JP3766074B2 - 分散補償光ファイバおよびこれを用いた分散補償光ファイバ伝送路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散補償光ファイバに関し、１．３μｍ用シングルモード光ファイバに代表される、１．４５〜１．６３μｍ帯から選択された使用波長帯よりも短波長側に零分散波長を有するシングルモード光ファイバを用いて１．４５〜１．６３μｍ帯から選択された使用波長帯で光信号を伝送する際に生じる波長分散、および分散スロープを補償するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分散補償光ファイバは、１．５５μｍ帯で大きな負の波長分散と負の分散スロープを有し、１．３μｍ用シングルモード光ファイバと適切な長さで接続することによって、この１．３μｍ用シングルモード光ファイバにおいて生じた正の波長分散と分散スロープを相殺（補償）できるものである。したがって、１．３μｍ用シングルモード光ファイバとこの分散補償光ファイバとを組み合わせて光通信システムを構築すれば、１．５５μｍ帯の波長多重伝送を行っても高速通信が可能となる。
【０００３】
分散スロープ補償型の分散補償光ファイバとしては、図４に示すようなＷ型屈折率分布形状を有するものが提案されている。
この屈折率分布形状においては、中心に設けられた高屈折率のセンタコア１と、その外周上に設けられたこのセンタコア１よりも低屈折率のサイドコア２とからコアが構築されている。そして、このサイドコア２の外周上にはこのサイドコア２よりも高屈折率で、かつ前記センタコア１よりも低屈折率のクラッド４が設けられている。
【０００４】
このＷ型屈折率分布形状について、クラッド４を基準（零）にしたときのセンタコア１とサイドコア２のそれぞれの比屈折率差Δ１、Δ２や、センタコア１の半径ａとサイドコア２の半径ｂとの比率を調節することによって、波長分散と、分散スロープを補償する機能が得られる。
Ｗ型屈折率分布形状は従来、分散シフト光ファイバなどの他の用途にも適用されてきたが、このように波長分散と分散スロープを補償するためには、Δ１を他の伝送用のシングルモード光ファイバに適用する場合よりも大きく設計する必要がある。
【０００５】
また、図５に示すようなセグメントコア型屈折率分布形状を有する分散スロープ補償型の分散補償光ファイバも開発されている。
この屈折率分布形状においては、中心に設けられた高屈折率のセンタコア１１と、その外周上に設けられたこのセンタコア１１よりも低屈折率のサイドコア１２と、このサイドコア１２の外周上に設けられたこのサイドコア１２よりも高屈折率で、かつ前記センタコア１１よりも低屈折率のリングコア１３とからコアが構成されている。そして、このリングコア１３の外周上に、このリングコア１３よりも低屈折率で、かつ前記サイドコア１２よりも高屈折率のクラッド１４が設けられている。
【０００６】
このセグメントコア型屈折率分布形状においては、Ｗ型屈折率分布形状に、さらにリングコア１３が設けられた構成となっているため、より曲げ損失が小さく、波長多重伝送に適した負の分散スロープが得られるという利点がある。また、Ａｅｆｆ（有効コア断面積）を、より拡大することができるため、非線形効果を抑制することができるという効果がある。
波長多重伝送においては、そもそも伝送する光信号におけるパワーが大きいため、伝送の途中でエルビウム添加光ファイバ増幅器によって光信号を増幅すると、光信号のパワーが急激に増加する。その結果、非線形効果が生じ、伝送特性が劣化する。
非線形効果の大きさは、
ｎ２／Ａｅｆｆ
で表される。ここで、ｎ２は光ファイバの非線形屈折率係数である。ｎ２は物質によりほぼ一定の値であり、石英系の光ファイバでは大きく低減させることは困難である。また、Ａｅｆｆは光ファイバ中の電界分布を表すものであり、光ファイバの屈折率分布により変化させることが可能である。したがって、非線形効果を抑制するためにはＡｅｆｆの拡大が有効である。セグメントコア型屈折率分布形状においては、設計条件によっては比較的容易に２５μｍ２以上のＡｅｆｆが得られる。
【０００７】
このセグメントコア型屈折率分布形状においては、クラッド１４を基準（零）にしたときのセンタコア１１とサイドコア１２とリングコア１３のそれぞれの比屈折率差Δ１１、Δ１２、Δ１３と、センタコア１１の半径ａとサイドコア１２の半径ｂとリングコア１３の半径ｃの比率を調節することにより、波長分散と分散スロープを同時に補償することができる。
【０００８】
通常、センタコア１、１１はゲルマニウム添加石英ガラス、サイドコア２、１２はフッ素添加石英ガラス、リングコア１３はゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド４、１４は純粋石英ガラスから構成されている。
【０００９】
純粋石英ガラスは、ゲルマニウム、フッ素などのドーパントを添加すると粘度が低くなり、軟化点が低下する傾向がある。また、同一温度における粘度も低下する。また、石英系光ファイバの代表的な線引き温度付近である１９００℃付近における粘度差も大きくなる。このような傾向により、クラッド４、１４は、その内側に配置されている、ドーパントが添加されたセンタコア１、１１、サイドコア２、１２、およびリングコア１３よりも軟化温度が高く、また硬化温度も高い。
【００１０】
したがって、分散補償光ファイバを製造するにおいて、円柱状のファイバ母材を、その長さ方向が鉛直方向になるように配置し、このファイバ母材の下端を加熱すると、まず、センタコア１、１１、サイドコア２、１２、リングコア１３となる部分が軟化し、ついでクラッド４、１４となる部分が軟化し、線引きされる。
線引きされた分散補償光ファイバは、下方から引張応力が印加されている状態で、その温度が徐々に下がる。そして、クラッド４、１４が先に硬化し、ついで内側のセンタコア１、１１、サイドコア２、１２、およびリングコア１３が軟化する。
このとき、これらクラッド４、１４の内側の部分は、先に硬化したクラッド４、１４との間に粘度の差を生じ、クラッド４、１４によって引き留められ、線引きによって印加されている応力と逆方向にも応力が印加された状態となる。その結果、内部に応力が残留した状態で硬化する。そして、この残留応力が大きいと、屈折率変化による特性のずれが生じたり、伝送損失の劣化が生じたりする。
【００１１】
一般的な光ファイバにおいても、このような硬化時のコアとクラッドとの粘度差に起因する現象が生じる。しかし、Ｗ型屈折率分布形状を備えた分散スロープ補償型の分散補償光ファイバにおいては、上述のように負の波長分散と分散スロープを得るために比屈折率差Δ１が伝送用のシングルモード光ファイバに比べて大きな値に設定されている。また、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散スロープ補償型の分散補償光ファイバにおいても、波長分散の値などによっては比屈折率差Δ１１を他の伝送用のシングルモード光ファイバに比べて大きな値に設定することが必要となる場合がある。
大きな比屈折率差Δ１、Δ１１を実現するためには、センタコア１、１１に添加するドーパントの添加量を多くする必要がある。そしてドーパントの添加量が多くなるほど、軟化温度および硬化温度が低下する。よって、センタコア１、１１とクラッド４、１４との軟化温度および硬化温度の差が大きくなり易く、このような問題が生じやすかった。
そのため、実用可能な機械的な強度を確保するためには、伝送損失の向上に限界があり、低損失のものを得ることが困難となる場合があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、低損失の分散スロープ補償型の分散補償光ファイバが得られる技術を提供することにある。また、セグメントコア型の分散補償光ファイバの外周上に、クラッドよりも低屈折率のサイドリングを設けることにより、セグメントコア型の分散補償光ファイバと比較して、他の特性を大きく劣化させることなく、使用波長帯によらず曲げ損失を低減することにある。
