JP2004500603A - 分散勾配補償光導波路ファイバ - Google Patents

Abstract

分散補償及び分散勾配補償シングルモード光導波路ファイバが開示される。本発明による導波路ファイバの屈折率分布が開示、記載される。これらの屈折率分布は、負の全分散及び負の全分散勾配を有する導波路ファイバを与え、標準の導波路ファイバを拡幅された波長範囲に亘って補償する。本発明によるファイバを使用した通信リンクも開示、記載される。１：１から３：１の範囲内の補償ファイバの長さに対する標準のファイバの長さの比が非線形分散効果を限定することに関して最適なリンク特性を与えることが示される。

Description

本出願は、２０００年３月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／１９３，０８０号の優先権及びその利益を請求する。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路ファイバに関し、特に、通信リンクにおける分散勾配を補償する光導波路ファイバに関する。
【０００２】
【背景技術】
通信システム又はリンクの分散補償技術が好適に使用されている。すでに敷設されているリンクでの有益な技術は、リンク端部の如きアクセスポイントでリンクに挿入され得るモジュール内に形成され、適切に設計された導波路ファイバによって、全分散（またはクロマチック分散とも呼ばれている）が補償されるものである。補償導波路ファイバは、例えば、１３１０ｎｍ動作窓で元来、設計されたリンクにおいて、１５５０ｎｍ動作波長で動作するように設計され得る。
【０００３】
モジュールを使用した補償の不利な点はその減衰である。すなわち、非線形ペナルティがリンクに加えられて、リンク有効長を減じてしまう。また、分散補償のためのいくつかの屈折率分布設計は、製造上の困難性を増加させると共に、リンクを形成するファイバよりも高い減衰を有するのである。
他の分散補償スキームは、正及び負の両方の分散ファイバをリンクのケーブルに含むことである。各々のケーブルは正及び負の両方の全分散導波路ファイバを含み得る。または、リンクは負の分散だけを有するケーブルと共に正の分散だけを有するケーブルを使用して形成され得る。負の分散ファイバの比較的大なる減衰及び小なる実効面積は、分散補償モジュールソリューションとして、このスキームの課題となり得る。また、ケーブルの在庫を慎重に管理しなければならないことがある。つまり、ケーブルを交換若しくは修理することは、他の融通性の調査（ケーブル内のファイバの分散の符号）を含むなどの理由からである。特定の分布設計において、正及び負の全分散ファイバ間のモードフィールドの不適当な組合せが存在すると、過度のスプライス又は接続損失を引き起こす。
【０００４】
それ故に、補償ファイバがリンク長の一部分をなし、過剰なリンク減衰を生じる補償ファイバの問題が言及される全分散補償法についての必要性がある。さらに、リンク内に負の分散ケーブル化ファイバを導入するステップを含むソリューションは、ケーブルの在庫管理費用を相殺し、且つ、過剰なスプライス損失をリンクにもたらさないといった利点を提供しなければならない。
【０００５】
全分散補償ソリューションの更なる所望の特徴は、当該補償が波長分割・多重化リンクアーキテクチャの使用を容易にするために拡張された帯域幅に亘って効果的であるということである。
【０００６】
【定義】
以下の定義は、従来技術においての一般的な用法と一致する。
− 屈折率分布は、屈折率又は相対屈折率と導波路ファイバ半径との関係である。
− セグメントコアは、少なくとも第１及び第２導波路ファイバコア部分又はセグメントに分割されている。各々の部分又はセグメントは、特定の半径方向長さに沿って位置しており、導波路ファイバ中央線について実質的に対称形であって、関連する屈折率分布を有する。
− コアセグメントの半径は、セグメントの始点と終点のそれぞれの屈折率値の間で定義される。本願明細書において用いられる半径の定義は、図面及び以下に記載される。
− 導波路ファイバの全分散（クロマチック分散とも呼ばれている）は、材料分散、導波路分散及び多モード分散（ｉｎｔｅｒ−ｍｏｄａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）の合計である。シングルモード導波路ファイバの場合、多モード分散はゼロである。
− 全分散に一般的に適用される符号の表記法は、以下の通りである。全分散は、導波路内をより短い波長信号がより長い波長信号よりも速く伝播するとき正であるとされる。逆に、負の全分散導波路においては、より長い波長の信号がより速く伝播する。
− 実効面積は、以下である。
Ａ_ｅｆｆ＝２π（∫Ｅ^２ｒｄｒ）^２／（∫Ｅ^４ｒｄｒ）
ここで、積分範囲は０から∞、Ｅは導波路内を伝播する光に関連する電界である。
− 相対屈折率パーセントは、以下である。
Δ％＝１００×（ｎ_ｉ ^２−ｎ_ｃ ^２）／２ｎ_ｉ ^２
ここで、ｎ_ｉは、特に明記しない限り領域ｉの最大屈折率であって、ｎ_ｃは、クラッド領域の平均屈折率である。セグメントの屈折率がクラッド領域の平均屈折率未満である場合、相対屈折率パーセントは負であって、特に明記しない限り最も負の相対屈折率位置で算出される。
