JP3912009B2

JP3912009B2 - 分散補償ファイバ

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Publication number: JP3912009B2
Application number: JP2000571291A
Authority: JP
Inventors: 俊明奥野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: CA2344205A1; AU769369B2; EP1122562A4; TW455712B; AU5066499A; CN1174268C; CN1323405A; EP1122562A1; WO2000017684A1; US6603913B1

Description

【０００１】
技術分野
この発明は、１．３μｍ零分散シングルモード光ファイバを含む光伝送路に適用され、波長１．５５μｍ帯の光に対して、該光伝送路全体の伝送特性を改善するための分散補償ファイバに関するものである。
【０００２】
背景技術
長距離の高速・大容量通信に用いられる光ファイバ伝送路網では、伝送媒体として適用されるシングルモード光ファイバにおける材料分散（光ファイバの材料に固有の屈折率の波長依存性による分散）と構造分散（伝搬モードの群速度の波長依存性による分散）との和で表される分散（波長分散）が伝送容量の制限要因となっている。すなわち、光源から出力される光の波長は単一であると言っても、厳密には一定のスペクトル幅を有する。このような光パルスが所定の波長分散特性を有するシングルモード光ファイバ中を伝搬すると、有限のスペクトル成分間で伝搬速度が異なるためパルス形状が崩れてしまう。この分散は、単位スペクトル幅（ｎｍ）及び単位光ファイバ長（ｋｍ）あたりの伝搬遅延時間差として、単位（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）で表される。また、シングルモード光ファイバでは、これら材料分散と構造分散が互いに打ち消し合い、１．３１μｍ付近で分散がゼロになることが知られている。
【０００３】
シングルモード光ファイバの分散を補償する手段としては、分散補償ファイバが用いられるのが一般的である。特に、光ファイバの伝送損失は１．５５μｍ波長帯で最も小さくなることから、１．５５μｍ波長帯の光を利用して、光通信を行うことが望まれた。一方、１．３μｍ付近に零分散波長を有するシングルモード光ファイバは、これまでに多数敷設されており、既存のシングルモード光ファイバ伝送路網を利用して１．５５μｍ波長帯の光通信を行いたいとのニーズがある。そこで、１．５５μｍ波長帯において正の分散を有するシングルモード光ファイバに、１．５５μｍ波長帯において負の分散を有する分散補償ファイバを接続することによって、光伝送路全体の波長分散を補償することができる。例えば特開平８−１３６７５８号及び特開平８−３１３７５０号には、２重クラッド構造を備えた分散補償ファイバについて記載されている。また、特開平６−１１６２０号には、３重クラッド構造を備えた分散補償ファイバが記載されている。
【０００４】
発明の開示
発明者は、上述の従来技術を検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、シングルモード光ファイバと該シングルモード光ファイバの波長分散を補償する分散補償ファイバとで構成された光伝送路では、使用波長帯域全体に亘って波長分散の発生を抑えることはできず、少なくとも零分散波長周辺からはずれた波長帯では波長分散が発生する。したがって、従来の分散補償ファイバの諸特性が１．３μｍ付近に零分散波長を有するシングルモード光ファイバ（以下、１．３ＳＭＦという）の波長分散を補償するのに十分最適化されていなければ、波長の異なる信号光を多重化し、伝送容量のさらなる大容量化を可能にした波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式による光通信などにおいて、種々の伝送特性に関して波長ごとのバラツキが引き起こされる。
【０００５】
なお、分散スロープとは、波長分散を示すグラフにおけるそのグラフの傾きで与えられ、ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍの単位で表される。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、１．３ＳＭＦの波長分散を補償するとともに、該１．３ＳＭＦを含む光伝送システムに適用されることにより、より広い波長帯域で該光伝送システムにおける全分散スロープを改善し、かつ、効率的な分散補償や小型化が可能な構造を備えた分散補償ファイバを提供することを目的としている。
【０００７】
この発明に係る分散補償ファイバは、１．３ＳＭＦの波長分散を補償する光ファイバであって、所定の基準軸に沿って伸びたコア領域と該コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備えている。上記コア領域は、外径２ａのコアにより構成されている。また、上記クラッド領域は、該コアの外周に設けられた外径２ｂの第1クラッドと、該第１クラッドの外周に設けられた外径２ｃの第２クラッドと、該第２クラッドの外周に設けられた第３クラッドとで構成されている。
