JP3725435B2

JP3725435B2 - 光ファイバ

Info

Publication number: JP3725435B2
Application number: JP2001070636A
Authority: JP
Inventors: 淳寺田
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP2002267868A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば波長１．５μｍ帯において波長分割多重光伝送を行なうときに用いる光ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報化社会の発展により、例えばインターネット等の普及による通信回線需要が増大している。それに伴い、光通信における通信容量の拡大のために、異なる波長を持つ光信号を１本の光ファイバで伝送する波長分割多重光伝送方式による通信の開発が行われており、この波長分割多重光伝送方式に適した光ファイバの開発が重要となっている。
【０００３】
なお、現状では、ＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）を有するＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファイバ型アンプ）を用いて波長分割多重伝送を行うことが検討されている。ＥＤＦＡの利得帯域は波長１．５μｍ帯（波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍ）の波長であり、ＥＤＦＡを適用した波長分割多重伝送は、この波長を用いて波長分割多重伝送が行われる。
【０００４】
上記波長分割多重伝送用の光ファイバには、ＥＤＦＡによって増幅された高出力の光を入射しても非線形現象による信号光ひずみが生じにいことが要求される。そのためには、光ファイバのモードフィールド径を大きくすることが必要となる。また、波長分割多重伝送用の光ファイバは、多波長の光を伝送するために、波長分散勾配が小さい光ファイバが要求される。
【０００５】
なお、モードフィールド径と波長分散勾配の最適値は伝送システムによって異なるが、近年では、一般に、波長１５５０ｎｍにおける２０ｍｍφでの曲げ損失が４ｄＢ／ｍ以下、同波長におけるモードフィールド径が８μｍ以上、同波長における分散勾配が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ程度であることが要求されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記モードフィールド径の増大と波長分散勾配の低減は相反することであり、屈折率プロファイルの一部を調整して、曲げ損失を維持しつつ、モードフィールド径を大きくしようとすると、波長分散勾配は増大する。また、波長分散勾配を小さくしようとすると、モードフィールド径も小さくなってしまい、特性が安定した光ファイバを得ることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、例えば使用波長域において、モードフィールド径の拡大と使用波長域における波長分散勾配の低減とを両立することができ、しかも、ケーブル化したときの曲げ損失も小さくできる特性が安定した光ファイバを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、本発明は、センタコアの外周側を第１サイドコアで覆い、該第１サイドコアの外周側を第２サイドコアで覆い、該第２サイドコアの外周側をクラッドで覆って形成される光ファイバであって、前記センタコアの最大屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差をΔ１としたとき０<Δ１と成し、前記第１サイドコアの最小屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差をΔ２、前記第２サイドコアの最大屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差をΔ３としたとき、Δ１>Δ３>Δ２の関係を持ち、前記センタコアの最大屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差Δ１が０．７％以下０．４％以上であり、前記第１サイドコアの最小屈折率のクラッドに対する比屈折率差Δ２が−０．３０％以上−０．０５％以下であり、前記第２サイドコアの最大屈折率のクラッドに対する比屈折率差Δ３が０．２％以上であり、前記センタコアの直径ａ１と前記第１サイドコアの直径ｂとの比ａ１／ｂが０．４以上０．７以下であり、前記第２サイドコアの直径ｃと前記第１サイドコアの直径ｂとの比ｃ／ｂが１．６以下であり、前記センタコアの前記クラッドに対する比屈折率差を高さに見立てて立体の断面とみた場合の屈折率体積、すなわち、当該屈折率差をセンタコアの全面積で積分した値が１５．０〜１７．０％・μｍ^２であり、波長１５５０ｎｍにおける２０ｍｍφでの曲げ損失を４ｄＢ／ｍ以下、同波長におけるモードフィールド径を８μｍ以上、同波長における分散勾配を０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１０】
