JP2017156641A - 光ファイバ、モード変換器、光増幅器及び光伝送システム - Google Patents
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Abstract
Description
1530〜1625nmの波長範囲で複数の伝搬モードで光を伝搬可能であり、
αパラメータとコア半径rの関係が、
2.0−1.4×10−2r+1.4×10−4r2≦α
≦2.0+4.3×10−3r+1.9×10−4r2、
もしくは
2.0−7.0×10−4r+8.0×10−5r2≦α
≦2.0+5.0×10−4r+1.0×10−4r2
を満たすことを特徴とする。
本明細書で用いるパラメータは次の通りである。
Δ:グレーデッドインデックス型光ファイバのコアとクラッドの最大比屈折率
Δβ:2つの伝搬モードの伝搬定数差
Δβ’:モード分散(dΔβ/dλ)(ps/km)
Δλ:LPGのモード変換帯域の半値全幅(nm)、次式で示される。
r:グレーデッドインデックス型光ファイバのコア半径(μm)
x:グレーデッドインデックス型光ファイバのコア中心からの距離(μm)
n1:グレーデッドインデックス型光ファイバのコア中心の屈折率
c:光速(m/s)
L:グレーティング長(m)
α:αパラメータ、次式の屈折率分布n(x)内で使用される半径方向に対する位置の乗数である。
本実施形態では、コアの屈折率分布がグレーデッドインデックス型の光ファイバであって、
1530〜1625nmの波長範囲で複数の伝搬モードで光を伝搬可能であり、
αパラメータとコア半径rの関係が、
2.0−1.4×10−2r+1.4×10−4r2≦α
≦2.0+4.3×10−3r+1.9×10−4r2、
もしくは
2.0−7.0×10−4r+8.0×10−5r2≦α
≦2.0+5.0×10−4r+1.0×10−4r2
を満たすことを特徴とする光ファイバを説明する。
LPGを用いてモード1からモード2へ変換するに当たって、モード1とモード2の伝搬定数差Δβに応じた周期構造を作製する必要がある。LPGの製造誤差を±1μmとすると、Δ=1.5%、a=15μm、α=2.0のグレーデッドインデックス(GI)ファイバにLPGを作製するとする。このとき対応する2つの伝搬モードの伝搬定数差Δβは10程度の偏差を持つ。そこでモード変換時に許容するΔβは±10とした。
ここでは、本実施形態で用いる光ファイバがGIファイバであることの理由を説明する。
図1は、コア半径7.8μm、比屈折率差1.0%のステップインデックス(SI)ファイバおよびコア半径10μm、比屈折率差1%、α=2.0のGIファイバのLP01モードとLP11モードの1565nmの波長を中心としたときのΔβと波長の関係を示す。2種のファイバの規格化周波数は同じ値としている。つまり、1565nmの波長でΔβ=0となるように調整したSIファイバとGIファイバの比較である。
図1、図9及び図10の結果より、GIファイバにLPGを形成すれば、種々の伝搬定数差Δβの波長依存性が小さいことがわかる。つまり、GIファイバにLPGを形成することでC帯とL帯にわたって種々のΔβを低減した(Δβ’≦3500ps/km)モード変換器を設計可能である。
ここでは、種々の伝搬モード間の伝搬定数差Δβを低減できるGIファイバの構造パラメータを説明する。
GIファイバの構造により伝搬可能なモード数の数は変動するが、高次のモード同士でモード群を作ることが知られている(たとえば非特許文献6。)。20LPモード以上伝搬可能なGIファイバでは、
(LP01)、
(LP11)、
(LP21、LP02)、
(LP12、LP31)、
(LP03、LP22、LP41)、
(LP13、LP32、LP51)、
(LP04、LP23、LP42、LP61)、
(LP14、LP33、LP52、LP71)
の群が形成される。上記カッコ( )でくくられているモード同士は非常に伝搬定数の差が小さく頻繁なモード結合を発生する。これらの群を見ると各群にLPm1モード(mは0以上の整数)を含んでいる。そこで本検討では2つ以上のモードを1つのLPGを用いて同時に励振する際に検討するモードはLPm1モードを用いることとする。つまり、モード結合し難い伝搬モード間で検討を進める。具体的には、LP01−LP11、LP11―LP21、LP21−LP31、LP31−LP41、LP41−LP51、LP61−LP71間のモード変換を想定した計算検討を行う。
