JP4101148B2 - 光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、非線形性に優れた光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光信号処理装置に関するものである。

近年、光信号伝送における高速化、高容量化、長距離伝送が益々求められており、このために光信号の処理速度の高速化や長距離伝送を達成するための信号処理技術が希求されている。
光信号処理技術の一つとして、光信号を電気信号に変換し、変換された電気信号を信号処理して、再び光信号に戻す方法が挙げられる。しかし、この方法では光信号をわざわざ電気信号に変え、これをまた光信号に戻す処理を伴うため高速な信号処理には不向きであった。

これに対して光信号を光のまま処理する全光信号処理技術がある。この処理技術は光信号を電気信号に変えることなく、光信号を直接光信号として扱うため高速な光信号処理が可能となる。

ところで全光信号処理技術には、光信号を伝送する光ファイバ内で生ずる非線形光学現象を利用する方法、あるいは非線形性の高い物質からなる光導波路中で生ずる非線形現象を利用する方法等がある。
前者の光ファイバ内で発生する非線形光学現象を利用した全光信号処理技術は、高速処理が可能であると同時に伝送損失も小さくできるため近年、特に注目されている。この光ファイバ内で生ずる非線形現象としては四光波混合、自己位相変調、相互位相変調、ブリュリアン散乱等が挙げられる。これらのなかで四光波混合を利用した波長変換や、自己位相変調を利用したパルス圧縮、波形整形等の光信号処理技術が既に報告されている。

四光波混合は、２波長以上の光を光ファイバに導入したとき、非線形現象により特定の規則を持って新たな波長の光が生ずる現象である。前述した光信号処理技術では、この新たな波長の光が生ずる現象を波長変換に利用しようとするものである。また、この四光波混合を利用した波長変換は、多数の信号波長を一括して波長変換できるという利点を有している。
また、自己位相変調や相互位相変調を利用することにより、伝送中に劣化した波形を整形し、長距離伝送を可能とする全光信号処理が可能となる。

ところで、このような光ファイバ内での四光混合や自己位相変調といった非線形現象を利用した波長変換、波形整形といった光信号処理技術を適用するためには、光ファイバとして非線形現象を大きく起し得る光ファイバ、すなわち高非線形性を有する光ファイバが必要となる。

高い非線形性を有する光ファイバとして特許文献１により提案されたものがある。
この光ファイバの波長1550nmにおける諸特性は、前記特許文献１の図１４及び図１６に詳細に示されている。

特開２００２−２０７１３６号公報

ところで前記特許文献１に開示されている光ファイバの場合、波長1550nmの分散スロープ値は−0.267ps/nm²/km〜＋0.047ps/nm²/kmとそのばらつきが大きく、しかも分散値も−103.2ps/nm/km〜＋3.3ps/nm/kmというように、その下限値は絶対値が103.2ps/nm/kmという極めて大きな値になっている。
つまり波長1550nmにおいて安定して分散値及び分散スロープの小さい光ファイバを提供することができなかった。したがって波長1550nm近傍の幅広い波長領域において、分散値の低い光ファイバを提供することができなかった。

そこで本発明の目的は、波長1550nm近傍の幅広い波長領域において、安定して分散値の低い光ファイバを提供することにある。またこの光ファイバを用いた光信号処理装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく本願請求項１記載の光ファイバは、純シリカより高い屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられ、純シリカよりも低い屈折率を有する第２コアと、該第２コアの外周に第１コアよりも屈折率が低く、第２コアよりも屈折率が高いクラッドを具備し、前記第１コアの外径Ｄ１が２〜５μｍであり、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が0.3以上、0.8以下であり、前記第１コアとクラッドとの比屈折率差△１が3.0〜5.0％であり、前記第２コアとクラッドとの比屈折率差△２が−1.4〜−0.7％であり、波長1550nmにおける分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmであり、波長1550nmにおける分散値の絶対値が10ps／nm／km以下であり、かつ波長1550nmにおける非線形定数が65.6×10^-10/W以上であり、カットオフ波長λcが1450nm以下であり、有効断面積Aeffが8.84μm²以下であることを特徴とするものである。

