CN101174003B - 非线性光纤及采用了该光纤的光波长变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非线性出色的光纤，特别是在波长1550nm近旁的宽波长区域中稳定、色散值低的高非线性的光纤。还提供采用了该光纤的光信号处理装置，更具体的是光波长变换器和脉冲压缩器。本发明的光纤，具有芯子和设在该芯子的外侧的包层，其特征在于，波长1550nm处的色散斜率为-0.01～0.01ps/nm²/km，波长1550nm处的色散的绝对值为10ps/nm/km以下，且波长1550nm处的非线性常数为30×10^-10/W以上。此外，提供具有偏振波保持性、低损耗以及光信号处理效率好的高非线性光纤。

Description

非线性光纤及采用了该光纤的光波长变换器

本申请为2003年12月25日提交的、申请号为200380103083.7(国际申请号为PCT/JP2003/016758)、发明名称为“非线性光纤及采用了该光纤的光信号处理装置”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及非线性出色的光纤及采用了该光纤的光信号处理装置。

背景技术

近几年，越来越要求光信号传送的高速化、大容量化、长距离传送，因而需要找到实现光信号的处理速度的高速化和长距离传送的信号处理技术。

作为一种光信号处理技术，可以举出用于把光信号变换为电信号，对变换出的电信号进行信号处理，使其再次恢复为光信号的方法。可是，该方法中伴有特意把光信号变为电信号，再将其恢复为光信号的处理，因而不适合高速信号处理。

相比之下，还有在光的状态下处理光信号的全光信号处理技术。该处理技术不把光信号变为电信号，而是把光信号直接作为光信号进行处理，因而可以进行高速光信号处理。

全光信号处理技术中，有利用在传送光信号的光纤内产生的非线性光学现象的方法，或是利用由非线性高的物质构成的光波导中产生的非线性现象的方法等。

利用在前者的光纤内产生的非线性光学现象的全光信号处理技术可进行高速处理，同时还能够减小传输损耗，因而近几年特别受关注。作为在该光纤内产生的非线性现象，可以举出四波混合、自相位调制、交叉相位调制、瑞利(ブリュリアン)散射等。其中已经公开了利用四波混合的波长变换，以及利用自相位调制的脉冲压缩、波形整形等光信号处理技术。

四波混合是光纤中导入了2波长以上的光时，由于非线性现象，按照特定的规则，新的波长的光产生的现象。上述光信号处理技术是要在波长变换中利用该新的波长的光产生的现象。还有，利用了该四波混合的波长变换具有能够对多个信号波长一并进行波长变换的优点。

还有，利用自相位调制或交叉相位调制，使得对在传送中变差了的波形进行整形、可长距离传送的全光信号处理成为可能。

不过，为了应用这种利用了光纤内的四光混合或自相位调制的非线性现象的波长变换、波形整形的光信号处理技术，作为光纤，就必须是能显著引起非线性现象的光纤，即具有高非线性的光纤。

作为具有高非线性的光纤，有由特开2002-207136号公报(专利文献1)提出的光纤。

上述专利文献1的图14和图16详细给出了该光纤的波长1550nm处的诸特性。

色散值

可是，对于上述专利文献1公开的光纤，波长1550nm处的色散斜率为-0.267ps/nm²/km～+0.047ps/nm²/km的话，其偏差很大，而且色散值也为-103.2ps/nm/km～+3.3ps/nm/km，其下限值达绝对值为103.2ps/nm/km的极大的值。

即，在波长1550nm处，不能提供稳定且色散值和色散斜率小的光纤。因此，不能提供在波长1550nm近旁宽波长区域中色散值低的光纤。

对此，本发明的第1目的在于提供在波长1550nm近旁宽波长区域中具有高非线性特性且稳定、色散值低的光纤。还在于提供使用该光纤的光信号处理装置。

偏振波保持性

利用非线性现象的光信号处理，除了高非线性特性以外，还明显受偏振波状态的影响。因此，使用的光纤的偏振波保持特性也是重要的。

作为具有高的非线性且具有偏振波保持特性的光纤，有由上述专利文献1提出的偏振波保持光纤。

对于该偏振波保持光纤，上述专利文献1的图15表示其横截面图，图16表示其特性值。

对于上述专利文献1中公开的偏振波保持光纤，设在芯子两侧的应力附加部件的位置，具体而言，两应力附加部件对芯子的位置或两者的间隔，为何种程度就可以了等，未明确给出。因此，在制作该偏振波保持光纤时，偏振波串音(クロスト一ク)及差拍长(ビ一ト長)的调整就很难，这是存在的问题。具体而言，存在难以使偏振波串音成为希望的容许值的问题。

对此，本发明的第2目的在于容易地制造、提供偏振波串音为希望的小值，且非线性出色，适于利用非线性光学现象的光信号处理的偏振波保持光纤。还在于提供使用该偏振波保持光纤的光波长变换器。

传输损耗

能显著引起非线性现象的光纤可通过增大光纤的非线性常数n₂/Aeff(n₂：非线性折射率系数，Aeff：有效截面积)来获得。增大非线性常数可通过使用非线性折射率的高的材料作为光纤构成材料，或是减小光纤的模式场(モ一ドフイ一ルド)，或是提高传送的光的密度来实现。

以石英玻璃为主要成分的光纤的基本构造包括由通过掺杂锗而提高了折射率的硅石玻璃构成的芯子和设在芯子外周、由比芯子折射率低的硅石玻璃构成的包层。

硅石玻璃中掺杂的锗的量越多，硅石玻璃的非线性折射率就越高，且折射率也越高。还有，增大芯子和包层的折射率差，就能够减小模式场径。因此，在芯子中高掺杂锗，就能够提高芯子的非线性折射率并减小模式场径，因而能够获得具有高的非线性常数的光纤。

但是，要通过在芯子中高掺杂锗而提高其非线性折射率并减小模式场径来获得非线性常数高的光纤的话，光纤的传输损耗就会显著变高，这是产生的问题。一般而言，在光纤中掺杂锗的话，在波长1550nm带的光纤的传输损耗就会变大，而特别是在芯子中高掺杂了锗时，光纤的传输损耗的增加是显著的。

光纤的传输损耗变高的话，即使非线性常数高，由于大的传输损耗，非线性现象的表现效率也会变差。这一点根据下式(1)、(2)加以说明。

作为表示非线性的参数的自相位调制中的非线性相位偏移ΦNL由下式(1)表示。

ΦNL＝(2π/λ)·(n₂/Aeff)·I·Leff    (1)

式中，n₂是光纤的非线性折射率，Aeff是光纤的有效截面积，I是光的强度，Leff是光纤的有效长度。

在上述式中，n₂/Aeff是非线性常数。

还有，有效长度Leff，由下式(2)来表示。

Leff＝[1-exp(-aL)]/a    (2)

式中，L是光纤的长度，a是光纤的传输损耗。

由上述式(1)、(2)可知，光纤的传输损耗变大的话，光纤的有效长度就变短，非线性相位偏移也变小。

因此，作为利用光纤中的非线性现象的光信号处理中使用的光纤，要有高的非线性常数，且必须传输损耗低。可是，这种具有高的非线性常数且传输损耗低的光纤，至今没找到。

鉴于上述情况，本发明的第3目的在于提供同时具有高的非线性常数和低的传输损耗的光纤。

效率

再有，为有效进行利用非线性现象的光信号处理，必须考虑波长色散值的绝对值、弯曲损耗、传输损耗、光纤的长度、非线性常数、波长及其相互关系。考虑它们的相互关系，提供能够有效进行利用非线性现象的光信号处理的光纤，是本发明的第4目的。

本发明的总的目的在于，综合考虑上述几个特性，提供适于利用非线性现象的光信号处理的光纤和使用该光纤的光信号处理装置。

发明内容

本发明的第1侧面的光纤，特征在于，波长1550nm处的色散斜率为-0.01～0.01ps/nm²/km，优选的是-0.005～0.005ps/nm²/km，波长1550nm处的色散的绝对值为10ps/nm/km以下，且波长1550nm处的非线性常数为30×10^-10/W以上，优选的是40×10^-10/W以上。

按照这样构成的光纤，就可以在包括波长1550nm的宽波长区域，例如，在S波段(1460～1530nm)、C波段(1530～1565nm)、L波段(1565～1625nm)中提供色散值的变动减小，且色散的绝对值小的光纤。

还有，对宽波长区域的使用波长，色散值不会显著变动，可进行1根光纤中各种波长的光信号处理。还有，色散斜率为-0.01～0.01ps/nm²/km，优选的是-0.005～0.005ps/nm²/km，在宽波长区域中色散值的变动小，可进行利用非线性光学现象的良好的光信号处理。

顺便说一下，色散斜率的绝对值为0.01ps/nm²/km以上的话，对波长1550nm近旁的不同波长，色散值的变动相对变大，就不再适于在宽波长区域的WDM传送。

还有，非线性常数为30×10^-10/W以上，优选的是40×10^-10/W以上，就能够获得具有高的非线性的光纤。

还有，上述第1侧面的光纤的实施例中，特征在于，截止波长λc为1450nm以下，有效截面积Aeff为12μm²以下，优选的是10μm²以下。

按照这样构成的光纤，能使光纤作为单模光纤来工作。这样，由于截止波长λc为1450nm以下，因而本发明的光纤可用于包括S波段、C波段以及L波段的宽带域。

还有，由于有效截面积Aeff为12μm²以下，更优选的是10μm²以下，因而可获得高的非线性常数。

此处，非线性常数由下式(1)表示。

另外，在下式(1)中，λ表示测量波长，n₂表示光纤中的非线性折射率，Aeff表示光纤的有效截面积。

非线性常数＝n₂/Aeff    (1)

根据上式(1)，为增大光纤的非线性常数，必须增大非线性折射率n₂，或减小有效截面积Aeff。

此处，n₂是由材料决定的值，不容易增大。因而尽可能减小光纤的有效截面积Aeff的值是现实的。

对此，按照本发明的权利要求4或权利要求5记载的光纤，使光纤的有效截面积Aeff为12μm²以下，优选的是10μm²以下，就可获得更高的非线性常数。具体而言，能够获得波长1550nm处的非线性常数为30×10^-10/W以上，甚至40×10^-10/W以上的值的光纤。

还有，上述第1侧面的光纤的实施例中，特征在于，波长1550nm处的色散的绝对值为5ps/nm/km以下。

按照这样构成的光纤，能更确实获得在使用波长中具有更高的非线性的光纤。

再有，上述第1侧面的光纤的实施例中，在波长1510～1590nm中的任意波长处的光纤的长度方向的色散值的变动幅度(最大值和最小值的差)在1根光纤的使用长度的全长中为1ps/nm/km以下，优选的是0.2ps/nm/km以下，这样就能够有效地用于波长变换器等。