なお、本明細書において、センタコアの最大屈折率をｎ１、前記第１サイドコアの最小屈折率をｎ２、前記第２サイドコアの最大屈折率をｎ３、前記クラッドの屈折率をｎｃとして、上記各比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３を、以下の式（１）〜（３）により定義している。
【００１１】
Δ１＝｛（ｎ１^２−ｎｃ^２）／２ｎｃ^２｝×１００・・・・・（１）
【００１２】
Δ２＝｛（ｎ２^２−ｎｃ^２）／２ｎｃ^２｝×１００・・・・・（２）
【００１３】
Δ３＝｛（ｎ３^２−ｎｃ^２）／２ｎｃ^２｝×１００・・・・・（３）
【００１４】
上記構成の本発明の光ファイバは、比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３の関係を、Δ１＞Δ３＞Δ２としており、例えば図１に示す屈折率プロファイルを有している。なお、同図において、符号１はセンタコア、符号２は第１サイドコア、符号３は第２サイドコア、５はクラッドをそれぞれ示す。
【００１５】
本発明者は、図１に示すような屈折率プロファイルを有する光ファイバにおいて、各比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３および、各コア径の値を適切にすることにより、本発明の目的とする特性、すなわち、曲げ損失を小さく維持しながら、モードフィールド径の拡大と使用波長域における波長分散勾配の低減とを両立できることを見いだした。
【００１６】
ただし、図１に示す屈折率プロファイルについて、より詳細に検討すると、センタコア１の屈折率プロファイル形状によって特性が大きく異なり、センタコア１の屈折率プロファイル形状が、例えば図２の（ａ）に示すように、三角形に近い場合は波長分散勾配が大きくなる傾向があり、同図の（ｂ）に示すように、矩形に近い場合はモードフィールド径が小さくなる傾向があることが分かった。
【００１７】
そして、センタコア１の屈折率プロファイル形状が三角形に近い場合は、前記比屈折率差Δ１を大きくすることにより波長分散勾配を小さくでき（適正値にでき）、矩形に近い場合は比屈折率差Δ１を小さくすることによりモードフィールド径を大きくできる（適正値にできる）が分かった。
【００１８】
つまり、センタコア１の屈折率プロファイル形状が矩形に近く、かつ、比屈折率差Δ１が大きいと、センタコア１内に光のパワーが集中し、その結果モードフィールド径が小さくなるので、比屈折率差Δ１を小さくすることにより光のパワーの集中を抑制し、モードフィールド径を大きくできる。
【００１９】
また、センタコア１の屈折率プロファイル形状が三角形に近づくと、センタコア１の外に光パワーが漏れる量が多くなる。このため、第２サイドコア３側に光パワーが引っ張られ、モードフィールド径が大きくなるが、その分、波長分散勾配や曲げ損失が大きくなる。
【００２０】
そこで、センタコア１の屈折率プロファイル形状が三角形に近い場合は、比屈折率差Δ１を大きくしてセンタコア１の外側に漏れる光を少なくすることで、曲げ損失を維持しつつ、モードフィールド径も適正値より小さくならないようにすることができる。
【００２１】
また、屈折率プロファイルは、比屈折率差を「高さ」に見立てて立体の断面と見ることができるので、本発明者は、センタコアの屈折率体積分布、すなわち、センタコアのクラッドに対する比屈折率差をセンタコアの全面積で積分した積分値を適切な値にすることによって、モードフィールド径と波長分散勾配の両方を、伝送システム側から要求される値にできると考えた。そして、様々な検討を行ったところ、センタコアのクラッドに対する比屈折率差を積分した値（センタコアの屈折率体積値）の適切な値は、１５．０〜１７．０％・μｍ ^２であることが分かった。
【００２２】
本発明は、上記検討に基づいて成されたものであり、センタコアのクラッドに対する比屈折率差をセンタコアの全面積において積分した値を、１５．０〜１７．０％・μｍ ^２としているので、曲げ損失を小さくしながらモードフィールド径と波長分散勾配の両方を、伝送システム側から要求されている値にすることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１には、本発明に係る光ファイバの第１実施形態例の屈折率プロファイル（屈折率分布構造）が示されている。
【００２４】
同図に示すように、本実施形態例の光ファイバは、センタコア１の外周側を第１サイドコア２で覆い、該第１サイドコア２の外周側を第２サイドコア３で覆い、該第２サイドコア３の外周側をクラッド５で覆って形成されている。また、前記センタコア１の最大屈折率をｎ１、前記第１サイドコア２の最小屈折率をｎ２、前記第２サイドコア３の最大屈折率をｎ３、前記クラッド５の屈折率をｎｃとしたとき、ｎ１>ｎ３>ｎｃ>ｎ２と成している。
【００２５】