このようにしてなる本願請求項１記載の光ファイバによれば、波長1550nm近傍の幅広い波長領域において分散値の変動が小さく、かつ分散の絶対値の小さい光ファイバを提供することが可能となる。
また幅広い波長領域の使用波長に対して分散値が大きく変動することなく、１本の光ファイバで様々な波長における光信号処理が可能となる。また分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmであることにより、1550nm近傍の異なる波長に対して分散値の変動が小さいため、幅広い波長領域において非線形光学現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。
因みに分散スロープの絶対値が0.01ps/nm²/km以上になると、波長1550nm近傍の異なる波長に対して分散値の変動が比較的大きくなり、幅広い波長領域におけるＷＤＭ伝送に適さなくなってしまう。
また、非線形定数が65.6×10^-10/W以上であることにより、高い非線形性を有する光ファイバが得られる。
尚、ここで純シリカとは、フッ素やゲルマニウム等の屈折率調整用のドーパントを含まないシリカをいう。
このように前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を0.3以上、0.8以下に調整することによって、前述した分散スロープの低い光ファイバを確実に得ることができる。すなわち、光ファイバをこのような構造にすることにより、有効断面積Aeffが小さく、カットオフ波長λcも低く、かつ分散スロープの値の小さな光ファイバを得ることができる。

加えて、カットオフ波長λcが1450nm以下であることから、この光ファイバをシングルモード光ファイバとして動作させることができる。このようにカットオフ波長λcが1450nm以下であることにより、Ｓバンド、ＣバンドそしてＬバンドを含めた広い帯域に対して本願発明の光ファイバの使用が可能となる。
また有効断面積Aeffを8.84μｍ²以下にすることにより、65.6×10^-10/W以上という高い非線形定数を得ることが可能となる。

ここで非線形定数は下記式（１）により示される。
尚、下記の式（１）において、λは測定波長を、ｎ_２は光ファイバ中での非線形屈折率を、そしてAeffは光ファイバの有効断面積を示している。
非線形定数＝ｎ_２／Aeff （１）
上記式（１）から、光ファイバの非線形定数を大きくするためには、非線形屈折率ｎ_２を大きくするか、有効断面積Aeffを小さくする必要がある。
ここで、ｎ_２は材料によって決まる値であるため、容易に大きくすることはできない。よって光ファイバの有効断面積Aeffの値をできるだけ小さくすることが現実的である。

そこで前述したように、本願発明の請求項１記載の光ファイバによれば、光ファイバの有効断面積Aeffを8.84μｍ²以下にすることにより、より高い非線形定数を得ることが可能となる。具体的には、波長1550nmにおける非線形定数が65.6×10^-10/W以上の値の光ファイバを得ることができる。

また、本願請求項２記載の光ファイバは、請求項１記載の光ファイバにおいて、波長1550nmにおける分散スロープが−0.005〜0.005ps/nm²/kmであることを特徴とするものである。
このようにしてなる本願請求項２記載の光ファイバによれば、波長1550nmにおける分散スロープが−0.005〜0.005ps/nm²/kmであることにより、1550nm近傍の異なる波長に対して分散値の変動がより小さいため、幅広い波長領域において非線形光学現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。

さらにまた、本願請求項３記載の光ファイバは、請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ファイバにおいて、波長1550nmにおける分散の絶対値が5ps／nm／km以下であることを特徴とするものである。
このようにしてなる請求項３記載の光ファイバによれば、使用波長においてより高い非線形性を示す光ファイバを、より確実に得ることができる。

