JP4208415B2 - 低勾配分散管理導波路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中継器間隔が長く且つ高データ信号速度である長距離通信システム用に設計されたシングルモード光導波路ファイバに関する。特に、かかるシングルモード導波路は、長距離伝送用途に所望される特徴として、優れた曲がり抵抗、低減衰、低分散及び低分散勾配を具備している。
【０００２】
【従来の技術】
電子信号再生器を使用せず、長距離に亘って、より大なる情報容量を達成しようとする長距離通信業界における要求は、シングルモードファイバ屈折率分布の設計の再評価につながった。
近年、エルビウム添加ファイバ増幅器（EDFA）及び波長分割多重器の開発によって高容量導波路システムが可能となった。高容量を達成することで、チャネルビットレート及び信号波長範囲を増加させることができる。ここで、ビットレートが2.5Gb/sを越えて増加したときに、ファイバ分散は、長い距離での主たる劣化要因となる。他方、分散が非常に低い場合には、多重チャンネルの相互作用による四光波混合（ＦＷＭ）が生じ得るので、システム性能が劣化してしまう。かかる分散及びＦＷＭ劣化を減じるために、分散管理が提案され、実証されてきた。分散管理は、＋Ｄ及び−Ｄのファイバを交互に接続（スプライス）したケーブル管理、若しくは、＋Ｄ及び−Ｄの特性を具備するコアケーンを１つのファイバに統合して線引きしたファイバ管理のいずれかによって達成することが出来る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、正の分散勾配を有する＋Ｄ及び−Ｄのファイバを使用した分散管理ファイバが提案されており、このときの最終的なファイバ分散は、分散シフトファイバ類似の分散及び勾配を有する。つまり、正味の零分散を1550nm窓に有し、全分散勾配が正である。しかしながら、依然として、分散管理導波路の他の設計の必要がある。
【０００４】
定義
以下の定義は、従来技術における一般的な用法と一致している。屈折率分布は、一連の屈折率セグメントの半径に関して定義される。特定のセグメントは、第１及び最後の屈折率点（位置）を有する。導波路の中央線から第１の屈折率点までの半径は、コア領域、若しくはセグメントの内側半径である。同様に、導波路の中央線から最後の屈折率点までの半径は、コアセグメントの外側半径である。
【０００５】
セグメント半径は、多くの方法によって便宜的に定義され得るが、これは図１の説明にて後述する。図１乃至図３及びかかる図から求められた表１と表２において、屈折率分布セグメントの半径は、Δ％対導波路半径のチャート図を参照して、以下の如く定義される。
* 中央の主たる屈折率分布の外側半径ｒ1は、導波路の中心線から、中央屈折率分布をＸ軸まで、すなわちΔ％＝０位置まで外挿した交差点までを計測したものである。
* 第１環状セグメントの外側半径ｒ2は、導波路の中心線から、中央屈折率分布をＸ軸まで、すなわちΔ％＝０位置まで外挿した交差点、若しくそのまま降ろした点までを計測したものである。
* 第２環状セグメントの外側半径ｒ3は、導波路の中心線から、中央屈折率分布をＸ軸まで、すなわちΔ％＝０位置まで外挿した交差点までを計測したものである。
* すべての追加の環状セグメントの外側半径は、第１及び第２環状セグメントの外側半径と同様に計測される。
* 最後の環状セグメントの半径は、導波路の中央線からそのセグメントの中心点までを計測される。
【０００６】
セグメントの幅Ｗは、セグメントの内側と外側の半径間距離である。セグメントの外側半径は、次のセグメントの内側半径と一致することを理解されるであろう。
- 相対屈折率Δ％は、
Δ％=100×（ｎ1 2−ｎ2 2）/２ｎ1 2
によって定義される。ここで、ｎ1は屈折率分布セグメント１の最大屈折率であり、ｎ2は参照屈折率であって、本明細書ではクラッド層の屈折率である。
- 屈折率分布の語は、コアの選択された一部に亘るΔ％若しくは屈折率と半径との間の関係である。
- α分布の語は、以下のΔ（b）％の式で表される屈折率分布であって、但し、bは半径である。
【０００７】
Δ（b）％＝Δ（b0）（１−［｜b−b0｜/(b1−b0)］α）
ここで、b0は、最大屈折率の半径位置、b1は、Δ(b)％の零である位置、また、bは、bi≦b≦bfの範囲内である。デルタは、上記の定義に従う。biは、α分布の開始の位置である。bfは、α分布の終わりの位置である。また、αは、実数の指数である。
【０００８】
他の屈折率分布は、ステップ屈折率、三角形、台形、丸めステップ屈折率を含む。ここで、丸めは、一般に急峻な屈折率変化領域にドーパントを拡散させることによって形成される。
- 全分散は、導波路分散及び材料分散の代数和として定義される。全分散は、従来技術においては波長分散とも呼ばれている。全分散の単位は、ps/nm-kmである。
