JP2005004216A - 大きな有効断面積を有する逆分散補償ファイバ、およびそれを組み込んだ光ファイバ通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】負の分散、および負の分散スロープを持つ大きな有効断面積を持つ逆分散補償光ファイバ（ＩＤＦ）を提供する。
【解決手段】 ＩＤＦは、コア領域２１とクラッド領域２７と、それらの中間にあって、負の比屈折率を有する第１の溝領域２２と、第１の溝領域２２に隣接する正の比屈折率を有する第１の障壁領域２３と、第１の障壁領域２３に隣接する負の比屈折率を有する第２の障壁領域２４とを含む。ＩＤＦの有効断面積Ａ_ｅｆｆは、好ましくはおおよそ１５５０ｎｍの伝送波長においておおよそ３１μｍ^２である。
【選択図】 図２

Description

本発明は逆分散補償光ファイバに関する。より詳しくは、大きな有効断面積を持つ正分散ファイバの分散補償に好適な、従来の逆分散補償ファイバと比較して相対的に低い光損失を示す大きな有効断面積を有する逆分散補償光ファイバに関する。

光ファイバは、長距離にわたり比較的低い減衰量でかなり大量の情報を含む光信号を伝送できるガラス、あるいはプラスチックの細い糸である。一般に光ファイバはガラス、あるいは他の適当な材料からなる保護クラッド領域に囲まれた屈折率の高いコア領域を構成する光プリフォームの一部を加熱し、線引きすることによって作られる。一般にプリフォームから線引きされた光ファイバは、さらにクラッド領域にかけられた１層、あるいはそれ以上のコーティングによって保護されている。

光ファイバ伝送における進歩は、光ファイバが膨大な帯域幅の容量を持つことを可能にした。そのような帯域幅は、数千の電話による会話と数百のテレビ・チャネルを髪の毛のように細いファイバで同時に伝送することを可能にしている。光ファイバの伝送容量は、複数のチャネルが１本のファイバ上で多重化され各チャネルが異なる波長で動作する波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいて増加している。しかしながら、ＷＤＭシステムにおいて４光子混合のようなチャネル間の非線形干渉が発生し、それが著しくシステム容量を減ずる。この問題は本出願の譲受人が保有する米国特許第５，３２７，５１６号（以下、５１６特許）で大きく解決されている。５１６特許は、動作波長において少量の分散を導入することによりこれらの非線形干渉を減ずる光ファイバについて開示している。１本の光ファイバ上を伝送されるＷＤＭチャネル数が増えるに伴い、光ファイバによって伝えられる光の強度も増加する。光の強度が増加すると、チャネル間の干渉によって引き起こされる非線形効果もまた増加する。したがって、光ファイバにとってはチャネル間の非線形干渉を少なくするためにＷＤＭチャネルのそれぞれに少量の分散を与えることは、特に増え続ける帯域幅に対する要求の観点から望ましいことである。しかしながら、伝送路を伝播した後、信号を復元可能にするために、導入された分散のばらつきが、異なるＷＤＭチャネル間で可能な限り小さいことが重要である。
米国特許第５，３２７，５１６号

光ファイバの製造に使われる材料の品質には重要な進歩がある。１９７０年には、ガラス・ファイバの許容される損失は２０ｄＢ／ｋｍ程度であったが、現在、損失は一般に０．２５ｄＢ／ｋｍよりも小さい。石英ベースのファイバの理論上の最小損失は約０．１５ｄＢ／ｋｍであり、それは約１５５０ナノメータ（ｎｍ）の波長で出現する。ガラス・ファイバ中での光の速度は光の伝送波長の関数であるという事実により、ガラス・ファイバ中での分散はある範囲の波長を含むパルスに対してパルスを広げる原因となる。パルスの広がりはファイバの分散、ファイバ長、および光源のスペクトル幅の関数である。通常、個々のファイバの分散は縦軸に分散（単位は、ナノメータ（ｎｍ）あたりのピコ秒（ｐｓ）、ｐｓ／ｎｍ）、あるいはｐｓ／ｎｍ−ｋｍ（キロメータ）、および横軸に波長をとったグラフ（図示せず）により図示される。正、および負の分散が有り得るので縦軸は、例えば、−２５０から＋２５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの範囲となることもある。分散がゼロになる横軸上の波長はファイバのもっとも高い帯域幅に対応する。しかしながら、一般にこの波長はファイバが最小の減衰で光を伝送する波長とは一致しない。

例えば、一般的なシングル・モード・ファイバは約１５５０ｎｍにおいて最良（つまり、最小の減衰で）の伝送をし、その場合、そのファイバの分散は１３１０ｎｍでほぼゼロになる。また、先に述べたガラス・ファイバの理論上の最小損失は約１５５０ｎｍの伝送波長で出現する。減衰が最も少ないことが分散がゼロであることよりも優先されるため、通常そのようなファイバ上で伝送される波長は一般に１５５０ｎｍである。また、今日、光ファイバで伝送される光信号の増幅にもっとも一般的に使われるエルビウム・ドープ増幅器は、１５３０〜１５６５ｎｍで動作する。そのようなファイバの分散は通常１５５０ｎｍの最適伝送波長よりも波長１３１０ｎｍでもっともゼロに近くなるので、ベストな全システム性能（つまり、低い光損失と低い分散）を提供するために伝送経路全般にわたる分散補償を改善するための試みが常になされている。

