JP2005331818A - High nonlinearity optical fiber, method for manufacturing the same, and application of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、良好な分散フラット特性を有する高非線形性光ファイバとその製造方法、該高非線形性光ファイバを用いたスーパーコンティニウム光発生装置、光増幅器、波長変換器及び光パルス圧縮装置に関する。 The present invention relates to a highly nonlinear optical fiber having a good dispersion flat characteristic and a manufacturing method thereof, a supercontinuum light generating device, an optical amplifier, a wavelength converter, and an optical pulse compression device using the highly nonlinear optical fiber.
一般に高強度(高光密度)の光が光ファイバ中を伝搬すると、四光波混合、自己位相変調、相互位相変調、誘導ブリルアン散乱等の非線形光学現象が生じることが知られている。光ファイバ中でこれらの現象が生じると、波長変換、位相変調、散乱等が起こり、ノイズ成分が増加したり、入力光が十分に伝達できないといったことがある。このため、従来は、これら非線形光学現象をできるだけ排除して伝送用の光ファイバを形成する試みが成されてきた。
一方、近年では前記のような非線形光学現象を積極的に利用することにより、信号光の波長を長波長側または短波長側に変換する波長変換や、光信号の光増幅、信号光の波形歪みを整える波形整形等の光信号処理を行う試みが成されるようになり、このような非線形光学現象を利用して光信号処理を行うことのできる光ファイバも提案されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
In general, it is known that when high-intensity (high light density) light propagates through an optical fiber, nonlinear optical phenomena such as four-wave mixing, self-phase modulation, cross-phase modulation, and stimulated Brillouin scattering occur. When these phenomena occur in an optical fiber, wavelength conversion, phase modulation, scattering, etc. may occur, resulting in an increase in noise components and insufficient transmission of input light. For this reason, conventionally, attempts have been made to form an optical fiber for transmission while eliminating these nonlinear optical phenomena as much as possible.
On the other hand, in recent years, by actively utilizing the nonlinear optical phenomenon as described above, wavelength conversion for converting the wavelength of the signal light to the long wavelength side or the short wavelength side, optical amplification of the optical signal, waveform distortion of the signal light, etc. Attempts have been made to perform optical signal processing such as waveform shaping to adjust the optical fiber, and an optical fiber capable of performing optical signal processing using such a nonlinear optical phenomenon has also been proposed (for example, Patent Documents). 1 and 2).
光ファイバの非線形性γは次式の非線形係数γ
γ=(2π/λ)×(n2/Aeff)
で表される。ここで、λは光の波長、n2は光ファイバ中での非線形屈折率、Aeffは光ファイバの有効断面積である。この式より、非線形係数γを大きくするためには、光ファイバのコア内に添加されるGeO2の添加濃度を高くして非線形屈折率n2を高くするとともに、コアとクラッドとの比屈折率差を大きくして有効断面積Aeffを小さくすれば良い。
また高非線形性ファイバのうち、特に、光の信号波長である1550nm近傍で波長分散値がほぼゼロとなる高非線形分散シフトファイバ(Highly NonLinear Dispersion−Shifted Fiber:HNL−DSF)は、高効率な四光波混合(FWM)の利用や短パルス光に対する光信号処理の応用に対して、非常に重要である。最近では、信号波長近傍で分散値を下げるために、分散スロープを低減した高非線形ファイバも開発されており、分散スロープをほぼゼロにした高非線形分散フラットファイバ(Highly NonLinear Dispersion−flattend Fiber:HNL−DFF)が公表されており、この光ファイバの分散フラット特性により励起光波長範囲の広い波長変換特性が得られている(例えば、非特許文献1参照)。
The nonlinearity γ of the optical fiber is the nonlinear coefficient γ
γ = (2π / λ) × (n 2 / A eff )
It is represented by Here, λ is the wavelength of light, n 2 is the nonlinear refractive index in the optical fiber, and A eff is the effective cross-sectional area of the optical fiber. From this equation, in order to increase the nonlinear coefficient γ, the concentration of GeO 2 added in the core of the optical fiber is increased to increase the nonlinear refractive index n 2 and the relative refractive index between the core and the cladding. The effective area A eff may be reduced by increasing the difference.
Among the highly nonlinear fibers, in particular, a highly nonlinear dispersion-shifted fiber (HNL-DSF) having a chromatic dispersion value of approximately zero near 1550 nm, which is the signal wavelength of light, is a highly efficient four-fiber. This is very important for the use of optical wave mixing (FWM) and the application of optical signal processing to short pulse light. Recently, in order to lower the dispersion value in the vicinity of the signal wavelength, a highly nonlinear fiber with a reduced dispersion slope has also been developed, and a highly nonlinear dispersion flat fiber (High Nonlinear Displacement-Flattened Fiber: HNL-) in which the dispersion slope is almost zero. DFF) has been published, and a wavelength conversion characteristic having a wide excitation light wavelength range is obtained by the dispersion flat characteristic of this optical fiber (for example, see Non-Patent Document 1).
光ファイバに高強度の短光パルスを入射すると、その出射パルスが超広帯域スペクトルを示す現象はスーパーコンティニウム(Supercontinuum:SC)光として知られており、波長分散特性がフラットでなおかつ伝搬方向に沿って分散が減少する光ファイバ(分散フラット/減少ファイバ)を用いることでより高効率で高品質なスーパーコンティニウムスペクトルが得られることが知られている(例えば、非特許文献1〜4参照)。
四光波混合を利用した波長変更の中でも特に励起光波長を可変とする波長変換に用いられる高非線形ファイバや、スーパーコンティニウム光の発生に用いられる高非線形性ファイバは、分散特性が広い波長範囲でフラットであることが望ましい。そのようなファイバとして分散フラットファイバが知られているが、しかしながら従来の分散フラットファイバは、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープをほぼゼロにしているが、1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープについては言及されていない。そのため信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがほぼゼロであっても、1550nm以外の波長帯域では分散値がゼロから大きく遠ざかってしまい、分散フラット特性が悪化してしまっている可能性がある。分散フラット特性を良好なものにするには、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープをゼロに近づけるだけでなく、1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープについてもゼロに近づける必要があるが、その方法については知られていない。
また、信号光の波長歪みを整える波形整形光信号処理として、WDM信号を一括再生する全光3R再生中継方式が提案されている。これは光ファイバ中の四光波混合を利用して行われる。これらの問題点としては、波長の異なるWDMチャンネルは光ファイバ中の波長分散に起因して異なる伝搬遅延をうけるため、WDM信号の到着タイミングは一般にチャンネル毎に異なり、WDM信号の一括再生処理が困難となることである。信号光波長1550nmにおける分散スロープが大きいと、たとえ1550nmで分散値がゼロであってもその前後の波長においては分散値が大きくなってしまうため、前記のような問題が生じる。WDM信号を一括再生する全光3R再生中継方式においても分散フラット特性が重要になってくる。
Among the wavelength changes using four-wave mixing, highly nonlinear fibers used for wavelength conversion that makes the pumping light wavelength variable, and highly nonlinear fibers used for generating supercontinuum light have a wide dispersion range. Desirably flat. A dispersion flat fiber is known as such a fiber. However, a conventional dispersion flat fiber has a dispersion value and a dispersion slope at a signal light wavelength of 1550 nm which are almost zero, but has a shorter wavelength and a longer wavelength than 1550 nm. No mention is made of the dispersion value and dispersion slope for light. Therefore, even if the dispersion value and the dispersion slope at the signal light wavelength of 1550 nm are almost zero, the dispersion value may be far away from zero in the wavelength band other than 1550 nm, and the dispersion flat characteristic may be deteriorated. In order to improve the dispersion flat characteristic, not only the dispersion value and dispersion slope at the signal light wavelength of 1550 nm are brought close to zero, but also the dispersion value and dispersion slope for light having a shorter wavelength and longer wavelength than 1550 nm are made zero. It needs to be close, but the method is not known.
