CN103576234A

CN103576234A - 光纤以及光传送路

Info

Publication number: CN103576234A
Application number: CN201310311165.6A
Authority: CN
Inventors: 丸山辽; 桑木伸夫; 松尾昌一郎; 大桥正治
Original assignee: Fujikura Ltd; Osaka Prefecture University
Current assignee: Fujikura Ltd; Osaka Prefecture University
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: DK2690473T3; EP2690473B1; JP6134588B2; US20140029901A1; EP2690473A3; EP2690473A2; CN103576234B; JP2014041338A; US9297952B2

Abstract

本发明提供光纤以及光传送路。光纤（1）具备折射率分布为α次方型的内侧纤芯（111）、折射率为n1’的外侧纤芯（112）、以及折射率为n2（n1’＜n2＜n1）的包层（12），其中，使沟槽的深度n2－n1’足够大。

Description

光纤以及光传送路

技术领域

本发明涉及光纤。另外，涉及具备光纤的光传送路。

背景技术

光信息通信中，随着通信量的增加，要求作为传送介质的光纤的传送容量也增加。特别是，基于WDM（波分复用）方式的长距离传送用的光纤中，这样的要求显著。预计通信量今后也不断增加，从而传送容量的增加成为光纤的首要的课题。

为了使光纤的传送容量增加，需要提高向光纤输入的信号光的能量。然而，若提高向光纤输入的信号光的能量，则使纤芯的能量密度增加，其结果，非线形光学效果变得显著、或产生光纤熔断（fiber fuse）等问题。因此，为了提高向光纤输入的信号光的能量，使光纤的传送容量增加，需要扩大有效纤芯截面积来抑制纤芯的能量密度的增加。

作为扩大有效纤芯截面积的单模光纤，公知有例如专利文献1～2中记载的光纤等。

专利文献1中记载了如下技术，即，在具有凹陷型的折射率分布的单模光纤中，将有效纤芯截面积扩大至120μm²以上。另外，专利文献2中记载了如下技术，即，在具有由第一纤芯层（高折射率）、第二纤芯层（低折射率）、以及第三纤芯层（中折射率）构成的纤芯的单模光纤中，将有效纤芯截面积扩大至130μm²以上。这些单模光纤没有模式分散，从而在该方面也有利于大容量化。

然而，专利文献1～2所记载的单模光纤中，若欲将弯曲损失抑制在规定的值（例如，标准所要求的值）以下，则存在无法自由地扩大有效纤芯截面积的问题。

即，为了实现仅传播基本模式（LP01模式）的单模光纤，需要断开二阶模式（LP11模式）。而且，为了断开二阶模式，作为规定折射率分布的参数的纤芯半径a、折射率n1、以及折射率n2需要满足式（1）。此处，V表示标准化频率，λ表示波长。

数1

V = \frac{2 π}{λ} {an}_{1} \sqrt{2 (\frac{{n_{1}}^{2} - {n_{2}}^{2}}{2 n_{1}})} \leq 2.405 . . . (1)

然而，为了满足式（1），无法自由地扩大纤芯的半径a。因此，无法自由地扩大有效纤芯截面积。此外，若缩小纤芯的折射率n1，则能够增大纤芯的半径a，但当缩小纤芯的折射率n1时，下次产生弯曲损失变大的问题。因此，在由标准等的要求决定弯曲损失的上限的情况下，纤芯的半径a必定会受到式（1）的制约。

另一方面，多模光纤中，纤芯的半径不会受到式（1）的制约，从而能够实现比单模光纤宽的有效纤芯截面积。然而，多模光纤中，模式分散的产生不可避免。模式分散使与传送距离成比例的传送容量降低。因此，为了实现能经受住长距离传送的大容量的多模光纤，抑制模式分散变得重要。

双模光纤是仅传播基本模式（LP01模式）以及二阶模式（LP11模式）、且最容易进行模式分散的抑制的多模光纤。双模光纤中有具有正的模式分散Δτp的双模光纤和具有负的模式分散Δτn的双模光纤，通过组合它们能够构成具有模式分散补偿功能的光传送路。具体而言，将具有正的模式分散Δτp的双模光纤的长度Lp、和具有负的模式分散Δτn的双模光纤的长度Ln设定为Δτp:Δτn=Ln:Lp，来实现模式分散补偿功能。

专利文献1：日本公开专利公报“特开2003－262752号”（2003年9月19日公开）

专利文献2：日本公开专利公报“特开2004－12685号”（2004年1月15日公开）

然而，双模光纤的模式分散取决于信号光的波长。因此，在组合了具有正的模式分散Δτp的双模光纤、和具有负的模式分散Δτn的双模光纤的光传送路中，即使以对某波长的信号光补偿模式分散的方式设定各双模光纤的长度，也存在无法对其它波长的信号光充分补偿模式分散的问题。

另外，为了实现具有遍及宽波段的模式分散功能的光传送路，需要使Δτp＞0的双模光纤中的dΔτp/dλ的符号、和Δτn＜0的双模光纤中的dΔτn/dλ的符号不同。然而，在纤芯的折射率分布为α次方型的公知的双模光纤中，当由式（2）定义模式分散Δτ时，Δτ＞0并且dΔτ/dλ＞0的双模光纤是未知的。