１５５０ｎｍの伝送波長における分散補償を改善するために、通常、正の分散を有するファイバ（Ｐositive Ｄispersion Ｆiber：ＰＤＦ）からなる伝送ファイバを逆分散ファイバ（Ｉnverse Ｄispersion Ｆiber：ＩＤＦ）と連結することが知られている。一般に、正の分散を有する伝送ファイバは、波長チャネル間の非線形干渉を低減するために分散を導入するように設計されたシングル・モード・ファイバからなる。逆分散ファイバは、対象とする伝送ファイバの分散、および分散スロープ補償を可能にするために必要な負の分散、および負の分散スロープを有する。伝送ＰＤＦは、接合することによりある長さのＩＤＦと連結される。ＰＤＦとＩＤＦの組み合わせは、本来のファイバ損失と接合損失の両方を持っている。もちろん、伝送路の全光損失は最小に維持される必要がある。伝送品質の劣化を防止するために、より多くの増幅器が伝送路に沿って必要であるという事実により、長い伝送路が含まれるときには光損失を最小にする必要性はより重要である。

例えば、海洋横断通信システムにおいては、特定の波長、通常は伝送帯の中間で適合した相対分散スロープ（Ｒelative Ｄispersion Ｓlop：ＲＤＳ）を持つ極めて大きな有効断面積（Ｓuper-Ｌarge-effective-Ａrea）のＰＤＦとＩＤＦの組み合わせを使うことが好都合である。ファイバのＲＤＳは、ファイバの分散Ｄに対するファイバの分散スロープＳの比である。分散と分散スロープの適切な管理のためには、ＩＤＦのＲＤＳはＰＤＦのＲＤＳと適合していることが必要である。しかしながら、単に伝送ＰＤＦと補償ＩＤＦとが適合するだけでは全ての問題は解決されない。先に述べた非線形効果の処理、曲げ損失、および光の減衰などの他の問題もまた考慮されねばならない。例えば、ＳＬＡ伝送ファイバで分散補償に使われる従来のＩＤＦは、１５５０ｎｍにおいておよそ０．２４６ｄＢ／ｋｍのメディアン損失がある。伝送路の全損失を少なくする一つの方法は、現在ＳＬＡ伝送ファイバと組み合わせて使われる従来のＩＤＦよりも低いファイバ損失のＩＤＦを提供することである。しかしながら、現在、これらのＳＬＡ ＰＤＦｓに使われる従来のＩＤＦｓは有効断面積がかなり小さく、問題がある。例えば、ＩＤＦの有効断面積が小さいことは、チャネル間の全非線形効果、および減衰損失が低減される度合いを制限し、またシステムの伝送性能の劣化を防止する度合いを制限してしまう。もちろん、システムの伝送性能が劣化すると、これらのシステムが支えるＷＤＭチャネルの数も制限されることになる。

Tsukitaniほかの米国特許Ｎｏ．６，３０１，４１９Ｂ１（特許文献２）は、全体として伝送路の分散と分散スロープを低減するために、伝送ファイバとともに巻き枠に巻き、つなぎ合わせた分散補償モジュールへの使用に適するよう曲げ損失を少なくするべく設計された分散等化ファイバについて開示している。Tsukitaniは、分散等化ファイバは１５〜１９平方ミクロン（μｍ^２）の有効断面積を有し、これらの有効断面積を有する分散等化ファイバが前記非線形効果を抑制することを開示している。結果として、分散等化ファイバは直径２０ｍｍで巻いたとき１５５０ｎｍの波長の光について１０〜５０ｄＢ／ｍの曲げ損失を有する。

Tsukitaniは、全伝送路（つまり、分散等化ファイバの長さ＋伝送ファイバの長さ）に対する分散等化ファイバの長さの比（TsukitaniはＤＥＦ比としている）を非線形効果の抑制のために２５％〜４０％に維持することが望ましいとしている。Tsukitaniが図２に示すように、ＤＥＦ比が２５％〜４０％の間にあるとき、分散等化ファイバの有効断面積Ａ_ｅｆｆは約１５μｍ^２〜１９μｍ^２の範囲にある。Tsukitaniは、分散等化ファイバの有効断面積が約１５μｍ^２〜１９μｍ^２の範囲にあり、かつコア領域の直径と溝領域の直径の比Ｒ_ａがおおよそ０．６よりも大きいとき、非線形指数は曲げ損失が低い許容範囲内に維持可能であるとしている。かくして、曲げ損失が低い分散等化ファイバの設計において、ＤＥＦだけでなく比Ｒ_ａも考慮される。一般に、コア領域の直径は溝領域の直径の変化量と比較してあまり大きく変化しない。Tsukitaniの図３−９から、有効断面積Ａ_ｅｆｆが約１５μｍ^２〜約１９μｍ^２の範囲にあり、Ｒ_ａが０．６よりも大きいとき、分散等化ファイバは比較的低い２０ｍｍ曲げ損失を示し、良好な非線形指数を持つことがわかる。
米国特許Ｎｏ．６，３０１，４１９Ｂ１