可是，在本发明中，上述色散值的变动幅度是指对于实用长度的光纤全长，由色散分布测量仪测量出的色散值的变动幅度。光纤的色散值的分布测量，可由利用例如Mollenauer所研究出的方式的色散分布测量仪来测量。

还有，上述第1侧面的光纤的实施例中，特征在于，具有：第1芯子，具有比纯硅石高的折射率；第2芯子，设在该第1芯子的外周，具有比纯硅石低的折射率；以及包层，在该第2芯子的外周，比第1芯子折射率低，比第2芯子折射率高，上述第1芯子的外径D1为2～5μm，上述第1芯子的外径D1和上述第2芯子的外径D2的比D1/D2＝Da为0.3以上、0.8以下，更优选的是0.4以上，0.7以下。此处，纯硅石是指不含氟及锗等折射率调整用的掺杂剂的硅石。

按照这样构成的光纤，通过调整上述第1芯子的外径D1和上述第2芯子的外径D2的比D1/D2＝Da，就能够获得色散斜率低的光纤。即，把光纤做成这种构造，就能够获得有效截面积Aeff小，截止波长λc也低，且色散斜率的值小的光纤。

再有，上述第1侧面的光纤的实施例中，特征在于，上述第1芯子和包层的相对折射率差Δ1为2.0～5.0％，优选的是2.4～4.0％，上述第2芯子和包层的相对折射率差Δ2为-1.4～-0.7％，优选的是-1.2～-0.8％。

按照这样构成的光纤，就能够稳定制造高的非线性、低的色散斜率且截止波长λc为1450nm以下的光纤，并维持高生产性。

此外，上述第1侧面的光纤的实施例中，特征在于，上述第1芯子的折射率分布形状为α次曲线，α为3.0以上，优选的是6.0以上。

按照这样构成的光纤，就能够获得可减小色散斜率、且可减小有效截面积Aeff、非线性高的光纤。

本发明的光信号处理装置，特征在于，采用了上述第1侧面的光纤。

按照这种光信号处理装置，可在宽波长范围进行性能稳定的光信号处理。

再有，上述光信号处理装置的实施例中，特征在于，为光波长变换器。按照这种光波长变换器，就能够提供波长变换特性出色的光波长变换器。

此外，光信号处理装置的实施例中，特征在于，光信号处理装置为脉冲压缩器。按照这种脉冲压缩器，就能够提供脉冲压缩性出色的脉冲压缩器。

从而就能够提供在包括波长1550nm的宽波长区域中稳定且色散值低的光纤。还能够提供采用了该光纤的光信号处理装置，具体为性能出色的光波长变换器及脉冲压缩器。

本发明的第2侧面的光纤是具有芯子、设在该芯子的外周的包层、以及设在上述芯子的两侧的2个应力附加部件的石英玻璃类的偏振波保持光纤，其特征在于，波长1550nm处的非线性系数为15/W/Km以上，截止波长为1500nm以下，波长1550nm处的色散为-9ps/nm/km至9ps/nm/km，波长1550nm处的色散斜率为0.029ps/nm²/km以下，且波长1550nm处的偏振波串音为-20dB/100m以下。

按照这样构成的偏振波保持光纤，就能够容易地制造偏振波串音在希望的容许范围内的偏振波保持光纤，而且能够提供非线性出色、适于利用非线性光学现象的光信号处理的光纤。

上述第2侧面的光纤的实施例中，上述芯子由位于中心部的第1芯子和设在该第1芯子的外周的第2芯子构成，上述第2芯子具有比上述第1芯子低的折射率，上述包层具有比上述第2芯子高且比上述第1芯子低的折射率，上述第1芯子对上述包层的相对折射率差Δ1为1.8％以上，上述第2芯子对上述包层的相对折射率差Δ2为-0.1％以下，上述应力附加部件的间隔R和上述第1芯子的直径D1的比R/D1为2.5至10，上述第1芯子的直径D1和上述第2芯子的直径D2的比D1/D2为0.3至0.8。

还有，上述第2侧面的光纤的实施例中，特征在于，上述应力附加部件的间隔R和上述第1芯子的直径D1的比R/D1为2.5至3.7。

这样，R/D1为2.5至3.7的话，就能够更确实地获得在希望值内的充分小的偏振波串音，是优选的。

上述第2侧面的光纤的实施例中，特征在于，上述应力附加部件的间隔R为7μm至17μm。

这样规定位于芯子两侧的两应力附加部件的间隔R，就能够更确实且容易地制造在希望值内的偏振波串音小的光纤。

上述第2侧面的光纤的实施例中，特征在于，截止波长为1400nm以下，波长1550nm处的色散斜率为0.019ps/nm²/km以下，波长1550nm处的差拍长为5mm以下，且波长1550nm处的直径10mm的弯曲损耗为0.1dB/m以下。

按照这样构成的光纤，就能够容易地制造不但偏振波串音而且差拍长也在希望的容许范围内的偏振波保持光纤，而且能够提供非线性出色、适于利用非线性光学现象的光信号处理的光纤。

还有，上述第2侧面的光纤的实施例中，特征在于，上述第1芯子的直径D1和上述第2芯子的直径D2的比D1/D2为0.4至0.7，波长1550nm处的非线性系数为20/W/Km以上，波长1550nm处的色散为-1ps/nm/km至1ps/nm/km，上述第1芯子对上述包层的相对折射率差Δ1和上述第2芯子对包层的相对折射率差Δ2满足下列关系。

(Δ2)＜-0.52·(Δ1)+1

按照这样构成的偏振波保持光纤，就能够减小偏振波保持光纤的色散的绝对值，而且能够容易地制造可使截止波长为1400nm以下的非线性出色、适于利用非线性光学现象的光信号处理的光纤。

再有，上述第2侧面的光纤的实施例中，特征在于，上述第2芯子对上述包层的相对折射率差Δ2为-0.8％以下，上述第1芯子对上述第2芯子的相对折射率差Δ3为3.5％以上。

按照这样构成的偏振波保持光纤，就能够提供偏振波保持光纤的色散斜率小，而且可使截止波长为1400nm以下的非线性出色、适于利用非线性光学现象的光信号处理的光纤。

上述第2侧面的光纤的实施例中，特征在于，上述应力附加部件是添加了硼的石英玻璃，上述包层是添加了氟的石英玻璃，上述应力附加部件对上述包层的相对折射率差Δ4为-0.1％以下或0.1％以上。

按照这样构成的偏振波保持光纤，如在连接光纤彼此时，应力附加部件的位置确认就变得容易，连接就变得容易。

本发明的光波长变换器，特征在于使用了上述光纤。

按照这样构成的光波长变换器，就能够提供波长变换性出色的光波长变换器。

如上所述，按照本发明的偏振波保持光纤，就能够使偏振波串音为希望的小值，而且能够容易地制造非线性出色、适于利用非线性光学现象的光信号处理的偏振波保持光纤。还有，能够提供光波长变换特性出色的光波长变换器。

本发明的第3侧面的光纤，在由芯子和包层构成的光纤中，特征在于，非线性常数n₂/Aeff为20×10^-10/W以上，波长1550nm处的波长色散的绝对值为20ps/nm/km以下，波长1550nm处的直径5mm的弯曲损耗为0.1dB/m以下，上述包层的外径为70～110μm。

在上述构成的本发明的光纤中，非线性常数n₂/Aeff为20×10^-10/W以上，因而能获得高的非线性，可进行利用效率好的非线性现象的光信号处理。优选的是，非线性常数n₂/Aeff为40×10^-10/W以上。

还有，1550nm处的波长色散的绝对值为20ps/nm/km以下，因而能够适用于利用非线性现象的波长变换以及光2R、光3R等波形整形。优选的是，1550nm处的波长色散的绝对值可以为2ps/nm/km以下。

再有，波长1550nm处的直径5mm的弯曲损耗为0.1dB/m以下，因而可紧凑卷曲。优选的是，弯曲损耗可以为0.05dB/m以下。

并且，包层外径为70～110μm，因而能实现低传输损耗。

包层外径超过110μm的话，传输损耗就会变大；而低于70μm的话，光纤的强度就会下降，可靠性就会降低，并且传输损耗再次变大，不是优选的。

另外，包层外径125μm的光纤正在广泛使用，不过，在位于光纤中心部的第1芯子中高浓度地掺杂锗，使非线性常数为20×10^-10/W以上，并使1550nm处的波长色散的绝对值为20ps/nm/km以下时，在包层外径为125μm的光纤中，传输损耗就会变高。相比之下，例如把包层外径减小到90μm的程度的话，就能够在不损坏非线性常数的大小的情况下减小传输损耗，这一点已经明白。本发明正是根据这种见解而做出的。

这样，在第1芯子中高浓度掺杂锗，且使1550nm处的波长色散的绝对值为20ps/nm/km以下，使包层径从125μm减小到90μm，使传输损耗下降，对这一机理不太理解大概是由于产生了以下现象。

即，硅石玻璃中越掺杂锗，折射率越变高，并且，硅石玻璃的软化温度下降。因此，高浓度地掺杂锗，显著增高了第1芯子的折射率的高非线性光纤，与通常的传输线用光纤的情况相比，第1芯子的软化温度比由纯硅石玻璃构成的包层的软化温度低得多。

可是，光纤是通过合成具有与目的光纤相同的截面折射率分布构造的大口径的玻璃母材，对其进行加热熔融、拉丝，将其拉成规定的外径来制造的。在该拉丝的工序中，经过先是玻璃母材的软化，接着是玻璃母材外径到光纤径为止的缩径，再接着是对光纤径的冷却硬化的各工序。

可以认为，软化玻璃母材时，为获得使包层软化的程度的高温度，高浓度地掺杂锗而降低了软化温度的第1芯子要经受必要以上高的温度，由于该高温和拉丝时的张力，芯子中就会产生缺陷，由此增加了传输损耗。相比之下，可以认为，通过减小包层外径，包层的厚变薄，第1芯子就能快点冷却，第1芯子经受高温的时间变短，因而缺陷就会减少，传输损耗就会降低。

还有，考虑冷却硬化工序的话，就在高浓度地掺杂锗而降低了软化温度的第1芯子之前，由软化温度高的硅石玻璃构成的包层先硬化，接着芯子硬化。因此可以推测，在芯子和包层两者之间产生大的变形，它就成为传输损耗增加的原因。

可以认为，特别是为获得高非线性，在第1芯子中高浓度掺杂了锗时，由于这种作用，传输损耗就会变大。此处，可以认为，减小包层的外径的话，包层的厚度变薄，相对于包层，第1芯子的冷却比包层径大时相对快些，第1芯子和包层硬化的时间差变小。还有，可以认为，由于减小了包层的体积，冷却时的包层的总体积变化就会变小。因此，可以认为，第1芯子和包层间的变形量就会减少，传输损耗就会降低。