Δτ=(1/vg11)-(1/vgO1)…(2)

此处，vg01是LP01模式的群速度，vg11是LP11模式的群速度。

因此，在使用了纤芯的折射率分布为α次方型的双模光纤的光传送路中，无法实现遍及宽波段的模式分散功能。

发明内容

本发明是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于实现具有Δτ＞0并且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性的双模光纤。另外，在由双模光纤构成的光传送路中，实现遍及宽波段的模式分散功能。

为了解决上述课题，本发明的光纤具备：内侧纤芯，其折射率分布为α次方型，最大折射率为n1；外侧纤芯，其是包围上述内侧纤芯的外侧纤芯，折射率为n1’；以及包层，其是包围上述外侧纤芯的包层，折射率为n2（n1’＜n2＜n1），其中，由n2－n1’定义的沟槽的深度如下设定，即，（i）当LP01模式的群速度为vg01、LP11模式的群速度为vg11时，使由Δτ=（1/vg11）－（1/vg01）定义的模式分散Δτ的符号为正，并且，（ii）使上述模式分散Δτ的斜率dΔτ/dλ的符号为正。

根据本发明，能够实现具有Δτ＞0并且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性的双模光纤。另外，通过使用这样的双模光纤，能够实现遍及宽波段进行了模式分散补偿的光传送路。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的光传送路F的结构的框图。图1（a）是表示具有正的模式分散Δτp的光纤Fp配置于输入侧、具有负的模式分散Δτn的光纤Fn配置于输出侧的情况的框图。图1（b）是表示具有负的模式分散Δτn的光纤Fn配置于输入侧、具有正的模式分散Δτp的光纤Fp配置于输出侧的情况的框图。

图2是表示包括在图1所示的光传送路F内的光纤Fp以及光纤Fn的模式分散特性的图表。

图3（a）是作为包括在图1所示的光传送路F内的光纤Fp以及光纤Fn发挥功能的光纤的剖视图以及侧视图。图3（b）是表示该光纤的折射率分布的图表。

图4是在图3所示的光纤中将Δ+设为0.30%、0.35%、0.40%时得到的Δτ（T）的图表。

图5（a）是在图3所示的光纤中Rd=0.0、α=1.6、1.8、2.1、2.4、2.8时得到的Δτ（T）的图表，图5（b）是其放大图。

图6（a）是在图3所示的光纤中α=2.0、Rd=0.0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0时得到的Δτ（T）的图表，图6（b）是相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。

图7（a）是在图3所示的光纤中α=3.0、使Rd变化时得到的Δτ（T）的图表，图7（b）是在相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。

图8（a）是在图3所示的光纤中α=1.8、使Rd变化时得到的Δτ（T）的图表，图8（b）是在相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。

图9（a）是在图3所示的光纤中Rd=0.5、α=1.7、2.0、3.0、10.0、10000时得到的Δτ（T）的图表，图9（b）是在相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。

图10（a）是在图3所示的光纤中Rd=1.0、α=1.8、2.0、2.2、2.4、2.8、10000时得到的Δτ（T）的图表，图10（b）是在相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。

图11（a）是表示包括在第一实施例的光传送路F内的光纤Fn的折射率分布的图表，图11（b）是表示包括在该实施例的光传送路F内的光纤Fp的折射率分布的图表。

图12是表示包括在第一实施例的光传送路F内的光纤Fp以及光纤Fn的模式分散特性的图表。

图13（a）是表示包括在第二实施例的光传送路F内的光纤Fn的折射率分布的图表，图13（b）是表示包括在该实施例的光传送路F内的光纤Fp的折射率分布的图表。

图14是表示包括在第二实施例的光传送路F内的光纤Fp以及光纤Fn的模式分散特性的图表。

图15（a）是表示包括在第三实施例的光传送路F内的光纤Fn的折射率分布的图表，图15（b）是表示包括在该实施例的光传送路F内的光纤Fp的折射率分布的图表。

图16是表示包括在第三实施例的光传送路F内的光纤Fp以及光纤Fn的模式分散特性的图表。

图17（a）是表示包括在第四实施例的光传送路F内的光纤Fn的折射率分布的图表，图17（b）是表示包括在该实施例的光传送路F内的光纤Fp的折射率分布的图表。

图18是表示包括在第四实施例的光传送路F内的光纤Fp以及光纤Fn的模式分散特性的图表。

附图标记的说明：

F…光传送路；Fp…光纤（具有正的模式分散）；Fn…光纤（具有负的模式分散）；1…光纤；11…纤芯；111…内侧纤芯；112…外侧纤芯。

具体实施方式

（光传送路）

参照图1～图2对本实施方式的光传送路进行说明。

图1是表示本实施方式的光传送路F的结构的框图。如图1所示，光传送路F至少包括两个光纤Fp、Fn而构成。一个光纤Fp是具有正的模式分散Δτp的双模光纤，另一个光纤Fn是具有负的模式分散Δτn的双模光纤。

