JP2003241000A - 光ファイバおよびその光ファイバを用いた光増幅器ならびに光伝送システム - Google Patents

光ファイバおよびその光ファイバを用いた光増幅器ならびに光伝送システム

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JP2003241000A JP2002041921A JP2002041921A JP2003241000A JP 2003241000 A JP2003241000 A JP 2003241000A JP 2002041921 A JP2002041921 A JP 2002041921A JP 2002041921 A JP2002041921 A JP 2002041921A JP 2003241000 A JP2003241000 A JP 2003241000A
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optical fiber
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less
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Kazunori Mukasa
和則 武笠
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高非線形で低分散特性を有するラマン増幅に
適した光ファイバを提供する。 【解決手段】 α乗屈折率プロファイルの第１コア層１
の外周側を第２コア層２で覆い、その外周側をクラッド
５で覆う。第１コア層１のクラッド５に対する比屈折率
差Δ１を１．８％以上、第２コア層２のクラッド５に対
する比屈折率差Δ２を−０．４％以下、αを１．５以
上、第２コア層２の径を第１コア層１の径の２．２倍以
上とする。波長１．５５μｍにおける実効コア断面積を
１５μm２以下、波長１．５５μｍにおける分散スロー
プの絶対値を０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下、波長
１．５５μｍの分散の絶対値を５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上
２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、カットオフ波長を１３５０
ｎｍ以下、波長１．５５μｍにおける直径２０ｍｍφの
曲げ損失を５．０ｄＢ／ｍ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラマン増幅に最適
な光ファイバおよびその光ファイバを用いた光増幅器な
らびに光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【背景技術】情報社会の発展により、通信情報量が飛躍
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、波長分割多重伝送が通信分野に広く受け入れられて
いる。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。
【０００３】現在、波長分割多重伝送の中継箇所に適用
される光増幅器として、エルビウム添加ファイバを用い
た光増幅器（ＥＤＦＡ）が開発され、用いられている。
また、エルビウムのみならず、希土類添加光ファイバが
光増幅器として盛んに検討されてきており、このような
光ファイバの開発により、前記中継箇所において波長ご
とに光信号を電気信号に変換することが不要になったこ
とが、波長分割多重伝送の発展を加速させている。
【０００４】また、その一方で、最近では、ラマン増幅
を用いたラマン増幅器が新しい光増幅器として注目され
ている。例えば、光伝送路をラマン増幅体として用い、
伝送特性の改良を行おうとする分布型ラマン増幅の検討
が盛んに行われている。
【０００５】さらに、ＯＦＣ’９６ ＷＫ１５や ＯＦ
Ｃ’９７ ＴｕＮ２等の学会報告書に報告されているよ
うに、ＤＣＦ（シングルモード光ファイバ用分散補償光
ファイバ）を用いた集中型ラマン増幅の検討も非常に活
発に行われている。この検討は、分散補償を行うための
ＤＣＦに、増幅器としての機能を併せ持たせようとする
検討である。
【０００６】ラマン増幅は、ラマン散乱における誘導放
出を利用して励起光の周波数から約１３．２ＴＨｚ低い
周波数（約１００〜１１０ｎｍ長波長側）の光を増幅す
る方式であり、その利用効率は、光ファイバの非線形性
に大きく依存する。一般に、光ファイバの非線形性が大
きいほどラマン増幅の効率は高くなる。
【０００７】上記ＤＣＦは、シングルモード光ファイバ
または、場合によっては零分散波長を波長１．５５μｍ
付近にシフトさせた分散シフト光ファイバ（ＮＺ−ＤＳ
Ｆ）が有する正の分散値をなるべく短い条長で分散補償
する目的で形成された。そのため、一般に、ＤＣＦは、
波長１．５５μｍ帯で−７０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の大
きな分散絶対値を有している。また、ＤＣＦは、波長
１．５５μｍ帯で１５〜２０μｍ２程度の実効コア断面
積を有している。
【０００８】ＤＣＦは、このように、実効コア断面積が
小さく、高非線形性を有しているので、ＤＣＦをラマン
増幅媒体として用いる手法は非常に有利である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、分散補