− α分布の術語は、Δ（ｂ）％に関して表された屈折率分布に関連し、ここで、ｂは半径であって、以下の式に従う。
Δ（ｂ）％＝Δ（ｂ_０）（１−［│ｂ−ｂ_０│／（ｂ_１−ｂ_０）］^α）
ここで、ｂ_０はΔ（ｂ）％が最大となる位置、ｂ_１はΔ（ｂ）％がゼロとなる位置であり、ｂ_１＜ｂ＜ｂ_ｆである。また、デルタΔは上記した通り定義され、ｂはα分布の始点、ｂ_ｆはα分布の終点位置である。αは実数の指数である。
− ピン配列曲げ試験は、導波路ファイバの曲げに対する相対的な抵抗を比較するために用いる。この試験を実行するために、実質的に曲げ損失を誘発しない導波路ファイバの減衰損失が計測される。再度、この導波路ファイバがピン配列について編み込まれて、減衰が計測される。曲げによって誘導される損失は、これら２つの減衰値の差である。ピン配列は、単一の列に配置された一組１０本の円筒ピンであって、平坦な表面上に垂直に固定されている。ピン間隔は、中心から中心まで５ｍｍである。ピン直径は、０．６７ｍｍである。導波路ファイバは、隣接したピンの対向する側面を通過させられる。テストの間、導波路ファイバがピンの周囲の一部分に一致するように十分な張力の下に配置される。当該試験は、導波路ファイバのマクロ曲げ抵抗による。
− 導波路ファイバ通信リンク又は単にリンクは、光信号送信機、光信号受信機及びそれらの間で光信号を伝播させるために当該送信機及び受信機に光学的に連結された各端部を有する導波路ファイバ長からなる。リンクは、追加の光構成部品、例えば光増幅器、光減衰器、光スイッチ、光学フィルタ又は多重化・非多重化デバイスを含むことができる。通信システムとして一群の相互接続されたリンクを示すだろう。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の１つの特徴は、コア領域及びこれを包囲するクラッド層を有するシングルモード光導波路ファイバである。シングルモード導波路ファイバの参照するところは、ケーブル形式のファイバが動作波長の範囲に亘りシングルモードだけを搬送することを意味する。当業者であれば、このシングルモード動作とは、複数のモードを伝播するが、より高次のモードを強く減衰して、故に、数キロメートルを超えて導波路を伝播できない場合も含むと理解されるであろう。本発明による導波路ファイバは、数モードが全リンク長を伝播し、分散補償を受ける波長範囲でも使用することができる。コア領域は、少なくとも３つのセグメント、導波路ファイバの中央線から始まる中央セグメント及び当該中央セグメントを包囲している２つの環状のセグメントを含む。１つの実施例において、当該分布は、第１、第２、第３環状セグメントに包囲された中央セグメントの４つのセグメントを有する。セグメントの各々は、屈折率分布、相対屈折率、内側半径及び外側半径によって特徴づけられる。それぞれのセグメントの特徴は、１５５０ｎｍで−３０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから−６０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの範囲内、好ましくは、１５５０ｎｍで−３０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから−４８ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの範囲内にある全分散、１５５０ｎｍで−０．０９ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍから−０．１８ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの範囲内、好ましくは、１５５０ｎｍで−０．０９ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍから−０．１５ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの範囲内にある全分散勾配、１５５０ｎｍで２５μｍ^２を越える実効面積、及び１５５０ｎｍで０．３０ｄＢ／ｋｍ以下の減衰となるように選択される。
【０００８】
好適な実施例において、１５５０ｎｍでの減衰は、０．２６ｄＢ／ｋｍ以下である。中央セグメントΔ_０から始まって、第１環状セグメントΔ_１（図１の４）、第２環状セグメントΔ_２（図１の６）で表される各相対屈折率は、不等式、Δ_０＞Δ_２＞Δ_１及びΔ_１＜０によって関連付けられる。
本発明によるシングルモード光導波路ファイバの実施例において、中央セグメントは０．８％から１．４％、好ましくは０．９％から１．２％の範囲内にある相対屈折率パーセントを有し、第１環状セグメントは−０．３％から−０．５％、好ましくは−０．３５％から−０．４５％の相対屈折率パーセントを有し、第２環状セグメントは０．２０％から０．４５％の相対屈折率パーセントを有する。本実施例に関連する各半径は、中央セグメントの内側半径はゼロであって外側半径ｒ_０は１．８μｍから３．０ｕｍの範囲内にあって、第１環状セグメントの内側半径をｒ_０とすると外側半径はｒ_０＋１．５μｍから３．０μｍの範囲内にあって、第２環状セグメントの中心半径は４．５μｍから１０μｍの範囲内にあって、第２環状セグメント屈折率分布と第２環状セグメント屈折率分布の半値相対屈折率パーセント値で引かれた水平線との交点によって定義される２つの位置の間で計測される幅は０．３μｍから４．０μｍの範囲内にある。
