JP3786761B2 - 低分散光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低分散光ファイバに関し、特に非線形効果のひとつである４光波混合（Four Wave Mixing 以下ＦＷＭと略記する）を低減した低分散光ファイバとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より知られているように、石英系光ファイバの低損失波長帯は１．４〜１．７μｍ、望ましくは１．５５μｍである。
分散シフト光ファイバ（以下ＤＳＦと記す）は、石英系光ファイバの損失が最小である波長１．５５μｍ付近（以下波長１．５５μｍ帯と記す）で実質的にシングルモード伝搬となって、波長分散がゼロもしくはほぼゼロである光ファイバである。
このようなＤＳＦは、その屈折率分布をデュアルコア型、リングコア型などの様々な屈折率分布形状（以下屈折率プロファイルという。）とすることで構造分散を変え、上述の波長域における波長分散を小さくしようとするものである。
【０００３】
一方、近年、高出力光ブースターアンプなどを用いて高パワー密度の光を発生させ、この高パワー密度の光を光ファイバによって伝送することによって、無中継伝送の長スパン化を図ることが検討されている。
しかしながら従来のＤＳＦにおいては、通常入射する光のパワーが数ｍＷ以上となるとＦＷＭなどの非線形効果が発生し、伝送特性が劣化することが知られている。したがって高パワー密度の光を有効に伝送することができず、光信号の伝送距離をのばすことができないという問題がある。
【０００４】
以下、ＦＷＭの発生の仕組みについて説明する（文献２参照）。
波長が必ずしも一致しない３つの光波ｉ，ｊ，ｋが光ファイバ中を伝搬していると仮定する。
このときこれらの３波の相互作用により、あらたに４番目の光波ｉｊｋが発生する。この４番目の光波ｉｊｋのパワーは以下の式１で示される。
【０００５】
【数１】
【０００６】
前記式１における縮退係数Ｄは３つの光波ｉ，ｊ，ｋの波長の一致、不一致に対応して以下の式２で示される。
【０００７】
【数２】
【０００８】
前記式１における有効長Ｌｅｆｆは伝送損失αとファイバ長Ｌを用いて以下の式３のように表される。
【０００９】
【数３】
【００１０】
前記式１における発生効率ηは以下の式４のように表される。
【００１１】
【数４】
【００１２】
前記式４においてΔβは以下の式５で表される４つの光波のそれぞれの伝搬定数βijk，βi，βj，βkから求められる値である。
【００１３】
【数５】
【００１４】
前記式４より、Δβがゼロのとき発生効率ηは最大となる。Δβが増加するにしたがって発生効率ηは減少し、ゼロに近づく。
Δβはさらに、以下の式６のように書き換えられる。
【００１５】
【数６】
【００１６】
前記式６において導波路の波長分散Ｄｃがゼロに近い場合を除くと、括弧内の第２項はほとんど無視することができる。
このため、ΔβはＤｃがゼロのとき最小となり、Ｄｃの絶対値が大きくなるにしたがって増加する。
すなわち、ＦＷＭの発生効率ηは光導波路（光ファイバ）の波長分散に依存し、光導波路（光ファイバ）の波長分散がゼロのときに最大になる。
【００１７】
このように、ＦＷＭを抑制するためには、光ファイバの波長分散をゼロからずらしてその絶対値を大きくすることが有効であることがわかる。
ところが、ＤＳＦは波長１．５５μｍ帯における波長分散をゼロに近づけた光ファイバなので、必然的に波長１．５５μｍ帯において使用するとＦＷＭの発生効率ηは高くなる。
【００１８】
一方、一般に広く使用されている１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバ（以下１．３μｍＳＭＦを略記する）は、波長１．３μｍ付近では波長分散がほとんどゼロとなるが、波長１．５５μｍ帯においては＋１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度の波長分散をもつので、波長１．５５μｍ帯で使用する場合にはＦＷＭの発生効率ηは低い。
しかしながら、このような大きな波長分散をもつＤＳＦを波長１．５５μｍ帯の光を伝送する用途に使用すると、その全長において群速度分散による波形歪みが生じて伝送特性が劣化する。
したがって低損失の波長１．５５μｍ帯において、ＦＷＭの発生効率ηが低く、かつ全長における波長分散が小さく、伝送特性が劣化しにくいものが求められている。
【００１９】
【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、使用波長帯において、全長における波長分散が小さく、かつＦＷＭの発生を抑制することができる低分散光ファイバを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１の発明は、コア径とクラッド径が長さ方向に一定のファイバ母材を、そのクラッド径が長さ方向に変化するように線引きすることによって製造されるシングルモード光ファイバであって、その波長分散が長さ方向に変化し、その長さ方向において、その使用波長帯における波長分散が正の一定値になる部分Ｂまたは、波長分散が負の一定値になる部分Ａをそれぞれ１以上有し、これらの正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとが相互の波長分散を打ち消しあうようになっており、波長分散が正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａへ移行する部分Ｃ、あるいは、波長分散が負の一定値になる部分Ａから正の一定値になる部分Ｂへ移行する部分Ｃにおいて、波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分が存在し、この部分の長さがファイバ全長に対して０．０８％以下であり、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値が０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ、デュアルコア型の屈折率分布形状を有することを特徴とする低分散光ファイバである。
第１の発明においては、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値が０．３〜３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、好ましくは０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであると望ましい。
