JP2004246245A

JP2004246245A - Dispersion-reduced optical fiber and manufacturing method therefor

Info

Publication number: JP2004246245A
Application number: JP2003038115A
Authority: JP
Inventors: Akihito Suzuki; 聡人鈴木; Shigeki Koyanagi; 繁樹小柳; Yoichi Fukai; 洋一深井
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize low-cost optical pulse compression of high quality and high efficiency. <P>SOLUTION: In the dispersion-reduced optical fiber, the specific refractive index difference Δ(%) between its core 2 and clad 3 is set to be 0.5<Δ<1.0. The ratio (b/a) of the core diameter (2×a) and clad diameter (2×b) is set to be 20<(b/a)<30, and the clad diameter (2×b) is set to be 80 μm≤2×b≤200 μm. The clad diameter is gradually decreased from one fiber end side to the other fiber end side. Here, inequalities (1) to (3) are satisfied with respect to incident pulse light. Namely, (1) 1<N<1.5, (2) 2<(L/L<SB>DIN</SB>)<5, and (3) 5<(D<SB>in</SB>/D<SB>out</SB>), where N is a soliton degree, L a fiber length, L<SB>DIN</SB>a dispersion distance, D<SB>in</SB>an input dispersion value, and D<SB>out</SB>an output dispersion value. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散減少光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、分散減少光ファイバが知られている。分散減少光ファイバは、コアの屈折率分布を略ステップ形状であるステップインデックス型にするとともに、コアの径を光の伝播方向に沿って次第に小さくすることで、コアを通過する光パルスを断熱圧縮している。（非特許文献１，２参照）
【０００３】
【非特許文献１】
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＷＡＶＥＴＥＣＨＮＯＲＯＧＹ，ＶＯＬ．９，Ｎｏ．５１９９１，ｐｐ５６１−５６５
【非特許文献２】
ＯＰＴＩＣＡＬＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．７，１９９３，ｐｐ４７６−４７８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、光パルスの圧縮を高品質、高効率、かつ低コストで実施する構成については何等開示されていなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、分散減少光ファイバを次のように構成している。
【０００６】
すなわち、略ステップ形状の屈折率分布を有するとともに、コアとクラッドの比屈折率差Δ（％）を０．５＜Δ＜１．０に設定している。コア直径（２×ａ）とクラッド直径（２×ｂ）との比（ｂ／ａ）を２０＜（ｂ／ａ）＜３０に設定している。クラッド直径（２×ｂ）を８０μｍ≦（２×ｂ）≦２００μｍに設定している。さらに、ファイバ一端側からファイバ他端側にかけてクラッド直径を漸減させている。
【０００７】
本発明においては、さらに、入射するパルス光に対して、次の（１）〜（３）式を満たす特性を有するのが好ましい。
１＜Ｎ＜１．５ …（１）
Ｎ：ソリトン次数
２＜（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）＜５ …（２）
Ｌ：ファイバ長
Ｌ_Ｄｉｎ：分散距離
５＜（Ｄ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ） …（３）
Ｄ_ｉｎ：入力分散値
Ｄ_ｏｕｔ：出力分散値
ただし、Ｎ＝（Ｌ_Ｄｉｎ／Ｌ_ＮＬ）^１／２
Ｌ_Ｄｉｎ：分散距離
Ｌ_ＮＬ：非線形距離
Ｌ_Ｄｉｎ＝２π×光速×（入力パルス幅／１．７６３）^２／（入力分散値×波長×波長）
Ｌ_ＮＬ＝１／（非線形定数×入射光のピークパワー）
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の分散減少光ファイバ１の構成を示す。分散減少光ファイバ１は、コア２とクラッド３とを有している。コア２は、公知の石英系光ファイバと同様に、屈折率を増加させるためにＧｅＯ_２等のドーパントが添加されている。クラッド３は石英ガラスから構成されており、コア２の外周を覆って設けられている。このように構成された分散減少光ファイバ１は、略ステップインデックス型の屈折率分布を有している。
【０００９】
分散減少光ファイバ１は、長手方向にテーパ形状を有している。ここでいうテーパ形状とは、コア２の直径（２×ａ）とクラッド３の直径（２×ｂ）との間の比率（ｂ／ａ）をファイバ長さ方向に略同一に保ちながら双方の直径がファイバの大径側端部から小径側端部に向かってそれぞれ漸減するように傾斜する形状をいう。分散減少光ファイバ１では、この傾斜形状が直線的に変化するようにファイバ形状が設定されている。なお、コア２の直径（２×ａ）をファイバ長さ方向に急減に漸減させると伝送する光パルスが不安定となって断熱圧縮することができなくなるので、コア２の直径（２×ａ）は数ｋｍの長さに亘って緩やかに漸減されている。本実施形態では、分散減少光ファイバ１は４５００ｍの長さに形成されている。
【００１０】
以上の基本構成を有する分散減少光ファイバ１において、本発明では、コア２とクラッド３との比屈折率差Δ（％）が０．５＜Δ＜１．０に設定されている。また、コア直径（２×ａ）とクラッド直径（２×ｂ）との比（ｂ／ａ）が２０＜（ｂ／ａ）＜３０に設定されている。また、クラッド直径（２×ｂ）が８０μｍ≦（２×ｂ）≦２００μｍに設定されている。
