CN1657989A - 高次模分散补偿光纤和高次模光纤用模转换器 - Google Patents

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Abstract

提供一种高次模分散补偿光纤，其具有光纤、和设于该光纤内、使在该光纤中传输的低次模衰减、而不衰减比它高次的模的损耗层。另外，提供一种高次模光纤用模转换器，它具有单模光纤、高次模分散补偿光纤、将上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤熔接、拉伸而形成的熔接拉伸部，该熔接拉伸部进行上述单模光纤的LP01模和上述高次模分散补偿光纤的LP02模之间的模转换。

Description

高次模分散补偿光纤和高次模光纤用模转换器
技术领域
本发明涉及高次模分散补偿光纤，更详细地讲，涉及降低低次模与高次模的干扰(多路径干扰：MPI)、将高次模的传输损耗的波长依赖性平坦化的分散补偿光纤。再有，本发明涉及在高次模分散补偿光纤模件等中使用、能够在宽带且低损耗下进行基模和高次模的转换的高次模光纤用模转换器。
本申请要求在2003年6月18日申请的日本专利申请第2003-173422号的优选权，其内容并入本文。
背景技术
相应于数据通信的快速的需求增加，光纤传输系统的大容量化、高速化的要求在提高。
为了适应该要求，第1，降低光纤传输线路的残余分散变得必要，为此，要使用分散补偿光纤。
第2，由于多重波长数大幅度增加，为了增大光纤传输的光信号的功率，有必要防止非线性效应导致的传送特性的劣化。为此，作为构成光传输线路的光纤，需求的是有效截面积Aeff大的光纤，对上述分散补偿光纤也要求是有效截面积大的。
通常的分散补偿光纤，是使用基模LP01模的光纤，但在美国专利第5802234号说明书中提出了使用比它高次的LP02模的光纤。
该高次模分散补偿光纤(Higher-order-mode dispersion compensating fiber、HOM-DCF)，本质上有效截面积格外大，而且波长分散系数(平均单位长度的波长分散的绝对值)也大，例如得到-200ps/nm/km的值。
对于这样的高次模分散补偿光纤，在该光纤中传输的低次模和高次模的干扰在本质上未能避免。为此，必须在光传输线路中的单模光纤和高次模分散补偿光纤的连接点上插入将低次模转换成高次模的模转换器，极力避免低次模传输到该分散补偿光纤中。
作为该模转换器，使用光纤连接器(参看林涛等，“利用熔接锥形光线连接器的LP01-LP11模转换器的设计理论和实验”，电子信息通信学会论文志C-1，vol.J82-C-I，pp.587-595，1999)，或多孔光纤(Holey fiber、HF。参看S.Choi等，“A new typeof mode converter for higher order mode dispersion compensation based on thetapered hollow optical fiber”，Proc.Conf.on Lasers and Electro-Optics，CTuAA2，2001)，长周期纤维光栅(Long period grating、LPG。S.Ramachandran et al.“Bandwidth control of long-period grating-based mode converters in few-modefibers”，Optics Letters.Vol.27，No.9，pp.698-700，2002)。将低次模和高次模的插入损耗差定义的多路径干扰(MPI)抑制在-40dB左右。
可是，该程度的多路径干扰值，实用上是不足的，就使用模转换器的范围来讲，进一步降低多路径干扰是困难的。
高次模分散补偿光纤可实现大的分散量、大Aeff，在长距离的传输中被利用(例如参看S.Ramachandran等，“1700km transmission at 40Gb/s with 100kmamplifier-spacing enable by high-order-mode dispersion-compensation”，Proc.European Conf.Opt Comm.，WeF-2.2，2001)。
作为在其实用化中的重要的技术之一，可列举出从单模光纤(Single-modefiber、SMF)的基模向HOM-DCF的高次模转换的模转换器。对于该模转换器，报告了长周期纤维光栅和多孔光纤的利用。
另外，还提出了利用组合了2模(LP01，LP11)光纤和单模(LP01)光纤的熔接锥形光纤连接器的LP01-LP11模转换器。
可是，上述采用LPG的转换器制造困难，并且存在其转换特性容易根据环境条件变化而受影响的问题。
另外，采用HF的转换器，存在从LP01模向LP02模的转换率(以下记为LP01-LP02转换率)低的问题。
再有，林等人关于向高次模LP02转换的模转换器未记载。
所以，本发明的第1课题在于，在高次模分散补偿光纤中，与高次模相比，抑制低次模的传输，降低低次模和高次模的干扰，进一步降低多路径干扰。
另外，本发明的第2课题在于，在高次模分散补偿光纤中，在解决上述第1课题的同时，降低高次模的传输损耗的波长依赖性。
另外，本发明的第3课题在于，提供能够在宽频带且低损耗下进行基模和高次模的转换的高次模光纤用模转换器。
发明内容
为了解决上述的第1课题，本发明提供一种高次模分散补偿光纤，其具有光纤、和设于该光纤内、使在该光纤中传输的低次模衰减、而不衰减比该低次模高次的模的损耗层。
在上述高次模分散补偿光纤中，上述损耗层也可以设置在上述高次模的电场分布中电场为零的位置。
在上述高次模分散补偿光纤中，上述损耗层也可以通过在构成上述光纤的玻璃中掺杂钴、铬、铜、铁、镍、锰、硼、和钒之中的至少1种元素的氧化物来形成。
在上述高次模分散补偿光纤中，优选上述损耗层的厚度为0.5μm以下。
对于上述高次模分散补偿光纤，优选上述低次模为LP01模、上述高次模为LP02模。
对于上述高次模分散补偿光纤，优选低次模的传输损耗为10dB/km以上。
在上述高次模分散补偿光纤中，上述光纤也可以具有：中心芯部；设于该中心芯的外围、折射率比上述中心芯部低的芯部；设于该芯部的外围、折射率比上述芯部高并且比上述中心芯部低的环形芯部；设于该环形芯部的外围的包层。
本发明提供使用了上述高次模分散补偿光纤的分散补偿模件。
对于上述分散补偿模件，优选多路径干扰为45dB以上。
本发明提供具备上述分散补偿模件的光传输线路。
为了解决上述的第2课题，本发明提供一种高次模分散补偿光纤，其具有光纤、和使在该光纤中传输的低次模衰减、而不衰减比该低次模高的高次模的第1损耗层、以及将高次模的传输损耗的波长依赖性平坦化的第2损耗层。
在上述高次模分散补偿光纤中，也可以将第1损耗层设置在高次模的电场分布中电场为零的位置，将第2损耗层设置于第1损耗层的外侧。
在上述高次模分散补偿光纤中，上述第1损耗层和上述第2损耗层中的至少1个，可以通过在构成上述光纤的玻璃中掺杂钴、铬、铜、铁、镍、锰、硼、和钒之中的至少1种元素来形成。
在上述高次模分散补偿光纤中，优选上述第1损耗层和上述第2损耗层的至少1个的厚度为1μm以下。
在上述高次模分散补偿光纤中，优选上述低次模为LP01模、上述高次模为LP02模。
对于上述高次模分散补偿光纤，优选上述低次模的传输损耗为10dB/km以上。
在上述高次模分散补偿光纤中，优选上述高次模的最大传输损耗差在波长范围1.5-1.6μm为0.042dB/km以下，优选在波长范围1.53-1.565μm为0.0012dB/km以下。
在上述高次模分散补偿光纤中，上述光纤也可以具有：中心芯部；设于该中心芯部的外围、折射率比上述中心芯部低的芯部；设于该芯部的外围、折射率比上述芯部高并且比上述中心芯部低的环形芯部；设于该环形芯部外围的包层。
本发明提供使用了上述高次模分散补偿光纤的分散补偿模件。
对于分散补偿模件，优选多路径干扰为45dB以上。
本发明提供具备上述的分散补偿模件的光传输线路。
为了解决上述的第3课题，本发明提供一种高次模光纤用模转换器，它是具有单模光纤、高次模分散补偿光纤、将上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤熔接、拉伸而形成的熔接拉伸部的高次模光纤用模转换器，该熔接拉伸部进行上述单模光纤的LP01模和上述高次模分散补偿光纤的LP02模之间的模转换。
