JP3970427B2 - 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】
この発明は、波長１．５５μｍ帯での波長分散がほぼ零である分散シフト光ファイバ（以下、ＤＳＦと略記する。）に関し、そのカットオフ波長を、従来よりも短くしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＳＦは、石英系光ファイバの損失が最小である波長１．５５μｍ帯での波長分散値がほぼ零の光ファイバである。本出願人は、長距離、大容量伝送システム向けの各種ＤＳＦを、特願平７−２３１９１号、特願平８−２１５７０７号、特願平９−１０３６９２号、特願平９−２８０９１５号において提案している。
【０００３】
図５〜図７は、本出願人が提案したＤＳＦの屈折率分布形状（屈折率プロファイル）の例を示したものである。
図５に示したデュアルシェイプコア型プロファイルは、中心コア部１１と、この中心コア部１１の外周上に設けられた、この中心コア部１１よりも低屈折率の階段コア部１２と、この階段コア部１２の外周上に設けられたクラッド１３とから構成されている。
【０００４】
図６に示したリング付きプロファイルは、高屈折率の中心コア部１１Ａと、この中心コア部１１Ａから離れて設けられた、前記中心コア部１１Ａよりも低屈折率のリングコア部１３Ａと、このリングコア部１３Ａの外周上に設けれ、かつこのリングコア部１３Ａよりも低屈折率のクラッド１５Ａと、前記中心コア部１１Ａと前記リングコア部１３Ａとの間に設けられ、かつ前記リングコア部１３Ａよりも低屈折率の中間層１２Ａとから構成されている。
【０００５】
図７に示したリング付きデスプレットクラッドプロファイルは、高屈折率の中心コア部１１Ｂの外周上に、順次第１リング部１２Ｂ、第２リング部１３Ｂ、第３リング部１４Ｂ、クラッド１５Ｂが設けられてなり、前記第２リング部１３Ｂは前記中心コア部１１Ｂよりも低屈折率で、かつ前記第１のリング部１２Ａよりも高屈折率で、前記第３のリング部１４Ｂは、前記クラッド１５Ｂよりも低屈折率である。
【０００６】
また、上述のような屈折率プロファイルを有するＤＳＦのそれぞれにおいて、中心コア部の径（以下コア径と記す）を変化させると、１．５５μｍ帯における波長分散値が零となるコア径が二つ以上存在する。これらの値のうち相対的に小さいものを細径解、つぎに小さいものを大径解とよび、上述の提案においては、細径解あるいは大径解を選択することによって特性を調節することができることが示されている。
本出願人が提案した上述のＤＳＦは、特に有効コア断面積（Ａｅｆｆ）の拡大によって非線形効果を低減して伝送特性を向上させたり、曲げ損失を低減することを優先して、各種構造パラメータが調整されたものである。
また、特願平９−２８０９１５号に記載のものは、さらに分散スロープを低減することを目的としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の条件を優先し、より好ましい特性値が得られるように調整すると、カットオフ波長が長くなるという問題があった。この傾向はコア径として細径解、大径解のいずれを選択した場合にも認められるものであった。
使用波長帯よりもカットオフ波長が長くなると、シングルモード伝送を保証することができなくなり、不都合である。このため、有効コア断面積の拡大と曲げ損失の低減は、カットオフ波長が長くなり過ぎない範囲に制限され、設計上の制約となっていた。
【０００８】
図８は、図７に示したリング付きデスプレットクラッドプロファイルを有するＤＳＦの、ＲＮＦＰ法で実測した屈折率プロファイルの一例と、光学特性の一例を示したものである。
図８に示された構成例においては、カットオフ波長を考慮せずに、Ａｅｆｆが大きく、かつ曲げ損失と分散スロープが小さくなるように構造パラメータを調整したところ、ＪＩＳまたはＣＩＴＴの２ｍ法で測定したカットオフ波長は１６２５ｎｍとなっている。
カットオフ波長は条長依存性が知られており、数ｋｍ以上の長尺で使用されるシステムでは、この実際の使用状態において測定して得られるカットオフ波長は、前記２ｍ法で得られるカットオフ波長よりも短くなる。したがって実質的には、前記２ｍ法で得られるカットオフ波長が１５２０ｎｍよりも長くても、１７００ｎｍ以下程度であれば、１．５５μｍ帯でシングルモード伝送型として使用可能である。
しかしながら、上述のようにカットオフ波長が短い程シングルモード伝送を保証することができる設計範囲が広がるので、前記２ｍ法におけるカットオフ波長が１５５０ｎｍ以下であることが望ましい。
【０００９】
よって本発明における課題は、有効コア断面積の拡大と、曲げ損失の低減とを図ることができるとともに、カットオフ波長を従来よりも短くすることができるＤＳＦを得ることにある。