また、波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、好ましくは３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下とすると望ましい。
また、第１の発明においては、波長分散が正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとによって波長分散が打ち消されて、その全長において平均化されるようになっているため、光ファイバ全長における波長分散を小さくすることができる。
具体的にはこの全長における波長分散が、好ましくは１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、さらに好ましくは０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下になるように設計されていると好適である。
また、本発明の第２の発明は、コア径とクラッド径の比が長さ方向に一定のファイバ母材を、線引き工程において、そのクラッド径が長さ方向に変化するように線引きすることによって、そのコア径を長さ方向に変化させる光ファイバの製造方法であって、当該光ファイバの波長分散が長さ方向に変化し、その長さ方向において、その使用波長帯における波長分散が正の一定値になる部分Ｂまたは、波長分散が負の一定値になる部分Ａをそれぞれ１以上有し、これらの正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとが相互の波長分散を打ち消しあうようになっており、波長分散が正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａへ移行する部分Ｃ、あるいは、波長分散が負の一定値になる部分Ａから正の一定値になる部分Ｂへ移行する部分Ｃにおいて、波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分が存在し、この部分の長さがファイバ全長に対して０．０８％以下であり、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値が０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ、デュアルコア型の屈折率分布形状を有する光ファイバを得ることを特徴とする低分散光ファイバの製造方法である。
【００２１】
この低分散光ファイバは、次の方法によって製造することができる。
即ち、コア径とクラッド径の比が長さ方向に一定のファイバ母材を、線引き工程において、そのクラッド径が長さ方向に変化するように線引きすることによって、そのコア径を長さ方向に変化させ、コア径が長さ方向に変化している光ファイバを形成することを特徴とする低分散光ファイバの製造方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、本発明に先だって特願平７−１３２１８号において、シングルモード光ファイバであって、その長さ方向にコア径が変化しており、このコア径の変化にともなって伝搬モードに対する等価屈折率が変化しており、この等価屈折率の変化にともなって波長分散が正になる部分と、負になる部分とを有することを特徴とする低分散光ファイバを提案している。
この低分散光ファイバは、前記波長分散が正になる部分と負になる部分とにおいて、ファイバの長さ方向で波長分散が打ち消しあって平均化され、その全長における波長分散がゼロもしくはほとんどゼロとなるものである。
本発明において単に波長分散という場合には、光ファイバの一部分における波長分散の値をいうものとする。
【００２３】
また、この低分散光ファイバは、その長さ方向にそったコア径の変化によって誘導ブリルアン散乱が発生しにくくなっているものである（文献１参照）。
誘導ブリルアン散乱はブリルアン周波数シフトに依存する。ブリルアン周波数シフトはコア径の変化や、コアに添加されるドーパントの添加量の変化に伴って変化する。そして光ファイバの長さ方向においてブリルアン周波数シフトが変化していると誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる。
さらに、波長分散が正になる部分から負になる部分（あるいは負になる部分から正になる部分）にまたがって変化する部分において、波長分散の絶対値が小さくなってゼロ付近になる部分があり、この部分ではＦＷＭが発生しやすくなる。
しかし反対に、波長分散の絶対値がゼロ付近以外の部分ではＦＷＭを抑制することができる。
このように、この低分散光ファイバは、その一部分ではＦＷＭの発生を抑制することができるものの、その全長においてＦＭＷの発生を抑制する検討はなされていなかった。
そこで本発明は、前記低分散光ファイバを改良し、発展させて全長においてＦＷＭの発生を抑制できるようにしたものである。
【００２４】
本発明の低分散光ファイバの使用波長帯とは、通常波長１．５５μｍ帯のことであり、１５２５〜１５７５ｎｍの波長域をいうものとする。
本発明の低分散光ファイバ（以下単に光ファイバということがある）の全長は特に限定されないが、通常数ｋｍから数十ｋｍとされる。
また、シングルモード光ファイバであって、屈折率形状はステップスインデックス型、階段コア部を有するデュアルコア型などとされるが、デュアルコア型が曲げ損失を低く抑えることができ、好ましい。
【００２５】
また、本発明の低分散光ファイバは、伝播モードに対する等価屈折率が長さ方向に変化し、この等価屈折率の変化にともなって波長分散が変化している。
伝播モードに対する等価屈折率は、コア径を変化させることによって変化させることができる。
【００２６】
この低分散光ファイバは、伝播モードに対する等価屈折率の変化にともなって波長分散が長さ方向に正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａ、あるいは負の一定値になる部分から正の一定値になる部分Ｂに変化するようになっている。
そしてこれらの波長分散が正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａによって、その長さ方向で波長分散が打ち消しあって平均化され、全長における波長分散を小さくできるようになっている。
具体的にはこの全長における波長分散を１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下にすることが可能で、さらに好ましくは０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下になるように設計されていることが好適である。
【００２７】