償が必要でない系でラマン増幅を行う場合、ＤＣＦの大
きな分散絶対値は伝送特性の劣化をもたらす原因となる
といった問題があった。
【００１０】つまり、高速伝送化の流れで分散の緻密な
制御が要求されている中で、分散補償が必要でない系に
ＤＣＦ型ラマン用光ファイバをそのまま転用することは
できない。しかし、ＤＣＦを用いないラマン増幅用光フ
ァイバの研究は、従来は十分に成されてこなかった。
【００１１】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的は、例えば波長分散が調整され
た光線路に適用したときに、調整された分散を崩すこと
が無く、かつ、効率的にラマン増幅を行うことができ
る、光源用や増幅用として最適な光ファイバおよび該光
ファイバを用いた光増幅器ならびに光伝送システムを提
供することにある。
【００１２】
【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の発明の光ファイ
バは、波長１．５５μｍにおける実効コア断面積を１５
μm２以下とし、波長１．５５μｍにおける分散スロー
プの絶対値を０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下とし、波
長１．５５μｍの分散の絶対値を５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以
上２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下とし、カットオフ波長を１
４００ｎｍ以下（より好ましくは１３５０ｎｍ以下）と
し、波長１．５５μｍ帯における直径２０ｍｍφの曲げ
損失を５．０ｄＢ／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。
【００１３】また、第２の発明の光ファイバは、上記第
１の発明の構成に加え、零分散波長を１４００nm以下
（より好ましくは１３５０ｎｍ以下）または１６５０nm
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。
【００１４】さらに、第３の発明の光ファイバは、上記
第１または第２の発明の構成に加え、波長１．５５μｍ
帯における伝送損失を１．０ｄＢ／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。
【００１５】さらに、第４の発明の光ファイバは、上記
第１または第２または第３の発明の構成に加え、コアの
外周側をクラッドで覆って形成され、前記コアは光ファ
イバ中心部に形成された第１コア層と該第１コア層の外
周側を覆う１層以上のコア層を有しており、前記第１コ
ア層を覆う１層以上のコア層のうち少なくとも１つの層
は、前記クラッドを基準とした比屈折率差が−０．４％
以下である構成をもって課題を解決する手段としてい
る。
【００１６】さらに、第５の発明の光ファイバは、上記
第４の発明の構成に加え、前記第１コア層はクラッドよ
り屈折率が大きく形成され、該第１コア層の外周側には
該第１コア層に隣接し、前記クラッドより屈折率が小さ
い第２コア層が設けられており、光ファイバの屈折率プ
ロファイルがＷ型である構成をもって課題を解決する手
段としている。
【００１７】さらに、第６の発明の光ファイバは、上記
第５の発明の構成に加え、前記第１コア層はα乗屈折率
プロファイルと成して、前記αの値を１．５以上とし、
第１コア層のクラッドに対する比屈折率差を１．８％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。
【００１８】さらに、第７の発明の光ファイバは、上記
第５または第６の発明の構成に加え、前記第２コア層の
クラッドに対する比屈折率差を−０．６％以下とし、第
２コア層の外径を第１コア層の外径の２．２倍以上とし
た構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】さらに、第８の発明の光ファイバは、上記
第４の発明の構成に加え、前記第１コア層はクラッドよ
り屈折率が大きく形成され、該第１コア層の外周側には
該第１コア層に隣接し、前記クラッドより屈折率が小さ
い第２コア層が設けられており、該第２コア層の外周側
には該第２コア層に隣接し、前記クラッドより屈折率が
大きく前記第１コア層より屈折率が小さい第３コア層が
設けられている構成をもって課題を解決する手段として
いる。
【００２０】さらに、第９の発明の光ファイバは、上記
第８の発明の構成に加え、前記第３コア層のクラッドに
対する比屈折率差を０．４５％以下とし、第３コア層の
外径を第２コア層の外径の１．８倍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。
【００２１】さらに、第１０の発明の光増幅器は、上記
第１乃至第９のいずれか一つの光ファイバをラマン増幅
体とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】さらに、第１１の発明の光増幅器は、上記
第１乃至第９のいずれか一つの光ファイバをラマン増幅
体として光伝送路に接続した構成をもって課題を解決す
る手段としている。
【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が示されてい
る。本発明の光ファイバの屈折率分布のプロファイルと
しては、様々な形態の屈折率プロファイルのものを適用
