JP2005512147A - 分散および分散傾斜補償光ファイバとこれを用いた光伝送システム - Google Patents

Abstract

分散および分散傾斜補償光ファイバ（１０）はセグメント化されたコア（１２，１４，１６，１８）とクラッド層（２０）とを含み、屈折率プロファイルは１５５０ｎｍ乃至１６１０ｎｍの波長帯域において７ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の最大偏差を有する分散を提供するように選択されている。本発明の更なる実施例において、分散補償光ファイバは、正の相対屈折率を有する中央コアセグメントと、該中央コアセグメントの外縁に配されかつ−１．２％よりも負である相対屈折率を有するディプレストモートセグメントと、該ディプレストモートセグメントの外側に配されかつ１．２％よりも大なる相対屈折率を有する環状のリングセグメントと、を有する屈折率プロファイルを有するように形成されている。

Description

本出願は、２００１年１２月１１日に出願された米国特許出願第１０／０１５，１２８号の利益および優先権を主張する。

発明の属する分野

本発明は、伝送システムにおいて使用される分散補償ファイバに関し、より詳細には、非ゼロ分散シフトファイバの分散及び分散傾斜を補償する光ファイバに関する。

より高いビット伝送レートに対して増加された要求は、分散の影響を制御できる光伝送システムに対する要求を大きくしている。一般的な光伝送システムの線形分析は、伝送システムが１０Ｇｂｉｔ／秒で略１０００ｐｓ／ｎｍの残留分散を許容できるものの、かかるシステムが４０Ｇｂｉｔ／秒のより高い伝送率において略６２ｐｓ／ｎｍの残留分散のみを許容する、ということを示している。したがって、高いビットレート伝送システムに対して分散を正確に制御することが重要であり、転送レートが増加するに従ってかかる制御がますます重要になるということは、明らかである。更に、伝送ファイバの分散傾斜が４０Ｇｂｉｔ／秒に近い伝送レートに対しても補償されなければならないということを、上記の如き分散を正確に制御する必要性が表している。

非ゼロ分散シフトファイバを補償するように要求された低い分散及び分散傾斜値を達成するための様々な解決方法が提案されており、フォトニック結晶ファイバ、高次モード分散補償、分散補償格子および２重ファイバ分散補償技術が含まれている。かかる解決方法は、それぞれこれに伴って関連する重大な欠点を有する。

フォトニック結晶ファイバは、非ゼロ分散シフトファイバを補償するように要求されたものに近い大なる負の分散及び負の分散傾斜を有するように設計されている。しかし、フォトニック結晶ファイバは、略１０μｍ²以下の相対的に小なる有効面積を含むという重大な欠点を有し、該有効面積は許容できない高い接続損失を導き、これに伴って接続損失を削減するための移行またはブリッジファイバの使用が要求される。加えて、フォトニック結晶ファイバのまさしくその特性、すなわち該ファイバのコアにおけるガラス／空気界面に起因して、関連した減衰は関心のある伝送窓において許容できない。更に、フォトニック結晶ファイバは、大きいスケールで製造することが非常に困難であり、その結果、高価である。

高次分散モード補償は、ファイバにおける高次モードの分散特性に依存する。高次モード（例えばＬＰ₀₂及びＬＰ₁₁）は、基本モードに比べてより高い負の分散及び分散傾斜を有することが示されている。高次モード分散補償は、モード変換装置を経て、伝送された基本モードを高次モードのうちの１つに転換することに概して依存している。その後、かかる高次モードはファイバ中を伝播される。有限の距離の後、高次モードは、第２のモード変換装置を経て基本モードへと逆変換される。高次モード分散補償の解決方法に関する課題は、モード変換装置が非効率であることならびに基本モードへの接続に抵抗しつつ高次モード伝送を許容する中間ファイバを製造することが困難であることを含む。

分散補償格子は、チャープグレーティングを経て要求された差分群遅延を得るために利用される。分散補償格子を利用している技術は、狭帯域に対してのみ有用であることが示されており、かかる技術は要求された格子の長さが大になるにつれて概して分散および分散傾斜リプルに悩まされる。

非ゼロ分散シフトファイバに対する２重ファイバ分散補償ファイバの解決方法は、分散補償及び傾斜補償が別々に処理されるということについて、上述した分散補償格子技術と同様である。一般的に、２重ファイバ分散補償技術は分散傾斜補償ファイバに続いて分散補償ファイバを使用することが含まれる。かかる解決方法は、相対的に小なる分散傾斜を補償する分散傾斜補償ファイバの使用を必要とする。光ファイバの広範囲なプロファイルモデリングは、分散傾斜、有効面積および曲げ感度の間の明確に確立された相互関係を結果的に有する。所定のファイバにおける波長分散によって与えられた役割が増加することによって、傾斜を減少させることが可能であり、場合によっては負の傾斜を形成することもできる。しかし、有効面積が減少するにつれて、ファイバの曲げ感度が増加する。曲げ感度の更なる劣化を犠牲にして、該ファイバの有効面積を増加させることができる。分散傾斜を減少させること若しくは負の分散傾斜の形成することは、基本モードのカットオフ波長の非常に近くで動作させる結果となり、その結果、より大なる曲げ損失が該ファイバに提供されて、長波長、すなわち１５６０ｎｍよりも大なる波長においてより大なる信号損失が発生する。かかる関係によれば、分散および分散傾斜の両方を補償する実行可能な補償ファイバを製造することは、極めてむずかしい。