上述高次模光纤用模转换器，优选具有按上述LP01模的传输常数β1和上述LP02模的传输常数β2实质上相等的方式预拉伸上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤的至少1个后，将上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤熔接、后拉伸而形成的熔接拉伸部。
上述高次模光纤用模转换器，优选具有为了能够有效耦合上述LP01模和上述LP02模而将两光纤的外侧用氢氟酸等腐蚀至不损害特性的程度后，将两光纤熔接、拉伸而形成的熔接拉伸部。
在上述高次模光纤用模转换器中，优选上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤的至少1个的预拉伸率e1为1-3，后拉伸率e2为1-5。
另外，在上述高次模光纤用模转换器中，上述熔接拉伸部具有进行上述LP01模和上述LP02模之间的完全耦合的耦合长度和拉伸率。
对于上述高次模光纤用模转换器，在1.55μm-1.65μm的波长范围，从上述单模光纤的LP01模向上述高次模分散补偿光纤的LP02模的转换率优选为75％以上。
另外，对于上述高次模光纤用模转换器，优选的是，上述单模光纤其折射率分布(profile)为阶梯状，芯半径r为2μm-7μm，比折射率差Δ51为0.0025-0.007，上述高次模分散补偿光纤，从光纤径向的中心向外，由折射率最高的第1层、设在该第1层外围的折射率最低的第2层、设在该第2层外围的折射率在第1层和第2层之间的第3层组成，上述第1层的半径r为2μm-8μm，比折射率差Δ51为0.005-0.025，上述第2层的半径r52为4μm-14μm，比折射率差Δ52为-0.005至0.005，上述第3层的半径r53为8μm-25μm，比折射率差Δ53为-0.002至0.004。
附图说明
图1是表示本发明的高次模分散补偿光纤的一例的概略截面图。
图2是表示本发明的高次模分散补偿光纤的折射率分布的一例的图。
图3是表示使用本发明的分散补偿模件进行分散补偿的光传输线路的构成的一例的概略构成图。
图4是表示在实施例1中的分散补偿光纤的LP01模的电场分布的曲线图。
图5是表示在实施例1中的分散补偿光纤的LP02模的电场分布的曲线图。
图6是表示在实施例1中的分散补偿光纤的LP03模的电场分布的曲线图。
图7是表示在实施例1中的分散补偿光纤的分散特性曲线图。
图8是表示在实施例1中的分散补偿光纤中的各模的传输损耗的曲线图。
图9是表示在实施例2中的分散补偿光纤的LP01模的电场分布的曲线图。
图10是表示在实施例2中的分散补偿光纤的LP02模的电场分布的曲线图。
图11是表示在实施例2中的分散补偿光纤的LP03模的电场分布的曲线图。
图12是表示在实施例2中的分散补偿光纤的分散特性的曲线图。
图13是表示在实施例2中的分散补偿光纤中的各模的传输损耗的曲线图。
图14是表示本发明的高次模分散补偿光纤的一例的概略截面图。
图15是表示本发明的高次模分散补偿光纤的折射率分布的一例的图。
图16是表示使用本发明的分散补偿模件进行分散补偿的光传输线路构成的一例的概略构成图。
图17是表示在实施例3中的分散补偿光纤的分散特性的曲线图。
图18是表示在实施例3中的分散补偿光纤中的传输损耗的波长依赖性的曲线图。
图19是表示在实施例3以外的实例中的传输损耗的波长依赖性的曲线图。
图20是表示在实施例4中的分散补偿光纤的分散特性的曲线图。
图21是表示在实施例4中的分散补偿光纤中的传输损耗的波长依赖性的曲线图。
图22是表示在实施例4以外的实例中的传输损耗的波长依赖性的曲线图。
图23是表示分散补偿光纤的传输损耗的波长依赖性的曲线图。
图24是表示本发明的高次模光纤用模转换器的一个实施方案的斜视图。
图25是表示关于SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的拉伸率和传输常数的关系的曲线图。
图26是表示关于SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的预拉伸后的拉伸率和传输常数的关系的曲线图。
图27是用于说明HOM-DCF的分布的概略图。
图28是表示关于SMF的LP01模和HOM-DCF的各模的拉伸率和传输常数的关系的曲线图。
图29是表示关于SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02，LP12模预拉伸后的拉伸率和传输常数的关系的曲线图。
图30是表示关于SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的在各波长下的拉伸率和传输常数的关系的曲线图。
图31是表示从SMF的LP01模到HOM-DCF的LP02模的功率耦合度与波长的关系的曲线图。
图32是表示从SMF的LP01模到HOM-DCF的LP12模的功率耦合度与波长的关系的曲线图。
图33是表示在实施例5中制作的高次模光纤用模转换器的功率耦合度与波长的关系的曲线图。
图34是表示在实施例6中制作的高次模光纤用模转换器在波长1.60μm下的传输常数和拉伸率关系的曲线图。
图35是表示在实施例7中制作的高次模光纤用模转换器在波长1.60μm下的传输常数和拉伸率关系的曲线图。
具体实施方式
(第1实施方案)
以下详细说明解决上述第1课题的本发明的第1方案。
图1是表示本发明的高次模分散补偿光纤的一例的示意截面图，图2是表示该例的分散补偿光纤的折射率分布的图。
在图1中，符号1表示中心芯部，2表示芯部，3表示环形芯部，4表示包层。
中心芯部1折射率最高，由掺锗的石英等的玻璃构成，比折射率差Δ1为0.005-0.026，外径2a为5-16μm。
芯部2位于中心芯部1的外侧，其折射率比中心芯部1低、并且比包层4低，由掺氟的石英等的玻璃构成，比折射率差Δ2为-0.01至+0.006，外径2b为8-20μm。
另外，环形芯部3位于芯部2的外侧，其折射率比中心芯部1低、比芯部2高、并且比包层4高，由掺锗的石英等的玻璃构成，比折射率差Δ3为-0.007至+0.015，外径2c为12-34μm。
再有，包层4位于环形芯部3的外侧，其折射率比环形芯部3低、比芯部2高，由纯石英等的玻璃构成，其外径为125μm。
而且，在该高次模分散补偿光纤的中心芯部1的内部，如图1所示，形成了环形的损耗层5。在图2中，用符号5表示的损耗层仅表示其位置，不表示该损耗层5的折射率。该损耗层5具有例如阻碍基模LP01模的传输，而不阻碍比其高的高次模LP02模的传输的功能。
此损耗层5，具体讲是由掺杂了选自钴、铬、铜、铁、镍、锰、硼、和钒的1种以上元素的氧化物的石英等的玻璃构成的层。
此损耗层5自身的损耗量的最大值为1000dB/km左右。
另外，损耗层5的厚度为0.5μm以下的薄的(狭窄的)损耗层，不降低光纤自身的传输损耗。
再有，此损耗层5的位置为包含高次模例如LP02模的电场分布中电场强度为零的点的位置。此电场强度为零的点相当于LP02模的电场分布的“波节”，不给予LP02模的传输以影响。
要具体设定此损耗层5的损耗量、厚度、位置，可基于以下的式(1)进行计算。
Pm ( r ) = Aexp [ - ( r - r 0 δ ) 2 ] + B · · · · · · ( 1 )
在式(1)中，Pm(r)为光纤剖面(profile)的材料损耗，A为损耗层的峰值损耗(dB/km)，B为其他层的损耗(dB/km)，r0为损耗层的中心半径，δ为2√2Δr，Δr为损耗层的dB半值全宽。但是，规定损耗层足够薄(窄)，损耗是符合高斯分布的。
另外，低次模、高次模的各模的传输损耗可基于以下的式(2)算出。
P 1 = ∫ 0 ∞ r P m ( r ) R 2 ( r ) dr ∫ 0 ∞ r R 2 ( r ) dr · · · · · · ( 2 )
在式(2)中，P1是各模的传输损耗(dB/km)，R是LP模近似时的电磁场横向成分函数，可按照K.Okamoto，“Comparison of calculated and measured impulseresponses of optical fibers”Appl.Opt.，vol.18，pp.2199-2206，1979.计算。
使用该式(1)和式(2)，确定损耗层5的结构参数，以得到必要的特性。
