JP2005055795A - 偏波保持光ファイバ及びこの偏波保持光ファイバを用いた光波長変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、偏波クロストークを小さな値にでき、しかも非線形性に優れ、非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバ及び該偏波保持光ファイバを用いた光波長変換器を提供することにある。
【解決手段】 偏波保持光ファイバにおいて、クラッドに対する第１コアの比屈折率差△１が１．８％以上、クラッドに対する第２コアの比屈折率差△２が−０．１％以下、応力付与部材の間隔Ｒと第１コア径Ｄ１との比Ｒ／Ｄ１が２．５乃至１０、第１コア径Ｄ１と第２コア径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．３乃至０．８、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数が１５／Ｗ／Ｋｍ以上、カットオフ波長が１５００ｎｍ以下、波長１５５０ｎｍにおける分散、分散スロープ及び偏波クロストークが−９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ乃至９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下、−２０dＢ／１００ｍ以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非線形性に優れた偏波保持光ファイバ及びこの偏波保持光ファイバを用いた光波長変換器に関するものである。

近年、光信号伝送における高速化、高容量化、長距離伝送が益々求められており、このために光信号の処理速度の高速化や長距離伝送を達成するための信号処理技術が必要となってきている。
光信号処理技術の一つとして、光信号を電気信号に変換し、変換された電気信号を信号処理して、再び光信号に戻す方法が挙げられる。しかし、この方法では光信号をわざわざ電気信号に変え、これをまた光信号に変える処理を伴うため高速な信号処理には不向きであった。

これに対して光信号を光のまま処理する全光信号処理技術がある。この処理技術は光信号を電気信号に変えることなく、光信号を直接光信号として扱うため高速な光信号処理が可能となる。

ところで全光信号処理技術には、光信号を伝送する光ファイバ内で生ずる非線形光学現象を利用する方法、あるいは非線形性の高い物質からなる光導波路中で生ずる非線形現象を利用する方法等がある。
前者の光ファイバ内で発生する非線形光学現象を利用した全光信号処理技術は、高速処理が可能であると同時に伝送損失も小さくできるため近年、特に注目されている。この光ファイバ内で生ずる非線形現象としては四光波混合、自己位相変調、相互位相変調、ブリュリアン散乱等が挙げられる。これらのなかで四光波混合を利用した波長変換や、自己位相変調を利用したパルス圧縮、波形整形等の光信号処理技術が既に報告されている。

四光波混合は、２波長以上の光を光ファイバに導入したとき、非線形現象により特定の規則を持って新たな波長の光が生ずる現象である。前述した光信号処理技術では、この新たな波長の光が生ずる現象を波長変換に利用しようとするものである。また、この四光波混合を利用した波長変換は、多数の信号波長を一括して波長変換できるという利点を有している。
また、自己位相変調や相互位相変調を利用することにより、伝送中に劣化した波形を整形し、長距離伝送を可能とする全光信号処理が可能となる。

ところで、このような光ファイバ内での四光混合や自己位相変調といった非線形現象を利用した波長変換、波形整形といった光信号処理技術を適用するためには、光ファイバとして非線形現象を大きく起し得る光ファイバ、すなわち高非線形性を有する光ファイバが必要となる。
さらにまた、非線形現象を利用した光信号処理は、偏波状態に大きく影響される。そのため、使用する光ファイバの偏波保持特性もまた重要である。

高い非線形性を有し、かつ偏波保持特性をも有する光ファイバとして特許文献１により提案された偏波保持光ファイバがある。
この偏波保持光ファイバは、前記特許文献１の図１５にその横断面図が、そして図１６にその特性値が示されている。

特開２００２−２０７１３６号公報

ところで前記特許文献１に開示されている偏波保持光ファイバの場合、コアの両側に設けられている応力付与部材の位置、具体的には両応力付与部材のコアに対する位置あるいは両者の間隔をどの程度にしたら良いのか等が明確に示されていない。そのため、この偏波保持光ファイバの製造に際して、偏波クロストークやビート長の調整が難しい、という問題があった。具体的には偏波クロストークを所望する許容値にするのが難しい、という問題があった。

