JP2009086558A - 分散補償光ファイバ、光伝送システム及び分散補償光ファイバの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送路光ファイバの零分散波長帯を含む任意の波長帯における累積分散及び累積分散スロープ特性を簡易に低減する分散補償光ファイバ、光伝送システム及び分散補償光ファイバの設計方法を提供する。
【解決手段】伝送路光ファイバ１２に、正の波長分散特性を有する正分散光ファイバ１５と負の波長分散特性を有する負分散光ファイバ１６とを縦続接続することにより、累積分散及び累積分散スロープを低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散補償光ファイバ、光伝送システム及び分散補償光ファイバの設計方法に関する。

広帯域サービスの普及に伴い、光ファイバ１芯あたりの伝送容量は飛躍的に増大しており、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送方式を用いた高速・広帯域伝送技術が広く用いられている。このような、高速ＷＤＭ伝送では、伝送路光ファイバ中の累積分散による伝送特性の劣化が問題となり、当該累積分散を広帯域に補償する技術が不可欠となる。

このため、例えば、下記特許文献１では、波長１５５０ｎｍ帯で正の波長分散特性を有する伝送路光ファイバの、当該波長帯域における累積分散及び累積分散スロープを低減する分散補償光ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensating Fiber）を実現する技術が開示されている。

一方、例えば、下記非特許文献１では、空孔構造を用いることにより、従来のＤＣＦでは実現不可能な波長分散特性を得られることが開示されている。このため、当該空孔構造を用いれば、伝送路光ファイバの任意の波長帯域における累積分散特性を低減することが可能となる。

特許第３８９３８７７号公報 Ｋ．Ｓａｉｔｏｈ、外４名、"Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｐｈｏｔｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒｓ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｕｌｔｒａ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ"、ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ、２００３、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．８、ｐ．８４３−８５２ ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．Ｓｕｐ３９、"Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ"、Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００６、Ａｐｐｅｎｄｉｘ Ｉ 式Ｉ−１８、ｐ．８１

しかしながら、上記特許文献１に開示される技術では、従来のＤＣＦは使用波長帯域で負に大きな波長分散特性を有するため、前記伝送路光ファイバの零分散波長帯を含む、広帯域における累積分散の低減を行うことは困難になるといった課題があった。

また、上記非特許文献１に開示される技術では、前記空孔構造を有する光ファイバにおいて、波長分散及び分散スロープの制御を行うためには、直径又は空孔間隔の異なる複数の空孔を詳細に制御し、前記空孔構造を形成しなければならないといった、製造上の困難性があった。

これらのことから、本発明は、伝送路光ファイバの零分散波長帯を含む任意の波長帯における累積分散及び累積分散スロープ特性を簡易に低減する分散補償光ファイバ、光伝送システム及び分散補償光ファイバの設計方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る分散補償光ファイバは、
伝送路光ファイバに、正の波長分散特性を有する正分散光ファイバと負の波長分散特性を有する負分散光ファイバとを縦続接続することにより、累積分散及び累積分散スロープを低減する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る光伝送システムは、
任意の波長帯域において信号光を生成する送信部と、
前記信号光を伝搬する伝送路光ファイバと、
前記信号光を受信する受光部と、
請求項１に記載の分散補償光ファイバと
を備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る分散補償光ファイバの設計方法は、
伝送路光ファイバの波長分散Ｄ１、分散スロープＳ１及び長さＬ１を決定し、
分散補償光ファイバに用いる正分散光ファイバの正の波長分散Ｄ２及び分散スロープＳ２を決定し、
伝送路光ファイバの零分散波長λ０の近傍における、分散補償光ファイバに用いる負分散光ファイバの負の波長分散Ｄ３、正分散光ファイバの長さＬ２及び負分散光ファイバの長さＬ３が、Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３＝０の条件を満たす関係を導出し、
Ｄ３、Ｌ２及びＬ３の関係を参照し、前記零分散波長以外の使用波長λにおけるＤ１Ｌ１＋Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３の絶対値を低減するＤ３、Ｌ２及びＬ３の組合せを選択する、
又は、
伝送路光ファイバの波長分散Ｄ１、分散スロープＳ１及び長さＬ１を決定し、
分散補償光ファイバに用いる負分散光ファイバの負の波長分散Ｄ３及び分散スロープＳ３を決定し、
伝送路光ファイバの零分散波長λ０の近傍における、分散補償光ファイバに用いる正分散光ファイバの正の波長分散Ｄ２、正分散光ファイバの長さＬ２及び負分散光ファイバの長さＬ３が、Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３＝０の条件を満たす関係を導出し、
Ｄ２、Ｌ２及びＬ３の関係を参照し、前記零分散波長以外の使用波長λにおけるＤ１Ｌ１＋Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３の絶対値を低減するＤ２、Ｌ２及びＬ３の組合せを選択する
ことを特徴とする。