另外，提高第1芯子的折射率，且使波长1550nm处的波长色散的绝对值为20ps/nm/km以下，再使波长1550nm处的直径5mm的弯曲损耗为0.1dB/m以下的本发明的光纤，与提高第1芯子的折射率，且使波长1550nm处的波长色散的绝对值向负增大为-60ps/nm/km以下的色散补偿光纤(DCF)相比，具有光强度的分布集中在第1芯子内的这种特征。因此可以认为，作为本发明的对象的高非线性光纤，与色散补偿光纤相比，掺杂了锗的第1芯子中产生的缺陷等的影响增大，通过降低它来提高传输损耗是极其重要的。

本发明所涉及的光纤由具有提高折射率的作用，同时还具有降低软化温度的作用的掺杂剂高浓度地掺杂在第1芯子中而获得的硅石类玻璃构成，从而能够做成非线性常数大，且1550nm处的波长色散的绝对值为20ps/nm/km以下的光纤。作为这种掺杂剂，特别优选的是锗。

还有，上述第3侧面的光纤的实施例中，优选的是，截止波长为1350nm以下。截止波长为1350nm以下，就可用于包括S波段、C波段的宽带域。

再有，上述第3侧面的光纤的实施例中，优选的是，波长1550nm处的波长色散斜率为0.019ps/nm²/km以下。波长色散斜率为0.019ps/nm²/km以下，就能够提供在波长1550nm带处波长色散的值的变化小的光纤，就能够在宽带域进行利用良好的非线性现象的光信号处理。

波长1550nm处的光纤的长度方向的波长色散的变动幅度，优选的是在1根光纤的使用长度的全长中为3ps/nm/km以下。光纤的长度方向的波长色散的变动幅度为3ps/nm/km以下，就能够很好地进行利用非线性现象的光信号处理。

还有，为了均衡实现获得高的非线性常数以及使包层径处于特定范围而降低损耗，芯子具有位于其中心部的第1芯子时，优选的是第1芯子对包层的相对折射率差为1.5％以上。更优选的是第1芯子对包层的相对折射率差为2.5％以上。

这样，第1芯子对包层的相对折射率差为2.5％以上，就能够同时获得1350nm以下的短的截止波长、20×10^-10/W以上的高的非线性常数、以及0.019ps/nm²/km以下的波长色散斜率，因而是特别优选的。

特别是，芯子由位于其中心部的第1芯子及其周围的第2芯子构成，包层为纯硅石或具有接近纯硅石的折射率的硅石类玻璃，第2芯子对包层的相对折射率差为-1.2～-0.4％，就能够获得非线性常数大、且色散斜率小的光纤。

在这种情况下，优选的是第1芯子对第2芯子的相对折射率差为3％以上。

还有，第2芯子的外径为D2，第1芯子外径为D1时，使D1/D2＝Da为0.3～0.7，就能够获得色散斜率更小的高非线性的光纤。

上述第3侧面的光纤的实施例中，也可以做成在高非线性光纤的一端或两端熔接外径120～130μm的单模光纤或色散偏移光纤，并对该熔接部实施加热处理而成的光纤。

包层外径为70～110μm的话，跟其它光纤在现场连接就很困难，且连接损耗变大，而对于本发明所涉及的高非线性光纤，预先将外径120～130μm的单模光纤或色散偏移光纤在各自的中心对准的情况下进行熔接，对熔接部进行加热处理，熔接连接好色散偏移光纤，这样就能够做成容易跟其它光纤在现场连接的光纤。

优选的是，使本发明所涉及的高非线性光纤和要熔接的外径120～130μm的光纤对准各自的中心。对准各自的中心就能够降低连接损耗。还有，优选的是熔接之后对熔接部进行加热处理。熔接之后进行加热处理，连接部的芯子的掺杂剂就会扩散，模式场径就会扩大，这样就能够减小熔接部的连接损耗。

还有，本发明所涉及的光纤中，由于包层径为70～110μm，因而能够减小包括树脂涂层的外径，能够紧凑地卷成卷状。把本发明所涉及的光纤卷成最大卷径20cm以下，优选的是18cm以下，装有它的例如光2R用、光3R用、波长变换用的子系统装置可进行利用高非线性现象的光信号处理，同时还有紧凑的优点。

做成使用本发明的该第3侧面的光纤的光信号处理装置。

本发明的第4侧面的光纤，特征在于，n₂/Aeff为非线性常数，a为传输损耗，λ为波长，L为光纤的长度时，λ在1500nm～1600nm的范围中，(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值满足1/W以上，波长1550nm处的波长色散的绝对值为30ps/nm/km以下，波长1550nm处的直径5mm的弯曲损耗为0.5dB/m以下。

本发明的光纤中，有波长1550nm处的波长色散的绝对值必须为30ps/nm/km以下。这是由于进行在波长1550nm带的信号处理时，波长色散的绝对值超过30ps/nm/km的话，就不能进行有效的光信号处理。

还有，波长1550nm处的直径5mm的弯曲损耗必须为0.5dB/m以下。这是由于弯曲损耗超过0.5dB/m的话，把光纤卷起来装入光信号装置内后，传输损耗就会变大。传输损耗变大的话，就像后述一样，光纤的有效长度变短，不能进行有效的光信号处理。

再有，n₂/Aeff为非线性常数，a为传输损耗，λ为波长，L为光纤的长度时，波长λ在1500nm～1600nm的范围中，(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值必须满足1/W以上。这是由于(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值不到1/W，就不能进行有效的光信号处理。

非线性现象的自相位调制导致的非线性相位偏移ΦNL，由下式(1)表示。

ΦNL＝(2π/λ)(n₂/Aeff)ILeff    (1)

此处，λ表示波长，n₂/Aeff表示非线性常数，I表示光强度，Leff表示有效长度，n₂表示非线性折射率，Aeff表示有效截面积。并且，有效长度Leff由下式(2)表示。

Leff＝[1-exp(-aL)]/a            (2)

此处，a表示传输损耗，L表示光纤的长度。

根据式(1)和式(2)，非线性相位偏移由下式(3)来表示。

ΦNL＝(2π/λ)(n₂/Aeff)I[1-exp(-aL)]/a    (3)

根据上述式(3)，计算光纤的长度为2km、λ为1550nm时的ΦNL/I的话，就如图16表示的那样。

可以看出，对于光纤长2km、波长色散-1ps/nm/km、传输损耗0.37dB/km、非线性常数n₂/Aeff20×10^-10的光纤，作为波形整形用的信号处理的非线性是充分的。计算此时的(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的话，为14.9/W的程度。

还有，可以看出，对于光纤长0.1km、波长色散0ps/nm/km、传输损耗0.48dB/km、非线性常数n₂/Aeff30×10^-10的光纤，作为波长变换用的信号处理的非线性是充分的。计算此时的(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的话，为1.09/W。

即，(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值必须为1/W以上。

要在芯子中高浓度地掺杂锗，使其折射率提高，从而获得非线性常数高的光纤的话，光纤的传输损耗就会显著地变高，这是产生的问题。越掺杂锗，光纤的传输损耗越增加。

传输损耗变高的话，从式(3)或图1可知，虽然非线性常数高，但由于传输损耗，非线性相位偏移变小，就不能进行利用非线性现象的有效的光信号处理。因此，必须选择非线性常数n₂/Aeff、传输损耗a、以及光纤长L，使(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a为1/W以上。

还有，在上述第4侧面的光纤中，优选的是，λ在1500nm～1600nm的范围中，(2π/λ)(n2/Aeff)为8～17/W/km，L为0.5～30km，传输损耗a为0.2～0.6dB/km。

(2π/λ)(n₂/Aeff)是称作非线性系数γ的值，该值越大，从上述式(1)可知，非线性相位偏移就越大，越能够有效地引起非线性现象。

(2π/λ)(n₂/Aeff)不到8/W/km，就难以获得充分的非线性现象。另一方面，(2π/λ)(n₂/Aeff)超过17/W/km的话，就必须在芯子中高浓度地掺杂锗，因而传输损耗a就会变大，光纤长L在0.5km以上的范围时，有效长度Leff依赖于传输损耗a，变小的倾向显著，因而即使实际的光纤长度L长，也难以获得大的非线性相位偏移。

在光纤长不到0.5km，(2π/λ)(n₂/Aeff)为17/W/km以下的范围，不能获得充分的非线性现象。还有，光纤长L超过30km的话，有效长度Leff依赖于传输损耗a，变小的倾向显著，因此，即使实际的光纤长度L长，也难以获得大的非线性相位偏移。

对于(2π/λ)(n₂/Aeff)为8/W/km以上的光纤，必须在芯子中以某种程度高浓度地掺杂锗，因而难以制造传输损耗a不到0.2dB/km的光纤。还有，传输损耗a超过0.6dB/km的话，有效长度Leff就会变小，因而不能获得充分的非线性现象。

再有，上述第4侧面的光纤的实施例中，优选的是，λ在1500nm～1600nm范围中，(2π/λ)(n₂/Aeff)为17～27/W/km，L为0.01～10km，传输损耗a为0.4～2dB/km。

(2π/λ)(n₂/Aeff)不到17/W/km时，在光纤长L为10km以下，传输损耗为0.4dB/km以上的范围，就难以获得充分的非线性现象。使(2π/λ)(n₂/Aeff)超过27/W/km，就必须在芯子中再高浓度地掺杂锗，(2π/λ)(n₂/Aeff)越超过27/W/km，就越难在芯子中高浓度地掺杂锗，并且，即使能获得高浓度掺杂锗的芯子，其软化温度与包层的硅石相比，也会极端降低，因而制造时容易就产生变形，容易破裂，制造性容易变差。

光纤长不到0.01km时，就不能获得充分的非线性现象。还有，光纤长L超过10km的话，传输损耗a在0.4dB/km以上的范围时，有效长度Leff依赖于传输损耗a，变小的倾向显著，因而即使实际的光纤长度L长，也难以获得大的非线性相位偏移。

对于(2π/λ)(n₂/Aeff)为17/W/km以上的光纤，必须在芯子中高浓度地掺杂锗，因而难以制造传输损耗a不到0.4dB/km的光纤。还有，传输损耗a超过2dB/km的话，纵使(2π/λ)(n₂/Aeff)大到17/W/km，但有效长度Leff变小的倾向显著，因而难以获得充分的非线性现象。

