JP2006221051A - 光導波路、光伝送路及び光通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 高伝送帯域幅となる波長領域が非常に広く、波長多重に適し、さらに製造が容易な光導波路、それを用いた光伝送路及び光通信システムの提供。
【解決手段】 石英ガラスにそれぞれ異なるドーパントを添加して作製された2種類以上のGI型マルチモードファイバ(MMF)を接続して構成されたことを特徴とする光導波路。本発明において、光導波路10は、Ge添加GI型MMF12とF添加GI型MMF11とを接続して構成することが好ましい。
【選択図】 図2
【解決手段】 石英ガラスにそれぞれ異なるドーパントを添加して作製された2種類以上のGI型マルチモードファイバ(MMF)を接続して構成されたことを特徴とする光導波路。本発明において、光導波路10は、Ge添加GI型MMF12とF添加GI型MMF11とを接続して構成することが好ましい。
【選択図】 図2
Description
本発明は、2種類以上のグレーデッドインデックス(Graded Index、以下、GIと記す。)型マルチモードファイバ(Multimode fiber、以下、MMFと記す。)を接続して構成された光導波路と、それを用いた光伝送路及び光通信システムに関する。本発明の光導波路は、石英ガラスにそれぞれ異なるドーパントを添加して作製された2種類以上のGI型MMFを接続して使用することにより、非常に広い波長領域において高い伝送帯域幅を実現することができる。
GI型MMFは、光ローカルエリアネットワーク(Local Area Network、以下、LANと記す。)の光伝送路として広く使われている。LANの高速化要求に従い、GI型MMFのプロファイル制御の精度が上がり、現在はほぼ性能限界に達している。GI型MMFの伝送帯域幅をこれ以上に高めるためには、波長多重(Wavelength Division Multiplexing、以下、WDMと記す。)しなければならない。
しかし、従来のゲルマニウム(Ge)をドーパントとして石英ガラスに添加して作製されたGI型MMFは、最適な形状が波長に大きく依存するため、ある特定の波長に対して最適化されたGI型MMFは、異なる波長では伝送帯域幅がかなり劣化することになり、WDMには向かない。
本発明者らは、従来のGI型MMFの伝送特性を改善するべく鋭意研究を重ねた結果、異なるドーパントを用いて作製したGI型MMFが、広い波長領域で高い伝送帯域幅を実現できることを見出し、既に特許出願している(特願2003−199268)。
その他、本発明に関連する従来技術としては、例えば、非特許文献1〜4に開示されている。
R. Olshansky and D. B. Keck,"Pulse broadening in graded-index optical fibers,"Appl. Opt., vol. 15, pp. 483-491, 1976 N. Shibata and T. Edahiro,"Refractive-index dispersion for GeO2-, P2O5-, and B2O3- doped silica glasses in optical fibers,"Trans. IECE Japan, vol. E65, pp. 166-172, 1982 J. W. Fleming,"Material dispersion in lightguide glasses,"Electron Lett., vol. 14, pp. 326-328, 1978 Mode Scrambler Requirements for Overfilled Launching Conditions to Multimode Fibers, TIA/EIA Fiber Optic Test Procedure (FOTP)-54, Dec. 2001
