JP2002514017A - 分布増幅をもつ分散制御光導波路及びシステム - Google Patents

分布増幅をもつ分散制御光導波路及びシステム

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JP2002514017A JP2000547708A JP2000547708A JP2002514017A JP 2002514017 A JP2002514017 A JP 2002514017A JP 2000547708 A JP2000547708 A JP 2000547708A JP 2000547708 A JP2000547708 A JP 2000547708A JP 2002514017 A JP2002514017 A JP 2002514017A
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Abstract

(57)【要約】 分布増幅をもつ一体分散制御導波路ファイバ及びこの導波路を組み込んだシステム。伝送波長範囲にわたり、導波路にともなう全分散が導波路の長さ方向で正から負に変化する。分布増幅は導波路内の希薄濃度の希土類ドーパントの誘導放射により、またはラマン効果により、あるいは両者により、与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 関連出願 本出願は、１９９８年５月１日に出願された米国仮特許出願第６０/０８３,９
８０号の特恵を主張する。
【０００２】 発明の分野 本発明は光導波路を用いる情報伝送に関する。さらに詳しくは、本発明は分布
増幅をもつ分散制御（dispersion managed）光導波路ファイバの構造及び前記導
波路ファイバを利用するシステムに関する。
【０００３】 発明の背景 長距離にわたり中継器を用いず、また平均パワーの大きな、マルチギガビット
、多重波長光波通信システムの導入により、信号劣化を最小限に抑えることがで
きるファイバ構造の探求が開始された。そのようなシステムでのファイバの損失
は、一般に約０.２２から０.３０ｄＢ/ｋｍの範囲にある。帯域幅を広げるため
には、高ビットレート及び大パワーにおいてますます重大になる多くの非線型及
び偏光効果を低減するためにファイバを設計しなおす必要がある。
【０００４】 波長分割多重化は単一のファイバに、それぞれのチャネルは相異なる波長で動
作する、いくつかのチャネルを多重化することにより光導波路ファイバにかかる
データ伝送レートを増大させる。４光波混合は波長分割多重化（ＷＤＭ）システ
ムにおけるチャネル間の非線型相互作用であり、４光波混合はシステム設計及び
ファイバの動作特性に重大な影響を与える。４光波混合を実質的に排除できる導
波路構造に関心がもたれている。４光波混合を実質的に排除するためには、全分
散の絶対値が小さいとき、すなわち約０.５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより小さいときに、
かなりの４光波混合がおこるから、導波路ファイバをファイバの全分散のゼロ近
傍で動作させるべきではない。他方で、導波路の全分散がゼロから離れる波長を
もつ信号は全分散が非ゼロであることにより劣化する。本明細書で使用される全
分散という術語は、材料分散及び波長分散の和を意味する。
【０００５】 上記のジレンマを克服するために提案された方策の１つは、既存の単一モード
ファイバシステムに適切に配置されるある長さの分散補償導波路ファイバを組み
込むことであり、動作波長範囲にわたって、これらの補償ファイバのあるものは
正の全分散を有し、またあるものは負の全分散を有する。全ケーブル区分につい
ての分散の長さで重み付けされた平均がゼロに近ければ、中継器間隔及びシステ
ム長を大きくできる。しかし、信号は導波路長の分散がゼロに近い領域の通過を
本質的に避け、よって４光波混合が実質的に低減される。
【０００６】 個々別々の長さの分散補償ファイバを用いるこの方策の問題は、中継器間のリ
ンク長のそれぞれが所要の長さで重み付けされた平均分散を与えるように調整さ
れなければならないことである。ケーブル製造工場から布設までを通してケーブ
ルの分散を識別し続けることは望ましくない余分な作業であり、また誤りの原因
となる。さらに、適切な分散だけでなくその分散をもつケーブルの適切な長さも
与えなければならないことは製造の難度を高め、システムコストを上昇させる。
取替用ケーブルに必要となるはずの長さ及び分散が一定でないことを考えると、
別の問題が生じる。さらに、着実に高まり続ける帯域幅への要求がついには分散
補償標準ファイバシステムの能力を極限まで利用することになろう。
【０００７】 ファングマン(Fangmann)等に交付された米国特許第５,６１１,０１６号は１本
ないしそれ以上の光ファイバを有する分散均衡型ケーブルを開示し、このケーブ
ルは伝送波長において正の波長分散を有する第１の光ファイバ及び負の波長分散
を有する第２の光ファイバを含む。しかしこの手法は、標準単一モードシステム
に分散補償ファイバを挿入することについて上述した問題と同じ問題をいくつか
共有している。さらに、米国特許第５,６１１,０１６号の手法は一本一本の正分
散ファイバと負分散ファイバとを互いに永久接続することが必要であり、接続損
失が生じる。
【０００８】 米国特許第ＸＸ号として交付され、その全内容が本明細書に参照として含まれ
る、１９９６年１月１１日に出願された米国特許出願第０８/５８４,８６８号は
個々のファイバのそれぞれを自立分散制御システムとすることにより上記問題を
克服することを示唆している。規定の、すなわち前もって選ばれた、長さで重み
付けされた全分散の平均、すなわち全分散積がそれぞれの導波路ファイバにつく
り込まれる。すなわち、ケーブルにされた導波路ファイバは全て本質的に同じ分
散積特性を有し、システムのある特定の部分にある特定のケーブルセットを割り
当てる必要がない。
【０００９】 上記の分散制御ファイバは多重波長ＷＤＭシステムのための非ゼロ復帰（ＮＲ
Ｚ）システムだけでなく、高ビットレート多重波長ソリトンシステムにも用いる
ことができる。分散フラット化ファイバにおけるソリトン伝送は、その内容が本
明細書に参照として含まれる、エバンス(Evans)等に交付された米国特許第５,５
７９,４２８号に開示されている。しかしそのようなソリトンシステムは、ファ
イバ及びシステムに必要条件をさらに付加する。例えば、離散集中増幅器をもつ
高ビットレートソリトンシステムは、増幅器間隔が短すぎて実用にならない。
【００１０】 標準単一モードファイバシステムにおいて、集中増幅器の間隔にともなう上述
の問題を処理するために、また光波伝送システムの信号対雑音比を改善するため
にも、ファイバ分布増幅器が研究されてきた。ファイバ分布増幅器は誘導ラマン
散乱によるか、またはＥｒ３＋のようなファイバドーパントを用いることにより
、利得を与える。米国特許第５,０５８,９７４号は、希薄濃度の希土類ドーパン
トが長い光ファイバのコア領域に実質的に含まれ、対応して、ラマン効果及び希
土類ドーパントからの誘導放射の両者により光信号の増幅をおこさせるのに適し
た波長及びパワーを有するポンプ信号発生器がドープファイバの一端または両端
に配される、分布増幅機構を開示している。米国特許第５,０５８,９７４号に開
示されるファイバの１つの難点は、ファイバコアにドーパントを入れるにはドー
パントの濃度を制御が困難となるほど低くしなければならないことである。エル
ビウムドープ分布増幅器及びそのような増幅器の作成方法は、文献；ビー・ジェ
ームズ・エインスリー(B. James Ainslie)，“光増幅器用エルビウムドープファ
イバの作成及び特性総論”，ジャーナル・オブ・ライトウエーブ・テクノロジー
