上依次設置了比該中心部4a的折射率高的第一環(huán)形部4b；比該第一環(huán)形部4b的折射率低、而且比上述中心部4a的折射率高的臺階部4c，在該臺階部4c的周圍設置了與上述中心部4a的折射率大致相等的包層11。
另外，圖5(c’)、圖5(d’)所示的折射率分布分別是在圖5(c)、圖5(d)所示的折射率分布中，將中心部3a、4a的折射率設定得比包層11的折射率低-Δ的變形例。
圖5(e)所示的折射率分布是這樣構成的，即有芯子10，該芯子10這樣構成在中心部5a的周圍依次設置了比該中心部5a的折射率低的中間部5b；以及比該中間部5b的折射率高、而且比上述中心部5a的折射率低的環(huán)形部5c，在該環(huán)形部5c的周圍設置了比上述中間部5b的折射率低的包層11。
圖5(f)所示的折射率分布是這樣構成的，即有芯子10，該芯子10這樣構成在中心部6a的周圍依次設置了比該中心部6a的折射率低的中間部6b；以及比該中間部6b的折射率高、而且比上述中心部6a的折射率低的環(huán)形部6c，在該環(huán)形部6c的周圍設置了比上述中間部6b的折射率高、而且比上述環(huán)形部6c的折射率低的包層11。
圖5(g)所示的折射率分布是這樣構成的，即有芯子10，該芯子10這樣構成在中心部7a的周圍依次設置了比該中心部7a的折射率低的臺階部7b；以及比該臺階部7b的折射率低的低折射率部7c，在該低折射率部7c的周圍設置了比該低折射率部7c的折射率高、而且比上述臺階部7b的折射率低的包層11。
圖5(h)所示的折射率分布由芯子10和包層11構成，該芯子10這樣構成在中心部8a的周圍依次設置了比該中心部8a的折射率低的中間部8b；比該中間部8b的折射率高、而且比上述中心部8a的折射率低的環(huán)形部8c；以及比包層11的折射率低的低折射率部8d。
圖5(a)～圖5(h)所示的折射率分布的各構成部分以石英玻璃為主要成分，由純石英玻璃、或添加了具有使折射率升高作用的鍺的石英玻璃、或添加了具有使折射率下降作用的氟的石英玻璃構成。
這里，在圖5(a)～圖5(h)所示的折射率分布中，相同的地方在于包層11設置在芯子10的外周上，芯子10有配置在中心附近的在該折射率分布中折射率高的部分(最大折射率層)；以及設置在其周圍的比該最大折射率層的折射率低、且夾在該最大折射率層和包層11之間的中間層。
另外，假設設置圖5(d)所示的低折射率的中心部4a、或圖5(g)所示的臺階部7b的外周上的低折射率部7c是任意的，則圖5(a)、圖5(d)、圖5(g)所示的折射率分布相同的地方在于實際上都是三層結構。
即這些折射率分布是這樣構成的在中心附近設置折射率最高的中心部1a、7a、第一環(huán)形部4b(第一層最大折射率層)，在其外周上設置比它們的折射率低的臺階部1b、4c、7b(第二層中間層)，再在它們的周圍設置比它們的折射率還低的包層11(包層層)。是否在芯子10的中心設置低折射率的中心部4a、或者在與包層11接觸的芯子10的外周附近設置低折射率部7c，根據所要求的特性進行設計，是任意的。
在這些折射率分布中，在設定了以包層為基準時的第一層、第二層的相對折射率的最大值為Δ1、Δ2時，使Δ2為Δ1的5～50％，最好為5～15％。
另外，在圖5(b)、圖5(c)、圖5(e)、圖5(f)、圖5(h)所示的折射率分布中，如果設置圖5(c)所示中心的低折射率的中心部3a、以及圖5(h)所示的低折射率部8d是任意的，則其相同的地方在于實際上都是四層結構。
即這些折射率分布是這樣構成的在中心設置折射率最高的中心部2a、第一環(huán)形部3b、中心部5a、6a、8a(第一層最大折射率層)，在其外周上設置比它們的折射率低的中間部2b、3c、5b、6b、8b(第二層中間層)，再在其外周上設置比它們的折射率高的環(huán)形部2c、第二環(huán)形部3d、環(huán)形部5c、6c、8c(第三層中間層)，再在其周圍設置包層11(包層層)。
是否設置上述中心部3a和低折射率部8d，根據所要求的特性進行設計，是任意的。在以包層11的折射率為基準時，低折射率部8d的相對折射率相對于芯子10的中心附近的折射率的最大值(Δ1)相對地為-5～-15％左右。
