JP2013088608A

JP2013088608A - 短波長伝送用光ファイバおよび光伝送システム

Info

Publication number: JP2013088608A
Application number: JP2011228878A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Nakajima; 和秀中島; Takashi Matsui; 隆松井; Chisato Fukai; 千里深井; Yukihiro Goto; 幸弘五藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-05-13
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: JP5697158B2

Abstract

【課題】波長８００ｎｍ帯の光通信に適した実効断面積を拡大したＳＭＦを実現し、当該波長帯域を用いた光伝送システムにおける多モード雑音による伝送制限を解消することができる短波長伝送用光ファイバを提供する。
【解決手段】直径が１２５±１μｍに設定されるとともに屈折率が均一なクラッド部101と、直径が２aに設定されるとともにクラッド部に対する比屈折率差がΔに設定されている７個のコア部102とを有し、７個のコア部102は、クラッド部101の中心に配置された１つのコア部102と、該１つのコア部102の回りに６つのコア部102が間隔Λで六方最密構造状に配設され、コア部102の直径２aが１．５〜２．５μｍ、当該コア部102の規格化周波数が０．３４〜０．４８、規格化コア間距離Λ/２aが１．２〜２．４の範囲にそれぞれ設定されている短波長伝送用光ファイバを構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は単一モード光ファイバ、および当該単一モード光ファイバ用いた光伝送システムに関する。

ＦＴＴＨの普及に伴いデータ伝送容量も増大している。汎用的なＦＴＴＨシステムでは波長１２６０ｎｍ以上の波長帯で単一モード動作する光ファイバ（SMF）が用いられている。一方、データセンタ内等では、波長８００ｎｍ帯を用いた多モード光ファイバ（ＭＭＦ）を利用した光伝送システムが用いられている。

しかしながら、ＭＭＦを利用した光伝送システムでは、多モード雑音の累積により伝送速度、もしくは伝送距離に制限が生じるといった課題があった。例えば、非特許文献１では、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓで３００ｍまでの伝送を可能とするＭＭＦ技術が開示されている。

一方、ＳＭＦを８００ｎｍ帯の光通信に用いる場合、ＳＭＦの実効断面積が約４０μｍ²以下に減少するため、送受信装置との接続性が劣化するという課題があった。例えば、コア半径がａで比屈折率差がΔであるステップ型光ファイバの単一モード条件は、カットオフ波長λcを用いて関係式（１）で表される。

ここで、比屈折率差Δを汎用的な単一モード光ファイバと同等となる０．３％とすると、波長８５０ｎｍで単一モード動作するためには、コア半径ａは２．９μｍ以下となる必要が生じる。ここで、非特許文献２によれば、ステップ型光ファイバのモードフィールド半径Ｗと、前記コア半径ａと、前記関係式（１）の右辺で表される規格化周波数Ｖは、関係式（２）により近似できる。

関係式（２）に上述の規格化周波数条件およびコア半径条件を代入すると、Ｗは約３．２μｍとなり、この時の実効断面積Aeffはπ×Ｗ²により約３２μｍ²となる。

官ほか, "10Gb/s伝送用マルチモード光ファイバ", フジクラ技報, 第106号, p. 8, (2004). D. Marcuse, "Loss analysis of single-modefiber splices," Bell Sys. Tech. J., vol. 56, no. 5, p. 703, (1977).

ＦＴＴＨの普及に伴い、データ伝送容量も増大している。汎用的なＦＴＴＨでは、波長１２６０ｎｍ以上の波長帯で単一モード動作する光ファイバ（ＳＭＦ）が用いられている。一方、データセンタ内等では、波長８００ｎｍ帯を用いた多モード光ファイバ（ＭＭＦ）を利用した光伝送システムが用いられている。

しかしながら、ＭＭＦを利用した光伝送システムでは、多モード雑音の累積により伝送速度、もしくは伝送距離に制限が生じるといった課題があった。また、ＳＭＦを８００ｎｍ帯の光通信に用いた場合には、ＳＭＦの実効断面積が約４０μｍ²以下に減少するため、送受信装置との接続性が劣化するという課題があった。