さらに、長距離伝送用に適した、特定の長さにおける波長分散値、分散スロープ値の制御を可能とする分散補償光ファイバを実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、センタコアと、このセンタコアの外周上に設けられ、かつこのセンタコアよりも低屈折率のサイドコアと、このサイドコアの外周上に設けられ、かつこのサイドコアよりも高屈折率で、前記センタコアよりも低屈折率のリングコアと、このリングコアの外周上に設けられ、かつこのリングコアよりも低屈折率で、前記サイドコアよりも高屈折率のサイドリングと、このサイドリングの外周上に設けられ、かつこのサイドリングよりも高屈折率で、前記リングコアよりも低屈折率のクラッドからなる分散補償光ファイバであって、前記センタコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．９０〜１．３０％、前記サイドリングと前記クラッドとの比屈折率差が−０．５０〜−０．０２％であり、前記サイドコアと前記クラッドとの比屈折率差が−０．０２％以下であり、前記リングコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．１０〜０．２２％であり、正規化周波数＝（サイドリングとクラッドとの比屈折率差）×{（サイドリングの半径／センタコアの半径）２−（リングコアの半径／センタコアの半径）２}、で定義される正規化周波数の値が−１５．０〜−１．０であり、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、波長分散が−７０〜−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、負の波長分散スロープを有し、有効コア断面積が２５μｍ２以上であり、かつ実質的にシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、前記使用波長帯よりも短波長の零分散波長を有するシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、このシングルモード光ファイバを補償したときに、シングルモード光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＳＭＦ）、分散補償光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＤＣＦ）としたときに、ＲＤＳ（ＳＭＦ）は０．００３ｎｍ−１程度であり、ＲＤＳ（ＤＣＦ）／ＲＤＳ（ＳＭＦ）×１００で定義される分散スロープの補償率が８０〜１２０％であり、かつ波長１．６３μｍにおける曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下である分散補償光ファイバを提供する。
【００１４】
上記構成の分散補償光ファイバにおいて、前記クラッドはフッ素が添加された石英ガラスからなり、純粋石英ガラスよりも屈折率が低いことが好ましい。
【００１５】
上記構成の分散補償光ファイバにおいて、前記センタコアの前記クラッドを基準とした比屈折率差が０．９０〜１．００％であることが好ましい。
【００１６】
本発明は、センタコアと、このセンタコアの外周上に設けられ、かつこのセンタコアよりも低屈折率のサイドコアと、このサイドコアの外周上に設けられ、かつこのサイドコアよりも高屈折率で、前記センタコアよりも低屈折率のリングコアと、このリングコアの外周上に設けられ、かつこのリングコアよりも低屈折率で、前記サイドコアよりも高屈折率のサイドリングと、このサイドリングの外周上に設けられ、かつこのサイドリングよりも高屈折率で、前記リングコアよりも低屈折率のクラッドを有し、前記センタコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．９０〜１．３０％、前記サイドリングと前記クラッドとの比屈折率差が−０．５０〜−０．０２％であり、前記サイドコアと前記クラッドとの比屈折率差が−０．０２％以下であり、前記リングコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．１０〜０．２２％であり、正規化周波数＝（サイドリングとクラッドとの比屈折率差）×{（サイドリングの半径／センタコアの半径）２−（リングコアの半径／センタコアの半径）２}、で定義される正規化周波数の値が−１５．０〜−１．０であり、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、波長分散が−７０〜−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、負の波長分散スロープを有し、有効コア断面積が２５μｍ２以上であり、かつ実質的にシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、前記使用波長帯よりも短波長の零分散波長を有するシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、このシングルモード光ファイバを補償したときに、シングルモード光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＳＭＦ）、分散補償光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＤＣＦ）としたときに、ＲＤＳ（ＳＭＦ）は０．００３ｎｍ−１程度であり、ＲＤＳ（ＤＣＦ）／ＲＤＳ（ＳＭＦ）×１００で定義される分散スロープの補償率が、８０〜１２０％であり、かつ波長１．６３μｍにおける曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下である分散補償光ファイバを備えた光ファイバ伝送路を提供する。
【００１７】
本発明は、上記分散補償光ファイバと、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、有効コア断面積が７０μｍ２以上であり、かつシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有する光ファイバとを組み合わせた光ファイバ伝送路を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本名発明の分散補償光ファイバは、図１に示すような屈折率分布形状を備えているものである。以下、図１を利用して説明する。
センタコア２１、リングコア２３は、屈折率を上昇させる作用を備えたドーパントを添加した石英ガラス、サイドコア２２、サイドリング２４は屈折率を低下させる作用を備えたドーパントを添加した石英ガラスから形成されている。屈折率を上昇させる作用を備えたドーパントは、ゲルマニウム（Ｇｅ）が代表的である。ゲルマニウムは、ＧｅＯ２として添加される。また、屈折率を低下させる作用を備えたドーパントとしては、フッ素（Ｆ）が代表的である。
なお、センタコア２１、サイドコア２２、リングコア２３、サイドリング２４、クラッド２５に添加するドーパントはゲルマニウム、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、フッ素から選ばれる少なくとも１種、あるいは２種以上のドーパントが用いられ、所望の屈折率によってその種類や添加量が適宜選択される。
【００１９】
本名発明の分散補償光ファイバにおいては、クラッド２５がドーパントを添加した石英ガラスから形成されている。このドーパントは屈折率を低下させる作用を備えたものであり、上述のようにフッ素が代表的である。その結果、クラッド２５の軟化温度は、純粋石英ガラスよりも低くなる。つまり、Δ２１、Δ２２、Δ２３、Δ２４の基準（零）の屈折率は、純粋石英ガラスの屈折率よりも低くなる。
したがって、クラッド２５よりも高い屈折率を備えたセンタコア２１およびリングコア２３においては、ドーパントの添加量が少なくなる。そして、純粋石英ガラスからなるクラッド２５を基準とした場合よりも、センタコア２１、およびリングコア２３において、ドーパントの添加による軟化温度および硬化温度の低下を小さくすることができる。また、各層の１９００℃付近における粘度差も小さくすることができる。
【００２０】
従来は、純粋石英ガラスからなるクラッド２５と、多量のドーパントが添加されたセンタコア２１との間の軟化温度および硬化温度の差が特に問題となっていたが、本発明においては、クラッド２５の軟化温度および硬化温度が低下し、かつ、センタコア２１の軟化温度および硬化温度が上昇するため、これらの間の軟化温度および硬化温度の差が小さくなり、線引き温度における粘度差も小さくなる。その結果、分散補償光ファイバの機械的な強度が保証できる線引き温度で線引きしても、線引き後にクラッド２５の内側の部分、特にセンタコア２１に残留する応力を小さくすることができ、これに起因する伝送損失の劣化を小さくすることができる。
【００２１】
センタコア２１は、クラッド２５を基準（零）にした比屈折率差Δ２１が０．９０〜１．３０％、好ましくは０．９０〜１．００％に設定されている。０．９０％よりも小さく、零に近いと、ドーパントの添加量が少なく、十分に軟化温度および硬化温度を上昇させることができない。１．３０％よりも大きくなると、ドーパントの添加量が多くなり、伝送損失が増加する場合がある。
サイドリング２４は、クラッド２５を基準（零）にした比屈折率差Δ２４が−０．５０〜−０．０２％に設定されている。−０．５０％よりも小さく、ドーパントの添加量が多くなると、Δ２２のドーパントの添加量が多くなり、伝送損失が劣化する場合がある。−０．０２％よりも大きくなると、ドーパントの添加量が少なくなり、十分に軟化温度および硬化温度を低下させることができない。
【００２２】
本発明の分散補償光ファイバは、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などの公知の方法によって、各層にドーパントを添加した円柱状のファイアバ母材を製造し、このファイバ母材の長さ方向が鉛直方向になるように配置し、このファイバ母材の下端を加熱して線引きすることによって得られる。
【００２３】
一般にファイバ母材の外径は、３０〜８０ｍｍ、分散補償光ファイバの外径は８０〜１２５μｍである。また、本発明の分散補償光ファイバの線引き時の加熱温度は１８００〜２１００℃、線引き速度は１００〜３００ｍ／分とされる。また、このときの線引き張力は１００〜２００ｇとされる。この条件であれば、実用可能な機械的な強度が得られる。
本発明の分散補償光ファイバは、センタコア２１からクラッド２５までの全ての部分がドーパントが添加された石英ガラスからなり、軟化温度および硬化温度が低いため、従来の純粋石英ガラスからなるクラッド２５を備えたものよりも、ファイバ母材の加熱温度を低くすることができる。