如上所述，按照本发明，能够获得有效地进行利用非线性现象的信号处理的光纤。另外，把本发明的光纤卷成最大径16cm以下装入使用，就能够获得紧凑有效的光信号处理装置。

附图说明

图1表示本发明的光纤的一实施例，图1(a)表示折射率分布，图1(b)是表示横截面的一部分的横截面图。

图2是表示图1中的光纤的D1/D2和色散斜率的模拟结果的曲线。

图3是表示模拟给出的α和色散斜率的关系的曲线。

图4是表示模拟给出的α和有效截面积Aeff的关系的曲线。

图5是表示把本发明的光纤用于波长变换器的一实施例A的示意图。

图6是表示把本发明的光纤用于脉冲压缩器的一实施例A的示意图。

图7是表示采用了本发明的光纤的光信号处理装置的一实施例的示意图。

图8是本发明的偏振波保持光纤的截面示意图。

图9是表示图8中的偏振波保持光纤的折射率分布的一个例子的图。

图10是表示模拟给出的截止波长λc与相对折射率差Δ1、相对折射率差Δ2的关系的曲线。

图11是表示模拟给出的第1芯子径D1和第2芯子径D2的比D1/D2＝Da与色散斜率的关系的曲线。

图12是表示模拟给出的第1芯子径D1和第2芯子径D2的比D1/D2＝Da与有效截面积Aeff的关系的曲线。

图13是表示模拟给出的第1芯子径D1和第2芯子径D2的比D1/D2＝Da与截止波长λc的关系的曲线。

图14是本发明的低损耗光纤和其它光纤的熔接结合光纤构造图。

图15是图14的熔接结合部的放大图。

图16是表示ΦNL/I的传输损耗a依赖性的特性图。

图17是表示各种光纤中的ΦNL/I和光纤长的关系的特性图。

图18是表示各种光纤中的ΦNL/I和光纤长的关系的特性图。

图19是表示试作例D1、D2、D4～D6的折射率分布形状的概略图。

图20是表示试作例D1、D2、D4～D6的截面构造的概略图。

图21是表示试作例D3的折射率分布形状的概略图。

图22是表示试作例D3的截面构造的概略图。

具体实施方式

A：具有低的色散值变动和低色散值的类型的高非线性光纤

图1～图7详细说明本发明的光纤和采用了该光纤的光波长变换器和脉冲压缩器的实施例。

本发明所涉及的光纤是对波长1550nm附近的输入光产生非线性现象的光纤，其特征之一在于，波长1550nm处的色散斜率为-0.01～0.01ps/nm²/km。

如上所述，色散斜率为-0.01～0.01ps/nm²/km，这样，就能够提供在包括波长1550nm的宽波长区域中，色散值的变动小且色散的绝对值小的光纤。

还有，在宽波长区域中色散斜率为-0.01～0.01ps/nm²/km，在包括1550nm的宽波长区域中色散值就不会显著变动。因此，对包括波长1550nm的宽波长区域就能够进行利用非线性光学现象的良好的光信号处理。

可是，色散斜率的绝对值为0.01ps/nm²/km以上的话，对波长1550nm近旁的不同波长，色散值的变动就会相对变大。因此，色散斜率必须为-0.01～0.01ps/nm²/km。并且，为了对包括波长1550nm的宽波长区域进一步减小色散值的变动，优选的是-0.005～0.005ps/nm²/km。

还有，色散值的绝对值为10ps/nm/km以下，且波长1550nm处的非线性常数为30×10^-10/W以上也是本发明的光纤的特征之一。

非线性常数为30×10^-10/W以上，如下所述，就能够获得高的非线性的光纤。

还有，对于单模光纤，截止波长λc必须根据使用波长而减小。因此，优选的是，截止波长λc为1450nm以下。截止波长λc为1450nm以下，就能够用于包括S波段、C波段、以及L波段的宽波长带域。

此处，截止波长λc是指ITU-T(国际电气通信连合)G.650定义的光纤截止波长λc。此外，本说明书中未特别定义的用语遵从ITU-TG.650的定义和测量方法。

另外，优选的是，上述有效截面积Aeff为12μm²以下。使有效截面积Aeff为12μm²以下，就能够获得高的非线性常数。

非线性常数如上述(1)式所示，要增大非线性常数，就必须增大光纤的非线性折射率n₂，或尽可能减小有效截面积Aeff，并且现实可行的是必须尽可能减小有效截面积，这一点如上所述。

因此，要获得非线性的大的光纤，作为光纤的构造，有效截面积Aeff必须小。还有，使用波长处的色散的绝对值也必须小。因此，优选的是，波长1550nm处的色散值的绝对值为10ps/nm/km以下，更优选的是5ps/nm/km以下。

使有效截面积Aeff为12μm²以下，就能够获得高的非线性常数。更优选的是，使效截面积Aeff为10μm²以下，能够获得更高的非线性常数，结果，就能够获得波长1550nm处的非线性常数为40×10^-10/W以上的值的光纤。

还有，本说明书叙述的色散值的变动幅度，如上所述，对于实用长度的光纤全长，可由利用例如Mollenauer所研究出的方式的色散分布测量仪来测量。

优选的是，波长1510～1590nm中的任意波长处的光纤长度方向的色散的变动在1根光纤的使用长度的全长中为0.001～1ps/nm/km。

光纤长度方向的色散值的变动幅度，在1根光纤的使用长度的全长中为1ps/nm/km以下，就能够进行利用非线性现象的良好的光信号处理。更优选的是，波长1510～1590nm中的任意波长处的光纤长度方向的色散值的变动在1根光纤的使用长度的全长中为0.2ps/nm/km以下。这样为0.2ps/nm/km以下，就能够进行利用非线性现象的更好的光信号处理。

可是，实际上为了抑制光纤长度方向的色散值的变动，在光纤母材阶段就要使芯子和包层的厚度一样。具体而言，例如在采用OVD法或VAD法的炭黑合成阶段，就必须进行管理，使堆积的原料变均匀，把该光纤母材拉伸成希望的外径时，要求外径变动的差为0.2％以下的高精度拉伸。

图1表示本发明所涉及的非线性色散偏移型的光纤的典型的一个例子。图1(a)表示该光纤的折射率分布，图1(b)表示其横截面的一部分，即第1芯子1和设在该第1芯子1的外侧的第2芯子2，省略了在该第2芯子2的外侧设置的包层4的外侧的线。

如图1(a)所示，该光纤具有比纯硅石高的折射率，包括具有下式(2)所示的α次的折射率分布的第1芯子1、设在该第1芯子1的外侧且具有比纯硅石低的折射率的第2芯子2、以及设在该第2芯子2的外侧的包层4，第1芯子1的外径D1和第2芯子2的外径D2的比D1/D2为0.3以上、0.8以。

此处，在本说明书中，由下式(2)来定义表示折射率分布的形状的α。

n²(r)＝n_c1 ²{1-2·Δ1·(2r/D1)^α}    (2)

此处，0≤r≤D1/2。

此处，r表示光纤半径方向的位置，n(r)表示在位置r的折射率。还有，n_c1为第1芯子1的最大折射率。

还有，上述第1芯子1的直径D1为在第1芯子1中连接与包层4相等的折射率的位置的线的长度。还有，第2芯子2的直径D2为在第2芯子2和包层4的边界区域中连接Δ2的1/2的折射率的位置的线的长度。

还有，第1芯子1对上述包层4的折射率差Δ1、第2芯子2对包层4的相对折射率差Δ2由下式(3)和(4)表示。

Δ1＝{(n_c1-n_c)/n_c1}·100    (3)

Δ2＝{(n_c2-n_c)/n_c2}·100    (4)

此处，上述各式中，n_c1为第1芯子1的最大折射率，n_c2为第2芯子2的最小折射率，n_c为包层4的折射率。

在图1所示的光纤的构造中，通过调整上述第1芯子1的外径D1和第2芯子2的外径D2的比D1/D2，就能够降低色散斜率的值。

对此，用该光纤的构造模拟例来说明调整上述第1芯子1的外径D1和第2芯子2的外径D2的比D1/D2所引起的色散斜率的值的变化。

图2表示波长1550nm处的D1/D2和色散为0ps/nm/km时的色散斜率的值的关系。还有，表1表示此处所用的2种光纤1、2的折射率分布。

表1

	Δ1	Δ2	α
				光纤1	2.8％	-1％	8
光纤2	2.3％	-1％	7

如图2所示，D1/D2不到0.3时，或D1/D2超过0.8时，色散斜率就成为具有比-0.01～0.01ps/nm²/km大的色散斜率。

还有，如图2所示，进一步缩小D1/D2的范围，使该值为0.4以上0.7以下，就能够使色散斜率的值处于-0.005～0.005ps/nm²/km的范围。因此，优选的是，使第1芯子的外径D1和第2芯子的外径D2的比D1/D2为0.4以上0.7以下。

一般而言，小的有效截面积Aeff可通过增大芯子对包层的相对折射率差来获得。但是，仅仅增大芯子对包层的相对折射率差，截止波长λc就会向长波长侧移动，在宽带域的单模传送的确保就会变难。相比之下，取例如图1所示的构造，就能够兼顾小的有效截面积Aeff和低的截止波长λc。

还有，第1芯子1对包层4的相对折射率差Δ1优选的是2.0～5.0％，第2芯子2和纯硅石，即该例子中的包层4的相对折射率差Δ2优选的是-1.4～-0.7％。

第1芯子1对包层4的相对折射率差Δ1不到2.0％的话，有效截面积Aeff就会变大，光纤的非线性相对变小。还有，相对折射率差Δ1变高的话，截止波长λc就向长波长侧移动。因此，相对折射率差Δ1超过5.0％的话，就得过多考虑为了使光纤成为单模的截止波长λc，结果，光纤的生产性就会变差。

换言之，相对折射率差Δ1超过5.0％的话，为了使光纤成为单模的截止波长λc的控制就变得困难，结果，光纤的制造条件变严，生产性变差。

还有，1550nm处的色散斜率的值变大，进行光信号处理时，对波长1550nm近旁的不同波长，色散值的变动就会变大，这是存在的问题。

还有，第2芯子2对包层4的相对折射率差Δ2向负侧增大的话，就能够减小波长1550nm处的色散值的绝对值，并减小色散斜率。

可是，向负侧增大相对折射率差Δ2的话，截止波长λc就向短波长侧移动。对此，如果把相对折射率差Δ1设为2.0～5.0％，且相对折射率差Δ2设为-1.4％～-0.7％的话，就可以使色散斜率为-0.01～0.01ps/nm²/km的值。还可以使截止波长λc也为1450nm以下。

另一方面，相对折射率差Δ2低于-1.4％的话，例如在第2芯子2中就必须大量掺杂氟，光纤的制造就会变得困难，生产性变差。

另外，相对折射率差Δ1更优选的是2.4～4.0％，Δ2更优选的是-1.2～-0.8％。如果在该范围的话，就能够以更高生产性来制造高的非线性和低的色散斜率以及截止波长λc在1450nm以下的光纤，性能的稳定性也会进一步提高。

再有，使第1芯子1的折射率分布形状为α次的折射率分布，通过增大该α，就能够减小色散斜率，还可以再减小有效截面积Aeff。因此，优选的是，第1芯子1的折射率分布形状为α次的折射率分布，α为3以上。更优选的是α为6以上。