そして、本実施形態例は、センタコア１の最大屈折率ｎ１のクラッド５に対する比屈折率差をΔ１としたとき０<Δ１と成し、前記第１サイドコア２の最小屈折率ｎ２のクラッド５に対する比屈折率差をΔ２、前記第２サイドコア３の最大屈折率ｎ３のクラッド５に対する比屈折率差をΔ３としたとき、Δ１>Δ３>Δ２の関係を有している。
【００２６】
本実施形態例の特徴的な構成は、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１５．０〜１７．０％・μｍ^２としたことである。なお、本実施形態例において、センタコア１の屈折率プロファイルはα乗プロファイルである（屈折率形状が、コアの中心部を中心としたｙ＝−ｘ^αの曲線形状を呈している）。
そこで、センタコア１の全面積を積分範囲として、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差の積分値を求めた。
【００２７】
なお、図１のようなΔ１>Δ３>０>Δ２の構造では、中心部のΔ>０の領域をセンタコアと定義し、それ以外の構造では屈折率プロファイルの変曲点、つまり、中心部から外側に向かってプロファイルをたどったときに、上に凸から下に凸になる点の内側をセンタコア領域と定義する。
【００２９】
また、本実施形態例の光ファイバは、センタコア１の最大屈折率のクラッド５に対する比屈折率差Δ１を０．４％以上０．７％以下（０．４％≦Δ１≦０．７％）とし、前記第１サイドコア２の最小屈折率のクラッド５に対する比屈折率差Δ２を−０．３０％以上−０．０５％以下（−０．３０％≦Δ２≦−０．０５％）とし、前記第２サイドコア３の最大屈折率のクラッド５に対する比屈折率差Δ３を０．２％以上としている。
【００３０】
なお、本実施形態例において、前記センタコア１の最大屈折率のクラッド５に対する比屈折率差Δ１を０．４２％以上０．６２％以下（０．４２％≦Δ１≦０．６２％）とし、前記第１サイドコア２の最小屈折率のクラッド５に対する比屈折率差Δ２を−０．２５％以上−０．０５％以下（−０．２５％≦Δ２≦−０．０５％）とすることが望ましい。
【００３１】
また、本実施形態例において、センタコア１の直径ａ１と第１サイドコア２の直径ｂとの比（ａ１／ｂ）は０．４以上０．７以下、第２サイドコア３の直径ｃと第１サイドコア２の直径ｂとの比（ｃ／ｂ）は１．６以下と成している。なお、第２サイドコア３の直径ｃと第１サイドコア２の直径ｂとの比（ｃ／ｂ）は１．５以下であることが望ましい。
【００３２】
また、本実施形態例の光ファイバにおいて、光ファイバを形成する組成等は特に限定されるものではないが、例えば、上記屈折率プロファイルを有する光ファイバとするために、センタコア１と第２サイドコア３にはＧｅＯ_２をドープし、第１サイドコア２にはＦをドープしている。なお、第２サイドコア３にドープされる添加物は、ＧｅＯ_２に限らず、ＳｉＯ_２の屈折率を上昇させる添加物、例えばＡｌ_２Ｏ_３などであってもよい。
【００３３】
前記センタコア１にドープされているＧｅＯ_２の光ファイバ径方向の濃度分布は、センタコア１の中心部に極大部を有しており、また、第２サイドコア３にドープされているＧｅＯ_２の光ファイバ径方向の濃度分布も第２サイドコア３の径方向中心部に極大部を有している。なお、センタコア１の中心部以外にＧｅＯ_２の光ファイバ径方向の濃度分布の極大部を有していてもよい。
【００３４】
本実施形態例は、各比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３および、センタコア１と第１サイドコア２と第２サイドコア３のコア径の比を上記のように特定し、さらに、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１５．０〜１７．０％・μｍ ^２とすることにより、使用波長域としての波長１．５５μｍ帯におけるモードフィールド径の拡大と使用波長域における波長分散勾配の低減とを両立できるようにした。
【００３５】
また、本実施形態例の光ファイバは、使用波長域において、曲げによる損失が小さく、ケーブル化した際に良好な特性を得ることができるものである。
【００３６】
本実施形態例の光ファイバは、具体的には、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径を８μｍ^２以上とし、かつ、波長１５３０ｎｍ〜波長１５６０ｎｍにおける分散勾配を０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ以下としており、さらに、同波長帯における分散の絶対値（単位ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ）を２以上１２以下として使用波長帯において零分散にならないようにしている。
【００３７】
なお、本発明者は、本発明の構成を決定するにあたり、様々な屈折率プロファイルの光ファイバを試作又はシミュレーションし、その特性を求めた。その結果、前記比屈折率差Δ１が０．４％未満の場合、実効コア断面積の拡大および波長分散の低勾配化は実現できるものの、光ファイバの曲げ損失が大きくなる傾向にあり、ケーブル化したときに良好な特性を維持することが困難であることが分かった。
【００３８】