In addition, an all-optical 3R regenerative relay system that collects and regenerates WDM signals has been proposed as waveform shaping optical signal processing for adjusting the wavelength distortion of signal light. This is done using four-wave mixing in the optical fiber. As these problems, since WDM channels having different wavelengths are subjected to different propagation delays due to chromatic dispersion in the optical fiber, the arrival timing of WDM signals generally differs from channel to channel, making it difficult to perform batch recovery processing of WDM signals. It is to become. If the dispersion slope at the signal light wavelength of 1550 nm is large, even if the dispersion value is zero at 1550 nm, the dispersion value becomes large at the wavelengths before and after that, causing the above-described problems. In the all-optical 3R regenerative repeater system that regenerates WDM signals at once, the dispersion flat characteristic becomes important.
本発明は前記事情に鑑みてなされ、分散フラット特性に関する問題を解決するためになされたものであり、十分な非線形性および非常に良好な分散フラット特性を有する高非線形性光ファイバとその製造方法、それを用いたスーパーコンティニウム光発生装置、光増幅器、波長変換器及び光パルス圧縮装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made to solve the problems relating to dispersion flat characteristics, and a highly nonlinear optical fiber having sufficient nonlinearity and very good dispersion flat characteristics, and a method for manufacturing the same, An object of the present invention is to provide a supercontinuum light generating device, an optical amplifier, a wavelength converter, and an optical pulse compression device using the same.
前記目的を達成するため、第1の発明の高非線形性光ファイバは、屈折率nlaを有するコア領域と、前記コア領域の外周に設けられ、屈折率n2aを有する第1クラッド領域と、前記第1クラッド領域の外周に設けられ、屈折率n3aを有する第2クラッド領域とを少なくとも有してなり、
これら各領域の屈折率は、n1a>n3a>n2aであり、
コア領域の中心からコア領域のうち屈折率n3aと同じ屈折率を有する位置までの半径をr(aa)とし、コア領域の中心からコア領域のうち(n1a+n3a)/2と同じ値となる屈折率を有する位置までの半径をr(ba)としたときに、r(ba)/r(aa)が0.8以上であるようなコア領域を有する光ファイバであって、
波長1550nmの光に対する諸特性として、
20μm2以下の有効断面積Aeffと、
−2ps/nm/km以上+2ps/nm/km以下の波長分散値と、
6/W/km以上の非線形係数とを有すること、
かつ波長分散特性として、波長1550nmの光に対する波長分散値と、1550nmから100nm離れた波長の光に対する波長分散値との差の絶対値が2ps/nm/km以下であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a highly nonlinear optical fiber according to a first aspect of the present invention includes a core region having a refractive index nla, a first cladding region provided on the outer periphery of the core region and having a refractive index n2a, and the first And at least a second cladding region having a refractive index n3a provided on the outer periphery of the first cladding region,
The refractive index of each of these regions is n1a>n3a> n2a,
The radius from the center of the core region to the position having the same refractive index as the refractive index n3a in the core region is r (aa), and the refractive index is the same value as (n1a + n3a) / 2 in the core region from the center of the core region. An optical fiber having a core region where r (ba) / r (aa) is 0.8 or more, where r (ba) is a radius to a position having
As characteristics for light with a wavelength of 1550 nm,
An effective area A eff of 20 μm 2 or less,
A chromatic dispersion value of −2 ps / nm / km to +2 ps / nm / km,
Having a nonlinear coefficient of 6 / W / km or more,
The wavelength dispersion characteristic is characterized in that an absolute value of a difference between a wavelength dispersion value for light having a wavelength of 1550 nm and a wavelength dispersion value for light having a wavelength 100 nm away from 1550 nm is 2 ps / nm / km or less.
第2の発明の高非線形性光ファイバは、前記第1の発明の構成に加え、前記第2クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δ1aが1.0%以上であり、前記第2クラッド領域に対する第1クラッド領域の比屈折率差Δ2aが−0.4%以下であり、かつ第1クラッド半径とコア半径の比r(ca)/r(aa)が1.8〜2.6の範囲であることを特徴とする。
なお、本明細書において、前記比屈折率差Δ2aは次式(1)により定義している。
Δ2a={(n2a−n3a)/n3a}×100 ・・・(1)
In addition to the configuration of the first invention, the highly nonlinear optical fiber of the second invention has a relative refractive index difference Δ1a of the core region with respect to the second cladding region of 1.0% or more, and the second cladding region. The relative refractive index difference Δ2a of the first cladding region with respect to is in the range of −0.4% or less, and the ratio r (ca) / r (aa) of the first cladding radius to the core radius is in the range of 1.8 to 2.6. It is characterized by being.
In the present specification, the relative refractive index difference Δ2a is defined by the following equation (1).
Δ2a = {(n2a−n3a) / n3a} × 100 (1)
第3の発明の高非線形性光ファイバは、前記第1の発明の構成に加え、前記第2クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δ1aが1.4%以上であり、前記第2クラッド領域に対する第1クラッド領域の比屈折率差Δ2aが−0.6%以下であり、かつ第1クラッド半径とコア半径の比r(ca)/r(aa)が1.8〜2.6の範囲であることを特徴とする。 In addition to the configuration of the first invention, the highly nonlinear optical fiber of the third invention has a relative refractive index difference Δ1a of the core region with respect to the second cladding region of 1.4% or more, and the second cladding region The relative refractive index difference Δ2a of the first cladding region with respect to is in the range of −0.6% or less, and the ratio of the first cladding radius to the core radius r (ca) / r (aa) is in the range of 1.8 to 2.6. It is characterized by being.
第4の発明の高非線形性光ファイバは、前記第1の発明の構成に加え、前記第2クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δ1aが2.9%以上であり、前記第2クラッド領域に対する第1クラッド領域の比屈折率差Δ2aが−1.0%以下であり、かつ第1クラッド半径とコア半径の比r(ca)/r(aa)が1.8〜2.6の範囲であることを特徴とする。 In addition to the structure of the first invention, the highly nonlinear optical fiber of the fourth invention has a relative refractive index difference Δ1a of the core region with respect to the second cladding region of 2.9% or more, and the second cladding region The relative refractive index difference Δ2a of the first cladding region with respect to the range of −1.0% or less, and the ratio of the first cladding radius to the core radius r (ca) / r (aa) is in the range of 1.8 to 2.6. It is characterized by being.
第5の発明の高非線形性光ファイバは、屈折率n1bを有するコア領域と、前記コア領域の外周に設けられ、屈折率n2bを有する第1クラッド領域と、前記第1クラッド領域の外周に設けられ、屈折率n3bを有する第2クラッド領域と、前記第2クラッド領域の外周に設けられ、屈折率n4bを有する第3クラッド領域と、前記第3クラッド領域の外周に設けられ、屈折率n5bを有する第4クラッド領域とを少なくとも有してなり、
これら各領域の屈折率は、n1b≧n3b>n5b≧n4b>n2bであり、
コア領域の中心からコア領域のうち屈折率n4bと同じ屈折率を有する位置をr(ab)とし、コア領域の中心からコア領域のうち(n1b+n4b)/2と同じ値となる屈折率を有する位置をr(bb)としたときに、r(bb)/r(ab)が0.8以上であるようなコア領域を有する光ファイバであって、
波長1550nmの光に対する諸特性として、
20μm2以下の有効断面積Aeffと、
−2ps/nm/km以上+2ps/nm/km以下の波長分散値と、
6/W/km以上の非線形係数とを有すること、
かつ波長分散特性として、波長1550nmの光に対する波長分散値と、1550nmから100nm離れた波長の光に対する波長分散値との差の絶対値が2ps/nm/km以下であることを特徴とする。
A highly nonlinear optical fiber according to a fifth aspect of the present invention is provided in a core region having a refractive index n1b, a first cladding region having a refractive index n2b, provided in an outer periphery of the core region, and provided in an outer periphery of the first cladding region. A second cladding region having a refractive index n3b; a third cladding region having a refractive index n4b; and a third cladding region having a refractive index n4b; and a third cladding region having a refractive index n5b. A fourth cladding region having at least
The refractive index of each of these regions is n1b ≧ n3b> n5b ≧ n4b> n2b,
A position having the same refractive index as the refractive index n4b from the center of the core region is defined as r (ab), and a position having a refractive index equal to (n1b + n4b) / 2 from the center of the core region to the core region. R (bb) is an optical fiber having a core region where r (bb) / r (ab) is 0.8 or more,
As characteristics for light with a wavelength of 1550 nm,
An effective area A eff of 20 μm 2 or less,
A chromatic dispersion value of −2 ps / nm / km to +2 ps / nm / km,
Having a nonlinear coefficient of 6 / W / km or more,
The wavelength dispersion characteristic is characterized in that the absolute value of the difference between the wavelength dispersion value for light having a wavelength of 1550 nm and the wavelength dispersion value for light having a wavelength 100 nm away from 1550 nm is 2 ps / nm / km or less.
