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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Faser.
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Die
EP 0 753 771 A2 beschreibt
eine Faser mit einem Kern bestehend aus einem mittleren Teil, einer
Ringzone und einer zusammengesetzten Ringzone, die von einem Mantel
umgeben ist. Eine ähnliche
Ausbildung ist offenbart in "New
Dispersion Shifted Fiber With Effective Area Larger Than 90 μm
2",
P. Nouchi et al. ECOC '96,
Seiten 1.49–1.52.
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Die
EP 0 689 068 offenbart eine
optische Einmodenfaser enthaltend einen inneren Kern, einen äußeren Kern
und einen Mantelbereich. Der Brechungsindex des inneren Kerns ist
größer als
der Brechungsindex des äußeren Kerns.
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Eine
auf Silika basierende optische Einmodenfaser (nachfolgend als eine
SMF (Einmodenfaser) bezeichnet), die allgemein für optische Kommunikation verwendet
wird, hat ein Wellenlängenband zum
Erzielen des minimalen Übertragungsverlusts innerhalb
des Bereichs von 1,4 bis 1,6 μm.
Ein derartiges Wellenlängenband
wird bevorzugt für
optische Kommunikation über
große
Entfernungen verwendet. Wenn sich jedoch ein optisches Signal mit
der Wellenlänge
für minimalen Übertragungsverlust
durch die SMF fortpflanzt, verschlechtert sich die Wellenform aufgrund
von chromatischer Dispersion, was zu Beschränkungen hinsichtlich der Bitrate
und des Übertragungsabstands
führt.
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Die
chromatische Dispersion in einer derartigen optischen Faser ist
sowohl durch Materialdispersion als auch durch Wellenlängendispersion
gegeben. Beispielsweise ist bei einer herkömmlichen SMF mit einem Kerndurchmesser
von 10 um, deren relative Indexdifferenz Δ zwischen dem Kern und dem Mantel
gleich 0,3% ist, die Materialdispersion stärker vorherrschend als die
Wellenlängendispersion.
Da die chromatische Dispersion von als ein Material verwendetem
Silika reflektiert wird, um eine Nulldispersions-Wellenlänge in dem
1,3 μm-Band
zu ergeben, hat die in einem Wellenlängenband von 1,5 μm verwendete
SMF für
optische Kommunikation großer Kapazität eine chromatische
Dispersion von etwa +17 ps/nm/km.
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Es
ist festzustellen, dass "+17
ps/nm/km" bedeutet,
dass, wenn sich ein optischer Impuls mit einer spektralen Breite
von 1 nm (FWHM) in einer 1 km langen optischen Faser fortpflanzt,
sich die Impulsbreite um etwa 17 ps verbreitert ("Nonlinear Fiber Optics", Govind P. Agrawal,
Seite 63 (Dispersion-induced Pulse Broadening), Academic Press).
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Herkömmlich ist
die Nachfrage nach einer Technik zum Verringern der Begrenzung der Übertragungskapazität aufgrund
von chromatischer Dispersion, um die Bitrate und den Übertragungsabstand
zu vergrößern, entstanden.
Um diesem Erfordernis zu genügen,
wurde bereits eine optische Faser, die als dispersionsverschobene
Faser (nachfolgend als eine DSF (dispersionsverschobene Faser) bezeichnete optische
Faser als eine optische Faser mit minimaler chromatischer Dispersion
in einem Kommunikations-Wellenlängenband
von 1,5 μm
entwickelt (Nobuo K. et al., "Characteristics
of dispersion-shifted dual shape core single-mode fibers", J.L.T., LT-5, Nr. 6,
Seite 792 (1987)).
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Bei
dieser DSF ist die Indexverteilung des Kerns und des Mantels so
ausgebildet, dass die Wellenlängendispersion
das entgegengesetzte Vorzeichen zu dem der Materialdispersion, aber
denselben absoluten Wert hat. Die Nulldispersions-Wellenlänge ist
innerhalb des 1,5 μm-Bandes
gesetzt. Um diesen Bedingungen zu genügen, ist die relative Indexdifferenz Δ zwischen
dem Kern und dem Mantel auf 0,7% oder mehr gesetzt, d.h., die Wellenlängendispersion ist
groß gemacht.