具有这样的损耗层5的分散补偿光纤，可采用MCVD法制作。即，通过控制向作为原始基材的石英管内供给的四氯化硅、四氯化锗等玻璃原料气体中添加、供给由含有上述元素的化合物组成的掺杂气体的时刻、和其供给时间、其供给量、掺杂气体中的元素浓度等，可在目标位置形成作为目标的损耗层5。
对于这样的高次模分散补偿光纤，由于存在损耗层5，高次模、例如LP02模的传输不被妨碍，比它低的低次模、例如LP01模的传输被大大妨碍，其损耗变为10dB/km以上、优选变为20dB/km以上，为高次模的损耗的8倍以上。另外，更高次的模、例如LP03模的传输也是可能的，但弯曲导致的损耗大，在制成模件时，具有大的传输损耗，在实用上传输大体上被抑制。另外，也有LP11模的传输成为可能的情况，但是这由于模转换时的损耗和由损耗层5造成的损耗而成为大的传输损耗，在实用上不会造成影响。
此结果，在该分散补偿光纤中，只有高次模、例如LP02模被用于传输。因此，在模转换器中，不能从基模完全转换成高次模、例如LP02模以外的模、例如LP01模在该分散补偿光纤中实用上未被传输，多路径干扰变得极低。另外，高次模与低次模的损耗比依赖于该光纤的长度，通过改变光纤的长度可调整多路径干扰。
另外，该高次模分散补偿光纤，如先前的美国专利也公开的那样，是本质上具有大分散系数和高有效截面积的，波长分散为-200ps/nm/km以下，波长分散斜率(slope)为0ps/nm2/km，有效截面积为50μm2以上。
因此，在使用这种分散补偿光纤进行分散补偿的情况下，能够用短的光纤长度来补偿累积分散。另外，即使传输高功率的光信号，传输特性也不会因非线性效应而劣化。
本发明的分散补偿模件，是在绕线管等上卷绕所要求长度的上述高次模分散补偿光纤制成线圈状，并将它容纳于盒等中的模件。上述高次模分散补偿光纤如先前所述，由于分散系数极大，因此，短的卷绕长度即可完成，模件自身的小型化、低成本化成为可能。另外，由于低次模大大衰减，因此多路径干扰变为45dB以上。
图3是表示使用该分散补偿模件补偿光传输线路的累积波长分散的系统的实例的图。
在图3中，符号11表示由在波长1.3μm的分散值为零、在1.55μm的分散值为+17ps/nm/km的单模光纤构成的光传输线路。
在此光传输线路11的输出端连接着第1模转换器12的输入端。此第1模转换器12是具有将传输到由单模光纤构成的光传输线路11的基模LP01模转换成比它高次的模、例如LP02模的功能的转换器。在该模转换器12中使用长周期纤维光栅或多孔光纤。
在第1模转换器12的输出端，连接着上述的分散补偿模件13的输入端，在该分散补偿模件13的输出端，连接着第2模转换器14的输入端。该第2模转换器14是具有将传输到分散补偿模件13的高次模、例如LP02模转换成基模LP01模的功能的转换器，与前面的转换器一样地使用长周期纤维光栅或多孔光纤。
在第2模转换器14的输出端连接着其他的光传输线路15或者光放大器等。
从光传输线路11的输入端输入的波长1.55μm的基模(LP01模)的光信号，从其输出端送至第1模转换器12中，在这里进行模转换，转换成高次模、例如LP02模。经第1模转换器12转换成LP02模的信号光输入到分散补偿模件13中，在这里补偿在光传输线路11中累积的波长分散后，送至第2模转换器14。
在第2模转换器14中，信号光的传输模从高次的模、例如LP02模转换成基模LP01模，从其中输出，被送至其他的光传输线路15或者光放大器。
在分散补偿模件13中的分散补偿光纤的长度，按能够消除经光传输线路11累积的在1.55μm下的波长分散的要求来确定。例如，如果光传输线路11的长度为80km，构成该光传输线路11的单模光纤在波长1.55μm下的分散值为+17ps/nm/km，则在光传输线路11中的累积分散值为80×17＝1360ps/nm。
当在分散补偿模件13中使用的高次模分散补偿光纤在1.55μm下的分散值为-1000ps/nm/km时，如果在分散补偿模件13中的分散补偿光纤的卷绕长度为1.36km，则能够完全补偿在光传输线路11中的在1.55μm下的累积分散。
以下示出实施例。
实施例1
使用MCVD法，制作了具有表1的例1中示出的结构参数的高次模分散补偿光纤。该分散补偿光纤可传输LP01模、LP02模和LP03模。图4示出了LP01模的电场分布，图5示出了LP02模的电场分布，图6示出了LP03模的电场分布。
另外，图7示出了LP02模的分散特性。从图7看，在波长1.55μm下的分散值为约-1100ps/nm/km。
表1
    例1     例2
    2a(μm)     8.36     8.40
    2b(μm)     14.60     14.50
    2c(μm)     27.00     26.00
    Δ1     0.0227     0.0181
    Δ2     -0.0020     0.0000
    Δ3     0.0077     0.0039
在表示LP02模的电场分布的图5中，在电场的值为零的半径2.20μm的位置形成了损耗层。该损耗层是在构成中心芯部的掺锗石英中掺杂了16.3摩尔％的三氧化硼(B2O3)的层，其厚度为0.2μm。
其次，图8示出了上式(1)中的A为150dB/km、B为0.5dB/km时的各模的传输损耗。从图8看，LP01模具有约26.5dB/km的损耗，而LP02模具有约1.5dB/km的损耗。
表2表示采用分散补偿模件补偿使用80km的在波长1.55μm下的分散值为+17ps/nm/km的单模光纤的光传输线路中在1.55μm时的累积分散的实例的结果。
在该表2中，比较地示出了使用有上述损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤、没有损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤、使用通常的LP01模的分散补偿光纤这3种分散补偿光纤，制作3种分散补偿模件，采用图3所示的系统构成连接该3种分散补偿模件的光传输线路的特性。
表2
  以往的分散补偿光纤     有损耗层的使用高次模的分散补偿光纤     没有损耗层的使用高次模的分散补偿光纤
  模转换器   多孔光纤 长周期纤维光栅   多孔光纤 长周期纤维光栅
  分散[ps/nm/km]     -80     -1100     -1100
  使用模的插入损耗[dB/km]     0.35     1.5     0.50
  不需要的模的插入损耗[dB/km]     -     26.5     0.50
  长度[km]     17.0     1.24     1.24
  使用模的连接损耗[dB/连接]     0.50     2.0     0.23     2.0     0.23
  不需要的模的连接损耗[dB/连接]     -     9.0     13.0     9.0     13.0
  使用模的总损耗[dB]     6.95     5.86     2.32     4.62     1.08
  FOM[ps/nm/dB]     196     232     586     294     1259
  MPI[dB]     -     45.0     56.5     14.0     25.5
表2中的FOM(良好指数)是所分散补偿的光传输线路的总分散值除以包含2个部位的模转换器在内的总损耗值的值。MPI(多路径干扰)是相同地分散补偿了的光传输线路中的LP01模的总插入损耗与LP02模的总插入损耗之差。表2中的连接损耗是对1个模转换器的连接损耗。另外，使用模是指LP02模，不需要的模是指LP01模。
由表2的结果可知，设置了损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤，其FOM、MPI有大幅度提高。
实施例2
使用MCVD法，制作了具有表1的例2中示出的结构参数的高次模分散补偿光纤。该分散补偿光纤可传输LP01模、LP02模和LP03模。图9示出了LP01模的电场分布，图10示出了LP02模的电场分布，图11示出了LP03模的电场分布。
另外，图12示出了LP02模的分散特性。从图12可知，在波长1.55μm下的分散值为约-440ps/nm/km。