【００２４】
なお、実際の分散補償光ファイバの屈折率形状は、なだらかな曲線状になり、図１に示すように、各構成部分の境界がはっきりしていない。よって、後述するように、予めΔ２２などの構造パラメータの値を設定した上で、実際の製造時には、光学特性をモニタして、微調整しながら製造すると好ましい。
【００２５】
このように本発明においては、クラッド２５をドーパントを添加した石英ガラスから形成することにより、センタコア２１とクラッド２５との軟化温度および硬化温度の差を小さくして、線引き時にセンタコア２１とクラッド２５との粘度の差を小さくすることができる。
その結果、線引き後にセンタコア２１などに残留する応力を小さくすることができ、実用可能な機械的な強度が得られる温度で線引きしても、伝送損失の劣化を低減することができる。
【００２６】
本発明の屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバにおいては、それぞれ、Δ２１、Δ２２、Δ２３、Δ２４、ｂ／ａ、ｃ／ａ、ｄ／ａを適切に設定することにより、波長分散、分散スロープ、さらには曲げ損失などの好ましい特性を実現することができる。
この型の屈折率分布形状においては、上述のようにＡｅｆｆ（有効コア断面積）を２５μｍ２以上に拡大することができ、非線形効果を抑制する観点から好ましい。また、長波長側での曲げ損失の低減も可能であるため、Ｌ−Ｂａｎｄ帯（１．５７〜１．６３μｍ）で使用する観点からも好ましい。
【００２７】
本発明の分散補償光ファイバの使用波長帯は、１．４５〜１．６３μｍの範囲から選択される。例えば、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の増幅波長帯によって、１．４５〜１．５７μｍ、１．５７〜１．６３μｍ、両者を合わせた１．４５〜１．６３μｍなどが適宜選択される。
また、本発明の分散補償光ファイバの使用波長帯における波長分散は、−７０〜−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとされる。−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍよりも大きく、零に近い場合は、使用長さが長くなり、不都合である。−７０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍよりも小さいものは特性が劣化しやすく、製造が困難である。
【００２８】
本発明の分散補償光ファイバは、１．３μｍ用シングルモード光ファイバのように、前記使用波長帯において正の波長分散を有する伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散および分散スロープを補償することを目的としている。
よって、本発明の分散補償光ファイバが補償対象とする伝送用のシングルモード光ファイバは、１．３μｍ用シングルモード光ファイバのみならず、この使用波長帯よりも短波長側に零分散波長を有し、この零分散波長の長波長側で波長分散が大きくなるシングルモード光ファイバが含まれる。このようなシングルモード光ファイバは、通常正の分散スロープを有している。
【００２９】
本発明の分散補償光ファイバの分散スロープは、組み合わせる伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散を零にできる長さの分散補償光ファイバを用いて、このシングルモード光ファイバを補償するとき、補償率が８０〜１２０％であると好ましい。この範囲内であると分散スロープを十分に補償することができ、良好な波長多重伝送特性が得られる。
【００３０】
この補償率は以下のようにして求める。
使用波長帯において、伝送用のシングルモード光ファイバの単位長さ当たりの波長分散と分散スロープの絶対値をそれぞれｄ１（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、ｓ１（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）、分散補償光ファイバの単位長さ当たりの波長分散と分散スロープの絶対値をそれぞれｄ２（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、ｓ２（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）とする。
ここで、ｓ１／ｄ１＝ＲＤＳ（ＳＭＦ）、ｓ２／ｄ２＝ＲＤＳ（ＤＣＦ）とする。
また、伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散と分散スロープは正の値、分散補償光ファイバの波長分散と分散スロープは負の値である。
【００３１】
単位長さの伝送用のシングルモード光ファイバを補償できる分散補償光ファイバの長さは、ｄ１／ｄ２で表される。
この長さのにおける分散補償光ファイバの分散スロープは、ｄ１／ｄ２×ｓ２となる。そして、この長さの分散補償光ファイバによる単位長さ当たりの伝送用のシングルモード光ファイバの分散スロープの補償率は、（ｄ１／ｄ２×ｓ２）／ｓ１×１００＝ＲＤＳ（ＤＣＦ）／ＲＤＳ（ＳＭＦ）×１００となる。
【００３２】
このように分散スロープの補償率は、使用波長帯における補償対象の伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散と分散スロープ、および分散補償光ファイバ自体の波長分散と分散スロープによって変化するため、目的とする使用波長帯や伝送用のシングルモード光ファイバにあわせて分散補償光ファイバを設計する必要がある。
【００３３】
また、曲げ損失は、使用波長帯において、曲げ直径（２Ｒ）が２０ｍｍの条件の値をいうものとする。本発明の分散補償光ファイバにおいては、使用波長帯における曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下であることが好ましい。５０ｄＢ／ｍを超えると、敷設時などに付与されるわずかな曲げなどによって伝送特性が劣化する場合がある。
【００３４】
図１に示す本発明の分散補償光ファイバにおいては、Δ２１の値は他の構造パラメータなどとの関係から相対的に決定され、上述のＷ型屈折率分布形状のΔ１、およびセグメントコア型屈折率分布形状のΔ１１の数値範囲よりも広範囲となる。
【００３５】
図２は、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバと、本発明の分散補償光ファイバについて、Ａｅｆｆ＝２５〜２８μｍ２を目的としたときに、波長１．５５μｍまたは１．６３μｍにおける曲げ損失とカットオフ波長の関係を示すグラフである。
図３は、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバと、本発明の分散補償光ファイバについて、曲げ損失とＡｅｆｆの関係を示すグラフである。
図２および図３より、本発明の分散補償光ファイバは、セグメントコア型屈折率分布形状を持つ分散補償光ファイバと比較すると、同一のカットオフ波長を持つ場合、または、同一のＡｅｆｆを持つ場合に、曲げ損失を小さくすることが可能となることが分かる。
【００３６】
なお、このグラフに示されている点は、伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散スロープを波長分散で割った値ＲＤＳ（ＳＭＦ）が、０．００３ｎｍ−１程度である伝送用のシングルモード光ファイバを想定したものである。
また、伝送用のシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの長さの比を、３：１として分散補償を行う場合を想定したものであり、かつ、この伝送用のシングルモード光ファイバは、側圧に対する耐性が十分なものとなっている。
この伝送用のシングルモード光ファイバのサイドリングを大きくしすぎると、カットオフ波長が長くなり、伝送用のシングルモード光ファイバが側圧に対して弱くなる。これを防止するためには、Δ２４が−０．５０〜−０．０２％、正規化周波数（Ｖ４）が−１５．０〜−１．０となっている。ここで、正規化周波数とは、光の周波数を光導波路の構造パラメータを用いて規格化したものである。
また、非線形効果を抑えるためには、Ａｅｆｆを拡大することが有効であるが、このためには、Δ２１の値を小さくしなければならない。しかし、Δ２１の値が小さすぎると伝送用のシングルモード光ファイバが側圧に対して弱くなる。したがって、Δ２１の値は、０．９０〜１．００％とすることが好ましい。
【００３７】
本発明の分散補償光ファイバと、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長において、有効コア断面積が７０μｍ２以上であり、かつシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有する光ファイバとを組み合わせた光ファイバ伝送路は、伝送損失の増加を抑制する効果に優れている。
すなわち、本発明の分散補償光ファイバにおいて、分散スロープを零に近付け、前記のように選択された光ファイバにおいて非線形効果を抑制することが可能となるからである。
【００３８】
以下、具体例を示す。