Tsukitaniによって開示された分散等化ファイバの不都合の一つは、Tsukitaniの図からわかるように、有効断面積Ａ_ｅｆｆおよび／あるいはＲ_ａの増加がファイバの非線形効果の抑制を損ない、かつ／あるいは曲げ損失を増大させることである。大きな有効断面積Ａ_ｅｆｆを有し、例えば０．４５よりも小さいか等しいＲ_ａであっても、例えば低い減衰損失、チャネル間の低減された非線形干渉などの前記の望ましい伝送特性を保持可能である逆分散ファイバ（ＩＤＦ）を提供することが望ましい。また、低いカットオフ波長（例えば、１５００ｎｍ以下）、ケーブルに加工するときの光損失の低減につながる低い曲げ損失感受性を持つ有効断面積の大きいＩＤＦを提供することが望ましい。

本発明は負の分散、および負の分散スロープを持つ大きな有効断面積を持つ逆分散補償光ファイバ（ＩＤＦ）を提供するものである。ここで言う「逆分散ファイバ」とは、負の分散、および負の分散スロープを持つ分散補償ファイバを意味するものとする。有効断面積Ａ_ｅｆｆは次の式で定義される。

ここでＥ（ｒ）は電界分布である。本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦの有効断面積Ａ_ｅｆｆは、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ３１平方ミクロン（μｍ^２）よりも大きい。大きな有効断面積を持つＩＤＦは、波長チャネル間の非線形効果、およびケーブル加工に伴う損失を低減する一方、極めて大きな有効断面積（ＳＬＡ）を持つ伝送ファイバとともに使い、ＳＬＡ伝送ファイバの分散補償をするために適していて、それは特に海洋横断、および長距離地上システムに有効である。これらの非線形効果は、ファイバの有効断面積とは反比例の関係にある（つまり、非線形性〜１／Ａ_ｅｆｆ）。かくして、ファイバの有効断面積の増加は非線形干渉の減少へとなり、それは帯域幅の拡張と信号劣化を抑制する。さらに、本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦは、非常に望ましい伝送特性を有する。加えて、ＩＤＦの溝領域に対するＩＤＦのコア領域の比が、好ましくは０．４５よりも小さいか等しい。また、本発明は少なくとも１つの本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦ光ファイバからなる伝送システムを提供する。

本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦは種々のプロファイルを持つことが出来る。例えば、第１の実施例によれば、ファイバのコア領域のプロファイルは一般に次式のαパラメータにより定義される。

ここで、ｎ_１はコアの比屈折率差、ｒは半径方向の位置、ａはコアの半径、αは形状パラメータ、ｄはセンターディップの幅、γは傾斜の形状パラメータ、ｎ_０およびｎ_γはそれぞれコア、およびセンターディップの比屈折率差を定義するパラメータである。コア領域は正の屈折率を持ち、負の比屈折率を持つ第１の環状領域（すなわち第１の溝領域）に囲まれている。第１の環状領域は、正の比屈折率を持つ第２の環状領域（すなわち第１の障壁領域）に囲まれている。第２の溝領域は、負の比屈折率を持つ第３の環状領域（すなわち第２の溝領域）に囲まれている。第３の環状領域は、比屈折率が０である第４の環状領域に囲まれていてもよい。

ここで、「比屈折率」という句は、クラッド領域以外のファイバの領域の屈折率の値はクラッド領域の屈折率に対する相対値として与えられることを意味している。クラッド領域は０．０％の比屈折率を持つと言われる。第４の環状領域は、負の屈折率を持つ第５の環状領域（すなわち、第３の溝領域）に囲まれている。第５の環状領域は、クラッド領域に囲まれていて、他の領域の屈折率の値はクラッド領域の屈折率に対して正規化されているので、その屈折率は上記のように０である。

第２の実施例によれば、コア領域のプロファイルは非放物線形（つまりカーブしていない）である。コア領域は正の屈折率を持ち、負の比屈折率を持つ第１の環状領域（すなわち第１の溝領域）に囲まれている。第１の環状領域は、正の比屈折率を持つ第２の環状領域（すなわち第１の障壁領域）に囲まれている。第２の環状領域は、負の比屈折率を持つ第３の環状領域（すなわち第２の溝領域）に囲まれている。第３の環状領域は、比屈折率が０である第４の環状領域に囲まれていている。第４の環状領域は、負の屈折率を持つ第５の環状領域（すなわち、第３の溝領域）に囲まれていてもよい。第５の環状領域は、クラッド領域に囲まれていて、他の領域の屈折率の値はクラッド領域の屈折率に対して正規化されているので、その屈折率は上記のように０である。

第３の実施例によれば、ファイバのコア領域のプロファイルはその頂点で形がややカーブしていて、一般的にはそれから頂点の両側に直線的に下がっていく。コア領域は正の屈折率を持ち、負の比屈折率を持つ第１の環状領域（すなわち第１の溝領域）に囲まれている。第１の環状領域は、正の比屈折率を持つ第２の環状領域（すなわち第１の障壁領域）に囲まれている。第２の環状領域は、クラッド領域のそれに等しい（すなわち０％）比屈折率を持つ第３の環状領域に囲まれている。第３の環状領域は、負の比屈折率を持つ第４の環状領域（すなわち第２の溝領域）に囲まれている。第４の環状領域は、上記のように屈折率が０であるクラッド領域に囲まれている。