− 導波路ファイバの曲げ抵抗は、規定された試験条件のもとにおいて誘起される減衰によって表される。標準試験条件は、75mm直径のマンドレルの周囲に導波路ファイバを100回巻くか、若しくは32mm直径のマンドレルの周囲に導波路ファイバを１回巻く。各試験条件において、通常、dB/(単位長さ)を単位として、曲げ誘起減衰が計測される。本明細書中において使用された曲げ試験は、20mm直径のマンドレルの周囲に導波路ファイバを５回巻いて行った。これは、現行の導波路ファイバの動作環境よりも厳しい要求に応えている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴は、正の分散及び正の分散勾配を有する第１ファイバコンポーネントセグメントと、負の分散及び負の分散勾配を有する第２ファイバコンポーネントセグメントとからなるシングルモード光導波路であって、かかる導波路は、第１ファイバコンポーネント及び第２ファイバコンポーネントのセグメントが長さ方向に沿って交互に配されており、この第１ファイバコンポーネントセグメントは、第２ファイバコンポーネントセグメントの長さの少なくとも２倍の長さを有する。この導波路は、1550nm近傍、すなわち約1520nmから1625nmの間の波長窓で低減衰動作するように最適化されている。
【００１０】
本発明による導波路は、各種の第１及び第２セグメント、例えば、正と負の分散や分散勾配を有するセクションを交互に配した単位ファイバからなる。あるいは、導波路は、多様なファイバコンポーネントセクションをケーブルの長さ方向に沿って接続したケーブルからなる。
本発明の他の特徴は、低い全分散及び低い分散勾配を与えることによって、ファイバのクロマチック分散を管理したシングルモード光導波路に関する。本発明による好適な導波路は、1520nmから1625nmの範囲内で常に２ps/nm2-km未満の大きさの分散を有し、さらに好ましくは、１ps/nm2-km未満である。導波路ファイバの全分散は、1550nmで約-2.0から+2.0ps/nm-kmの範囲内であり、より好ましくは、約-1.0から+1.0ps/nm-kmであり、さらに好ましくは、約-0.5から+0.5ps/nm-kmである。多様な正及び負の分散セグメントのｒi、Δi ％及び屈折率分布は、1550nmで、0.25dB/km以下の全減衰を与えるように選択される。
【００１１】
これらの特性の全ては、高強度、良好な疲労抵抗及び良好な曲げ抵抗を維持すると共に達成される。すなわち、誘起曲げ損失は、32mmマンドレルに１回巻いた場合で約0.5dB以下、75mmマンドレルに100回巻いた場合に0.05dB以下である。本発明による導波路は、また、光増幅器と互換性を有する。また、ケーブルを形成した状態でのファイバのカットオフ波長は、1520nm未満である。更なる利点は、約0.5ps/(km)1/2、より好ましくは、0.3ps/(km)1/2未満、さらに好ましくは約0.1ps/(km)1/2未満の偏光モード分散である。
【００１２】
本発明の追加の特徴及び効果は、後述する発明の詳細な説明において記載され、一部分は、当業者で有れば発明の詳細な説明から容易に明らかとなるであろう。また、後述する発明の詳細な説明、請求の範囲、図面を含む本明細書の開示を実行することによっても認識されるであろう。
前述の説明及び以下の発明の詳細な説明は、単に本発明の典型例であって、これらは、特許請求の範囲に記載された発明を理解するための概要若しくは骨格を提供することを目的とする。添付の図面は、本発明の更なる理解を与えるために本明細書中に包含若しくは取り入れられて本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の多様な実施例を示しており、発明の詳細な説明と共に本発明の原理及び動作の説明を与える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
引用は、本発明の好適な実施例及び添付図面とともに記載された実施例を詳細に示すためのものである。図面では、出来る限り、同じ参照番号を同じ部材若しくは類似する部材を参照するために使用した。
本発明において、低勾配の分散管理ファイバ光導波路は、正の分散及び正の分散勾配を有する第１ファイバコンポーネントと、負の分散及び負の分散勾配を有する第２ファイバコンポーネントとを交互に配したセグメントを取り入れることで達成される。第１ファイバコンポーネントは、第２ファイバコンポーネントの長さの少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍、最も好ましくは、少なくとも５倍の長さを有する。
【００１４】
本発明の導波路は、正及び負の分散及び分散勾配の交互のセクションを有する単位ファイバの形態であってもよい。例えば、この種のファイバは、チューブ若しくは他の支持デバイス中に所望の屈折率分布を有するコアタブレットを交互に集積することで製造してもよい。交互のコアタブレットは、交互に正及び負の所望とする分散特性を形成する。これらの交互になっているコンポーネントタブレットを含むチューブは、シリカクラッド層を有する外層クラッドとなり、そして、結果として生じるプリフォームは、コンソリデートされて、連続するファイバに線引きされて、長さ方向に沿った正及び負の分散及び分散勾配の交互部分を形成する。例えば、このような製造法は、1997年4月23日に出願の米国特許出願番号第08/844,997号において開示されており、かかる明細書及び図面は、参照により全てを本明細書に引用したものとする。
【００１５】
他の実施例において、導波路はケーブル化された導波路からなる。例えば、導波路は、正の分散及び正の分散勾配を有する少なくとも50km、より好ましくは、少なくとも75kmの長さを有する第１ファイバコンポーネントと、20km未満、より好ましくは15km未満の長さを有する（負分散及び負の分散勾配の）第２ファイバコンポーネントとからなる。ケーブルを形成したこの種の導波路は、光ファイバ通信システムの増幅器の間に配置することができる。第２ファイバコンポーネントは、増幅器若しくは増幅器モジュール自身の内部で増幅器側に代わりに配置され得る。
【００１６】