(Journal of Lightwave Technology)誌，第９巻，第２号（１９９１年２月）に
述べられている。
【００１１】 しかし標準単一モードファイバにおける分布増幅の１つの難点は、約１５３０
〜１５５０ｎｍにおけるゼロまたは非ゼロ分散に最適化された単一屈折率プロフ
ァイルが必要となることである。そのような構造ではモード場直径及び実効面積
がより小さいために、ファイバ中心近傍にあり、約数ｐｐｍの非常に低い濃度の
ドーパントが一般に好ましい。このような低ドープ濃度は制御が困難である。さ
らに、利得フラット化のための上記のような構造の中心へのアルミニウムの添加
が損失を大きくし得る。
【００１２】 分布増幅を取り入れた、自立分散制御システムとして設計された一体導波路フ
ァイバ及びシステムが明らかに必要とされている。分散制御ファイバは、通常い
くつかの環状コア領域を有する分割コア構造を含み、ドーパントを配するための
さまざまな位置が半径方向に得られるから、希土類ドーパントを利用する分布増
幅のための優れたホストファイバである。このようなファイバ及びシステムは、
分散及び４光波混合のような非線形効果を補償するだけでなく、内蔵増幅を有す
ることにより損失を補償し、また伝送を向上させるであろう。上記のようなファ
イバ及びシステムは、新規なファイバシステムに関するより大きな情報伝送容量
に対する要求を満たすであろう。
【００１３】 発明の概要 本発明は、分布増幅が得られるように構成された、単一モードファイバである
ことが好ましい、一体分散制御光導波路ファイバを提供することにより、上述し
た問題を処理する。導波路ファイバは屈折率プロファイルを有するコアガラス領
域を含み、コアガラス領域はその屈折率プロファイルの少なくとも一部より小さ
い屈折率ｎｃを有するクラッドガラス層に取り囲まれている。本発明の単一モー
ド導波路ファイバは、伝送（動作）波長範囲にかけて導波路の長さ方向に符号が
正から負に、また負から正に変化する、全分散を有する。動作波長範囲は４ｎｍ
より広いことが好ましく、１０ｎｍより広いことがさらに好ましく、２０ｎｍよ
り広いことが最も好ましい。一実施形態において、正分散部分長及び負分散部分
長における分散の平均の絶対値は０.５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより大きい。本発明の導
波路ファイバが正分散区画及び負分散区画を含む一体ファイバであって、正の区
画と負の区画との間に永久接続あるいはコネクタをもたないことが理解されよう
。注目する特定の波長範囲には約１５３０ｎｍから約１６２０ｎｍのエルビウム
増幅窓がある。拡張動作波長範囲には、ラマン増幅のような他の増幅を利用でき
る、約１２８５ｎｍから約１６２０ｎｍがある。
【００１４】 特定の一実施形態において、導波路ファイバは複数の部分長ｌｉ及びｌｊ、ま
た必要に応じて複数のオプションの部分長ｌｔからなり、全ｌｉ、全ｌｊ、及び
全オプションｌｔの和は導波路ファイバ長に等しい。部分長ｌｉは複数の節ｄｌ ｉ からなり、各ｄｌｉは値が前もって選ばれた符号をもつ第１の範囲にある全分
散Ｄｉを有し、部分長ｌｉの分散積は積Ｄｉ×ｄｌｉの和で表される。部分長ｌ ｊ は複数の節ｄｌｊからなり、各ｄｌjは値がＤｉとは反対符号の第２の範囲に
ある全分散Ｄｊを有し、部分長ｌｊの分散積は積Ｄｊ×ｄｌｊの和で表される。
すなわち、部分長ｌｉの分散積が正であれば部分長ｌｊの分散積は負になる。
【００１５】 オプションの部分長ｌｔは、そこで全分散が第１の分散値範囲の値から第２の
分散値範囲の値に、例えば正から負にあるいは負から正に変わる移行部分長であ
る。移行部分長ｌｔは約０.１ｋｍより短くともよく、また単にそこで全分散が
正から負に変わる、部分長ｌｉと部分長ｌｊとの間の領域を含み得ることは当然
であろう。あるいは移行部分長ｌｔは、そこで全分散が正から負に変わるより長
い領域を与えるために部分長ｌｉと部分長ｌｊとの間に特に配される、ファイバ
長であってもよい。本発明にしたがえば、積Ｄｉ×ｄｌｉ及びＤｊ×ｄｌｊの全
ての代数和の絶対値は、既定の波長範囲Ｒにわたり、前もって選ばれた値より大
きい。部分長ｌｉ，ｌｊ及びｌｔの内少なくとも１つは誘導放射による分布増幅
を得るに十分な希薄濃度希土類ドーパントイオンを含むか、あるいはこれらの部
分長の内の少なくとも１つは高効率分布ラマン増幅に最適化される。あるいは、
ファイバ長は希薄濃度希土類ドーパントをもついくつかの部分長及び分布ラマン
増幅に最適化されたいくつかの部分長を含むことができる。増幅が希土類ドーピ
ングにより得られる実施形態において、増幅を得るには希土類ドーパント濃度は
少なくとも約５０ｐｐｍで十分である。
【００１６】 本明細書で用いられる、分布増幅システム用に構成されたファイバとは、伝送
信号をラマン効果または希土類ドーパントの誘導放射により増幅するように構成
されたファイバを指す。本発明にしたがえば、分布増幅システム用に構成された
一体ファイバにおいて、ファイバの部分長の全てが増幅用に構成される必要はな
い。実際、正分散部分長、負分散部分長、移行部分長、あるいはこれらの部分長
の組合せを、伝送信号を増幅するために構成することができる。
【００１７】 本発明の一実施形態にしたがえば、希土類ドーパントイオンはエルビウムを含
む。別の実施形態にしたがえば、前記ドーパントの濃度は導波路ファイバの全長
にわたり実質的に一様である。本発明の別の態様においては、部分長ｌｉ，ｌｊ 及びｌｔのいずれか１つのみが希土類ドーパントイオンを含む。また別の態様に
おいては、部分長ｌｉの屈折率プロファイルが部分長ｌｊの屈折率プロファイル
と異なり、部分長ｌｉにおける半径方向のドーパントイオンの位置が部分長ｌｊ における半径方向のドーパントイオンの位置と異なる。
【００１８】 別の実施形態にしたがえば、本発明の分散制御ファイバはソリトン信号パルス
を用いる遠距離通信システムに用いるために構成することができる。ファイバが
ソリトンパルスの伝送用に構成されている実施形態において、信号パルスのピー
ク強度が制御されて、例えば、パルス幅振動を減衰または増大させるように、ド
ーパントイオンの励起による信号パルスの増幅がおこる。
【００１９】 本発明はまた、第１の波長において第１の光波信号を伝送するための光学系も
含み、このシステムは本発明の分散制御ファイバ及び第１の波長におけるドーパ
ントイオンからの誘導放射のための第２の波長における第１のポンプ源を含む。
この実施形態において第１のポンプ源は光導波路ファイバに光結合される。別の
実施形態において、システムは誘導ラマン散乱を励起するための第３の波長にお
ける第２のポンプ源を含み、この第２のポンプ源は導波路ファイバに光結合され
る。希土類増幅とラマン増幅用の手段の併用により、増幅波長範囲が拡張される
。システムの別の実施形態において、分散制御ファイバは希薄濃度の希土類イオ
ンを含まず、ラマン効果だけで分布増幅が行われる。
【００２０】 いくつかの重要な利点が上述した概要から理解されよう。本発明の利点の１つ
は、分布増幅を有する分散制御ファイバ用に、相異なる屈折率プロファイルをも
つ相異なる導波路構造を同じファイバ長内で利用でき、よって増幅最適化の自由
度を大きくし得ることである。例えば、希土類ドーピングをファイバ内の1つま
たはいずれの区画にも、またそれぞれの区画で半径方向の相異なる位置に施すこ
ともできる。おそらくは、好ましくは約５０平方マイクロメートルより大きい、
大有効面積を有する屈折率プロファイルを含むファイバ構造もあろう。大有効面
積をもつ構造によりアルミニウムをファイバの中心線から離れた位置に配するこ
とができるので、利得フラット化のような増幅パラメータの最適化がより容易に
達成され、おそらく損失も低減される。さらに、希土類ドーパントをファイバの