第6の発明の高非線形性光ファイバは、前記第5の発明の構成に加え、前記第3クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δ1bが1.2%以上であり、前記第3クラッド領域に対する第1クラッド領域の比屈折率差Δ2bが−0.35%以下であり、前記第3クラッド領域に対する第2クラッド領域の比屈折率差Δ3bが0.2%以上であり、前記第3クラッド領域に対する第4クラッド領域の比屈折率差Δ4bが0.05%以上であり、第1クラッド半径とコア半径の比r(cb)/r(ab)が1.8〜2.6の範囲であり、第2クラッド半径とコア半径の比r(db)/r(ab)が2.6〜3.4の範囲であり、かつ第3クラッド半径とコア半径の比r(eb)/r(ab)が4.0以上であることを特徴とする。
なお、本明細書において、前記比屈折率差Δ2bは次式(2)により定義している。
Δ2b={(n2b−n4b)/n4b}×100・・・(2)
In addition to the configuration of the fifth invention, the highly nonlinear optical fiber of the sixth invention has a relative refractive index difference Δ1b of the core region with respect to the third cladding region of 1.2% or more, and the third cladding region The relative refractive index difference Δ2b of the first cladding region relative to the third cladding region is −0.35% or less, the relative refractive index difference Δ3b of the second cladding region to the third cladding region is 0.2% or more, and the third cladding region The relative refractive index difference Δ4b of the fourth cladding region with respect to the region is 0.05% or more, and the ratio r (cb) / r (ab) of the first cladding radius to the core radius is in the range of 1.8 to 2.6. The ratio r (db) / r (ab) of the second cladding radius to the core radius is in the range of 2.6 to 3.4, and the ratio of the third cladding radius to the core radius r (eb) / r ( ab) is 4.0 or more.
In the present specification, the relative refractive index difference Δ2b is defined by the following equation (2).
Δ2b = {(n2b−n4b) / n4b} × 100 (2)
第7の発明の高非線形性光ファイバは、前記第5の発明の構成に加え、前記第3クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δ1bが1.5%以上であり、前記第3クラッド領域に対する第1クラッド領域の比屈折率差Δ2bが−0.5%以下であり、前記第3クラッド領域に対する第2クラッド領域の比屈折率差Δ3bが0.3%以上であり、前記第3クラッド領域に対する第4クラッド領域の比屈折率差Δ4bが0.05%以上であり、第1クラッド半径とコア半径の比r(cb)/r(ab)が1.8〜2.6の範囲であり、第2クラッド半径とコア半径の比r(db)/r(ab)が2.6〜3.4の範囲であり、かつ第3クラッド半径とコア半径の比r(eb)/r(ab)が4.0以上であることを特徴とする。 In addition to the configuration of the fifth invention, the highly nonlinear optical fiber of the seventh invention has a relative refractive index difference Δ1b of the core region with respect to the third cladding region of 1.5% or more, and the third cladding region The relative refractive index difference Δ2b of the first cladding region relative to the third cladding region is −0.5% or less, the relative refractive index difference Δ3b of the second cladding region to the third cladding region is 0.3% or more, and the third cladding region The relative refractive index difference Δ4b of the fourth cladding region with respect to the region is 0.05% or more, and the ratio r (cb) / r (ab) of the first cladding radius to the core radius is in the range of 1.8 to 2.6. The ratio r (db) / r (ab) of the second cladding radius to the core radius is in the range of 2.6 to 3.4, and the ratio of the third cladding radius to the core radius r (eb) / r ( ab) is 4.0 or more.
第8の発明の高非線形性光ファイバは、前記第5の発明の構成に加え、前記第3クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δ1bが3.0%以上であり、前記第3クラッド領域に対する第1クラッド領域の比屈折率差Δ2bが−0.8%以下であり、前記第3クラッド領域に対する第2クラッド領域の比屈折率差Δ3bが0.7%以上であり、前記第3クラッド領域に対する第4クラッド領域の比屈折率差Δ4bが0.05%以上であり、第1クラッド半径とコア半径の比r(cb)/r(ab)が1.8〜2.6の範囲であり、第2クラッド半径とコア半径の比r(db)/r(ab)が2.6〜3.4の範囲であり、かつ第3クラッド半径とコア半径の比r(eb)/r(ab)が4.0以上であることを特徴とする。 In addition to the configuration of the fifth invention, the highly nonlinear optical fiber of the eighth invention has a relative refractive index difference Δ1b of the core region with respect to the third cladding region of 3.0% or more, and the third cladding region The relative refractive index difference Δ2b of the first cladding region relative to the first cladding region is −0.8% or less, the relative refractive index difference Δ3b of the second cladding region to the third cladding region is 0.7% or more, and the third cladding region The relative refractive index difference Δ4b of the fourth cladding region with respect to the region is 0.05% or more, and the ratio r (cb) / r (ab) of the first cladding radius to the core radius is in the range of 1.8 to 2.6. The ratio r (db) / r (ab) of the second cladding radius to the core radius is in the range of 2.6 to 3.4, and the ratio of the third cladding radius to the core radius r (eb) / r ( ab) is 4.0 or more.
第9の発明の高非線形性光ファイバは、波長1550nmの光に対する特性として−0.01ps/nm2/km以上+0.01ps/nm2/km以下の波長分散スロープをさらに有し、かつ波長分散スロープがゼロとなるような光の波長が、波長1450nmから1650nmの範囲内に少なくとも1つあるような分散特性を有することを特徴とする。 The highly nonlinear optical fiber of the ninth invention further has a chromatic dispersion slope of −0.01 ps / nm 2 / km or more and +0.01 ps / nm 2 / km or less as a characteristic with respect to light having a wavelength of 1550 nm, and chromatic dispersion It has a dispersion characteristic such that there is at least one wavelength of light having a slope of zero within a wavelength range of 1450 nm to 1650 nm.
第10の発明の高非線形性光ファイバは、応力付与部構造が設けられ、偏波保持能力を有することを特徴とする。 A highly nonlinear optical fiber according to a tenth invention is characterized by being provided with a stress applying portion structure and having a polarization maintaining ability.
第11の発明の高非線形性光ファイバは、コア領域にGeO2と共にフッ素が添加されていることを特徴とする。石英ガラス中へのGeO2の添加は屈折率を増加させ、フッ素の添加は逆に屈折率を減少させる作用がある。 The highly nonlinear optical fiber of the eleventh invention is characterized in that fluorine is added together with GeO 2 in the core region. Addition of GeO 2 into quartz glass increases the refractive index, and addition of fluorine has an effect of decreasing the refractive index.
第12の発明の高非線形性光ファイバは、コア領域にはGeO2と共にフッ素が添加されていて、フッ素の濃度が1質量%以上であることを特徴とする。 The highly nonlinear optical fiber of the twelfth invention is characterized in that fluorine is added together with GeO 2 in the core region, and the concentration of fluorine is 1% by mass or more.
第13の発明の高非線形性光ファイバは、波長1550nmの光における波長分散値がファイバの長手方向に沿ってほぼ直線的に変化しており、かつその変化は波長分散値がプラスの値からゼロを経由してマイナスの値へと変化していることを特徴とする。 In the highly nonlinear optical fiber according to the thirteenth aspect, the chromatic dispersion value in light having a wavelength of 1550 nm changes substantially linearly along the longitudinal direction of the fiber, and the change is zero from the positive value of the chromatic dispersion value. It is characterized by a change to a negative value via.
