JP4346328B2

JP4346328B2 - 光伝送路

Info

Publication number: JP4346328B2
Application number: JP2003062433A
Authority: JP
Inventors: 和則武笠
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004271904A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、WDM光伝送用の光伝送路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長1.31μｍで零分散を有するシングルモード光ファイバ（SMF）は、非線形性や光伝送損失、偏波モード分散（PMD）等の点で大変優れた光伝送路である。しかしながら、波長1.55μm帯で大きな正の分散値と分散スロープを有するため、分散を補償してやらないと、波長1.55μm帯での光伝送は困難である。そこで、モジュール型の分散補償光ファイバ(DCF)が盛んに検討されている。例えば、海底光伝送用等においては、分散補償を短い光ファイバで達成させるために、クラッドの屈折率に対するセンターコアの比屈折率差（Δ1）を2.0％以上に高くして、波長1.55μm帯でマイナス100ps/nm/km以下の大きな分散補償を達成したものが開発されている。
【０００３】
また、新しいアプローチとして、SMFと逆分散特性を有する線路型の分散補償光ファイバ（RDF）が提案された（非特許文献１）。この提案以来、様々なタイプのRDFが開発されてきた。これらの光ファイバは-15〜-60ps/nm/km程度の分散値を有しており、SMFと繋いで光伝送路として用いる事を目的として開発されてきた。
【０００４】
このようなRDFは、DCFに比べ、光伝送損失やPMDが小さく、有効コア断面積Aeffが拡大されている為、光伝送路として有利な特性を有している。それでも、その光伝送損失は、一般的に0.23dB/km以上と、従来の光伝送路と比べると、まだ大きな値であった。
【０００５】
また、従来のRDFは、有効コア断面積Aeffが25μm²程度であり、DCFに比べると拡大されているが、通常のNZ‐DSF（50μm²程度）に比べると半分程度の値であった。又その後に、有効コア断面積Aeffが40μm²程度に拡大された低非線形性の分散補償光ファイバ(N-MDF)も提案された（例えば非特許文献２）。しかし、これを上回る分散補償光ファイバは未だ提案されていなかった。
【０００６】
【非特許文献１】
ECOC'97 Vol.1 P127
【非特許文献２】
ECOC'00 2-4-2
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
よって、従来のRDFと同程度の負分散、負分散スロープ特性を持たせながら、波長1.55μmでの有効コア断面積Aeffを大幅に拡大し、光伝送特性やPMDを抑制する新たな開発が望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、係る課題を、シングルモード光ファイバの後にマルチモード（MM）光伝送型光ファイバ（MMF）を縦続接続し、光伝送路を構成した場合、伝搬光信号が前段のシングルモード光ファイバを伝搬する間に、高次モードの伝搬が行われなくなるため、マルチモード（MM）設計の後段光ファイバでも最下位の基本モード（基底モード）のみが伝搬するという知見に基づくものである。
【０００９】
従って、後段の光ファイバとしてマルチモード型の光ファイバが使用でき、シングルモード型を必須としていた従来の設計に比較してより自由度の増した光伝送路の設計を行うことができる。勿論、このような光伝送路であっても従来と同様に、光信号をシングルモードで光伝送することができるものである。
【００１０】
本発明は、後段の光ファイバが１．５５μｍ帯で３０００ｎｍ以上の実効的なカットオフ波長を有することで、有効コア断面積Ａｅｆｆが８０μｍ ^２以上の新しいタイプの後段の光ファイバを構築することができる。本発明は、実効的なカットオフ波長を信号帯域よりも短く設計するという従来の手法とは、明らかに異なるものである。以下は、その例として、ＳＭＦとＲＤＦを用いた光伝送路を中心に説明する。
【００１１】
光伝送路を正分散光ファイバと負分散光ファイバとを接続して構成すると、光伝送路全体の分散が0近辺にマネージされるので、分散による光伝送特性の劣化を抑制できるという観点から有利である。
【００１２】
もちろん、WDM光伝送に対応するため、分散だけでなく、分散スロープも補償することが要求されるので、正分散スロープファイバと負分散スロープファイバを組み合わせることがさらに有利である。
【００１３】
光伝送帯域は、光ファイバの低損失帯、エルビュームドープ型光ファイバ（EDFA）の動作波長帯と言うことを考えると、1.5μm帯(例えば、1520nm−1620nm)が好ましい。波長1520nm以下は、OHによる光ファイバの損失増加が懸念されるし、また、波長1620nmは、光ファイバの曲げ損失による損失増加が懸念されるためである。更に、この波長領域においては、従来のEDFAを用いて、高効率な光増幅を行うことが可能である。その信号帯域で、SMFの様な正分散ファイバと、RDFを用いた系が、本発明の効果を非常に発揮できる構成の一つであるので、以下に詳述する。しかし本発明は係る構成を限定するものではない。
【００１４】
各種正分散光ファイバの特性を表1に示す。いずれの正分散光ファイバも、λcが1500nm以下になっており、信号帯域でのSM動作が補償されている。本発明は、このような、正分散光ファイバをペアの光ファイバとして用いることを想定する。
【００１５】
【表１】