中心線から離れた位置に配することができるから、制御をより容易に行える、よ
り高いドーパント濃度を用いることができる。本明細書で用いられる、ファイバ
の“有効面積”という術語は、式：
【数１】 により定められ、ここで積分範囲は０から∞であり、ｒは光伝送領域の半径、Ｅ
は伝搬光にともなう電場である。大有効面積ファイバ構造及びその作成方法は、
本明細書に参照として含まれる、米国特許第５,６８４,９０９号及び第５,７１
５,３４６号に開示されている。一般に、そのようなファイバは多数のセグメン
トからなるガラスコアを含み、各セグメントは屈折率プロファイル、外径、及び
Δ％で識別される。ここでΔ％は［(ｎ１ ２−ｎｃ ２)/２ｎ１ ２］×１００に等
しい％比屈折率差であり、ｎ１はコアの屈折率、ｎｃはクラッドの屈折率である
。
【００２１】 本発明のさらなる特徴及び利点は以下の説明で述べられる。上述の一般的説明
及び以下の詳細な説明は、例示及び説明のためのものであり、特許請求される本
発明をさらに説明するためのものであることは当然である。
【００２２】 添付図面は本発明をさらに理解するために含まれ、以下の説明と共に本発明の
特定の実施形態を説明する図を提供する。図面において、同じ参照数字は数枚の
図を通して同じ要素を表す。
【００２３】 詳細な説明 ここで、添付図面に例が図示される現在好ましい実施形態を詳細に参照する。
本発明は分散制御ファイバの利点と分散増幅の利点を単一のファイバに併せても
たせる。このようなファイバの利点には、いかなる余分な損失または偏光モード
分散もない、信号波長における高分散による低減された４光波混合、並びに正分
散区画及び負分散区画を用い、交互する分散スロープを必要に応じて用いる内部
分散補償がある。分散制御ファイバの各セグメントはまた、４光波混合及びその
他の非線形効果をさらに低減するために大きな内部有効面積も含むことが好まし
い。本発明の分散制御ファイバへの分布増幅の付加により内部増幅の特徴が付加
される。
【００２４】 本発明は、ピコ秒/ｋｍで表される全分散積が導波路ファイバの全長にわたっ
て制御される、希薄濃度希土類ドーパントの使用または高効率の分布ラマン増幅
に最適化された区画の使用により、信号伝送システムにおける分布増幅を与える
ように構成された導波路ファイバに向けられる。希薄濃度は約５０ｐｐｍから１
００ｐｐｍという低い値であり得るが、適切な濃度はシステムモデリングにより
定めることができる。本発明はまた、分布増幅がドーパントの誘導放射、ラマン
効果、または両者の併用により得られる導波路ファイバを含むシステムも含む。
エルビウムのような希土類ドーパントによる分散制御ドープファイバでは、分散
制御ファイバの交互する区画に相異なるドーパント濃度を与えるための融通性が
得られる。増幅ドーパントのためのホストとして分散制御ファイバを用いること
により、標準単一モードファイバに比して、増幅最適化のための自由度が大きく
なる。
【００２５】 各個別ファイバ内の分散を制御することにより、個々別々の長さをもつ分散シ
フトファイバを用いた場合には必要な、システムのリンクをつくるために互いに
接続すると実質的にゼロ分散がつくられる導波路の組合せの選択が必要ではなく
なる。全分散積が個別の導波路ファイバで制御されるから、システムをつくるた
めに布設されるケーブルは本質的に性能が同じであり、したがって相互に交換が
できる。さらに、導波路ファイバの各部分長においてドーパント反転レベル、ド
ーパント濃度及び利得を独立に設定することにより、増幅を最適化することがで
きる。
【００２６】 ｐｓ／ｎｍ-ｋｍで表された分散対本発明の導波路ファイバの例示的実施形態
の導波路長のグラフが図１に示される。全分散は正の値２と負の値４との間で交
互して示される。図１は負分散をもつ複数の部分長及び正分散をもつ複数の部分
長を示すが、１つの負分散部分長及び１つの正分散部分長だけが必要である。線
６で表される全分散値の広がりは、全分散が伝搬される光の波長で変化すること
を示す。本発明のファイバの動作波長範囲は約１２８５ｎｍから１６２０ｎｍの
範囲で変わり得るから、伝送される光の特定の波長に依存して分散が変化するこ
とは当然であろう。広がり６内にある複数の横線は特定の光波長に対する全分散
を表す。一般に、特定の全分散で識別される導波路８は約０.１ｋｍより長い。
以下で論じられるシステム要件からだけでなく、長さにそれに対応する全分散を
乗じた積の和が前もって選ばれた値に等しいという必要条件からも推定される上
限を除き、本質的に長さ８には上限がない。
【００２７】 すなわち、本発明の第１の態様にしたがえば、導波路ファイバの分散は動作波
長範囲にわたり、導波路の長さ方向にある範囲の正の値とある範囲の負の値の間
で変化する。ある特定の長さ（ｌ）についてｐｓ／ｎｍで表される分散積は、ｐ
ｓ／ｎｍ-ｋｍで表される分散（Ｄ）にｋｍで表される長さ（ｌ）を乗じた積で
ある。正数のｐｓ／ｎｍは絶対値の等しい負数のｐｓ／ｎｍを相殺する。一般に
、ある長さｌｉにともなう分散はｌｉに沿って点から点で変わり得る。すなわち
、分散Ｄｉは既定の分散範囲内にあるが、ｌｉに沿って点から点で変わり得る。
ｐｓ／ｎｍで表される分散積へのｌｉの寄与を表すために、ｌｉは、それぞれに
ともなう全分散Ｄｉが本質的に一定である複数のセグメントｄｌｉに分割される
。すなわち、それぞれのｄｌｉにそれぞれにともなうＤｉを乗じた積の和がｌｉ の分散積への寄与を表す。
【００２８】 ４光波混合を実質的に防止するため、Ｄｉ及びＤｊの絶対値は０.５ｐｓ／ｎ
ｍ-ｋｍより大きくしておかれる。また、ある与えられた全分散が持続する長さ
は約０.１ｋｍより大きいことが好ましい。
【００２９】 次に図２を参照すると、分散制御導波路ファイバのそれぞれには周期１０があ
る。本明細書で用いられる周期は、第１の範囲にある全分散を有する第１の長さ
１２と第２の範囲にある全分散を有する第２の長さ１４を合わせ、ここで第１及
び第２の範囲の符号は反対であり、さらに分散が第１と第２の範囲の間で移行す
るオプションの長さ１３を合わせたものとして定義される。もちろん、このオプ
ションの移行部分長１３が第１の長さ１２と第２の長さ１４との間に配される別
の長さであってよいことは当然である。あるいは移行部分長１３は、分散の符号
が長さ１２と長さ１４との間で正から負に変化する短い領域からなり、第１の長
さ１２の終端部分及び第２の長さ１４の開始端部分を含んでいてもよい。これら
の３つの長さは隣接していることが好ましい。しかしプロセス制御を容易にする
ため、これらの３つの長さは一般に第１の長さ１２，隣接する移行部分長１３，
続いて移行部分長に隣接する第２の長さ１４となるように配置されることが好ま
しい。移行部分長１３における４光波混合及び関連するいかなるパワー損失をも
避けるためには、約０.５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより小さな全分散をともなう移行部分
長１３を可能な限り短く、好ましくは１移行あたり約５００ｍより短く、また好
ましくは１周期の１０％以下に保つことが有利である。
【００３０】 １周期の長さがビットレート、中継器間隔及び布設可能なケーブル長のような
要因、及びファイバがソリトン伝送とＮＲＺシステムのいずれに用いられるかに
より決定されることは当然である。いずれの場合においても、周期長はモデリン
グまたは計算により決定することができる。例えば１０ギガビット/秒システム
において、周期長は約１００ｋｍまでとすることができる。１００ギガビット/
秒ソリトンシステムにおいては、周期長は約１０ｋｍより短く、例えば０.５な
いし２ｋｍであることが好ましい。
【００３１】 米国特許第ＸＸ号として交付される係属中の特許出願第０８/５８４,８６８号