また本願請求項４記載の光ファイバは、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光ファイバにおいて、波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分散値の変動幅が、光ファイバ1kmあたり1ps/nm/km以下であることを特徴とするものであり、請求項５記載の光ファイバは、請求項４記載の光ファイバにおいて、波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分散の変動幅が、光ファイバ1kmあたり0.2ps/nm/km以下であることを特徴とするものである。
このようにしてなる請求項４または請求項５記載の光ファイバによれば、光ファイバ長手方向の分散値の変動幅が光ファイバ１kmあたり1ps/nm/km以下、好ましくは0.2ps/nm/km以下であることにより、長尺の光ファイバを切り割って使用した際も、光ファイバのどの部分でも分散値の差が小さいことが保証される。その結果、波長変換器等に使用する上で効果的である。

ところで本願においては、前述した分散値の変動幅とは、実用的な長さの光ファイバ全長において分散分布測定器により測定された分散値の変動幅を意味する。光ファイバの分散値の分布測定は、例えばMollenauerにより研究された方式を利用する分散分布測定器により測定可能である。

また本願請求項６記載の光ファイバは、請求項５記載の光ファイバにおいて、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が0.4以上、0.7以下であることを特徴とするものである。
このようにしてなる本願請求項６記載の光ファイバによれば、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を調整することによって、分散スロープの低い光ファイバを得ることができる。すなわち、光ファイバをこのような構造にすることにより、有効断面積Aeffが小さく、カットオフ波長λcも低く、かつ分散スロープの値の小さな光ファイバを得ることができる。

加えて本願請求項７記載の光ファイバは、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、本願請求項８記載の光ファイバは、請求項７記載の光ファイバにおいて、前記第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、αが6.0以上であることを特徴とするものである。

このようにしてなる本願請求項７または請求項８記載の光ファイバによれば、分散スロープを小さくでき、かつ光ファイバの有効断面積Aeffも小さくでき、非線形性の高い光ファイバを得ることができる。

また本願請求項９の光信号処理装置は、前記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光ファイバを用いたことを特徴とするものである。
このような光信号処理装置によれば、広い波長範囲で安定した性能の光信号処理が可能である。

またさらに本願請求項１０は、請求項９記載の光信号処理装置は光波長変換器であることを特徴とするものである。このような光波長変換器によれば、波長変換特性に優れた光波長変換器を提供できる。
加えて本願請求項１１は、請求項９における光信号処理装置はパルス圧縮器であることを特徴とするものである。このようなパルス圧縮器によれば、パルス圧縮性に優れたパルス圧縮器を提供できる。

波長1550nm近傍の幅広い波長領域において安定して分散値の低い光ファイバを提供することができる。またこの光ファイバを用いた光信号処理装置、具体的には性能の優れた光波長変換器やパルス圧縮器を提供することができる。

図１〜図６を用いて本願発明の光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光波長変換器やパルス圧縮器の実施例を詳細に説明する。

本願発明に係る光ファイバは、波長1550nm付近の入力光に対して非線形現象を生じる光ファイバであって、波長1550nmにおける分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmであることを特徴の一つとしている。
このように分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmであることにより、波長1550nm近傍の幅広い波長領域において分散値の変動が小さく、かつ分散の絶対値の小さい光ファイバを提供することができる。

また幅広い波長領域において分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmであることにより、1550nm近傍の幅広い波長領域において分散値が大きく変動することがない。そのため波長1550nm近傍の幅広い波長領域に対して非線形光学現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。
ところで分散スロープの絶対値が0.01ps/nm²/km以上になると、波長1550nm近傍の異なる波長に対して分散値の変動が比較的大きくなる。このため分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmである必要がある。そして波長1550nm近傍の幅広い波長領域に対して分散値の変動をより小さくするためには−0.005〜0.005ps/nm²/kmであることが好ましい。

また分散値の絶対値が10ps／nm／km以下であり、かつ波長1550nmにおける非線形定数が65.6×10^-10/W以上であることも本願発明の光ファイバの特徴の一つである。
非線形定数を65.6×10^-10/W以上にすることにより、後述するように高い非線形性の光ファイバが得られる。

