具有高次波型除去功能的多波型光导纤维的制作方法

专利名称：具有高次波型除去功能的多波型光导纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及较长距离传输用的光导纤维，主要涉及适合于超高速传输或高密度波长多路传输的光导纤维。
背景技术：
迄今作为高速传输用的光导纤维，已知单一波型光导纤维。高速传输用的单一波型光导纤维由通常的石英系列玻璃形成。这里所谓石英系列玻璃，是指以二氧化硅为主要成分的玻璃。另外，在本说明书中，形成光导纤维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。
结构最简单的单一波型光导纤维具有台阶形的折射率分布。台阶形的单一波型光导纤维在具有均匀的折射率的芯子周围呈设置了比芯子的折射率低的包层结构。
台阶形的单一波型光导纤维的电磁场能通过解麦克斯韦方程式求得。
在光导纤维断面内，设芯子半径为a，芯子的折射率(峰值折射率)为n clad，用下式(1)表示芯子-包层之间的比折射率差(相对折射率差)Δ，Δ=(n12-nclad2)/(2n1)≈(n1-nclad)/n1≈(n1-nclad)/nclad式(1)如果设光的波长为λ，则能用下式(2)表示标准化频率V。
V=(2π/λ)an1(2Δ)式(2)而且，如果该标准化频率V为某一定值以下的值，则能保证唯一的LP波型能传播的单一波型条件。
这里，说明LP波型(线偏振波型Linearly Polarized Mode)。
将在光导纤维的芯子中传播的波型称为传播波型，将在包层中传播的波型称为包层波型。包层波型传播规定距离后会向包层外发射而衰减。
严格地说，作为电磁场的矢量方向，传播波型由TE、TM、HE、EH等具有各种方向分量的波型构成。可是，在某一近似的根源下，具体地说，在芯子-包层之间的非折射率差小的条件的根源下，在纤维断面内取正交双轴时，根据只具有某一方向的电场矢量时的LP波型，能近似光的传播状态。一般说来，上述芯子-包层之间的相对折射率差虽然说在1％以下，但如果允许有若干误差，则可以认为折射率差达3％左右近似成立。
Lpmn波型和严密场的波型如下对应。
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波型在台阶形的单一波型光导纤维中，已知V＜=2.405时是在芯子中只传播所谓的最低次波型(基本波型，即LP01波型)的单一波型条件。
该台阶形的单一波型光导纤维的缺点在于从上述式(2)可知，对于某一波长λ来说，为了满足单一波型条件，不能使芯子半径a(如果说芯子直径，则为2a)和比折射率差的平方根Δ1/2的积大，从原理上说有使所谓的表示波型的存在区域的波型场直径(MFD:ModeField Diameter)变小的趋势。如果MFD小，则在以低损失将光导纤维之间连接起来的情况下，不能满足条件。
另一方面，如果一边保持V＜=2.405，一边增大MFD，则芯子直径2a扩大，与此相反，必须减小比折射率差Δ。
可是，如果这样设计，则由于折射率差小，另外波型从芯子中心扩展很大，所以纤维只要稍微弯曲(微小弯曲)，传播波型的能量就会经过包层发射到外部，容易产生损失。
因此，作为一种对策，不是严格地遵守式(2)所示的V＜=2.405，而是在理论上设定作为二次波型的LP11波型存在的V。
即，如果进行允许V变为3.0左右的值的设计，则即使设定比较大的LP01波型的MFD，被封闭在芯子内的电磁场也强。因此，即使使纤维稍加弯曲，弯曲损失也不怎么变大，仍能传输。
这时，LP11波型只被封闭在芯子内，所以如果不进行长距离传播，而是传播数米至数十米，则在实际使用状态下，由于受到弯曲而遭到大的发射损失，迅速地衰减。因此，不会对传输产生影响。
可是，在这样传播两个以上的波型的结构中，如果在高次波型不迅速衰减的情况下，存在以下问题。
一般说来，在光导纤维中传播多种波型时，各个波型的传播速度不一致。因此，在光导纤维通信系统中，如果将光信号能量分配给多种波型同时传播，则在长距离传播后，各个波型的到达时刻不同，解调后的信号波形失真。因此，结果不能进行高速传输。近年来光通信的传输速度对于单一的传输波长来说，一般进行数Gb/s以上的传输，实用等级为10Gb/s，在实验方面报告了数十至100Gb/s。
可是，光导纤维的波长分散(也简称为分散)由以下两个要素的和决定。其一是由纤维的材料决定的材料分散，其二是由光导纤维的折射率分布结构决定的波导分散(结构分散)。就光导纤维通信而言，在重要的1.3～1.6微米的波长区域，石英系列光导纤维的材料分散有随着波长变长而增大的趋势。在上述通常的台阶形的单一波型光导纤维中，波导分散的贡献小，材料分散起支配作用，所以全分散、即材料分散和波导分散的和在1.3微米附近变为零。
光导纤维、特别是以石英系列玻璃为主要成分的光导纤维的最低损失波长在1.55微米附近。石英系列玻璃的损失主要是由雷利散射引起的，在1.55微米区变为最小。因此，在该波长区域中，V为2.4～3.0的台阶形单一波型光导纤维分散大，一点高速传输的趋势都没有。
在由石英系列玻璃构成的单一波型光导纤维中，分散移频光导纤维是使分散变为零的波长区移到1.55微米区的光纤。即，通过改变其折射率分布结构，增大在结构上依赖性大的波导分散的绝对值，使材料分散和波导分散的和即全分散变为零的波长区离开1.3微米区。材料分散是由材料本身决定的，所以在波导结构中几乎没有依赖关系。
这样通过使1.55微米区的分散为零，能进行比1.3微米区的损失更低的传输。
作为具体的数值举例如下。
在波长为1.55微米的区域，通常的石英系列玻璃的材料分散大约为17ps/km/nm。因此，如果波导分散为-17ps/km/nm，则抵消材料分散，能使分散为零。
这样为了增大波导分散的绝对值，需要满足以下条件。
(A)具有较大的比折射率差。
(B)具有较小的芯子直径，对芯子的主要部分来说，电磁场分布的扩展相对地大。
关于上述(A)，通过将芯子-包层之间的比折射率差设计得大一些就能对应。
关于上述(B)，与光被封闭在芯子内而变弱几乎是同义的。在分散移频光纤中，例如对应于λ→λ+Δλ的波长变化，在Δ(MFD)/Δλ具有大的值的区域中，已知具有波导分散变大的趋势。因此，在分散移频光纤中，根据上述(B)的条件，为了使波导分散大，多半进行电磁场从芯子的主要部分出来很多的结构设计。
可是，这样在电磁场大的、即具有所谓的大的MFD的光纤中，如上所述，由于波型从芯子的中心扩展很大，所以只要光纤稍微弯曲一些，传播波型的能量便向外部发射，容易产生损失。
由此可知，难以设计同时满足向1.55微米区的分散移频和该弯曲损失的感受性的分散移频光纤。
可是，近年来由于光通信技术的发展，利用光放大器实现了一边直接放大光信号，一边进行长距离传输的技术。作为上述光放大器，可以采用添加铒的光导纤维放大器(EDFA:Erbium Doped FiberAmplfier)，放大后的光信号的功率多半为数十mW以上。
另外，作为分散移频光纤的低损失区域的1.55微米区具有某种程度的波长宽度。另外，EDFA的放大区域宽度有数十nm的波长宽度。因此，在1.55微米区内设定多个不同的数十波长的光信号，实现了在EDFA中同时一边放大这些光信号，一边传输给一个分散移频光纤的波长多路传输波型。
这样的技术进步的结果，扩大设计所谓的光导纤维中的光的存在区域(芯子有效断面积)、即MFD，除了只简单地以低损失连接各纤维之间、使分散移频光纤的波导分散的绝对值大等目的以外，出现了另外的意义。即，存在非线性效应的问题。
