JP3337943B2 - 分散補償光ファイバ - Google Patents
分散補償光ファイバInfo
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Description
に係り、特に光ファイバを用いた光通信システムにおい
て問題となる非線形効果の発生を抑制できるようにした
分散補償光ファイバに関する。
ム添加光ファイバ増幅器をシステムの前段、後段あるい
は中途に挿入して用いることによって、波長1.55μ
m帯において、伝送光の強度を増大させてよりいっそう
の長距離伝送を行うことが検討されている。例えば、超
長距離無再生中継、光加入者多分配網などの光増幅器を
用いた光通信システムが実用化にむけて盛んに検討され
ている。これらの伝送線路としては、波長1.55μm
帯において波長分散が実質的にゼロとなる特性を有する
分散シフト光ファイバが好適である。しかしながら波長
1.55μm帯における分散が小さいと、特に光ファイ
バ内の伝送光のエネルギー密度が大きい場合には非線形
効果が発生し、伝送特性が劣化するなどの不都合が生じ
ることがある。
て、通常の波長1.3μmにおいて波長分散がほとんど
ゼロであるシングルモード光ファイバ(以下1.3μm
SMFと記す)と分散補償光ファイバとを組み合わせて
波長1.55μm帯で伝送する方法が提案されている。
散は、1.55μmにおいて概略+17ps/nm/k
m(正の分散値)程度なので、これを用いて波長1.5
5μm帯の光通信を行うと大きな波長分散を生じること
になる。これに対して分散補償光ファイバとは、波長
1.55μm帯で絶対値が比較的大きい負の波長分散を
有し、比較的短い使用長さで例えば数km以上の通常の
1.3μmSMFで生じた波長分散を打消すことができ
るものである。
3μmSMFを用いた光通信システムに挿入して用いれ
ば、波長1.55μm帯で光通信を行っても光通信シス
テム全体における波長分散量をほとんどゼロにすること
が可能である。よって、波長1.55μm帯の光通信シ
ステムにおける非線形効果の発生を抑制することができ
る。
損失で、比較的長さが短い場合に波長1.55μm帯に
おいて比較的大きな負の波長分散をもつ必要がある。さ
らに1.3μmSMFの波長1.55μm帯における分
散スロープは+0.07ps/nm2/km程度(正の
値)なので、この分散スロープもあわせて補償するため
には負の分散スロープを有する必要がある。このように
分散スロープを補償することができると、波長多重伝送
(WDM伝送)のように波長の異なる複数のパルス光を
伝送する用途にも使用することができる。
型の屈折率プロファイル(以下単峰型プロファイルと記
す)を有する光ファイバや、W型の屈折率プロファイル
(以下W型プロファイルと記す)を有する光ファイバな
どいくつかの提案がなされている。
ものであり、中心にコア11が位置し、その外周にこの
コア11よりも低屈折率のクラッド12が設けられて構
成されている。前記コア11は例えばGeO2(酸化ゲ
ルマニウム)添加SiO2(石英)からなり、クラッド
12は純SiO2からなるものである。Δf1はコア11
とクラッド12との比屈折率差である。このような単峰
型プロファイルを有する分散補償光ファイバは、Δf1
が比較的大きく、負の波長分散を有し、1.3μmSM
Fの波長分散を補償することができるように設計されて
いるが、分散スロープは負の値をもたず、1.3μmS
MFの分散スロープを補償することはできない。しか
し、製造法が比較的簡単で、単位損失あたりの波長分散
量を大きくすることができるという特性を有している。
ので、中心に位置する中心コア部21aと、その外周に
設けられ、この中心コア部21aよりも低屈折率の中間
部21bと、この中間部21bの外周に設けられ、この
中間部21bよりも高屈折率で、かつ前記中心コア部2
1aよりも低屈折率のクラッド22からなるものであ
る。
加SiO2からなり、中間部21bはF(フッ素)添加
SiO2からなり、クラッド22は純SiO2からなるも
のである。また2a2は中心コア部21aの外径(a2は
外径の1/2を示す)、2b2は中間部21bの外径
(b2は外径の1/2を示す)、Δd2はクラッド22と
中間部21bとの比屈折率差、Δf2はクラッド22と