在表示LP02模的电场分布的图10中，在电场的值为零的半径2.30μm的位置形成了损耗层。该损耗层是在构成中心芯部的掺锗石英中掺杂了7.6摩尔％的三氧化硼的层，其厚度为0.2μm。
其次，图13示出了上式(1)中的A为70dB/km、B为0.5dB/km时的各模的传输损耗。从图13知道，LP01模具有约12.1dB/km的损耗，而LP02模具有约0.83dB/km的损耗。
表3与例1中的表2同样，表示采用分散补偿模件补偿使用了80km的在波长1.55μm的分散值为+17ps/nm/km的单模光纤的光传输线路中的在1.55μm的累积分散的实例的结果。
在该表3中，也比较地示出了使用有上述的损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤、没有损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤、使用通常的LP01模的分散补偿光纤这3种分散补偿光纤，制作3种分散补偿模件，采用图3所示的系统构成连接了该3种分散补偿模件的光传输线路的特性。
表3
以往的分散补偿光纤 有损耗层的使用高次模的分散补偿光纤     没有损耗层的使用高次模的分散补偿光纤
模转换器 多孔光纤   长周期纤维光栅 多孔光纤   长周期纤维光栅
分散[ps/nm/km]     -80     -440     -440
使用模的插入损耗[dB/km]     0.35     0.83     0.50
不需要的模的插入损耗[dB/km]     -     12.1     0.50
长度[km]     17.0     3.09     3.09
使用模的连接损耗[dB/连接]     0.50     2.0     0.23     2.0     0.23
不需要的模的连接损耗[dB/连接]     -     9.0     13.0     9.0     13.0
使用模的总损耗[dB]     6.95     6.56     3.02     5.55     2.01
FOM[ps/nm/dB]     196     207     450     245     677
MPI[dB]     -     48.8     60.4     14.0     25.5
从表3的结果也可以明确，设置了损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤，其FOM、MPI大大提高。
如以上说明那样，对于本发明的高次模分散补偿光纤，通过设置妨碍低次模、例如LP01模的传输、而不妨碍比它高次的模例如LP02模的传输的损耗层，虽然低次的LP01模在传输中大大衰减，但是高次的LP02模不会衰减。因此，多路径干扰骤然提高。
因此，使用高次模分散补偿光纤进行分散补偿时，即使不可缺少的模转换器的转换特性稍差，通过使用该发明的分散补偿光纤，在分散补偿光纤内不需要的模、例如LP01模也几乎不被传输，得到良好的多路径干扰。
另外，由于使用高次模，因此具有大的波长分散系数、能够缩短补偿所需要的光纤长度。而且，由于具有高的有效截面积，因此即使传输高的光功率的信号光，也不会发生由非线性效应带来的损害。
可是，在具有上述的损耗层的分散补偿光纤中，高次模、例如LP02模的传输损耗的波长依赖性大，在短波长范围损耗增加。
图23是表示在距芯的中心为半径2.20m的位置设置了厚度0.2m、峰值损耗150B/km、背景损耗0.5B/km的掺钴而成的损耗层的分散补偿光纤的传输损耗与波长的关系的曲线图。
从该图23可知，在波长范围1.5-1.6μm，存在竟达约1dB/km的最大损耗波动差。再者，在具有该损耗层的分散补偿光纤中，LP01模的传输损耗与LP02模的传输损耗之差为约25dB，低次的模的传输被充分地抑制。为了将高次模的传输损耗的波长依赖性平坦化，在高次模分散补偿光纤中设置了2个损耗层。
第2实施方案
以下详细说明解决上述第2课题的本发明的第2方案。
图14是示意地表示本发明的高次模分散补偿光纤的一例的截面图，图15表示该例的分散补偿光纤的折射率分布。
在图14中，符号21表示中心芯部，22表示芯部，23表示环形芯部，24表示包层。
中心芯部21折射率最高，由掺锗的石英等的玻璃构成，比折射率差Δ21为0.005-0.026，外径22a为5-16μm的范围。
芯部22位于中心芯部21的外侧，其折射率比中心芯部21低、并且比包层24低，由掺氟的石英等的玻璃构成，比折射率差Δ22为-0.01至+0.006，外径22b为8-20μm。
另外，环形芯部23位于芯部22的外侧，其折射率比中心芯部21低、比芯部22高、并且比包层24高，由掺锗的石英等的玻璃构成，比折射率差Δ23为-0.007至+0.015，外径22c为12-34μm。
再有，包层24位于环形芯部23的外侧，其折射率比环形芯部23低、比芯部22高，由纯石英等的玻璃构成，其外径为125μm。
而且，在该高次模分散补偿光纤的中心芯部21的内部，如图1所示，形成了环形的第1损耗层25，并且在包层24的内部形成了环形的第2损耗层26。在图15中，用符号25、26表示的第1损耗层和第2损耗层仅表示其位置，不表示该损耗层25、26的折射率。
该第1损耗层25具有例如阻碍基模LP01模的传输，而不阻碍比其高次的模LP02模的传输的功能。
此第1损耗层25，具体讲是由掺杂了选自钴、铬、铜、铁、镍、锰、硼、和钒中的1种以上元素的石英等的玻璃构成的层。
第1损耗层25自身的损耗量为100-200dB/km左右。
另外，第1损耗层25的厚度为0.5μm以下的薄(窄的)损耗层，不降低光纤自身的传输损耗。
再有，第1损耗层25的位置为包含高次模例如LP02模的电场分布中电场强度为零的点的位置。此电场强度为零的点相当于LP02模的电场分布的“波节”，对LP02模的传输没有影响。
另外，第2损耗层26是具有将例如作为高次模的LP02模的传输损耗的波长依赖性降低、平坦化的功能的损耗层。
该第2损耗层26具体讲是由掺杂了选自钴、铬、铜、铁、镍、锰、硼、和钒中的1种以上元素的石英等的玻璃构成的层。
第2损耗层26自身的损耗量为10-20dB/km左右。
另外，第2损耗层26的厚度为1μm以下的薄(窄的)损耗层，不降低光纤自身的传输损耗。
该第2损耗层26的位置为高次模、例如LP02模的第3“波腹”的附近，通常大多设置在第1损耗层25的外侧的包层24的内部。
作为高次模的LP02模的电场分布，随着波长变长，在该第3“波腹(Loop)”变大，通过在这里设置第2损耗层26，由该损耗层26带来的模损耗增加。因此，通过最佳化此第2损耗层26的位置、厚度、损耗量等，能够将LP02模的损耗特性平坦化。
为具体地设定该第1损耗层25和第2损耗层26的损耗量、厚度、位置，可基于以下的计算式：式(3)进行。
P m ( r ) = A 1 exp [ - ( r - r 1 2 2 Δ r 1 ) 2 ] + A 2 exp [ - ( r - r 2 2 2 Δ r 2 ) 2 ] + B · · · · · · ( 3 )
在式(3)中，Pm(r)为光纤分布的材料损耗，A1为第1损耗层的峰值损耗(dB/km)，A2为第2损耗层的峰值损耗(dB/km)，B为其他层的损耗(dB/km)，r1为第1损耗层的中心半径，r2为第2损耗层的中心半径，Δr1为第1损耗层的dB半值全宽，Δr2为第2损耗层的dB半值全宽。但是，规定损耗层足够薄(窄)，损耗是符合高斯分布的。
另外，低次模、高次模的各模的传输损耗可基于以下的式(4)算出。
P 1 = ∫ 0 ∞ r P m ( r ) R 2 ( r ) dr ∫ 0 ∞ r R 2 ( r ) dr · · · · · · ( 4 )
在式(4)中，P1是各模的传输损耗(dB/km)，R是LP模近似时的电磁场横向分量函数，可按照K.Okamoto，“Comparison of calculated and measured impulseresponses of optical fibers”Appl.Opt.，vol.18，pp.2199-2206，1979.计算。
使用该式(3)和式(4)，确定第1和第2损耗层25、26的结构参数，以得到必要的特性。
具有这样的第1和第2损耗层25、26的分散补偿光纤，可采用MCVD法制作。即，通过控制向供给到成为原始基材的石英管内的四氯化硅、四氯化锗等玻璃原料气体中添加、供给由含有上述的元素的化合物组成的掺杂气体的时刻、和其供给时间、其供给量、掺杂气体中的元素浓度等，可在目标位置形成作为目标的第1和第2损耗层25、26。