Wenn jedoch die relative Indexdifferenz Δ groß ist, muss der Kerndurchmesser
klein sein, um der Einmodenbedingung zu genügen (wird später beschrieben).
Folglich wird die Feldverteilung von Licht eng, und die effektive
Kernfläche
(nachfolgend als Aeff bezeichnet) ist kleiner als die der SMF.
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Die
Einmodenbedingung wird beschrieben. In dem Fall einer Stufenindexfaser
ist, wobei λ die
zu verwendende Wellenlänge
ist, eine normierte Frequenz V bei der zu verwendenden Wellenlänge gegeben
durch: V = (2π/λ)·a·n1(2Δ)0,5(1) Δ = (n1 – n2)/n1(2)worin
a der Kerndurchmesser ist, n1 der Brechungsindex
des Kerns ist, n2 der Brechungsindex des
Mantels ist und Δ die
relative Indexdifferenz zwischen dem Kern und dem Mantel ist. Um
der Einmodenbedingung zu genügen,
muss der Wert der Frequenz V gleich 2,405 oder weniger sein.
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Wenn
die relative Indexdifferenz Δ erhöht wird,
um die Wellenlängendispersion
groß zu
machen, muss der Kerndurchmesser a so ausgebildet sein, dass er
stattdessen klein ist. Wenn jedoch der Kerndurchmesser a verringert
wird, um die relative Indexdifferenz Δ zu vergrößern, nimmt der Lichtbegrenzungseffekt
in dem Kern zu. Die Aeff wird kleiner als die der SMF, und zusätzlich nehmen
Biegeverluste ab. Ein Übertragungssystem
mit einem Leitungsverstärkerabstand
von 320 km und einer Bitrate von 10 Gb/s wurde bereits praktisch
eingesetzt durch Anwendung der DSF (dispersionsverschobene Faser) für die Übertragungsleitung
und eines erbiumdotierten optischen Faserverstärkers (nachfolgend als ein EDFA
bezeichnet) als Leitungsverstärker.
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Als
eine Technik zur Erhöhung
der Übertragungskapazität hat das
Wellenlängenmultiplexverfahren
(nachfolgend als WDM bezeichnet) eine große Aufmerksamkeit zuhause und
international erhalten. Mit dem WDM können mehrere Signalwellenlängen gleichzeitig
in einer optischen Kommunikationsfaser verwendet werden. Dies realisiert
ein Übertragungssystem
mit einer größeren Kapazität als der
bei der herkömmlichen Übertragung
mit einer Wellenlänge.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, wird, wenn die DSF als die Übertragungsleitung
verwendet wird, die In tensität
von Licht in der optischen Faser (d.h., die optische Leistung pro
Flächeneinheit
des Faserquerschnitts) hoch aufgrund der kleinen Aeff. Andererseits
sind zusammen mit der Erhöhung
der Intensität
des Signallichts als optische nichtlineare Effekte bezeichnete Erscheinungen
in der optischen Faser allgemein wahrscheinlich. Insbesondere werden
die Effekte in der DSF mit einer hohen Lichtintensität leicht
induziert.
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Der
optische nichtlineare Effekt, der das Störungsverhältnis herabsetzt, ist ein schwerwiegendes Problem,
da es beträchtliche
Beschränkungen
hinsichtlich der Bitrate und des Übertragungsabstands bei dem
die DSF verwendenden Übertragungssystem
auferlegt. Daher muss ein tatsächliches Übertragungssystem,
das die DSF verwendet, Signale übertragen,
während
die Verstärkung
des optischen Verstärkers
unterdrückt
wird.
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Jedoch
wird, wenn die Bitrate zunimmt, der Zeitschlitz pro Signalbit kurz.
Um den Pegel der empfangenen Leistung sicherzustellen, muss die
Signalleistung pro Bit erhöht
werden. Dies ist nicht in Übereinstimmung
mit der Unterdrückung
von optischen nichtlinearen Effekten. Um die optischen nichtlinearen
Effekt zu unterdrücken,
muss die Übertragungsleistung
herabgesetzt werden, um die Bitrate zu begrenzen.
