JP2003315589A - 低非線形単一モード光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非線形効果を十分に抑制すると共に分散スロー
プを十分小さくして、波長多重数を多くできる低非線形
単一モード光ファイバを提供する。 【解決手段】コアと、このコアを覆うクラッド５とから
なる低非線形単一モード光ファイバにおいて、上記コア
は最内層の第一コア層１から最外層の第四コア層４まで
同心円状に積層された４層構造で形成されていると共
に、第一コア層１の平均屈折率をｎ１、第二コア層２の
平均屈折率をｎ２、第三コア層３の平均屈折率をｎ３、
第四コア層４の平均屈折率をｎ４、上記クラッド５の屈
折率をｎ０とするとｎ１＞ｎ３＞ｎ２≧ｎ０＞ｎ４なる
屈折率分布を有し、波長１．５５μｍ帯における伝搬特
性として波長分布の傾きが０．０４８ｐｓ／nm／nm／km
以下であり、且つ実効断面積が５２μｍ²以上となるよ
うに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重伝送に用
いられる低非線形単一モード光ファイバに係り、特に非
線形効果を抑制するために実効断面積を大きくしても分
散スロープを小さくすることが可能な低非線形単一モー
ド光ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネット等の急速な普及に
伴い情報容量が増大し、情報の伝送媒体に対する大容量
化の要求が高まってきた。

【０００３】大容量化に対応する技術の中で最も有望視
されているのが波長多重（以下「ＷＤＭ」と称する。）
伝送方式である。

【０００４】ＷＤＭ伝送方式は、１本の光ファイバで複
数の信号光を伝送できるので伝送容量を一気に４〜１６
倍に増大させることが可能である。

【０００５】そのため大陸間を結ぶ光海底ケーブルシス
テムのような長距離大容量伝送路への導入が進められて
おり、実用化段階を迎えようとしている。

【０００６】ところで、このＷＤＭ技術が急速に立ち上
がってきた技術背景の一つに、光増幅技術の向上が挙げ
られる。

【０００７】例えば、光増幅技術の一つであるエルビュ
ウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、減衰した
波長１．５５μｍ帯の光を１０００倍程度まで増幅する
ことができるので、中継器などに組み込まれ光ファイバ
伝送路での損失を補償する働きをする。

【０００８】同時に従来の中継器では光を電気信号に変
換（Ｏ／Ｅ変換）し、さらに同期再生、波形修正後、再
び電気信号を光に変換（Ｅ／Ｏ変換）して、光ファイバ
中に戻す処理を行っていたが、ＥＤＦＡ内の中継器では
光のまま増幅できるのでＥ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換や再生／修
正処理がない。そのため、理屈上では信号光パルス幅を
狭くすればいくらでも高速化が可能であり、伝送速度制
限がない伝送システムの構築が可能になった。

【０００９】ＥＤＦＡを用いた太平洋横断光海底ケーブ
ルシステム（ＴＰＣ−５ＣＮ）は既に実用化されてお
り、その特長を生かして５Ｇｂｉｔ／ｓという高速伝送
を実現している。

【００１０】しかし、ＥＤＦＡを用いたシステムは、Ｅ
ＤＦＡにより従来よりも強いパワーの信号光が光ファイ
バに入ると非線形現象が発生する問題が生じてきた。

【００１１】この非線形現象としては、例えば、零分散
波長近傍の信号光では四光波混合が生じ、ノイズの増大
と信号光の減少を引き起こすことが報告されている（例
えば（S.Saito et al.,Lighthwave Technol.,10,8,pp.1
117-1126,1992）。

【００１２】非線形現象発生の対策としては、伝送に用
いられる光ファイバの実効断面積（Ａｅｆｆ）を大きく
し、光ファイバ内のパワー密度があまり高くならないよ
うにすると共に、信号光波長を分散領域にし、所々で累
積分散値を零に戻す方法で四光波混合の発生を抑えられ
ることが報告されている（A,Naka et al.,Topical Meet
ing on Optical Amplifier and Their Application, Su
C3-1, Yokohama, 1993）。

【００１３】これを受けて、従来の零分散シフト光ファ
イバに代わって、特開平１１−１１９０４５号公報に示
されているような波長１．５５μｍ帯において波長分散
がほぼゼロであってゼロでなく、且つ実効断面積が４５
〜７０μｍ²であり、且つ曲げ損失が０．１〜１００dB
／ｍであり、且つ分散スロープが０．０５〜０．０８ps
／km／nm²であり、且つカットオフ波長が１．５５μｍ
帯において常にシングルモード伝搬となる値をとる分散
シフトファイバが開発されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術に記載の分散シフト光ファイバは、上述したように、
分散スロープが０．０５〜０．０８ps／km／nm²と十分
小さいが、実効断面積は７０μｍ²以下であるため非線
形効果があまり低減されておらず、非線形効果の低減よ
りも分散スロープの低減を優先させている。