本発明によれば、伝送路光ファイバの零分散波長帯を含む広い帯域で累積分散及び累積分散スロープを低減することができる。

以下、本発明に係る分散補償光ファイバ、光伝送システム及び分散補償光ファイバの設計方法の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明に係る光伝送システムの一構成例を示した概念図である。図１（ａ）に示すように、本発明に係る光伝送システムは、任意の波長帯における信号光を生成する送信部１１、長さがＬ１［ｋｍ］で使用波長帯域における波長分散がＤ１［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］及び分散スロープがＳ１［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］である前記信号光を伝搬する伝送路光ファイバ１２、本発明に係る分散補償光ファイバ１３及び前記信号光を受信する受光部１４により構成される。

前記分散補償光ファイバ１３は、長さがＬ２［ｋｍ］で使用波長帯域におけるＤ２［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］の正の波長分散とＳ２［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の分散スロープ特性を有する正分散光ファイバ１５と、長さがＬ３［ｋｍ］で当該使用波長帯域におけるＤ３［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］の負の波長分散とＳ３［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の分散スロープ特性を有する負分散光ファイバ１６とにより構成される。

なお、図１では、分散補償光ファイバ１３は、伝送路光ファイバ１２とは独立して接続される構成を示しているが、当該分散補償光ファイバ１３の一部又は全部が、前記伝送路光ファイバ１２に組み込まれる構成であってもよく、正分散光ファイバ１５及び負分散光ファイバ１６は、任意の順番で接続される構成としてもよい。

また、図１（ｂ）に示すように、分散補償光ファイバ１３及び受光部１４は、伝送路光ファイバ１２の後段にＷＤＭカプラ等の波長帯分波素子１７を接続し、複数の使用波長帯域に対して個別に複数台設けられる構成としてもよい。

伝送路光ファイバ１２には、従来の通信用単一モード光ファイバが使用可能であり、例えば、図２に示したような、１．３［μｍ］帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）や、１．５［μｍ］帯に零分散波長を有する分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ：Dispersion Shifted Fiber）等が使用可能である。なお、ＳＭＦ及びＤＳＦの零分散波長近傍における分散スロープは、概ね０．０７〜０．０９［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の範囲となる。

図３は従来の分散補償光ファイバを実現する屈折率分布の一例を示した図である。図３に示すように、本発明では、一例として、屈折率が均一なクラッド部３３と、前記クラッド部３３よりも高い屈折率を有する第１コア部３１と、前記クラッド部３３よりも低い屈折率を有する第２コア部３２とを有する屈折率分布を用いて説明する。また、第１コア部３１の半径及びクラッド部３３に対する比屈折率差を、それぞれａ１及びΔ、第２コア部３２までの半径及び比屈折率差を、それぞれａ及びΔ１とし、半径方向の比率Ｒａ及び比屈折率差の比率ＲΔを、それぞれＲａ≡ａ１／ａ及びＲΔ≡Δ１／Δとして定義する。

図４は図３に示した屈折率分布を有する分散補償光ファイバ１３における波長分散と分散スロープの関係を示した図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ波長１３１０［ｎｍ］及び１５５０［ｎｍ］における関係を示す。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）中の実線及び破線は、それぞれＲａを０．２〜０．６、ＲΔを−１．１〜−０．９としたときに、実現可能な分散スロープの下限及び上限を示す。