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
に示すような、いわゆるＷ型の屈折率プロファイルを採
用している。
【００２４】つまり、本実施形態例の光ファイバは、コ
ア４の外周側をクラッド５で覆って形成され、コア４は
クラッド５より屈折率が大きい第１コア層１と、該第１
コア層１に隣接し、第１コア層１の外周側に設けられ
て、前記クラッド５より屈折率が小さい第２コア層２か
らなる。
【００２５】また、第１コア層１はα乗屈折率プロファ
イルを有し、αの値は１．５以上である。第１コア層１
のクラッド５を基準とした比屈折率差Δ１は１．８％以
上、第２コア層２のクラッド５を基準とした比屈折率差
Δ２は−０．４％以下である。比屈折率差Δ２のより好
ましい値は、−０．６％以下である。
【００２６】なお、本明細書において、上記各比屈折率
差Δ１、Δ２は、以下の各式（１）、（２）により定義
している。ここで、第１コア層１の屈折率最大部の屈折
率をｎc1、第２コア層２の屈折率最小部の屈折率を
ｎc2、クラッド５の屈折率をｎＳとしている。
【００２７】 Δ１＝｛（ｎc1−ｎＳ）／ｎc1 ｝×１００・・・・・（１）
【００２８】 Δ２＝｛（ｎc2−ｎＳ）／ｎc2｝×１００・・・・・（２）
【００２９】さらに、本実施形態例において、第２コア
層２の外径２ｂは第１コア層１の外径２ａの２．２倍以
上である。
【００３０】本実施形態例は上記屈折率プロファイルを
有し、さらに、以下の構成を有する。すなわち、本実施
形態例の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける実効
コア断面積を１５μm２以下とし、波長１．５５μｍに
おける分散スロープの絶対値を０．０５ｐｓ／ｎｍ２／
ｋｍ以下とし、波長１．５５μｍの分散の絶対値を５ｐ
ｓ／ｎｍ／ｋｍ以上２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下としてい
る。
【００３１】また、本実施形態例の光ファイバは、カッ
トオフ波長を１４００ｎｍ以下（好ましくは１３５０ｎ
ｍ以下）とし、直径２０ｍｍφの曲げ損失を５．０ｄＢ
／ｍ以下としている。
【００３２】また、本実施形態例の光ファイバは、零分
散波長を１４００nm以下または１６５０nm以上としてい
る。さらに、本実施形態例の光ファイバは、波長１．５
５μｍ帯における伝送損失を１．０ｄＢ／ｋｍ以下とし
ている。
【００３３】以上のように、本実施形態例の光ファイバ
は、波長１．５５μｍにおけるコア断面積を１５μm２
以下としているので、高非線形性を得ることができ、ラ
マン増幅を効率的に行うことができる。なお、ラマン増
幅効率をさらに向上させるためには、実効コア断面積が
より小さい方が好ましく、波長１．５５μｍにおける実
効コア断面積を１０μm２以下とすることが好ましい。
【００３４】また、本実施形態例の光ファイバは、波長
１．５５μｍの分散の絶対値を５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上
２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下としているので、光伝送路の
調整された分散を崩さないようにすることができる。つ
まり、ラマン増幅用光ファイバの条長は、長くても２０
ｋｍ程度であり、波長１．５５μｍ帯における分散の絶
対値が２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であれば、ラマン増幅
用光ファイバ全体の分散を４００ｐｓ／ｎｍ以下に抑制
できるからである。
【００３５】現在、例えば陸上伝送路として、波長１．
５５μｍにおける分散が４〜５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の
分散シフト光ファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）を１００ｋｍ伝
送する光伝送路が実用化されている。この光伝送路全体
の波長１．５５μｍにおける分散値は４００ｐｓ／ｎｍ
である。
【００３６】そこで、本発明者は、本実施形態例の光フ
ァイバにより形成されるラマン増幅用光ファイバ全体の
波長１．５５μｍにおける分散値が、前記分散シフト光
ファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）の光伝送路全体の分散値以下
となるように、本実施形態例の光ファイバの波長１．５
５μｍにおける分散の絶対値を２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以
下に決定した。
【００３７】また、上記分散の値は伝送容量によって変
わるものなので、波長１．５５μｍにおける分散値をな
るべく小さい値に押さえておくことが望ましい。ただ
し、局所分散があまりにも小さいと、四光波混合（ＦＷ
Ｍ）が発生する。それというのは、四光波混合は分散値
の小さいところで顕著だからである。本実施形態例の光
ファイバは、波長１．５５μｍにおける分散の絶対値を
５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上としているので、四光波混合を
抑制することができる。
【００３８】なお、四光波混合を完全に抑制するという
観点からは、光ファイバは、波長１．５５μｍにおける