【００１１】
本発明において、上記条件が設定されている理由を説明する。まず、分散減少光ファイバ１におけるクラッド直径（２×ｂ）と、コア半径（ａ）とが、（２×ｂ）＝８０μｍ〜２００μｍ，（ａ）＝２．０μｍ〜３．５μｍに設定されている理由を説明する。このような基本寸法は、分散減少光ファイバ１を、クラッド直径１２５μｍのシングルモードファイバα，β（図１参照）に接続損を最小限に抑制した状態で物理的に融着接続可能な寸法である。クラッド直径１２５μｍのシングルモードファイバα，βは通信用光ファイバとして汎用される光ファイバである。
分散減少光ファイバ１ではこのような理由によりその基本寸法が設定されている。分散減少光ファイバ１をクラッド直径１２５μｍのシングルモードファイバα，βに接続損を十分に抑制した状態で融着接続するうえでは、クラッド直径（２×ｂ）を８０μｍ〜２００μｍに設定することが特に重要である。そのため、本発明では、クラッド直径（２×ｂ）を８０μｍ〜２００μｍに設定している。
【００１２】
次に、図２〜図４を参照して他の条件が設定されている理由を説明する。図２において、ｘ軸はコア半径（ａ）［範囲２．０μｍ〜３．５μｍ］を示し、ｙ軸は比屈折率差Δ（％）［範囲０．４〜１．１］を示す。図２において、ハッチング領域は、信号光波長１．５５μｍでの分散値が−１〜０の領域を示し、白色領域は、同分散値が０〜１の領域を示し、ハッチング領域と白色領域との境界は分散値０を示す。分散減少光ファイバ１では、出力側の分散値を−１〜０にする必要がある。図２では、比屈折率ΔがΔ≦０．５％であれば、すべてのコア半径（ａ）において、分散値は０〜１となる。これに対して、比屈折率ΔがΔ＜０．５％であれば、コア半径（ａ）を２．０〜２．２８の範囲で適宜設定することにより、分散値を−１〜０にすることが可能となる。これにより、比屈折率差は、０．５％＜Δを必要とする。
【００１３】
図３において、ｘ軸はコア半径（ａ）［範囲２．０μｍ〜３．５μｍ］を示し、ｙ軸は比屈折率差Δ（％）［範囲０．４〜１．１］を示す。図３において、ハッチング領域は、波長１．５５μｍでの規格化周波数Ｖ値が２．４〜２．５となる領域を示し、白色領域は、Ｖ値が２．３〜２．４となる領域を示し、ハッチング領域と白色領域との境界がＶ値２．４を示す。一般に分散減少光ファイバでは、Ｖ値が２．４より大きくなると、マルチモード動作となって使用できなくなる。したがって、本発明の分散減少光ファイバ１においてもＶ値を２．４より小さい白色領域にする必要がある。
【００１４】
このようなＶ値の設定範囲から図３を詳細に見てみると、比屈折率差Δが大きくなるに連れて、使用可能な規格化周波数Ｖ（Ｖ＜２．４）を設定できるコア半径（ａ）の範囲は狭くなる。そして、比屈折率差Δが１．０％以上となると、コア半径（ａ）の設定可能範囲は急激に狭くなり、コア半径（ａ）が２．０μｍ〜２．４μｍの範囲でしか、規格化周波数ＶをＶ＜２．４に設定できなくなる。
【００１５】
また、一般に、比屈折率Δが大きくなると、モードフィールド径が小さくなることが知られている。分散減少光ファイバ１は、一般的なシングルモードファイバα，βに接続することを前提にしている。一般的なシングルモードファイバα，βのモードフィールド径は１０μｍであり、このようなモードフィールド径を有するシングルモードファイバα，βに分散減少光ファイバを接続する場合、モードフィールド径が小さくなり過ぎると結合損失が大きくなる。具体的にいえば、比屈折率Δが１．０％以上となると、その結合損失は分散減少光ファイバからシングルモードファイバα，βにパルス光を伝送するうえで問題となる。したがって、比屈折率Δは、Δ＜１．０％を必要とする。
【００１６】
以上の観点から、分散減少光ファイバ１は、比屈折率Δが、０．５％＜Δ＜１．０％に設定されている。
【００１７】
図４において、ｘ軸は、コア半径（ａ）［範囲２．０μｍ〜３．５μｍ］を示し、ｙ軸は、クラッド直径（２×ｂ）［範囲８０μｍ〜２００μｍ］を示す。図４より明らかなように、クラッド直径１２５μｍのシングルモードファイバα，βに融着接続可能な分散減少光ファイバの寸法範囲を、クラッド直径（２×ｂ）＝８０〜２００μｍ，コア半径（ａ）＝２．０μｍ〜３．５μｍとすると、この寸法範囲において、分散減少光ファイバの基本構成（ファイバ一端側からファイバ他端側にかけてクラッド直径が漸減する）を実現するためには、比率ｂ／ａを２０〜３０に設定する必要がある。このような観点から分散減少光ファイバ１では、比率ｂ／ａが２０〜３０に設定されている。
【００１８】
以上が本発明において構造条件を設定した理由である。本実施形態の分散減少光ファイバ１では、このような本発明の基本構成を踏まえて、具体的に次のように構成している。すなわち、コア２とクラッド３の比屈折率差Δ（％）が０．８％に設定されている。この屈折率差Δ（％）は、本発明で規定した比屈折率差Δ（％）の範囲（０．５＜Δ＜１．０）を満たしている。コア直径（２×ａ）とクラッド直径（２×ｂ）との比（ｂ／ａ）が２８に設定されている。この比（ｂ／ａ）は、本発明で規定した比（ｂ／ａ）の範囲（２５＜（ｂ／ａ）＜３０）を満たしている。クラッド直径（２×ｂ）が次のように設定されている。すなわち、大径端側のクラッド直径（２×ｂ）が１６５μｍに設定され、小径端側のクラッド直径（２×ｂ）が１１７μｍに設定されている。両端のクラッド外径（２×ｂ）ともに本発明で規定したクラッド直径（２×ｂ）の範囲（８０μｍ≦２×ｂ≦２００μｍ）を満たしている。
【００１９】
また、このように構成された分散減少光ファイバ１の分散値を測定したところ、ファイバ大径端（１６５μｍ）における分散値は１２．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、ファイバ小径端（１１７μｍ）における分散値は０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであった。分散減少光ファイバ１においては、通常、ファイバ大径端にパルス光が入射され、ファイバ小径端からパルス光が出射される。そのため、本実施形態の分散減少光ファイバ１においては、ファイバ大径端の分散値（１２．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が入力分散値Ｄ_ｉｎとなり、ファイバ小径端の分散値（０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が出力分散値Ｄ_ｏｕｔとなる。
【００２０】
このように構成された分散減少光ファイバ１においては、入射するパルス光に対して、次のような条件を満たすように、その特性が設定されており、これにより、光パルスを高品質、高効率、かつ低コストに断熱圧縮することができる。
