JP2004166300A - 波長分割多重化システム - Google Patents

Abstract

【課題】 シングルモードファイバシステムを用いてＷＤＭ信号とアナログＴＶ信号間の干渉を回避するような光学伝送システムを提供する。
【解決手段】 本発明の波長分割多重化システムは、複数のデジタル情報チャネルを伝送パスに接続する第１マルチプレクサ１１２と、ゼロ分散波長λ_０が１３１０ｎｍでその長さが１０ｋｍを超えるスパンの光ファイバ１３０含む伝送パスとを有し、前記光ファイバは１３８５ｎｍでの損失が１３１０ｎｍでの損失よりも小さく、１．４μｍ波長領域において色素分散が１．５−８．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの範囲内にあり、前記第１マルチプレクサ１１２は、１．４μｍ波長領域の波長分割多重化信号の３個以上のチャネルを前記伝送パスに与える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シングルモード光ファイバシステムに関し、特にこのようなシステム上で波長分割多重化（ＷＤＭ）のシステムに関する。

分散とは、ガラスのような分散機能を有する媒体内を異なる波長が異なる速度でもって伝播する現象を言う。変調キャリア信号は、多くの波長を含むためにガラス製の光ファイバの遠端から放射された光学信号が近端に入射する際ににじむ（分散する）ようになる。線形分散の場合には、これは光ファイバルートにとって補償を周期的に与えることにより解決することができ、そしてこの補償を行う段は少ないほど好ましい。

従来のシングルモード光ファイバシステムは、１２８５ｎｍと１３３５ｎｍの間の波長領域で動作し、そして１３１０ｎｍでゼロ分散波長を有する。しかし、このようなシステムで使用される光ファイバは、非線形の相互作用およびチャネル間の混合により近接した複数のキャリア波長を伝送するのにはあまり適していない。

このような非線形現象のある限られた形態（４光子混合（4-photon mixing＝４ＰＭ））は、例えば非特許文献１に記載されている。簡単に説明すると、４ＰＭは異なる信号チャネル間での建設的および破壊的な干渉に起因して利得あるいは損失が変動する現象として表れる。４ＰＭの大きさはパワーに依存し放射パワーを減少することにより減らすことができる。
D. Marcuse, A. Chraplyvy, R. Tkach著の「Effect of Fiber Nonlinearity on Long-Distance Transmission」（Journal of Lightwave Technology, vol. 9, No. 1, January 1991, pp.121-128）

マルチチャネル光学システムは、光ファイバを最も効率的に使用することができ、波長分割多重化装置を有し、この装置が近接した複数のチャネル（波長領域）を一伝送方向では１本のシングル光学パスに結合し、他の伝送方向ではこの光学パスからこれらのチャネルを分離している。従来のシングルモード光ファイバシステムは、１．５５μｍの波長領域でＷＤＭ動作を行うことができるが、補償しなければならない線形分散が多すぎる（例えば、約１７ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ）。例えば、５０から１００ｋｍ毎に補償する必要があり、これは実際問題としては短すぎる。

光ファイバの考え得る使用例は、あらゆるタイプのデジタル情報とアナログ情報を別個にあるいは一緒に伝送することを含む。ある使用例は、データ（例、インターネットトラフィック）とテレビ（ＴＶ）信号を伝送することを含み、これは通常振幅変調の縮退−サイドバンド（ＡＭ−ＶＳＢ）変調を利用している。アナログ信号は、本来的にノイズに対し敏感であり、そしてノイズはＴＶの画像で容易に観測しうる。特にＷＤＭ信号のような複数の波長を１本のファイバで伝送する場合には、励起ラマン散乱（stimulated Raman scattering＝ＳＲＳ）によりＷＤＭ信号から１２０ｎｍも長い別の波長領域にエネルギが伝播してしまう。現在のところＷＤＭ信号とアナログＴＶ信号を同一の光ファイバで伝送するシステムは存在しない。

非特許文献２によれば、完全にＯＨのない光ファイバ（紫外線から赤外線までの損失スペクトラムにおいて、いかなる波長においてもＯＨイオンに起因する損失ピークが存在しないもの）が将来必要とされ、このような光ファイバがＷＤＭシステムの伝送媒体として重要な役目を担うことになる。しかし、上記の文献は、このような光ファイバの分散特性に関する情報は開示されておらず、また光ファイバの利用可能な損失スペクトラム内での光学チャネルの割当てに関しても記載されていない。
「Fabrication Of Completely OH-Free V.A.D. Fiber」（in Electronics Letters, August 28, 1980 Vol. 16 No. 19）

本発明の目的は、従来のシングルモードファイバシステム用に設計された装置と適合性を有し、ＷＤＭ信号間での４ＰＭ干渉のないＷＤＭ操作が可能で、ＷＤＭ信号とアナログＴＶ信号間のＳＲＳ干渉を回避するような光学伝送システムを提供することである。