そこで本発明の目的は、偏波クロストークを所望の小さな値にでき、しかも非線形性に優れ、非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバを容易に製造し提供することにある。またこの偏波保持光ファイバを用いた光波長変換器を提供することにある。

前記目的を達成すべく請求項１記載の本発明の偏波保持光ファイバは、コアと、該コアの外周に設けられたクラッドと、前記コアの両側に設けられた２つの応力付与部材とを備えた石英ガラス系の偏波保持光ファイバであって、前記コアは、中心部に位置する第１コアと該第１コアの外周に設けられた第２コアからなり、前記第２コアは前記第１コアより低い屈折率を有し、前記クラッドは前記第２コアより高くかつ前記第１コアより低い屈折率を有し、前記クラッドに対する前記第１コアの比屈折率差△１が１．８％以上、前記クラッドに対する前記第２コアの比屈折率差△２が−０．１％以下であり、前記応力付与部材の間隔Ｒと前記第１コアの直径Ｄ１との比Ｒ／Ｄ１が２．５乃至１０、前記第１コアの直径Ｄ１と前記第２コアの直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．３乃至０．８であり、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数が１５／Ｗ／Ｋｍ以上であり、カットオフ波長が１５００ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける分散が−９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ乃至９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であり、かつ波長１５５０ｎｍにおける偏波クロストークが−２０dＢ／１００ｍ以下であることを特徴とするものである。

このようにしてなる本願請求項１記載の偏波保持光ファイバによれば、偏波クロストークが所望する許容範囲内にある偏波保持光ファイバを容易に製造でき、しかも非線形性に優れ、非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバを提供することができる。

また本願請求項２記載の偏波保持光ファイバは、前記請求項１記載の偏波保持光ファイバにおいて、前記応力付与部材の間隔Ｒと前記第１コアの直径Ｄ１との比Ｒ／Ｄ１が２．５乃至３．７であることを特徴とするものである。
このようにＲ／Ｄ１を２．５乃至３．７すると、より確実に所望値内にある充分小さな偏波クロストークが得られ好ましい。

本願請求項３記載の偏波保持光ファイバは、前記請求項２記載の偏波保持光ファイバにおいて、前記応力付与部材の間隔Ｒが７μｍ乃至１７μｍであること特徴とするものである。
このようにコアの両側に位置する両応力付与部材の間隔Ｒを規定することにより、より確実に、かつ容易に所望値内にある偏波クロストークの小さい偏波保持光ファイバを製造することができる。

本願請求項４記載の偏波保持光ファイバは、前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の偏波保持光ファイバにおいて、前記第１コアの直径Ｄ１と前記第２コアの直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．４乃至０．７であり、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数が２０／Ｗ／Ｋｍ以上、波長１５５０ｎｍにおける分散が−１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ乃至１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、カットオフ波長が１４００ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０１９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下、波長１５５０ｎｍにおけるビート長が５ｍｍ以下であり、かつ波長１５５０ｎｍにおける直径１０ｍｍでの曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とするものである。

このようにしてなる本願請求項４記載の偏波保持光ファイバによれば、偏波クロストークのみならずビート長も所望する許容範囲内にある偏波保持光ファイバを容易に製造でき、しかも非線形性に優れ、非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバを提供することができる。

また本願請求項５記載の偏波保持光ファイバは、前記本願請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の偏波保持光ファイバにおいて、前記クラッドに対する前記第１コアの比屈折率差△１とクラッドに対する前記第２コアの比屈折率差△２とが下記関係を満たすことを特徴とするものである。
（△２）＜−０．５２・（△１）＋１

このようにしてなる本願請求項５記載の偏波保持光ファイバによれば、偏波保持光ファイバの分散の絶対値を小さくでき、しかもカットオフ波長を１４００ｎｍ以下にできる非線形性に優れ、非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバを容易に製造することができる。

さらに本願請求項６記載の偏波保持光ファイバは、前記本願請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の偏波保持光ファイバにおいて、前記クラッドに対する前記第２コアの比屈折率差△２が−０．８％以下であり、前記第２コアに対する前記第１コアの比屈折率差△３が３．５％以上であることを特徴とするものである。
このようにしてなる本願請求項６記載の偏波保持光ファイバによれば、偏波保持光ファイバの分散スロープが小さく、しかもカットオフ波長を１４００ｎｍ以下にできる非線形性に優れ、非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバを提供することができる。