在长距离传输中，与波长多路传输的有无无关，在长距离传输被充分放大了的大功率光信号的期间，由于非线性效应的影响，存在光信号波形失真的问题。
作为具体的非线性效应的例，可以举出相位自行调制、四波混合(FWM)等。
相位自行调制是引起与光强有关的物质的折射率变化的三次非线性现象之一，是一种在物质内传播的光脉冲本身的相位在短时间内急剧变化的现象。
在长距离传输中，例如即使是单一波长的传输，如果光信号的峰值功率强，则会发生在功率最强的峰顶部位和功率最弱的谷底部位玻璃的折射率不同的现象，光的瞬时频率发生局部变化。
而且，由于越是高速调制，瞬时频率的变化越大，所以它与光导纤维的分散相结合，引起大的波形失真。因此，长距离多路传输中的相位自行调制是一种分散移频光纤的分散和相位自行调制相互作用效应。
FWM也是三次非线性现象之一，由三束入射光产生不需要的第四束光，四种频率的光波相互作用，对波长多路通信产生影响。如果波长多路数量增加，则要考虑非常多的四波组合，所以相互之间发生多个相互作用，将导致通信品质下降。
由FWM产生的不需要的光(波)的发生效率能近似地由下面的式(3)给出。
η=(α2·n22)/(D2·Aeff2)式(3)式中，α是光导纤维的损失系数(单位例如为dB/km),n2是光导纤维玻璃的非线性折射率，D是光导纤维的分散，Aeff是光导纤维的芯子有效断面积。
在芯子中的传播波型的电磁场分布是高斯型的情况下，式(3)中的Aeff由下式(4)给出。
Aeff=π·MFD2/4式(4)可是，实际上如下式(5)所示，通过积分计算芯子内的光的电磁场分布。Aeff={∫-∞∞∫-∞∞|E(x,y)|2dx dy}2∫-∞∞∫-∞∞|E(x,y)|4dx dy]]>式(5)
从前面的式(3)可知，如果光导纤维的分散近似于零，则发生效率非常大。因此，从高速传输的观点看，希望分散尽可能是小的数值，但从非线性效应的观点看，如果太小则不适宜。
另外，Aeff大者为好。因此，如上所述将MFD设计得大，对于降低非线性效应具有意义。
由于以上的背景，最近在分散移频光纤中力求满足以下的条件。
(A)在工作波长区域中，分散的绝对值小，而且不完全为零，在某种程度上具有偏移的值(有时称为NON-ZERODISPERSION SHIFTEDFIBER)。
(B)Aeff大。
(C)损失小。如果是石英系列光导纤维，在某种程度上能满足损失小的条件，具体地说，1.55微米区域的损失最好在0.23dB/km以下。
(D)弯曲损失感受性小。这一点常常与上述(2)中的Aeff矛盾很大。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其课题在于提供这样一种光导纤维(A)具有较大的Aeff,(B)损失小，(C)在1.55微米区域内，分散值的绝对值为数ps/km左右，(D)在光导纤维的使用环境中，具有较小的弯曲损失感受性。
另外，作为波长多路传输用，最好(E)在数km以上的长距离传输中能在宽带域内传输。
发明的公开为了解决上述课题，本发明采用以下方法。
发明的第一方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，是光信号入射时，作为传播波型至少能存在3种以上线偏振波型的多波型光导纤维，其特征在于该传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，该最低次波型和该二次波型的传播常数差是相邻的波型之间的传播常数差的二倍以上。
发明的第二方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，在高次波型和包层波型中，相邻的波型之间的标准化传播常数差为0.25以下。
发明的第三方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，有芯子、以及在其外周上设置的包层，该芯子由呈同心圆状设置的两层以上构成，而且备有在该芯子的中心附近设置的折射率最大的最大折射率层、以及在该最大折射率层的外周上设置的其折射率比该最大折射率层低的中间层。
发明的第四方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，以中间层的包层为基准的相对折射率的最大值是以最大折射率层的包层为基准的相对折射率的5～90％。
发明的第五方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，以最大折射率层的包层为基准的相对折射率差为0.65～1.5％。
发明的第六方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，芯子的外径为上述最大折射率层的外径的3～8倍。
发明的第七方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，芯子的外径为最大折射率层的外径的3～5.5倍。
发明的第八方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，中间层由一层或折射率不同的两层以上构成，假设构成该中间层的层的折射率从中心一侧开始为nI1、nI2、…、nIi(i=2、3、…)时，nI1＞nIi，而且包层备有比nI1小的折射率。
发明的第九方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，以中间层的包层为基准的相对折射率的最大值是以最大折射率层的包层为基准的相对折射率的5～50％。
发明的第十方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，中间层由折射率不同的两层以上构成，假设构成该中间层的层中，与最大折射率层相邻的层的折射率为nI1、这些层的最大折射率为nImax时，nImax＞nI1，而且包层备有比nImax小的折射率。
发明的第十一方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，以中间层的包层为基准的相对折射率的最大值是以最大折射率层的包层为基准的相对折射率的15～90％。
发明的第十二方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，入射的光信号在最大传播4km的期间，最低次波型以外的波型衰减，实际上对于信息传输没有贡献。
发明的第十三方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，1.55微米区域的芯子有效断面积为50平方微米以上，1.55微米区域的分散的绝对值为10ps/km/nm以下，而且以石英玻璃为主要成分。
发明的第十四方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，1.55微米区域的芯子有效断面积为70平方微米以上。
发明的第十五方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，1.55微米区域的分散的绝对值为5ps/km/nm以下。
发明的第十六方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，传播波型的数量为3～6。
