JP2002267868A

JP2002267868A - 光ファイバ

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Publication number: JP2002267868A
Application number: JP2001070636A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Terada; 淳寺田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-18
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP3725435B2

Abstract

(57)【要約】【課題】使用波長域におけるモードフィールド径の拡
大と波長分散勾配低減を両立できる光ファイバを提供す
る。【解決手段】センタコア１の外周側を第１サイドコア
２で覆い、該第１サイドコア２の外周側を第２サイドコ
ア３で覆い、該第２サイドコア３の外周側をクラッド５
で覆い、センタコア１の最大屈折率をｎ１、第１サイド
コア２の最小屈折率をｎ２、第２サイドコア３の最大屈
折率をｎ３、クラッド５の屈折率をｎｃとしたとき、ｎ
１>ｎ３>ｎｃ>ｎ２として、センタコア１の最大屈折
率、第１サイドコア２の最小屈折率、第２サイドコア３
の最大屈折率のクラッド５に対するそれぞれの比屈折率
差Δ１、Δ２、Δ３の関係をΔ１>Δ３>Δ２とする。セ
ンタコア１のクラッド５に対する屈折率の積分値を１
５．０〜１７．０とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば波長１．５
μｍ帯において波長分割多重光伝送を行なうときに用い
る光ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報化社会の発展により、例えばインタ
ーネット等の普及による通信回線需要が増大している。
それに伴い、光通信における通信容量の拡大のために、
異なる波長を持つ光信号を１本の光ファイバで伝送する
波長分割多重光伝送方式による通信の開発が行われてお
り、この波長分割多重光伝送方式に適した光ファイバの
開発が重要となっている。

【０００３】なお、現状では、ＥＤＦ（エルビウム添加
光ファイバ）を有するＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファ
イバ型アンプ）を用いて波長分割多重伝送を行うことが
検討されている。ＥＤＦＡの利得帯域は波長１．５μｍ
帯（波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍ）の波長であり、
ＥＤＦＡを適用した波長分割多重伝送は、この波長を用
いて波長分割多重伝送が行われる。

【０００４】上記波長分割多重伝送用の光ファイバに
は、ＥＤＦＡによって増幅された高出力の光を入射して
も非線形現象による信号光ひずみが生じにいことが要求
される。そのためには、光ファイバのモードフィールド
径を大きくすることが必要となる。また、波長分割多重
伝送用の光ファイバは、多波長の光を伝送するために、
波長分散勾配が小さい光ファイバが要求される。

【０００５】なお、モードフィールド径と波長分散勾配
の最適値は伝送システムによって異なるが、近年では、
一般に、波長１５５０ｎｍにおける２０ｍｍφでの曲げ
損失が４ｄＢ／ｍ以下、同波長におけるモードフィール
ド径が８μｍ以上、同波長における分散勾配が０．０５
ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ程度であることが要求されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記モ
ードフィールド径の増大と波長分散勾配の低減は相反す
ることであり、屈折率プロファイルの一部を調整して、
曲げ損失を維持しつつ、モードフィールド径を大きくし
ようとすると、波長分散勾配は増大する。また、波長分
散勾配を小さくしようとすると、モードフィールド径も
小さくなってしまい、特性が安定した光ファイバを得る
ことができなかった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、例えば使用波長域におい
て、モードフィールド径の拡大と使用波長域における波
長分散勾配の低減とを両立することができ、しかも、ケ
ーブル化したときの曲げ損失も小さくできる特性が安定
した光ファイバを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、第１の発明は、センタ
コアの外周側を第１サイドコアで覆い、該第１サイドコ
アの外周側を第２サイドコアで覆い、該第２サイドコア
の外周側をクラッドで覆って形成される光ファイバであ
って、前記センタコアの最大屈折率の前記クラッドに対
する比屈折率差をΔ１としたとき０<Δ１と成し、前記
第１サイドコアの最小屈折率の前記クラッドに対する比
屈折率差をΔ２、前記第２サイドコアの最大屈折率の前
記クラッドに対する比屈折率差をΔ３としたとき、Δ１
>Δ３>Δ２の関係を持ち、前記センタコアの前記クラッ
ドに対する比屈折率差を積分した値が１５．０〜１７．
０である構成をもって課題を解決する手段としている。