さらには分散スロープを小さくすることができるとともに、カットオフ波長を短くすることができるＤＳＦを得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、中心コア部と、この中心コア部の周囲に、前記中心コア部よりも低屈折率の中間部をはさんで配置された、前記中心コア部よりも低屈折率で、かつ前記中間部よりも高屈折率のリング部と、このリング部の周囲に設けられた、前記リング部よりも低屈折率のクラッドとを備え、前記リング部は、第１のリング部と、この第１のリング部の外周に接して設けられた、前記第１のリング部よりも低屈折率の第２のリング部とからなり、前記中心コア部の半径Ａが２〜４μｍ、前記中間部の半径から前記中心コア部の半径を差し引いた値Ｂが１〜５μｍ、前記第２のリング部と前記クラッドとの間に設けられた第２の中間部の半径から前記第２のリング部の半径を差し引いた値Ｃが０〜２０μｍであり、前記中心コア部の比屈折率差Δａが０．５〜１％、前記中間部の比屈折率差Δｂが−０．１〜０．１％、前記クラッドに対する前記第２の中間部の比屈折率差Δｃが−０．２〜０％であり、前記第１のリング部の半径から前記中間部の半径を差し引いた値をｗ１、前記第２のリング部の半径から前記第１のリング部の半径を差し引いた値をｗ２としたとき、ｗ１が１〜１２μｍで、かつｗ２／ｗ１が０．７３〜２．００であり、前記第１のリング部と前記クラッドとの比屈折率差をΔ１、前記第２のリング部と前記クラッドとの比屈折率差をΔ２としたとき、Δ１が０．２〜１．０％であり、かつΔ２／Δ１が０．１６〜０．７７であることを特徴とする分散シフト光ファイバを提案する。
この分散シフト光ファイバにおいては、第１のリング部と第２のリング部とからなる階段状のリング部を有するため、有効コア断面積、曲げ損失、分散スロープなどの特性値が好ましい値となるように構造パラメータを調整しても、カットオフ波長が従来よりも長波長側にシフトしにくく、短いカットオフ波長が得られる。このため、設計の自由度が広がるものである。
また、特にΔ２／Δ１がこの数値範囲を満足することによって、製造時などにΔ２の値が多少変動しても、実際に得られるＤＳＦの特性値と設計値との差が大きくなりにくく、製造安定性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のＤＳＦの屈折率プロファイルの第１の例を示したものである。
この屈折率プロファイルは、中心コア部１と、中間部２をはさんで配置されたリング部３と、このリング部３の周囲に設けられたクラッド６とから概略構成されている。前記リング部３は、第１のリング部３ａと、この第１のリング部３ａに接して階段状に設けられた第２のリング部３ｂとから構成されている。
これら中心コア部１、中間部２、第１のリング部３ａ、第２のリング部３ｂ、クラッド６は同心円状に配置されている。
【００１２】
前記中心コア部１は最も高屈折率であり、第１のリング部３ａは前記中心コア部１よりも低屈折率である。第２のリング部３ｂは、前記第１のリング部３ａよりも低屈折率である。クラッド６は、前記第２のリング部３ｂよりも低屈折率である。そして、前記中間部２は、前記第２のリング部３ｂよりも低屈折率であり、前記クラッド６と等しいか、あるいはこれよりも大きい屈折率を有するものである。
【００１３】
これらの構成部分の屈折率は、クラッド６の屈折率レベルを基準とする比屈折率差で表される。後述するように、クラッド６は純粋シリカまたはフッ素ドープシリカからなるので、クラッド６の屈折率レベルは純粋シリカレベルに限定されない。図中符号Δａは中心コア部１の比屈折率差、Δｂは中間部２の比屈折率差、Δ1は第１のリング部３ａの比屈折率差、Δ2は第２のリング部３ｂの比屈折率差である。
また、図中符号Ａは中心コア部１の半径、Ｂは中間部２の半径から中心コア部１の半径を差し引いた値（中間部２の幅）、ｗ1は第１のリング部３ａの半径から中間部２の半径を差し引いた値（第１のリング部３ａの幅）、ｗ2は第２のリング部３ｂの半径から第１のリング部３ａの半径を差し引いた値（第２のリング部３ｂの幅）を示している。クラッド６の外径は通常約１２５μｍとされる。
【００１４】
図２は、本発明のＤＳＦの屈折率プロファイルの第２の例を示したもので、図１に示した屈折率プロファイルにおいて、第２のリング部３ｂとクラッド６との間に、これらの両方に対して低屈折率の第２の中間部５を設けたものである。
図１に示したものと共通の構成については同符号を付し、説明を省略する。
図中符号Ｃは、第２の中間部５の半径から第２のリング部３ｂの半径を差し引いた値（第２の中間部５の幅）であり、Δｃはクラッド６に対する第２の中間部５の比屈折率差である。
【００１５】
図１、図２に示したように、本発明のＤＳＦの第１の条件は、中心コア部１と離れた位置に設けられたリング部３が、高屈折率の第１のリング部３ａと、低屈折率の第２のリング部３ｂとからなる階段状とされていることである。この階段状のリング部３の作用により、従来よりもカットオフ波長が短波長側にシフトするという効果が得られる。
【００１６】
さらに本発明のＤＳＦにおける第２の条件は、ｗ2／ｗ1とΔ2／Δ1の少なくとも一方が、以下の好ましい数値範囲を満足することである。
好ましい数値範囲とは、ｗ2／ｗ1は０．５〜６．０であり、またΔ2／Δ1は０．１〜０．８である。
これらの条件は両方満足することが望ましいが、一方を満足していれば、カットオフ波長を従来よりも短波長側にシフトさせる効果が向上する。
特にΔ2／Δ1がこの数値範囲を満足することによって、製造時などにΔ2の値が多少変動しても、実際に得られるＤＳＦの特性値と設計値との差が大きくなりにくく、製造安定性が向上する。
【００１７】
Δ1とΔ2とが等しい、あるいはｗ2が零の場合、従来のものとの差がなく、効果が低減することがある。ｗ2／ｗ1が０．５未満の場合も、従来との差が得られないことがある。
またｗ2／ｗ1が６．０をこえる場合、例えばｗ2が大きくなりすぎると、分散スロープが長くなり、また、例えばｗ1が小さくなりすぎると、曲げ損失が増大したり、実質的に製造が困難となることがある。
Δ2／Δ1が０．８をこえるの場合は、実効的に従来のものとの差が得られない。また、０．１未満の場合には、第２のリング部３ｂを設けた効果が低減し、所望の特性が得られないことがある。
【００１８】