发明的第十七方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，在工作波长区域中，比波长为1.5微米长的波长的最低次波型的分散为零。
发明的第十八方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，工作波长区域中的直径为20mm的弯曲损失一律为30dB/m以下。
发明的第十九方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，工作波长区域中的直径为20mm的弯曲损失一律为10dB/m以下。
发明的第二十方面是一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，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导纤维中，在工作波长区域中，比波长为1.5微米短的波长的最低次波型的分散为零。
本发明的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维虽然不特别限定，但以提供适合于长距离传输的光导纤维为目的，所以原则上以在1.55微米区域中使用为前提。该所谓1.55微米区域是指1490～1620nm的波长范围。
另外，在本发明中，芯子有效断面积、弯曲损失等，只要不特别说明，原则上是指1.55微米区域的工作波长区域中的测定值。
附图的简单说明

图1是用β图表示光导纤维的传播波型的存在范围的图。
图2是表示产生了微小弯曲的光导纤维的斜视图。
图3是表示纤维直径沿长度方向变化的光导纤维的斜视图。
图4是表示具有台阶形折射率分布的光导纤维中的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图5(a)～图5(h)是表示本发明的光导纤维的折射率分布的例的曲线图。
图6是表示实施例1的光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图7是表示在实施例1中，测定了实际制作的光导纤维的折射率分布的结果的曲线图。
图8(a)、图8(b)是表示测定光导纤维的长度和截止波长的关系的方法的说明图，图8(c)是表示求截止波长用的曲线之一例图。
图9是表示实施例1的光导纤维的长度和截止波长的关系的测定结果的曲线图。
图10是表示实施例2的光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图11是表示实施例3的光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图12是表示实施例4的光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图13是表示实施例5的光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图14是表示实施例6的光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图15是表示实施例7的光导纤维的折射率分布的曲线图。
图16是表示实施例7的光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图17是表示使用实施例7的光导纤维制作的单元的剖面图。
图18是表示实施例8的光导纤维的折射率分布的曲线图。
图19是表示实施例8的光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
图20(a)是表示纤维光栅的制造方法之一例的说明图，图20(b)是表示纤维光栅的作用的说明图。
图21是表示在实施例9中，纤维光栅的反射光谱的测定结果的曲线图。
实施发明用的最佳形态如上所述，在现有的技术中，例如在台阶形的单一波型光纤中，采取了这样的方法充其量使V为3.0左右，使单一波型的条件稍微缓和一些，牢固地将LP01波型关在里面，使被关闭得较弱的LP11波型迅速地衰减。
往往将这样的光导纤维称为“准单一波型光纤”。
在本发明的多波型光导纤维中，通过设定能比准单一波型光导纤维传播更多的波型的条件，而且适当地设定光导纤维的折射率分布和波型之间的传播常数差的关系，实际上是进行能进行单一波型传输的设计。
本发明的多波型光导纤维的基本的思考方法是利用在光导纤维的使用环境中产生的弯曲所带来的波型变换。
在理想的光导纤维的情况下，假定在其长度方向上没有外径变化、芯子直径变化、以及折射率的波动。
因此，假定即使多种波型在光导纤维中传播，相互之间也不会交换波型的能量。
可是，在实际的光导纤维的敷设环境中，有以下的干扰加在光导纤维中。
(A)在光导纤维本身的长度方向上，存在外径变化、芯子直径变化、以及折射率的波动等。
(B)为了进行外表面保护，光导纤维通常作为在其外周上设置了由合成树脂构成的被覆层的光导纤维线束等使用。该被覆层通常是由柔软的内层和坚硬的外层构成的双层结构。而且，即使在该被覆层中，在其长度方向上也存在直径变化和树脂的硬度变化，这些都会影响光导纤维。
(C)在光导纤维光缆中光导纤维被作成带状，纤维之间捻在一起。而且，与此相伴随，光导纤维受到弯曲、拉伸、压缩等力的作用。
这些干扰加在光导纤维上的结果，在光导纤维中传播的波型相互之间交换能量。将其称为波型变换。
用与耦合相关的两种波型的传播常数βi、βj的传播常数差Δβ表示该波型变换的程度。用下式(6)表示Δβ。
Δβ=｜βi-βj｜式(6)而且，这些波型的耦合系数Cij如下式(7)所示，Cij∝Δβ-2p式(7)可以说与△β-2p成正比。式中，p是与波动的长度方向的光谱有关的量，设定为2～4的值。
图1是用β图表示传播波型的存在范围的图，横轴表示传播常数。而且，β为正的区域的波型是光信号的进行方向的波型，β为负的区域的波型是相反的反射波型。
进行定性说明时，如图1所示，设LP01波型的传播常数为β0，此后的高次波型的传播常数依次为β1、β2、…。
例如，在上述中，设β=4，波型之间的耦合系数与Δβ的8次方成反比。这里，假定存在三种传播波型(LP01、LP11、LP02波型)。如上所述，各自的传播常数分别为β0、β1、β2。设计得满足下式(8)、式(9)所示的条件。
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传播常数，ko=2π/λ式(10)nclad是包层的折射率。
根据上述式(7)，这些波型之间的耦合系数如下式(11)、式(12)所示。
C01＜0.0002C12式(11)C12≈C2clad式(12)由这些式(11)、式(12)可知，波型之间的耦合基本上是在LP01波型和LP11波型之间产生，在高次波型之间(LP11波型和LP02波型之间)、以及在最高次波型(LP02波型)和包层波型之间产生。
因此，LP11波型与LP02波型强耦合，还与包层波型耦合，在包层中传播，行进规定距离后迅速衰减。
因此处于能在芯子内传播多种波型的状态下，适当地控制各波型所具有的传播常数，利用上述干扰的影响，积极地除去LP11波型以上的高次波型，能进行在传播适当的距离后实际上只传播LP01波型的波型配置。