【００１６】
前述の様なSMFと組み合わされて用いられるRDFは、分散スロープを負にするため、ディプレスト層を有した屈折率プロファイルを用いることが多い。そこで、図1、または図2の様な屈折率プロファイルが、用いられることが多い。図1、図２において、１はセンターコア、２は第１サイドコア、３は第２サイドコア、４はクラッド層の領域を示す。
【００１７】
クラッド層４の屈折率に対するセンターコア１の比屈折率差（Δ1）は、一般的に、1.5%−2.5%のDCFと比べると小さく、概ね0.7%−1.5%の範囲である。図1の屈折率プロファイルにおいて、センターコア１の径（２a）/第１サイドコア２の径（2b）で定義される径比Raとセンターコア１の径（１a）を調整しながら、1.55μmの分散/分散スロープ(DPS)を300nm一定にして、Δ1を変化させた場合の、1.55μmの特性の変化を図3に示す。
【００１８】
図3から明らかな様に、Δ1を小さくしていけば、Aeffは拡大し、光伝送損失は低減していく事が分かる。このように、Δ1を小さくしていくことは、Aeff拡大、光伝送損失低減の面から、有利な特性である。では、Δ1をずっと下げていけば行くほど、有利な特性が得られる、と言うことになりそうであるが、実際はそう言うわけにはいかない。実際に、さらにΔ1を低くしていった場合の光伝送損失特性を調べているので、その結果を図4に示すが、1%付近を境に、光伝送損失が逆に増大してしまっている。
【００１９】
これは、1.0%以下のところで、DPS 300nm程度を保とうとすると、曲げ損失が増大してしまい、長波長側の損失が増大する傾向にある為である。その長波長損失増加が、1.55μmの光伝送損失も大きくしていると考えられる。しかし、Δ1を小さくしていく事は、Aeffを拡大できるという点から魅力がある。そこで、図2の屈折率プロファイルが有効になる。
【００２０】
図5に、図1のW型RDFと図2のW-Seg型RDFの損失特性を示すが、図5から明らかなように、W型屈折率プロファイルではΔ1の小さいところで、先ほど述べた様な、曲げ損失に起因する損失の増加が起きている。一方のW-Seg型では、Δ1を小さくしていっても、さらに光伝送損失が低減できていることが示されている。よって、このW-Seg型屈折率プロファイルを使うことは、曲げ損失を抑制しながら、Aeffの拡大と光伝送損失低減を実現する際には、有効な手段である。しかし、W-Seg型でもΔ1が0.7-0.8%以下になってくると、さすがに曲げ損失による光伝送損失の増大が徐々に起こってくる。
【００２１】
ここで、曲げ損失を増大させない為には、カットオフ波長を調整することが必要となってくる。例えば、曲げ損失を２０ｍｍφで５ｄＢ／ｍ一定としたときの、Δ１とλｃの関係を図６に示す。図６から明らかなように、ＲＤＦのＡｅｆｆ拡大という観点からは、Δ１を小さくしていくことが、非常に有効である事が分かる。確かにλｃは大きくなってしまうが、本発明はカットオフ波長を長波長側に移動できるので、その点は問題にならない。このように、従来のＲＤＦの範囲外であったΔ１が０．７％以下の時の様なλｃが２２ｍでもＳＭにならないであろうと思われる領域が、当発明の領域である。
【００２２】
本発明は、上記の様な領域を用いることで、曲げ損失を増大させることなく、従来、達成できなかったような特性が達成できる。これは、前段にSM光伝送する光ファイバを設置し、後段には、MM設計の光ファイバをおくという、当発明の概念から可能となった光伝送特性と言える。
【００２３】
図2のW−Seg型屈折率プロファイルで、低非線形性の可能性を追求してみた。Δ1を0.45%にして、DPSを300nm程度にした場合は、λcを例えば1550nmに保とうとすると、曲げ損失は、20mmφで1000dB/m以上と大きくなってしまい損失増加を招いていた。よって、λcは3000nm以上になってしまうが、曲げ損失を5dB/mとして、最適化設計をした場合の、屈折率プロファイルを表2に、(基底モードの伝搬)特性を表3に示す。
【００２４】
【表２】