このとき波長分散が正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａは、光ファイバの長さ方向において、少なくとも１つずつ隣り合って存在していればよい。
また波長分散が正の一定値になる部分Ｂあるいは負の一定値になる部分Ａの長さは特に限定せず、所望の光学特性が得られるように調整することができるが、通常それぞれ数百ｍ〜数ｋｍ程度とされる。
【００２８】
この低分散光ファイバにおいては、その長さ方向にそって、波長分散が正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａに移行する部分Ｃと、あるいは負の一定値になる部分Ａから正の一定値になる部分Ｂに移行する部分Ｃにおいて、波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分が存在し、この部分の長さが全長の１％以下とされている。
すなわちＦＷＭが発生しやすい波長分散の絶対値が小さい部分の割合が小さいので、全長においてＦＷＭの発生を抑制することができる。この長さが１％をこえるとＦＷＭの発生を十分に抑制することが難しい。
また、この低分散光ファイバは、コア径の変化に伴って変化するブリルアン周波数シフトが長さ方向に変化しているので誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる。
【００２９】
また好ましくは、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値は０．３〜３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、好ましくは０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍとされる。
このようにすると０．３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上の、ＦＷＭが発生しにくい範囲に波長分散が平均して分布するので、ＦＷＭをさらに抑制することができる。
また、３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍをこえないようにすることにより、全長における波長歪みを抑制し、伝送特性の劣化を抑制することができる。
【００３０】
波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、好ましくは３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下とすると望ましい。
波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍをこえる部分が存在しても、波長分散が正になる部分と負になる部分とによって打ち消すことができれば、全長としての波長分散を小さくすることができる。
しかし、波長分散が必要以上に大きい部分の長さが長いと、この部分で大きな波長歪みを生じ、この波長歪みを打ち消すことが困難となる場合がある。
【００３１】
このように、上述の低分散光ファイバにおいては、波長分散が正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとによって、その長さ方向において波長分散が打ち消しあって平均化されるようになっているため、全長における波長分散を小さくすることができ、群速度分散による波長歪みを抑制することができる。
そしてこれと同時に、波長分散が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の部分の長さが全長の１％以下になっているので、ＦＷＭの発生を抑制することができる。
また、ブリルアン周波数シフトがその長さ方向にそって変化しているので、誘導ブリルアン散乱の発生を同時に抑制することができる。
【００３２】
（文献１）Y.Miyajima,M.Ohashi and K.Nakajima,"Novel dispersion-managed fiber for suppressing FWM and an evaluation of its dispersion
distribution ",OFC'96.PD7-1,1996
（文献２）N.Shibata,R.P.Braun,and R.G.Waarts,"Phase-mismacth dependence of efficiency of wave generation through four-wave mixing in a single-mode optical
fiber",J.Quantum electron.,QE-23,1205-1210,1987
【００３３】
【実施例】
（実施例）
以下実施例を示してその製造方法とともに具体的に説明する。
まずファイバ母材（以下母材と略記する）として、図１に示す屈折率プロファイルを有するデュアルコア型分散シフト光ファイバ用のものを用意した。
図中符号１は中心コア部であり、この中心コア部１と、その外周に設けられた階段コア部２とによってコア３が形成されている。そしてこのコア３の外周にはクラッド４が設けられている。
中心コア部１と階段コア部２はゲルマニウムが添加されたＳｉＯ2からなり、中心コア部１のほうが階段コア部２よりもゲルマニウムの添加量が多く、高屈折率となっている。クラッド４は純ＳｉＯ2からなり、前記階段コア部２よりも低屈折率のものである。
【００３４】
Δ１はクラッド４と中心コア部１との比屈折率差、Δ２は階段コア部２とクラッド４との比屈折率差、２ａは中心コア部１の外径、２ｂは階段コア部２の外径（コア３の外径）を示す。
本実施例においては、ｂ／ａは３．１、Δ１は０．８５％、Δ２は０．０８５％であった。
クラッド４の外径は４０．０ｍｍ、コア３の外径は５．８ｍｍ、（クラッド４の外径）／（コア３の外径）の比は６．９であり、その寸法は母材の長さ方向で一定であった。
【００３５】
さらに前もって前記母材を線引きしたときの、クラッド４の外径（クラッド径）とコア３の外径（コア径）との関係と、コア３の外径と波長分散との関係を求めておき、これらの関係にしたがって前記母材を線引きし、クラッド４の外径が長さ方向に変化するように光ファイバを作製した。
すなわち、クラッド４の外径を長さ方向に変化させるようにすると、これにともなってクラッド４に接して設けられているコア３の外径を変化させることができる。
そしてこのコア３の外径の変化にともなって等価屈折率が変化し、この結果、波長分散が長さ方向に変化している光ファイバとすることができる。
【００３６】
図２はこの光ファイバを、軸心にそう側断面図として模式的に示したものである。