严格地说，波型之间的耦合系数不仅仅由Δβ决定，还与同耦合有关的两个波型的电磁场分布、以及光导纤维中作为骚动赋予的干扰形式及周期性等有很大关系。
在将光导纤维制成光缆的工作者中，从传输损失增加的观点看，认识到Δβ具有非常大的意义。如上述式(8)、式(9)所示，传播常数差和传输损失增加的关系随着p值的不同，具有与-4次方至-8次方成正比的极强的依赖关系，与其他因子相比影响力大。
可是，在本发明中，在芯子内能传播多种波型的多波型光导纤维中，激振多种LP波型，使其在光导纤维中传播，在使这些波型传播过程中，以积极地除去LP11波型以上的高次波型为目的，所以不仅Δβ，而且赋予多波型光导纤维的干扰的形式及周期性等也成为对特性产生很大影响的因子。这样的干扰的形式及干扰的周期性等随各个光导纤维的不同而不同，不能一概而论，但在通常的光导纤维的使用中，由于光导纤维本身内在的原因或敷设时的外部原因等，赋予适合于本发明的干扰，能获得本发明的效果。
例如在干扰的形式中，轴对称性是重要的。以下，举例定性地说明如上述式(8)、(9)、(11)、(12)所示设计的多波型光导纤维中产生的几种干扰形式、以及这时的波型耦合关系。
例如，如果在光导纤维中发生图2所示的微小弯曲，则由于本来笔直的光导纤维的轴发生弯曲，所以赋予光导纤维所谓的“非轴对称骚动”。LP01波型是轴对称波型，所以在没有产生微小弯曲的光导纤维中，如果只存在光导纤维的芯子直径变化这样的轴对称骚动，则与作为同轴对称波型的LP02波型耦合。
可是，由于在某种程度上强制地赋予微小弯曲这样的非轴对称骚动，所以与LP01波型和LP02波型的耦合相比，与作为非轴对称波型的LP11波型的耦合起支配作用。LP11波型不只与LP01波型耦合，还与LP02波型耦合。
如上所述，在只是图3所示的纤维直径沿长度方向变化的所谓“轴对称骚动”加在多波型光导纤维上的情况下，与上述的微小弯曲不同，可以认为产生了对称性相同的波型之间的耦合。
即，可以认为是LP01波型和LP02波型、LP11波型和LP12波型等的耦合的组合。
特别是在本发明的多波型光导纤维中，为了赋予适宜的干扰，在将由内层和外层构成的合成树脂制的被覆层设置在多波型光导纤维的表面上时，最好使上述内层材料的扬氏摸量为0.5kg/mm2以下，以0.05～0.3kg/mm2为好，外层材料的扬氏摸量最好为30kg/mm2以上，以60～70kg/mm2为好。通过满足这些范围，起因于内层和外层的硬度差、以及大概是光导纤维制造时树脂的硬化，赋予光导纤维适度的干扰，提高除去高次波型的效果。
这里，可以对本发明的多波型光导纤维的设计整理如下。
(A)设计折射率分布结构，以便光信号输入时(激振时)，作为传播波型至少能存在三种以上的线偏振波型。因此，光纤设计的自由度增大。
(B)这时，在这些传播波型中，将LP01波型和LP11波型的传播常数差设定为LP11波型以上的高次波型和相邻的高次波型传播常数差的二倍以上，最好为三倍以上。其结果，只是LP11波型以上的高次波型耦合在包层波型中，传播适当的距离后，实际上能变成只是LP01波型进行传播的波型配置。在小于二倍的情况下，不能只使高次波型适当地衰减，往往不是单一波型传输。
(C)另外，在LP11波型以上的高次波型及包层波型中，在标准传播常数中，设定相邻的波型之间的传播常数差在0.25以下，最好在0.1以下，若在0.05以下就更好。通过这样设定，高次波型与包层波型迅速耦合，传播后消除在系统上不会成为问题的距离。
该适当的距离还随光导纤维的种类的不同而不同，但如果传播了4km左右后消除高次波型，则能构成充分适用的传输系统。
这时，在传播了4km以上时，LP01波型以外的波型最好衰减20dB以上，如果得以上述衰减，则这些波型实际上对信息传输并无贡献。
例如在海底传输系统中，根据需要而依次连接多条光导纤维，能构成一条光导纤维的连续长度最少为3～4km。因此，如果不需要的高次波型在一条多波型光导纤维中传播期间被充分衰减，则在到达下一个连接点期间能实现实际的单一波型传播状态。
可是，未必能用全部光导纤维的折射率分布结构，自由地取得上述(A)、(B)、(C)所示的条件。
图4是表示具有台阶形折射率分布的光导纤维中的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的曲线图。
bmn是将LPmn波型的传播常数βmn标准化了的值，是用下式(13)近似的值。
bmn=(βmn-konclad)/(kon1-konclad)式(13)式中，βmn是Lpmn波型的传播常数(m和n是整数)。
在βmn和bmn中，在比较传播常数或标准传播常数之间的相对大小时，在任何一种情况下都能获得几乎相同的结果。
这里，用下式(14)表示作为芯子的峰值折射率和包层折射率的相对的差的比折射率差Δ。
Δ≈(n1-nclad)/nclad式(14)
如果考虑这一点，则βmn和bmn的关系能如下式(15)所示近似地表示。
βmn≈(1+bmn)konclad式(15)另外，假设两个传播常数的差为Δβmn,m’n’，则该传播常数的差能用下式(16)表示。
Δβmn,m’n’=(bmn-bm’n’)konclad式(16)在图4所示的曲线中，如果标准化频率V大于2.405，则发生第二个LP波型(LP11波型)。因此，能将LP11波型的传播除去的范围的标准化频率的上限值VC11是2.405。另外，如果V超过3.8，则发生下一个LP波型。这时发生的实际上是LP21波型及LP02波型。
在这些第三及第四个LP波型发生的范围中，LP01波型和LP11波型各自的b01、b11都已经表示相当大的值。因此，根据bmn的定义式可知，各自的β01、β11的值变得相当大。
表1表示与LP21波型和LP02波型发生的最大的V对应的LP01和LP11波型的bmn的值。


根据该表1，LP01波型和LP11波型的标准传播常数差为0.34，与此不同，LP11波型和LP02波型的标准传播常数差为0.42，为2.5倍时大小关系相反。
因此，如上所述，将LP01波型和LP11波型的传播常数差设定为比第二号以后的波型相互之间的传播常数差大2.5倍以上是困难的。因此，在具有台阶形的折射率分布的光纤中，即使能作出能传播三个以上的LP波型的状态，也不可能作出作为目的的传播常数差的关系。
在这样的波型之间的传播常数差的关系中，即使使光导纤维发生助长波型变换的微小弯曲，但首先由于在前一个传播常数差小的LP01波型和LP11波型之间强烈地发生耦合，所以最终不能除去不要的波型而优先保留LP01波型。
因此，本发明者增加讨论了其他几种折射率分布。其结果，可知在这样的多波型光导纤维中，即在有芯子、以及在其外周上设置的包层，该芯子由设置成同心圆状的两层以上构成，而且其折射率分布备有在该芯子的中心附近设置的最大折射率的最大折射率层，以及设置在该最大折射率层的外周上的其折射率比该最大折射率层低的中间层的多波型光导纤维中，能满足上述(A)、(B)、(C)的条件。
另外，在这样的折射率分布中，最好还备有以下的折射率分布。
(1)中间层由一层或折射率不同的两层以上构成，假设构成该中间层的层的折射率从中心一侧开始为nI1、nI2、…、nIi(i=2、3、…)时，nI1＞nIi，而且包层备有比nI1小的折射率。
在该折射率分布中，以中间层的包层为基准的相对折射率的最大值是以最大折射率层的包层为基准的相对折射率的5～50％。