（実施例１）
図１に示した屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバを製造した。
まず、ＶＡＤ法によってＧｅＯ２添加コアＳｉＯ２クラッド（クラッド径／コア径＝２．０〜２．２）構造をもつ円柱状の多孔質体を作製した。ただし、ここでいうコア、クラッドは、実際の分散補償光ファイバにおけるコアとクラッドに対応したものではなく、２層構造の各層を示す便宜的な名称である。つまり、中心の部分をコア（センタコア２１となる部分）、その外周上の部分をクラッド（サイドコア２２となる部分）と称している。
【００３９】
この多孔質体をおよそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、Ｈｅ５ｌ／分、ＳｉＦ４１ｌ／分の雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行った。このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにリングコアおよびサイドリング用と、クラッド用のＳｉＯ２−ＧｅＯ２とＳｉＯ２からなる多孔質体をそれぞれ外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ雰囲気で透明ガラス化して、外径５０ｍｍのファイバ母材を得た。
【００４０】
そして、このファイバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このときの線引き速度は３００ｍ／分、線引張力は２００ｇ、加熱温度は１９５０℃とした。
この実施例１においては、同様の方法で構造パラメータの異なる５種類の分散補償光ファイバを製造した。各々の構造パラメータと、光学特性を表１および表２に示した。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
表１および表２の結果より、Ａｅｆｆを拡大することによって、非線形効果を抑制することができた。また、波長１．６３μｍにおける曲げ損失も小さな値が得られた。
なお、いずれの分散補償光ファイバも、それぞれの線引きの条件では、機械的な強度に問題はなかった。
【００４４】
（比較例１）
図５に示したセグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバを製造した。
まず、ＶＡＤ法によってＧｅＯ２添加コアＳｉＯ２クラッド（クラッド径／コア径＝２．２〜２．４）構造をもつ円柱状の多孔質体を作製した。ただし、ここでいうコア、クラッドは、実際の分散補償光ファイバにおけるコアとクラッドに対応したものではなく、２層構造の各層を示す便宜的な名称である。つまり、中心の部分をコア（センタコア１１となる部分）、その外周上の部分をクラッド（サイドコア１２となる部分）と称している。
【００４５】
この多孔質体をおよそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、Ｈｅ５ｌ／分、ＳｉＦ４１ｌ／分の雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行った。このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにリングコア用とクラッド用のＳｉＯ２−ＧｅＯ２とＳｉＯ２とからなる多孔質体をそれぞれ外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ雰囲気で透明ガラス化して中間母材を作製した。さらに、ＳｉＯ２からなる多孔質体を外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ雰囲気で透明ガラス化して、外径５０ｍｍのファイバ母材を得た。
【００４６】
そして、このファイアバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このときの線引き速度は３００ｍ／分、線引張力は２００ｇ、加熱温度は１９５０℃とした。
この分散補償光ファイバの１．５５μｍにおける光学特性を表３、表４に示した。
【００４７】
【表３】
【００４８】
【表４】
【００４９】
このセグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバの光学特性の目標は、実施例１に示した分散補償光ファイバと同程度のＡｅｆｆまたはカットオフ波長をもち、曲げ損失を可能な限り小さな値とすることとした。
表３および表４の結果より、波長１．５５μｍ付近での曲げ損失は十分に小さく、問題ないことが分かった。しかし、波長１．６３μｍでの曲げ損失は大きな値となり、伝送損失が大きくなることが分かった。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分散補償光ファイバは、全ての部分、特にクラッドをドーパントを添加した石英ガラスから形成することにより、センタコアとクラッドとの軟化温度および硬化温度の差を小さくし、線引き時に、その線引き温度における粘度差を小さくすることができる。
その結果、線引き後にセンタコアなどに残留する応力を小さくすることができ、実用可能な機械的な強度が得られる温度で線引きしても、伝送損失の劣化を低減することができ、分散スロープ補償型の分散補償光ファイバであり、かつ低損失のものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の分散補償光ファイバの屈折率分布形状を示すグラフである。
【図２】 本発明の分散補償光ファイバと、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバについて、波長１．５５μｍまたは１．６３μｍにおける曲げ損失とカットオフ波長の関係を示すグラフである。
【図３】 本発明の分散補償光ファイバと、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバについて、波長１．５５μｍまたは１．６３μｍにおける曲げ損失とＡｅｆｆの関係を示すグラフである。
【図４】 分散補償光ファイバの屈折率分布形状の一例として、Ｗ型屈折率分布形状を示すグラフである。
【図５】 分散補償光ファイバの屈折率分布形状の一例として、セグメントコア型屈折率分布形状を示すグラフである。
【符号の説明】
２１・・・センタコア、２２・・・サイドコア、２３・・・リングコア、２４・・・サイドリング、２５・・・クラッド。
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散補償光ファイバに関し、１．３μｍ用シングルモード光ファイバに代表される、１．４５〜１．６３μｍ帯から選択された使用波長帯よりも短波長側に零分散波長を有するシングルモード光ファイバを用いて１．４５〜１．６３μｍ帯から選択された使用波長帯で光信号を伝送する際に生じる波長分散、および分散スロープを補償するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分散補償光ファイバは、１．５５μｍ帯で大きな負の波長分散と負の分散スロープを有し、１．３μｍ用シングルモード光ファイバと適切な長さで接続することによって、この１．３μｍ用シングルモード光ファイバにおいて生じた正の波長分散と分散スロープを相殺（補償）できるものである。したがって、１．３μｍ用シングルモード光ファイバとこの分散補償光ファイバとを組み合わせて光通信システムを構築すれば、１．５５μｍ帯の波長多重伝送を行っても高速通信が可能となる。
【０００３】
分散スロープ補償型の分散補償光ファイバとしては、図４に示すようなＷ型屈折率分布形状を有するものが提案されている。
この屈折率分布形状においては、中心に設けられた高屈折率のセンタコア１と、その外周上に設けられたこのセンタコア１よりも低屈折率のサイドコア２とからコアが構築されている。そして、このサイドコア２の外周上にはこのサイドコア２よりも高屈折率で、かつ前記センタコア１よりも低屈折率のクラッド４が設けられている。
【０００４】
このＷ型屈折率分布形状について、クラッド４を基準（零）にしたときのセンタコア１とサイドコア２のそれぞれの比屈折率差Δ１、Δ２や、センタコア１の半径ａとサイドコア２の半径ｂとの比率を調節することによって、波長分散と、分散スロープを補償する機能が得られる。
Ｗ型屈折率分布形状は従来、分散シフト光ファイバなどの他の用途にも適用されてきたが、このように波長分散と分散スロープを補償するためには、Δ１を他の伝送用のシングルモード光ファイバに適用する場合よりも大きく設計する必要がある。
【０００５】
また、図５に示すようなセグメントコア型屈折率分布形状を有する分散スロープ補償型の分散補償光ファイバも開発されている。
この屈折率分布形状においては、中心に設けられた高屈折率のセンタコア１１と、その外周上に設けられたこのセンタコア１１よりも低屈折率のサイドコア１２と、このサイドコア１２の外周上に設けられたこのサイドコア１２よりも高屈折率で、かつ前記センタコア１１よりも低屈折率のリングコア１３とからコアが構成されている。そして、このリングコア１３の外周上に、このリングコア１３よりも低屈折率で、かつ前記サイドコア１２よりも高屈折率のクラッド１４が設けられている。
【０００６】