ある領域の屈折率は式（ｎ_{ｒｅｇｉｏｎ}−ｎ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}）／ｎ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}で与えられる。ここで、ｎ_{ｒｅｇｉｏｎ}はある特定の領域の屈折率に対応し、ｎ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}はクラッドの屈折率に対応する。したがって、ここでファイバのいろいろな領域の屈折率について議論されるとき、それは実際には比屈折率（すなわちクラッド領域の屈折率、０に対する相対値）について議論されていると理解されるべきである。

クラッド領域は、コアの中心から外側に向けて測ったほぼ６２．５μｍの半径を有する。ただし、それはある特定の寸法に限定されるものではない。上記の例からわかるように、それぞれのプロファイルは比屈折率が負である少なくとも１つの環状領域を持つ。本発明によれば、これらの例のプロファイル、および他の類似のプロファイルが、大きな有効断面積を持ち加えて望ましい伝送特性を有するＩＤＦをもたらすと結論付けられる。

本発明のこれら、および他の特長と利点とは以下の説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。

本発明によれば、大きな有効断面積を持つＩＤＦが提供される。さらに、大きな有効断面積を持つＩＤＦは、望ましい伝送特性を持つ。特に、大きな有効断面積を持つＩＤＦは、好ましくは１５００ｎｍ以下のケーブル・カットオフ波長、および低いケーブル加工損失を達成できる曲げ損失感受性を有する。さらに、これらの望ましい特長に加えて、同時にＩＤＦは所望の（距離×ビット・レート）伝送能力の達成に足る十分な精度まで分散を補償する。

本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦは、例えば、「超低非線形低損失純石英コア・ファイバ」（エレクトロニクス・レター・オンラインＮｏ．１９９９１０９４、３ Ａｕｇｕｓｔ １９９９）に述べられている住友電気工業株式会社の正分散純石英コア・ファイバ、コーニングインコーポレート社のＶａｓｃａｄｅ １００ファイバ、富士通社の大きな有効断面積を持つファイバ、およびＯＦＳファイテル社のウルトラウエーブ^ＴＭＳＬＡファイバなど、多くの形式の光ファイバの分散補償に適している。本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦは、海洋横断、および超長距離地上伝送システム用途に非常に適しているが、ある特別の伝送システム用に限定されるものではない。上記のように、そのようなシステムにおいては、現在使われている小さな有効断面積を持つＩＤＦは、波長チャネル間の非線形干渉が低減される程度、および減衰損失が低減される程度を制約する。このような制約は、伝送システム性能の劣化、および対応可能な波長分割多重（ＷＤＭ）チャネルの数の減少となって現れる。本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦは、このような問題を取り除き、望ましい伝送特性を保持する。
「超低非線形低損失純石英コア・ファイバ」（エレクトロニクス・レター・オンラインＮｏ．１９９９１０９４、３ Ａｕｇｕｓｔ １９９９）

図１は、光伝送源２、少なくとも１つの伝送ファイバ３、本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦ１０、および光受信機４からなる本発明の伝送システム１のブロック図である。伝送ファイバ３は位置５で大きな有効断面積を持つファイバ１０と接合される。分散補償ファイバが他のファイバと接合される方法はよく知られた技術である。したがって、接合方法の議論はここでは行わない。伝送ファイバは、例えばＯＦＳファイテル社によって作られるＳＬＡウルトラウエーブ^ＴＭ・ファイバなどのＳＬＡファイバであってもよい。しかしながら、本発明は伝送ファイバ３としてある特定のファイバ形式に限定されるものではないことに注目されねばならない。

先に述べたとおり、分散を適切に補償するために、分散、および分散スロープ補償ファイバは伝送ファイバ３の比分散スロープ（Ｒatio Ｄispersion Ｓlope：ＲＤＳ）と適合するＲＤＳを持っていなければならない。例えば、ＳＬＡウルトラウエーブ^ＴＭ・ファイバは、１５５０ｎｍにおいてＲＤＳが０．００３０である。したがって、ＳＬＡウルトラウエーブ^ＴＭ・ファイバは伝送ファイバ３として使われ、本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦ１０は０．００３０に近いＲＤＳを持つべきである。ＩＤＦとＰＤＦの分散曲線の曲率は同一ではないので、利用できる帯域幅を増やすために２つのファイバのＲＤＳが帯域の中心で少しずれていることが時には望ましいことに注目する必要がある。伝送ファイバ３は正の分散、および正の分散スロープを持ち、それに対して大きな有効断面積を持つＩＤＦ１０は負の分散、および負の分散スロープを持っている。したがって、先に述べたように、ファイバのＲＤＳはファイバの分散Ｄに対する分散スロープＳの比であるから、ＲＤＳの値は正である。ＩＤＦの有効断面積Ａ_ｅｆｆは約３１平方ミクロン（μｍ^２）より大きいことが好ましく、それは、当業者には明らかなように、ＩＤＦとしては非常に大きい。図２、３、および４に対応して以下に述べるプロファイルの例は、約３１μｍ^２よりも大きな有効断面積と、非常に望ましい伝送特性を持つ。これら本発明のＩＤＦの屈折率プロファイル例を、それと対応する伝送特性に沿って説明する。