一方、比屈折率差Δ１が０．７％を越えると、波長分散勾配が大きくなり、波長分散偏差が前記階段型屈折率プロファイルの光ファイバよりも大きくなったり、実効コア断面積が階段型屈折率プロファイルの光ファイバ程度になってしまうことが分かった。そこで、前記の如く、比屈折率差Δ１を０．４％以上０．７％以下とした。
【００３９】
また、比屈折率差Δ１は、上記範囲内で適宜設定されるものであるが、本実施形態例では、センタコア１の屈折率プロファイルがα乗プロファイルであるので、表１に示すように、α、比屈折率差Δ１、センタコア１のコア径ａを変えてセンタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を様々に変え、モードフィールド径と波長分散勾配を検討した。
【００４０】
【表１】

【００４１】
なお、表１において、体積はセンタコア１のクラッド５に対する比屈折率差をセンタコア１の全面積で積分した値を示しており、ＭＦＤは波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径、分散勾配は波長１５５０ｎｍにおける波長分散勾配、曲げ損失は波長１５５０ｎｍにおける２０ｍｍφでの値をそれぞれ示している。また、合否は、波長分割多重伝送システム側からの要求を満たす場合を○で表し、要求を満たさない場合を×で表した。
【００４２】
そして、表１に示すように、上記センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１５．０〜１７．０％・μｍ ^２とすることにより、モードフィールド径と波長分散勾配の両方を、伝送システム側から要求されている値にできることが分かったので、本実施形態例では、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１５．０〜１７．０％・μｍ ^２とすることにした。
【００４３】
なお、上記センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１５．５〜１６．５％・μｍ ^２とすることが特に好ましい。
【００４４】
また、比屈折率差Δ２を−０．３０％未満とすると、波長分散勾配が小さくなるものの、実効コア断面積も小さくなってしまい、比屈折率差Δ２を−０．０５％より大きくすると、実効コア断面積が大きくなるものの、波長分散勾配が従来の階段型屈折率プロファイル光ファイバと同程度に大きくなってしまうので、本実施形態例では、前記の如く、比屈折率差Δ２を、−０．３０％≦Δ２≦−０．０５％とした。
【００４５】
さらに、上記屈折率プロファイルの光ファイバにおいて、センタコア１の直径ａ１と第１サイドコア２の直径ｂとの比（ａ１／ｂ）が小さくなるに従い、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長域で低い曲げ損失を得難くなる傾向があり、また、実効遮断波長が長波長化して光ファイバをシングルモード動作させることが難しくなる傾向がある。そして、前記比（ａ１／ｂ）が０．４未満のときには、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長域における曲げ損失の増大が顕著になり、ケーブルに適さない。
【００４６】
一方、前記比（ａ１／ｂ）が０．７より大きくなると、波長分散を低分散の値とすることが困難となり、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長域における波長分割多重光伝送に適さなくなる。そこで、本実施形態例では、前記の如く、前記比（ａ１／ｂ）を０．４以上０．７以下とした。
【００４７】
また、第２サイドコア３の径が大きくなり、第２サイドコア３の直径ｃと第１サイドコア２の直径ｂとの比（ｃ／ｂ）が１．６を越えると、実効遮断波長が長波長化してしまいシングルモード動作しなくなってしまうことから、本実施形態例では、前記比（ｃ／ｂ）は１．６以下とした。
【００４８】
本実施形態例は、上記検討に基づいて、各比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３および、センタコア１と第１サイドコア２と第２サイドコア３のコア径の比を上記のように特定し、さらに、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１５．０〜１７．０％・μｍ ^２としたものであるから、モードフィールド径の拡大と使用波長域における波長分散勾配の低減とを両立して、非線形現象による信号光歪みと分散による信号光歪みを共に抑制し、さらに、使用波長帯において、曲げによる損失が小さく、ケーブル化した際に良好な特性を得ることができる。
【００４９】
なお、図３、図４には、それぞれ、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を体積として横軸に取り、この体積値を変化させたときのモードフィールド径と分散波長勾配の値が示されている。これらの図は、センタコア１のプロファイルの係数αを４とし、曲げ損失を４ｄＢ／ｍとして求めたものである。
【００５０】