中心コア部21aとの比屈折率差を示す。このW型プロ
ファイルを有する光ファイバは負の波長分散を有し、
1.3μmSMFに対して波長分散を補償できるととも
に、分散スロープは負の値を有するので、分散スロープ
の補償ができるものである。そのため分散補償可能な波
長領域が比較的広いものとして近年開発されたものであ
る。
されている分散補償光ファイバにおいても、入射する伝
送光のエネルギー密度があるしきい値をこえると自己位
相変調、相互位相変調、4光子混合、誘導ラマン散乱、
誘導ブルリアン散乱などの非線形効果が発生し、伝送劣
化が生じることが知られている。特に超長距離無再生中
継、光加入者多分配網などの光増幅器を用いた光通信シ
ステムにおいては、中継器に高出力光ブースターアンプ
などが用いられているので、高エネルギー密度の伝送光
がこれらの光通信システムに用いられている分散補償光
ファイバに入射することがあり、伝送劣化の原因とな
る。
る。 n2/Aeff ここでn2は光ファイバの非線形屈折率、Aeffは光
ファイバの有効コア断面積である。すなわち非線形効果
を低減するためにはn2を小さくするか、Aeffを大
きくすればよい。
SiO2に対するGeO2やFなどのドーパントの添加量
を減らすと小さくすることができるが、分散補償光ファ
イバとして好ましい波長分散、分散スロープなどの条件
を満足すると同時にn2の値を小さくすることができる
ものを設計することは難しい。また、Aeffを大きく
するのは有効な方法であるが、やはり分散補償光ファイ
バとして好ましい波長分散、分散スロープなどの条件を
満足するとともにAeffを拡大したものを設計するの
は従来困難とされている。例えば従来の分散補償光ファ
イバは、その波長分散、分散スロープなどの条件を満足
するために、一般に伝送用の光ファイバと比べてAef
fの値が小さく、10〜20μm2程度となっており非
線形効果が生じやすくなっている。また、上述のW型プ
ロファイルを有する分散補償光ファイバなどの開発にお
いては、単位損失あたりの波長分散量、いわゆる性能指
数(FOM)の値の向上と、分散スロープの補償に主眼
がおかれており、非線形効果を低減するための検討が十
分になされていないのが現状である。
で効率よく伝送するために、非線形効果の発生を抑制す
ることができる分散補償光ファイバが求められている。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、分散補償光
ファイバにおける非線形効果の発生を抑制して高エネル
ギー密度の光を有効に伝送できる分散補償光ファイバを
提供することを目的とする。
に本発明の分散補償光ファイバは、以下の(1)〜
(3)の条件を満足することを特徴とする。 (1)波長1.55μm帯において、実質的にシングル
モード伝搬となり、波長分散が−100ps/nm/k
m以下であり、かつ分散スロープが負の値をもち、かつ
曲げ損失が1.0dB/m以下であり、かつ有効コア断
面積が20〜50μm2である。
に設けられた中心コア部よりも低屈折率の中間部と、該
中間部の外周に設けられた該中間部よりも高屈折率で、
かつ前記中心コア部よりも低屈折率のリング状のリング
コア部と、該リングコア部の外周に設けられた該リング
コア部よりも低屈折率で前記中間部よりも高屈折率のク
ラッドとからなるリング付プロファイルを有する。 (3)中心コア部の外径を2a、リングコア部の内径を
2b、リングコア部の幅をw、クラッドと中間部との比
屈折率差をΔd、クラッドとリングコア部との比屈折率
差をΔeとしたとき、b/a≧2.5で、w/a≧0.
5で、Δdが0.3〜0.7%で、Δeが0.3〜1.
0%である。
発明において波長1.55μm帯とは波長1530nm
から1580nmの波長領域を指すものである。波長
1.55μm帯において、波長分散が−100ps/n
m/kmよりも大きく、ゼロに近い場合には、分散補償
光ファイバの使用長さが長くなるなどの不都合がある。
また、波長1.55μm帯において分散スロープが負の
値を有することによって1.3μmSMFの分散スロー
プを補償することができる。
条件を満足したうえで、補償対象の1.3μmSMFと
分散補償光ファイバとを組み合わせたときの全体の波長
1.55μm帯における波長分散の絶対値が、前記1.