【００２１】
すなわち、本実施形態では、パルスエネルギーと入力分散値との関係を示すソリトン次数Ｎが、Ｎ＝１．２に設定されている。ソリトン次数Ｎは、次の（Ａ）式により算出される。
Ｎ＝（Ｌ_Ｄｉｎ／Ｌ_ＮＬ）^１／２ …（Ａ）
（Ａ）式におけるＬ_Ｄｉｎは分散距離であり、Ｌ_ＮＬは非線形距離である。
【００２２】
分散距離Ｌ_Ｄｉｎは、次の（Ｂ）式により算出される。
【００２３】

また、非線形距離Ｌ_ＮＬは、次の（Ｃ）式により算出される。
Ｌ_ＮＬ＝１／（非線形定数×入射光のピークパワー） …（Ｃ）
また、ファイバ長と入力分散値との関係を示す値である（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）がＬ／Ｌ_Ｄｉｎ＝４．４に設定されている。ここで、Ｌはファイバ長であり、Ｌ_Ｄｉｎは、上記（Ｂ）式で規定される分散距離である。
【００２４】
また、入力分散値Ｄ_ｉｎと出力分散値Ｄ_ｏｕｔとの比（Ｄ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ）がＤ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ＝２４に設定されている。
【００２５】
分散減少光ファイバ１では、以上の構成を備えることで、光パルスを高品質、高効率、かつ低コストに断熱圧縮することができる。以下、具体的に分散減少光ファイバ１による断熱圧縮効果を測定した結果を図５を参照して説明する。なお、以下の説明では、入射パルス光として、パルス幅７．０ｐｓ，繰り返し周波数４０ＧＨｚ，平均電力２００ｍＷ（ピークパワー０．６３Ｗ）を入射するという条件のもとで分散減少光ファイバ１の断熱圧縮効果が測定された。
【００２６】
図５より明らかなように、分散減少光ファイバ１では、パルス幅７．０ｐｓのパルス光がパルス幅０．３ｐｓまで断熱圧縮されている。
【００２７】
次に本実施形態の分散減少光ファイバ１の製造方法を図６を参照して説明する。まず、光ファイバプリフォーム５が形成される。光ファイバプリフォーム５は、光ファイバコア２とクラッド３との比屈折率差Δ（％）が０．５＜Δ＜１．０（本実施形態では、Δ＝０．８％）に設定され、コア直径（２×ａ）とクラッド直径（２×ｂ）との比（ｂ／ａ）が２０＜（ｂ／ａ）＜３０（本実施形態では、ｂ／ａ＝２８）に設定される。
【００２８】
そして、形成された光ファイバプリフォーム５が、コア２の直径（２×ａ）が数ｋｍの長さに亘って緩やかに漸減するように加熱延伸により線引きされる。これにより、大径端クラッド直径＝１６５μｍ，小径端クラッド直径＝１１７μｍの分散減少光ファイバ１が作製される。
【００２９】
（実施の形態２）
本実施の形態の分散減少光ファイバ１０の構成やその製造方法は、基本的には分散減少光ファイバ１と同様である。ただし、本実施形態の分散減少光ファイバ１０では、具体的に次のように構成している。すなわち、コア２とクラッド３の比屈折率差Δ（％）が０．８％に設定されている。この屈折率差Δ（％）は、本発明で規定した比屈折率差Δ（％）の範囲（０．５＜Δ＜１．０）を満たしている。コア直径（２×ａ）とクラッド直径（２×ｂ）との比（ｂ／ａ）が２６に設定されている。この比（ｂ／ａ）は、本発明で規定した比（ｂ／ａ）の範囲（２５＜（ｂ／ａ）＜３０）を満たしている。クラッド直径（２×ｂ）が次のように設定されている。すなわち、大径端側のクラッド直径（２×ｂ）が１２２μｍに設定され、小径端側のクラッド直径（２×ｂ）が１０７μｍに設定されている。両端のクラッド外径（２×ｂ）ともに本発明で規定したクラッド直径（２×ｂ）の範囲（８０μｍ≦（２×ｂ）≦２００μｍ）を満たしている。また、このように構成された分散減少光ファイバ１の分散値を測定したところ、ファイバ大径端（１２２μｍ）における分散値は５．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、ファイバ小径端（１０７μｍ）における分散値は０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであった。また、分散減少光ファイバ１０は８３００ｍの長さに形成されている。
【００３０】
このように構成された分散減少光ファイバ１０においては、入射するパルス光に対して、次のような条件を満たすように、その特性が設定されており、これにより、光パルスを高品質、高効率、かつ低コストに断熱圧縮することができる。
【００３１】
すなわち、本実施形態では、パルスエネルギーと入力分散値との関係を示すソリトン次数Ｎが、Ｎ＝１．３に設定されている。また、ファイバ長と入力分散値との関係を示す値である（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）がＬ／Ｌ_Ｄｉｎ＝３．４に設定されている。ここで、Ｌはファイバ長であり、Ｌ_Ｄｉｎは、前記（Ｂ）式で規定される分散距離である。
【００３２】
また、入力分散値Ｄ_ｉｎと出力分散値Ｄ_ｏｕｔとの比（Ｄ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ）がＤ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ＝２５に設定されている。
【００３３】
分散減少光ファイバ１０では、以上の構成を備えることで、光パルスを高品質、高効率、かつ低コストに断熱圧縮することができる。以下、具体的に分散減少光ファイバ１による断熱圧縮効果を測定した結果を図７を参照して説明する。なお、以下の説明では、入射パルス光として、パルス幅７．０ｐｓ，繰り返し周波数４０ＧＨｚ，平均電力１００ｍＷ（ピークパワー０．３２Ｗ）を入射するという条件のもとで分散減少光ファイバ１の断熱圧縮効果を測定した。
【００３４】
図７より明らかなように、分散減少光ファイバ１０では、パルス幅７．０ｐｓのパルス光を、パルス幅０．４ｐｓまで断熱圧縮している。
【００３５】
次に、分散減少光ファイバ１０の構成において、ソリトン次数Ｎだけを変動させて測定した結果を、図８，図９を参照して説明する。図８において、縦軸は、ソリトン次数Ｎを示し、横軸は、圧縮後のパルス幅を示しており、図８は、ソリトン次数Ｎを順次変動させた分散減少光ファイバ１０で、上記パルス光（初期パルス幅７ｐｓ）を断熱圧縮した場合における圧縮結果を示している。図９は、Ｎ＝１．８とした場合における分散減少光ファイバ１０によるパルス光の圧縮状態を示している。
【００３６】
図８より明らかなように、１．０＜Ｎとすることで、分散減少光ファイバ１０は、７．０ｐｓのパルス光を３．０ｐｓ以下まで圧縮するという、非常に高い圧縮率での圧縮を実現させている。ただし、Ｎを（Ｎ＝１．８）という高い水準まで上昇させると、図９に示すように、圧縮後の波形にペデルタス成分γ（別名、ウィング成分や裾野成分と呼ばれる）が生じており、波形品質が劣化していることがわかる。
