JP2003207674A - 分散補償光ファイバ - Google Patents

分散補償光ファイバ

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JP2003207674A JP2002004862A JP2002004862A JP2003207674A JP 2003207674 A JP2003207674 A JP 2003207674A JP 2002004862 A JP2002004862 A JP 2002004862A JP 2002004862 A JP2002004862 A JP 2002004862A JP 2003207674 A JP2003207674 A JP 2003207674A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異種光ファイバとの接続損失が低い分散補償
光ファイバを提供する。 【解決手段】 コア1の外周を第1クラッド層2〜第4
クラッド層5で順次覆って4重クラッド層構造とし、コ
ア1の比屈折率差Δn1と第2クラッド層3の比屈折率
差Δn3とを第4クラッド層5の比屈折率差Δn0より
大きくし、第1クラッド層2の比屈折率差Δn2と第3
クラッド層4の比屈折率差Δn4とを第4クラッド層5
の比屈折率差Δn0より小さくすることにより、MFD
を大きくすることができるので、異種光ファイバとの接
続時に生じる接続損失を低く抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分散補償光ファイ
バに関する。
【0002】
【従来の技術】近年のインターネットを始めとするデー
タ通信の爆発的な増加により、伝送容量の飛躍的な増加
が求められている。現在、1本の光ファイバ中に僅かに
波長の異なる複数の信号光を同時に伝送させるWDM
(Wavelength Division Mult
iplexing:波長分割多重)伝送方式が実用化さ
れ、幹線系伝送路や海底光ケーブルに用いられている。
通常、このような光ファイバ伝送路には一定の間隔で中
継器が設置されている。
【0003】従来の中継器は信号光を補償・増幅するた
めに信号光を一旦電気信号に変換し、その電気信号を同
期再生・増幅して光信号に変換する、いわゆる再生中継
器と呼ばれる装置であるが、WDM伝送においてはわず
かに波長毎に再生・増幅を行わなければならないため、
波数の分だけデバイスを必要とすることになる。
【0004】このため、WDM伝送の大容量化のための
波数増加にはコスト的・実装空間的な限界があった。
【0005】しかし、EDFA(Erbium−Dop
ed Fiber Amplifier:エルビウム添
加光ファイバ増幅器)の開発により、信号光を電気信号
に変換することなく全波長の信号光を一括して光のまま
増幅することができるようになった。このEDFAによ
り伝送容量の大容量化が急速に進展したが、波数の増加
や信号光のビットレートの増加により様々な問題が生じ
てきた。
【0006】例えば、本来光ファイバの有する波長分散
により、使用波長帯域の両端で異なる分散を生じてしま
い、伝送後の信号光の波形が劣化したり、非線形現象が
生じたりする問題がある。非線形現象は伝送路を構築す
る光ファイバの局所的な屈折率分布の変化(一般に光パ
ワー密度に依存する。)により生じる現象であり、FW
M(Four Wave Mixing:四光波混合)
等が該当する。
【0007】これら分散や非線形現象は信号光の伝送品
質を劣化させる原因となりうる。特に、WDM伝送のよ
うに多数の異なる波長の信号光を長距離伝送させる場合
には深刻である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ここで、光ファイバの
波長分散による信号波形の劣化を防止するためには、使
用波長帯域の分散値をできるだけ小さくする、いわゆる
零分散波長を使用波長にシフトさせることが有効であ
る。例えば、零分散波長が1550nmのDSF(Di
spersion Sift Fiber:分散シフト
ファイバ)等は陸上、海底を問わず広く適用されてい
る。
【0009】しかし、複数の信号光を伝送するWDM伝
送においては、最短波長側の信号光と最長波長側の信号
