JP4028409B2 - Wavelength division multiplexing optical fiber - Google Patents

Description

【０００８】
上記において、タイプ０１から０３のものはNZ-DSFのものであり、タイプ０４から０６のものは、MDFのもので、測定波長が1550nmのときの値である。
【０００９】
図３は、表１に対応した従来の各種NZ-DSFの1550nmにおける分散値と分散スロープから直線近似した分散特性を示す特性図である。厳密には、屈折率プロファイルの変化によって、直線近似できない波長変化を持つが、概ねの特性を論ずる場合には、問題ないと思われる。
【００１０】
系列１、２の様な光ファイバでは、信号帯、またはラマン励起帯に零分散波長が存在する為、FWM現象の発生が懸念される。よって、分散値を5ps/nm/km以上にし、かつ分散スロープを系列2と同レベルの0.05ps/nm²/km以下にすることが、FWMを抑制し、伝送帯域を拡大するという観点から望ましい。
【００１１】
系列3の様な光ファイバは、信号帯、またはラマン励起帯に零分散波長が存在しないことから、FWM抑制の観点からは望ましいが、Aeffが45μm²程度と小さいものである。長距離伝送の実績がある従来のSMFのAeffは、1310nmでも60μm²以上あるので、Aeffは60?μm²以上あることが、長距離化という観点から望ましい。
【００１２】
系列４〜６の光ファイバは、分散値が大きいことから、信号帯でのFWM抑制という観点からは、望ましい特性となっているが、励起波長帯を考えると系列４はC-Band励起帯、系列５、６はS-Band励起帯に、それぞれ零分散波長帯があり、励起光のFWM現象を引き起こす事が予想される。零分散波長帯をこれよりも短波長側にシフトさせるために、1.55μm帯の分散値を上げるという手もあるが、L-Bandの分散値がSMF以上に大きくなって、高速伝送の障害となるため、14ps/nm/km以上にするのは、余り好ましくない。よって、このような光ファイバにおいても、分散スロープを0.05ps/nm²/km以下に下げることが有効である。
【００１３】
【特許文献１】
再表０１−００１１７９号公報（優先権：特願平11-181453号、特願2001-507130号）
【特許文献２】
再表０１−０１４９１７号公報（優先権：特願平11-234767号、特願平11-364609号、特願2001-519219号）
【特許文献３】
特開２００２−１６２５２９号公報（特願2000-361390号）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のいずれのNZ-DSF及びMDFも、分散スロープが0.05ps/nm²/km以上であるか、あるいは、0.05ps/nm²/km以下のものは有効コア断面積（Aeff）が60μm²以下になってしまう、という課題があった。
なお、上記以外に、従来、代表的な光ファイバとして、従来からSMFが提案されているが、このSMFもやはり、分散スロープが0.05ps/nm²/km以上と大きく、また、分散値が大きい為、高速伝送に適さないという課題があった。
【００１５】
仮に、分散スロープを0.05ps/nm²/km以下、かつAeffを60μm²以上にしようとすると、光ファイバ長22ｍ時におけるカットオフ波長λccが1520nm以上に増大してしまったり、20mmφでの曲げ光伝送損失が20dB/m以上と増大してしまうと言う問題があった。よって、その両者を両立するNZ-DSF、あるいはMDFは、今まで提案されていなかった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような状況を鑑み、WDM伝送に適した低非線形伝送路を提供する事である。
そのための本願の発明は、コア部の屈折率プロファイルが３層構造のみからなり、コア部中心のセンタコアの比屈折率差△１が０．３０％〜０．６５％、その外側の第１サイドコアの比屈折率差△２が−０．０５％〜−０．２０％以下、その外側の第２サイドコアの比屈折率差△３が０．２５％〜０．３５％であり、
センタコア、第１サイドコア、第２サイドコアの径が０．３０〜０．７０：１：１．１〜１．９の比で構成されており、
波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下で、かつ波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積（Ａｅｆｆ）が６０μｍ^２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける分散値が５〜８．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
分散値が大きく、分散スロープが小さいことは、分散補償光ファイバ（DSCF）と接続したときに、補償がしやすい、と言う点でもメリットがある。ただし、使用条件によっては、分散値が多少小さくても伝送可能な場合もあるので、分散値5ps/nm/km以上が好ましい。
【００２５】
しかし、いくら分散値を5〜8.5ps/nm/kmに設定し、分散スロープを0.05ps/nm²/km以下、Aeffを60μm²以上にしても、カットオフ波長が使用波長よりも長いと、信号帯でマルチモードとなり、信号帯域でのモード分散を引き起こす。そこで、実効的なカットオフ波長として、光ファイバ長22mでのカットオフ波長が1530nm以下である(S-Band使用時には1460nm以下のラマン増幅を考慮した場合には、さらに100nm程度、短波長側にある)事が望ましい。