3μmSMFの波長分散と分散スロープとが前記分散補
償光ファイバによって補償されることによって0.5p
s/nm以下となるように、分散補償光ファイバの波長
分散と分散スロープを調整して設計する。これらを組み
合わせて得られる波長分散が0.5ps/nm以下であ
ると伝送劣化が生じにくく、好ましい伝送特性が得られ
る。
1.3μmSMFの長さ、分散値、分散スロープなどの
条件は用途などによって様々なので、補償対象の1.3
μmSMFの分散値と分散スロープを補償できるよう
に、分散補償光ファイバの分散値と分散スロープを前記
1.3μmSMFの条件によって調整する必要がある。
つまり分散補償光ファイバの使用長さと波長分散と波長
スロープの値は、補償対象の1.3μmSMFの使用長
さ、波長分散、波長スロープの値によって定められる。
散が+17ps/nm/kmで、分散スロープが+0.
07ps/nm2/kmの1.3μmSMFを10km
使用したとき、分散補償光ファイバの波長1.55μm
帯における波長分散が−170ps/nm/km程度で
あれば、この分散補償光ファイバを1km用いることに
よって前記1.3μmSMFの波長分散を補償すること
ができる。このとき1.3μmSMFの分散スロープを
同時に補償するためには、この分散補償光ファイバの分
散スロープは−0.7ps/nm2/km程度である必
要がある。
で定義されるものである。
(2R)が20mmの条件の値をいうものとする。
の低減が十分ではなく、50μm2を越えるものは実際
に製造することが難しい。また、曲げ損失が1.0dB
/mをこえると、分散補償光ファイバのわずかな湾曲に
よっても損失が大きくなるため好ましくない。さらに、
分散補償光ファイバは、通常1.3μmSMFを補償す
るものなので、波長1.55μm帯の実際の使用状態に
おいて常にシングルモード伝搬を行う必要がある。この
ためにカットオフ波長は、実際の使用状態において実質
的にシングルモード伝搬を保証するものでなければなら
ない。カットオフ波長はCCITTの2m法、もしくは
実際の使用状態において測定された値をいうものとす
る。
バは、光通信システムなどにおいて補償対象となる1.
3μmSMFと組み合わせたときに、その波長分散と分
散スロープを十分に補償することができ、曲げ損失が小
さく、非線形効果が発生しにくく、低損失の分散補償光
ファイバとなる。
を有するための第1の条件は、図1に示す屈折率プロフ
ァイルを有することである。図中符号31aは中心コア
部であり、この中心コア部31aの外周に、この中心コ
ア部31aよりも低屈折率の中間部31bが設けられ、
さらにこの中間部31bの外周に、この中間部31bよ
りも高屈折率で、かつ前記中心コア部31aよりも低屈
折率のリングコア部31cが設けられ、さらにこのリン
グコア部31cの外周に、このリングコア部31cより
も低屈折率で、かつ前記中間部31bよりも高屈折率の
クラッド32が設けられている。以下このような屈折率
プロファイルをリング付きプロファイルとよぶ。
cは、例えばGeO2添加SiO2からなり、GeO2の
添加量によって屈折率が調整されている。中間部31b
は、例えばF添加SiO2からなり、クラッド32は純
SiO2からなるものである。また、2aは中心コア部
31aの外径(aは外径の1/2を示す)、2bはリン
グコア部31cの内径(bは内径の1/2を示す)、w
はリングコア部31cの幅、Δdはクラッド32と中間
部31bとの比屈折率差、Δeはクラッド32とリング
コア部31cとの比屈折率差、Δfはクラッド32と中
心コア部31aとの比屈折率差を示す。
ロファイルにおいて、b/a≧2.5で、かつw/a≧
0.5であることである。b/aが2.5未満でw/a
が0.5未満であると、リング付プロファイルとしたこ
とによる効果が得られず、Aeffを大きくすることが
できない。リング付プロファイルであって、b/a≧
2.5かつw/a≧0.5とすることで、Aeffが大
きく、しかも曲げ損失が小さいという領域が初めて形成
される。
ても、リング付プロファイルとしたことによる効果が得
られず、単峰型プロファイルとした場合に近い特性を示
すようになり、Aeffを大きくすることができない。
このため、実用上、b/aの上限値は約5とされ、w/
aの上限値は約2とされる。
き、さらにΔdとΔeを適宜定めて所望の特性を有する
分散補償光ファイバを設計する。このような手順によ
り、Aeffが大きく、曲げ損失が小さく、かつ上述の
波長分散、分散スロープの条件を満す本発明の分散補償