本発明は、１．４μｍの波長領域で複数のＷＤＭチャネルを伝送するよう構成された光学通信システムでの従来システムの欠点を解決するものである。本発明のシステムは、１３８５ｎｍで低損失特性を有し、１３１０ｎｍでのゼロ分散波長（λ_０）で、１．４μｍ波長領域で１．５−８．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの線形分散を有する光ファイバを含む。

この小さいがしかし重要な分散が４光子混合の影響を低減する。本発明の広義の概念においては、本発明は数多くの観測結果を反映したものである。即ち、（１）４光子混合は、ＷＤＭシステムの設計に際し考慮しなければならない関連機構であること。（２）ＷＤＭチャネルからの励起ラマン散乱は１５５０ｎｍにおけるアナログ信号の伝送に悪影響を及ぼすこと。（３）好ましくは、新たなＷＤＭシステムは、従来のシングルモードファイバシステムで使用される装置と置換可能と適合性を有しなければならない。

本発明の効果としては、１．４μｍ波長領域に、ＷＤＭチャネルを配置することにより１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの波長領域は、これらの領域の従来装置により利用可能となる。

本発明の他の利点としては、１．４μｍ波長領域にＷＤＭチャネルを配置することにより、分散は、８ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ以下となり、２００ｋｍ以下の大部分の市街地での光学伝送システムでは分散補償は必要となくなる。

本発明のさらに別の利点としては、１．４μｍの波長領域にＷＤＭチャネルを配置することにより、１５５０ｎｍで動作するアナログ信号（テレビ放送用）をＳＲＳのノイズから保護するためのバッファ波長領域（約１２０ｎｍ）が存在する。

本発明の一実施例では、ラマン増幅器を１．４μｍ領域でのＷＤＭチャネルの増幅用に用い、その際エルビウムドープの増幅器が１．５５μｍ領域で動作するチャネルの増幅に用いられる。

用語の説明
従来のシングルモードのガラス製光ファイバで、その特徴は、波長が１３１０ｎｍのときに分散がゼロ（０）で、波長が１５５０ｎｍのときに損失が最小で、１３８５ｎｍでの損失が高い領域が水酸基（ＯＨ）イオンが原因である光学エネルギの吸収となるものである。
分散−単独で用いられた場合には、この用語は色素分散を意味し、キャリアスペクトラム内の波長依存性の速度に起因する線形効果を意味する。

スパン−再生機を有しない光ファイバの長さを意味する。この長さは、光学増幅器を含むことがあるが、これは電子の形態への信号の変換あるいは電子の形態からの信号の変換が行われるステーション間の距離である（通常最も近い信号再生機間の距離）。このスパンは、全体のシステムを規定し、さらに別のスパンと組み合わせることもできる。
平均システム波長−ＷＤＭチャネルのグループのキャリア周波数の算術平均で決定される特定の波長を意味する。

波長領域−波長の特定の領域に対する短縮表現である。本明細書において、１．３μｍの波長領域は、１２８５ｎｍと１３３５ｎｍの間の波長を含む。１．４μｍの波長領域は、１３３５ｎｍと１４３５ｎｍとの間の波長領域を含む。１．５５μｍ波長領域は、１５００ｎｍと１６００ｎｍの間の波長を含む。
ＷＤＭ−波長分割多重化。異なる中心波長を有する複数の通信チャネルが光ファイバのような１本の信号伝送パスに結合される状況を表す。

図１には本発明の高容量の光ファイバネットワーク１００を示す。重要な点は、複数の波長分割多重化（ＷＤＭ）チャネルは１．４μｍ波長領域（即ち、１３３５−１４３５ｎｍ）で動作する点である。さらにまた、このＷＤＭチャネルは、１．３μｍ波長領域（即ち、１２８５−１３３５ｎｍ）で動作するアナログＣＡＴＶ信号と、１．５５μｍ波長領域（即ち、１５００−１６００ｎｍ）で動作する他のＷＤＭチャネルと光ファイバを共有している。

図にはキャリア波長（λ_１１，λ_１２，λ_１３，λ_１４）を有する４本の高速データチャネルが示されており、各キャリアは、１０Ｇｂ／ｓのデータレートで送信器１１１で変調される。このようなチャネルは、電話，データ，画像を含む大量のデジタル信号を送信できる。これらのチャネルは、１４００ｎｍを中心に１００ＧＨｚの中心間チャネルスペースを有するよう示されている。

同図には４本のチャネルが示されているが、これ以上の数のチャネルあるいはこれ以下の数のチャネルも使用することができる。さらにまた、チャネルスペースは、増幅器のバンド幅およびマルチプレクサとディマルチプレクサのような装置の入手製および／または価格に基づいてネットワークの設計者により決定されるように１００ＧＨｚ以上あるいはそれ以下でもよい。送信器１１１−１は、１０Ｇｂ／ｓのレートで入力データを受信し、コヒーレントな光ソースを変調し、その公称波長λ_１１は１４００ｎｍである。その後この光学信号は、光学マルチプレクサ１１２に入力され、そのタスクは異なる波長を有する複数の入力を１本の出力ポート１１０上に結合することである。