この光ファイバは、クラッド４の外径が約１３２μｍの太径部Ａと、外径１２２μｍの細径部Ｂとが、長さ方向にそってそれぞれ概略１０ｋｍごとに交互に配されるように、クラッド４の外径を長さ方向に増減させながら全長約４０ｋｍになるように線引きしたものである。
図中符号Ｃは太径部Ａから細径部Ｂ、あるいは細径部Ｂから太径部Ａに至る移行部を示している。また外径約１３２μｍの光ファイバの端部をＥ端、外径約１２２μｍのもう一方の端部をＳ端とする。
この光ファイバにおいては、クラッド４の外径の増減にともなって、その長さ方向においてコア３の外径も変化しており、太径部Ａにおけるコア３の外径は約１９．２μｍ、細径部Ｂにおけるコア３の外径は１７．７μｍとなった。
【００３７】
図３は、クラッド４の外径と光ファイバの長さ方向の位置との関係を示したグラフであり、図４は、図３に示す太径部Ａから細径部Ｂに至る移行部Ｃにおけるクラッド４の外径の変化を拡大して示したものである。
図５は、この光ファイバのＥ端とＳ端のそれぞれから１ｋｍずつ切り出して波長分散を測定した測定値と、図３に示すクラッド４の外径の変化とから予測される光ファイバの長さ方向の波長分散の変化を示したグラフである。
図５のグラフを図３のクラッド４の外径の変化とともにみていくと、太径部Ａでは波長分散が＋１（正の波長分散）付近となり、細径部Ｂでは波長分散が−０．８（負の波長分散）付近となり、これらが移行部Ｃを介して長さ方向に交互に位置している。
【００３８】
そして移行部Ｃにおいては、波長分散がゼロに近づいて、その絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満となる部分が存在している。
本発明の低分散光ファイバにおけるひとつの条件は、波長分散が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満となる部分の長さを全体の１％未満とすることである。
したがって移行部Ｃにおいて、できるだけ長さあたりの波長分散の変化量を大きくすると好ましいことがわかる。
【００３９】
本実施例において、具体的には波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分の長さは全長に対して０．０８％、波長分散の絶対値は１．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、波長分散の絶対値をその全長４０ｋｍにわたって平均した平均値は０．９２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであった。
【００４０】
（比較例）
実施例に用いた母材と同様のものを、波長１．５５μｍ帯において波長分散がほとんどゼロで、長さ方向に一定になるように線引きした。
【００４１】
表１に実施例と比較例の設計条件と光学特性を示す。表１においてモードフィールド径、伝送損失、曲げ損失、全長における波長分散、Ｓ端，Ｅ端の波長分散は波長１．５５μｍにおける測定値である。
【００４２】
【表１】
【００４３】
また、これらのＦＷＭの発生効率ηを、ＦＷＭ光を発生させるためのプロープ光とポンプ光の周波数差と発生効率ηとの関係のグラフとして図６に示す。
図中▲は実施例の測定値であり、●は比較例の測定値である。また、曲線Ａは実施例の計算値（理論値）、曲線Ｂは比較例の計算値（理論値）である。
表１、図６の結果より、本発明に係る実施例の光ファイバは、全長における波長分散が小さく、比較例のものと同等の光学特性が得られ、かつＦＷＭの発生効率ηが小さい低分散光ファイバとなっていることが明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の低分散光ファイバは、波長分散が正になる部分と負になる部分により、波長分散が打ち消されて平均化され、全長における波長分散を小さくすることができ、この結果群速度分散による波長歪みを抑制することができるとともに、波長分散が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の部分の長さが全長に対して１％以下になっているので、ＦＷＭの発生を抑制することができる。また、ブリルアン周波数シフトが長さ方向に変化しているので、誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる。
このように使用波長帯が１．５５μｍ帯であっても、全長における波長分散が小さく、さらに非線形効果である誘導ブリルアン散乱とＦＷＭを抑制することができるので、伝送特性の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に使用したデュアルコア型分散シフト光ファイバ用のファイバ母材の屈折率プロファイルを示したグラフである。
【図２】 実施例の光ファイバを模式的に示した軸心にそう側断面図である。
【図３】 実施例の光ファイバのクラッドの外径と光ファイバの長さ方向の位置との関係を示したグラフである。
【図４】 図３の要部を拡大したグラフである。
【図５】 実施例の光ファイバの長さ方向の波長分散の変化を予測して示したグラフである。
【図６】 実施例と比較例のＦＷＭの発生効率の測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
３，３Ａ…コア、４，４Ａ…クラッド
【発明の属する技術分野】
この発明は、低分散光ファイバに関し、特に非線形効果のひとつである４光波混合（Four Wave Mixing 以下ＦＷＭと略記する）を低減した低分散光ファイバとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より知られているように、石英系光ファイバの低損失波長帯は１．４〜１．７μｍ、望ましくは１．５５μｍである。
分散シフト光ファイバ（以下ＤＳＦと記す）は、石英系光ファイバの損失が最小である波長１．５５μｍ付近（以下波長１．５５μｍ帯と記す）で実質的にシングルモード伝搬となって、波長分散がゼロもしくはほぼゼロである光ファイバである。
このようなＤＳＦは、その屈折率分布をデュアルコア型、リングコア型などの様々な屈折率分布形状（以下屈折率プロファイルという。）とすることで構造分散を変え、上述の波長域における波長分散を小さくしようとするものである。
【０００３】
一方、近年、高出力光ブースターアンプなどを用いて高パワー密度の光を発生させ、この高パワー密度の光を光ファイバによって伝送することによって、無中継伝送の長スパン化を図ることが検討されている。