(バーキー(Berkey)等)及び本出願と同時に出願される“光ファイバ作成方法”と
題する米国特許出願第ＸＸ号は分散制御導波路ファイバ及びその導波路の作成方
法を開示し、説明している。これらの特許出願の明細書はともに本出願に参照と
して含まれる。これらの方法は本発明のファイバの作成に利用できる。当業者に
は、本発明の分散補償導波路作成にいくつかの別法を利用できることは当然であ
ろう。これらの別法には外付け蒸着法、内付けＣＶＤ法、軸付け蒸着法及びゾル
−ゲル法があるが、これらには限定されない。
【００３２】 導波路の分散は導波路の形状寸法、導波路の屈折率、導波路の屈折率プロファ
イル、あるいは導波路の組成を変えることを含むいくつかの方法の内の１つによ
り変えることができる。例えば、当業者には知られているプロセスのいずれかに
よりつくられたコアプリフォームを処理して縮径区画をもたせることができる。
縮径区画は、例えば、プリフォームの１つまたはそれ以上の区画を加熱して延伸
することで、あるいは研削及び磨きのような機械的方法、エッチング及び磨きの
ような化学的方法、あるいはレーザアブレーションのようなエネルギー衝撃法に
よりプリフォームの外縁環状領域を除去することで形成することができる。得ら
れたコアプリフォームは次いで、スート堆積あるいはクラッド外被管の使用のよ
うな方法によりクラッドが被せられ、導波路ファイバに延伸することができる、
一様で実質的に円筒形の外表面を有するブランクまたはプリフォームにされる。
【００３３】 一実施形態において、上記の方法の１つにしたがってつくられた延伸ブランク
またはプリフォームから導波路が延伸されて、コアプリフォームの縮径部長さに
対応する長さにわたってコアを縮径させる。所望の正から負への分散変化をつく
るにはコア直径の約５％ないし約２５％の縮小で十分である。２５％縮小は全分
散の絶対値が約２０ｐｓ／ｎｍ-ｋｍの場合にのみ必要となろう。ほとんどの用
途では一般に約５％ないし約１０％の範囲の半径変化で十分である。
【００３４】 コア径の変化は、直径が実質的に一様なコア部を有する延伸プリフォームまた
はブランクに縮径されたセグメントをつくり、次いでこのプリフォームを延伸し
て外径が一様な導波路ファイバにすることによっても得ることができる。得られ
た導波路のコアは延伸プリフォームの縮径されていないセグメントに対応する縮
径セグメントを有する。
【００３５】 導波路の分散を変える別の方法には、紫外光のような電磁スペクトル輻射でフ
ァイバを照射するか、原子構成粒子で導波路を衝撃することにより導波路の長さ
方向でファイバのコアの屈折率プロファイルを変える方法がある。約１×１０− ３ より大きい屈折率差が好ましい。
【００３６】 屈折率を変えることにより、Ｄｉ×ｄｌｉ及びＤｊ×ｄｌｊ積の和を制御でき
る全分散変化が得られる。Ｄｉはファイバの第１の部分長における第１の屈折率
範囲に対応する全分散であり、Ｄｊはファイバの第２の部分長における第２の屈
折率範囲に対応する全分散である。ＤｉとＤｊは代数符号が互いに逆である。
【００３７】 本発明の分散制御導波路ファイバのその他の好ましい作成方法は、“光ファイ
バ作成方法”と題する、バーキーによる、１９９７年４月２３日に出願された米
国特許出願第０８/８４４,９９７号に開示され、その内容は本明細書に参照とし
て含まれる。バーキー特許出願は、ガラス管の外表面にクラッドガラス粒子被覆
を被着し、このクラッド付きガラス管に複数のタブレットをおくことを開示し、
ここでガラス管内の少なくとも１つのタブレットの少なくとも１つの光学特性が
隣接するタブレットと異なる。複数のタブレットを入れたガラス管はガラス管上
の粒子の焼結温度より低い温度まで加熱され、塩素のようなガスがガラス管を通
して流され、次いでガラス管が前記粒子の焼結温度まで加熱されて、ガラス管を
つぶしてタブレットに融着させる、半径方向に内向きの力がつくられる。ガラス
管は長さ方向にも収縮し、隣接するタブレットは互に押し付けられて融着する。
この方法でつくられた単一モード分散制御ファイバは、減衰が一般には約０.３
５ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは約０.２１ｄＢ/ｋｍ以下である。この方法
は、タブレットを個別にドープすることができ、よって増幅ドーパントの選択、
ファイバの長さ方向でのドーパント濃度及び半径方向でのドーパントの位置を与
える上で、融通性が得られるから好ましい。この方法はまた、ファイバの正分散
部分長及び負分散部分長が相異なる屈折率プロファイル及び相異なる有効面積を
有する実施形態にも好ましい。例えば、正分散部分長の内の１つが負分散部分長
とは異なる数のコアセグメントを有することができる。すなわち、タブレット法
はある部分長のコア特性を変えるための極めて融通性が高い方法を提供する。
【００３８】 非常に多くのタイプの屈折率プロファイルのいずれであっても、導波路の分散
を調節し、よってファイバの長さ方向で全分散を変化させるために必要な融通性
を得ることができる。そのようなプロファイルは、米国特許第４,７１５,６７９
号、第５,４８３,６１２号、第５,６１３,０２７号、第５,６８４,９０９号及び
第５,７１５,３４６号に開示され、これらの特許の内容は本明細書に参照として
含まれる。
【００３９】 本発明の導波路に必要な特性を与える例示的な屈折率プロファイル群は、ある
屈折率プロファイルを有する中心部分及び、異なる屈折率プロファイルを有し、
中心部分を取り囲む少なくとも１つの環状部分を含むコア領域を有するプロファ
イル群である。環状部分はクラッド層に取り囲まれる。この種のプロファイルを
有する光ファイバはセグメンテッドコアファイバと称される。中央部分のプロフ
ァイルはアルファプロファイル、すなわち式：ｎ(ｒ)＝ｎ０[１−Δ(ｒ/ａ)α]
で表されるプロファイルとすることができる。ここでｎは屈折率、ｎ０は最大屈
折率、ｒは半径方向の距離、ａはファイバコアの半径、Δは比屈折率差、またα
はゼロより大きい数である。項Δは(ｎ１ ２−ｎ２ ２)/２ｎ１ ２として定義され
、ここでｎ１はコア領域の最大屈折率、ｎ２はクラッドガラス層の屈折率である
。
【００４０】 利用が可能ないくつかのプロファイルが、米国特許第５,６１３,０２７号の図
１，２ａ〜２ｅ及び３に示されている。これらのプロファイルは一般に、１つ以
上の環状領域に取り囲まれた中心コア領域を有し、それぞれの領域がそれぞれ一
定の屈折率または変動屈折率プロファイルを有することを特徴とする。導波路に
求められる分散及びその他の光学特性の特定の組合せに依存して、取り囲んでい
る環状領域の屈折率は内側に隣接する次のコア領域より低いかあるいは高い。本
発明が特定の屈折率プロファイルまたはプロファイル群に限定されないことは当
然である。
【００４１】 別の屈折率プロファイルも本発明の範囲内にあることは当然である。例えば、
製造を簡単かつ容易にするために、本発明の分散制御ファイバはクラッドガラス
の屈折率に実質的に等しい屈折率を有する本質的に屈折率が一定の中心部分を含
み、隣接する環状部分の屈折率が丸められた階段型である、屈折率プロファイル
をもつことができる。別のプロファイルには、コアの複数の部分の屈折率がクラ
ッド層の屈折率より低いプロファイルがある。
【００４２】 一実施形態において、ラマン増幅及びエルビウム増幅をともに備えるため、既
定のシステム動作範囲は約１２８５ｎｍから１６２０ｎｍである。ラマン増幅波
長はもちろん、ポンプレーザ波長及びファイバがつくられる材料のラマンシフト
に依存する。別の好ましい動作範囲は約１５２５ｎｍから１６２０ｎｍである。
導波路ファイバのいずれの部分長においても分散の絶対値は約０.５ピコ秒/ｋｍ
−ｎｍより大きいことが好ましい。そのようなシステムにおいては、分散値が正