またシングルモード光ファイバではカットオフ波長λcが使用波長に対応して小さいことが必要とされる。したがってカットオフ波長λcは1450nm以下であることが望ましい。カットオフ波長λcが1450nm以下であることにより、Ｓバンド、ＣバンドそしてＬバンドを含めた広い波長帯域に対して使用が可能となる。
ここでカットオフ波長λｃとは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０で定義するファイバカットオフ波長λｃをいう。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０における定義及び測定方法に従うものとする。
尚、前記有効断面積Aeffは8.84μｍ²以下が好ましい。有効断面積Aeffを8.84μｍ²以下にすることにより、高い非線形定数を得ることが可能となる。

非線形定数は前述した（１）式で示され、非線形定数を大きくするには光ファイバの非線形屈折率ｎ_２を大きくするか、有効断面積Aeffをできるだけ小さくする必要があること、そして現実的には有効断面積Aeffをできるだけ小さくする必要があること、は既に述べた通りである。
したがって非線形性の大きな光ファイバを得るには、光ファイバの構造としては、有効断面積Aeffが小さいことが必要である。また、使用波長における分散の絶対値が小さいことも必要である。それ故、波長1550nmにおける分散値の絶対値は10ps／nm／km以下であることが望ましく、５ps／nm／km以下であることがさらに望ましい。
有効断面積Aeffを8.84μｍ²以下にすることにより、より高い非線形定数を得ることが可能となり、その結果、波長1550nmにおける非線形定数が65.6×10^-10/W以上の値の光ファイバを得ることができる。

また本願明細書で述べる分散値の変動幅は、前述したように実用的な長さの光ファイバ全長において、例えばMollenauerにより研究された方式を利用する分散分布測定器により測定可能である。

波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分散値の変動が光ファイバ１kmあたり0.001〜１ps/nm/kmであることが好ましい。
光ファイバ長手方向の分散値の変動幅が、光ファイバ１kmあたり１ps/nm/km以下であることにより、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。さらに好ましくは波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分散値の変動が光ファイバ１kmあたり0.2ps/nm/km以下であることが好ましい。このように0.2ps/nm/km以下であることにより、長い光ファイバを切り割って使用したとしても、光ファイバのどの部分も分散値の差が小さく、非線形現象を利用したより良好な光信号処理が可能となる。

ところで実際に光ファイバ長手方向の分散値の変動を抑えるには、光ファイバ母材の段階でコアとクラッドの厚みが一様であることが求められる。具体的には、例えばＯＶＤ法やＶＡＤ法によるスートの合成の段階においては、堆積される原料が均一になるように管理する必要があり、この光ファイバ母材を所望の外径に延伸する際には、外径変動の差が0.2％以下になるような高精度な延伸が求められる。

図１に本願発明に係る非線形分散シフト型の光ファイバの典型的な例を一つ示す。図１（ａ）はこの光ファイバの屈折率分布で、図１（ｂ）はその横断面の一部、すなわち第１コア１と該第１コア１の外側に設けられた第２コア２を示しており、この第２コア２の外側に設けられているクラッド４の外側の線は省略されている。
図１（ａ）に示すようにこの光ファイバは、純シリカより高い屈折率を有し、下記式（２）で示すα乗の屈折率分布を有する第１コア１と、該第１コア１の外側に設けられ、純シリカよりも低い屈折率を有する第２コア２と、該第２コア２の外側に設けられたクラッド４とを具備し、第１コア１の外径Ｄ１と第２コア２の外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が0.3以上、0.8以下になっている。

ここで本明細書においては、屈折率分布の形状を表すαを以下の式（２）で定義する。
ｎ²(ｒ)＝ｎ_ｃ１ ²｛１−２・△１・（２ｒ／ａ）^α｝ （２）
但し、０≦ｒ≦Ｄ１／２
ここでｒは光ファイバ半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率を表している。また、ｎ_ｃ１は第１コア１の最大屈折率である。