【００３７】
このことに基づき、分散減少光ファイバ１０では、ソリトン次数Ｎが、１．０＜Ｎ＜１．８に設定されている。
【００３８】
次に、分散減少光ファイバ１０の構成において、ファイバ長と入力分散値との関係を示す値である（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）だけを変動させて測定した結果を、図１０を参照して説明する。図１０において、横軸は、（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）を示し、縦軸は、圧縮後のパルス幅を示している。図１０は、（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）を順次変動させた分散減少光ファイバ１０で、上記パルス光（初期パルス幅７ｐｓ）を断熱圧縮した場合における圧縮結果を示している
図１０より明らかなように、２＜（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）とすることで、分散減少光ファイバ１０は、７．０ｐｓのパルス光を２．０ｐｓ以下まで圧縮するという、非常に高い圧縮率での圧縮を実現させている。ただし、ファイバ長Ｌは、長くなり過ぎると、製造コストを上昇させて都合が悪い。そのため、本発明では、製造コストの観点から、（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）の上限値が（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ＜５）に設定されている。
【００３９】
次に、分散減少光ファイバ１０の構成において、入力分散値Ｄ_ｉｎと出力分散値Ｄ_ｏｕｔとの比（Ｄ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ）だけを変動させて測定した結果を、図１１を参照して説明する。図１１において、横軸は、（Ｄ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ）を示し、縦軸は、圧縮後のパルス幅を示している。図１１は、（Ｄ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ）を順次変動させた分散減少光ファイバ１０で、上記パルス光（初期パルス幅７ｐｓ）を断熱圧縮した場合における圧縮結果を示している
図１１より明らかなように、５＜（Ｄ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ）とすることで、分散減少光ファイバ１０は、７．０ｐｓのパルス光を１．３ｐｓ以下まで圧縮するという、非常に高い圧縮率での圧縮を実現させている。
【００４０】
このように、分散減少光ファイバ１０では、
１＜Ｎ＜１．５ …（１）
２＜（Ｌ／Ｌ_Ｄｉｎ）＜５ …（２）
５＜（Ｄ_ｉｎ／Ｄ_ｏｕｔ） …（３）
Ｎ：ソリトン次数
Ｌ：ファイバ長
Ｌ_Ｄｉｎ：分散距離
Ｄ_ｉｎ：入力分散値
Ｄ_ｏｕｔ：出力分散値
と設定することで、パルス光を、高効率、高い品質、低コストでもって断熱圧縮することができる。このような本発明の特徴は、本実施形態に限らず、前述した実施の形態１の分散減少光ファイバ１においても同様に適用される。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パルス光を、高効率、高い品質、低コストでもって断熱圧縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の分散減少光ファイバの構成を示す概略斜視図である。
【図２】実施の形態１の第１の特性を示す線図である。
【図３】実施の形態１の第２の特性を示す線図である。
【図４】実施の形態１の第３の特性を示す線図である。
【図５】実施の形態１の断熱圧縮結果を示す線図である。
【図６】実施の形態１の分散減少光ファイバの製造方法に供する図である。
【図７】本発明の実施の形態２の断熱圧縮効果を示す線図である。
【図８】実施の形態２の第１の特性を示す線図である。
【図９】実施の形態の比較例の断熱圧縮効果を示す線図である。
【図１０】実施の形態２の第２の特性を示す線図である。
【図１１】実施の形態２の第３の特性を示す線図である。
【符号の説明】
１分散減少光ファイバ２コア３クラッド
５光ファイバプリフォーム１０分散減少光ファイバ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to dispersion reducing optical fibers.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Dispersion-reducing optical fibers are conventionally known. The dispersion-reducing optical fiber has a step index type refractive index distribution with a substantially stepped core, and the diameter of the core is gradually reduced along the light propagation direction to adiabatically compress the light pulse passing through the core. are doing. (See Non-Patent Documents 1 and 2)
[0003]
[Non-patent document 1]
JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 9, No. 5 1991, pp 561-565
[Non-patent document 2]
OPTICAL LETTERS, Vol. 18, No. 7, 1993, pp 476-478.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional example, there is no disclosure of a configuration for compressing an optical pulse with high quality, high efficiency, and low cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a dispersion-reducing optical fiber configured as follows.