【００２６】
上記のような条件を満たしても、20mmφの曲げ光伝送損失が大きいと、ケーブル化などで光伝送損失増加など、深刻な問題を引き起こす可能性がある。よって、曲げ光伝送損失増加を抑制するために、従来実績のある20mmφで20dB/m以下にする事が重要である。
【００２７】
さらに、高速伝送に対応するために、偏波モード分散(PMD)が0.10ps/nm^1/2以下であること、入力パワーを強くすることなく、伝送距離を伸ばすために1550nmにおける光伝送損失が0.25dB/km以下であること、という条件を満たすことが望ましい。
【００２８】
本発明者はあらゆるプロファイルの検討を行ったが、クラッドに対するセンタコアの比屈折率差△1が0.30%以下の時は、他のパラメータを最適化しても、分散値を14ps/nm/km以下にするのが不可能であることが分かった。
【００２９】
一方、△1が0.65%以上の時は、他のパラメータを最適化しても、Aeffが60?μm²以上と分散スロープ0.05ps/nm²/km以下を両立することが不可能であることが分かった。また、△1が大きいことは、光伝送損失やPMD等の△1に大きく依存する特性が劣化しやすいと言う点でも、デメリットがある。
よって、△1は0.30%以上0.65%以下であることが望ましい。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態を示す屈折率プロファイル図である。図において、１はセンタコア、２は第１サイドコア、３は第２サイドコア、４はクラッドを示す。本実施形態はW-Seg型プロファイルを示すものである。
【００３１】
このW-Seg型プロファイルにおいて、△1を0.45%、△3を0.30%としながら、センターコア１の直径を２ａ、第１サイドコア２の直径を２ｂ、第２サイドコア３の直径を２ｃとしたときのa:b:cを0.55:1.0:1.25とした場合に、△2の値によって、分散スロープの特性がどの様に変化するかを示したのが、図２である。この際、各コアの径を曲げ光伝送損失が一定(20mmφで5dB/m)となる条件で変化させて、シミュレーションを行った。
【００３２】
この結果、図２に示すように、Δ２が−０．１３５±０．００５％の非常にわずかな領域ながら、Aeffが60μm²以上でかつ分散スロープが0.05ps/nm²/kmを満たす領域が存在することが分かった。
【００３３】
このような形で、あらゆるパラメータに関して、最適化を行った。
例えば、W-Seg型プロファイルの場合は、あらゆる最適化を行うと、△2が -0.05%から-0.20% 、△3が 0.25%から0.35% 、a/bが0.3から0.7、c/bが1.1から1.9の範囲で、全ての特性を満たすことが可能であることが分かった。
【００３５】
本発明は、低分散スロープであることにより広帯域WDM伝送が可能であり、更に、Aeffが60μm²以上であることにより、非線形現象を抑制でき、長距離伝送が可能な新しいタイプのNZ-DSFの構築が可能となった。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例により今回の発明の有効性を確認する。
まず、W-Seg型でのシミュレーションで得られた良好な結果を以下に示す。ただし、曲げ光伝送損失を、20mmφで5dB/mを維持するという条件で設計を行っている。
△1が0.44%と低いので、光伝送損失やPMDの値も小さくなることが期待出来る。
【００３７】
【表２】

【００３８】
上記のプロファイルで試作を行った。試作は、気相軸付法（VAD法）にて光ファイバ母材を製造することにより行った。表２中で「コア径」は、図１における２ｃの大きさを意味する。
本試作により得られた光ファイバの特性を表3に示す。
【００３９】
【表３】

【００４０】
分散特性や、Aeffだけでなく、光伝送損失やPMDに良好な特性が確認できた。
さらに、カットオフ波長λcは光ファイバ長2mで1400nm、光ファイバ長22mでは1350nm以下であった。
【００４１】
よって、分散スロープを0.05ps/nm²/km以下、Aeffを60μm²以上にした光ファイバが、ある一定の分散値で、λcや曲げ光伝送損失等の特性を損なうことなく、低光伝送損失、低PMDで実現できることを確認できた。
【００４２】
【効果】
本発明は、上述のように、コア部の屈折率プロファイルが３層構造のみからなり、コア部中心のセンタコアの比屈折率差△１が０．３０％〜０．６５％、その外側の第１サイドコアの比屈折率差△２が−０．０５％〜−０．２０％以下、その外側の第２サイドコアの比屈折率差△３が０．２５％〜０．３５％であり、
センタコア、第１サイドコア、第２サイドコアの径が０．３０〜０．７０：１：１．１〜１．９の比で構成されており、