【０００８】
なお、当該分散補償ファイバにおいて、上記コアの屈折率ｎ₁、上記第１クラッドの屈折率ｎ₂、上記第２クラッドの屈折率ｎ₃、及び上記第３クラッドの屈折率ｎ₄は、条件ｎ₁＞ｎ₃＞ｎ₄＞ｎ₂を満たしている。また、当該分散補償ファイバにおいて、上記第３クラッドに対するコアの比屈折率差Δ₁、上記第３クラッドに対する第１クラッドの比屈折率差Δ₂は、少なくとも条件１％≦Δ₁≦３％、及びΔ₂≦−０．３％を満たしている。さらに、当該分散補償ファイバにおいて、コアの外径２ａと第２クラッドの外径２ｃは、条件２ａ／２ｃ≦０．３を満たしている。
【０００９】
この発明に係る分散補償ファイバは、１．３ＳＭＦとで光伝送システムを構成するとき、使用波長帯域内の信号波長のうち最小波長λ_S及び最大波長λ_Lの各光に対して、該光伝送システムにおける全分散スロープが−０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下になるのに十分な長さを有することを特徴としている。
００１０】
具体的に、当該分散補償ファイバの長さＬ_DCFは、使用波長帯域内の信号波長のうち波長λｍの光に対して、以下の条件を満たすように設定される：
｜Ｄ_SMF（λｍ）・Ｌ_SMF＋Ｄ_DCF（λｍ）・Ｌ_DCF｜≦２００ｐｓ／ｎｍ
ここで、
Ｄ_SMF（λｍ）：波長λｍにおける１．３ＳＭＦの分散
Ｌ_SMF ：１．３ＳＭＦの長さ
Ｄ_DCF（λｍ）：波長λｍにおける当該分散補償ファイバの分散
Ｌ_DCF ：分散補償ファイバの長さ。
【００１１】
さらに好ましくは、当該分散補償ファイバの長さＬ_DCFは、使用波長帯域内の全ての信号波長λ_allの光に対して、以下の条件を満たすように設定される：

ここで、

【００１２】
このように、単一のコアを有するコア領域と、該コア領域の外周に設けられた３つのクラッドを有するクラッド領域（３重クラッド構造）を備えた当該分散補償ファイバによれば、その各部の屈折率及び外径を上記のような条件を満たすよう設定することにより、当該分散補償ファイバが適用された光伝送システムにおける全分散スロープの改善が可能となる。また、例えば当該分散補償ファイバでコイル状に巻いてモジュールを構成したとき、分散補償の効率化や装置の小型化が実現可能な、絶対値が十分大きい分散値の選択が可能となる。
【００１３】
特に、全分散スロープの改善を実現する２重クラッド構造を有する分散補償光ファイバが適用されたモジュールの小型化では、該光ファイバを短尺化することと、コイル状に巻くことにより生じる曲げ損失を小さくすることを両立させることができない。このような問題は、上記のような３重クラッド構造を有する光ファイバについて、その諸特性を最適化することができる。
【００１４】
例えば、３重クラッド構造の分散補償ファイバにおいては、負の値を有する分散の絶対値が大きいほど、分散補償に必要な分散補償ファイバの長さを短くすることができ、分散補償の効率化が図れる。特に、第３クラッドに対するコアの比屈折率差Δ₁が１％以上かつ３％以下の範囲に設定されることにより、高効率の分散補償を行うことができる。
【００１５】
分散の絶対値は、Δ₁の値を大きくすることによって増大するが、このΔ₁の値を大きくするためには例えばコアへ添加されるＧｅＯ₂の添加量を増やす必要がある。一方、ＧｅＯ₂の添加量増加は伝送損失の増加を引き起こす。したがって、Δ₁に関する条件の範囲内において、低伝送損失が要求される場合にはΔ₁の値を小さくし（例えば１％≦Δ₁≦２％)、高分散による高分散補償効率が要求される場合にはΔ₁の値を大きくする（例えば２％≦Δ₁≦３％）ように、用途・設備等の諸条件からΔ₁の範囲を適宜選択するのが好ましい。
【００１６】
なお、この発明に係る分散補償ファイバにおいて、上記第３クラッドに対する第２クラッドの比屈折率差Δ₃は、条件０％＜Δ₃≦０．１％を満たすのが好ましい。また、上記コアの外径２ａに対する第1クラッドの外径２ｂの比は、条件２．５≦２ｂ／２ａ≦３．５を満たすのが好ましい。加えて、この発明に係る分散補償ファイバは、波長１．５５μｍの光に対して、０．１ｄＢ／ｍ以下である直径６０ｍｍでの曲げ損失と、０．５ｐｓ・ｋｍ^-1/2以下の偏波モード分散と、１ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を有する。
【００１７】
実用上、このような分散補償ファイバは、コイル状に巻かれた小型のモジュールとして用いられることがある。この場合、特に、曲げ損失を小さくすることによって、装置の小型化と、それによる伝送損失の増加が抑制できる。
【００１８】
以上のように、１．３ＳＭＦと、該１．３ＳＭＦの分散を補償するのに十分な長さを有するこの発明に係る分散補償ファイバとで光伝送システムを構成することにより、該光伝送システムは、使用波長帯域内の信号波長のうち最小波長λ_Sと最大波長λ_Lの各光に対して、−０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下、好ましくは−０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の全分散スロープを有することとなる。