または負のいずれの部分長においても、伝送波長範囲にわたって通信信号は導波
路ファイバの非ゼロ分散領域を実質的に必ず進行し、よって４光波混合を実質的
に防ぐ。しかし、システム全体の全分散は本質的にゼロに保つことができ、よっ
て全分散により生じる信号劣化はほとんどあるいは全くない。一実施形態におい
て伝送波長範囲は４ｎｍより広いことが好ましく、１０ｎｍより広いことがさら
に好ましく、２０ｎｍより広いことが最も好ましい。
【００４３】 次に図５及び６を参照すると、別の例示実施形態において、導波路ファイバの
交互する部分長の間で動作波長範囲にわたって分散が正の値と負の値の間を交互
するだけでなく、分散スロープの符号も交互する区画の間で変化している。図５
においてｙ軸は分散に対応し、ｘ軸はファイバ長に対応する。図６においてｙ軸
は分散スロープに対応し、ｘ軸はファイバ長に対応する。好ましくは、図６に示
されるように、波長分割多重化システムの性能最適化に対しては傾きの符号が分
散の符号と一致するべきであり、このことにより、より広いシステム動作波長範
囲を得られる。本明細書で用いられる分散スロープは、ｐｓ／ｎｍ-ｋｍ２で表
される、分散対波長曲線の傾きである。別の好ましい実施形態においては、広い
波長範囲にわたって分散の釣り合いを取るために、正分散区画における分散の分
散スロープに対する比は負分散区画における分散の分散スロープに対する比にほ
ぼ等しい。この特徴はソリトン伝送に用いられるファイバに対して特に有利であ
る。
【００４４】 本発明の一実施形態において、分布増幅は希薄濃度の、Ｅｒ３＋のような希土
類ドーパントを含み、このドーパントからの放射を励起することにより分散制御
ファイバに与えられる。分布増幅は誘導ラマン散乱によっても得られ、この場合
、増幅を得るためにドーパントは必要ではないが、ファイバが高効率の分布型ラ
マン増幅用に構成される。あるいは、ラマン増幅と希土類ドーパントからの誘導
放射の併用により分布増幅を得ることができる。
【００４５】 希薄濃度の希土類ドーパントは導波路ファイバの交互する区画のいずれかまた
は両方に、あるいは導波路内の交互する部分長に対して半径方向の相異なる位置
に配することができる。さらに、いくつかの環状セグメントを有するコアをもつ
大有効面積構造の分散制御ファイバにおいては、アルミナの共ドーピングを用い
る利得フラット化のような増幅パラメータの最適化が容易に達成される。そのよ
うなファイバの大有効面積構造ではアルミナをファイバの中心線から離して配す
るための融通性が得られ、おそらく損失が低減される。さらに希土類ドーパント
をファイバの中心線から離して配することができるので、制御がより容易な、よ
り高いドーパント濃度を用いることができる。ドーパントの適切な濃度及び半径
方向の位置は実験またはモデリングにより決定することができる。
【００４６】 図３及び４は、本発明の導波路ファイバの半径方向の様々な位置に希土類ドー
パントを配する際の融通性の例示的実施形態を示す。図３及び４は％Δ対導波路
半径のグラフを示し、％Δは式：％Δ＝[(ｎｒ ２−ｎｃ ２)/２ｎｒ ２]×１００
で定義される比屈折率差指数であり、ｎｒは第１の領域の最大屈折率、ｎｃは第
１の領域を取り囲む領域の屈折率である。図２の部分長１２に対応する図３に示
されるように、希土類ドーパントは導波路ファイバ部分長のほぼ軸中心線にある
位置１６に配される。図２の区画１４に対応する図４において、導波路ファイバ
は、環状領域１７に取り囲まれた中心コア領域１５をもち、環状領域１７は環状
領域１９に取り囲まれた、図３とは異なる屈折率プロファイルを有する。希土類
ドーパントは導波路ファイバ部分長の軸中心線から離れた位置１８に配される。
【００４７】 別の実施形態において、パルスタイミングジッターを小さくする最大パルスエ
ネルギー増補因子を得るために移行区画にのみ分布増幅を利用することがソリト
ン伝送に用いられる導波路に対して有利である。本明細書で用いられるエネルギ
ー増補因子は、定分散ファイバを通して伝送されるソリトンに比較して分散制御
ファイバでの安定伝送に必要なパルスエネルギーの増分を意味する。
【００４８】 本発明はさらに、本発明の分散制御ファイバを利用する光学系を含む。図７に
例示のシステムが示される。図７には分布増幅をもつ分散制御ファイバのリンク
が２本しか示されていないが、リンク数をさらに多くできることは当然である。
送信器２０が導波媒体２１に光結合され、同様に、受信器４２も別の導波媒体４
０に光結合される。導波媒体２１及び４０は光ファイバ、空隙、または光波信号
を伝送するためのその他の適当な導波素子であってよい。図７に示されるリンク
のそれぞれは、分布増幅をもつ分散制御ファイバの各スパンに結合素子を介して
光結合される、ファイバの少なくとも最小固有損失を相殺するためにファイバの
全スパンをポンピングするための、ポンプレーザを含む。
【００４９】 第１のリンクは、ポンプレーザ２４が伝送信号の同方向ポンピングのために結
合器２２を介して光結合され、ポンプレーザ３２も伝送信号の逆方向ポンピング
のために結合器２８を介して光結合される、分布増幅をもつ一体分散制御ファイ
バ２６のスパンを含む。第２のリンクは、ポンプレーザ３２が伝送信号の同方向
ポンピングのために結合器３０を介して光結合され、ポンプレーザ３６も伝送信
号の逆方向ポンピングのために結合器３８を介して光結合される、分布増幅をも
つ分散制御ファイバ３４のスパンを含む。ただ１つのポンプレーザ３２が一方の
リンクへの同方向ポンピング及び他方のリンクへの逆方向ポンピングを与えるよ
うに図示されているが、別々のポンプレーザでこれらの２つの機能を達成し得る
ことは当然である。
【００５０】 一実施形態において、ポンプレーザのそれぞれは導波路ファイバ内のエルビウ
ムのような希土類ドーパントからの誘導放射をポンピングする。別の実施形態に
おいて、ポンプレーザはラマン増幅を得るためにポンピングすることができる。
エルビウムからの誘導放射による増幅及びラマン増幅をともに得るために追加の
ポンプレーザを利用することができる。本発明が特定のポンピング構成に限定さ
れないことは当然である。
【００５１】 ポンプレーザは、増幅機能をもつ分散制御ファイバの一連なりのスパンで伝送
される光波信号の波長において増幅が得られるためのポンプ波長を与えるように
選ばれる。エルビウムが希薄にドープされた分散制御ファイバでは、例えば、約
１５３０ｎｍから１６２０ｎｍの範囲にある光波信号を増幅するために約９８０
ｎｍないし１４８０ｎｍの波長範囲にあるポンプ信号が必要である。ポンプ信号
が１４８０ｎｍの時のファイバの受動損失はポンプ信号が９８０ｎｍのときより
低く、１４８０ｎｍのポンプ信号が受動損失を最小化するために好ましい。ポン
プ信号と伝送される光波信号との間の波長間隔が適切に選ばれる場合に、増幅が
ラマン効果によっても得られることは当然である。得られるラマン利得量は、フ
ァイバに供給されるポンプパワー量に正比例する。本発明はまた、分布増幅がラ
マン増幅のみにより得られるシステムも含む。
【００５２】 増幅がラマン増幅により得られる実施形態に対しては、エルビウム分布増幅が
利用されるファイバよりも導波路ファイバの有効面積が小さいことが好ましい。
エルビウムがドープされた分布増幅をもつ分散制御ファイバにおいて、ファイバ
の有効面積は５０平方マイクロメートルより大きくともよい。ラマン増幅を利用
する実施形態においては、分散制御ファイバの有効面積は約５０平方マイクロメ
ートルより小さいことが好ましく、約３０平方マイクロメートルより小さいこと
がさらに好ましい。ラマン増幅は強度依存性があり、導波路ファイバの有効面積
が大きくなるほどポンプパワー強度は低くなるから、ソリトン伝送のためには有
効面積が小さいほど好ましい。ファイバの有効面積が小さくなるほど信号強度が