R. Olshansky and D. B. Keck,"Pulse broadening in graded-index optical fibers,"Appl. Opt., vol. 15, pp. 483-491, 1976 N. Shibata and T. Edahiro,"Refractive-index dispersion for GeO2-, P2O5-, and B2O3- doped silica glasses in optical fibers,"Trans. IECE Japan, vol. E65, pp. 166-172, 1982 J. W. Fleming,"Material dispersion in lightguide glasses,"Electron Lett., vol. 14, pp. 326-328, 1978 Mode Scrambler Requirements for Overfilled Launching Conditions to Multimode Fibers, TIA/EIA Fiber Optic Test Procedure (FOTP)-54, Dec. 2001
しかしながら、前述した特願2003−199268に記載のGI型MMFは、異なる2種類のドーパントを石英ガラスに共添加することから、製造が難しいという問題がある。また、異なる2種類のドーパントを設計通りの濃度分布で添加しなければならず、ファイバプリファイルへの要求が厳しく、製造上極めて精密な制御が必要である。
本発明は前記事情に鑑みてなされ、高伝送帯域幅となる波長領域が非常に広く、WDMに適し、さらに製造が容易な光導波路、それを用いた光伝送路及び光通信システムの提供を目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は、石英ガラスにそれぞれ異なるドーパントを添加して作製された2種類以上のGI型MMFを接続して構成されたことを特徴とする光導波路を提供する。
本発明において、光導波路は、前記GI型MMFの最適α値の波長依存性が波長の増加とともに単調増加するドーパントを添加したファイバと、前記波長依存性が波長の増加とともに単調減少するドーパントを添加したファイバとを接続して構成されたことが好ましい。
本発明において、光導波路は、Ge添加GI型MMFとF添加GI型MMFとを接続して構成されたことが好ましい。
本発明の光導波路において、それぞれのファイバは、0.7μm〜1.65μmの波長領域中の特定波長で伝送帯域幅が最大になるように最適化されていることが好ましい。
本発明において、光導波路は、0.7μm〜1.65μmの波長領域中の異なる波長でそれぞれの伝送帯域幅が最大になるように最適化された2種類のファイバを接続してなることが好ましい。
本発明において、光導波路は、0.7μm〜1.65μmの波長領域の特定波長領域で伝送帯域幅が最大になるように、それぞれのファイバの長さが最適化された2種類のファイバを接続してなることが好ましい。
本発明において、光導波路は、0.7μm〜1.65μm波長領域の特定波長領域で、いずれのファイバを単独で使用した場合よりも、接続後の光導波路の伝送帯域幅が高くなることが好ましい。
本発明において、光導波路は、Ge添加GI型MMFとF添加GI型MMFとを接続して構成され、Ge添加GI型MMFのα値αGeは1.7≦αGe≦2.5であり、F添加GI型MMFのα値αFは1.7≦αF≦2.5であり、各ファイバの最大比屈折率差Δは0.005≦Δ≦0.025であり、コア半径aは15μm≦a≦35μmであることが好ましい。
本発明の光導波路において、それぞれのファイバは、最大比屈折率差Δ≧0.009であり、開口数NA≧0.185であり、前記光導波路は0.8μm〜1.5μmの波長領域において伝送帯域幅が2GHz・kmを超えることが好ましい。
本発明の光導波路において、それぞれのファイバは、最大比屈折率差Δ≧0.009であり、開口数NA≧0.185であり、前記光導波路は0.8μm〜1.0μmの波長領域において伝送帯域幅が1.5GHz・kmを超え、かつ1.0μm〜1.65μmの波長領域において伝送帯域幅が4GHz・kmを超えることが好ましい。
また本発明は、前述した本発明に係る光導波路を備えた光伝送路を提供する。
この光伝送路は、WDMを行うことが好ましい。
この光伝送路は、WDMを行うことが好ましい。
また本発明は、前述した本発明に係る光伝送路を用いて構成された光通信システムを提供する。
この光通信システムは、FTTH、LAN又はSANからなる群から選択されることが好ましい。
この光通信システムは、FTTH、LAN又はSANからなる群から選択されることが好ましい。
本発明によれば、石英ガラスにそれぞれ異なるドーパントを添加して作製された2種類以上のGI型MMFを接続して光導波路を構成したことにより、非常に広い波長領域において高い伝送帯域幅を有し、WDMに好適な光導波路、光伝送路及び光通信システムを提供することができる。