図４（ａ）より、波長１３１０［ｎｍ］での波長分散を零とする場合、負の分散スロープを実現できないことが確認できる。したがって、図２に示した波長分散特性を有するＳＭＦの波長１３１０［ｎｍ］帯における累積分散及び累積分散スロープを、図３に示した屈折率分布を有する分散補償光ファイバ１３単独で効率的に補償することは困難となる。

同様に、図４（ｂ）より、波長１５５０［ｎｍ］での波長分散を零とする場合、分散スロープは最小でも−０．０７［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］程度となることが分かる。したがって、図２に示した波長分散特性を有するＤＳＦの波長１５５０［ｎｍ］帯における累積分散及び累積分散スロープを、図３に示した屈折率分布を有する分散補償光ファイバ１３で低減するためには、補償対象となるＤＳＦと同等以上のファイバ長が必要となることが分かる。

一方で、図３に示した屈折率分布を有する光ファイバを用い、使用波長帯域における波長分散を負（零未満）とした場合、波長分散と分散スロープの関係を、波長１３１０［ｎｍ］では、０〜−６０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］と、＋０．０９〜−０．０８［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の範囲で、波長１５５０［ｎｍ］では、０〜−１００［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］と、＋０．０５〜−０．８［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の範囲で制御できることが分かる。

したがって、図３に示した屈折率分布を有する光ファイバが、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する使用波長帯域で、負の波長分散特性を有する負分散光ファイバ１６として適用できることが分かる。なお、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する負分散光ファイバ１６の屈折率分布形状は、図３に示した形状に限定するものではなく、多重クラッド構造等、任意の屈折率分布形状が適用可能である。

他方、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する使用波長帯域で、正の波長分散特性を有する正分散光ファイバ１５は、空孔構造を用いることにより実現できる。

図５は本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する正分散光ファイバ１５を実現する光ファイバ断面構造の一例を示した図である。本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する正分散光ファイバ１５断面は、コア部５１、空孔５２、及び均一な屈折率を有するクラッド部５３により構成される。

図５（ａ）は、前記クラッド部５３よりも高い屈折率を有するコア部５１と、当該コア部５１から同心円状に６個の空孔５２が配置された構成例を示す。なお、前記コア部５１の屈折率分布には任意の形状を用いることが可能である。ここで、前記空孔５２の直径をｄ、空孔５２に対する内接円のコア部５１中心からの距離をＲとして定義する。

また、図５（ｂ）は、コア部５１の屈折率がクラッド部５３の屈折率と等しく、直径ｄの空孔５２が空孔間距離∧で周期的に４層配置された構成例を示す。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）における空孔数、並びにその配列は任意の個数及び形状とすることが可能であり、空孔５２は円形でなくても構わない。ここで、図５に示した構成例は、均一な空孔構造、すなわち、均一な空孔直径ｄと空孔間距離∧のみで実現可能であり、特に図５（ａ）では、通常の屈折率分布形状を有するコア部５１と数個の空孔５２のみで構成できるため、空孔構造を有する光ファイバにおける製造の困難性を飛躍的に低減できる。

図６は図５（ａ）に示した断面構造を有する正分散光ファイバ１５における波長分散と分散スロープの関係を示した図である。なお、図５（ａ）におけるコア部５１の半径ａ、並びにクラッド部５３に対する比屈折率差Δは、一例として、それぞれ４．５［μｍ］及び０．３５％とした。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、波長１３１０［ｎｍ］及び１５５０［ｎｍ］における関係を示し、図６（ａ）及び図６（ｂ）中の２本の実線は、それぞれ、規格化空孔直径ｄ／２ａを０．５〜１．５、規格化内接円半径Ｒ／ａを１．２〜３．５とした場合の、分散スロープの上限及び下限を示す。

図６（ａ）より、波長１３１０［ｎｍ］では、波長分散及び分散スロープの関係を、それぞれ０〜１４［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］、及び０．０９６〜０．１０７［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の範囲で制御できることが分かる。同様に、図６（ｂ）より、波長１５５０［ｎｍ］では、波長分散及び分散スロープの関係を、それぞれ１５〜４０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］、及び０．０５８〜０．０７４［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の範囲で制御できることが分かる。したがって、図５（ａ）に示した断面構造を用い、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する正分散光ファイバ１５を実現できることが分かる。

