JP3813385B2 - 分散シフト光ファイバ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分散シフト光ファイバに関し、大きな有効コア断面積を有し、かつ小さい分散スロープを有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ増幅器を用いた光増幅中継伝送システムなどの長距離システムにおいては、非線形光学効果を低減することが重要である。非線形光学効果は非線形定数でほぼ決定される。非線形定数はｎ２／Ａｅｆｆで示される。ここで、ｎ２は非線形屈折率、Ａｅｆｆは有効コア断面積である。ｎ２は材料によりほぼ一定の値であるため、Ａｅｆｆを拡大することは非線形光学効果を低減するのに効果的な手法である。
一方、大容量伝送が可能な波長多重伝送システムにおいては、分散スロープの低減の要求が高まっている。分散スロープとは、波長分散値の波長依存性を示すもので、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸の波長分散値（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）をとって分散値をプロットした際の曲線の勾配である。波長多重伝送システムにおいて、伝送路（光ファイバ）の分散スロープが大きいと、各波長間の波長分散値の差が大きくなり、伝送状態がばらつくため、全体の伝送特性が劣化する。
また、光通信システムの伝送路としては、実質的にシングルモードであることや、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下に保つことが最低限の条件として要求されている。
【０００３】
そこで、最近では、例えば特開平１０−６２６４０号公報、特開平１０−２９３２２５号公報、特開平８−２２０３６２号公報、特開平１０−２４６８３０号公報などにおいて、様々な屈折率分布形状（屈折率プロファイル）を用いて、ある程度Ａｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図る提案がなされてきた。
【０００４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）はこのような分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の例を示したものである。
図３（ａ）は階段型（デュアルシェイプコア型）の屈折率分布形状の一例を示したもので、符号１１は中心コア部であり、その外周上に、この中心コア部１１よりも低屈折率の階段コア部１２が設けられてコア１４が形成されている。そして、このコア１４の外周上に、前記階段コア部１２よりも低屈折率のクラッド１６が設けられている。
【０００５】
図３（ｂ）は、セグメントコア型の屈折率分布形状の一例を示したもので、高屈折率の中心コア部２１の外周上に低屈折率の中間部２２が設けられ、この中間部２２の外周上に、この中間部２２よりも高屈折率で、かつ前記中心コア部２１よりも低屈折率のリングコア部２３が設けられ、さらにこのリングコア部２３の外周上に、中間部２２よりも低屈折率の低屈折率部２５が設けられてコア２４が構成されている。そして、この低屈折率部２５の外周上に、低屈折率部２５よりも高屈折率で、かつ前記中間部２２よりも低屈折率のクラッド２６が設けられている。
【０００６】
図３（ｃ）は、Ｏリング型の屈折率分布形状の一例を示したもので、中心の低屈折率の中心コア部３１の外周上に高屈折率の周辺コア部３２が設けられて２層構造のコア３４が構成されている。そして、このコア３４の外周上に、前記周辺コア部３２よりも低屈折率のクラッド３６が設けられて、クラッド３６を含めて３層構造の凹型の屈折率分布形状が構成されている。
【０００７】
また、本出願人は、セグメントコア型の屈折率分布形状において、太径解と呼ばれる領域を用いることにより、Ａｅｆｆの拡大よりも分散スロープの低減が厳しく要求される光通信システムに適した分散シフト光ファイバを、特開平１１−１１９０４５号公報において開示した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている分散シフト光ファイバにおいては、実質的にシングルモードであることや、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下に保つという条件下では、Ａｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を同時に十分に満足することは困難であった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、実質的にシングルモードであり、かつ曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であるという条件を満足し、かつ十分にＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図ることができる分散シフト光ファイバを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、特許第２６６８６７７号（特願昭６１−１４１７７９号）において、コアと外周上にクラッドが設けられてなり、このコアが前記クラッドよりも低屈折率の中心コア部の外周上に、このクラッドよりも高屈折率の第１リング部が設けられ、この第１リング部の外周上に、このクラッドよりも低屈折率の第２リング部が設けられ、この第２リング部の外周上に、このクラッドの屈折率以上の屈折率を有する第３リング部が設けられて構成された２重Ｏリング型の屈折率分布形状を備えた分散シフト光ファイバを提案している。