[0006]
That is, the refractive index distribution has a substantially stepped shape, and the relative refractive index difference Δ (%) between the core and the clad is set to 0.5 <Δ <1.0. The ratio (b / a) between the core diameter (2 × a) and the clad diameter (2 × b) is set to 20 <(b / a) <30. The cladding diameter (2 × b) is set to 80 μm ≦ (2 × b) ≦ 200 μm. Further, the cladding diameter is gradually reduced from one end of the fiber to the other end of the fiber.
[0007]
In the present invention, it is further preferable that the pulsed light has characteristics satisfying the following equations (1) to (3).
1 <N <1.5 (1)
N: soliton order 2 <(L / L _Din ) <5 (2)
L: fiber length L _Din : dispersion distance 5 <(D _in / D _out ) (3)
D _in : input variance value D _out : output variance value, where N = (L _Din / L _NL ) ^1/2
L _Din : Dispersion distance L _NL : Non-linear distance L _Din = 2π × light speed × (input pulse width / 1.763) ² / (input dispersion value × wavelength × wavelength)
_LNL = 1 / (nonlinear constant × peak power of incident light)
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a dispersion-reduced optical fiber 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The dispersion reducing optical fiber 1 has a core 2 and a cladding 3. The core 2 is doped with a dopant such as GeO ₂ to increase the refractive index, similarly to a known quartz optical fiber. The clad 3 is made of quartz glass, and is provided so as to cover the outer periphery of the core 2. The dispersion-reduced optical fiber 1 thus configured has a substantially step-index type refractive index distribution.
[0009]
The dispersion reducing optical fiber 1 has a tapered shape in the longitudinal direction. Here, the tapered shape means that the ratio (b / a) between the diameter (2 × a) of the core 2 and the diameter (2 × b) of the clad 3 is kept substantially the same in the fiber length direction. A shape in which the diameter is inclined so that the diameter gradually decreases from the large-diameter end to the small-diameter end. In the dispersion-reduced optical fiber 1, the fiber shape is set so that the inclined shape changes linearly. Note that if the diameter (2 × a) of the core 2 is abruptly reduced in the length direction of the fiber, the transmitted light pulse becomes unstable and cannot be adiabatically compressed, so that the diameter of the core 2 (2 × a) Is gradually reduced over a length of several km. In this embodiment, the dispersion reducing optical fiber 1 is formed to have a length of 4500 m.
[0010]
In the dispersion-reduced optical fiber 1 having the above basic configuration, in the present invention, the relative refractive index difference Δ (%) between the core 2 and the clad 3 is set to 0.5 <Δ <1.0. The ratio (b / a) between the core diameter (2 × a) and the clad diameter (2 × b) is set to 20 <(b / a) <30. The cladding diameter (2 × b) is set to 80 μm ≦ (2 × b) ≦ 200 μm.
[0011]
In the present invention, the reason why the above conditions are set will be described. First, the cladding diameter (2 × b) and the core radius (a) in the dispersion-reduced optical fiber 1 are set to (2 × b) = 80 μm to 200 μm, and (a) = 2.0 μm to 3.5 μm. Explain why. Such basic dimensions are such that the dispersion-reduced optical fiber 1 can be physically fusion-spliced to single-mode fibers α and β (see FIG. 1) having a cladding diameter of 125 μm while minimizing the connection loss. is there. The single mode fibers α and β having a cladding diameter of 125 μm are optical fibers widely used as communication optical fibers.
The basic dimensions of the dispersion reducing optical fiber 1 are set for such a reason. For fusion-splicing the dispersion-reduced optical fiber 1 to single-mode fibers α and β having a cladding diameter of 125 μm while the connection loss is sufficiently suppressed, it is particularly preferable to set the cladding diameter (2 × b) to 80 μm to 200 μm. is important. Therefore, in the present invention, the cladding diameter (2 × b) is set to 80 μm to 200 μm.