これまで、分散を削減する若しくは除去するために利用される最も実行可能な広い帯域の商業的技術は、分散補償ファイバモジュールである。高密度の波長分割多重の展開が１６、３２、４０及びより多くのチャンネル数へと増加させるにつれ、広い帯域分散補償部品が望まれている。現在の通信システムは単一モード光ファイバを含む。当該ファイバは、効果的であり信頼性のある一般的に利用可能なエルビウムドープファイバ増幅器が使用できるように、１５５０ｎｍ辺りの波長において、信号の伝送が可能となるように設計されている。

より高いビットレート情報転送（すなわち４０Ｇｂｉｔ／秒以上）、超長距離伝送システム（すなわち長さが１００ｋｍよりも長いシステム）および光ネットワーク化に対する関心が継続していることにより、非ゼロ分散シフトファイバでデータを送信するネットワークにおいて分散補償ファイバを用いることが避けられなくなってきている。当該ファイバの１つとして、ＬＥＡＦ（商標）光ファイバ（コーニング社（ニューヨーク州コーニング）によって製造されかつ入手可能である）がある。ＬＥＡＦ（商標）ファイバは、正の非ゼロ分散シフトファイバであり、本質的に低い分散でありかつ従来の単一モードファイバを上回る経済的な利点により数多くの新しいシステムに対して選択されている光ファイバである。ＬＥＡＦ（商標）ファイバに対する分散曲線は、Ｃ及びＬ波長帯域に亘る波長の関数としてほぼ線形であり、１５０１ｎｍ近辺のゼロ分散波長を有する。従来の分散補償ファイバの分散曲線が線形に近いもののみである故、分散関係の線形性が広い帯域の分散補償を困難にしている。特に、ＬＥＡＦ（商標）ファイバを補償するようにこれまで使用された従来の分散補償ファイバのプロファイル群は、それぞれこれらの使用帯域幅を制限する波長を関数とした重大な分散ひずみにむしろ悩まされる。

非ゼロ分散シフトファイバと分散補償ファイバとの初期の段階における組合せは、１つの波長においてのみ分散を効果的に補償していた。しかし、より高いビットレート、より長い到達距離およびより広い帯域幅は、波長の幅広い範囲に亘ってより正確に補償されるための分散傾斜を必要としている。その結果、広い波長範囲に亘って補償するように要求されている伝送ファイバの分散および分散傾斜に適合する分散および分散傾斜などの分散特性を有する分散補償ファイバが望まれている。上述した特性に適合する分散および分散傾斜は、複合の分散補償ファイバシステムも示している。

従って、現在使用されている多くの解決方法と同じように帯域の中心に近い波長のみではなく、動作波長帯域の全体に亘って分散を補償する必要があることが理解できる。故に、広い波長帯域に亘って他の正の分散光ファイバおよび非ゼロ分散シフトファイバの分散および分散傾斜を補償する能力を有する代替の分散補償ファイバ及び伝送システムを開発することが望まれている。

本発明は、非ゼロ分散シフトファイバ（ＮＺＤＳＦ）の分散及び分散傾斜を補償する分散補償ファイバに関する。本明細書において開示されている方法および装置は、広い波長帯域に亘ってＮＺＤＳＦにおける分散および分散傾斜を正確にかつ実質的に完全に補償することができる。

本発明のある実施例は分散及び分散傾斜補償光ファイバであり、該光ファイバはセグメント化されたコアと該コアの外縁に配されているクラッド層とを含み、該ファイバの屈折率プロファイルは略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で７ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の最大偏差であり、好ましくは略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内において５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の最大偏差を有する分散を提供するように選択されている。該ＤＣファイバは、略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内において０．０１ｄＢ／ｋｍ以下の基本モード曲げ損失を有することが好ましい。さらに好ましくは、本発明によるＤＣファイバは、１５８０ｎｍにおいて１７μｍ²以上の有効面積を有する。本発明によるＤＣファイバは、１５５０ｎｍにおいて−５０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも負であり、好ましくは−７５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも負であり、より好ましくは−１２０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも負である全分散を有することが好ましい。本発明によるＤＣファイバは、１５８０ｎｍにおいて−２ｐｓ／ｎｍ²−ｋｍよりも負の全分散傾斜を有することが好ましい。

第１の好ましい実施例において、分散補償ファイバのセグメント化されたコアは、相対屈折率を有する中央コアセグメントと、前記中央コアセグメントの外縁に配されかつ該コアセグメントの前記相対屈折率よりも小なる相対屈折率と外側半径とを有するディプレストモートセグメントと、を含む。該セグメント化されたコアは、前記ディプレストモートセグメントの外縁に配されかつ前記中央コアセグメントの前記相対屈折率よりも小であり前記ディプレストモートセグメントの前記相対屈折率よりも大である相対屈折率と外側半径とを有する中間セグメントも含む。該セグメント化されたコアは該モートの外側に配されており前記中間セグメントの外縁に配されている前記中間セグメントの前記相対屈折率よりも大である相対屈折率と幅とを有する環状のリングセグメントも含む。