高くなり、４光波混合のような非線形性の問題がより多く生じるから、５０平方
マイクロメートルより有効面積の小さな導波路ファイバを利用するシステムには
ソリトン伝送が好ましい。ソリトンはＮＲＺフォーマットより非線形性の影響を
受けにくい。
【００５３】 本発明は、分布増幅及び従来の導波路ファイバ構造と比較して低減された４光
波混合パワー損失を有するファイバという利点を提供する。同時に、高性能導波
路ファイバの所望の特徴、例えば低減衰、大有効面積、並びに大きな曲げ及び微
小曲げ損失に対する改善された耐性が維持される。交互する正分散区画と負分散
区画の大有効面積により、増幅最適化に余分の自由度が得られる。例えば交互す
る区画のそれぞれにおいて、正分散区画及び負分散区画のそれぞれにおけるドー
パント反転レベル、ドーパント濃度及び利得を独立に設定できる。
【００５４】 この特徴の利点を理解するためには、黄金律： ＧｄＢ＝Ｌ[(ｇ＊＋α)<ｎ２>−α] として知られる式により定められる希土類ドープ増幅による利得についての理解
が必要である。ここで、ＧｄＢはｄＢで表した増幅利得、Ｌはファイバ長、ｇ＊ は完全反転利得係数、αはドーパントイオンによる小信号損失係数、<ｎ２>は平
均反転パラメータである。ｇ＊及びαは、信号波長に依存しドーピングレベルに
より定まる、ファイバ固有の測定可能な特性である。平均反転は、信号及びポン
プのパワー及びにこれらの波長により定まる。
【００５５】 黄金律は分布増幅器を通る伝搬をあまりにも束縛しすぎる。例えば、エルビウ
ムドープファイバ分布増幅器の長さＬは通常、特に既存のネットワークの性能向
上に対しては、前もって定められている。
【００５６】 さらに、波長分割多重化伝送が望ましい場合には、利得フラット化のために、
反転レベル<ｎ２>の最適設計値が存在する。全システムが光学的に透明であるか
ら、ＧｄＢ＝０である。黄金律により、エルビウムドーピング濃度、ｇ＊及びα
パラメータは固定される。潜在的な障害は、ドーパントレベルが定められてしま
えば信号パワーの可変範囲への影響が固定されてしまうことである。安定伝送の
ための最適なパワー可変範囲を他に関係なく設計することはできない。いい換え
れば、信号伝送最適化のためのパラメータ空間が限定される。
【００５７】 しかし分散制御リンクにおいてはより大きな自由度がある。エルビウムドーピ
ング濃度及び交互するファイバ区画のそれぞれの長さは、分布増幅をもつ全分散
制御ファイバリンクを通して累積利得をゼロに保ちながら、独立に設定できる。
一実施例において、光非線形性の累積効果を最小限に抑えるために、より大きな
有効面積を有するファイバ区画で利得をより高くすることができた。
【００５８】 第２の実施例では、交互する増幅用に最適化された短い区画と信号歪を低減す
るために最適化された長い区画を用いた。一実施形態において、特に短区画がア
ルミナが共ドープされ、ポンプ光／エルビウム重畳効率を高めるために有効面積
が小さくされている場合に、短区画が大きな損失をもつように設計される。この
実施形態において、長区画は損失が小さく、有効面積が大きくなるように設計さ
れている。短区画と長区画を総合したリンクは、正味の分散はゼロであるが、分
布増幅器を有する標準システムより累積損失が小さく有効面積が大きくなるよう
に構成されている。すなわち、交互するファイバ区画を有することにより増幅及
び伝搬を最適化するための新しいパラメータが２つ導入される。
【００５９】 分散制御ファイバリンクに分布増幅を与えることにより、伝送システムにおけ
るソリトン伝搬も最適化される。分散制御ファイバによるソリトン伝送がゴード
ン・ハウス・タイミングジッターを小さくし、信号対雑音比を高めることが最近
見いだされた。分散補償ファイバを用い、１５５０ｎｍで標準単一モードファイ
バを通してソリトンを伝送することは以前から可能であった。この方法でソリト
ンが不安定になるまでの増幅器間隔を大きくすることができたが、分布増幅を付
加することにより前記の成果はさらに改善される。上述したように、ソリトン伝
送システムの一例では分布増幅が導波路ファイバの移行区画のみに含まれる。
【００６０】 ソリトンは自己位相変調とファイバの分散との局所的釣り合いにより定分散フ
ァイバ内に形成される。パルスがファイバを通して伝搬するにつれて、分散によ
りパルス全体に光位相変動を生じ、周波数チャーピングがおこる。異常分散、す
なわちＤ(ｐｓ／ｎｍ-ｋｍ)＞０の、ファイバ内での周波数チャーピングの符号
は、自己位相変調として知られるファイバの非線形性により発生する周波数チャ
ーピングの符号とは反対である。正常分散、すなわちＤ(ｐｓ／ｎｍ-ｋｍ)＜０
の、ファイバ内での周波数チャーピングの符号は、自己位相変調として知られる
ファイバの非線形性により発生する周波数チャーピングの符号と同じである。し
たがって、これらの２つの効果の釣り合い及び周波数チャーピングの相殺は異常
分散でしかおこらない。完全な相殺は単チャネルパワーレベルでおこり、時間的
不変性及びスペクトル不変性が得られる。
【００６１】 対照的に、分散制御ファイバによるパルス伝送は時間的不変でもスペクトル不
変でもない。パルスは図８及び９に見られるように分散の大きな局所変化に反応
する。パルスはパルス幅及びスペクトル帯域幅の周期的振動を受ける。時間的幅
は全ての正分散区画または負分散区画の中点で最小化され、正分散区画と負分散
区画との間の移行部で最大化される。一方スペクトル振動では、正分散区画の中
点で最大値が得られ、また負分散区画の中点で最小値が得られる。分散の大きな
局所変化への反応に加えて、自己位相変調が大域的距離スケールでパルスの進行
の全体的な周期性を維持するように作用する。パルス帯域幅の非対称的な性質は
、帯域幅が負分散区画より広い正分散区画で、自己位相変調がより強いことを意
味する。正分散区画でのみ選択的に増幅することにより、より強い自己位相変調
をおこさせ、負分散区画における負分散をより強く補償することができる。この
分散／自己位相変調の釣り合いにより、正分散領域全体だけでなく、約−０.０
５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより絶対値が大きな負平均分散に対しても、ソリトンを伝送
でき、またＷＤＭにより多くのチャネルを与えることができるまで波長範囲を拡
張することができる。
【００６２】 より広い範囲の正分散値及び負分散値でのパルス伝送は、波長分割多重化ＲＺ
（ゼロ復帰）用途のための動作波長範囲拡張に有益である。本発明の一実施形態
では、ファイバの正分散区画に優先的にドーピングが行われる。正分散区画にお
ける優先的増幅により自己位相変調の効果をさらに強くして、より絶対値の大き
な負分散値においてさえ安定に信号を伝送することができる。このことにより、
拡張された動作波長帯域幅内の波長チャネルをより多くすることができる。
【００６３】 図８及び９は分散制御ファイバ内においてパルスが息をする性質を示す。図９
は正規化単位のパルス幅を正規化単位のファイバ長の関数としてプロットし、図
８は正規化単位のパルスのピーク強度を正規化単位のファイバ長の関数としてプ
ロットしている。術語“＋Ｄ区画”及び“−Ｄ区画”はファイバのその区画にお
ける局所分散の符号を表している。それぞれの図の上部で“＋Ｄ区画”と“−Ｄ
区画”を区分している垂直線は、正分散ファイバと負分散ファイバとの間の界面
すなわち移行領域（この場合は長さをもたない）を表す。パルス幅及びパルス強
度のいずれもが、ファイバの分散分布と同じ周期をもつ、長さの周期関数である
ことに注目されたい。パルス幅及びパルス強度は互いに連動し、非対称な関係を
もつ。いずれの分散区画の中点及び界面においても、これらのパラメータは極値
に達し、パルス幅は中点で最小値をまた界面で最大値をとる；ピークパワーは中