[0012]
Next, the reason why other conditions are set will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, the x-axis indicates the core radius (a) [range 2.0 μm to 3.5 μm], and the y-axis indicates the relative refractive index difference Δ (%) [range 0.4 to 1.1]. In FIG. 2, a hatched area indicates an area having a dispersion value of −1 to 0 at a signal light wavelength of 1.55 μm, a white area indicates an area having the same dispersion value of 0 to 1, and a hatched area and a white area. Indicates a variance value of 0. In the dispersion reducing optical fiber 1, it is necessary to set the dispersion value on the output side to -1 to 0. In FIG. 2, when the relative refractive index Δ is Δ ≦ 0.5%, the dispersion value is 0 to 1 at all core radii (a). On the other hand, if the relative refractive index Δ is Δ <0.5%, the dispersion value is set to −1 to 0 by appropriately setting the core radius (a) in the range of 2.0 to 2.28. It is possible to do. This requires a relative refractive index difference of 0.5% <Δ.
[0013]
3, the x-axis indicates the core radius (a) [range 2.0 μm to 3.5 μm], and the y-axis indicates the relative refractive index difference Δ (%) [range 0.4 to 1.1]. In FIG. 3, a hatched area indicates an area where the normalized frequency V value at a wavelength of 1.55 μm is 2.4 to 2.5, and a white area indicates an area where the V value is 2.3 to 2.4. , And the boundary between the hatched area and the white area indicates a V value of 2.4. In general, when the V value is greater than 2.4, the dispersion-reduced optical fiber becomes a multimode operation and cannot be used. Therefore, the dispersion-reducing optical fiber 1 of the present invention also needs to have a V value in a white region smaller than 2.4.
[0014]
Looking at FIG. 3 in detail from such a setting range of the V value, as the relative refractive index difference Δ increases, the core radius at which the usable normalized frequency V (V <2.4) can be set is set. The range of (a) becomes narrow. When the relative refractive index difference Δ becomes 1.0% or more, the settable range of the core radius (a) is sharply narrowed, and the standard can be set only when the core radius (a) is in the range of 2.0 μm to 2.4 μm. Cannot be set to V <2.4.
[0015]
In general, it is known that as the relative refractive index Δ increases, the mode field diameter decreases. The dispersion reducing optical fiber 1 is assumed to be connected to general single mode fibers α and β. The mode field diameter of general single-mode fibers α and β is 10 μm. When a dispersion-reducing optical fiber is connected to single-mode fibers α and β having such a mode field diameter, if the mode field diameter becomes too small. Coupling loss increases. More specifically, when the relative refractive index Δ is 1.0% or more, the coupling loss becomes a problem in transmitting pulsed light from the dispersion-reduced optical fiber to the single-mode fibers α and β. Therefore, the relative refractive index Δ requires Δ <1.0%.
[0016]
From the above viewpoint, the relative refractive index Δ of the dispersion reducing optical fiber 1 is set to be 0.5% <Δ <1.0%.
[0017]
In FIG. 4, the x-axis indicates the core radius (a) [range 2.0 μm to 3.5 μm], and the y-axis indicates the cladding diameter (2 × b) [range 80 μm to 200 μm]. As is clear from FIG. 4, the dimension range of the dispersion-reduced optical fiber that can be fusion-spliced to the single-mode fibers α and β having a cladding diameter of 125 μm is as follows: cladding diameter (2 × b) = 80 to 200 μm, core radius (a) = 2.0 μm to 3.5 μm, in this dimension range, in order to realize the basic configuration of the dispersion-reduced optical fiber (the cladding diameter gradually decreases from one end of the fiber to the other end of the fiber), the ratio b / a Must be set to 20 to 30. From such a viewpoint, in the dispersion reducing optical fiber 1, the ratio b / a is set to 20 to 30.
[0018]
The above is the reason for setting the structural conditions in the present invention. The dispersion-reduced optical fiber 1 of the present embodiment is specifically configured as follows based on the basic configuration of the present invention. That is, the relative refractive index difference Δ (%) between the core 2 and the clad 3 is set to 0.8%. This refractive index difference Δ (%) satisfies the range of relative refractive index difference Δ (%) (0.5 <Δ <1.0) specified in the present invention. The ratio (b / a) between the core diameter (2 × a) and the clad diameter (2 × b) is set to 28. This ratio (b / a) satisfies the range of the ratio (b / a) defined in the present invention (25 <(b / a) <30). The cladding diameter (2 × b) is set as follows. That is, the cladding diameter (2 × b) at the large diameter end is set to 165 μm, and the cladding diameter (2 × b) at the small diameter end is set to 117 μm. Both cladding outer diameters (2 × b) at both ends satisfy the cladding diameter (2 × b) range (80 μm ≦ 2 × b ≦ 200 μm) defined in the present invention.
[0019]
Further, when the dispersion value of the dispersion-reduced optical fiber 1 thus configured was measured, the dispersion value at the fiber large-diameter end (165 μm) was 12.0 ps / nm / km, and the dispersion value at the fiber small-diameter end (117 μm). The value was 0.5 ps / nm / km. In the dispersion-reduced optical fiber 1, pulse light is usually incident on the large-diameter end of the fiber and emitted from the small-diameter end of the fiber. Therefore, in the dispersion-reduced optical fiber 1 of the present embodiment, the dispersion value (12.0 ps / nm / km) at the large diameter end of the fiber becomes the input dispersion value D _in , and the dispersion value (0.5 ps / nm) at the small diameter end of the fiber. / Km) is the output dispersion value D _out .
[0020]
The characteristics of the dispersion-reduced optical fiber 1 configured as described above are set so that the following conditions are satisfied with respect to the incident pulse light. Adiabatic compression can be performed efficiently and at low cost.
[0021]
That is, in the present embodiment, the soliton order N indicating the relationship between the pulse energy and the input variance is set to N = 1.2. The soliton order N is calculated by the following equation (A).