【０００９】また、第２の発明は、上記第１の発明の構
成に加え、前記波長１５５０ｎｍにおける２０ｍｍφで
の曲げ損失を４ｄＢ／ｍ以下、同波長におけるモードフ
ィールド径を８μｍ以上、同波長における分散勾配を
０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ以下とした構成をもって課
題を解決する手段としている。

【００１０】なお、本明細書において、センタコアの最
大屈折率をｎ１、前記第１サイドコアの最小屈折率をｎ
２、前記第２サイドコアの最大屈折率をｎ３、前記クラ
ッドの屈折率をｎｃとして、上記各比屈折率差Δ１、Δ
２、Δ３を、以下の式（１）〜（３）により定義してい
る。

【００１１】 Δ１＝｛（ｎ１^２−ｎｃ^２）／２ｎｃ^２｝×１００・・・・・（１）

【００１２】 Δ２＝｛（ｎ２^２−ｎｃ^２）／２ｎｃ^２｝×１００・・・・・（２）

【００１３】 Δ３＝｛（ｎ３^２−ｎｃ^２）／２ｎｃ^２｝×１００・・・・・（３）

【００１４】上記構成の本発明の光ファイバは、比屈折
率差Δ１、Δ２、Δ３の関係を、Δ１>Δ３>Δ２として
おり、例えば図１に示す屈折率プロファイルを有してい
る。なお、同図において、符号１はセンタコア、符号２
は第１サイドコア、符号３は第３サイドコア、５はクラ
ッドをそれぞれ示す。

【００１５】本発明者は、図１に示すような屈折率プロ
ファイルを有する光ファイバにおいて、各比屈折率差Δ
１、Δ２、Δ３および、各コア径の値を適切にすること
により、本発明の目的とする特性、すなわち、曲げ損失
を小さく維持しながら、モードフィールド径の拡大と使
用波長域における波長分散勾配の低減とを両立できるこ
とを見いだした。

【００１６】ただし、図１に示す屈折率プロファイルに
ついて、より詳細に検討すると、センタコア１の屈折率
プロファイル形状によって特性が大きく異なり、センタ
コア１の屈折率プロファイル形状が、例えば図２の
（ａ）に示すように、三角形に近い場合は波長分散勾配
が大きくなる傾向があり、同図の（ｂ）に示すように、
矩形に近い場合はモードフィールド径が小さくなる傾向
があることが分かった。

【００１７】そして、センタコア１の屈折率プロファイ
ル形状が三角形に近い場合は、前記比屈折率差Δ１を大
きくすることにより波長分散勾配を小さくでき（適正値
にでき）、矩形に近い場合は比屈折率差Δ１を小さくす
ることによりモードフィールド径を大きくできる（適正
値にできる）が分かった。

【００１８】つまり、センタコア１の屈折率プロファイ
ル形状が矩形に近く、かつ、比屈折率差Δ１が大きい
と、センタコア１内に光のパワーが集中し、その結果モ
ードフィールド径が小さくなるので、比屈折率差Δ１を
小さくすることにより光のパワーの集中を抑制し、モー
ドフィールド径を大きくできる。

【００１９】また、センタコア１の屈折率プロファイル
形状が三角形に近づくと、センタコア１の外に光パワー
が漏れる量が多くなる。このため、第２サイドコア３側
に光パワーが引っ張られ、モードフィールド径が大きく
なるが、その分、波長分散勾配や曲げ損失が大きくな
る。