波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下で、かつ波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積（Ａｅｆｆ）が６０μｍ^２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける分散値が５〜８．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを特徴とする。このため、長距離の波長多重伝伝送に適した光ファイバを提供することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を図示した屈折率プロファイル図。
【図２】 第１サイドコアの比屈折率を変化させたときの分散スロープを示す特性図。
【図３】 1550nmの分散値と分散スロープから直線近似して示した各種NZ-DSFの分散特性図[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical communication and a wavelength division multiplexing optical fiber used for optical communication.
[0002]
[Prior art]
Currently, due to technological advances in optical amplifiers, optical signals in the wavelength range of, for example, 1530 nm to 1620 nm (C-Band, L-Band) can be optically amplified by flattening using an erbium-doped optical fiber (EDF). Wideband wavelength division multiplexing (WDM) transmission using such a wide wavelength range is about to enter practical use.
[0003]
In addition, the amplification format is not limited to the former EDF amplification technology, but a Raman amplification format that can amplify an arbitrary wavelength range (in the 1.55 μm band, approximately 100 nm long wavelength of the pump light) is attracting attention. ing.
Furthermore, recently, an attempt has been made to use an S-band of 1460 nm to 1530 nm for transmission.
[0004]
However, even with the amplification technique as described above, WDM transmission cannot be realized unless there is an optical fiber that can transmit optical signals and pumping light in the wavelength range without causing mutual interference.
[0005]
Conventionally, various types of non-zero dispersion shifted optical fibers (NZ-DSF) have been developed as optical fibers used for land transmission lines.
The above-mentioned NZ-DSF has a dispersion value of about 4 to 14 ps / nm / km at a wavelength of 1550 nm, and the four-wave mixing (FWM) phenomenon that occurs remarkably near the zero-dispersion wavelength during wavelength division multiplexing (WDM) transmission. Can be suppressed.
[0006]
Table 1 shows the characteristics of this previously proposed representative NZ-DSF and the recently proposed intermediate dispersion transmission line (MDF) having a dispersion value between the NZ-DSF and a single mode optical fiber (SMF). Show. (For example, Patent Documents 1 to 3 )
[0007]
[Table 1]

[0008]
In the above, types 01 to 03 are of NZ-DSF, types 04 to 06 are of MDF, and are values when the measurement wavelength is 1550 nm.