此外，双模光纤的模式分散Δτ由上述的式（2）定义。此处，vg01是信号光所包含的LP01模式成分的群速度，vg11是信号光所包含的LP11模式成分的群速度。

图1（a）中，示出具有正的模式分散Δτp的光纤Fp配置于输入侧、具有负的模式分散Δτn的光纤Fn配置于输出侧的构成例。由LP11模式成分构成的波束（以下，记载为“LP11波束”）的中心在光纤Fp传播所需要的时间，比由LP01模式成分构成的波束（以下，记载为“LP01波束”）的中心在该光纤Fp传播所需要的时间长Δτp×Lp。因此，在输入侧的光纤Fp传播的过程中，LP11波束的中心相对于LP01波束的中心延迟。另一方面，LP11波束的中心在光纤Fn传播所需要的时间，比LP01波束的中心在该光纤Fn传播所需要的时间短Δτn×Ln。因此，在输出侧的光纤Fn传播的过程中，LP11波束的中心补回相对于LP01波束的中心的上述的延迟。

图1（b）中，示出具有负的模式分散Δτn的光纤Fn配置于输入侧、具有正的模式分散Δτp的光纤Fp配置于输出侧的构成例。LP01波束的中心在光纤Fn传播所需要的时间，比LP11波束的中心在该光纤Fn传播所需要的时间长Δτn×Ln。因此，在输入侧的光纤Fn传播的过程中，LP01波束的中心相对于LP11波束的中心延迟。另一方面，LP01波束的中心在光纤Fp传播所需要的时间，比LP11波束的中心在该光纤Fp传播所需要的时间短Δτp×Lp。因此，在输出侧的光纤Fp传播的过程中，LP01波束的中心补回相对于LP11波束的中心的上述的延迟。

对于图1所示的任一构成例而言，均以满足某波长λ0的光传送路F的总模式分散Δτp（λ0）×Lp+Δτn（λ0）×Ln足够小的条件（以下，记载为“条件A”）的方式，更加优选为以满足Δτp（λ0）×Lp+Δτn（λ0）×Ln=0的条件（以下，记载为“条件A’”）的方式设定光纤Fp的长度Lp以及光纤Fn的长度Ln。由此，在图1所示的任一构成例中，均能够不打乱信号波形地传播波长λ0的信号光。

并且本实施方式中，以满足光纤Fp的模式分散Δτp（λ）的斜率dΔτp/dλ和光纤Fn的模式分散Δτn（λ）的斜率dΔτn/dλ的符号不同这样的条件（以下，记载为“条件B”）的方式，设定光纤Fp以及光纤Fn的折射率分布。具体而言，设定光纤Fp以及光纤Fn的折射率分布，以使在具有正的模式分散Δτp的光纤Fp中，其斜率dΔτp/dλ为正，在具有负的模式分散Δτn的光纤Fn中，其斜率dΔτn/dλ为负。

由此，相对于某波长λ0，在光纤Fp中产生的传播时间差Δτp（λ0）×Lp和在光纤Fn中产生的传播时间差Δτn（λ0）×Ln相互抵消，不仅如此，相对于包括该波长λ0在内的某波段，在光纤Fp中产生的传播时间差Δτp（λ）×Lp和在光纤Fn中产生的传播时间差Δτn（λ）×Ln相互抵消。换言之，能够使光传送路F的总模式分散Δτp（λ）×Lp+Δτn（λ）×Ln在预先设定的阈值ε以下的波段，比不满足条件B的情况宽。

图2是表示光纤Fp的模式分散Δτp（λ）和光纤Fn的模式分散Δτn（λ）的典型例的图。

图2中，应注意的方面在于，光纤Fp的模式分散Δτp（λ）的斜率dΔτp/dλ为正，并且，光纤Fn的模式分散Δτn（λ）的斜率dΔτn/dλ为负。由此，相对于某波长（λ=1560nm），在光纤Fp中产生的传播时间差Δτp（λ）×Lp和在光纤Fn中产生的传播时间差Δτn（λ）×Ln相互抵消，不仅如此，相对于某波段（1500nm≤λ≤1620nm），在光纤Fp中产生的传播时间差Δτp（λ）×Lp和在光纤Fn中产生的传播时间差Δτn（λ）×Ln相互抵消。这从图2所示的光传送路F的总模式分散Δτp（λ）×Lp+Δτn（λ）×Ln的图表也能够确认。

此外，本实施方式中，采用了在具有正的模式分散Δτp的光纤Fp中其斜率dΔτp/dλ为正、在具有负的模式分散Δτn的光纤Fn中其斜率dΔτn/dλ为负的结构，但不限定于此。即，也可以采用在具有正的模式分散Δτp的光纤Fp中其斜率dΔτp/dλ为负、在具有负的模式分散Δτn的光纤Fn中其斜率dΔτn/dλ为正的结构。