【００２０】そこで、センタコア１の屈折率プロファイ
ル形状が三角形に近い場合は、比屈折率差Δ１を大きく
してセンタコア１の外側に漏れる光を少なくすること
で、曲げ損失を維持しつつ、モードフィールド径も適正
値より小さくならないようにすることができる。

【００２１】また、屈折率プロファイルは、比屈折率差
を「高さ」に見立てて立体の断面と見ることができるの
で、本発明者は、センタコアの屈折率体積分布、すなわ
ち、センタコアのクラッドに対する比屈折率差をセンタ
コアの全面積で積分した積分値を適切な値にすることに
よって、モードフィールド径と波長分散勾配の両方を、
伝送システム側から要求される値にできると考えた。そ
して、様々な検討を行ったところ、センタコアのクラッ
ドに対する比屈折率差を積分した値（センタコアの屈折
率体積値）の適切な値は、１５．０〜１７．０であるこ
とが分かった。

【００２２】本発明は、上記検討に基づいて成されたも
のであり、センタコアのクラッドに対する比屈折率差を
センタコアの全面積において積分した値を、１５．０〜
１７．０としているので、曲げ損失を小さくしながらモ
ードフィールド径と波長分散勾配の両方を、伝送システ
ム側から要求されている値にすることが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本発明に係る光ファイ
バの第１実施形態例の屈折率プロファイル（屈折率分布
構造）が示されている。

【００２４】同図に示すように、本実施形態例の光ファ
イバは、センタコア１の外周側を第１サイドコア２で覆
い、該第１サイドコア２の外周側を第２サイドコア３で
覆い、該第２サイドコア３の外周側をクラッド５で覆っ
て形成されている。また、前記センタコア１の最大屈折
率をｎ１、前記第１サイドコア２の最小屈折率をｎ２、
前記第２サイドコア３の最大屈折率をｎ３、前記クラッ
ド５の屈折率をｎｃとしたとき、ｎ１>ｎ３>ｎｃ>ｎ２
と成している。

【００２５】そして、本実施形態例は、センタコア１の
最大屈折率ｎ１のクラッド５に対する比屈折率差をΔ１
としたとき０<Δ１と成し、前記第１サイドコア２の最
小屈折率ｎ２のクラッド５に対する比屈折率差をΔ２、
前記第２サイドコア３の最大屈折率ｎ３のクラッド５に
対する比屈折率差をΔ３としたとき、Δ１>Δ３>Δ２の
関係を有している。

【００２６】本実施形態例の特徴的な構成は、センタコ
ア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１
５．０〜１７．０としたことである。なお、本実施形態
例において、センタコア１の屈折率プロファイルはα乗
プロファイルである（屈折率形状が、コアの中心部を中
心としたｙ＝−ｘ^αの曲線形状を呈している）。そこ
で、コア径ｒの位置におけるセンタコア１の比屈折率差
Δ（ｒ）を、式（４）により近似し、センタコア１の全
面積を積分範囲として、センタコア１のクラッド５に対
する比屈折率差の積分値を求めた。

【００２７】なお、図１のようなΔ１>Δ３>０>Δ２の
構造では、中心部のΔ>０の領域をセンタコアと定義
し、それ以外の構造では屈折率プロファイルの変曲点、
つまり、中心部から外側に向かってプロファイルをたど
ったときに、上に凸から下に凸になる点の内側をセンタ
コア領域と定義する。

【００２８】 Δ（ｒ）＝Δ１×｛１−（ｒ／ａ）^α｝・・・・・（４）

【００２９】また、本実施形態例の光ファイバは、セン
タコア１の最大屈折率のクラッド５に対する比屈折率差
Δ１を０．４％以上０．７％以下（０．４％≦Δ１≦
０．７％）とし、前記第１サイドコア２の最小屈折率の
クラッド５に対する比屈折率差Δ２を−０．３０％以上
−０．０５％以下（−０．３０％≦Δ２≦−０．０５
％）とし、前記第２サイドコア３の最大屈折率のクラッ
ド５に対する比屈折率差Δ３を０．２％以上としてい
る。