【００１９】
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係る分散補償ファイバの各実施例を、図１Ａ、１Ｂ、２〜３、４Ａ、４Ｂ、及び５〜７を用いて説明する。なお、図面中の同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２０】
図１Ａは、この発明に係る分散補償ファイバの断面構造を示す図であり、当該分散補償ファイバ１００は、外径２ａのコア１を有するコア領域と、該コア１の外周に設けられた外径２ｂの第１クラッド２、該第１クラッド２の外周に設けられた外径２ｃの第２クラッド３、及び該第２クラッド３の外周に設けられた第３クラッド４からなる３重クラッド構造のクラッド領域５とを備えている。図１Ｂは、図１Ａに示された分散補償ファイバ１００の径方向（図中の線Ｌで示された方向）の屈折率プロファイル５５０を示す図である。なお、図１Ｂに示された屈折率プロファイル５５０の横軸は、図１Ａ中の線Ｌに沿った、コア１の中心軸に対して垂直な断面上の各部位に相当している。したがって、図１Ｂ中の屈折率プロファイル５５０において、領域１０はコア１の線Ｌ上の各部位における屈折率、領域２０は第１クラッド２の線Ｌ上の各部位における屈折率、領域３０は第２クラッド領域３の線Ｌ上の各部位における屈折率、領域４０は第３クラッド４の線Ｌ上の各部位における屈折率をそれぞれ示している。
【００２１】
当該分散補償ファイバ１００は、ＳｉＯ₂（石英ガラス）を主成分とする光導波路であり、その特性は当該分散補償ファイバ１００を構成する各領域の外径及び屈折率等によって制御される。なお、図１Ｂに示された屈折率プロファイル５５０中のΔは、第３クラッド４の屈折率を基準とした各領域の比屈折率差を示し、以下のように定義される。
Δ₁＝（ｎ₁−ｎ₄）／ｎ₄
Δ₂＝（ｎ₂−ｎ₄）／ｎ₄
Δ₃＝（ｎ₃−ｎ₄）／ｎ₄
【００２２】
ここで、ｎ₁はコア1の屈折率、ｎ₂は第1クラッド２の屈折率、ｎ₃は第２クラッド３の屈折率、ｎ₄は第３クラッド４の屈折率である。また、この明細書では、比屈折率差Δは百分率で表示されており、各定義式における各領域の屈折率は順不同である。したがって、Δが負の値の場合、対応する領域の屈折率は第３クラッド４の屈折率よりも低いことを意味する。
【００２３】
この発明に係る分散補償ファイバは、上記各領域１〜４の各屈折率が、以下の条件（１）：
ｎ₁＞ｎ₃＞ｎ₄＞ｎ₂ …（１）
を満たすように構成されている。これにより、第３クラッド４に対する各領域の比屈折率差は、次の条件（１ａ）：
Δ₁＞Δ₃＞０％＞Δ₂ …（１ａ）
を満たしている（条件（１）及び（１ａ）は等価である）。すなわち、Δ₁及びΔ₃が正の値、Δ₂が負の値を有し、また、Δ₁の値が最も大きくなるように構成されている。
【００２４】
このような屈折率プロファイルを有する３重クラッド構造の光ファイバは、例えば次のように構成される。最も外側に位置する第３クラッド４を、ＳｉＯ₂によって形成する。それに対して、ＳｉＯ₂を主材料とするコア1及び第２クラッド３にはＧｅＯ₂がそれぞれ所定量添加され、その屈折率がＳｉＯ₂に比して高くなるように制御されている。一方、ＳｉＯ₂を主材料とする第１クラッド２にはＦ（フッ素）が所定量添加され、その屈折率がＳｉＯ₂に比して低くなるように制御されている。なお、このような不純物添加による屈折率制御の具体的方法及び構成に関しては、上記の構成はその一例であって、これに限られるものではない。例えば、第３クラッド４は純粋なＳｉＯ₂ではなくＦ等の屈折率調節剤が所定量添加されていてもよい。
【００２５】
それぞれの比屈折率差は、さらに次の条件（２）及び（３）：
１％≦Δ₁≦３％ …（２）
Δ₂≦−０．３％ …（３）
を満たしている。また、それぞれの外径は、次の条件（４）：
２ａ／２ｃ≦０．３ …（４）
を満たしている。以上のように各領域の屈折率及び外径を設定することにより、十分な分散スロープの改善が実現できる分散補償ファイバが得られる。また、さらに次の条件（５）及び（６）：
０％＜Δ₃≦０．１％ …（５）
２．５≦２ｂ／２ａ≦３．５ …（６）
を満たすことにより、より好適な分散補償ファイバが得られる。
【００２６】
なお、第３クラッド４に対するコア１の比屈折率差Δ₁に関する条件（２）の範囲１％≦Δ₁≦３％については、Δ₁の値を大きくすることによって、負の値を有する分散の絶対値を大きくすることができ、分散補償の効率化が図れる。一方、Δ₁の値を大きくするためには、例えばコア１に添加されるＧｅＯ₂の量を増やして、その屈折率ｎ₁を大きくする必要があるが、その場合、添加されるＧｅＯ₂に起因したレーリー散乱の増大等によって、伝送損失が大きくなってしまう。この発明に係る分散補償ファイバにおいては、Δ₁の上限値を３％に設定することによって、シングルモード光ファイバの波長分散を補償しつつ、かつ、その伝送損失を１ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができる。
【００２７】
