JP2007225734A - 非線形光ファイバおよび非線形光デバイスならびに光信号処理装置 - Google Patents

非線形光ファイバおよび非線形光デバイスならびに光信号処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光学非線形性が高くても、長手方向で波長分散特性が安定しており非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバ、およびこの非線形光ファイバを用いた非線形光デバイス、ならびにこの非線形光ファイバを用いた光信号処理装置を提供すること。
【解決手段】中心コア部と、前記中心コア部の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低いコア層と、前記中心コア部と前記コア層との間に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率の高い１以上の緩衝コア層と、を有するコアと、前記コア層の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率が高いクラッドと、を有し、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１８μｍ2以下であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非線形光ファイバ、およびこの非線形光ファイバを用いた非線形光デバイス、ならびにこの非線形光ファイバを用いた光信号処理装置に関するものである。
近年、インターネットトラフィックの増大に伴い、光ファイバ通信システムを用いた情報通信の更なる高速化、大容量化が求められている。この高速化、大容量化を実現するためには、光ファイバ通信システムにおいて用いられる光信号処理技術の高速化や光増幅技術の広帯域化が必要となる。
従来の光信号処理技術としては、光信号を一旦電気信号に変換し、変換された電気信号を電気デバイスにより信号処理して、信号処理した電気信号を再び光信号に変換する方法が一般的である。この方法では光信号を一旦電気信号に変換しなければならないため、信号処理速度が電気デバイスの応答速度に制限される。しかし、近年要求されている信号処理速度の高速化に対して、従来の電子デバイスの応答速度は限界に近づきつつある。
これに対して、光信号を光のまま信号処理する全光信号処理技術が注目されている。全光信号処理技術は、光信号を電気信号に変換することなく、光デバイスにより直接信号処理する技術である。光デバイスの応答速度は電子デバイスの応答速度よりも高速であるため、全光信号処理技術を用いれば、信号処理速度の一層の高速化が可能である。
全光信号処理技術に用いられる光デバイスには、光信号を伝送する光ファイバ内で発生する非線形光学現象を利用した非線形光デバイスがある。光ファイバ内で発生する非線形光学現象を利用した非線形光デバイスは、非線形光学現象は高速で応答するために光信号の高速処理が可能であると同時に、伝送損失の小さい光ファイバを利用するものであるから光信号の損失も小さくできるため、近年特に注目されており、光信号処理装置への適用が検討されている。
光ファイバ内で生ずる非線形光学現象としては四光波混合(ＦＷＭ)、自己位相変調(ＳＰＭ)、相互位相変調(ＸＰＭ)、誘導ブリリュアン散乱(ＳＢＳ)、誘導ラマン散乱(ＳＲＳ)などが挙げられる。これらの中でＦＷＭは波長変換器や光パラメトリック増幅器(ＯＰＡ)などに利用されている。また、ＳＰＭを利用したパルス圧縮、波形整形等の光信号処理技術が既に報告されている（特許文献１、２）。
このような光ファイバ内での非線形光学現象を利用した非線形光デバイスの実現には、光ファイバ内で効率良く非線形光学現象を発生させることができる光ファイバ、すなわち高い光学非線形性を有する非線形光ファイバの実現が重要となる。光ファイバの光学非線形性を高くするには、例えばコアとクラッドとの比屈折率差を大きくすることで、光ファイバの有効コア断面積Ａeffを小さくする方法がある。なお、高い光学非線形性を有する非線形光ファイバとしては、特許文献３、４に開示されたものがある。
特開２００４−１１７５９０号公報 特開２００５−３０１００９号公報 特開２００２−２０７１３６号公報 特開２００３−１７７２６６号公報
ＦＷＭやＳＰＭなどの非線形光学現象を効率よく利用するには、高い光学非線形性を有するだけでなく、光信号が光ファイバ中を伝搬する方向、すなわち光ファイバの長手方向において安定した波長分散特性を有する非線形光ファイバが必要である。特に、ＦＷＭを利用するには、ＦＷＭの発生効率を長い距離に渡って高いものとするために、非線形光ファイバの長手方向で波長分散の絶対値が安定して小さいことが重要である。なお、光ファイバの波長分散特性は、主に、コア及びクラッドの構造や屈折率プロファイルにより定まるものである。
しかしながら、従来の光ファイバは、光ファイバの製造時に、製造条件のゆらぎにより光ファイバの長手方向でコアの直径が変動してしまうので、波長分散特性が長手方向で安定した光ファイバを製造するのは困難であった。特に、特許文献３、４に開示された屈折率プロファイルを有する非線形光ファイバは、光学非線形性が高いものの、コアの直径の変化に対する波長分散値の変化が大きい。したがって、特許文献３、４に開示された屈折率プロファイルを有し、かつ波長分散特性が長手方向で安定した非線形光ファイバを製造するのは困難であった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、長手方向で波長分散特性が安定しており非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバ、およびこの非線形光ファイバを用いた非線形光デバイス、ならびにこの非線形光ファイバを用いた光信号処理装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る非線形光ファイバは、中心コア部と、前記中心コア部の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低いコア層と、前記中心コア部と前記コア層との間に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率の高い１以上の緩衝コア層と、を有するコアと、前記コア層の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率が高いクラッドと、を有し、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１８μｍ2以下であることを特徴とする。
請求項２に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記コアは、前記コア層と前記クラッドとの間に形成され前記クラッドよりも屈折率が高い付加コア層を有することを特徴とする。
請求項３に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記中心コア部の直径に対する前記緩衝コア層の外径の比が１．２以上２．０以下であることを特徴とする。
請求項４に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記中心コア部の前記クラッドに対する比屈折率差が１．８％以上であることを特徴とする。
請求項５に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記中心コア部の直径に対する前記コア層の外径の比が２．５以上であることを特徴とする。
請求項６に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記コア層の前記クラッドに対する比屈折率差が−１．２以上−０．２％以下であることを特徴とする。
請求項７に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記緩衝コア層の前記クラッドに対する比屈折率差が０．１以上０．６％以下であることを特徴とする。
請求項８に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける長手方向での波長分散の変動幅が長さ１ｋｍあたり１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
請求項９に係る非線形光ファイバは、上記発明において、長手方向での零分散波長の変動幅が長さ１ｋｍあたり３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
請求項１０に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
請求項１１に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