第14の発明の高非線形性光ファイバの製造方法は、前記第1〜13のいずれかの発明に記載の高非線形性光ファイバを製造する方法であって、コア領域となるコア用ガラスロッドをVAD法またはOVD法で合成し、合成したコア用ガラスロッドの外周の一部を除去したのち、第1クラッド領域となるガラス層を前記コア用ガラスロッドの外周上に合成し、さらにその外周に設けられる各クラッド領域となるガラス層を順次合成して光ファイバ母材を作製し、次いでその光ファイバ母材を線引きして高非線形性光ファイバを製造する各工程を備え、前記コア用ガラスロッドの外周の一部を除去する工程において、合成したコア用ガラスロッドの中心部分の屈折率をn1c、前記コア用ガラスロッドの外周除去前の最外周部分の屈折率をn2cとして、コア用ガラスロッドにおいて(n1c+n2c)/2と同じ値となる屈折率を有する位置をr(bc)としたときに、{r(bc)/コア用ガラスロッド半径}が0.8以上となるようにコア用ガラスロッドの外周の一部を除去することを特徴とする。 A method for manufacturing a highly nonlinear optical fiber according to a fourteenth aspect of the present invention is a method for manufacturing the highly nonlinear optical fiber according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein a glass rod for a core serving as a core region is provided. After synthesizing by VAD method or OVD method and removing a part of the outer periphery of the synthesized core glass rod, a glass layer to be the first cladding region is synthesized on the outer periphery of the core glass rod, and further on the outer periphery The core glass rod comprises the steps of producing an optical fiber preform by sequentially synthesizing the glass layers to be provided for each cladding region and then drawing the optical fiber preform to produce a highly nonlinear optical fiber. In the step of removing a part of the outer periphery of the core, the refractive index of the central portion of the synthesized core glass rod is n1c, and the refractive index of the outermost peripheral portion of the core glass rod before the outer periphery is removed is n2. Assuming that r (bc) is a position having the same refractive index as (n1c + n2c) / 2 in the core glass rod, {r (bc) / core glass rod radius} is 0.8 or more. Thus, a part of the outer periphery of the core glass rod is removed.
第15の発明の高非線形性光ファイバの製造方法は、前記光ファイバ母材を加熱線引きする工程において、光ファイバの外径が長手方向に沿って順次縮小もしくは拡大するように線引きすることによって、波長1550nmの光における波長分散値がファイバの長手方向に沿ってほぼ直線的に変化しており、かつその変化は波長分散値がプラスの値からゼロを経由してマイナスの値へと変化している高非線形性光ファイバを得ることを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a highly nonlinear optical fiber, wherein in the step of heating and drawing the optical fiber preform, the optical fiber is drawn so that the outer diameter of the optical fiber is sequentially reduced or expanded along the longitudinal direction. The chromatic dispersion value in the light with a wavelength of 1550 nm changes almost linearly along the longitudinal direction of the fiber, and the change is that the chromatic dispersion value changes from a positive value to a negative value via zero. It is characterized by obtaining a highly nonlinear optical fiber.
第16の発明のスーパーコンティニウム光発生装置は、前記1〜13のいずれかの発明の高非線形性光ファイバと、所定波長λpの励起光を前記高非線形性光ファイバに供給する励起光源とを少なくとも有してなり、前記高非線形性光ファイバに所定波長λpを入力することによって発現される非線形光学現象を利用してスーパーコンティニウム光を発生させることを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a supercontinuum light generating device comprising: the highly nonlinear optical fiber according to any one of the first to thirteenth aspects; and a pumping light source that supplies pumping light having a predetermined wavelength λp to the highly nonlinear optical fiber. The supercontinuum light is generated by using a nonlinear optical phenomenon that is generated by inputting a predetermined wavelength λp into the highly nonlinear optical fiber.
第17の発明の光増幅器は、前記1〜13のいずれかの発明の高非線形性光ファイバを用いた光増幅器であって、該高非線形性光ファイバに所定波長の光を入力することによって発現される非線形光学現象を利用していることを特徴とする。 An optical amplifier according to a seventeenth aspect of the present invention is an optical amplifier using the highly nonlinear optical fiber according to any one of the first to thirteenth aspects, and is manifested by inputting light of a predetermined wavelength into the highly nonlinear optical fiber. It is characterized by using a nonlinear optical phenomenon.
第18の発明の波長変換器は、前記1〜13のいずれかの発明の高非線形性光ファイバを用いた波長変換器であって、該高非線形性光ファイバに所定波長の光を入力することによって発現される非線形光学現象を利用していることを特徴とする。 A wavelength converter according to an eighteenth aspect of the present invention is a wavelength converter using the highly nonlinear optical fiber according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein light having a predetermined wavelength is input to the highly nonlinear optical fiber. It utilizes the nonlinear optical phenomenon expressed by the above.
第19の発明の光パルス圧縮装置は、前記1〜13のいずれかの発明の高非線形性光ファイバを用いた光パルス圧縮装置であって、該高非線形性光ファイバに所定波長の光を入力することによって発現される非線形光学現象を利用していることを特徴とする。 An optical pulse compression apparatus according to a nineteenth aspect of the present invention is an optical pulse compression apparatus using the highly nonlinear optical fiber according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein light of a predetermined wavelength is input to the highly nonlinear optical fiber. It is characterized by utilizing a nonlinear optical phenomenon that is manifested by doing so.
第1の発明の高非線形性光ファイバは、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となり、さらには1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープについてもゼロに近づけることが可能となり、非常に良好な分散フラット特性を有しかつ十分な非線形性を有することが可能となる。
第2の発明の高非線形性光ファイバは、光信号波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となる高非線形性光ファイバが得られる。
第3の発明及び第4の発明の高非線形性光ファイバは、よりAeffが小さく、非線形係数γが大きい値が得られるので、より高い非線形性を有するとともに、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となる高非線形性光ファイバが得られる。
第5の発明の高非線形性光ファイバは、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となり、さらには1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープについてもゼロに近づけることが可能となり、非常に良好な分散フラット特性を有しかつ十分な非線形性を有することが可能となる。
第6の発明の高非線形性光ファイバは、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となる高非線形性光ファイバが得られる。
第7の発明及び第8の発明の高非線形性光ファイバは、よりAeffが小さく、非線形係数γが大きい値が得られるので、より高い非線形性を有するとともに、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となる光ファイバが得られる。
第9の発明の高非線形性光ファイバは、信号光波長1550nmを中心とした広い波長範囲において非常に良好な分散フラット特性を有することが可能となる。
第10の発明の高非線形性光ファイバは、光ファイバに偏波保持能力を有することが可能となり、より非線形光学現象の発現が高効率となる。
第11の発明の高非線形性光ファイバは、コア領域の石英ガラス中に添加する物質がGeO2のみである時に得られる屈折率と同等になるように、コア領域の石英ガラスにGeO2と共にフッ素を添加することで、より多くのGeO2をコア領域に添加することが可能となり、非線形屈折率n2を増加させることができ、より大きな非線形性を有することが可能となる。
第12の発明の高非線形性光ファイバは、フッ素の濃度を1質量%以上とすることで、より多くのGeO2をコア領域に添加することが可能となり、非線形屈折率n2を増加させることができ、さらに大きな非線形性を有することが可能となる。
第13の発明の高非線形性光ファイバは、高効率で高品質なスーパーコンティニウムスペクトルを得ることのできる、波長分散特性がフラットでなおかつ伝搬方向に沿って分散が減少する高非線形性光ファイバ(分散フラット/減少ファイバ)とすることが可能である。
In the highly nonlinear optical fiber according to the first aspect of the invention, the dispersion value and dispersion slope at the signal light wavelength of 1550 nm are close to zero, and the dispersion value and dispersion slope for light having wavelengths shorter and longer than 1550 nm are also zero. It is possible to have a very good dispersion flat characteristic and sufficient nonlinearity.