また、偏波モード分散（ＰＭＤ）は、コア１の形状の真円からのずれを表す非円度の増大に伴って大きくなるが、その場合、コア１の屈折率が大きい、すなわちΔ₁の値が大きいほど、真円からのずれに起因する偏波モード分散も増大する。この発明に係る分散補償ファイバにおいては、Δ₁の上限を３％以下に抑えることにより、例えば非円度０．５％以下の場合に偏波モード分散を０．５ｐｓ・ｋｍ^-1/2以下に抑えることができる。
【００２８】
図２は、この発明に係る分散補償ファイバが適用された構成された光伝送システムの一構成例を示す図である。この光伝送システムにおいて、１．３ＳＭＦ２００の一端（入射端）は、シングルモード光ファイバなどの光ファイバ伝送路３００を介して送信器４００と光学的に接続されるとともに、その他端（出射端）は、この発明に係る分散補償ファイバ１００の一端（入射端）に光学的に接続されている。一方、分散補償ファイバ１００の他端（出射端）は、シングルモード光ファイバなどの光ファイバ伝送路３００を介して受信器５００と光学的に接続されている。
【００２９】
なお、当該分散補償ファイバ１００が適用された光伝送システムにおける全分散及び全分散スロープは、以下のように定義される。すなわち、図２に示されたように、分散Ｄ_SMF（波長１．５５μｍにおいて１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、分散スロープＳ_SMF（０．０６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ）を有する長さＬ_SMFの１．３ＳＭＦ２００と、分散Ｄ_DCF、分散スロープＳ_DCFを有する長さＬ_DCFの分散補償ファイバ１００で構成された光伝送システムにおける全分散は、
【００３０】
Ｄ_SMF・Ｌ_SMF＋Ｄ_DCF・Ｌ_DCF
で与えられる。また、当該光伝送システムにおける全分散スロープは、
（Ｓ_SMF・Ｌ_SMF＋Ｓ_DCF・Ｌ_DCF）／Ｌ_SMF
で与えられる。ここで、当該分散補償ファイバ１００の長さは、該分散補償ファイバ１００及び１．３ＳＭＦ２００からなる伝送路部分に比して非常に短いので、光伝送システムにおける全分散及び全分散スロープへの寄与は無視できる。
【００３１】
この発明に係る分散補償ファイバは、１．３ＳＭＦとともに適用された光伝送システムにおいて、波長１．５５μｍの光に対して十分に分散が補償される条件の下、すなわち全分散がゼロになる条件の下で、その全分散スロープの値を−０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下にするような諸特性を有する。
【００３２】
この全分散スロープの数値範囲の根拠については、以下の通りである。すなわち、信号帯域の帯域幅３０ｎｍ、伝送距離３００ｋｍでのＷＤＭ伝送の場合、全分散スロープが０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍであるとき、信号帯域の両端（信号帯域における最小波長と最大波長）では２１６ｐｓ／ｎｍの差を生じる。このような光伝送における伝送限界の許容分散幅は、例えば「Optical Fiber Communication (OFC'96) Technical digest Postdeadline paper PD19 (1996)」に記述されており、その記述によれば、シングルモード光ファイバ１５０ｋｍの光伝送において、帯域幅を３２．４ｎｍとしたとき、およそ２００ｐｓ／ｎｍが許容分散幅の限界である。これをふまえると、少なくとも１５０ｋｍ以上の光ファイバ伝送路において、広帯域かつ高速のＷＤＭ伝送を行うためには、該光伝送路の全分散スロープが−０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下である必要がある。
【００３３】
さらに、全分散スロープの値を−０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下にする分散補償ファイバを適用することにより、より高速な光伝送が可能な光伝送システムを実現することができる。すなわち、２０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃもしくは３０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃでの高速な光伝送では、全分散スロープの値をさらに小さくする必要がある。「Optical Fiber Communication (OFC'96) Technical digest Postdeadline paper PD19 (1996)」の記述によれば、全分散スロープを−０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下とすることによって、およそ５００〜６００ｋｍまでの光伝送が可能となる。
【００３４】
なお、以上のような光伝送システムを構成するため、当該分散補償ファイバの長さＬ_DCFは、使用波長帯域内の信号波長のうち波長λｍの光に対して、以下の条件を満たすように設定される：
｜Ｄ_SMF（λｍ）・Ｌ_SMF＋Ｄ_DCF（λｍ）・Ｌ_DCF｜≦２００ｐｓ／ｎｍ
ここで、
Ｄ_SMF（λｍ）：波長λｍにおける１．３ＳＭＦの分散
Ｌ_SMF ：１．３ＳＭＦの長さ
Ｄ_DCF（λｍ）：波長λｍにおける当該分散補償ファイバの分散
Ｌ_DCF ：分散補償ファイバの長さ。