【０００９】
本発明による他の実施例において、シングルモード光導波路ファイバの中央セグメントは、中央セグメント及び第１環状セグメントの界面にＳｉＯ_２層を含む。このＳｉＯ_２層は、１．５μｍよりも薄い。当該層の組成は、純ＳｉＯ_２から９０％ＳｉＯ_２まで変動する。
導波路ファイバ分布の更なる実施例において、第１環状セグメントの外側の半径で開始する屈折率の平坦化領域がある。この領域の幅は、５．０μｍ以下である。
【００１０】
更に本発明による他の実施例において、クラッド層に隣接したコア領域は、ＳｉＯ_２の屈折率未満の屈折率である。クラッド層のこの部分は、２０ｕｍ以下の厚さを有する。光導波路ファイバの大部分の屈折率分布設計では、光はコア半径よりも約２０μｍ大きい半径には存在しない。
本発明の第２の特徴は、２種類の導波路ファイバを利用した通信リンクである。第１の導波路タイプは、正の全分散及び正の全分散勾配を有する。本発明による第２のタイプは、負の全分散及び負の全分散勾配を有する。リンクにおいて２つのファイバタイプを結合することによって、リンク内で、負の全分散導波路ファイバの適当な長さを使用することで第１の導波路タイプで蓄積された正の分散を補償することができる。第１及び第２の導波路タイプのそれぞれの勾配の符号の違いが動作波長の拡張された範囲に亘って全分散補償を提供する。加えて、負の分散導波路ファイバは、変調的な不安定性及び四光波混合による非線形ペナルティを緩和する各スパンの正味の負の分散を提供することができる。この蓄積された負の分散は、正の分散導波路ファイバの１つのスパンによって周期的に補償される。
【００１１】
リンクは、光信号を提供する送信機、光信号を受信する受信機及び光信号を搬送するために送信機と受信機との間で光学的に連結された光導波路ファイバの少なくとも２つの長さを含む。導波路ファイバ長のうちの少なくとも１つは、正の全分散及び全分散勾配を有する。導波路ファイバ長のうちの少なくとも１つは、負の全分散及び負の全分散勾配を有する。ファイバの長さ、全分散及び全分散勾配は、それぞれ１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ全分散及び０．０１ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ^２未満の全分散勾配の大きさを有するリンク長を提供するように選択される。（本願明細書において使用されるように、大きさは正又は負の全分散又は全分散勾配の絶対値を参照する）異なる符号の全分散を有するファイバの組合せが信号の分散を減じるか若しくは除去する役割を果たす。ファイバは異なる符号の全分散勾配をも有する故に、信号分散のキャンセルが拡張された波長範囲に亘って生じる。
【００１２】
リンクの実施例において、信号の分散キャンセルは、１２８０ｎｍから１６５０ｎｍの波長範囲に亘って効果的である。動作窓がＣバンド（１５３０ｎｍから１５６５ｎｍ）及びＬバンド（１５６５ｎｍから１６５０ｎｍ）と同様に１３１０ｎｍの近傍の波長を含む。この分散データは、この非常に広い波長バンドに亘った動作が可能であることを示す。
リンクの他の実施例において、正の全分散及び全分散勾配を有する光導波路ファイバは、負の全分散及び全分散勾配を有する光導波路ファイバよりも長い。好適な実施例は、正の全分散ファイバが少なくとも負の全分散ファイバの長さの２倍のときである。負の全分散ファイバの屈折率分布の特徴のため、このファイバは正の全分散ファイバのそれと比較して、一般により高い減衰を呈する。したがって、分散補償が負の全分散ファイバのより短い長さを使用して達成されるならば、リンク減衰は減少する。
【００１３】
本発明の他の実施例において、負の全分散ファイバは送信機から最も遠方に位置するようにリンクが形成される。この構成の効果は、負の全分散導波路の実効面積と比較して正の全分散導波路がより大なる実効面積を有することによる。非線形分散効果、例えば、クロス位相変調及び四光波混合は、ファイバの実効面積に対する導波路ファイバのパワー密度の比に依存することが公知である。送信機に最も近づけて、より大なる実効面積の導波路ファイバを配置することによって、より高いパワー信号がより大なる実効面積ファイバを伝播する。信号はより小なる実効面積の負の全分散ファイバに達する前に減じられ、非線形の分散効果が最低限に維持されるのである。
【００１４】
導波路ファイバでの２経路信号伝播のために設計された通信リンクにおいて、より大なる実効面積の導波路ファイバから形成されるリンクの２つのセグメントの間のリンクの中央により低い実効面積の導波路ファイバを配置することによって、非線形の効果は最小にできる。