このセグメントコア型屈折率分布形状においては、Ｗ型屈折率分布形状に、さらにリングコア１３が設けられた構成となっているため、より曲げ損失が小さく、波長多重伝送に適した負の分散スロープが得られるという利点がある。また、Ａｅｆｆ（有効コア断面積）を、より拡大することができるため、非線形効果を抑制することができるという効果がある。
波長多重伝送においては、そもそも伝送する光信号におけるパワーが大きいため、伝送の途中でエルビウム添加光ファイバ増幅器によって光信号を増幅すると、光信号のパワーが急激に増加する。その結果、非線形効果が生じ、伝送特性が劣化する。
非線形効果の大きさは、
ｎ２／Ａｅｆｆ
で表される。ここで、ｎ２は光ファイバの非線形屈折率係数である。ｎ２は物質によりほぼ一定の値であり、石英系の光ファイバでは大きく低減させることは困難である。また、Ａｅｆｆは光ファイバ中の電界分布を表すものであり、光ファイバの屈折率分布により変化させることが可能である。したがって、非線形効果を抑制するためにはＡｅｆｆの拡大が有効である。セグメントコア型屈折率分布形状においては、設計条件によっては比較的容易に２５μｍ２以上のＡｅｆｆが得られる。
【０００７】
このセグメントコア型屈折率分布形状においては、クラッド１４を基準（零）にしたときのセンタコア１１とサイドコア１２とリングコア１３のそれぞれの比屈折率差Δ１１、Δ１２、Δ１３と、センタコア１１の半径ａとサイドコア１２の半径ｂとリングコア１３の半径ｃの比率を調節することにより、波長分散と分散スロープを同時に補償することができる。
【０００８】
通常、センタコア１、１１はゲルマニウム添加石英ガラス、サイドコア２、１２はフッ素添加石英ガラス、リングコア１３はゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド４、１４は純粋石英ガラスから構成されている。
【０００９】
純粋石英ガラスは、ゲルマニウム、フッ素などのドーパントを添加すると粘度が低くなり、軟化点が低下する傾向がある。また、同一温度における粘度も低下する。また、石英系光ファイバの代表的な線引き温度付近である１９００℃付近における粘度差も大きくなる。このような傾向により、クラッド４、１４は、その内側に配置されている、ドーパントが添加されたセンタコア１、１１、サイドコア２、１２、およびリングコア１３よりも軟化温度が高く、また硬化温度も高い。
【００１０】
したがって、分散補償光ファイバを製造するにおいて、円柱状のファイバ母材を、その長さ方向が鉛直方向になるように配置し、このファイバ母材の下端を加熱すると、まず、センタコア１、１１、サイドコア２、１２、リングコア１３となる部分が軟化し、ついでクラッド４、１４となる部分が軟化し、線引きされる。
線引きされた分散補償光ファイバは、下方から引張応力が印加されている状態で、その温度が徐々に下がる。そして、クラッド４、１４が先に硬化し、ついで内側のセンタコア１、１１、サイドコア２、１２、およびリングコア１３が軟化する。
このとき、これらクラッド４、１４の内側の部分は、先に硬化したクラッド４、１４との間に粘度の差を生じ、クラッド４、１４によって引き留められ、線引きによって印加されている応力と逆方向にも応力が印加された状態となる。その結果、内部に応力が残留した状態で硬化する。そして、この残留応力が大きいと、屈折率変化による特性のずれが生じたり、伝送損失の劣化が生じたりする。
【００１１】
一般的な光ファイバにおいても、このような硬化時のコアとクラッドとの粘度差に起因する現象が生じる。しかし、Ｗ型屈折率分布形状を備えた分散スロープ補償型の分散補償光ファイバにおいては、上述のように負の波長分散と分散スロープを得るために比屈折率差Δ１が伝送用のシングルモード光ファイバに比べて大きな値に設定されている。また、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散スロープ補償型の分散補償光ファイバにおいても、波長分散の値などによっては比屈折率差Δ１１を他の伝送用のシングルモード光ファイバに比べて大きな値に設定することが必要となる場合がある。
大きな比屈折率差Δ１、Δ１１を実現するためには、センタコア１、１１に添加するドーパントの添加量を多くする必要がある。そしてドーパントの添加量が多くなるほど、軟化温度および硬化温度が低下する。よって、センタコア１、１１とクラッド４、１４との軟化温度および硬化温度の差が大きくなり易く、このような問題が生じやすかった。
そのため、実用可能な機械的な強度を確保するためには、伝送損失の向上に限界があり、低損失のものを得ることが困難となる場合があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、低損失の分散スロープ補償型の分散補償光ファイバが得られる技術を提供することにある。また、セグメントコア型の分散補償光ファイバの外周上に、クラッドよりも低屈折率のサイドリングを設けることにより、セグメントコア型の分散補償光ファイバと比較して、他の特性を大きく劣化させることなく、使用波長帯によらず曲げ損失を低減することにある。
さらに、長距離伝送用に適した、特定の長さにおける波長分散値、分散スロープ値の制御を可能とする分散補償光ファイバを実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、センタコアと、このセンタコアの外周上に設けられ、かつこのセンタコアよりも低屈折率のサイドコアと、このサイドコアの外周上に設けられ、かつこのサイドコアよりも高屈折率で、前記センタコアよりも低屈折率のリングコアと、このリングコアの外周上に設けられ、かつこのリングコアよりも低屈折率で、前記サイドコアよりも高屈折率のサイドリングと、このサイドリングの外周上に設けられ、かつこのサイドリングよりも高屈折率で、前記リングコアよりも低屈折率のクラッドからなる分散補償光ファイバであって、前記センタコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．９０〜１．３０％、前記サイドリングと前記クラッドとの比屈折率差が−０．５０〜−０．０２％であり、前記サイドコアと前記クラッドとの比屈折率差が−０．０２％以下であり、前記リングコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．１０〜０．２２％であり、正規化周波数＝（サイドリングとクラッドとの比屈折率差）×{（サイドリングの半径／センタコアの半径）２−（リングコアの半径／センタコアの半径）２}、で定義される正規化周波数の値が−１５．０〜−１．０であり、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、波長分散が−７０〜−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、負の波長分散スロープを有し、有効コア断面積が２５μｍ２以上であり、かつ実質的にシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、前記使用波長帯よりも短波長の零分散波長を有するシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、このシングルモード光ファイバを補償したときに、シングルモード光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＳＭＦ）、分散補償光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＤＣＦ）としたときに、ＲＤＳ（ＳＭＦ）は０．００３ｎｍ−１程度であり、ＲＤＳ（ＤＣＦ）／ＲＤＳ（ＳＭＦ）×１００で定義される分散スロープの補償率が８０〜１２０％であり、かつ波長１．６３μｍにおける曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下である分散補償光ファイバを提供する。
【００１４】
上記構成の分散補償光ファイバにおいて、前記クラッドはフッ素が添加された石英ガラスからなり、純粋石英ガラスよりも屈折率が低いことが好ましい。
【００１５】
上記構成の分散補償光ファイバにおいて、前記センタコアの前記クラッドを基準とした比屈折率差が０．９０〜１．００％であることが好ましい。
【００１６】