請求項１２に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲において、前記コア層の外径が１％変動したときの波長１５５０ｎｍにおける波長分散の変動が、０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
請求項１３に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープの絶対値が０．０２以上０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であることを特徴とする。
請求項１４に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数が４０×１０-10／Ｗ以上であることを特徴とする。
請求項１５に係る非線形光ファイバは、上記発明において、カットオフ波長が１５００ｎｍ未満であることを特徴とする。
請求項１６に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が１．５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
請求項１７に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける偏波モード分散が０．２ｐｓ／ｋｍ1/2以下であることを特徴とする。
請求項１８に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記クラッドの前記中心コア部を挟む両側に、応力付与部材が設けられたものであることを特徴とする。
請求項１９に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長１５５０ｎｍにおける偏波クロストークが長さ１００ｍあたり−２０ｄＢ以下であることを特徴とする。
請求項２０に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記クラッドの外径が１００μｍ以下であることを特徴とする。
請求項２１に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記クラッドの周囲に形成された被覆を有し、前記被覆の外径が１５０μｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る非線形光デバイスは、光を入力する光入力部と、光を出力する光出力部と、前記光入力部と前記光出力部の間に設けられ前記光入力部から入力した光によって非線形光学現象を生じさせて前記光出力部に出力する本発明に係る非線形光ファイバと、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る光信号処理装置は、光信号を入力する光信号入力部と、本発明に係る非線形光ファイバを有し、前記非線形光ファイバ中で発生した非線形光学現象を用いて前記光信号入力部から入力した光信号を信号処理する光信号処理部と、前記信号処理された光信号を出力する光信号出力部と、を有することを特徴とする。
本発明に係る非線形光ファイバによれば、非線形光ファイバの製造時に、製造条件のゆらぎにより光ファイバの長手方向でコアの直径が変動しても、中心コア部とコア層との間に形成され中心コア部よりも屈折率が低くかつコア層よりも屈折率の高い１以上の緩衝コア層を有することによって、長手方向でのコアの直径の変動による波長分散特性の変動が緩和される。したがって、長手方向で波長分散特性が安定しており非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバが実現できるという効果を奏する。
以下に、図面を参照して本発明に係る非線形光ファイバの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付する。また、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る非線形光ファイバについて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した図であり、図２は、本発明の実施の形態１に係る非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した図である。図１および２に示すように、本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０は、中心コア部１１と、中心コア部１１の周囲に形成され中心コア部１１よりも屈折率が低いコア層１２と、中心コア部１１とコア層１２との間に形成され中心コア部１１よりも屈折率が低くかつコア層１２よりも屈折率の高い緩衝コア層１４とを有するコア１５と、コア層１２の周囲に形成され中心コア部１１よりも屈折率が低くかつコア層１２よりも屈折率が高いクラッド１６とを有し、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１８μｍ2以下である。また、非線形光ファイバ１０は、クラッド１６の周囲に形成された被覆１７を有する。
コア１５及びクラッド１６はＳｉＯ2ガラスをベースとするものである。コア１５については、屈折率を調整するために添加するＧｅＯ2やＦ元素などの屈折率調整用ドーパントの添加量や半径方向の添加量の分布などを調整して、所望の形状の屈折率プロファイルを形成できる。この際、ＧｅＯ2を添加すると屈折率を高くし、Ｆ元素を添加すると屈折率を低くすることができる。クラッド１６については、実質的に純ＳｉＯ2ガラスからなるが、ＧｅＯ2やＦ元素などの屈折率調整用ドーパントを添加して、所望の屈折率としても良い。なお、実質的に純ＳｉＯ2ガラスからなるとは、屈折率調整用ドーパントを含まないことを意味し、屈折率に影響を及ぼさないＣｌ元素などはふくまれていてもよい。また、被覆１７は、通常は２層の紫外線硬化型樹脂からなるものである。
クラッド１６の外径は通常は１２５μｍであるが、１００μｍ以下にすることもできる。その場合、非線形光ファイバ１０をボビンなどに巻回する場合の直径を小さくできる。また、被覆１７の外径は通常は２５０μｍであるが、クラッドの外径を小さくすることで、１５０μｍ以下にすることもできる。その場合、非線形光ファイバ１０の体積が小さくなる。したがって、非線形光ファイバ１０を小径のボビンに巻回して筐体に収容すれば、小型の非線形光デバイスが実現できる。
また、図２に示すように、非線形光ファイバ１０において、中心コア部１１は直径がｄ１１であって、屈折率プロファイル１１ａを有し、最大屈折率はｎｃ１１である。コア層１２は外径がｄ１２であって、屈折率プロファイル１２ａを有し、最小屈折率はｎｃ１２である。緩衝コア層１４は外径がｄ１４であって、屈折率プロファイル１４ａを有し、最大屈折率はｎｃ１４である。クラッド１６は屈折率プロファイル１６ａを有し、屈折率はｎｃｌ１０である。なお、ｎｇは純ＳｉＯ2ガラスの屈折率である。
ここで、非線形光ファイバ１０の屈折率プロファイルを特徴づけるプロファイルパラメータを定義する。まず、コア層１２の外径ｄ１２に対する中心コア部１１の直径ｄ１１の比であるｄ１１／ｄ１２をＲａ１１、コア層１２の外径ｄ１２に対する緩衝コア層１４の直径ｄ１４の比であるｄ１４／ｄ１２をＲａ１２と定義する。次に、クラッド１６に対する中心コア部１１の最大比屈折率差をΔ１１、クラッド１６に対するコア層１２の最小比屈折率差をΔ１２、クラッド１６に対する緩衝コア層１４の最大比屈折率差をΔ１４と定義する。また、純ＳｉＯ2ガラスの屈折率に対するクラッドの比屈折率差をΔｃｌａｄとする。クラッドが実質的に純ＳｉＯ2ガラスからなる場合は、Δｃｌａｄは０％である。本明細書においては、Δ１１、Δ１２、Δ１４、Δｃｌａｄは、式（１）〜（４）で定義する。
Δ１１＝[（ｎｃ１１−ｎｃｌ１０）／ｎｃ１１]×１００ （％） （１）
Δ１２＝[（ｎｃ１２−ｎｃｌ１０）／ｎｃ１２]×１００ （％） （２）
Δ１４＝[（ｎｃ１４−ｎｃｌ１０）／ｎｃ１４]×１００ （％） （３）
Δｃｌａｄ＝[（ｎｃｌ１０−ｎｇ）／ｎｃｌ１０]×１００ （％） （４）
非線形光ファイバ１０においては、中心コア部１１の直径に対する緩衝コア層１４の外径の比、つまりｄ１４／ｄ１１は１．２以上２．０以下である。また、Δ１１は１．８％以上であり、より好ましくは２．２％以上である。また、中心コア部１１の直径に対するコア層１２の外径の比、つまりｄ１２／ｄ１１は２．５以上であり、より好ましくは３．０以上である。また、Δ１２は−１．２以上−０．２％以下であり、より好ましくは−１．２以上−０．４％以下である。また、Δ１４は０．１以上０．６％以下であり、より好ましくは０．３以上０．６％以下である。
また、中心コア部１１、緩衝コア層１４は、いわゆるα型の屈折率プロファイルを有し、α値としてそれぞれα１１、α１４を有する。α値とは、屈折率プロファイルの形状を表す指数であり、式（５）、式（６）で定義される。α値が大きくなるほど、コアの屈折率プロファイルの中央部が丸みを持つ、すなわち、三角形から四角形に移行していくことになる。
ｎ2（ｒ）＝ｎｃ１１2｛１−２（Δ１１／１００）・（２ｒ／ｄ１１）α11｝ （５）