【００３５】
さらに好ましくは、当該分散補償ファイバの長さＬ_DCFは、使用波長帯域内の全ての信号波長λ_allの光に対して、以下の条件を満たすように設定される：

ここで、

【００３６】
次に、上述の全分散スロープの値とともに、当該分散補償ファイバを評価する指標として採用された分散補償率について説明する。この明細書において、分散補償率とは、波長１．５５μｍにおけるシングルモード光ファイバの分散スロープに対する分散補償ファイバの分散スロープの割合を、波長１．５５μｍにおけるシングルモード光ファイバの分散に対する分散補償ファイバの分散の割合で割ったものとして定義され、シングルモード光ファイバ及び分散補償ファイバにより光伝送システムが構成されたときの、該光伝送システムにおける全分散及び全分散スロープの相関を表す。すなわち、シングルモード光ファイバの分散をＤ_SMF、その分散スロープをＳ_SMFとし、分散補償ファイバの分散をＤ_DCF、その分散スロープをＳ_DCFとするとき、分散補償率ＤＳＣＲは
ＤＳＣＲ＝（Ｓ_DCF／Ｄ_DCF）／（Ｓ_SMF／Ｄ_SMF）
で与えられる。
【００３７】
例えば、分散補償率が１００％の光伝送システムでは、全分散がゼロになるようにシングルモード光ファイバ及び分散補償ファイバの長さ比が設定され、同時に全分散スロープの値が０ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍとなり、全分散及び全分散スロープが同時かつ完全に補償される。また、分散補償率が１００％以下であって例えば５０％の光伝送システムでは、全分散がゼロになるようにシングルモード光ファイバ及び分散補償ファイバの長さ比が設定されても、全分散スロープは５０％しか補償されない。この場合、シングルモード光ファイバの分散スロープが０．０６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍであれば、補償後の全分散スロープは０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍとなる。逆に、分散補償率が１００％以上であって例えば１５０％の光伝送システムでは、全分散がゼロになるようにシングルモード光ファイバ及び分散補償ファイバの長さ比が設定されても、全分散スロープは５０％の補償超過となる。この場合、シングルモード光ファイバの分散スロープが０．０６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍであれば、補償後の全分散スロープは−０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍとなる。
【００３８】
この発明に係る分散補償ファイバが適用された光伝送システムに関し、−０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下となる全分散スロープについての条件は、例えば分散スロープが０．０６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍのシングルモード光ファイバに当該分散補償ファイバが接続された場合、分散補償率が約６０％以上１４０％以下であることに相当する。同様に、全分散スロープが−０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以上かつ０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であるという条件は、光伝送システムにおける分散補償率が約８０％以上１２０％以下であることに相当する。
【００３９】
なお、このような光伝送システムの構成は上記の構成には限られない。例えば図２では、分散補償ファイバ１００は、シングルモード光ファイバ２００の下流側に配置されているが、シングルモード光ファイバ２００の上流側に配置されてもよい。また、図２に示された光伝送システムの光伝送路は、双方向通信可能な光伝送路網であってもよい。光ファイバ伝送路３００については、シングルモード光ファイバに限らず、必要に応じて他の形態の光ファイバを用いてもよい。必要があれば、光伝送路上に中継器等を設置することも可能である。
【００４０】
以下、この発明に係る分散補償ファイバの具体的な実施例、及びその特性について説明する。なお、以下に示す各実施例における分散及び分散スロープ等の諸特性については、すべて有限要素法を用いた計算結果による。
【００４１】
（第１実施例）
第１の実施例に係る分散補償ファイバの断面構造及びその屈折率プロファイルは、図１Ａに示された断面構造及び図１Ｂに示された屈折率プロファイルとそれぞれ同様であり、該第１実施例に係る分散補償ファイバにおいて、第３クラッド４に対するコア１の比屈折率差Δ₁は１．８０３％、第３クラッド４に対する第１クラッド２の比屈折率差Δ₂は−０．３３４％、第３クラッド４に対する第２クラッド３の比屈折率差Δ₃は０．０８４％、第２クラッド３の外径２ｃに対するコア１の外径２ａの比２ａ／２ｃは０．１、第２クラッド３の外径２ｃに対する第１クラッド２の外径２ｂの比２ｂ／２ｃは０．３に設定されている。これらの数値は、上述の各条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）及び（６）を満たしている。
