JP2003337239A - 分散シフト光ファイバ - Google Patents

分散シフト光ファイバ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低損失、低分散スロープで、かつ１．５５ミ
クロン帯の分散シフト光ファイバを提供すること。 【解決手段】 コア領域ａはＧｅＯ２を高濃度に添加し
たものである。コア領域ｂは純粋ＳｉＯ２ガラスからな
っている。クラッド部３はコア領域の周囲に配されてい
る。クラッド部３には、光ファイバの長手方向に延びる
多数の空孔４が形成されている。クラッド部３の空孔４
の位置は、無秩序ではなく一辺の長さが∧である正六角
形を基本格子とするハニカム形状を構成している。コア
領域１，２の中心に、このコア部１，２の周辺部より屈
折率の高い領域３を有し、この領域３の動作波長におけ
る群速度分散が正常分散となるようなコア領域１，２の
屈折率分布を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分散シフト光ファ
イバに関し、より詳細には、光通信ネットワークおよび
光信号処理に用いられる分散シフト光ファイバに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１０は、従来の分散シフト光ファイバ
の断面構造図で、図中符号、２１はコア部、２３はクラ
ッド部、２４は空孔、２５はジャケット部を示してい
る。クラッド部２３の空孔２４の位置は無秩序ではな
く、一辺の長さが∧である正六角形を基本格子とするハ
ニカム形状を構成している。ここで、空孔２４の直径を
ｄとする。
【０００３】この光ファイバは、クラッド部２３に開け
られた空孔２４によって、その有効屈折率がコア部２１
の屈折率より低くなり、その結果として、コア部２１を
導波するモードが閉じこめられることにより伝搬する。
この構造において波長１．５５μｍ付近で零分散となる
波長分散特性を実現するためには、この光ファイバを構
成する材料（例えば、ＳｉＯ２ガラス）の材料分散を補
償する導波路分散をクラッド部の空孔による導波路分散
で補償する必要がある。これには、例えば、∧＝１．６
μｍ、ｄ＝０．８μｍとすることで実現可能である。
【０００４】図１１は、従来の分散シフトファイバの波
長分散特性を示す図である。この図１１から、波長１．
５５μｍ付近に零分散波長が存在することがわかる。ま
た、現在、光通信用媒体として広く用いられている分散
シフトファイバと異なり、分散スロープ（波長を横軸に
とった場合の波長分散の傾き）の符号が負となっている
ことが特徴的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
分散シフト光ファイバには以下のような欠点があった。
【０００６】まず、１番目の欠点としては、分散スロー
プが負の領域（長波長側程分散が減少する）を用いてい
るため、伝搬モードの閉じこめ効果が弱く、長波長にな
るほど損失が増加するという欠点がある。また、図１０
に述べたような光ファイバの構造を一部変化させ、コア
部の中心に、例えば、ＧｅＯ２をドープしてコアの周辺
部より屈折率を高くした構造においても、クラッド部の
構造分散の効果によって零分散を実現している場合に
は、図１０に示したような構造と同様に長波長で光損失
が増加するという欠点がある。
【０００７】この場合における分散シフトファイバの損
失波長特性については図１２に示す。（Ｋ．Ｐ．Hanse
n, et al., “ Highly nonlinear photonic crystal fi
ber with zero dispersion at 1.55 μｍ”，OFC 200
2，Post Deadline Paper,FA９（2002））。
【０００８】図１２において、１．４５μｍ付近から長
波長側で急激に損失が増加しており、１．６μｍにおい
ては約１００ｄＢ／ｋｍの大きな損失となっている。こ
の特性は、計算機解析でも同様の結果が得られている。
また、光の閉じこめ効果が弱いためマイクロベンド損失
が生じやすく、従来技術を用いたケーブル化では低損失
伝送路を構成することが困難であった。さらに、同様な
理由から曲げ損失を生じやすく、本光ファイバを光部品