また前記第１コア１の直径Ｄ１は、第１コア１においてクラッド４と等しい屈折率となる位置を結ぶ線の長さとする。また第２コア２の直径Ｄ２は、第２コア２とクラッド４との境界領域において、△２の１／２の屈折率となる位置を結ぶ線の長さとする。

また前記クラッド４に対する第１コア１の屈折率差△１、クラッド４に対する第２コア２の比屈折率差△２は下記式（３）及び（４）で示されるものをいう。
△１＝｛（ｎ_ｃ１−ｎ_ｃ）／ｎ_ｃ１｝・１００ （３）
△２＝｛（ｎ_ｃ２−ｎ_ｃ）／ｎ_ｃ２｝・１００ （４）
ここで前記各式中、ｎ_ｃ１は第１コア１の最大屈折率、ｎ_ｃ２は第２コア２の最小屈折率、そしてｎ_ｃはクラッド４の屈折率である。

図１に示す光ファイバの構造において、前記第１コア１の外径Ｄ１と第２コア２の外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を調整することによって、分散スロープの値の低減が可能となる。
そこで前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を調整することによる分散スロープの値の変化を、この光ファイバの構造におけるシミュレーション例を用いて説明する。

図２に波長1550nmにおけるＤ１／Ｄ２と、分散が0ps／nm／kmであるときの分散スロープの値との関係を示す。またここで用いた２種類の光ファイバ１、２の屈折率分布を表１に示す。

図２に示すように、Ｄ１／Ｄ２が0.3未満の場合、またＤ１／Ｄ２が0.8を超えた場合に、分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmよりも大きな分散スロープを有することになる。
また図２に示すように、Ｄ１／Ｄ２の範囲をさらに絞り込み、この値を0.4以上0.7以下にすることによって分散スロープの値を−0.005〜0.005ps/nm²/kmの範囲にすることが可能となる。このため、第１コアの外径Ｄ１と第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を好ましくは0.4以上、0.7以下にすることが望ましい。

一般的に小さな有効断面積Aeffは、コアのクラッドに対する比屈折率差を大きくすることにより得られる。しかし、コアのクラッドに対する比屈折率差を大きくしただけでは、カットオフ波長λｃが長波長側にシフトしてしまい、広帯域でのシングルモード伝送の確保が難しくなる。これに対し、例えば図１に示す構造をとることにより、小さい有効断面積Aeffと低いカットオフ波長λｃの両立が可能となる。

また第１コア１のクラッド４に対する比屈折率差△１は3.0〜5.0％であることが好ましく、第２コア２と純シリカ、すなわちこの例ではクラッド４との比屈折率差△２が−1.4〜−0.7％であることが好ましい。
第１コア１のクラッド４に対する比屈折率差△１が3.0％未満では、有効断面積Aeffが大きくなってしまい、光ファイバの非線形性が比較的小さくなってしまう。また比屈折率差△１が高くなると、カットオフ波長λｃは長波長側にシフトする。そのため、比屈折率差△１が5.0％を超えると光ファイバをシングルモードとするためのカットオフ波長λｃへの配慮が大きくなり過ぎ、その結果光ファイバの生産性が悪化する。
換言すると、比屈折率差△１が5.0％を超えると光ファイバをシングルモードとするためのカットオフ波長λｃの制御が困難になり、その結果光ファイバの製造条件が厳しくなって生産性が悪化する。
また1550nmにおける分散スロープの値が大きくなり、光信号処理を行う際、波長1550nm近傍の異なる波長に対して分散値の変動が大きくなる、という問題もある。

また第２コア２のクラッド４に対する比屈折率差△２を負側に大きくすると、波長1550nmにおける分散値の絶対値を小さくしながら分散スロープを小さくすることが可能である。
ところが比屈折率差△２を負側に大きくすると、カットオフ波長λｃは短波長側にシフトする。そこで比屈折率差△１を3.0〜5.0％にし、かつ比屈折率差△２が−1.4％〜−0.7％にすれば、分散スロープを−0.01〜0.01ps/nm²/kmの値にすることが可能となる。またカットオフ波長λｃも1450nm以下にすることが可能となる。
一方、比屈折率差△２が−1.4％を下回ると、例えば第２コア２にフッ素を多量にドープする必要があり、光ファイバの製造が困難となり、生産性が悪化する。