第２の好ましい実施例において、分散補償ファイバのセグメント化されたコアは、相対屈折率を有する中央コアセグメントと、前記中央コアセグメントの外縁に配されかつ前記中央コアセグメントの前記相対屈折率よりも小なる相対屈折率と外側半径とを有するディプレストモートセグメントと、を含む。該セグメント化されたコアは、前記ディプレストモートセグメントの外縁に配されかつ前記中央コアセグメントの前記相対屈折率よりも小であり前記ディプレストモートセグメントの前記相対屈折率よりも大である相対屈折率と外側半径とを有する第１中間セグメントと、前記第１中間セグメントの外縁に配されかつ前記第１中間セグメントの前記相対屈折率よりも大であり前記中央コアセグメントの前記相対屈折率よりも小である相対屈折率と幅とを有する環状のリングセグメントと、をさらに含む。該セグメント化されたコアは、前記リングセグメントの外縁に配されかつ前記中央コアセグメントの前記相対屈折率よりも小であり前記モートセグメントの前記相対屈折率よりも大である相対屈折率と外側半径とを有する第２中間セグメントと、前記第２中間セグメントの外縁に配されかつ前記第２中間セグメントの前記相対屈折率よりも小であり前記ディプレストモートセグメントの前記相対屈折率よりも大である相対屈折率と外側半径とを有するガターセグメントと、をさらに含む。セグメント化されたコアは、さらに前記ガターセグメントの外縁に配されかつ前記モートセグメントの前記相対屈折率よりも大でありかつ前記第２の中間セグメントの前記相対屈折率よりも小である相対屈折率を有する外側クラッド層と、を更に含む。

更なる実施例によれば、分散補償光ファイバは、正の相対屈折率を有する中央コアセグメントと、該中央コアセグメントの外縁に配されかつ−１．２％よりも負である相対屈折率を有するディプレストモートセグメントと、該ディプレストモートセグメントの外側に配されかつ１．２％よりも大なる相対屈折率を有する環状のリングセグメントと、を有する屈折率プロファイルを有するように形成されている。

本発明は、上述のごとき形態のモジュールと分散補償ファイバとを用いる光通信システムも含む。

本発明の更なる特徴および効果は、以下の詳細な説明に記載されており、当該記載から当業者にとって明白になり若しくは特許請求の範囲及び添付図面と共に以下の詳細な説明に記載の如く本発明を実施することによって理解される。

上述の説明は、単に本発明の典型例でありかつ特許請求の範囲において定義される本発明の特徴及び特性が理解できるように概略を提供するように企図されたものであるということを理解されたい。添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するように含まれかつ組み込まれており、本明細書の一部を構成している。図面は、本発明のさまざまな特徴および実施例を示しており、これらの説明と共に、本発明の原理及び動作の説明を提供する。

本発明が、特に正反対に指定された場合を除いて、様々な代替のオリエンテーションおよびステップ・シーケンスを含むことができる、ということを理解されたい。さらに、添付の図面において示されかつ以下の説明に記載されている特定の装置および方法が特許請求の範囲において定義された発明の概念の典型的な実施例であるということを理解されたい。それ故に、本明細書において開示された実施例に関する特定の寸法および他の物理的な特性は、特許請求の範囲において特に記載されている場合を除いて、制限されない。
定義
以下の定義および用語は、従来技術において一般的に使用されたものである。

コアセグメントの半径は、当該セグメントを形成する材料の屈折率に関して定義される。特定のセグメントは、最初と最後の屈折率点を有する。中央セグメントは、当該セグメントの最初の点が中心線上にある故、ゼロの内側半径を有する。中央セグメントの外側半径は、導波路中心線から中央セグメントの屈折率の最後の点まで線引きされる半径である。中心線から離れている最初の点を有するセグメントに対して、導波路中心線から当該最初の屈折率点の場所までの半径が、当該セグメントの内側半径である。同様に、導波路中心線から当該セグメントの最後の屈折率点の位置までの半径が、当該セグメントの外側半径である。

セグメントの半径は、数多くの方法で便利に定義することができる。本出願において、半径は図に従って定義され、以下において詳述される。

セグメントの半径と屈折率の定義は、屈折率プロファイルを記載するように使用されるものの、本発明を限定するものではない。

有効面積が、次の式で一般的に定義されている。

上記式において、積分限界はゼロから∞であり、Ｅは伝播された光に関する電界である。

セグメントの相対屈折率（Δ％）が、本明細書において使用されており、次の式によって定義されている。

上記式において、ｎ_iがｉとして示されるインデックスプロファイルセグメントの最大屈折率であり、ｎ_c（参照屈折率）がクラッド層の屈折率である。セグメントにおけるあらゆる点は、関連した相対屈折率を有する。最大相対屈折率は、全体的な形状が判っているセグメントを便利に特徴づけるために使用される。

相対屈折率プロファイル若しくはインデックスプロファイルという用語は、Δ％若しくは屈折率とコアの選択されたセグメントにおける半径との間の関係に用いられている。

導波ファイバの曲げ抵抗は、規定された試験条件の下で誘発された減衰として表されている。本明細書において、曲げ損失は、直径１０．１６ｃｍ（４インチ）のハブ（hub）の周囲に本発明の補償ファイバを巻き付けることによって、測定された。