正の分散及び正の分散勾配を有する第１ファイバコンポーネントは、従来のシングルモードファイバ、例えばコーニング社から入手可能であるSMF 28の如きを利用することによって与えられ得る。SMF-28は、1550nmで17ps/nm-kmの全分散及び0.06ps/nm2-kmの分散勾配を有する。
各種のファイバ分布は、負の分散及び負の分散勾配を有する第２ファイバコンポーネントを与えるために使用され得る。本発明の好適な実施例において、負のコンポーネントファイバセグメントは、分布において３つ若しくは４つのセグメントを有する。
【００１７】
図１は、負の分散及び負の分散勾配のファイバセグメントコンポーネントの好適な３セグメント分布の一実施例を示している。図１の如く、分布は、外側半径ｒ1の第１中央屈折率分布10と、これを包囲する外側半径ｒ2の第１環状セグメント12と、さらにこれを包囲する外側半径ｒ3の第２環状のセグメント14とからなる。図１に示すように、第１中央屈折率分布10で使用され得る分布形に関連して、点線で示された様々な分布形が使用できる。
【００１８】
本明細書において記載される非凡な特性の組合せを与える分割（セグメント）コア設計によって、新規なシングルモード光導波路が特徴づけられる。これらの特性は、各々のセグメントに適当な屈折率分布形を選択すると共に、セグメントの適当な相対屈折率デルタΔi ％及び半径方向の範囲ｒiを選択することによって達成される。分布パラメータは、相互に作用することは周知の通りである。例えば、約１の中央領域α分布は、実質的な同一の特性を有するファイバを与える台形屈折率分布を有する中央領域とは、異なる半径を有する。
【００１９】
各々のセグメントの屈折率分布は、実質的にいかなる特定の形であっても良く、α分布、ステップ屈折率分布若しくは台形分布を含む。特別なステップ（工程）が形成過程に挿入されて、屈折率が急峻に変化する位置において屈折率分布が丸められる。かかる「丸め」は、ベースガラスの屈折率を変化させるために使用されるドーパント材料の拡散による。上述の如く、これらの屈折率分布のいずれであっても、特定の位置で丸めせしめることができる。例えば、正のΔ％を有するステップ屈折率分布は、一般的には上下の角を丸められる。
【００２０】
表１は、３セグメント分布での半径とデルタにおける好適なパラメータを示している。かかる分布では、負の分散、すなわち本発明に使用される負の分散勾配ファイバセグメントを形成するために使用しても良い。表から分かるように、ファイバは、中央に凹部を有する屈折率領域を任意的に含むことができて、例えば、これは一般的にゲルマニアドーパントの拡散によって形成される。
【００２１】
【表１】
【００２２】
図１において示される負の分散ファイバのコアセグメントタブレットは、正の分散及び正の分散勾配を有する従来のシングルモードファイバ（SMF28）と組み合わせられて、ファイバに線引きされる。図１の実線で示されるファイバは、負の分散、すなわち1550nmで約-35ps/nm-kmと約0.15ps/nm2-kmの分散勾配とを示す。この場合、(ＤSMF/ＳSMF)=17/0.06 = 280、一方、（Ｄn/Ｓn）=-35/0.15 =-233である。従って、（Ｄp/Ｓp）/（Ｄn/Ｓn）= 0.83であって、望ましくは、これは１に非常に近い。
【００２３】
図２は、本発明による負の分散勾配ファイバセグメントに使用可能な４セグメントファイバコア分布を示す。図２で示される分布は、２つの屈折率の低減された領域12及び16を含む。
表２は、本発明で使用され得る負の分散及び負の分散勾配ファイバセグメントを形成するために使用される多種の４セグメント分布における半径対デルタの好適なパラメータである。
【００２４】
【表２】
【００２５】
本願明細書において開示されたいずれの分布もまた、断面において中央線に屈折率の落ち込み（中央線ディップ）を含むことができる。そして、これは第１中央コアセグメントのピークのデルタ値未満の落ち込んだ相対屈折率領域である。このような中央線ディップは、一般的にドーパントイオンのいわゆるバーンアウト(burn-out)若しくはマイグレーションによって生じる。そして、場合によっては、光ファイバ導波路の製造工程で生じる。
【００２６】
本発明による導波路は、1520nmから1625nmの範囲に亘って、常に２ps/nm2-km未満、より好ましくは、１ps/nm2-km未満の大きさの分散を好ましくは呈する。導波路ファイバの全分散は、1550nmで、約-2.0から+2.0、より好ましくは、-1.0から+1.0、最も好ましくは-0.5から+0.5ps/nm-kmの範囲である。ｒi、Δi％及び多様な正及び負の分散セグメントの屈折率分布もまた、1550nmで0.25dB/km以下の全減衰を与えるように選択される。
【００２７】
高強度、良好な疲労抵抗及び良好な曲がり抵抗を維持すると共に、これらの特性の全てが達成される。すなわち、誘起曲げ損失は、約32mmのマンドレルに１回巻きの場合、約0.5dB以下及び75mmマンドレルに100回巻きの場合、0.05以下である。本発明による導波路は、光増幅器と互換性をも有する。また、ケーブル化されたファイバのカットオフ波長は、1520nm未満である。更なる利点は、約0.5ps/(km)1/2、より好ましくは、0.3ps/(km)1/2未満の偏光モード分散である。
【００２８】
本発明による１つの特に好適な分散管理された導波路は、低分散勾配と同様に負の全分散を与えることによってファイバ波長分散を制御する。潜在的なソリトン形成の抑制がシステムにおいて重要であって、線形分散は、高パワー信号で生ずる非線形の自己位相変調に反作用をなし得ない故に、導波路ファイバの全分散は負であることが望ましい。