本願請求項７記載の偏波保持光ファイバは、前記本願請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の偏波保持光ファイバにおいて、前記応力付与部材はボロンが添加された石英ガラスであり、前記クラッドはフッ素が添加された石英ガラスであり、前記応力付与部材の前記クラッドに対する比屈折率差△４が−０．１％以下若しくは０．1％以上であることを特徴とするものである。
このようにしてなる本願請求項７記載の偏波保持光ファイバによれば、偏波保持光ファイバ同士を接続するような場合に、応力付与部材の位置確認が容易になり接続が容易になる。

また本願請求項８記載の光波長変換器は、前記本願請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の偏波保持光ファイバを使用したことを特徴とするものである。
このようにしてなる光波長変換器によれば、波長変換性に優れた光波長変換器を提供できる。

以上のように本発明の偏波保持光ファイバによれば、偏波クロストークを所望の小さな値にでき、しかも非線形性に優れ、非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバを容易に製造できる。また光波長変換特性に優れた光波長変換器を提供することができる。

図１〜図９を用いて本発明の偏波保持光ファイバ及びこの偏波保持光ファイバを用いた光波長変換器の実施例を詳細に説明する。

図１に本発明の石英ガラス製偏波保持光ファイバの一実施例の断面模式図を示し、図２には図１における偏波保持光ファイバ１０の屈折率分布の一例を示している。図１に示すように本願発明の偏波保持光ファイバ１０は、コア３と、その外周に設けられたクラッド４からなり、このコア３は中心部に位置する第１コア１と、その外周に設けられた第２コア２からなっている。またコア３を挟んで、コア３の両側には応力付与部材５、５が設けられている。図１では省略しているが、通常このクラッド４の外側には紫外線硬化性樹脂等からなる樹脂被覆が施される。

ところで前記クラッド４に対する第１コア１の比屈折率差△１は、１．８％以上である必要がある。その理由は△１が１．８％未満では、十分な非線形現象が得られないからである。因みにより確実に非線形現象を誘起するためには、好ましくは△１を２．５％以上、さらに好ましくは３．５％以上にする。石英ガラスに、例えばゲルマニウムを添加することにより第１コア１の屈折率をこのように高くすることができる。
またこのクラッド４はフッ素が添加された石英ガラスであることが好ましい。クラッド４にフッ素を添加することにより、クラッド４に対する第１コア１の比屈折率差△１を大きくすることが容易となり、大きな非線形係数を有する偏波保持光ファイバが得られる。
さらにクラッド４にフッ素を添加することによりその軟化温度を下げることができる。その結果、光ファイバ母材を線引きして本発明の偏波保持光ファイバを得る際、線引温度を下げることができ、伝送損失の低い偏波保持光ファイバを得ることが容易になる。

また第２コア２は、第１コア１より低い屈折率を有し、かつクラッド４より低い屈折率を有している。さらに第２コア２のクラッド４に対する比屈折率差△２は−０．１％以下である必要がある。好ましくは−０．８％以下にする。その理由は−０．１％を超えると、具体的には−０．０５％であったりすると、カットオフ波長が長波長となるとともに、分散スロープが大きくなるからである。
そして第２コア２も、前記クラッド４同様に石英ガラスにフッ素を添加することによりその屈折率を低くすることができる。

ところで第１コア１のクラッド４に対する比屈折率差△１を大きくすると非線形係数は大きくできるものの、カットオフ波長が長波長となり、かつまた分散スロープも大きくなる。そのため例えば第１コア１のクラッド４に対する非屈折率差△１を２．５％以上にする場合は、第２コア２のクラッド４に対する非屈折率差△２を−０．８％以下にすることが特に好ましい。

また、第１コア１の第２コア２に対する比屈折率差△３は、３．５％以上であることが好ましい。その理由は、△３が３．５％以上であると十分な非線形現象が得られやすくなるからである。