図７は図５（ｂ）に示した断面構造を有する正分散光ファイバ１５における波長分散と分散スロープの関係を示した図である。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、波長１３１０［ｎｍ］及び１５５０［ｎｍ］における関係を示し、図７（ａ）及び図７（ｂ）中の２本の実線は、それぞれ規格化空孔直径ｄ／∧を０．２〜０．５、空孔間距離∧を５〜１０μｍとした場合の分散スロープの上限及び下限を示す。

図７（ａ）より、波長１３１０［ｎｍ］では、波長分散及び分散スロープの関係を、それぞれ６〜２２［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］、及び０．０７７〜０．０９８［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の範囲で制御できることが分かる。同様に、図７（ｂ）より、波長１５５０［ｎｍ］では、波長分散及び分散スロープの関係を、それぞれ２６〜４２［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ、］及び０．０５２〜０．０７１［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］の範囲で制御できることが分かる。したがって、図５（ｂ）に示した断面構造を用い、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する正分散光ファイバ１５を実現できることが分かる。

したがって、図１に示した構成例において、使用波長帯域における累積分散Ｄ１Ｌ１＋Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３の絶対値が低減されるように、特に使用波長帯域に伝送路光ファイバ１２の零分散波長が含まれる場合には、当該零分散波長の近傍で、Ｌ２Ｄ２＋Ｌ３Ｄ３＝０となるように、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する正分散光ファイバ１５の波長分散Ｄ２及び長さＬ２、並びに、負分散光ファイバ１６の波長分散Ｄ３及び長さＬ３をそれぞれ制御することにより、前記伝送路光ファイバ１２の零分散波長を含む使用波長帯域における累積分散を低減することが可能となる。

さらに好ましくは、前記使用波長帯域における累積分散スロープＬ１Ｓ１＋Ｌ２Ｓ２＋Ｌ３Ｓ３の絶対値が低減されるように、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する正分散光ファイバ１５のＳ２及び長さＬ２、並びに、負分散光ファイバ１６の分散スロープＳ３及び長さＬ３、をそれぞれ制御することにより、前記伝送路光ファイバ１２の累積分散の低減を可能とする波長帯域を拡大することが可能となる。

より具体的に、図８に本発明に係る分散補償光ファイバ１３の設計手順を示す。
Ｓｔｅｐ１では、補償対象となる伝送路光ファイバ１２のＤ１、Ｓ１、及びＬ１を決定する。
Ｓｔｅｐ２では、本発明に係る分散補償光ファイバ１３に用いる正分散光ファイバ１５のＤ２、及びＳ２を決定する。ここで、正分散光ファイバ１５のＤ２を増加させることにより、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を構成する正分散光ファイバ１５の長さＬ２を低減できるため、前記Ｄ２はより正に大きな値に設定することが好ましい。

Ｓｔｅｐ３では、伝送路光ファイバ１２の零分散波長λ０で、Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３＝０の関係を満たす、Ｄ３、Ｌ２及びＬ３の設定条件を導出する。ここで、前記Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３は零であることが好ましいが、Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３の絶対値σが、０．３πｃ／λ０²／Ｂ²以下となるように設定することにより、伝送速度Ｂ（単位：Ｇｂｉｔ／ｓ）のＮＲＺ（Non return to zero）伝送における受光強度劣化を１ｄＢ以下とすることができ好ましい（上記非特許文献２参照）。なお、前記関係式中のｃは光速を表す。またここで、前記λ０におけるＳ１Ｌ１＋Ｓ２Ｌ２＋Ｓ３Ｌ３の絶対値が低減される、Ｄ３、Ｌ２及びＬ３の関係を考慮することにより、当該λ０の近傍における累積分散スロープを低減することも可能となる。

Ｓｔｅｐ４では、Ｓｔｅｐ３で得られたＤ３、Ｌ２及びＬ３の関係を参照し、前記零分散波長以外の使用波長λにおけるＤ１Ｌ１＋Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３の絶対値を低減するＤ３、Ｌ２及びＬ３の組合せを選択することにより、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を実現することが可能となる。また、Ｓｔｅｐ４では、複数の使用波長λにおける、前記Ｄ１Ｌ１＋Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３の関係を考慮することにより、本発明に係る分散補償光ファイバ１３による分散補償帯域を拡大することが可能となる。