ただし、０≦ｒ＜ｄ１１／２
ｎ2（ｒ）＝ｎｃ１４2｛１−２（Δ１４／１００）・（（ｒ−ｒ１４ｍａｘ）／（ｄ１４／２−ｒ１４ｍａｘ））α14｝ （６）
ただし、ｒ１４ｍａｘ≦ｒ＜ｄ１４／２
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す。また、ｒ１４ｍａｘとは、ｄ１１／２≦ｒ＜ｄ１４／２の範囲で、クラッド１６に対する比屈折率差が最も大きい点における光ファイバの中心からの半径方向の位置であり、ｒ１４ｍａｘが１点ではなく広範囲に及ぶ場合は、その中での中心の点とする。図２においては、ｒ１４ｍａｘ＝ｄ１１／２である。また、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率を表す。
また、非線形光ファイバ１０の伝送特性については、波長１５００ｎｍ以上の信号光をシングルモードで伝送させるために、カットオフ波長は１５００ｎｍ未満である。また、長手方向の零分散波長の変動幅は長さ１ｋｍあたり３０ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおいて長手方向での波長分散の変動幅は長さ１ｋｍあたり１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であるから、光ファイバ長を長くしても波長分散特性が長手方向で安定しており、非線形光学現象を効率よく利用できる。また、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、より好ましくは１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であるから、ＦＷＭなどの非線形光学現象の発生効率が高い。また、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲において、コア層１２の外径が１％変動したときの波長１５５０ｎｍにおける波長分散の変動は０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であるから、波長分散の絶対値が長手方向で安定して小さい光ファイバとなる。また、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散スロープの絶対値は０．０２以上０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であるから、広い波長帯域で波長分散の絶対値が小さい光ファイバとなる。また、波長１５５０ｎｍにおいて伝送損失は１．５ｄＢ／ｋｍ以下であるから、光の損失が小さく非線形光学現象の発生効率が高い。また、波長１５５０ｎｍにおいて偏波モード分散は０．２ｐｓ／ｋｍ1/2以下であるから、信号光が短パルス光であっても光ファイバを伝搬する間のパルス波形の劣化が抑制される。また、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数は４０×１０-10／Ｗ以上であるから、非線形光学現象の発生効率が高い。
なお、本明細書においては、カットオフ波長（λc）とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するファイバカットオフ波長をいう。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。また、本明細書において用いる非線形係数（ｎ2／Ａeff）は、ＸＰＭ法による測定値である。
次に、本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０の特性を、シミュレーション結果をもとに説明する。最初に、非線形光ファイバの屈折率プロファイルと長手方向での波長分散安定性との関係について説明する。光ファイバの長手方向での波長分散安定性とは、長手方向でコアの直径が変動したときに、波長分散値がどれだけ変動するかということであり、コアの直径の変化に対する波長分散値の変化で見積もることができる。
そこで、図２に示す屈折率プロファイルを有する非線形光ファイバ１０について、伝搬する光の電界分布から、コア１５の直径を変化させたときの波長分散値の変化をシミュレーションにより算出した。このシミュレーションにおいては、コア１５の直径は、コア層１２の外径ｄ１２に対する中心コア部１１の直径ｄ１１の比であるＲａ１１と、コア層１２の外径ｄ１２に対する緩衝コア層１４の外径ｄ１４の比であるＲａ１２とを一定としたまま、コア層１２の外径ｄ１２を変化させることにより変化させた。
ここで、コア層１２の外径ｄ１２が１％変化したときの波長分散値の変化ΔＤ［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］は、式（７）により定義される。
ΔＤ＝（（Ｄ+1−Ｄ-1）／（ｄ１２+1−ｄ１２-1））×ｄ１２／１００ （７）
ここで、Ｄ+1はコア層１２の外径がｄ１２+1のときの波長分散値であり、Ｄ-1はコア層１２の外径がｄ１２-1のときの波長分散値をあらわす。ただし、ｄ１２+1＝ｄ１２＋δ、ｄ１２-1＝ｄ１２−δである。δはコア層１２の外径の変化量である。
図３は、シミュレーションにおいて用いるプロファイルパラメータを、Ｒａ１１＝０．２０、Δ１１＝３．０、α１１＝３、Ｒａ１２＝０．２５、Δ１４＝０．３、α１４＝６、Δ１２＝−０．６として、波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層１２の外径ｄ１２を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。図３が示すように、コア層１２の外径ｄ１２が２０．６μｍのときに波長分散値Ｄの絶対値がもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の変化ΔＤは０．５２［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］であり、後述する従来の非線形光ファイバにおける値よりも十分に小さい値となる。
また、図４は、プロファイルパラメータを、Ｒａ１１＝０．４０、Δ１１＝３．０、α１１＝３、Ｒａ１２＝０．５５、Δ１４＝０．３、α１４＝６、Δ１２＝−０．６として、波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層１２の外径ｄ１２を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。図４が示すように、コア層１２の外径ｄ１２が１０．６μｍのときに波長分散値Ｄの絶対値がもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の変化ΔＤは０．４７［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］であり、後述する従来の非線形光ファイバにおける値よりも十分に小さい値となる。
次に、図２に示す屈折率プロファイルを有する非線形光ファイバ１０について、さまざまなプロファイルパラメータを用いて、コアの直径を０．１μｍずつ変化させ、各直径での波長分散値から波長分散値の変化ΔＤを算出し、波長分散の絶対値が最も小さい直径での波長分散値の変化ΔＤ0を比較した。
図５〜９は、Ｒａ１１、Ｒａ１２以外のパラメータを固定して、Ｒａ１１、Ｒａ１２を変化させたときの、波長分散の絶対値が最も小さい直径での波長分散値の変化ΔＤ0を比較した結果を示す図である。図５〜７はΔ１１をそれぞれ３．０、２．４、１．８とした場合を示し、図８、９はそれぞれ、図６に示す場合とはΔ１２が異なる場合を示し、図１０は、図５に示す場合においてΔ１４を変化させた場合を示す。これらの結果は、ΔＤ0は、Ｒａ１２とＲａ１１の比、つまり緩衝コア層１４の外径ｄ１４と中心コア部１１の直径ｄ１１との比ｄ１４／ｄ１１に依存して変化し、ｄ１４／ｄ１１が２．０以下の範囲では、ｄ１４／ｄ１１が大きいほどΔＤ0が小さくなることを示す。
しかし、ｄ１４／ｄ１１を大きくするとカットオフ波長が大きくなるというトレードオフの関係があるので、カットオフ波長が信号光波長よりも小さくなるような範囲でｄ１４／ｄ１１を大きくする必要がある。また、ｄ１４／ｄ１１を大きくすると有効コア断面積が大きくなるというトレードオフの関係があるので、高い非線形性を維持するため、有効コア断面積が１８μｍ2以下となるような範囲でｄ１４／ｄ１１を大きくする必要がある。一方、ｄ１４／ｄ１１が１．２未満では、ΔＤ0はあまり小さくならないので、光ファイバの長手方向での波長分散特性が安定したものとはならない。
しかし、本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０は、ｄ１４／ｄ１１が１．２以上２．０以下であるから、ΔＤ0が十分に小さく光ファイバの長手方向での波長分散特性が安定したものとなり、かつカットオフ波長が小さくなり、さらに有効コア断面積が１８μｍ2以下となり高い非線形性を有するものとなる。
