JP2006293117A

JP2006293117A - 光ファイバおよびそれを用いた光通信システム

Info

Publication number: JP2006293117A
Application number: JP2005115374A
Authority: JP
Inventors: Naomi Kumano; 尚美熊野
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-26
Also published as: US7164832B2; CN1847891A; CN100514097C; US20060233503A1

Abstract

【課題】本発明の目的は、伝送損失が小さく、ＷＤＭ伝送に好適に用いられる光ファイバを低コストで提供することにある。

【解決手段】本発明の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが４０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．２０５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送に好適に用いられる光ファイバおよびそれを用いた光通信システムに関する。

ＷＤＭ伝送技術の研究開発が活発に行われており、伝送帯域のさらなる拡大が要求されている。この要求をうけ、近年、伝送帯域の拡大を目的とした分散スロープ低減型ノンゼロ分散シフト光ファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）の開発が盛んに行われている。分散スロープ低減型ＮＺ−ＤＳＦは分散の絶対値を適度に保ちつつ、分散スロープの絶対値を非常に小さく抑えた光ファイバである。

分散スロープ低減型ＮＺ−ＤＳＦとしては、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、分散スロープの絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下、実効コア断面積Ａｅｆｆが４０μｍ２以上のＮＺ−ＤＳＦが特許文献１や特許文献２に提案されている。

特開２００４−０３８１３３号公報特開２００４−０５４１５１号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されている分散スロープ低減型ＮＺ−ＤＳＦの屈折率プロファイルは、コアが４層あるいは５層からなるものであり、従来のＮＺ−ＤＳＦと比較すると複雑な構造であった。コアを４層あるいは５層構造とすることにより、所望の分散、分散スロープ、Ａｅｆｆは得やすくなるが、伝送損失の低減が難しく、製造コストが高いという問題があった。

本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、本発明の請求項１記載の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが４０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．２０５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。

このようにしてなる本発明の請求項１記載の光ファイバによれば、分散の絶対値、分散スロープの絶対値、実効コア断面積Ａｅｆｆを最適な範囲に保ちつつ、伝送損失も低減されているため、ＷＤＭ伝送に好適に用いることができる。

また、本発明の請求項２記載の光ファイバは、請求項１記載の光ファイバにおいて、波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍでの曲げ損失が１５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。
このようにしてなる請求項２記載の光ファイバによれば、伝送損失に加えて曲げ損失も小さいため、本発明の光ファイバをシステム等に伝送路として適用した場合も、伝送路全体での伝送損失を小さく抑えることができる。

また、本発明の請求項３記載の光ファイバは、請求項１または２に記載の光ファイバにおいて、ケーブルカットオフ波長λccが１５５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
このようにしてなる請求項３記載の光ファイバによれば、１５５０ｎｍ以上の波長領域においてシングルモード動作が保証される。

また、本発明の請求項４記載の光ファイバは、請求項１から３のいずれか１に記載の光ファイバにおいて、波長１５５０ｎｍにおける偏波分散ＰＭＤが０．１ｐｓ／ｋｍ１／２以下であることを特徴とする。
このようにしてなる請求項３記載の光ファイバによれば、偏波分散による信号劣化を小さく抑えることができる。

また、本発明の請求項５記載の光ファイバは、請求項１から４のいずれか１に記載の光ファイバにおいて、コアとクラッドからなり、前記コアが３層構造を有する光ファイバであって、中心部に位置する第１コアと、第１コアを囲み第１コアよりも屈折率が低い第２コアと、第２コアを囲み第１コアよりも屈折率が低く第２コアよりも屈折率が高い第３コアと第３コアを囲み第２コアよりも屈折率が高く第３コアよりも屈折率が低いクラッドを有し、第３コアのクラッドに対する比屈折率差Δ３が０．１％〜０．４％であり、第１コアの直径ａに対する第３コアの直径ｃの比ｃ／ａが２．２〜３．０であり、かつ第３コアの屈折率が最も高い部分からクラッドまでの屈折率分布形状を表すαが２以下であることを特徴とする。