図１に示した第１の例のＤＳＦと図２に示した第２の例のＤＳＦにおいて、例えばＡは２〜４μｍ、Ｂは１〜５μｍ、Ｃは０〜２０μｍ、Δａは０．５〜１．０％、Δｂは−０．１〜０．１％、Δｃは−０．２〜０％とされる。
また、例えばｗ1は１〜１２μｍ、Δ1は０．２〜１．０％とされる。ｗ2とΔ２の範囲は、これらの値と上述のｗ2／ｗ1、Δ2／Δ1の好ましい範囲から自ずと定まる。
【００１９】
図３（ａ）は、前記第２の例のＤＳＦを試作した際のＲＮＦＰ法による実測屈折率プロファイルと、ＪＩＳまたはＣＩＴＴの２ｍ法によるカットオフ波長、有効コア断面積（Ａｅｆｆ）、モードフィールド径（ＭＦＤ）、分散値、分散スロープ、曲げ損失の値を示したものである。
【００２０】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した屈折率プロファイルから、ｗ1、ｗ2、Δ1、Δ2の値を求める方法を示した説明図である。すなわち第１のリング部３ａのピークの最大屈折率の半値を与える位置での接線と、クラッド６の屈折率レベルとの交点を、それぞれｒ1，ｒ2とし、第２のリング部３ｂとクラッド６の屈折率レベルとの交点をｒ3とする。そして、ｒ1，ｒ2間の距離をｗ1、ｒ2，ｒ3間の距離をｗ2として求める。Δ1，Δ2は、図３（ｂ）中に記された式にそれぞれ代入して得られる値である。この例においては、図３（ｂ）中に示されているようにｗ2／ｗ1は０．７３、Δ2／Δ1は０．１６である。
図１に示した第１の例のＤＳＦにおいても同様にしてｗ1、ｗ2、Δ1、Δ2の値を求めることができる。
この他、Δａはピークの最大値を採用し、Δｂは中心コア部１と第１のリング部３ａとに挟まれた区間の最小屈折率を採用する。
【００２１】
第１ないし第２の例のＤＳＦは、通常のＶＡＤ法などによって製造でき、例えば中心コア部１、第１のリング部３ａ、および第２のリング部３ｂはゲルマニウムドープシリカまたは純粋シリカによって、中間部２、第２の中間部５およびクラッド６は純粋シリカまたはフッ素ドープシリカから作成される。
【００２２】
本発明においては、上述のような屈折率プロファイルを有し、好ましくはｗ2／ｗ1が０．５〜６．０であり、Δ2／Δ1が０．１〜０．８であるという条件を満たすことにより、望ましくは以下のような特性値をあわせ持ったＤＳＦを得ることができる。ここでは好ましいＤＳＦの特性例をふたつ示す。
＜第１の特性例＞
（１）波長１．５５μｍ帯において、波長分散がほぼ零であって零ではない。
（２）有効コア断面積が６５〜１２０μｍ2である。
（３）曲げ損失が０．１〜１００ｄＢ／ｍである。
（４）分散スロープが０．０７〜０．１４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2である。
（５）カットオフ波長が１．５５μｍ以下である。
＜第２の特性例＞
（１）波長１．５５μｍ帯において、波長分散がほぼ零であって零ではない。
（２）有効コア断面積が４５〜７０μｍ2である。
（３）曲げ損失が０．１〜１００ｄＢ／ｍである。
（４）分散スロープが０．０５〜０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2である。
（５）カットオフ波長が１．５５μｍ以下である。
【００２３】
本発明において使用波長１．５５μｍ帯とは、波長１５２０ｎｍから１５８０ｎｍの波長領域を指すものである。
また、波長分散がほぼ零とは、この使用波長帯において波長分散値が−５〜＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にあることをいうが、波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの値をとらないことが必要である。これは、波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであると、４光子混合などの非線形光学効果の影響が大きくなり不都合となるためである。
【００２４】
また、有効コア断面積Ａｅｆｆは、下記関係式で定義されるものである。
【００２５】
【数１】
【００２６】
曲げ損失は、波長１．５５μｍで曲げ径（２Ｒ）が２０ｍｍの条件の値をいうものとする。
カットオフ波長はＪＩＳまたはＣＩＴＴの２ｍ法によって測定された値をいうものとする。
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）を、縦軸に波長分散値（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）を取って、分散値をプロットした際の曲線の勾配である。
【００２７】
前記特性例は、通信システムに応じて選択される。
Ａｅｆｆが前記範囲未満では、非線形効果の低減が十分ではない。
また、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍをこえると、ＤＳＦの微かな湾曲によっても損失が大きくなり、不都合となる。
また分散スロープが前記範囲をこえると伝送特性の波長依存性が大きくなり、不都合である。
カットオフ波長が１．５５μｍをこえる場合は、本発明の目的を達成できず、設計条件が制限される。
【００２８】
図１に示した第１の例の屈折率プロファイルを有するＤＳＦをいくつか試作した。これらの試料はｗ2／ｗ1とΔ2／Δ1の、カットオフ波長に対する影響を調べるため、できるたけ有効コア断面積、モードフィールド径、分散値、分散スロープが一定になるように設計したものである。
図４には、これらのＤＳＦの共通のパラメータについて、横軸に半径（μｍ）、縦軸に屈折率の値をとって、具体的な数値を示した。このときｗ1は１．５μｍに固定し、ｗ2を変化させてｗ2／ｗ1を設定した。