しかしながら従来のＤＳＦにおいては、通常入射する光のパワーが数ｍＷ以上となるとＦＷＭなどの非線形効果が発生し、伝送特性が劣化することが知られている。したがって高パワー密度の光を有効に伝送することができず、光信号の伝送距離をのばすことができないという問題がある。
【０００４】
以下、ＦＷＭの発生の仕組みについて説明する（文献２参照）。
波長が必ずしも一致しない３つの光波ｉ，ｊ，ｋが光ファイバ中を伝搬していると仮定する。
このときこれらの３波の相互作用により、あらたに４番目の光波ｉｊｋが発生する。この４番目の光波ｉｊｋのパワーは以下の式１で示される。
【０００５】
【数１】
前記式１における縮退係数Ｄは３つの光波ｉ，ｊ，ｋの波長の一致、不一致に対応して以下の式２で示される。
【０００７】
【数２】
前記式１における有効長Ｌｅｆｆは伝送損失αとファイバ長Ｌを用いて以下の式３のように表される。
【０００９】
【数３】
前記式１における発生効率ηは以下の式４のように表される。
【００１１】
【数４】
前記式４においてΔβは以下の式５で表される４つの光波のそれぞれの伝搬定数βijk，βi，βj，βkから求められる値である。
【００１３】
【数５】
前記式４より、Δβがゼロのとき発生効率ηは最大となる。Δβが増加するにしたがって発生効率ηは減少し、ゼロに近づく。
Δβはさらに、以下の式６のように書き換えられる。
【００１５】
【数６】
前記式６において導波路の波長分散Ｄｃがゼロに近い場合を除くと、括弧内の第２項はほとんど無視することができる。
このため、ΔβはＤｃがゼロのとき最小となり、Ｄｃの絶対値が大きくなるにしたがって増加する。
すなわち、ＦＷＭの発生効率ηは光導波路（光ファイバ）の波長分散に依存し、光導波路（光ファイバ）の波長分散がゼロのときに最大になる。
【００１７】
このように、ＦＷＭを抑制するためには、光ファイバの波長分散をゼロからずらしてその絶対値を大きくすることが有効であることがわかる。
ところが、ＤＳＦは波長１．５５μｍ帯における波長分散をゼロに近づけた光ファイバなので、必然的に波長１．５５μｍ帯において使用するとＦＷＭの発生効率ηは高くなる。
【００１８】
一方、一般に広く使用されている１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバ（以下１．３μｍＳＭＦを略記する）は、波長１．３μｍ付近では波長分散がほとんどゼロとなるが、波長１．５５μｍ帯においては＋１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度の波長分散をもつので、波長１．５５μｍ帯で使用する場合にはＦＷＭの発生効率ηは低い。
しかしながら、このような大きな波長分散をもつＤＳＦを波長１．５５μｍ帯の光を伝送する用途に使用すると、その全長において群速度分散による波形歪みが生じて伝送特性が劣化する。
したがって低損失の波長１．５５μｍ帯において、ＦＷＭの発生効率ηが低く、かつ全長における波長分散が小さく、伝送特性が劣化しにくいものが求められている。
【００１９】
【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、使用波長帯において、全長における波長分散が小さく、かつＦＷＭの発生を抑制することができる低分散光ファイバを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１の発明は、コア径とクラッド径が長さ方向に一定のファイバ母材を、そのクラッド径が長さ方向に変化するように線引きすることによって製造されるシングルモード光ファイバであって、その波長分散が長さ方向に変化し、その長さ方向において、その使用波長帯における波長分散が正の一定値になる部分Ｂまたは、波長分散が負の一定値になる部分Ａをそれぞれ１以上有し、これらの正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとが相互の波長分散を打ち消しあうようになっており、波長分散が正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａへ移行する部分Ｃ、あるいは、波長分散が負の一定値になる部分Ａから正の一定値になる部分Ｂへ移行する部分Ｃにおいて、波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分が存在し、この部分の長さがファイバ全長に対して０．０８％以下であり、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値が０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ、デュアルコア型の屈折率分布形状を有することを特徴とする低分散光ファイバである。
第１の発明においては、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値が０．３〜３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、好ましくは０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであると望ましい。
また、波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、好ましくは３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下とすると望ましい。
また、第１の発明においては、波長分散が正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとによって波長分散が打ち消されて、その全長において平均化されるようになっているため、光ファイバ全長における波長分散を小さくすることができる。
具体的にはこの全長における波長分散が、好ましくは１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、さらに好ましくは０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下になるように設計されていると好適である。