また、本発明の請求項６記載の光ファイバは、請求項５に記載の光ファイバにおいて、第１コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１が０．３％〜０．６％であり、屈折率分布形状を表すαが２以上であって、第１コアの直径ａが７μｍ〜１０μｍであることを特徴とする。

また、本発明の請求項７記載の光ファイバは、請求項５または６に記載の光ファイバにおいて、第２コアのクラッドに対する比屈折率差Δ２が−０．５％〜−０．１％であり、第１コアの直径ａに対する２コアの直径ｂの比ｂ／ａが１．５〜２．０であることを特徴とする。

このようにしてなる請求項５から７に記載の光ファイバによれば、伝送損失が小さく、ＷＤＭ伝送に好適に用いられる光ファイバを低コストで得ることができる。

また、本発明の請求項８記載の光通信システムは、請求項１〜請求項７のいずれか１に記載の光ファイバを光伝送路として適用したことを特徴とする。
このようにしてなる請求項８に記載の光通信システムによれば、伝送損失が小さい優れたＷＤＭ伝送用の光通信システムを低コストで構築できる。

以上に述べたように本発明の光ファイバによれば、伝送損失が小さく、ＷＤＭ伝送に好適に用いられる光ファイバが低コストで提供される。また、本発明の光通信システムによれば、伝送損失が小さい優れたＷＤＭ伝送用の光通信システムを低コストで構築できる。

以下、図面を用いて本発明の光ファイバの製造方法を詳細に説明する。
図１は本発明の光ファイバの一実施例の構成を示す模式図である。図１（ａ）は屈折率プロファイル、図１（ｂ）は横断面図を示している。本発明の光ファイバ１はコアが３層構造から成り、中心部に位置する第１コア２と、第１コアを囲み第１コアよりも屈折率が低い第２コア３と、第２コアを囲み第１コアよりも屈折率が低く第２コアよりも屈折率が高い第３コア４と第３コアを囲み第２コアよりも屈折率が高く第３コアよりも屈折率が低いクラッド５を有する。すなわち、本発明の光ファイバはいわゆるＷセグメント型屈折率プロファイルを有し、クラッドに対する比屈折率差を第１コアから第３コアまでそれぞれΔ１、Δ２、Δ３としたとき、Δ１>Δ３>０>Δ２となる。

第１コア２の屈折率分布形状はα乗を呈していて、このパラメータをα１とする。また、第３コア４の屈折率の最も高い部分からクラッドにかけても屈折率分布形状がα乗を呈していて、このパラメータをα３とする。なお、最も高い部分が１点ではなく、ある領域に及んでいる場合はその最も外側からクラッドにかけての屈折率分布形状のαをα３とする。

なお本明細書においては、第１コア２の最大屈折率をｎ１、第２コア３の最小屈折率をｎ２、第３コア４の最大屈折率をｎ３、クラッドの屈折率をｎＣとしたときに、各比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３をそれぞれ以下の（１）〜（３）式により定義している。

Δ１＝｛（ｎ１−ｎＣ）／ｎＣ｝×１００［％］（１）
Δ２＝｛（ｎ２−ｎＣ）／ｎＣ｝×１００［％］（２）
Δ３＝｛（ｎ３−ｎＣ）／ｎＣ｝×１００［％］（３）

また、図１に示すように、第１コアの直径をa、第２コアの直径をｂ、第３コアの直径をｃとする。
ここで、第１コアの直径ａは、第１コアと第２コアの境界においてクラッドと同じ屈折率を有する位置での径とする。第２コアの直径ｂは、第２コアと第３コアの境界においてΔ２の１／２の比屈折率差を有する位置での径とする。第３コアの直径ｃは第３コアとクラッドの境界においてΔ３の１／１０の比屈折率差を有する位置での径とする。