分散の絶対値を１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上とすることが
好ましい。
【００３９】さらに、波長１．５５μｍにおける分散の
絶対値を最適値にしても、分散が傾きを持っていると他
の波長において分散が最適値からずれてしまう。したが
って、ラマン増幅用の光ファイバは、光伝送路に影響を
与えない分散スロープを有していることが望ましい。つ
まり、本実施形態例の光ファイバの分散スロープの絶対
値は、光伝送路の分散スロープの絶対値以下の値である
ことが望ましい。
【００４０】なお、例えば、従来のシングルモード光フ
ァイバや分散シフト光ファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）は０．
０６〜０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ程度の分散スロープ
を持っている。
【００４１】本実施形態例の光ファイバは、波長１．５
５μｍにおける分散スロープの絶対値を０．０５ｐｓ／
ｎｍ２／ｋｍ以下としたので、波長１．５５μｍを中心
とした広い波長域において、分散による影響を与えるこ
とを抑制できる。なお、波長１．５５μｍにおける分散
スロープの絶対値は小さければ小さい方が好ましい。
【００４２】さらに、本実施形態例の光ファイバは、カ
ットオフ波長を１４００ｎｍ以下としているので、Ｃ−
ｂａｎｄからＬ−ｂａｎｄに至る広い波長帯域の光を増
幅できる。さらに、本実施形態例において、カットオフ
波長を１３５０ｎｍ以下することがより好ましく、この
構成は、Ｓ−ｂａｎｄからＬ−ｂａｎｄにわたる広い波
長帯域を増幅できる。
【００４３】なお、Ｓ−ｂａｎｄは、一般に、波長１４
６０ｎｍ〜１５２０ｎｍの範囲の波長帯を言い、Ｌ−ｂ
ａｎｄは、一般に、波長１５６５ｎｍ〜１６２０ｎｍ帯
の範囲の波長帯を言う。Ｓ−ｂａｎｄとＬ−ｂａｎｄの
間にはＣ−ｂａｎｄと呼ばれる波長１５２０ｎｍ〜１５
６５ｎｍ帯があり、Ｓ−ｂａｎｄからＬ−ｂａｎｄに至
る波長帯域は、Ｓ−ｂａｎｄ、Ｃ−ｂａｎｄ、Ｌ−ｂａ
ｎｄを有する広い波長帯域である。
【００４４】ラマン増幅は、増幅したい光、つまり、信
号光の約１００〜１１０ｎｍ短波長側に励起用の光を入
射して行われるものであり、ラマン増幅用光ファイバの
カットオフ波長は励起用光波長以下にする必要がある。
【００４５】本実施形態例の光ファイバは、少なくとも
Ｃ−ｂａｎｄ、Ｌ−ｂａｎｄに対応するために、カット
オフ波長をＣ−ｂａｎｄの最短波長より１００〜１１０
ｎｍ短波長側の１４００ｎｍ以下としている。また、本
実施形態例の光ファイバにおいて、より好ましい態様
は、カットオフ波長がＳ−ｂａｎｄの最短波長である波
長１４６０ｎｍの１００〜１１０ｎｍ短波長側の波長１
３５０ｎｍ以下でとしている。したがって、本実施形態
例の光ファイバは上記条件を満たしている。
【００４６】さらに、本実施形態例の光ファイバは、波
長１．５５μｍにおける直径２０ｍｍφの曲げ損失を
５．０ｄＢ／ｍ以下としているので、波長１．５５μｍ
における曲げ損失を小さい値に抑制でき、本実施形態例
の光ファイバを例えばコイル状にモジュール化して適用
しても、損失増加の問題を抑制できる。
【００４７】なお、波長１．５５μｍにおける直径２０
ｍｍφの曲げ損失を５．０ｄＢ／ｍ以下とする値はＤＣ
Ｆと同等以上の値である。本実施形態例の光ファイバに
おいて、より好ましくは、波長１．５５μｍにおける直
径２０ｍｍφの曲げ損失を１．０ｄＢ／ｍ以下とすると
よい。
【００４８】また、本実施形態例の光ファイバは、上記
のように、零分散波長を１４００nm以下または１６５０
nm以上としているので、少なくともＣ−ｂａｎｄからＬ
−ｂａｎｄに至る広い波長帯域において四光波混合を抑
制し、好適に用いることができる。さらに、Ｓ−ｂａｎ
ｄまでの使用を考えると、零分散波長は１３５０ｎｍ以
下（より好ましくは１３００ｎｍ以下）であることが望
ましい。
【００４９】つまり、伝送波長帯域に零分散波長がある
場合には、四光波混合が生じやすくなってしまう。本発
明者は、本実施形態例の光ファイバをＣ−ｂａｎｄから
Ｌ−ｂａｎｄの広い波長帯域において適用することを考
え、また、ラマン増幅における励起光波長と信号光波長
との関係を考慮して、本実施形態例の光ファイバを、少
なくとも１４００ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲内に零分散
波長を有していない光ファイバとした。
【００５０】なお、先述したように、さらに広帯域（特
にＳ−ｂａｎｄを含む帯域）の使用を考えた場合、零分
散波長が１４００ｎｍよりもさらに短波長側にあった方
が好ましい。
【００５１】例えば図２の特性線ａには、零分散波長を
１４００nm以下とした光ファイバの分散特性と波長帯域
（ラマン増幅帯域および伝送帯域）との関係を示してい
る。
【００５２】この特性線ａの特性を有する光ファイバ
は、同図の枠Ａ内に示すように、波長１．５５μｍにお
ける分散値を＋１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープを
０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとしており、零分散波長
（λ０）がおおむね１３５０ｎｍ付近となる。したがっ
て、この特性線ａの特性を有する光ファイバは、伝送帯
域とラマン増幅帯域の両方に零分散波長を含まないこと
になる。
【００５３】また、同図の特性線ｂには、零分散波長を
１６５０nm以上とした光ファイバの分散特性と波長帯域