此处，增大了α对于减小色散斜率是有利的，用表示本发明的光纤之一例的模拟例的图3和图4来说明这一点。

图3表示α和色散斜率的关系，图4表示α和有效截面积Aeff的关系。还有，表2表示此处所用的2种光纤A、B的各构造。

表2

	Δ1	Δ2	Δ1/Δ2
				光纤A	2.60％	-0.80％	0.5
光纤B	3％	-1％	0.4

如图3所示，增大α的值的话，就能够减小色散斜率。可以看出，特别是把α从2变为3，就能够使色散斜率的值在光纤A中减小约0.009ps/nm²/km，并且在光纤B中减小约0.01ps/nm²/km。这样增大α对于色散斜率的降低非常有效。

还有，如图4所示，增大α的值就能够减小有效截面积Aeff。特别是把α从2变为3，就能够在光纤A、光纤B两者中减小有效截面积Aeff约8％。

此处，作为用于增大第1芯子1的α的1种方法，有采用VAD法或MCVD法把具有比纯硅石高的折射率的芯子母材预先制作成其折射率分布形状α大的芯子母材的方法。还可以对用该方法制作的芯子母材的表面，采用HF等蚀刻法或机械外磨，进一步增大折射率分布形状的α的值。

特别是如果采用上述的方法，从制造方面看，使α为3以上也是比较容易的。

还有，如图3所示，再增大α的值，使其为6以上，就能够再降低色散斜率，如图4所示，还能够减小有效截面积Aeff。

顺便说一下，在α为6以上的区域，如图3、4所示，色散斜率随着α变大而一点一点持续变小，不过，有效截面积Aeff的缩小大致呈饱和状态。因此，优选的是，至少使α为6以上。

实施例

表3表示本发明的实施例A1～实施例A10所示的各光纤的参数的值及其特性值。另外，表3中MFD是指模式场径。

表3

	Δ1	Δ2	D1/D2	α	色散	斜率	MFD	A<sub>eff</sub>	λ<sub>C</sub>	n<sub>2</sub>/A<sub>eff</sub>
												％	％			ps/nm/km	ps/nm<sup>2</sup>/km	μm	μm<sup>2</sup>	nm	/W
测量波长					1550nm	1550nm	1550nm	1550nm		1550nm
											实施例A1	3	-1	0.35	4	-3.96	-0.0091	3.273	8.38	1183	69.2×10<sup>-10</sup>
实施例A2	3	-1	0.55	4	-3.71	-0.001	3.354	8.84	1255	65.5×10<sup>-10</sup>
											实施例A3	5	-1.1	0.5	5	-4.94	0.0057	2.759	6.04	1448	115.9×10<sup>-10</sup>
实施例A4	4	-0.9	0.6	4.5	-9.1	-0.0061	3.011	7.15	1382	90.9×10<sup>-10</sup>
											实施例A5	4	-0.9	0.6	7	-9.31	0.003	2.999	7.12	1385	91.3×10<sup>-10</sup>
实施例A6	2.6	-1	0.5	6	3.71	0.01	3.559	10.07	1261	49.7×10<sup>-10</sup>
											实施例A7	2	-0.8	0.4	4	-2.99	0.0087	3.875	11.88	1052	33.7×10<sup>-10</sup>
实施例A8	2.9	-1	0.35	7.5	0.705	0.0086	3.386	9.17	1275	58.5×10<sup>-10</sup>
											实施例A9	2.8	-1	0.45	7	0.24	0.0018	3.51	9.73	1283	50.6×10<sup>-10</sup>
实施例A10	2.8	-1	0.55	5	-3.48	-0.0034	3.209	10.1	1295	48.1×10<sup>-10</sup>

实施例A1～实施例A10都是波长1550nm处的色散的绝对值为10ps/nm/km以下，色散斜率为-0.01～0.01ps/nm²/km。还有，截止波长λc为1450nm以下，有效截面积Aeff为12μm²以下。

此处，对实施例A1～实施例A7表示的特性值是通过模拟而获得的结果，实施例A8～A10是实际制作光纤，对其进行评价而获得的特性值。另外，实际作成的光纤的特性值与通过模拟而获得的结果大致一致。

首看实施例A1和实施例A2。为了容易比较，使波长1550nm处的色散的值大致相同。

实施例A1的光纤，第1芯子1的外径D1和第2芯子2的外径D2的比D1/D2为0.35，实施例2中D1/D2为0.55。

对在两光纤中获得的特性值进行比较的话，实施例A2一方比实施例1有效截面积Aeff大，截止波长λc在长波长侧，不过，波长1550nm处的色散斜率的值为相当小的值。即，从色散斜率的观点来讲的话，可以推测，与D1/D2为0.3以上、0.8以下相比，优选的是0.4以上、0.7以下。

其次，与上述相同，对实施例A4和实施例A5进行比较。实施例A4中第1芯子的折射率分布形状为α次曲线，α为4.5。另一方面，实施例A5中α为7。对分别获得的光纤的特性值进行比较的话，实施例A5一方呈现比实施例A4在波长1550nm处的色散斜率减小、有效截面积Aeff也小的值。根据这种观点可以推测，与α为3.0以上相比，优选的是6.0以上。

还有，测量了实施例A8和实施例A9表示的光纤的长度方向的色散变动。结果，实施例A9中，测量波长1552nm时，全长3km有1.9ps/nm/km的色散变动。将其换算为每1km的话，相当于0.75ps/nm/km的色散变动。还有，对于实施例A9表示的光纤，测量波长1556nm时，全长15km有0.15ps/nm/km的色散变动。同样，将其换算为每1km的话，相当于0.08ps/nm/km的色散变动。如果把现在这种光纤用于光信号处理装置的话，每1根能用10m～10km。例如，把1根光纤的使用长度作为1km的话，实施例A8的光纤，在1根光纤的使用长度的全长中较长侧变动为0.75ps/nm/km，实施例A9的光纤为0.08ps/nm/km，这些变动都在容许范围内。

表4表示比较例A1～比较例A5表示的各光纤的参数的值及其特性值。

另外，在表4中MFD也是指模式场径。

表4

	Δ1	Δ2	D1/D2	α	色散	斜率	MFD	A<sub>eff</sub>	λC	n<sub>2</sub>/A<sub>eff</sub>
												％	％			ps/nm/km	ps/nm<sup>2</sup>/km	μm	μm<sup>2</sup>	nm	/W
测量波长					1550nm	1550nm	1550nm	1550nm		1550nm
											比较例A1	3	-0.8	0.25	4	-4	0.018	3.376	8.85	1215	65.5×10<sup>-10</sup>
比较例A2	3.2	-0.5	0.5	4	-2.14	0.0199	3.466	9.37	1393	61.9×10<sup>-10</sup>
											比较例A3	1.8	-0.9	0.45	4	1.9	0.0085	4.037	12.68	1059	29.1×10<sup>-10</sup>
比较例A4	3	-1	0.48	2.5	1.02	0.0258	3.519	9.6	1254	67.7×10<sup>-10</sup>
											比较例A5	5.5	-1	0.55	5	-2.33	0.0148	2.729	5.95	1585	109.2×10<sup>-10</sup>

首先，比较例A1的光纤中，第1芯子1的外径D1和第2芯子2的外径D2的比D1/D2的比为0.25。在该光纤中色散斜率的值相对变大了，在宽波长区域使用时，色散值的变动变大，不能进行利用非线性现象的良好的光信号处理。

比较例A2中，第2芯子2对包层4的相对折射率差Δ2为-0.5％。获得的光纤的色散斜率的值相对变大了，该光纤也和上述比较例1相同，在宽波长区域使用时，色散值的变动变大，不能进行利用非线性现象的更好的光信号处理。

比较例A3的光纤中，第1芯子1对包层4的相对折射率差Δ1为1.8％。获得的光纤中有效截面积Aeff相对变大了，非线性常数γ不能为30×10^-10/W以上。

还有，比较例A4的光纤中，第1芯子1的折射率分布形状为α次曲线，且α的值为2.5。获得的光纤的色散斜率的值相对变大了，与上述比较例1和比较例2相同，在宽波长区域使用时，色散值的变动变大，不能进行利用非线性现象的更好的光信号处理。

再有，比较例A5中，第1芯子1和纯硅石的相对折射率差Δ1为5.5％。该光纤中截止波长λc向长波长侧转移了，在波长1550nm使用时有问题。

图5表示作为采用了本发明的光纤的光信号处理装置之一例的光波长变换器之一例。按照该光波长变换器，可以把信号光的波长一总变换为其它波长。

此处，对图5简单进行说明。另外，事前先调查本发明的光纤7的色散值为零的波长。

首先，该色散值为零的波长近旁的激励光(波长λs)从光源11发出，与信号光12(波长λp)耦合。接着进入本发明的光纤17中。这时，在该光纤17内产生称为四波混合的大的非线性现象，把信号光12变换为下式(5)中的波长λ。这样就一总进行了光波长变换。

λ＝(λp-λs)+λp    (5)

顺便说一下，在图5中符号13表示校直偏振波的偏振波控制器，符号14表示EDFA，即掺铒的光纤放大器(光放大器)，符号15表示把来自光源的激励光(波长λs)与信号光12结合起来的耦合器，符号16表示偏振镜。

还有，图6表示采用了本发明的光纤的脉冲压缩器之一例。在图6中，符号21、22分别表示波长不同的光源，符号23表示偏振波控制器，符号24表示耦合器。还有，符号25表示偏振镜，符号26表示EDFA。并且从上述光源21、22分别连接到EDFA26的光纤及符号28表示的光纤为一般单模光纤，符号27为本发明的光纤。这样，按规定长度交替连接本发明的光纤27和一般单模光纤28而构成脉冲压缩器。

不过，图5和图6中，作为采用了本发明的光纤的光信号处理装置，仅表示出光波长变换器和脉冲压缩器，不过不用说，除此以外，例如波形整形器等也能应用本发明的光纤。

所谓光信号处理装置，如图7所示，至少由光源31、本发明的光纤32、信号处理部33、34构成，信号处理部设在本发明的光纤前或后，或设在两处。作为光信号处理装置，有波长变换机及脉冲压缩器等。

B：偏振波保持型的高非线性光纤

图8～图16详细说明本发明的偏振波保持型的光纤和采用了该偏振波保持光纤的光波长变换器的实施例。

图8表示本发明的石英玻璃制偏振波保持型的光纤的一实施例的截面示意图，图9表示图8中的偏振波保持光纤810的折射率分布之一例。如图8所示，本发明的偏振波保持光纤810由芯子83和设在其外周的包层84构成，该芯子83由位于中心部的第1芯子81和设在其外周的第2芯子82构成。还有，夹隔芯子83，在芯子83两侧设有2个应力附加部件85。图8中省略了，不过，通常在该包层84的外侧有由紫外线硬化性树脂等构成的树脂涂层。