また、ｄ１４／ｄ１１を大きくするとカットオフ波長が大きくなるというトレードオフの関係があるのに加えて、Δ１１あるいはΔ１２を大きくするとカットオフ波長が大きくなるというトレードオフの関係があるので、所定のΔ１１とΔ１２に対してカットオフ波長が信号光波長よりも小さくなるような範囲でｄ１４／ｄ１１を大きくする必要がある。例えば、Δ１１が３．０％、Δ１２が−０．６％の場合は、ｄ１４／ｄ１１が１．４より大きいとカットオフ波長が１５００ｎｍ以上になってしまうので、ｄ１４／ｄ１１は１．２以上１．４以下とすることがより好ましい。
また、Δ１１を小さくしたりＲａ１１を大きくしたりするとΔＤ0が大きくなるというトレードオフの関係があるので、所定のΔ１１とＲａ１１に対してΔＤ0が十分小さくなるような範囲でｄ１４／ｄ１１を大きくする必要がある。例えば、Δ１１が２．４％、Δ１２が−０．６％、Ｒａ１１が０．４の場合は、ｄ１４／ｄ１１が１．７より大きいとカットオフ波長が１５００ｎｍ以上になってしまい、ｄ１４／ｄ１１が１．３より小さいとΔＤ0が０．７［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］より大きくなってしまうので、ｄ１４／ｄ１１は１．３以上１．７以下であることが好ましい。
また、Δ１１が１．８％未満であると、ΔＤ0が大きくなるだけでなく、有効コア断面積を１８μｍ2以下にするのが困難となるが、本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０はΔ１１が１．８％以上であるから、ΔＤ0が十分に小さく光ファイバの長手方向での波長分散特性が安定したものとなり、かつ有効コア断面積を容易に１８μｍ2以下とでき高い非線形性を維持できる。さらに本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０は、好ましくはΔ１１が２．２％以上であるから、有効コア断面積が容易に１５μｍ2以下とでき一層高い非線形性を維持でき、非線形光学現象の発生効率を高めることができる。
また、Ｒａ１１、すなわちｄ１１／ｄ１２が０．４より大きいと、ΔＤ0が大きくなるだけでなく、有効コア断面積も大きくなるが、本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０はｄ１２／ｄ１１が２．５以上、より好ましくは３．０以上であるから、Ｒａ１１が０．４以下となるので、ΔＤ0が十分に小さく光ファイバの長手方向での波長分散特性が安定したものとなり、かつ有効コア断面積を小さくでき高い非線形性を維持できる。
また、Δ１２を大きくすると、カットオフ波長が大きくなるだけでなく、有効コア断面積も大きくなる。そしてΔ１２が−０．２％より大きいと、カットオフ波長を１５００ｎｍ未満にするのが困難になる。また、Δ１２を−１．２％未満にするのは製造上困難である。しかし、本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０は、Δ１２が−１．２％以上−０．２％以下、より好ましくは−１．２％以上−０．４％以下であるから、カットオフ波長を容易に１５００ｎｍ未満にでき、製造も容易であり、かつ有効コア断面積を小さくでき高い非線形性を有するものとなる。
また、Δ１４を大きくするほどΔＤ0は小さくなるが、Δ１４が０．６％より大きくなると、光ファイバの製造時に緩衝コア層１４に気泡が混入し生産性が悪化しやすくなる。また、Δ１４が０．１％未満では緩衝コア層１４によるΔＤ0の低減効果が得られなくなる。しかし、本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０はΔ１４が０．１％以上０．６％以下、より好ましくは０．３％以上０．６％以下であるから、生産性が高く、ΔＤ0の低減効果が顕著に得られる。
次に、比較のため、緩衝コア層を有しない従来型の非線形光ファイバにおける光の電界分布から、コアの直径を変化させたときの波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍での波長分散値の変化をシミュレーションにより算出した。この従来型の非線形光ファイバは、図１１に示すように、直径がｄ１１´でありα形の屈折率プロファイル１１ａ´を有し最大屈折率がｎｃ１１´である中心コア部と、中心コア部の周囲に形成され中心コア部よりも屈折率が低く外径がｄ１２´であり屈折率プロファイル１２ａ´を有し最小屈折率がｎｃ１２´であるコア層とを有するコアと、コア層の周囲に形成され中心コア部よりも屈折率が低くかつコア層よりも屈折率が高く屈折率プロファイル１６ａ´を有し屈折率がｎｃｌ１０´であるクラッドとを有するものである。シミュレーションにおいて、コアの直径は、コア層(ディプレストコアとも呼ばれる)の外径ｄ１２´に対する中心コア部(センターコアとも呼ばれる)の直径ｄ１１´の比であるＲａ１１´を一定としたまま、コア層の外径ｄ１２´を変化させることにより変化させた。
図１２は、シミュレーションにおいて用いるプロファイルパラメータを、図３に示す場合と同様に、Ｒａ１１´＝０．２０、Δ１１´＝３．０、α１１´＝３、Δ１２´＝−０．６として、波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径ｄ１２´を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。図１２が示すように、コア層の外径ｄ１２´が２１．１μｍのときに波長分散値Ｄの絶対値がもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の変化ΔＤは０．６８［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］である。この値は、図３に示した緩衝コア層１４を有する本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０におけるΔＤの値である０．５２［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］より大きい。
また、図１３は、プロファイルパラメータを、図４に示す場合と同様に、Ｒａ１１´＝０．４０、Δ１１´＝３．０、α１１´＝３、Δ１２´＝−０．６として、波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径ｄ１２´を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。図１３が示すように、コア層の外径ｄ１２´が１０．６μｍのときに波長分散値Ｄの絶対値がもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の変化ΔＤは０．７０［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］である。この値は、図４に示した緩衝コア層１４を有する本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０におけるΔＤの値である０．４７［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］より大きい。
以上のことから、本実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０は、非線形光ファイバの製造時に、製造条件のゆらぎにより光ファイバの長手方向でコアの直径が変動しても、中心コア部とコア層との間に形成され中心コア部よりも屈折率が低くかつコア層よりも屈折率の高い１以上の緩衝コア層を有することによって、長手方向でのコアの直径の変動による波長分散特性の変動が緩和される。したがって、長手方向で波長分散特性が安定しており非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバが実現できる。
次に、本発明に係る非線形光ファイバの実施例について、各特性値の実測結果に基づき、具体的に説明する。
（実施例１〜６）
実施例１〜６として、本発明に係る非線形光ファイバ１０１〜１０６を製造した。これらの非線形光ファイバ１０１〜１０６は、いずれも図１、２に示す構造および屈折率プロファイルを有するものであり、プロファイルパラメータとして、Ｒａ１１＝０．２２、Δ１１＝３．０、α１１＝３．４、Ｒａ１２＝０．２７、Δ１４＝０．４、α１４＝３．６、Δ１２＝−０．６、Δｃｌａｄ＝０を有する同一のコア母材を用いて製造したものである。ただし、製造の際に、クラッドの外径を変化させることにより、コア層の外径ｄ１２を変化させて、波長分散値などの諸特性を変化させたものである。
図１４は、実施例１〜６の非線形光ファイバ１０１〜１０６の諸特性の実測値を示す。なお、波長分散、分散スロープ、損失、有効コア断面積、非線形係数および偏波モード分散は、波長１５５０ｎｍにおける値である。また、有効コア断面積、カットオフ波長、コア層の外径、クラッドの外径および被覆の外径は、製造した非線形光ファイバの両端部において測定した値の平均値である。