光とに生じる分散の値が異なる。すなわち、分散スロー
プの存在により波数そのものが制限を受ける。これは、
光ファイバ伝送後の信号光が判別可能な限度内である分
散範囲(すなわち、波長帯域)がハードウェアや伝送速
度により定まり、結果として最大波数を決定するためで
ある。
【0010】従って、この分散スロープの値をできるだ
け小さくすることが伝送容量を増加させる上で重要であ
る。
【0011】従来の光ファイバの単峰型のプロファイル
(屈折率分布)を、例えばW型や3重クラッド型等の複
雑なプロファイルに変更することにより、0.05ps
/nm2/km以下の低い分散スロープを達成すること
ができる。
【0012】しかし、一方では波数の増加に伴い光ファ
イバに入射する光信号のパワー密度が増加し、前述の非
線形現象が大きな問題となってきた。例えば、前述のF
WMにより零分散波長近傍のWDM信号光が増幅され、
信号伝送特性を著しく劣化させることが近年の研究によ
り明らかになってきた。この非線形現象を防止しつつ信
号光の波数を増加させるには、伝送路全体で分散・スロ
ープを小さく保ち、可能な限り実効断面積の大きな光フ
ァイバを用いればよい。
【0013】例えば、EDFA等の増幅器による増幅直
後の光密度の高い部分で実効断面積が比較的大きく、分
散・スロープが比較的小さい光ファイバを用いて非線形
現象の発生を抑え、その光ファイバの出力端に比較的実
効断面積が小さく、分散・スロープが小さい光ファイバ
を接続することで、伝送路全体で分散を非零、スロープ
を0.1ps/nm2/km以下に抑えることができる
(図11参照。)。
【0014】図11は波長多重伝送時の実効断面積拡大
光ファイバ及び低分散スロープ光ファイバによるハイブ
リット回路伝送路の累積分散を示す図である。同図にお
いて横軸はファイバ長を示し、縦軸は累積分散を示す。
【0015】また、EDFA等の増幅器による増幅直後
(希土類添加光ファイバの増幅区間前半)で実効断面積
が非常に大きく、分散も大きい光ファイバを用い、その
後(希土類添加光ファイバの増幅区間後半)で前半に生
じた累積分散や分散スロープを完全に補償する光ファイ
バを用いたハイブリット伝送路も提案されており、実用
化間近である(図12参照。)。
【0016】図12は波長多重伝送時の実効断面積拡大
光ファイバ及び分散・分散スロープ補償光ファイバによ
るハイブリット伝送路の累積分散を示す図である。同図
において横軸はファイバ長を示し、縦軸は累積分散を示
す。
【0017】しかし、この伝送路後半で用いられるSC
DCF(Slope Compensation Di
spersion Compensation Fib
er:分散・分散補償ファイバ)は大きな負分散と負分
散スロープを実現することができるが、MFDが比較的
小さい。そのため前半で用いられる実効断面積が極めて
大きい光ファイバ等の異種光ファイバと融着接続する
際、MFDのミスマッチにより大きな接続損失が生じて
しまうという問題があった。
【0018】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、異種光ファイバとの接続損失が低い分散補償光ファ
イバを提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の分散補償光ファイバは、コアと、コアを覆う第
1クラッド層と、第1クラッド層を覆う第2クラッド層
と、第2クラッド層を覆う第3クラッド層と、第3クラ
ッド層を覆う第4クラッド層とを備えた分散補償光ファ
イバであって、コアの比屈折率差Δn1と第2クラッド
層の比屈折率差Δn3とを第4クラッド層の比屈折率差
Δn0より大きくし、第1クラッド層の比屈折率差Δn
2と第3クラッド層の比屈折率差Δn4とを第4クラッ
ド層の比屈折率差Δn0より小さくすることにより、波
長1550nmでの分散スロープを−0.18〜−0.
12ps/nm2/kmとし、波長分散を−50〜−4
0ps/nm/kmとし、モードフィールド径を6.0
μm以上としたものである。
【0020】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、コアの比屈折率差を中心から径方向に単調に減少
させ、コアの中心の比屈折率差Δn1を1.03〜1.