[0009]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing dispersion characteristics linearly approximated from the dispersion value and dispersion slope at 1550 nm of various conventional NZ-DSFs corresponding to Table 1. Strictly speaking, there is a wavelength change that cannot be linearly approximated due to a change in the refractive index profile, but it seems that there is no problem when discussing general characteristics.
[0010]
In optical fibers such as those in series 1 and 2, zero dispersion wavelength exists in the signal band or the Raman pumping band, so there is a concern about the occurrence of the FWM phenomenon. Therefore, it is desirable from the viewpoint of suppressing the FWM and expanding the transmission band that the dispersion value is 5 ps / nm / km or more and the dispersion slope is 0.05 ps / nm ² / km or less, which is the same level as the series 2. .
[0011]
An optical fiber such as series 3 is desirable from the viewpoint of FWM suppression because there is no zero dispersion wavelength in the signal band or the Raman pumping band, but the Aeff is as small as about 45 μm ² . Conventional SMF of Aeff for a track record of long-distance transmission, since 1310nm even 60 [mu] m ² or more, Aeff is that there 60? [Mu] m ² or more, from the viewpoint of long distance.
[0012]
The optical fibers of series 4 to 6 have desirable dispersion characteristics from the viewpoint of suppressing FWM in the signal band, but considering the excitation wavelength band, series 4 is a C-Band pump band, Series 5 and 6 each have a zero dispersion wavelength band in the S-Band excitation band, and it is expected to cause the FWM phenomenon of the excitation light. In order to shift the zero-dispersion wavelength band to a shorter wavelength side than this, there is a way to increase the dispersion value in the 1.55 μm band, but the dispersion value of L-Band becomes larger than SMF, which is an obstacle to high-speed transmission. For this reason, it is not preferable to set it to 14 ps / nm / km or more. Therefore, even in such an optical fiber, it is effective to lower the dispersion slope to 0.05 ps / nm ² / km or less.
[0013]
[Patent Document 1]
No. 01-001179 (priority: Japanese Patent Application No. 11-181453, Japanese Patent Application 2001-507130)
[Patent Document 2]
No. 01-014917 (priority: Japanese Patent Application No. 11-234767, Japanese Patent Application No. 11-364609, Japanese Patent Application No. 2001-519219)
[Patent Document 3]
JP 2002-162529 A (Japanese Patent Application No. 2000-361390)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, any of the above NZ-DSFs and MDFs have a dispersion slope of 0.05 ps / nm ² / km or more, or those with 0.05 ps / nm ² / km or less have an effective core area (Aeff) of 60 μm. There was a problem that it would be ² or less.
In addition to the above, SMF has been conventionally proposed as a typical optical fiber, but this SMF also has a large dispersion slope of 0.05 ps / nm ² / km or more and a large dispersion value. Therefore, there is a problem that it is not suitable for high-speed transmission.
[0015]
If the dispersion slope is 0.05 ps / nm ² / km or less and the Aeff is 60 μm ² or more, the cutoff wavelength λcc increases to 1520 nm or more when the optical fiber length is 22 m, or bending light at 20 mmφ There was a problem that the transmission loss increased to 20 dB / m or more. Therefore, no NZ-DSF or MDF has been proposed so far.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above situation, the present invention is to provide a low nonlinear transmission path suitable for WDM transmission.
For this purpose, the invention of the present application is such that the refractive index profile of the core portion consists of only a three-layer structure, the relative refractive index difference Δ1 of the center core at the center of the core portion is 0.30% to 0.65%, The relative refractive index difference Δ2 is −0.05% to −0.20% or less, and the relative refractive index difference Δ3 of the second side core outside thereof is 0.25% to 0.35%.