(2)中间层由折射率不同的两层以上构成，假设构成该中间层的层中，与最大折射率层相邻的层的折射率为nI1、这些层的最大折射率为nImax时，nImax＞nI1，而且包层备有比nImax小的折射率。
在该折射率分布中，以中间层的包层为基准的相对折射率的最大值是以最大折射率层的包层为基准的相对折射率的15～90％。
图5(a)～图5(h)表示这样的折射率分布的具体例。在该折射率分布中，横轴表示从芯子中心算起的位置，纵轴表示折射率。
图5(a)所示的折射率分布是这样一种分布，即有芯子10，该芯子10由中心部1a、以及其周围的比该中心部1a的折射率低的台阶部1b构成，在该台阶部1b的周围设置了比该台阶部1b的折射率还低的包层11。
图5(b)所示的折射率分布是这样构成的，即有芯子10，该芯子10这样构成在中心部2a的周围依次设置了比该中心部2a的折射率低的中间部2b；以及比该中间部2b的折射率高、而比上述中心部2a的折射率低的环形部2c，在该环形部2c的周围设置了与上述中间部2b的折射率大致相等的包层11。
图5(c)所示的折射率分布是这样构成的，即有芯子10，该芯子10这样构成在中心部3a的周围依次设置了比该中心部3a的折射率高的第一环形部3b；与上述中心部3a的折射率大致相同的中间部3c；以及比该中间部3c的折射率高、而且比上述第一环形部3b的折射率低的第二环形部3d，在该第二环形部3d的周围设置了与上述中间部3c的折射率大致相等的包层11。
图5(d)所示的折射率分布是这样构成的，即有芯子10，该芯子10这样构成在中心部4a的外周上依次设置了比该中心部4a的折射率高的第一环形部4b；比该第一环形部4b的折射率低、而且比上述中心部4a的折射率高的台阶部4c，在该台阶部4c的周围设置了与上述中心部4a的折射率大致相等的包层11。
另外，图5(c’)、图5(d’)所示的折射率分布分别是在图5(c)、图5(d)所示的折射率分布中，将中心部3a、4a的折射率设定得比包层11的折射率低-Δ的变形例。
图5(e)所示的折射率分布是这样构成的，即有芯子10，该芯子10这样构成在中心部5a的周围依次设置了比该中心部5a的折射率低的中间部5b；以及比该中间部5b的折射率高、而且比上述中心部5a的折射率低的环形部5c，在该环形部5c的周围设置了比上述中间部5b的折射率低的包层11。
图5(f)所示的折射率分布是这样构成的，即有芯子10，该芯子10这样构成在中心部6a的周围依次设置了比该中心部6a的折射率低的中间部6b；以及比该中间部6b的折射率高、而且比上述中心部6a的折射率低的环形部6c，在该环形部6c的周围设置了比上述中间部6b的折射率高、而且比上述环形部6c的折射率低的包层11。
图5(g)所示的折射率分布是这样构成的，即有芯子10，该芯子10这样构成在中心部7a的周围依次设置了比该中心部7a的折射率低的台阶部7b；以及比该台阶部7b的折射率低的低折射率部7c，在该低折射率部7c的周围设置了比该低折射率部7c的折射率高、而且比上述台阶部7b的折射率低的包层11。
图5(h)所示的折射率分布由芯子10和包层11构成，该芯子10这样构成在中心部8a的周围依次设置了比该中心部8a的折射率低的中间部8b；比该中间部8b的折射率高、而且比上述中心部8a的折射率低的环形部8c；以及比包层11的折射率低的低折射率部8d。
图5(a)～图5(h)所示的折射率分布的各构成部分以石英玻璃为主要成分，由纯石英玻璃、或添加了具有使折射率升高作用的锗的石英玻璃、或添加了具有使折射率下降作用的氟的石英玻璃构成。
这里，在图5(a)～图5(h)所示的折射率分布中，相同的地方在于包层11设置在芯子10的外周上，芯子10有配置在中心附近的在该折射率分布中折射率高的部分(最大折射率层)；以及设置在其周围的比该最大折射率层的折射率低、且夹在该最大折射率层和包层11之间的中间层。
另外，假设设置图5(d)所示的低折射率的中心部4a、或图5(g)所示的台阶部7b的外周上的低折射率部7c是任意的，则图5(a)、图5(d)、图5(g)所示的折射率分布相同的地方在于实际上都是三层结构。
即这些折射率分布是这样构成的在中心附近设置折射率最高的中心部1a、7a、第一环形部4b(第一层最大折射率层)，在其外周上设置比它们的折射率低的台阶部1b、4c、7b(第二层中间层)，再在它们的周围设置比它们的折射率还低的包层11(包层层)。是否在芯子10的中心设置低折射率的中心部4a、或者在与包层11接触的芯子10的外周附近设置低折射率部7c，根据所要求的特性进行设计，是任意的。
在这些折射率分布中，在设定了以包层为基准时的第一层、第二层的相对折射率的最大值为Δ1、Δ2时，使Δ2为Δ1的5～50％，最好为5～15％。
另外，在图5(b)、图5(c)、图5(e)、图5(f)、图5(h)所示的折射率分布中，如果设置图5(c)所示中心的低折射率的中心部3a、以及图5(h)所示的低折射率部8d是任意的，则其相同的地方在于实际上都是四层结构。
即这些折射率分布是这样构成的在中心设置折射率最高的中心部2a、第一环形部3b、中心部5a、6a、8a(第一层最大折射率层)，在其外周上设置比它们的折射率低的中间部2b、3c、5b、6b、8b(第二层中间层)，再在其外周上设置比它们的折射率高的环形部2c、第二环形部3d、环形部5c、6c、8c(第三层中间层)，再在其周围设置包层11(包层层)。
是否设置上述中心部3a和低折射率部8d，根据所要求的特性进行设计，是任意的。在以包层11的折射率为基准时，低折射率部8d的相对折射率相对于芯子10的中心附近的折射率的最大值(Δ1)相对地为-5～-15％左右。
同样，第三层的折射率相对于Δ1为15～90％。
同样，中间部5b的相对折射率相对于Δ1为0～15％。
同样，中间部6b的相对折射率相对于Δ1为0～-10％。
另外，在图5(c’)、图5(d’)所示的折射率分布中，中心部3a、4a的折射率，从可制造性的观点来看，相对于包层11的相对折射率最好为-0.05～0.3％左右的值。
而且，如上所述，在图5(a)～图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层配置在芯子10的中心附近，在其外周上配置比其折射率低的中间层。这样，在芯子10内，由于使LP01波型更集中在其中心的高折射率部分，所以能满足上述条件。
具有图5(a)～图5(h)所示的折射率分布的单一波型光纤迄今已存在。可是，其标准化频率V抑制LP11波型的发生，所以V设定得小。实际上现有的单一波型光纤能相当严格地遵守单一波型条件。
如上所述，在本发明中进行这样的波型配置，即特意去掉这样的限制，虽然能传播更多的波型，可是由于波型变换的作用，在LP11波型以后的波型传播适当的距离后在发射波型中消失，即使折射率分布与现有的相同，但设计条件不同。
定性地说，在本发明中，假设芯子中最大折射率层(第一层)的折射率(芯子的峰值折射率)为n1时，例如其外周上的中间层的最大折射率为n2。而且在这些n1、n2中，假设以包层11的折射率为基准时的相对折射率分别为Δ1、Δ2时，使Δ2为Δ1的5～90％，最好设定为30％左右的值，能满足本发明的条件。使Δ1为0.5～1.5％。
之所以用该程度的折射率差能实现，是因为在多波型光导纤维中传播的LP波型中，如果将LP01波型除去，则在中心部的最大折射率层的区域中几乎不存在该能量分布，LP01以外的波型的传播常数与该中心的最大折射率层的折射率没有太大关系。