【００１５】波長多重数が少ない時にはそれでも良い
が、多重数が多くなればなるほど非線形効果の低減と分
散スロープの低減とを両立する必要がある。つまり、実
効断面積が大きく、しかも分散スロープが十分小さい光
ファイバが必要となる。

【００１６】そこで、本発明の目的は、得ようとする光
ファイバに要求されるカットオフ波長などの特性を満足
しながらも、非線形効果が十分に抑制されるように実効
断面積を大きくし、しかも分散スロープを十分小さくし
て、波長多重数の多い波長多重伝送システムに適用でき
る低非線形単一モード光ファイバを提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、コアと、該コアを覆うクラッドとからなる
低非線形単一モード光ファイバにおいて、上記コアは最
内層の第一コア層から最外層の第四コア層まで同心円状
に積層された４層構造で形成されていると共に、第一コ
ア層の平均屈折率をｎ１、第二コア層の平均屈折率をｎ
２、第三コア層の平均屈折率をｎ３、第四コア層の平均
屈折率をｎ４、上記クラッドの屈折率をｎ０とするとｎ
２＞ｎ３＞ｎ２≧ｎ０＞ｎ４なる屈折率分布を有し、波
長１．５５μｍ帯における伝搬特性として波長分布の傾
きが０．０４８ps／nm／nm／km以下であり、且つ実効断
面積が５２μｍ²以上の低非線形単一モード光ファイバ
である。

【００１８】上記の構成によれば、非線形効果が十分抑
制され、且つ波長多重数の多い波長多重伝送システムに
適用できる実効断面積が得られる。

【００１９】なお、上記クラッドの屈折率ｎ０に対する
第一コア層の比屈折率差の平均値Δｎ１は０．７３±
０．０５％、第二コア層の比屈折率差の平均値Δｎ２は
０．０１±０．０１％、第三コア層の比屈折率差の平均
値Δｎ３は０．１６±０．０５％、第四コア層の比屈折
率差の平均値Δｎ４は−０．０５±０．０３％とするこ
とが好ましい。

【００２０】また、上記コアの中心から第一コア層の外
周までの距離ｒ１は２．５±０．５μｍ、第二コア層の
外周までの距離ｒ２は９．３μｍ±０．５μｍ、第三コ
ア層の外周までの距離ｒ３は１４．５±１．０μｍ、第
四コア層の外周までの距離ｒ４は２５μｍ以下とするこ
とが好ましい。

【００２１】このような非屈折率差の関係、各層の寸法
の関係等の条件を満たすことにより、カットオフ波長が
小さくなり、且つファイバ曲げ損失特性が劣化せず、さ
らにケーブル化した際に損失の増加可能性が小さくな
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００２３】図１に本発明にかかる低非線形単一モード
光ファイバの断面図を示す。

【００２４】図１に示すように、本発明は、コアが、第
一コア層１と、この第一コア層１の外周を覆う第二コア
層２と、この第二コア層２の外周を覆う第三コア層３
と、この第三コア層３の外周を覆う第四コア層４の４層
構造で形成されており、このコアの外周にクラッド５が
被覆されて構成されている。

【００２５】これら各層同士の屈折率の関係は、第一コ
ア層１の屈折率の平均値をｎ１、第二コア層２の屈折率
の平均値をｎ２、第三コア層３の屈折率の平均値をｎ
３、第四コア層４の屈折率の平均値をｎ４、クラッド５
の屈折率をｎ０とすると、ｎ１＞ｎ２、ｎ２＜ｎ３、ｎ
３＞ｎ４、ｎ４＜ｎ０の関係を持ち、且つｎ１＞ｎ０、
ｎ２≧ｎ０、ｎ３＞ｎ０なる関係を持つリング型構造で
形成されている。

【００２６】さらに、クラッド５の屈折率ｎ０に対する
第一コア層１の比屈折率差の平均値Δｎ１は０．７３±
０．０５％であり、クラッド５の屈折率ｎ０に対する第
二コア層２の比屈折率差の平均値Δｎ２は０．０１±
０．０１％であり、クラッド５の屈折率ｎ０に対する第
三コア層３の比屈折率差の平均値Δｎ３は０．１６±
０．０５％であり、クラッド５の屈折率ｎ０に対する第
四コア層４の比屈折率差の平均値Δｎ４は−０．０５±
０．０３％である。