本発明の追加の特徴及び効果は、後述される詳細な説明に記載されるだろう。また、部分的には当業者であれば、詳細な説明から直ちに明らかだろうが、後述する詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む本願明細書においての記載により本発明を実行することで認識される。
【００１５】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、単に本発明の典型例にすぎず、請求される本発明の性質及び特徴を理解するための概要若しくはフレームワークを与えることを目的としていることを理解されるであろう。添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれており、取り入れられて本願明細書の一部を構成する。図面は、本発明のさまざまな実施例を例示し、詳細な説明と共に本発明の原理及び動作を説明するのに役立つ。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下の記載は、現時点での本発明の好適な実施例を詳細にするであろう。そしてこの実施例は添付図面において示される。本発明の導波路ファイバ屈折率分布の典型的な実施例が図１に示される。屈折率分布は、導波路ファイバの中心線で始まり、コアの最後のセグメントがこれを包囲するクラッド層２０に当接する位置１８で終わるコア領域を含む。中央セグメント２は、正の相対屈折率パーセントΔ_０％と、０の内側半径と、セグメント２の下降部分が水平線、すなわちゼロに等しいΔ％と交差する位置まで中央線から計測した外側半径１２とを有する。第１環状セグメント４は、負の相対屈折率Δ_１％、内側半径１２及びセグメント４の上昇部分が水平軸を横切る位置まで中央線から計測した外側半径１４を有する。第２環状セグメント６は、内側半径１４及びセグメント６の上昇部分が開始する位置まで内側半径１４から計測した幅１０を有する平坦化領域と、中心半径１６及び幅８を有する上昇屈折率領域とを含む。中心半径１６は、中央線から、上昇屈折率が最大となる位置、すなわち相対屈折率でΔ_２％を示す位置までを測定される。平坦化セグメント６を有する分布において、図１２に示されるように中心半径１６は、中央線から、幅８の中央までを測定する。幅８は、最大相対屈折率の半値の線と上昇屈折率領域の上昇及び下降部分との交点間で計測される。
【００１７】
図１について記載された半径のこれらの定義は、本発明による屈折率分布の全ての図である図１乃至４及び１２に適用される。簡潔さ及び明快さにおいて、図１乃至４及び１２の各図の分布の対応する部分は同じ参照符を使用し、半径及び幅の定義は繰り返さない。
図１乃至４の中央セグメントの形状は丸め台形として記載されている。より詳細には、「丸め台形」の術語は、中央線上又はその近傍で始まる内側部分を有し且つ第１の勾配を有する内側セグメントと、第２の勾配を有する隣接第２部分とを有する中央セグメントを引用する。第２の部分の勾配は、第１部分のそれよりも大きい。第１部分の勾配は、０から−０．２／μｍの範囲内にある。図１２において、中央セグメントの形状は、丸められて、１から３の範囲内のαを有するα分布として記述され得る。
（実施例１）
屈折率分布は、図１に示されるΔ％値及び半径値を使用してモデル化された。中央セグメント２は、１．０５％のΔ_０％、１．８μｍの外側半径及び丸め台形型を有し、第１環状セグメント４は、−０．４％のΔ_１％、４．０μｍの外側半径及び丸め台形型を有し、第２環状セグメント６は、０．９μｍ幅及びほぼゼロの相対屈折率（平坦化領域の屈折率のわずかな上昇はドーパント拡散によるものであって、モデル計算において考慮されている）の平坦化領域と、０．３％のΔ_２％、５．６μｍの中心半径、０．８５μｍ幅及び対称形の丸め形状の上昇屈折率領域とを有する。この形状は、上記したα分布の式に適当なαを使用して作ることが出来る。
【００１８】
この分布のモデル化された特性は、２６μｍ^２の実効面積、１５５０ｎｍで−０．１１ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの全分散勾配、１５５０ｎｍで−３９ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの全分散、１５５０ｎｍで０．２３３ｄＢ／ｋｍの減衰、１４２６ｎｍのファイバカットオフ波長、４．１ｄＢのピン配列曲げ損失である。
モデル化された導波路ファイバは、それぞれ全分散勾配と、１３１０ｎｍ動作窓で分散ゼロだが符号が異なる標準のステップ屈折率シングルモード光導波路ファイバの全分散の２倍の全分散とを有する。ほぼ２：１の長さ比を使用することで、本実施例の導波路ファイバは標準のシングルモード光導波路ファイバの全分散勾配を補償するように使用できるとともに、一方で負の全分散の残りを生じる。補償ファイバの実効面積は妥当な範囲であって、減衰及びピン配列損失は優れている。
（比較例２）
第２の屈折率分布は、図２に示されるΔ％値及び半径値を使用してモデル化された。中央セグメント２は、図１のそれと同一であって、環状セグメント４は、−０．４２％のΔ_１％、４．６μｍの外側半径、及びΔ_１％で始まり−０．３％の相対屈折率で終了する正の勾配の線形部分を有する台形形状とを有し、第２環状セグメント６は、幅０．３３μｍ、相対屈折率ゼロの平坦化領域と、０．４％のΔ_２％、５．８μｍの中心半径、１．０μｍの幅及び対称形の丸め形状を有する上昇屈折率領域Δ_２％を有する。この形状は、上記されたα分布式における適当なαを使用することで生じ得る。