この分散シフト光ファイバは、曲げ損失と接続損失を低減したものであったが、本発明者らの検討により、その構造パラメータを調整することによって、Ａｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を同時に実現できることが明らかとなった。
すなわち、前記課題を解決するために、本発明の第１の発明は、中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、−０．４％≦Δ１≦−０．１％、０．７％≦Δ２≦０．８％、−０．４％≦Δ３≦−０．３％、０．２％≦Δ４≦０．３％、２．０≦ｒ２／ｒ１≦２．５、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．０、１．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０であり、波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが５０〜７５μｍ ２ 、分散スロープが０．０３〜０．０６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が負の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバである。
第２の発明は、中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、−０．４％≦Δ１≦−０．２％、０．６％≦Δ２≦０．８％、−０．４％≦Δ３≦−０．３％、０．１％≦△４≦０．３％、２．０≦ｒ２／ｒ１≦３．０、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．０、１．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０であり、波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが５０〜７５μｍ ２ 、分散スロープが０．０３〜０．０６６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が正の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバである。
第３の発明は、中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、△１＝−０．４％、０．７％≦△２≦０．８％、−０．４％≦△３≦−０．３％、０．２％≦△４≦０．３％、ｒ２／ｒ１＝２．０、１．０≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦１．５、（ｒ４−ｒ３）／ｒ２＝１．０であり、波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが７５〜１００μｍ ２ 、分散スロープが０．０６〜０．０７０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が負の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の分散シフト光ファイバの２重Ｏリング型の屈折率分布形状の一例を示したもので、この屈折率分布形状はコア５とこのコア５の外周上に設けられたクラッド６とからなり、このコア５は、前記クラッド６よりも低屈折率の中心コア部１の外周上に、前記クラッド６よりも高屈折率の第１リング部２が設けられ、この第１リング部２の外周上に、前記クラッド６よりも低屈折率の第２リング部３が設けられ、第２リング部３の外周上に、このクラッド６の屈折率以上の屈折率を有する第３リング部４が設けられて構成されている。
【００１１】
この分散シフト光ファイバにおいて、例えば中心コア部１と第２リング部３は屈折率を低下させる作用を有するフッ素を添加したフッ素添加石英ガラス、第１リング部２と第３リング部４は屈折率を上昇させる作用を有するゲルマニウムを添加したゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド６は純石英ガラスから構成されている。
なお、分散シフト光ファイバの屈折率分布形状においては、図１に示したように各層（中心コア部１、第１リング部２、第２リング部３、第３リング部４、クラッド６）の境界が明確ではなく、丸みを帯びた、いわゆるだれを生じた状態であってもよい。
【００１２】
また、Δ１はクラッド６の屈折率を基準にしたときの中心コア部１の比屈折率差、Δ２はクラッド６の屈折率を基準にしたときの第１リング部２の比屈折率差、Δ３はクラッド６の屈折率を基準にしたときの第２リング部３の比屈折率差、Δ４はクラッド６の屈折率を基準にしたときの第３リング部４の比屈折率差である。
Δ１とΔ３は負の値を有し、Δ２は正の値を有し、Δ４は０以上である。すなわち、中心コア部１の屈折率ｎ１と第２リング部３の屈折率ｎ２はクラッド６の屈折率ｎｃよりも小さく、第１リング部２の屈折率ｎ２はクラッド６の屈折率ｎｃよりも大きく、第３リング部４の屈折率ｎ３はクラッド６の屈折率ｎｃ以上の値に設計されている。
また、ｒ１は中心コア部１の半径、ｒ２は第１リング部２の半径、ｒ３は第２リング部３の半径、ｒ４は第３リング部４の半径である。
【００１３】
本発明の分散シフト光ファイバの使用波長帯は１４９０〜１６１０ｎｍの範囲から適度な波長幅の波長帯が選択される。例えば、光通信システムに用いる光ファイバ増幅器による増幅波長帯などによって、１４９０〜１５３０ｎｍの範囲から所定の波長幅を有する波長帯（例えば１５００〜１５２０ｎｍ）が選択される。または、１５３０〜１５７０ｎｍの範囲から所定の波長幅を有する波長帯（例えば１５４０〜１５６５ｎｍ）が選択される。または、１５７０〜１６１０ｎｍの範囲から所定の波長幅を有する波長帯（例えば１５７０〜１６００ｎｍ）が選択される。これらの中でも近年多く用いられているのは１５３０〜１５７０ｎｍの範囲である。