The diameters of the center core, the first side core, and the second side core are configured in a ratio of 0.30 to 0.70: 1: 1.1 to 1.9,
The dispersion slope at a wavelength of 1550 nm is 0.05 ps / nm ² / km or less, the effective core area (Aeff) at a wavelength of 1550 nm is 60 μm ² or more, and the dispersion value at a wavelength of 1550 nm is 5 to 8.5 ps / nm / km. It is characterized by being.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A large dispersion value and a small dispersion slope also have an advantage in that it is easy to compensate when connected to a dispersion compensating optical fiber (DSCF). However, the use conditions, since in some cases the dispersion values can be transmitted even slightly smaller, the dispersion value 5ps / nm / km or more preferred arbitrariness.
[0025]
However, even if the dispersion value is set to 5 to 8.5 ps / nm / km, the dispersion slope is 0.05 ps / nm ² / km or less, and the Aeff is 60 μm ² or more, the cutoff wavelength is longer than the used wavelength. It becomes multimode in the signal band and causes mode dispersion in the signal band. Therefore, as an effective cut-off wavelength, the cut-off wavelength at an optical fiber length of 22 m is 1530 nm or less (when using Raman amplification of 1460 nm or less when using S-Band, further about 100 nm on the short wavelength side. It is desirable.
[0026]
Even if the above conditions are satisfied, if the 20 mmφ bent optical transmission loss is large, it may cause serious problems such as an increase in optical transmission loss due to cable construction. Therefore, in order to suppress an increase in bending light transmission loss, it is important to set it to 20 dB / m or less at 20 mmφ, which has been proven in the past.
[0027]
Furthermore, in order to support high-speed transmission, the polarization mode dispersion (PMD) is 0.10 ps / nm ^1/2 or less, and the optical transmission loss at 1550 nm is increased to extend the transmission distance without increasing the input power. It is desirable to satisfy the condition of 0.25 dB / km or less.
[0028]
The present inventor has examined all the profiles, but when the relative refractive index difference Δ1 of the center core with respect to the cladding is 0.30% or less, the dispersion value is reduced to 14 ps / nm / km or less even if other parameters are optimized. I found it impossible to do.
[0029]
On the other hand, when △ 1 is 0.65% or more, even if other parameters are optimized, it is impossible to achieve both Aeff of 60 μm ² or more and dispersion slope of 0.05 ps / nm ² / km or less. I understood. In addition, the fact that Δ1 is large also has a demerit in that characteristics that greatly depend on Δ1, such as optical transmission loss and PMD, are likely to deteriorate.
Therefore, Δ1 is desirably 0.30% or more and 0.65% or less.
[0030]
FIG. 1 is a refractive index profile diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a center core, 2 is a first side core, 3 is a second side core, and 4 is a cladding. This embodiment shows a W-Seg type profile .
[0031]
In this W-Seg profile, when Δ1 is 0.45% and Δ3 is 0.30%, the diameter of the center core 1 is 2a, the diameter of the first side core 2 is 2b, and the diameter of the second side core 3 is 2c. FIG. 2 shows how the dispersion slope characteristics change depending on the value of Δ2 when a: b: c is 0.55: 1.0: 1.25. At this time, the simulation was performed by changing the diameter of each core under the condition that the bending optical transmission loss is constant (5 dB / m at 20 mmφ).
[0032]
As a result, as shown in FIG. 2, there is a very small region where Δ2 is −0.135 ± 0.005%, while Aeff is 60 μm ² or more and the dispersion slope satisfies 0.05 ps / nm ² / km. I knew it existed.
[0033]
In this way, optimization was performed for all parameters.
For example, W-Seg-type case of the profile, when any optimization, △ 2 is - 0.05% from -0.20%, △ 3 0.35% to 0 .25%, a / b is 0.3 to 0.7, c / It was found that all characteristics can be satisfied when b is in the range of 1.1 to 1.9.
[0035]
The present invention is capable of broadband WDM transmission due to the low dispersion slope, and further, a new type of NZ-DSF that can suppress long-distance transmission by suppressing nonlinear phenomena when Aeff is 60 μm ² or more. Construction is now possible.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the effectiveness of the present invention will be confirmed by examples.
