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
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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。
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。
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、ni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、nc(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、DDC(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、LDCは分散補償ファイバの長さであり、DT(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、LT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、κDC(λ)は分散補償ファイバのκ値であり、DDCは分散補償ファイバの分散であり、SDCは分散補償ファイバの分散傾斜であり、κT(λ)は伝送ファイバのκ値であり、DTは伝送ファイバの分散であり、ST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Δi%及び半径ri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rcの番号が付されている。屈折率(nc)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rc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(Δc)と、略62.5μmの外側半径rc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(Δc)と、略62.5μmの外側半径rc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。
Claims (22)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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