本発明は以上のような背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、波長８００ｎｍ帯の光通信に適した実効断面積を拡大したＳＭＦを実現し、当該波長帯域を用いた光伝送システムにおける多モード雑音による伝送制限を解消することができる短波長伝送用光ファイバを提供することにある。

本発明の短波長伝送用光ファイバは、直径が１２５±１μｍに設定されるとともに屈折率が均一なクラッド部と、直径が２aに設定されるとともに前記クラッド部に対する比屈折率差がΔに設定されている７個のコア部と、を有し、前記７個のコア部は、前記クラッド部の中心に配置された１つのコア部と、該１つのコア部の回りに６つのコア部が間隔Λで六方最密構造状に配設され、前記コア部の直径２aが１．５〜２．５μｍ、当該コア部の規格化周波数が０．３４〜０．４８、規格化コア間距離Λ/２aが１．２〜２．４の範囲にそれぞれ設定されている。

以上説明したように、本発明の短波長伝送用光ファイバによれば、波長８００ｎｍ以下の実効遮断波長特性を有し、かつ波長８００ｎｍ帯における実効断面積が８０μｍ²以上とすることができるので、波長８００ｎｍでの単一モード動作を保持し、かつ当該波長での実効断面積を拡大することができ、当該波長帯を用いた光通信システムにおける多モード雑音の影響を解消し、送受信装置との接続性を改善するといった効果を奏する。

短波長伝送用光ファイバを用いた光通信システムの構成を示す概念図短波長伝送用光ファイバの断面構造を示す概念図短波長伝送用光ファイバの構造条件を、規格化周波数と規格化コア間距離の関数として示す図短波長伝送用光ファイバにおいて曲げ損失特性の改善を実現する断面構造を示す概念図短波長伝送用光ファイバにおいて曲げ損失特性の改善を実現する断面構造を示す概念図

以下では、本発明の短波長伝送用光ファイバの一実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における短波長伝送用光ファイバを用いた光伝送システムの構成を示す概念図である。本発明の一実施形態における短波長伝送用光ファイバを用いた光伝送システムは、波長８００ｎｍ帯の光信号を生成・送出する送信部（Tx）２０と、当該波長帯で単一モード動作する短波長伝送用光ファイバ１０と、前記短波長伝送用光ファイバ１０からの信号光を受光・復調する受信部（Rx）３０とにより構成される。

第１の実施例では、短波長伝送用光ファイバ１０の実現方法について図面を用いて説明する。

図２は、本実施例の短波長伝送用光ファイバ１０Ａの断面構造を示す概念図である。本実施例の短波長伝送用光ファイバ１０Ａは、屈折率が均一で直径Ｄが１２５±１μｍに設定されているクラッド部101と、直径が２a（半径＝ａ）に設定されているとともにクラッド部101に対する比屈折率差がΔに設定されている７個のコア部102とを有し、前記７個のコア部102はクラッド部101の中心に間隔Λで六方最密構造状に配列されている。即ち、７個のコア部102はクラッド部101の中心に配置された１つのコア部102と、該１つのコア部102の回りに６つのコア部102が間隔Λで六方最密構造状に配設されている。

図３は、本実施例の短波長伝送用光ファイバ１０Ａの構造条件を、規格化コア間距離Λ/２aと規格化周波数Ｖの関数として示す図面である。ここで、規格化周波数Ｖはコア部102の直径２aおよび比屈折率差Δ、並びにコア部102の屈折率ｎ1を用いて、次式（３）により定義される。式（３）において、λは光ファイバ１０Ａを伝搬する光信号の波長である。

図中の実線501は遮断波長が８００ｎｍとなる構造条件を示し、実線501より左側の領域で８００ｎｍ以下の遮断波長を実現することが可能となる。実線502、実線503および実線504は閉じ込め損失を示し、それぞれコア部102の直径２aが１．５μｍ、２．０μｍおよび２．５μｍの場合の計算結果を示す。実線502,503,504より下（右）側の領域において閉じ込め損失を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下に低減することが可能となる。従って、図３に示した実線501と実線502,503,504で囲まれる領域において規格化コア間距離と規格化周波数とを設定することにより、８００ｎｍ以下の遮断波長特性と、０．０１ｄＢ／ｋｍ以下の閉じ込め損失特性とを同時に実現することが可能となる。即ち、波長８００ｎｍ帯において良好な単一モード動作を実現することが可能となる。