【００４２】
また、この第１実施例に係る分散補償ファイバと比較するため、２重クラッド構造を有する分散補償ファイバに関しても計算を行った。図３は、この比較例である２重クラッド構造の分散補償ファイバの屈折率プロファイル５６０を示しており、比較例の分散補償ファイバは、図１Ａに示された３重クラッド構造において第２クラッド３（領域３０に相当）が除かれた構造（すなわち、２ｄ＝２ｂ）に相当する。したがって、図３の屈折率プロファイル５６０において、領域５６１は、図１Ａ中に示されたコア１の線Ｌ上の各部位に相当するコア部の屈折率、領域５６２は、図１Ａに示された第１クラッド２の線Ｌ上の各部位に相当する第１クラッド部の屈折率、領域５６３は、図１Ａに示された第３クラッド４の線Ｌ上の各部位に相当する第２クラッド部の屈折率を示している。したがって、この比較例である分散補償ファイバは、屈折率ｎ₁、外径２ａを有するコア部と、該コア部の外周に設けられ、屈折率ｎ₂（＜ｎ₁）、外径２ｄを有する第１クラッド部と、該第１クラッド部の外周に設けられた屈折率ｎ₃（＞ｎ₂、＜ｎ₁）の第２クラッド部とを備えており、上記第２クラッド部に対するコア部の比屈折率差Δ₁は１．８０３％、上記第２クラッド部に対する第１クラッド部の比屈折率差Δ₂は−０．３３４％、また、第１クラッド部の外径２ｄに対するコア部の外径２ａの比２ａ／２ｄは０．３５である。
【００４３】
図４Ａは、３重クラッド構造の分散補償ファイバについて分散補償率のコア外径への依存性を示すグラフであり、図４Ｂは、２重クラッド構造の分散補償ファイバについて分散補償率のコア外径への依存性を示すグラフである。これらのグラフにおいて、点線Ｐ０〜Ｐ４は波長１．５５μｍにおいて０．０６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍの分散スロープを有するシングルモード光ファイバへの接続を想定したときの、各分散補償率を示している。すなわち、点線Ｐ０は分散補償率１００％の場合を示し、分散が完全に補償された状態であって全分散スロープが０ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍである状態に対応している。また、点線Ｐ１及びＰ２はそれぞれ分散補償率が約６０％及び１４０％の場合を示し、全分散スロープが０．０２４及び−０．０２４ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍである状態に対応している。点線Ｐ３及びＰ４はそれぞれ分散補償率が約８０％及び１２０％の場合を示し、全分散スロープが０．０１２及び−０．０１２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍである状態に対応している。
【００４４】
図４Ｂに示された２重クラッド構造の分散補償ファイバ（比較例）では、分散補償率８０％〜１２０％におけるコア外径２ａの許容範囲幅は約０．１４μｍ、分散補償率６０％〜１４０％におけるコア外径２ａの許容範囲幅は約０．２２μｍである。一方、図４Ａに示されたこの発明に係る３重クラッド構造の分散補償ファイバでは、分散補償率８０％〜１２０％におけるコア外径２ａの許容範囲幅は約０．２４μｍ、分散補償率６０％〜１５０％におけるコア外径２ａの許容範囲幅は約０．４０μｍであり、２重クラッド構造の分散補償ファイバに比べて、分散補償率の許容範囲、すなわち全分散スロープの許容範囲とすることができるコア外径２ａの範囲幅が非常に広くなっていることが分かる。
【００４５】
なお、波長１．５５μｍでの分散＜−８０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、直径６０ｍｍでの曲げ損失＜１０^-3ｄＢ／ｍの条件下で、屈折率及び外径についてのパラメータを変えて行った計算例の表が図５に示されている。特に図５の表には、分散補償率８０％〜１２０％におけるコア外径の許容範囲とその幅が示されている。
【００４６】
このような分散補償ファイバでは、分散補償率及び全分散スロープに加えて、該分散補償ファイバをコイル状に巻いて構成されるモジュールを小型化するため、（ａ）負の値を有する分散の絶対値が大きいこと、及び（ｂ）曲げ損失が小さいこと、の２点が重要となる。図４Ａ及び４Ｂ中の黒点Ｄ１及びＤ２は、それぞれ分散が−８０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ及び−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである点を示し、いずれもその点から左側（コア外径が小さい側）の範囲が、分散がそれ以下であって絶対値が大きくなる範囲となる。一方、図４Ａ及び４Ｂ中の白点Ｂ１及びＢ２は、それぞれ直径６０ｍｍでの曲げ損失が１０^-3ｄＢ／ｍ及び１０^-6ｄＢ／ｍである点を示し、いずれもその点から右側（コア外径が大きい側）の範囲が、曲げ損失がそれ以下である範囲となる。なお、これら分散及び曲げ損失は、いずれも波長１．５５μｍの光に対する値である。
【００４７】