【００３０】なお、本実施形態例において、前記センタ
コア１の最大屈折率のクラッド５に対する比屈折率差Δ
１を０．４２％以上０．６２％以下（０．４２％≦Δ１
≦０．６２％）とし、前記第１サイドコア２の最小屈折
率のクラッド５に対する比屈折率差Δ２を−０．２５％
以上−０．０５％以下（−０．２５％≦Δ２≦−０．０
５％）とすることが望ましい。

【００３１】また、本実施形態例において、センタコア
１の直径ａ１と第１サイドコア２の直径ａ２との比（ａ
１／ａ２）は０．４以上０．７以下、第２サイドコア３
の直径ａ３と第１サイドコア２の直径ａ２との比（ａ３
／ａ２）は１．６以下と成している。なお、第２サイド
コア３の直径ａ３と第１サイドコア２の直径ａ２との比
（ａ３／ａ２）は１．５以下であることが望ましい。

【００３２】また、本実施形態例の光ファイバにおい
て、光ファイバを形成する組成等は特に限定されるもの
ではないが、例えば、上記屈折率プロファイルを有する
光ファイバとするために、センタコア１と第２サイドコ
ア３にはＧｅＯ_２をドープし、第１サイドコア２にはＦ
をドープしている。なお、第２サイドコア３にドープさ
れる添加物は、ＧｅＯ_２に限らず、ＳｉＯ_２の屈折率を
上昇させる添加物、例えばＡｌ_２Ｏ_３などであってもよ
い。

【００３３】前記センタコア１にドープされているＧｅ
Ｏ_２の光ファイバ径方向の濃度分布は、センタコア１の
中心部に極大部を有しており、また、第２サイドコア３
にドープされているＧｅＯ_２の光ファイバ径方向の濃度
分布も第２サイドコア３の径方向中心部に極大部を有し
ている。なお、センタコア１の中心部以外にＧｅＯ_２の
光ファイバ径方向の濃度分布の極大部を有していてもよ
い。

【００３４】本実施形態例は、各比屈折率差Δ１、Δ
２、Δ３および、センタコア１と第１サイドコア２と第
２サイドコア３のコア径の比を上記のように特定し、さ
らに、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を
積分した値を１５．０〜１７．０とすることにより、使
用波長域としての波長１．５５μｍ帯におけるモードフ
ィールド径の拡大と使用波長域における波長分散勾配の
低減とを両立できるようにした。

【００３５】また、本実施形態例の光ファイバは、使用
波長域において、曲げによる損失が小さく、ケーブル化
した際に良好な特性を得ることができるものである。

【００３６】本実施形態例の光ファイバは、具体的に
は、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径を８
μｍ^２以上とし、かつ、波長１５３０ｎｍ〜波長１５６
０ｎｍにおける分散勾配を０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ
以下としており、さらに、同波長帯における分散の絶対
値（単位ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ）を２以上１２以下として使
用波長帯において零分散にならないようにしている。

【００３７】なお、本発明者は、本発明の構成を決定す
るにあたり、様々な屈折率プロファイルの光ファイバを
試作又はシミュレーションし、その特性を求めた。その
結果、前記比屈折率差Δ１が０．４％未満の場合、実効
コア断面積の拡大および波長分散の低勾配化は実現でき
るものの、光ファイバの曲げ損失が大きくなる傾向にあ
り、ケーブル化したときに良好な特性を維持することが
困難であることが分かった。

【００３８】一方、比屈折率差Δ１が０．７％を越える
と、波長分散勾配が大きくなり、波長分散偏差が前記階
段型屈折率プロファイルの光ファイバよりも大きくなっ
たり、実効コア断面積が階段型屈折率プロファイルの光
ファイバ程度になってしまうことが分かった。そこで、
前記の如く、比屈折率差Δ１を０．４％以上０．７％以
下とした。