本発明は、センタコアと、このセンタコアの外周上に設けられ、かつこのセンタコアよりも低屈折率のサイドコアと、このサイドコアの外周上に設けられ、かつこのサイドコアよりも高屈折率で、前記センタコアよりも低屈折率のリングコアと、このリングコアの外周上に設けられ、かつこのリングコアよりも低屈折率で、前記サイドコアよりも高屈折率のサイドリングと、このサイドリングの外周上に設けられ、かつこのサイドリングよりも高屈折率で、前記リングコアよりも低屈折率のクラッドを有し、前記センタコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．９０〜１．３０％、前記サイドリングと前記クラッドとの比屈折率差が−０．５０〜−０．０２％であり、前記サイドコアと前記クラッドとの比屈折率差が−０．０２％以下であり、前記リングコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．１０〜０．２２％であり、正規化周波数＝（サイドリングとクラッドとの比屈折率差）×{（サイドリングの半径／センタコアの半径）２−（リングコアの半径／センタコアの半径）２}、で定義される正規化周波数の値が−１５．０〜−１．０であり、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、波長分散が−７０〜−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、負の波長分散スロープを有し、有効コア断面積が２５μｍ２以上であり、かつ実質的にシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、前記使用波長帯よりも短波長の零分散波長を有するシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、このシングルモード光ファイバを補償したときに、シングルモード光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＳＭＦ）、分散補償光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＤＣＦ）としたときに、ＲＤＳ（ＳＭＦ）は０．００３ｎｍ−１程度であり、ＲＤＳ（ＤＣＦ）／ＲＤＳ（ＳＭＦ）×１００で定義される分散スロープの補償率が、８０〜１２０％であり、かつ波長１．６３μｍにおける曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下である分散補償光ファイバを備えた光ファイバ伝送路を提供する。
【００１７】
本発明は、上記分散補償光ファイバと、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、有効コア断面積が７０μｍ２以上であり、かつシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有する光ファイバとを組み合わせた光ファイバ伝送路を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本名発明の分散補償光ファイバは、図１に示すような屈折率分布形状を備えているものである。以下、図１を利用して説明する。
センタコア２１、リングコア２３は、屈折率を上昇させる作用を備えたドーパントを添加した石英ガラス、サイドコア２２、サイドリング２４は屈折率を低下させる作用を備えたドーパントを添加した石英ガラスから形成されている。屈折率を上昇させる作用を備えたドーパントは、ゲルマニウム（Ｇｅ）が代表的である。ゲルマニウムは、ＧｅＯ２として添加される。また、屈折率を低下させる作用を備えたドーパントとしては、フッ素（Ｆ）が代表的である。
なお、センタコア２１、サイドコア２２、リングコア２３、サイドリング２４、クラッド２５に添加するドーパントはゲルマニウム、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、フッ素から選ばれる少なくとも１種、あるいは２種以上のドーパントが用いられ、所望の屈折率によってその種類や添加量が適宜選択される。
【００１９】
本名発明の分散補償光ファイバにおいては、クラッド２５がドーパントを添加した石英ガラスから形成されている。このドーパントは屈折率を低下させる作用を備えたものであり、上述のようにフッ素が代表的である。その結果、クラッド２５の軟化温度は、純粋石英ガラスよりも低くなる。つまり、Δ２１、Δ２２、Δ２３、Δ２４の基準（零）の屈折率は、純粋石英ガラスの屈折率よりも低くなる。
したがって、クラッド２５よりも高い屈折率を備えたセンタコア２１およびリングコア２３においては、ドーパントの添加量が少なくなる。そして、純粋石英ガラスからなるクラッド２５を基準とした場合よりも、センタコア２１、およびリングコア２３において、ドーパントの添加による軟化温度および硬化温度の低下を小さくすることができる。また、各層の１９００℃付近における粘度差も小さくすることができる。
【００２０】
従来は、純粋石英ガラスからなるクラッド２５と、多量のドーパントが添加されたセンタコア２１との間の軟化温度および硬化温度の差が特に問題となっていたが、本発明においては、クラッド２５の軟化温度および硬化温度が低下し、かつ、センタコア２１の軟化温度および硬化温度が上昇するため、これらの間の軟化温度および硬化温度の差が小さくなり、線引き温度における粘度差も小さくなる。その結果、分散補償光ファイバの機械的な強度が保証できる線引き温度で線引きしても、線引き後にクラッド２５の内側の部分、特にセンタコア２１に残留する応力を小さくすることができ、これに起因する伝送損失の劣化を小さくすることができる。
【００２１】
センタコア２１は、クラッド２５を基準（零）にした比屈折率差Δ２１が０．９０〜１．３０％、好ましくは０．９０〜１．００％に設定されている。０．９０％よりも小さく、零に近いと、ドーパントの添加量が少なく、十分に軟化温度および硬化温度を上昇させることができない。１．３０％よりも大きくなると、ドーパントの添加量が多くなり、伝送損失が増加する場合がある。
サイドリング２４は、クラッド２５を基準（零）にした比屈折率差Δ２４が−０．５０〜−０．０２％に設定されている。−０．５０％よりも小さく、ドーパントの添加量が多くなると、Δ２２のドーパントの添加量が多くなり、伝送損失が劣化する場合がある。−０．０２％よりも大きくなると、ドーパントの添加量が少なくなり、十分に軟化温度および硬化温度を低下させることができない。
【００２２】
本発明の分散補償光ファイバは、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などの公知の方法によって、各層にドーパントを添加した円柱状のファイアバ母材を製造し、このファイバ母材の長さ方向が鉛直方向になるように配置し、このファイバ母材の下端を加熱して線引きすることによって得られる。
【００２３】
一般にファイバ母材の外径は、３０〜８０ｍｍ、分散補償光ファイバの外径は８０〜１２５μｍである。また、本発明の分散補償光ファイバの線引き時の加熱温度は１８００〜２１００℃、線引き速度は１００〜３００ｍ／分とされる。また、このときの線引き張力は１００〜２００ｇとされる。この条件であれば、実用可能な機械的な強度が得られる。
本発明の分散補償光ファイバは、センタコア２１からクラッド２５までの全ての部分がドーパントが添加された石英ガラスからなり、軟化温度および硬化温度が低いため、従来の純粋石英ガラスからなるクラッド２５を備えたものよりも、ファイバ母材の加熱温度を低くすることができる。
【００２４】
なお、実際の分散補償光ファイバの屈折率形状は、なだらかな曲線状になり、図１に示すように、各構成部分の境界がはっきりしていない。よって、後述するように、予めΔ２２などの構造パラメータの値を設定した上で、実際の製造時には、光学特性をモニタして、微調整しながら製造すると好ましい。
【００２５】
このように本発明においては、クラッド２５をドーパントを添加した石英ガラスから形成することにより、センタコア２１とクラッド２５との軟化温度および硬化温度の差を小さくして、線引き時にセンタコア２１とクラッド２５との粘度の差を小さくすることができる。
その結果、線引き後にセンタコア２１などに残留する応力を小さくすることができ、実用可能な機械的な強度が得られる温度で線引きしても、伝送損失の劣化を低減することができる。
【００２６】
本発明の屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバにおいては、それぞれ、Δ２１、Δ２２、Δ２３、Δ２４、ｂ／ａ、ｃ／ａ、ｄ／ａを適切に設定することにより、波長分散、分散スロープ、さらには曲げ損失などの好ましい特性を実現することができる。
この型の屈折率分布形状においては、上述のようにＡｅｆｆ（有効コア断面積）を２５μｍ２以上に拡大することができ、非線形効果を抑制する観点から好ましい。また、長波長側での曲げ損失の低減も可能であるため、Ｌ−Ｂａｎｄ帯（１．５７〜１．６３μｍ）で使用する観点からも好ましい。
【００２７】
本発明の分散補償光ファイバの使用波長帯は、１．４５〜１．６３μｍの範囲から選択される。例えば、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の増幅波長帯によって、１．４５〜１．５７μｍ、１．５７〜１．６３μｍ、両者を合わせた１．４５〜１．６３μｍなどが適宜選択される。
また、本発明の分散補償光ファイバの使用波長帯における波長分散は、−７０〜−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとされる。−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍよりも大きく、零に近い場合は、使用長さが長くなり、不都合である。−７０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍよりも小さいものは特性が劣化しやすく、製造が困難である。
【００２８】
本発明の分散補償光ファイバは、１．３μｍ用シングルモード光ファイバのように、前記使用波長帯において正の波長分散を有する伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散および分散スロープを補償することを目的としている。
