JP3399092B2 - シングルモード光ファイバ - Google Patents

シングルモード光ファイバ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シングルモード光ファ
イバ、特に、高速ディジタル伝送路に用いるに適したシ
ングルモード光ファイバに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の通信用シングルモード光ファイバ
(以下、「SM光ファイバ」と略す。)は、波長が1.
3μm近傍または1.55μm近傍で使用されることが
多いが、低損失の面からは、1.55μm近傍での使用
が増えつつある。この波長1.55μm用SM光ファイ
バの屈折率分布(以下、「プロファイル」と呼ぶ。)に
関しては、特公平3−18161号公報に示されている
ように、屈折率が高い内コアと、内コアより屈折率が低
い外コアと、外コアより屈折率が低いクラッドからなる
ものがある。
【0003】このSM光ファイバにおいては、クラッド
に対する内コアの比屈折率差を△n1 、外コアの比屈折
率差を△n2 、内コア直径を2a、外コア直径を2bと
すると、従来のプロファイルは、論文「1.55μm分
散シフトファイバ」、フジクラ技報p1〜7,第74号
に示されるように、 △n1 ≒0.6% △n2 /△n1 <0.17 2a/2b=025〜0.33 が良好とされていた。
【0004】また、特開昭62−291605号公報で
は、 △n2 /△n1 =0.1〜0.4 2a/2b=0.3〜0.6 が良好とされている。
【0005】これら文献に記載された従来技術では、内
コアの屈折率は一定値か、または、中心から外コアに向
かって一様に減少するものであった。
【0006】ディジタル伝送の高速化、さらに、光アン
プを使用した無中継長距離伝送を行なう場合、光ファイ
バ内の光パワー密度が大きくなると、非線形効果による
光パルスの広がり(分散)が無視できなくなる。このた
め、光パワー密度の低減が必要となるが、そのために光
パワーの総量を減らすと、伝送条件が不利になるため、
光ファイバ断面方向に光パワー分布を広げるのが有効で
ある。
【0007】光パワー分布の直径、すなわち、光パワー
が中心(最大)の1/eになる直径をMFD(Mode
Field Diameter)と呼ぶが、従来のプ
ロファイルでは、MFDを増すと著しい曲げロスの増加
を生じ、実用上問題があった。
【0008】また、光アンプを使用する場合、4光波混
合を防ぐため、ゼロ分散波長を使用波長より長くする必
要があるが、このためには、△n2 /△n1 を小さくす
る必要があり、この面からの曲げロスの増加を発生し、
従来のプロファイルは不利であった。
【0009】また、従来のプロファイルではMFDを大
きくすると分散スロープが大きくなるという問題があっ
た。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、ゼロ分散波長を長くし、曲
げロスを増加させずにMFDを大きくでき、非線形効果
を低減できるシングルモード光ファイバを提供すること
を目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、内コアの直径が2a、最大屈折率がn1 で、前記内
コアの外側に直径2bで前記内コアより低い屈折率n2
の外コアがあり、さらに前記外コアの外側に前記外コア
より低い屈折率n0 のクラッド部を備えたシングルモー
ド光ファイバであって、前記クラッド部に対する前記内
コアの比屈折率差を△n1 、前記クラッド部に対する前
記外コアの比屈折率差を△n2 とすると、 △n1 =(n1 2 −n0 2 )/2n1 2 △n2 =(n2 2 −n0 2 )/2n2 2 であって、かつ、 △n1 ≧0.7% 0.06≦△n2 /△n1 ≦0.16 0.15≦2a/2b≦0.3 であるとともに、ゼロ分散波長が1555nmより長く
なるように、前記内コアの屈折率がコア中心から外側に
向かって増加する領域を有することを特徴とするもので
ある。
【0012】請求項2に記載の発明は、内コアの直径が
2a、最大屈折率がn1 で、前記内コアの外側に直径2
bで前記内コアより低い屈折率n2 の外コアがあり、さ
らに前記外コアの外側に前記外コアより低い屈折率n0
のクラッド部を備えたシングルモード光ファイバであっ
て、前記クラッド部に対する前記内コアの比屈折率差を
△n1 、前記クラッド部に対する前記外コアの比屈折率
差を△n2 とすると、 △n1 =(n1 2 −n0 2 )/2n1 2 △n2 =(n2 2 −n0 2 )/2n2 2 であって、かつ、 1.2%≧△n1 ≧0.7% 0.06≦△n2 /△n1 ≦0.16 0.15≦2a/2b≦0.3 であるとともに、分散スロープが0.1ps/nm2
km以下に低減するように、前記内コアの屈折率がコア
中心から外側に向かって増加する領域を有することを特
徴とするものである。
【0013】
【0014】
【作用】本発明によれば、内コアの比屈折率差△n1
増加して、2a/2bを低減させることにより、曲げロ
スを増加させずにMFDを大きくすることが可能であ
る。また、このプロファイルでは、ゼロ分散波長を長く