これらの条件に対して、図４Ａに示された３重クラッド構造の分散補償ファイバでは、Ｄ１及びＢ１において制限された場合、コア外径２ａの許容範囲幅は約０．２６μｍであり、さらにより厳しい条件であるＤ２及びＢ２において制限された場合、許容範囲幅は約０．０６μｍである。これに対して図４Ｂに示された２重クラッド構造の分散補償ファイバでは、もっとも緩い条件であるＤ１及びＢ１において制限された場合であっても、なお許容されるコア外径の範囲が存在しない。
【００４８】
このように、上述の屈折率及び外径についての各条件を満たすよう設計された３重クラッド構造の分散補償ファイバの優位性は明らかである。特に、分散及び分散スロープの補償に関する分散補償率及び全分散スロープについての条件、及び小型モジュール化に関する分散及び曲げ損失についての条件のいずれに対しても、この発明に係る分散補償ファイバではそのコア外径の許容範囲幅を非常に広くすることができる。このことは、特にファイバ製造時におけるコア外径の誤差の許容範囲が広いことを意味し、したがって、ファイバ製造工程を容易にし、かつその歩留まりを高めることが可能となる。
【００４９】
（第２実施例）
次に、この第２の実施例も第１実施例と同様に図１Ａ及び図１Ｂに示された構造及び屈折率プロファイルを有する。また、この第２実施例に係る分散補償ファイバでは、第３クラッド４に対するコア１の比屈折率差Δ₁が１．８％、第３クラッド４に対する第１クラッド２の比屈折率差Δ₂が−０．３５％、第３クラッド４に対する第２クラッド３の比屈折率差Δ₃が０．０８％に設定されている。また、コア１の外径２ａは２．９６μｍ、第１クラッド２の外径２ｂは７．４μｍ、第２クラッド３の外径２ｃは２９．６μｍに設定されている。このとき、第２クラッド３の外径２ｃに対するコア１の外径２ａの比２ａ／２ｃは０．１であり、第２クラッド３の外径２ｃに対する第１クラッド２の外径２ｂの比２ｂ／２ｃは０．２５である。これらの値は、上述された条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）及び（６）を満たしている。
【００５０】
これらの条件において求められた、波長１．５５μｍに対する分散補償ファイバの諸特性は、
分散： −１２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
分散スロープ： −０．４２５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ
モードフィールド径（ＭＦＤ）：４．９８μｍ
実効断面積（Ａ_eff) ：１９．７μｍ²
直径４０ｍｍでの曲げ損失：２．４×１０^-3ｄＢ／ｍ
直径６０ｍｍでの曲げ損失：５．９×１０^-6ｄＢ／ｍ
であった。また、実効カットオフ波長は１．４５μｍであった。上記の諸特性において、分散の絶対値は十分大きく、また、分散及び分散スロープの値に関しては、例えば分散が１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍのシングルモード光ファイバに対して、分散補償率がほぼ１００％となる。また、曲げ損失の値も十分に小さく抑えられている。
【００５１】
一方、分散補償ファイバは、コアにおけるＧｅの添加量が多く、実効断面積が小さいことから、非線形性が高く、しばしば伝送特性に悪影響を及ぼす。このため、非線形性を抑制するために実効断面積大きくすることが望まれていた。したがって、このような分散補償ファイバでは、大きい実効断面積と、小さい曲げ損失を両立させる必要がある。図６には、Ｃ２００（実線）で示された２重クラッド構造の分散補償ファイバ及びＣ１００（点線）で示された３重クラッド構造の分散補償ファイバそれぞれについて、最外層クラッド（３重クラッド構造の場合は第３クラッド、２重クラッド構造の場合は第２クラッド）に対するコア1の比屈折率差Δ₁と実効断面積Ａ_effとの関係（実効断面積Ａ_effの、比屈折率差Δ₁への依存性）が示されている。また、図７には、Ｃ２００（実線）で示された２重クラッド構造の分散補償ファイバ及びＣ１００（点線）で示された３重クラッド構造の分散補償ファイバそれぞれについて、最外層クラッド（３重クラッド構造の場合は第３クラッド、２重クラッド構造の場合は第２クラッド）に対するコア1の比屈折率差Δ₁と直径４０ｍｍでの曲げ損失との関係（直径４０ｍｍでの曲げ損失の、コア１の比屈折率差Δ₁への依存性）が示されている。
【００５２】
曲げ損失については、Δ₁の値を大きくした方がより曲げ損失を小さくすることができるが、このとき実効断面積Ａ_effは小さくなってしまい、また、Δ₁の値を大きくするために、例えばＧｅＯ₂の添加量を増やす必要があるので、これによるレーリー散乱が増大し結果的に伝送損失が増加してしまう。そのため、従来は実効断面積及び曲げ損失に関する好適な条件の両立が困難であった。これに対して、図６及び図７からも明らかなように、この発明に係る分散補償ファイバ（3重クラッド構造）によれば、2重クラッドによる分散補償ファイバと比較して、実効断面積Ａ_effが大きく、かつ曲げ損失が小さくなり、これらの条件を両立させることが可能になる。
【００５３】
産業上の利用可能性
以上のようにこの発明に係る分散補償ファイバによれば、１．３ＳＭＦに対する分散を補償すべく、３重クラッド構造が適用され、その各部の屈折率及び外径に関するパラメータが最適化されているので、該１．３ＳＭＦの分散補償を行うのと同時に光伝送システム全体の分散スロープをも十分に補償することができる。