図１４に示すように、非線形光ファイバ１０１〜１０６はいずれも、カットオフ波長は１５００ｎｍ未満であった。また、非線形光ファイバ１０１〜１０６はいずれも、波長１５５０ｎｍにおける特性として、波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長分散スロープの絶対値は０．０２以上０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であり、非線形係数は４０×１０-10／Ｗ以上であり、伝送損失は１．５ｄＢ／ｋｍ以下であり、偏波モード分散は０．２ｐｓ／ｋｍ1/2以下であった。また、１０３〜１０６のクラッドの外径は１００μｍ以下であり、被覆の外径は１５０μｍ以下であった。
次に、非線形光ファイバ１０１〜１０６のコア層の外径と波長分散値の関係から、式（７）によりコア層の外径が１％変化したときの波長分散値の変化ΔＤを計算したところ、いずれの光ファイバにおいても０．７［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］以下であった。
次に、実施例４の非線形光ファイバ１０６について、非特許文献であるOptics Letters vol.21 pp.1724-1726(1996)に開示されている非線形ＯＴＤＲ法により、光ファイバの長手方向での波長分散の変動を測定した。ファイバ長は３ｋｍであり、測定波長は１５５０ｎｍとした。図１５は非線形光ファイバ１０６の長手方向での波長分散の変動の測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。図１５が示すように、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバの長手方向の波長分散の変動幅は、最大でも１ｋｍあたり０．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であった。また、図１５の測定結果から、光ファイバの長手方向の零分散波長の変動を計算した。図１６は非線形光ファイバ１０６の長手方向での零分散波長の変動の計算結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は零分散波長を示す。図１６が示すように、光ファイバの長手方向での零分散波長の変動幅は、最大でも１ｋｍあたり１５ｎｍ以下であった。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る非線形光ファイバについて説明する。本実施の形態２に係る非線形光ファイバは、実施の形態１に係る非線形光ファイバと比べて、コアが、コア層とクラッドとの間に形成されクラッドよりも屈折率が高い付加コア層を有する点が異なる。
図１７は、本発明の実施の形態２に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した図であり、図１８は、本発明の実施の形態２に係る非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した図である。図１７および１８に示すように、本実施の形態２に係る非線形光ファイバ２０は、実施の形態１に係る非線形ファイバ１０と同様の構造を有するが、コア２５はさらに、コア層２２とクラッド２６との間に形成されクラッド２６よりも屈折率が高い外径がｄ２３の付加コア層２３を有する。
また、図１８に示すように、非線形光ファイバ２０において、実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０と同様の屈折率プロファイルを有するが、さらに、付加コア層２３は外径がｄ２３であって、屈折率プロファイル２３ａを有し、最大屈折率はｎｃ２３である。
ここで、実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０と同様に、ｄ２１／ｄ２２をＲａ２１、ｄ２４／ｄ２２をＲａ２２とし、クラッド２６に対する中心コア部２１の比屈折率差をΔ２１、クラッド２６に対するコア層２２の比屈折率差をΔ２２、クラッド２６に対する緩衝コア層２４の比屈折率差をΔ２４とする。さらに、コア層２２の外径ｄ２２に対する付加コア層２３の外径ｄ２３の比であるｄ２３／ｄ２２をＲａ２３とし、クラッド２６に対する付加コア層２３の最大比屈折率差をΔ２３とする。Δ２１、Δ２２、Δ２４についてはΔ１１、Δ１２、Δ１４と同様に式（１）〜（３）と同様の式が成り立つ。また、Δ２３については式（８）が成り立つ。
Δ２３＝[（ｎｃ２３−ｎｃｌ２０）／ｎｃ２３]×１００ （％） （８）
非線形光ファイバ２０において、非線形光ファイバ１０と同様に、ｄ２４／ｄ２１は１．２以上２．０以下である。また、Δ２１は１．８％以上であり、より好ましくは２．２％以上である。また、ｄ２２／ｄ２１は２．５以上であり、より好ましくは３．０以上である。また、Δ２２は−１．２以上−０．２％以下であり、より好ましくは−１．２以上−０．４％以下である。また、Δ２４は０．１以上０．６％以下であり、より好ましくは０．３以上０．６％以下である。さらに、Ｒａ２３、すなわちｄ２３／ｄ２２は１．２以下であり、Δ２３は０．３％以下であるから、付加コア層の面積が小さいので、カットオフ波長を信号光波長より小さい所定の値にすることが容易になる。
また、非線形光ファイバ２０の伝送特性については、非線形光ファイバ１０と同様に、波長１５００ｎｍ以上の信号光をシングルモードで伝送させるために、カットオフ波長は１５００ｎｍ未満である。また、長手方向の零分散波長の変動幅は長さ１ｋｍあたり３０ｎｍ以下である。また、波長１５５０ｎｍにおいて、長手方向での波長分散の変動幅は長さ１ｋｍあたり１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、より好ましくは１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。また、波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲において、コア層１２の外径が１％変動したときの波長１５５０ｎｍにおける波長分散の変動は０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。さらに、波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散スロープの絶対値は０．０２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以上０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であり、伝送損失は１．５ｄＢ／ｋｍ以下であり、偏波モード分散は０．２ｐｓ／ｋｍ1/2以下である。また、光学非線形性については、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数は４０×１０-10／Ｗ以上である。
次に、本実施の形態２に係る非線形光ファイバ２０の特性を、シミュレーション結果をもとに説明する。最初に、非線形光ファイバの屈折率プロファイルと光ファイバの長手方向での波長分散安定性との関係について説明する。図１８に示す屈折率プロファイルを有する非線形光ファイバ２０を伝搬する光の電界分布から、コア２５の直径を変化させたときの波長分散値の変化をシミュレーションにより算出した。このシミュレーションにおいては、コア２５の直径は、コア層２２の外径ｄ２２に対する中心コア部２１の直径ｄ２１の比Ｒａ２１と、コア層２２の外径ｄ２２に対する緩衝コア層２４の外径ｄ２４の比Ｒａ２２と、コア層２２の外径ｄ２２に対する付加コア層２３の外径ｄ２３の比Ｒａ２３とを一定としたまま、コア層２２の外径ｄ２２を変化させることにより変化させた。
図１９は、シミュレーションにおいて用いるプロファイルパラメータを、Ｒａ２１＝０．２０、Δ２１＝３．０、α２１＝３、Ｒａ２２＝０．２５、Δ２４＝０．４、α２４＝４、Δ２２＝−０．６、Ｒａ２３＝１．２、Δ２３＝０．２として、波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層２２の外径ｄ２２を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。図１９が示すように、コア層２２の外径ｄ２２が２０．２μｍのときに波長分散値Ｄの絶対値がもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の変化ΔＤは０．５３［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］であり、後述する従来の非線形光ファイバにおける値よりも十分に小さい値となる。