よって、本発明の分散補償光ファイバが補償対象とする伝送用のシングルモード光ファイバは、１．３μｍ用シングルモード光ファイバのみならず、この使用波長帯よりも短波長側に零分散波長を有し、この零分散波長の長波長側で波長分散が大きくなるシングルモード光ファイバが含まれる。このようなシングルモード光ファイバは、通常正の分散スロープを有している。
【００２９】
本発明の分散補償光ファイバの分散スロープは、組み合わせる伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散を零にできる長さの分散補償光ファイバを用いて、このシングルモード光ファイバを補償するとき、補償率が８０〜１２０％であると好ましい。この範囲内であると分散スロープを十分に補償することができ、良好な波長多重伝送特性が得られる。
【００３０】
この補償率は以下のようにして求める。
使用波長帯において、伝送用のシングルモード光ファイバの単位長さ当たりの波長分散と分散スロープの絶対値をそれぞれｄ１（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、ｓ１（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）、分散補償光ファイバの単位長さ当たりの波長分散と分散スロープの絶対値をそれぞれｄ２（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、ｓ２（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）とする。
ここで、ｓ１／ｄ１＝ＲＤＳ（ＳＭＦ）、ｓ２／ｄ２＝ＲＤＳ（ＤＣＦ）とする。
また、伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散と分散スロープは正の値、分散補償光ファイバの波長分散と分散スロープは負の値である。
【００３１】
単位長さの伝送用のシングルモード光ファイバを補償できる分散補償光ファイバの長さは、ｄ１／ｄ２で表される。
この長さのにおける分散補償光ファイバの分散スロープは、ｄ１／ｄ２×ｓ２となる。そして、この長さの分散補償光ファイバによる単位長さ当たりの伝送用のシングルモード光ファイバの分散スロープの補償率は、（ｄ１／ｄ２×ｓ２）／ｓ１×１００＝ＲＤＳ（ＤＣＦ）／ＲＤＳ（ＳＭＦ）×１００となる。
【００３２】
このように分散スロープの補償率は、使用波長帯における補償対象の伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散と分散スロープ、および分散補償光ファイバ自体の波長分散と分散スロープによって変化するため、目的とする使用波長帯や伝送用のシングルモード光ファイバにあわせて分散補償光ファイバを設計する必要がある。
【００３３】
また、曲げ損失は、使用波長帯において、曲げ直径（２Ｒ）が２０ｍｍの条件の値をいうものとする。本発明の分散補償光ファイバにおいては、使用波長帯における曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下であることが好ましい。５０ｄＢ／ｍを超えると、敷設時などに付与されるわずかな曲げなどによって伝送特性が劣化する場合がある。
【００３４】
図１に示す本発明の分散補償光ファイバにおいては、Δ２１の値は他の構造パラメータなどとの関係から相対的に決定され、上述のＷ型屈折率分布形状のΔ１、およびセグメントコア型屈折率分布形状のΔ１１の数値範囲よりも広範囲となる。
【００３５】
図２は、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバと、本発明の分散補償光ファイバについて、Ａｅｆｆ＝２５〜２８μｍ２を目的としたときに、波長１．５５μｍまたは１．６３μｍにおける曲げ損失とカットオフ波長の関係を示すグラフである。
図３は、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバと、本発明の分散補償光ファイバについて、曲げ損失とＡｅｆｆの関係を示すグラフである。
図２および図３より、本発明の分散補償光ファイバは、セグメントコア型屈折率分布形状を持つ分散補償光ファイバと比較すると、同一のカットオフ波長を持つ場合、または、同一のＡｅｆｆを持つ場合に、曲げ損失を小さくすることが可能となることが分かる。
【００３６】
なお、このグラフに示されている点は、伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散スロープを波長分散で割った値ＲＤＳ（ＳＭＦ）が、０．００３ｎｍ−１程度である伝送用のシングルモード光ファイバを想定したものである。
また、伝送用のシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの長さの比を、３：１として分散補償を行う場合を想定したものであり、かつ、この伝送用のシングルモード光ファイバは、側圧に対する耐性が十分なものとなっている。
この伝送用のシングルモード光ファイバのサイドリングを大きくしすぎると、カットオフ波長が長くなり、伝送用のシングルモード光ファイバが側圧に対して弱くなる。これを防止するためには、Δ２４が−０．５０〜−０．０２％、正規化周波数（Ｖ４）が−１５．０〜−１．０となっている。ここで、正規化周波数とは、光の周波数を光導波路の構造パラメータを用いて規格化したものである。
また、非線形効果を抑えるためには、Ａｅｆｆを拡大することが有効であるが、このためには、Δ２１の値を小さくしなければならない。しかし、Δ２１の値が小さすぎると伝送用のシングルモード光ファイバが側圧に対して弱くなる。したがって、Δ２１の値は、０．９０〜１．００％とすることが好ましい。
【００３７】
本発明の分散補償光ファイバと、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長において、有効コア断面積が７０μｍ２以上であり、かつシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有する光ファイバとを組み合わせた光ファイバ伝送路は、伝送損失の増加を抑制する効果に優れている。
すなわち、本発明の分散補償光ファイバにおいて、分散スロープを零に近付け、前記のように選択された光ファイバにおいて非線形効果を抑制することが可能となるからである。
【００３８】
以下、具体例を示す。
（実施例１）
図１に示した屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバを製造した。
まず、ＶＡＤ法によってＧｅＯ２添加コアＳｉＯ２クラッド（クラッド径／コア径＝２．０〜２．２）構造をもつ円柱状の多孔質体を作製した。ただし、ここでいうコア、クラッドは、実際の分散補償光ファイバにおけるコアとクラッドに対応したものではなく、２層構造の各層を示す便宜的な名称である。つまり、中心の部分をコア（センタコア２１となる部分）、その外周上の部分をクラッド（サイドコア２２となる部分）と称している。
【００３９】
この多孔質体をおよそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、Ｈｅ５ｌ／分、ＳｉＦ４１ｌ／分の雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行った。このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにリングコアおよびサイドリング用と、クラッド用のＳｉＯ２−ＧｅＯ２とＳｉＯ２からなる多孔質体をそれぞれ外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ雰囲気で透明ガラス化して、外径５０ｍｍのファイバ母材を得た。
【００４０】
そして、このファイバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このときの線引き速度は３００ｍ／分、線引張力は２００ｇ、加熱温度は１９５０℃とした。
この実施例１においては、同様の方法で構造パラメータの異なる５種類の分散補償光ファイバを製造した。各々の構造パラメータと、光学特性を表１および表２に示した。
【００４１】
【表１】
【表２】
表１および表２の結果より、Ａｅｆｆを拡大することによって、非線形効果を抑制することができた。また、波長１．６３μｍにおける曲げ損失も小さな値が得られた。
なお、いずれの分散補償光ファイバも、それぞれの線引きの条件では、機械的な強度に問題はなかった。
【００４４】
（比較例１）
図５に示したセグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバを製造した。
まず、ＶＡＤ法によってＧｅＯ２添加コアＳｉＯ２クラッド（クラッド径／コア径＝２．２〜２．４）構造をもつ円柱状の多孔質体を作製した。ただし、ここでいうコア、クラッドは、実際の分散補償光ファイバにおけるコアとクラッドに対応したものではなく、２層構造の各層を示す便宜的な名称である。つまり、中心の部分をコア（センタコア１１となる部分）、その外周上の部分をクラッド（サイドコア１２となる部分）と称している。
【００４５】