表１にｗ2／ｗ1とΔ2／Δ1、Δ1、Δ2の値と、得られたＤＳＦのカットオフ波長、有効コア断面積（Ａｅｆｆ）、モードフィールド径（ＭＦＤ）、分散値、分散スロープ、曲げ損失をあわせて示した。
【００２９】
【表１】
【００３０】
試料番号１，２は、Δ2／Δ1が０．８をこえている。カットオフ波長がやや長いが、他の特性値は、好ましい範囲を満足している。
以下、試料番号１をベースプロファイルとし、試料番号２以降のものは、このベースプロファイルと比較することによって、その特性を評価する。
【００３１】
試料番号２のΔ2／Δ1は０．９０であり、試料番号１よりも小さくなっている。そして、カットオフ波長は試料番号１と比較すると短くなっている。したがってΔ2／Δ1が小さくなることによって、カットオフ波長が短波長側にシフトする傾向があることがわかる。
試料番号３，４はΔ2／Δ1とｗ2／ｗ1の好ましい数値範囲を満足しているものである。試料番号１と比較すると、カットオフ波長が十分に短く、かつ他の特性値は遜色がない。
試料番号５は、Δ2／Δ1が０．１未満で、、かつｗ2／ｗ1が６．０をこえるものである。試料番号１と比較すると、曲げ損失が大きくなっている。
試料番号６はｗ2／ｗ1が０．５未満であり、試料番号１と比較するとカットオフ波長が長くなっている。
【００３２】
表２は、表１に示した試料番号４，５のＤＳＦにおいて、Δ2を＋０．０１％変動させたときの各特性値を求め、表１に示した値に対する割合（変動率）をそれぞれ示したものである。
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２より、試料番号４は試料番号５と比較して各特性値の変動率が小さくなっている。このため、製造ロットによってΔ2などの構造パタメータが多少変動しても、試料番号４のものは、特性値の変動が少なく、製造安定性が得られるものである。
なお、表１に示した試料番号１〜６においては、カットオフ波長が１．５５μｍよりも長いものがあるが、これはΔ2／Δ1とｗ2／ｗ1の好ましい数値範囲を満足していないものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の分散シフト光ファイバは、中心コア部と、この中心コア部の周囲に、前記中心コア部よりも低屈折率の中間部をはさんで配置された、前記中心コア部よりも低屈折率で、かつ前記中間部よりも高屈折率のリング部と、このリング部の周囲に設けられた、前記リング部よりも低屈折率のクラッドとを備え、前記リング部は、第１のリング部と、この第１のリング部の外周に接して設けられた、前記第１のリング部よりも低屈折率の第２のリング部とからなるため、有効コア断面積、曲げ損失、分散スロープなどの特性値が好ましい値となるように構造パラメータを調整しても、カットオフ波長が従来よりも長波長側にシフトしにくく、短いカットオフ波長が得られる。このため設計の自由度が広がるものである。
さらにｗ2／ｗ1が０．５〜６．０、あるいはΔ2／Δ1が０．１〜０．８という条件をひとつ以上満足することにより、効果が向上する。
特にΔ2／Δ1がこの数値範囲を満足することによって、製造時などにΔ2の値が多少変動しても、実際に得られるＤＳＦの特性値と設計値との差が大きくなりにくく、製造安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＤＳＦの屈折率プロファイルの第１の例を示した図である。
【図２】 本発明のＤＳＦの屈折率プロファイルの第２の例を示した図である。
【図３】 図３（ａ）は、図２に示した第２の例のＤＳＦを試作した際のＲＮＦＰ法による実測屈折率プロファイルと各特性値を示した図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した屈折率プロファイルから、ｗ1、ｗ2、Δ1、Δ2の値を求める方法を説明した図である。
【図４】 図１に示した第１の例の屈折率プロファイルを有するＤＳＦを試作した際の共通のパラメータについて、横軸に半径（μｍ）、縦軸に屈折率の値をとって、具体的に示した図である。
【図５】 本出願人が提案したＤＳＦの屈折率プロファイルの一例としてデュアルシェイプコア型プロファイルを示した図である。
【図６】 本出願人が提案したＤＳＦの屈折率プロファイルの一例としてリング付きプロファイルを示した図である。
【図７】 本出願人が提案したＤＳＦの屈折率プロファイルの一例としてリング付きデスプレットクラッドプロファイルを示した図である。
【図８】 図７に示したリング付きデスプレットクラッドプロファイルを有するＤＳＦの、ＲＮＦＰ法で実測した屈折率プロファイルの一例と、光学特性の一例を示した図である。
【符号の説明】
１…中心コア部、２…中間部、３…リング部、３ａ…第１のリング部、３ｂ…第２のリング部、５…第２の中間部、６…クラッド。
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長１．５５μｍ帯での波長分散がほぼ零である分散シフト光ファイバ（以下、ＤＳＦと略記する。）に関し、そのカットオフ波長を、従来よりも短くしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＳＦは、石英系光ファイバの損失が最小である波長１．５５μｍ帯での波長分散値がほぼ零の光ファイバである。本出願人は、長距離、大容量伝送システム向けの各種ＤＳＦを、特願平７−２３１９１号、特願平８−２１５７０７号、特願平９−１０３６９２号、特願平９−２８０９１５号において提案している。