另外，还可以在满足条件B的基础上，满足

的条件（以下，记载为“条件C”）的方式，优选以满足Δτp:|Δτn|=dΔτp/dλ:|dΔτn/dλ|的条件（以下，记载为“条件C’”）的方式，设定光纤Fp、Fn的折射率分布。在以满足条件B以及条件C（或者条件C’）双方的方式设定了光纤Fp、Fn的折射率分布的情况下，若在某波长λ0中以满足条件A（或者条件A’）的方式设定光纤Fp、Fn的长度Lp、Ln，则在其它波长λ≠λ0中，也自动地满足条件A（或者条件A’）。即，相对于全波段，在光纤Fp中产生的传播时间差Δτp（λ）×Lp和在光纤Fn中产生的传播时间差Δτn（λ）×Ln相互抵消。

（光纤）

参照图3～图10对本实施方式的光纤进行说明。此外，本实施方式的光纤是通过适当地变更折射率分布从而能够设为Δτ＞0且dΔτ/Δλ＞0、也能够设为Δτ＜0且dΔτ/Δλ＜0的双模光纤。以下，首先，说明本实施方式的光纤的基本构造，之后，说明折射率分布和模式分散特性的关系。

（光纤的基本构造）

首先，参照图3说明本实施方式的光纤1的基本构造。对于光纤1而言，图3（a）是光纤1的剖视图（左）以及侧视图（右），图3（b）是表示光纤1的折射率分布的图表。此外，对于图3（b）所示的折射率分布，例如可以通过添加Ge（锗）而局部地提高折射率、或者添加F（氟）而局部地降低折射率的公知的方法来实现。

光纤1是以石英玻璃为主成分的圆柱状的构造体，由具有圆形（半径a）状的剖面的纤芯11、和包围纤芯11且具有圆环（内周半径a、外周半径b）状的剖面的包层12构成。纤芯11由具有圆盘（半径r1）状的剖面的内侧纤芯111、和包围内侧纤芯111且具有圆环（内周半径r1、外周半径r1+r2）状的剖面的外侧纤芯112构成（本实施方式中，r1/r2=4）。该剖面构造在与中心轴L正交的各剖面中是共通的。

如图3（b）所示，内侧纤芯111的折射率分布是α次方型的折射率分布，在中心轴L上取最大值n1。此处，α次方型的折射率分布指的是，将内侧纤芯111的中心部和外侧纤芯112的相对折射率差设为δ、距离中心轴L的距离为r的点的折射率n（r）由n（r）=n1[1－2δ（r/a）^α]^1/2表示的折射率分布。其中，若增大α，则α次方型的折射率分布渐近为阶跃型折射率分布。

外侧纤芯112的折射率n1’如图3（b）所示保持不变。另外，包层12的折射率n2也如图3（b）所示保持不变。内侧纤芯111的最大折射率n1、外侧纤芯112的折射率n1’、包层12的折射率n2之间具有n1’≤n2＜n1的关系。其中，将外侧纤芯112的折射率的凹下称作“沟槽”。有沟槽的折射率分布指的是n1’＜n2的折射率分布，无沟槽的折射率分布指的是n1’=n2的折射率分布。

此外，图3（b）中，Δ+表示内侧纤芯111的中心部和包层12的相对折射率差[（n1²－n2²）/2n1²]×100[%]，Δ－指的是外侧纤芯112和包层12的相对折射率差[（n1’²－n2²）/2n1’²]×100[%]。相对折射率差Δ+也被称作“纤芯Δ”。

以下的说明中，作为规定光纤1的折射率分布的参数，除上述的α以及Δ+之外使用Rd。此处，Rd表示相对折射率差Δ－的绝对值相对于相对折射率差Δ+的绝对值的比|Δ－|/|Δ+|。若使用参数Rd，则折射率差Δ－的绝对值表示为|Δ－|=|Δ+|×Rd。Rd越小，沟槽的深度（n2－n1’）越浅，当Rd=0时，沟槽的深度为0。

并且，以下的说明中，作为表示光纤1的传播特性的指标，使用等价V值T。等价V值T由T=∫[n²（r）－n²（∞）k]^1/2dr（积分范围是0至∞）定义，与标准化频率V之间具有式（3）所示的关系。等价V值T的定义式中，n（r）表示距离中心轴L的距离为r的点的折射率，k表示向光纤1入射的光（以下记载为“入射光”）的波数。式（3）中的A是由折射率分布决定的常量。

数2

T = \frac{V}{A} = \frac{\frac{2 π}{λ} {an}_{1} \sqrt{2 (\frac{{n_{1}}^{2} - {n_{3}}^{2}}{2 n_{1}})}}{A} . . . (3)

在具有图3（b）所示的折射率分布的光纤1中，当该等价V值T为4.5以下时，三阶模式（LP21）被断开。即，当该等价V值T为2.405以上且4.5以下时，光纤1作为双模光纤发挥功能。以下，将2.405≤T≤4.5的T轴上的区间记载为“双模区域”。