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Wenn
die WDM angewendet wird, um die Übertragungskapazität zu erhöhen, werden
Vierwellenmischung (nachfolgend als FWM bezeichnet) genannte optische
nichtlineare Effekte aufgrund der Anwesenheit mehrerer Wellenlängen in
der optischen Faser induziert, so dass die Bitrate und der Übertragungsabstand
begrenzt sind.
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Bei
der FWM bewirkt der nichtlineare optische Prozess dritter Ordnung
eine Interferenz zwischen Signalwellenlängen, um neues Licht zu erzeugen.
Da der Fasenanpassungsbedingung zwischen Wellenlängen genügt ist, nimmt der FWM-Erzeugungswirkungsgrad
zu. Aus diesem Grund ist wahrscheinlicher, dass die FWM stattfindet,
wenn die Signalwellenlänge
näher an
der Nulldispersions-Wellenlänge
ist, und das Intervall zwischen Signalwellenlängen ist kleiner. Bei der DSF,
deren Nulldispersions-Wellenlänge
innerhalb des Signalwellenlängenbands
ist, ist wahrscheinlicher, dass die FWM induziert wird, als in der
SMF, so dass das Intervall zwischen Signalwellenlängen vergrößert werden
muss. Da jedoch Verstärkungsbandbreite
der EDFA etwa mehrere zehn nm beträgt, verringert ein großes Wellenlängenintervall
die Anzahl von Signalkanälen,
um die Übertragungskapazität zu beschränken.
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Der
Anwendungszweck der DSF ist nicht auf die Übertragungsleitung beschränkt.
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Für die weitere
Verbesserung des Übertragungssystems
wurden ausgiebige Studien über
einen optischen Hochgeschwindigkeitsschalter und eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung
ebenfalls durchgeführt.
Der optische Schalter und die Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung
führen
eine Schaltung oder Wellenlängenumwandlung
unter Verwendung der nichtlinearen optischen Effekte durch, anders
als die Übertragungsleitung,
so dass das wichtige Problem darin besteht, wie die nichtlinearen optischen
Effekte induziert werden.
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Ein
optischer Schalter und eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung,
die unter Verwendung der DSF realisiert werden, in der die nichtlinearen
optischen Ef fekte wegen der kleinen Aeff leicht auftreten, wurden
bereits berichtet.
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Jedoch
kann bei einer Bitrate von 20 Gb/s oder höher eine elektrische Signalverarbeitung
nicht verwendet werden, und stattdessen müssen der optische Schalter
oder die Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung
verwendet werden. Die für
den optischen Schalter oder die Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung
zu verwendende DSF muss eine Länge
von mehreren km haben, da der Umwandlungswirkungsgrad niedrig ist.
Zusätzlich
ist eine optische Eingangsleistung erforderlich.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische
Faser vorzusehen, die eine leichte Ausbildung von Unterdrückung und Erhöhung von
nichtlinearen optischen Effekten ermöglicht.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische
Faser vorzusehen, die in der Lage ist, nichtlineare optische Effekte
zu unterdrücken
durch Verringern der Intensität
von Licht in der optischen Faser, und FWM zu unterdrücken durch Stören der
Phasenanpassungsbedingung zwischen Wellenlängen.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische
Faser vorzusehen, die in der Lage ist, nichtlineare optische Effekte
zu erhöhen
durch Vergrößern der
Intensität
von Licht in der optischen Faser.
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Um
die vorgenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist
eine optische Einmodenfaser vorgesehen, welche aufweist: einen Kern mit
einem Bre chungsindex n0, einen ersten Mantel, der
um den Kern herum und diesem benachbart ausgebildet ist und einen
Brechungsindex n1 aufweist, einen zweiten
um den ersten Mantel herum und benachbart zu diesem angeordneten
Mantel mit einem Brechungsindex n2 und einen
dritten um den zweiten Mantel herum und benachbart zu diesem gebildeten Mantel
mit einem Brechungsindex n3, wobei die Brechungsindizes
die Beziehungen n1 > n2 > n3 und
n1 > n0 und n3 ≥ n0 haben.
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Mit
dieser Anordnung kann eine optische Faser, die in der Lage ist,
die nichtlinearen optischen Effekte zu unterdrücken oder zu vergrößern, erhalten werden.