【００１４】
Ａｅｆｆは以下の式から求められるものである。
【００１５】
【数１】
【００１６】
本発明において、使用波長帯におけるＡｅｆｆが４５μｍ2未満であると、非線形効果の抑制が不十分である。Ａｅｆｆが１２０μｍ2をこえるものは製造が困難である。
【００１７】
また、使用波長帯における分散スロープは、上述のように小さい程好ましく、本発明において、使用波長帯における分散スロープは０．０３〜０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2とされる。０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2をこえると波長分散値の波長依存性が大きくなり、波長多重伝送システムへの適用において不都合となる場合がある。０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2未満のものは製造が困難である。
【００１８】
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。
曲げ損失は小さい程好ましく、本発明においては、曲げ損失は１００ｄＢ／ｍ以下、好ましくは５０ｄＢ／ｍ以下とされる。使用波長帯における曲げ損失が１００ｄＢ／ｍをこえると、分散シフト光ファイバに加えられる僅かな曲がりなどによって伝送損失が劣化しやすくなるため不都合である。
【００１９】
使用波長帯における波長分散値は、その絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲とされる。すなわち、本発明の分散シフト光ファイバの波長分散値は、正の値を設定することもできるし、負の値を設定することもできる。０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の場合は波長分散値が零に近くなり、非線形効果のひとつである４光子混合が発生しやすくなるため不都合である。また、８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍをこえると伝送特性の劣化が大きくなるため、本発明の分散シフト光ファイバとしては不都合である。
【００２０】
また、本発明の分散シフト光ファイバはシングルモード光ファイバであるため、使用波長帯において、実質的にシングルモード伝搬を保証するカットオフ波長を有する必要がある。
通常のカットオフ波長は、ＣＣＩＴＴの２ｍ法（以下２ｍ法と記す）による値によって規定されている。しかし、実際の長尺の使用状態においては、この値が使用波長帯の下限値よりも長波長側であってもシングルモード伝搬が可能である。
【００２１】
したがって、本発明の分散シフト光ファイバにおいて、２ｍ法で規定されるカットオフ波長は、分散シフト光ファイバの使用長さと使用波長帯によってシングルモード伝搬可能であるように設定する。具体的には、例えば２ｍ法におけるカットオフ波長が１．８μｍ以下であれば、５０００ｍ程度以上の長尺の状態で、上述の使用波長帯におけるシングルモード伝搬を実現することができる。
【００２２】
このような特性を満足するための構成について、検討の経緯とともに以下に説明する。
図２は種々の構造パラメータを設定して求めた特性値の解析結果である。
なお、σは波長分散値、ｄσ／ｄλは分散スロープである。
この図より、ｒ２／ｒ１を小さく設定すると、Ａｅｆｆが拡大する傾向があることがわかる。よって、Ａｅｆｆの拡大という観点からは、ｒ２／ｒ１を２．５以下に設定すると好ましい。
また、ｒ２／ｒ１が小さくなりすぎると波長分散値の絶対値が大きくなる傾向があるため、本発明の分散シフト光ファイバとして適切な波長分散値を得るためには、ｒ２／ｒ１を１．３以上に設定すると好ましい。
【００２３】
また、解析の結果より、Δ２は０．６５〜０．８５％の範囲に設定すると好ましい。Δ２が大きすぎるとＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減の両立が困難となり、小さすぎると所望の波長分散値を得ることができない。
また、第２リング部３の構造パラメータ（Δ３，ｒ３）はＡｅｆｆ、分散スロープの設定値によって制限される。また、第３リング部４の構造パラメータ（Δ４，ｒ４）は、分散スロープとカットオフ波長の設定値によって制限される。
そして、これらの構造パラメータの設定値によって、波長分散値を正、負のいずれの値にも設定することができ、分散シフト光ファイバを適用する光通信システムの要求などによって適宜調整可能である。
【００２４】
このような解析の結果、波長分散値を正の値または負の値のいずれに設定するかによって、所望の特性の対する構造パラメータの制限が異なることがわかった。
【００２５】
例えば、Ａｅｆｆが５０〜７５μｍ2、分散スロープが０．０３〜０．０６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のものを得ようとするときに波長分散値を負の値に設定する場合は、−０．５０％≦Δ１≦−０．２５％、０．６５％≦Δ２≦０．８５％、−０．５０％≦Δ３≦−０．２５％、０．０％≦Δ４≦０．３０％、１．５≦ｒ２／ｒ１≦２．５、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある。
同様の特性において、波長分散値を正の値に設定する場合は、−０．５％≦Δ１≦−０．０５％、０．７５％≦Δ２≦０．８５％、−０．５０％≦Δ３≦−０．１５％、０．０％≦△４≦０．３％、１．５≦ｒ２／ｒ１≦２．５、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある。