また、本発明の第２の発明は、コア径とクラッド径の比が長さ方向に一定のファイバ母材を、線引き工程において、そのクラッド径が長さ方向に変化するように線引きすることによって、そのコア径を長さ方向に変化させる光ファイバの製造方法であって、当該光ファイバの波長分散が長さ方向に変化し、その長さ方向において、その使用波長帯における波長分散が正の一定値になる部分Ｂまたは、波長分散が負の一定値になる部分Ａをそれぞれ１以上有し、これらの正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとが相互の波長分散を打ち消しあうようになっており、波長分散が正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａへ移行する部分Ｃ、あるいは、波長分散が負の一定値になる部分Ａから正の一定値になる部分Ｂへ移行する部分Ｃにおいて、波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分が存在し、この部分の長さがファイバ全長に対して０．０８％以下であり、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値が０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ、デュアルコア型の屈折率分布形状を有する光ファイバを得ることを特徴とする低分散光ファイバの製造方法である。
【００２１】
この低分散光ファイバは、次の方法によって製造することができる。
即ち、コア径とクラッド径の比が長さ方向に一定のファイバ母材を、線引き工程において、そのクラッド径が長さ方向に変化するように線引きすることによって、そのコア径を長さ方向に変化させ、コア径が長さ方向に変化している光ファイバを形成することを特徴とする低分散光ファイバの製造方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、本発明に先だって特願平７−１３２１８号において、シングルモード光ファイバであって、その長さ方向にコア径が変化しており、このコア径の変化にともなって伝搬モードに対する等価屈折率が変化しており、この等価屈折率の変化にともなって波長分散が正になる部分と、負になる部分とを有することを特徴とする低分散光ファイバを提案している。
この低分散光ファイバは、前記波長分散が正になる部分と負になる部分とにおいて、ファイバの長さ方向で波長分散が打ち消しあって平均化され、その全長における波長分散がゼロもしくはほとんどゼロとなるものである。
本発明において単に波長分散という場合には、光ファイバの一部分における波長分散の値をいうものとする。
【００２３】
また、この低分散光ファイバは、その長さ方向にそったコア径の変化によって誘導ブリルアン散乱が発生しにくくなっているものである（文献１参照）。
誘導ブリルアン散乱はブリルアン周波数シフトに依存する。ブリルアン周波数シフトはコア径の変化や、コアに添加されるドーパントの添加量の変化に伴って変化する。そして光ファイバの長さ方向においてブリルアン周波数シフトが変化していると誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる。
さらに、波長分散が正になる部分から負になる部分（あるいは負になる部分から正になる部分）にまたがって変化する部分において、波長分散の絶対値が小さくなってゼロ付近になる部分があり、この部分ではＦＷＭが発生しやすくなる。
しかし反対に、波長分散の絶対値がゼロ付近以外の部分ではＦＷＭを抑制することができる。
このように、この低分散光ファイバは、その一部分ではＦＷＭの発生を抑制することができるものの、その全長においてＦＭＷの発生を抑制する検討はなされていなかった。
そこで本発明は、前記低分散光ファイバを改良し、発展させて全長においてＦＷＭの発生を抑制できるようにしたものである。
【００２４】
本発明の低分散光ファイバの使用波長帯とは、通常波長１．５５μｍ帯のことであり、１５２５〜１５７５ｎｍの波長域をいうものとする。
本発明の低分散光ファイバ（以下単に光ファイバということがある）の全長は特に限定されないが、通常数ｋｍから数十ｋｍとされる。
また、シングルモード光ファイバであって、屈折率形状はステップスインデックス型、階段コア部を有するデュアルコア型などとされるが、デュアルコア型が曲げ損失を低く抑えることができ、好ましい。
【００２５】
また、本発明の低分散光ファイバは、伝播モードに対する等価屈折率が長さ方向に変化し、この等価屈折率の変化にともなって波長分散が変化している。
伝播モードに対する等価屈折率は、コア径を変化させることによって変化させることができる。
【００２６】
この低分散光ファイバは、伝播モードに対する等価屈折率の変化にともなって波長分散が長さ方向に正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａ、あるいは負の一定値になる部分から正の一定値になる部分Ｂに変化するようになっている。
そしてこれらの波長分散が正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａによって、その長さ方向で波長分散が打ち消しあって平均化され、全長における波長分散を小さくできるようになっている。
具体的にはこの全長における波長分散を１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下にすることが可能で、さらに好ましくは０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下になるように設計されていることが好適である。
【００２７】
このとき波長分散が正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａは、光ファイバの長さ方向において、少なくとも１つずつ隣り合って存在していればよい。
また波長分散が正の一定値になる部分Ｂあるいは負の一定値になる部分Ａの長さは特に限定せず、所望の光学特性が得られるように調整することができるが、通常それぞれ数百ｍ〜数ｋｍ程度とされる。
【００２８】
この低分散光ファイバにおいては、その長さ方向にそって、波長分散が正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａに移行する部分Ｃと、あるいは負の一定値になる部分Ａから正の一定値になる部分Ｂに移行する部分Ｃにおいて、波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分が存在し、この部分の長さが全長の１％以下とされている。
すなわちＦＷＭが発生しやすい波長分散の絶対値が小さい部分の割合が小さいので、全長においてＦＷＭの発生を抑制することができる。この長さが１％をこえるとＦＷＭの発生を十分に抑制することが難しい。
また、この低分散光ファイバは、コア径の変化に伴って変化するブリルアン周波数シフトが長さ方向に変化しているので誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる。
【００２９】