光ファイバを得ることができる。このときΔfは通常
2.5%程度とされる。また、実験的にΔdの範囲は
0.3〜0.7%であり、Δeの値は0.3〜1.0%
であることがわかっている。
は、先に定めるb/aおよびw/aの値によって大きく
変化し、上述の実験的に求めたΔdとΔeの範囲内であ
っても本発明の分散補償光ファイバの特性を有するもの
が得られるとは限らない。このような観点から、本発明
では分散補償光ファイバの構造パラメータの値のみによ
って発明を特定することが困難であり、特性値によって
その特定を行うようにしたものである。そして、かかる
特性値は、従来知られている分散補償光ファイバでは取
り得ないものであることは言うまでもない。
AD法とOVD法との組み合わせや、MCVD法などに
よって製造できる。リング付プロファイルでは、リング
コア部31cの存在により伝送光の光パワーの電界強度
分布がクラッド32側に長く尾を引く形となるため、光
ファイバ母材の製造の際に、クラッドとなるスートのか
なりの部分を中心のコアとなるスートと同時に一括して
合成する方法をとることが望ましい。
は、図1に示すリング付きプリファイルにおいて、b/
a、w/a、Δd、Δeの関係からa、b、w、Δd、
Δeという5つの構造パラメータを適切に定めることに
よって以下のような特性を有するものである。すなわ
ち、波長1.55μm帯において、実質的にシングルモ
ード伝搬となり、波長分散が−100ps/nm/km
以下であり、かつ分散スロープが負の値をもち、かつ曲
げ損失が1.0dB/m以下であり、かつ有効コア断面
積(Aeff)が20〜50μm2となるものである。
この結果、波長1.55μm帯において低損失で、1.
3μmSMFの波長分散と分散スロープを補償すること
ができ、かつ曲げ損失が小さく、非線形効果を抑制する
ことができる。
プロファイルを有する4種類(No1〜4)の分散補償
光ファイバを作製し、その特性を評価した。作製したN
o1〜4の分散補償光ファイバのb/a、w/a、Δ
d、Δeと、光学特性を表1に示す。表1に示すカット
オフ波長(λC)はCITTの2m法によって測定した
値である。またMFDはモードフィールド径を示す。
の分散補償光ファイバは、全てFOMは200ps/n
m/dB前後の値が得られ、Aeffを20μm2以上
に拡大することができることがわかる。また損失はいず
れも0.7dB/km以下で、比較的小さいものであ
る。また曲げ損失はいずれも1.0dB/m以下となっ
た。
バによって1.3μmSMFを補償した際の、波長15
00〜1600μmの範囲における波長分散を示したも
のである。図中曲線Aは1.3μmSMF11.77k
mの波長分散を示し、曲線BはNo1の分散補償光ファ
イバ1kmの波長分散を示し、曲線Cは1.3μmSM
F11.77kmをNo1の分散補償光ファイバ1km
で補償したときの波長分散を示したものである。図2よ
り、No1の分散補償光ファイバは1.3μmSMFを
広範囲の波長域で補償して波長分散をほとんどゼロにす
ることができることがわかる。
も同様にして1.3μmSMFを補償したときの波長分
散を測定した。No2の分散補償光ファイバにおいて
は、1.3μmSMF6.88kmをNo2の分散補償
光ファイバ1kmで補償したときの波長分散を測定し
た。No3の分散補償光ファイバにおいては、1.3μ
mSMF7.66kmをNo3の分散補償光ファイバ1
kmで補償したときの波長分散を測定した。No4の分
散補償光ファイバにおいては、1.3μmSMF7.6
0kmをNo4の分散補償光ファイバ1kmで補償した
ときの波長分散を測定した。いずれも図2に示したグラ
フと同等の結果が得られた。
4の分散補償光ファイバは、低損失で、曲げ損失が小さ
く、1.3μmSMFを比較的広範囲の波長域において
補償して波長分散をほとんどゼロにすることができると
同時に、Aeffを拡大することができるので非線形効
果を抑制することができることが確認できた。
ルを有する従来の分散補償光ファイバを作製した。この
ときΔf1は2.5%とした。得られた分散補償光ファ
イバの光学特性を表2に示す。
Bをこえる値が得られたが、Aeffは19μm2と小
さいため、非線形効果を抑制することは難しいことがわ
かる。
ファイルを有する分散補償光ファイバを作製した。この
とき2a2は2.5、2b2は6.3、Δd2は0.3
5、Δf2は2.5とした。光学特性を表3に示す。
B前後の値が得られた。また、実施例と同様にして1.