【００５４】
また、コアの比屈折率差Δ₁等のパラメータを分散の絶対値が十分に大きくなるように設定されているので、分散補償に必要な分散補償ファイバの長さを短くし、かつ、曲げ損失を十分小さくすることが可能となり、これにより、当該分散補償ファイバをコイル状に巻いてモジュールを構成するときに、該モジュールの小型化を可能にするとともに、効率的な分散及び分散スロープの補償が実現できる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、この発明に係る分散補償ファイバの断面構造を示す図であり、図１Ｂは、図１Ａに示された分散補償ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
図２は、この発明に係る分散補償ファイバが適用された光伝送システムの一例を示す図である。
図３は、比較例として２重クラッド構造を屈折率プロファイルを示す図である。
図４Ａは、この発明に係る分散補償ファイバ（３重クラッド構造）の第１実施例における分散補償率のコア外径への依存性を示すグラフであり、図４Ｂは、比較例である分散補償ファイバ（２重クラッド構造）における分散補償率のコア外径への依存性を示すグラフである。
図５は、この発明に係る分散補償ファイバのコア外径の許容範囲を示す表である。
図６は、この発明に係る分散補償ファイバ（３重クラッド構造）と比較例（２重クラッド構造）について、実効断面積とΔ₁との関係を示すグラフである。
図７は、この発明に係る分散補償ファイバ（３重クラッド構造）と比較例（２重クラッド構造）について、直径４０ｍｍでの曲げ損失とΔ₁との関係を示すグラフである。

Claims

１．３μｍ付近の零分散波長と使用波長帯に含まれる波長λｍにおいて分散Ｄ_ＳＭＦ（λｍ）を有する、長さＬ_ＳＭＦのシングルモード光ファイバの分散を補償するための分散補償ファイバであって、
所定の基準軸に沿って伸び、外径２ａのコアを有するコア領域と、
前記コア領域の外周に設けられた領域であって、前記コアの外周に設けられた外径２ｂの第１クラッドと、該第１クラッドの外周に設けられた外径２ｃの第２クラッドと、該第２クラッドの外周に設けられた第３クラッドとを有するクラッド領域を備え、
前記コアの屈折率ｎ_１、前記第１クラッドの屈折率ｎ_２、前記第２クラッドの屈折率ｎ_３、及び前記第３クラッドの屈折率ｎ_４は、
ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_４＞ｎ_２であり、
前記第３クラッドに対する前記コア、前記第１クラッド及び前記第２クラッド領域の各比屈折率差Δ_１、Δ_２及びΔ _３は、
１％≦Δ_１≦３％
−０．３５％≦Δ_２≦−０．３％
０％＜Δ _３ ≦０．１％であり、
前記第２クラッドの外径に対する前記コアの外径の比は、以下の条件を満たし、
０．１≦２ａ／２ｃ≦０．３
前記コアの外径２ａ及び前記第１クラッドの外径２ｂは、以下の条件を満たし、
２．５≦２ｂ／２ａ≦３．５
波長１．５５μｍの光に対して、直径６０ｍｍの曲げ損失が１０^−３ｄＢ／ｍ以下であり、
前記波長λｍにおいて分散Ｄ_ＤＣＦ（λｍ）を有するとともに前記シングルモード光ファイバとの間で以下の条件を満たす長さＬ_ＤＣＦを有し、
｜Ｄ_ＳＭＦ（λｍ）・Ｌ_ＳＭＦ＋Ｄ_ＤＣＦ（λｍ）・Ｌ_ＤＣＦ｜≦２００ｐｓ／ｎｍ
前記シングルモード光ファイバと、該シングルモード光ファイバの分散を補償するのに十分な長さを有する当該分散補償ファイバとが光学的に接続されることにより光伝送システムが構成されるとき、当該分散補償ファイバは、前記使用波長帯域内の信号波長のうち最小波長の光及び最大波長の光に対して、該光伝送システムにおける全分散スロープの絶対値を０．０１２ｐｓ／ｎｍ^２/ｋｍ以下にすることを特徴とする分散補償ファイバ。
当該分散補償ファイバの長さＬ_ＤＣＦは、使用波長帯域内の全ての信号波長λ_ａｌｌの光に対して、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の分散補償ファイバ：
｜Ｄ_ＳＭＦ（λ_ａｌｌ）・Ｌ_ＳＭＦ＋Ｄ_ＤＣＦ（λ_ａｌｌ）・Ｌ_ＤＣＦ｜
≦２００ｐｓ／ｎｍ
ここで、
Ｄ_ＳＭＦ（λ_ａｌｌ）：全ての使用波長λ_ａｌｌにおけるシングルモード光フ
ァイバの分散
Ｌ_ＳＭＦ：シングルモード光ファイバの長さ
Ｄ_ＤＣＦ（λ_ａｌｌ）：全ての使用波長λ_ａｌｌにおける当該分散補償ファイバの
分散
Ｌ_ＤＣＦ：当該分散補償ファイバの長さ。
波長１．５５μｍの光に対して、０．５ｐｓ・ｋｍ^−１／２以下の偏波モード分散、１ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を有することを特徴とする請求項1記載の分散補償ファイバ。
１．３μｍ付近の零分散波長を有する所定長のシングルモード光ファイバと、
請求項１記載の分散補償ファイバとを備えた光伝送システムであって、
使用波長帯域内の信号波長のうち最小波長の光及び最大波長の光に対して、その絶対値が０．０１２ｐｓ／ｎｍ^２/ｋｍ以下である全分散スロープを有することを特徴とする光伝送システム。