Eine optische Faser zum Unterdrücken
der nichtlinearen optischen Effekte kann für eine Übertragungsleitung verwendet
werden. Eine optische Faser zum Induzieren der nichtlinearen optischen
Effekte kann für
einen optischen Schalter oder eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung
verwendet werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht, die den Abschnitt einer eine optische Nichtlinearität unterdrückenden
Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung und ihre Indexverteilung zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen chromatischer Dispersion
und einer relativen Indexdifferenz α zwischen einem Kern und einem dritten
Mantel zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen chromatischer Dispersion
und einer relativen Indexdifferenz β zwischen einem ersten Mantel und
dem dritten Mantel zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Durchmesser des zweiten
Mantels und der chromatischen Dispersion zeigt;
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5A, 5B und 5C sind
Diagramme, die die Beziehungen zwischen der Faserlänge und
der chromatischen Dispersion zeigen;
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6 ist
eine Ansicht, die die Anordnung einer Übertragungsleitung, die die
in 1 gezeigte, die optische Nichtlinearität unterdrückende Faser verwendet,
und die Beziehung zwischen dem Übertragungsabstand
und dem optischen Leistungspegel zeigt;
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7A und 7B sind
Diagramme, die die Beziehung zwischen der MFD und der relativen
Indexdifferenz α zwischen
dem Kern und dem dritten Mantel zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der MFD und dem Verhältnis des
Kerndurchmessers zu dem Durchmesser des ersten Mantels zeigt;
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9 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Veränderung der chromatischen Dispersion
und dem FWM-Erzeugungswirkungsgrad zeigt;
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10 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Faserlänge und
der chromatischen Dispersion zeigt;
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11 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser und
relativen Indexdifferenz β zwischen
dem ersten Mantel und dem dritten Mantel zeigt;
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12 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Aeff und der relativen
Indexdifferenz β zwischen
dem ersten und dem dritten Mantel zeigt;
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13 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wellenlänge und
der chromatischen Dispersion zeigt; und
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14 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Biegeradius und dem
Biegeverlust zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird als nächstes mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben. Zuerst wird eine optische Faser (nachfolgend
als eine die Nichtlinearität
unterdrückende
optische Faser bezeichnet), die für eine Übertragungsleitung durch Unterdrückung nichtlinearer
optischer Effekte verwendet werden kann, beschrieben.
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1 zeigt
den Querschnitt der die Nichtlinearität unterdrückenden optischen Faser und
ihre Indexverteilung. Wie in 1 gezeigt
ist, wird, um die nichtlinearen optischen Effekte zu unterdrücken, der Brechungsindex
in der Kernmitte einer DSF verringert.
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Genauer
gesagt, die optische Faser nach diesem Ausführungsbeispiel ist gebildet
aus einem Kern 1 mit einem Brechungsindex n0,
einem Mantel 2 (nachfolgend als ein erster Mantel bezeichnet)
mit einem Brechungsindex n1, einem Mantel 3 (nachfolgend
als ein zweiter Mantel bezeichnet) mit einem Brechungsindex n2 und einem Mantel 4 (nachfolgend als
ein dritter Mantel bezeichnet) mit einem Brechungsindex n3, und die Brechungsindizes haben zumindest
Beziehungen n1 > n2 > n3 und
n1 > n0. Insbesondere werden in diesem Fall, um
die nichtlinearen optischen Effekte zu unterdrücken, die Brechungsindizes
so gesetzt, dass eine Beziehung n1 > n2 > n3 ≥ n0 hergestellt wird. Die Feldverteilung von
Licht breitet sich in der radialen Richtung der optischen Faser aus,
um die Aeff zu vergrößern, so
dass die nichtlinearen optischen Effekte unterdrückt werden können.
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Eine
derartige, die Nichtlinearität
unterdrückende
optische Faser besteht aus demselben Material (z.B. Silika) wie
dem der herkömmlichen
optischen Faser, obgleich die Intensität von Licht verringert wird,
so dass die die Nichtlinearität
unterdrückende
optische Faser zu der herkömmlichen Übertragungsleitung
gespleißt
werden kann. Daher kann die optische Leistung in der Übertragungsleitung
erhöht
werden, und gleichzeitig kann eine Verschlechterung der Übertragung
aufgrund der nichtlinearen optischen Effekte unterdrückt werden
durch Einfügen dieser
Faser unmittelbar nach dem optischen Verstärker, in welchem die nichtlinearen
optischen Effekte leicht stattfinden.