尚、比屈折率差△１は、より好ましくは3.0〜4.0％であり、△２はより好ましくは−1.2〜−0.8％である。この範囲であれば高い非線形性と低い分散スロープ、そしてカットオフ波長λｃが1450nm以下の光ファイバを、より高い生産性で製造でき、性能の安定性もより向上する。

更に、第１コア１の屈折率分布形状をα乗の屈折率分布にし、このαを大きくすることにより、分散スロープを小さくでき、かつ有効断面積Aeffもまた小さくすることが可能である。そのため、第１コア１の屈折率分布形状がα乗の屈折率分布であり、αが３以上であることが望ましい。さらに好ましくはαが６以上であることが望ましい。

ここでαを大きくした方が、例えば分散スロープを小さくする上で有利であることを本願発明の光ファイバの一例のシミュレーション例を示す図３及び図４を用いて説明する。
図３にαと分散スロープとの関係を示し、図４にαと有効断面積Aeffとの関係を示す。また、ここで用いた２種類の光ファイバＡ、Ｂの各構造を表２に示す。

図３に示すように、αの値を大きくすると分散スロープを低減することができる。特にαを２から３にすることにより、分散スロープの値を光ファイバＡで約0.009 ps/nm²/km小さく、そして光ファイバＢで約0.01ps/nm²/km小さくすることができることがわかる。このようにαを大きくすることが分散スロープの低減に非常に有効である。

また図４に示すように、αの値を大きくすることによって有効断面積Aeffを小さくすることができる。特にαを２から３に大きくすることにより、光ファイバＡ、光ファイバＢの両方において約８％も有効断面積Aeffを小さくすることができる。
ところで第１コア１のαを大きくするための１つの方法として、純シリカよりも高い屈折率を有するコア母材をＶＡＤ法やＭＣＶＤ法によって、あらかじめその屈折率分布形状αの大きいコア母材を作製する方法がある。この方法で作製したコア母材の表面をＨＦなどによるエッチングや機械外削することにより、屈折率分布形状のαの値を大きくすることができる。

特に上記の方法を用いる場合、αを３以上にすることは製造面からみても比較的容易である。
また、図３に示すようにαの値をさらに大きくし、６以上にすることによって分散スロープをさらに低減でき、図４に示すように有効断面積Aeffも小さくすることができる。
因みにαが６以上の領域では、図３、４に示すように分散スロープはαが大きくなるにつれ少しずつ小さくなり続けているが、有効断面積Aeffの縮小はほぼ飽和状態になる。そのため、少なくてもαを６以上にすることが好ましい。

表３に本願発明の実施例１〜実施例５に示す各光ファイバのパラメータの値とその特性値を示す。尚、表３でＭＦＤとはモードフィールド径を意味している。また表３には、参考のため参考例１〜参考例５も示してある。

実施例１〜実施例５及び参考例１〜参考例５はすべて、波長1550nmにおける分散の絶対値が10ps／nm／km以下で、分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmである。またカットオフ波長λｃは1450nm以下であり、有効断面積Aeffが12μm²以下である。

ここで実施例１〜実施例５及び参考例１、参考例２に示す特性値はシミュレーションにより得られた結果であり、参考例３〜５は実際に光ファイバを作製して、評価を行って得られた特性値である。
まず実施例１と実施例２に注目する。比較を容易にするため、波長1550nmでの分散の値をほぼ同じにした。
実施例１の光ファイバは、第１コア１の外径Ｄ１と第２コア２の外径Ｄ２との比Ｄ１/Ｄ２が0.35であり、実施例２ではＤ１/Ｄ２が0.55になっている。
両光ファイバにおいて得られた特性値を比較すると、実施例２の方が実施例１よりも有効断面積Aeffが大きく、カットオフ波長λｃが長波長側であるが、波長1550nmでの分散スロープの値はかなり小さい値を示している。すなわち、分散スロープの観点からいうとＤ1/Ｄ２が0.3以上、0.8以下であるよりも、0.4以上、0.7以下であるほうが好ましいことが推測される。