また、屈折率分布形状α１、α３は以下の（４）および（５）式で定義する。
ｎ２（ｒ）＝ｎ１２｛１−２（Δ１／１００）×（２ｒ／ａ）α１｝（４）
（但し、０<ｒ<ａ／２）
ｎ２（ｒ）＝ｎ３２｛１−２（Δ１／１００）×（２ｒ／ｃ）α３｝（５）
（但し、ｃｍａｘ<ｒ<ｃ／２）

ここで、ｒは光ファイバの中心からの半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率を表している。また、Ｃmaxは第３コアの屈折率の最も高い部分の光ファイバの中心からの半径方向の位置を示し、最も高い部分が１点ではなく、ある領域に及んでいる場合はその最も内側の位置とする。

［シミュレーションによる最適プロファイルの検討］
図１に示したＷセグメント屈折率プロファイルにおいて各コアの比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３および各コアの直径ａ、ｂ、ｃをパラメータとしてシミュレーションを行い、最適解を求めた。このとき、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下、かつ波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが４０μｍ２以上を満たす解を持つものを本実施形態例の最適プロファイルとした。結果を図２に示す。図２において、分散は波長１５５０ｎｍでの分散値、スロープは波長１５５０ｎｍでの分散スロープ、Ａｅｆｆは波長１５５０ｎｍでの実効コア断面積、カットオフ波長はケーブルカットオフ波長、曲げロスは波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍ１６ターンでの曲げ損失である。

なお、本明細書における、ケーブルカットオフ波長はＩＴＵ−ＴＧ．６５０．１に規定されたケーブルカットオフ波長λｃｃとする。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−ＴＧ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。

図２において、前述した特性を満たす光ファイバはＡ２、Ａ３、Ｃ３、Ｄ２、Ｅ１である。
また、図３は分散を６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度、曲げ損失を１０ｄＢ／ｍ程度にそれぞれほぼ一定とし、α３の値を変化させて、カットオフ波長の変化を調べた結果を示している。
図３からα３が２より大きくなるとカットオフ波長が急に大きくなることがわかる。したがって、α３が２以下であることが好ましいことがわかる。

以上、図２および図３の結果から、Ｗセグメント型屈折率プロファイルを有する光ファイバにおいて、前述した特性を満たすためには、第１コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１が０．３％〜０．６％であり、屈折率分布形状を表すα１が２以上であり、第１コアの直径ａが７μｍ〜１０μｍであり、また、第２コアのクラッドに対する比屈折率差Δ２が−０．５％〜−０．１％であり、第１コアの直径ａに対する２コアの直径ｂの比ｂ／ａが１．５〜２．０であり、第３コアのクラッドに対する比屈折率差Δ３が０．１％〜０．４％であり、第１コアの直径ａに対する第３コアの直径ｃの比ｃ／ａが２．２〜３．０であり、かつ第３コアの屈折率が最も高い部分からクラッドまでの屈折率分布形状を表すα３が２以下であることが好ましいことがわかる。

［光ファイバの試作結果］
前述したシミュレーションで得られた結果をもとに、実際の光ファイバを試作した。結果を図４に示す。図４における実施例と比較例のそれぞれの光ファイバの屈折率プロファイルを図５、図６、図７に示す。図５は実施例１〜４、図６は比較例１と２、図７は比較例３の光ファイバの屈折率プロファイルを示す。比較例１と２はコアが４層構造であり、第３コア４の外周に第４コア６が配置されている。
図４の表記において、図２と同じ表記は同じものを意味する。また、Δ４は第４コア６のクラッドの対する比屈折率差、ｄは第４コア６の直径、ロスは波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を、ＰＭＤは波長１５５０ｎｍにおける偏波モード分散を示す。