The highly nonlinear optical fiber of the second invention can provide a highly nonlinear optical fiber in which the dispersion value and dispersion slope at the optical signal wavelength of 1550 nm are close to zero.
The highly nonlinear optical fibers of the third and fourth inventions have a smaller A eff and a larger nonlinear coefficient γ, so that they have higher nonlinearity and have a dispersion value at a signal light wavelength of 1550 nm. A highly nonlinear optical fiber having a dispersion slope close to zero can be obtained.
In the highly nonlinear optical fiber according to the fifth aspect of the invention, the dispersion value and dispersion slope at the signal light wavelength of 1550 nm are close to zero, and the dispersion value and dispersion slope for light having wavelengths shorter and longer than 1550 nm are also zero. It is possible to have a very good dispersion flat characteristic and sufficient nonlinearity.
The highly nonlinear optical fiber according to the sixth aspect of the invention provides a highly nonlinear optical fiber having a dispersion value and dispersion slope at a signal light wavelength of 1550 nm that are close to zero.
The highly nonlinear optical fibers according to the seventh and eighth inventions have a smaller A eff and a larger nonlinear coefficient γ, so that they have higher nonlinearity and have a dispersion value at a signal light wavelength of 1550 nm. An optical fiber having a dispersion slope close to zero can be obtained.
The highly nonlinear optical fiber of the ninth invention can have a very good dispersion flat characteristic in a wide wavelength range centered on a signal light wavelength of 1550 nm.
In the highly nonlinear optical fiber according to the tenth aspect of the invention, the optical fiber can have a polarization maintaining ability, and the expression of the nonlinear optical phenomenon becomes more efficient.
Eleventh highly nonlinear optical fiber invention, as substance added to the quartz glass of the core region is equal to the refractive index obtained when only GeO 2, fluorine with GeO 2 in the quartz glass of the core region By adding, it becomes possible to add more GeO 2 to the core region, increase the nonlinear refractive index n2, and have a larger nonlinearity.
In the highly nonlinear optical fiber according to the twelfth aspect of the present invention, when the fluorine concentration is 1% by mass or more, more GeO 2 can be added to the core region, and the nonlinear refractive index n2 can be increased. It is possible to have a greater nonlinearity.
A highly nonlinear optical fiber according to a thirteenth aspect of the present invention is a highly nonlinear optical fiber capable of obtaining a high-efficiency and high-quality supercontinuum spectrum and having a flat chromatic dispersion characteristic and a reduced dispersion along the propagation direction. Dispersion flat / reducing fiber).
第14の発明の製造方法は、第1〜13の発明の高非線形性光ファイバを簡単に効率よく製造することができる。また、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となり、さらには1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープについてもゼロに近づけることが可能となり、非常に良好な分散フラット特性を有しかつ十分な非線形性を有する高非線形性光ファイバを得ることが可能である。
第15の発明の製造方法は、高効率で高品質なスーパーコンティニウムスペクトルを得ることのできる、波長分散特性がフラットでなおかつ伝搬方向に沿って分散が減少する高非線形性光ファイバ(分散フラット/減少ファイバ)を製造することが可能である。
The manufacturing method of the fourteenth invention can easily and efficiently manufacture the highly nonlinear optical fiber of the first to thirteenth inventions. In addition, the dispersion value and dispersion slope at the signal light wavelength of 1550 nm are close to zero, and furthermore, the dispersion value and dispersion slope for light having a shorter wavelength and longer wavelength than 1550 nm can be brought close to zero, which is very good. It is possible to obtain a highly nonlinear optical fiber having excellent dispersion flat characteristics and sufficient nonlinearity.
The manufacturing method of the fifteenth aspect of the invention can obtain a highly efficient and high quality supercontinuum spectrum, a highly nonlinear optical fiber having a flat chromatic dispersion characteristic and a decrease in dispersion along the propagation direction (dispersion flat / Reduced fiber).
第16の発明のスーパーコンティニウム光発生装置は、前記高非線形性光ファイバに所定波長λpを入力することによって発現される非線形光学現象を利用して、スペクトル強度が広帯域にわたり広がって白色化する現象として知られているスーパーコンティニウム光を高効率で発生させることができる。
第17の発明の光増幅器は、高非線形性光ファイバに所定波長の光を入力することによって発現される非線形光学現象を利用して高効率で光増幅を行うことができる。
第18の発明の波長変換器は、高非線形性光ファイバに所定波長の光を入力することによって発現される非線形光学現象を利用して高効率で波長変換を行うことができる。
第19の発明の光パルス圧縮装置は、高非線形性光ファイバに所定波長の光を入力することによって発現される非線形光学現象を利用して高効率で光パルス圧縮を行うことができる。
The supercontinuum light generating device according to the sixteenth aspect of the present invention is a phenomenon in which the spectral intensity spreads over a wide band and whitens by utilizing a nonlinear optical phenomenon expressed by inputting a predetermined wavelength λp into the highly nonlinear optical fiber. The supercontinuum light known as can be generated with high efficiency.
The optical amplifier according to the seventeenth aspect of the invention can perform optical amplification with high efficiency by utilizing a nonlinear optical phenomenon that is manifested by inputting light of a predetermined wavelength into a highly nonlinear optical fiber.
The wavelength converter of the eighteenth aspect of the invention can perform wavelength conversion with high efficiency by utilizing a nonlinear optical phenomenon that is manifested by inputting light of a predetermined wavelength into a highly nonlinear optical fiber.
The optical pulse compression apparatus according to the nineteenth aspect of the invention can perform optical pulse compression with high efficiency by utilizing a nonlinear optical phenomenon that is manifested by inputting light of a predetermined wavelength into a highly nonlinear optical fiber.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明による高非線形性光ファイバ(以下、光ファイバと記す。)の第1実施形態の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
この光ファイバはSiO2(石英ガラス)を主成分としており、光ファイバの中心軸を含むコア領域10とコア領域10の外周に設けられた第1クラッド領域11と、第1クラッド領域11の外周に設けられた第2クラッド領域12とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a refractive index profile of a first embodiment of a highly nonlinear optical fiber (hereinafter referred to as an optical fiber) according to the present invention.
This optical fiber has SiO 2 (quartz glass) as a main component, the
コア領域10は、屈折率の最大がn1aとなるように形成され、第1クラッド領域11は屈折率の最小値がn2aとなるように形成され、第2クラッド領域12は屈折率がn3aとなるように形成されている。これら各領域の屈折率は、n1a>n3a>n2aの関係になっている。そしてコア領域10のうち、コア領域10の中心(=光ファイバ中心)から第2クラッド領域12の屈折率n3aと同じ屈折率を有する位置までの半径をr(aa)とし、コア領域10の中心からコア領域10のうち(n1a+n3a)/2と同じ値となる屈折率を有する位置までの半径をr(ba)とした時、これらの半径の比r(ba)/r(aa)は0.8以上となるように構成されている。
The
このように光ファイバのコア領域10、第1クラッド領域11及び第2クラッド領域12の屈折率(それぞれn1a、n2a、n3a)をn1a>n3a>n2aのようなW型構造とすると、高い非線形性を有する光ファイバが得られると共に、信号光波長1550nmでの分散スロープがゼロに近い値が得られやすくなり、さらにコア領域10に関する半径の比r(ba)/r(aa)を0.8以上とすることで、1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープについてもゼロに近づけることが可能となる。
Thus, when the refractive index (n1a, n2a, n3a, respectively) of the
また、光ファイバのコア領域10、第1クラッド領域11のそれぞれの比屈折率差Δ1a、Δ2aおよび半径r(aa)、r(ca)を調整し、波長1550nmの光に対する諸特性として、20μm2以下の有効断面積Aeffと、−2ps/nm/km以上+2ps/nm/km以下の波長分散値と、6/W/km以上の非線形係数と、波長1550nmの光に対する波長分散値と1550nmから100nm離れた波長の光に対する波長分散値との差の絶対値が2ps/nm/km以下である波長分散特性とを有する構成とすることで、非常に良好な分散フラット特性を有し、かつ十分な非線形性を有する光ファイバを提供することができる。
なお、図1において比屈折率差Δ1aは次式(3)により定義する。
Δ1a={(n1a−n3a)/n3a}×100 ・・・(3)
比屈折率差Δ2aは前記式(1)により定義している。また第1クラッドの半径をr(ca)としている。
Further, the relative refractive index differences Δ1a and Δ2a and the radii r (aa) and r (ca) of the
In FIG. 1, the relative refractive index difference Δ1a is defined by the following equation (3).