【０００３】
図５〜図７は、本出願人が提案したＤＳＦの屈折率分布形状（屈折率プロファイル）の例を示したものである。
図５に示したデュアルシェイプコア型プロファイルは、中心コア部１１と、この中心コア部１１の外周上に設けられた、この中心コア部１１よりも低屈折率の階段コア部１２と、この階段コア部１２の外周上に設けられたクラッド１３とから構成されている。
【０００４】
図６に示したリング付きプロファイルは、高屈折率の中心コア部１１Ａと、この中心コア部１１Ａから離れて設けられた、前記中心コア部１１Ａよりも低屈折率のリングコア部１３Ａと、このリングコア部１３Ａの外周上に設けれ、かつこのリングコア部１３Ａよりも低屈折率のクラッド１５Ａと、前記中心コア部１１Ａと前記リングコア部１３Ａとの間に設けられ、かつ前記リングコア部１３Ａよりも低屈折率の中間層１２Ａとから構成されている。
【０００５】
図７に示したリング付きデスプレットクラッドプロファイルは、高屈折率の中心コア部１１Ｂの外周上に、順次第１リング部１２Ｂ、第２リング部１３Ｂ、第３リング部１４Ｂ、クラッド１５Ｂが設けられてなり、前記第２リング部１３Ｂは前記中心コア部１１Ｂよりも低屈折率で、かつ前記第１のリング部１２Ａよりも高屈折率で、前記第３のリング部１４Ｂは、前記クラッド１５Ｂよりも低屈折率である。
【０００６】
また、上述のような屈折率プロファイルを有するＤＳＦのそれぞれにおいて、中心コア部の径（以下コア径と記す）を変化させると、１．５５μｍ帯における波長分散値が零となるコア径が二つ以上存在する。これらの値のうち相対的に小さいものを細径解、つぎに小さいものを大径解とよび、上述の提案においては、細径解あるいは大径解を選択することによって特性を調節することができることが示されている。
本出願人が提案した上述のＤＳＦは、特に有効コア断面積（Ａｅｆｆ）の拡大によって非線形効果を低減して伝送特性を向上させたり、曲げ損失を低減することを優先して、各種構造パラメータが調整されたものである。
また、特願平９−２８０９１５号に記載のものは、さらに分散スロープを低減することを目的としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の条件を優先し、より好ましい特性値が得られるように調整すると、カットオフ波長が長くなるという問題があった。この傾向はコア径として細径解、大径解のいずれを選択した場合にも認められるものであった。
使用波長帯よりもカットオフ波長が長くなると、シングルモード伝送を保証することができなくなり、不都合である。このため、有効コア断面積の拡大と曲げ損失の低減は、カットオフ波長が長くなり過ぎない範囲に制限され、設計上の制約となっていた。
【０００８】
図８は、図７に示したリング付きデスプレットクラッドプロファイルを有するＤＳＦの、ＲＮＦＰ法で実測した屈折率プロファイルの一例と、光学特性の一例を示したものである。
図８に示された構成例においては、カットオフ波長を考慮せずに、Ａｅｆｆが大きく、かつ曲げ損失と分散スロープが小さくなるように構造パラメータを調整したところ、ＪＩＳまたはＣＩＴＴの２ｍ法で測定したカットオフ波長は１６２５ｎｍとなっている。
カットオフ波長は条長依存性が知られており、数ｋｍ以上の長尺で使用されるシステムでは、この実際の使用状態において測定して得られるカットオフ波長は、前記２ｍ法で得られるカットオフ波長よりも短くなる。したがって実質的には、前記２ｍ法で得られるカットオフ波長が１５２０ｎｍよりも長くても、１７００ｎｍ以下程度であれば、１．５５μｍ帯でシングルモード伝送型として使用可能である。
しかしながら、上述のようにカットオフ波長が短い程シングルモード伝送を保証することができる設計範囲が広がるので、前記２ｍ法におけるカットオフ波長が１５５０ｎｍ以下であることが望ましい。
【０００９】
よって本発明における課題は、有効コア断面積の拡大と、曲げ損失の低減とを図ることができるとともに、カットオフ波長を従来よりも短くすることができるＤＳＦを得ることにある。
さらには分散スロープを小さくすることができるとともに、カットオフ波長を短くすることができるＤＳＦを得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、中心コア部と、この中心コア部の周囲に、前記中心コア部よりも低屈折率の中間部をはさんで配置された、前記中心コア部よりも低屈折率で、かつ前記中間部よりも高屈折率のリング部と、このリング部の周囲に設けられた、前記リング部よりも低屈折率のクラッドとを備え、前記リング部は、第１のリング部と、この第１のリング部の外周に接して設けられた、前記第１のリング部よりも低屈折率の第２のリング部とからなり、前記中心コア部の半径Ａが２〜４μｍ、前記中間部の半径から前記中心コア部の半径を差し引いた値Ｂが１〜５μｍ、前記第２のリング部と前記クラッドとの間に設けられた第２の中間部の半径から前記第２のリング部の半径を差し引いた値Ｃが０〜２０μｍであり、前記中心コア部の比屈折率差Δａが０．５〜１％、前記中間部の比屈折率差Δｂが−０．１〜０．１％、前記クラッドに対する前記第２の中間部の比屈折率差Δｃが−０．２〜０％であり、前記第１のリング部の半径から前記中間部の半径を差し引いた値をｗ１、前記第２のリング部の半径から前記第１のリング部の半径を差し引いた値をｗ２としたとき、ｗ１が１〜１２μｍで、かつｗ２／ｗ１が０．７３〜２．００であり、前記第１のリング部と前記クラッドとの比屈折率差をΔ１、前記第２のリング部と前記クラッドとの比屈折率差をΔ２としたとき、Δ１が０．２〜１．０％であり、かつΔ２／Δ１が０．１６〜０．７７であることを特徴とする分散シフト光ファイバを提案する。