（ラマン増幅帯域および伝送帯域）との関係を示してい
る。
【００５４】この特性線ｂの特性を有する光ファイバ
は、同図の枠Ｂ内に示すように、波長１．５５μｍにお
ける分散値を−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープを
０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとしており、零分散波長が
おおむね１７５０ｎｍ付近となる。したがって、この特
性線ｂの特性を有する光ファイバも、伝送帯域とラマン
増幅帯域の両方に零分散波長を含まないことになる。
【００５５】このように、波長１．５５μｍにおいて５
ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上の分散の絶対値を有しているこ
と、分散スロープの絶対値が小さいことは、零分散波長
を伝送帯域とラマン増幅帯域の両方の波長帯域から外す
ことが可能という観点からも望ましい特性である。
【００５６】さらに、本実施形態例の光ファイバは、波
長１．５５μｍ帯における伝送損失を１．０ｄＢ／ｋｍ
以下としているので、波長１．５５μｍにおける伝送損
失を小さい値に抑制できる。ラマン増幅効率を良好にす
るために、非線形性を高くしても、その光ファイバ自体
が非常に高い損失を持っていてはその損失を補償する必
要が生じてしまうが、本実施形態例は、上記のように低
伝送損失であるために、損失を補償する必要はない。
【００５７】なお、本発明者は、本実施形態例の光ファ
イバの屈折率プロファイルを特定するために、以下のよ
うな検討を行った。つまり、まず、図１に示したような
Ｗ型の屈折率プロファイルを選択し、その詳細を検討し
た。Ｗ型の屈折率プロファイルを有する光ファイバは、
クラッド５より屈折率プロファイルが小さいディプレス
ト層である第２コア層２の最適化により、分散スロープ
を低減するのに有利な構造として知られている。
【００５８】このＷ型屈折率プロファイルのパラメータ
としては以下のパラメータがある。つまり、第１コア層
１のクラッド５に対する比屈折率差Δ１、第２コア層２
のクラッド５に対する比屈折率差Δ２、第２コア層２の
径（外径）を１としたときの第１コア層１の径（Ｒ
ａ）、第１コア層１の形状をα乗で近似したときのαの
値、第２コア層２の外径２ｂ等があげられる。また、そ
の中でも前記比屈折率差Δ２は、分散スロープや実効コ
ア断面積に大きな影響を与える。
【００５９】そこで、本発明者は、比屈折率差Δ１を
２．４％、αを６、Ｒａを０．３にした場合の、比屈折
率差Δ２に対する分散と分散スロープ、実効コア断面積
の関係を求めた。この結果は図３に示されている。
【００６０】図３の特性線ａは比屈折率差Δ２を−０．
５％としたときの分散スロープ、特性線ｂは比屈折率差
Δ２を−０．７％としたときの分散スロープ、特性線ｃ
は比屈折率差Δ２を−０．９％としたときの分散スロー
プをそれぞれ示す。
【００６１】また、特性線ｄは、比屈折率差Δ２を−
０．５％としたときの実効コア断面積、特性線ｅは、比
屈折率差Δ２を−０．７％としたときの実効コア断面
積、特性線ｆは、比屈折率差Δ２を−０．９％としたと
きの実効コア断面積をそれぞれ示す。
【００６２】なお、図３に示す結果は、光ファイバのカ
ットオフ波長が１３５０ｎｍ以下、波長１．５５μｍに
おける直径２０ｍｍφの曲げ損失が５．０ｄＢ／ｍ以下
になるようにして最適化したものである。
【００６３】図３に示すように、分散値を一定の範囲内
にした場合、比屈折率差Δ２の絶対値を大きくすればす
るほど、分散スロープも実効コア断面積も小さくするこ
とができる。
【００６４】このように、あらゆるパラメータを様々に
変えて検討した結果、比屈折率差Δ２を少なくとも−
０．４％以下（好ましくは−０．６％以下）とすること
により、波長１．５５μｍにおける分散絶対値を５〜２
０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ（好ましくは１０〜２０ｐｓ／ｎｍ
／ｋｍ）とし、波長１．５５μｍにおける分散スロープ
の絶対値を０．０５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下とし、実効コ
ア断面積を１５μm２以下（好ましくは１０μm２以下）
にできることがわかった。なお、この検討において、他
のパラメータも最適に調整している。
【００６５】次に、図１に示したようなＷ型屈折率プロ
ファイルにおいて、比屈折率差Δ１、α、Ｒａについて
最適化を行った。この最適化は、波長１．５５μｍにお
ける分散絶対値を１０〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、波
長１．５５μｍにおける分散スロープの絶対値を０．０
５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下とし、実効コア断面積を１０μ
m２以下とし、カットオフ波長を１３５０ｎｍ以下、波
長１．５５μｍにおける直径２０ｍｍφの曲げ損失を
５．０ｄＢ／ｍとなるように行った。
【００６６】その結果、比屈折率差Δ１を１．８％以
上、比屈折率差Δ２を−０．６％以下、αを１．５以上
とすることにより、屈折率プロファイルの最適化を図れ
ることが分かった。
【００６７】つまり、これらの値を上記値から外してし
まうと、実効コア断面積が１０μm ２より大きいか、あ
るいは、実効コア断面積が１０μm２以下となっても、