【００２７】第一コア層１の比屈折率差の平均値Δｎ１
＝０．７３±０．０５％とするのは、その範囲以下とな
ると使用波長における分散値が目標値から大きく外れて
しまうからであり、また、その範囲以上になると、分散
スロープが０．０４８ps／nm／nm／km以上になってしま
うからである。

【００２８】第二コア層２の比屈折率差の平均値Δｎ２
＝０．０１±０．０１％とするのは、その範囲よりも小
さいとファイバ曲げ損失特性が劣化し、ケーブル化した
際に損失の増加可能性があるからであり、また、その範
囲以上になると分散スロープが０．０４８ps／nm／nm／
km以上になってしまうからである。

【００２９】第三コア層３の比屈折率差の平均値Δｎ３
＝０．１６±０．０５％とするのは、その範囲以下にな
ると上記理由と同様なファイバ曲げ損失特性が劣化する
ためであり、また、その範囲以上になるとカットオフ波
長が大きくなり、実用的でないからである。

【００３０】第四コア層４の比屈折率差の平均値Δｎ４
＝−０．０５±０．０３％とするのは、本ファイバの製
造方法であるＶＡＤ法のスート堆積工程において、フッ
素を添加して得られる屈折率の最大低減効果が−０．１
％であるため、その範囲以下は製造上難しいからであ
り、また、その範囲以上になるとカットオフ波長が大き
くなり、実用的でないからである。

【００３１】このように、波長多重伝送に使用する分散
シフト光ファイバにおいて非線形効果を抑制するため
に、実効断面積が５２μｍ²以上で、且つ分散スロープ
が０．０４８ps／nm／nm／km以下となる低非線形単一モ
ード光ファイバを実現する光ファイバの屈折率分布構造
は、従来の分散シフトファイバに見られる階段形構造で
は実現が難しく、本発明のようなリング型構造で可能と
なる。

【００３２】また、コアの中心から各々の屈折率層外周
までの距離（半径）は、第一コア層の半径ｒ１が２．５
±０．５μｍ、第二コア層２の半径ｒ２が９．３±０．
５μｍ、第三コア層３の半径ｒ３が１４．５±１．０μ
ｍ、第四コア層４の半径ｒ４が半径r３よりも大きく２
５μｍ以下である。

【００３３】この寸法については、第一コア層１の半径
ｒ１を２．５±０．５μｍとするのは、その範囲以上に
するとカットオフ波長が大きくなり実用的でないからで
あり、また、その範囲以下では実用的な曲げ特性を満足
できないからである。

【００３４】第二コア層ｒ２、第三コア層ｒ３、第四コ
ア層ｒ４の値については、第一コア層の半径ｒ１をもと
に理論的、且つ実験的に求めたものであり、ＶＡＤ（気
相軸付け）法と光ファイバの様々な特性の両方を考慮し
た最適値となっている。

【００３５】次に、製造方法を作用と共に図３を用いて
説明する。

【００３６】図３にＶＡＤ法を用いた製造装置を示す。

【００３７】図３に示すように、このＶＡＤ装置は、石
英で形成されたターゲット棒１１と、ターゲット棒１１
を吊り下げて支持すると共に一定速度で回転しながら上
方へ引き上げる回転引上げ装置１５と、ターゲット棒１
１の下端に向けて設けられた第一コア用バーナ１４、及
びこの第一コア用バーナの上段に、下側から順に上下多
段にターゲット棒１１に向けて配置された第二コア用バ
ーナ１６、第三コア用バーナ１７、第四コア用バーナ１
９とで主に構成されている。

【００３８】第一コア用バーナ１４では、コア用にドー
パント材（四塩化ゲルマニュウム）を含んだガラス微粒
子が生成され、このガラス微粒子がターゲット棒１１の
下端に堆積して円柱状のセンターコアスート１３が形成
される。

【００３９】同様に、第二コア用バーナ１６ではドーパ
ント材（四塩化ゲルマニュウム）を含んだガラス微粒子
が生成され、また第三コア用バーナ１７ではドーパント
材（四フッ化ケイ素）を含んだガラス微粒子が生成さ
れ、また第四コア用バーナ１９ではドーパント材（四塩
化ゲルマニュウム）を含んだガラス微粒子が生成され、
これらのガラス微粒子がセンターコアスート１３の周囲
に付着し、堆積してコアスート母材１８が形成される。

【００４０】このときのスート母材１８の寸法は、長さ
１０００mm、センターコア外径φ１５、コアスート全体
の外径φ１０５mmであった。

【００４１】そして、得られたスート母材を電気炉に
て、温度＝９００℃、Ｈｅ＝２０ｌ／ｍｉｎ、Ｃｌ₂＝
１００ｍｌ／ｍｉｎ、送り速度＝３mm／ｍｉｎで脱水処
理を行った後、温度＝１５００℃、Ｈｅ＝２０ｌ／ｍｉ
ｎ、送り速度＝２mm／ｍｉｎで透明ガラス化を行う。