【００１９】
この分布のモデル化特性は、２５μｍ^２の実効面積、１５５０ｎｍで−０．１６ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの全分散勾配、１５５０ｎｍで−３６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの全分散、１５５０ｎｍでの０．２３４ｄＢ／ｋｍの減衰、１５４５ｎｍのカットオフ波長、３．１ｄＢのピン配列曲げ損失である。
これらの特性は、補償ファイバにおいて所望される範囲内である。モデル化された分散特性と計測された分散特性との間の一致は、モデルの精度に依存すると理解されるだろう。第１環状領域を広げて、第２環状領域の相対屈折率を上げることは、曲げ抵抗の改善、全分散勾配の増加、カットオフ波長の増大に寄与する。より良い曲げ抵抗は、実効面積のわずかな減少を犠牲にして達成される。
（実施例３）
本発明による導波路ファイバを製造したところ、図４で示す屈折率分布を有していた。目標とされる分布は、図４で実線２６として示されている。実測された分布は、破線２８で示されている。目標分布及び実測分布間の近接している場所は、良好なプロセス制御であることを示している。破線２８の相対屈折率パーセント値及び半径値に注目すると、中央セグメント２は、１．０５％のΔ_０％、２μｍの外側半径１２を有し、環状セグメント４は、−０．４２％のΔ_１％、４．６５μｍの外側半径と、Δ_１％で始まり、０．３３％の相対屈折率で終了する正の勾配の線形部分を有する台形と、を有し、第２環状セグメント６は、幅が０．３μｍで相対屈折率がほぼゼロの平坦化領域１０と、中心半径１６が５．３μｍ、幅が１．０ｕｍ、対称形の丸め形状を有する０．４％の上昇屈折率領域Δ_２％とを有する。
【００２０】
導波路ファイバの特性は、実効面積が２６μｍ^２、１５５０ｎｍでの全分散が−４０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ、１５５０ｎｍでの全分散勾配が−０．１１ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍ、１５５０ｎｍでの減衰が０．２５５ｄＢ／ｋｍであって、モデルと良く整合していた。
図３は、図１及び２の実施例のバリエーションを示す。ＳｉＯ_２ガラス層２２は、中央セグメント２及び第１環状領域４の間に配置され得る。この層の屈折率は、製造時に隣接したセグメントからのドーパント拡散によってＳｉＯ_２の屈折率よりも僅かに高くなる。当該層の幅は、１．５μｍ以下である。加えて、隣接した第２環状領域６に隣接するクラッド層２０の部分は、破線２４で示すように、ＳｉＯ_２の屈折率未満の屈折率を有するように設計され得る。クラッド部分２４の厚さは、２０μｍ未満である。層２２及び２４は、２つの追加のパラメータを提供して、所望の導波路ファイバ特性を成し遂げるように調整する。更に、クラッド部分２４の存在は、曲げ抵抗の増大を与える。バッファ層２２は、中央セグメント２から第１環状セグメント４への屈折率上昇材料の拡散を減少させる役割を担う。
（実施例４）
追加の屈折率分布は、図１２に示されるΔ％値及び半径値を使用してモデル化された。中央セグメント２は、α分布の式によって記載することができて、ここでαは約１．４７である。相対屈折率Δ０％は１．０８％であって、中央セグメント半径は２．８６μｍである。当該分布は、所望とされる値の範囲を呈し得る。例えば、１から３の値の範囲が使用できる。環状セグメント４は、−０．３５３％のΔ_１％、４．９μｍの外側半径及びα分布形状を有し、第２環状セグメント６は、２．５μｍの幅及びゼロ近傍の相対屈折率の平坦化領域と、０．２６％のΔ_２％、８．９５μｍの中心半径、２．９μｍの幅を有する上昇平坦化屈折率領域を有する。
【００２１】
この分布のモデル化された特性は、３４．１μｍ^２の実効面積、１５５０ｎｍで−０．１１５ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの全分散勾配、１５５０ｎｍで−３２ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの全分散、１５５０ｎｍで０．２１５ｄＢ／ｋｍの減衰、２０７０ｎｍのファイバカットオフ及び６．５８ｄＢのピン配列曲げ損失である。
多くの導波路ファイバが本発明に従って作成され、それらの減衰、全分散、全分散勾配が１５５０ｎｍで測定された。測定結果は図５に示す。全分散は、約−３４ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから−４７ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまで変動した。図５の位置３０から理解されるように、この全分散範囲に亘って、全分散勾配は実質的に−０．１０ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍで一定に保たれた。１５５０ｎｍでの減衰は、図５の位置３２で示すように、この全分散範囲に亘って、約０．２４ｄＢ／ｋｍから０．３３ｄＢ／ｋｍの範囲内で残った。データは、本発明による屈折率分布が比較的容易且つ再現性良く製造されることを示す。