点で最大値をまた界面で最小値をとる。これらの周期的パルス振動は、大きな局
所的分散変化の摂動効果によるものである。自己位相変調という非線形性が長距
離にわたりパルスを安定に保つために必要である。まさに上記の大きな局所的分
散変化及びその結果生じた息をする性質により、単一波長及び多重波長のいずれ
に対しても有利なパルス伝送が得られる。
【００６４】 各分散制御ファイバ区画内での増幅が正しく選ばれている、適切に設計された
ファイバは、パルス幅振動を抑制する。振動はパルスの自己位相変調とファイバ
の分散との釣り合いがとれていないことによるものであるから、分布増幅により
パルスのピーク強度を制御することで両者の釣り合いをよりよくとることができ
る。より小さなパルス幅及びパルス強度の揺らぎはまた、増幅器間隔変動への許
容度を大きくすると解されるべきである。
【００６５】 前述したように、本発明にしたがえば、増幅をラマン増幅によっても達成でき
ると考えられる。ラマン増幅の利点の１つは、導波路ファイバ内のドーパントに
よる余分な吸収がなく、したがって損失がないことである。すなわち、本発明に
したがえば、エルビウムのような希土類ドーパントの添加による増幅またはラマ
ン増幅あるいは両者の併用が分布増幅に用いられる。
【００６６】 特に注目される動作波長範囲は、１５５０ｎｍのまわりの低減衰動作ウインド
ウを含む範囲である、約１２８５ｎｍから１６２０ｎｍである。しかし、当業者
であれば本発明がこの特定の波長範囲に限定されないことを認めるであろう。
【００６７】 本発明の精神または範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がな
され得ることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変
形が特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入るならば、本発明はそれらの改
変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 分散制御導波路ファイバの長さ方向で交互する正及び負の分散を示す図である
【図２】 本発明にしたがう導波路ファイバの一周期の単純化した略図である
【図３】 図２に示されるファイバの第１の部分長のΔ％対半径のグラフを示す
【図４】 図２に示されるファイバの第２の部分長のΔ％対半径のグラフを示す
【図５】 分散対ファイバ長のグラフを示す
【図６】 分散スロープ対ファイバ長のグラフを示す
【図７】 本発明の導波路ファイバを利用する例示的なシステムの略図である
【図８】 分散制御導波路ファイバのピークパルスパワー対長さのグラフである
【図９】 分散制御導波路ファイバのパルス幅対ソリトン信号が伝送される長さのグラフ
である
【符号の説明】 ２ 正分散 ４ 負分散 ６ 分散の広がり ８ 導波路区画 １２ 正分散区画 １３ 移行部 １４ 負分散区画 ２２，２８，３０，３８ 結合器 ２４，３２，３６ ポンプレーザ ２６，３４ 分散制御導波路ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，Ａ Ｔ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ， ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H050 AB03Z AB18X AC13 AC38 AD01 5F072 AB09 AK06 KK30 MM07 QQ07 RR01 SS07 YY17 5K002 CA02 FA02

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ある伝送波長範囲にわたって光信号を伝送するための一体分
    散制御光導波路ファイバにおいて： ある屈折率プロファイルを有し、クラッドガラス層に取り囲まれたコアガラス
    領域；前記クラッドガラス層は前記コアガラス領域の前記屈折率プロファイルの
    少なくとも一部より低い屈折率ｎｃを有し、前記導波路ファイバは前記導波路の
    長さ方向に正から負に、及び及び負から正に符号が変化する全分散を有する； を含み： 前記導波路ファイバは前記伝送波長範囲にわたり正の全分散を有する複数の部
    分長ｌｉ及び前記伝送波長範囲にわたり負の全分散を有する複数の部分長ｌｊを
    含み； 前記複数の部分長ｌｉまたはｌｊの内の少なくとも１つが、誘導放射により前
    記伝送波長を増幅するのに十分な、希薄濃度の希土類ドーパントイオンを含む； ことを特徴とする分散制御導波路ファイバ。
  2. 【請求項２】 前記ファイバが複数の移行部分長ｌｔをさらに含み、前記複
    数の移行部分長ｌｔのそれぞれにわたって、前記全分散が正から負にまたは負か
    ら正に変化することを特徴とする請求項１記載の分散制御導波路ファイバ。
  3. 【請求項３】 前記伝送波長範囲において、前記正分散部分長の前記分散の
    絶対値の平均が０.５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより大きく、前記負分散部分長の前記分散
    の絶対値の平均が０.５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより大きいことを特徴とする請求項１記
    載の分散制御導波路ファイバ。
  4. 【請求項４】 前記伝送波長範囲が４ｎｍより広いことを特徴とする請求項
    １記載の分散制御導波路ファイバ。
  5. 【請求項５】 前記伝送波長範囲が２０ｎｍより広いことを特徴とする請求
    項１記載の分散制御導波路ファイバ。
  6. 【請求項６】 前記希土類ドーパントイオンがエルビウムを含むことを特徴
    とする請求項１記載の分散制御導波路ファイバ。
  7. 【請求項７】 前記希土類ドーパントイオンがエルビウムを含むことを特徴
    とする請求項３記載の分散制御導波路ファイバ。
  8. 【請求項８】 前記正分散部分長ｌｉにおける前記希土類ドーパントイオン
    の半径方向の位置が前記負分散部分長ｌｊにおける前記ドーパントイオンの半径
    方向の位置と異なることを特徴とする請求項３記載の分散制御導波路ファイバ。
  9. 【請求項９】 前記ドーパントイオンの前記濃度が前記導波路ファイバの全
    長にわたり実質的に一様であることを特徴とする請求項２記載の分散制御導波路
    ファイバ。
  10. 【請求項１０】 前記複数の正分散部分長ｌｉのみが前記希土類ドーパント
    イオンを含むことを特徴とする請求項１記載の分散制御導波路ファイバ。
  11. 【請求項１１】 前記導波路ファイバにおけるソリトン伝送が、前記伝送波
    長の分散が約−０.０５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより小さいときに、改善されることを特
    徴とする請求項１０記載の分散制御導波路ファイバ。
  12. 【請求項１２】 前記複数の負分散部分長ｌｊのみが前記希土類ドーパント
    イオンを含むことを特徴とする請求項１記載の分散制御導波路ファイバ。
  13. 【請求項１３】 前記複数の移行部分長ｌｔのみが前記希土類ドーパントイ
    オンを含むことを特徴とする請求項２記載の分散制御導波路ファイバ。
  14. 【請求項１４】 前記導波路ファイバがソリトン信号パルスを用いる遠距離
    通信システムでの使用のための構造をもつことを特徴とする請求項１３記載の分
    散制御導波路ファイバ。
  15. 【請求項１５】 前記ドーパントイオンの励起が、前記信号パルスのピーク