実施例においては、シミュレーションによる計算結果とほぼ同じの結果が得られている。また、実施例１〜４、比較例１、２のいずれにおいても波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下、かつ波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが４０μｍ２以上を満たし、ＰＭＤ、曲げロスもほぼ同等の値となっている。しかしながら、伝送損失に関しては、比較例１、２はともに０．２１０ｄＢ／ｋｍ以上の値となっている一方で、実施例１〜４ではいずれにおいても０．２０５ｄＢ／ｋｍ以下の小さな値となっている。

比較例３は、図７に示すようにコアが３層構造であり、Ｗセグメント型の屈折率プロファイルを有するが、第３コアを傾斜がない形状（α３＝１０）とした光ファイバである。
比較例３においても波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下を満たし、ＰＭＤ、曲げロスも実施例とほぼ同等の値となっている。しかしながら、伝送損失に関しては、０．２０７ｄＢ／ｋｍとやや大きくなっており、また、Ａｅｆｆに関しても、４０μｍ２以上を満たしていない。したがって比較例３より第３コアの屈折率プロファイルを傾斜がない形状とすると伝送損失の低減およびＡｅｆｆを４０μｍ２以上に拡大することが困難となることがわかる。

以上により、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが４０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．２０５ｄＢ／ｋｍ以下である光ファイバを得ることができる屈折率プロファイルは、コアが３層構造からなるＷセグメント型屈折率プロファイルを有し、さらに第３コアが傾斜を持つ（即ちα３が２以下である）ものであることが確認できた。

本発明の光ファイバの屈折率分布における第３コアの傾斜は、第３コアを形成する際に屈折率を上げるドーパントであるＧｅを外側に行くにつれて徐々に減少させていくことによって実現できる。
本発明の光ファイバの伝送損失が小さい理由は、Ｇｅの添加量が急激に変わる箇所が少なくなったことにより、光ファイバを径方向に見た場合ガラスの粘度が急激に変わる箇所が少なくなったことにあり、これにより、線引き時の急冷により生じる残留応力が低減されたためと考えられる。
このように屈折率プロファイルを単純化することで、製造も容易になり、コスト削減にも大きな成果をもたらす。

［本発明の光ファイバを用いた光通信システム］
次に、本発明の光通信システムについて説明する。図８は、本発明の光通信システムの一実施例の構成を示す模式図である。光通信システム１０は、本発明の光ファイバ１を光伝送路として用い、分布型ラマン増幅器１１と、Ｓ−バンド，Ｃ−バンドおよびＬ−バンドの少なくとも一つの波長帯域の信号光を増幅する集中型光増幅器１７，１８と、分散補償ユニット２０とを備えている。

光伝送路である光ファイバ１は、信号光の伝送方向において分布型ラマン増幅器１１の上流側に分波器１５と合波器１６が間隔をおいて配置され、分布型ラマン増幅器１１の下流側に分散補償ユニット２０が配置されている。

分布型ラマン増幅器１１は、Ｓ−バンドの信号光を励起する励起光源１２と、光伝送路である光ファイバ１に設けられた合波器１４とを有している。励起光源１２は、合波器１４に対して光ファイバ１３で接続され、Ｓ−バンドに係る信号光の後方励起に用いる。

集中型光増幅器１７，１８はエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり、光ファイバ１９によって分波器１５と合波器１６とに接続され、それぞれＣ−バンド、およびＬ−バンドの信号光増幅を行なっている。

分散補償ユニット２０は、分波器２１と、合波器２２と、分波器２１と合波器２２の間に配設された３本の分散補償ファイバ２３，２５，２７を有している。３本の分散補償ファイバ２３，２５，２７は、それぞれＳ−バンド，Ｃ−バンド，Ｌ−バンド用の分散補償ファイバで、各バンドにおける信号光の損失を補償する光増幅器２４，２６，２８が設けられている。

光通信システム１０は、光伝送路として本発明の光ファイバ１を用い、分布型ラマン増幅器１１を使用している。このため、光通信システム１０は、光ファイバ１に入力される最大パワーを低く抑えることが可能で、光ファイバ１で生ずる非線形現象に起因する信号歪みを確実に抑制することができる。