図２の実施例に示すプロファイル２０は、図５に示すファイバ５０に対応する。ファイバ５０と対応するプロファイル２０を一緒に議論する。ファイバ５０は一般にプロファイル部２１（図２）が放物線形（つまりカーブしている）であるコア領域５１（図５）を持つ。コア領域のプロファイル２１は、好ましくは約０．８５％から約０．９％の範囲で、好ましくは約０．８７％の値の正の最大比屈折率ｎ_１を持つ。コア領域は、好ましくは約１．６であるアルファ（α）として知られる形状パラメータによって定義されるプロファイル形状を持つ。コア領域は、好ましくは約―０．２０％から−０．４０％の範囲で、かつ好ましくは約−０．２９％である負の比屈折率ｎ_２を持つ第１の環状領域（すなわち第１の溝領域）５２（図５）に囲まれている。

第１の溝領域５２に対応するプロファイル部は数字２２で表わされる。コア領域５２の半径は“Ａ”で、コア領域の直径は２Ａで表わされる。溝領域５２の半径はＢで表わされ、溝領域５２の直径は２Ｂで表わされる。溝領域５２の直径に対するコア領域５１の直径の比Ｒ_ａは約０．４５より小さいか、あるいは等しい。したがって、本発明によれば、大きな比Ｒ_ａを持つことなくＩＤＦの有効断面積を増すことが可能である。

溝領域５２は、好ましくは約０．２０％から０．４０％の範囲で、かつ好ましくは約０．２４％である正の比屈折率ｎ_３を持つ第２の環状領域（すなわち第１の障壁領域）５３（図５）に囲まれている。第２の環状領域に対応するプロファイル部は数字２３で表わされる。第２の環状領域５３は、好ましくは約―０．２０％から−０．４０％の範囲で、かつ好ましくは約−０．３３％である負の比屈折率ｎ_４を持つ第３の環状領域（すなわち第２の溝領域）５４（図５）に囲まれている。第３の環状領域５４に対応するプロファイル部は数字２４で表わされる。

第３の環状領域５４は、数字２５がついたプロファイル部で表わされる第４の環状領域５５（図５）に囲まれている。この領域５５は０．０％の比屈折率ｎ_５を持ち、それはクラッド領域５７（図５）のそれと同じである。第４の環状領域５５は、数字２６がついたプロファイル部で表わされる第５の環状領域５６（すなわち第３の溝領域）（図５）に囲まれている。この領域は好ましくは約−０．２０％の比屈折率ｎ_６を持つ。第５の環状領域はクラッド領域に対応する第６の環状領域に囲まれている。プロファイル部２７は０．０％の比屈折率ｎ_０を持つクラッド領域に対応する。

水平軸上の数字は、ミクロン（μｍ）で表わしたコア領域の中心からの距離に対応する。この例における各領域のおおよその半径方向の位置と幅の範囲は、図に示すプロファイル図から容易に確認できる。垂直軸上の数字は比屈折率の値に対応する。本発明は、これら特定の半径方向位置、および／あるいは概略値に限定されるものではないことは注目されねばならない。以下は図２に示すプロファイル２０により表わされるＩＤＦの例５０の伝送特性である。図２には示されていないが、クラッド５７の外側エッジまでの半径は、例えば、６２．５ミクロンまであってもよい。

図２に示す例として、以下に述べる伝送特性は非常によいものであることがわかる。ＩＤＦ５０は非常に大きい有効断面積を持ち、この例では３８．３８μｍ^２である。また、ＩＤＦ５０のＲＤＳは、例えば先に述べたＳＬＡウルトラウエーブ^ＴＭ・ファイバのようなＳＬＡファイバのＲＤＳに適合していることがわかる。加えて、ＩＤＦ５０はかなり低い曲げ損失とかなり低いケーブル・カットオフ波長を持っている。

ＩＤＦ５０の伝送特性
有効断面積Ａｅｆｆ：３８．３８μｍ^２
分散：−３４．６６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ
スロープ：−０．１０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ
ＲＤＳ：０．００３ｎｍ^−１
３２ミリメータ（ｍｍ）曲げ損失：＜０．５ｄＢ／巻
ケーブル・カットオフ波長：＜１５３０ｎｍ

もちろん、これらの伝送特性は互いに、屈折率プロファイルの形に、またいろいろな領域の位置に関連する傾向にあるため、表１に示すように屈折率を変化させることにより１つ、あるいはそれ以上の伝送特性を変化させることが出来る。

例１の望ましいプロファイル・パラメータは以下の表２のとおりである。

本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦは、これら特定の伝送特性を持つものに限定されるものではなく、それは表１に示すものとは異なるが、同じく非常に望ましい伝送特性を持つ大きな有効断面積を持つ逆分散ファイバの屈折率プロファイルを示す図３、および４の議論から明らかになるであろう。

図３のプロファイル３０は、放物線形ではない（つまり、α＝２．９）コア領域プロファイル部３１を持つ。図３のプロファイル３０と、それに対応する大きな有効断面積を持つＩＤＦ６０（図６）とを一緒に説明する。コア領域６１は、それに対応する好ましくは約０．８５％≦ｎ_１≦１．０５５％の範囲にあり、かつ好ましくは値が０．９１％である正の最大比屈折率ｎ_１のプロファイル部３１を持つ。コア領域６１は、好ましくは値が約２．９である形状パラメータαで定義されるプロファイル形状を持つ。コア領域６１は、好ましくは約−０．１５％≧ｎ_２≧−０．３５％の範囲にあり、かつ好ましくは約−０．２８％である負の比屈折率ｎ_２の第１の環状領域６２（つまり第１の溝領域）に囲まれている。第１の溝領域６２に対応するプロファイル部は数字３２で示される。コア領域６１の半径は“Ａ”で示され、コア領域の直径は２Ａで示される。溝領域６２の半径はＢで示され、溝領域６２の直径は２Ｂで示される。溝領域６２の直径に対するコア領域６１の直径の比Ｒ_ａは約０．４５より小さいか、あるいは等しい。

