JP2002296441A - 光ファイバおよびその光ファイバを用いた光通信システム - Google Patents
光ファイバおよびその光ファイバを用いた光通信システムInfo
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Abstract
送路を形成可能な光ファイバを提供する。 【解決手段】 波長1.5μm帯の少なくとも一部の設
定波長帯において実効コア断面積を40μm2〜60μ
m2とし、波長1.55μmにおける分散値を4〜10
ps/nm/kmとし、波長1.55μm帯における分
散スロープを0.035ps/nm2/km以下の正の
値とし、零分散波長を1.43μm以下とし、長さ2m
でのカットオフ波長を1.5μm以下とし、波長1.5
μm帯における直径20mmでの曲げ損失を5dB/m
以下とする。光ファイバの屈折率プロファイルは、例え
ば最内層の第1ガラス層1の基準層6に対する比屈折率
差Δ1と内側から3層目の第3ガラス層3の屈折率の基
準層6に対する比屈折率差Δ3を正、内側から2層目の
第2ガラス層の基準層6に対する比屈折率差Δ2を負と
する。
Description
μm帯において波長分割多重伝送等の光伝送を行なう際
に用いられる光ファイバおよびその光ファイバを用いた
光通信システムに関するものである。
躍的に増大する傾向にあり、このような情報の増大化に
伴い、波長分割多重伝送(WDM伝送)や時分割多重伝
送(TDM伝送)技術が注目されている。前記波長分割
多重伝送は、複数の波長の光を1本の光ファイバで伝送
する方式であるため、大容量高速通信に適した光伝送方
式であり、現在、この伝送技術の検討が盛んに行なわれ
ている。
ウムドープ光ファイバ型光増幅器(EDFA)の利得帯
域である波長1.55μm帯(例えば1530nm〜1
570nmのように、波長1550nmをほぼ中心とし
た波長帯)で行なうことが検討されている。
重伝送を行う光ファイバの分散波長勾配(分散スロー
プ)が大きいと、波長毎の分散の格差が大きくなってし
まい、大容量高速通信に大きな弊害をもたらす。その逆
に、波長分割多重伝送を行う光ファイバの分散スロープ
を低減できれば、波長毎の分散の格差を抑制することが
可能となる。したがって、分散スロープの低減は、大容
量高速通信には不可欠な課題である。
減は実効コア断面積の縮小を伴い、実効コア断面積の縮
小は、波長分割多重伝送伝送を行った際に信号波長間の
相互作用による非線形現象を促進させてしまう。つま
り、非線形現象による信号の波形歪みφNLは、一般
に、次式(1)により表わせるため、光ファイバの実効
コア断面積が小さいと、非線形現象による信号の波形歪
みが大きくなってしまう。
2は非線形屈折率、Leffは有効光ファイバ長、Pは
信号光強度、λは信号光波長、Aeffは実効コア断面
積をそれぞれ示している。
4では、分散スロープを0.035ps/nm2/km
以下にしながら実効コア断面積を拡大する検討が報告さ
れているが、このような報告例では、カットオフ波長、
曲げ損失特性等、何らかの特性が劣化している。そのた
め、波長分割多重伝送において低分散スロープと実効コ
ア断面積の拡大を同時に実現し、かつ、カットオフ波
長、曲げ損失等の特性も良好な伝送路用の光ファイバを
提供することは困難であるのが現状となっていた。
1 pp139で発表されている伝送路用の光ファイバ
は、カットオフ波長を1000nmとし、実効コア断面
積を55μm2程度に維持したまま分散スロープを低減
しており、バランスのよい特性を有しているが、分散ス
ロープの低減は0.045ps/nm2/km程度にと
どまっている。
送帯域を拡大するために、EDFAの広帯域化の検討だ
けでなく、ラマン増幅器や新希土類ドープ光ファイバ等
による新型光増幅器を波長分割多重伝送用として適用す
る研究が盛んに行われており、実用化の検討も始まって
いる。
は、今後、波長1.5μm帯(例えば1500nm〜1
650nmのような波長帯であり、以下、波長1.5μ
m帯という用語はこの意味で用いる)の広い波長帯域ま
で拡大する方向にある。
みの段階まできている。ラマン増幅とは、光ファイバに
強い光(励起光)を入射した際に起こる誘導ラマン散乱
によって励起光波長から100nm程度長波長側にゲイ
ン(利得)が現れる現象を利用し、このように励起され
た状態の光ファイバに上記利得を有する波長域の信号光
を入射してその信号光を増幅するという光信号の増幅方
法である。
帯の波長分割多重伝送を行なおうとすると、光ファイバ
に1.4μm程度の励起光を入射することになるが、従
来波長分割多重伝送用に検討されていた光ファイバは、
波長1.55μmにおける波長分散が−4ps/nm/
km〜+4ps/nm/km程度であり、かつ、その分
散スロープが0.045ps/nm2/km以上であっ
たために、零分散波長が1.4μmより大きくなって波
長1.4μm程度の励起光と4光波混合等の干渉を起こ
してしまうという問題もあった。
解決しない限り、ラマン増幅器を用いて波長1.5μm
帯の波長分割多重伝送を行うことは困難であった。
の実現に重要なモジュール技術として、分散補償器があ
る。一般的に、分散補償用として適用される光ファイバ
の分散補償能力は、以下の式(2)に示す分散補償率で