（折射率分布和模式分散特性的关系）

接下来，参照图4～图10对光纤1的折射率分布和模式分散特性的关系进行说明。此外，以下的说明中，将模式分散Δτ作为等价V值T的函数使用来代替作为波长λ的函数使用。如上述的式（3）所示，等价V值T与波长λ成反比例，从而T的增加与λ的减少等价，T的减少与λ的增加等价。另外，dΔτ/dT＞0与dΔτ/dλ＜0等价，dΔτ/dT＜0与dΔτ/dλ＞0等价。

首先，参照图4说明参数Δ+对模式分散特性带来的影响。图4是将Δ+设为0.30%、0.35%、0.40%时得到的Δτ（T）的图表。此处，α为2.0，Rd为0.0。另外，入射光的波长λ为1.55μm。

从图4所示的图表可知，即使使参数Δ+增减，模式分散Δτ的等价V值T依存性Δτ（T）也大致不变。这表示即使使参数Δ+增减，模式分散Δτ的波长λ依存性Δτ（λ）也大致不变。即使α≠2.0，即使Rd≠0，该倾向也不变。因此，能够实现具有所希望的模式分散特性的双模光纤的基础上将参数Δ+设定为任意的值。

接下来，在沟槽的深度为0的情况（即，Rd=0的情况）下，若使α足够小，则实现Δτ＜0且dΔτ/dλ＜0（dΔτ/dT＞0）的双模光纤，参照图5说明这种情况。

图5（a）是Rd=0.0、α=1.6、1.8、2.1、2.4、2.8时得到的Δτ（T）的图表，图5（b）是其放大图。此处，Δ+=0.35%，λ=1.55μm。

从图5所示的图表可知如下内容。即，表示Δτ（T）的图表是与α无关而朝向右上的曲线，若使α减少则向Δτ轴负方向移动。因此，若使α足够小，则在整个双模区域，dΔτ/dT＞0且Δτ＜0。对于Δ+=0.35%、λ=1.55μm的情况具体而言，若使α为2.1以下，则在整个双模区域Δτ＜0且dΔτ/dT＞0。

如上所述，在沟槽的深度为0的情况（即，Rd=0的情况）下，若使α足够小，则图3所示的光纤1作为满足Δτ＜0且dΔτ/dλ＜0（dΔτ/dT＞0）这样的条件的双模光纤而发挥功能。因此，能够作为图1所示的光传送路F的光纤Fn加以利用。

接下来，若使沟槽的深度足够深（即，若使Rd足够大），则实现具有成为Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0（dΔτ/dT＜0）的波段的双模光纤，参照图6～图10说明这种情况。

图6（a）是α=2.0、Rd=0.0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0时得到的Δτ（T）的图表，图6（b）是相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。此处也是Δ+=0.35%，λ=1.55μm。

从图6所示的图表可知如下内容。即，表示Δτ（T）的图表，若使Rd增加，则从朝向右上的曲线向在双模区域内具有最大值的倒V字形的曲线变形，并且，向Δτ轴正方向移动。因此，至少在α=2.0的情况下，若使Rd足够大，则在双模区域内出现Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的区间。对于Δ+=0.35%、λ=1.55μm的情况具体而言，至少在α=2.0的情况下，若使Rd为0.5以上，则在双模区域内出现Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的区间。此外，只要1.8≤α≤3.0，可以预期能够得到相同的结果。

通过图7以及图8能够确定上述预期是正确的。图7（a）以及图8（a）中表示α=3.0以及1.8、使Rd变化时得到的Δτ（T）的图表。并且，图7（b）以及图8（b）中，示出在相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。根据图7以及图8可以确认，即使在1.8≤α≤3.0的情况下，只要使Rd为0.5以上，就能在双模区域内出现Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的区间。

接下来，参照图10补充说明其结果与α的值无关。图10（a）是Rd=1.0、α=1.8、2.0、2.2、2.4、2.8、10000时得到的Δτ（T）的图表，图10（b）是在相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。此处也是Δ+=0.35%，λ=1.55μm。

从图10所示的图表可知如下内容。即，在Rd=1.0的情况下，与α的值无关，在双模区域内存在Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的区间。特别是，在α→∞的极限中，即、即使折射率分布成为阶跃型，也保持该性质。此外，即使Rd=0.6，也能够预期得到相同的结果。

并且，参照图9补充说明这样的性质（与α的值无关地在双模区域内存在Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的区间的性质）在Rd≥0.5时成立。图9（a）是Rd=0.5、α=1.7、2.0、3.0、10.0、10000时得到的Δτ（T）的图表，图9（b）是在相同条件下得到的dΔτ/dT（T）的图表。此处也是Δ+=0.35%，λ=1.55μm。

从图9所示的图表可知如下内容。即，在Rd=0.5的情况下，与α的值无关，在双模区域内存在Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的区间。特别是，在α→∞的极限中，即、即使折射率分布成为阶跃型，也保持该性质。

如上所述，若使沟槽的深度足够深（即，若使Rd足够大），则图3所示的光纤1作为满足Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0（dΔτn/dT＜0）的条件的双模光纤而发挥功能。特别是，至少在Rd为0.5以上的情况下，图3所示的光纤1作为与α的值无关、满足Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0（dΔτn/dT＜0）的条件的双模光纤而发挥功能。因此，能够作为图1所示的光传送路F的光纤Fp加以利用。

