JP2000187122A - 分散補償光ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分散補償光ケーブルについて、その補償精度
を向上し、布設期間を短縮し、またモジュール化を不要
として低コスト化を図る。 【解決手段】 光ファイバグレーテイング１ｃの反射波
長帯に隣接する波長帯の透過光の波長分散特性を利用す
る分散補償光ケーブルであって、端部から２ｍ以上内側
に透過型光ファイバグレーテイング１ｃ形成された伝送
用光ファイバ３からなり、かつその伝送用光ファイバの
伝送路２を伝搬する所定の波長の信号光が前記透過型光
ファイバグレーテイング１ｃを透過することにより前記
伝送路の波長分散を補償することを特徴とする分散補償
光ケーブル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分散補償光ケーブル分野】本発明は、長
距離を伝搬した信号光パルスの累積波長分散を補償する
分散補償光ケーブル、特に伝送用光ファイバ中に透過型
光ファイバグレーテイングを有する光ファイバからなる
分散補償光ケーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来光ファイバを用いた長距離光通信に
おいては、信号光を構成する光波長ごとに群速度が異な
ることに起因して、長距離を伝送した信号光パルスの波
形が崩れるいわゆる波長分散が生ずるのでこれを補償す
るために、図６（ａ）に例示するように伝送用光ケーブ
ル２０に分散補償光ファイバからなる分散補償光ケーブ
ル１０を接続したり、また図６（ｂ）に例示するように
同じ距離の分散補償光ファイバのコイルからなる光モジ
ュールを中継器４０中に設けてこれを行っている。

【０００３】また、図５に例示するように反射型のいわ
ゆるチャープド光ファイバグレーテイング２２からなる
光モジュール１０ａを図６（ｂ）に例示する中継器４０
中に設けて、波長分散を補償する方法も使用されてい
る。例えば、正の波長分散を補償する場合として、波長
分散が１ｋｍ当たりに＋１７ｐｓ／ｎｍの波長分散特性
（以下、 ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの単位で現す。）を有する
４心の伝送用光ケーブルを６０ｋｍの距離にわたり布設
する場合を考えると、必要な分散補償量は−１０２０ｐ
ｓ／ｎｍとなる。

【０００４】この波長分散を補償する方法として、前
記伝送用光ケーブルの各心毎に、例えば−９０ｐｓ／ｎ
ｍ／ｋｍの波長分散特性を有する分散補償光ファイバの
１１．３ｋｍをコイル状としたモジュールを形成し、こ
れを補償すべき光ケーブルの後に設置される中継器４０
（図６（ｂ）参照）中に設ける方法、同じ長さ１１．
３ｋｍの分散補償光ファイバからなる４心の分散補償光
ケーブル１０を製造して前記伝送用光ケーブルに接続す
る方法（図６（ａ）参照）、前記伝送用光ケーブルの
各心毎に必要な−１０２０ｐｓ／ｎｍの分散補償機能を
有する反射型のチャープド光ファイバグレーテイング２
２からなるモジュール１０ａ（図５参照）を形成してこ
れを中継器４０中に設けて接続する方法（図６（ｂ）参
照）などがある。

【０００５】一方、 Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃ
ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ’９６Ｔｈｕｒｓｄａｙ，
Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２９，１９９６ Ｓａｎ Ｊｏｓｅ
Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ＰＤ５−２〜５
ｂｙ Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｊ．ｅｔ．ａｌ．，「Ｄｉ
ｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｖｅｒ
１００ｋｍ ａｔ １０Ｇｂｉｔ／ｓ ｕｓｉｎｇ
ａ ｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇ ｉｎ ｔｒａｎｓｍｉ
ｓｓｏｎ」において、透過型光ファイバグレーテイング
が単位長さ当たりに極めて大きな分散補償量を有するこ
とが報告されている。

【０００６】この透過型光ファイバグレーテイングによ
る分散補償は、図４に示す例では、１５４４ｎｍを中心
波長とする反射波長帯の両側の波長帯の透過光が、長波
長帯側で極めて大きな負の波長分散を、短波長帯側で極
めて大きな正の波長分散をそれぞれ有する特性を利用す
るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の分散補償用光フ
ァイバからなる分散補償光ケーブルを用いて波長分散を
補償する場合には、一般に補償すべき伝送用光ケーブル
の各芯ごとに補償量が異なり、かつこの補償に必要な分
散補償用光ファイバの距離が各心毎に大きく異なるの
で、高精度に補償することが困難であるという問題があ
る。