对于这样的高次模分散补偿光纤，通过存在第1损耗层25，高次模、例如LP02模的传输不被妨碍，比它低次的模、例如LP01模的传输被大大妨碍，其损耗变为10dB/km以上、优选变为20dB/km以上，为高次模的损耗的8倍以上。另外，更高次的模、例如LP03模的传输也可能，但弯曲导致的损耗大，在制成模件时，具有大的传输损耗，在实用上传输大体上被抑制。
此结果，在该分散补偿光纤中，只有高次模、例如LP02模被传输。因此，在模转换器中，不能完全从基模转换成高次模、例如LP02模的这以外的模、例如LP01模在该分散补偿光纤中实用上不能被传输，多路径干扰变得极低。另外，高次模与低次模的损耗比依赖于该光纤的长度，通过改变光纤的长度可调整多路径干扰。
另外，该高次模分散补偿光纤，如先前的美国专利‘234号也公开的那样，是本质上具有大的分散系数和高的有效截面积的，波长分散为-200ps/nm/km以下，波长分散斜率为0ps/nm2/km，有效截面积为50μm2以上。
因此，在使用这种分散补偿光纤进行分散补偿的情况下，能够用短的光纤长度补偿累积分散。另外，即使传输高功率的光信号，传输特性也不会因非线性效应而劣化。
再有，在该分散补偿光纤中，通过存在第2损耗层26，如由后述的实施例也可明确的那样，高次模、例如LP02模的传输损耗的波长依赖性降低、平坦化。即，随着波长变长，LP02模的电场在其第3“波腹”变大，通过在该位置设置第2损耗层26，能够将LP02模的损耗-波长特性平坦化。
为此，该分散补偿光纤，是具有LP02模的最大损耗差在波长范围1.5-1.6μm为0.042dB/km以下、在波长范围1.53-1.565μm为0.0012dB/km以下的极为优异的平坦性的。因此，在作为光通信的使用波带的1.55μm波长范围不断宽波长范围化的现在，不需要重新引入将损耗特性平坦化的补偿器(equalizer)等装置。
本发明的分散补偿模件，是在绕线管等上卷绕所要求长度的具有上述构成的高次模分散补偿光纤而制成线圈状，并将它容纳于盒等中的模件。上述的高次模分散补偿光纤如先前所述，由于分散系数极大，因此，短的卷绕长度即可完成，模件自身的小型化、低成本化成为可能。另外，由于低次模大大衰减，因此多路径干扰变为45dB以上。
图16表示使用该分散补偿模件补偿光传输线路的累积波长分散的系统的实例。
在图16中，符号31表示由在波长1.3μm下分散值为零、在1.55μm下分散值为+17ps/nm/km的单模光纤构成的光传输线路。
在此光传输线路31的输出端连接着第1模转换器32的输入端。此第1模转换器32是具有将传输到由单模光纤构成的光传输线路31的基模LP01模转换成比它高次的模、例如LP02模的功能的转换器。在该模转换器32中使用长周期纤维光栅或多孔光纤。
在第1模转换器32的输出端，连接着上述的分散补偿模件33的输入端，在该分散补偿模件33的输出端，连接着第2模转换器34的输入端。该第2模转换器34是具有将传输到分散补偿模件33的高次模、例如LP02模转换成基模LP01模的功能的转换器，与前面的转换器一样地使用长周期纤维光栅或多孔光纤。
在第2模转换器34的输出端连接着其他的光传输线路35或者光放大器等。
从光传输线路31的输入端输入的波长1.55μm的基模(LP01模)的光信号，从其输出端被送至第1模转换器32中，在这里进行模转换，转换成高次模、例如LP02模。经第1模转换器32转换成LP02模的信号光输入到分散补偿模件33中，在这里补偿在光传输线路31中累积的波长分散后，被送至第2模转换器34。
在第2模转换器34中，信号光的传输模从高次的模、例如LP02模转换成基模LP01模，从其中输出，被送至其他的光传输线路35或者光放大器。
在分散补偿模件33中的分散补偿光纤的长度，按能够消除经光传输线路31累积的在1.55μm下的波长分散的方式确定。例如，如果光传输线路31的长度为80km，构成该光传输线路31的单模光纤的在波长1.55μm下的分散值为+17ps/nm/km，则在光传输线路31中的累积分散值为80×17＝1360ps/nm。
当在分散补偿模件33中使用的高次模分散补偿光纤的在1.55μm时的分散值为-1000ps/nm/km时，如果在分散补偿模件33中的分散补偿光纤的卷绕长为1.36km，则能够完全补偿在光传输线路31中的在1.55μm下的累积分散。
另外，由于在使用的波长范围中，分散补偿模件33的损耗波长特性平坦，因此在光传输线路中也不需要另行引入将它平坦化的装置。
以下示出实施例。
(实施例3)
使用MCVD法，制作了具有表4中的例3示出的结构参数的高次模分散补偿光纤。该分散补偿光纤可传输LP01模、LP02模和LP03模。图17示出了LP02模的分散特性，从图17可知，在波长1.55μm下的分散值为约-1200ps/nm/km。
表4
    例3     例4
    2a(μm)     8.36     8.40
    2b(μm)     14.60     14.50
    2c(μm)     27.00     26.00
    Δ1     0.0227     0.0181
    Δ2     -0.0020     0.0000
    Δ3     0.0077     0.0039
在制作该分散补偿光纤时，设置了以下示出的第1损耗层和第2损耗层。第1损耗层，在LP02模的电场分布的电场值为零的半径2.20μm的位置，厚度为0.2μm，A1为155dB/km，是在成为中心芯部的掺锗石英中掺杂了16.8摩尔％的三氧化硼(B2O3)而形成的。
另外，第2损耗层，在半径8.49μm的位置，厚度为0.3μm，A2为12.1dB，是在成为包层的石英中掺杂了1.3摩尔％的三氧化硼(B2O3)而形成的。另外，B为0.5dB/km。
关于设置了第1和第2损耗层的分散补偿光纤、和只设置了第1损耗层的分散补偿光纤，图18示出了其LP02模的传输损耗的波长依赖性。
由图18可知，通过设置第2损耗层，损耗量总体上稍稍增加，但在波长范围1.53-1.565μm最大损耗差从0.4dB/km改善为0.0012dB/km。
表5表示采用分散补偿模件补偿使用了80km的在波长1.55μm下的分散值为+17ps/nm/km的单模光纤的光传输线路中的在1.55μm时的累积分散的例子的结果。
在该表5中，比较了使用有上述的第1损耗层和第2损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤、没有损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤、使用通常的LP01模的分散补偿光纤这3种分散补偿光纤，制作3种分散补偿模件，采用图16所示的系统构成连接了该3种分散补偿模件的光传输线路的特性。
表5
以往的分散补偿光纤   有第1和第2损耗层的使用高次模的分散补偿光纤     没有损耗层的使用高次模的分散补偿光纤
模转换器 多孔光纤   长周期纤维光栅 多孔光纤   长周期纤维光栅
分散[ps/nm/km]     -80     -440     -440
使用模的插入损耗[dB/km]     0.35     0.98     0.50
不需要的模的插入损耗[dB/km]     -     12.2     0.50
长度[km]     17.0     3.09     3.09
使用模的连接损耗[dB/连接]     0.50     2.0     0.23     2.0     0.23
不需要的模的连接损耗[dB/连接]     -     9.0     13.0     9.0     13.0
使用模的总损耗[dB]     6.95     7.02     3.49     5.55     2.01
FOM[ps/nm/dB]     196     194     390     245     677
MPI[dB]     -     48.7     60.2     14.0     25.5
表5中的FOM(良好指数)是所分散补偿的光传输线路的总分散值除以包括2个部位的模转换器在内的总损耗值的值。MPI(多路径干扰)是相同地分散补偿了的光传输线路中的LP01模的总插入损耗与LP02模的总插入损耗之差。