实施例

（实施例1）

参照图11～图12对本实施方式的光传送路F的第一实施例进行说明。本实施例构成为，在图1（a）或者图1（b）所示的光传送路F中，规定光纤Fn以及光纤Fp的折射率分布的各参数的值如表1所示地设定。

表1

	Δ⁺[％]	α	a[μm]	Rd
					Fp	0.35	1.8	16.8	1.0
Fn	0.35	1.8	12.8	0

若如表1所示地设定各参数的值，则光纤Fn具有图11（a）所示的折射率分布，光纤Fp具有图11（b）所示的折射率分布。光纤Fn的折射率分布不具备沟槽，光纤Fp的折射率分布具备沟槽。

对于具有这样的折射率分布的光纤Fn以及光纤Fp而言，对1500nm至1600nm的波长范围的模式分散进行了计算的结果示于图12。从图12可知，光纤Fp的模式分散Δτp是Δτp＞0，并且dΔτp/dλ＞0。另一方面，光纤Fn的模式分散Δτn是Δτn＜0，并且dΔτn/dλ＜0。

当C－band带的两端及中央的波长即λ=1530、1550、1570nm时得到的模式分散、LP01模式的MFD以及LP01模式的Aeff示于表2。

表2

如表2所示，对于当λ=1550nm时得到的模式分散而言，在光纤Fp中Δτp=323.3ps/km，在光纤Fn中Δτn=－493.2ps/km。因此，得到|Δτp|:|Δτn|=0.40:0.60。

基于该结果，将光纤Fp的长度Lp和光纤Fn的长度Ln的比设定为Lp:Ln=0.60:0.40，来算出通过连接光纤Fp以及光纤Fn而得到的光传送路F的模式分散Δτ。其结果，对于该光传送路F的模式分散Δτ而言，当λ=1530nm时Δτ=2.1ps/km，当λ=1550nm时Δτ=0.0ps/km，当λ=1570nm时Δτ=－2.0ps/km（参照表2）。此外，在1500nm至1600nm的波长范围内得到的Δτ示于图12。本实施例的光传送路F中，C－band带中得到|Δτ|＜2.5ps/km的结果。

另外，如表2所示，在C－band带中光纤Fp、光纤Fn均为，LP01模式的Aeff在150μm²以上。并且，C－band带中，光纤Fp和光纤Fn的LP01模式的MFD的差为0.1μm以下。因此，可以期待在连接光纤Fp和光纤Fn时产生的连接损失小。

（实施例2）

参照图13～图14对本实施方式的光传送路F的第二实施例进行说明。本实施例构成为，在图1（a）或者图1（b）所示的光传送路F中，规定光纤Fn以及光纤Fp的折射率分布的各参数的值如表3所示地设定。

表3

	Δ⁺[％]	α	a[μm]	Rd
					Fp	0.35	2.8	16.2	1.0
Fn	0.35	1.6	13.4	0

若如表3所示地设定各参数的值，则光纤Fn具有图13（a）所示的折射率分布，光纤Fp具有图13（b）所示的折射率分布。光纤Fn的折射率分布不具备沟槽，光纤Fp的折射率分布具备沟槽。

对于具有这样的折射率分布的光纤Fn以及光纤Fp而言，对1500nm至1600nm的波长范围的模式分散进行了计算的结果示于图14。从图14可知，Δτp是Δτp＞0，并且dΔτp/dλ＞0。另一方面，Δτn是Δτn＜0，并且dΔτn/dλ＜0。

当C－band带的两端及中央的波长即λ=1530、1550、1570nm时得到的模式分散、LP01模式的MFD以及LP01模式的Aeff（LP01）示于表4。

表4

如表4所示，对于当λ=1550nm时得到的模式分散而言，在光纤Fp中Δτp=1102.9ps/km，在光纤Fn中Δτn=－786.8ps/km。因此，得到|Δτp|:|Δτn|=0.58:0.42。

基于该结果，将Lp和Ln的比设定为Lp:Ln=0.42:0.58，来算出通过连接光纤Fp以及光纤Fn而得到的光传送路F的模式分散Δτ。其结果，对于该光传送路F的模式分散Δτ而言，当λ=1530nm时Δτ=12.5ps/km，当λ=1550nm时Δτ=0.0ps/km，当λ=1570nm时Δτ=－16.3ps/km（参照表4）。此外，在1500nm至1600nm的波长范围内得到的Δτ如图14所示。本实施例的光传送路F中，C－band带中得到|Δτ|＜17ps/km的结果。

另外，如表4所示，在C－band带中光纤Fp、光纤Fn均为，LP01模式的Aeff在160μm²以上。并且，C－band带中，光纤Fp和光纤Fn的LP01模式的MFD的差为0.8μm以下。

（实施例3）

参照图15～图16对本实施方式的光传送路F的第三实施例进行说明。本实施例构成为，在图1（a）或者图1（b）所示的光传送路F中，规定光纤Fn以及光纤Fp的折射率分布的各参数的值如表5所示地设定。