この分散シフト光ファイバにおいては、第１のリング部と第２のリング部とからなる階段状のリング部を有するため、有効コア断面積、曲げ損失、分散スロープなどの特性値が好ましい値となるように構造パラメータを調整しても、カットオフ波長が従来よりも長波長側にシフトしにくく、短いカットオフ波長が得られる。このため、設計の自由度が広がるものである。
また、特にΔ２／Δ１がこの数値範囲を満足することによって、製造時などにΔ２の値が多少変動しても、実際に得られるＤＳＦの特性値と設計値との差が大きくなりにくく、製造安定性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のＤＳＦの屈折率プロファイルの第１の例を示したものである。
この屈折率プロファイルは、中心コア部１と、中間部２をはさんで配置されたリング部３と、このリング部３の周囲に設けられたクラッド６とから概略構成されている。前記リング部３は、第１のリング部３ａと、この第１のリング部３ａに接して階段状に設けられた第２のリング部３ｂとから構成されている。
これら中心コア部１、中間部２、第１のリング部３ａ、第２のリング部３ｂ、クラッド６は同心円状に配置されている。
【００１２】
前記中心コア部１は最も高屈折率であり、第１のリング部３ａは前記中心コア部１よりも低屈折率である。第２のリング部３ｂは、前記第１のリング部３ａよりも低屈折率である。クラッド６は、前記第２のリング部３ｂよりも低屈折率である。そして、前記中間部２は、前記第２のリング部３ｂよりも低屈折率であり、前記クラッド６と等しいか、あるいはこれよりも大きい屈折率を有するものである。
【００１３】
これらの構成部分の屈折率は、クラッド６の屈折率レベルを基準とする比屈折率差で表される。後述するように、クラッド６は純粋シリカまたはフッ素ドープシリカからなるので、クラッド６の屈折率レベルは純粋シリカレベルに限定されない。図中符号Δａは中心コア部１の比屈折率差、Δｂは中間部２の比屈折率差、Δ1は第１のリング部３ａの比屈折率差、Δ2は第２のリング部３ｂの比屈折率差である。
また、図中符号Ａは中心コア部１の半径、Ｂは中間部２の半径から中心コア部１の半径を差し引いた値（中間部２の幅）、ｗ1は第１のリング部３ａの半径から中間部２の半径を差し引いた値（第１のリング部３ａの幅）、ｗ2は第２のリング部３ｂの半径から第１のリング部３ａの半径を差し引いた値（第２のリング部３ｂの幅）を示している。クラッド６の外径は通常約１２５μｍとされる。
【００１４】
図２は、本発明のＤＳＦの屈折率プロファイルの第２の例を示したもので、図１に示した屈折率プロファイルにおいて、第２のリング部３ｂとクラッド６との間に、これらの両方に対して低屈折率の第２の中間部５を設けたものである。
図１に示したものと共通の構成については同符号を付し、説明を省略する。
図中符号Ｃは、第２の中間部５の半径から第２のリング部３ｂの半径を差し引いた値（第２の中間部５の幅）であり、Δｃはクラッド６に対する第２の中間部５の比屈折率差である。
【００１５】
図１、図２に示したように、本発明のＤＳＦの第１の条件は、中心コア部１と離れた位置に設けられたリング部３が、高屈折率の第１のリング部３ａと、低屈折率の第２のリング部３ｂとからなる階段状とされていることである。この階段状のリング部３の作用により、従来よりもカットオフ波長が短波長側にシフトするという効果が得られる。
【００１６】
さらに本発明のＤＳＦにおける第２の条件は、ｗ2／ｗ1とΔ2／Δ1の少なくとも一方が、以下の好ましい数値範囲を満足することである。
好ましい数値範囲とは、ｗ2／ｗ1は０．５〜６．０であり、またΔ2／Δ1は０．１〜０．８である。
これらの条件は両方満足することが望ましいが、一方を満足していれば、カットオフ波長を従来よりも短波長側にシフトさせる効果が向上する。
特にΔ2／Δ1がこの数値範囲を満足することによって、製造時などにΔ2の値が多少変動しても、実際に得られるＤＳＦの特性値と設計値との差が大きくなりにくく、製造安定性が向上する。
【００１７】
Δ1とΔ2とが等しい、あるいはｗ2が零の場合、従来のものとの差がなく、効果が低減することがある。ｗ2／ｗ1が０．５未満の場合も、従来との差が得られないことがある。
またｗ2／ｗ1が６．０をこえる場合、例えばｗ2が大きくなりすぎると、分散スロープが長くなり、また、例えばｗ1が小さくなりすぎると、曲げ損失が増大したり、実質的に製造が困難となることがある。
Δ2／Δ1が０．８をこえるの場合は、実効的に従来のものとの差が得られない。また、０．１未満の場合には、第２のリング部３ｂを設けた効果が低減し、所望の特性が得られないことがある。
【００１８】
図１に示した第１の例のＤＳＦと図２に示した第２の例のＤＳＦにおいて、例えばＡは２〜４μｍ、Ｂは１〜５μｍ、Ｃは０〜２０μｍ、Δａは０．５〜１．０％、Δｂは−０．１〜０．１％、Δｃは−０．２〜０％とされる。
また、例えばｗ1は１〜１２μｍ、Δ1は０．２〜１．０％とされる。ｗ2とΔ２の範囲は、これらの値と上述のｗ2／ｗ1、Δ2／Δ1の好ましい範囲から自ずと定まる。
【００１９】
図３（ａ）は、前記第２の例のＤＳＦを試作した際のＲＮＦＰ法による実測屈折率プロファイルと、ＪＩＳまたはＣＩＴＴの２ｍ法によるカットオフ波長、有効コア断面積（Ａｅｆｆ）、モードフィールド径（ＭＦＤ）、分散値、分散スロープ、曲げ損失の値を示したものである。