【００２６】
Ａｅｆｆが７５〜１００μｍ2、分散スロープが０．０６〜０．０９ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のものを得ようとするときに波長分散値を負の値に設定する場合は、−０．５０％≦△１≦−０．２０％、０．６５％≦△２≦０．８５％、−０．５０％≦△３≦−０．２５％、０．０％≦△４≦０．３０％、１．３≦ｒ２／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦１．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある。
同様の特性において、波長分散値を正の値に設定する場合は、−０．５０％≦△１≦−０．０５％、０．６５％≦△２≦０．８５％、−０．５０％≦△３≦−０．１５％、０．０％≦△４≦０．３０％、１．３≦ｒ２／ｒ１≦３．０、０．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある。
【００２７】
さらに、Ａｅｆｆが１００〜１２０μｍ2、かつ分散スロープが０．０８〜０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のものを得ようとするときに波長分散値を正の値に設定する場合は、−０．５０％≦△１≦‐０．２５％、０．６５％≦△２≦０．７５％、−０．５０％≦Δ３≦−０．２５％、０．０％≦△４≦０．３０％、１．３≦ｒ２／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒｌ≦１．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある
。
【００２８】
表１は、種々の構造パラメータの組合わせを設定し、実際にＣＶＤ法によって試作した分散シフト光ファイバの特性を示したものである。
なお、表中λｃはカットオフ波長、ＭＦＤはモードフィールド径、αｂ＠２０φは曲げ損失である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１より、使用波長１５５０ｎｍにおいて、実質的にシングルモードであり、かつ曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であるという条件を満足し、かつ十分にＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図ることができる分散シフト光ファイバを提供できることが明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、実質的にシングルモードであり、かつ曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であるという条件を満足し、かつ十分にＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図ることができる分散シフト光ファイバが得られる。よって、特に波長多重伝送システムに対して最適な分散シフト光ファイバを提供することができる。
また、構造パラメータの設定値によって、波長分散値を正、負のいずれの値にも設定することができるため、分散シフト光ファイバを適用する光通信システムの要求に柔軟に対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の一例を示した図である。
【図２】 種々の構造パラメータを設定して求めた特性値（分散スロープ、Ａｅｆｆ）の解析結果を示したグラフである。
【図３】 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、従来の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の一例を示した図である。
【符号の説明】
１…中心コア部、２…第１リング部、３…第２リング部、４…第３リング部、
５…コア、６…クラッド。
【発明の属する技術分野】
本発明は分散シフト光ファイバに関し、大きな有効コア断面積を有し、かつ小さい分散スロープを有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ増幅器を用いた光増幅中継伝送システムなどの長距離システムにおいては、非線形光学効果を低減することが重要である。非線形光学効果は非線形定数でほぼ決定される。非線形定数はｎ２／Ａｅｆｆで示される。ここで、ｎ２は非線形屈折率、Ａｅｆｆは有効コア断面積である。ｎ２は材料によりほぼ一定の値であるため、Ａｅｆｆを拡大することは非線形光学効果を低減するのに効果的な手法である。
一方、大容量伝送が可能な波長多重伝送システムにおいては、分散スロープの低減の要求が高まっている。分散スロープとは、波長分散値の波長依存性を示すもので、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸の波長分散値（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）をとって分散値をプロットした際の曲線の勾配である。波長多重伝送システムにおいて、伝送路（光ファイバ）の分散スロープが大きいと、各波長間の波長分散値の差が大きくなり、伝送状態がばらつくため、全体の伝送特性が劣化する。
また、光通信システムの伝送路としては、実質的にシングルモードであることや、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下に保つことが最低限の条件として要求されている。
【０００３】