【００４２】こうして作製されたガラス母材の屈折率分
布を図２に示す。

【００４３】図２に示すように、コアは４層構造となっ
ており、４層それぞれの比屈折率はΔｎ１＝０．７３
％、Δｎ２＝０．０１％、Δｎ３＝０．１６％、Δｎ４
＝−０．０６％である。

【００４４】また、各層のコア中心から外径までの距離
（半径）はｒ１＝２．５μｍ、ｒ２＝９．３μｍ、ｒ３
＝１４．５μｍ、ｒ４＝２２．５μｍである。

【００４５】以上の方法により得られたガラス母材を所
定の径に延伸し、ＶＡＤ法により外付け、石英クラッド
層を形成し、その後電気炉で透明ガラス化を行う。

【００４６】その後、このガラス化母材を延伸し、直径
５０mm、長さ８６０mmのプリフォームを作製し、最後
に、得られたプリフォームを通常の線引手法によりファ
イバ化することにより、長さ１００kmのファイバが形成
される。

【００４７】得られたファイバの特性は、波長１．５５
μｍにおいて、分散−２．６ps／km／nm、損失０．１９
６ｄＢ／km、実効断面積５２．６μｍ²、波長分散の傾
き０．０４６ps／nm／nm／km（波長１．５５と１．５６
の分散値から求めた）であった。

【００４８】すなわち、波長多重伝送にとって最適の分
散値と低損失、低非線形を実現する大有効断面積と、低
非線形ファイバとしては十分低い波長分散の傾きを持っ
たファイバが得られた。

【００４９】以上説明したように、上述した屈折率構造
の各パラメータの数値を限定することにより、実効断面
積や分散スロープの値をその他のファイバ特性（カット
オフ波長など）を満足しながら実現できるので、波長多
重数の多い多重伝送システムに適用できる特性の低非線
形単一モード光ファイバを、高い精度で製造することが
できる。

【００５０】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下に示
すような優れた効果を発揮する。 （１）非線形効果を抑制でき、しかも分散スロープを十
分小さくできる。 （２）波長多重数の多い波長多重伝送システムに適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す低非線形単一モー
ド光ファイバの断面図である。

【図２】図１の低非線形単一モード光ファイバの屈折率
分布を示す図である。

【図３】図１の低非線形単一モード光ファイバの製造装
置。

【符号の説明】

１ 第一コア層 ２ 第二コア層 ３ 第三コア層 ４ 第四コア層 ５ クラッド ｒ１ 第一コア層の半径 ｒ２ 第二コア層の半径 ｒ３ 第三コア層の半径 ｒ４ 第四コア層の半径

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コアと、該コアを覆うクラッドとからなる
   低非線形単一モード光ファイバにおいて、上記コアは最
   内層の第一コア層から最外層の第四コア層まで同心円状
   に積層された４層構造で形成されていると共に、第一コ
   ア層の平均屈折率をｎ１、第二コア層の平均屈折率をｎ
   ２、第三コア層の平均屈折率をｎ３、第四コア層の平均
   屈折率をｎ４、上記クラッドの屈折率をｎ０とするとｎ
   １＞ｎ３＞ｎ２≧ｎ０＞ｎ４なる屈折率分布を有し、波
   長１．５５μｍ帯における伝搬特性として波長分布の傾
   きが０．０４８ps／nm／nm／km以下であり、且つ実効断
   面積が５２μｍ ²以上であることを特徴とする低非線形
   単一モード光ファイバ。
2. 【請求項２】上記クラッドの屈折率ｎ０に対する第一コ
   ア層の比屈折率差の平均値Δｎ１は０．７３±０．０５
   ％、第二コア層の比屈折率差の平均値Δｎ２は０．０１
   ±０．０１％、第三コア層の比屈折率差の平均値Δｎ３
   は０．１６±０．０５％、第四コア層の比屈折率差の平
   均値Δｎ４は−０．０５±０．０３％である請求項１記
   載の低非線形単一モード光ファイバ。
3. 【請求項３】上記コアの中心から第一コア層の外周まで
   の距離ｒ１は２．５±０．５μｍ、第二コア層の外周ま
   での距離ｒ２は９．３μｍ±０．５μｍ、第三コア層の
   外周までの距離ｒ３は１４．５±１．０μｍ、第四コア
   層の外周までの距離ｒ４は２５μｍ以下である請求項１
   又は２記載の低非線形単一モード光ファイバ。