として用いる際に小径にファイバを収納して使用するこ
とが困難であった。
【０００９】次に、２番目の欠点としては、従来の分散
シフトファイバの場合コア径が約２．４μｍと、一般的
に使用されている単一モードファイバの場合の１０μ
ｍ、通常用いられている光ファイバの場合の８〜１０μ
ｍと比較して小さなため、これらのファイバとの接続損
失が数ｄＢ以上と大きなことがあげられる。
【００１０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、低損失、低分散ス
ロープで、かつ１．５５ミクロン帯の分散シフト光ファ
イバを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、クラッ
ド部の長手方向に沿って多数の空孔を形成し、該空孔が
幾何学的に配列されている分散シフト光ファイバにおい
て、コア部の中心に、該コア部の周辺部より屈折率の高
い領域を有し、該領域の動作波長における群速度分散が
正常分散となるようなコア部の屈折率分布を有すること
を特徴とする。
【００１２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記コア部の屈折率分布は、マ
ッチドクラッド型、Ｗ型、三重クラッド型、四重クラッ
ド型のいずれかの光ファイバのコア部及びクラッド部の
屈折率分布と同様であることを特徴とする。
【００１３】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記クラッド部に形成された空
孔の径又は配列、コア部の形状、屈折率分布のうちの少
なくとも１つを、前記コア部の中心を対称軸とする３回
未満の軸対称性としていることを特徴とする。
【００１４】このような構成により、本発明において
は、コア部の中心部にドーパントを添加することにより
高い比屈折率差を持つ領域を有し、１．５５μｍ帯にお
いて大きな負の分散（正常分散）を有する分散補償ファ
イバのクラッド領域に格子状の空孔を形成し、この空孔
が存在することによる大きな異常分散を持つ導波路分散
の効果とつり合わせることにより、波長１．５５μｍ帯
において零分散かつ低分散スロープを有する分散シフト
ファイバを実現することができる。ここで、空孔の効果
によって生ずる導波路分散の分散スロープは、正または
零であることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の分散シフト光ファイバの
実施例１を説明するための断面構造図で、図中符号１は
ＧｅＯ２を高濃度に添加したコア領域ａ、２は純粋Ｓｉ
Ｏ２ガラスからなるコア領域ｂ、３はコア領域の周囲に
配されたクラッド部、５はジャケット部を示している。
クラッド部３には、光ファイバの長手方向に延びる多数
の穴（以下、空孔という）４が形成されている。
【００１６】クラッド部３の空孔４の位置は、無秩序で
はなく一辺の長さが∧である正六角形を基本格子とする
ハニカム形状を構成している。ここで、空孔４の直径を
ｄとする。
【００１７】図２は、図１のａ−ａ′で示す線に沿う断
面の屈折率分布を示す図で、最も低い屈折率が空孔の屈
折率（ｎ＝１）を表している。コア領域ａは、例えば、
直径２ａ＝３μｍ、比屈折率差Δが２％となるようにス
テップ状にＧｅＯ２を添加することにより作成する。こ
のとき、空孔４が存在しない場合には、コア領域ａとコ
ア領域ｂから構成される光導波路の導波路分散の効果と
材料分散の効果によって−２２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍに正常
分散を持つ。
【００１８】クラッド部３に空孔４を規則的に配置する
と、図２に示すように、大きな屈折率の変化を生じる。
ＳｉＯ２ガラスで構成されたコア領域ｂおよびクラッド
部の屈折率がｎ＝１．４５であるのに対して、空孔部分
４の屈折率はｎ＝１である。空孔４によりクラッド部３
の平均屈折率が低下し（１＜ｎ＜１．４５）、これによ
ってもコア部１および２を伝搬する光が閉じこめられ
る。
【００１９】空孔４が存在することにより、コア部を伝
搬するモードに大きな正の構造分散（異常分散）を生じ
させることが可能である。構造分散の大きさは、空孔４
の間隔∧と空孔４の直径ｄをパラメータに選び変化させ