此处，第1芯子81对上述包层84的相对折射率差Δ1必须为1.8％以上。其理由是，如果Δ1不到1.8％，就不能获得充分的非线性现象。顺便说一下，为了更确实地诱起非线性现象，优选的是使Δ1为2.5％以上，更优选的是3.5％以上。对石英玻璃，通过添加例如锗，就能够把第1芯子81的折射率提高到这种程度。

还有，该包层84优选的是添加了氟的石英玻璃。在包层84中添加氟，就容易增大第1芯子81对包层84的相对折射率差Δ1，就能够获得具有高的非线性的偏振波保持光纤。

再有，通过在包层84中添加氟就能使其软化温度下降。结果，对光纤母材进行拉丝，获得本发明的偏振波保持光纤时，就能降低拉丝温度，容易获得传输损耗的低的偏振波保持光纤。

还有，第2芯子82具有比第1芯子81低的折射率，且具有比包层84低的折射率。再有，第2芯子82对包层84的相对折射率差Δ2必须为-0.1％以下。优选的是-0.8％以下。其理由是，如果超过-0.1％的话，具体而言，如果是-0.05％的话，截止波长就变为长波长，且色散斜率变大。

并且第2芯子82也与上述包层84相同，通过在石英玻璃中添加氟就能够降低其折射率。

此处，增大第1芯子81对包层84的相对折射率差Δ1的话，非线性系数就能够增大，但是截止波长就变为长波长，且色散斜率也变大。因此，例如使第1芯子81对包层84的非折射率差Δ1为2.5％以上时，特别优选的是，使第2芯子82对包层84的非折射率差Δ2为-0.8％以下。

还有，优选的是，第1芯子81对第2芯子82的相对折射率差Δ3为3.5％以上。其理由是，Δ3为3.5％以上的话，就容易获得充分的非线性现象。

另外，上述各相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3和Δ4由以下各式(6)～(9)定义。

Δ1＝{(n_c1-n_c)/n_c1}·100    (6)

Δ2＝{(n_c2-n_c)/n_c2}·100    (7)

Δ3＝{(n_c1-n_c2)/n_c1}·100   (8)

Δ4＝{(n_b-n_c)/n_b}·100      (9)

此处，上述各式中，n_c1为第1芯子81的最大折射率，n_c2为第2芯子82的最小折射率，n_b为应力附加部件85的折射率，n_c为包层84的折射率。还有，n_b在Δ4为正的符号时为最大折射率，负的符号时为最小折射率。

此处，作为表示非线性的指标，可以给出自相位调制的非线性相位偏移，该非线性相位偏移由下式(10)表示。

φ_NL＝(2π/λ)·(n₂/A_eff)·I·L_eff    (10)

此处，φ_NL表示非线性相位偏移，λ表示波长，n₂表示非线性折射率，A_eff表示有效截面积，I表示光强度，L_eff表示有效长度。

还有，(2π/λ)·(n₂/A_eff)表示非线性系数。

从式(10)可知，要增大非线性相位偏移，可以增大非线性折射率n₂，减小有效截面积Aeff。锗的非线性折射率比石英玻璃的大，因而在第1芯子81中多添加锗，就能够增大光纤的非线性折射率n₂。还有，增大第1芯子81和包层84相对折射率差，就能够减小有效截面积A_eff。因此，优选的是，在第1芯子81中添加锗，提高第1芯子81的折射率。

其次，图10表示模拟给出的截止波长λc和第1芯子81对包层84的相对折射率差Δ1、第2芯子82对包层84的相对折射率差Δ2的关系。

此处，截止波长λc是指ITU-T(国际电气通信连合)G.650定义的光纤截止波长λc。此外，本说明书中未特别定义的用语遵从ITU-TG.650的定义和测量方法。

另外，此处表示波长1550nm处的色散为0ps/nm/km，且波长1550nm处的色散斜率变小的D1/D2＝Da为0.5时Δ1和Δ2的关系。

如图9所示，优选的是，第1芯子81对包层84的相对折射率差Δ1和第2芯子82对包层84的相对折射率差Δ2满足下列关系。

(Δ2)＜-0.52·(Δ1)+1

第1芯子81对包层84的相对折射率差Δ1和第2芯子82对包层84的相对折射率差Δ2的关系不满足上述关系的话，减小波长1550nm处的色散的绝对值和使截止波长为1400nm以下就难同时满足。

顺便说一下，第2芯子82对包层84的相对折射率差Δ2必须为-0.1％以下。因为超过-0.1％的话截止波长就变为长波长，即1400nm以上。增加在第1芯子81中添加的锗而增加第1芯子81对包层84的相对折射率差Δ1，就能够能获得大的非线性，不过，仅仅提高第1芯子81的折射率的话，截止波长就会向长波长移动。因此，使Δ2为-0.1％以下。

还有，在本发明中应力附加部件85以夹隔芯子83的状态设在其两侧。作为该应力附加部件85，可以采用例如含硼的石英玻璃，或是含锗的石英玻璃等。

它们具有比纯石英玻璃大的热膨胀系数，因而拉丝后在应力附加部件85中就会产生拉伸变形。这样，就会在芯子区域的一定方向付与应力，从而表现偏振波保持。

优选的是，上述应力附加部件85对包层84的相对折射率差Δ4为-0.1％以下或0.1％以上。

其理由是，如果超过-0.1％而不到0.1％的话，与包层84的折射率差变小，因而难以区别包层84与应力附加部件85，难以识别应力附加部件85的位置。

结果，例如，连接本发明的偏振波保持光纤810彼此，或是本发明的偏振波保持光纤810和另外的偏振波保持光纤时，为了校直两光纤的偏振波阵面，必须识别了应力附加部件85位置之后再连接，而如上所述，如果难以识别应力附加部件85、85对包层84的位置的话，连接工作就很困难。

作为应力附加部件85，优选的是添加了硼的石英玻璃。添加了硼的石英玻璃具有比纯石英玻璃低的折射率。

由于必须在用于非线性现象的偏振波保持光纤中尽可能大地表现非线性现象，因而优选的是增大第1芯子81和第2芯子82以及包层84的折射率差，从而增大非线性系数。这时，设在包层区域的应力附加部件85的折射率比包层84高的话，就不利于增大有效芯子截面积A_eff、获得大的非线性现象。因此，优选的是采用在应力附加部件85中添加了具有比纯石英玻璃低的折射率的硼的石英玻璃。

还有，该应力附加部件85对包层84的相对折射率差Δ4更优选的是-0.8％～-0.2％。其理由是，为了获得非线性，应力附加部件85对包层84的相对折射率差优选的是-0.2％以下，另一方面，不到-0.8％，即为-0.9％那样的值的话，应力附加部件85的制作本身就变得不容易。

再有，如图8所示，第1芯子81的直径设为D1，夹隔芯子83设在其两侧的2个应力附加部件85的间隔设为R时，R/D1值必须设为2.5～10。更优选的是设为2.5以上3.7以下。

其理由是，R/D1超过10的话，就不能减小偏振波串音，也不能减小差拍长。

此处，如图9所示，第1芯子81的直径D1设为连接在第1芯子81中与包层84相等的折射率的位置的线的长度。还有，第2芯子82的直径D2设为在第2芯子82和包层84的边界区域中，连接成为Δ2的1/2的折射率的位置的线的长度。

再有，2个应力附加部件85间的间隔R表示2个应力附加部件85的最短间隔，设为连接成为Δ4的1/2的折射率的位置的线的长度。

顺便说一下，如上所述，把R/D1设为3.7以下的话，就能够获得充分小的偏振波串音，是优选的。

可是，为了增大非线性而增大了第1芯子和包层的相对折射率差的本发明的偏振波保持光纤中，第1芯子81的直径与通常的单模光纤相比就会变小。因此过分减小R/D1的值的话，设置应力附加部件85时的加工就变难。因此R/D1的值必须为2.5以上。还有，R/D1不到2.5的话，应力附加部件85就太靠近第2芯子82，最坏时会接触，因而设置应力附加部件85时的加工仍然困难，不是优选的。

还有，应力附加部件85的间隔R优选的是7μm到17μm。其理由是，应力附加部件85的间隔R超过17μm的话，就难以减小偏振波串音，难以减小差拍长。

另一方面，应力附加部件85的间隔R不到7μm的话，应力附加部件85就太靠近第2芯子82，偏振波保持光纤的制造就变得困难。具体而言，为了获得该偏振波保持光纤，在拉丝前的光纤母材上开孔，把应力附加部件85插入该孔时，光纤母材变易破裂，这是问题所在。

还有，在本发明中，优选的是，偏振波保持光纤的长度100m且波长1550nm处的偏振波串音为-20dB以下。其理由是，超过-20dB/100m的话，就不能获得充分的偏振波保持性能。

再有，波长1550nm处的差拍长优选的是5mm以下。其理由是，差拍长超过5mm的话，恐怕就不能获得充分的偏振波保持性能。

还有，本发明的偏振波保持光纤优选的是在波长1550nm处的色散为-9～9ps/nm/km。其理由是，在本发明的偏振波保持光纤所属的所谓石英系光纤中，在以传输损耗为最小的称为C波段的波长1.55μm带为中心的波长带域进行信号处理时，波长1550nm处的偏振波保持光纤的色散不到-9ps/nm/km的话，利用波长变换及波形整形等非线性现象的光信号处理效率就会下降。

还有，如果色散超过9ps/nm/km的话，利用波长变换及波形整形等非线性现象的光信号处理效率也同样会降低。色散更优选的是-1～1ps/nm/km。

此外，波长1550nm处的色散斜率优选的是0.029ps/nm²/km以下。利用非线性现象的光信号处理受光纤的色散的很大作用，色散斜率超过0.029ps/nm²/km的话，色散的波长依赖性变大，在大的波长范围内的稳定的信号处理就变难。

例如，利用四波混合的波长变换中，就会产生变换带域的泵波长依赖性变大的问题。色散斜率更优选的是0.019ps/nm²/km以下，再优选的是0.009ps/nm²/km以下。

还有，本发明的偏振波保持光纤，波长1550nm处的直径10mm的弯曲损耗优选的是0.1dB/m以下。弯曲损耗为0.1dB/m以上的话，把光纤盘卷了时，损耗就可能变大。

其次，根据特性模拟来说明本发明的偏振波保持光纤。

如上所述，第2芯子82对包层84的相对折射率差Δ2必须为-0.1％以下。超过-0.1％的话，截止波长就变为长波长，即1400nm以上。通过增加第1芯子81中添加的锗，增加第1芯子81对包层84的相对折射率差Δ1，来获得大的非线性，不过，仅仅提高第1芯子81的折射率的话，截止波长就会向长波长移动。