さらにまた１６本のデジタルチャネルが１．５５μｍ波長領域で示されており、各チャネルは２．５Ｇｂ／ｓのレートで送信器１２１内で変調されたキャリア信号を含む。このチャネルは、電話とデータと画像を含むデジタル情報を伝送するためのものである。これらのチャネルは、１５５０ｎｍを中心に分散しており、１５５０ｎｍで０．８ｎｍに対応する１００ＧＨｚのキャリアスペースを有する。

同図には１６本のチャネルが示されているが、これ以上の数のチャネルあるいはこれ以下の数のチャネルも使用することができる。さらにまたチャネルスペースは、増幅器のバンド幅およびマルチプレクサとディマルチプレクサのような装置の入手製および／または価格に基づいて、ネットワークの設計者により決定されるように１００ＧＨｚ以上あるいは以下でもよい。その後送信器１２１からの光学信号は、光学マルチプレクサ１２２に入力され、そのタスクは異なる波長を有する複数の入力を１本の出力ポート２１０上に結合することである。

光学多重化と分離化は、光学グレーティング（即ち、複数の並列導波路で隣の導波路とそれぞれ所定量だけ長さが異なる）に接続された一対のスターカプラを介して行われる。このような装置の例は、特許文献１乃至３に開示されている。
米国特許第５，００２，３５０号 米国特許第５，１３６，６７１号 米国特許第５，４１２，７４４号

光学送信の位置方向においては、マルチプレクサは複数の別々の波長（λ_１１，λ_１２，・・・λ_１ｎ）が１個のスターカプラの別々の入力ポートに入射され、そして他のスターカプラの１本の出力ポートから放出されるようなマルチプレクサとして用いることができる。光学伝送の他の方向においては、マルチプレクサは、複数の異なる波長がスターカプラの１個のポートに入射され、それぞれの波長にしたがって他のスターカプラの複数のポートから放射されるようなディマルチプレクサとして機能する。

ネットワーク１００における送信器（１０１，１１１，１２１）と受信機（１０５，１１５，１２５）との間の距離によっては光学信号を増幅する必要がある。光学増幅器は再生機が好ましい。その理由は再生機は電子的増幅を行うために、光学信号を電気信号に変換しそしてその後再び光学信号に戻すことをせずに直接光学信号を増幅するからである。

好ましくはラマン増幅器１０３，１１３が、１．３と１．４μｍの波長領域で用いられ、エルビウム増幅器１２３が１．５５μｍ領域で用いられる。しかし、ラマン増幅器は、ネットワーク１００内の全ての波長で用いることもできる。ラマン増幅器は、２５−３０ｎｍの利用可能バンド幅を有し（これに関しては、特許文献４を参照のこと）、これは本発明での使用に適したものである。
米国特許第５，６２３，５０８号

さらにまたラマン増幅器は、バンド幅を増加させるような並列構成で配置することができる。実際のところかなりの努力が多段の非常に広い光学増幅器の設計に向けられている。非特許文献３を参照のこと。半導体光学増幅器も全ての関連波長で低コストで本発明で用いることができるが性能は落ちる。
M. Yamada et al著の論文（vol. 33, No. 8, Electronics Letters, on April 10, 1997, pp. 710-711）

３つの異なる波長領域における光学信号を組み合わせることは、粗ＷＤＭ（ＣＷＤＭ）１３１により行うことができる。このＣＷＤＭ１３１における「粗(coarse)」とはＷＤＭチャネルの組の近接したチャネルを受け入れるルータから分別するためのものである。粗ＷＤＭ１３１は、１．３μｍ領域と１．４μｍ領域と１．５５μｍ領域の光学信号を１本の光ファイバ１３０に結合する。

マッハツェンダー干渉系が粗ＷＤＭ１３１を構成するのに用いられるのに適したものである。光ファイバ１３０はシングルモード光ファイバを含み、その損失と分散特性は図３に示した通りである。光ファイバ１３０の構造と特性については、後述するがこの光ファイバ１３０は再生あるいは分散の補償を行うことなく長さＬだけ延びることができる。

大部分の光学デバイスは双方向性であり、図１に示されたネットワーク１００は、対称であるので右半分の動作は容易に推論することができる。例えば、ＣＷＤＭ１３２は１．３μｍ領域の波長を受信機１０５に向け、１．４μｍ領域の波長をディマルチプレクサ１１４に、そして１．５５μｍ領域の波長をディマルチプレクサ１２４に向ける。同様にディマルチプレクサ１１４は入力ポート１４０上の光学信号を波長に従った特定の出力ポートに向ける。