Δ1a = {(n1a−n3a) / n3a} × 100 (3)
The relative refractive index difference Δ2a is defined by the above equation (1). The radius of the first cladding is r (ca).
図2および3は、コア領域10に関する半径の比r(ba)/r(aa)がおよぼす、光ファイバの分散特性への影響を示すグラフである。図2は、半径の比r(ba)/r(aa)をそれぞれ1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5としたときの光ファイバの波長1450nmから1650nmの範囲における分散の変化を示すグラフである。また図3は、図2における分散値の極大値から最も負に大きい分散値を引いた値(ゆえに分散幅と称する)と、半径の比r(ba)/r(aa)との関係を示すグラフである。
2 and 3 are graphs showing the influence of the radius ratio r (ba) / r (aa) on the
図2および3より、半径の比r(ba)/r(aa)が1よりも小さくなるほど、1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープがゼロから遠ざかってしまい、分散幅が大きくなってしまうので、分散フラット特性は悪くなる。半径の比r(ba)/r(aa)が0.8以上であれば、分散幅が最も小さい光ファイバである半径の比r(ba)/r(aa)=1の光ファイバの分散幅と比較して、分散幅の違いは2倍以内で済むので分散フラット特性は良好となる。ゆえにコア領域10に関する半径の比r(ba)/r(aa)を0.8以上とすることが望ましい。
2 and 3, as the radius ratio r (ba) / r (aa) is smaller than 1, the dispersion value and dispersion slope for light having wavelengths shorter and longer than 1550 nm are further away from zero, and the dispersion width Becomes larger, the dispersion flat characteristic becomes worse. If the radius ratio r (ba) / r (aa) is 0.8 or more, the dispersion width of the optical fiber having the radius ratio r (ba) / r (aa) = 1, which is the optical fiber having the smallest dispersion width. Compared with, the difference in dispersion width is less than twice, so the dispersion flat characteristic is good. Therefore, the radius ratio r (ba) / r (aa) with respect to the
半径の比r(ba)/r(aa)=0.8、および0.6である光ファイバの屈折率プロファイルをそれぞれ図4、5に示す。なお、これらの図においては、コア領域10の屈折率プロファイル形状が台形となっているが、本発明に係る光ファイバのコア領域10の屈折率プロファイル形状は必ずしも台形である必要はなく、コア領域10に関する半径の比r(ba)/r(aa)が0.8以上であればコア領域10の屈折率プロファイル形状に関係無く分散フラット特性は良好となる。
FIGS. 4 and 5 show refractive index profiles of optical fibers having radius ratios r (ba) / r (aa) = 0.8 and 0.6, respectively. In these figures, the refractive index profile shape of the
本実施形態の光ファイバは、コア領域10に関する半径の比r(ba)/r(aa)を0.8以上として、さらに光ファイバのコア領域10、第1クラッド領域11のそれぞれの比屈折率差Δ1a、Δ2aおよび半径r(aa)、r(ca)を調整することで、波長1550nmの光に対する諸特性として、20μm2以下の有効断面積Aeffと、−2ps/nm/km以上+2ps/nm/km以下の波長分散値と、6/W/km以上の非線形係数とを有している光ファイバとなっている。
コア領域10に関する半径の比r(ba)/r(aa)を0.9〜1.0とし、第1クラッド半径とコア半径の比r(ca)/r(aa)を1.8〜2.6として、いくつかの比屈折率差Δ1a、Δ2aにおける本発明の光ファイバを作製した。この時、波長1550nmの光に対する波長分散値および分散スロープはともにほぼゼロとなるようにΔ1a、Δ2aを調整した。作製した光ファイバのΔ1a、Δ2aおよびその光ファイバの波長1550nmの光に対するAeffを表1に示す。
In the optical fiber of the present embodiment, the ratio of radii r (ba) / r (aa) with respect to the
The ratio r (ba) / r (aa) of the radius related to the
表1のように、20μm2以下の有効断面積Aeffを得るために、第2クラッド領域12に対するコア領域10の比屈折率差Δ1aを1.4%以上とし、第2クラッド領域12に対する第1クラッド領域11の比屈折率差Δ2aを−0.4%以下とすることが好ましい。さらにAeffが小さく、より高い非線形性を有するとともに、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となる光ファイバとするには、光ファイバの第2クラッド領域12に対するコア領域10の比屈折率差Δ1aを1.0%以上、より好ましくは2.9%以上とし、第2クラッド領域12に対する第1クラッド領域11の比屈折率差Δ2aを−0.6%以下とするのが好ましく、−1.0%以下とすることがより好ましい。
As shown in Table 1, in order to obtain an effective area A eff of 20 μm 2 or less, the relative refractive index difference Δ1a of the
図6は、本発明による光ファイバの第2実施形態の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。この光ファイバはSiO2(石英ガラス)を主成分としており、光ファイバの中心軸を含むコア領域20とコア領域20の外周に設けられた第1クラッド領域21と、第1クラッド領域21の外周に設けられた第2クラッド領域22と、第2クラッド領域22の外周に設けられた第3クラッド領域23と、第3クラッド領域23の外周に設けられた第4クラッド24とから構成されている。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a refractive index profile of the second embodiment of the optical fiber according to the present invention. This optical fiber has SiO 2 (quartz glass) as a main component, the
コア領域20は屈折率の最大値がn1bとなるように形成され、第1クラッド領域21は屈折率の最小値がn2bとなるように形成され、第2クラッド領域22は屈折率がn3bとなるように形成され、第3クラッド領域23は屈折率がn4bとなるように形成され、第4クラッド領域24は屈折率がn5bとなるように形成されている。これら各領域の屈折率は、n1b≧n3b>n5b≧n4b>n2bのようになっている。そしてコア領域20の中心からコア領域20のうち第3クラッド領域23の屈折率n4bと同じ屈折率を有する位置までの半径をr(ab)とし、コア領域20の中心からコア領域20のうち(n1b+n4b)/2と同じ値となる屈折率を有する位置までの半径をr(bb)とした時、コア領域に関する半径の比r(bb)/r(ab)が0.8以上となるようにしてある。
The
このように光ファイバのコア領域20、第1クラッド領域21、第2クラッド領域22、第3クラッド領域23、第4クラッド領域24の屈折率(それぞれn1b、n2b、n3b、n4b、n5b)をn1b≧n3b>n5b≧n4b>n2bのようなW+サイドコア型構造とすると、高い非線形性を有する光ファイバが得られると共に、信号光波長1550nmでの分散スロープがゼロに近い値が得らやすくなり、さらにコア領域20に関する半径の比r(bb)/r(ab)を0.8以上とすることで、1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープについてもゼロに近づけることが可能となる。
Thus, the refractive indexes (n1b, n2b, n3b, n4b, n5b, respectively) of the
また、光ファイバのコア領域20、第1クラッド領域21、第2クラッド領域22、第4クラッド領域24の第3クラッド領域23に対する比屈折率差Δ1b、Δ2b、Δ3b、Δ4bおよび半径r(ab)、r(cb)、r(db)、r(eb)を調整し、波長1550nmの光に対する諸特性として、20μm2以下の有効断面積Aeffと、−2ps/nm/km以上+2ps/nm/km以下の波長分散値と、6/W/km以上の非線形係数と、波長1550nmの光に対する波長分散値と1550nmから100nm離れた波長の光に対する波長分散値との差の絶対値が2ps/nm/km以下である波長分散特性とを有する構成とすることで、非常に良好な分散フラット特性を有してかつ十分な非線形性を有する光ファイバを提供できる。
なお、図6において比屈折率差Δ1b、Δ3b、Δ4bは、次式(4)、(5)、(6)により定義する。
Δ1b={(n1b−n4b)/n4b}×100 ・・・(4)
Δ3b={(n3b−n4b)/n4b}×100 ・・・(5)
Δ4b={(n5b−n4b)/n4b}×100 ・・・(6)
比屈折率差Δ2bは前記式(2)により定義している。また第1クラッドの半径をr(cb)、第2クラッド領域の半径をr(db)、第3クラッドの半径をr(eb)としている。
Further, the relative refractive index differences Δ1b, Δ2b, Δ3b, Δ4b and the radius r (ab) of the
In FIG. 6, the relative refractive index differences Δ1b, Δ3b, Δ4b are defined by the following equations (4), (5), (6).