N = (L _Din / L _NL ) ^1/2 (A)
In Formula (A), L _Din is a dispersion distance, and L _NL is a non-linear distance.
[0022]
The dispersion distance L _Din is calculated by the following equation (B).
[0023]

Further, the nonlinear distance _LNL is calculated by the following equation (C).
_LNL = 1 / (nonlinear constant × peak power of incident light) (C)
Further, (L / L _Din ), which is a value indicating the relationship between the fiber length and the input dispersion value, is set to L / L _Din = 4.4. Here, L is the fiber length, and L _Din is the dispersion distance defined by the above equation (B).
[0024]
Further, the ratio (D _in / D _out ) between the input dispersion value D _in and the output dispersion value D _out is set to D _in / D _out = 24.
[0025]
With the dispersion reducing optical fiber 1 having the above-described configuration, the optical pulse can be adiabatically compressed with high quality, high efficiency, and low cost. Hereinafter, the result of measuring the adiabatic compression effect by the dispersion reducing optical fiber 1 will be specifically described with reference to FIG. In the following description, the adiabatic compression effect of the dispersion-reduced optical fiber 1 under the condition that a pulse width of 7.0 ps, a repetition frequency of 40 GHz, and an average power of 200 mW (peak power of 0.63 W) is incident as incident pulse light. Was measured.
[0026]
As is apparent from FIG. 5, in the dispersion-reduced optical fiber 1, a pulse light having a pulse width of 7.0 ps is adiabatically compressed to a pulse width of 0.3 ps.
[0027]
Next, a method for manufacturing the dispersion-reduced optical fiber 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the optical fiber preform 5 is formed. In the optical fiber preform 5, the relative refractive index difference Δ (%) between the optical fiber core 2 and the clad 3 is set to 0.5 <Δ <1.0 (Δ = 0.8% in the present embodiment). The ratio (b / a) of the core diameter (2 × a) and the clad diameter (2 × b) is set to 20 <(b / a) <30 (b / a = 28 in the present embodiment). .
[0028]
Then, the formed optical fiber preform 5 is drawn by heating and drawing such that the diameter (2 × a) of the core 2 gradually decreases over a length of several km. Thus, the dispersion-reduced optical fiber 1 having the large-diameter end cladding diameter = 165 μm and the small-diameter end cladding diameter = 117 μm is manufactured.
[0029]
(Embodiment 2)
The configuration of the dispersion reduced optical fiber 10 of the present embodiment and the method of manufacturing the same are basically the same as those of the dispersion reduced optical fiber 1. However, the dispersion-reduced optical fiber 10 of the present embodiment is specifically configured as follows. That is, the relative refractive index difference Δ (%) between the core 2 and the clad 3 is set to 0.8%. This refractive index difference Δ (%) satisfies the range of relative refractive index difference Δ (%) (0.5 <Δ <1.0) specified in the present invention. The ratio (b / a) between the core diameter (2 × a) and the clad diameter (2 × b) is set to 26. This ratio (b / a) satisfies the range of the ratio (b / a) defined in the present invention (25 <(b / a) <30). The cladding diameter (2 × b) is set as follows. That is, the cladding diameter (2 × b) on the large diameter end side is set to 122 μm, and the cladding diameter (2 × b) on the small diameter end side is set to 107 μm. Both cladding outer diameters (2 × b) at both ends satisfy the cladding diameter (2 × b) range (80 μm ≦ (2 × b) ≦ 200 μm) defined in the present invention. When the dispersion value of the dispersion-reduced optical fiber 1 thus configured was measured, the dispersion value at the large-diameter end of the fiber (122 μm) was 5.0 ps / nm / km, and the dispersion value at the small-diameter end of the fiber (107 μm). The value was 0.2 ps / nm / km. The dispersion reducing optical fiber 10 has a length of 8300 m.
[0030]
The characteristics of the dispersion-decreasing optical fiber 10 configured as described above are set so that the following conditions are satisfied with respect to the incident pulse light. Adiabatic compression can be performed efficiently and at low cost.
[0031]
That is, in the present embodiment, the soliton order N indicating the relationship between the pulse energy and the input variance is set to N = 1.3. (L / L _Din ), which is a value indicating the relationship between the fiber length and the input dispersion value, is set to L / L _Din = 3.4. Here, L is the fiber length, and L _Din is the dispersion distance defined by the formula (B).
[0032]
In addition, the ratio (D _in / D _out ) between the input dispersion value D _in and the output dispersion value D _out is set to D _in / D _out = 25.
[0033]
With the dispersion reducing optical fiber 10 having the above-described configuration, the optical pulse can be adiabatically compressed with high quality, high efficiency, and low cost. Hereinafter, the result of measuring the adiabatic compression effect by the dispersion reducing optical fiber 1 will be specifically described with reference to FIG. In the following description, the adiabatic compression effect of the dispersion-reduced optical fiber 1 under the condition that a pulse width of 7.0 ps, a repetition frequency of 40 GHz, and an average power of 100 mW (peak power of 0.32 W) is incident as incident pulse light. Was measured.
[0034]
As is clear from FIG. 7, in the dispersion-reduced optical fiber 10, a pulse light having a pulse width of 7.0 ps is adiabatically compressed to a pulse width of 0.4 ps.