本発明は、2種類のMMFを接続して使用することによって非常に広い波長領域において高い伝送帯域幅(OFL帯域、非特許文献4参照。)を有し、WDMに好適な光導波路を提案する。それぞれのGI型MMFは、異なる材料、例えば、一方にはゲルマニウム(Ge)、他方にはフッ素(F)をドーパントとして石英ガラスに添加して作製する。
F添加GI型MMFは、Fをドーパントとして石英ガラスに添加し、そのF添加量が中心から径方向外方に向けて漸次高くなっているコアと、該コアを囲むフッ素添加石英ガラスからなるクラッドとを備えて構成されたものが好適に用いられる。このF添加GI型MMFのコアは、GI型の屈折率分布を有しており、該コア中央の最大屈折率は、石英ガラスの屈折率とほぼ等しくなっている。
また、Ge添加GI型MMFは、外周から中心に向けてGe添加量を漸次増加させたGe添加石英ガラスからなるコアと、該コアを囲む石英ガラス(例えば純石英ガラス)からなるクラッドとを備えて構成されたものが好適に用いられる。
前記F添加GI型MMFの一端と前記Ge添加GI型MMFの一端とを接続する場合、その接続方法は特に限定されず、融着接続法、光コネクタやメカニカルスプライスを用いた接続法などを採用し得る。なお、前記F添加GI型MMFの一端と前記Ge添加GI型MMFの一端を接続した場合、両方のコアの屈折率が異なるために接続点で反射を生じるが、その反射はマイナス数十dB以下になると予想されるので、実用的に問題を生じることはない。
F添加GI型MMFの一端と前記Ge添加GI型MMFの一端とを接続し、それぞれのGI型MMFの異なる波長特性を利用し、それを最適化すれば、非常に広い波長領域において、高い伝送帯域幅を実現することができる。この構成を利用すれば、GI型MMFによるWDMが可能になり、主に短距離光通信、例えば、FTTH(Fiber To The Home)、LAN、SAN(Storage Area Network)における伝送容量を飛躍的に増すことができる。
MMFはファイバのプロファイルをGI型にすることで、マルチモード間の伝送速度の差を極力抑え、広伝送帯域幅を実現している。この種のファイバは高い開口数(NA)を持ち、短距離光通信路として期待されている。
GI型MMFの屈折率は通常、次式(1)に示すα乗屈折率分布となるように作製される。
ただし、式(1)中、aはコア半径、rは径方向座標、n1はコア中心屈折率、Δは最大比屈折率差を表す。αは所望の波長帯で帯域が最大になるように制御される。
αの最適値αoptは、WKB法により次式(2)のように計算される(非特許文献1参照。)。
ただし、yは次式(3)
で与えられるOlshanskyパラメータである。ここで、λは波長を表し、N1=n1−λ(dn1/dλ)はコア中心の群屈折率を表す。
αの最適値は石英に添加する材料により異なる。図1はΔ=0.01とし、Ge及びFを添加した場合のαoptの波長依存性を示している。図示のように、いずれの場合もαoptの値が波長の変化とともに大きく変化することがわかる。これは例えば波長0.85μmで最適化されたMMFはいずれも他の波長、例えば波長1.3μmで最適なα値から外れ、そこでは高い帯域が得られないことを意味する。なお、この計算及び以下の全ての計算において、純石英およびGe添加石英の材料分布係数は、非特許文献2に記載された数値を使用し、F添加石英は非特許文献3に記載されたものを使用している。
図1において、仮にGe添加GI型MMF、F添加GI型MMFは、いずれも波長0.85μmで最適化されたものとし、αはその波長での最適値αGe0.85、αF0.85をとったと仮定する。図1からわかるように、長波長、例えば、1.3μmにおいては、αGe0.85が最適値より大きく、αF0.85が最適値より小さい。つまり、波長1.3μmの信号は、Ge添加GI型MMF伝送では、高次モードが低次モードよりも遅く伝わり、逆にF添加ファイバ伝送では、高次モードが低次モードよりも速く伝わる。この2種類のファイバを接続して使用すると、0.85μm帯信号の伝送帯域幅を劣化させることなく、1.3μm帯信号のモード分散が互いにキャンセルされ、補償される。結果として、ファイバの構成を最適化すれば、非常に広い波長領域において、広伝送帯域幅を実現することができる。
この構成は、特願2003−199268に記載した共添加MMFに比べると、2本のファイバを接続する操作が必要となるデメリットがあるが、以下のメリットがある。
(1)使用するそれぞれのGI型MMFは、1種類のドーパントの単独添加により作製できるので、製造が容易である。