【０００８】また、補償に必要な距離の分散補償用光フ
ァイバをループ状叉はコイル状にしたモジュールを使用
する方法もあるが、小型化が困難で設置用のスペースを
特別に必要とするという問題がある。また、図５に例示
する反射型のチャープド光ファイバグレーテイング２２
からなる分散補償モジュール１０ａを使用する方法もあ
るが、分岐部の形成とこの各分岐部の間で光を受け渡し
する３端子サーキュレータ２１が不可欠で、同様にモジ
ュールの小型化が困難で設置用のスペースを特別に必要
とするという問題がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、端部から２ｍ
以上内側に透過型光ファイバグレーテイングが形成され
た伝送用光ファイバからなり、かつその伝送用光ファイ
バの伝送路を伝搬する所定の波長の信号光が前記透過型
光ファイバグレーテイングを透過することにより前記伝
送路の波長分散を補償することを特徴とする分散補償光
ケーブルである。

【００１０】また、本発明は、前記伝送用光ファイバ
が、前記透過型光ファイバグレーテイングが形成された
短尺の光ファイバと、長尺の伝送用光ファイバとが直列
に接続されて形成されていることを特徴とする分散補償
光ケーブルである。

【００１１】本発明は、透過光の波長分散特性を利用す
る透過型光ファイバグレーテイングを使用するので伝送
用光ファイバとの接続部に分岐部を形成する必要がな
い。また１０ｃｍ程度の短い長さの短尺体で、現行技術
水準における１００ｋｍ程度の伝送用光ケーブルの累積
分散補償要求を満たす程度の極めて大きな分散補償効果
が得られる。従って、長尺の伝送用光ファイバに、短尺
の透過型光ファイバグレーテイングが形成された光ファ
イバを接続して１本の分散補償済みの光ファイバとし
て、これを用いて分散補償済みの光ケーブルを製造する
ことが可能となる。

【００１２】この結果、透過型光ファイバグレーテイン
グを使用することにより分散補償光ケーブルの信頼性向
上、布設期間の短縮、低コスト化が可能となる。また、
モジュール化が不要となるのでこれに伴う部材が不要と
なり、またモジュールの設置のための特別なスペースを
確保する必要もなくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１至図４に基づいて本発
明の実施の形態を説明する。なお、同じ部位には同じ番
号を付して重複する説明を省略する。

【００１４】（透過型光ファイバグレーテイングの構
造）透過型光ファイバグレーテイング１は、図１、図２
（ｃ）に例示するように、伝送用光ファイバのコア層１
ａ中に一定周期の屈折率の高低からなる格子１ｃが形成
された構造を有する。構造の点からみれば概ね反射型の
いわゆるアンチャープド光ファイバグレーテイングと同
じ構造を有する。

【００１５】しかし、透過型光ファイバグレーテイング
１は、反射型の光ファイバグレーテイングが反射光を利
用するのに対し、反射波長帯に隣接する波長帯の透過光
の波長分散特性を利用する点で本質的に異なるものであ
る。なお、本発明の実施の形態では、透過型光ファイバ
グレーテイング１に起因する信号光パルスの波形の振動
又は崩れを回避するために、図２（ｃ）に例示するよう
に、外径が漸次細くなり再び元の径まで太くなる部分
（以下、「テーパ部」と言う。）を有する。

【００１６】（透過型光ファイバグレーテイングの製造
方法）まず、図２（ａ）に例示するように、紫外線と反
応して屈折率が増加するドーパント、例えば酸化ゲルマ
ニウム（ＧｅＯ２）、を含む高屈折率の石英ガラスから
からなる中心部のコア層と、その外周部の低屈折率の石
英ガラスからなるクラッド層から構成される、伝送用光
ファイバと同じ径方向サイズの光ファイバを公知の光フ
ァイバの製造方法により紡糸する。

【００１７】この光ファイバを加熱延伸して図２（ｂ）
に示すようなテーパ部を形成する。この光ファイバのテ
ーパ部に対し、ホログラフィーにより紫外線からなる、
製作すべき透過型光ファイバグレーテイングの格子間隔
と同一周期の干渉縞を形成して、これを照射する。これ
により、コア層１ａ中に混入した屈折率を高めるドーパ
ントに紫外線が作用して干渉縞の紫外線強度の高い部分
に対応する部分の屈折率が高くなり、干渉縞の周期と同
じ間隔の図２（ｃ）に例示する屈折率の高低からなる格
子１ｃが形成される。