表される。
用の光ファイバの分散スロープ、分散スロープ
DSFは、分散を補償される側である伝送路用の光ファ
イバ(ノンゼロ分散シフト光ファイバ;NZ−DSF)
の分散スロープ、分散値DSCFは分散補償用の光ファ
イバの分散値、分散DSFは上記伝送路用の光ファイバ
の分散値をそれぞれ示す。
に近いほど、広い波長帯域での分散を補償できる。つま
り、広い波長帯域で、光線路全体での分散をほぼ零に近
づけることができるものである。言い換えると、分散ス
ロープ補償用の光ファイバのDPS(Dispersi
on Per Slope;分散/分散スロープ)が伝
送路用の光ファイバのDPSに近いほど、分散スロープ
補償用の光ファイバによって伝送路用の光ファイバの分
散と分散スロープを広波長帯域において補償可能である
ことになる。
用の光ファイバはDPSが小さく、伝送路用の光ファイ
バのDPS程度に分散補償用の光ファイバのDPSを小
さくしようとすると、図5に示すように、曲げ損失特性
が大きくなってしまう。なお、同図に示す曲げ損失値
は、波長1.55μmの光を入射したときの直径20m
mφにおける曲げ損失値である。
適用して波長分割多重伝送システムを形成しようとする
と、DPSが小さくて、かつ、曲げ損失特性が小さい分
散補償用の光ファイバを形成することが困難であるとい
った問題が生じた。
れたものであり、その目的は、例えばラマン増幅器を用
いて波長1.5μm帯の波長分割多重伝送を行なっても
励起光との干渉等の問題を引き起こすことが無く、低非
線形性で低分散スロープであり、さらに、曲げ損失特性
が小さい分散補償用の光ファイバを用いて分散補償が可
能な、光ファイバおよびその光ファイバを用いた光通信
システムを提供することにある。
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の発明の光ファイ
バは、波長1.55μmにおける分散値を4ps/nm
/km以上とし、波長1.55μm帯の少なくとも一部
の設定波長帯における分散スロープを0.035ps/
nm2/km以下の正の値とした構成をもって課題を解
決する手段としている。
1の発明の構成に加え、波長1.55μm帯の少なくと
も一部の設定波長帯における分散スロープを0.025
ps/nm2/km以下の正の値とした構成をもって課
題を解決する手段としている。
第1または第2の発明の構成に加え、ゼロ分散波長を
1.43μm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。
第1または第2の発明の構成に加え、ゼロ分散波長を
1.40μm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。
第1乃至第4のいずれか一つの発明の構成に加え、波長
1.55μmにおける分散値を10ps/nm/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。
第1乃至第5のいずれか一つの発明の構成に加え、波長
1.5μm帯の少なくとも一部の設定波長帯において実
効コア断面積を40μm2〜60μm2とした構成をも
って課題を解決する手段としている。
第1乃至第6のいずれか一つの発明の構成に加え、長さ
2mでのカットオフ波長を1.55μm以下とし、波長
1.5μm帯における直径20mmでの曲げ損失を5d
B/m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。
第1乃至第7のいずれか一つの発明の構成に加え、偏波
モード分散を0.07ps/√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。
第1乃至第8のいずれか一つの発明の構成に加え、隣り
合った層同士で組成の異なる多層のガラス層を有し、こ
れらのガラス層のうち屈折率分布の基準となる基準層の
内側に少なくとも3層のガラス層が形成されている光フ
ァイバであって、該光ファイバの最も内側に形成されて
いる第1ガラス層の最大屈折率と光ファイバの内側から
3層目の第3ガラス層の最大屈折率を前記基準層の屈折
率より高くし、前記光ファイバの内側から2層目の第2
ガラス層の最小屈折率を前記基準層の屈折率より低くし
た構成をもって課題を解決する手段としている。
記第9の発明の構成に加え、前記第3ガラス層と基準層
との間に、前記第3ガラス層の外側に設けられた第4ガ
ラス層と、該第4ガラス層の外側に設けられた第5ガラ
ス層とを形成し、前記第4ガラス層の屈折率を前記基準
層と等しくし、前記第5ガラス層の最小屈折率を前記基
準層の屈折率より低くした構成をもって課題を解決する
手段としている。
記第10の発明の構成に加え、前記第4ガラス層の直径
を第1ガラス層の直径の3.5〜6.5倍とし、第5ガ
ラス層の基準層に対する比屈折率差Δ5を−0.6〜−
0.1%とし、第5ガラス層の直径を第1ガラス層の直
径の5.5〜7.0倍、かつ、前記第4ガラス層の直径
の1.02〜2.0倍とした構成をもって課題を解決す
る手段としている。
記第9または第10または第11の発明の構成に加え、
前記第1ガラス層の基準層に対する比屈折率差Δ1を
0.4〜0.7%とし、前記第1ガラス層の屈折率分布
形状をα乗プロファイルとして、定数αを4以上とした