なお、本実施形態で例示した構成の正分散光ファイバ１５及び負分散光ファイバ１６を用いた場合、正分散光ファイバ１５よりも負分散光ファイバ１６の方が、パラメータ選択の自由度が大きいため、図８の設計手順では、Ｄ２及びＳ２を先に決定し、その後、Ｄ３、Ｌ２及びＬ３を求めるという手順としている。しかしながら、図８の設計手順とは逆に、Ｄ３及びＳ３を先に決定し、その後、Ｄ２、Ｌ２及びＬ３を求めるという手順とすることも可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施例では、図３に示した屈折率分布を有する負分散光ファイバ１６、及び、図５（ｂ）に示した断面構造を有する正分散光ファイバ１５で構成される本発明に係る分散補償光ファイバ１３を用いた場合の、図２に示した波長１５５０［ｎｍ］帯に零分散波長を有するＤＳＦに対する当該波長帯域における累積分散の低減効果について説明する。なお、本実施例では、ＤＳＦの長さＬ１は８０［ｋｍ］、波長１５５０［ｎｍ］での波長分散Ｄ１及び分散スロープＳ１は、それぞれ０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］及び０．０８［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］とした。

図９は正分散光ファイバ１５の波長１５５０［ｎｍ］における波長分散Ｄ２を＋２０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］及び＋４０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］とした場合に、Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３＝０となる関係を満たす正分散光ファイバ１５の長さＬ２と、伝送路光ファイバ１２と本発明に係る分散補償光ファイバ１３透過後の累積分散スロープ（＝Ｓ１Ｌ１＋Ｓ２Ｌ２＋Ｓ３Ｌ３）の関係を示した図である。なお、Ｓ３は図４（ｂ）に示した分散スロープの下限と波長分散Ｄ３の関係から決定した。図９中の実線及び破線は、それぞれ負分散光ファイバ１６の波長１５５０［ｎｍ］における波長分散Ｄ３を、それぞれ−４０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］及び−８０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］とした場合の結果を示す。

図９より、累積分散スロープはＬ２の増加と共に低減できることが分かる。特に、正分散光ファイバ１５の波長分散Ｄ２を＋４０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］とした場合、当該正分散光ファイバ１５の長さＬ２を約２５〜３０［ｋｍ］とすることにより、波長１５５０［ｎｍ］における累積分散スロープを零に低減できることが分かる。

図１０は累積分散の波長依存性を示した図である。図１０中の破線及び実線は、それぞれ本発明に係る分散補償光ファイバ１３を用いない場合及び用いた場合の特性を示し、ＤＳＦの長さＬ１は８０［ｋｍ］とした。図１０の実施例では負分散光ファイバ１６のコア半径ａ及び比屈折率差を、それぞれ４．１［μｍ］及び０．８％、Ｒａ及びＲΔを、それぞれ０．５及び−０．７とし、当該負分散光ファイバ１６の波長１５５０［ｎｍ］における波長分散は−８３．３［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］であった。

一方、正分散光ファイバ１５の空孔間距離∧及び規格化空孔直径ｄ／∧は、それぞれ５［μｍ］及び０．５で、当該正分散光ファイバ１５の波長１５５０［ｎｍ］における波長分散は＋４３．０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］であった。また、負分散光ファイバ１６及び正分散光ファイバ１５の長さＬ３及びＬ２は、それぞれ２０［ｋｍ］及び９．８［ｋｍ］とした。さらに、図１０中の一点鎖線は、伝送速度４０［Ｇｂｉｔ／ｓ］のＮＲＺ伝送においてパワーペナルティが１［ｄＢ］となる累積分散の上限及び下限を示す。

図１０より、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を用いない場合、ＤＳＦ、８０［ｋｍ］伝送における使用波長帯域は１５４０〜１５６０［ｎｍ］の約２０［ｎｍ］に制限されることが分かる。一方、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を用いた場合には、使用波長帯域は１５１０〜１６１０［ｎｍ］の約１００［ｎｍ］まで拡大できることが分かる。したがって、本発明に係る分散補償光ファイバ１３により、ＤＳＦの零分散波長を含む波長帯域における累積分散を低減し、高速光伝送を可能とする波長帯域を効果的に拡大できることが分かる。