【００２０】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した屈折率プロファイルから、ｗ1、ｗ2、Δ1、Δ2の値を求める方法を示した説明図である。すなわち第１のリング部３ａのピークの最大屈折率の半値を与える位置での接線と、クラッド６の屈折率レベルとの交点を、それぞれｒ1，ｒ2とし、第２のリング部３ｂとクラッド６の屈折率レベルとの交点をｒ3とする。そして、ｒ1，ｒ2間の距離をｗ1、ｒ2，ｒ3間の距離をｗ2として求める。Δ1，Δ2は、図３（ｂ）中に記された式にそれぞれ代入して得られる値である。この例においては、図３（ｂ）中に示されているようにｗ2／ｗ1は０．７３、Δ2／Δ1は０．１６である。
図１に示した第１の例のＤＳＦにおいても同様にしてｗ1、ｗ2、Δ1、Δ2の値を求めることができる。
この他、Δａはピークの最大値を採用し、Δｂは中心コア部１と第１のリング部３ａとに挟まれた区間の最小屈折率を採用する。
【００２１】
第１ないし第２の例のＤＳＦは、通常のＶＡＤ法などによって製造でき、例えば中心コア部１、第１のリング部３ａ、および第２のリング部３ｂはゲルマニウムドープシリカまたは純粋シリカによって、中間部２、第２の中間部５およびクラッド６は純粋シリカまたはフッ素ドープシリカから作成される。
【００２２】
本発明においては、上述のような屈折率プロファイルを有し、好ましくはｗ2／ｗ1が０．５〜６．０であり、Δ2／Δ1が０．１〜０．８であるという条件を満たすことにより、望ましくは以下のような特性値をあわせ持ったＤＳＦを得ることができる。ここでは好ましいＤＳＦの特性例をふたつ示す。
＜第１の特性例＞
（１）波長１．５５μｍ帯において、波長分散がほぼ零であって零ではない。
（２）有効コア断面積が６５〜１２０μｍ2である。
（３）曲げ損失が０．１〜１００ｄＢ／ｍである。
（４）分散スロープが０．０７〜０．１４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2である。
（５）カットオフ波長が１．５５μｍ以下である。
＜第２の特性例＞
（１）波長１．５５μｍ帯において、波長分散がほぼ零であって零ではない。
（２）有効コア断面積が４５〜７０μｍ2である。
（３）曲げ損失が０．１〜１００ｄＢ／ｍである。
（４）分散スロープが０．０５〜０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2である。
（５）カットオフ波長が１．５５μｍ以下である。
【００２３】
本発明において使用波長１．５５μｍ帯とは、波長１５２０ｎｍから１５８０ｎｍの波長領域を指すものである。
また、波長分散がほぼ零とは、この使用波長帯において波長分散値が−５〜＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にあることをいうが、波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの値をとらないことが必要である。これは、波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであると、４光子混合などの非線形光学効果の影響が大きくなり不都合となるためである。
【００２４】
また、有効コア断面積Ａｅｆｆは、下記関係式で定義されるものである。
【００２５】
【数１】
曲げ損失は、波長１．５５μｍで曲げ径（２Ｒ）が２０ｍｍの条件の値をいうものとする。
カットオフ波長はＪＩＳまたはＣＩＴＴの２ｍ法によって測定された値をいうものとする。
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）を、縦軸に波長分散値（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）を取って、分散値をプロットした際の曲線の勾配である。
【００２７】
前記特性例は、通信システムに応じて選択される。
Ａｅｆｆが前記範囲未満では、非線形効果の低減が十分ではない。
また、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍをこえると、ＤＳＦの微かな湾曲によっても損失が大きくなり、不都合となる。
また分散スロープが前記範囲をこえると伝送特性の波長依存性が大きくなり、不都合である。
カットオフ波長が１．５５μｍをこえる場合は、本発明の目的を達成できず、設計条件が制限される。
【００２８】
図１に示した第１の例の屈折率プロファイルを有するＤＳＦをいくつか試作した。これらの試料はｗ2／ｗ1とΔ2／Δ1の、カットオフ波長に対する影響を調べるため、できるたけ有効コア断面積、モードフィールド径、分散値、分散スロープが一定になるように設計したものである。
図４には、これらのＤＳＦの共通のパラメータについて、横軸に半径（μｍ）、縦軸に屈折率の値をとって、具体的な数値を示した。このときｗ1は１．５μｍに固定し、ｗ2を変化させてｗ2／ｗ1を設定した。
表１にｗ2／ｗ1とΔ2／Δ1、Δ1、Δ2の値と、得られたＤＳＦのカットオフ波長、有効コア断面積（Ａｅｆｆ）、モードフィールド径（ＭＦＤ）、分散値、分散スロープ、曲げ損失をあわせて示した。
【００２９】
【表１】
試料番号１，２は、Δ2／Δ1が０．８をこえている。カットオフ波長がやや長いが、他の特性値は、好ましい範囲を満足している。
以下、試料番号１をベースプロファイルとし、試料番号２以降のものは、このベースプロファイルと比較することによって、その特性を評価する。
【００３１】
試料番号２のΔ2／Δ1は０．９０であり、試料番号１よりも小さくなっている。そして、カットオフ波長は試料番号１と比較すると短くなっている。したがってΔ2／Δ1が小さくなることによって、カットオフ波長が短波長側にシフトする傾向があることがわかる。