これはキャリア波長λ_１１を有する１０Ｇｂ／ｓのチャネルの１つの出力ポートに経路指定し、キャリア波長λ_１２を有する別の１０Ｇｂ／ｓのチャネルを別の出力ポートに経路指定するものである。そして１０Ｇｂ／ｓチャネルの各々は、受信機１１５に分配され、そこで光学信号から電気信号に復調し変換する。図１の下部は、１．５５μｍ領域の伝送を取り扱っており、そこでは１６本のチャネルが送信器１２１から受信機１２５に送信される。この波長領域においては、エルビウム増幅器１２３が好ましい。

光学マルチプレクサ１２２とディマルチプレクサ１２４は、機能的に上記の光学マルチプレクサ１１２とディマルチプレクサ１１４に類似する。図においては送信器１２１と受信機１２５は、２．５Ｇｂ／ｓのレートでデジタル情報を通信する。送信器（１０１，１１１，１２１）、受信機（１０５，１１５，１２５）、マルチプレクサ（１１２，１２２）、ディマルチプレクサ（１１４，１２４）は当業者に公知のものである。

ネットワーク１００内の光ファイバ１３０のスパンは、１０Ｇｂ／ｓのビットレートで分散補償を必要とせずに２００ｋｍもの長さである点は本発明の大きな利点である。これが可能な理由は、光ファイバ１３０の分散は１．４μｍ波長領域では８．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ以下であり、また１．５５μｍ領域におけるＷＤＭチャネルのデータレートは２．５Ｇｂ／ｓ以下だからである。このような距離は市街のネットワークのほとんど全てをカバーするのに十分の長さである。

図２は、最大１００Ｇｂ／ｓの速度で動作する１．４μｍ波長領域におけるＷＤＭチャネルと、１．５５μｍ波長領域のアナログＣＡＴＶチャネルとを有する高容量光ファイバネットワーク２００の第２実施例である。ネットワーク２００内で用いられる素子は、ネットワーク１００内で使用されたそれとほぼ同一である。ただし送信器１４１と受信機１４５は振幅変調の縮退サイドバンド（ＡＭ−ＶＳＢ）変調を用いた１．５５μｍ領域のＴＶ用放送信号を送受信するものに適したものである。

ＡＭ−ＶＳＢアナログ変調は、不正信号が追加された場合にはＴＶピクチャーの画像が劣化する点でノイズに対し感受性が高い（ノイズに弱い）。図２は、放送用ＴＶ信号と共にデジタル伝送の多くの光学信号を搬送する技術を開示したもので、同図においては、ＴＶ光学チャネルはSuper Head Endから広い分散の好ましい波長（即ち、１５５０ｎｍ）である。

複数の波長を１本の光ファイバ上で伝送する場合には、ある波長から別の波長に信号エネルギを伝播する非線形のメカニズムがいくつかある。これらのメカニズムのうちの１つは、励起ラマン散乱であり、これは特に１本の光ファイバ上で搬送される複数の波長がある場合に、励起ラマン散乱（ＳＲＳ）はエネルギをより高い波長に伝播する手段を与えるために特に問題である。以下の議論は非特許文献４の抜粋である。
Kaminow及びKochの「Optical Fiber Telecommunications IIIA」の第１３９頁乃至第２４８頁

励起ラマン散乱（ＳＲＳ）は、光の振動と分子の振動の間の非線形のパラメトリック相互作用である。１本の光ファイバに入射された光は、部分的に散乱され、周波数がダウンシフトする。光学周波数のこの変化は、分子振動周波数に対応する。励起ラマン散乱（ＳＲＳ）は、励起ブリリアン散乱（ＳＢＳ）に類似するが、順方向あるいは逆方向の何れかで起きる。

ラマンゲイン係数は、ブリリアンゲイン係数よりも約３桁小さく、その結果単一チャネルシステムにおいては、ＳＲＳのしきい値は、ＳＢＳのしきい値よりも約３桁大きい。しかしＳＲＳのゲインバンド幅は１２ＴＨｚ、即ち１２０ｎｍのオーダーであり、ＳＢＳのそれよりも遙かに大きい。このＳＲＳは、ＷＤＭシステム内の別々のチャネルを結合させ、その結果クロストークを引き起こす。

同文献の図７を参照すると、同図は溶融シリカ製のファイバ内のラマンゲインを示す。ＷＤＭシステムにおいては、ＳＲＳに起因してより長い波長の信号は、よい短い波長の信号により増幅され、これによりより短信号における劣化と長波長におけるノイズを引き起こす。ＳＲＳは、最大１４０ｎｍで分離された波長のチャネルを結合するが、１２０ｎｍを超えると大幅に小さくなる。

高密度ＷＤＭ伝送システムに対し好ましい方法として、そして最っも効率的なものとして多数の波長を搬送する信号が存在する場合には、これらの信号は、累積的に最大１２０ｎｍだけ長い波長上で搬送される信号にエネルギを与える。図２に示すように、１．５５μｍ領域内で伝播するＡＭ−ＶＳＢ信号にとっては、このことは１４３０ｎｍと１５５０ｎｍの間の波長上のいかなる信号もエネルギをＡＭ−ＶＳＢ信号に与えそれを劣化させることを意味する。その結果、一方では放送用ＴＶ信号はできるだけ分離しなければならず、他方ではできるだけ多くの活性波長用の光ファイバを開発する必要がある。