また好ましくは、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値は０．３〜３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、好ましくは０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍとされる。
このようにすると０．３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上の、ＦＷＭが発生しにくい範囲に波長分散が平均して分布するので、ＦＷＭをさらに抑制することができる。
また、３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍをこえないようにすることにより、全長における波長歪みを抑制し、伝送特性の劣化を抑制することができる。
【００３０】
波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、好ましくは３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下とすると望ましい。
波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍをこえる部分が存在しても、波長分散が正になる部分と負になる部分とによって打ち消すことができれば、全長としての波長分散を小さくすることができる。
しかし、波長分散が必要以上に大きい部分の長さが長いと、この部分で大きな波長歪みを生じ、この波長歪みを打ち消すことが困難となる場合がある。
【００３１】
このように、上述の低分散光ファイバにおいては、波長分散が正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとによって、その長さ方向において波長分散が打ち消しあって平均化されるようになっているため、全長における波長分散を小さくすることができ、群速度分散による波長歪みを抑制することができる。
そしてこれと同時に、波長分散が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の部分の長さが全長の１％以下になっているので、ＦＷＭの発生を抑制することができる。
また、ブリルアン周波数シフトがその長さ方向にそって変化しているので、誘導ブリルアン散乱の発生を同時に抑制することができる。
【００３２】
（文献１）Y.Miyajima,M.Ohashi and K.Nakajima,"Novel dispersion-managed fiber for suppressing FWM and an evaluation of its dispersion
distribution ",OFC'96.PD7-1,1996
（文献２）N.Shibata,R.P.Braun,and R.G.Waarts,"Phase-mismacth dependence of efficiency of wave generation through four-wave mixing in a single-mode optical
fiber",J.Quantum electron.,QE-23,1205-1210,1987
【００３３】
【実施例】
（実施例）
以下実施例を示してその製造方法とともに具体的に説明する。
まずファイバ母材（以下母材と略記する）として、図１に示す屈折率プロファイルを有するデュアルコア型分散シフト光ファイバ用のものを用意した。
図中符号１は中心コア部であり、この中心コア部１と、その外周に設けられた階段コア部２とによってコア３が形成されている。そしてこのコア３の外周にはクラッド４が設けられている。
中心コア部１と階段コア部２はゲルマニウムが添加されたＳｉＯ2からなり、中心コア部１のほうが階段コア部２よりもゲルマニウムの添加量が多く、高屈折率となっている。クラッド４は純ＳｉＯ2からなり、前記階段コア部２よりも低屈折率のものである。
【００３４】
Δ１はクラッド４と中心コア部１との比屈折率差、Δ２は階段コア部２とクラッド４との比屈折率差、２ａは中心コア部１の外径、２ｂは階段コア部２の外径（コア３の外径）を示す。
本実施例においては、ｂ／ａは３．１、Δ１は０．８５％、Δ２は０．０８５％であった。
クラッド４の外径は４０．０ｍｍ、コア３の外径は５．８ｍｍ、（クラッド４の外径）／（コア３の外径）の比は６．９であり、その寸法は母材の長さ方向で一定であった。
【００３５】
さらに前もって前記母材を線引きしたときの、クラッド４の外径（クラッド径）とコア３の外径（コア径）との関係と、コア３の外径と波長分散との関係を求めておき、これらの関係にしたがって前記母材を線引きし、クラッド４の外径が長さ方向に変化するように光ファイバを作製した。
すなわち、クラッド４の外径を長さ方向に変化させるようにすると、これにともなってクラッド４に接して設けられているコア３の外径を変化させることができる。
そしてこのコア３の外径の変化にともなって等価屈折率が変化し、この結果、波長分散が長さ方向に変化している光ファイバとすることができる。
【００３６】
図２はこの光ファイバを、軸心にそう側断面図として模式的に示したものである。
この光ファイバは、クラッド４の外径が約１３２μｍの太径部Ａと、外径１２２μｍの細径部Ｂとが、長さ方向にそってそれぞれ概略１０ｋｍごとに交互に配されるように、クラッド４の外径を長さ方向に増減させながら全長約４０ｋｍになるように線引きしたものである。
図中符号Ｃは太径部Ａから細径部Ｂ、あるいは細径部Ｂから太径部Ａに至る移行部を示している。また外径約１３２μｍの光ファイバの端部をＥ端、外径約１２２μｍのもう一方の端部をＳ端とする。
この光ファイバにおいては、クラッド４の外径の増減にともなって、その長さ方向においてコア３の外径も変化しており、太径部Ａにおけるコア３の外径は約１９．２μｍ、細径部Ｂにおけるコア３の外径は１７．７μｍとなった。
【００３７】
図３は、クラッド４の外径と光ファイバの長さ方向の位置との関係を示したグラフであり、図４は、図３に示す太径部Ａから細径部Ｂに至る移行部Ｃにおけるクラッド４の外径の変化を拡大して示したものである。
図５は、この光ファイバのＥ端とＳ端のそれぞれから１ｋｍずつ切り出して波長分散を測定した測定値と、図３に示すクラッド４の外径の変化とから予測される光ファイバの長さ方向の波長分散の変化を示したグラフである。
図５のグラフを図３のクラッド４の外径の変化とともにみていくと、太径部Ａでは波長分散が＋１（正の波長分散）付近となり、細径部Ｂでは波長分散が−０．８（負の波長分散）付近となり、これらが移行部Ｃを介して長さ方向に交互に位置している。