另外，在该芯子中，芯子的外径是最大折射率层的外径的3～8倍，最好为3～5.5倍。
但是，如一般的多波型光导纤维所示，在存在数十种LP波型的情况下，如果V大，则这样的条件不成立。因此，在本发明中，如上所述，传播波型数的上限值设定为满足传播常数不依赖于芯子中心的最高折射率部分的折射率的条件的值。即，为了实现本发明的多波型光导纤维的这样的工作，最好有图5(a)～图5(h)所示的折射率分布，而且传播波型的LP波型数为3～6个左右，根据情况的不同，最好为3～5个左右。
这样在本发明的多波型光导纤维中，通过缓和现有的单一波型条件，能更柔和地对应传输系统中要求的作为光导纤维的光学特性。另外，能根据折射率分布等的设计条件，调节这些特性值。
例如近年来在盛行开发的波长多路传输系统中，要求将工作波长区域的分散的绝对值设定在10ps/km/nm以下，最好在5ps/km/nm以下。但是，为了降低FWM(4光子混合)的影响，分散最好并非完全为零。但是，由于考虑传输距离和传输速度，确定分散值，所以这些数值不是绝对的。
在本发明的多波型光导纤维中，LP01波型的分散在波长比工作波长区域的波长长时变为零，而且能进行将工作波长区域的分散值抑制在上述范围的设计，对于以海底光缆为代表的长距离传输系统有效。另外，LP01波型的分散在波长比工作波长区域的波长短时变为零，而且能进行将工作波长区域的分散值抑制在上述范围的设计，能进行对应于传输系统的柔和的设计。
另外，Aeff大一些好。例如通过应用本发明，能获得具有50μm2以上的Aeff、最好为70μm2以上的Aeff的光导纤维。
另外，弯曲损失感受性小一些好。例如对同样缠绕成直径为20mm的被测定光导纤维测定的值(称为“同样弯曲损失”)最好在30dB/m以下，在10dB/m以下就更好，对于各种光缆结构来说，都能看作是稳定的光缆。
另外，特别是在应用于波长多路传输的光纤中，相对于被称为分散斜率的波长的分散的斜率小者，能实现宽带传播，所以是所希望的。因为如果分散斜率小，则在工作波长区域传输多种波长光信号时，它们的传输状态容易变得均匀。在本发明中，如上所述由于设计参数的自由度增大，所以即使是设计适合于波长多路传输用光纤的具有低分散斜率的光导纤维时，光纤参数设定的自由度也增大。
实施例其次，用实施例具体地说明本发明。
在本实施例中，用上述式(2)表示标准化频率的定义。这里，n1为芯子的中心部附近的最大折射率nA。另外，在半径方向的折射率分布中，用达到与包层的折射率数值相同的位置的长度定义芯子半径a。
(实施例1)图6是表示图5(a)所示的具有台阶形折射率分布的多波型光导纤维的实施例的标准化频率和标准化传播常数的关系的模拟结果的曲线图。在该多波型光导纤维中，中心部1a的折射率和台阶部1b的折射率的相对值(单位为％)为0.80和0.06。另外，设中心部1a的半径为1时，台阶部1b的半径为5。
能除去LP波型传播的范围的标准化频率的上限值VC11为8左右，象以往那样在进行极力不允许LP11波型传播的设计的情况下，需要使V处在比该值小的范围内。因此，设计自由度非常小。与此不同，如果采用本发明，则能在发生作为第三种波型的LP02波型的从8到15左右的范围内进行设计，可见设计的自由度增大。
例如在V为15左右的情况下，除了LP01波型以外，能传播LP11、LP02、LP21、以及LP31波型等。
而且，LP01波型和LP11波型之间的标准化传播常数差非常大，但LP11波型以上的高次波型之间的标准化传播常数差非常小。
另外，虽然在理论上认为包层波型存在于bmn=0的位置，但包层波型和高次波型之间的标准化传播常数差也变小。因此，在LP01波型和LP11波型之间难以发生能量交换，在高次波型之间及高次波型和包层波型之间容易发生能量交换。
因此，使V的值为15，使b01为0.65左右，采用VAD法，实际上制作了多波型光导纤维。而且，在图7中示出了该多波型光导纤维的折射率分布的测定结果。由该图可知，折射率分布并非完全的台阶形，中心部1a、台阶部1b、包层11各部分的边界呈圆滑形状。
该多波型光导纤维例如采用测定纤维长度为2m的截止波长的通常的测定方法，能获得1.75微米的结果，根据该结果，可知在进行1.5～1.6微米的传输中是多波型光纤，结论是不适合单一波型传输。
另一方面，用图8(a)、图8(b)所示的方法，测定了该多波型光导纤维的纤维长度和截止波长的关系。
首先，如图8(a)所示，在从可变波长光源22通过透镜23至测定长度呈笔直的光导纤维21中，用全部波型激励测定波长的光，用光检测器24检测透过了光导纤维21的光。将其结果作为输出A。然后，如图8(b)所示，在该光导纤维21的输出端附近形成弯曲21a，同样用光检测器24检测透过了光导纤维21的光。将其结果作为输出B。
然后，对这些输出A和输出B进行比较，观测损失波长特性的差。
在测定长度呈笔直的光导纤维21中传播高次波型的情况下，如果形成弯曲21a，则产生过大的损失。因此，在与输出A相比较输出B产生过大的损失的情况下，能确认存在高次波型。
反之，在该测定长度中已经从光导纤维21发射出高次波型的情况下，在输出A中只能检测到LP01波型。因此即使在光导纤维21上形成弯曲21a，在输出B中也不会增大损失。因此，输出A和输出B的强度相等的范围是能传输单一波型的范围。
而且，根据图8(c)所示的曲线，能求出光纤的每段长度的截止波长。该曲线的横轴表示波长，纵轴所示的A、B分别是输出A的光强和输出B的光强。
图9是表示该测定结果的图。从该结果可知，截止波长与光纤长度的依赖关系很大。另外，在本例中能确认光纤在3km左右时，截止波长在1.5微米以下。
另外，在该多波型光导纤维中，传播足够长的距离后(传播4km以上后)零分散波长为1.58微米，155微米区域的芯子有效截面积约为70平方微米，分散斜率为15ps/km/nm2。这些数值是在所谓的高密度波长多路传输中是被充分考验过的数值，可知具有这样的特性用光导纤维放大器对以1530～1560nm带域为中心的数个至数十个波长多路信号一边进行中继放大，一边使其传播，能传播例如数千公里的距离。
另外，如上所述波型之间的能量交换依赖于光导纤维的被覆层和光缆的状态等。因此，如下对被覆层及光缆的状态和截止波长的关系进行了实验。
在外径为125微米的实施例1的多波型光导纤维中，设置内层的扬氏摸量小于1kg/mm2、外层的扬氏摸量大于40kg/mm2的被覆层，作为光导纤维线束，采用通常的方法将它作成光缆。
光缆的结构呈带型结构和松动管型结构。而且，采用与上述同样的方法，对这些光缆测定了截止波长和纤维长度的关系。
关于截止波长对纤维长度的依赖性观测到在纤维长度为1公里以下的区域，纤维长度每增加一位，截止波长缩短80～120nm，截止波长对纤维长度的依赖性与未设置被覆层之前没有多大差别。
因此，实施例1的多波型光导纤维即使在制成光缆的情况下，也能维持其特性，可知能无问题地使用。
(实施例2、3)图10、图11分别是表示实施例2、3的多波型光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的模拟结果的曲线图。
实施例2、3如这些曲线图分别所示，备有图5(a)所示的台阶状的折射率分布。
在实施例2中，以包层的折射率为基准时中心部1a和台阶部1b的相对折射率分别为0.80％、0.08％。另外，在实施例3中为0.80％、0.12％。另外，在实施例2、3中，设中心部1a的半径为1时，台阶部1b的半径都为5。