本発明の第２の実施例では、図３に示した屈折率分布を有する負分散光ファイバ１６、及び、図５（ｂ）に示した断面構造を有する正分散光ファイバ１５で構成される本発明に係る分散補償光ファイバ１３を用いた場合の、図２に示した波長１３１０［ｎｍ］帯に零分散波長を有するＳＭＦに対する当該波長帯域における累積分散の低減効果について説明する。なお、本実施例では、ＳＭＦの長さＬ１は８０［ｋｍ］、波長１３１０［ｎｍ］での波長分散Ｄ１及び分散スロープＳ１は、それぞれ０［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］及び０．０９［ｐｓ／ｎｍ²・ｋｍ］とした。

図１１は累積分散の波長依存性を示した図である。図１１中の破線及び実線は、それぞれ従来の分散補償光ファイバ１３、すなわち、ＳＭＦの波長１５５０［ｎｍ］帯における分散補償に最適化された従来の分散補償光ファイバ１３、及び、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を用いた場合の特性を示す。図１１の実施例では負分散光ファイバ１６のコア半径ａ及び比屈折率差を、それぞれ４．１［μｍ］及び０．８％、Ｒａ及びＲΔを、それぞれ０．５及び−０．７とし、当該負分散光ファイバ１６の波長１３１０［ｎｍ］における波長分散は−２９．５［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］であった。

一方、正分散光ファイバ１５の空孔間距離∧及び規格化空孔直径ｄ／∧は、それぞれ５［μｍ］及び０．５で、当該正分散光ファイバ１５の波長１３１０［ｎｍ］における波長分散は＋２２．６［ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ］であった。また、負分散光ファイバ１６及び正分散光ファイバ１５の長さＬ３及びＬ２は、それぞれ１６．３［ｋｍ］及び１［ｋｍ］とした。さらに、図１１中の一点鎖線は、伝送速度４０［Ｇｂｉｔ／ｓ］のＮＲＺ伝送においてパワーペナルティが１［ｄＢ］となる累積分散の上限及び下限を示す。

図１１より、従来の分散補償光ファイバ１３を用いた場合、ＳＭＦの零分散波長を含む波長１３１０［ｎｍ］帯での８０［ｋｍ］伝送は不可能となることが分かる。一方、本発明に係る分散補償光ファイバ１３を用いた場合には、波長１２８０〜１３３０［ｎｍ］の約５０［ｎｍ］の帯域で４０［Ｇｂｉｔ／ｓ］伝送が可能となることが分かる。

また、図１（ｂ）に示した本発明に係る光伝送システムの構成例において、信号光を波長１３１０［ｎｍ］帯と、それより長波長側の波長帯に分割する波長帯分波素子１７を適用し、受光部１４を前記波長１３１０［ｎｍ］帯と、それより長波長側帯の２波長帯に分離して構成した場合、前記波長１３１０［ｎｍ］帯で本発明に係る分散補償光ファイバ１３を、前記波長１３１０［ｎｍ］帯より長波長側の波長帯で従来の分散補償光ファイバ１３を個別に適用することにより、波長１２８０〜１３３０［ｎｍ］帯、１３８０〜１４５０［ｎｍ］及び１５３０〜１５７０［ｎｍ］の合わせて１６０［ｎｍ］の波長帯域における高速・広帯域光伝送が実現できることが分かる。したがって、本発明に係る分散補償光ファイバ１３により、ＳＭＦの零分散波長を含む波長帯域における累積分散を低減し、高速光伝送における波長帯域を効果的に拡大できることが分かる。

以上のように、本発明によれば、当該分散補償光ファイバ１３を使用波長帯域で正の波長分散を有する正分散光ファイバ１５と、当該使用波長帯域で負の波長分散を有する負分散光ファイバ１６とを用いて構成したことにより、任意の伝送路光ファイバ１２の零分散波長を含む任意の使用波長帯域における累積分散及び累積分散スロープを低減し、高速光伝送における使用可能波長帯域を効果的に拡大することができる。