試料番号３，４はΔ2／Δ1とｗ2／ｗ1の好ましい数値範囲を満足しているものである。試料番号１と比較すると、カットオフ波長が十分に短く、かつ他の特性値は遜色がない。
試料番号５は、Δ2／Δ1が０．１未満で、、かつｗ2／ｗ1が６．０をこえるものである。試料番号１と比較すると、曲げ損失が大きくなっている。
試料番号６はｗ2／ｗ1が０．５未満であり、試料番号１と比較するとカットオフ波長が長くなっている。
【００３２】
表２は、表１に示した試料番号４，５のＤＳＦにおいて、Δ2を＋０．０１％変動させたときの各特性値を求め、表１に示した値に対する割合（変動率）をそれぞれ示したものである。
【００３３】
【表２】
表２より、試料番号４は試料番号５と比較して各特性値の変動率が小さくなっている。このため、製造ロットによってΔ2などの構造パタメータが多少変動しても、試料番号４のものは、特性値の変動が少なく、製造安定性が得られるものである。
なお、表１に示した試料番号１〜６においては、カットオフ波長が１．５５μｍよりも長いものがあるが、これはΔ2／Δ1とｗ2／ｗ1の好ましい数値範囲を満足していないものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の分散シフト光ファイバは、中心コア部と、この中心コア部の周囲に、前記中心コア部よりも低屈折率の中間部をはさんで配置された、前記中心コア部よりも低屈折率で、かつ前記中間部よりも高屈折率のリング部と、このリング部の周囲に設けられた、前記リング部よりも低屈折率のクラッドとを備え、前記リング部は、第１のリング部と、この第１のリング部の外周に接して設けられた、前記第１のリング部よりも低屈折率の第２のリング部とからなるため、有効コア断面積、曲げ損失、分散スロープなどの特性値が好ましい値となるように構造パラメータを調整しても、カットオフ波長が従来よりも長波長側にシフトしにくく、短いカットオフ波長が得られる。このため設計の自由度が広がるものである。
さらにｗ2／ｗ1が０．５〜６．０、あるいはΔ2／Δ1が０．１〜０．８という条件をひとつ以上満足することにより、効果が向上する。
特にΔ2／Δ1がこの数値範囲を満足することによって、製造時などにΔ2の値が多少変動しても、実際に得られるＤＳＦの特性値と設計値との差が大きくなりにくく、製造安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＤＳＦの屈折率プロファイルの第１の例を示した図である。
【図２】 本発明のＤＳＦの屈折率プロファイルの第２の例を示した図である。
【図３】 図３（ａ）は、図２に示した第２の例のＤＳＦを試作した際のＲＮＦＰ法による実測屈折率プロファイルと各特性値を示した図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した屈折率プロファイルから、ｗ1、ｗ2、Δ1、Δ2の値を求める方法を説明した図である。
【図４】 図１に示した第１の例の屈折率プロファイルを有するＤＳＦを試作した際の共通のパラメータについて、横軸に半径（μｍ）、縦軸に屈折率の値をとって、具体的に示した図である。
【図５】 本出願人が提案したＤＳＦの屈折率プロファイルの一例としてデュアルシェイプコア型プロファイルを示した図である。
【図６】 本出願人が提案したＤＳＦの屈折率プロファイルの一例としてリング付きプロファイルを示した図である。
【図７】 本出願人が提案したＤＳＦの屈折率プロファイルの一例としてリング付きデスプレットクラッドプロファイルを示した図である。
【図８】 図７に示したリング付きデスプレットクラッドプロファイルを有するＤＳＦの、ＲＮＦＰ法で実測した屈折率プロファイルの一例と、光学特性の一例を示した図である。
【符号の説明】
１…中心コア部、２…中間部、３…リング部、３ａ…第１のリング部、３ｂ…第２のリング部、５…第２の中間部、６…クラッド。
Claims (1)
- 中心コア部と、この中心コア部の周囲に、前記中心コア部よりも低屈折率の中間部をはさんで配置された、前記中心コア部よりも低屈折率で、かつ前記中間部よりも高屈折率のリング部と、このリング部の周囲に設けられた、前記リング部よりも低屈折率のクラッドとを備え、
前記リング部は、第１のリング部と、この第１のリング部の外周に接して設けられた、前記第１のリング部よりも低屈折率の第２のリング部とからなり、
前記中心コア部の半径Ａが２〜４μｍ、前記中間部の半径から前記中心コア部の半径を差し引いた値Ｂが１〜５μｍ、前記第２のリング部と前記クラッドとの間に設けられた第２の中間部の半径から前記第２のリング部の半径を差し引いた値Ｃが０〜２０μｍであり、
前記中心コア部の比屈折率差Δａが０．５〜１％、前記中間部の比屈折率差Δｂが−０．１〜０．１％、前記クラッドに対する前記第２の中間部の比屈折率差Δｃが−０．２〜０％であり、
前記第１のリング部の半径から前記中間部の半径を差し引いた値をｗ１、前記第２のリング部の半径から前記第１のリング部の半径を差し引いた値をｗ２としたとき、ｗ１が１〜１２μｍで、かつｗ２／ｗ１が０．７３〜２．００であり、
前記第１のリング部と前記クラッドとの比屈折率差をΔ１、前記第２のリング部と前記クラッドとの比屈折率差をΔ２としたとき、Δ１が０．２〜１．０％であり、かつΔ２／Δ１が０．１６〜０．７７であることを特徴とする分散シフト光ファイバ。
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