溝領域６２は、好ましくは約０．０５％≦ｎ_３≦０．２５％の範囲にあり、かつ好ましくは約０．１２％である正の比屈折率ｎ_３の第２の環状領域６３（つまり第１の障壁領域）に囲まれている。第２の環状領域６３に対応するプロファイル部は数字３３で示される。第２の環状領域６３は、好ましくは約−０．１５％≧ｎ_４≧−０．３５％の範囲にあり、かつ好ましくは約−０．３０％である負の比屈折率ｎ_４の第３の環状領域６４（つまり第２の溝領域）に囲まれている。第３の環状領域６４に対応するプロファイル部は数字３４で示される。

第３の環状領域６４は、数字３５がついたプロファイル部で表わされる第４の環状領域６５に囲まれている。この領域６５は０．０％の比屈折率ｎ_５を持ち、それはクラッド領域のそれと同じである。第４の環状領域６５は、数字３６がついたプロファイル部で表わされる第５の環状領域６６（つまり第３の溝領域）に囲まれている。この領域６６は、好ましくは約−２．０％より小さいか、あるいは等しい負の比屈折率ｎ_６を持つ。第５の環状領域６６は、クラッド領域に対応する第６の環状領域６７に囲まれている。プロファイル部３７は、比屈折率ｎ_０が０．０％であるクラッド領域６７に対応する。

図２の場合と同様に、図３の水平軸上の数字はミクロン（μｍ）で表わしたコア領域の中心からの外側方向への距離に対応する。垂直軸上の数字は、比屈折率の値に対応する。この例における各領域のおおよその半径方向の位置と幅の範囲は、図３から容易に確認できる。本発明はこれら特定の半径方向位置、および／あるいは概略値に限定されるものではない。以下は図３に示すプロファイル３０により表わされるＩＤＦ５０の伝送波長約１５５０ｎｍにおける伝送パラメータである。図３には示されていないが、クラッドの外側エッジまでの半径は、例えば、６２．５ミクロン（すなわち直径約１２５ミクロン）まであってもよい。

ＩＤＦ６０の伝送特性は非常によく、ＩＤＦ６０は非常に大きな有効断面積を持ち、この例ではその値は４０．６μｍ^２であることがわかる。また、ＲＤＳは伝送ファイバとして使われるＳＬＡファイバのそれと適合している。加えて、ＩＤＦ５０はかなり低い曲げ損失とかなり低いケーブル・カットオフ波長を持っている。

ＩＤＦ６０の伝送特性
有効断面積Ａｅｆｆ：４０．６μｍ^２
分散：−３９．３４ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ
スロープ：−０．１０９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ
ＲＤＳ：０．００２８ｎｍ^−１
３２ミリメータ（ｍｍ）曲げ損失：＜０．５ｄＢ／巻
ケーブル・カットオフ波長：＜１５３０ｎｍ

これらの伝送特性は、互いに屈折率プロファイルの形に、またいろいろな領域の位置に関連する傾向にあるため、表３に示すように屈折率を変化させることにより、１つ、あるいはそれ以上の伝送特性を変化させることが出来る。

この例の望ましいプロファイル・パラメータは以下の表４のとおりである。

図４は、本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦの他の実施例の屈折率プロファイル図である。図４のプロファイル４０は、図７に示す対応する大きな有効断面積を持つＩＤＦ７０を参照しながら説明する。図４の実施例に示すプロファイル４０は、対応するプロファイル部４１がほぼ三角形だが比屈折率ｎ_１の最大のところ（この例では約１．１７％）でわずかにカーブしているコア領域７１を持つ。コア領域７１の形状は、好ましくは約１．０である形状パラメータαによって定義される。コア領域７１は、好ましくは約０．０％≧ｎ_２≧−０．２０％の範囲にあり、かつ好ましくは約−０．１３３％である負の比屈折率ｎ_２の第１の環状領域７２（つまり第１の溝領域）に囲まれている。第１の溝領域７２に対応するプロファイル部は数字４２で示される。コア領域７１の半径は“Ａ”で示され、コア領域の直径は２Ａで示される。溝領域７２の半径はＢで示され、溝領域７２の直径は２Ｂで示される。溝領域７２の直径に対するコア領域７１の直径の比Ｒ_ａは約０．３６より小さいか、あるいは等しい。

この例では、溝領域７２は好ましくは約０．０％≦ｎ_３≦０．２０％の範囲にあり、かつ好ましくは約０．１０７％である正の比屈折率ｎ_３の第２の環状領域７３（つまり第１の障壁領域）に囲まれている。第２の溝領域７３に対応するプロファイル部は数字４３で示される。第２の溝領域７３は、好ましくはクラッド領域７４の比屈折率（つまり０．０％）に等しい比屈折率ｎ_４を持つ第３の環状領域７４に囲まれている。第３の溝領域７４に対応するプロファイル部は数字４４で示される。