【００２２】
通信リンクは、正のシングルモード光導波路ファイバと負の補償全分散シングルモード光導波路ファイバとの双方の測定された特性を用いて１５００ｎｍから１６００ｎｍの波長範囲に亘ってモデル化された。図６の曲線４０は、１５００ｎｍから１６００ｎｍの範囲に亘って、−３６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから−４６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの間で変化する補償ファイバの全分散を示す。図７の曲線４２は、補償ファイバの全分散勾配がこの波長範囲に亘って−０．０９ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍから−０．１１ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの範囲内で残ることを明らかにする。
【００２３】
補償されたファイバ及び上記した標準のシングルモード光導波路ファイバの特性が、図９及び１０に示される。図９の曲線４４は、特定された波長範囲に亘る標準のファイバの全分散が１５００ｎｍで１６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから１６００ｎｍで２２ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまで線形的に変化することを示す。図１０の曲線４６は、特定された波長範囲に亘る標準のファイバの全分散勾配が１５００ｎｍで０．０６３ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍから１６００ｎｍで０．０５４ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍまで線形的に変化することを示す。図９の曲線４４と図６の曲線４０との比較は、補償ファイバがその波長範囲に亘って正の分散ファイバの全分散と鏡像関係にある全分散を有することを示す。補償ファイバの全分散大きさは、その波長に亘って、標準のファイバの全分散大きさの約２倍である。図９の曲線４６と図７の曲線４２との比較は、補償導波路ファイバと標準導波路ファイバの波長範囲に亘るそれぞれの勾配間の相関関係を示す。
【００２４】
４４ｋｍのシステムは、２：１の長さ比の標準ファイバ及び分散補償導波路ファイバを使用してモデル化された。モデル化の結果を図８に示した。図８の曲線３４は、標準のファイバの波長に対する分散を示す。図８の曲線３６は、補償ファイバの波長に対する分散を示す。４４ｋｍリンクの波長に対する分散は、図８の曲線３８に示すように約−２ｐｓ／ｎｍ−ｋｍで実質的に一定である。実質的に一定とは、リンクの分散勾配の大きさが０．０１ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍ以下であることを意味する。本発明によるファイバは、１５００ｎｍから１６００ｎｍの全波長範囲に亘って標準ファイバの正確な補償を提供する。
【００２５】
更に、本発明による導波路ファイバのモデル化は、補償比、すなわち、リンクにおける補償ファイバの長さに対する標準ファイバの長さの比を増減させる相対的な利点を決定するために実行された。補償導波路ファイバは、１：１、２：１及び３：１の長さ比でモデル化したリンクで使用されるように設計された。モデル結果は、図１１に示される。水平軸は、１：１の長さ比を意味する参照符１、２：１の長さ比の参照符２、３：１の長さ比の参照符３の補償比である。垂直軸は標準化パワーを示し、これは非線形屈折率係数ｎ_２によって逓倍された光パワーＰを実効面積Ａ_ｅｆｆによって割ったものとして定義される。すなわち、標準化パワーは、Ｐｎ_２／Ａ_ｅｆｆである。標準のファイバ減衰の３つの選択では、２：１の比率が最も低い標準化パワーを与えた。０．２０ｄＢ／ｋｍの標準のファイバ減衰に対応する図１１の曲線４８は、２：１の補償位置での約０．１３５標準化ユニットの最小値を有する。０．１８５ｄＢ／ｋｍの標準のファイバ減衰に対応する図１１の曲線４９は、２：１の補償位置で約０．１３標準化ユニットの最小値を有する。０．１７５ｄＢ／ｋｍの標準ファイバ減衰に対応する図１１の曲線５０は、２：１の補償位置で約０．１１５標準化ユニットの最小値を有する。これは、変調不安定性、四光波混合及びクロス位相変調のような非線形の分散効果が全分散及び全分散傾斜を呈する補償ファイバで最も低くなるのは、本発明の補償ファイバの場合のようにリンクにおいて２：１の長さ比となるであろうことを示す。この最適の長さ比率は、１：１から３：１の範囲である。
【００２６】