構成をもって課題を解決する手段としている。
記第9乃至第12のいずれか一つの発明の構成に加え、
前記第2ガラス層の基準層に対する比屈折率差Δ2を−
0.6〜−0.1%とし、前記第2ガラス層の直径を第
1ガラス層の直径の1.5〜2.2倍とし、第3ガラス
層の基準層に対する比屈折率差Δ3を0.05〜0.4
%とし、前記第3ガラス層の直径を前記第1ガラス層の
直径の2.2〜3.5倍とした構成をもって課題を解決
する手段としている。
送路の少なくとも一部を上記第1乃至第13のいずれか
一つの発明の光ファイバにより形成した構成をもって課
題を解決する手段としている。
の屈折率最大部の屈折率をn1、第2ガラス層の屈折率
最小部の屈折率をn2、第3ガラス層の屈折率最大部の
屈折率をn3、第4ガラス層の屈折率をn4、第5ガラ
ス層の屈折率最小部の屈折率をn5、基準層の屈折率を
n6としたとき、上記各比屈折率差Δ1、Δ2、Δ3、
Δ4、Δ5を以下の各式(3)〜(7)により定義して
いる。
における分散値を4ps/nm/km以上とし、波長
1.55μm帯の少なくとも一部の設定波長帯における
分散スロープを0.035ps/nm2/km以下の正
の値とすることにより、例えば零分散波長を1.43μ
m以下とすることができる。
1.5μm帯の例えば1530nm〜1570nmでラ
マン増幅を行なおうとしたときに、波長1.4μm程度
の励起光と四光波混合等の干渉を起こすことを抑制する
ことができる。
5μm帯における分散スロープを0.035ps/nm
2/km以下の正の値として前記分散スロープの絶対値
を小さくしているので、波長間の分散の格差も小さくす
ることが可能となり、伝送による信号の劣化を防ぐこと
ができる。さらに、分散スロープが小さくなることで、
ゼロ分散波長が短波長側にシフトするので、前記ラマン
増幅器を適用した波長1.5μm帯における波長分割多
重伝送に適した光ファイバとなる。
55μmにおける分散値を4ps/nm/km以上と
し、波長1.55μm帯の少なくとも一部の設定波長帯
における分散スロープを0.035ps/nm2/km
以下の正の値とすることにより、DPSを大きい値とす
ることができ、曲げ損失の小さな分散補償用の光ファイ
バを用いて、本発明の光ファイバの分散スロープを補償
することが可能となる。
スロープの絶対値が小さいので、例えば従来開発されて
いる分散スロープ補償用の光ファイバ等を本発明の光フ
ァイバに接続することにより、本発明の光ファイバの分
散スロープを容易に補償できる。
長1.55μm帯の少なくとも一部の設定波長帯におけ
る分散スロープを0.025ps/nm2/km以下の
正の値とすることにより、例えば零分散波長を1.4μ
m以下にすることができ、この構成によれば、波長1.
5μm帯においてラマン増幅を行なおうとしたときに、
波長1.5μm帯の広い波長域において、励起光と四光
波混合等の干渉を起こすことを抑制することができるの
で好ましい。
波混合の影響を抑制することを重視する場合は、分散値
を6ps/nm/km以上とすることが望ましい。
長1.55μmにおける分散値を10ps/nm/km
以下とした構成によれば、分散値を10ps/nm/k
mよりも大きくしたときのように、大きな局所分散を有
することはなく、分散による歪みを抑制することが可能
となる。
布定数型のラマン増幅器と集中定数型のラマン増幅器が
あり、波長分割多重伝送に集中定数型のラマン増幅器を
適用した場合、光ファイバ中の非線形現象が無視できな
くなるが、本発明の光ファイバにおいて、波長1.5μ
m帯の少なくとも一部の波長帯において実効コア断面積
を従来の波長分割多重伝送用光ファイバと同等である4
0μm2よりも大きい値とした構成においては、この実
効コア断面積を有する波長帯において波長分割多重伝送
を行なうことにより、非線形現象による信号光歪みも抑
制できる。
ると、光ファイバの入力最大パワーを低く抑えることが
可能であり、確実に光ファイバ中の非線形現象による信
号光歪みを抑制できる。
ン増幅器の効率の低下を招くが、本発明の光ファイバに
おいて、波長1.5μm帯の少なくとも一部の波長帯に
おいて実効コア断面積を60μm2以下とすることによ
り、この実効コア断面積を有する波長帯においてラマン
増幅器を用いた波長分割多重伝送を行なうことにより、
ラマン増幅器の効率低下を抑制できる。
2mでのカットオフ波長を1.5μm以下とし、波長
1.5μm帯における直径20mmでの曲げ損失を5d
B/m以下とした構成においては、波長1.5μm帯に
おいて的確にシングルモード動作でき、光ファイバのケ
ーブル化時の曲げ損失も抑制可能となる。
波モード分散を0.07ps/√km以下とした構成に
よれば、高速伝送時に問題となる偏波分散の問題も回避
可能となる。
バのように、光ファイバの屈折率プロファイルを最適化
することにより、上記効果を奏する光ファイバを容易
に、かつ、確実に得ることが可能となる。
各発明の光ファイバを用いて光通信システムを構成する
ことにより、ラマン増幅器等を用いた高品質の波長分割
多重伝送を行なえる優れた光通信システムとなる。
に基づき説明する。図1の(a)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分布プロファイルが示