另外，使用模是指LP02模，不需要的模是指LP01模。
由表5的结果明确，设置了损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤，其FOM、MPI大幅度地提高。
再有，在上述实施例1中，作为第2损耗层，在半径9.85μm的位置，厚度为0.9μm，A2为4.04dB，是在成为包层的石英中掺杂了0.44摩尔％的三氧化硼(B2O3)而形成的。关于使用了该第2损耗层的分散补偿光纤的LP02模的传输损耗的波长依赖性示于图19。
从图19知道，通过设置第2损耗层，在波长范围1.5-1.6μm最大损耗差从1.0dB/km改善为0.042dB/km。另外，该分散补偿光纤的特性与表5示出的例3的分散补偿光纤等同。
实施例4
使用MCVD法，制作了具有表4的例4中示出的结构参数的高次模分散补偿光纤。该分散补偿光纤可传输LP01模、LP02模和LP03模。图20示出了LP02模的分散特性，从图20可知，在波长1.55μm下的分散值为约-440ps/nm/km。
在制作该分散补偿光纤时，设置了以下示出的第1损耗层和第2损耗层。第1损耗层，在LP02模的电场分布的电场值为零的半径2.30μm的位置，厚度为0.2μm，A1为70dB/km，是在成为中心芯部的掺锗石英中掺杂了7.6摩尔％的三氧化硼(B2O3)而形成的。
另外，第2损耗层，在半径7.92μm的位置，厚度为0.2μm，A2为6.07dB，是在成为包层的石英中掺杂了0.66摩尔％的三氧化硼(B2O3)而形成的。再者，B为0.5dB/km。
关于设置了第1和第2损耗层的分散补偿光纤、和只设置了第1损耗层的分散补偿光纤，图21示出了其LP02模的传输损耗的波长依赖性。
由图21可知，通过设置第2损耗层，损耗量总体上稍稍增加，但在波长范围1.53-1.565μm最大损耗差从0.65dB/km改善为0.0002dB/km。
表6表示采用分散补偿模件补偿使用了80km的在波长1.55μm下的分散值为+17ps/nm/km的单模光纤的光传输线路中的在1.55μm下的累积分散的例子的结果。
在该表6中，比较了使用有上述的第1损耗层和第2损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤、没有损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤、使用通常的LP01模的分散补偿光纤这3种分散补偿光纤，制作3种分散补偿模件，采用图16所示的系统构成连接了该3种分散补偿模件的光传输线路的特性。
表6
以往的分散补偿光纤   有第1和第2损耗层的使用高次模的分散补偿光纤     没有损耗层的使用高次模的分散补偿光纤
模转换器 多孔光纤   长周期纤维光栅   多孔光纤     长周期纤维光栅
分散[ps/nm/km]     -80     -440     -440
使用模的插入损耗[dB/km]     0.35     0.98     0.50
不需要的模的插入损耗[dB/km]     -     12.2     0.50
长度[km]     17.0     3.09     3.09
使用模的连接损耗[dB/连接]     0.50     2.0     0.23     2.0     0.23
不需要的模的连接损耗[dB/连接]     -     9.0     13.0     9.0     13.0
使用模的总损耗[dB]     6.95     7.02     3.49     5.55     2.01
FOM[ps/nm/dB]     196     194     390     245     677
MPI[dB]     -     48.7     60.2     14.0     25.5
由表6的结果可明确，使用设置了损耗层的使用LP02模的分散补偿光纤，其FOM、MPI大幅度地提高。
再有，在上述实施例4中，作为第2损耗层，在半径7.95μm的位置，厚度为0.4μm，A2为3.18dB，是在成为包层的石英中掺杂了0.35摩尔％的三氧化硼(B2O3)而形成的。关于使用了该第2损耗层的分散补偿光纤的LP02模的传输损耗的波长依赖性示于图22。
从图22可知，通过设置第2损耗层，在波长范围1.5-1.6μm最大损耗差从0.18dB/km改善为0.0022dB/km。另外，该分散补偿光纤的特性与表6示出的例4的分散补偿光纤相同。
如以上说明那样，对于本发明的高次模分散补偿光纤，通过设置妨碍低次模、例如LP01模的传输、而不妨碍比它高次的例如LP02模的传输的第1损耗层，虽然低次的LP01模在传输中大大衰减，但是高次的LP02模不会衰减。因此，多路径干扰骤然提高。
另外，通过设置将高次模的传输损耗的波长依赖性平坦化的第2损耗层，在使用波带的1.55μm频带的宽带区，传输损耗的波长依赖性降低，具有平坦的损耗特性。
因此，使用高次模分散补偿光纤进行分散补偿时，即使不可缺少的模转换器的转换特性稍差，通过使用该发明的分散补偿光纤，在分散补偿光纤内不需要的模、例如LP01模也几乎不被传输，得到良好的多路径干扰。
另外，由于使用高次模，因此具有大的波长分散系数、能够缩短补偿所需要的光纤长。而且，由于具有高的有效截面积，因此即使传输高的光功率的信号光，也不会发生由非线性效应带来的弊害。
再有，由于损耗波长特性平坦，因此不需要将它平坦化的补偿器和滤波器等装置。
(模转换器)
以下参照附图详细地说明本发明的模转换器的实施方案。
图24是表示本发明的高次模光纤用模转换器的一个实施方案的图。该高次模光纤用模转换器41，其构成为：具有熔接、拉伸SMF 42和HOM-DCF 43而成的熔接拉伸部44，在熔接拉伸部44进行SMF 42的LP01模和HOM-DCF 43的LP02模之间的模转换。
该高次模光纤用模转换器41，当通过SMF 42入射LP01模时，在熔接拉伸部44转换成LP02模，从HOM-DCF 43侧射出。其功率转换率P(z)由下式(5)给出(参照A.Yariv，“Coupled-mode theory for guided-wave optics”IEEE J.QuantumElectronics，vol.QE-9，pp.919-933，1973)。
P ( z ) = 1 1 + ( δ / | κ | ) 2 sin 2 qz · · · · · · ( 5 )
式(5)中，q和δ分别由下式(6)、(7)给出。
q = | κ | 2 + δ 2 , · · · · · · ( 6 )
δ = β 2 - β 1 2 · · · · · · ( 7 )
另外，式(6)、(7)中的β1和β2分别表示LP01模和LP02模的传输常数，κ是模耦合系数。另外，根据相反定理，从HOM-DCF 43入射LP02模的情况下，向SMF 42的LP01模的转换率也由式(5)给出。
根据式(5)，为了实现完全耦合(P＝1)，有必要满足δ＝0、即用式(8)表示的相位匹配条件。
β2-β1＝0                    ……(8)
另外，该情况下的耦合长Lc由式(9)给出。
L c = π 2 q ( 2 m + 1 ) = π 2 | κ | ( 2 m + 1 ) , m = 0,1 , . . . · · · · · · ( 9 )
图25表示在规定的波长下的SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的传输常数的一例。图中的拉伸率(Elongation ratio)e定义成为拉伸了的光纤的长度与原始的光纤长度之比。另外，k0是真空中的波数。如图25所示，一般地，LP01模和LP02模相对于相同的拉伸率传输常数不同。在该例中可知，为了得到相同的传输常数，有必要以更高的拉伸率拉伸HOM-DCF。
在本发明的优选的实施方案中，预先拉伸HOM-DCF(预拉伸)后，与SMF进行熔接、拉伸(后拉伸)，形成熔接拉伸部，由此使两光纤的传输常数一致。由于通过这个来使两光纤的传输常数一致，因此实质上能够减少必要的熔接拉伸部的拉伸率(后拉伸率)。熔接拉伸部具有进行LP01模和LP02模之间的完全耦合那样的耦合长度和拉伸率为好。另外，HOM-DCF的预拉伸率e1为1-3、后拉伸率e2为1-5为好。