同樣，第三層的折射率相對于Δ1為15～90％。
同樣，中間部5b的相對折射率相對于Δ1為0～15％。
同樣，中間部6b的相對折射率相對于Δ1為0～-10％。
另外，在圖5(c’)、圖5(d’)所示的折射率分布中，中心部3a、4a的折射率，從可制造性的觀點來看，相對于包層11的相對折射率最好為-0.05～0.3％左右的值。
而且，如上所述，在圖5(a)～圖5(h)所示的折射率分布中，相同的地方在于折射率最高的最大折射率層配置在芯子10的中心附近，在其外周上配置比其折射率低的中間層。這樣，在芯子10內，由于使LP01波型更集中在其中心的高折射率部分，所以能滿足上述條件。
具有圖5(a)～圖5(h)所示的折射率分布的單一波型光纖迄今已存在。可是，其標準化頻率V抑制LP11波型的發(fā)生，所以V設定得小。實際上現有的單一波型光纖能相當嚴格地遵守單一波型條件。
如上所述，在本發(fā)明中進行這樣的波型配置，即特意去掉這樣的限制，雖然能傳播更多的波型，可是由于波型變換的作用，在LP11波型以后的波型傳播適當的距離后在發(fā)射波型中消失，即使折射率分布與現有的相同，但設計條件不同。
定性地說，在本發(fā)明中，假設芯子中最大折射率層(第一層)的折射率(芯子的峰值折射率)為n1時，例如其外周上的中間層的最大折射率為n2。而且在這些n1、n2中，假設以包層11的折射率為基準時的相對折射率分別為Δ1、Δ2時，使Δ2為Δ1的5～90％，最好設定為30％左右的值，能滿足本發(fā)明的條件。使Δ1為0.5～1.5％。
之所以用該程度的折射率差能實現，是因為在多波型光導纖維中傳播的LP波型中，如果將LP01波型除去，則在中心部的最大折射率層的區(qū)域中幾乎不存在該能量分布，LP01以外的波型的傳播常數與該中心的最大折射率層的折射率沒有太大關系。
另外，在該芯子中，芯子的外徑是最大折射率層的外徑的3～8倍，最好為3～5.5倍。
但是，如一般的多波型光導纖維所示，在存在數十種LP波型的情況下，如果V大，則這樣的條件不成立。因此，在本發(fā)明中，如上所述，傳播波型數的上限值設定為滿足傳播常數不依賴于芯子中心的最高折射率部分的折射率的條件的值。即，為了實現本發(fā)明的多波型光導纖維的這樣的工作，最好有圖5(a)～圖5(h)所示的折射率分布，而且傳播波型的LP波型數為3～6個左右，根據情況的不同，最好為3～5個左右。
這樣在本發(fā)明的多波型光導纖維中，通過緩和現有的單一波型條件，能更柔和地對應傳輸系統(tǒng)中要求的作為光導纖維的光學特性。另外，能根據折射率分布等的設計條件，調節(jié)這些特性值。
例如近年來在盛行開發(fā)的波長多路傳輸系統(tǒng)中，要求將工作波長區(qū)域的分散的絕對值設定在10ps/km/nm以下，最好在5ps/km/nm以下。但是，為了降低FWM(4光子混合)的影響，分散最好并非完全為零。但是，由于考慮傳輸距離和傳輸速度，確定分散值，所以這些數值不是絕對的。
在本發(fā)明的多波型光導纖維中，LP01波型的分散在波長比工作波長區(qū)域的波長長時變?yōu)榱?，而且能進行將工作波長區(qū)域的分散值抑制在上述范圍的設計，對于以海底光纜為代表的長距離傳輸系統(tǒng)有效。另外，LP01波型的分散在波長比工作波長區(qū)域的波長短時變?yōu)榱?，而且能進行將工作波長區(qū)域的分散值抑制在上述范圍的設計，能進行對應于傳輸系統(tǒng)的柔和的設計。
另外，Aeff大一些好。例如通過應用本發(fā)明，能獲得具有50μm2以上的Aeff、最好為70μm2以上的Aeff的光導纖維。
另外，彎曲損失感受性小一些好。例如對同樣纏繞成直徑為20mm的被測定光導纖維測定的值(稱為“同樣彎曲損失”)最好在30dB/m以下，在10dB/m以下就更好，對于各種光纜結構來說，都能看作是穩(wěn)定的光纜。