図３は、本発明で使用されるのに適した光ファイバの線形分散（３０３）と伝送損失（３０１）の特性を示す。ここに示された波長領域における損失は、主にレイリー散乱と水酸基イオン（ＯＨ）吸収に起因する。レイリー散乱とは、光ファイバの材料内での密度と組成の変動から生じる現象である。レイリー散乱は、１／λ^４に比例する。ここでλは光の波長である。

光ファイバの損失に下限を設定することが重要である。例えば、１．４μｍ領域における損失は、ガラス内に存在するＯＨイオンの数で決定される。このような損失は、異なる振動モードに関連する波長におけるＯＨイオンにより吸収される光波エネルギから生ずる。そのため１．４μｍ領域内における動作は、長距離光学伝送（即ち、１０ｋｍ以上）に対しては、除外されるが、その理由はＯＨイオンによるエネルギ吸収に起因する損失のためである。

この損失は、図３に示すようにウォーター（水分）ピーク３０２で、これは従来のガラス製ファイバのものである。このような損失は本発明で使用されるガラス製ファイバでは表れない。本発明で使用するのに適した光ファイバの仕様を示す。しかし、本発明で受け入れ可能な光ファイバの全体の範囲を規定するものでなく、単なる説明のためのものである。

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代表的な光ファイバの仕様
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最大減衰：
１３１０ｎｍ ０．３５−０．４０ｄＢ／ｋｍ
１３８５ｎｍ ０．３１ｄＢ／ｋｍ
１５５０ｎｍ ０．２１−０．２５ｄＢ／ｋｍ
モードフィールド直径：
１３１０ｎｍ ９．３±０．５μｍ
１５５０ｎｍ １０．５±１．０μｍ
コア／クラッド層の非同心性 ＜０．６μｍ
クラッド層の直径 １２５±１．０μｍ
カットオフ波長 ＜１２６０ｎｍ
ゼロ分散波長 １３００−１３２２ｎｍ
分散 ＞０．８ps／nm−km（１３３５−１４３５nm）
分散傾斜 ＜０．０９２ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍ（最大）
マイクロベンディング １５５０ｎｍで＜０．５ｄＢ（直径32mmで１回転）
マイクロベンディング １５５０ｎｍで＜０．０５ｄＢ（直径75mmで100回転）
コーティング層の直径 ２４５±１０μｍ
引っ張り強度 １００ｋｐｓｉ
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本発明は１．４μｍ波長領域で低損失の光ファイバを用いている。ここで低損失とは、光学信号が受ける減衰量が従来のシングルモード光ファイバに比較して大幅に低いものを意味する。このような光ファイバの製造方法を次に説明する。

図４は、１３８５ｎｍで低損失を有する光ファイバの製造方法のステップを示す。最初の３つのステップ（４１−４３）は、ガラス製のチューブで被覆するＯＨ含有量が低い（即ち、０．８ｐｐｂ以下の）コアロッドの製造に関連する。したがって最初の３つのステップは、クラッド層／コアの比率が７．５以下で、ＯＨ含有量が０．８ｐｐｂ以下のコアロッドを形成する単一のステップで置換することができる。好ましくはコアロッドは以下に説明するように、ステップ４１で示す気相軸方向堆積（Vapor Axial Deposition＝ＶＡＤ）プロセスにより形成される。

コアロッドの製造
図５を参照して、ガラス製粒子即ち「スート」がシリカ製のスターティングロッド上に堆積されるＶＡＤプロセスを説明する。コアロッド５０はコア５１を有し、このコア５１の屈折率はクラッド層５２の屈折率よりも大きい。光は屈折率が大きい領域の方向に曲がり、これは光ファイバの中心軸に沿って光を導波する物理学の法則である。高屈折率の領域を形成するためにトーチ５０１に燃料（例、酸素と水素）と原材料（例、ＧｅＣｌ_４とＳｉＣｌ_４）を供給し、そのトーチで火炎内に蒸気となった原材料をガラスロッドの中心方向に向けて流す。

このフレームにより原材料が反応してコアロッド５０の上にガラス粒子（スート＝すす）を堆積する。コアロッドは、最初の堆積場所はその上端で垂直方向に延びている。そして垂直方向の上方に回転しながら動かし、その結果ガラス製スートが長さ方向全体とその周囲に沿って堆積される。別のトーチ５０２を用いてコア５１の上にクラッド層５２を堆積する。クラッド層５２を形成するためにトーチ５０２内で用いられる原材料は、例えばＳｉＣｌ_４である。コア５１のＧｅドーピングは、クラッド層よりも大きな屈折率を有するコアを形成する１つの方法である。

別法として、堆積したクラッド層にフッ素をドーピングしてコアよりも低い屈折率のクラッド層を形成するために、ＳｉＣｌ_４はコア５１を形成するのに用いられる原材料である。このような状況において、例えばＳＦ_６，ＣＣｌ_２Ｆ_２，ＣＦ_４のようなフッ化物をクラッド層用のトーチ５０２内でＳｉＣｌ_４と混合する。様々な光ファイバの製造方法の詳細は、非特許文献５に記載されている。特にセクション４．４．４（１６９−１８０頁）は、ＶＡＤプロセスを取り扱っている。
Chapter 4 in「Optical Fiber Telecommunications II」（Academic Press, Inc., (C) 1988 AT&T and Bell Communications Research, Inc.)