尚、本願明細書において、上記各比屈折率差△１、△２、△３及び△４は以下の各式（１）〜（４）により定義される。
△１＝｛（ｎ_ｃ１−ｎ_ｃ）／ｎ_ｃ１｝・１００ （１）
△２＝｛（ｎ_ｃ２−ｎ_ｃ）／ｎ_ｃ２｝・１００ （２）
△３＝｛（ｎ_ｃ１−ｎ_ｃ２）／ｎ_ｃ１｝・１００ （３）
△４＝｛（ｎ_ｂ−ｎ_ｃ）／ｎ_ｂ｝・１００ （４）
ここで前記各式中、ｎ_ｃ１は第１コア１の最大屈折率、ｎ_ｃ２は第２コア２の最小屈折率、ｎ_ｂは応力付与部材５の屈折率、そしてｎ_ｃはクラッド４の屈折率である。またｎ_ｂは△４が正の符号となる場合には最大屈折率、負の符号となる場合には最小屈折率とする。

ところで、非線形性を示す指標として自己位相変調による非線形位相シフトが挙げられるが、この非線形位相シフトは下記式（５）により示される。
φ_ＮＬ＝（２π／λ）・（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｉ・Ｌ_ｅｆｆ （５）
ここで、φ_ＮＬは非線形位相シフト、λは波長、ｎ_２は非線形屈折率、Ａ_ｅｆｆは有効断面積、Ｉは光強度、そしてＬ_ｅｆｆは実効長を示している。
また（２π／λ）・（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）が非線形係数を示している。

式（５）から、非線形位相シフトを大きくするには、非線形屈折率ｎ_２を大きくし、有効断面積Ａ_ｅｆｆを小さくすればよいことがわかる。ゲルマニアの非線形屈折率は石英ガラスのそれより大きいので、第１コア１にゲルマニウムを多く添加することより光ファイバの非線形屈折率ｎ_２を大きくすることができる。また第１コア１とクラッド４の比屈折率差を大きくすることにより、有効断面積Ａ_ｅｆｆを小さくすることができる。従って、第１コア１にゲルマニウムを添加して第１コア１の屈折率を高くすることが好ましい。

次に図３にシミュレーションによるカットオフ波長λｃとクラッド４に対する第１コア１の比屈折率差△１、クラッド４に対する第２コア２の比屈折率差△２の関係を示す。
ここで、カットオフ波長λｃとは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０で定義するカットオフ波長λｃをいう。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０における定義、測定方法に従うものとする。
尚、ここでは波長１５５０ｎｍにおける分散が０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなり、かつ波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが小さくなるＤ１／Ｄ２が０．５の場合で△１と△２の関係を示している。
図３に示すようにクラッド４に対する第１コア１の比屈折率差△１とクラッド４に対する第２コア２の比屈折率差△２は下記関係を満たすことが好ましい。
（△２）＜−０．５２・（△１）＋１

クラッド４に対する第１コア１の比屈折率差△１とクラッド４に対する第２コア２の比屈折率差△２との関係が上記関係を満たさないと、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値を小さくすることと、カットオフ波長を１４００ｎｍ以下にすることとを同時に満たすことが難しくなる。
因みに、第２コア２のクラッド４に対する比屈折率差△２は−０．１％以下とする必要がある。なぜなら−０．１％を超えるとカットオフ波長が長波長、すなわち１４００ｎｍ以上となるからである。第１コア１に添加するゲルマニウムを増して第１コア１のクラッド４に対する比屈折率差△１を増すことにより大きな非線形性が得られるが、単に第１コア１の屈折率を高くするだけであるとカットオフ波長が長波長にシフトしてしまう。それ故、△２は−０．１％以下とする。

また本発明において応力付与部材５、５は、コア３を挟んだ状態でその両側に設けられている。この応力付与部材５としては、例えばボロンを含む石英ガラス、あるいはゲルマニウムを含む石英ガラス等が用いられる。
これらは純粋な石英ガラスより大きな熱膨張係数を有するので、線引き後に応力付与部材５に引張り歪が生じる。これによりコア領域の一定方向に応力が付与されることになり、偏波保持が発現する。