表5

	Δ⁺[％]	α	a[μm]	Rd
					Fp	0.35	10000.0	11.6	2.0
Fn	0.35	1.8	12.8	0

若如表5所示地设定各参数的值，则光纤Fn具有图15（a）所示的折射率分布，光纤Fp具有图15（b）所示的折射率分布。光纤Fn的折射率分布不具备沟槽，光纤Fp的折射率分布具备沟槽。

对于具有这样的折射率分布的光纤Fn以及光纤Fp而言，对1500nm至1600nm的波长范围的模式分散进行了计算的结果如图16所示。Δτp是Δτp＞0，并且dΔτp/dλ＞0。另一方面，Δτn是Δτn＜0，并且dΔτn/dλ＜0。

当C－band带的两端及中央的波长即λ=1530、1550、1570nm时得到的模式分散、LP01模式的MFD以及LP01模式的Aeff如表6所示。

表6

如表6所示，对于当λ=1550nm时得到的模式分散而言，在光纤Fp中Δτp=3829.9ps/km，在光纤Fn中Δτn=－493.2ps/km。因此，得到|Δτp|:|Δτn|=0.89:0.11。

基于该结果，将Lp和Ln的比设定为Lp:Ln=0.11:0.89，来算出通过连接光纤Fp以及光纤Fn而得到的光传送路F的模式分散Δτ。其结果，对于该光传送路F的模式分散Δτ而言，当λ=1530nm时Δτ=23.4ps/km，当λ=1550nm时Δτ=0.0ps/km，当λ=1570nm时Δτ=－22.8ps/km（参照表6）。此外，在1500nm至1600nm的波长范围内得到的Δτ如图16所示。本实施例的光传送路F中，C－band带中得到|Δτ|＜25ps/km的结果。

另外，如表6所示，在C－band带中光纤Fp、光纤Fn均为，LP01模式的Aeff在145μm²以上。并且，C－band带中，光纤Fp和光纤Fn的LP01模式的MFD的差为0.5μm以下。

（实施例4）

参照图17～图18对本实施方式的光传送路F的第四实施例进行说明。本实施例构成为，在图1（a）或者图1（b）所示的光传送路F中，规定光纤Fn以及光纤Fp的折射率分布的各参数的值如表7所示地设定。

表7

	Δ⁺[％]	α	a[μm]	Rd
					Fp	0.35	2.0	15.6	0.6
Fn	0.35	2.4	10.6	0

若如表7所示地设定各参数的值，则光纤Fn具有图17（a）所示的折射率分布，光纤Fp具有图17（b）所示的折射率分布。光纤Fn的折射率分布不具备沟槽，光纤Fp的折射率分布具备沟槽。

对于具有这样的折射率分布的光纤Fn以及光纤Fp而言，对1500nm至1600nm的波长范围的模式分散进行了计算的结果如图18所示。Δτp是Δτp＞0，并且dΔτp/dλ＞0。另一方面，Δτn是Δτn＜0，并且dΔτn/dλ＜0。

当C－band带的两端及中央的波长即λ=1530、1550、1570nm时得到的模式分散、LP01模式的MFD以及LP01模式的Aeff（LP01）如表8所示。

表8

如表8所示，对于当λ=1550nm时得到的模式分散而言，在光纤Fp中Δτp=404.0ps/km，在光纤Fn中Δτn=－300.3ps/km。因此，得到|Δτp|:|Δτn|=0.57:0.43。

基于该结果，将Lp和Ln的比设定为Lp:Ln=0.43:0.57，来算出通过连接光纤Fp以及光纤Fn而得到的光传送路F的模式分散Δτ。其结果，对于该光传送路F的模式分散Δτ而言，当λ=1530nm时Δτ=35.8ps/km，当λ=1550nm时Δτ=0.0ps/km，当λ=1570nm时Δτ=－34.9ps/km（参照表8）。此外，在1500nm至1600nm的波长范围内得到的Δτ如图18所示。本实施例的光传送路F中，C－band带中得到|Δτ|＜36ps/km的结果。

另外，如表8所示，在C－band带中光纤Fp、光纤Fn均为，LP01模式的Aeff在140μm²以上。并且，C－band带中，光纤Fp和光纤Fn的LP01模式的MFD的差为0.7μm以下。

（总结）

如上所述，本实施方式的光纤的特征在于，具备：内侧纤芯，其折射率分布为α次方型、最大折射率为n1；外侧纤芯，其是包围上述内侧纤芯的外侧纤芯、折射率为n1’；以及包层，其是包围上述外侧纤芯的包层、折射率为n2（n1’＜n2＜n1），通过使沟槽的深度n2－n1’足够大，从而当LP01模式的群速度为vg01、LP11模式的群速度为vg11时，由Δτ=（1/vg11）－（1/vg01）定义的模式分散Δτ的符号为正，并且上述模式分散Δτ的斜率dΔτ/dλ的符号为正。