图26是表示以e1＝1.8的拉伸率预拉伸HOM-DCF后，与SMF熔接，以e2的拉伸率进行了后拉伸时的后拉伸率与传输常数的关系的曲线图。该情况下，HOM-DCF的真拉伸率e＝e1e2。如图示那样知道，两模在后拉伸率e2＝1-2下具有大致相同的传输常数。如果使用该手法，则在宽波长范围得到高的LP01-LP02转换率。另外，其特性相对于温度等环境变化波动小。
在本发明的高次模光纤用模转换器中，由于熔接拉伸部具有能进行LP01模和LP02模之间的完全耦合的耦合长度和拉伸率的结构，向不需要的模的转换实质上没有了，成为可靠性高的转换器。再有，该熔接拉伸部在1.55μm-1.65μm的波长范围中的LP01-LP02转换率为75％以上为好。如果该转换率为75％以上，则模转换时的光功率损耗变小，能够提供低损耗的模转换器。
作为在本发明中使用的SMF，优选例如折射率分布为阶梯状、芯半径r为2-7μm、比折射率差Δ为0.0025-0.007的SMF。另外，作为在本发明中使用的HOM-DCF，优选例如从光纤径向的中心向外，由折射率最高的第1层、设在该第1层的外围的折射率最低的第2层、设在该第2层的外围的折射率在第1层和第2层之间的第3层组成，上述第1层的半径r51为2μm-8μm，比折射率差Δ51为0.005-0.025，上述第2层的半径r52为4μm-14μm，比折射率差Δ52为-0.005至0.005，上述第3层的半径r53为8μm-25μm，比折射率差Δ53为-0.002至0.004的HOM-DCF。
再者，在本发明中使用的SMF和HOM-DCF，不是分别限定于1根，也能够使用多根形成熔接拉伸部。
以下通过实施例具体地说明本发明的效果，但本发明并不限定于该实施例。
实施例5
使用了采用MCVD制作、具有表7所示分布的SMF和具有表8所示分布的HOM-DCF。表7中的SMF的折射率分布为阶梯状，芯半径r为4.8μm。表8的HOM-DCF的分布的定义如图27所示。此HOM-DCF由折射率最高的第1层、设在第1层外围的折射率最低的第2层、设在第2层外围的折射率在第1层和第2层之间的第3层组成。
表7
层数 半径r[μm] 比折射率差Δ
1  4.8   0.0032
表8
层数 半径r[μm] 比折射率差Δ
 1  4.8  0.02
 2  8.0 -0.0006
 3  15.0  0.003
图28表示波长λ为1.6μm时SMF的LP01模、HOM-DCF的主要传输模的传输常数和拉伸率的关系。如图所示，可知HOM-DCF的LP02模的传输常数显示出大致与SMF的LP01模的传输常数相同的值，与此相对，HOM-DCF的LP01模、LP11模的传输常数大大偏离该值。因此，SMF的LP01模通过熔接拉伸部容易向HOM-DCF的LP02模转换，但几乎不向HOM-DCF的LP01模、LP11模转换。
另外，当HOM-DCF的LP21模、LP22模拉伸率变大时，模变为截止(cutoff)，因此预拉伸后通过进一步拉伸(后拉伸)能够避免对这些模的耦合。
HOM-DCF的LP12模为LP02模以外最容易耦合的模，如图29所示可知，以e1＝1.8的拉伸率预拉伸HOM-DCF，与SMF熔接，并进行了后拉伸的情况下，SMF的LP01模的传输常数与HOM-DCF的LP02模相同，但HOM-DCF的LP12模的传输常数与它们偏离。
图30示出了以e1＝1.8的拉伸率预拉伸HOM-DCF，与SMF熔接，并进行了后拉伸的情况的SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的在各波长下的传输常数。按照图示可知，在各波长下，在后拉伸率e2＝1-2时，两模的传输常数大体一致。因此，通过将两光纤锥形地熔接拉伸形成熔接拉伸部，可实现宽带的模转换器。
假定耦合系数κ＝0.157mm-1、Lc＝10mm不变的情况下，在各后拉伸率下的从SMF的LP01模向HOM-DCF的LP02模的功率耦合度的波长特性示于图31。其中，HOM-DCF的预拉伸率e1为1.8。后拉伸率为1.2-1.8的情况下，可知在整个1.52-1.70μm的波长范围功率耦合度为0.90以上(即LP01-LP02转换率为90％以上)。
图32表示相同条件下的从SMF的LP01模向HOM-DCF的LP12模的转换率的波长特性。知道在各后拉伸率下功率耦合度变为0.02以下(转换率2％以下)。
图33表示实际制作的高次模光纤用模转换器的特性。转换器的从输入的SMF端输入光的功率的88％以上输出到输出的HOM-DCF端，5％以下输出到输出的SMF端。在HOM-DCF端的输出中，LP02模的功率占90％以上。
实施例6
作为SMF使用具有表9所示分布的SMF，HOM-DCF使用了与实施例5相同的HOM-DCF。
表9
层数 半径r[μm] 比折射率差Δ
1  5.5  0.0032
该情况下，SMF的芯径比在实施例5中使用的大，因此LP01模的等价折射率变大，更接近于HOM-DCF的LP02模的等价折射率。为此，在预拉伸中必需的拉伸率变小，其结果，转换器内的SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模一致的区域变宽。
图34是表示以拉伸率e1＝1.35预拉伸HOM-DCF后，与SMF熔接，并以e2的拉伸率进行后拉伸而制作的高次模光纤用模转换器的在波长1.60μm下的传输常数和拉伸率的关系的曲线图。如图示那样知道，在后拉伸率e2为1-3的范围下，SMF的LP01模的传输常数与HOM-DCF的LP02模大体一致。这降低了转换器的制造公差。
实施例7
作为SMF使用具有表10所示分布的SMF，使用了与实施例5相同的HOM-DCF。
表10
层数 半径r[μm] 比折射率差Δ
1  6.0  0.0032
该情况下，由于进一步增大了SMF的芯径，因此LP01模的等价折射率变大，更接近于HOM-DCF的LP02模的等价折射率。为此，在预拉伸中必需的拉伸率进一步变小，其结果，转换器内的SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模一致的区域进一步变宽。
图35是表示以拉伸率e1＝1.15预拉伸HOM-DCF后，与SMF熔接，并以e2的拉伸率进行后拉伸而制作的高次模光纤用模转换器的在波长1.60μm下的传输常数和拉伸率的关系的曲线图。如图所示可知，在后拉伸率e2为1-3的范围下，SMF的LP01模的传输常数与HOM-DCF的LP02模大体一致。这降低了转换器的制造公差。
实施例8
对于上述的实施例6、7，即使使SMF的芯径变化，将SMF的LP01模等价折射率接近于HOM-DCF的LP02模的等价折射率，但改变了SMF的比折射率差Δ的情况也得到与实施例6、7同样的效果。进而，在改变HOM-DCF分布的情况下也得到同样的效果。
如以上说明的那样，本发明的高次模光纤用模转换器的构成为：具有熔接、拉伸SMF和HOM-DCF而成的熔接拉伸部，在熔接拉伸部进行SMF的LP01模与HOM-DCF的LP02模之间的模转换，因此与现有的模转换器比，制造容易，能够廉价地提供。另外，通过使用上述的构成，在整个宽带可得到高的转换率。再有，相对于温度之类的环境变化转换特性的波动少，可靠性提高。
另外，在本发明的高次模光纤用模转换器中，按LP01模的传输常数β1和LP02模的传输常数β2实质上相等的方式预拉伸SMF或者HOM-DCF后，将单模光纤和高次模分散补偿光纤熔接、后拉伸，形成熔接拉伸部，据此在整个宽带区域得到高的LP01-LP02转换率。另外，通过预先腐蚀两光纤的外侧，模耦合的效率变好，熔接拉伸部的长度缩短，可提供小型的模转换器。
另外，通过使SMF或者HOM-DCF的预拉伸率e1为1-3、使后拉伸率e2为1-5，使在整个宽带得到高的模转换率，并且能够提供小型的模转换器。
另外，在本发明的高次模光纤用模转换器中，通过制成具有进行LP01模和LP02模之间完全耦合的耦合长度和拉伸率的熔接拉伸部，向不需要的模的转换实质上没有了，可靠性提高。
另外，通过在1.55μm-1.65μm的波长范围使LP01-LP02转换率为75％以上，模转换时的光功率损耗变小，可提供低损耗的模转换器。
以上说明了本发明的优选的实施例，但本发明不只限定于这些实施例。在不脱离本发明的旨意的范围，可进行构成的附加、省略、置换以及其他的变更。本发明不会被上述的说明限定，只通过要求保护的范围限定。

Claims (38)

1.一种高次模分散补偿光纤，其具有光纤和损耗层，该损耗层设于所述光纤内、使在该光纤中传输的低次模衰减、而不衰减比它高的高次模。