First, the good results obtained by the W-Seg type simulation are shown below. However, the design is performed under the condition that the bending light transmission loss is maintained at 5 dB / m at 20 mmφ.
Since Δ1 is as low as 0.44%, it can be expected that the optical transmission loss and the PMD value will also be reduced.
[0037]
[Table 2]

[0038]
A prototype was made with the above profile. The prototype was manufactured by manufacturing an optical fiber preform by the gas phase axis method (VAD method). In Table 2, “core diameter” means the size of 2c in FIG.
Table 3 shows the characteristics of the optical fiber obtained by this trial production.
[0039]
[Table 3]

[0040]
Not only dispersion characteristics, Aeff, but also optical transmission loss and PMD showed good characteristics.
Further, the cutoff wavelength λc was 1400 nm for an optical fiber length of 2 m, and 1350 nm or less for an optical fiber length of 22 m.
[0041]
Therefore, an optical fiber with a dispersion slope of 0.05 ps / nm ² / km or less and an Aeff of 60 μm ² or more has a certain dispersion value and low optical transmission loss without impairing characteristics such as λc and bending light transmission loss. It was confirmed that it can be realized with low PMD.
[0042]
【effect】
As described above, according to the present invention, the refractive index profile of the core portion has only a three-layer structure, and the relative refractive index difference Δ1 of the center core at the center of the core portion is 0.30% to 0.65%. The relative refractive index difference Δ2 of one side core is −0.05% to −0.20% or less, and the relative refractive index difference Δ3 of the second side core outside thereof is 0.25% to 0.35%,
The diameters of the center core, the first side core, and the second side core are configured in a ratio of 0.30 to 0.70: 1: 1.1 to 1.9,
The dispersion slope at a wavelength of 1550 nm is 0.05 ps / nm ² / km or less, the effective core area (Aeff) at a wavelength of 1550 nm is 60 μm ² or more, and the dispersion value at a wavelength of 1550 nm is 5 to 8.5 ps / nm / km. It is characterized by being. For this reason, the optical fiber suitable for the long-distance wavelength division multiplexing transmission can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a refractive index profile diagram illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a dispersion slope when the relative refractive index of the first side core is changed.
[Figure 3] Dispersion characteristics of various NZ-DSFs obtained by linear approximation from the dispersion value and dispersion slope at 1550 nm

Claims (3)

The refractive index profile of the core portion is composed of only a three-layer structure, the relative refractive index difference Δ1 of the center core at the center of the core portion is 0.30% to 0.65%, and the relative refractive index difference Δ2 of the first side core outside thereof. Is −0.05% to −0.20% or less, and the relative refractive index difference Δ3 of the second side core outside thereof is 0.25% to 0.35%,
The diameters of the center core, the first side core, and the second side core are configured in a ratio of 0.30 to 0.70: 1: 1.1 to 1.9,
The dispersion slope at a wavelength of 1550 nm is 0.05 ps / nm ² / km or less, the effective core area (Aeff) at a wavelength of 1550 nm is 60 μm ² or more, and the dispersion value at a wavelength of 1550 nm is 5 to 8.5 ps / nm / km. wavelength-multiplexed transmission optical fiber, characterized in that it. 2. The wavelength division multiplexing optical fiber according to claim 1 , wherein a bent optical transmission loss at 20 mmφ of wavelength 1550 nm is 20 dB / m or less, and a cutoff wavelength at 22 m is 1530 nm or less. Claim 1 or claim the optical transmission loss at the wavelength of 1550nm is less than or equal to 0.25 dB / miles, and polarization mode dispersion at the wavelength of 1550nm band (PMD) is equal to or is 0.10 ps ^{/ miles 1/2} or less 2. An optical fiber for wavelength division multiplexing transmission according to 2 .

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