(实施例4)图12是表示实施例4的多波型光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的模拟结果的曲线图。
实施例4的多波型光导纤维如这些曲线所示，备有图5(e)所示的折射率分布。该图中的曲线表示从中心沿一侧半径方向的折射率分布。而且以中间部5b的折射率为基准时中心部5a、环形部5c及包层11的相对折射率分别为0.61、0.31、-0.02％。另外，设中心部5a的半径为1时，中间部5b的半径为2.8，环形部5c的半径为3.9。
(实施例5)图13是表示实施例5的多波型光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的模拟结果的曲线图。
实施例5的多波型光导纤维如这些曲线所示，备有图5(h)所示的折射率分布。而且以中间部8b的折射率为基准时中心部8a、环形部8c及低折射率部8d的相对折射率分别为0.61、0.21、-0.05％。另外，设中心部8a的半径为1时，中间部8b的半径为2.8，环形部8c的半径为3.9，低折射率部8d的半径为8。
(实施例6)图14是表示实施例6的多波型光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的模拟结果的曲线图。
实施例6的多波型光导纤维如这些曲线所示，备有图5(b)所示的折射率分布。而且以中间部2b和包层11的折射率为基准时中心部2a和环形部2c的相对折射率分别为0.64、0.33％。另外，设中心部2a的半径为1时，中间部2b的半径为2.8，环形部2c的半径为3.9。
从图10～图14所示的曲线可知，在任何情况下通过将标准化频率V设定为比发生LP02波型的下限值大的值，除了LP01波型以外，能传播LP11、LP02、LP21、以及LP31波型等，而且LP01和LP11波型之间的标准化传播常数差非常大，但LP11波型以上的高次波型之间的标准化传播常数差非常小，能获得与实施例1相同的结果。因此，如果将V值设定在适当的范围，制作多波型光导纤维，则与实施例1相同，由于传输距离变长，可知实际上能获得能进行单一波型条件下的传输的光导纤维。
(实施例7)如图15所示，实施例7的多波型光导纤维备有图5(e)所示的折射率分布。而且以中间部5b的折射率为基准时中心部5a、环形部5c及包层11的相对折射率分别为0.7、0.3、-0.1％。另外，设中心部5a的半径为1时，中间部5b的半径为4，环形部5c的半径为5。
图16是表示实施例7的多波型光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的模拟结果的曲线图。
其次，如图16所示，将V值设定为6.1，采用称为MGVD法的内附法，制作了该多波型光导纤维。然后，实际上测定了折射率分布时，发生了若干变形，但获得了图15所示的近似于理想形状的折射率分布。
该多波型光导纤维的特性的实际测量值如下所示。理论值和实际测量值基本上一致，误差在百分之几以内。
芯子直径(环形部5c的外径)16.3微米标准化频率 V=6.1标准化传播常数 b01=0.22芯子中心的相对折射率差 0.8％零分散波长 1550nm分散值(λ:1550nm) 2.0ps/km/nm高次波型的截止波长(纤维长2m)约1.81微米MFD 10.2微米Aeff89.5微米2LP01波型的弯曲损失 约23dB/m(曲率半径20mm)波长分散斜率(λ:1550nm) 约0.133ps/km/nm2如图17所示，将该外径为125微米的多波型光导纤维作成如下所述的6心的单元结构在多波型光导纤维31的外周上设置由紫外线硬化型树脂构成的被覆层，且该被覆层由柔软的、扬氏摸量为0.10kg/mm2的内层32(厚度约35微米)和扬氏摸量为60kg/mm2的硬的外层33(厚度约27微米)构成，如上构成后将其作为光导纤维线束34，将6条这样的光导纤维线束34捻合在抗拉构件37的外周上，该抗拉构件37由在钢丝35上设置了由聚乙烯构成的被覆层36构成，在这样捻合而成的集合体上设置由聚乙烯构成的总体被覆层38，然后，测定了该单元的高次波型的截止波长，单元长度约为2km的位置的各多波型光导纤维31…的截止波长缩短到1.50微米。
因此，纤维长度为2m时的截止波长约为1.81微米，如果只根据该值判断，虽然被认为尚未接近实用程度，但通过确保规定的纤维长度，确认了能进行单一波型传输。而且该多波型光导纤维的Aeff较大，大致为90微米2，能使多波型光导纤维中的光信号的能量密度下降，可知能谋求非线性效应的抑制。
(实施例8)如图18所示，实施例8的多波型光导纤维备有图5(b)所示的折射率分布。而且，以中间部2b和包层11的折射率为基准时中心部2a和环形部2c的相对折射率分别为0.8、0.5％。另外，设中心部2a的半径为1时，中间部2b的半径为3，环形部2c的半径为4。
图19是表示实施例8的多波型光导纤维的标准化频率V和标准化传播常数bmn的关系的模拟结果的曲线图。
其次，将V值设定为5.4，与实施例7相同，采用称为MCVD法的内附法，制作了该多波型光导纤维。
该多波型光导纤维的特性的实际测量值如下所示。理论值和实际测量值基本上一致，误差在百分之几以内。
芯子直径(环形部2c的外径)14.6微米标准化频率 V=5.4标准化传播常数 b01=0.23芯子中心的相对折射率差 0.8％零分散波长 1564nm分散值(λ:1550nm) 2.0ps/km/nm高次波型的截止波长(纤维长2m)约1.87微米MFD 9.7微米Aeff93.9微米2LP01波型的弯曲损失 约15dB/m(曲率半径20mm)波长分散斜率(λ:1550nm) 约0.133ps/km/nm2如图17所示，与实施例7同样将该多波型光导纤维作为单元，测定了该单元的高次波型的截止波长，在传输了4km的位置能获得使1500nm下降的值，确认了能传输单一波型。另外，如上所述，Aeff也大，可知非线性抑制的效果好。
(实施例)除了上述的图8(a)、图8(b)所示的方法以外，作为确认存在多种多波型光导纤维的传播波型的方法，能举例示出利用反射型的纤维光栅的方法。
所谓纤维光栅是指沿多波型光导纤维的长度方向形成了芯子的折射率或芯子直径周期性变化等的骚动的结构。而且，利用该周期性的变化，能获得反射特定波长区域的光的特性。
图20(a)是表示纤维光栅的制造方法之一例的说明图，该制造方法是利用如果使特定波长的紫外光照射在添加了锗的石英玻璃上折射率便上升的特性(所谓的自动折射效应)的方法。
光导纤维41的芯子41a的至少中心附近折射率高的部分是由添加了锗的石英玻璃构成的。芯子41a的其他部分由纯石英玻璃或添加了氟的石英玻璃形成。包层41b由纯石英玻璃或添加了氟的石英玻璃构成。
另一方面，符号52是相位掩模。该相位掩模52由石英玻璃等构成，在其一侧表面上按照规定的周期形成多个栅格52a…。
然后，将相位掩模52配置在光导纤维41的侧面上，且使栅格52a…的形成面与其相对，使紫外光通过相位掩模52照射在该光导纤维41的侧面上。
于是，由于栅格52a…的作用，+一次绕射光和-一次绕射光进行绕射而产生干涉条纹，形成紫外光的强度图形。其结果，产生了上述干涉条纹的部分的芯子41a的折射率发生变化，该紫外光的强度图形作为半永久性的芯子41a的折射率变化被复制在芯子41a上。这样沿光导纤维41的长度方向能获得形成了芯子41a的折射率周期性变化的光栅部43。