また、図２０は、プロファイルパラメータを、Ｒａ２１＝０．４０、Δ２１＝３．０、α２１＝３、Ｒａ２２＝０．５５、Δ２４＝０．４、α２４＝４、Δ２２＝−０．６、Ｒａ２３＝１．２、Δ２３＝０．２として、波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層２２の外径ｄ２２を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。図２０が示すように、コア層２２の外径ｄ２２が１０．４μｍのときに波長分散値Ｄの絶対値がもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の変化ΔＤは０．４８［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］であり、後述する従来の非線形光ファイバにおける値よりも十分に小さい値となる。
次に、比較のため、緩衝コア層を有しない従来型の非線形光ファイバにおける光の電界分布から、コアの直径を変化させたときの波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍での波長分散値の変化をシミュレーションにより算出した。この従来型の非線形光ファイバは、図２１に示すように、図１１に示す従来の非線形光ファイバと同様の構造と屈折率プロファイルを有し、コアはさらに、コア層とクラッドとの間に形成されクラッドよりも屈折率が高く外径がｄ２３´であり屈折率プロファイル２３ａ´を有し最大屈折率はｎｃ２３´である付加コア層を有する。シミュレーションにおいて、コアの直径は、コア層の外径ｄ２２´に対する中心コア部の直径ｄ２１´の比であるＲａ２１´と、コア層の外径ｄ２２´に対する付加コア層の外径ｄ２３´の比Ｒａ２３´とを一定としたまま、コア層の外径ｄ２２´を変化させることにより変化させた。
図２２は、シミュレーションにおいて用いるプロファイルパラメータを、図１９に示す場合と同様に、Ｒａ２１´＝０．２０、Δ２１´＝３．０、α２１´＝３、Δ２２´＝−０．６、Ｒａ２３´＝１．２、Δ２３´＝０．２として、波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径ｄ２２´を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。図２２が示すように、コア層の外径ｄ２２´が２１．１μｍのときに波長分散値Ｄの絶対値がもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の変化ΔＤは０．６９［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］である。この値は、図１９に示した緩衝コア層を有する本実施の形態２に係る非線形光ファイバ２０におけるΔＤの値である０．５３［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］より大きい。
また、図２３は、プロファイルパラメータを、図２０に示す場合と同様に、Ｒａ２１´＝０．４０、Δ２１´＝３．０、α２１´＝３、Δ２２´＝−０．６、Ｒａ２３´＝１．２、Δ２３´＝０．２として、波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径ｄ２２´を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。図２３が示すように、コア層の外径ｄ２２´が１０．６μｍのときに波長分散値Ｄの絶対値がもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の変化ΔＤは０．７１［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］である。この値は、図２０に示した緩衝コア層を有する本実施の形態２に係る非線形光ファイバ２０におけるΔＤの値である０．４８［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］より大きい。
以上のことから、本実施の形態２に係る非線形光ファイバ２０についても、実施の形態１に係る非線形光ファイバ１０と同様に、長手方向で波長分散特性が安定しており非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバが実現できる。
（実施例７〜９）
実施例７〜９として、本発明に係る非線形光ファイバ２０１〜２０３を製造した。これらの非線形光ファイバ２０１〜２０３は、いずれも図１７、１８に示す構造および屈折率プロファイルを有するものであり、プロファイルパラメータとして、Ｒａ２１＝０．２１、Δ２１＝３．０、α２１＝３．４、Ｒａ２２＝０．２６、Δ２４＝０．４、α２４＝３．６、Δ２２＝−０．６、Ｒａ２３＝１．１５、Δ２３＝０．２、Δｃｌａｄ＝０を有する同一のコア母材を用いて製造したものである。ただし、製造の際に、クラッドの外径を変化させることにより、コア層の外径ｄ２２を変化させて、波長分散値などの諸特性を変化させたものである。
図２４は、実施例７〜９の非線形光ファイバ２０１〜２０３の諸特性の実測値を示す。なお、波長分散、分散スロープ、損失、有効コア断面積、非線形係数および偏波モード分散は、波長１５５０ｎｍにおける値である。また、有効コア断面積、カットオフ波長、コア層の外径、クラッドの外径および被覆の外径は、製造した非線形光ファイバの両端部において測定した値の平均値である。
図２４に示すように、非線形光ファイバ２０１〜２０３はいずれも、カットオフ波長は１５００ｎｍ未満であった。また、非線形光ファイバ２０１〜２０３はいずれも、波長１５５０ｎｍにおける特性として、波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長分散スロープの絶対値は０．０２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以上０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であり、非線形係数は４０×１０-10／Ｗ以上であり、伝送損失は１．５ｄＢ／ｋｍ以下であり、偏波モード分散は０．２ｐｓ／ｋｍ1/2以下であった。
次に、非線形光ファイバ２０１〜２０３のコア層の外径と波長分散値の関係から、式（７）によりコア層の外径が１％変化したときの波長分散値の変化ΔＤを計算したところ、いずれの光ファイバにおいても０．７［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］以下であった。
次に、実施例９の非線形光ファイバ２０３について、前述の非線形ＯＴＤＲ法により、光ファイバの長手方向での波長分散の変動を測定した。ファイバ長は２ｋｍであり、測定波長は１５５０ｎｍとした。図２５は非線形光ファイバ２０３の長手方向での波長分散の変動の測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。図２５が示すように、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバの長手方向の波長分散の変動幅は、最大でも１ｋｍあたり０．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であった。また、図２５の測定結果から、光ファイバの長手方向の零分散波長の変動を計算した。図２６は非線形光ファイバ２０３の長手方向での零分散波長の変動の計算結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は零分散波長を示す。図２６が示すように、光ファイバの長手方向での零分散波長の変動幅は、最大でも１ｋｍあたり２．５ｎｍ以下であった。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る非線形光ファイバについて説明する。本実施の形態３に係る非線形光ファイバは、実施の形態２に係る非線形光ファイバと比べて、クラッドの中心コア部を挟む両側に、応力付与部材が設けられたものである点が異なる。
図２７は、本発明の実施の形態３に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した図であり、図２８は、本発明の実施の形態３に係る非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した図である。図２７および２８に示すように、本実施の形態３に係る非線形光ファイバ３０は、実施の形態２に係る非線形光ファイバ２０と同様の構造を有し、さらに、クラッド３６の中心コア部３１を挟む両側に、直径Ｒの応力付与部材（応力付与母材）３８が間隔ｒで設けられたものである。応力付与部材３８を設けたことによってコア３５には応力付与部材３８が設けられている方向に応力が付与されるので、非線形光ファイバ３０は偏波保持型の光ファイバとなる。
応力付与部材３８はボロンを含むシリカガラスからなるものとできる。ボロンを含むシリカガラスは純粋なシリカガラスに比べて大きな熱膨張係数を有するので、光ファイバ部材を線引きして光ファイバを製造する際に応力付与部材３８に引っ張り応力が生じるので、この引っ張り応力によりコア３５の応力付与部材３８が設けられている方向に応力が付与される。