ところで、ラマン増幅器には、上述の分布型の他に、集中型があるが、ＷＤＭ伝送に集中型ラマン増幅器を使用した場合、光ファイバ中で生ずる非線形現象の影響を無視することができなくなる。しかし、本発明の光通信システム１０は、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが４０μｍ２以上の光ファイバ１を用いているので、本発明の光ファイバを伝送路用光ファイバとして用い、集中型ラマン増幅器を適用した場合であっても、非線形現象に起因する信号歪みを回避することができる。
このように、光ファイバ１はＡｅｆｆが４０μｍ２以上なので、分布ラマン増幅を用いたシステムにも、集中型ラマン増幅を用いたシステムにも、両方に適応可能な伝送路用の光ファイバである。

また、本発明に係わる光ファイバを使用することで、累積分散を低く抑えることができるため、例えば伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓで使用する場合には本発明の光通信システムの一実施例の構成を示す図５において示した分散補償ユニット２０は不要である。また、４０Ｇｂｉｔ／ｓを越える高速伝送の場合でも本発明に係わる光ファイバを使用することで分散格差を抑えることができるため、分散補償ユニット内に収容される分散補償光ファイバは従来の標準シングルモ−ド光ファイバ用に設計されたもので充分であり、新たな分散補償光ファイバを設計する必要が無いうえ、低損失なシステムを構成できるという利点を有する。

本発明の光ファイバの一実施例の構成を示す模式図である。シミュレーションによる光ファイバの特性計算結果を示す図である。シミュレーションによるα３とカットオフ波長の関係を示す図である。試作した光ファイバの特性計算結果を示す図である。本発明の光ファイバの実施例１〜４の屈折率プロファイルを示す図である。比較例１と比較例２の屈折率プロファイルを示す図である。比較例３の屈折率プロファイルを示す図である。本発明の光通信システムの一実施例の構成を示す模式図である。

符号の説明

１光ファイバ
２第１コア
３第２コア
４第３コア
５クラッド
６第４コア
１０光通信システム
１１分布型ラマン増幅器
１２励起光源
１３光ファイバ
１４合波器
１５分波器
１６合波器
１７，１８集中型光増幅器
１９光ファイバ
２０分散補償ユニット
２１分波器
２２合波器
２３，２５，２７分散補償ファイバ
２４，２６，２８光増幅器

Claims

波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが４０μｍ２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．２０５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍでの曲げ損失が１５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
ケーブルカットオフ波長λccが１５５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
波長１５５０ｎｍにおける偏波分散ＰＭＤが０．１ｐｓ／ｋｍ１／２以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の光ファイバ。
コアとクラッドからなり、前記コアが３層構造を有する光ファイバであって、
中心部に位置する第１コアと、第１コアを囲み第１コアよりも屈折率が低い第２コアと、第２コアを囲み第１コアよりも屈折率が低く第２コアよりも屈折率が高い第３コアと第３コアを囲み第２コアよりも屈折率が高く第３コアよりも屈折率が低いクラッドを有し、第３コアのクラッドに対する比屈折率差Δ３が０．１％〜０．４％であり、第１コアの直径ａに対する第３コアの直径ｃの比ｃ／ａが２．２〜３．０であり、かつ第３コアの屈折率が最も高い部分からクラッドまでの屈折率分布形状を表すα３が２以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の光ファイバ。
第１コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１が０．３％〜０．６％であり、屈折率分布形状を表すα１が２以上であって、第１コアの直径ａが７μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
第２コアのクラッドに対する比屈折率差Δ２が−０．５％〜−０．１％であり、第１コアの直径ａに対する２コアの直径ｂの比ｂ／ａが１．５〜２．０であることを特徴とする請求項５または６記載の光ファイバ。
請求項１〜請求項７のいずれか１に記載の光ファイバを光伝送路として適用したことを特徴とする光通信システム。