前記応力付与部材５のクラッド４に対する比屈折率差△４は−０．１％以下若しくは０．１％以上であることが好ましい。
その理由は、−０．１％を超え０．１％未満では、クラッド４との屈折率差が小さくなるため、クラッド４と応力付与部材５との区別がつき難く、応力付与部材５の位置を認識し難くなるからである。
その結果、例えば、本発明の偏波保持光ファイバ１０同士、あるいは本発明の偏波保持光ファイバ１０と別の偏波保持光ファイバとを接続する際、両光ファイバの偏波面を揃えるため、応力付与部材５の位置を認識した上で接続する必要があるが、前述のように応力付与部材５、５のクラッド４に対する位置が識別し難いと、接続作業が困難になる。

そして応力付与部材５としては、ボロンを添加した石英ガラスが好ましい。ボロンを添加した石英ガラスは、純石英ガラスより低い屈折率を有する。
非線形現象に利用される偏波保持光ファイバでは非線形現象をできるだけ大きく発現する必要があるため、第１コア１と第２コア２およびクラッド４との屈折率差を大きくし、非線形係数を大きくすることが望まれる。この際、クラッド領域に設けられる応力付与部材５の屈折率がクラッド４より高いと、有効コア断面積Ａ_ｅｆｆを大きくし、大きな非線形現象を得るには不利となる。このため応力付与部材５には純石英ガラスより低い屈折率を有するボロンを添加した石英ガラスを用いることが好ましい。

またこの応力付与部材５のクラッド４に対する比屈折率差△４は、−０．８％〜−０．２％であることがより好ましい。その理由は、非線形性を得るためには応力付与部材５のクラッド４に対する比屈折率差は−０．２％以下が好ましく、一方−０．８％未満、すなわち−０．９％のような値になると応力付与部材５の製造そのものが容易ではなくなるからである。

さらにまた図１に示すように第１コア１の直径をＤ１とし、コア３を挟んでその両側に設けられた２つの応力付与部材５、５の間隔をＲとしたき、Ｒ／Ｄ１の値は２．５〜１０とする必要がある。より好ましくは２．５以上３．７以下とする。
その理由は、Ｒ／Ｄ１が１０を超えると偏波クロストークを小さくできなくなるとともにビート長を小さくできなくなるからである。
ここで、図２に示すように第１コア１の直径Ｄ１は第１コア１においてクラッド４と等しい屈折率となる位置を結ぶ線の長さとしている。また第２コア２の直径Ｄ２は第２コア２とクラッド４との境界領域において、△２の１／２の屈折率となる位置を結ぶ線の長さとしている。
さらにまた、２つの応力付与部材５、５間の間隔Ｒは、２つの応力付与部材５、５の最短間隔を示すものであり、△４の１／２の屈折率となる位置同士を結ぶ線の長さとしている。

因みに、前述したようにＲ／Ｄ１を３．７以下とすると、十分に小さな偏波クロストークが得られ好ましい。
ところで非線形性を大きくするために第１コアとクラッドとの比屈折率差を大きくした本願偏波保持光ファイバでは、第１コア１の直径が、通常のシングルモード光ファイバと比較して小さくなっている。そのためＲ／Ｄ１の値をあまり小さくすると、応力付与部材５を設ける際の加工が難しくなる。そのためＲ／Ｄ１の値は２．５以上である必要がある。また、Ｒ／Ｄ１が２．５未満になると応力付与部材５が第２コア２に近過ぎたり最悪接触したりするため、やはり応力付与部材５を設ける際の加工が困難になり好ましくない。

また応力付与部材５、５の間隔Ｒは７μｍ乃至１７μｍであることが好ましい。その理由は、応力付与部材５、５の間隔Ｒが１７μｍを超えると偏波クロストークを小さくすることが難しくなるとともにビート長を小さくすることが難しくなるからである。
一方、応力付与部材５、５の間隔Ｒが７μｍ未満になると、応力付与部材５が第２コア２に近くなり過ぎ、偏波保持光ファイバの製造が困難になる。具体的には、この偏波保持光ファイバを得るために、線引き前の光ファイバ母材に穴を明け、応力付与部材５、５をこの穴に挿入する際、光ファイバ母材が割れ易くなる、という問題がある。