そこで、最近では、例えば特開平１０−６２６４０号公報、特開平１０−２９３２２５号公報、特開平８−２２０３６２号公報、特開平１０−２４６８３０号公報などにおいて、様々な屈折率分布形状（屈折率プロファイル）を用いて、ある程度Ａｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図る提案がなされてきた。
【０００４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）はこのような分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の例を示したものである。
図３（ａ）は階段型（デュアルシェイプコア型）の屈折率分布形状の一例を示したもので、符号１１は中心コア部であり、その外周上に、この中心コア部１１よりも低屈折率の階段コア部１２が設けられてコア１４が形成されている。そして、このコア１４の外周上に、前記階段コア部１２よりも低屈折率のクラッド１６が設けられている。
【０００５】
図３（ｂ）は、セグメントコア型の屈折率分布形状の一例を示したもので、高屈折率の中心コア部２１の外周上に低屈折率の中間部２２が設けられ、この中間部２２の外周上に、この中間部２２よりも高屈折率で、かつ前記中心コア部２１よりも低屈折率のリングコア部２３が設けられ、さらにこのリングコア部２３の外周上に、中間部２２よりも低屈折率の低屈折率部２５が設けられてコア２４が構成されている。そして、この低屈折率部２５の外周上に、低屈折率部２５よりも高屈折率で、かつ前記中間部２２よりも低屈折率のクラッド２６が設けられている。
【０００６】
図３（ｃ）は、Ｏリング型の屈折率分布形状の一例を示したもので、中心の低屈折率の中心コア部３１の外周上に高屈折率の周辺コア部３２が設けられて２層構造のコア３４が構成されている。そして、このコア３４の外周上に、前記周辺コア部３２よりも低屈折率のクラッド３６が設けられて、クラッド３６を含めて３層構造の凹型の屈折率分布形状が構成されている。
【０００７】
また、本出願人は、セグメントコア型の屈折率分布形状において、太径解と呼ばれる領域を用いることにより、Ａｅｆｆの拡大よりも分散スロープの低減が厳しく要求される光通信システムに適した分散シフト光ファイバを、特開平１１−１１９０４５号公報において開示した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている分散シフト光ファイバにおいては、実質的にシングルモードであることや、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下に保つという条件下では、Ａｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を同時に十分に満足することは困難であった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、実質的にシングルモードであり、かつ曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であるという条件を満足し、かつ十分にＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図ることができる分散シフト光ファイバを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、特許第２６６８６７７号（特願昭６１−１４１７７９号）において、コアと外周上にクラッドが設けられてなり、このコアが前記クラッドよりも低屈折率の中心コア部の外周上に、このクラッドよりも高屈折率の第１リング部が設けられ、この第１リング部の外周上に、このクラッドよりも低屈折率の第２リング部が設けられ、この第２リング部の外周上に、このクラッドの屈折率以上の屈折率を有する第３リング部が設けられて構成された２重Ｏリング型の屈折率分布形状を備えた分散シフト光ファイバを提案している。
この分散シフト光ファイバは、曲げ損失と接続損失を低減したものであったが、本発明者らの検討により、その構造パラメータを調整することによって、Ａｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を同時に実現できることが明らかとなった。
すなわち、前記課題を解決するために、本発明の第１の発明は、中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、−０．４％≦Δ１≦−０．１％、０．７％≦Δ２≦０．８％、−０．４％≦Δ３≦−０．３％、０．２％≦Δ４≦０．３％、２．０≦ｒ２／ｒ１≦２．５、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．０、１．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０であり、波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが５０〜７５μｍ ２ 、分散スロープが０．０３〜０．０６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が負の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバである。
第２の発明は、中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、−０．４％≦Δ１≦−０．２％、０．６％≦Δ２≦０．８％、−０．４％≦Δ３≦−０．３％、０．１％≦△４≦０．３％、２．０≦ｒ２／ｒ１≦３．０、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．０、１．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０であり、波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが５０〜７５μｍ ２ 、分散スロープが０．０３〜０．０６６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が正の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバである。