されており、同図の(b)には、この光ファイバの断面
構成が示されている。
ァイルとしては、様々な形態の屈折率プロファイルのも
のとすることが可能であるが、本実施形態例では、構造
が比較的単純で、屈折率構造の設計、制御がしやすい、
図1の(a)に示すような屈折率プロファイルを採用し
ている。
層同士で組成の異なる多層(ここでは4層)のガラス層
(第1ガラス層1、第2ガラス層2、第3ガラス層3、
基準層6)を有しており、これらのガラス層は同図の
(b)に示すように同心円状に形成されている。基準層
6は、上記4層のガラス層のうち屈折率分布の基準とな
る層であり、この基準層6の内側に、第1ガラス層1と
第2ガラス層2と第3ガラス層3の3層のガラス層が形
成されている。
ァイバの最も内側に形成されている第1ガラス層1の最
大屈折率と内側から3層目の第3ガラス層3の最大屈折
率を基準層6の屈折率より高くし、内側から2層目の第
2ガラス層2の最小屈折率を基準層6の屈折率より低く
している。第1ガラス層1の屈折率分布形状はα乗を呈
している。
は、第1ガラス層1の基準層6に対する最大比屈折率差
をΔ1、第2ガラス層2の基準層6に対する最小比屈折
率差をΔ2、第3ガラス層3の基準層6に対する最大比
屈折率差をΔ3としたとき、Δ1>Δ3>Δ2と成してい
る。
ラス層2の直径をb、第3ガラス層3の直径をcとして
いる。
折率プロファイルにおいて、比屈折率差Δ1、Δ2、Δ
3と定数α、第1ガラス層1の直径aと第2ガラス層2
の直径bと第3ガラス層3の直径cの比をパラメータと
してシミュレーションを行い、本実施形態例の光ファイ
バの最適な屈折率プロファイルを決定した。
5μm帯においてシングルモード条件を満たし、かつ、
波長1.55μm帯のうちの波長1.55μmにおける
分散スロープ(分散スロープの平均値)が0.035p
s/nm2/km以下の正の値であることとした。そし
て、この範囲内での実効コア断面積と曲げ損失特性との
関係から、本実施形態例の最適屈折率プロファイルを決
定した。
の範囲にしないと、上記分散スロープを0.035ps
/nm2/km以下の正の値としたときに実効コア断面
積を40μm2以上とすることが難しいことが分かっ
た。また、比屈折率差Δ1を0.4%未満にすると曲げ
損失が5dB/m以上に大きくなることが分かった。そ
こで、比屈折率差Δ1の範囲を0.4%〜0.7%の範
囲内の値とした。
0.7%の範囲内の値とした中で、実効コア断面積を拡
大したときに分散スロープが増大しないα定数を求めた
ところ、4.0以上とすることが適切であると判断し
た。
差Δ2を−0.1%より大きくすると分散スロープが
0.035ps/nm2/kmより大きくなってしま
い、比屈折率差Δ2を−0.6%未満にすると実効コア
断面積が40μm2より小さくなってしまうことが分か
った。そこで、比屈折率差Δ2の範囲を−0.6%から
−0.1%とした。
ラス層1の直径aの2.2倍より大きくすると分散スロ
ープが0.035ps/nm2/kmより大きくなって
しまい、第2ガラス層2の直径bを第1ガラス層1の直
径aの1.5倍より小さくすると実効コア断面積が実効
コア断面積が40μm2より小さくなってしまうことが
分かった。そこで、第2ガラス層2の直径bを第1ガラ
ス層1の直径aの1.5〜2.2倍とした。すなわち、
b/aの範囲を1.5〜2.2とした。
差Δ3を0.4%より大きくすると、前記カットオフ波
長が1.55μmより大きくなってしまい、比屈折率差
Δ3を0.05%より小さくすると、分散スロープが
0.035ps/nm2/kmより大きくなってしまう
ことが分かった。そこで、比屈折率差Δ3の範囲を0.
05%から0.4%とした。
ラス層1の直径aの3.5倍より大きくすると上記カッ
トオフ波長が波長1.5μmより大きくなってしまい、
第3ガラス層3の直径cを第1ガラス層1の直径aの
2.2倍より小さくすると分散スロープが0.035p
s/nm2/kmより大きくなってしまうことが分かっ
た。そこで、第3ガラス層3の直径cを第1ガラス層1
の直径aの2.2〜3.5倍とした。すなわち、c/a
の範囲を2.2〜3.5とした。
屈折率プロファイルを構成しており、波長1.55μm
における分散値を4ps/nm/km以上とし、波長
1.55μm帯の少なくとも一部の設定波長帯における
分散スロープを0.035ps/nm2/km以下の正
の値とし、ゼロ分散波長を1.43μm以下としてい
る。
1.55μmにおける分散値を10ps/nm/km以
下とし、波長1.5μm帯の少なくとも一部の設定波長
帯において実効コア断面積を40μm2〜60μm2と
している。
さ2mでのカットオフ波長を1.55μm以下とし、波
長1.5μm帯における直径20mmでの曲げ損失を5
dB/m以下とし、偏波モード分散を0.07ps/√
km以下としている。
り、本実施形態例の光ファイバは、波長1.55μm帯
でラマン増幅を行なおうとしたときに、波長1.4μm
程度の励起光と四光波混合等の干渉を起こすことを抑制
することができる。
1.5μm帯の少なくとも一部の波長帯(少なくとも波
長1.55μm)において実効コア断面積を従来の波長
分割多重伝送用光ファイバと同等である40μm2より
大きい値としているので、たとえ波長分割多重伝送に集