07%とするのが好ましい。
【0021】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、コアの半径r1を2.66〜2.72μmとする
のが好ましい。
【0022】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、第2クラッド層の比屈折率差Δn3を0.13〜
0.15%とするのが好ましい。
【0023】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、第2クラッド層の半径r3を10.7〜11.4
μmとするのが好ましい。
【0024】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、第1クラッド層の比屈折率差Δn2を−0.28
5〜−0.25%とするのが好ましい。
【0025】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、第1クラッド層の半径r2を5.38〜5.73
μmとするのが好ましい。
【0026】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、第3クラッド層の比屈折率差Δn4を−0.15
〜−0.07%とするのが好ましい。
【0027】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、第3クラッド層の半径r4を13.15μm以上
17μm以下とするのが好ましい。
【0028】上記構成に加え本発明の分散補償光ファイ
バは、コア及び第1クラッド層が組成中に0.05モル
%以上の酸化ゲルマニウムを含ませるのが好ましい。
【0029】本発明によれば、コアの外周を第1クラッ
ド層から第4クラッド層で順次覆って4重クラッド層構
造とし、コアの比屈折率差Δn1と第2クラッド層の比
屈折率差Δn3とを第4クラッド層の比屈折率差Δn0
より大きくし、第1クラッド層の比屈折率差Δn2と第
3クラッド層の比屈折率差Δn4とを第4クラッド層の
比屈折率差Δn0より小さくすることにより、MFDを
大きくすることができるので、異種光ファイバとの接続
時に生じる接続損失を低く抑えることができる。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0031】図1は本発明の分散補償光ファイバの一実
施の形態を示す屈折率分布図である。同図において横軸
はコアの中心0からの距離を示し、縦軸は比屈折率差を
示す。
【0032】本分散補償光ファイバは、比屈折率差が中
心から径方向に単調に減少するコア(半径r1)1のま
わりに、第1クラッド層(半径r1〜r2)2、第2ク
ラッド層(半径r2〜r3)3、第3クラッド層(半径
r3〜r4)4及び第4クラッド層(半径r4〜r5)
5を順次積層した光ファイバである。
【0033】本分散補償光ファイバは、コア1の比屈折
率差Δn1と第2クラッド層3の比屈折率差Δn3とを
第4クラッド層5の比屈折率差Δn0より大きくし、第
1クラッド層2の比屈折率差Δn2と第3クラッド層4
の比屈折率差Δn4とを第4クラッド層5の比屈折率差
Δn0より小さくすることにより、波長1550nmで
の分散スロープを−0.18〜−0.12ps/nm2
/kmとし、波長分散を−50〜−40ps/nm/k
mとし、モードフィールド径を6.0μm以上としたも
のである。
【0034】ここで、MFDは大きければ大きい程好ま
しいが、理論的には33m2を超えることは無いもの
の、試作段階では比較的大きなAeffが得られている
ので、MFDは約40μm2以下が好ましい。
【0035】コア1の中心0における比屈折率差Δn1
を1.03〜1.07%とすることにより、分散を−5
0〜−40ps/nm/kmとすることができる(図2
参照。)。
【0036】図2は図1に示した特性を有する分散補償
光ファイバの比屈折率差Δn1に対する分散のシミュレ
ーション結果を示す図である。同図において横軸は比屈
折率差Δn1を示し、縦軸は分散を示す。
【0037】コア1の半径r1を2.66〜2.72μ
mとすることにより、分散を−50〜−40ps/nm
/kmとすることができる(図3参照。)。
【0038】図3は図1に示した特性を有する分散補償
光ファイバの半径r1に対する分散のシミュレーション
結果を示す図である。同図において横軸はコアの半径r
1を示し、縦軸は分散を示す。
【0039】第2クラッド層3の比屈折率差Δn3を
0.13〜0.15%とすることにより、基準長2mで
のカットオフ波長を1.7μm以下、かつ分散を−40
ps/nm/km以下にすることができる(図4参
照。)。
【0040】図4は図1に示した特性を有する分散補償
光ファイバの比屈折率差Δn3に対する分散のシミュレ
ーション結果を示す図である。同図において横軸は第2
クラッド層3の比屈折率差Δn3を示し、縦軸は分散を
示す。
【0041】第2クラッド層3の半径r3を10.7〜
11.4μmとすることにより、分散スロープを−0.