この多孔質体をおよそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、Ｈｅ５ｌ／分、ＳｉＦ４１ｌ／分の雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行った。このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにリングコア用とクラッド用のＳｉＯ２−ＧｅＯ２とＳｉＯ２とからなる多孔質体をそれぞれ外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ雰囲気で透明ガラス化して中間母材を作製した。さらに、ＳｉＯ２からなる多孔質体を外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ雰囲気で透明ガラス化して、外径５０ｍｍのファイバ母材を得た。
【００４６】
そして、このファイアバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このときの線引き速度は３００ｍ／分、線引張力は２００ｇ、加熱温度は１９５０℃とした。
この分散補償光ファイバの１．５５μｍにおける光学特性を表３、表４に示した。
【００４７】
【表３】
【表４】
このセグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバの光学特性の目標は、実施例１に示した分散補償光ファイバと同程度のＡｅｆｆまたはカットオフ波長をもち、曲げ損失を可能な限り小さな値とすることとした。
表３および表４の結果より、波長１．５５μｍ付近での曲げ損失は十分に小さく、問題ないことが分かった。しかし、波長１．６３μｍでの曲げ損失は大きな値となり、伝送損失が大きくなることが分かった。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分散補償光ファイバは、全ての部分、特にクラッドをドーパントを添加した石英ガラスから形成することにより、センタコアとクラッドとの軟化温度および硬化温度の差を小さくし、線引き時に、その線引き温度における粘度差を小さくすることができる。
その結果、線引き後にセンタコアなどに残留する応力を小さくすることができ、実用可能な機械的な強度が得られる温度で線引きしても、伝送損失の劣化を低減することができ、分散スロープ補償型の分散補償光ファイバであり、かつ低損失のものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の分散補償光ファイバの屈折率分布形状を示すグラフである。
【図２】 本発明の分散補償光ファイバと、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバについて、波長１．５５μｍまたは１．６３μｍにおける曲げ損失とカットオフ波長の関係を示すグラフである。
【図３】 本発明の分散補償光ファイバと、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバについて、波長１．５５μｍまたは１．６３μｍにおける曲げ損失とＡｅｆｆの関係を示すグラフである。
【図４】 分散補償光ファイバの屈折率分布形状の一例として、Ｗ型屈折率分布形状を示すグラフである。
【図５】 分散補償光ファイバの屈折率分布形状の一例として、セグメントコア型屈折率分布形状を示すグラフである。
【符号の説明】
２１・・・センタコア、２２・・・サイドコア、２３・・・リングコア、２４・・・サイドリング、２５・・・クラッド。
Claims (5)
- センタコアと、このセンタコアの外周上に設けられ、かつこのセンタコアよりも低屈折率のサイドコアと、このサイドコアの外周上に設けられ、かつこのサイドコアよりも高屈折率で、前記センタコアよりも低屈折率のリングコアと、このリングコアの外周上に設けられ、かつこのリングコアよりも低屈折率で、前記サイドコアよりも高屈折率のサイドリングと、このサイドリングの外周上に設けられ、かつこのサイドリングよりも高屈折率で、前記リングコアよりも低屈折率のクラッドからなる分散補償光ファイバであって、
前記センタコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．９０〜１．３０％、前記サイドリングと前記クラッドとの比屈折率差が−０．５０〜−０．０２％であり、前記サイドコアと前記クラッドとの比屈折率差が−０．０２％以下であり、前記リングコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．１０〜０．２２％であり、
正規化周波数＝（サイドリングとクラッドとの比屈折率差）×{（サイドリングの半径／センタコアの半径）２−（リングコアの半径／センタコアの半径）２}、で定義される正規化周波数の値が−１５．０〜−１．０であり、
１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、波長分散が−７０〜−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、負の波長分散スロープを有し、有効コア断面積が２５μｍ２以上であり、かつ実質的にシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、前記使用波長帯よりも短波長の零分散波長を有するシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、このシングルモード光ファイバを補償したときに、シングルモード光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＳＭＦ）、分散補償光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＤＣＦ）としたときに、ＲＤＳ（ＳＭＦ）は０．００３ｎｍ−１程度であり、ＲＤＳ（ＤＣＦ）／ＲＤＳ（ＳＭＦ）×１００で定義される分散スロープの補償率が８０〜１２０％であり、かつ波長１．６３μｍにおける曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする分散補償光ファイバ。 - 前記クラッドはフッ素が添加された石英ガラスからなり、純粋石英ガラスよりも屈折率が低いことを特徴とする請求項１記載の分散補償光ファイバ。
- 前記センタコアの前記クラッドを基準とした比屈折率差が０．９０〜１．００％であることを特徴とする請求項１または２記載の分散補償光ファイバ。
- センタコアと、このセンタコアの外周上に設けられ、かつこのセンタコアよりも低屈折率のサイドコアと、このサイドコアの外周上に設けられ、かつこのサイドコアよりも高屈折率で、前記センタコアよりも低屈折率のリングコアと、このリングコアの外周上に設けられ、かつこのリングコアよりも低屈折率で、前記サイドコアよりも高屈折率のサイドリングと、このサイドリングの外周上に設けられ、かつこのサイドリングよりも高屈折率で、前記リングコアよりも低屈折率のクラッドを有し、
前記センタコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．９０〜１．３０％、前記サイドリングと前記クラッドとの比屈折率差が−０．５０〜−０．０２％であり、前記サイドコアと前記クラッドとの比屈折率差が−０．０２％以下であり、前記リングコアと前記クラッドとの比屈折率差が０．１０〜０．２２％であり、
正規化周波数＝（サイドリングとクラッドとの比屈折率差）×{（サイドリングの半径／センタコアの半径）２−（リングコアの半径／センタコアの半径）２}、で定義される正規化周波数の値が−１５．０〜−１．０であり、
１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、波長分散が−７０〜−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、負の波長分散スロープを有し、有効コア断面積が２５μｍ２以上であり、かつ実質的にシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、前記使用波長帯よりも短波長の零分散波長を有するシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、このシングルモード光ファイバを補償したときに、シングルモード光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＳＭＦ）、分散補償光ファイバの分散スロープを波長分散で割って得られる値をＲＤＳ（ＤＣＦ）としたときに、ＲＤＳ（ＳＭＦ）は０．００３ｎｍ−１程度であり、ＲＤＳ（ＤＣＦ）／ＲＤＳ（ＳＭＦ）×１００で定義される分散スロープの補償率が、８０〜１２０％であり、かつ波長１．６３μｍにおける曲げ損失が５０ｄＢ／ｍ以下である分散補償光ファイバを備えたことを特徴とする光ファイバ伝送路。 - 請求項１ないし３のいずれかに記載の分散補償光ファイバと、１．４５〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、有効コア断面積が７０μｍ２以上であり、かつシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有する光ファイバとを組み合わせたことを特徴とする光ファイバ伝送路。
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