しても、曲げロスを実用上問題ないレベルに抑えること
ができる。また、内コアの屈折率が中心から外側に向か
って増加する領域を設けたので、分散スロープの低減に
有効である。
【0015】△n2 /△n1 を0.06〜0.16の範
囲内で△n1 を増加させることにより、一定のゼロ分散
波長、MFDをとるときの曲げロスが小さくなる。これ
は△n1 を上げるために、例えば、コア部のGeO2
ドープ量を増すと、構造分散が大きくなって、ゼロ分散
波長が長くなり、同一MFDに対して、曲げロスが小さ
い領域に実用的なゼロ分散波長を移行させることができ
るからである。
【0016】ただし、△n1 を大きくすると、波長に対
する分散値の変化である分散スロープが増加するため、
光ファイバ線路に許容されるゼロ分散波長の範囲が小さ
くなり、問題となる場合がある。このため、実用的な分
散スロープ(≦0.1ps/nm2 /km)を得るため
には、△n1 ≦1.2%とするのが有効である。
【0017】また、内コアのプロファイルに、中心から
外側に向かって屈折率が増加する部分を持つと、コア径
bが大きい領域では、同じコア径(a,b)および同じ
△n1 ,△n2 を持つ光ファイバ、すなわち、この部分
を持たない光ファイバよりもゼロ分散波長が長くなる。
このとき、MFD、カットオフ波長等の伝送特性はほと
んど変化しないので、ゼロ分散波長だけを長波長側にシ
フトすることができる。これは、内コアの屈折率が一定
または中心から外コアに向かって一様に減少しているプ
ロファイルと比較して、所定範囲のゼロ分散波長、MF
D、カットオフ波長を狙ったときに分散スロープを小さ
くできるというメリットをもっている。
【0018】
【実施例】各種のシングルモード光ファイバを試作し、
その特性を検討した。上述した各特性値については、 MFD≧8μm ゼロ分散波長は、1560±5nm 20mmφ曲げロス≦0.2dB/m カットオフ波長≦1550nm を良好特性とし、測定結果を図1に示す。なお、曲げロ
スは、直径20mmの円弧に曲げたときのロスで測定
し、これを「20mmφ曲げロス」と呼ぶことにした。
【0019】図1において、△n2 /△n1 をパラメー
タとして、(A)〜(E)の5つに整理した。図中で、
×印は、前記の良好特性を満足できないプロファイル、
○印は、良好特性を満足するプロファイルである。
【0020】△n2 /△n1 >0.16(図1(A)
参照)では、大部分のプロファイルで、カットオフ波長
が1550nmをオーバーし、逆に、 △n2 /△n1 <0.06(図1(E)参照)では、
20mmφ曲げロスが0.2dB/m以上となるため、 0.06≦△n2 /△n1 ≦0.16 が良好範囲である(図1(B),(C),(D)参
照)。
【0021】また、0.06≦△n2 /△n1 ≦0.1
6の場合、 2a/2b>0.3では、20mmφ曲げロス≧0.
2dB/m、 2a/2b<0.15では、カットオフ波長が155
0nmより長くなるため、 0.15≦2a/2b≦0.4 が良好範囲である(図1(B),(C),(D)参
照)。
【0022】さらに、 △n1 <0.7%では、MFD、曲げロス、ゼロ分散
波長の全てが良好になるプロファイルが存在しないこと
が分かった。したがって、 0.06≦△n2 /△n1 ≦0.16 0.15≦2a/2b≦0.3 △n1 ≧0.7% が良好範囲であることが分かる。
【0023】通常の伝送方式では、 MFD<8.0μm でも十分に使用可能であるため、 △n1 <0.7% でも曲げロス特性を満足するプロファイルが存在するの
だが、高速ディジタル伝送用光ファイバ、特に、ビット
レートと光ファイバ長の積が5×1012Hz・kmを越
える場合は、上記範囲のプロファイルが有効である。
【0024】図2(A),(B)は、従来のシングルモ
ード光ファイバのコア部の比屈折率差分布を示す線図で
ある。内コアのプロファイルは、図に示すように、屈折
率が一定、もしくは、中心から内コアに向かって一様に
減少している。
【0025】図3(A),(B)は、本発明のシングル
モード光ファイバに適用される比屈折率差分布を示す線
図である。内コアの屈折率は、中心から外側に向かって
増加する領域を持っている。
【0026】内コアの屈折率分布についても検討した。
上述した良好特性が得られる範囲のプロファイルを有し
ている場合において、図2(A),(B)に示すような
内コアのプロファイルを採用した場合と、図3(A),
(B)に示すような内コアのプロファイルを採用した場
合とでは、同一のMFD、ゼロ分散波長、曲げロス特性
を有していても、屈折率が中心から外側に向かって増加
する領域を持つ図3(A),(B)のプロファイルを採
用した方が、分散スロープが約10%小さい結果が得ら
れた。図2(B)と図3(B)のプロファイルを採用し
た場合の伝送特性を図4に示す。
【0027】これらの結果から、本発明においては、内
コアの屈折率がコア中心から外側に向かって増加する領
域を有することが有利であることが分かる。この効果
は、外コアに中心から外側(クラッド)に向かって屈折
率が増加する部分がある場合にも得ることができる。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ゼロ分散波長を長くし、曲げロスを増加させ