12ps/nm2/km以下、かつ基準長2mでのカッ
トオフ波長を1.7m以下にすることができる(図5参
照。)。
【0042】図5は図1に示した特性を有する分散補償
光ファイバの半径r3に対するカットオフ波長のシミュ
レーション結果を示す図である。同図において横軸は第
2クラッド層の半径r3を示し、縦軸はカットオフ波長
を示す。
【0043】第1クラッド層2の比屈折率差Δn2を−
0.285〜−0.25%とすることにより、分散スロ
ープを−0.18〜−0.12ps/nm2/kmにす
ることができる(図6参照。)。
【0044】図6は図1に示した特性を有する分散補償
光ファイバの比屈折率差Δn2に対する分波スロープの
シミュレーション結果を示す図である。同図において横
軸は第1クラッド層2の比屈折率差Δn2を示し、縦軸
は分波スロープを示す。
【0045】第1クラッド層2の半径r2を5.38〜
5.73μmとすることにより、分散を−40ps/n
m/km以下、かつ分散スロープを−0.12ps/n
2/km以下にすることができる(図7参照。)。
【0046】図7は図1に示した特性を有する分散補償
光ファイバの半径r2に対する分散のシミュレーション
結果を示す図である。同図において横軸は第1クラッド
層の半径r2を示し、縦軸は分散を示す。
【0047】第3クラッド層4の比屈折率差Δn4を−
0.15〜−0.07%とすることにより、基準長2m
でのカットオフ波長を1.7μm以下、かつ分散スロー
プを−0.12ps/nm2/km以下にすることがで
きる(図8参照。)。
【0048】図8は図1に示した特性を有する分散補償
光ファイバの比屈折率差Δn4に対する分散スロープの
シミュレーション結果を示す図である。同図において横
軸は第3クラッド層4の比屈折率差Δn4を示し、縦軸
は分散スロープを示す。
【0049】第3クラッド層4の半径r4を13.15
μm以上17μm以下とすることにより、基準長2mで
のカットオフ波長を1.7μm以下にすることができ
る。
【0050】ここで、半径r4の値は理論的には波長分
散にはほとんど影響を及ぼさない。比較的変化するのは
カットオフ波長であるが、このカットオフ波長は半径r
4が大きくなるにつれて減少するので半径r4の制限は
下限しかない。但し、製造条件的にはクラッド3の堆積
厚は薄い方がよく、また製造上の誤差も含めると半径r
の上限は17μmが好ましい(図9参照。)。
【0051】図9は図1に示した特性を有する分散補償
光ファイバの半径r4に対するカットオフ波長のシミュ
レーション結果を示す図である。同図において横軸は第
3クラッド層の半径r4を示し、縦軸はカットオフ波長
を示す。
【0052】コア1及び第1クラッド層2は組成中に
0.05モル%以上の酸化ゲルマニウムを含む。
【0053】このように分散補償光ファイバを構成した
ことにより、MFDを大きくすることができるので、異
種光ファイバとの接続時に生じる接続損失を低く抑える
ことができる。
【0054】
【実施例】例えば、MCVD法と呼ばれる光ファイバ用
コアロッドの製造について図10を参照して説明する。
【0055】図10はMCVD法によるコアロッド製造
装置の模式図である。
【0056】バブラー101から純粋酸素でバブリング
した原料ガスを、回転継手からなる回転導入端子102
を通じて周方向に回転する出発石英管103の内部に導
入する。原料ガスは、例えばSiCl4、GeCl4、O
2、He、Cl2、C26等が挙げられる。これらの原料
を石英管外側から出発石英管103の長手方向に沿って
移動する酸水素バーナ104で加熱し、化学反応により
スート粒子105が生成される。このスート粒子は一部
が出発石英管103の内面に付着・堆積し、残りは排気
管106を通りスートボックス107に排出される。出
発石英管103の内面に付着したスート粒子は、再度酸
水素バーナ104で加熱され透明ガラス化する。
【0057】以上の工程を必要なだけ繰り返し、コア1
やクラッド層2〜5を合成する。堆積、透明ガラス化が
終了した後、中心の残った空間を閉鎖するために酸水素
バーナ104の火力を増加させ、出発石英管103の表
面張力で中実化させる。
【0058】このようにして得られたコアロッドを、例
えばVAD法により純粋石英のスートを外付け、焼結し
て線引き母材とする。この線引き母材を、例えば線引き
速度約200m/min、張力約1.3N(133g
f)で線引きし、約100kmの長さの光ファイバを得
た。
【0059】このようにして製造した光ファイバの特性
を測定した。
【0060】図1に示される比屈折率差分布を有し、コ
ア1の中心の比屈折率差Δn1=1.05%、半径r1
=2.7μm、第1クラッド層2の比屈折率差Δn2=
−0.275%、半径r2=5.5μm、第2クラッド
層3の比屈折率差Δn3=0.145%、半径r3=1
1.0μm、第3クラッド層4の比屈折率差Δn4=−
0.08%、半径r4=13.45μmである分散補償
光ファイバを試作した。
【0061】その結果、波長1550nmでの伝送損失
が0.248dB/kmであり、MFDが6.32μm
であり、分散が−43.8ps/nm/kmであり、分