応力付与部材３８のクラッド３６に対する最小または最大比屈折率差をΔＢとすると、ΔＢはクラッド３６の屈折率ｎｃｌ３０と応力付与部材３８の最小または最大屈折率ｎＣＢを用いて式（９）によって定義される。
ΔＢ＝[（ｎｃＢ−ｎｃｌ３０）／ｎｃＢ]×１００ （％） （９）
ΔＢが−０．１％より大きく０．１％より小さいと、応力付与部材３８とクラッド３６との屈折率差が小さすぎるため、応力付与部材３８の位置を光学的に認識しにくくなる。本実施の形態３に係る非線形光ファイバ３０を応力付与部材を有する他の偏波保持型光ファイバと接続する際には、偏波を保持しながら信号光を伝送するために光ファイバ同士の応力付与部材の位置を一致させて接続する必要がある。したがって、本実施の形態３に係る非線形光ファイバ３０では、他の光ファイバとの接続の際に応力付与部材３８の位置を光学的に認識しやすくするために、ΔＢは−０．１％以下もしくは０．１％以上であり、より好ましくは−０．８％以上−０．２％以下である。
また、非線形光ファイバ３０は、波長１５５０ｎｍにおける偏波クロストークが長さ１００ｍあたり−２０ｄＢ以下であるから、良好な偏波保持特性を有するものである。
（実施例１０〜１２）
実施例１０〜１２として、本発明に係る非線形光ファイバ３０１〜３０３を製造した。これらの非線形光ファイバ３０１〜３０３は、いずれも図２７、２８に示す構造および屈折率プロファイルを有するものである。そして、実施の形態２と同様に定義されるプロファイルパラメータとして、Ｒａ３１＝０．３７、Δ３１＝３．０、α３１＝３．４、Ｒａ３２＝０．４６、Δ３４＝０．４、α３４＝３．６、Δ３２＝−０．６、Ｒａ３３＝１．２１、Δ３３＝０．２、Δｃｌａｄ＝０を有する同一のコア母材を用いて製造したものである。ただし、製造の際に、クラッドの外径を変化させることにより、コアの外径ｄ３２を変化させて、波長分散値などの諸特性を変化させたものである。
図２９は、実施例１０〜１２の非線形光ファイバ３０１〜３０３の諸特性の実測値を示す。なお、波長分散、分散スロープ、損失、有効コア断面積、非線形係数およびクロストークは、波長１５５０ｎｍにおける値である。また、クロストークは、測定値を長さ１００ｍあたりの値に換算したものである。また、有効コア断面積、カットオフ波長、コア層の外径、クラッドの外径および被覆の外径は、製造した非線形光ファイバの両端部において測定した値の平均値である。
図２９に示すように、非線形光ファイバ３０１〜３０３はいずれも、カットオフ波長は１５００ｎｍ未満であった。また、非線形光ファイバ３０１〜３０３はいずれも、波長１５５０ｎｍにおける特性として、波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長分散スロープの絶対値は０．０２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以上０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であり、非線形係数は４０×１０-10／Ｗ以上であり、伝送損失は１．５ｄＢ／ｋｍ以下であり、偏波クロストークは長さ１００ｍあたり−２０ｄＢ以下であった。
次に、非線形光ファイバ３０１〜３０３のコア層の外径と波長分散値の関係から、式（７）によりコア層の外径が１％変化したときの波長分散値の変化ΔＤを計算したところ、いずれの光ファイバにおいても０．７［（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／％］以下であった。
次に、実施例１２の非線形光ファイバ３０３について、前述の非線形ＯＴＤＲ法により、光ファイバの長手方向での波長分散の変動を測定した。ファイバ長は１ｋｍであり、測定波長は１５５０ｎｍとした。図３０は非線形光ファイバ３０３の長手方向での波長分散の変動の測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。図３０が示すように、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバの長手方向の波長分散の変動幅は、最大でも１ｋｍあたり０．１３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であった。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る非線形光デバイスについて説明する。図３１は、本発明の実施の形態４に係る非線形光デバイスを模式的に表した図である。本実施の形態４に係る非線形デバイス４０は、特許文献１に開示されるものと同様の波形整形デバイスであり、光入力部４１と、光出力部４２と、光入力部４１と光出力部４２の間に設けられ、光入力部４１から入力したパルス光によってＳＰＭを生じさせてパルス光をソリトン変換し、波形整形されたソリトン光を光出力部４２に出力する本発明に係る非線形光ファイバ４３ａ〜４３ｅとを有する。また、通常の光伝送路に用いられる光学非線形性の低い光ファイバ４４ａ〜４４ｅが、非線形光ファイバ４３ａ〜４３ｅと交互に配置される。そして、各光ファイバの長さを調整して非線形性と波長分散とを釣り合わせ、ソリトン変換による波形整形機能を実現する。非線形デバイス４０は、波長分散特性が光ファイバの長手方向で安定している本発明の非線形光ファイバ４３ａ〜４３ｅを用いているので、ＳＰＭが効率的に発生し、非線形光ファイバの長さが短くても効率的に波形整形を行うことができる。
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る光信号処理装置について説明する。図３２は、本発明の実施の形態５に係る光信号処理装置を模式的に表した図である。本実施の形態５に係る光信号処理装置５０は、特許文献２に開示されるものと同様の波長変換装置であり、光信号入力部５１と、光信号処理部５６と、光信号出力部５２とを有する。光信号処理部５６は、本発明の非線形光ファイバ５３と、励起光を出力する励起光源５５と、励起光と信号光とを合波して非線形光ファイバに入力させる光合波器５４とを有する。そして、信号光入力部５１から入力した信号光は、光信号処理部５６に入力する。光信号処理部５６において、信号光は光合波器５４により励起光と合波されて非線形光ファイバ５３に入力し、励起光により非線形光ファイバ５３中で発生したＦＷＭを用いて信号光を異なる波長へと波長変換し、波長変換された信号光が光信号出力部５２より出力される。光信号処理装置５０は、波長分散値が光ファイバの長手方向で安定して小さい本発明の非線形光ファイバ５３を用いているので、非線形光ファイバの長さが短くても効率的に波長変換を行うことができる。
なお、上記実施の形態１〜３に係る非線形光ファイバでは、緩衝コア層１４〜３４は１つだけ形成されているが、２つ以上形成されていてもよい。また、中心コア部および緩衝コア層はα型の屈折率プロファイルを有するものとしたが、ステップ型の屈折率プロファイルを有するものでもよい。
本発明の実施の形態１に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した図である。 本発明の実施の形態１に係る非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した図である。 波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。 波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。 Ｒａ１１、Ｒａ１２以外のパラメータを固定して、Ｒａ１１、Ｒａ１２を変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ0を比較した結果を示す図であって、Δ１１を３．０とした場合を示す図である。 Ｒａ１１、Ｒａ１２以外のパラメータを固定して、Ｒａ１１、Ｒａ１２を変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ0を比較した結果を示す図であって、Δ１１を２．４とした場合を示す図である。 Ｒａ１１、Ｒａ１２以外のパラメータを固定して、Ｒａ１１、Ｒａ１２を変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ0を比較した結果を示す図であって、Δ１１を１．８とした場合を示す図である。 図６に示す場合とはΔ１２が異なる場合を示す図である。 図６に示す場合とはΔ１２が異なる場合を示す図である。 図５に示す場合においてΔ１４を変化させた場合を示す図である。 従来型の非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した図である。 波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。 波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。 本発明の実施例１〜６の非線形光ファイバの特性を示す図である。 非線形光ファイバの長手方向での波長分散の変動の測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。 