3μmSMF7.06kmをこの分散補償光ファイバ1
kmによって補償した際の、波長1500〜1600μ
mの範囲における波長分散を測定したところ、波長分散
はほとんどゼロで、図2に示したグラフと同等の結果が
得られた。しかし、Aeffは15μm2と小さいた
め、非線形効果を抑制することは難しいことがわかる。
は、屈折率プロファイルと、構造パラメータを適切に定
めて設計することによって、波長1.55μm帯におい
て、実質的にシングルモード伝搬となり、波長分散が−
100ps/nm/km以下であり、かつ分散スロープ
が負の値をもち、かつ曲げ損失が1.0dB/m以下で
あり、かつ有効コア断面積(Aeff)が20〜50μ
m2となるものである。
低損失で、1.3μmSMFの波長分散と分散スロープ
を補償することができ、かつ曲げ損失が小さいものであ
る。そして、同時に有効コア断面積を拡大することがで
きることから非線形効果を抑制することができる。した
がって、高エネルギー密度の光が入射しても非線形効果
を抑制することができるので、超長距離無再生中継、光
加入者多分配網などの光増幅器を用いた光通信システム
に使用しても伝送劣化を抑制することができ、有効に光
を伝送することができる。
ァイルであるリング付プロファイルの一例を示す図であ
る。
1.3μmSMFを補償したときの波長分散を示すグラ
フである。
型の屈折率プロファイルを示す図である。
の屈折率プロファイルを示す図である。
コア部、32…クラッド、2a…中心コア部の外径(a
…外径の1/2)、2b…リングコア部の内径(b…内
径の1/2)、w…リングコア部の幅、Δd…クラッド
と中間部との比屈折率差、Δe…クラッドとリングコア
部との比屈折率差、Δf…クラッドと中心コア部との比
屈折率差
Claims (1)
- 【請求項1】 以下の(1)〜(3)の条件を満足する
ことを特徴とする分散補償光ファイバ。 (1)波長1.55μm帯において、実質的にシングル
モード伝搬となり、波長分散が−100ps/nm/k
m以下であり、かつ分散スロープが負の値をもち、かつ
曲げ損失が1.0dB/m以下であり、かつ有効コア断
面積が20〜50μm2である。 (2)中心コア部と、該中心コア部の外周に設けられた
中心コア部よりも低屈折率の中間部と、該中間部の外周
に設けられた該中間部よりも高屈折率で、かつ前記中心
コア部よりも低屈折率のリング状のリングコア部と、該
リングコア部の外周に設けられた該リングコア部よりも
低屈折率で前記中間部よりも高屈折率のクラッドとから
なるリング付プロファイルを有する。 (3)中心コア部の外径を2a、リングコア部の内径を
2b、リングコア部の幅をw、クラッドと中間部との比
屈折率差をΔd、クラッドとリングコア部との比屈折率
差をΔeとしたとき、b/a≧2.5で、w/a≧0.
5で、Δdが0.3〜0.7%で、Δeが0.3〜1.
0%である。
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