中定数型のラマン増幅器を適用しても、非線形現象によ
る信号光歪みも抑制できる。
ン増幅器の効率の低下を招くが、本実施形態例の光ファ
イバは、波長1.5μm帯の少なくとも一部の波長帯
(波長1.55μmを含む波長帯)において実効コア断
面積を60μm2以下としているので、この実効コア断
面積を有する波長帯においてラマン増幅器を用いた波長
分割多重伝送を行なうことにより、ラマン増幅器の効率
低下を抑制できる。
長1.55μmにおける分散値を10ps/nm/km
以下としているので、大きな局所分散を有することはな
く、分散による歪みを抑制することが可能となる。
長1.55μm帯における分散スロープを0.035p
s/nm2/km以下の正の値として前記分散スロープ
の絶対値を小さくしているので、波長間の分散の格差も
小さくすることが可能となり、伝送による信号の劣化を
防ぐことができる。さらに、分散スロープが小さくなる
ことで、ゼロ分散波長が短波長側にシフトするので、前
記ラマン増幅器を適用した波長1.5μm帯における波
長分割多重伝送に適した光ファイバを実現できる。
長1.55μmにおける分散値を4ps/nm/km以
上とし、波長1.55μm帯の少なくとも一部の設定波
長帯における分散スロープを0.035ps/nm2/
km以下の正の値とすることにより、DPSを大きい値
とすることができ、曲げ損失の小さな分散補償用の光フ
ァイバを用いて、本実施形態例の光ファイバの分散スロ
ープを補償することができる。
記分散スロープの絶対値が小さいので、例えば従来開発
されている分散スロープ補償用の光ファイバ等を本実施
形態例の光ファイバに接続することにより、本発明の光
ファイバの分散スロープを容易に補償できる。
長1.5μm帯における直径20mmでの曲げ損失を5
dB/m以下としているので、光ファイバのケーブル化
時の曲げ損失を抑制できる。
ットオフ波長(例えば長さ2mにおける値)を1.5μ
m以下としているので、波長1.5μm帯において的確
にシングルモード動作できる。
波モード分散を0.07ps/√km以下としているの
で、高速伝送時に問題となる偏波分散の問題も回避でき
る。
ロファイルを有し、比屈折率差Δ1、Δ2、Δ3と定数
α、第1ガラス層1の直径aと第2ガラス層2の直径b
と第3ガラス層3の直径cの比を前記のような範囲内に
設定することを条件とし、この条件で、波長1.55μ
mにおける実効コア断面積を45μm2程度に維持した
まま、分散スロープを0.035ps/nm2/km以
下の正の値とし、ゼロ分散波長を1.43μm以下にで
きる屈折率プロファイルをシミュレーションにより求め
た結果が示されている。
て、シミュレーションサンプルに#1、#2、・・・の
番号を付している。また、分散は波長1.55μmにお
ける分散値、スロープは波長1.55μm帯における分
散スロープ(分散勾配)の平均値であり、波長1.55
μmにおける分散スロープと等しい値となっている。ま
た、Aeffは波長1.55μmの光を伝搬したときの
実効コア断面積、λcは長さ2mでのカットオフ波長、
曲げは波長1.55μmの光に対する直径20mmでの
曲げ損失の値、λ0はゼロ分散波長をそれぞれ示す。ま
た、コア径は第3ガラス層3の直径cの値を示し、PM
Dは偏波モード分散を示す。
プル#1〜#4は、偏波モード分散を0.07ps/√
km以下としている。
図1の(a)に示した屈折率プロファイルにおける比屈
折率差Δ1、Δ2、Δ3、定数α、第1ガラス層1の直
径aと第2ガラス層2の直径bと第3ガラス層3の直径
cの比を最適にすることにより、以下の特性を有するこ
とが確認できた。
1.55μmの光に対する直径20mmでの曲げ損失の
値を5.0dB/m以下とし、かつ、カットオフ波長を
1550nm以下としながら、さらに、波長1.55μ
m帯における分散スロープの平均値を0.035ps/
nm2/km以下とし、ゼロ分散波長を1.43μm以
下とし、波長1.55μmの光を伝搬したときの実効コ
ア断面積を40μm2以上60μm2以下にできる。
分散スロープと低非線形性を両立することができる。ま
た、サンプル#1〜#4は、ゼロ分散波長λ0が1.4
3μm(1430nm)より小さいため、ラマン増幅技
術を用いて例えば波長1.55μm帯の伝送を行う場合
にも、ラマン増幅励起光と四光波混合等の干渉発生をほ
ぼ抑制することができる。なお、サンプル#1では、実
効コア断面積の拡大に重点を置き、その値を50μm2
以上としているために、カットオフ波長が1530nm
程度となっているが、カットオフ波長を測定する際の光
ファイバの長さを22mとした場合には、カットオフ波
長を1500nm以下にできる。
うに、伝送波長域のさらなる短波長化に応えるべく、図
1の(a)に示したような屈折率プロファイルにおい
て、分散スロープを0.025ps/nm2/km以下
の正の値(好ましくは0.02ps/nm2/km程
度)として前記ゼロ分散波長が1.4μm以下となるよ
うにしようとすると、他の特性のうち、何らかの特性が
良好でなくなることが分かった。
の光に対する直径20mmでの曲げ損失の値が5.0d
B/m以下となっていない。また、サンプル#6は波長
1.55μmの光を伝搬したときの実効コア断面積が4
0μm2以上になっていない。サンプル#7は波長1.