【００３８】
そして移行部Ｃにおいては、波長分散がゼロに近づいて、その絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満となる部分が存在している。
本発明の低分散光ファイバにおけるひとつの条件は、波長分散が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満となる部分の長さを全体の１％未満とすることである。
したがって移行部Ｃにおいて、できるだけ長さあたりの波長分散の変化量を大きくすると好ましいことがわかる。
【００３９】
本実施例において、具体的には波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分の長さは全長に対して０．０８％、波長分散の絶対値は１．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、波長分散の絶対値をその全長４０ｋｍにわたって平均した平均値は０．９２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであった。
【００４０】
（比較例）
実施例に用いた母材と同様のものを、波長１．５５μｍ帯において波長分散がほとんどゼロで、長さ方向に一定になるように線引きした。
【００４１】
表１に実施例と比較例の設計条件と光学特性を示す。表１においてモードフィールド径、伝送損失、曲げ損失、全長における波長分散、Ｓ端，Ｅ端の波長分散は波長１．５５μｍにおける測定値である。
【００４２】
【表１】
また、これらのＦＷＭの発生効率ηを、ＦＷＭ光を発生させるためのプロープ光とポンプ光の周波数差と発生効率ηとの関係のグラフとして図６に示す。
図中▲は実施例の測定値であり、●は比較例の測定値である。また、曲線Ａは実施例の計算値（理論値）、曲線Ｂは比較例の計算値（理論値）である。
表１、図６の結果より、本発明に係る実施例の光ファイバは、全長における波長分散が小さく、比較例のものと同等の光学特性が得られ、かつＦＷＭの発生効率ηが小さい低分散光ファイバとなっていることが明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の低分散光ファイバは、波長分散が正になる部分と負になる部分により、波長分散が打ち消されて平均化され、全長における波長分散を小さくすることができ、この結果群速度分散による波長歪みを抑制することができるとともに、波長分散が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の部分の長さが全長に対して１％以下になっているので、ＦＷＭの発生を抑制することができる。また、ブリルアン周波数シフトが長さ方向に変化しているので、誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる。
このように使用波長帯が１．５５μｍ帯であっても、全長における波長分散が小さく、さらに非線形効果である誘導ブリルアン散乱とＦＷＭを抑制することができるので、伝送特性の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に使用したデュアルコア型分散シフト光ファイバ用のファイバ母材の屈折率プロファイルを示したグラフである。
【図２】 実施例の光ファイバを模式的に示した軸心にそう側断面図である。
【図３】 実施例の光ファイバのクラッドの外径と光ファイバの長さ方向の位置との関係を示したグラフである。
【図４】 図３の要部を拡大したグラフである。
【図５】 実施例の光ファイバの長さ方向の波長分散の変化を予測して示したグラフである。
【図６】 実施例と比較例のＦＷＭの発生効率の測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
３，３Ａ…コア、４，４Ａ…クラッド
Claims (2)
- コア径とクラッド径が長さ方向に一定のファイバ母材を、そのクラッド径が長さ方向に変化するように線引きすることによって製造されるシングルモード光ファイバであって、その波長分散が長さ方向に変化し、その長さ方向において、その使用波長帯における波長分散が正の一定値になる部分Ｂまたは、波長分散が負の一定値になる部分Ａをそれぞれ１以上有し、これらの正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとが相互の波長分散を打ち消しあうようになっており、波長分散が正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａへ移行する部分Ｃ、あるいは、波長分散が負の一定値になる部分Ａから正の一定値になる部分Ｂへ移行する部分Ｃにおいて、波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分が存在し、この部分の長さがファイバ全長に対して０．０８％以下であり、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値が０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ、デュアルコア型の屈折率分布形状を有することを特徴とする低分散光ファイバ。
- コア径とクラッド径の比が長さ方向に一定のファイバ母材を、線引き工程において、そのクラッド径が長さ方向に変化するように線引きすることによって、そのコア径を長さ方向に変化させる光ファイバの製造方法であって、当該光ファイバの波長分散が長さ方向に変化し、その長さ方向において、その使用波長帯における波長分散が正の一定値になる部分Ｂまたは、波長分散が負の一定値になる部分Ａをそれぞれ１以上有し、これらの正の一定値になる部分Ｂと負の一定値になる部分Ａとが相互の波長分散を打ち消しあうようになっており、波長分散が正の一定値になる部分Ｂから負の一定値になる部分Ａへ移行する部分Ｃ、あるいは、波長分散が負の一定値になる部分Ａから正の一定値になる部分Ｂへ移行する部分Ｃにおいて、波長分散の絶対値が０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の部分が存在し、この部分の長さがファイバ全長に対して０．０８％以下であり、全長にわたって波長分散の絶対値を平均した値が０．５〜１．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ、デュアルコア型の屈折率分布形状を有する光ファイバを得ることを特徴とする低分散光ファイバの製造方法。
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