【００１８】ブラッグ反射の場合、一般に、平均屈折率
をｎ、格子間隔をｄ、信号光の進行方向と反射面とのな
す角度をθ、真空中の信号光の波長をλとすると次式が
成立する。 ２ｎｄｓｉｎθ＝λ （１） 本式は、光ファイバグレーテイングの場合θ＝π／２と
なるので次式が成立する。 ２ｎｄ＝λ （２） 光ファイバグレーテイングの格子間隔を光学距離でｎｄ
とすれば（２）式を満たす波長λの光が選択的に反射さ
れる。

【００１９】本発明は、前述のようにこの波長λを含む
波長帯の両側に存在する波長帯の透過光の波長分散特性
を利用して伝送用光ケーブルの波長分散を補償するもの
である。本発明では、このような使用をする光ファイバ
グレーテイングを透過型光ファイバグレーテイングとい
う。

【００２０】（透過型光ファイバグレーテイング波長分
散特性）前記先行技術文献に記載の、格子間隔ｎｄが１
５４４ｎｍ／２、格子の全長が１１ｃｍの場合の透過型
光ファイバグレーテイングの理論的反射透過特性を図４
に示す。図４中の実線は、入射光が前記の全長１１ｃｍ
の透過型光ファイバグレーテイングを通過する際の遅れ
時間のスペクトルを、点線は透過率のスペクトルをそれ
ぞれ表示する。

【００２１】この場合において、図４の左側の縦軸は、
１１ｃｍの透過型光ファイバグレーテイングの透過光の
群速度の遅れ時間をｐｓ／１１ｃｍ（ピコ秒／１１ｃｍ
長の透過型光ファイバグレーテイング）単位で表示し、
右側の縦軸は透過率を表示する。図４の横軸は入射光の
波長をｎｍ（ナノメータ）単位で表示する。

【００２２】図４の横軸の中央部に位置する中心波長１
５４４ｎｍは前記（１）、（２）式のλに相当しこの中
心波長を含む波長帯の透過率がゼロとなっているのは格
子１ｃにより反射されたことによる。

【００２３】透過型光ファイバグレーテイング１を通過
することにより、群速度の遅れが生ずるのは、格子１ｃ
による偶数回の反射により実効的な走行距離が増加した
ことによると考えられる。図４の右側の実線の波長帯で
は、波長が長くなるに従い遅れ時間が減少しているの
で、負の波長分散を補償する透過型光ファイバグレーテ
イング１として利用することができる。

【００２４】因みにこの実線からなる遅れ時間曲線を微
分することにより、ｐｓ／ｎｍ単位の波長分散曲線に変
換する事ができる。即ち、１個の透過型光ファイバグレ
ーテイング当たりにｐｓ／ｎｍ単位（以下、例えば１０
ｃｍの長さの透過型光ファイバグレーテイングの波長分
散の単位をｐｓ／ｎｍ／１０ｃｍのように現す。）の波
長分散特性を得る事ができる。図４の左側の実線の波長
帯では、波長が長くなるに従い遅れ時間が増加している
ので、正の波長分散を補償する透過型光ファイバグレー
テイング１として利用することができる。

【００２５】具体的には、図４の横軸の中央に位置する
１５４４ｎｍを（２）式のλに代入して得られる、格子
間隔ｎｄの値が１５４４ｎｍ／２の透過型光ファイバグ
レーテイングを製作すれば図４に例示する反射透過特性
が得られる。

【００２６】この場合、透過型光ファイバグレーテイン
グ１の格子１ｃを形成した部分の全長が長くなれば透過
率は低下し、遅れ時間の波長依存性は高くなり、短くな
れば透過率は向上し遅れ時間の波長依存性は低くなるの
で、この透過型光ファイバグレーテイング１を使用する
分散補償光ケーブルを製造する際にはこのトレードオフ
を考慮する必要がある。

【００２７】透過型光ファイバグレーテイング１は、前
記のように単位長さ当たりの分散補償特性が極めて大き
いことが特徴で、格子１ｃの全長が１０ｃｍ程度で、現
行技術水準における１００ｋｍ程度の伝送用光ケーブル
の波長分散補償が可能となる。

【００２８】従って、予め種々の条件で多数の透過型光
ファイバグレーテイング１を製作して、図４に例示する
反射透過特性を測定し、また、この特性の内の図４中で
実線で表示されている遅れ時間曲線を、微分して得られ
る波長分散特性を求めておけば、分散補償光ケーブルを
製造する際に、伝送用光ファイバ２の個々の分散補償要
求に応じてこの透過型光ファイバグレーテイング１の内
から所望の分散補償特性を有するものを選択して光ケー
ブルの製造に供することができる。