55μmにおける分散値が4.0ps/nm/km以下
になっていない。サンプル#8はカットオフ波長が波長
1550nm以下になっていない。
る広帯域化、なかでも短波長側への拡大に応えるべく、
様々な検討を行い、以下に示す本発明に係る光ファイバ
の第2実施形態例の構成を提案することにした。この第
2実施形態例の光ファイバは、図2の(a)に示す屈折
率分布プロファイルを有しており、同図の(b)に示す
断面構成を有している。
例の光ファイバも上記第1実施形態例と同様に、基準層
6の内側に第1ガラス層1、第2ガラス層2、第3ガラ
ス層3を有しており、これらの第1から第3ガラス層1
〜3の構成は上記第1実施形態例とほぼ同様に構成され
ている。
第3ガラス層3と基準層6との間に、前記第3ガラス層
3の外側に設けられた第4ガラス層4と、該第4ガラス
層4の外側に設けられた第5ガラス層5とを形成してお
り、前記第4ガラス層4の屈折率を前記基準層6と等し
くし、前記第5ガラス層5の最小屈折率を前記基準層6
の屈折率より低くしている。
に対する比屈折率差をΔ4、第5ガラス層5の基準層6
に対する最小比屈折率差をΔ5とすると、図2の(a)
に示すようにΔ1>Δ3>Δ4>Δ2>Δ5となる、あるい
はΔ1>Δ3>Δ4>Δ5>Δ2と成している。
成を決定するにあたり、第3ガラス層3の外側に基準層
6と屈折率が等しい第4ガラス層4を設け、その外側に
基準層6の屈折率よりも屈折率が小さい第5ガラス層5
を設けることにより、分散スロープおよび実効コア断面
積等の伝送特性には大きな影響を与えず、カットオフ波
長のみを小さく抑えられる可能性を見いだした。
nm2/km以下(好ましくは0.02ps/nm2/
km程度)の正の値として波長1.55μmの光を伝搬
したときの実効コア断面積が40μm2以上となる条件
を満たし、カットオフ波長を1.55μm以下とするよ
うにシミュレーションによる検討を行った。
3層構造の屈折率プロファイルを有する光ファイバにお
いて、カットオフ波長は1.55μmより大きくても分
散スロープが0.025ps/nm2/km以下の正の
値で、かつ、波長1.55μmの光を伝搬したときの実
効コア断面積が40μm2以上となるものを選択し、第
1、第2、第3ガラス層1,2,3のパラメータは固定
値として、第4ガラス層4の直径d、第5ガラス層5の
直径e、第5ガラス層5の基準層6に対する比屈折率差
Δ5を様々に変化させた。
ガラス層1の直径aの3.5倍より小さくすると分散ス
ロープが0.025ps/nm2/kmより大きくなっ
てしまい、第4ガラス層4の直径dを第1ガラス層1の
直径aの6.5倍より大きくするとカットオフ波長が
1.55μmより大きくなってしまうことが分かった。
そこで、第4ガラス層4の直径dを第1ガラス層1の直
径aの3.5〜6.5倍とした。なお、第4ガラス層4
の屈折率は基準層6の屈折率と等しくした。
差Δ5を小さくすることによりカットオフ波長を低波長
側にシフトできるが−0.6%以下にしてもその効果は
飽和していき、また、分散スロープが少しずつ大きくな
ってしまう傾向があることが分かった。一方、比屈折率
差Δ5を−0.1%より大きくするとカットオフ波長が
1.55μmより大きくなってしまうことが分かった。
そこで、比屈折率差Δ5の範囲を−0.6%から−0.
1%とした。
ラス層1の直径aの5.5倍より小さくすると波長分散
値が4ps/nm/kmより小さくなってしまい、第5
ガラス層5の直径eを第1ガラス層1の直径aの7.0
倍より小さくすると分散スロープが0.025ps/n
m2/kmより大きくなってしまうことが分かった。そ
こで、第5ガラス層5の直径eを第1ガラス層1の直径
aの5.5〜7.0倍とした。すなわち、e/aの範囲
を5.5〜7.0とした。
ス層4の直径dの1.02倍より小さくすると、カット
オフ波長を下げる効果が薄れてしまい、第5ガラス層5
の直径eを第4ガラス層4の直径dの2.0倍より大き
くすると曲げ損失が大きくなってしまうことが分かっ
た。そこで、第5ガラス層5の直径eを第4ガラス層4
の直径dの1.02〜2.0倍とした。すなわち、e/
dの範囲を1.02〜2.0とした。
ガラス層4,5を形成した光ファイバは、第4、第5ガ
ラス層4,5を形成していない3層構造の光ファイバに
比べてカットオフ波長を0.15μmから0.30μm
程度短波長側に下げられることを確認し、上記構成を本
第2実施形態例の光ファイバとした。
ロファイルを構成しており、本第2実施形態例の光ファ
イバは、波長1.55μmにおける分散値を4ps/n
m/km以上とし、波長1.55μm帯の少なくとも一
部の設定波長帯における分散スロープを0.025ps
/nm2/km以下の正の値とし、ゼロ分散波長を1.
40μm以下としている。
とゼロ分散波長の特性以外の特性を上記第1実施形態例
と同様にしており、上記第1実施形態例と同様の効果を
奏することができる。
に、波長1.55μm帯の少なくとも一部の設定波長帯
における分散スロープを0.025ps/nm2/km
以下の正の値とし、ゼロ分散波長を1.40μm以下と
しているので、波長1.55μm帯のみならず、波長
1.5μm帯の広い波長域においてラマン増幅を行なお
うとしたときに、より確実に、励起光と四光波混合等の
干渉を起こすことを抑制することができる。
ロファイルを有し、比屈折率差Δ1、Δ2、Δ3、Δ
4、Δ5と定数α、第1ガラス層1の直径aと第2ガラ
ス層2の直径bと第3ガラス層3の直径cと第4ガラス
層4の直径dと第5ガラス層5の直径eの比を前記のよ
うな範囲内に設定することを条件とし、この条件で、分
散スロープを0.025ps/nm2/km以下の正の