伝送ファイバと該伝送ファイバの所定の波長における分散を実質的に完全に補償する分散補償ファイバとの間の関係は、次の一般的な式に従う。

上記式において、Ｄ_DC（λ）は分散補償ファイバの所定の波長における分散であり、Ｌ_DCは分散補償ファイバの長さであり、Ｄ_T（λ）は伝送ファイバの所定の波長における分散であり、λは光伝送帯域における所定の波長であり、Ｌ_Tは伝送ファイバ（例えばＮＺＤＳＦ）の長さである。上記したことから、広い波長帯域に亘る補償に対して、上記式が関心のある波長帯域に亘って実質的に正しく維持されなければならないということを理解されたい。

伝送ラインにおける光ファイバのκの望ましい関係は、次の式の通りである。

上記式において、κ_DC（λ）は分散補償ファイバのκ値であり、Ｄ_DCは分散補償ファイバの分散であり、Ｓ_DCは分散補償ファイバの分散傾斜であり、κ_T（λ）は伝送ファイバのκ値であり、Ｄ_Tは伝送ファイバの分散であり、Ｓ_Tは伝送ファイバの分散傾斜である。

本明細書に記載されかつ開示されている分散補償（ＤＣ）光ファイバは、図１に示す如く、一般的なセグメント化された構造を有する。各セグメントは、相対屈折率Δ_i％及び半径ｒ_iを有する屈折率プロファイルによって記載されている。Δ及びｒの下付き文字のｉは、特定のセグメントを参照している。かかるセグメントは、ファイバの縦軸中央線を含む最も内側のセグメントから始まって、ｒ₁からｒ_cの番号が付されている。屈折率（ｎ_c）を有するクラッド層は、ＤＣファイバを囲繞している。図１に示されている例において、ＤＣファイバ１０は、外側半径ｒ₁を有する中央コアセグメント１２と、該中央コアセグメントを囲繞しかつ外側半径ｒ₂を有するディプレスト（depressed）モートセグメント１４と、外側半径ｒ₃を有する中間セグメント１６と、該モートセグメントおよび該中間セグメントから外側に離れており外側半径ｒ₄を有する環状のリングセグメント１８と、外側半径ｒ_cを有するクラッド層２０と、を有する。図１におけるＤＣファイバ１０の図示された半径大きさは、明瞭にするように誇張されたものであり、すなわち計測するために記載されたものではない。

同一の一般的な屈折率プロファイルが達成される限り、屈折率を上昇させるドーパントを用いる他の形態が、本明細書において開示されたＤＣファイバを達成するように使用できるものの、中央コアおよび環状のリングセグメント１２および１８は、ゲルマニウムが添加されたＳｉＯ₂を用いて形成されることが好ましい。同様に、ディプレストモートセグメント１４は、フッ素が添加されたＳｉＯ₂を用いて形成されることが好ましいものの、他の屈折率を減少させるドーパントがフッ素に加えて（例えばＢ₂Ｏ₃）使用されても良い。関連するＤＣファイバの屈折率プロファイル中のΔ群間の関係が維持される限り、クラッド層２０は屈折率を増減させるドーパントを含むことができるものの、クラッド層２０は実質的に純シリカによって形成されることが好ましい。さらに、正の相対屈折率を示しているＤＣファイバ１０のプロファイルの中のセグメント群は、共同ドーパントとしてフッ素をその中に含むこととしても良い。その結果、関連するファイバセグメントにおける最終的な水含有量が減少する。

ＤＣファイバ１０の第１実施例の相対屈折率プロファイルが、（クラッドに対して比較された）相対屈折率をＤＣファイバの半径に対してグラフ化して示されている図２に示されている。図２は、４つの分離したセグメントのみを示しているものの、４よりも多い若しくは少ないセグメントを有する分散補償（ＤＣ）ファイバを形成することによって、機能的な要求を満たすことができることは理解されたい。しかし、少数のセグメントを有する実施例は、通常製造するのがより簡単であり、故に好ましい。更に、ＤＣファイバ１０は、気相軸付け法（ＶＡＤ）、内付け法（ＭＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＣＶＤ）および外付け法（ＯＶＤ）を含む様々な方法を経て形成することができるものの、これらに限定されない。

本発明のＤＣファイバ１０の中央コアセグメント１２は、１．１％より大であり、好ましくは略１．１％乃至略１．７％の範囲にあり、より好ましくは略１．２６％乃至略１．５４％の範囲にあり、最も好ましくは略１．３３％乃至略１．４７％の範囲にある最大中央コアセグメント相対屈折率２０（Δ₁）を有する。中央コアセグメント１２は、略１．７μｍ乃至略２．７μｍの範囲にあり、より好ましくは略１．９８μｍ乃至略２．４２μｍの範囲にあり、最も好ましくは略２．０９μｍ乃至略２．３１μｍの範囲にある、外側半径３０（ｒ₁）も有する。半径３０（ｒ₁）は、クラッド層２０のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸１９と中央コアセグメント１２のプロファイルとの交差部として定義される。