2.根据权利要求1所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述损耗层设置在上述高次模的电场分布中电场基本为零的位置。
3.根据权利要求1所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述损耗层通过在构成上述光纤的玻璃中掺杂钴、铬、铜、铁、镍、锰、硼、和钒之中的至少1种元素的氧化物而形成。
4.根据权利要求1所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述损耗层的厚度基本上为0.5μm或0.5μm以下。
5.根据权利要求1所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述低次模为LP01模、上述高次模为LP02模。
6.根据权利要求1所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述低次模的传输损耗基本上为10dB/km或10dB/km以上。
7.根据权利要求1所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述光纤具有：中心芯部；设于该中心芯的外围、折射率比上述中心芯部低的芯部；设于该芯部的外围、折射率比上述芯部高并且比上述中心芯部低的环形芯部；设于该环形芯部外围的包层。
8.根据权利要求7所述的高次模分散补偿光纤，其中，中心芯部的外半径在5μm到16μm之间；芯部的外半径在8μm到20μm之间；环形芯部的外半径在12μm到34μm之间。
9.根据权利要求7所述的高次模分散补偿光纤，其中，中心芯部包含掺锗的二氧化硅；芯部包含掺氟的二氧化硅；环形芯部包含掺锗的二氧化硅；包层基本上包含纯二氧化硅。
10.一种使用了一卷权利要求1所述的高次模分散补偿光纤的分散补偿模件。
11.根据权利要求8所述的分散补偿模件，其中，多路径干扰基本上为45dB或45dB以上。
12.一种具备权利要求10所述的分散补偿模件的光传输线路。
13.根据权利要求12所述的光传输线路，其中，确定高次模分散补偿光纤的长度，使得基本上消除在光传输线路上累积的在波长1.55μm下的波长分散。
14.一种高次模分散补偿光纤，具有光纤、和使在该光纤中传输的低次模衰减、而不衰减比它高次的模的第1损耗层、以及将高次模的传输损耗的波长依赖性平坦化的第2损耗层。
15.根据权利要求14所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述第1损耗层设置在上述高次模的电场分布中电场基本为零的位置，上述第2损耗层设置于上述第1损耗层的外侧。
16.根据权利要求14所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述第1损耗层和上述第2损耗层的至少任1个，通过在构成上述光纤的玻璃中掺杂钴、铬、铜、铁、镍、锰、硼、和钒之中的至少1种元素而形成。
17.根据权利要求14所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述第1损耗层的厚度为约0.5μm或0.5μm以下。
18.根据权利要求11所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述第2损耗层的厚度为约1μm或1μm以下。
19.根据权利要求14所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述低次模为LP01模、上述高次模为LP02模。
20.根据权利要求14所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述低次模的传输损耗基本上为10dB/km以上。
21.根据权利要求14所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述高次模的最大传输损耗差在波长范围1.5-1.6μm内基本上为0.042dB/km或0.042dB/km以下。
22.根据权利要求14所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述高次模的最大传输损耗差在波长范围1.53-1.565μm内基本上为0.012dB/km或0.012dB/km以下
23.根据权利要求14所述的高次模分散补偿光纤，其中，上述光纤具有：中心芯部；设于该中心芯部的外围、折射率比上述中心芯部低的芯部；设于该芯部的外围、折射率比上述芯部高并且比上述中心芯部低的环形芯部；设于该环形芯部外围的包层。
24.根据权利要求23所述的高次模分散补偿光纤，其中，中心芯部的外半径在5μm到16μm之间；芯部的外半径在8μm到20μm之间；环形芯部的外半径在12μm到34μm之间。
25.根据权利要求23所述的高次模分散补偿光纤，其中，中心芯部包含掺锗的二氧化硅；芯部包含掺氟的二氧化硅；环形芯部包含掺锗的二氧化硅；包层基本上包含纯二氧化硅。
26.一种使用了一卷权利要求14所述的高次模分散补偿光纤的分散补偿模件。
27.根据权利要求26所述的分散补偿模件，其中，多路径干扰基本上为45dB或45dB以上。
28.一种具备权利要求26所述的分散补偿模件的光传输线路。
29.根据权利要求28所述的光传输线路，其中，确定高次模分散补偿光纤的长度，使得基本上消除经光传输线路累积的在波长1.55μm下的波长分散。
30.一种高次模光纤用模转换器，它是具有单模光纤、高次模分散补偿光纤、将上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤熔接、拉伸而形成的熔接拉伸部的高次模光纤用模转换器，该熔接拉伸部进行上述单模光纤的LP01模和上述高次模分散补偿光纤的LP02模之间的模转换。
31.根据权利要求30所述的高次模光纤用模转换器，其中，具有按上述LP01模的传输常数和上述LP02模的传输常数基本上相等的方式预拉伸上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤的至少任1个后，将上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤熔接、后拉伸而形成的熔接拉伸部。
32.根据权利要求30所述的高次模光纤用模转换器，其中，为了能高效地耦合上述LP01模和上述LP02模，在进行拉伸之前将上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤外侧的部分腐蚀至不损害它们的特性的程度后，将上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤预拉伸、后拉伸而制作。
33.根据权利要求31所述的高次模光纤用模转换器，其中，上述单模光纤和上述高次模分散补偿光纤的至少任1个的预拉伸率基本为1-3，后拉伸率基本为1-5。
34.根据权利要求30所述的高次模光纤用模转换器，其中，上述熔接拉伸部具有能进行上述LP01模和上述LP02模之间完全耦合的耦合长度和拉伸率。
35.根据权利要求30所述的高次模光纤用模转换器，其中，在1.55μm-1.65μm的波长范围，从上述单模光纤的LP01模向上述高次模分散补偿光纤的LP02模的转换率基本上为75％或75％以上。
36.根据权利要求30所述的高次模光纤用模转换器，其中，上述单模光纤的折射率分布为阶梯状，芯半径大约为2μm-7μm，比折射率差大约为0.0025-0.007。
37.根据权利要求30所述的高次模光纤用模转换器，其中，上述高次模分散补偿光纤，从光纤径向的中心向外，由折射率最高的第1层、设在该第1层外围的折射率比第1层低的第2层、设在该第2层外围的折射率介于第1层和第2层之间的第3层组成。
38.根据权利要求37所述的高次模光纤用模转换器，其中，上述第1层的半径基本上为2μm-8μm，相对折射率差基本上为0.005-0.025，上述第2层的半径基本上为4μm-14μm，相对折射率差基本上为-0.005至0.005，上述第3层的半径基本上为8μm-25μm，相对折射率差基本上为-0.002至0.004。
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