上記のＶＡＤプロセスにおいては、堆積したクラッド層の直径（Ｄ）は、コアの直径（ｄ）の７．５倍以下である。コアロッドの形成は、高価なプロセスであるのでコアロッドの製造に対し時間を節約することは、光ファイバの低コスト化に直接結びつく。実際コアロッドに必要なＶＡＤ体積の量は（Ｄ／ｄ）^２に比例する。コアロッドのＤ／ｄが小さくなると、オーバクラッド層のチューブの純粋性の必要も大きくなる。

Ｄ／ｄを減らすことにより、光ファイバ内の光学パワーは、オーバクラッドチューブ内を伝播し、そしてＯＨイオンのような不純物によりさらに吸収損失が増える。これはＯＨイオンは移動性であり、光ファイバを引き抜く動作中に特にコアの方向に移動するためである。そしてさらに悪いことにＯＨイオンは、水素に分解し、そしてこの水素はＯＨそのものよりも遙かに移動性が高く、その結果光ファイバを引き抜き作業中に光ファイバのコア内に拡散する。

光ファイバのコア内の水素と原子欠陥との間の反応によりＯＨイオンがそこに形成される。クラッド層／コアの比率が２．０以下のコアロッドは、異常に低いＯＨ含有量を有するオーバクラッドチューブを必要とし、これは現在のところコスト的に合うものではない。したがって堆積したクラッド層／コアの比率の実際的な範囲としては２．０＜Ｄ／ｄ＜７．５である。

図４のステップ４２は、約１２００℃の温度で塩素またはフッ素含有雰囲気中にコアロッドを配置することにより脱水素化を行うことを示す。このステップにおいては、コアロッドは多孔性のスートボディであり、例えば塩素ガスがこのスートボディの光子内に容易に入り込みＯＨイオンを塩素イオンで置換し、その結果殆ど水分のないスートボディが得られる。このＯＨイオンの置換速度は、塩素ガスの流速と脱水素化の温度に関連する。

図４のステップ４３は、コアロッドを温度が１５００℃でヘリウム雰囲気中に配置することにより合体強化することを意味する。このステップにおける合体強化は、多孔質のスートロッドを粒子境界のない高密度のガラスに変換することである。この脱水素化ステップと合体強化ステップの詳細は、特許文献５に開示されている。
米国特許第３，９３３，４５４号

図４のステップ４４は、コアロッドは酸素−水素トーチを用いて細長くすることを示す。これは、このステップに必要とされる大量の熱を供給する最も対コスト比の良いものである。別法としてこのステップは、以下に説明するような水素のないプラズマトーチを用いて行われる。そしてこれによりエッチング（ステップ４５）が必要でなくなる。通常、ＶＡＤプロセスにより成長したコアロッドは、適当な大きさのオーバクラッドチューブに適合させるのには大きすぎ、通常挿入する前にその直径を減らすように引き延ばす。

引き延ばしは、ガラス製の旋盤上で行われ、そしてその構造は公知である。このコアロッドを回転させるために、旋盤上のヘッドストックとテイルストックとの間に搭載する。コアロッドが回転するにつれて、トーチは一定の速度で中心軸に沿ってヘッドストックの方向に移動させる。トーチを移動させるのと同時にテイルストックをヘッドストックの方から離すように動かし、これによりコアロッドを引き延ばして直径を小さくする。

水素と酸素のような爆発性のガスをそれぞれ３０リットル／分（ｌｐｍ）と１５ｌｐｍの流速でトーチ内に流す。水素の使用が商業的には一般的であり、これによりコアロッドの表面上にＯＨ層が形成される。コアロッドの引き延ばしは、従来公知のもので、例えば、特許文献６に開示されている。
米国特許第４，５７８，１０１号

コアロッドのエッチング
ステップ４５は、細長い状態のコアロッドを水素のないプラズマトーチでもってエッチングする。プラズマによるエッチングプロセスの詳細を次に述べる。他のエッチング技術を用いてコアロッドの表面からＯＨイオンを除去することができるが、これらの他のエッチング技術がは例えば機械的研磨、化学的エッチングを含む。