另外，特別是在應用于波長多路傳輸的光纖中，相對于被稱為分散斜率的波長的分散的斜率小者，能實現寬帶傳播，所以是所希望的。因為如果分散斜率小，則在工作波長區(qū)域傳輸多種波長光信號時，它們的傳輸狀態(tài)容易變得均勻。在本發(fā)明中，如上所述由于設計參數的自由度增大，所以即使是設計適合于波長多路傳輸用光纖的具有低分散斜率的光導纖維時，光纖參數設定的自由度也增大。
實施例其次，用實施例具體地說明本發(fā)明。
在本實施例中，用上述式(2)表示標準化頻率的定義。這里，n1為芯子的中心部附近的最大折射率nA。另外，在半徑方向的折射率分布中，用達到與包層的折射率數值相同的位置的長度定義芯子半徑a。
(實施例1)圖6是表示圖5(a)所示的具有臺階形折射率分布的多波型光導纖維的實施例的標準化頻率和標準化傳播常數的關系的模擬結果的曲線圖。在該多波型光導纖維中，中心部1a的折射率和臺階部1b的折射率的相對值(單位為％)為0.80和0.06。另外，設中心部1a的半徑為1時，臺階部1b的半徑為5。
能除去LP波型傳播的范圍的標準化頻率的上限值VC11為8左右，象以往那樣在進行極力不允許LP11波型傳播的設計的情況下，需要使V處在比該值小的范圍內。因此，設計自由度非常小。與此不同，如果采用本發(fā)明，則能在發(fā)生作為第三種波型的LP02波型的從8到15左右的范圍內進行設計，可見設計的自由度增大。
例如在V為15左右的情況下，除了LP01波型以外，能傳播LP11、LP02、LP21、以及LP31波型等。
而且，LP01波型和LP11波型之間的標準化傳播常數差非常大，但LP11波型以上的高次波型之間的標準化傳播常數差非常小。
另外，雖然在理論上認為包層波型存在于bmn=0的位置，但包層波型和高次波型之間的標準化傳播常數差也變小。因此，在LP01波型和LP11波型之間難以發(fā)生能量交換，在高次波型之間及高次波型和包層波型之間容易發(fā)生能量交換。
因此，使V的值為15，使b01為0.65左右，采用VAD法，實際上制作了多波型光導纖維。而且，在圖7中示出了該多波型光導纖維的折射率分布的測定結果。由該圖可知，折射率分布并非完全的臺階形，中心部1a、臺階部1b、包層11各部分的邊界呈圓滑形狀。
該多波型光導纖維例如采用測定纖維長度為2m的截止波長的通常的測定方法，能獲得1.75微米的結果，根據該結果，可知在進行1.5～1.6微米的傳輸中是多波型光纖，結論是不適合單一波型傳輸。
另一方面，用圖8(a)、圖8(b)所示的方法，測定了該多波型光導纖維的纖維長度和截止波長的關系。
首先，如圖8(a)所示，在從可變波長光源22通過透鏡23至測定長度呈筆直的光導纖維21中，用全部波型激勵測定波長的光，用光檢測器24檢測透過了光導纖維21的光。將其結果作為輸出A。然后，如圖8(b)所示，在該光導纖維21的輸出端附近形成彎曲21a，同樣用光檢測器24檢測透過了光導纖維21的光。將其結果作為輸出B。
然后，對這些輸出A和輸出B進行比較，觀測損失波長特性的差。
在測定長度呈筆直的光導纖維21中傳播高次波型的情況下，如果形成彎曲21a，則產生過大的損失。因此，在與輸出A相比較輸出B產生過大的損失的情況下，能確認存在高次波型。
反之，在該測定長度中已經從光導纖維21發(fā)射出高次波型的情況下，在輸出A中只能檢測到LP01波型。因此即使在光導纖維21上形成彎曲21a，在輸出B中也不會增大損失。因此，輸出A和輸出B的強度相等的范圍是能傳輸單一波型的范圍。
而且，根據圖8(c)所示的曲線，能求出光纖的每段長度的截止波長。該曲線的橫軸表示波長，縱軸所示的A、B分別是輸出A的光強和輸出B的光強。
圖9是表示該測定結果的圖。從該結果可知，截止波長與光纖長度的依賴關系很大。另外，在本例中能確認光纖在3km左右時，截止波長在1.5微米以下。
另外，在該多波型光導纖維中，傳播足夠長的距離后(傳播4km以上后)零分散波長為1.58微米，155微米區(qū)域的芯子有效截面積約為70平方微米，分散斜率為15ps/km/nm2。這些數值是在所謂的高密度波長多路傳輸中是被充分考驗過的數值，可知具有這樣的特性用光導纖維放大器對以1530～1560nm帶域為中心的數個至數十個波長多路信號一邊進行中繼放大，一邊使其傳播，能傳播例如數千公里的距離。