【００２９】（透過型光ファイバグレーテイングの製作
と伝送用光ファイバとの接続）図１に例示するように、
伝送用光ファイバ２とこの光ファイバの分散補償要求を
満たしうる透過型光ファイバグレーテイング１を接続す
ることにより分散補償光ファイバ３が形成される。尚、
図１において、透過型光ファイバグレーテイング１とそ
の両端の伝送用光ファイバ２の各端面がわずかな隙間を
有して対向するように表示されているが、これは光学的
に接続された状態を示すもので、実際には後述のように
融着接続叉はメカニカルスプライスなどにより接続され
ている。

【００３０】透過型光ファイバグレーテイング１を、波
長λを１５４３ｎｍから１５４５ｎｍ及び格子部分の長
さを１０ｃｍから１５ｃｍの各範囲に亙り種々変えたも
のを多岐に亙り前記の方法により製作し、図４に例示す
るような反射透過特性を測定し及びその遅れ時間曲線か
ら波長分散特性を決定した。

【００３１】次に、波長λが１５４４．２８ｎｍで、波
長分散特性が＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ の伝送用光ファ
イバケーブルを６０ｋｍ製造した。この場合補償すべき
累積波長分散量は＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ×６０ｋｍ、
即ち＋１０２０ｐｓ／ｎｍである。

【００３２】この累積波長分散を補償するために、前記
のように、既に製作し波長分散特性を決定してある多数
の透過型光ファイバグレーテイング１の内から、この累
積波長分散量を適切に補償し得るものとして、格子部分
の全長が１０ｃｍで、前記遅れ時間曲線を微分して得
た、図３に示す負の波長分散特性を有するものを選択し
た。即ち、この図の横軸の前記波長１５４４．２８ｎｍ
に対応する波長分散は−１０００ｐｓ／ｎｍ／１０ｃｍ
であり、ほぼ完全に前記累積波長分散＋１０２０ｐｓ／
ｎｍを補償することができる。

【００３３】尚、透過型光ファイバグレーテイング１
は、伝送用光ファイバ２との接続作業に余長が必要なこ
とから、全長５ｍ程度の光ファイバ１の中央部分に形成
するのが好適である。透過型光ファイバグレーテイング
１と伝送用光ファイバ２との接続法としては、これら各
端部を加熱溶融して一体化する融着接続法が、接続部の
体積が小さくケーブル製造時の取扱いが容易である点で
好適である。但し、融着接続に限定されるものではな
く、透過型光ファイバグレーテイング１と伝送用光ファ
イバ２の各端面を機械的に突き合わせて光学的接合を図
るメカニカルスプライスを使用する方法等であってもよ
い。

【００３４】分散補償光ファイバを製造した後は、周知
の光ケーブル製造技術を用いて分散補償光ケーブルを製
造することができる。なお、分散補償光ケーブルの布設
時の端末処理などの際に端部の一部が切断除去されるこ
とを考慮すると、透過型光ファイバグレーテイング１を
含む光ケーブル部分は光ケーブルの端部から少なくとも
２ｍ以上内側に位置することを要し、特に端部から１０
０ｍ以上内側の離れた位置にあるのが好適である。

【００３５】尚、前記発明の実施の形態では、波長分散
が正の場合の補償について説明したが、波長分散が負の
場合の補償も可能である。例えば、使用波長１５４４．
１９ｎｍで、その波長分散特性が−２．０ｐｓ／ｎｍ／
ｋｍの伝送用光ファイバケーブルを５００ｋｍ布設する
場合、５０ｋｍ単位の１０枠から構成され、必要な累積
波長分散補償量は＋１０００ｐｓ／ｎｍである。

【００３６】しかしながらこの場合、使用波長１５４
４．１９ｎｍは、図４の例で言えば、左側の正の波長分
散特性を有する波長帯に存在せずこれよりも長波長側に
あるので、この波長帯を長波長側に移動させ前記１５４
４．１９ｎｍで正の波長分散特性が得られる透過型光フ
ァイバグレーテイングを得る必要がある。

【００３７】具体的には、図４の例で考えれば、左側の
正の波長分散の波長帯よりも０．２ｎｍ〜０．５ｎｍ程
度だけ長波長側に中心波長１５４４ｎｍが位置している
ことから類推して、使用波長１５４４．１９ｎｍから
０．２ｎｍ〜０．５ｎｍ程度長波長側に移動した波長λ
を反射波長帯とする透過型光ファイバグレーテイング１
を製作すれば、前記必要性を満たすことができる。換言
すれば、前記の既に製作し波長分散特性を決定してある
透過型光ファイバグレーテイング１で格子間隔ｎｄが
（１５４４．１９ｎｍ＋０．２ｎｍ〜０．５ｎｍ）／２
程度のものの内より、所望のものを得ることができる。