ることにより変えることができる。
【００２０】例えば、∧＝５．６μｍ、ｄ＝２．８μｍ
とすると、波長１．５５μｍ付近で零分散となる分散シ
フトファイバを実現することができる。この光ファイバ
の波長分散特性を図３に示す。図３の破線は空孔のない
場合の波長分散特性を示し、実線は上述した大きさの空
孔を設けた場合の波長分散特性を示している。
【００２１】この図３から、波長１．５５μｍで零分散
かつ分散スロープが正の波長分散特性が得られることが
わかる。波長１．５５μｍで零分散となる、２ａ、Δ、
∧、ｄの値はここにあげた組み合わせに限らず、様々な
値の組み合わせで実現することができる。
【００２２】上述した実施例では、コア領域ａはステッ
プ型の屈折率分布の場合について示したが、２乗型やα
乗（α＞２）、スーパーガウシアン等の屈折率分布であ
っても構わない。
【００２３】図１の構造において、空孔４の間隔∧を波
長程度まで小さくすることによっても、波長１．５５μ
ｍで零分散とすることができるが、この構造では従来技
術の項で述べたように、コア領域を伝搬する光の閉じこ
めが極端に弱くなり急激な損失増加を生じてしまう。
【００２４】［実施例２］本発明の実施例２は、実施例
１ではステップ型の屈折率分布であったコア部ａの屈折
率分布を二重クラッド型もしくは三重クラッド型にした
ものである。屈折率分布の例を図４（ａ），（ｂ）に示
す。図４（ａ）は、二重クラッド型の屈折率分布、図４
（ｂ）は、三重クラッド型の屈折率分布を示す。空孔４
がない場合には、図４（ａ），（ｂ）に示す屈折率分布
は良く知られた分散補償ファイバの屈折率分布と等価で
ある。このような屈折率分布とすることによって大きな
正常分散を持つ光ファイバを実現することができる。
【００２５】このような屈折率分布を持つコア領域１お
よび２の周りにほぼ規則正しく配列された空孔４を設け
ることにより、コア領域の寄与による正常分散を空孔４
の配列による異常分散で補償することができ、結果とし
て波長１．５５μｍで零分散となるファイバを実現する
ことができる。空孔の効果による異常分散の分散スロー
プは、実施例１で示したように正となる。
【００２６】二重クラッドもしくは三重クラッド構造と
することによって、波長１．５５μｍ付近の分散スロー
プを負にすることができる（Ｍ．Ohnishi 他、“ Optim
ization of dispersion-compensating fibers consider
ing self-phase modulationsuppression ”，OFC ’9
6，ThA2（1996) 、Ｌ, Gruner−Nielsen 他、“ New di
spersion compensating fibres for simultaneous comp
ensation of dispersion and dispersion slope of non
-zero dispersion shifted fibres in the C orL band
”，OFC 2000,(2000) 。
【００２７】従って、コア領域の屈折率分布による分散
スロープの寄与（負の分散スロープ）と互いに打ち消し
あうことが可能である。したがって、ファイバの構造パ
ラメータを適切に選ぶと、波長１．５５μｍで零分散か
つ分散フラット（分散スロープが零）な光ファイバを実
現することが可能である。図５に本発明のファイバの波
長分散特性を示す。破線が空孔の存在しない場合の波長
分散特性、実線が本光ファイバの波長分散特性を示して
いる。
【００２８】通常の二重クラッドもしくは三重クラッド
構造の分散補償ファイバにおいては、伝搬モードの閉じ
こめ効果が通常の単一モードファイバと比べて弱くなる
ため、マイクロベンド損失や曲げ損失を生じやすくその
扱いが難しいという欠点を有していた。
【００２９】しかしながら、本発明の光ファイバ構造に
よると、光ファイバを伝搬するモードが空孔４に囲まれ
たコア領域１および２に強く局圧するために、光ファイ
バの曲げによる放射モード損失やマイクロベンド損失が
実用上問題とならない値にまで減少する。したがって、
従来通りのケーブル化を行っても損失増加が無視でき、
許容曲げ半径が従来ファイバと比較して小さくできるの
で、装置内部のファイバの収納や引き回しに対する制限
