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
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Abstract
【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/nm2/km以下、−20dB/100m以下である。
【選択図】 図1
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(△2)<−0.52・(△1)+1
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。
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。
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。
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。
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。
△1={(nc1−nc)/nc1}・100 (1)
△2={(nc2−nc)/nc2}・100 (2)
△3={(nc1−nc2)/nc1}・100 (3)
△4={(nb−nc)/nb}・100 (4)
ここで前記各式中、nc1は第1コア1の最大屈折率、nc2は第2コア2の最小屈折率、nbは応力付与部材5の屈折率、そしてncはクラッド4の屈折率である。またnb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。
φNL=(2π/λ)・(n2/Aeff)・I・Leff (5)
ここで、φNLは非線形位相シフト、λは波長、n2は非線形屈折率、Aeffは有効断面積、Iは光強度、そしてLeffは実効長を示している。
また(2π/λ)・(n2/Aeff)が非線形係数を示している。
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
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。
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。
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。
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Aeff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。
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。
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。
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。
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/nm2/km以下であり、さらに好ましくは0.009ps/nm2/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
2 第2コア
3 コア
4 クラッド
5 応力付与部材
Claims (8)
- 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/nm2/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。
- 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。
- 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。
- 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/nm2/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。
- 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 - 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。
- 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。
- 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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