(2)2種類のGI型MMFは、互いにモード分散補償ファイバになっているので、この導波路構造を既に敷設された光ファイバ伝送路等の光ファイバに適用することで、光伝送路等の伝送帯域幅を改善することが容易にできる。
(3)使用するGI型MMFの屈折率分布の形状を厳密に制御しなくても、接続するGI型MMFの長さを調節することにより、広い伝送帯域幅を得ることができるので、ファイバの製造トレランスへの要求を低くすることができる。
(4)接続するGI型MMFの長さを変えることにより、ファイバ全体の波長特性を調整することができるので、広い伝送帯域幅が要求される波長領域を選ぶことができる。
(1)使用するそれぞれのGI型MMFは、1種類のドーパントの単独添加により作製できるので、製造が容易である。
(2)2種類のGI型MMFは、互いにモード分散補償ファイバになっているので、この導波路構造を既に敷設された光ファイバ伝送路等の光ファイバに適用することで、光伝送路等の伝送帯域幅を改善することが容易にできる。
(3)使用するGI型MMFの屈折率分布の形状を厳密に制御しなくても、接続するGI型MMFの長さを調節することにより、広い伝送帯域幅を得ることができるので、ファイバの製造トレランスへの要求を低くすることができる。
(4)接続するGI型MMFの長さを変えることにより、ファイバ全体の波長特性を調整することができるので、広い伝送帯域幅が要求される波長領域を選ぶことができる。
図2は、本発明に係る光導波路の一例を示す構成図であり、この光導波路10は、F添加GI型MMF11(F−GI)と、Ge添加GI型MMF12(Ge−GI)とを接続点13において接続して構成されている。
この光導波路10を構成するF添加GI型MMF11とGe添加GI型MMF12は、0.7μm〜1.65μmの波長領域中の特定波長で伝送帯域幅が最大になるように最適化されていることが好ましい。また、これらのF添加GI型MMF11とGe添加GI型MMF12は、0.7μm〜1.65μmの波長領域中の異なる波長でそれぞれの伝送帯域幅が最大になるように最適化されていることが好ましい。
また、この光導波路10を構成するF添加GI型MMF11とGe添加GI型MMF12は、0.7μm〜1.65μmの波長領域の特定波長領域で伝送帯域幅が最大になるように、それぞれのファイバの長さが最適化されていることが好ましい。また、これらのF添加GI型MMF11とGe添加GI型MMF12は、0.7μm〜1.65μm波長領域の特定波長領域で、いずれのファイバを単独で使用した場合よりも、接続後の光導波路の伝送帯域幅が高くなるものであることが好ましい。
このGe添加GI型MMF12のα値αGeは1.7≦αGe≦2.5であり、F添加GI型MMFのα値αFは1.7≦αF≦2.5であり、各ファイバの最大比屈折率差Δは0.005≦Δ≦0.025であり、コア半径aは15μm≦a≦35μmであることが好ましい。また、それぞれのファイバは、最大比屈折率差Δ≧0.009であり、開口数NA≧0.185であり、前記光導波路10は、0.8μm〜1.5μmの波長領域において伝送帯域幅が2GHz・kmを超えることが好ましく、さらに前記光導波路10は、0.8μm〜1.0μmの波長領域において伝送帯域幅が1.5GHz・kmを超え、かつ1.0μm〜1.65μmの波長領域において伝送帯域幅が4GHz・kmを超えることが好ましい。
この光導波路10は、F添加GI型MM11とGe添加GI型MMF12とを接続した構成とし、それぞれのファイバの構成を最適化することによって、非常に広い波長領域において高い伝送帯域幅を実現することができ、WDMが可能なものとなる。
さらに、本発明によれば、前述したGe添加GI型MMF12ファイバとF添加GI型MMF11とが互いのモード分散をキャンセルしている仕組みを積極的に用いることによって、非常に広い波長領域において高い伝送帯域幅を実現することができ、WDMが可能な光導波路、及び該光導波路を備えた光伝送路、さらに該光伝送路を用いて構成されたFTTH、LAN又はSANなどの光通信システムを提供することができる。
さらに、本発明によれば、前述したGe添加GI型MMF12ファイバとF添加GI型MMF11とが互いのモード分散をキャンセルしている仕組みを積極的に用いることによって、非常に広い波長領域において高い伝送帯域幅を実現することができ、WDMが可能な光導波路、及び該光導波路を備えた光伝送路、さらに該光伝送路を用いて構成されたFTTH、LAN又はSANなどの光通信システムを提供することができる。
[実施例1]