【００２５】
【表３】

【００２６】
表2，3から明らかな様に、従来のRDFでは40μm²程度が限界だったが、その限界を遙かに上回るAeff特性を得ている。よって、本発明により、今まで不可能であった光伝送特性の実現が可能となることが確認された。先述したように、この手法は、RDFに限らず、あらゆる2種類の光ファイバ以上で構成される光中継区間の光伝送路に適用可能である。
【００２７】
本発明のMM-RDFを用いたシステムの実施形態は、図7に示すようなSMF＋RDFで構成する光伝送路が考えられる。図７において、TXは光送信局、EDFAはエルビュームドープ光ファイバを用いた光増幅装置、RXは光受信局であり、図には、シングルモード光ファイバSMFと負分散光ファイバRDFとが縦続接続されて光伝送路が構成されている例が示されている。SMF伝搬中にSM動作が補償されるだけでなく、長さを適切量に調整することで、WDM光伝送用のフラットな分散特性も得られる。なお、SMF＋RDFで構成される光伝送路は、一中継区間（TX-EDFA2間、EDFA2-RX間）内に複数組存在しても良い。
【００２８】
このように、超低非線形性を有する新しいタイプのRDF(MM-RDF)が開発された。このRDFで開発された手法は、WDM光伝送路として盛んに検討されている2種類以上の光ファイバで構成されるあらゆる系の光伝送路に適応可能である。よって、伝送容量を格段に改善する際に有効な新たな手法が確定されたと言える。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の有効性を確認する。表2、3に示したW-Seg型屈折率プロファイルのシミュレーション結果のうち、No.2のシミュレーション結果を参考に、VAD法で光ファイバの試作を行った。試作の結果を、従来型のRDFの特性と合わせて、表4に示す。
【００３０】
【表４】