【００２９】
ファイバの波長分散を等化するためには、好ましくは以下の関係式をできる限り近接して満たしていなければならない。
ＤpＬp + ＤnＬn ＝ ０
ここでＤ及びＬは、各々、分散及びファイバ長、添え字「p」及び「n」は、正及び負の分散ファイバコンポーネントを表す。さらに、分散勾配を等化するためには、好ましくは、以下の関係式をできる限り近接して満たしていなければならない。
【００３０】
（Ｄp/Ｓp）/（Ｄn/Ｓn）＝ １
ここで、Ｓは分散勾配である。
本明細書に記載されている導波路は、高出力及び長距離伝送の使用に適しており、ソリトン伝送の使用と同様に、従来のＲＺ（零帰還）若しくは、ＮＲＺ（非零帰還）を含む。高出力及び長距離の定義は、特定の長距離通信システムの環境下においてのみ意味を有し、ビットレート、ビットエラーレート、多重化スキーム及び光増幅器が特定される。高出力及び長距離を意味すると共に追加の要因が生ずることは、当業者にとって明らかである。しかし、大部分の目的の場合、高出力とは、チャネル当たり約10mWを越える光学パワーである。特定の応用において、1mW以下の信号パワーレベルは、非線形効果に対して敏感であり、故に、Ａeffは低パワーシステムにおいて重要である。
【００３１】
長距離は、電気的な再生器間距離が100から120km以上となり得るものである。再生器は、光増幅器を利用する中継器とは区別される。特に高いデータ密度システムにおいて、中継器間隔は従来の半分の再生器間隔未満でよい。
本発明の典型例を示すことを目的とする以下の実施例によって、本発明は更に明らかにされる。
【００３２】
【実施例】
負の分散及び負の勾配のファイバセグメントとして用いるのに特に好適な３セグメント屈折率分布は、図３に示される。この特定の分布は、1550nmで、-35.47ps/nm-kmの分散及び-0.1018ps/nm2-kmの勾配を呈する。カットオフ波長は1.18ミクロン、ピンアレイ曲げ損失は1.3dB、4.8ミクロンのＭＦＤ、1550nmで4.68ミクロンのＤeffである。
【００３３】
このSMF-28の場合に正の分散ファイバコンポーネントが変化の図３に開示の負の分散ファイバコンポーネントと組み合わせられるときに、図４に示される分散特性が達成される。これらは、以下のパラメータを有する。
【００３４】
【表３】
【００３５】
以下の表３は、結果として生じる分散及び分散勾配特性及び交互になっているファイバセグメントの組合せによって達成される分散勾配に対する分散の比を表す。
【００３６】
【表４】
【００３７】
図５は、導波路長（nm-km）に亘る分散について、結果として生じる分散を平坦化した分散制御された結果として生じる導波路ファイバの軸方向の設計を示す。
図６は、分散を平坦化しファイバ制御した結果として生じる全分散特性を示す。Ｌp/Ｌnは、この実施例では約2:1である。周期Ｌn＋Ｌpは、ほぼ３kmである。図６から分かるように、本設計の実施例の場合、全分散は１ps/nm-km未満で、1520nmから1620nmの範囲で約0.5ps/nm-km未満である。これは、シングルモードファイバの低い損失窓と整合している。従来のシングルモードファイバの損失スペクトルによれば、減衰は1520nmから1620nmの範囲で0.22dB/km未満である。
【００３８】
多様な変更態様及びバリエーションが本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明によってなされ得ることは、当業者であれば明らかである。したがって、本発明は、特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内にある本発明の変更態様及びバリエーションを包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による負の分散ファイバセグメントの屈折率分布を示す図である。
【図２】本発明による他の負の分散ファイバセグメントの屈折率分布を示す図である。
【図３】本発明による他の好適な負の分散ファイバセグメントの屈折率分布を示す図である。
【図４】本発明による＋Ｄと−Ｄのセグメントが交互になっているファイバの分散特性を示す図である。
【図５】本発明による分散平坦化及び分散管理ファイバの距離に対する分散を示す図である。
【図６】本発明による分散平坦化及び分散管理ファイバの波長に対する分散を示す図である。
【符号の説明】
10 第１中央屈折率分布
12、16 屈折率低減領域
14 第２環状のセグメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、中継器間隔が長く且つ高データ信号速度である長距離通信システム用に設計されたシングルモード光導波路ファイバに関する。特に、かかるシングルモード導波路は、長距離伝送用途に所望される特徴として、優れた曲がり抵抗、低減衰、低分散及び低分散勾配を具備している。
【０００２】
【従来の技術】
電子信号再生器を使用せず、長距離に亘って、より大なる情報容量を達成しようとする長距離通信業界における要求は、シングルモードファイバ屈折率分布の設計の再評価につながった。