これらの図および表１により、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差を積分した値を１５．０〜１７．０％・μｍ ^２とすることにより、本実施形態例の光ファイバは、モードフィールド径の拡大と使用波長域における波長分散勾配の低減とを両立して、非線形現象による信号光歪みと分散による信号光歪みを共に抑制し、さらに、使用波長帯において、曲げによる損失が小さく、ケーブル化した際に良好な特性を得ることができることを確認できた。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長域において零分散を有さない構成としたが、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長域に含まれる使用波長域に零分散を有さない構成とすると、使用波長域において波長分割多重伝送を行なったときの４光波混合の発生を抑制できるために、より広帯域の波長分割多重伝送に適した光ファイバとすることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の光ファイバによれば、各比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３の大小関係を決定し、かつ、センタコアのクラッドに対する比屈折率差を積分した値、つまり、センタコアのクラッドに対する比屈折率差を高さに見立てて立体の断面とみた場合の屈折率体積、すなわち、当該屈折率差をセンタコアの全面積で積分した値を１５．０〜１７．０％・μｍ ^２とすることにより、使用波長域におけるモードフィールド径の拡大と使用波長域における波長分散勾配の低減とを両立することができ、しかも、ケーブル化したときの曲げや側圧による損失増加を低減することができる。
【００５３】
また、本発明において、波長１５５０ｎｍにおける２０ｍｍφでの曲げ損失を４ｄＢ／ｍ以下、同波長におけるモードフィールド径を８μｍ以上、同波長における分散勾配を０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ以下としたので、現在、波長分割多重伝送用に主に用いられているＥＤＦＡの利得の中心波長における各特性を伝送システム側から要求されている値にすることにより、現状の波長分割多重伝送における高品質の信号光伝送を可能にする、優れた光ファイバとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバの一実施形態例の光ファイバ径方向に対する屈折率分布（横断面上の屈折率分布）を示す要部構成図である。
【図２】センタコアの光ファイバ径方向に対する屈折率分布（横断面上の屈折率分布）形態例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る光ファイバの一実施形態例におけるセンタコアの比屈折率差の積分値とモードフィールド径との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光ファイバの一実施形態例におけるセンタコアの比屈折率差の積分値と波長分散勾配との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１センタコア
２第１サイドコア
３第２サイドコア
５クラッド

Claims

センタコアの外周側を第１サイドコアで覆い、該第１サイドコアの外周側を第２サイドコアで覆い、該第２サイドコアの外周側をクラッドで覆って形成される光ファイバであって、前記センタコアの最大屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差をΔ１としたとき０<Δ１と成し、前記第１サイドコアの最小屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差をΔ２、前記第２サイドコアの最大屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差をΔ３としたとき、Δ１>Δ３>Δ２の関係を持ち、
前記センタコアの最大屈折率の前記クラッドに対する比屈折率差Δ１が０．７％以下０．４％以上であり、前記第１サイドコアの最小屈折率のクラッドに対する比屈折率差Δ２が−０．３０％以上−０．０５％以下であり、前記第２サイドコアの最大屈折率のクラッドに対する比屈折率差Δ３が０．２％以上であり、
前記センタコアの直径ａ１と前記第１サイドコアの直径ｂとの比ａ１／ｂが０．４以上０．７以下であり、前記第２サイドコアの直径ｃと前記第１サイドコアの直径ｂとの比ｃ／ｂが１．６以下であり、
前記センタコアの前記クラッドに対する比屈折率差を高さに見立てて立体の断面とみた場合の屈折率体積、すなわち、当該屈折率差をセンタコアの全面積で積分した値が１５．０〜１７．０％・μｍ^２であり、
波長１５５０ｎｍにおける２０ｍｍφでの曲げ損失を４ｄＢ／ｍ以下、同波長におけるモードフィールド径を８μｍ以上、同波長における分散勾配を０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ以下としたことを特徴とする光ファイバ。