尚、規格化コア間距離Λ/２aが１となる場合には、隣接するコア部102が接してしまい、製造の困難性が増大する。このため、規格化コア間距離Λ/２aは１．２以上程度に設定されることが好ましい。ここで、配設されるコア部102の断面積が最も小さくなる場合、即ち、コア部102の直径が１．５μｍであり、規格化周波数が０．３２であり、規格化コア間距離が１．２である場合に着目すると、波長８００ｎｍにおける実効断面積は約８３μｍ²となる。また、コア部102の直径２aが２．５μｍであり、規格化周波数が０．４４であり、規格化コア間距離が１．５である場合、波長８００ｎｍにおける実効断面積は約１４１μｍ²であり、より好ましい特性を実現することが可能となる。

従って、本実施例の図２に示した短波長伝送用光ファイバ１０Ａにおいて、コア部102の直径２aを１．５〜２．５μm、規格化周波数を０．３４〜０．４８、規格化コア間距離を１．２〜２．４の範囲に設定することにより、波長８００ｎｍ以下の実効遮断波長特性を有し、かつ波長８００ｎｍ帯における実効断面積を８０μｍ²以上とすることができるので、波長８００ｎｍ帯における単一モード伝送性と、従来の概ね２倍以上となる８０μｍ²以上の実効断面積特性とを実現することが可能となる。

第２の実施例では、第１の実施例に説明した短波長伝送用光ファイバ１０Ａについて、その伝送特性を劣化させることなく、曲げ損失特性を改善する技術について説明する。

図４及び図５に、第２の実施例における曲げ損失特性を改善した断面構造を有する２種類の短波長伝送用光ファイバ１０Ｂ，１０Ｃの概念図を示す。

第２の実施例における一方の種類の短波長伝送用光ファイバ１０Ｂは、図４に示すように、クラッド部101の中心からの距離がｘμｍとなる円周に外接するように配置された、クラッド部101よりも低い屈折率を有し厚みがｚ₁μｍである環状の低屈折領域103を有している。また、他方の種類の短波長伝送用光ファイバ１０Ｃは、図５に示すように、クラッド部101の中心からの距離がｘμｍとなる円周に外接するように等間隔に配置された、直径がｚ₂μｍの空孔領域104を１０個以上有する。

尚、図５に示す実施例では空孔領域104を複数設けることによって図４に示した低屈折領域103と同じ効果を得るようにしているが、空孔領域104によって低屈折領域103と同等の効果を得るには空孔領域104を１０個以上設けることが好ましい。また、空孔領域104の内部は空気で満たすことによって低屈折領域103と同等の低屈折率を示すが、空孔領域104内を満たす気体は空気に限定されることはなく、低屈折領域103と同等の低屈折率を示す気体であれば、空気以外の気体であっても良い。

このように構成された短波長伝送用光ファイバ１０Ｂ，１０Ｃは、伝搬する光の電界分布を低屈折率領域103、もしくは複数の空孔領域104より内側のクラッド領域に閉じ込めることが可能となり、曲げ付与に伴う伝送損失の増加を低減することが可能となる。ここで、前記クラッド部101の中心からの距離ｘは、小さすぎると伝搬光の伝送特性を劣化させ、大きすぎると十分な閉じ込め効果を得ることが困難となる。このため、前記距離ｘはモードフィールド径（ＭＦＤ）の１．０倍〜１．５倍に設定されることが好ましい。ここで、実効断面積Ａはモードフィールド半径Ｗを用いて、Ａ＝πＷ²の関係式で記述できる。