第３の発明は、中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、△１＝−０．４％、０．７％≦△２≦０．８％、−０．４％≦△３≦−０．３％、０．２％≦△４≦０．３％、ｒ２／ｒ１＝２．０、１．０≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦１．５、（ｒ４−ｒ３）／ｒ２＝１．０であり、波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが７５〜１００μｍ ２ 、分散スロープが０．０６〜０．０７０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が負の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の分散シフト光ファイバの２重Ｏリング型の屈折率分布形状の一例を示したもので、この屈折率分布形状はコア５とこのコア５の外周上に設けられたクラッド６とからなり、このコア５は、前記クラッド６よりも低屈折率の中心コア部１の外周上に、前記クラッド６よりも高屈折率の第１リング部２が設けられ、この第１リング部２の外周上に、前記クラッド６よりも低屈折率の第２リング部３が設けられ、第２リング部３の外周上に、このクラッド６の屈折率以上の屈折率を有する第３リング部４が設けられて構成されている。
【００１１】
この分散シフト光ファイバにおいて、例えば中心コア部１と第２リング部３は屈折率を低下させる作用を有するフッ素を添加したフッ素添加石英ガラス、第１リング部２と第３リング部４は屈折率を上昇させる作用を有するゲルマニウムを添加したゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド６は純石英ガラスから構成されている。
なお、分散シフト光ファイバの屈折率分布形状においては、図１に示したように各層（中心コア部１、第１リング部２、第２リング部３、第３リング部４、クラッド６）の境界が明確ではなく、丸みを帯びた、いわゆるだれを生じた状態であってもよい。
【００１２】
また、Δ１はクラッド６の屈折率を基準にしたときの中心コア部１の比屈折率差、Δ２はクラッド６の屈折率を基準にしたときの第１リング部２の比屈折率差、Δ３はクラッド６の屈折率を基準にしたときの第２リング部３の比屈折率差、Δ４はクラッド６の屈折率を基準にしたときの第３リング部４の比屈折率差である。
Δ１とΔ３は負の値を有し、Δ２は正の値を有し、Δ４は０以上である。すなわち、中心コア部１の屈折率ｎ１と第２リング部３の屈折率ｎ２はクラッド６の屈折率ｎｃよりも小さく、第１リング部２の屈折率ｎ２はクラッド６の屈折率ｎｃよりも大きく、第３リング部４の屈折率ｎ３はクラッド６の屈折率ｎｃ以上の値に設計されている。
また、ｒ１は中心コア部１の半径、ｒ２は第１リング部２の半径、ｒ３は第２リング部３の半径、ｒ４は第３リング部４の半径である。
【００１３】
本発明の分散シフト光ファイバの使用波長帯は１４９０〜１６１０ｎｍの範囲から適度な波長幅の波長帯が選択される。例えば、光通信システムに用いる光ファイバ増幅器による増幅波長帯などによって、１４９０〜１５３０ｎｍの範囲から所定の波長幅を有する波長帯（例えば１５００〜１５２０ｎｍ）が選択される。または、１５３０〜１５７０ｎｍの範囲から所定の波長幅を有する波長帯（例えば１５４０〜１５６５ｎｍ）が選択される。または、１５７０〜１６１０ｎｍの範囲から所定の波長幅を有する波長帯（例えば１５７０〜１６００ｎｍ）が選択される。これらの中でも近年多く用いられているのは１５３０〜１５７０ｎｍの範囲である。
【００１４】
Ａｅｆｆは以下の式から求められるものである。
【００１５】
【数１】
本発明において、使用波長帯におけるＡｅｆｆが４５μｍ2未満であると、非線形効果の抑制が不十分である。Ａｅｆｆが１２０μｍ2をこえるものは製造が困難である。
【００１７】
また、使用波長帯における分散スロープは、上述のように小さい程好ましく、本発明において、使用波長帯における分散スロープは０．０３〜０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2とされる。０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2をこえると波長分散値の波長依存性が大きくなり、波長多重伝送システムへの適用において不都合となる場合がある。０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2未満のものは製造が困難である。
【００１８】
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。
曲げ損失は小さい程好ましく、本発明においては、曲げ損失は１００ｄＢ／ｍ以下、好ましくは５０ｄＢ／ｍ以下とされる。使用波長帯における曲げ損失が１００ｄＢ／ｍをこえると、分散シフト光ファイバに加えられる僅かな曲がりなどによって伝送損失が劣化しやすくなるため不都合である。
【００１９】