図2に示すようにGe添加GI型MMF12とF添加GI型MMF11を接続した場合を考える。Ge添加GI型MMF12の長さをL1、F添加GI型MMF11の長さをL2とし、R=L1/(L1+L2)とする。
図2に示すようにGe添加GI型MMF12とF添加GI型MMF11を接続した場合を考える。Ge添加GI型MMF12の長さをL1、F添加GI型MMF11の長さをL2とし、R=L1/(L1+L2)とする。
図3及び図4は、両ファイバが波長0.85μm付近で最適化されている場合、Rを変えたときの伝送帯域幅(OFL帯域、非特許文献4参照。)の波長特性を示すグラフである。ただし、両ファイバは、それぞれΔ=0.01、a=25μmとし、Ge添加GIのα値はαGe=2.086、F添加GI型MMFのα値はαF=2.037としている。また、その計算は、入射パルスの時間半値全幅(FWHM:Full Width at Half-Maximum)ΔτFWHM=1ns、スペクトル平均自乗平方根(RMS:Root Mean Square)幅ΔλRMS=0.5nm、ビームFWHM幅ΔωFWHM=50μmとしている。
図3及び図4に示すように、Ge添加GI型MMF12とF添加GI型MMF11を接続した場合、Ge添加GI型MMF12を単独で使用した場合(R=1)に比べると全波長領域において、伝送帯域幅が改善されていることがわかる。また、0<R≦0.4では、F添加GI型MMF11を単独で使用した場合(R=0)に比べても、全波長領域で伝送帯域幅の改善が見られる。特に、0.2≦R≦0.3では、長波長側で顕著な改善がなされている。
図5は、R=0.25で構成された光導波路10と、各波長(0.85μm、1.30μm、1.40μm)で最適化されたGe添加GI型MMF12の伝送帯域幅を比較したグラフである。図示のように、R=0.25で構成された光導波路10の伝送帯域幅は、ほぼ全波長領域において、Ge添加GI型MMF12が取り得る最大伝送帯域幅よりも高い伝送帯域幅を有していることがわかる。
[実施例2]
図6及び図7は、両ファイバが1μm付近で最適化されている場合、Rを変えたときの伝送帯域幅の波長特性を示すグラフである。ただし、両ファイバは、それぞれΔ=0.01、a=25μmとし、Ge添加GI型MMF12のα値はαGe=2.029、F添加GI型MMF11のα値はαF=2.047としている。また、入射パルスは実施例1のものと同じである。
図6及び図7は、両ファイバが1μm付近で最適化されている場合、Rを変えたときの伝送帯域幅の波長特性を示すグラフである。ただし、両ファイバは、それぞれΔ=0.01、a=25μmとし、Ge添加GI型MMF12のα値はαGe=2.029、F添加GI型MMF11のα値はαF=2.047としている。また、入射パルスは実施例1のものと同じである。
図6及び図7に示すように、Ge添加GI型MMFとF添加GI型MMFを接続した場合、Ge添加GI型MMFを単独で使用した場合(R=1)に比べると、全波長領域において、伝送帯域幅が改善されていることがわかる。また、0<R≦0.4では、F添加GI型MMFを単独で使用した場合(R=0)に比べても、全波長領域で伝送帯域幅の改善が見られる。特に、0.2≦R≦0.3では、長波長側で顕著な改善がなされている。
[実施例3]
図8及び図9は、両ファイバが1.3μm付近で最適化されている場合、Rを変えたときの伝送帯域幅の波長特性を示すグラフである。ただし、両ファイバは、それぞれΔ=0.01、a=25μmとし、Ge添加GI型MMF12のα値はαGe=1.937、F添加GI型MMF11のα値はαF=2.080としている。また、入射パルスは実施例1のものと同じである。
図8及び図9は、両ファイバが1.3μm付近で最適化されている場合、Rを変えたときの伝送帯域幅の波長特性を示すグラフである。ただし、両ファイバは、それぞれΔ=0.01、a=25μmとし、Ge添加GI型MMF12のα値はαGe=1.937、F添加GI型MMF11のα値はαF=2.080としている。また、入射パルスは実施例1のものと同じである。
図8及び図9に示すように、Ge添加GI型MMF12とF添加GI型MMF11を接続した場合、Ge添加GI型MMF12を単独で使用した場合(R=1)に比べると、全波長領域において、伝送帯域幅が改善されていることがわかる。また、0<R≦0.4では、F添加GI型MMF11を単独で使用した場合(R=0)に比べても、全波長領域で伝送帯域幅の改善が見られる。特に、0.2≦R≦0.3では短波長側で、0.3≦R≦0.4では長波長側で、それぞれ顕著な改善がなされている。