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Jedoch
finden, wie vorstehend beschrieben ist, wenn das WDM angewendet
wird, um die Übertragungskapazität zu erhöhen, als
FWM bezeichnete nichtlineare optische Effekte statt aufgrund der
Anwesenheit mehrerer Wel lenlängen
in der optischen Faser, was zu Beschränkungen hinsichtlich der Bitrate
und des Übertragungsabstands
führt.
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Die
FWM wird unterdrückt
durch Verändern der
chromatischen Dispersion der optischen Faser entlang der Längsrichtung.
Genauer gesagt, wenn die chromatische Dispersion entlang der Längsrichtung
der optischen Faser variiert, ändert
sich die Phasengeschwindigkeit des Lichts lokal in der Übertragungsleitung.
Aus diesem Grund wird bei der WDM-Übertragung die Phasenanpassungsbedingung
zwischen benachbarten Kanälen
gestört,
so dass die FWM als ein Beschränkungsfaktor
für die Übertragung
unterdrückt
werden kann.
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Einige
Verfahren zum Verändern
der chromatischen Dispersion sind verfügbar. Beispielsweise kann,
wenn eine relative Indexdifferenz α zwischen dem Kern und dem dritten
Mantel kontinuierlich entlang der Längsrichtung bei der Herstellung
der optischen Faser geändert
wird, die chromatische Dispersion bei 1,55 μm kontinuierlich variiert werden.
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2 zeigt
eine Änderung
der chromatischen Dispersion bei 1,55 μm, wenn die relative Indexdifferenz α zwischen
dem Kern und dem dritten Mantel der in 1 gezeigten
optischen Faser geändert
wird. Eine relative Indexdifferenz β zwischen dem ersten und dem
dritten Mantel beträgt
1,5%.
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Die
relative Indexdifferenz α ist
gegeben durch: α = (n0 – n3)/n0
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Die
relative Indexdifferenz β ist
gegeben durch β =
(n1 – n3)/n1
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Die
in 2 gezeigte optische Faser, deren chromatische
Dispersion von +12 ps/nm/km bis –12 ps/nm/km (Variation der
chromatischen Dispersion: 24 ps/nm/km) variiert, ist nur ein Beispiel
zum Erläutern
der Veränderung
der chromatischen Dispersion, die erhalten wird bei Änderung
der relativen Indexdifferenz α von
beispielsweise 0% auf –0,4%,
so dass der chromatische Dispersionswert nicht immer ±12 ps/nm/km
sein muss.
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Selbst
wenn die relative Indexdifferenz β zwischen
dem ersten Mantel und dem dritten Mantel geändert wird, kann die chromatische
Dispersion bei 1,55 μm
kontinuierlich geändert
werden. 3 zeigt eine Änderung
der chromatischen Dispersion bei 1,55 μm, die bei Änderung der relativen Indexdifferenz β beobachtet
wurde. Die relative Indexdifferenz α ist –0,4%.
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Die
chromatische Dispersion kann auch geändert werden durch Ändern des
Durchmessers des zweiten Mantels entlang der Längsrichtung der optischen Faser. 4 zeigt
eine Änderung
der chromatischen Dispersion bei 1,55 μm, die bei Änderung des Durchmessers des
zweiten Mantels beobachtet wurde. Die relative Indexdifferenz α ist –0,4% und
die relative Indexdifferenz β ist
1,44%.
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Die 5A bis 5C zeigen
die Beziehungen zwischen der Faserlänge und der chromatischen Dispersion,
die erhalten werden, wenn die relativen Indexdifferenzen α und β und der
Durchmesser des zweiten Mantels geändert werden. In 5A beträgt die Wellenlänge 1,55 μm, und die
relative Indexdifferenz β ist
1,5%. In 5B beträgt die Wellenlänge 1,55 μm, und die
relative Indexdifferenz α ist –0,4%. In 5C beträgt die Wellenlänge 1,55 μm, und die relative
Indexdifferenz α ist –0,4%, und
die relative Indexdifferenz β ist
1,44%.