波長１．５５μｍにおける分散の絶対値が５〜２０ｐｓ
／ｎｍ／ｋｍの範囲から外れてしまうか、分散スロープ
の絶対値が０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍより大きくして
しまうことが分かった。
【００６８】なお、比屈折率差Δ２を−０．６％より大
きくしても、Δ２を−０．４％以下とすれば、波長１．
５５μｍにおける分散の絶対値を５〜２０ｐｓ／ｎｍ／
ｋｍ、分散スロープの絶対値を０．０５ｐｓ／ｎｍ２／
ｋｍ以下にできる。この場合、実効コア断面積は実効コ
ア断面積が１０μm２より大きいが、１５μm２以下にで
きる。
【００６９】表１には、本実施形態例の具体例の光ファ
イバ屈折率プロファイルと波長１．５５μｍにおける特
性をシミュレーションにより求めた結果を示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】なお、表１および以下に示す各表におい
て、コア径は第２コア層２の外径を示し、Slopeは波長
１．５５μｍにおける分散スロープを示し、Aeffは波長
１．５５μｍにおける実効コア断面積を示し、λｃはカ
ットオフ波長を示し、曲げ損は波長１．５５μｍにおけ
る直径２０ｍｍφの曲げ損失値を示す。
【００７２】表１から明らかなように、本実施形態例の
光ファイバは、高非線形と低分散特性を有しており、例
えば分散特性が調整されている光伝送路の分散特性を大
きく損なうことなく、高効率でラマン増幅を行うことが
できる。つまり、本実施形態例の光ファイバは、集中型
のラマン増幅を行う等の、将来のラマン増幅器適用に最
適である。
【００７３】したがって、本実施形態例の光ファイバを
ラマン増幅体として適用した光増幅器は、低分散特性を
有しながら、高効率で広帯域のラマン増幅を行うことが
できる。また、本実施形態例の光ファイバをラマン増幅
体として光伝送路に接続することにより、分散特性が調
整されている光伝送路の分散特性を大きく損なうことな
く、高効率でラマン増幅を行える優れた光伝送システム
を実現できる。なお、表１に示す具体例の光ファイバは
いずれもカットオフ波長が１３５０ｎｍ以下であった。
【００７４】図４には、本発明に係る光ファイバの第２
実施形態例の屈折率プロファイルが示されている。な
お、第２実施形態例の説明において、上記第１実施形態
例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は
省略または簡略化する。
【００７５】第２実施形態例の光ファイバは、第１実施
形態例と同様に、コア４の外周側をクラッド５で覆って
形成されているが、第２実施形態例の光ファイバは、コ
ア４が３層のコア層を有している。
【００７６】つまり、第２実施形態例の光ファイバは、
上記第１実施形態例とほぼ同様に形成された第１コア層
１と第２コア層２を有し、さらに、第２コア層２の外周
側には該第２コア層２に隣接し、前記クラッド５より屈
折率が大きく前記第１コア層１より屈折率が小さい第３
コア層３を設けて構成されている。なお、このような屈
折率プロファイルは、例えばＷ＋サイドコア型プロファ
イルと呼ばれている。
【００７７】第２実施形態例の光ファイバは、第３コア
層３のクラッド５に対する比屈折率差を０．４５％以下
とし、第３コア層３の径を第２コア層２の径の１．８倍
以下としている。
【００７８】なお、本明細書において、第３コア層３の
クラッド５に対する比屈折率差Δ３は、第３コア層３の
屈折率最大部の屈折率をｎc3として以下の式（３）によ
り定義している。
【００７９】 Δ３＝｛（ｎc3−ｎＳ）／ｎc3 ｝×１００・・・・・（３）
【００８０】第２実施形態例は、このように、第３コア
層３を有する構成とした以外は、上記第１実施形態例と
同様に構成されており、以下、本発明者が行った第３コ
ア層３の最適化について説明する。
【００８１】まず、第２実施形態例において、比屈折率
差Δ１を２．４％、αを６、Ｒａ（第１コア層１の外径
２ａと第２コア層２の外径２ｂの比ａ／ｂ）を０．３と
し、第３コア層３の径を第２コア層２の径の１．５倍と
して比屈折率差Δ３の最適化を行った。
【００８２】その結果、波長１．５５μｍにおける分散
の絶対値と、分散スロープの絶対値、実効コア断面積の
関係が図５に示すようになった。
【００８３】なお、図５の特性線ａは、比屈折率差Δ３
を０としたときの波長１．５５μｍにおける分散スロー
プ、特性線ｂは、比屈折率差Δ３を０．１％としたとき
の波長１．５５μｍにおける分散スロープ、特性線ｃ
は、比屈折率差Δ３を０．３％としたときの波長１．５
５μｍにおける分散スロープをそれぞれ示す。
【００８４】また、図５の特性線ｄは、比屈折率差Δ３
を０としたときの波長１．５５μｍにおける実効コア断
面積、特性線ｅは、比屈折率差Δ３を０．１％としたと
きの波長１．５５μｍにおける実効コア断面積、特性線
ｆは、比屈折率差Δ３を０．３％としたときの波長１．
５５μｍにおける実効コア断面積をそれぞれ示す。
【００８５】図５に示すように、比屈折率差Δ３を０、
０．１％、０．３％と大きくしていくことにより、波長
１．５５μｍの実効コア断面積を大きく拡大させること
なく、波長１．５５μｍの分散スロープを低減可能であ
ることが分かった。例えば波長１．５５μｍにおける分
散絶対値を１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに設定した場合、比屈
折率差Δ３を０．３％とすると、波長１．５５μｍの分