等温プラズマは、シリカとシリケートガラスをガラスロッドの外部表面から高速で除去する（エッチングする）のに用いることができる（これに関しては、特許文献７を参照のこと）。等温プラズマトーチを用いる際の、材料除去の主なメカニズムは、プラズマの高温（通常、プラズマの中心部の９０００℃以上のレベルに達する）に起因する蒸気化である。導電性のファイヤボールを耐火性の誘電体表面に接触させることにより、エネルギを表面に移動させ表面温度を誘電体材料の気化温度以上にさせる。
米国特許第５，０００，７７１号

光ファイバの全体コストは、より大きなオーバクラッドチューブを用いることにより下げることができる。好ましくはこのオーバクラッドチューブは合成シリカを含み、これは高純度／低減衰／高引っ張り強度を有する。オーバクラッドチューブの純粋性がコアにいかに近くチューブを配置できるかを決定する。ステップ４６は、コアロッドが十分に低レベルのＯＨしか有さないガラス製チューブで被覆することであり、これはＤ／ｄの値が小さくなればなるほどチューブの純粋性は高くなる（即ち、そのＯＨの含有量は低い必要がある）。例えば、以下の表は、オーバクラッドチューブ内の様々なＯＨ濃度レベルを示し、そしてこれらは本発明で使用するのに十分低いものである。

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Ｄ／ｄ ＯＨ濃度
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７．５ ＜２００ｐｐｍ
５．２ ＜１．０ｐｐｍ
４．４ ＜０．５ｐｐｍ
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図４のステップ４７は、ガラス製チューブをコアロッドの上にコラップスしてプリフォーム６０を形成した断面を図６に示す。コラップスは、オーバクラッドチューブ６２を加熱するために、リング形状のトーチを用いて行われ、そしてこのオーバクラッドチューブ６２はコアロッド５０の包囲して垂直方向に延びる。このプロセスの詳細は、特許文献８に開示されている。最後に図４のステップ４８は、光ファイバを加熱した（約２０００℃）のプリフォームの端部から引き抜くプロセスを示す。
米国特許第４，８２０，３２２号

本発明は、図１，２に示した実施例とは別の多重化チャネルに適用できる。エルビウム増幅器またはラマン増幅器以外の半導体製の光学増幅器の使用およびＷＤＭチャネルの均一でないスペーシングおよび本明細書で開示した以外のデータレートでの動作も本発明の変形例にすぎない。

最大１０Ｇｂ／ｓの速度で動作する１．４μｍ波長領域内のＷＤＭチャネルと、最大２．５Ｇｂ／ｓの速度で動作する１．５５μｍ波長領域内のＷＤＭチャネルを含む高容量の光ファイバネットワークの第１実施例を表す図である。 最大１０Ｇｂ／ｓの速度で動作する１．４μｍ波長領域内のＷＤＭチャネルと、１．５５μｍ波長領域内のアナログＣＡＴＶチャネルを含む高容量の光ファイバネットワークの第２実施例を表す図である。 本発明で使用される光ファイバの色素（線形）分散と伝送損失を表すグラフである。 本発明で使用される光ファイバを製造するステップを表すフローチャート図である。 軸方向堆積プロセスによりコアロッドを製造する方法を表す図である。 本発明で使用されるガラス製光ファイバを引き抜くのに用いられる光ファイバプリフォームの断面図である。 １５００ｎｍのポンプ波長での溶融シリカ用のラマンゲイン係数対周波数シフトの関係を表すグラフである。

符号の説明

５０ コアロッド
５１ コア
５２ クラッド層
５０１，５０２ トーチ
６０ プリフォーム
６２ オーバクラッドチューブ
１００，２００ 高容量光ファイバネットワーク
１０１，１１１，１２１，１４１ 送信器
１０３，１１３，１２３ 増幅器
１０５，１１５，１２５，１４５ 受信機
１１０，２１０ 出力ポート
１１２，１２２ 光学マルチプレクサ
１１４，１２４ ディマルチプレクサ
１３０ 光ファイバ
１３１，１３２ 粗ＷＤＭ（ＣＷＤＭ）
１４０，２４０ 入力ポート
３０１ 損失
３０２ フォーターピーク
３０３ 分散

Claims (6)

1. 複数のデジタル情報チャネルを伝送パス上に相互接続する第１マルチプレクサ、及び
   長さ（Ｌ）が１０ｋｍを超え、そしてゼロ分散波長（λ_０）が約１３１０ｎｍである光ファイバのスパンを含む伝送パスとからなる波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいて、
   該光ファイバが、クラッド層の直径（Ｄ）とコアの直径（ｄ）との比が２．０＜Ｄ／ｄ＜７．５のコアロッド（５０）から製造され、１３１０ｎｍでの損失よりも小さい１３８５ｎｍでの損失を有し、そして１３３５ｎｍ〜１４３５ｎｍの領域である１．４μｍ波長領域で１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍと８．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍとの間の色分散を有し、そして
   該第１マルチプレクサは、該１．４μｍ波長領域で波長分割多重（ＷＤＭ）信号の少なくとも３つのチャネルを伝送パス上に提供していることを特徴とする波長分割多重（ＷＤＭ）システム。
2. 複数のデジタル情報チャネルを有する光伝送パスを複数の受信器に相互接続する第１のデマルチプレクサ、及び長さ（Ｌ）が１０ｋｍを越えて、そしてそのゼロ分散波長（λ_０）が約１３１０ｎｍである光ファイバのスパンを含む伝送パスとからなる波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいて、
   該光ファイバが、クラッド層の直径（Ｄ）とコアの直径（ｄ）との比が２．０＜Ｄ／ｄ＜７．５のコアロッド（５０）から製造され、波長１３１０ｎｍでの損失よりも少ない波長１３８５ｎｍでの損失を有し、そして１３３５ｎｍ〜１４３５ｎｍの領域である１．４μｍ波長領域において１．５〜８．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの色分散を有し、
   該第１のマルチプレクサは、該伝送パスから該１．４μｍ波長領域における多重化光信号の少なくとも３つのチャネルを受信している波長分割多重システム。
3. 伝送ライン上での伝送のために、チャネルキャリアを発生し、変調し該変調チャネルキャリアを多重する第１の送信器であって、１３３５ｎｍ〜１４３５ｎｍの領域である１．４μｍ波長領域内の平均システム波長により特徴づけられている第１の送信器、
   変調チャネルキャリアをデマルチプレックスする機能を行なう第１の受信器、及び
   送信器により一端が規定されそして受信器により他端が規定されて少なくとも１つのファイバスパンを含む約１３１０ｎｍでゼロ分散波長（λ_０）を有する光ファイバの伝送ラインとからなる波長分割多重光導波路システムにおいて、
   該スパンを規定する実質的に全てのファイバが、クラッド層の直径（Ｄ）とコアの直径（ｄ）との比が２．０＜Ｄ／ｄ＜７．５のコアロッド（５０）から製造され、該平均システム波長で１．５〜８．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの色分散を有し、
   該スパンを規定する実質的に全てのファイバが波長１３１０ｎｍでの伝送損失より小さい波長１３８５ｎｍでの伝送損失を有している波長分割多重光導波路システム。
4. １０Ｇｂ／ｓレートで１３３５ｎｍ〜１４３５ｎｍの領域である１．４μｍ波長領域内の異なる波長で動作している複数のデジタル情報チャネルを送・受信する装置、
   ２．５Ｇｂ／ｓレートで１．５５μｍ波長領域内の異なる波長で動作している複数のデジタル情報チャネルを送・受信する装置、及び
   分散補償なしに送・受信装置間に設置された１０ｋｍ〜２００ｋｍの長さの光ファイバからなる伝送ラインとからなり、
   該光ファイバは、（ｉ）クラッド層の直径（Ｄ）とコアの直径（ｄ）との比が２．０＜Ｄ／ｄ＜７．５のコアロッド（５０）から製造され、(ii)約１３１０ｎｍでゼロ分散波長、(iii)１.４μｍ波長領域内の動作しているチャネルに関し約８．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍより小さい分散、及び(iv)波長１３１０ｎｍでの伝送損失よりも小さい波長１３８５ｎｍでの伝送損失を特徴としている波長分割多重導波路システム。
5. １３８５ｎｍにて低損失を有するシングルモード光ファイバを製造するコアロッド（５０）を製造する方法であって、
   直径ｄを有するコア（５１）に直径Ｄを有するクラッド層（５２）をスート堆積することによりコアロッドを形成する工程とからなり、ここで、Ｄ／ｄは、２．０＜Ｄ／ｄ＜７．５の関係を有し、該方法はさらに、
   該コアロッドのＯＨ含有量が０．８ｐｐｂ以下となるように、塩素またはフッ素を含む雰囲気中で該コアロッドを脱水する工程と、
   該コアロッドを固化する工程とからなることを特徴とする方法。
6. １３３５ｎｍ〜１４３５ｎｍの領域である１．４μｍ波長領域内の異なる波長で複数のデジタル信号を送信する第１の送信器（１１１、１１２）と、
   アナログ信号を１．５５μｍ波長領域で送信する第２の送信器（１２１）と、
   該第１の送信器からの信号と該第２の送信器からの信号とを多重化する第１の装置（１５１）と、
   約１３１０ｎｍでゼロ分散波長を有し、１３１０ｎｍでの損失よりも小さい１３８５ｎｍでの損失を有し、そして１．４μｍ波長領域で１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍと８．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍとの間の色分散を有する光ファイバを含む、該第１の装置に結合された伝送パスと、
   該伝送パスに結合され、該伝送パスからの信号を該第１の送信器からの信号と該第２の送信器からの信号とに分離する第２の装置（１５２）と、
   該複数のデジタル信号を受信する第１の受信器（１１４、１１５）と、
   該アナログ信号を受信する第２の受信器（１２５）とからなることを特徴とする波長分割多重（ＷＤＭ）システム。
   

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