然后，如图20(b)所示，如果使光入射到光导纤维41上，则特定波长的光在光栅部43上反射，能获得损失了该特定波长的光的透射光。
反射光的波长依赖于折射率变化的周期(折射率骚动)。即，如果光导纤维41中的波型的纤维内波长和该折射率骚动的1/2周期一致，便产生非常强的反射。因此，通过该反射波长的测定，能相当准确地知道在光导纤维41中传播的波型。
图21是测定了利用紫外线激光器(受激准分子激光器)在具有类似于实施例6的折射率分布的多波型光导纤维中形成了约0.5微米的周期短的光栅部的纤维光栅的反射波长特性的反射光谱。如果传播波型只有一种，则只能观测到一条反射光谱，但在本实施例中除了LP01波型以外，能观测到多种波型的反射光谱，确认了是传播多种波型的光导纤维。
工业上利用的可能性如上所述，在本发明的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维中，由于在传播了规定距离后能传播单一波型，所以缓和了以往的单一波型条件，能比较自由地设定光纤参数。
其结果，在工作波长区域中能减少分散。另外，能增大芯子有效断面积。而且，能谋求降低连接损失、弯曲损失及非线性效应。
另外，由于这样的设计参数的自由度增大，所以对于适用于长距离传输的光导纤维、或适用于长距离传输且适合于波长多路传输用的光导纤维等的设计有效。
权利要求
1．一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，是光信号入射时，作为传播波型至少能存在3种以上线偏振波型的多波型光导纤维，其特征在于该传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，该最低次波型和该二次波型的传播常数差是相邻的波型之间的传播常数差的二倍以上。
2．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于在高次波型和包层波型中，相邻的波型之间的标准化传播常数差为0.25以下。
3．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于有芯子、以及在其外周上设置的包层，该芯子由呈同心圆状设置的两层以上构成，而且备有在该芯子的中心附近设置的折射率最大的最大折射率层、以及在该最大折射率层的外周上设置的其折射率比该最大折射率层低的中间层。
4．根据权利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于以中间层的包层为基准的相对折射率的最大值是以最大折射率层的包层为基准的相对折射率的5～90％。
5．根据权利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于以最大折射率层的包层为基准的相对折射率差为0.65～1.5％。
6．根据权利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于芯子的外径为上述最大折射率层的外径的3～8倍。
7．根据权利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于芯子的外径为最大折射率层的外径的3～5.5倍。
8．根据权利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于中间层由一层或折射率不同的两层以上构成，假设构成该中间层的层的折射率从中心一侧开始为nI1、nI2、…、nIi(i=2、3、…)时，nI1＞nIi，而且包层备有比nI1小的折射率。
9．根据权利要求8所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于以中间层的包层为基准的相对折射率的最大值是以最大折射率层的包层为基准的相对折射率的5～50％。
10．根据权利要求3所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于中间层由折射率不同的两层以上构成，假设构成该中间层的层中，与最大折射率层相邻的层的折射率为nI1、这些层的最大折射率为nImax时，nImax＞nI1，而且包层备有比nImax小的折射率。
11．根据权利要求10所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于以中间层的包层为基准的相对折射率的最大值是以最大折射率层的包层为基准的相对折射率的15～90％。
12．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于入射的光信号在最大传播距离4km的期间，最低次波型以外的波型衰减，实际上对于信息传输没有贡献。
13．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于1.55微米区域的芯子有效断面积为50平方微米以上，1.55微米区域的分散的绝对值为10ps/km/nm以下，而且以石英玻璃为主要成分。
14．根据权利要求13所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于1.55微米区域的芯子有效断面积为70平方微米以上。
15．根据权利要求14所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于1.55微米区域的分散的绝对值为5ps/km/nm以下。
16．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于传播波型的数量为3～6。
17．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于在工作波长区域中，比波长为1.5微米长的波长的最低次波型的分散为零。
18．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于工作波长区域中的直径为20mm的弯曲损失一律为30dB/m以下。
19．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于工作波长区域中的直径为20mm的弯曲损失一律为10dB/m以下。
20．根据权利要求1所述的具有高次波型除去功能的多波型光导纤维，其特征在于在工作波长区域中，比波长为1.5微米短的波长的最低次波型的分散为零。
全文摘要
一种具有高次波型除去功能的多波型光导纤维,是光信号入射时,作为传播波型至少能存在3种以上线偏振波型的多波型光导纤维,其特征在于:该传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,该最低次波型和该二次波型的传播常数差是相邻的波型之间的传播常数差的二倍以上,通过这样构成,在传播了规定距离后能传播单一波型,所以缓和了以往的单一波型条件,能比较自由地设定光纤参数,其结果,在工作波长区域中能减少分散。另外,能增大芯子有效断面积。而且,能谋求降低连接损失、弯曲损失及非线性效应。
文档编号G02B6/14GK1306628SQ00800915
公开日2001年8月1日 申请日期2000年3月28日 优先权日1999年3月31日
发明者山内良三, 畔蒜富夫, 松尾昌一郎, 高桥浩一 申请人:株式会社藤仓