另外，如上所述波型之間的能量交換依賴于光導纖維的被覆層和光纜的狀態(tài)等。因此，如下對被覆層及光纜的狀態(tài)和截止波長的關系進行了實驗。
在外徑為125微米的實施例1的多波型光導纖維中，設置內層的揚氏摸量小于1kg/mm2、外層的揚氏摸量大于40kg/mm2的被覆層，作為光導纖維線束，采用通常的方法將它作成光纜。
光纜的結構呈帶型結構和松動管型結構。而且，采用與上述同樣的方法，對這些光纜測定了截止波長和纖維長度的關系。
關于截止波長對纖維長度的依賴性觀測到在纖維長度為1公里以下的區(qū)域，纖維長度每增加一位，截止波長縮短80～120nm，截止波長對纖維長度的依賴性與未設置被覆層之前沒有多大差別。
因此，實施例1的多波型光導纖維即使在制成光纜的情況下，也能維持其特性，可知能無問題地使用。
(實施例2、3)圖10、圖11分別是表示實施例2、3的多波型光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的模擬結果的曲線圖。
實施例2、3如這些曲線圖分別所示，備有圖5(a)所示的臺階狀的折射率分布。
在實施例2中，以包層的折射率為基準時中心部1a和臺階部1b的相對折射率分別為0.80％、0.08％。另外，在實施例3中為0.80％、0.12％。另外，在實施例2、3中，設中心部1a的半徑為1時，臺階部1b的半徑都為5。
(實施例4)圖12是表示實施例4的多波型光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的模擬結果的曲線圖。
實施例4的多波型光導纖維如這些曲線所示，備有圖5(e)所示的折射率分布。該圖中的曲線表示從中心沿一側半徑方向的折射率分布。而且以中間部5b的折射率為基準時中心部5a、環(huán)形部5c及包層11的相對折射率分別為0.61、0.31、-0.02％。另外，設中心部5a的半徑為1時，中間部5b的半徑為2.8，環(huán)形部5c的半徑為3.9。
(實施例5)圖13是表示實施例5的多波型光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的模擬結果的曲線圖。
實施例5的多波型光導纖維如這些曲線所示，備有圖5(h)所示的折射率分布。而且以中間部8b的折射率為基準時中心部8a、環(huán)形部8c及低折射率部8d的相對折射率分別為0.61、0.21、-0.05％。另外，設中心部8a的半徑為1時，中間部8b的半徑為2.8，環(huán)形部8c的半徑為3.9，低折射率部8d的半徑為8。
(實施例6)圖14是表示實施例6的多波型光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的模擬結果的曲線圖。
實施例6的多波型光導纖維如這些曲線所示，備有圖5(b)所示的折射率分布。而且以中間部2b和包層11的折射率為基準時中心部2a和環(huán)形部2c的相對折射率分別為0.64、0.33％。另外，設中心部2a的半徑為1時，中間部2b的半徑為2.8，環(huán)形部2c的半徑為3.9。
從圖10～圖14所示的曲線可知，在任何情況下通過將標準化頻率V設定為比發(fā)生LP02波型的下限值大的值，除了LP01波型以外，能傳播LP11、LP02、LP21、以及LP31波型等，而且LP01和LP11波型之間的標準化傳播常數差非常大，但LP11波型以上的高次波型之間的標準化傳播常數差非常小，能獲得與實施例1相同的結果。因此，如果將V值設定在適當的范圍，制作多波型光導纖維，則與實施例1相同，由于傳輸距離變長，可知實際上能獲得能進行單一波型條件下的傳輸的光導纖維。
(實施例7)如圖15所示，實施例7的多波型光導纖維備有圖5(e)所示的折射率分布。而且以中間部5b的折射率為基準時中心部5a、環(huán)形部5c及包層11的相對折射率分別為0.7、0.3、-0.1％。另外，設中心部5a的半徑為1時，中間部5b的半徑為4，環(huán)形部5c的半徑為5。
圖16是表示實施例7的多波型光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的模擬結果的曲線圖。