【００３９】また、比屈折率差Δ１は、上記範囲内で適
宜設定されるものであるが、本実施形態例では、センタ
コア１の屈折率プロファイルがα乗プロファイルである
ので、表１に示すように、α、比屈折率差Δ１、センタ
コア１のコア径ａを変えてセンタコア１のクラッド５に
対する比屈折率差を積分した値を様々に変え、モードフ
ィールド径と波長分散勾配を検討した。

【００４０】

【表１】

【００４１】なお、表１において、体積はセンタコア１
のクラッド５に対する比屈折率差をセンタコア１の全面
積で積分した値を示しており、ＭＦＤは波長１５５０ｎ
ｍにおけるモードフィールド径、分散勾配は波長１５５
０ｎｍにおける波長分散勾配、曲げ損失は波長１５５０
ｎｍにおける２０ｍｍφでの値をそれぞれ示している。
また、合否は、波長分割多重伝送システム側からの要求
を満たす場合を○で表し、要求を満たさない場合を×で
表した。

【００４２】そして、表１に示すように、上記センタコ
ア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１
５．０〜１７．０とすることにより、モードフィールド
径と波長分散勾配の両方を、伝送システム側から要求さ
れている値にできることが分かったので、本実施形態例
では、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を
積分した値を１５．０〜１７．０とすることにした。

【００４３】なお、上記センタコア１のクラッド５に対
する比屈折率差を積分した値を１５．５〜１６．５とす
ることが特に好ましい。

【００４４】また、比屈折率差Δ２を−０．３０％未満
とすると、波長分散勾配が小さくなるものの、実効コア
断面積も小さくなってしまい、比屈折率差Δ２を−０．
０５％より大きくすると、実効コア断面積が大きくなる
ものの、波長分散勾配が従来の階段型屈折率プロファイ
ル光ファイバと同程度に大きくなってしまうので、本実
施形態例では、前記の如く、比屈折率差Δ２を、−０．
３０％≦Δ２≦−０．０５％とした。

【００４５】さらに、上記屈折率プロファイルの光ファ
イバにおいて、センタコア１の直径ａ１と第１サイドコ
ア２の直径ａ２との比（ａ１／ａ２）が小さくなるに従
い、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長域で低い曲
げ損失を得難くなる傾向があり、また、実効遮断波長が
長波長化して光ファイバをシングルモード動作させるこ
とが難しくなる傾向がある。そして、前記比（ａ１／ａ
２）が０．４未満のときには、波長１４５０ｎｍ〜１６
５０ｎｍの波長域における曲げ損失の増大が顕著にな
り、ケーブルに適さない。

【００４６】一方、前記比（ａ１／ａ２）が０．７より
大きくなると、波長分散を低分散の値とすることが困難
となり、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長域にお
ける波長分割多重光伝送に適さなくなる。そこで、本実
施形態例では、前記の如く、前記比（ａ１／ａ２）を
０．４以上０．７以下とした。

【００４７】また、第２サイドコア３の径が大きくな
り、第２サイドコア３の直径ａ３と第１サイドコア２の
直径ａ２との比（ａ３／ａ２）が１．６を越えると、実
効遮断波長が長波長化してしまいシングルモード動作し
なくなってしまうことから、本実施形態例では、前記比
（ａ３／ａ２）は１．６以下とした。

【００４８】本実施形態例は、上記検討に基づいて、各
比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３および、センタコア１と第
１サイドコア２と第２サイドコア３のコア径の比を上記
のように特定し、さらに、センタコア１のクラッド５に
対する比屈折率差を積分した値を１５．０〜１７．０と
したものであるから、モードフィールド径の拡大と使用
波長域における波長分散勾配の低減とを両立して、非線
形現象による信号光歪みと分散による信号光歪みを共に
抑制し、さらに、使用波長帯において、曲げによる損失
が小さく、ケーブル化した際に良好な特性を得ることが
できる。