図2は、GIファイバの半径方向に対するコアのクラッドに対する比屈折率Δを説明する図である。GIファイバを設計する変数はα、a及びΔである。まずa=25μm、α=2.0とし、Δを変数とした際のモード間のΔβを図3に示す。Δは1.0%から2.5%の範囲で計算を行った。Δの増加に伴うモード間のΔβの変動は1以下と小さいことが確認できる。そこで本検討では、Δβの設計を行う変数としては、Δを無視し、コア半径とαパラメータとする。以降では、αパラメータを1.5〜2.5、コア半径を15〜30μmの範囲で各伝搬モード間のΔβを計算している。
図4は、コア半径r=22μmのGIファイバにて伝搬定数差Δβのαパラメータ依存性を評価した結果である。波長は1550nmである。前述したとおりモード間のΔβの偏差を10まで許容するとαパラメータは1.78〜2.18の領域となる。同様に帯域をC+L帯まで広げた結果を図5に示す。αパラメータは1.88〜2.03の領域となる。
[補足]
図4は、C帯(1530−1565nm)用GIファイバにおけるΔβのαパラメータ依存性であり、図5はC+L帯(1530−1625nm)用におけるΔβのαパラメータ依存性である。波長が1530nmから1625nmまで徐々に変化すれば、図4のΔβの等高線の間隔が徐々に狭まり図5のようになる。GIファイバとしては、C帯用とC+L帯用の2種類であるので、それぞれの波長帯をカバーするようにαパラメータを設定する。
C帯において、種々の伝搬モード間の伝搬定数差Δβを±10以内に抑えるコア半径とαパラメータの範囲は、
2.0−1.4×10−2r+1.4×10−4r2≦α
≦2.0+4.3×10−3r+1.9×10−4r2
であり、
C+L帯においては、
2.0−7.0×10−4r+8.0×10−5r2≦α
≦2.0+5.0×10−4r+1.0×10−4r2
である。
実施形態1で説明した光ファイバは、マルチモード光増幅器に利用できる(例えば非特許文献7)。図7は、実施形態1で説明した光ファイバを備えるマルチモード光増幅器301を説明する図である。マルチモード光増幅器301は、励起用光源10と、入力された光信号と励起用光源10からの励起光とを合波するモード合波用光カプラ20と、励起光で励起されて光信号を増幅する多モード増幅用光ファイバ30と、増幅された光信号のみを出力するアイソレータ50と、を備えている。そして、マルチモード光増幅器301は、2つの多モード増幅用光ファイバ30をモード変換器40で接続しており、このモード変換器40がLPGを形成した実施形態1で説明した光ファイバである。
受信端においてモード間の群遅延差(Differential Mode Delay:以下、DMD)が大きいと、MIMOに関わるデジタル処理(DSP)の負荷が大きくなり、長距離伝送を実現する為にはDSP負荷の低減が課題となる。そこで、DMDの影響を緩和するために、モード間の結合を生じさせるモードスクランブラの利用が提案されている(例えば、非特許文献8)。
20:モード合波用光カプラ
30:多モード増幅用光ファイバ
40:モード変換器
50:アイソレータ
60:光送信機
70:光受信機
80:伝送用ファイバ
301:マルチモード光増幅器
401:光伝送システム
Claims (5)
- コアの屈折率分布がグレーデッドインデックス型の光ファイバであって、
1530〜1625nmの波長範囲で複数の伝搬モードで光を伝搬可能であり、
αパラメータとコア半径rの関係が、
2.0−1.4×10−2r+1.4×10−4r2≦α
≦2.0+4.3×10−3r+1.9×10−4r2、
もしくは
2.0−7.0×10−4r+8.0×10−5r2≦α
≦2.0+5.0×10−4r+1.0×10−4r2
を満たすことを特徴とする光ファイバ。 - 前記コアにエルビウムが添加されていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ。
- 請求項1又は2に記載の光ファイバに長周期グレーティングが形成されたことを特徴とするモード変換器。
- 請求項1を引用する請求項3に記載のモード変換器で2つの増幅用光ファイバが接続されていることを特徴とする光増幅器。
- 請求項2に記載の光ファイバを有する光増幅器、請求項3に記載のモード変換器が配置された伝送路、又は請求項4に記載の光増幅器を備える光伝送システム。
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