其次，如圖16所示，將V值設定為6.1，采用稱為MGVD法的內附法，制作了該多波型光導纖維。然后，實際上測定了折射率分布時，發(fā)生了若干變形，但獲得了圖15所示的近似于理想形狀的折射率分布。
該多波型光導纖維的特性的實際測量值如下所示。理論值和實際測量值基本上一致，誤差在百分之幾以內。
芯子直徑(環(huán)形部5c的外徑)16.3微米標準化頻率 V=6.1標準化傳播常數 b01=0.22芯子中心的相對折射率差 0.8％零分散波長 1550nm分散值(λ:1550nm) 2.0ps/km/nm高次波型的截止波長(纖維長2m)約1.81微米MFD 10.2微米Aeff89.5微米2LP01波型的彎曲損失 約23dB/m(曲率半徑20mm)波長分散斜率(λ:1550nm) 約0.133ps/km/nm2如圖17所示，將該外徑為125微米的多波型光導纖維作成如下所述的6心的單元結構在多波型光導纖維31的外周上設置由紫外線硬化型樹脂構成的被覆層，且該被覆層由柔軟的、揚氏摸量為0.10kg/mm2的內層32(厚度約35微米)和揚氏摸量為60kg/mm2的硬的外層33(厚度約27微米)構成，如上構成后將其作為光導纖維線束34，將6條這樣的光導纖維線束34捻合在抗拉構件37的外周上，該抗拉構件37由在鋼絲35上設置了由聚乙烯構成的被覆層36構成，在這樣捻合而成的集合體上設置由聚乙烯構成的總體被覆層38，然后，測定了該單元的高次波型的截止波長，單元長度約為2km的位置的各多波型光導纖維31…的截止波長縮短到1.50微米。
因此，纖維長度為2m時的截止波長約為1.81微米，如果只根據該值判斷，雖然被認為尚未接近實用程度，但通過確保規(guī)定的纖維長度，確認了能進行單一波型傳輸。而且該多波型光導纖維的Aeff較大，大致為90微米2，能使多波型光導纖維中的光信號的能量密度下降，可知能謀求非線性效應的抑制。
(實施例8)如圖18所示，實施例8的多波型光導纖維備有圖5(b)所示的折射率分布。而且，以中間部2b和包層11的折射率為基準時中心部2a和環(huán)形部2c的相對折射率分別為0.8、0.5％。另外，設中心部2a的半徑為1時，中間部2b的半徑為3，環(huán)形部2c的半徑為4。
圖19是表示實施例8的多波型光導纖維的標準化頻率V和標準化傳播常數bmn的關系的模擬結果的曲線圖。
其次，將V值設定為5.4，與實施例7相同，采用稱為MCVD法的內附法，制作了該多波型光導纖維。
該多波型光導纖維的特性的實際測量值如下所示。理論值和實際測量值基本上一致，誤差在百分之幾以內。
芯子直徑(環(huán)形部2c的外徑)14.6微米標準化頻率 V=5.4標準化傳播常數 b01=0.23芯子中心的相對折射率差 0.8％零分散波長 1564nm分散值(λ:1550nm) 2.0ps/km/nm高次波型的截止波長(纖維長2m)約1.87微米MFD 9.7微米Aeff93.9微米2LP01波型的彎曲損失 約15dB/m(曲率半徑20mm)波長分散斜率(λ:1550nm) 約0.133ps/km/nm2如圖17所示，與實施例7同樣將該多波型光導纖維作為單元，測定了該單元的高次波型的截止波長，在傳輸了4km的位置能獲得使1500nm下降的值，確認了能傳輸單一波型。另外，如上所述，Aeff也大，可知非線性抑制的效果好。
(實施例)除了上述的圖8(a)、圖8(b)所示的方法以外，作為確認存在多種多波型光導纖維的傳播波型的方法，能舉例示出利用反射型的纖維光柵的方法。
所謂纖維光柵是指沿多波型光導纖維的長度方向形成了芯子的折射率或芯子直徑周期性變化等的騷動的結構。而且，利用該周期性的變化，能獲得反射特定波長區(qū)域的光的特性。
圖20(a)是表示纖維光柵的制造方法之一例的說明圖，該制造方法是利用如果使特定波長的紫外光照射在添加了鍺的石英玻璃上折射率便上升的特性(所謂的自動折射效應)的方法。
光導纖維41的芯子41a的至少中心附近折射率高的部分是由添加了鍺的石英玻璃構成的。芯子41a的其他部分由純石英玻璃或添加了氟的石英玻璃形成。包層41b由純石英玻璃或添加了氟的石英玻璃構成。