Δ1b = {(n1b−n4b) / n4b} × 100 (4)
Δ3b = {(n3b−n4b) / n4b} × 100 (5)
Δ4b = {(n5b−n4b) / n4b} × 100 (6)
The relative refractive index difference Δ2b is defined by the equation (2). The radius of the first cladding is r (cb), the radius of the second cladding region is r (db), and the radius of the third cladding is r (eb).
図7および8は、コア領域12に関する半径の比r(ba)/r(aa)がおよぼす、光ファイバの分散特性への影響を示すグラフである。図7は、半径の比r(ba)/r(aa)をそれぞれ1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5としたときの光ファイバの波長1450nmから1650nmの範囲における分散の変化を示すグラフである。また図8は、図7における分散値の極大値から最も負に大きい分散値を引いた値(ゆえに分散幅と称する)と、半径の比r(ba)/r(aa)との関係を示すグラフである。
7 and 8 are graphs showing the influence of the radius ratio r (ba) / r (aa) on the
図7および8より、半径の比r(bb)/r(ab)が1よりも小さくなるほど、1550nmよりも短波長および長波長の光に対する分散値および分散スロープがゼロから遠ざかってしまい、分散幅が大きくなってしまうので、分散フラット特性は悪くなる。半径の比r(bb)/r(ab)が0.8以上であれば、分散幅が最も小さい光ファイバである半径の比r(bb)/r(ab)=1の光ファイバの分散幅と比較して、分散幅の違いは2倍以内で済むので分散フラット特性は良好となる。ゆえにコア領域に関する半径の比r(bb)/r(ab)を0.8以上とすることが望ましい。 7 and 8, as the radius ratio r (bb) / r (ab) is smaller than 1, the dispersion value and dispersion slope for light having a wavelength shorter and longer than 1550 nm move away from zero, and the dispersion width Becomes larger, the dispersion flat characteristic becomes worse. If the radius ratio r (bb) / r (ab) is 0.8 or more, the dispersion width of the optical fiber having the radius ratio r (bb) / r (ab) = 1, which is the optical fiber having the smallest dispersion width. Compared with, the difference in dispersion width is less than twice, so the dispersion flat characteristic is good. Therefore, it is desirable that the radius ratio r (bb) / r (ab) regarding the core region is 0.8 or more.
半径の比r(bb)/r(ab)=0.8、および0.6である光ファイバの屈折率プロファイルをそれぞれ図9,10に示す。なお、これらの図においては、コア領域20の屈折率プロファイル形状が台形となっているが、本発明に係る光ファイバのコア領域20の屈折率プロファイル形状は必ずしも台形である必要はなく、コア領域20に関する半径の比r(ba)/r(aa)が0.8以上であればコア領域20の屈折率プロファイル形状に関係無く分散フラット特性は良好となる。
Refractive index profiles of optical fibers having radius ratios r (bb) / r (ab) = 0.8 and 0.6 are shown in FIGS. In these figures, the refractive index profile shape of the
本実施形態の光ファイバは、コア領域20に関する半径の比r(bb)/r(ab)を0.8以上として、さらに光ファイバのコア領域20、第1クラッド領域21、第2クラッド領域22、第4クラッド領域24のそれぞれの比屈折率差Δ1b、Δ2b、Δ3b、Δ4bおよび半径の比r(ab)、r(cb)、r(db)、r(eb)を調整することで、波長1550nmの光に対する諸特性として、20μm2以下の有効断面積Aeffと、−2ps/nm/km以上+2ps/nm/km以下の波長分散値と、6/W/km以上の非線形係数と、波長1550nmの光に対する波長分散値と1550nmから100nm離れた波長の光に対する波長分散値との差の絶対値が2ps/nm/km以下である波長分散特性を有している光ファイバとなっている。
コア領域20に関する半径の比r(bb)/r(ab)を0.9〜1.0とし、第1クラッド半径とコア半径の比r(cb)/r(ab)を1.8〜2.6とし、第2クラッド半径とコア半径の比r(db)/r(ab)を2.6〜3.4とし、第3クラッド半径とコア半径の比r(eb)/r(ab)を4.0以上とし、比屈折率差Δ4bをおよそ0.05%として、いくつかの比屈折率差Δ1b、Δ2b、Δ3bにおける本発明の光ファイバを作製した。この時、波長1550nmの光に対する波長分散値および分散スロープはともにほぼゼロとなるようにΔ1b、Δ2b、Δ3bを調整した。作製した光ファイバのΔ1b、Δ2b、Δ3bおよびその光ファイバの波長1550nmの光に対するAeffを表2に示す。
In the optical fiber of the present embodiment, the radius ratio r (bb) / r (ab) with respect to the
The ratio r (bb) / r (ab) of the radius with respect to the
表2のように、20μm2以下の有効断面積Aeffを得るために、本実施形態の光ファイバにおいて、前記の構成に加え、前記第3クラッド領域23に対するコア領域20の比屈折率差Δ1bを1.2%以上とし、前記第3クラッド領域23に対する第1クラッド領域21の比屈折率差Δ2bを−0.35%以下とし、前記第3クラッド領域23に対する第2クラッド領域22の比屈折率差Δ3bを0.2%以上とし、前記第3クラッド領域23に対する第4クラッド領域24の比屈折率差Δ4bを0.05%以上とすることが好ましい。
さらにAeffが小さく、より高い非線形性を有するとともに、信号光波長1550nmにおける分散値と分散スロープがゼロに近い値となる光ファイバとするには、光ファイバの前記第3クラッド領域23に対するコア領域20の比屈折率差Δ1bを1.5%以上、さらに好ましくは3.0%以上とし、前記第3クラッド領域23に対する第1クラッド領域21の比屈折率差Δ2bを−0.5%以下、さらに好ましくは−0.8%以下とし、前記第3クラッド領域23に対する第2クラッド領域22の比屈折率差Δ3bを0.3%以上、さらに好ましくは0.7%以上とし、前記第3クラッド領域23に対する第4クラッド領域24の比屈折率差Δ4bを0.05%以上とすることが好ましい。
As shown in Table 2, in order to obtain an effective area A eff of 20 μm 2 or less, in the optical fiber of the present embodiment, in addition to the above configuration, the relative refractive index difference Δ1b of the
Further, in order to make an optical fiber having a small A eff and higher nonlinearity, and having a dispersion value and a dispersion slope at a signal light wavelength of 1550 nm close to zero, a core region for the
次に本発明の光ファイバの分散フラット特性について詳細に説明する。
表3に示す分散フラット特性の異なる光ファイバを作製した。いずれの光ファイバも屈折率プロファイルは図6に示す第2実施形態のW+サイドコア型である。いずれのファイバもr(bb)/r(ab)はほぼ0.9である。表3の波長1450nmから1650nmにおける分散幅とは、先に記したとおりこの波長範囲における分散値の極大値からもっとも負に大きい分散値を引いた値であり、これを分散フラット特性の指標としている。表3の光ファイバのうちA2,A3,A5,A7,A8ファイバについて、波長1450nmから1650nmにおける分散特性をプロットしたものを図11に示す。
Next, the dispersion flat characteristic of the optical fiber of the present invention will be described in detail.