但是，通过减小第2芯子82的折射率差，即使提高第1芯子81的折射率差，也能够防止截止波长变为长波长。特别优选的是，使第2芯子82对包层84的相对折射率差为-0.8％以下。为了使第2芯子82对包层84的相对折射率差为-0.8％以下，例如，使成为第2芯子82的石英玻璃炭黑体在含氟或氟化合物的气氛下以加压状态进行玻璃化即可。

那么，第1芯子81的直径D1和第2芯子82的直径D2的比D1/D2＝Da时，D1/D2必须为0.3～0.8。优选的是0.4～0.7。

对于图8所示的构造的偏振波保持光纤，使第1芯子81的直径D1和第2芯子82的直径的D2的比D1/D2＝Da变化了时，即把第1芯子径D1和第2芯子径D2以外的参数固定为实施例1的值，使第1芯子径D1和第2芯子径D2的比D1/D2＝Da变化了时的色散斜率、有效截面积Aeff和截止波长λc的变化，即模拟的结果，分别表示在图11、图12和图13中。

另外，在该图11～13中，调整了第1芯子径D1和第2芯子径D2，使1550nm处的色散为零。

从图11可以看出，Da(D1/D2)超过0.8时，以及Da(D1/D2)低于0.3的话，色散斜率的值就会比容许范围大。

还有，从图12可以看出，Da(D1/D2)越小，有效截面积A_eff就越小。即，模式场径也变小，对于获得高的非线性常数是有利的。还可以看出，Da(D1/D2)超过0.8的话，A_eff就会比容许范围大。

从图13可以看出，Da(D1/D2)越小，截止波长λc就越能够变短。可以看出，Da超过0.8的话，截止波长就变为1400nm以上。

在考虑了上述模拟结果的同时，分别制造了表5、表6的实施例B1～B3表示的偏振波保持光纤。还有，表7表示测量了制造出的该各偏振波保持光纤的特性的结果。另外，在表7中，截止波长以外的特性用来表示波长1550nm处的特性。

所有的实施例的偏振波保持光纤都能够使偏振波串音为希望的小值，即-20dB/100m以下的-28dB/100m以下，而且非线性系数也为希望的值的15/W/Km以上的15.5/W/Km以上。此外，差拍长也能够在4.3～4.7mm的范围内，即希望的5mm以下。

可以看出，这样，上述各实施例B1～B3的各偏振波保持光纤，偏振波串音小，非线性也出色，因此是适于进行利用非线性光学现象的光信号处理的偏振波保持光纤。

表5

	Δ1	Δ2	第1芯子α	第1芯子径	第2芯子径	D1/D2＝Da	包层径
									％	％		μm	μm		μm
实施例B1	2.4	-0.55	4	4.2	7.6	0.56	125
								实施例B2	2.9	-1.0	5	3.6	9.9	0.365	125
实施例B3	2.8	-1.0	5	3.6	6.5	0.55	125

表6

	应力附加部件间隔R	第1芯子径与应力附加部件间隔的比R/D1	应力附加部件外径	Δ4
						μm		μm	％
实施例B1	20	4.5	34	-0.53
					实施例B2	16	4.4	34	-0.53
实施例B3	12	3.4	34	-0.53

表7

	非线性系数	色散	色散斜率	截止波长	模式场径	串音	差拍长	损耗	弯曲损耗
											/W/km	ps/nm/km	ps/nm<sup>2</sup>/km	nm	μm	dB/100m	mm	dB/km	dB/m
测量波长	1550nm	1550nm	1550nm		1550nm	1550nm	1550nm	1550nm	1550nm
										实施例B1	15.5	0.3	0.026	1310	4.3	-33	4.5	0.79	0.0
实施例B2	25.1	-0.5	0.024	1260	3.2	-28	4.7	2.5	0.0
										实施例B3	24.2	1.3	0.017	1232	3.3	-41	4.3	2.7	0.0

另外，上述各实施例所示的偏振波保持光纤的制造采用以下的方法进行。该方法是例如用VAD法来制作由通过掺杂锗把对纯石英玻璃的相对折射率差调整到例如2％的石英玻璃构成的第1芯子件。在该芯子件的外周上，对SiCl₄气体进行火焰水解，使炭黑堆积，形成多孔质体。接着在含Cl₂的He中对其加热，使其脱水，再在含SiF₄和He的气氛下对其加热，使其成为透明玻璃，这样就设置了由掺杂了氟的石英玻璃构成的第2芯子件。

再在该外周上，对SiCl₄气体进行火焰水解，使炭黑堆积，形成多孔质体，接着在含Cl₂的He中对其加热，使其脱水，再在含He的气氛下对其加热，使其成为透明玻璃，这样就设置了由石英玻璃构成的包层件。

这样就获得了下面的光纤母材：该光纤母材在例如对包层的相对折射率差为2.8％的第1芯子件外周上，设置了对包层的相对折射率差为-1.0％的掺杂了氟的第2芯子件，再在其外周上设置了由石英玻璃构成的包层件。

在获得的光纤母材的两端，为了防止破裂，熔接连接了由石英玻璃构成的部件。这样，在光纤母材的两端，连接由石英玻璃构成的部件，在以后的工序中的光纤母材的龟裂产生及破损就会降低。

把石英玻璃制部件熔接连接在光纤母材两端之后，在连接了的两端的石英玻璃部件的部分，对光纤母材的轴方向垂直地、使切断面平坦地将其切断。接着从切断了的平坦面，在夹着芯子件的两侧开孔，以便插入应力附加部件。然后，在该孔中插入预先准备好的具有比孔的内径小的外径的由硼加添石英玻璃构成的应力附加部件。

把插入了应力附加部件的光纤母材导入设在拉丝炉的母材投入口的上方的母材一体化炉中，进行加热，使两者软化、一体化。和应力附加部件一体化了的光纤母材的温度下降而硬化的话，由于光纤母材和应力附加部件的热膨胀系数的显著差异，因而很担心光纤母材破裂。因此，光纤母材和应力附加部件一体化之后不对其冷却，而直接导入拉丝炉，按规定的光纤外径进行拉丝，获得偏振波保持光纤。

在拉丝后的玻璃制偏振波保持光纤上，拉丝后立刻设置例如由紫外线硬化性树脂，或是热硬化性树脂构成的树脂涂层。树脂涂层为紫外线硬化性树脂时，使用涂层模在玻璃制偏振波保持光纤的外周涂敷树脂，照射紫外线，使其硬化之后，卷成卷。

不过，本发明的偏振波保持光纤的制造不限于上述制造方法，例如作为光纤母材的合成方法，不用说，除了VAD法以外，MCVD法或OVD法等现有的气相增长法也可以应用。

此处，把上述本发明的偏振波保持光纤卷到外径约180mm的卷筒上，获得波长变换器。对该波长变换器的特性进行研究，它在宽带域展现了出色的波长变换特性。

C：低传输损耗型的高非线性光纤

实施例C1

首先，准备好由掺杂锗而把对纯硅石的相对折射率差调整到了2.8％的硅石玻璃构成的第1芯子件。在该芯子件的外周上，对四氯化硅(SiCl₄)气体进行火焰水解，使炭黑堆积，形成多孔质体，接着在含Cl₂的He中对其加热，使其脱水，再在含SiF₄和He的气氛下对其加热，使其成为透明玻璃，这样就设置了由掺杂了氟的硅石玻璃构成的第2芯子件。

其次，在该第2芯子的外周上，对SiCl₄气体进行火焰水解，使炭黑堆积，形成多孔质体，接着在含Cl₂的He中对其加热，使其脱水，再在含He的气氛下对其加热，使其成为透明玻璃，形成由纯硅石构成的包层。

这样就获得了下面的光纤母材：该光纤母材的构造为，在对纯硅石的相对折射率为2.8％的第1芯子的外周上，设置了对纯硅石的相对折射率为-0.55％的掺杂了氟的第2芯子，再在其外周上具有由纯硅石构成的包层。

获得的母材由拉丝炉进行拉丝，就获得了包层的外径为90μm的光纤。下表8表示获得的光纤的特性。

实施例C2

除了包层的外径为80μm以外，与实施例C1相同，制作出与实施例1相同的构造的光纤。

实施例C3

除了包层的外径为100μm以外，与实施例C1相同，制作出与实施例1相同的构造的光纤。

比较例C1

除了包层的外径为125μm以外，与实施例C1相同，制作出与实施例1相同的构造的光纤。

比较例C2

除了包层的外径为120μm以外，与实施例C1相同，制作出与实施例1相同的构造的光纤。

比较例C3

除了包层的外径为130μm以外，与实施例C1相同，制作出与实施例1相同的构造的光纤。

另外，对于实施例C2、C3、比较例C1～C3，通过母材的包层的厚调整，做成了外径80、100、120、125、130μm的光纤时的第1芯子径和第2芯子径与实施例C1相同。

下表8表示获得的光纤的特性。另外，特性的测量波长为截止波长以外，为1550nm，弯曲损耗是在直径5mm的值。

表8

			实施例C1	实施例C2	实施例C3	比较例C1	比较例C2	比较例C3
									构造	第1芯子Δ	％	2.8	2.8	2.8	2.8	2.8	2.8
第1芯子径D1	μm	3.8	3.9	4.0	3.8	3.9	4.0
								第2芯子Δ		％	-0.55	-0.55	-0.55	-0.55	-0.55	-0.55
第2芯子径D2	μm	6.4	6.5	6.6	6.4	6.5	6.6
								包层件			纯硅石	纯硅石	纯硅石	纯硅石	纯硅石	纯硅石
包层外径	μm	90	80	100	125	120	130
								树脂涂层径		μm	145	130	150	250	245	250
D1/D2		0.59	0.60	0.61	0.59	0.60	0.61
								特性※		损耗	dB/km	0.83	0.79	0.78	1.05	1.02	1.01
非线性常数	×10<sup>-10</sup>/W	53.2	51.5	49.7	51.2	50.8	49.5
									色散	ps/nm/km	-1.1	-0.2	0.6	-1.2	-0.3	0.8
色散斜率	ps/nm<sup>2</sup>/km	0.0148	0.0166	0.017	0.0149	0.0165	0.172
									截止波长	nm	1384	1416	1445	1394	1422	1449
弯曲损耗	dB/m	＜0.05	＜0.05	＜0.05	＜0.05	＜0.05	＜0.05

※  @1550nm

实施例C4

除第1芯子件使用了由掺杂锗把对纯硅石的相对折射率差调整为2.0％的硅石类玻璃构成的第1芯子件以外，与实施例C1相同，获得下表9所示的构造的光纤。下表9表示获得的光纤的特性。

比较例C4

除第1芯子件使用了由掺杂锗把对纯硅石的相对折射率差调整为2.0％的硅石类玻璃构成的第1芯子件以外，与实施例C1相同，获得下表9所示的构造的光纤。下表9表示获得的光纤的特性。