散スロープが−0.141ps/nm2/kmと良好な
特性が得られた。
【0062】以上において、本分散補償光ファイバは、
従来の分散補償光ファイバに比べてMFDを大きくする
ことができるので、異種光ファイバとの接続の際に生じ
るMFDの差異に起因する接続損失を低く抑えることが
できる。
【0063】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、異種光フ
ァイバとの接続損失が低い分散補償光ファイバの提供を
実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の分散補償光ファイバの一実施の形態を
示す屈折率分布図である。
【図2】図1に示した特性を有する分散補償光ファイバ
の比屈折率差Δn1に対する分散のシミュレーション結
果を示す図である。
【図3】図1に示した特性を有する分散補償光ファイバ
の半径r1に対する分散のシミュレーション結果を示す
図である。
【図4】図1に示した特性を有する分散補償光ファイバ
の比屈折率差Δn3に対する分散のシミュレーション結
果を示す図である。
【図5】図1に示した特性を有する分散補償光ファイバ
の半径r3に対するカットオフ波長のシミュレーション
結果を示す図である。
【図6】図1に示した特性を有する分散補償光ファイバ
の比屈折率差Δn2に対する分波スロープのシミュレー
ション結果を示す図である。
【図7】図1に示した特性を有する分散補償光ファイバ
の半径r2に対する分散のシミュレーション結果を示す
図である。
【図8】図1に示した特性を有する分散補償光ファイバ
の比屈折率差Δn4に対する分散スロープのシミュレー
ション結果を示す図である。
【図9】図1に示した特性を有する分散補償光ファイバ
の半径r4に対するカットオフ波長のシミュレーション
結果を示す図である。
【図10】MCVD法によるコアロッド製造装置の模式
図である。
【図11】波長多重伝送時の実効断面積拡大光ファイバ
及び低分散スロープ光ファイバによるハイブリット回路
伝送路の累積分散を示す図である。
【図12】波長多重伝送時の実効断面積拡大光ファイバ
及び分散・分散スロープ補償光ファイバによるハイブリ
ット伝送路の累積分散を示す図である。
【符号の説明】 1 コア 2 第1クラッド層 3 第2クラッド層 4 第3クラッド層 5 第4クラッド層

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コアと、該コアを覆う第1クラッド層
    と、第1クラッド層を覆う第2クラッド層と、第2クラ
    ッド層を覆う第3クラッド層と、第3クラッド層を覆う
    第4クラッド層とを備えた分散補償光ファイバであっ
    て、上記コアの比屈折率差Δn1と第2クラッド層の比
    屈折率差Δn3とを第4クラッド層の比屈折率差Δn0
    より大きくし、第1クラッド層の比屈折率差Δn2と第
    3クラッド層の比屈折率差Δn4とを第4クラッド層の
    比屈折率差Δn0より小さくすることにより、波長15
    50nmでの分散スロープを−0.18〜−0.12p
    s/nm2/kmとし、波長分散を−50〜−40ps
    /nm/kmとし、モードフィールド径を6.0μm以
    上としたことを特徴とする分散補償光ファイバ。
  2. 【請求項2】 上記コアの比屈折率差を中心から径方向
    に単調に減少させ、上記コアの中心の比屈折率差Δn1
    を1.03〜1.07%とした請求項1に記載の分散補
    償光ファイバ。
  3. 【請求項3】 上記コアの半径r1を2.66〜2.7
    2μmとした請求項1または2に記載の分散補償光ファ
    イバ。
  4. 【請求項4】 第2クラッド層の比屈折率差Δn3を
    0.13〜0.15%とした請求項1から3のいずれか
    に記載の分散補償光ファイバ。
  5. 【請求項5】 第2クラッド層の半径r3を10.7〜
    11.4μmとした請求項1から4のいずれかに記載の
    分散補償光ファイバ。
  6. 【請求項6】 第1クラッド層の比屈折率差Δn2を−
    0.285〜−0.25%とした請求項1から5のいず
    れかに記載の分散補償光ファイバ。
  7. 【請求項7】 第1クラッド層の半径r2を5.38〜
    5.73μmとした請求項1から6のいずれかに記載の
    分散補償光ファイバ。
  8. 【請求項8】 第3クラッド層の比屈折率差Δn4を−
    0.15〜−0.07%とした請求項1から7のいずれ
    かに記載の分散補償光ファイバ。
  9. 【請求項9】 第3クラッド層の半径r4を13.15
    μm以上17μm以下とした請求項1から8のいずれか
    に記載の分散補償光ファイバ。
  10. 【請求項10】 上記コア及び第1クラッド層の組成中
    に0.05モル%以上の酸化ゲルマニウムを含ませた請
    求項1に記載の分散補償光ファイバ。
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