本発明は、例えば、単一モード光ファイバを伝送路として用いた大容量光通信に関し、特に、伝送路光ファイバの零分散波長帯を含む任意の波長帯における、前記伝送路光ファイバの累積分散及び累積分散スロープを低減する分散補償光ファイバ、並びに、当該分散補償光ファイバを用いた高速光伝送システムにおいて利用することが可能である。

本発明に係る光伝送システムの一構成例を示した概念図である。 １．３μｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）、及び、１．５μｍ帯に零分散波長を有する分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）の波長分散特性の一例を示した図である。 従来の分散補償光ファイバを実現する屈折率分布の一例を示した図である。 図３に示した屈折率分布を有する分散補償光ファイバにおける波長分散と分散スロープの関係を示した図である。 本発明に係る分散補償光ファイバを構成する正分散光ファイバを実現する光ファイバ断面構造の一例を示した図である。 図５（ａ）に示した断面構造を有する正分散光ファイバにおける波長分散と分散スロープの関係を示した図である。 図５（ｂ）に示した断面構造を有する正分散光ファイバにおける波長分散と分散スロープの関係を示した図である。 本発明に係る分散補償光ファイバの設計手順を示すフローチャートである。 正分散光ファイバの長さＬ２と、伝送路光ファイバと本発明に係る分散補償光ファイバ透過後の累積分散スロープの関係を示した図である。 本発明の第１の実施例における累積分散の波長依存性を示した図である。 本発明の第２の実施例における累積分散の波長依存性を示した図である。

符号の説明

１１ 送信部
１２ 伝送路光ファイバ
１３ 分散補償光ファイバ
１４ 受光部
１５ 正分散光ファイバ
１６ 負分散光ファイバ
１７ 波長帯分波素子
３１ 第１コア部
３２ 第２コア部
３３ クラッド部
５１ コア部
５２ 空孔
５３ クラッド部

Claims (3)

1. 伝送路光ファイバに、正の波長分散特性を有する正分散光ファイバと負の波長分散特性を有する負分散光ファイバとを縦続接続することにより、累積分散及び累積分散スロープを低減する
   ことを特徴とする分散補償光ファイバ。
2. 任意の波長帯域において信号光を生成する送信部と、
   前記信号光を伝搬する伝送路光ファイバと、
   前記信号光を受信する受光部と、
   請求項１に記載の分散補償光ファイバと
   を備える
   ことを特徴とする光伝送システム。
3. 伝送路光ファイバの波長分散Ｄ１、分散スロープＳ１及び長さＬ１を決定し、
   分散補償光ファイバに用いる正分散光ファイバの正の波長分散Ｄ２及び分散スロープＳ２を決定し、
   伝送路光ファイバの零分散波長λ０の近傍における、分散補償光ファイバに用いる負分散光ファイバの負の波長分散Ｄ３、正分散光ファイバの長さＬ２及び負分散光ファイバの長さＬ３が、Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３＝０の条件を満たす関係を導出し、
   Ｄ３、Ｌ２及びＬ３の関係を参照し、前記零分散波長以外の使用波長λにおけるＤ１Ｌ１＋Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３の絶対値を低減するＤ３、Ｌ２及びＬ３の組合せを選択する、
   又は、
   伝送路光ファイバの波長分散Ｄ１、分散スロープＳ１及び長さＬ１を決定し、
   分散補償光ファイバに用いる負分散光ファイバの負の波長分散Ｄ３及び分散スロープＳ３を決定し、
   伝送路光ファイバの零分散波長λ０の近傍における、分散補償光ファイバに用いる正分散光ファイバの正の波長分散Ｄ２、正分散光ファイバの長さＬ２及び負分散光ファイバの長さＬ３が、Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３＝０の条件を満たす関係を導出し、
   Ｄ２、Ｌ２及びＬ３の関係を参照し、前記零分散波長以外の使用波長λにおけるＤ１Ｌ１＋Ｄ２Ｌ２＋Ｄ３Ｌ３の絶対値を低減するＤ２、Ｌ２及びＬ３の組合せを選択する
   ことを特徴とする分散補償光ファイバの設計方法。

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