ＤＣファイバ１０のディプレストモートセグメント１４は、コアセグメント１２の外縁に配されており、かつ略−０．６％乃至略−０．９％の範囲にあり、より好ましくは略−１．４３％乃至略−１．００％の範囲にあり、最も好ましくは略−１．３７％乃至略−１．２３％の範囲にある最小モート相対屈折率２２（Δ₂）を有する。本発明の更なる実施例は、−１．２％よりも負の最小モート（その最深位置における）相対屈折率２２（Δ₂）を有する。モートセグメント１４は、略３．４μｍ乃至略５．２μｍの範囲にあり、より好ましくは略３．８７μｍ乃至略４．７３μｍの範囲にあり、最も好ましくは略４．０９μｍ乃至略４．５２μｍの範囲にある外側半径３２（ｒ₂）を有する。モートセグメント１４の外側半径３２（ｒ₂）は、モートセグメント１４と中間セグメント１６との交差部によって定義されている。図示された実施例において、外側半径３２（ｒ₂）は、クラッド層２０のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸１９とモートセグメント１４のプロファイルの交差部として定義される。

ＤＣファイバ１０の中間セグメント１６は、モートセグメント１４の外縁に形成されても良く、かつ略−０．１％乃至略０．１％の範囲にあり、より好ましくは略０．０％乃至略０．１％の範囲にある相対屈折率（Δ₃）を有する。中間セグメント１６は、略４．９μｍ乃至略７．５μｍの範囲にあり、より好ましくは略５．５８μｍ乃至略６．８２μｍの範囲にあり、最も好ましくは略５．８９μｍ乃至略６．５１μｍの範囲にある外側半径３４（ｒ₃）も有する。外側半径３４（ｒ₃）は、中間セグメント１６とリングセグメント１８との交差部である。図２に示されているように、外側半径３４（ｒ₃）は、クラッド層２０のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸１９とリングセグメント１８のプロファイルの交差部として定義される。

ＤＣファイバ１０の環状のリングセグメント１８は、モートセグメント１４の外側に形成されており、好ましくは中間セグメント１６の外縁に形成されており、かつ略１．０％乃至略１．９％の範囲にあり、より好ましくは１．２％よりも大であり、好ましくは略１．４％乃至略１．７１％の範囲にあり、最も好ましくは略１．４７％乃至略１．６３％の範囲にある最小相対屈折率２０（Δ₄）を有する。リングセグメント１８は、略０．７μｍ乃至略１．２μｍの範囲にあり、より好ましくは略０．８６μｍ乃至略１．０５μｍの範囲にあり、最も好ましくは略０．９０μｍ乃至略１．００μｍの範囲にある幅３６を有する。リングセグメント１８の幅３６は、クラッド層２０のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸１９とリングセグメント１８のプロファイルとの間の２つの交差点間の距離として定義される。

リングセグメント１８の外側半径（ｒ₄）は、クラッド層２０の内側半径でもある。クラッド層２０は、リングセグメント１８を囲繞し、かつ略０％の相対屈折率（Δ_c）と、略６２．５μｍの外側半径ｒ_cとを有する。コーティング（図示せず）が、一般的にＤＣファイバ１０の外縁に配され、かつ従来の如き２つのモジュールコーティング若しくは他の適切なコーティングからなることとしても良い。

明白にされるように、本発明のＤＣファイバ１０は、略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内において、線形に近い分散を示す。かかる総合的な分散は図３において示されており、かかる図はＬＥＡＦ（商標）の１００ｋｍの長さにおける総合的な分散を、補償されるべき信号の波長に対して示している。特に図３は、正の総合的な偏差４２と負の総合的な偏差４４と同様に、全体的な分散４０の値を示している。図３に示された実施例の如く、システムは、略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で４０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ以下の線４２から４４の測定された総合的な偏差を有する分散を有する。ＬＥＡＦ（商標）ファイバと本発明のＤＣファイバ１０との組み合わせに対する分散の線形性は、関心のある波長範囲に亘ってＤＣファイバ１０がＬＥＡＦ（商標）ファイバの分散傾斜と全体的に非常に整合していることを示している。

標準の１２５ミクロンのクラッド直径を有するＤＣファイバ１０に対するプロファイルの基本モードの曲げ損失は、非常に小である。特に、略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの範囲の波長帯域において直径１０．１６ｃｍ（４インチ）のハブにおけるＤＣファイバ１０の計算された曲げ損失は、０．０１ｄＢ／ｋｍよりも良好である。

図２のＤＣファイバ１０の計算された光学特性は、表１に示されている。

本発明によるＤＣファイバ５０の第２実施例の相対屈折率プロファイルが図４に示されており、かかる図は、グラフ化された相対屈折率をＤＣファイバ半径に対して示している。図４は６つの分離したセグメントのみを示しているものの、６よりも多い若しくは少ないセグメントを有するＤＣファイバを形成することによって、機能若しくは要求を満たすことができることを理解されたい。しかし、少数のセグメントを有する実施例は、通常製造するのがより簡単であり、故に好ましい。ＤＣファイバ５０は、ＤＣファイバ１０と同一の種類の方法によって、製造できる。さらに、ＤＣファイバ５０は、補償ファイバ１０と同様の、関係するセグメントに対するドーピングスキームを使用する。

図４において示された実施例において、ＤＣファイバ５０は、中央コアセグメント５２と、ディプレストモートセグメント５４と、第１中間セグメント５６と、環状のリングセグメント５８と、第２中間セグメント６０と、ガター（gutter）セグメント６２と、クラッド層６４と、を含む。