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In
allen Fällen
verringert sich die chromatische Dispersion kontinuierlich, wenn
die Faserlänge zunimmt,
und die chromatische Dispersion ändert sich
in Abhängigkeit
von der Position in der optischen Faser, wie aus den 5A bis 5C ersichtlich
ist. Alternativ kann die Phasenanpassungsbedingung gestört werden,
um die FWM durch periodisches Ändern
sowohl der relativen Indexdifferenz α zwischen dem Kern und dem dritten
Mantel als auch der relativen Indexdifferenz β zwischen dem ersten und dem dritten
Mantel entlang der Längsrichtung
bei der Herstellung der optischen Faser gestört werden.
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Die
vorstehend beschriebene, die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser kann
in der folgenden Weise verwendet werden.
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6 zeigt
die Anordnung der die in 1 gezeigte optische Faser verwendenden Übertragungsleitung
und die Beziehung zwischen dem Übertragungsabstand
und dem optischen Leistungspegel. Wie in 6 gezeigt
ist, weist ein Sender 5 eine Lichtquelle 5a und
einen optischen Verstärker 5b auf. Ein
Empfänger 7 weist
einen Detektor 7a und einen optischen Verstärker 7b auf.
Ein optischer Verstärker 6 ist
zwischen dem Sender 5 und dem Empfänger 7 eingefügt. Der
Sender 5 und der Empfänger 7 sind durch
den optischen Verstärker 6,
eine die Nichtlinearität
unterdrückende
optische Faser 8 und eine herkömmliche optische Faser 9 verbunden.
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Diese
Anordnung basiert auf dem folgenden Grund. Eine tatsächliche
optische Faser hat immer einen Übertragungsverlust
und die optische Leistung eines optischen Signals wird während der Übertragung
allmählich
klein. D.h., die nichtlinearen optischen Effekte sind am auffälligsten
an Positionen (A und B in 6) unmittelbar
nach optischen Verstärkern
in der optischen Faserübertragungsleitung.
Daher können,
wenn die in 1 gezeigte, die Nichtlinearität unterdrückende optische
Faser unmittelbar nach dem optischen Verstärker in die herkömmliche Übertragungsleitung
eingefügt
wird, die nichtlinearen optischen Effekte wirksam unterdrückt werden.
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Eine
optische Faser (die nachfolgend als eine die Nichtlinearität vergrößernde optische
Faser bezeichnet wird), die für
einen optischen Schalter oder eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung durch
Induzieren der nichtlinearen optischen Effekte verwendet werden
kann, wird als nächstes
beschreiben.
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Beispiele
der vorliegenden Erfindung werden als nächstes beschrieben.
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Die 7A und 7B zeigen
eine Änderung
im Modenfelddurchmesser (nachfolgend als ein MFD bezeichnet), wenn
die relative Indexdifferenz α zwischen
dem Kern und dem dritten Mantel geändert wird.
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Der
MFD ist ein Parameter, der die Ausdehnung der Feldverteilung von
Licht in der Faser anzeigt und als proportional zu der Aeff bekannt
ist (Namihira et al., "Nonlinear
Kerr Coefficient Measurements for Dispersion Shifted Fibers using
Self-Phase Modulation Method at 1.55 μm", OEC '94).
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Wie
in 7A gezeigt ist, breitet sich, wenn der absolute
Wert der relativen Indexdifferenz α in der negativen Richtung vergrößert, die
Feldverteilung von Licht aus, um die Intensität zu verringern, so dass die
optische Faser nach diesem Ausführungsbeispiel
die die Nichtlinearität
unterdrückende
optische Faser zum Unterdrücken
der nichtlinearen optischen Effekte wird. Unter dem Gesichtspunkt
der Herstellung wird die Dosis an Fluor, die dotiert wird, um den
Brechungsindex des Kerns herabzusetzen, beschränkt, so dass die relative Indexdifferenz α ihren unteren
Grenzwert tatsächlich
innerhalb des Bereichs von –07%
bis –0,8%
hat.