も小さくなる。
【００３０】［実施例３］図６は、本発明の実施例３を
説明するための図で、図中符号１１はＧｅＯ２を高濃度
に添加したコア領域ａ、１２は純粋ＳｉＯ２からなるコ
ア領域ｂ、１３はクラッド部、１４ａは空孔ａ、１４ｂ
は空孔ｂ、１５はジャケット部を示している。
【００３１】空孔ｂは、コア領域に隣接して２回対称と
なるように配置し、その直径は、空孔ａより大きいかも
しくは小さくなるように設定する。
【００３２】図７は、図６のａ−ａ′で示す線に沿う断
面の屈折率分布を示す図である。空孔ａと空孔ｂの直径
が異なるため、図７に示したｘ軸方向とｙ軸方向の等価
屈折率に異方性を生じる。その結果、ｘ方向とｙ方向に
振動面を持つ伝搬モードに大きな複屈折を生じる。大き
な複屈折があるため、ｘ方向の偏波モードからｙ方向の
モードへの偏波クロストークもしくはその逆のクロスト
ークが減少し、結果としてｘ方向もしくはｙ方向の偏波
モードが保持されたまま伝搬する。コア領域ａの屈折率
がコア領域ｂに等しい場合の例が、川西、岡本「偏波保
持光ファイバ」（特願２００１−５９０３３）に記述さ
れている。
【００３３】上述した参考文献に示したファイバ構造に
基づいて作成した光ファイバの波長分散特性の一例が、
Ｋ．Suzuki，他“ Optical properties of a low-loss
polarization maintaining photonic crystal fiber
”，Optics Express, vol. 9,No. 13, p.676(2001) に
示されている。これによると、波長１．５５μｍで約＋
７０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの大きな異常分散が得られてい
る。
【００３４】このような構造のファイバにおいて波長
１．５５μｍで零分散を実現するには、コア領域１にＧ
ｅＯ２を高濃度に添加し、コア領域の導波路構造に基づ
く負の導波路分散（正常分散）を発生させ、前述の空孔
による正の分散を補償すれば良い。例えば、コア領域ａ
の比屈折率差Δを２％、直径を２．２μｍ、空孔ａの直
径を２μｍ、空孔ｂの直径を４μｍ、空孔の間隔∧を４
μｍとすると、波長１．５５μｍ付近で波長分散が零と
なる。
【００３５】図８は、この光ファイバの波長分散特性を
示す図である。実線と破線はそれぞれｘ方向とｙ方向に
偏波方向を持つ伝搬モードに対する波長分散特性を表し
ている。両モードに対する零分散波長が異なっているも
ののそれぞれ１．５５μｍ付近に零分散波長が存在する
ことがわかる。両者の波長分散特性の相違は、空孔ａと
ｂの直径が大きく異なることに起因する。
【００３６】上述した実施例においては、コア領域１１
はステップ型の屈折率分布を仮定したが、２乗型やα乗
（α＞２）、スーパーガウシアン等の屈折率分布であっ
ても構わない。
【００３７】［実施例４］本発明の実施例４は、実施例
３においてステップ型の屈折率分布であったコア部ａの
屈折率分布を二重クラッド型もしくは三重クラッド型に
したものである。屈折率分布の形状の一例は、図４に示
したものである。実施例２において説明したように、こ
のような屈折率分布を有する光ファイバの波長分散特性
は、適当な構造パラメータを選ぶことによって波長１．
５５μｍ付近で正常分散（負）かつ負の分散スロープを
有するように設定することができる。
【００３８】このようなコア部の屈折率分布を実施例３
の光ファイバに適用することによって、クラッド部に開
けられた空孔によって生ずる異常分散（正の分散）かつ
正の分散スロープを同時に補償することができ、１．５
５μｍにおいてほぼ零分散かつ低分散スロープな分散シ
フト光ファイバを実現することができる。この構造に基
づいて作成した光ファイバの波長分散特性の一例を図９
に示す。
【００３９】図９は、実線および破線は互いに直交する
２つの偏波モードに対応する波長分散特性を示した図で
ある。ここでは、互いに直交する伝搬モードのうち、一
方のモードが、波長１．５５μｍにおいて零分散となっ
ている。このときの分散スロープは、０．０２ｐｓ／ｋ
ｍ／ｎｍと通常の分散シフチ光ファイバの１／３以下の
小さな値となっている。
【００４０】本実施例の構造の光ファイバにおいては、