ＤＣファイバ５０の中央コアセグメント５２は、略１．２％乃至略１．８％の範囲にあることが好ましく、より好ましくは略１．３７％乃至略１．６７％の範囲にあり、最も好ましくは略１．４４％乃至略１．６０％の範囲にある最大相対屈折率７０（Δ₁）を有する。中央コアセグメント５２は、略１．７μｍ乃至略２．５μｍの範囲にあり、より好ましくは略１．８９μｍ乃至略２．２１μｍの範囲にあり、最も好ましくは略１．９５μｍ乃至略２．１１μｍの範囲にある、外側半径８０（ｒ₁）も有する。外側半径８０（ｒ₁）は、クラッド層６４のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸５３と中央コアセグメント５２のプロファイルの交差部として定義される。

ＤＣファイバ１０のディプレストモートセグメント５４は、コアセグメント５２の外縁に配されており、かつ略−１．２％乃至略−０．７％の範囲にあり、より好ましくは略−１．０５％乃至略−０．８６％の範囲にあり、最も好ましくは略−１．００％乃至略−０．９０％にある最小相対屈折率７２（Δ₂）を有する。ディプレストモートセグメント５４は、略３．７μｍ乃至略５．５μｍの範囲にあり、より好ましくは略４．１４μｍ乃至略５．０６μｍの範囲にあり、最も好ましくは略４．３７μｍ乃至略４．８３μｍの範囲にある外側半径８２（ｒ₂）も有する。モートセグメント５４の外側半径８２（ｒ₂）は、モートセグメント５４と第１中間セグメント５６との交差部として測定される。図示された実施例において、外側半径８２（ｒ₂）は、クラッド層６４のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸５３とモートセグメント５４のプロファイルの交差部として定義される。

ＤＣファイバ５０の第１中間セグメント５６は、ディプレストモートセグメント５４の外縁に配されており、かつ略−０．１％乃至略０．１％の範囲にあり、より好ましくは略０．０％乃至略０．１％の範囲にある相対屈折率（Δ₃）を有する。第１中間セグメント５６は、略５．１μｍ乃至略７．９μｍの範囲にあり、より好ましくは略５．７６μｍ乃至略７．０４μｍの範囲にあり、最も好ましくは略６．０８μｍ乃至略６．７２μｍの範囲にある外側半径８４（ｒ₃）も有する。外側半径８４（ｒ₃）は、第１中間セグメント５６とリングセグメント５８との交差部として測定される。図示されているように、外側半径８４（ｒ₃）は、クラッド層６４のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸５３とリングセグメント５８のプロファイルの交差部によって定義される。

ファイバ５０の環状のリングセグメント５８は、第１中間セグメント５６の外縁に配されており、かつ略１．１％乃至略１．８％の範囲にあり、より好ましくは略１．３２％乃至略１．６２％の範囲にあり、最も好ましくは略１．４０％乃至略１．５４％の範囲にある相対屈折率７４（Δ₄）を有する。リングセグメント５８は、略０．８μｍ乃至略１．３μｍの範囲にあり、より好ましくは略０．９０μｍ乃至略１．２７μｍの範囲にあり、最も好ましくは略１．０５μｍ乃至略１．２１μｍの範囲にある幅８６も有する。リングセグメント５８の基本幅８６は、クラッド層６４のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸５３とリングセグメント５８のプロファイルとの間の２つの交差点間の距離として定義される。

ＤＣファイバ５０の第２中間セグメント６０は、リングセグメント５８の外縁に形成されており、かつ略−０．１％乃至略０．１％の範囲にあり、より好ましくは略０．０％乃至略０．１％の範囲にある相対屈折率（Δ₅）を有する。第２中間セグメント６０は、略７．７μｍ乃至略１１．５μｍの範囲にあり、より好ましくは略８．６４μｍ乃至略１０．５６μｍの範囲にあり、最も好ましくは略９．１２μｍ乃至略１０．０８μｍの範囲にある外側半径８８（ｒ₅）も有する。外側半径８８（ｒ₅）は、第２中間セグメント６０とガターセグメント６２との交差部分である。図示されているように、外側半径８８（ｒ₅）は、クラッド層６４のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸５３とガターセグメント６２のプロファイルの交差部によって定義される。

ＤＣファイバ５０のガターセグメント６２は、第２中間セグメント６０の外縁に形成されており、かつ略−０．１３％乃至略−０．２１％の範囲にあり、より好ましくは略−０．１５％乃至略−０．１９％の範囲にあり、最も好ましくは略−０．１６％乃至略−０．１７％の範囲にある最小相対屈折率７６（Δ₆）を有する。ガターセグメント６２は、略１１．０μｍ乃至略１３．０μｍの範囲にあり、より好ましくは略１１．３μｍ乃至略１２．３μｍの範囲にあり、最も好ましくは略１１．５μｍ乃至略１２．０μｍの範囲にある外側半径９０（ｒ₆）も有する。ガターセグメント６２の外側半径９０（ｒ₆）は、ガターセグメント６２とクラッド層６４との交差部である。図示された実施例において、外側半径９０（ｒ₆）は、クラッド層６４のプロファイル（すなわち基準値としてΔ％＝０）に対応する横軸５３とガターセグメント６２のプロファイルとの交差部によって定義される。