値で、波長1.5μm帯における直径20mmでの曲げ
損失の値を5dB/mに保ちながら、実効コア断面積を
40〜60μm2にできる屈折率プロファイルをシミュ
レーションにより求めた結果が示されている。
ラス層5を設けない例(サンプルcf1〜cf5)の特
性とコア径も示されている。
プル#9〜#23は、偏波モード分散を0.07ps/
√km以下としている。
に、図2の(a)に示した屈折率プロファイルにおける
比屈折率差Δ1、Δ2、Δ3、Δ4、Δ5、定数α、第
1ガラス層1の直径aと第2ガラス層2の直径bと第3
ガラス層3の直径cと第4ガラス層4の直径dと第5ガ
ラス層5の直径eの比を最適にすることにより、上記第
1実施形態例と同様の効果を奏し、さらに、波長1.5
5μm帯における分散スロープの平均値を0.025p
s/nm2/km以下とし、ゼロ分散波長を1.40μ
m以下とできることが確認できた。
は、カットオフ波長を測定する際の光ファイバの長さを
22mとした場合には、カットオフ波長を1500nm
以下にできた。
サンプル#14、#18、#23の光ファイバの設計を
もとに、実際の光ファイバを試作した結果を表4に示
す。また、図3の特性線aにはサンプル#3の試作例の
波長分散特性を示し、同図の特性線bにはサンプル#1
4の試作例の波長分散特性を示す。
試作例(実施例)の光ファイバは、設計値と同様に、低
分散で低分散スロープを有し、かつ、低曲げ損失の光フ
ァイバとなり、しかも、零分散波長(λ0)がサンプル
#3の試作例については1430nm以下、サンプル#
14、#18、#23の試作例については1400nm
以下であることから、これらの試作例は、例えばラマン
増幅器を用いて波長1.5μm帯の波長分割多重伝送を
行なっても励起光との干渉等の問題を引き起こすことが
無い光ファイバとなった。
長1.55μmの光を伝搬したときの実効コア断面積が
40μm2以上になっており、さらに、低伝送損失、低
偏波依存性損失の光ファイバであることが確認できた。
長1.5μm帯の波長分割多重伝送に適し、さらに、分
散補償用の光ファイバやラマン増幅器との適合性にも優
れた光ファイバであることを確認できた。
イバの一例の波長分散特性が示されており、同図の特性
線aには、この光ファイバに、同図の特性線cに示す波
長分散特性を有する従来の分散補償用の光ファイバを接
続した場合の波長分散特性が示されている。
す特性を有する光ファイバは、従来の分散補償用の光フ
ァイバによって分散スロープを容易に補償できる。した
がって、本発明の光ファイバを伝送用の光ファイバと
し、従来の分散補償用の光ファイバによって分散スロー
プを補償することにより、波長1.5μm帯の広い波長
帯域において分散をほぼゼロにすることができる。
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、本発明の光ファイバは、上記実施形態例お
よび実施例に示した以外の屈折率プロファイルを有して
いてもよく、波長1.5μm帯の少なくとも設定波長又
は設定波長帯における実効コア断面積、分散値、分散ス
ロープを適切な値とし、かつ、ゼロ分散波長を1.4μ
m以下とすることにより、ラマン増幅器を用いた波長
1.5μm帯の波長分割多重伝送を高品質で行なえる光
ファイバおよびその光ファイバを用いた光通信システム
を構成することができる。
した場合でも、ラマン増幅器を用いた波長1.55μm
帯の波長分割多重伝送を高品質で行なえる光ファイバお
よびその光ファイバを用いた光通信システムを構成する
ことができる。
信システムを、ラマン増幅器を用いた波長1.5μm帯
の波長分割多重伝送に適用する例を述べたが、本発明の
光ファイバおよび光通信システムは、ラマン増幅器以外
の、例えばエルビウムドープ光ファイバ型光増幅器を用
いた波長分割多重伝送にも適用できるものであり、ま
た、光ファイバの構成によっては波長1.5μm帯のみ
ならずそれ以外の波長帯の波長分割多重伝送に適用する
こともできる。
ける分散値を4ps/nm/km以上とし、波長1.5
5μm帯の少なくとも一部の設定波長帯における分散ス
ロープを0.035ps/nm2/km以下の正の値と
することにより、例えば零分散波長を1.43μm以下
とすることができる。
1.5μm帯において、ラマン増幅を行なおうとしたと
きに、波長1.4μm程度の励起光と四光波混合等の干
渉を起こすことを抑制することができる。
5μm帯における分散スロープを0.035ps/nm
2/km以下の正の値として前記分散スロープの絶対値
を小さくしているので、波長間の分散の格差も小さくす
ることが可能となり、前記ラマン増幅器を適用した波長
1.5μm帯における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。
55μmにおける分散値を4ps/nm/km以上と
し、波長1.55μm帯の少なくとも一部の設定波長帯
における分散スロープを0.035ps/nm2/km
以下の正の値とすることにより、DPSを大きい値とす
ることができ、曲げ損失の小さな分散補償用の光ファイ
バを用いて、本発明の光ファイバの分散スロープを補償
することが可能となる。
スロープの絶対値が小さいので、例えば従来開発されて
いる分散スロープ補償用の光ファイバ等を本発明の光フ
ァイバに接続することにより、本発明の光ファイバの分
散スロープを容易に補償できる。
長1.55μm帯の少なくとも一部の設定波長帯におけ
る分散スロープを0.025ps/nm2/km以下の
正の値とすることにより、例えば零分散波長を1.4μ
m以下にすることができ、この構成によれば、波長1.