次に実施例４と実施例５を上記と同様に比較してみる。実施例４は第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、αが４．５である。一方実施例５ではαが７になっている。各々得られた光ファイバの特性値を比較すると、実施例５の方が実施例４よりも波長1550nmでの分散スロープが小さく、有効断面積Aeffもまた小さい値を示している。この観点からαが３．０以上のものより、６．０以上である方が好ましいことが示唆される。

また、参考例３および参考例４に示す光ファイバの長手方向の分散変動を測定した。その結果、参考例４では、測定波長1552nmにおいて全長３kmで1.9ps/nm/kmの分散変動があった。これを1kmあたりに換算すると、0.75ps/nm/kmの分散変動に相当する。また、参考例４に示す光ファイバについては、測定波長1556nmにおいて全長15kmで0.15ps/nm/kmの分散変動があった。これを同様に１kmあたりに換算すると、0.08ps/nm/kmの分散変動がみられたことになる。いずれの変動も許容範囲内である。

表４に比較例１〜比較例５に示す各光ファイバのパラメータの値とその特性値を示す。
尚、表４においてもＭＦＤはモードフィールド径を意味している。

まず、比較例１の光ファイバは、第１コア１の外径Ｄ１と第２コア２の外径Ｄ２との比Ｄ１/Ｄ２の比が０．２５である。この光ファイバでは分散スロープの値が比較的大きくなってしまい、幅広い波長領域で使用する場合に分散値の変動が大きくなってしまい、非線形現象を利用した良好な光信号処理ができなくなる。

比較例２は、第２コア２のクラッド４に対する比屈折率差△２が−0.5％である。得られた光ファイバの分散スロープの値が比較的大きくなってしまい、この光ファイバも前記比較例１同様に、幅広い波長領域で使用した場合に分散値の変動が大きくなってしまい、非線形現象を利用したより良好な光信号処理ができなくなる。
比較例３の光ファイバは、第１コア１のクラッド４に対する比屈折率差△１が1.8％である。得られた光ファイバでは有効断面積Aeffが比較的大きくなってしまい、非線形定数γが30×10^-10/W以上のものを得ることができない。

また比較例４の光ファイバは、第１コア１の屈折率分布形状がα乗プロファイルで、かつαの値が２．５である。得られた光ファイバの分散スロープの値は比較的大きくなってしまい、前記比較例１や比較例２と同様に、幅広い波長領域で使用する場合に分散値の変動が大きくなってしまい、非線形現象を利用したより良好な光信号処理ができなくなる。

さらに比較例５では、第１コア１と純シリカとの比屈折率差△１が５．５％になっている。この光ファイバではカットオフ波長λｃが長波長側に移行してしまっていて、波長1550nmで使用する場合問題がある。

図５に本願発明の光ファイバを用いた光信号処理装置の一例としての光波長変換器の一例を示す。この光波長変換器によれば、信号光の波長を一括して他の波長に変換することが可能である。
ここで図５について簡単に説明する。尚、事前に本願発明の光ファイバ７の分散値が零となる波長を調べておく。
まず、この分散値が零となる波長近傍の励起光（波長λs）を光源１１から発し、信号光１２（波長λp）とカップリングする。そして本願発明の光ファイバ１７に挿入する。この際、この光ファイバ１７内で四光波混合とよばれる大きな非線形現象を生じ、信号光１２は下記式（５）での波長λに変換される。このことにより、光波長変換が一括して行われる。
λ＝（λp―λs）＋λp （５）