また本発明において、偏波保持光ファイバの長さ１００ｍで、かつ波長１５５０ｎｍにおける偏波クロストークは−２０ｄＢ以下であることが好ましい。その理由は、−２０ｄＢ／１００ｍを超えると十分な偏波保持性能が得られなくなるからである。
またさらに波長１５５０ｎｍにおけるビート長は５ｍｍ以下であることが好ましい。その理由は、ビート長が５ｍｍを超えると十分な偏波保持性能が得られなくなる恐れがあるからである。

また本発明の偏波保持光ファイバは波長１５５０ｎｍにおける分散が−９〜９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることが好ましい。その理由は、本発明の偏波保持光ファイバが属する、いわゆる石英系光ファイバにおいて、伝送損失が最も小さくなるＣバンドと呼ばれる波長１．５５μｍ帯を中心とした波長帯域で信号処理を行う際、波長１５５０ｎｍにおける偏波保持光ファイバの分散が−９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であると、波長変換や波形整形等の非線形現象を利用した光信号処理効率が低下するからである。
また分散が９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを超えた場合にも、波長変換や波形整形等の非線形現象を利用した光信号処理効率が同様に低下してしまう。分散はより好ましくは−１〜１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。

加えて波長１５５０ｎｍにおける分散スロープは０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることが好ましい。非線形現象を利用いた光信号処理は、光ファイバの分散にも大き作用されるが、分散スロープが０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍを超えると、分散の波長依存性が大きくなり広い波長範囲での安定した信号処理が難しくなる。
例えば、四光波混合を利用した波長変換では、変換帯域のポンプ波長依存性が大きくなる問題を生ずる。分散スロープはより好ましくは０．０１９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であり、さらに好ましくは０．００９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下である。
また、本発明の偏波保持光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける直径１０ｍｍの曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下であることが好ましい。曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以上であると光ファイバをコイル化したときに損失が大きくなる恐れがあるからである。

次に特性シミュレーションに基づいて本発明の偏波保持光ファイバを説明する。
前述したように第２コア２のクラッド４に対する比屈折率差△２は−０．１％以下とする必要がある。−０．１％を超えるとカットオフ波長が長波長、すなわち１４００ｎｍ以上となるからである。第１コア１に添加するゲルマニウムを増して第１コア１のクラッド４に対する比屈折率差△１を増すことにより大きな非線形性が得られるが、単に第１コア１の屈折率を高くするだけであるとカットオフ波長が長波長にシフトしてしまう。

しかしながら第２コア２の屈折率差を小さくすることにより、第１コア１の屈折率差を高くしてもカットオフ波長が長波長となることを防ぐことができる。特に、第２コア２のクラッド４に対する比屈折率差は−０．８％以下とすることが好ましい。第２コア２のクラッド４に対する比屈折率差を−０．８％以下とするには、例えば、第２コア２となる石英ガラススート体をフッ素あるいはフッ素化合物を含む雰囲気下で加圧状態でガラス化すればよい。

さて第１コア１の直径Ｄ１と第２コア２の直径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２としたとき、Ｄ１／Ｄ２は０．３〜０．８である必要がある。好ましくは０．４〜０．７とする。
図１に示す構造の偏波保持光ファイバに関して、第１コア１の直径Ｄ１と第２コア２の直径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａを変化させたとき、すなわち第１コア径Ｄ１及び第２コア径Ｄ２以外のパラメーターを実施例１の値に固定し、第１コア径Ｄ１及び第２コア径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａを変化させたときの分散スロープ、実効断面積Ａｅｆｆ及びカットオフ波長λｃの変化、すなわちシミュレーションの結果を各々図４、図５及び図６に示す。
尚、これらの図４〜６では、１５５０ｎｍにおける分散が零となるように第１コア径Ｄ１と第２コア径Ｄ２を調整している。

図４からＤａ（Ｄ１／Ｄ２）が０．８を超える場合、及びＤａ（Ｄ１／Ｄ２）が０．３を下まわると分散スロープの値が許容範囲よりも大きくなってしまうことがわかる。

また図５からＤａ（Ｄ１／Ｄ２）が小さい程、実効断面積Ａ_ｅｆｆは小さくなる。すなわち、モードフィールド径も小さくなり、高い非線形定数を得る点で有利となることがわかる。そしてＤａ（Ｄ１／Ｄ２）が０．８を超えるとＡｅｆｆが許容範囲よりも大きくなってしまうことがわかる。