另一方面，符號52是相位掩模。該相位掩模52由石英玻璃等構成，在其一側表面上按照規(guī)定的周期形成多個柵格52a…。
然后，將相位掩模52配置在光導纖維41的側面上，且使柵格52a…的形成面與其相對，使紫外光通過相位掩模52照射在該光導纖維41的側面上。
于是，由于柵格52a…的作用，+一次繞射光和-一次繞射光進行繞射而產生干涉條紋，形成紫外光的強度圖形。其結果，產生了上述干涉條紋的部分的芯子41a的折射率發(fā)生變化，該紫外光的強度圖形作為半永久性的芯子41a的折射率變化被復制在芯子41a上。這樣沿光導纖維41的長度方向能獲得形成了芯子41a的折射率周期性變化的光柵部43。
然后，如圖20(b)所示，如果使光入射到光導纖維41上，則特定波長的光在光柵部43上反射，能獲得損失了該特定波長的光的透射光。
反射光的波長依賴于折射率變化的周期(折射率騷動)。即，如果光導纖維41中的波型的纖維內波長和該折射率騷動的1/2周期一致，便產生非常強的反射。因此，通過該反射波長的測定，能相當準確地知道在光導纖維41中傳播的波型。
圖21是測定了利用紫外線激光器(受激準分子激光器)在具有類似于實施例6的折射率分布的多波型光導纖維中形成了約0.5微米的周期短的光柵部的纖維光柵的反射波長特性的反射光譜。如果傳播波型只有一種，則只能觀測到一條反射光譜，但在本實施例中除了LP01波型以外，能觀測到多種波型的反射光譜，確認了是傳播多種波型的光導纖維。
工業(yè)上利用的可能性如上所述，在本發(fā)明的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維中，由于在傳播了規(guī)定距離后能傳播單一波型，所以緩和了以往的單一波型條件，能比較自由地設定光纖參數。
其結果，在工作波長區(qū)域中能減少分散。另外，能增大芯子有效斷面積。而且，能謀求降低連接損失、彎曲損失及非線性效應。
另外，由于這樣的設計參數的自由度增大，所以對于適用于長距離傳輸的光導纖維、或適用于長距離傳輸且適合于波長多路傳輸用的光導纖維等的設計有效。
權利要求
1．一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，是光信號入射時，作為傳播波型至少能存在3種以上線偏振波型的多波型光導纖維，其特征在于該傳播波型包括最低次波型和二次波型以上的高次波型，在二次波型以上的高次波型中，該最低次波型和該二次波型的傳播常數差是相鄰的波型之間的傳播常數差的二倍以上。
2．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在高次波型和包層波型中，相鄰的波型之間的標準化傳播常數差為0.25以下。
3．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于有芯子、以及在其外周上設置的包層，該芯子由呈同心圓狀設置的兩層以上構成，而且備有在該芯子的中心附近設置的折射率最大的最大折射率層、以及在該最大折射率層的外周上設置的其折射率比該最大折射率層低的中間層。
4．根據權利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于以中間層的包層為基準的相對折射率的最大值是以最大折射率層的包層為基準的相對折射率的5～90％。
5．根據權利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于以最大折射率層的包層為基準的相對折射率差為0.65～1.5％。
6．根據權利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于芯子的外徑為上述最大折射率層的外徑的3～8倍。
7．根據權利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于芯子的外徑為最大折射率層的外徑的3～5.5倍。