散スロープを０．００２５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ程度に超
低分散スロープにできる。
【００８６】また、第３コア層３の幅（外径）を大きく
していくと、同様に、波長１．５５μｍの分散スロープ
を小さくできることが分かった。
【００８７】ただし、比屈折率差Δ３を大きくしすぎた
り、第３コア層３の外径を大きくしすぎると、カットオ
フ波長（λｃ）が１３５０ｎｍ以上となったり、実効コ
ア断面積が１５μm２以上になってしまう。したがっ
て、比屈折率差Δ３を０．４５％以下、第３コア層３の
外径２ｃを第２コア層２の外径２ｂの１．８倍以下とす
ることが最適であり、第２実施形態例では、これらの値
に決定した。
【００８８】表２には、第２実施形態例の具体例の光フ
ァイバ屈折率プロファイルと波長１．５５μｍにおける
特性をシミュレーションにより求めた結果を示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】表２から明らかなように、第２実施形態例
の光ファイバも、上記第１実施形態例の光ファイバと同
様に、高非線形と低分散特性を有しており、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。
【００９１】また、第２実施形態例の光ファイバを適用
した光増幅器や光伝送システムも、上記第１実施形態例
を適用した光増幅器や光伝送システムと同様の効果を奏
することができる。
【００９２】（実施例）以下、上記第１実施形態例およ
び上記第２実施形態例の実施例について説明する。表１
の太字で示した具体例（表１の上から４番目の具体例で
あり、比屈折率差Δ１を２．４％、αを２、比屈折率差
Δ２を−０．９％、ａ：ｂ＝０．３０：１、コア径を１
２．０μmとしたもの）を目標にして、光ファイバを試
作した。この試作例１の光ファイバの特性を表３のＮ
ｏ．１に示す。
【００９３】
【表３】
【００９４】また、表２の太字で示した具体例（表２の
上から２番目の具体例であり、比屈折率差Δ１を２．４
％、αを１０、比屈折率差Δ２を−０．９％、ａ：ｂ：
ｃ＝０．３０：１：１．４５、コア径を１０．６μmと
したもの）を目標にして、光ファイバを試作した。この
試作例２の光ファイバの特性を表３のＮｏ．２に示す。
【００９５】なお、表３において、ｎ２は、非線形屈折
率を示す。表３から明らかなように、試作例１、２の光
ファイバは、いずれも、分散特性、非線形特性、共に、
シミュレーション結果と同様の良好な特性を有してい
る。そして、ｎ２／Aeffの値が４５．０e-10/Wという非
常に高い値を得ることができた。
【００９６】また、カットオフ波長は１３５０ｎｍ以
下、波長１．５５μｍにおける直径２０ｍｍφの曲げ損
失は１ｄＢ／ｍ以下、波長１．５５μｍの光を伝搬した
ときのＰＭＤ（偏波モード分散）も小さかった。
【００９７】さらに、試作例１、２の光ファイバは、零
分散波長は２０００ｎｍ以上であり、使用波長範囲から
大きく外れており、伝送帯域とラマン増幅帯域の両方の
波長帯域において四光波混合の抑制が可能である。ま
た、試作例１、２の光ファイバは、伝送損失や偏波依存
損失も低い値に抑えることができた。
【００９８】なお、本発明は上記各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、上記第１実施形態例はコア４が第１コア層１と第２
コア層２の２層のコア層を有し、上記第２実施形態例
は、コア４が第１コア層１と第２コア層２と第３コア層
３の３層のコア層を有する構成としたが、コア４は４層
以上のコア層を有していてもよい。
【００９９】また、本発明の光ファイバにおいて、零分
散波長や波長１．５５μｍ帯における伝送損失は、上記
各実施形態例および実施例に示した範囲が好ましいが、
この範囲から多少はずれていても構わない。
【０１００】
【発明の効果】本発明の光ファイバによれば、高非線形
と低分散特性を有しているので、例えば分散特性が調整
されている光伝送路の分散特性を大きく損なうことな
く、高効率でラマン増幅を行うことができる。
【０１０１】また、本発明の光ファイバは、カットオフ
波長を１４００ｎｍ以下にしているので、Ｃ−ｂａｎｄ
からＬ−ｂａｎｄに至る波長帯域を信号光の帯域として
ラマン増幅波長分割多重伝送を適用する場合に、信号光
と励起光の両方の波長帯域でシングルモード動作でき
る。また、曲げ損失も小さく、良好な波長分割多重伝送
等の光伝送を行うことができる。なお、カットオフ波長
を１３５０ｎｍ以下とすれば、信号光波長をＳ−ｂａｎ
ｄからＬ−ｂａｎｄに至る波長帯域にして上記効果を発
揮できる。
【０１０２】また、本発明の光ファイバにおいて、零分
散波長を１４００nm以下または１６５０nm以上とした構
成によれば、Ｃ−ｂａｎｄからＬ−ｂａｎｄに至る波長
帯域を信号光の帯域としてラマン増幅波長分割多重伝送
を適用する場合に、四光波混合の影響を抑制できるの
で、Ｃ−ｂａｎｄからＬ−ｂａｎｄに至る広い波長帯域
においてより一層良好な波長分割多重伝送を行うことが
できる。なお、零分散波長を１３５０ｎｍ以下とすれ
ば、信号光波長をＳ−ｂａｎｄからＬ−ｂａｎｄに至る
波長帯域にして上記効果を発揮できる。
【０１０３】さらに、本発明の光ファイバにおいて、波
長１．５５μｍ帯における伝送損失を１．０ｄＢ／ｋｍ
以下とした構成によれば、波長１．５５μｍ帯における
伝送損失を抑制できるので、ラマン増幅を利用した高効
率の光伝送を行うことができる。
【０１０４】さらに、本発明の光ファイバにおいて、そ
の屈折率プロファイルを具体的に定めた構成によれば、