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Andererseits
wird, wie in 7B gezeigt ist, wenn die relative
Indexdifferenz α in
der positiven Richtung vergrößert wird,
der Wert des MFD klein. Der MFD einer allgemeinen zweifach geformten,
dispersionsverschobenen Faser beträgt effektiv etwa 7,4 bis 8,4 μm (Reff =
41 bis 53 μm2). Wenn die relative Indexdifferenz α einen positiven
Wert hat, wird die Feldverteilung enger als die der DSF, und die
Intensität
des Lichts steigt an, so dass eine die Nichtlinearität vergrößernde optische
Faser erhalten wird.
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Wenn
das elektrische Feld eine gaußsche Verteilung
hat, wird Aeff = π × (MFD/2)2 erhalten. Wenn der MFD zunimmt, nimmt auch
die Aeff zu. Wenn jedoch die optische Faser nach der vorliegenden
Erfindung als die die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser ausgebildet
ist (d.h., α < 0), weicht die
Feldverteilung von der gaußschen
Verteilung ab, so dass die rechte Seite der vorstehenden Gleichung
mit einem Korrekturkoeffizienten c (c > 1) multipliziert werden muss.
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8 zeigt
eine Änderung
des MFD, die beobachtet wird, wenn das Verhältnis des Kerndurchmessers
zu dem Durchmesser des ersten Mantels geändert wird. In 8 zeigt
ein schwarzer Kreis einen Wert an, wenn die relative Indexdifferenz α zwischen
dem Kern und dem dritten Mantel gleich 0% ist; und ein weißer Kreis
zeigt einen Wert an, wenn dir relative Indexdifferenz α gleich +0,3%
ist. Wie in 8 gezeigt ist, wird, wenn die
relative Indexdifferenz α gleich
0% ist und das Verhältnis
des Kerndurchmessers zu dem Durchmesser des ersten Mantels gleich
0,4 oder geringer ist, der MFD kleiner als der der DSF. Da die Intensität von Licht
zunimmt, wird eine die optische Nichtlinearität vergrößernde Faser erhalten. Wenn
die relative Indexdifferenz α gleich +0,3%
ist und das Verhältnis
des Kerndurchmessers zu dem Durchmesser des ersten Mantels 0,5 oder weniger
ist, wird erwartet, dass eine die optische Nichtlinearität vergrößernde Faser
erhalten wird.
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Der
die FWM unterdrückende
Effekt wird als Nächstes
beschrieben.
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9 zeigt
den die FWM unterdrückenden Effekt.
Wie aus 9 ersichtlich ist, kann die
FWM unterdrückt
werden durch Ändern
der chromatischen Dispersion entlang der Längsrichtung der optischen Faser.
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9 zeigt
die Abhängigkeit
des FWM-Erzeugungswirkungsgrads (normiert durch Definieren des Erzeugungswirkungsgrads
für eine
Dispersionsveränderung
von 0 als 1) in einer die chromatische Dispersion verändernden
Faser (Länge:
40 km), deren chromatische Dispersion entlang der Längsrichtung
der optischen Faser linear zunimmt von der Veränderung der chromatischen Dispersion
(Differenz der chromatischen Dispersion zwischen der Eingangsseite
und der Ausgangs seite) (10).
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Wenn
die Veränderung
der chromatischen Dispersion 4 ps/nm/km beträgt, ist der FWM-Erzeugungswirkungsgrad
1/10 von dem der normalen optischen Faser, deren Veränderung
der chromatischen Dispersion gleich 0 ist, oder weniger, so dass
ein ausreichender Unterdrückungseffekt
erhalten werden kann. Der Unterdrückungseffekt kann vergrößert werden
durch Vergrößern der
Veränderung
der chromatischen Dispersion. Zusätzlich kann, wie aus 9 ersichtlich
ist, der FWM-Erzeugungswirkungsgrad
auf etwa 0,03 mit einer Veränderung
der chromatischen Dispersion von 20 ps/nm/km gesenkt werden. Für eine Veränderung
der chromatischen Dispersion von 24 ps/nm/km wird ein größerer FWM-Unterdrückungseffekt
erwartet.