伝搬モードの閉じ込めが強いため、直径１０ｍｍ程度の
曲げに対しても光損失の増加は見られない。また、伝搬
モードの閉じこめが長波長側で徐々に弱くなることに起
因する長波長側での損失増加も見られない。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ア部の中心に、コア部の周辺部より屈折率の高い領域を
有し、領域の動作波長における群速度分散が正常分散と
なるようなコア部の屈折率分布を有するので、伝搬モー
ドの閉じこめ効果の強い分散シフトファイバを実現する
ことができる。また、光ファイバの曲げによる光損失が
生じにくいので、本光ファイバを装置の内部等に収容す
る場合に、その装置の小型化を図ることができる。さら
に、コア部の屈折率分布の最適化を図ることによって、
広い波長領域において低分散な光ファイバを実現するこ
とができ、これを用いた光デバイスの特性の向上を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散シフト光ファイバの実施例１を説
明するための断面構造図である。
【図２】図１のａ−ａ′で示す線に沿う断面の屈折率分
布を示す図である。
【図３】図１に示した光ファイバの波長分散の波長依存
性の一例を示す図である。
【図４】本発明におけるコア部の屈折率分布を示した図
で、（ａ）はＷ型（二重クラッド型）、（ｂ）は三重ク
ラッド型の例を示した図である。
【図５】本発明の実施例２に基づいて作成した光ファイ
バの波長分散特性を示す図である。
【図６】本発明の実施例３を説明するための断面構造図
である。
【図７】図６のａ−ａ′で示す線に沿う断面の屈折率分
布を示す図である。
【図８】図６の光ファイバの波長分散特性を示す図であ
る。
【図９】本発明の実施例４の光ファイバの波長分散特性
を示す図である。
【図１０】従来の分散シフト光ファイバの断面図であ
る。
【図１１】従来の光ファイバの波長分散特性の一例を示
す図である。
【図１２】従来の光ファイバの損失波長特性を示す図で
ある。
【符号の説明】
１，１１ コア領域ａ ２，１２ コア領域ｂ ３，１３ クラッド部 ４ 空孔 ５ ジャケット部 １４ａ 空孔ａ １４ｂ 空孔ｂ １５ ジャケット部 ２１ コア部 ２３ クラッド部 ２４ 空孔 ２５ ジャケット部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川西 悟基 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 久保田 寛和 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 田中 正俊 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 藤田 盛行 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 2H050 AB05X AC62 AD01 AD16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 クラッド部の長手方向に沿って多数の空
    孔を形成し、該空孔が幾何学的に配列されている分散シ
    フト光ファイバにおいて、 コア部の中心に、該コア部の周辺部より屈折率の高い領
    域を有し、該領域の動作波長における群速度分散が正常
    分散となるようなコア部の屈折率分布を有することを特
    徴とする分散シフト光ファイバ。
  2. 【請求項２】 前記コア部の屈折率分布は、マッチドク
    ラッド型、Ｗ型、三重クラッド型、四重クラッド型のい
    ずれかの光ファイバのコア部及びクラッド部の屈折率分
    布と同様であることを特徴とする請求項１に記載の分散
    シフト光ファイバ。
  3. 【請求項３】 前記クラッド部に形成された空孔の径又
    は配列、コア部の形状、屈折率分布のうちの少なくとも
    １つを、前記コア部の中心を対称軸とする３回未満の軸
    対称性としていることを特徴とする請求項１に記載の分
    散シフト光ファイバ。
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