对于具有由折射率分布为α次方型且最大折射率为n1的内侧纤芯、包围上述内侧纤芯且折射率为n1’的外侧纤芯以及包围上述外侧纤芯且折射率为n2（n1’＜n2＜n1）的包层构成的折射率构造的光纤而言，通过适当地选择纤芯半径，来作为双模光纤而发挥功能。当具有上述折射率构造的光纤作为双模光纤发挥功能时，其纤芯半径比单模光纤的纤芯半径大很多。即，与单模光纤相比，具有上述折射率构造的光纤容易扩大有效纤芯截面积。

本申请发明人运用数值模拟等来专心研究在具有上述折射率构造的光纤中如何设定折射率分布才能得到Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性。其结果得到，若使沟槽的深度n2－n1’足够大，则能得到Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性。本实施方式的光纤是基于该认知而想到的。

另外，具有Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性的光纤通过与具有Δτ＜0且dΔτ/dλ＜0的模式分散特性的光纤组合，能够实现遍及宽波段进行了模式分散补偿的光传送路。

本实施方式的光纤中，优选α为2.0，Rd=|（n1’²－n2²）/2n1’²|/|（n1²－n2²）/2n1²|为0.5以上。

本申请发明人通过数值模拟等明确到，当α为2.0时，若Rd为0.5以上，则得到Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性。因此，根据上述的结构，能够更加可靠地得到Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性。

本实施方式的光纤中，优选Rd=|（n1’²－n2²）/2n1’²|/|（n1²－n2²）/2n1²|为1.0以上。

本申请发明者通过数值模拟等明确到，若Rd为1.0，则与α的值无关，得到Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性。因此，根据上述的结构，能够更加可靠地得到Δτ＞0且dΔτ/dλ＞0的模式分散特性。

为了解决上述课题，本实施方式的光传送路的特征在于，具备：第一光纤，其包括折射率分布为α次方型且最大折射率为n1的内侧纤芯、包围上述内侧纤芯且折射率为n1’的外侧纤芯以及包围上述外侧纤芯且折射率为n2（n1’＜n2＜n1）的包层，通过使沟槽的深度n2－n1’足够大，从而当LP01模式的群速度为vg01、LP11模式的群速度为vg11时，由Δτ=（1/vg11）－（1/vg01）定义的模式分散Δτ的符号为正，并且上述模式分散Δτ的斜率dΔτ/dλ的符号为正；和模式分散Δτ的符号为负、且模式分散Δτ的斜率dΔτ/dλ的符号为负的第二光纤。

根据上述的结构，能够实现遍及宽波段进行了模式分散补偿的光传送路。

本实施方式的光传送路中，上述第二光纤优选是具备折射率分布为α次方型的纤芯的光纤，且通过使α的值足够小，来遍及整个双模区域地使模式分散Δτ的符号为负，并且使模式分散Δτ的斜率dΔτ/dλ的符号为负。

具有上述结构的上述第二光纤与上述第一光纤相同，容易扩大有效纤芯截面积，通过组合上述第一光纤和上述第二光纤，能够实现扩大了有效纤芯截面积的光传送路。

（备注事项）

本发明不限定于上述的各实施例，在权利要求所示的范围内能够进行各种变更，通过适当组合作为实施例而公开的技术方法得到的实施方式也包含在本发明的技术的范围内。

工业上的应用可行性

本发明能够很好地利用于通信用的光传送路、例如利用波分复用或者模分复用的通信用的光传送路。此外，利用模分复用的通信用的光传送路能够通过使用模分复用输入输出设备来实现。

Claims

1.一种光纤（1），其具备：

内侧纤芯（111），其折射率分布为α次方型，最大折射率为n1；

外侧纤芯（112），其是包围所述内侧纤芯的外侧纤芯（112），折射率为n1’；以及

包层（12），其是包围所述外侧纤芯的包层（12），折射率为n2，这里，n1’＜n2＜n1，

所述光纤的特征在于，

由n2－n1’定义的沟槽的深度如下设定，即，（i）当LP01模式的群速度为vg01、LP11模式的群速度为vg11时，使由Δτ=（1/vg11）－（1/vg01）定义的模式分散Δτ的符号为正，并且，（ii）使所述模式分散Δτ的斜率dΔτ/dλ的符号为正。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，

Rd=|（n1’²－n2²）/2n1’²|/|（n1²－n2²）/2n1²|在0.5以上。

3.根据权利要求2所述的光纤，其特征在于，

α在1.8以上且3.0以下。

4.根据权利要求3所述的光纤，其特征在于，

α为2.0。

5.根据权利要求2所述的光纤，其特征在于，

所述Rd在1.0以上。

6.一种光传送路，其特征在于，具备：

权利要求1～5中任一项所述的光纤（1、Fp）；和

模式分散Δτ的符号为负、且模式分散Δτ的斜率dΔτ/dλ的符号为负的第二光纤（Fn）。

7.根据权利要求6所述的光传送路，其特征在于，

所述第二光纤（Fn）是具备折射率分布为α次方型的纤芯的光纤，α如下设定，即，使模式分散Δτ的符号为负，并且使模式分散Δτ的斜率dΔτ/dλ的符号为负。