従って、実効断面積が８０〜１４０μｍ²程度となる本実施例の短波長伝送用光ファイバ１０Ｂ，１０Ｃでは、前記モードフィールド半径Ｗが５〜７μｍ程度であり、前記クラッド部101の中心からの距離ｘは概ね５〜２１μｍ程度に設定されることが好ましい。また、環状の低屈折領域103を設定する場合、当該低屈折領域103のクラッド部101に対する比屈折率差は概ね−０．２％以下とすれば十分な閉じ込め効果を得ることが可能となる。同様に、空孔領域104を設定する場合、当該空孔領域104のクラッド部101に対する非屈折率差は概ね−０．２％以下とすれば十分な閉じこめ効果を得ることが可能となる。また更に、上述の低屈折領域103の厚みｚ₁及び空孔領域104の直径ｚ₂は概ね波長と同等のオーダー以上、即ち１μｍ以上であれば良い。但し、ｚ₁,ｚ₂が大きすぎる場合には高次モードに対する閉じ込め効果も増大するため、ｚ₁,ｚ₂は概ね５μｍ程度以下であることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態の短波長伝送用光ファイバおよび光伝送システムによれば、波長８００ｎｍ帯における単一モード伝送性を保持し、かつ実効断面積を８０μｍ²以上に拡大したことにより、当該波長帯を用いた光通信における多モード雑音の影響を解消し、かつ送受信機との接続性の改善を可能とする。

本発明の短波長伝送用光ファイバによれば、波長８００ｎｍ以下の実効遮断波長特性を有し、かつ波長８００ｎｍ帯における実効断面積が８０μｍ²以上とすることができるため、波長８００ｎｍでの単一モード動作を保持し、かつ当該波長での実効断面積が拡大されるので、当該波長帯を用いた光通信システムにおける多モード雑音の影響を解消し、送受信装置との接続性を改善することができる。

１０，１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…コア拡大単一モード光ファイバ、２０…送信部（Tx）、３０…受信部（Rx）、101…クラッド部、102…コア部、103…低屈折領域、104…空孔領域。

Claims

直径が１２５±１μｍに設定されるとともに屈折率が均一なクラッド部と、直径が２aに設定されるとともに前記クラッド部に対する比屈折率差がΔに設定されている７個のコア部と、を有し、
前記７個のコア部は、前記クラッド部の中心に配置された１つのコア部と、該１つのコア部の回りに６つのコア部が間隔Λで六方最密構造状に配設され、
前記コア部の直径２aが１．５〜２．５μｍ、当該コア部の規格化周波数が０．３４〜０．４８、規格化コア間距離Λ/２aが１．２〜２．４の範囲にそれぞれ設定されている
ことを特徴とする短波長伝送用光ファイバ。
請求項１に記載の短波長伝送用光ファイバにおいて、
前記クラッド部の中心からの距離がｘとなる円周に外接するように配置され、前記クラッド部よりも低い屈折率を有する厚みがｚ₁に設定されている環状の低屈折領域を有し、
前記距離ｘがモードフィールド径の１．０倍〜１．５倍に設定され、前記低屈折率領域の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．２％以下に設定され、前記低屈折率領域の厚みｚ₁が１〜５μｍに設定されている
ことを特徴とする短波長伝送用光ファイバ。
請求項１に記載の短波長伝送用光ファイバにおいて、
前記クラッド部の中心からの距離がｘとなる円周に外接するように等間隔に配置されているとともに、それぞれの直径がｚ₂に設定されている空孔領域を１０個以上有し、
前記距離ｘがモードフィールド径の１．０倍〜１．５倍に設定され、前記空孔領域の前記クラッド部に対する非屈折率差が−０．２％以下に設定され、前記空孔領域の直径ｚ₂が１〜５μｍに設定されている
ことを特徴とする短波長伝送用光ファイバ。
波長８００ｎｍ帯における信号光を生成・送出する送信部と、
前記送信部からの信号光を伝搬する短波長伝送用光ファイバと、
前記短波長伝送用光ファイバからの信号光を受光・復調する受信部と、により構成される光伝送システムであって、
前記短波長伝送用光ファイバとして、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の短波長伝送用光ファイバを用いている
ことを特徴とする光伝送システム。