近年、エルビウム添加ファイバ増幅器（EDFA）及び波長分割多重器の開発によって高容量導波路システムが可能となった。高容量を達成することで、チャネルビットレート及び信号波長範囲を増加させることができる。ここで、ビットレートが2.5Gb/sを越えて増加したときに、ファイバ分散は、長い距離での主たる劣化要因となる。他方、分散が非常に低い場合には、多重チャンネルの相互作用による四光波混合（ＦＷＭ）が生じ得るので、システム性能が劣化してしまう。かかる分散及びＦＷＭ劣化を減じるために、分散管理が提案され、実証されてきた。分散管理は、＋Ｄ及び−Ｄのファイバを交互に接続（スプライス）したケーブル管理、若しくは、＋Ｄ及び−Ｄの特性を具備するコアケーンを１つのファイバに統合して線引きしたファイバ管理のいずれかによって達成することが出来る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、正の分散勾配を有する＋Ｄ及び−Ｄのファイバを使用した分散管理ファイバが提案されており、このときの最終的なファイバ分散は、分散シフトファイバ類似の分散及び勾配を有する。つまり、正味の零分散を1550nm窓に有し、全分散勾配が正である。しかしながら、依然として、分散管理導波路の他の設計の必要がある。
【０００４】
定義
以下の定義は、従来技術における一般的な用法と一致している。屈折率分布は、一連の屈折率セグメントの半径に関して定義される。特定のセグメントは、第１及び最後の屈折率点（位置）を有する。導波路の中央線から第１の屈折率点までの半径は、コア領域、若しくはセグメントの内側半径である。同様に、導波路の中央線から最後の屈折率点までの半径は、コアセグメントの外側半径である。
【０００５】
セグメント半径は、多くの方法によって便宜的に定義され得るが、これは図１の説明にて後述する。図１乃至図３及びかかる図から求められた表１と表２において、屈折率分布セグメントの半径は、Δ％対導波路半径のチャート図を参照して、以下の如く定義される。
* 中央の主たる屈折率分布の外側半径ｒ1は、導波路の中心線から、中央屈折率分布をＸ軸まで、すなわちΔ％＝０位置まで外挿した交差点までを計測したものである。
* 第１環状セグメントの外側半径ｒ2は、導波路の中心線から、中央屈折率分布をＸ軸まで、すなわちΔ％＝０位置まで外挿した交差点、若しくそのまま降ろした点までを計測したものである。
* 第２環状セグメントの外側半径ｒ3は、導波路の中心線から、中央屈折率分布をＸ軸まで、すなわちΔ％＝０位置まで外挿した交差点までを計測したものである。
* すべての追加の環状セグメントの外側半径は、第１及び第２環状セグメントの外側半径と同様に計測される。
* 最後の環状セグメントの半径は、導波路の中央線からそのセグメントの中心点までを計測される。
【０００６】
セグメントの幅Ｗは、セグメントの内側と外側の半径間距離である。セグメントの外側半径は、次のセグメントの内側半径と一致することを理解されるであろう。
- 相対屈折率Δ％は、
Δ％=100×（ｎ1 2−ｎ2 2）/２ｎ1 2
によって定義される。ここで、ｎ1は屈折率分布セグメント１の最大屈折率であり、ｎ2は参照屈折率であって、本明細書ではクラッド層の屈折率である。
- 屈折率分布の語は、コアの選択された一部に亘るΔ％若しくは屈折率と半径との間の関係である。
- α分布の語は、以下のΔ（b）％の式で表される屈折率分布であって、但し、bは半径である。
【０００７】
Δ（b）％＝Δ（b0）（１−［｜b−b0｜/(b1−b0)］α）
ここで、b0は、最大屈折率の半径位置、b1は、Δ(b)％の零である位置、また、bは、bi≦b≦bfの範囲内である。デルタは、上記の定義に従う。biは、α分布の開始の位置である。bfは、α分布の終わりの位置である。また、αは、実数の指数である。
【０００８】
他の屈折率分布は、ステップ屈折率、三角形、台形、丸めステップ屈折率を含む。ここで、丸めは、一般に急峻な屈折率変化領域にドーパントを拡散させることによって形成される。
- 全分散は、導波路分散及び材料分散の代数和として定義される。全分散は、従来技術においては波長分散とも呼ばれている。全分散の単位は、ps/nm-kmである。
− 導波路ファイバの曲げ抵抗は、規定された試験条件のもとにおいて誘起される減衰によって表される。標準試験条件は、75mm直径のマンドレルの周囲に導波路ファイバを100回巻くか、若しくは32mm直径のマンドレルの周囲に導波路ファイバを１回巻く。各試験条件において、通常、dB/(単位長さ)を単位として、曲げ誘起減衰が計測される。本明細書中において使用された曲げ試験は、20mm直径のマンドレルの周囲に導波路ファイバを５回巻いて行った。これは、現行の導波路ファイバの動作環境よりも厳しい要求に応えている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴は、正の分散及び正の分散勾配を有する第１ファイバコンポーネントセグメントと、負の分散及び負の分散勾配を有する第２ファイバコンポーネントセグメントとからなるシングルモード光導波路であって、かかる導波路は、第１ファイバコンポーネント及び第２ファイバコンポーネントのセグメントが長さ方向に沿って交互に配されており、この第１ファイバコンポーネントセグメントは、第２ファイバコンポーネントセグメントの長さの少なくとも２倍の長さを有する。この導波路は、1550nm近傍、すなわち約1520nmから1625nmの間の波長窓で低減衰動作するように最適化されている。
【００１０】
本発明による導波路は、各種の第１及び第２セグメント、例えば、正と負の分散や分散勾配を有するセクションを交互に配した単位ファイバからなる。あるいは、導波路は、多様なファイバコンポーネントセクションをケーブルの長さ方向に沿って接続したケーブルからなる。