【００３８】また、前記発明の実施の形態では、ホログ
ラフィーを使用して透過型光ファイバグレーテイング１
の格子１ｃを形成したがこれに限定されるものではな
く、格子間隔ｎｄに対応するピッチｄの開口の並列を有
するマスクで遮蔽した状態で紫外線を、図２（ｂ）に例
示する光ファイバに照射する方法であってもよい。

【００３９】また、前記発明の実施の形態では、透過型
光ファイバグレーテイング１として、信号光パルスの波
形の振動又は崩れを回避することを目的としてテーパ部
を有するものを採用したが、これに限定されるものでは
なく、格子１ｃの平均屈折率が長手方向に変化するいわ
ゆるアポダイズした格子１ｃを有するものであってもよ
い。

【００４０】また、前記発明の実施の形態では、透過型
光ファイバグレーテイング１の格子１ｃを形成した短尺
の光ファイバ１と、長尺の伝送用光ファイバ２とを接続
して製作した分散補償光ファイバからなる分散補償光ケ
ーブルについて説明したが、これに限定されるものでは
なく、長尺の伝送用光ファイバ中に透過型光ファイバグ
レーテイング１の格子１ｃを形成することにより接続部
を有しない分散補償光ファイバを製作し、これを使用し
て分散補償光ケーブルを製造することも可能である。

【００４１】また、前記発明の実施の形態では、本発明
に係る光ケーブルの用途については特に言及していない
が海底用及び陸上用などのいづれにも使用することがで
き、用途が限定されるものではない。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、透過光の波長分散特性を利用
する透過型光ファイバグレーテイングを使用するので伝
送用光ファイバとの接続部に分岐部を形成する必要がな
く、かつ１０ｃｍ程度の短い長さで極めて大きな分散補
償効果が得られるので、伝送用光ファイバに透過型光フ
ァイバグレーテイングを直列に接続して分散補償済みの
光ファイバとして、これを用いて分散補償光ケーブルの
製造が可能となる。

【００４３】この結果、分散補償光ケーブルの補償精度
の向上、布設期間の短縮、低コスト化が可能となる。ま
た、モジュール化が不要となるのでこれに伴う部材が不
要となり、またモジュールの設置のための特別なスペー
スを確保する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分散補償光ファイバの概念を示す縦断
面図ある。

【図２】本発明の透過型光ファイバグレーテイングの製
造方法及び構造を示す縦断面図である。図２（ａ）は格
子を形成する前の光ファイバを、同図（ｂ）はテーパ部
を形成した光ファイバを、同図（ｃ）は完成した状態の
透過型光ファイバグレーテイングの構造をそれぞれ示
す。

【図３】本発明の透過型光ファイバグレーテイングの波
長分散特性を例示する図である。

【図４】透過型光ファイバグレーテイングの反射透過特
性を例示する図である。

【図５】従来の反射型のチャープド光ファイバグレーテ
イングによる分散補償方法を例示する図である。

【図６】従来の光ケーブルの分散補償方法を例示する図
である。図６（ａ）は伝送用光ケーブルに対し分散補償
モジュールを含む中継器を接続した状態を、同図（ｂ）
は伝送用光ケーブルに対し分散補償光ケーブルを接続し
た状態をそれぞれ現す。

【符号の説明】

１：透過型光ファイバグレーテイング １ａ：コア層 １ｂ：クラッド層 １ｃ：屈折率格子 ２：伝送用光ファイバ ３：分散補償光ファイバ １０：分散補償光ケーブル １０ａ：チャープド反射光ファイバグレーテイングモジ
ュール ２０：伝送用光ケーブル ２１：３端子サーキュレータ ２２：チャープド反射光ファイバグレーテイング ２４：損失等化器 ３０：接続器 ４０：中継器

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H050 AB04Y AB05X AC03 AC82 AC83 AC84 AD00 5K002 AA06 BA02 BA21 BA33 CA01 FA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部から２ｍ以上内側に透過型光ファイ
   バグレーテイングが形成された伝送用光ファイバからな
   り、かつその伝送用光ファイバの伝送路を伝搬する所定
   の波長の信号光が前記透過型光ファイバグレーテイング
   を透過することにより前記伝送路の波長分散を補償する
   ことを特徴とする分散補償光ケーブル。
2. 【請求項２】 前記伝送用光ファイバが、前記透過型光
   ファイバグレーテイングが形成された短尺の光ファイバ
   と、長尺の伝送用光ファイバとが直列に接続されて形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の分散補償
   光ケーブル。