【００４９】なお、図３、図４には、それぞれ、センタ
コア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を
体積として横軸に取り、この体積値を変化させたときの
モードフィールド径と分散波長勾配の値が示されてい
る。これらの図は、センタコア１のプロファイルの係数
αを４とし、曲げ損失を４ｄＢ／ｍとして求めたもので
ある。

【００５０】これらの図および表１により、センタコア
１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１
５．０〜１７．０とすることにより、本実施形態例の光
ファイバは、モードフィールド径の拡大と使用波長域に
おける波長分散勾配の低減とを両立して、非線形現象に
よる信号光歪みと分散による信号光歪みを共に抑制し、
さらに、使用波長帯において、曲げによる損失が小さ
く、ケーブル化した際に良好な特性を得ることができる
ことを確認できた。

【００５１】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、
上記実施形態例では、１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍの波
長域において零分散を有さない構成としたが、波長１４
５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長域に含まれる使用波長域
に零分散を有さない構成とすると、使用波長域において
波長分割多重伝送を行なったときの４光波混合の発生を
抑制できるために、より広帯域の波長分割多重伝送に適
した光ファイバとすることができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の光ファイバによれば、各比屈折
率差Δ１、Δ２、Δ３の大小関係を決定し、かつ、セン
タコアのクラッドに対する比屈折率差を積分した値を１
５．０〜１７．０とすることにより、使用波長域におけ
るモードフィールド径の拡大と使用波長域における波長
分散勾配の低減とを両立することができ、しかも、ケー
ブル化したときの曲げや側圧による損失増加を低減する
ことができる。

【００５３】また、本発明において、波長１５５０ｎｍ
における２０ｍｍφでの曲げ損失を４ｄＢ／ｍ以下、同
波長におけるモードフィールド径を８μｍ以上、同波長
における分散勾配を０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ以下と
した構成によれば、現在、波長分割多重伝送用に主に用
いられているＥＤＦＡの利得の中心波長における各特性
を伝送システム側から要求されている値にすることによ
り、現状の波長分割多重伝送における高品質の信号光伝
送を可能にする、優れた光ファイバとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ファイバの一実施形態例の光フ
ァイバ径方向に対する屈折率分布（横断面上の屈折率分
布）を示す要部構成図である。

【図２】センタコアの光ファイバ径方向に対する屈折率
分布（横断面上の屈折率分布）形態例を示す説明図であ
る。

【図３】本発明に係る光ファイバの一実施形態例におけ
るセンタコアの比屈折率差の積分値とモードフィールド
径との関係を示すグラフである。

【図４】本発明に係る光ファイバの一実施形態例におけ
るセンタコアの比屈折率差の積分値と波長分散勾配との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１センタコア２第１サイドコア３第２サイドコア５クラッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センタコアの外周側を第１サイドコアで
覆い、該第１サイドコアの外周側を第２サイドコアで覆
い、該第２サイドコアの外周側をクラッドで覆って形成
される光ファイバであって、前記センタコアの最大屈折
率の前記クラッドに対する比屈折率差をΔ１としたとき
０<Δ１と成し、前記第１サイドコアの最小屈折率の前
記クラッドに対する比屈折率差をΔ２、前記第２サイド
コアの最大屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差を
Δ３としたとき、Δ１>Δ３>Δ２の関係を持ち、前記セ
ンタコアの前記クラッドに対する比屈折率差を積分した
値が１５．０〜１７．０であることを特徴とする光ファ
イバ。
【請求項２】波長１５５０ｎｍにおける２０ｍｍφで
の曲げ損失を４ｄＢ／ｍ以下、同波長におけるモードフ
ィールド径を８μｍ以上、同波長における分散勾配を
０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ以下としたことを特徴とす
る請求項１記載の光ファイバ。