表9

			实施例C4	比较例C4
					构造	第1芯子Δ	％	2.0	2.0
第1芯子径	μm	4.3	4.4
				第2芯子Δ		％	-0.55	-0.55
第2芯子径	μm	7.7	7.8
				包层件			纯硅石	纯硅石
包层外径	μm	90	125
				树脂涂层径		μm	145	250
D1/D2		0.55	0.55
				特性※		损耗	dB/km	0.33	0.49
非线性常数	×10<sup>-10</sup>/W	53.2	51.5
					色散	ps/nm/km	-0.8	0.3
色散斜率	ps/nm<sup>2</sup>/km	0.014	0.016
					截止波长	nm	1150	1210
弯曲损耗	dB/m	＜0.05	＜0.05

※@1550nm

特性的测量波长在截止波长以外，为1550nm，弯曲损耗为在直径5mm的值。从上述表8、表9可以看出，实施例C1～C4所涉及的光纤，传输损耗减小，出色。相比之下，比较例C1～C4所涉及的光纤，传输损耗大。

如以上说明了的，本发明的光纤，非线性常数n₂/Aeff为20×10^-10/W以上，1550nm处的波长色散的绝对值为20ps/nm/km以下，弯曲损耗为0.1dB/m以下，包层的外径为70～110μm，因而同时具有高的非线性和低的传输损耗，能够有效地引起非线性现象，并能够实现紧凑化，因而对利用非线性现象的光信号处理是有用的。

在上述低损耗的高非线性光纤的一端或两端，熔接外径120～130μm的单模光纤或色散偏移光纤，并对该熔接部实施加热处理而成的光纤也是可以的。图14、图15表示这种情况。本发明的光纤141通过连接部143而熔接结合于包层外径120～130μm的单模光纤(或包层外径120～130μm的色散偏移光纤或Aeff为20μm²以上的光纤)142。图15的144表示本发明的光纤内的芯子，146表示被加热处理了的连接部的芯子，145表示光纤105内的芯子。

把包层外径设为70～110μm的话，跟其它光纤的在现场的连接就很困难，且连接损耗变大，而本发明所涉及的高非线性光纤预先与外径120～130μm的单模光纤或色散偏移光纤对准各自的中心而熔接，对熔接部进行加热处理，从而能够做成跟其它光纤在现场连接容易的光纤。

优选的是，对于本发明所涉及的高非线性光纤和要熔接的外径120～130μm的光纤，使各自的中心对准。使各自的光纤中心对准，就能够降低连接损耗。还有，优选的是，熔接之后对熔接部进行加热处理。熔接后进行加热处理，连接部芯子的掺杂剂就会扩散，模式场径就会扩大，从而就能够减小熔接部的连接损耗。

还有，本发明所涉及的光纤中，把包层径作为70～110μm，因而能减小包括树脂涂层的外径，可以紧凑地卷成卷状。把本发明所涉及的光纤卷成最大卷径20cm以下，优选的是18cm以下而收存起来的例如光2R用、光3R用、波长变换用的子系统装置，可以进行利用高非线性现象的光信号处理，并且具有紧凑的这种优点。

E：效率改善型的高非线性光纤

试作例E1

在由掺杂锗而把对纯硅石的相对折射率差调整到了2.0％的硅石玻璃构成的第1芯子件上，对SiCl₄气体进行火焰水解，使炭黑堆积，形成多孔质体，接着在含Cl₂的He中对其加热，使其脱水，再在含SiF₄和He的气氛下对其加热，使其成为透明玻璃。

其次，在其上，对SiCl₄气体进行火焰水解，使炭黑堆积，形成多孔质体，接着在含C1₂的He中对其加热，使其脱水，再在含He的气氛下对其加热，使其成为透明玻璃。

这样就获得了下面的光纤母材：该光纤母材在对纯硅石的相对折射率为2.0％的第1芯子的外周上，设置了对纯硅石的相对折射率为-0.55％的掺杂了氟的第2芯子，再在其外周上具有由纯硅石构成的包层。另外，此处把第1芯子径D1对第2芯子径D2的比Da设为0.56。

这样获得的母材由拉丝炉进行拉丝，从而获得包层的外径为125μm的光纤。图19表示获得的光纤的折射率分布形状，图20表示截面构造。由第1芯子201、第2芯子202、包层203和树脂涂层204构成。还有，下表10表示获得的光纤的特性。

试作例子E2、E4～E6

除改变了芯子件的折射率和Da以外，与试作例子E1相同，获得光纤。图19表示获得的光纤的折射率分布形状，图20表示截面构造。还有，下表10表示获得的光纤的特性。

试作例E3

在由掺杂锗而把对纯硅石的相对折射率差调整到了2.0％的硅石玻璃构成的第1芯子件上，对SiCl₄气体进行火焰水解，使炭黑堆积，形成多孔质体，接着在含Cl₂的He中对其加热，使其脱水，再在含SiF₄和He的气氛下对其加热，使其成为透明玻璃。

其次，在其上，对SiCl₄气体进行火焰水解，使炭黑堆积，形成多孔质包层，接着在含Cl₂的He中对其加热，使其脱水，再在含SiF₄和He的气氛下使其成为透明玻璃。

这样就获得了在对纯硅石的相对折射率为2.0％的第1芯子的外周上具有对纯硅石的相对折射率为-0.55％的掺氟的包层的光纤母材。

这样获得的光纤母材由拉丝炉进行拉丝，从而获得包层的外径为125μm的光纤。图21表示获得的光纤的折射率分布形状，图22表示截面构造。由芯子221、包层222和树脂涂层223构成。还有，下表10表示获得的光纤的特性。

表10

			试作例
									E1	E2	E3	E4	E5	E6
			构造/尺寸	Δ1	％	2	2	2.55							2.8	2.8	2
第1芯子径D1	μm	4.3							4.3	4.0	3.9	3.9	3.9
				Δ2	％	-0.55	-0.55	-						-0.55	-0.55	-0.55
第2芯子径D2	μm	7.8							40.5	-	6.5	6.5	6.5
				D1/D2	-	0.56	0.1	-						0.6	0.6	0.4
包层外径	μm	125							125	125	125	90	125
				涂层外径	μm	245	245	245						245	150	185
特性(注)	损耗	dB/km							0.48	0.41	0.35	0.93	0.86				0.38
			非线性常数n<sub>2</sub>/A<sub>eff</sub>	×10<sup>-10</sup>/W	31	27.6	33.6	46.9						59.4	30.4
	(2πλ)(n<sub>2</sub>/A<sub>eff</sub>)	/W/km							12.6	11.2	13.6	19.0	24.1			12.3
			色散	ps/nm/km	-0.2	-11	-1	1.5						0.2	0.1

(注)测量波长为1550nm。

下表11表示采用了试作例E1～E6的光纤的各种光纤长的实施例。

表11

实施例

光纤种类

实施例

E1

E2

E3

E4

E5

E6

光纤长

km

2

10

1

2

0.6

20

(2π/λ)(n<sub>2</sub>/A<sub>eff</sub>)[1-exp(-aL)]/a(注1)

W<sup>-1</sup>

22

76

13

32

1.4

118

弯曲损耗(注1)(注2)

dB/m

＜0.1

＜0.1

＜0.1

＜0.1

＜0.1

＜0.1

(注1)测量波长为1550nm。

(注2)卷直径5mm。

对于获得的光纤，按各种光纤长L来计算(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值，即自相位调制的ΦNL/I，如图17和图18所示。

实施例E1～E3、E6是采用了γ＝(2π/λ)(n₂/Aeff)在8～17/W/km的范围的光纤的例子，从图17可以看出，对于这些光纤，光纤长超过30km的话，即使再增长光纤长，(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值也几乎不增加。

实施例E4、E5是采用了γ＝(2π/λ)(n₂/Aeff)在17～27/W/km的范围的光纤的例子，从图17可以看出，对于这些光纤，在光纤长超过10km的的范围，即使再增长光纤长，(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值也几乎不增加。

工业实用性

如以上详细说明了的，按照本发明，就能够获得以下光纤：λ在1500nm～1600nm的范围时(2π/λ)(n₂/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值满足1/W以上，波长1550nm处的波长色散的绝对值为30ps/nm/km以下，波长1550nm处的弯曲损耗为0.5dB/m以下，从而能够有效地进行利用非线性现象的信号处理。并且，采用了这种光纤的光信号装置按图7那样构成。

还有，λ在1500nm～1600nm的范围时把(2π/λ)(n₂/Aeff)和L、a设在规定的范围，就能够获得可进行利用非线性现象的信号处理的光纤。

Claims (9)

1.一种光纤，具有芯子、设在该芯子的外周的包层、以及设在所述芯子的两侧的2个应力附加部件，其特征在于，

波长1550nm处的非线性系数为15/W/Km以上，截止波长为1500nm以下，波长1550nm处的色散为-9ps/nm/km至9ps/nm/km，波长1550nm处的色散斜率为0.029ps/nm²/km以下，且波长1550nm处的偏振波串音为-20dB/100m以下，

所述芯子由位于中心部的第1芯子和设在该第1芯子的外周的第2芯子构成，所述第2芯子具有比所述第1芯子低的折射率，

所述第1芯子对所述包层的相对折射率差Δ1为1.8％以上，所述第2芯子对所述包层的相对折射率差Δ2为-0.1％以下，所述应力附加部件的间隔R和所述第1芯子的直径D1的比R/D1为2.5至10，所述第1芯子的直径D1和所述第2芯子的直径D2的比D1/D2为0.3至0.8，

所述应力附加部件的间隔R为7μm至17μm。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，截止波长为1400nm以下，波长1550nm处的色散斜率为0.019ps/nm²/km以下，波长1550nm处的差拍长为5mm以下，且波长1550nm处的直径10mm的弯曲损耗为0.1dB/m以下。

3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述应力附加部件的间隔R和所述第1芯子的直径D1的比R/D1为2.5至3.7。

4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第1芯子的直径D1和所述第2芯子的直径D2的比D1/D2为0.4至0.7。

5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第1芯子对所述包层的相对折射率差Δ1和所述第2芯子对包层的相对折射率差Δ2满足下列关系：

(Δ2)＜-0.52·(Δ1)+1。

6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第2芯子对所述包层的相对折射率差Δ2为-0.8％以下，所述第1芯子对所述第2芯子的相对折射率差Δ3为3.5％以上。

7.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述应力附加部件是添加了硼的石英玻璃，所述包层是添加了氟的石英玻璃，所述应力附加部件对所述包层的相对折射率差Δ4为-0.1％以下或0.1％以上。

8.根据权利要求7所述的光纤，其特征在于，截止波长为1400nm以下，波长1550nm处的色散斜率为0.019ps/nm²/km以下，波长1550nm处的差拍长为5mm以下，且波长1550nm处的直径10mm的弯曲损耗为0.1dB/m以下。

9.一种光波长变换器，其特征在于，使用了权利要求1所述的光纤。

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