ガターセグメント６２の外側半径９０（ｒ₆）は、クラッド層６４の内側半径でもある。クラッド層６４は、ガターセグメント６２を囲繞し、かつ略０％の相対屈折率（Δ_c）と、略６２．５μｍの外側半径ｒ_cとを有する。グラッド層は、実質的に純シリカからなることが好ましい。

本発明のＤＣファイバ５０は、略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内において、非常に線形に近い分散傾斜を示す。かかる総合的な分散傾斜が図５において示されており、かかる図は１００ｋｍの長さのＬＥＡＦ（商標）における総合的な分散を、補償されるべき信号の波長に対して示している。特に図５は、正の総合的な偏差１０２と負の総合的な偏差１０４と同様に、全体的な分散１００の値を示している。

表２は、図4のＤＣファイバ５０の計算された光学特性を表示しており、同様に、図４の補償ファイバ５０に類似であるもののセグメント５０乃至６２とクラッド層６４の各々において０．０５％のアップドーピングされているＤＣファイバの光学特性も表示されている。

本発明により製造されたＤＣファイバ１０（又は５０）は、図６に示す如き光ファイバ通信システム１１０に使用されてもよい。システム１１０は、光導波伝送ファイバ１１６（例えばＬＥＡＦ（商標）等の非ゼロ分散シフトファイバ）を介して矢印１１４によって示された方向に光信号を伝送するように接続された光送信機（Ｔ）１１２と、送信機１１２および伝送ファイバ１１６と光学的に接続されているＤＣファイバ１０、５０と、を含む。ＤＣファイバ１０（又は５０）は、伝送ファイバ１１６と光学的に接続されており、かつ光信号１１４を受信するのに適した光受信機１１８にも光学的に接続されている。ファイバ１０、５０は、ボックス内で、コイル形状または公知の他のあらゆる形態若しくは包装にされてシステム１１０内において使用できる。最も多くのシステムにおいて、伝送ファイバ１１６と補償ファイバ１０（又は５０）の端部の両方は双方向の信号伝送が可能であり、送信機１１２及び受信機１１８は図示することのみを目的として示されている。伝送システム１１０は、例えばプリアンプ１１５およびパワーアンプ１１７などの他のシステム構成部品を含むことができる。任意に、アンプ１１７は、受信機１１８で終わらせるよりもむしろ１以上の伝送ファイバの追加長さ部分と光学的に接続されても良い。同様に、プリアンプ１１５およびパワーアンプ１１７が単一の増幅ユニットによって置換され若しくは組み込まれても良い。

図７は、１５５０ｎｍ乃至１６１０ｎｍの波長帯域における分散のプロット対波長を示している。この図示された実施例において、ＤＣファイバは、略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で略７ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満であり、より好ましくは略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で略５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満である最小偏差を有する分散を提供するように選択された屈折率プロフィルを有する。最大偏差は、分散プロット９２上の１５５０ｎｍ及び１６１０ｎｍの各々において端点９１及び９３を配置することによって測定される。直線状の連結弦ライン９４は、点９１及び９３の間を結ぶように線引きされている。最大偏差は、分散プロット９２と結合されている弦ライン９４との間の最大の垂直方向の間隔が位置している部分である（符号９５が付された矢印によって示される如き分散軸に沿って垂直方向に測定される）。図８において示された偏差のプロット対波長および図７の分散プロットによって示されるように、プロットされた偏差曲線９６と分散プロット９２上の最大偏差は、点９７において発生する。ＤＣファイバ１０（又は５０）の分散のプロットの直線性は、それが非常に近くに適合されるべき伝送ファイバの分散を許容する場合、非常に重要であり、その結果、全波長帯域（１５５０ｎｍ乃至１６１０ｎｍ）に亘って伝送システムに対する分散がより良く補償される。

図９は、図７の分散プロットの端点９１、９３を結ぶ弦９４の外挿線９８を示している。本発明におけるＤＣファイバに対して、弦９８の当該線形外挿線が、１４００ｎｍ乃至１５２０ｎｍの間であり、より好ましくは１４９０ｎｍ乃至１５１０ｎｍの間の波長に位置した点９９においてゼロ分散線（投射ゼロ分散（projected zero dispersion）を有する）と交差することが望ましい。

本明細書において記載されている本発明の好適な実施例に対する様々な変更が、特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲および精神から逸脱することなく行うことができることは、当業者にとって明白である。従って、本発明は特許請求の範囲及びこれと均等である範囲内において提供される本発明の変形と変更を含むものとする。

図１は、本発明のＤＣファイバの概略断面図である。 図２は、本発明のＤＣファイバの第１実施例の屈折率プロフィル（デルタ％対半径）のグラフである。 図３は、本発明の実施例のＤＣファイバと１００ｋｍの長さのＮＺＤＳＦとを含むシステムの分散対波長のプロットである。 図４は、本発明のＤＣファイバの他の実施例の屈折率プロフィル（デルタ％対半径）のグラフである。 図５は、本発明の実施例のＤＣファイバと１００ｋｍの長さのＮＺＤＳＦとを含むシステムの分散対波長のプロットである。 図６は、本発明のＤＣファイバを用いたファイバ光伝送システムの概略図である。 図７は、本発明のＤＣファイバの分散対波長における偏差を示す概略図である。 図８は、本発明のＤＣファイバの偏差対波長の概略図である。 図９は、投射セロ分散交差を示す本発明のＤＣファイバの分散対波長の概略図である。