[0035]
Next, the result of measurement in the configuration of the dispersion reducing optical fiber 10 with only the soliton order N being varied will be described with reference to FIGS. 8, the vertical axis indicates the soliton order N, and the horizontal axis indicates the pulse width after compression. FIG. 8 shows the dispersion-reduced optical fiber 10 in which the soliton order N is sequentially changed. The compression result when adiabatic compression is performed on (initial pulse width 7 ps) is shown. FIG. 9 shows a compression state of the pulse light by the dispersion reducing optical fiber 10 when N = 1.8.
[0036]
As is clear from FIG. 8, by setting 1.0 <N, the dispersion reducing optical fiber 10 can compress the pulse light of 7.0 ps to 3.0 ps or less, which is a very high compression ratio. Has been realized. However, when N is raised to a high level of (N = 1.8), as shown in FIG. 9, a Pedeltas component γ (also called a wing component or a tail component) is generated in the waveform after compression, and It can be seen that the waveform quality has deteriorated.
[0037]
Based on this, in the dispersion-reduced optical fiber 10, the soliton order N is set to 1.0 <N <1.8.
[0038]
Next, with reference to FIG. 10, a description will be given of a result obtained by changing only (L / L _Din ), which is a value indicating the relationship between the fiber length and the input dispersion value, in the configuration of the dispersion reducing optical fiber 10 with reference to FIG. 10. . In FIG. 10, the horizontal axis indicates (L / L _Din ), and the vertical axis indicates the pulse width after compression. FIG. 10 shows the result of compression when the pulse light (initial pulse width 7 ps) is adiabatically compressed by the dispersion-reducing optical fiber 10 in which (L / L _Din ) is sequentially varied. By setting 2 <(L / L _Din ), the dispersion-reduced optical fiber 10 realizes compression at an extremely high compression ratio, that is, compresses the 7.0 ps pulse light to 2.0 ps or less. . However, if the fiber length L is too long, the manufacturing cost increases, which is inconvenient. Therefore, in the present invention, from the viewpoint of production cost, and it is set to the upper limit value _{(L / L Din} <5) of _{(L / L Din).}
[0039]
Next, with reference to FIG. 11, a description will be given of a result of measurement performed by changing only the ratio (D _in / D _out ) between the input dispersion value D _in and the output dispersion value D _out _in the configuration of the dispersion reducing optical fiber 10. I do. In FIG. 11, the horizontal axis indicates (D _in / D _out ), and the vertical axis indicates the pulse width after compression. FIG. 11 shows a compression result when the pulse light (initial pulse width 7 ps) is adiabatically compressed by the dispersion-reduced optical fiber 10 in which (D _in / D _out ) is sequentially varied. By setting 5 <(D _in / D _out ), the dispersion-reduced optical fiber 10 realizes compression at a very high compression ratio, that is, compresses the 7.0 ps pulse light to 1.3 ps or less. ing.
[0040]
Thus, in the dispersion reducing optical fiber 10,
1 <N <1.5 (1)
2 <(L / L _Din ) <5 (2)
5 <(D _in / D _out ) (3)
By setting N: soliton order L: fiber length L _Din : dispersion distance D _in : input dispersion value D _out : output dispersion value, adiabatic compression of pulse light with high efficiency, high quality, and low cost is possible. it can. Such features of the present invention are not limited to the present embodiment, but are similarly applied to the dispersion-reduced optical fiber 1 of the first embodiment.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, pulse light can be adiabatically compressed with high efficiency, high quality, and low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a dispersion-reduced optical fiber according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing first characteristics of the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a second characteristic of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a third characteristic of the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing adiabatic compression results of the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram provided for the method of manufacturing the dispersion-reduced optical fiber according to the first embodiment;
FIG. 7 is a diagram showing an adiabatic compression effect according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing first characteristics of the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an adiabatic compression effect of a comparative example of the embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a second characteristic of the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a third characteristic of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 dispersion reduced optical fiber 2 core 3 clad 5 optical fiber preform 10 dispersion reduced optical fiber

Claims

Having a substantially step-shaped refractive index distribution, and setting the relative refractive index difference Δ (%) between the core and the clad to 0.5 <Δ <1.0,
The ratio (b / a) of the core diameter (2 × a) and the clad diameter (2 × b) is set to 20 <(b / a) <30,
The cladding diameter (2 × b) is set to 80 μm ≦ (2 × b) ≦ 200 μm,
The cladding diameter was gradually reduced from one end of the fiber to the other end of the fiber,
Dispersion-reducing optical fiber, characterized in that:

2. The dispersion-reduced optical fiber according to claim 1, wherein the optical fiber has characteristics satisfying the following expressions (1) to (3) with respect to incident pulse light.
1 <N <1.5 (1)
N: soliton order 2 <(L / L _Din ) <5 (2)
L: fiber length L _Din : dispersion distance 5 <(D _in / D _out ) (3)
D _in : input variance value D _out : output variance value, where N = (L _Din / L _NL ) ^1/2
L _Din : Dispersion distance L _NL : Non-linear distance L _Din = 2π × light speed × (input pulse width / 1.763) ² / (input dispersion value × wavelength × wavelength)
_LNL = 1 / (nonlinear constant × peak power of incident light)

The relative refractive index difference Δ (%) between the core and the clad is set to 0.5 <Δ <1.0, and the ratio (b / a) between the core diameter (2 × a) and the clad diameter (2 × b) is set. Forming an optical fiber preform set to 25 <(b / a) <30;
Drawing the optical fiber preform by heating and drawing such that the clad diameter (2 × b) satisfies 80 μm ≦ 2b ≦ 200 μm, and the clad diameter gradually decreases from one end of the fiber to the other end of the fiber. ,
A method for manufacturing a dispersion-reduced optical fiber, comprising: