JP2004191633A

JP2004191633A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2004191633A
Application number: JP2002359482A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Shirosawa; 達哉城澤; Kazumasa Osono; 和正大薗
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】低分散、低分散スロープで、信号光波長帯域の広帯域化を図ることができ、かつ、非線形光学現象による信号光劣化を抑制できる光ファイバを提供する。
【解決手段】４層構造のコア１の各層１１〜１４の屈折率が中心から外側に向かってｎ２＜ｎ４＜ｎ０＜ｎ３＜ｎ１と、減衰振動的に変化しているので、低分散、低分散スロープで、信号光波長帯域の広帯域化を図ることができ、かつ、非線形光学現象による信号光劣化を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバに関し、特に波長多重伝送システムに用いられる光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の情報を伝達するシステムの一つとして、波長多重伝送システム（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）が実用化されている。ＷＤＭ伝送システムとは、波長１．５５μｍ帯の多波長の信号光を用いて光通信を行うシステムのことであり、高速・大容量の情報を伝送することができる（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−８４１５９号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】
特開平１１−２２３７４１号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＷＤＭ伝送システムにおいては、信号チャネル毎の波長分散のずれや波長多重された信号チャネル間の非線形光学現象による相互作用等が重要な問題となってくる。
【０００５】
従来の標準的な光ファイバ、例えば波長１．３μｍ帯用単一モード光ファイバや１．５５μｍ帯分散シフト光ファイバ等を伝送路として用いてもＷＤＭ伝送は可能であるが、伝送容量や伝送距離によっては光ファイバの特性に起因する制約が生じる。
【０００６】
光ファイバの重要な伝送特性として波長分散特性が挙げられる。一般に、長距離高速光伝送を実現するには、信号歪みを抑えるため、信号光における波長分散の絶対値が小さいことが必要である。
【０００７】
ところが、ＷＤＭ伝送では波長分散が小さいと、非線形相互作用が発生しやすい。この非線形相互作用を抑制するには、信号光の波長域において光ファイバの波長分散の絶対値はむしろ大きい方が良いということになる。
【０００８】
また、波長多重数を増加するために使用波長帯域を拡大しようとすると、帯域内の波長分散のずれも問題になってくる。この波長分散の波長依存性を分散スロープと呼ぶ。長距離大容量のＷＤＭ伝送路としては、この分散スロープの絶対値ができるだけ小さいことが要求される。
【０００９】
さらに、光ファイバの非線形性を表す指標の一つである非線形係数は数２式で表される。
【００１０】
【数２】
非線形定数＝（非線形屈折率）／（実効コア断面積）
ここで、非線形屈折率は基本的にはガラス組成に依存する物理定数である。一方、実効コア断面積は光ファイバ中を伝搬する光強度の光ファイバ断面内での広がり具合を表すパラメータであり、光ファイバの構造に依存する。この定義式である数２式から明らかなように、光ファイバの非線形性を低減するには、実効コア断面積を大きくすればよい。
【００１１】
以上のように、従来の単一モード光ファイバは波長１．５５μｍ帯で波長分散の絶対値が好適ではないか、分散スロープの絶対値が大きいもの、または実効断面積の小さなものであって、ＤＷＤＭ伝送システムの光伝送路として用いると、累積分散値の増加を抑制することができない、信号光波長帯域の広帯域化を図ることができない、あるいは非線形光学現象による信号劣化を十分に抑制することができない、という問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低分散、低分散スロープで、信号光波長帯域の広帯域化を図ることができ、かつ、非線形光学現象による信号光劣化を抑制できる光ファイバを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光信号が伝搬するコアと、コアを覆うクラッドとを備えた光ファイバにおいて、コアが中心から外側に向かって第１層、第２層、第３層及び第４層からなる４層構造を有し、第１層、第２層、第３層及び第４層の平均屈折率がそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４であり、クラッドの屈折率がｎ０であるとき数１式を満たすものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、クラッドに対する第１層の比屈折率差の平均値Δｎ１は０．５０〜０．５５％の範囲内にあり、クラッドに対する第２層の比屈折率差の平均値Δｎ２は−０．３７〜−０．４２％の範囲内にあり、クラッドに対する第３層の比屈折率差の平均値Δｎ３は０．０１〜０．０５％の範囲内にあり、クラッドに対する第４層の比屈折率差の平均値Δｎ４は−０．０４〜−０．０８％の範囲内にあるのが好ましい。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２に記載の構成に加え、第１層から第４層までの半径をそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４とすると、ｒ１は３．１〜３．７μｍの範囲内にあり、ｒ２は５．４〜６．１μｍの範囲内にあり、ｒ３は１２．７〜１４．０μｍの範囲内にあり、ｒ４は１５．５〜１７．５μｍの範囲内にあるのが好ましい。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３に記載の構成に加え、正の比屈折率差を得るためのドーパントとしてゲルマニウムが用いられ、負の比屈折率差を得るためのドーパントとしてフッ素が用いられ、所望の比屈折率差を得るため両ドーパントの量が調整されているのが好ましい。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４に記載の構成に加え、波長１．５５μｍにおける波長分散の絶対値が３〜８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるのが好ましい。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５に記載の構成に加え、波長１．５５μｍにおける分散スロープの絶対値が０．０２５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍであるのが好ましい。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６に記載の構成に加え、波長１．５５μｍにおける実効コア断面積が４２μｍ²以上であるのが好ましい。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項７に記載の構成に加え、ケーブルカットオフ波長が１．４５μｍ以下であるのが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、４層構造のコアの各層の屈折率が中心から外側に向かってｎ２＜ｎ４＜ｎ０＜ｎ３＜ｎ１と、減衰振動的に変化しているので、低分散、低分散スロープで、信号光波長帯域の広帯域化を図ることができ、かつ、非線形光学現象による信号光劣化を抑制することができる。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は本発明の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径方向の位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００２４】
本光ファイバは、光信号が伝搬するコア１と、コア１を覆うクラッド２とを備えた光ファイバであって、コア１が４層構造を有し、コア１の第１層１１、第２層１２、第３層１３及び第４層１４の平均屈折率を中心から外側に向かってそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４とし、クラッド２の屈折率をｎ０としたときｎ２＜ｎ４＜ｎ０＜ｎ３＜ｎ１の関係を有するもの、いわば減衰振動的に屈折率が変化したものである。
【００２５】
また、屈折率ｎ０に対する第１層１１の比屈折率差の平均値Δｎ１は０．５０〜０．５５％の範囲内にあり、屈折率ｎ０に対する第２層１２の比屈折率差の平均値Δｎ２は−０．３７〜−０．４２％の範囲内にあり、屈折率ｎ０に対する第３層１３の比屈折率差の平均値Δｎ３は０．０１〜０．０５％の範囲内にあり、屈折率ｎ０に対する第４層１４の比屈折率差の平均値Δｎ４は−０．０４〜−０．０５％の範囲内にあるのが好ましい。
【００２６】
さらに、コア中心から各層１１〜１４の外周までの半径をｒｉ（ｉ＝１，２，３，４）、すなわち、第１層１１の半径をｒ１、第２層１２の半径をｒ２、第３層１３の半径をｒ３、第４層１４の半径をｒ４とすると、ｒ１は３．１〜３．７μｍの範囲内にあり、ｒ２は５．４〜６．１μｍの範囲内にあり、ｒ３は１２．７〜１４．０μｍの範囲内にあり、ｒ４は１５．５〜１７．５μｍの範囲内にあるのが好ましい。
【００２７】
図２は図１に示した光ファイバの波長分散特性図であり、横軸が波長を示し、縦軸が分散を示す。
【００２８】
図２より、波長１．５５μｍにおける波長分散の絶対値が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより小さくなると、非線形光学現象により信号劣化が発生する。また、波長分散の絶対値が８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きくなると、累積分散の影響が大きくなり、信号劣化が発生する。
【００２９】
図２に示すように、本光ファイバは、波長１．５５μｍにおける波長分散の絶対値が３〜８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるので、上述した信号劣化を十分に抑制することができる。
【００３０】
本光ファイバは、波長１．５５μｍにおける低分散スロープの絶対値が０．０２５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍである。分散スロープの絶対値が小さいほど、波長多重化される信号光の数を増加させることができ、信号光波長帯域の広帯域化を図ることができる。従って、この光ファイバは分散スロープの絶対値が小さいので、信号光波長帯域を広帯域化することができる。
【００３１】
また、本光ファイバは、波長１．５５μｍにおける実効コア断面積が４２μｍ²以上である。非線形光学現象による信号劣化を抑制する上では、実効コア断面積がより大きなものが好適である。従って、この光ファイバは実効コア断面積が大きいので、非線形光学現象による信号劣化を抑制することができる。
【００３２】
さらに、本発明の光ファイバは、ケーブルカットオフ波長が１．４５μｍより小さいものである。信号波長帯域として、Ｃバンド（１．５３〜１．５６μｍ）、Ｌバンド（１．５６〜１．６５μｍ）に加えて、Ｓバンド（１．４５〜１．５３μｍ）を使用した高密度波長多重伝送（ＤｅｎｓｅＷＤＭ：ＤＷＤＭ）の実用化も検討されているので、１．４５μｍ以上の波長帯域で単一モードであるのが好適である。従って、この光ファイバは、ケーブルカットオフ波長が１．４５μｍよりも小さく、１．４５μｍ以上の波長帯域で単一モードであるので、信号光波長帯域を広帯域化することができる。
【００３３】
【実施例】
次に本発明の光ファイバの一実施例について図１を参照して詳述する。
【００３４】
比屈折率差Δｎ１が０．５４％、比屈折率差Δｎ２が−０．３８％、比屈折率差Δｎ３が０．０３％、比屈折率差Δｎ４が−０．０６％、かつ半径ｒ１が３．５μｍ、半径ｒ２が５．７μｍ、半径ｒ３が１３．５μｍ、半径ｒ４が１６．５μｍ、外径が１２５μｍの光ファイバを用いた。
【００３５】
この光ファイバの諸特性を評価したところ、波長１．５５μｍにおいて、波長分散は４．９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープは０．０１８ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、ケーブルカットオフ波長は１．３９μｍであった。
【００３６】
（最適条件についての根拠）
コア１の第１層１１の比屈折率差Δｎ１を０．５０〜０．５５％とするのは、比屈折率差Δｎ１が０．５０％より小さいと、曲げ損失特性が劣化し、ケーブル化した際の損失特性が劣化し、ケーブル化した際の損失増加が大きくなり、実用的でなくなるためであり、比屈折率差Δｎ１が０．５５％より大きくなると、実効コア断面積が４２μｍ²よりも小さくなり、非線形光学現象の影響を受け、信号光が劣化し、実用的でなくなるためである。
【００３７】
半径ｒ１を３．１〜３．７μｍとするのは、半径ｒ１が３．１μｍより小さくなると、前述と同様に、曲げ損失特性が劣化し実用的でなくなり、半径ｒ１が３．７μｍより大きくなると、ケーブルカットオフ波長がＳバンド領域である１．４５μｍより大きくなり、広帯域化の妨げとなるからである。
【００３８】
第２層１２の比屈折率差Δｎ２を−０．３７〜−０．４２％とするのは、比屈折率差Δｎ２が−０．４２％より小さくなると、実効コア断面積が４２μｍ²よりも小さくなり、非線形光学現象の影響を受け、信号光が劣化し、実用的でなくなるためである。
【００３９】
第２層１２の比屈折率差Δｎ２が−０．３７％より大きくなると、分散スロープが０．０２５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍより大きくなり、波長多重数を増加するのが不利になるためである。
【００４０】
第２層１２の半径ｒ２を５．４〜６．１μｍとするのは、半径２が５．４μｍよりも小さくなると、分散スロープが０．０２５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍより大きくなり、非線形光学現象の影響を受け、かつ曲げ損失特性が劣化し、いずれも実用的ではなくなるためである。半径ｒ２が６．１μｍより大きくなると、ケーブルカットオフ波長が１．４５μｍより大きくなり、実用的ではなくなるためである。
【００４１】
第３層１３の比屈折率差Δｎ３を０．０１〜０．０５％とするのは、比屈折率差Δｎ３が０．０１％より小さくなると、実効コア断面積が小さくなり、かつ曲げ損失特性が劣化し実用的ではなくなるためであり、比屈折率差Δｎ３が０．０５％より大きくなると、ケーブルカットオフ波長がＳバンド領域である１．４５μｍより大きくなり、広帯域化の妨げとなるためである。
【００４２】
第３層１３の半径ｒ３を１２．７〜１４．０μｍとするのは、半径ｒ３を１２．７μｍより小さくすると、曲げ損失特性が劣化し実用的ではなくなり、半径ｒ３を１４．０μｍより大きくすると、ケーブルカットオフ波長が１．４５μｍより大きくなり広帯域化の妨げとなるためである。
【００４３】
第４層１４の比屈折率差Δｎ４を−０．０４〜−０．０８％とするのは、比屈折率差Δｎ４を−０．０８％より小さくすると、曲げ損失特性が劣化し、実用的ではなくなるためであり、比屈折率差Δｎ４を−０．０４％より大きくすると、ケーブルカットオフ波長がＳバンド領域である１．４５μｍより大きくなり、広帯域化の妨げとなるためである。
【００４４】
第４層１４の半径ｒ４を１５．５〜１７．５μｍとするのは、半径ｒ４を１５．５μｍより小さくすると、曲げ損失特性が劣化し、実用的ではなくなり、半径ｒ４を１７．５μｍより大きくすると、ケーブルカットオフ波長が１．４５μｍより大きくなり広帯域化の妨げとなるためである。
【００４５】
これらの条件を総合的に平衡を取ることによって、波長１．５５μｍにおける波長分散の絶対値が３〜８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープの絶対値が０．０２５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下、実効コア断面積が４２μｍ²以上、ケーブルカットオフ波長が１．４５μｍより小さい光ファイバとなる。
【００４６】
以上において、光ファイバのコア１が中心から外側に向かって第１層１１、第２層１２、第３層１３及び第４層１４からなる４層構造を有し、第１層１１、第２層１２、第３層１３及び第４層１４の平均屈折率がそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４であり、クラッド２の屈折率がｎ０であるとき数１式を満たす光ファイバとすることで、非線形光学現象による信号劣化を抑制した、低分散、低分散スロープの光ファイバを得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、低分散、低分散スロープで、信号光波長帯域の広帯域化を図ることができ、かつ、非線形光学現象による信号光劣化を抑制できる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に示した光ファイバの波長分散特性図である。
【符号の説明】
１コア
２クラッド
１１第１層
１２第２層
１３第３層
１４第４層

Claims

光信号が伝搬するコアと、該コアを覆うクラッドとを備えた光ファイバにおいて、上記コアが中心から外側に向かって第１層、第２層、第３層及び第４層からなる４層構造を有し、第１層、第２層、第３層及び第４層の平均屈折率がそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４であり、上記クラッドの屈折率がｎ０であるとき数１式

を満たすことを特徴とする光ファイバ。
上記クラッドに対する第１層の比屈折率差の平均値Δｎ１は０．５０〜０．５５％の範囲内にあり、上記クラッドに対する第２層の比屈折率差の平均値Δｎ２は−０．３７〜−０．４２％の範囲内にあり、上記クラッドに対する第３層の比屈折率差の平均値Δｎ３は０．０１〜０．０５％の範囲内にあり、上記クラッドに対する第４層の比屈折率差の平均値Δｎ４は−０．０４〜−０．０８％の範囲内にある請求項１に記載の光ファイバ。
第１層から第４層までの半径をそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４とすると、ｒ１は３．１〜３．７μｍの範囲内にあり、ｒ２は５．４〜６．１μｍの範囲内にあり、ｒ３は１２．７〜１４．０μｍの範囲内にあり、ｒ４は１５．５〜１７．５μｍの範囲内にある請求項２に記載の光ファイバ。
正の比屈折率差を得るためのドーパントとしてゲルマニウムが用いられ、負の比屈折率差を得るためのドーパントとしてフッ素が用いられ、所望の比屈折率差を得るため両ドーパントの量が調整されている請求項３に記載の光ファイバ。
波長１．５５μｍにおける波長分散の絶対値が３〜８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である請求項４に記載の光ファイバ。
波長１．５５μｍにおける分散スロープの絶対値が０．０２５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍである請求項５に記載の光ファイバ。
波長１．５５μｍにおける実効コア断面積が４２μｍ²以上である請求項６に記載の光ファイバ。
ケーブルカットオフ波長が１．４５μｍ以下である請求項７に記載の光ファイバ。