第３の環状領域７４は、数字４５がついたプロファイル部で表わされる第４の環状領域７５（つまり第２の溝領域）に囲まれている。この例では、この溝領域７５は好ましくは約０．０％≧ｎ_５≧−０．２０％の範囲にあり、かつ好ましくは約−０．０８％である負の比屈折率ｎ_５を持つ。第４の環状領域７５は、数字４６がついたプロファイル部で表わされるクラッド領域７６に囲まれている。クラッド領域７６に対応するプロファイル部は、０．０％の比屈折率ｎ_０を持つ。

図２、および３と同様に、水平軸上の数字はミクロン（μｍ）で表わしたコア領域の中心からの距離に対応する。この例における各領域のおおよその半径方向の位置と幅は、図４に示すプロファイル図から容易に確認できる。本発明は、これら特定の半径方向位置、および／あるいは概略値に限定されるものではないことは注目されねばならない。垂直軸上の数字は、比屈折率の値に対応する。以下の表５は、図４に示すプロファイル４０により表わされるＩＤＦの伝送波長約１５５０ｎｍにおける伝送パラメータである。図２には示されていないが、クラッドの外側エッジまでの半径は、例えば、６２．５ミクロンまであってもよい。

以下はＩＤＦ７０の伝送特性である。ＩＤＦの伝送特性は非常によく、ＩＤＦは非常に大きな有効断面積を持ち、この例ではその値は３９．５０μｍ^２である。他の例の場合と同様に、このＲＤＳは伝送ファイバとしてしばしば使われるＳＬＡファイバのそれと適合している。加えて、ＩＤＦ７０はかなり低い曲げ損失とかなり低いケーブル・カットオフ波長を持っている。この例では、１５５０ｎｍでの減衰は、０．２５ｄＢ／ｋｍよりも小さい。

ＩＤＦ７０の伝送特性
有効断面積Ａｅｆｆ：３９．５０μｍ^２
分散：−４０．０６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ
スロープ：−０．１３１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ
ＲＤＳ：０．００３ｎｍ^−１
３２ミリメータ（ｍｍ）曲げ損失：＜０．５ｄＢ／巻
ケーブル・カットオフ波長：＜１４５０ｎｍ

上に述べたように、これらの伝送特性は、互いに屈折率プロファイルの形に、またいろいろな領域の位置に関連する傾向にあるため、以下の表５に示すように、屈折率を変化させることにより、１つ、あるいはそれ以上の伝送特性を変化させることが出来る。もちろん、本発明の大きな有効断面積を持つＩＤＦは、これら特定の伝送特性を持つものに限定されるものではない。

例３の望ましいプロファイル・パラメータは以下の表６のとおりである。

図２、３、および４のプロファイルで表される各々のファイバは、好ましくはゲルマニウムをドープした石英（ＳｉＯ_２）のコア（例えば、適量のＧｅＯ_２をドープしたＳｉＯ_２）、コア領域を取り囲むフッ素（Ｆ）および／あるいはゲルマニウム（Ｇｅ）をドープした溝領域（例えば、適量のＧｅＯ_２およびＦ）、および溝領域を取り囲む純粋石英の外側クラッドからなる。ファイバの中の正の比屈折率を持つ環状領域は、好ましくは適量のＧｅＯ_２をドープしたＳｉＯ_２からなる。

これまでに述べた光ファイバの実施例に対して、以下に添付する請求の範囲に含まれる本発明の範囲、および本技術から発展した同等のすべての範囲から逸脱することなく、種々の改良、変更が行われ得るものであることは、当業者には明らかであろう。そのような変更、改良は、種々のプロファイル形状を実現するための異なるドーピング材料の使用、および光ファイバを作るためにガラスに代えてプラスチック材料を使用することを含むが、それに限定されるものではない。

本発明の大きな有効断面積を持つ逆分散光ファイバが利用される伝送システムの構成図である。 図５に示される本発明の大きな有効断面積を持つ逆分散光ファイバの屈折率プロファイル図である。 図６に示される本発明の大きな有効断面積を持つ逆分散光ファイバの屈折率プロファイル図である。 図７に示される本発明の大きな有効断面積を持つ逆分散光ファイバの屈折率プロファイル図である。 図２に示される屈折率プロファイルを持つ逆分散光ファイバの横断面図である。 図３に示される屈折率プロファイルを持つ逆分散光ファイバの横断面図である。 図４に示される屈折率プロファイルを持つ逆分散光ファイバの横断面図である。

符号の説明

２ 光伝送源
３ 伝送ファイバ
４ 光受信機
５ 所定位置
１０ 大きな有効断面積を持つＩＤＦ
２０ プロファイル
２１ コア領域のプロファイル
２２ 第１の環状領域（第１の溝領域）のプロファイル
２３ 第２の環状領域（第１の障壁領域）のプロファイル
２４ 第３の環状領域（第２の溝領域）のプロファイル
２５ 第４の環状領域のプロファイル
２６ 第５の環状領域（第３の溝領域）のプロファイル
２７ クラッド領域のプロファイル
５０ ファイバ
５１ コア領域
５２ 第１の環状領域（第１の溝領域）
５３ 第２の環状領域（第１の障壁領域）
５４ 第３の環状領域（第２の溝領域）
５５ 第４の環状領域
５６ 第５の環状領域（第３の溝領域）
５７ クラッド領域

Claims (10)