上記効果を奏する光ファイバを容易に、かつ、確実に得
ることができる。
【０１０５】さらに、本発明の光増幅器は、上記優れた
効果を奏する本発明の光ファイバをラマン増幅体として
適用することにより、低分散特性を有しながら、高効率
でラマン増幅を行うことができる。
【０１０６】さらに、本発明の光伝送システムは、上記
優れた効果を奏する本発明の光ファイバをラマン増幅体
として光伝送路に接続することにより、分散特性が調整
されている光伝送路の分散特性を大きく損なうことな
く、高効率でラマン増幅を行える優れた光伝送システム
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバの第１実施形態例の屈
折率プロファイルを示す説明図である。
【図２】本発明に係る光ファイバの零分散波長および分
散および分散スロープと、ラマン増幅帯域および伝送帯
域との関係を示す模式図である。
【図３】Ｗ型の屈折率プロファイルを有する光ファイバ
における第１コア層のクラッドに対する比屈折率差の違
いによる特性変化を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光ファイバの第２実施形態例の屈
折率プロファイルを示す説明図である。
【図５】Ｗ型の屈折率プロファイルの光ファイバのコア
の外周側に第３コア層を設けた構成における、第３コア
層のクラッドに対する比屈折率差の違いによる特性変化
を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 第１コア層 ２ 第２コア層 ３ 第３コア層 ４ コア ５ クラッド

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波長１．５５μｍにおける実効コア断面
    積を１５μm２以下とし、波長１．５５μｍにおける分
    散スロープの絶対値を０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下
    とし、波長１．５５μｍの分散の絶対値を５ｐｓ／ｎｍ
    ／ｋｍ以上２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下とし、カットオフ
    波長を１４００ｎｍ以下とし、波長１．５５μｍにおけ
    る直径２０ｍｍφの曲げ損失を５．０ｄＢ／ｍ以下とし
    たことを特徴とする光ファイバ。
  2. 【請求項２】 零分散波長を１４００nm以下または１６
    ５０nm以上としたことを特徴とする請求項１記載の光フ
    ァイバ。
  3. 【請求項３】 波長１．５５μｍ帯における伝送損失を
    １．０ｄＢ／ｋｍ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。
  4. 【請求項４】 コアの外周側をクラッドで覆って形成さ
    れ、前記コアは光ファイバ中心部に形成された第１コア
    層と該第１コア層の外周側を覆う１層以上のコア層を有
    しており、前記第１コア層を覆う１層以上のコア層のう
    ち少なくとも１つの層は、前記クラッドを基準とした比
    屈折率差が−０．４％以下であることを特徴とする請求
    項１または請求項２または請求項３記載の光ファイバ。
  5. 【請求項５】 第１コア層はクラッドより屈折率が大き
    く形成され、該第１コア層の外周側には該第１コア層に
    隣接し、前記クラッドより屈折率が小さい第２コア層が
    設けられて、光ファイバの屈折率プロファイルがＷ型と
    成していることを特徴とする請求項４記載の光ファイ
    バ。
  6. 【請求項６】 第１コア層はα乗屈折率プロファイルを
    有して、前記αの値を１．５以上とし、第１コア層のク
    ラッドに対する比屈折率差を１．８％以上としたことを
    特徴とする請求項５記載の光ファイバ。
  7. 【請求項７】 第２コア層のクラッドに対する比屈折率
    差を−０．６％以下とし、第２コア層の外径を第１コア
    層の外径の２．２倍以上としたことを特徴とする請求項
    ５または請求項６記載の光ファイバ。
  8. 【請求項８】 第１コア層はクラッドより屈折率が大き
    く形成され、該第１コア層の外周側には該第１コア層に
    隣接し、前記クラッドより屈折率が小さい第２コア層が
    設けられており、該第２コア層の外周側には該第２コア
    層に隣接し、前記クラッドより屈折率が大きく前記第１
    コア層より屈折率が小さい第３コア層が設けられている
    ことを特徴とする請求項４記載の光ファイバ。
  9. 【請求項９】 第３コア層のクラッドに対する比屈折率
    差を０．４５％以下とし、第３コア層の外径を第２コア
    層の外径の１．８倍以下としたことを特徴とする請求項
    ８記載の光ファイバ。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項９のいずれか一つ
    に記載の光ファイバをラマン増幅体としたことを特徴と
    する光増幅器。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至請求項９のいずれか一つ
    に記載の光ファイバをラマン増幅体として光伝送路に接
    続したことを特徴とする光伝送システム。
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