Optical fibers having different dispersion flat characteristics shown in Table 3 were produced. The refractive index profile of any optical fiber is the W + side core type of the second embodiment shown in FIG. For both fibers, r (bb) / r (ab) is approximately 0.9. The dispersion width in the wavelength range from 1450 nm to 1650 nm in Table 3 is a value obtained by subtracting the most negative dispersion value from the maximum dispersion value in this wavelength range as described above, and this is used as an index of dispersion flat characteristics. . FIG. 11 shows a plot of dispersion characteristics at wavelengths from 1450 nm to 1650 nm for the A2, A3, A5, A7, and A8 fibers among the optical fibers in Table 3.
表3および図11から示されるように、光ファイバA3,A4,A5,A6,A7は波長1550nmの光に対する特性として−0.01ps/nm2/km以上+0.01ps/nm2/km以下の波長分散スロープをさらに有して、かつ波長分散スロープがゼロとなるような光の波長が、波長1450nmから1650nmの範囲内に少なくとも1つあるような分散特性を有しているので、分散幅が2ps/nm/km以下となり、良好な分散フラット特性を有している。 As shown in Table 3 and FIG. 11, the optical fibers A3, A4, A5, A6, and A7 have a characteristic with respect to light having a wavelength of 1550 nm of −0.01 ps / nm 2 / km or more and 0.01 ps / nm 2 / km or less. It has a dispersion characteristic such that the wavelength of light further having a wavelength dispersion slope and having a wavelength dispersion slope of zero is at least one in the wavelength range of 1450 nm to 1650 nm. It becomes 2 ps / nm / km or less and has a good dispersion flat characteristic.
ゆえに光ファイバの屈折率プロファイルを本発明の第2実施形態とするとともに、波長1550nmの光に対する特性として−0.01ps/nm2/km以上+0.01ps/nm2/km以下の波長分散スロープをさらに有して、かつ波長分散スロープがゼロとなるような光の波長が、波長1450nmから1650nmの範囲に少なくとも1つあるような分散特性を有している本発明の光ファイバは、分散フラット特性が良好である。また本発明の第2実施形態のみならず、第1実施形態であるW型屈折率プロファイルを有する光ファイバでも同様である。 Therefore, the refractive index profile of the optical fiber is set as the second embodiment of the present invention, and the wavelength dispersion slope of −0.01 ps / nm 2 / km or more and +0.01 ps / nm 2 / km or less is used as the characteristic for light having a wavelength of 1550 nm. In addition, the optical fiber of the present invention having a dispersion characteristic such that at least one wavelength of light having a chromatic dispersion slope of zero is in the wavelength range of 1450 nm to 1650 nm has a dispersion flat characteristic. Is good. The same applies to not only the second embodiment of the present invention but also the optical fiber having the W-type refractive index profile according to the first embodiment.
このようにr(ba)/r(aa)が0.8以上であるようなコア領域を供える光ファイバでかつ、それぞれの特徴を備えることで、十分な非線形性および非常に良好な分散フラット特性を有する光ファイバとなっており、それを用いることで光増幅器、波長変換器、スーパーコンティニウム光発生装置等を良好な特性を有させることが可能となる。 As described above, an optical fiber having a core region in which r (ba) / r (aa) is 0.8 or more, and having each characteristic, sufficient nonlinearity and very good dispersion flat characteristics. By using this optical fiber, it becomes possible to make optical amplifiers, wavelength converters, supercontinuum light generators, and the like have good characteristics.
10,20…コア領域、11,21…第1クラッド領域、12,22…第2クラッド領域、23…第3クラッド領域、24…第4クラッド領域。
DESCRIPTION OF
Claims (19)
これら各領域の屈折率は、n1a>n3a>n2aであり、
コア領域の中心からコア領域のうち屈折率n3aと同じ屈折率を有する位置までの半径をr(aa)とし、コア領域の中心からコア領域のうち(n1a+n3a)/2と同じ値となる屈折率を有する位置までの半径をr(ba)としたときに、r(ba)/r(aa)が0.8以上であるようなコア領域を有する光ファイバであって、
波長1550nmの光に対する諸特性として、
20μm2以下の有効断面積Aeffと、
−2ps/nm/km以上+2ps/nm/km以下の波長分散値と、
6/W/km以上の非線形係数とを有すること、
かつ波長分散特性として、波長1550nmの光に対する波長分散値と、1550nmから100nm離れた波長の光に対する波長分散値との差の絶対値が2ps/nm/km以下であることを特徴とする高非線形性光ファイバ。 A core region having a refractive index nla; a first cladding region provided on the outer periphery of the core region and having a refractive index n2a; and a second cladding region provided on the outer periphery of the first cladding region and having a refractive index n3a Having at least
The refractive index of each of these regions is n1a>n3a> n2a,
The radius from the center of the core region to the position having the same refractive index as the refractive index n3a in the core region is r (aa), and the refractive index is the same value as (n1a + n3a) / 2 in the core region from the center of the core region. An optical fiber having a core region where r (ba) / r (aa) is 0.8 or more, where r (ba) is a radius to a position having
As characteristics for light with a wavelength of 1550 nm,
An effective area A eff of 20 μm 2 or less,
A chromatic dispersion value of −2 ps / nm / km to +2 ps / nm / km,
Having a nonlinear coefficient of 6 / W / km or more,
In addition, as a wavelength dispersion characteristic, a high nonlinearity characterized in that an absolute value of a difference between a wavelength dispersion value for light having a wavelength of 1550 nm and a wavelength dispersion value for light having a wavelength 100 nm away from 1550 nm is 2 ps / nm / km or less Optical fiber.
これら各領域の屈折率は、n1b≧n3b>n5b≧n4b>n2bであり、
コア領域の中心からコア領域のうち屈折率n4bと同じ屈折率を有する位置をr(ab)とし、コア領域の中心からコア領域のうち(n1b+n4b)/2と同じ値となる屈折率を有する位置をr(bb)としたときに、r(bb)/r(ab)が0.8以上であるようなコア領域を有する光ファイバであって、
波長1550nmの光に対する諸特性として、
20μm2以下の有効断面積Aeffと、
−2ps/nm/km以上+2ps/nm/km以下の波長分散値と、
6/W/km以上の非線形係数とを有すること、
かつ波長分散特性として、波長1550nmの光に対する波長分散値と、1550nmから100nm離れた波長の光に対する波長分散値との差の絶対値が2ps/nm/km以下であることを特徴とする高非線形性光ファイバ。 A core region having a refractive index n1b, a first cladding region having a refractive index n2b provided on the outer periphery of the core region, and a second cladding region having a refractive index n3b provided on the outer periphery of the first cladding region. A third cladding region provided on the outer periphery of the second cladding region and having a refractive index n4b; and a fourth cladding region provided on the outer periphery of the third cladding region and having a refractive index n5b. ,
The refractive index of each of these regions is n1b ≧ n3b> n5b ≧ n4b> n2b,
A position having the same refractive index as the refractive index n4b from the center of the core region is defined as r (ab), and a position having a refractive index equal to (n1b + n4b) / 2 from the center of the core region to the core region. R (bb) is an optical fiber having a core region where r (bb) / r (ab) is 0.8 or more,
As characteristics for light with a wavelength of 1550 nm,
An effective area A eff of 20 μm 2 or less,
A chromatic dispersion value of −2 ps / nm / km to +2 ps / nm / km,
Having a nonlinear coefficient of 6 / W / km or more,
In addition, as a wavelength dispersion characteristic, a high nonlinearity characterized in that an absolute value of a difference between a wavelength dispersion value for light having a wavelength of 1550 nm and a wavelength dispersion value for light having a wavelength 100 nm away from 1550 nm is 2 ps / nm / km or less Optical fiber.
An optical pulse compression device using the highly nonlinear optical fiber according to any one of claims 1 to 13, wherein a nonlinear optical phenomenon expressed by inputting light of a predetermined wavelength into the highly nonlinear optical fiber. An optical pulse compression device characterized by being used.
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