1. 光ファイバ通信システム（１）であって、
   少なくとも１つの光エネルギー源（２）と、
   前記少なくとも１つのエネルギー源（２）に結合された少なくとも１つの正の分散光ファイバ（３）と前記正の分散光ファイバ（３）に結合された少なくとも１つの逆分散光ファイバ（１０）とを含む光ファイバ・ケーブルと、
   光エネルギー源（２）からの光エネルギーを受けるために逆分散光ファイバ（１０）に結合された少なくとも１つの受信機（４）とからなり、
   前記逆分散光ファイバ（１０）が、
   屈折率ｎ_１、半径Ａ、および直径２Ａ（Ａは正の数）を有するコア領域（５１）と、
   屈折率がｎ_０であるクラッド領域（５７）と、
   コア領域（５１）とクラッド領域（５７）の間にあって、前記コア領域（５１）に隣接する第１の溝領域（５２）とを含み、前記第１の溝領域（５２）は負の比屈折率ｎ_２を有し、前記第１の溝領域（５２）は半径Ｂ、直径２Ｂ（Ｂは正の数）を有し、そして比（２×Ａ）／（２×Ｂ）がおおよそ０．４５以下であり、前記逆分散光ファイバ（１０）はさらに、
   ドープされたコア領域（５１）とクラッド領域（５７）の間にあって、溝領域（５２）に隣接する第１の障壁領域（５３）を含み、前記第１の障壁領域（５３）は正の比屈折率ｎ_３を有し、前記逆分散光ファイバ（１０）はさらに、
   ドープされたコア領域（５１）とクラッド領域（５７）の間にあって、第１の障壁領域（５３）に隣接する第２の溝領域（５４）を含み、前記第２の溝領域（５４）は負の比屈折率ｎ_４を有し、前記逆分散光ファイバ（１０）がおおよそ１５５０ナノメータ（ｎｍ）の伝送波長において３１平方ミクロン（μｍ^２）より大きい有効断面積Ａ_ｅｆｆを有することを特徴とする光ファイバ通信システム（１）。
2. 逆分散光ファイバ（１０）の比分散スロープ（ＲＤＳ）が、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ０．００２２ｎｍ^−１≦ＲＤＳ≦０．００６７ｎｍ^−１の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ通信システム（１）。
3. 逆分散光ファイバ（１０）の比分散スロープ（ＲＤＳ）が、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ０．００３ｎｍ^−１であることを特徴とする、請求項２に記載の光ファイバ通信システム（１）。
4. 逆分散光ファイバ（１０）の有効断面積Ａ_ｅｆｆが、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ３１．５３μｍ^２より大きいか、または等しいことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバ通信システム（１）。
5. 逆分散光ファイバ（１０）の分散が、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ−２０から−５０ピコ秒／ナノメータ−キロメータ（ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ）の範囲にあることを特徴とする、請求項４に記載の光ファイバ通信システム（１）。
6. 大きな有効断面積を有する逆分散光ファイバ（１０）であって、該ファイバ（１０）が、
   屈折率ｎ_１、半径Ａ、および直径２Ａ（Ａは正の数）を有するコア領域（５１）と、
   屈折率がｎ_０であるクラッド領域（５７）と、
   コア領域（５１）とクラッド領域（５７）の間にあって、コア領域（５１）に隣接する第１の溝領域（５２）とを有し、前記第１の溝領域（５２）は負の比屈折率ｎ_２を有し、第１の溝領域（５２）は半径Ｂ、直径２Ｂ（Ｂは正の数）を有し、そして比（２×Ａ）／（２×Ｂ）がおおよそ０．４５よりも小さいか、あるいは等しいものであり、前記逆分散光ファイバはさらに、
   ドープされたコア領域（５１）とクラッド領域（５７）の間にあって、溝領域（５２）に隣接する第１の障壁領域（５３）を有し、前記第１の障壁領域（５３）は正の比屈折率ｎ_３を有し、前記逆分散光ファイバはさらに、
   ドープされたコア領域（５１）とクラッド領域（５７）の間にあって、第１の障壁領域（５３）に隣接する第２の溝領域（５４）を有し、前記第２の溝領域（５４）は負の比屈折率ｎ_４を有し、そして前記逆分散光ファイバ（１０）がおおよそ１５５０ナノメータ（ｎｍ）の伝送波長において３１平方ミクロン（μｍ^２）より大きい有効断面積Ａ_ｅｆｆを有することを特徴とする逆分散光ファイバ（１０）。
7. 逆分散光ファイバ（１０）の比分散スロープ（ＲＤＳ）が、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ０．００３ｎｍ^−１であることを特徴とする、請求項６に記載の光ファイバ（１０）。
8. 光ファイバ（１０）の有効断面積Ａ_ｅｆｆが、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ３１．５３μｍ^２より大きいか、または等しいことを特徴とする、請求項６に記載の光ファイバ（１０）。
9. 光ファイバ（１０）の分散が、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ−２０から−５０ピコ秒／ナノメータ−キロメータ（ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ）の範囲にあることを特徴とする、請求項８に記載の光ファイバ（１０）。
10. 光ファイバ（１０）の分散スロープが、おおよそ１５５０ｎｍの伝送波長において、おおよそ−０．０８から−０．２ピコ秒／平方ナノメータ／キロメータ（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）の範囲にあることを特徴とする、請求項８に記載の光ファイバ（１０）。
    

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