図６からＤａ（Ｄ１／Ｄ２）が小さい程、カットオフ波長λｃは短くできることがわかる。Ｄａが０．８を超えるとカットオフ波長が１４００ｎｍ以上になってしまうことがわかる。

前述したシミュレーション結果も考慮して図７、図８の実施例１〜３に示す偏波保持光ファイバを各々製造した。また製造したこれら各偏波保持光ファイバの特性を測定した結果を図９に示す。尚、図９において、カットオフ波長以外の特性は波長１５５０ｎｍにおける特性を示すものとする。
いずれの実施例の偏波保持光ファイバも偏波クロストークを所望の小さな値、すなわち−２０ｄＢ／１００ｍ以下の−２８ｄＢ／１００ｍ以下にでき、しかも非線形係数も所望する値である１５／Ｗ／Ｋｍ以上の１５．５／Ｗ／Ｋｍ以上にできた。加えてビート長も４．３〜４．７ｍｍの範囲に収まり、所望していた５ｍｍ以下にすることができた。
このように前記各実施例１〜３の各偏波保持光ファイバは偏波クロストークが小さく、非線形性にも優れ、それ故非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバであることがわかる。

尚、前記各実施例に示す偏波保持光ファイバの製造は以下の方法により行った。この方法は、例えば、ゲルマニウムのドープにより純石英ガラスに対する比屈折率差が例えば２％に調整された石英ガラスからなる第１コア材をＶＡＤ法を用いて製造した。このコア材の外周に、ＳｉＣｌ₄ ガスを酸水素火炎分解してスートを堆積させて多孔質体を形成した。次いでこれをＣｌ_２を含むＨｅ中で加熱し脱水し、さらにＦＳｉ₄とＨｅを含む雰囲気下で加熱し透明ガラス化させることにより、フッ素をドープした石英ガラスからなる第２コア材を設けた。

さらにこの外周上に、ＳｉＣｌ₄ ガスを酸水素火炎分解してスートを堆積させて多孔質体を形成し、次いでこれをＣｌ_２を含むＨｅ中で加熱し脱水し、さらにＨｅを含む雰囲気下で透明ガラス化させ、石英ガラスからなるクラッド材を設けた。
このようにして、例えばクラッドに対する比屈折率差が２．８％の第１コア材の外周に、クラッドに対する比屈折率差が−１．０％のフッ素をドープした第２コア材と、さらにその外周に石英ガラスからなるクラッド材を設けた光ファイバ母材を得た。

得られた光ファイバ母材の両端に、割れ防止のため石英ガラスからなる部材を融着接続した。このように光ファイバ母材の両端に石英ガラスからなる部材を接続することにより、以後の工程における光ファイバ母材の亀裂発生や破損が低減される。
光ファイバ母材の両端に石英ガラス製部材を融着接続した後、接続した両端の石英ガラス部材の部分で光ファイバ母材の軸方向に対し垂直に切断面が平坦になるように切断した。そして切断した平坦面から、コア材を挟んだ両側に応力付与部材を挿入するための穴明けを行った。しかる後、予め用意しておいた穴の内径より小さい外径を有するボロン添加石英ガラスからなる応力付与部材をこの穴の中に挿入した。

応力付与部材が挿入された光ファイバ母材を線引炉の母材投入口の上方に設けられた母材一体化炉に導入して加熱し、両者を軟化させ一体化させた。応力付与部材と一体化させた光ファイバ母材の温度が下がり固化すると、光ファイバ母材と応力付与部材の熱膨張係数の著しい違いから、光ファイバ母材が割れてしまう恐れが高い。そのため、光ファイバ母材と応力付与部材を一体化させた後はこれを冷却することなくそのまま線引炉に導入し、所定の光ファイバ外径になるように線引きして偏波保持光ファイバを得た。

線引きされたガラス製偏波保持光ファイバには、線引き後直ちに、例えば紫外線硬化性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂からなる樹脂被覆を設けた。樹脂被覆が紫外線硬化性樹脂の場合なら、被覆ダイスを使用してガラス製偏波保持光ファイバの外周に樹脂を塗布し、紫外線を照射してこれを硬化させた後、リールに巻き取った。
ところで本発明の偏波保持光ファイバの製造は前述の製造方法に限定されるものではなく、例えば光ファイバ母材の合成方法としては、ＶＡＤ法の他にＭＣＶＤ法あるいはＯＶＤ法等既存の気相成長法が適用可能であることはいうまでもない。