本発明のさまざまな変更態様及びバリエーションが本発明の精神と範囲から逸脱することなく作られ得ることは、当業者にとって明らかだろう。すなわち、本発明は、添付の請求の範囲及びそれらの均等の範囲内で与えられる本発明の変更態様及びバリエーションを含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の主たる特徴を呈する屈折率分布を示す図である。
【図２】
本発明の実施例の屈折率分布を示す図である。
【図３】
本発明の実施例の屈折率分布を示す図である。
【図４】
目標の屈折率分布と本発明に従って製造されるファイバの測定された屈折率分布との比較を示すチャートである。
【図５】
本発明による導波路ファイバの１５５０ｎｍでの全分散勾配に対する１５５０ｎｍでの全分散及び１５５０ｎｍでの減衰に対する１５５０ｎｍでの全分散を示すチャートである。
【図６】
本発明に従って製造された導波路ファイバの動作波長に対する全分散を示すチャートである。
【図７】
本発明に従って製造された導波路ファイバの動作波長に対する全分散勾配を示すチャートである。
【図８】
負の全分散ファイバに対する正の全分散ファイバの比率が２：１の本発明による特徴を有する導波路ファイバを含むリンクの波長に対する補償されたリンク全分散の図である。
【図９】
本発明に従って製造される導波路ファイバによって補償された導波路ファイバの動作波長に対する全分散を示すチャートである。
【図１０】
本発明に従って製造される導波路によって補償された導波路ファイバの動作波長に対する全分散勾配を示すチャートである。
【図１１】
リンク全分散を補償するように設計された導波路ファイバの相対的な性能を示す図である。
【図１２】
本発明の実施例の屈折率分布を示す図である。

Claims (24)

1. クラッド層に接し且つこれに包囲されたコア領域を含むシングルモード光導波路ファイバであって、
   前記コア領域及び前記クラッド層は、各々、屈折率分布を有し、前記導波路ファイバを通して光をガイドするように構成され、
   前記コア領域は、中央セグメントと、前記中央セグメントを包囲している第１環状セグメントと、及び、前記第１環状セグメントを包囲している第２環状セグメントとを含む少なくとも３つのセグメントを含み、
   前記セグメントの各々は、屈折率分布、内側半径及び外側半径と、１５５０ｎｍで−３０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから−６０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの範囲内にある全分散、１５５０ｎｍで−０．０９ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍから−０．１８ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの範囲内にある全分散勾配及び１５５０ｎｍで０．３０ｄＢ／ｋｍ以下の減衰を有する導波路ファイバを提供するように選択された相対屈折率とを有することを特徴とするシングルモード光導波路ファイバ。
2. 前記中央セグメントの相対屈折率Δ_０が正であり、前記第１環状セグメントの相対屈折率Δ_１が負であり、前記第２環状セグメントの相対屈折率Δ_２が正であり、Δ_０＞Δ_２であることを特徴とする請求項１記載のシングルモード導波路ファイバ。
3. １５５０ｎｍでの減衰が０．２６ｄＢ／ｋｍ未満であることを特徴とする請求項１記載のシングルモード導波路ファイバ。
4. 前記中央セグメントは、０．８％から１．４％の範囲内にある相対屈折率パーセントを有し、
   前記第１環状セグメントは、−０．３％から−０．５％の範囲内にある相対屈折率パーセントを有し、
   前記第２環状セグメントは、０．２０％から０．４５％の範囲内にある相対屈折率パーセントを有することを特徴とする請求項１記載のシングルモード導波路ファイバ。
5. 前記中央セグメントは、ゼロの内側半径及び１．８μｍから３．０μｍの範囲内にある外側半径を有し、
   前記第１環状セグメントはｒ_０の内側半径とｒ_０＋１．５μｍからｒ_０＋３．０μｍの範囲内にある外側半径とを有し、
   前記第２環状セグメントは４．５μｍから１０μｍの範囲内にある中心半径を有し、
   前記第２環状セグメントの前記屈折率分布の半値相対屈折率パーセント値で引かれた水平線と前記第２環状セグメント屈折率分布との交点によって定義される２点間を計測した幅は０．３μｍから４．０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項４記載のシングルモード導波路ファイバ。
6. 前記中央セグメントは、中央線を有し、前記中央線から始まりＳｉＯ_２の屈折率よりも高い屈折率を有する第１部分と、前記第１部分及びＳｉＯ_２からなる前記第１環状領域の間に位置する第２部分と、を含み、前記第２部分のＳｉＯ_２の重量パーセントは９０％以上であることを特徴とする請求項１又は５に記載のシングルモード導波路ファイバ。
7. 前記第２部分が１．５μｍを越えない厚さを有することを特徴とする請求項６記載のシングルモード導波路ファイバ。
8. 前記第２環状セグメントは、前記第１環状セグメントの外側半径から始まり、前記第２環状部分の相対屈折率が増加し始める位置まで外側方向に延在する平坦化部分を含むことを特徴とする請求項１又は５に記載のシングルモード導波路ファイバ