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11 zeigt
die Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser, um der Einmodenbedingung
zu genügen,
und der relativen Indexdifferenz β zwischen dem
ersten und dem dritten Mantel, wenn die relative Indexdifferenz α zwischen
dem Kern und dem dritten Mantel geändert wird. Die schraffierte
Fläche
in 11 zeigt einen Bereich, in welchem der Einmodenbedingung
bei 1,55 μμ nicht genügt werden
kann. Da die relative Indexdifferenz α klein wird, nimmt die Anzahl
von Kombinationen aus dem Kerndurchmesser und der relativen Indexdifferenz β, um der
Einmodenbedingung zu genügen,
zu.
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Bei
einer in 12 gezeigten optischen Faser
kann die Aeff auf 150 μm2 bei einer Nulldispersions-Wellenlänge von
1,55 μm
vergrößert werden durch
Einstellen der relativen Indexdifferenz α auf etwa –0,3% und der relativen Indexdifferenz β auf etwa
1%. 1e zeigt eine Änderung der Nulldispersions-Wellenlänge, wenn
jede relative Indexdifferenz geändert wird,
während
die Indexbeziehungen n1 > n2 > n3 und
n1 > n0 aufrechterhalten werden. Wie aus 13 ersichtlich
ist, wird die Nulldispersion in dem Wellenlängenband von 1,4 bis 1,5 μm realisiert. Durch Ändern der
Kombination von relativen Indexdifferenzen kann die Nulldispersion
in dem Wellenlängenband
von 1,3 bis 1,6 μm
oder in einem längeren
Wellenlängenband
ebenfalls realisiert werden.
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Unter
Berücksichtigung
der Handhabungseigenschaften der vorbeschriebenen optischen Faser im
tatsächlichen
Gebrauch für
eine Übertragungsleitung
oder dergleichen muss die optische Faser einen geringen Biegeverlust
haben. Die optische Faser nach diesem Ausführungsbeispiel kann ihre Biegeverlusteigenschaften
durch Vergrößern der
relativen Indexdifferenz β verbessern. 14 zeigt
die Biegeverlusteigenschaften mit Bezug auf den Biegeradius der
optischen Faser nach diesem Ausführungsbeispiel.
Wie aus 14 ersichtlich ist, nimmt der
Biegeverlust ab, wenn die relative Indexdifferenz β zunimmt.
Zusätzlich
kann die optische Faser nach diesem Ausführungsbeispiel nahezu dieselben
Biegeverlusteigenschaften wie diejenigen der herkömmlichen
DSF erhalten (etwa mehrere dB/m für einen Biegeradius von 1 cm;
Aeff ist etwa 50 μm2), indem die relative Indexdifferenz β auf etwa
gesetzt wird. In diesem Fall ist die Aeff etwa 120 μm2.
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Bei
der optischen Faser nach der vorliegenden Erfindung konzentriert
sich, selbst wenn die Nulldispersions-Wellenlänge in einem Band von 1,55 μm entwickelt
ist, die Feldverteilung nicht auf die Mitte der optischen Faser.
Aus diesem Grund kann die Aeff um das Zweifache oder mehr größer als
die der herkömmlichen
DSF gemacht werden, während
nahezu dieselben Biege verlusteigenschaften aufrechterhalten werden.
Genauer gesagt, die Intensität
von Licht wird verringert, um die nichtlinearen optischen Effekte
zu unterdrücken,
und folglich wird die Verschlechterung der Signalwellenform unterdrückt, so
dass die Bitrate und der Übertragungsabstand
vergrößert werden
können.
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Zusätzlich kann,
wenn die Phasenanpassungsbedingung zwischen Wellenlängen gestört wird durch Ändern der
Nulldispersions-Wellenlänge
in einem Band von 1,55 μm
entlang der Längsrichtung der
optischen Faser, der FWM-Erzeugungswirkungsgrad gesenkt werden.
Daher kann das Wellenlängenintervall
bei dem WDM reduziert werden, um die Anzahl von Kanälen zu erhöhen.
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Wenn
andererseits die Aeff verkleinert wird, kann die Intensität von Licht
in der optischen Faser hoch gemacht werden. Da die nichtlinearen
optischen Effekte wirksam erzeugt werden können, kann eine optische Faser,
die geeignet für
einen optischen Schalter oder eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung
ist, erhalten werden.