ところで前述した本願発明の偏波保持光ファイバを外径約１８０ｍｍのドラムに巻き、波長変換器を得た。この波長変換器の特性を調べたところ、広い帯域で優れた波長変換特性を示した。

本発明の偏波保持光ファイバの断面模式図である。 図１における偏波保持光ファイバの屈折率分布の一例を示す図である。 シミュレーションによるカットオフ波長λｃと比屈折率差△１、比屈折率差△２の関係を示すグラフである。 シミュレーションによる第１コア径Ｄ１及び第２コア径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａと分散スロープの関係を示すグラフである。 シミュレーションによる第１コア径Ｄ１及び第２コア径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａと実効断面積Ａｅｆｆの関係を示すグラフである。 シミュレーションによる第１コア径Ｄ１及び第２コア径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａとカットオフ波長λｃの関係を示すグラフである。 本発明の各実施例の構造を示す表である。 本発明の各実施例の構造を示す表である。 本発明の各実施例の特性を示す表である。

符号の説明

１ 第１コア
２ 第２コア
３ コア
４ クラッド
５ 応力付与部材

Claims (8)

1. コアと、該コアの外周に設けられたクラッドと、前記コアの両側に設けられた２つの応力付与部材とを備えた石英ガラス系の偏波保持光ファイバであって、前記コアは、中心部に位置する第１コアと該第１コアの外周に設けられた第２コアからなり、前記第２コアは前記第１コアより低い屈折率を有し、前記クラッドは前記第２コアより高くかつ前記第１コアより低い屈折率を有し、前記クラッドに対する前記第１コアの比屈折率差△１が１．８％以上、前記クラッドに対する前記第２コアの比屈折率差△２が−０．１％以下であり、前記応力付与部材の間隔Ｒと前記第１コアの直径Ｄ１との比Ｒ／Ｄ１が２．５乃至１０、前記第１コアの直径Ｄ１と前記第２コアの直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．３乃至０．８であり、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数が１５／Ｗ／Ｋｍ以上であり、カットオフ波長が１５００ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける分散が−９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ乃至９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であり、かつ波長１５５０ｎｍにおける偏波クロストークが−２０dＢ／１００ｍ以下であることを特徴とする偏波保持光ファイバ。
2. 前記応力付与部材の間隔Ｒと前記第１コアの直径Ｄ１との比Ｒ／Ｄ１が２．５乃至３．７であることを特徴とする請求項１記載の偏波保持光ファイバ。
3. 前記応力付与部材の間隔Ｒが７μｍ乃至１７μｍであること特徴とする請求項２記載の偏波保持光ファイバ。
4. 前記第１コアの直径Ｄ１と前記第２コアの直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．４乃至０．７であり、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数が２０／Ｗ／Ｋｍ以上、波長１５５０ｎｍにおける分散が−１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ乃至１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、カットオフ波長が１４００ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０１９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下、波長１５５０ｎｍにおけるビート長が５ｍｍ以下であり、かつ波長１５５０ｎｍにおける直径１０ｍｍでの曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の偏波保持光ファイバ。
5. 前記クラッドに対する前記第１コアの比屈折率差△１とクラッドに対する前記第２コアの比屈折率差△２とが下記関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の偏波保持光ファイバ。
   （△２）＜−０．５２・（△１）＋１
6. 前記クラッドに対する前記第２コアの比屈折率差△２が−０．８％以下であり、前記第２コアに対する前記第１コアの比屈折率差△３が３．５％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の偏波保持光ファイバ。
7. 前記応力付与部材はボロンが添加された石英ガラスであり、前記クラッドはフッ素が添加された石英ガラスであり、前記応力付与部材の前記クラッドに対する比屈折率差△４が−０．１％以下若しくは０．1％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の偏波保持光ファイバ。
8. 前記請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の偏波保持光ファイバを使用したことを特徴とする光波長変換器。
   
   
   
   
   

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