9. 前記平坦化部分が０から５．０μｍの範囲内にある厚さを有することを特徴とする請求項８記載のシングルモード導波路ファイバ。
10. 前記平坦化部分が丸めステップ屈折率部分によって包囲されていることを特徴とする請求項９記載のシングルモード光導波路ファイバ。
11. 前記第２環状領域に隣接した前記クラッド層の前記部分はＳｉＯ_２の屈折率未満の屈折率を有することを特徴とする請求項１又は５に記載のシングルモード導波路ファイバ
12. ＳｉＯ_２の屈折率未満の屈折率を有する前記クラッド層の前記部分は、２０μｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１１記載のシングルモード導波路ファイバ。
13. 光信号を生成する送信機と、
    前記光信号を受信する受信機と、
    光学的に直列に接続されてリンク長を形成する光導波路ファイバの少なくとも２つの長さと、を含む通信リンクであって、
    前記リンク長は前記送信機に光学的に連結された第１の端部と、前記受信機に光学的に連結されて前記第１の端部との間で前記光信号を搬送する第２の端部と、を有し、
    前記光導波路ファイバの前記少なくとも２つの長さの第１の長さは、正の全分散及び正の全分散勾配を有し、前記少なくとも２つの長さの第２の長さは、負の全分散及び負の全分散勾配を有し、
    前記第１及び第２の長さは、所与の選択波長範囲に亘って前記リンクが１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の大きさの全分散及び０．０１ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍ未満の大きさの全分散勾配を有するように選択されることを特徴とする通信リンク。
14. 前記所与の選択された波長範囲が１２８０ｎｍから１６５０ｎｍであることを特徴とする請求項１３記載の通信リンク。
15. 前記所与の選択された波長範囲が１５００ｎｍから１６５０ｎｍであることを特徴とする請求項１３記載の通信リンク
16. 前記少なくとも２つの長さの１つが前記少なくとも２つの長さの１つよりも長いことを特徴とする請求項１３記載の通信リンク。
17. 前記少なくとも２つの長さのうちの第１の長さ及び前記少なくとも２つの長さのうちの第２の長さは、１：１から３：１の範囲内の比率のリンクであることを特徴とする請求項１６記載の通信リンク。
18. 前記少なくとも２つの長さのうちの第１の長さの全分散は、１５５０ｎｍで８ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから２５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの範囲内にあって、全分散勾配は、０．０５ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍから０．０８５ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１３記載の通信リンク。
19. 前記少なくとも２つの長さのうちの第２の長さの全分散は、１５５０ｎｍで−３０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから−６０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの範囲内にあって、全分散勾配は、−０．０９ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍから−０．１８ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１８記載の通信リンク。
20. 前記リンク長は４０ｋｍ未満ではなく、前記所与の選択波長範囲は１５００ｎｍから１６５０ｎｍであって、１５００ｎｍから１６５０ｎｍに亘る範囲での全分散の大きさが４ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満であって、１５００ｎｍから１６５０ｎｍの波長範囲に亘る全分散勾配の大きさが０．０１ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍ未満であることを特徴とする請求項１９記載の通信リンク。
21. １５００ｎｍから１６５０ｎｍの範囲に亘って前記リンクの前記全分散勾配の大きさが０．００５ｐｓ／ｎｍ^２−ｋｍ未満であることを特徴とする請求項２０記載の通信リンク。
22. 前記リンクの前記全分散が負であることを特徴とする請求項２０記載の通信リンク。
23. 前記少なくとも２つの長さのうちの１つが光学的に送信機に連結されていることを特徴とする請求項１３記載の通信リンク。
24. 正の全分散及び正の全分散勾配を有する導波路ファイバの第３の長さを更に具備し、前記第３の長さが光学的に前記受信機に連結されていることを特徴とする請求項２３記載の通信リンク。

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