【００３１】
これにより、−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の分散と２６０ｎｍ程度のＤＰＳ（ＳＭＦと接続した場合に、１５５０ｎｍの分散スロープをほぼ０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍにする事が可能な特性）を維持しながら、従来達成不可能であった、１．５５μｍにおいて８０μｍ ^２程度の大Ａｅｆｆと、０．２０ｄＢ／ｋｍ以下の超低光伝送損失の特性を得ることができた。
よって、本発明により、従来提案された負分散光ファイバ（ＤＣＦ、ＲＤＦ）においては、到底達成不可能であると思われてきた特性を達成することができた。
【００３２】
係る開発された長さ10.0kmの試作負分散光ファイバRDFの前に、分散が16ps/nm/kmであるSMFを10.0km、縦続接続して光伝送路を光ファイバボビン上に作成し、その光伝送路を下記測定法により測定してみた。その結果、試作RDFにおいて基底モードのみの伝搬が達成されるのを確認できた。
【００３３】
なお、上記試作例の負分散光ファイバRDFは、λcは3000nm以上であるが、前段のSM光ファイバを通して光伝送させることにより、試作RDFにおいて基底モードのみの伝搬が達成された。
試作RDFが基底モードの伝送を行うことは、下記測定法により確認することができた。
【００３４】
測定方法は、図8に概略図を示すが、始めに、SMF(10km以上が必要)とRDFとを縦続接続し、SMF＋RDFの特性を評価する。その後、SMFの特性を差し引きし、RDFの特性とする。
また、短尺でのモードフィールド径などのモードフィルド分布などを測定する場合は、始め、SMF+RDFを光伝送させた後のRDF出射端で測定を行う事により、求めた。
【００３５】
本発明は、上記のように、SMFとMMFを組み合わせる光伝送路という新規概念、及びその概念を用いた光ファイバ、光システムはもちろんのこと、それに付随するあらゆる技術、測定法自体等を含むものである。
【００３６】
【効果】
本発明は、上述のように、光信号波長よりも短波長側にカットオフ波長を持つ前段光ファイバと光信号伝搬波長よりも長波長側にカットオフ波長を持つ後段光ファイバとを縦続接続して構成してなることを特徴とする光伝送路である。従って、本発明は、後段光ファイバとして、波長１．５５μｍでの基底モードの分散が負で、分散スロープが負で、且つ有効コア断面積Ａｅｆｆが８０μｍ^２以上の光ファイバをシングルモード伝送路用として用いることができる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いられるＲＤＦの屈折率プロファイル。
【図２】本発明の他の実施例に用いられるＲＤＦの屈折率プロファイル。
【図３】 Δ1の変化に対する1.55μmのAeff、および光伝送損失を示す特性図。
【図４】 Δ1の変化に対する1.55μmでの光伝送損失を示す特性図。
【図５】 Δ１の変化に対するW型RDFとW-Seg型RDFの1.55μmにおける光伝送損失を示す特性図。
【図６】 Δ１の変化に対するW-Seg型RDFのλc及び1.55μmのAeffを示す特性図。
【図７】本発明の一実施形態の光伝送路を用いたシステムの形態を示す構成図。
【図８】本発明の一実施形態に用いられる光ファイバの測定法を示す測定法概念図。
【符号の説明】
１センターコア
２第１サイドコア
３第２サイドコア
４クラッド層

Claims

光信号波長よりも短波長側にカットオフ波長を持つ前段光ファイバと光信号伝搬波長よりも長波長側にカットオフ波長を持つ後段光ファイバとから構成され、光信号の伝搬方向に前記前段光ファイバと前記後段光ファイバとをこの順序で縦続接続してなる光伝送路であって、
前記光信号波長が波長１．５μｍ帯であり、
前記前段光ファイバは波長１．５５μｍで正分散特性を有し、
前記後段光ファイバは、屈折率プロファイルがＷ−Ｓｅｇ型であって、カットオフ波長λｃが３０００ｎｍ以上であり、波長１．５５μｍでの基底モードの分散が−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１．５５μｍでの基底モードの分散スロープが負であり、波長１．５５μｍでの基底モードの分散／分散スロープ（ＤＰＳ）の値が４００ｎｍ以下であり、波長１．５５μｍでの基底モードの有効コア断面積Ａｅｆｆが８０μｍ ^２以上であり、かつ波長１．５５μｍでの基底モードの２０ｍｍφでの曲げ光伝送損失が１０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする光伝送路。