本発明の他の特徴は、低い全分散及び低い分散勾配を与えることによって、ファイバのクロマチック分散を管理したシングルモード光導波路に関する。本発明による好適な導波路は、1520nmから1625nmの範囲内で常に２ps/nm2-km未満の大きさの分散を有し、さらに好ましくは、１ps/nm2-km未満である。導波路ファイバの全分散は、1550nmで約-2.0から+2.0ps/nm-kmの範囲内であり、より好ましくは、約-1.0から+1.0ps/nm-kmであり、さらに好ましくは、約-0.5から+0.5ps/nm-kmである。多様な正及び負の分散セグメントのｒi、Δi ％及び屈折率分布は、1550nmで、0.25dB/km以下の全減衰を与えるように選択される。
【００１１】
これらの特性の全ては、高強度、良好な疲労抵抗及び良好な曲げ抵抗を維持すると共に達成される。すなわち、誘起曲げ損失は、32mmマンドレルに１回巻いた場合で約0.5dB以下、75mmマンドレルに100回巻いた場合に0.05dB以下である。本発明による導波路は、また、光増幅器と互換性を有する。また、ケーブルを形成した状態でのファイバのカットオフ波長は、1520nm未満である。更なる利点は、約0.5ps/(km)1/2、より好ましくは、0.3ps/(km)1/2未満、さらに好ましくは約0.1ps/(km)1/2未満の偏光モード分散である。
【００１２】
本発明の追加の特徴及び効果は、後述する発明の詳細な説明において記載され、一部分は、当業者で有れば発明の詳細な説明から容易に明らかとなるであろう。また、後述する発明の詳細な説明、請求の範囲、図面を含む本明細書の開示を実行することによっても認識されるであろう。
前述の説明及び以下の発明の詳細な説明は、単に本発明の典型例であって、これらは、特許請求の範囲に記載された発明を理解するための概要若しくは骨格を提供することを目的とする。添付の図面は、本発明の更なる理解を与えるために本明細書中に包含若しくは取り入れられて本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の多様な実施例を示しており、発明の詳細な説明と共に本発明の原理及び動作の説明を与える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
引用は、本発明の好適な実施例及び添付図面とともに記載された実施例を詳細に示すためのものである。図面では、出来る限り、同じ参照番号を同じ部材若しくは類似する部材を参照するために使用した。
本発明において、低勾配の分散管理ファイバ光導波路は、正の分散及び正の分散勾配を有する第１ファイバコンポーネントと、負の分散及び負の分散勾配を有する第２ファイバコンポーネントとを交互に配したセグメントを取り入れることで達成される。第１ファイバコンポーネントは、第２ファイバコンポーネントの長さの少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍、最も好ましくは、少なくとも５倍の長さを有する。
【００１４】
本発明の導波路は、正及び負の分散及び分散勾配の交互のセクションを有する単位ファイバの形態であってもよい。例えば、この種のファイバは、チューブ若しくは他の支持デバイス中に所望の屈折率分布を有するコアタブレットを交互に集積することで製造してもよい。交互のコアタブレットは、交互に正及び負の所望とする分散特性を形成する。これらの交互になっているコンポーネントタブレットを含むチューブは、シリカクラッド層を有する外層クラッドとなり、そして、結果として生じるプリフォームは、コンソリデートされて、連続するファイバに線引きされて、長さ方向に沿った正及び負の分散及び分散勾配の交互部分を形成する。例えば、このような製造法は、1997年4月23日に出願の米国特許出願番号第08/844,997号において開示されており、かかる明細書及び図面は、参照により全てを本明細書に引用したものとする。
【００１５】
他の実施例において、導波路はケーブル化された導波路からなる。例えば、導波路は、正の分散及び正の分散勾配を有する少なくとも50km、より好ましくは、少なくとも75kmの長さを有する第１ファイバコンポーネントと、20km未満、より好ましくは15km未満の長さを有する（負分散及び負の分散勾配の）第２ファイバコンポーネントとからなる。ケーブルを形成したこの種の導波路は、光ファイバ通信システムの増幅器の間に配置することができる。第２ファイバコンポーネントは、増幅器若しくは増幅器モジュール自身の内部で増幅器側に代わりに配置され得る。
【００１６】
正の分散及び正の分散勾配を有する第１ファイバコンポーネントは、従来のシングルモードファイバ、例えばコーニング社から入手可能であるSMF 28の如きを利用することによって与えられ得る。SMF-28は、1550nmで17ps/nm-kmの全分散及び0.06ps/nm2-kmの分散勾配を有する。
各種のファイバ分布は、負の分散及び負の分散勾配を有する第２ファイバコンポーネントを与えるために使用され得る。本発明の好適な実施例において、負のコンポーネントファイバセグメントは、分布において３つ若しくは４つのセグメントを有する。
【００１７】
図１は、負の分散及び負の分散勾配のファイバセグメントコンポーネントの好適な３セグメント分布の一実施例を示している。図１の如く、分布は、外側半径ｒ1の第１中央屈折率分布10と、これを包囲する外側半径ｒ2の第１環状セグメント12と、さらにこれを包囲する外側半径ｒ3の第２環状のセグメント14とからなる。図１に示すように、第１中央屈折率分布10で使用され得る分布形に関連して、点線で示された様々な分布形が使用できる。