因みに図５において符号１３は偏波を揃える偏波コントローラを、符号１４はＥＤＦＡ、すなわちエルビュウムドープファイバアンプ（光増幅器）を、符号１５は光源から励起光（波長λs）と信号光１２を結合するカップラーを、そして符号１６は偏光子をそれぞれ示している。

また図６に本願発明の光ファイバを用いたパルス圧縮器の一例を示す。図６において、符号２１、２２はそれぞれ波長の異なる光源を示し、符号２３は偏波コントローラを、符号２４はカップラーを示している。また符号２５は偏光子を、符号２６はＥＤＦＡをそれぞれ示している。そして前記光源２１、２２からＥＤＦＡ２６までを各々接続する光ファイバや、符号２８が示す光ファイバは一般的なシングルモード光ファイバで、符号２７は本願発明の光ファイバである。このように本願発明の光ファイバ２７と一般的なシングルモード光ファイバ２８を所定長さ毎、交互に接続してパルス圧縮器を構成している。

ところで図５及び図６には、本願発明の光ファイバを用いた光信号処理装置として、光波長変換器やパルス圧縮器のみ示しているが、これ以外にも、例えば波形整形器等にも本願発明の光ファイバを適用できることはいうまでもない。

本願発明の光ファイバの一実施例を示すもので、図１（ａ）は屈折率分布を示し、図１（ｂ）は横断面の一部を示す横断面図である。 図１における光ファイバのＤ１／Ｄ２と分散スロープのシミュレーション結果を示すグラフである。 シミュレーションによるαと分散スロープの関係を示すグラフである。 シミュレーションによるαと有効断面積Aeffの関係を示すグラフである。 本願発明の光ファイバを波長変換器に用いた一実施例を示す模式図である。 本願発明の光ファイバをパルス圧縮器に用いた一実施例を示す模式図である。

符号の説明

１ 第１コア
２ 第２コア
４ クラッド
１１、２１、２２ 光源
１２ 信号光
１３、２３ 偏波コントローラ
１４、２６ ＥＤＦＡ
１５、２４ カップラー
１６、２５ 偏光子
１７、２７ 光ファイバ

Claims (11)

1. 純シリカより高い屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられ、純シリカよりも低い屈折率を有する第２コアと、該第２コアの外周に第１コアよりも屈折率が低く、第２コアよりも屈折率が高いクラッドを具備し、前記第１コアの外径Ｄ１が２〜５μｍであり、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が0.3以上、0.8以下であり、前記第１コアとクラッドとの比屈折率差△１が3.0〜5.0％であり、前記第２コアとクラッドとの比屈折率差△２が−1.4〜−0.7％であり、波長1550nmにおける分散スロープが−0.01〜0.01ps/nm²/kmであり、波長1550nmにおける分散値の絶対値が10ps／nm／km以下であり、かつ波長1550nmにおける非線形定数が65.6×10^-10/W以上であり、カットオフ波長λcが1450nm以下であり、有効断面積Aeffが8.84μm²以下であることを特徴とする光ファイバ。
2. 波長1550nmにおける分散スロープが−0.005〜0.005ps/nm²/kmであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
3. 波長1550nmにおける分散の絶対値が5ps／nm／km以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ファイバ。
4. 波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分散値の変動幅が、光ファイバ1kmあたり1ps/nm/km以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光ファイバ。
5. 波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分散値の変動幅が、光ファイバ1kmあたり0.2ps/nm/km以下であることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ。
6. 前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が0.4以上、0.7以下であることを特徴とする請求項５記載の光ファイバ。
7. 前記第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、αが3.0以上であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光ファイバ。
8. 前記第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、αが6.0以上であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
9. 前記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光ファイバを用いたことを特徴とする光信号処理装置。
10. 前記光信号処理装置は光波長変換器であることを特徴とする請求項９記載の光信号処理装置。
11. 前記光信号処理装置はパルス圧縮器であることを特徴とする請求項９記載の光信号処理装置。

Images