Claims (22)

1. 分散および分散傾斜補償光ファイバであって、
   セグメント化されたコアと前記コアの外縁に配されているクラッド層とを含み、
   前記セグメント化されたコアと前記クラッド層は略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの範囲の波長帯域内で略７ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の最大偏差を有する分散を提供するように選択されているファイバ屈折率プロファイルを有する、ことを特徴とする光ファイバ。
2. 前記屈折率プロファイルは略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で略５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の最大偏差を有する分散を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
3. 前記屈折率プロファイルは略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で直径１０．１６ｃｍ（４インチ）のハブにおいて略０．０１ｄＢ／ｋｍ以下の基本モード曲げ損失を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
4. 前記屈折率プロファイルは略１５８０ｎｍの波長において、略１７μｍ²以上の有効面積を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
5. 前記屈折率プロファイルは略２２００ｎｍ未満の直線ファイバカットオフ波長を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項４記載の光ファイバ。
6. 前記屈折率プロファイルは直線で結んだ場合に弦を形成するように１５５０ｎｍと１６１０ｎｍにおいて分散値を提供し、前記弦の外挿線が略１４００ｎｍ乃至１５２０ｎｍの間の波長において位置する投射ゼロ分散を示す、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
7. 前記屈折率プロファイルは略１５８０ｎｍの波長において略−５０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の分散を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
8. 前記屈折率プロファイルは略１５８０ｎｍの波長において略−１２０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の分散を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
9. 前記屈折率プロファイルは略１５８０ｎｍの波長において略−２ｐｓ／ｎｍ²−ｋｍ未満の全分散傾斜を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
10. 前記セグメント化されたコアが、
    相対屈折率を有する中央コアセグメントと、
    前記中央コアセグメントの外縁に配され、かつ前記中央コアセグメントの相対屈折率よりも小なる相対屈折率と外側半径とを有するディプレストモートセグメントと、
    前記ディプレストモートセグメントの外側に配され、かつ前記中央コアセグメントの前記相対屈折率よりも小であり前記ディプレストモートセグメントの前記相対屈折率よりも大である相対屈折率と外側半径とを有する中間セグメントと、
    前記中間セグメントの外縁に配され、かつ前記中間セグメントの相対屈折率よりも大である相対屈折率と幅とを有する環状のリングセグメントと、を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
11. 前記コアセグメントの相対屈折率が略１．１％乃至略１．７％の範囲にあり、
    前記モートセグメントの相対屈折率が略−１．６％乃至略−０．９％の範囲にあり、
    前記中間セグメントの相対屈折率が略−０．１％乃至略０．１％の範囲にあり、
    前記リングセグメントの相対屈折率が略１．０％乃至略１．９％の範囲にあり、
    前記中央コア領域の前記外側半径が略１．７μｍ乃至略２．７μｍの範囲にあり、
    前記モートセグメントの前記外側半径が略３．４μｍ乃至略５．２μｍの範囲にあり、
    前記中間セグメントの前記外側半径が略４．９μｍ乃至略７．５μｍの範囲にあり、
    前記リングセグメントの前記幅が略０．７μｍ乃至略１．２μｍの範囲にある、ことを特徴とする請求項１０記載の光ファイバ。
12. 正の相対屈折率を有する中央コアセグメントと、
    前記中央コアセグメントの外縁にあり、かつ−１．２％よりも負の相対屈折率を有するディプレストモートセグメントと、
    前記ディプレストモートセグメントの外側にあり、かつ１．２％よりも大なる相対屈折率を有する環状のリングセグメントと、を有する屈折率プロファイルを含むことを特徴とする分散補償光ファイバ。
13. 前記中央コアセグメントの相対屈折率は、略１．１％よりも大であることを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ。
14. 前記中央コアセグメントの外側半径は、略１．７μｍ乃至略２．７μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ。
15. 前記屈折率プロファイルは略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で略７ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の最大偏差を有する分散を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ。
16. 略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で略５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の最大偏差を有することを特徴とする請求項１５記載の光ファイバ。
17. 前記屈折率プロファイルは略１５５０ｎｍ乃至略１６１０ｎｍの波長帯域内で直径１０．１６ｃｍ（４インチ）のハブにおいて略０．０１ｄＢ／ｋｍ以下の基本モード曲げ損失を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項１６記載の光ファイバ。
18. 前記屈折率プロファイルは略２２００ｎｍ以下の直線ファイバカットオフ波長を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ。
19. 前記屈折率プロファイルは略１５８０ｎｍの波長において−５０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の分散を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ。
20. 前記屈折率プロファイルは略１５８０ｎｍの波長において−１２０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の分散を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項１９記載の光ファイバ。
21. 前記屈折率プロファイルは１５８０ｎｍの波長において略−２ｐｓ／ｎｍ²−ｋｍよりも負の全分散傾斜を提供するように選択されている、ことを特徴とする請求項２０記載の光ファイバ。
22. 前記屈折率プロファイルは直線で結んだ場合に弦を形成するように１５５０ｎｍと１６１０ｎｍにおいて分散値を提供し、前記弦の外挿線が略１４００ｎｍ乃至１５２０ｎｍの間の波長において位置する投射ゼロ分散を示す、ことを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ。

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