【００１８】
本明細書において記載される非凡な特性の組合せを与える分割（セグメント）コア設計によって、新規なシングルモード光導波路が特徴づけられる。これらの特性は、各々のセグメントに適当な屈折率分布形を選択すると共に、セグメントの適当な相対屈折率デルタΔi ％及び半径方向の範囲ｒiを選択することによって達成される。分布パラメータは、相互に作用することは周知の通りである。例えば、約１の中央領域α分布は、実質的な同一の特性を有するファイバを与える台形屈折率分布を有する中央領域とは、異なる半径を有する。
【００１９】
各々のセグメントの屈折率分布は、実質的にいかなる特定の形であっても良く、α分布、ステップ屈折率分布若しくは台形分布を含む。特別なステップ（工程）が形成過程に挿入されて、屈折率が急峻に変化する位置において屈折率分布が丸められる。かかる「丸め」は、ベースガラスの屈折率を変化させるために使用されるドーパント材料の拡散による。上述の如く、これらの屈折率分布のいずれであっても、特定の位置で丸めせしめることができる。例えば、正のΔ％を有するステップ屈折率分布は、一般的には上下の角を丸められる。
【００２０】
表１は、３セグメント分布での半径とデルタにおける好適なパラメータを示している。かかる分布では、負の分散、すなわち本発明に使用される負の分散勾配ファイバセグメントを形成するために使用しても良い。表から分かるように、ファイバは、中央に凹部を有する屈折率領域を任意的に含むことができて、例えば、これは一般的にゲルマニアドーパントの拡散によって形成される。
【００２１】
【表１】
図１において示される負の分散ファイバのコアセグメントタブレットは、正の分散及び正の分散勾配を有する従来のシングルモードファイバ（SMF28）と組み合わせられて、ファイバに線引きされる。図１の実線で示されるファイバは、負の分散、すなわち1550nmで約-35ps/nm-kmと約0.15ps/nm2-kmの分散勾配とを示す。この場合、(ＤSMF/ＳSMF)=17/0.06 = 280、一方、（Ｄn/Ｓn）=-35/0.15 =-233である。従って、（Ｄp/Ｓp）/（Ｄn/Ｓn）= 0.83であって、望ましくは、これは１に非常に近い。
【００２３】
図２は、本発明による負の分散勾配ファイバセグメントに使用可能な４セグメントファイバコア分布を示す。図２で示される分布は、２つの屈折率の低減された領域12及び16を含む。
表２は、本発明で使用され得る負の分散及び負の分散勾配ファイバセグメントを形成するために使用される多種の４セグメント分布における半径対デルタの好適なパラメータである。
【００２４】
【表２】
本願明細書において開示されたいずれの分布もまた、断面において中央線に屈折率の落ち込み（中央線ディップ）を含むことができる。そして、これは第１中央コアセグメントのピークのデルタ値未満の落ち込んだ相対屈折率領域である。このような中央線ディップは、一般的にドーパントイオンのいわゆるバーンアウト(burn-out)若しくはマイグレーションによって生じる。そして、場合によっては、光ファイバ導波路の製造工程で生じる。
【００２６】
本発明による導波路は、1520nmから1625nmの範囲に亘って、常に２ps/nm2-km未満、より好ましくは、１ps/nm2-km未満の大きさの分散を好ましくは呈する。導波路ファイバの全分散は、1550nmで、約-2.0から+2.0、より好ましくは、-1.0から+1.0、最も好ましくは-0.5から+0.5ps/nm-kmの範囲である。ｒi、Δi％及び多様な正及び負の分散セグメントの屈折率分布もまた、1550nmで0.25dB/km以下の全減衰を与えるように選択される。
【００２７】
高強度、良好な疲労抵抗及び良好な曲がり抵抗を維持すると共に、これらの特性の全てが達成される。すなわち、誘起曲げ損失は、約32mmのマンドレルに１回巻きの場合、約0.5dB以下及び75mmマンドレルに100回巻きの場合、0.05以下である。本発明による導波路は、光増幅器と互換性をも有する。また、ケーブル化されたファイバのカットオフ波長は、1520nm未満である。更なる利点は、約0.5ps/(km)1/2、より好ましくは、0.3ps/(km)1/2未満の偏光モード分散である。
【００２８】
本発明による１つの特に好適な分散管理された導波路は、低分散勾配と同様に負の全分散を与えることによってファイバ波長分散を制御する。潜在的なソリトン形成の抑制がシステムにおいて重要であって、線形分散は、高パワー信号で生ずる非線形の自己位相変調に反作用をなし得ない故に、導波路ファイバの全分散は負であることが望ましい。
【００２９】
ファイバの波長分散を等化するためには、好ましくは以下の関係式をできる限り近接して満たしていなければならない。
ＤpＬp + ＤnＬn ＝ ０
ここでＤ及びＬは、各々、分散及びファイバ長、添え字「p」及び「n」は、正及び負の分散ファイバコンポーネントを表す。さらに、分散勾配を等化するためには、好ましくは、以下の関係式をできる限り近接して満たしていなければならない。
【００３０】
（Ｄp/Ｓp）/（Ｄn/Ｓn）＝ １
ここで、Ｓは分散勾配である。