8．根據權利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于中間層由一層或折射率不同的兩層以上構成，假設構成該中間層的層的折射率從中心一側開始為nI1、nI2、…、nIi(i=2、3、…)時，nI1＞nIi，而且包層備有比nI1小的折射率。
9．根據權利要求8所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于以中間層的包層為基準的相對折射率的最大值是以最大折射率層的包層為基準的相對折射率的5～50％。
10．根據權利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于中間層由折射率不同的兩層以上構成，假設構成該中間層的層中，與最大折射率層相鄰的層的折射率為nI1、這些層的最大折射率為nImax時，nImax＞nI1，而且包層備有比nImax小的折射率。
11．根據權利要求10所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于以中間層的包層為基準的相對折射率的最大值是以最大折射率層的包層為基準的相對折射率的15～90％。
12．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于入射的光信號在最大傳播距離4km的期間，最低次波型以外的波型衰減，實際上對于信息傳輸沒有貢獻。
13．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于1.55微米區(qū)域的芯子有效斷面積為50平方微米以上，1.55微米區(qū)域的分散的絕對值為10ps/km/nm以下，而且以石英玻璃為主要成分。
14．根據權利要求13所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于1.55微米區(qū)域的芯子有效斷面積為70平方微米以上。
15．根據權利要求14所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于1.55微米區(qū)域的分散的絕對值為5ps/km/nm以下。
16．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于傳播波型的數量為3～6。
17．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在工作波長區(qū)域中，比波長為1.5微米長的波長的最低次波型的分散為零。
18．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于工作波長區(qū)域中的直徑為20mm的彎曲損失一律為30dB/m以下。
19．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于工作波長區(qū)域中的直徑為20mm的彎曲損失一律為10dB/m以下。
20．根據權利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光導纖維，其特征在于在工作波長區(qū)域中，比波長為1.5微米短的波長的最低次波型的分散為零。
全文摘要
一種具有高次波型除去功能的多波型光導纖維,是光信號入射時,作為傳播波型至少能存在3種以上線偏振波型的多波型光導纖維,其特征在于:該傳播波型包括最低次波型和二次波型以上的高次波型,在二次波型以上的高次波型中,該最低次波型和該二次波型的傳播常數差是相鄰的波型之間的傳播常數差的二倍以上,通過這樣構成,在傳播了規(guī)定距離后能傳播單一波型,所以緩和了以往的單一波型條件,能比較自由地設定光纖參數,其結果,在工作波長區(qū)域中能減少分散。另外,能增大芯子有效斷面積。而且,能謀求降低連接損失、彎曲損失及非線性效應。
文檔編號G02B6/14GK1306628SQ00800915
公開日2001年8月1日 申請日期2000年3月28日 優(yōu)先權日1999年3月31日
發(fā)明者山內良三, 畔蒜富夫, 松尾昌一郎, 高橋浩一 申請人:株式會社藤倉