ずにMFDを従来の平均7.5μmから8.0μm以上
にすることができ、非線形効果による光パルスの広がり
を防ぐことができる。
【0029】また、伝送システム設計上ゼロ分散波長の
公差を厳しくする分散スロープの増加を抑えるために、
内コアの比屈折率差△n1 を1.2%以下にすることに
よってプロファイルの許容範囲を製造の制御可能な幅に
することができる。さらに、内コアのプロファイルに中
心から外側に向かって屈折率が増加する部分を設けるこ
とによって、同じMFD、ゼロ分散波長でも分散スロー
プを小さくすることができ、有効である。
【0030】このプロファイルを持つシングルモード光
ファイバは、他の伝送特性を劣化させずに、非線形効果
を低減できるため高速ディジタル伝送用シングルモード
光ファイバとして有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】試作したシングルモード光ファイバの測定結果
を示す線図である。
【図2】従来のシングルモード光ファイバのコア部の比
屈折率差分布を示す線図である。
【図3】本発明のシングルモード光ファイバに適用され
る比屈折率差分布を示す線図である。
【図4】図2(B)と図3(B)のプロファイルを採用
した場合の伝送特性を示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−230015(JP,A) 特開 平3−183634(JP,A) 特開 昭62−215207(JP,A) 特開 昭62−165608(JP,A) 実開 平5−2104(JP,U) 米国特許5278931(US,A) 西山研二ほか,1.55μm分散シフト ファイバ,フジクラ技報,日本,第74 号,第1〜7頁 T.ABIRU et al.,Di spersion−shifted f ibers with Gaussia n−step profile,PRO C.OF OPTICAL FIBER COMMUNICATION CON FERENCE 1987,page 42 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/00 G02B 6/10 G02B 6/16 - 6/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内コアの直径が2a、最大屈折率がn1
    で、前記内コアの外側に直径2bで前記内コアより低い
    屈折率n2 の外コアがあり、さらに前記外コアの外側に
    前記外コアより低い屈折率n0 のクラッド部を備えたシ
    ングルモード光ファイバであって、 前記クラッド部に対する前記内コアの比屈折率差を△n
    1 、前記クラッド部に対する前記外コアの比屈折率差を
    △n2 とすると、 △n1 =(n1 2 −n0 2 )/2n1 2 △n2 =(n2 2 −n0 2 )/2n2 2 であって、かつ、 △n1 ≧0.7% 0.06≦△n2 /△n1 ≦0.16 0.15≦2a/2b≦0.3 であるとともに、 ゼロ分散波長が1555nmより長くなるように、前記
    内コアの屈折率がコア中心から外側に向かって増加する
    領域を有することを特徴とするシングルモード光ファイ
    バ。
  2. 【請求項2】 内コアの直径が2a、最大屈折率がn1
    で、前記内コアの外側に直径2bで前記内コアより低い
    屈折率n2 の外コアがあり、さらに前記外コアの外側に
    前記外コアより低い屈折率n0 のクラッド部を備えたシ
    ングルモード光ファイバであって、 前記クラッド部に対する前記内コアの比屈折率差を△n
    1 、前記クラッド部に対する前記外コアの比屈折率差を
    △n2 とすると、 △n1 =(n1 2 −n0 2 )/2n1 2 △n2 =(n2 2 −n0 2 )/2n2 2 であって、かつ、 1.2%≧△n1 ≧0.7% 0.06≦△n2 /△n1 ≦0.16 0.15≦2a/2b≦0.3 であるとともに、 分散スロープが0.1ps/nm2 /km以下に低減す
    るように、前記内コアの屈折率がコア中心から外側に向
    かって増加する領域を有することを特徴とするシングル
    モード光ファイバ。
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RU2206113C2 (ru) 1999-07-27 2003-06-10 Фудзикура Лтд. Оптическое волокно со смещенной дисперсией

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Title
T.ABIRU et al.,Dispersion−shifted fibers with Gaussian−step profile,PROC.OF OPTICAL FIBER COMMUNICATION CONFERENCE 1987,page 42
西山研二ほか,1.55μm分散シフトファイバ,フジクラ技報,日本,第74号,第1〜7頁

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