非線形光ファイバの長手方向での零分散波長の変動の計算結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は零分散波長を示す。 本発明の実施の形態２に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した図である。 本発明の実施の形態２に係る非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した図である。 波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。 波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。 従来型の非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した図である。 波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。 波長分散値Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになる近傍でコア層の外径を１％変化させたときの波長分散値の変化ΔＤ、波長分散スロープＳ、有効コア断面積Ａeff、カットオフ波長λcを算出した結果を示す図である。 本発明の実施例７〜９の非線形光ファイバの特性を示す図である。 非線形光ファイバの長手方向での波長分散の変動の測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。 非線形光ファイバの長手方向での零分散波長の変動の計算結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は零分散波長を示す。 本発明の実施の形態３に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した図である。 本発明の実施の形態３に係る非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した図である。 本発明の実施例１０〜１２の非線形光ファイバの特性を示す図である。 非線形光ファイバの長手方向での波長分散の変動の測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。 本発明の実施の形態４に係る非線形光デバイスを模式的に表した図である。 本発明の実施の形態５に係る光信号処理装置を模式的に表した図である。
符号の説明
１０〜３０ 非線形光ファイバ
１１〜３１ 中心コア部
１２〜３２ コア層
２３、３３ 付加コア層
１４〜３４ 緩衝コア層
１５〜３５ コア
１６〜３６ クラッド
１７〜３７ 被覆
３８ 応力付与部材
４０ 非線形光デバイス
４１ 光入力部
４２ 光出力部
４３ａ〜４３ｅ 非線形光ファイバ
４４ａ〜４４ｅ 光ファイバ
５０ 光信号処理装置
５１ 光信号入力部
５２ 光信号出力部
５３ 非線形光ファイバ
５４ 光合波器
５５ 励起光源
５６ 光信号処理部

Claims (23)

  1. 中心コア部と、
    前記中心コア部の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低いコア層と、
    前記中心コア部と前記コア層との間に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率の高い１以上の緩衝コア層と、
    を有するコアと、
    前記コア層の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率が高いクラッドと、
    を有し、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１８μｍ2以下であることを特徴とする非線形光ファイバ。
  2. 前記コアは、前記コア層と前記クラッドとの間に形成され前記クラッドよりも屈折率が高い付加コア層を有することを特徴とする請求項１に記載の非線形光ファイバ。
  3. 前記中心コア部の直径に対する前記緩衝コア層の外径の比が１．２以上２．０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の非線形光ファイバ。
  4. 前記中心コア部の前記クラッドに対する比屈折率差が１．８％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  5. 前記中心コア部の直径に対する前記コア層の外径の比が２．５以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  6. 前記コア層の前記クラッドに対する比屈折率差が−１．２以上−０．２％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  7. 前記緩衝コア層の前記クラッドに対する比屈折率差が０．１以上０．６％以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  8. 波長１５５０ｎｍにおける長手方向での波長分散の変動幅が長さ１ｋｍあたり１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  9. 長手方向での零分散波長の変動幅が長さ１ｋｍあたり３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  10. 波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  11. 波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の非線形光ファイバ。
  12. 波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲において、前記コア層の外径が１％変動したときの波長１５５０ｎｍにおける波長分散の変動が、０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の非線形光ファイバ。
  13. 波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープの絶対値が０．０２以上０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  14. 波長１５５０ｎｍにおける非線形係数が４０×１０-10／Ｗ以上であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  15. カットオフ波長が１５００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  16. 波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が１．５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  17. 波長１５５０ｎｍにおける偏波モード分散が０．２ｐｓ／ｋｍ1/2以下であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  18. 前記クラッドの前記中心コア部を挟む両側に、応力付与部材が設けられたものであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  19. 波長１５５０ｎｍにおける偏波クロストークが長さ１００ｍあたり−２０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１８に記載の非線形光ファイバ。
  20. 前記クラッドの外径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  21. 前記クラッドの周囲に形成された被覆を有し、前記被覆の外径が１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
  22. 光を入力する光入力部と、
    光を出力する光出力部と、
    前記光入力部と前記光出力部の間に設けられ前記光入力部から入力した光によって非線形光学現象を生じさせて前記光出力部に出力する請求項１〜２１のいずれか一つに記載の非線形光ファイバと、
    を有することを特徴とする非線形光デバイス。
  23. 光信号を入力する光信号入力部と、
    請求項１〜２１のいずれか一つに記載の非線形光ファイバを有し、該非線形光ファイバ中で発生した非線形光学現象を用いて前記光信号入力部から入力した光信号を信号処理する光信号処理部と、
    前記信号処理された光信号を出力する光信号出力部と、
    を有することを特徴とする光信号処理装置。
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