5μm帯においてラマン増幅を行なおうとしたときに、
より確実に、励起光と四光波混合等の干渉を起こすこと
を抑制することができる。
長1.55μmにおける分散値を10ps/nm/km
以下とした構成によれば、分散値を10ps/nm/k
mよりも大きくしたときのように、大きな局所分散を有
することはなく、分散による歪みを抑制することができ
る。
長1.5μm帯の少なくとも一部の波長帯において実効
コア断面積40μm2〜60μm2とした構成において
は、この実効コア断面積を有する波長帯において波長分
割多重伝送を行なうことにより、非線形現象による信号
光歪みも抑制できるし、この実効コア断面積を有する波
長帯において、ラマン増幅器を用いた波長分割多重伝送
を行なうことにより、ラマン増幅器の効率低下を抑制で
きる。
さ2mでのカットオフ波長を1.5μm以下とし、波長
1.5μm帯における直径20mmでの曲げ損失を5d
B/m以下とした構成においては、波長1.5μm帯に
おいて的確にシングルモード動作でき、光ファイバのケ
ーブル化時の曲げ損失も抑制できる。
波モード分散を0.07ps/√km以下とした構成に
よれば、高速伝送時に問題となる偏波分散の問題も回避
できる。
折率プロファイルを定めた構成によれば、その屈折率プ
ロファイルによって上記優れた光ファイバを確実に得る
ことができる。
記第3ガラス層の外側に設けられた第4ガラス層と、該
第4ガラス層の外側に設けられた第5ガラス層とを形成
し、前記第4ガラス層の屈折率を前記基準層と等しく
し、前記第5ガラス層の最小屈折率を前記基準層の屈折
率より低くした構成によれば、他の特性を維持しなが
ら、より一層低分散スロープとカットオフ波長の短波長
化を実現できる。
各発明の光ファイバを用いて光通信システムを構成する
ことにより、ラマン増幅器等を用いた高品質の波長分割
多重伝送を行なえる優れた光通信システムとなる。
折率プロファイル構成(a)および光ファイバ断面構成
(b)を示す説明図である。
折率プロファイル構成(a)および光ファイバ断面構成
(b)を示す説明図である。
性を示すグラフである。
システムの波長分散特性を説明するグラフである。
関係を示すグラフである。
Claims (14)
- 【請求項1】 波長1.55μmにおける分散値を4p
s/nm/km以上とし、波長1.55μm帯の少なく
とも一部の設定波長帯における分散スロープを0.03
5ps/nm2/km以下の正の値としたことを特徴と
する光ファイバ。 - 【請求項2】 波長1.55μm帯の少なくとも一部の
設定波長帯における分散スロープを0.025ps/n
m2/km以下の正の値としたことを特徴とする請求項
1記載の光ファイバ。 - 【請求項3】 ゼロ分散波長を1.43μm以下とした
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の光ファ
イバ。 - 【請求項4】 ゼロ分散波長を1.40μm以下とした
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の光ファ
イバ。 - 【請求項5】 波長1.55μmにおける分散値を10
ps/nm/km以下としたことを特徴とする請求項1
乃至請求項4のいずれか一つに記載の光ファイバ。 - 【請求項6】 波長1.5μm帯の少なくとも一部の設
定波長帯において実効コア断面積を40μm2〜60μ
m2としたことを特徴とする請求項1乃至請求項5のい
ずれか一つに記載の光ファイバ。 - 【請求項7】 長さ2mでのカットオフ波長を1.55
μm以下とし、波長1.5μm帯における直径20mm
での曲げ損失を5dB/m以下としたことを特徴とする
請求項1乃至請求項6のいずれか一つに記載の光ファイ
バ。 - 【請求項8】 偏波モード分散を0.07ps/√km
以下としたことを特徴とする請求項1乃至請求項7のい
ずれか一つに記載の光ファイバ。 - 【請求項9】 隣り合った層同士で組成の異なる多層の
ガラス層を有し、これらのガラス層のうち屈折率分布の
基準となる基準層の内側に少なくとも3層のガラス層が
形成されている光ファイバであって、該光ファイバの最
も内側に形成されている第1ガラス層の最大屈折率と光
ファイバの内側から3層目の第3ガラス層の最大屈折率
を前記基準層の屈折率より高くし、前記光ファイバの内
側から2層目の第2ガラス層の最小屈折率を前記基準層
の屈折率より低くしたことを特徴とする請求項1乃至請
求項8のいずれか一つに記載の光ファイバ。 - 【請求項10】 第3ガラス層と基準層との間に、前記
第3ガラス層の外側に設けられた第4ガラス層と、該第
4ガラス層の外側に設けられた第5ガラス層とを形成
し、前記第4ガラス層の屈折率を前記基準層と等しく
し、前記第5ガラス層の最小屈折率を前記基準層の屈折
率より低くしたことを特徴とする請求項9記載の光ファ
イバ。 - 【請求項11】 第4ガラス層の直径を第1ガラス層の
直径の3.5〜6.5倍とし、第5ガラス層の基準層に
対する比屈折率差Δ5を−0.6〜−0.1%とし、第
5ガラス層の直径を第1ガラス層の直径の5.5〜7.
0倍、かつ、前記第4ガラス層の直径の1.02〜2.
0倍としたことを特徴とする請求項10記載の光ファイ
バ。 - 【請求項12】 第1ガラス層の基準層に対する比屈折
率差Δ1を0.4〜0.7%とし、前記第1ガラス層の
屈折率分布形状をα乗プロファイルとして、定数αを4
以上としたことを特徴とする請求項9または請求項10
または請求項11記載の光ファイバ。 - 【請求項13】 第2ガラス層の基準層に対する比屈折
率差Δ2を−0.6〜−0.1%とし、前記第2ガラス
層の直径を第1ガラス層の直径の1.5〜2.2倍と
し、第3ガラス層の基準層に対する比屈折率差Δ3を
0.05〜0.4%とし、前記第3ガラス層の直径を前
記第1ガラス層の直径の2.2〜3.5倍としたことを
特徴とする請求項9乃至請求項12のいずれか一つに記
載の光ファイバ。 - 【請求項14】 光伝送路の少なくとも一部を請求項1
乃至請求項13のいずれか一つに記載の光ファイバによ
り形成したことを特徴とする光通信システム。
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---|---|---|---|
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