10…光導波路、11…F添加GI型MMF、12…Ge添加GI型MMF、13…接続点。
Claims (14)
- 石英ガラスにそれぞれ異なるドーパントを添加して作製された2種類以上のグレーデッドインデックス型マルチモードファイバを接続して構成されたことを特徴とする光導波路。
- 前記グレーデッドインデックス型マルチモードファイバの最適α値の波長依存性が波長の増加とともに単調増加するドーパントを添加したファイバと、前記波長依存性が波長の増加とともに単調減少するドーパントを添加したファイバとを接続して構成されたことを特徴とする請求項1に記載の光導波路。
- ゲルマニウム添加グレーデッドインデックス型マルチモードファイバとフッ素添加グレーデッドインデックス型マルチモードファイバとを接続して構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路。
- それぞれのファイバは、0.7μm〜1.65μmの波長領域中の特定波長で伝送帯域幅が最大になるように最適化されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光導波路。
- 0.7μm〜1.65μmの波長領域中の異なる波長でそれぞれの伝送帯域幅が最大になるように最適化された2種類のファイバを接続してなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光導波路。
- 0.7μm〜1.65μmの波長領域の特定波長領域で伝送帯域幅が最大になるように、それぞれのファイバの長さが最適化された2種類のファイバを接続してなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光導波路。
- 0.7μm〜1.65μm波長領域の特定波長領域で、いずれのファイバを単独で使用した場合よりも、接続後の光導波路の伝送帯域幅が高くなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光導波路。
- ゲルマニウム添加グレーデッドインデックス型マルチモードファイバとフッ素添加グレーデッドインデックス型マルチモードファイバとを接続して構成され、ゲルマニウム添加グレーデッドインデックス型マルチモードファイバのα値αGeは1.7≦αGe≦2.5であり、フッ素添加グレーデッドインデックス型マルチモードファイバのα値αFは1.7≦αF≦2.5であり、各ファイバの最大比屈折率差Δは0.005≦Δ≦0.025であり、コア半径aは15μm≦a≦35μmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の光導波路。
- それぞれのファイバは、最大比屈折率差Δ≧0.009であり、開口数NA≧0.185であり、前記光導波路は0.8μm〜1.5μmの波長領域において伝送帯域幅が2GHz・kmを超えることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の光導波路。
- それぞれのファイバは、最大比屈折率差Δ≧0.009であり、開口数NA≧0.185であり、前記光導波路は0.8μm〜1.0μmの波長領域において伝送帯域幅が1.5GHz・kmを超え、かつ1.0μm〜1.65μmの波長領域において伝送帯域幅が4GHz・kmを超えることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の光導波路。
- 請求項1〜10のいずれかに記載された光導波路を備えた光伝送路。
- 波長多重を行うことを特徴とする請求項11に記載の光伝送路。
- 請求項11又は12に記載された光伝送路を用いて構成された光通信システム。
- FTTH、LAN又はSANからなる群から選択される請求項13に記載の光通信システム。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8445626B2 (en) | 2006-08-14 | 2013-05-21 | Idemitsu Unitech Co., Ltd. | Biaxially oriented nylon film and process for production of biaxially oriented nylon film |
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