使用波長帯における波長分散値は、その絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲とされる。すなわち、本発明の分散シフト光ファイバの波長分散値は、正の値を設定することもできるし、負の値を設定することもできる。０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満の場合は波長分散値が零に近くなり、非線形効果のひとつである４光子混合が発生しやすくなるため不都合である。また、８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍをこえると伝送特性の劣化が大きくなるため、本発明の分散シフト光ファイバとしては不都合である。
【００２０】
また、本発明の分散シフト光ファイバはシングルモード光ファイバであるため、使用波長帯において、実質的にシングルモード伝搬を保証するカットオフ波長を有する必要がある。
通常のカットオフ波長は、ＣＣＩＴＴの２ｍ法（以下２ｍ法と記す）による値によって規定されている。しかし、実際の長尺の使用状態においては、この値が使用波長帯の下限値よりも長波長側であってもシングルモード伝搬が可能である。
【００２１】
したがって、本発明の分散シフト光ファイバにおいて、２ｍ法で規定されるカットオフ波長は、分散シフト光ファイバの使用長さと使用波長帯によってシングルモード伝搬可能であるように設定する。具体的には、例えば２ｍ法におけるカットオフ波長が１．８μｍ以下であれば、５０００ｍ程度以上の長尺の状態で、上述の使用波長帯におけるシングルモード伝搬を実現することができる。
【００２２】
このような特性を満足するための構成について、検討の経緯とともに以下に説明する。
図２は種々の構造パラメータを設定して求めた特性値の解析結果である。
なお、σは波長分散値、ｄσ／ｄλは分散スロープである。
この図より、ｒ２／ｒ１を小さく設定すると、Ａｅｆｆが拡大する傾向があることがわかる。よって、Ａｅｆｆの拡大という観点からは、ｒ２／ｒ１を２．５以下に設定すると好ましい。
また、ｒ２／ｒ１が小さくなりすぎると波長分散値の絶対値が大きくなる傾向があるため、本発明の分散シフト光ファイバとして適切な波長分散値を得るためには、ｒ２／ｒ１を１．３以上に設定すると好ましい。
【００２３】
また、解析の結果より、Δ２は０．６５〜０．８５％の範囲に設定すると好ましい。Δ２が大きすぎるとＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減の両立が困難となり、小さすぎると所望の波長分散値を得ることができない。
また、第２リング部３の構造パラメータ（Δ３，ｒ３）はＡｅｆｆ、分散スロープの設定値によって制限される。また、第３リング部４の構造パラメータ（Δ４，ｒ４）は、分散スロープとカットオフ波長の設定値によって制限される。
そして、これらの構造パラメータの設定値によって、波長分散値を正、負のいずれの値にも設定することができ、分散シフト光ファイバを適用する光通信システムの要求などによって適宜調整可能である。
【００２４】
このような解析の結果、波長分散値を正の値または負の値のいずれに設定するかによって、所望の特性の対する構造パラメータの制限が異なることがわかった。
【００２５】
例えば、Ａｅｆｆが５０〜７５μｍ2、分散スロープが０．０３〜０．０６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のものを得ようとするときに波長分散値を負の値に設定する場合は、−０．５０％≦Δ１≦−０．２５％、０．６５％≦Δ２≦０．８５％、−０．５０％≦Δ３≦−０．２５％、０．０％≦Δ４≦０．３０％、１．５≦ｒ２／ｒ１≦２．５、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある。
同様の特性において、波長分散値を正の値に設定する場合は、−０．５％≦Δ１≦−０．０５％、０．７５％≦Δ２≦０．８５％、−０．５０％≦Δ３≦−０．１５％、０．０％≦△４≦０．３％、１．５≦ｒ２／ｒ１≦２．５、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある。
【００２６】
Ａｅｆｆが７５〜１００μｍ2、分散スロープが０．０６〜０．０９ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のものを得ようとするときに波長分散値を負の値に設定する場合は、−０．５０％≦△１≦−０．２０％、０．６５％≦△２≦０．８５％、−０．５０％≦△３≦−０．２５％、０．０％≦△４≦０．３０％、１．３≦ｒ２／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦１．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある。
同様の特性において、波長分散値を正の値に設定する場合は、−０．５０％≦△１≦−０．０５％、０．６５％≦△２≦０．８５％、−０．５０％≦△３≦−０．１５％、０．０％≦△４≦０．３０％、１．３≦ｒ２／ｒ１≦３．０、０．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある。
【００２７】
さらに、Ａｅｆｆが１００〜１２０μｍ2、かつ分散スロープが０．０８〜０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のものを得ようとするときに波長分散値を正の値に設定する場合は、−０．５０％≦△１≦‐０．２５％、０．６５％≦△２≦０．７５％、−０．５０％≦Δ３≦−０．２５％、０．０％≦△４≦０．３０％、１．３≦ｒ２／ｒ１≦２．５、０．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒｌ≦１．５、０．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０という構造パラメータの条件を満足する必要がある