    強度が前記パルスの幅の振動を抑制するために制御されるように、前記信号パル
    スの増幅をおこさせることを特徴とする請求項１４記載の分散制御導波路ファイ
    バ。
  16. 【請求項１６】 前記移行部分長ｌｔにおける増幅がソリトン伝送システム
    におけるパルスタイミングジッターを低減するための構造をもつことを特徴とす
    る請求項１４記載の分散制御導波路ファイバ。
  17. 【請求項１７】 前記正分散部分長ｌｉの前記屈折率プロファイルが前記負
    分散部分長ｌｊの前記屈折率プロファイルと異なり、前記正分散部分長ｌｉ内の
    前記ドーパントイオンの半径方向の位置が前記負分散部分長ｌｊ内の前記ドーパ
    ントイオンの半径方向の位置と異なることを特徴とする請求項１記載の分散制御
    導波路ファイバ。
  18. 【請求項１８】 前記正分散部分長ｌｉにおける前記分散スロープが正であ
    り、前記負分散部分長ｌｊにおける前記分散スロープが負であることを特徴とす
    る請求項１記載の分散制御導波路ファイバ。
  19. 【請求項１９】 第１の伝送波長範囲にわたって第１の光波信号を伝送する
    ための光学系において： ある屈折率プロファイルを有し、クラッドガラス層に取り囲まれたコアガラス
    領域を含む一体分散制御光導波路ファイバ；前記クラッドガラス層は前記コアガ
    ラス領域の前記屈折率プロファイルの少なくとも一部より低い屈折率率ｎｃを有
    し、前記導波路ファイバは前記導波路の長さ方向に正から負に、及び及び負から
    正に符号が変化する全分散を有し、前記導波路ファイバは前記伝送波長範囲にわ
    たり正の全分散を有する複数の部分長ｌｉ及び前記伝送波長範囲にわたり負の全
    分散を有する複数の部分長ｌｊを含み、前記複数の部分長ｌｉまたはｌｊの内の
    少なくとも１つが、誘導放射により前記伝送波長を増幅するのに十分な、希薄濃
    度の希土類ドーパントイオンを含む；及び 前記第１の波長における前記ドーパントイオンからの放射を励起するための第
    ２の波長における第１のポンプ源；前記第１のポンプ源は前記光導波路ファイバ
    に光結合される； を含むことを特徴とする光学系。
  20. 【請求項２０】 前記ファイバが複数の移行部分長ｌｔをさらに含み、前記
    複数の移行部分長ｌｔのそれぞれにわたって前記全分散が第１の分散値範囲内の
    ある値から第２の分散値範囲内のある値に変化することを特徴とする請求項１９
    記載の光学系。
  21. 【請求項２１】 前記伝送波長範囲において、前記正分散部分長の前記分散
    の絶対値の平均が０.５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより大きく、前記負分散部分長の前記分
    散の絶対値の平均が０.５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより大きいことを特徴とする請求項１
    ９記載の光学系。
  22. 【請求項２２】 前記伝送波長範囲が４ｎｍより広いことを特徴とする請求
    項１９記載の光学系。
  23. 【請求項２３】 前記伝送波長範囲が２０ｎｍより広いことを特徴とする請
    求項１９記載の光学系。
  24. 【請求項２４】 前記希土類ドーパントイオンがエルビウムを含むことを特
    徴とする請求項１９記載の光学系。
  25. 【請求項２５】 前記希土類ドーパントイオンがエルビウムを含むことを特
    徴とする請求項２２記載の光学系。
  26. 【請求項２６】 前記正分散部分長ｌｉにおける前記希土類ドーパントイオ
    ンの半径方向の位置が前記負分散部分長ｌｊにおける前記ドーパントイオンの半
    径方向の位置と異なることを特徴とする請求項１９記載の光学系。
  27. 【請求項２７】 前記複数の正分散部分長ｌｉのみが前記希土類ドーパント
    イオンを含むことを特徴とする請求項１９記載の光学系。
  28. 【請求項２８】 前記正分散部分長ｌｉにおける前記希土類ドーパントイオ
    ンの誘導放射が約−０.０５ｐｓ／ｎｍ-ｋｍより小さい分散範囲における信号伝
    送を改善することを特徴とする請求項２７記載の光学系。
  29. 【請求項２９】 前記複数の負分散部分長ｌｊのみが前記希土類ドーパント
    イオンを含むことを特徴とする請求項１９記載の光学系。
  30. 【請求項３０】 前記正分散部分長ｌｉの前記屈折率プロファイルが前記負
    分散部分長ｌｊの前記屈折率プロファイルと異なり、前記正分散部分長ｌｉ内の
    前記ドーパントイオンの半径方向の位置が前記負分散部分長ｌｊ内の前記ドーパ
    ントイオンの半径方向の位置と異なることを特徴とする請求項１９記載の光学系
    。
  31. 【請求項３１】 前記複数の移行部分長ｌｔのみが前記希土類ドーパントイ
    オンを含むことを特徴とする請求項２０記載の光学系。
  32. 【請求項３２】 前記導波路ファイバがソリトン信号パルスを用いる遠距離
    通信システムでの使用のための構造をもち、前記希土類ドーパントイオンからの
    誘導放射が前記複数の移行部分長において増幅をおこさせることを特徴とする請
    求項３１記載の光学系。
  33. 【請求項３３】 前記ドーパントイオンの励起が、前記信号パルスのピーク
    強度が前記パルスの幅の振動を防ぐために制御されるように、前記信号パルスの
    増幅をおこさせることを特徴とする請求項３２記載の光学系。
  34. 【請求項３４】 前記正分散部分長ｌｉにおける前記分散スロープが正であ
    り、前記負分散部分長ｌｊにおける前記分散スロープが負であることを特徴とす
    る請求項１９記載の光学系。
  35. 【請求項３５】 ラマン散乱を励起するための第３の波長における第２のポ
    ンプ源をさらに含み、前記第２のポンプ源が前記導波路ファイバに光結合される
    ことを特徴とする請求項１９記載の光学系。
  36. 【請求項３６】 第１の波長範囲にわたって第１の光波信号を伝送するため
    の光学系において： ある屈折率プロファイルを有し、クラッドガラス層に取り囲まれたコアガラス
    領域を含む一体分散制御導波路ファイバ；前記クラッドガラス層は前記コアガラ
    ス領域の前記屈折率プロファイルの少なくとも一部より低い屈折率率ｎｃを有し
    、前記導波路ファイバは前記導波路の長さ方向に正から負に、及び及び負から正
    に符号が変化する全分散を有し、前記導波路ファイバは前記伝送波長範囲にわた
    り正の全分散を有する複数の部分長ｌｉ及び前記伝送波長範囲にわたり負の全分
    散を有する複数の部分長ｌｊを含む；及び 前記第１の波長における前記光波信号のラマン散乱により増幅をおこさせるた
    めの第２の波長における第１のポンプ源；前記第１のポンプ源は前記光導波路フ
    ァイバに光結合される； を含むことを特徴とする光学系。
  37. 【請求項３７】 前記ファイバが複数の移行部分長ｌｔをさらに含み、前記
    複数の移行部分長ｌｔにわたって前記全分散が第１の分散値範囲内のある値から
    第２の分散値範囲内のある値に変化することを特徴とする請求項３６記載の光学
    系。
  38. 【請求項３８】 前記ファイバが約５０平方マイクロメートルより小さい有
    効面積を有することを特徴とする請求項３７記載の光学系。
  39. 【請求項３９】 前記ファイバが約３０平方マイクロメートルより小さい有
    効面積を有することを特徴とする請求項３７記載の光学系。
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