本明細書に記載されている導波路は、高出力及び長距離伝送の使用に適しており、ソリトン伝送の使用と同様に、従来のＲＺ（零帰還）若しくは、ＮＲＺ（非零帰還）を含む。高出力及び長距離の定義は、特定の長距離通信システムの環境下においてのみ意味を有し、ビットレート、ビットエラーレート、多重化スキーム及び光増幅器が特定される。高出力及び長距離を意味すると共に追加の要因が生ずることは、当業者にとって明らかである。しかし、大部分の目的の場合、高出力とは、チャネル当たり約10mWを越える光学パワーである。特定の応用において、1mW以下の信号パワーレベルは、非線形効果に対して敏感であり、故に、Ａeffは低パワーシステムにおいて重要である。
【００３１】
長距離は、電気的な再生器間距離が100から120km以上となり得るものである。再生器は、光増幅器を利用する中継器とは区別される。特に高いデータ密度システムにおいて、中継器間隔は従来の半分の再生器間隔未満でよい。
本発明の典型例を示すことを目的とする以下の実施例によって、本発明は更に明らかにされる。
【００３２】
【実施例】
負の分散及び負の勾配のファイバセグメントとして用いるのに特に好適な３セグメント屈折率分布は、図３に示される。この特定の分布は、1550nmで、-35.47ps/nm-kmの分散及び-0.1018ps/nm2-kmの勾配を呈する。カットオフ波長は1.18ミクロン、ピンアレイ曲げ損失は1.3dB、4.8ミクロンのＭＦＤ、1550nmで4.68ミクロンのＤeffである。
【００３３】
このSMF-28の場合に正の分散ファイバコンポーネントが変化の図３に開示の負の分散ファイバコンポーネントと組み合わせられるときに、図４に示される分散特性が達成される。これらは、以下のパラメータを有する。
【００３４】
【表３】
以下の表３は、結果として生じる分散及び分散勾配特性及び交互になっているファイバセグメントの組合せによって達成される分散勾配に対する分散の比を表す。
【００３６】
【表４】
図５は、導波路長（nm-km）に亘る分散について、結果として生じる分散を平坦化した分散制御された結果として生じる導波路ファイバの軸方向の設計を示す。
図６は、分散を平坦化しファイバ制御した結果として生じる全分散特性を示す。Ｌp/Ｌnは、この実施例では約2:1である。周期Ｌn＋Ｌpは、ほぼ３kmである。図６から分かるように、本設計の実施例の場合、全分散は１ps/nm-km未満で、1520nmから1620nmの範囲で約0.5ps/nm-km未満である。これは、シングルモードファイバの低い損失窓と整合している。従来のシングルモードファイバの損失スペクトルによれば、減衰は1520nmから1620nmの範囲で0.22dB/km未満である。
【００３８】
多様な変更態様及びバリエーションが本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明によってなされ得ることは、当業者であれば明らかである。したがって、本発明は、特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内にある本発明の変更態様及びバリエーションを包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による負の分散ファイバセグメントの屈折率分布を示す図である。
【図２】本発明による他の負の分散ファイバセグメントの屈折率分布を示す図である。
【図３】本発明による他の好適な負の分散ファイバセグメントの屈折率分布を示す図である。
【図４】本発明による＋Ｄと−Ｄのセグメントが交互になっているファイバの分散特性を示す図である。
【図５】本発明による分散平坦化及び分散管理ファイバの距離に対する分散を示す図である。
【図６】本発明による分散平坦化及び分散管理ファイバの波長に対する分散を示す図である。
【符号の説明】
10 第１中央屈折率分布
12、16 屈折率低減領域
14 第２環状のセグメント
Claims (2)
- 正の分散及び正の分散勾配を有する第１ファイバコンポーネントと、負の分散及び負の分散勾配を有する第２ファイバコンポーネントとからなるシングルモード光導波路であって、
前記第１及び第２ファイバコンポーネントはケーブル内で接続されており、前記第１ファイバコンポーネントは前記第２コンポーネントの長さの少なくとも２倍の長さを有し、前記導波路が 1550nm で約 -2.0 から +2.0ps/nm-km の範囲内の全分散を有するように前記第１及び第２ファイバコンポーネントが選択され、前記第１ファイバコンポーネントはステップ屈折率分布を有するシングルモードファイバからなり、前記第２ファイバコンポーネントは少なくとも第１から第３の３つのセグメントをもつコアからなり、前記第１セグメントは約 1.25 から 5.0 μ m の範囲内の外側半径ｒ １ と約 0.5 から 2.0 ％の範囲内のΔ 1 ％とを有し、前記第２セグメントは約 1.25 から 10.0 μ m の範囲内の外側半径ｒ ２ と約 -0.5 から -0.1 ％の範囲内のΔ ２ ％とを有し、前記第３セグメントは約 2.5 から 15.0 μ m の範囲内の外側半径ｒ ３ と約 0.1 から 1.0 ％の範囲内のΔ 3 ％とを有し、 1520nm から 1625nm の範囲に亘って常に 2ps/nm ２ -km 未満の大きさの分散を有するように前記第１及び第２ファイバコンポーネントのプロファイルが選択されること、を特徴とする光導波路。 - 請求項１記載の光導波路であって、前記第１及び第２ファイバコンポーネントが 1550nm で 0.25dB/km 以下の全減衰を与えるように選択されることを特徴とする光導波路。
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