。
【００２８】
表１は、種々の構造パラメータの組合わせを設定し、実際にＣＶＤ法によって試作した分散シフト光ファイバの特性を示したものである。
なお、表中λｃはカットオフ波長、ＭＦＤはモードフィールド径、αｂ＠２０φは曲げ損失である。
【００２９】
【表１】
表１より、使用波長１５５０ｎｍにおいて、実質的にシングルモードであり、かつ曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であるという条件を満足し、かつ十分にＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図ることができる分散シフト光ファイバを提供できることが明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、実質的にシングルモードであり、かつ曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であるという条件を満足し、かつ十分にＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図ることができる分散シフト光ファイバが得られる。よって、特に波長多重伝送システムに対して最適な分散シフト光ファイバを提供することができる。
また、構造パラメータの設定値によって、波長分散値を正、負のいずれの値にも設定することができるため、分散シフト光ファイバを適用する光通信システムの要求に柔軟に対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の一例を示した図である。
【図２】 種々の構造パラメータを設定して求めた特性値（分散スロープ、Ａｅｆｆ）の解析結果を示したグラフである。
【図３】 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、従来の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の一例を示した図である。
【符号の説明】
１…中心コア部、２…第１リング部、３…第２リング部、４…第３リング部、
５…コア、６…クラッド。
Claims (3)
- 中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、
−０．４％≦Δ１≦−０．１％、０．７％≦Δ２≦０．８％、−０．４％≦Δ３≦−０．３％、０．２％≦Δ４≦０．３％、２．０≦ｒ２／ｒ１≦２．５、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．０、１．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０であり、
波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが５０〜７５μｍ ２ 、分散スロープが０．０３〜０．０６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が負の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバ。 - 中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、
−０．４％≦Δ１≦−０．２％、０．６％≦Δ２≦０．８％、−０．４％≦Δ３≦−０．３％、０．１％≦△４≦０．３％、２．０≦ｒ２／ｒ１≦３．０、１．５≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦２．０、１．５≦（ｒ４−ｒ３）／ｒ２≦２．０であり、
波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが５０〜７５μｍ ２ 、分散スロープが０．０３〜０．０６６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が正の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバ。 - 中心コア部の外周上に、順次第１リング部、第２リング部、および第３リング部が設けられてなるコアと、このコアの外周上に設けられたクラッドからなり、これら中心コア部、第１リング部、第２リング部、および第３リング部において、クラッドを基準にしたときの比屈折率差と半径を、それぞれ（Δ１，ｒ１）、（Δ２，ｒ２）、（Δ３，ｒ３）、（Δ４，ｒ４）としたとき、Δ１とΔ３は負の値、Δ２は正の値、Δ４は０以上に設定された屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、
△１＝−０．４％、０．７％≦△２≦０．８％、−０．４％≦△３≦−０．３％、０．２％≦△４≦０．３％、ｒ２／ｒ１＝２．０、１．０≦（ｒ３−ｒ２）／ｒ１≦１．５、（ｒ４−ｒ３）／ｒ２＝１．０であり、
波長１５５０ｎｍにおいて、Ａｅｆｆが７５〜１００μｍ ２ 、分散スロープが０．０６〜０．０７０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ ２ 、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、波長分散値が負の値を有し、波長分散値の絶対値が０．５〜８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、かつ実質的にシングルモード伝搬となるカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバ。
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