JP4413407B2

JP4413407B2 - 光ファイバおよびそれを用いた光伝送路

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Publication number: JP4413407B2
Application number: JP2000305062A
Authority: JP
Inventors: 和則武笠
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
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Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-10-04
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば波長多重光伝送を行なう際に用いられる光ファイバおよびそれを用いた光伝送路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報社会の発展により、通信情報量が飛躍的に増大する傾向にあり、このような情報の増大化に伴い、波長多重伝送（ＷＤＭ伝送）が通信分野に広く受け入れられ、今や波長多重伝送の時代を迎えている。波長多重光伝送は、複数の波長の光を１本の光ファイバで伝送できるため、大容量高速通信に適した光伝送方式であり、現在、この伝送技術の検討が盛んに行なわれている。
【０００３】
また、現在は、この種の波長多重伝送を、通常の光増幅器の利得帯域である波長１．５５μｍ帯（例えば１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍのように、波長１５５０ｎｍをほぼ中心とした波長帯。以後、波長１．５５μｍ帯という用語は、この意味で用いる。）で行なうことが検討されている。
【０００４】
なお、周知の如く、光通信の伝送網として、波長１．３μｍ付近の波長帯に零分散を持つシングルモード光ファイバ（以下、単にシングルモード光ファイバという）が世界中に敷設されており、このシングルモード光ファイバは非線形性や伝送損失、偏波依存性損失などの特性が比較的優れているが、波長多重伝送用の波長帯として検討されている波長１．５５μｍ帯で大きな正の分散値（約１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）と正の分散勾配（約０．０６ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）を有する。
【０００５】
そのため、これらの分散値と分散勾配を補償する手段を講じないと、シングルモード光ファイバを用いて波長１．５５μｍ帯における波長多重伝送を行なうことは困難である。そこで、シングルモード光ファイバの波長１．５５μｍ帯における分散値と分散勾配を短い長さの光ファイバにより補償できるモジュール型分散補償光ファイバが盛んに検討されている。例えばこの種のモジュール型分散補償光ファイバのうち、波長１．５５μｍにおける分散値の絶対値を伝送損失で割った値（ＦＯＭ）を２００程度としたものが提案されている。
【０００６】
なお、上記モジュール型分散補償光ファイバの例として、マッチドクラッドファイバのような単峰型の分散補償光ファイバが提案されたが、この種の分散補償光ファイバは波長１．５５μｍ帯における分散値を負にできても、分散スロープを負にはできない。そのため、一波長の分散が補償されても分散スロープが増大してしまう。
【０００７】
そこで、波長１．５５μｍ帯において負の分散スロープを有する光ファイバとして、例えば図６に示すように、クラッド５よりも屈折率が高いセンタコア１の外周側にクラッド５よりも屈折率が低いサイドコア１２を設けたＷ型の分散補償光ファイバが提案された。この種の分散補償光ファイバは、波長１．５５μｍ帯における分散値と分散スロープ光ファイバを共に負にできる。そのため、Ｗ型の分散補償光ファイバは、波長１．５５μｍ帯におけるシングルモード光ファイバの分散と分散スロープを補償するモジュール型分散補償光ファイバとして注目されてきた。
【０００８】
なお、分散補償光ファイバによる分散補償性能は、次の式（１）で定義される補償率で表現すると分かりやすく、補償率の値が１００％に近いほど広帯域分散補償が可能となる。
【０００９】
補償率＝｛Ｓ（ＤＣＦ）／Ｓ（ＳＭＦ）｝／｛Ｄ（ＤＣＦ）／Ｄ（ＳＭＦ）｝
×１００・・・・・（１）
【００１０】
この補償率を波長１．５５μｍ帯において波長多重伝送を行なうことに対応させて定義した場合、（１）の式中、Ｓ（ＤＣＦ）は分散補償光ファイバの波長１．５５μｍ帯における分散スロープの平均値であり、Ｓ（ＳＭＦ）は伝送用のシングルモード光ファイバの波長１．５５μｍ帯での分散スロープの平均値である。また、Ｄ（ＤＣＦ）は分散補償光ファイバの波長１．５５μｍにおける分散値であり、Ｄ（ＳＭＦ）は伝送用のシングルモード光ファイバの波長１．５５μｍにおける分散値である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように短いファイバ長でもって分散を補償するために、分散補償光ファイバに高い負の分散と負の分散スロープを持たせるためには、分散補償光ファイバの屈折率分布を定める各種パラメータの条件が非常に厳しくなり、製造が難しくなる上に、負の高い分散と分散スロープを持たせる屈折率構造にすると必然的に非線形現象が生じやすくなり、光ファイバのモードフィールド径や実効コア断面積も小さくなる。前記非線形現象が生じると、信号波形の歪みが生じ、波長多重光伝送の高速化、大容量化を行う上で新たな問題となる。
【００１２】
また、光ファイバの実効コア断面積が小さくなると、光ファイバの曲げによる伝送損失が大きくなるという問題や、シングルモード光ファイバと接続したときの接続損失が大きくなるといった問題が生じることになる。
【００１３】
そこで、分散補償光ファイバを単にモジュール化した分散補償専用の光ファイバとすることから発想を転換し、シングルモード光ファイバとほぼ同じ長さの分散補償光ファイバを接続して、シングルモード光ファイバを伝搬して来る光信号の分散を分散補償光ファイバによって補償しながら光信号を長距離伝送できる線路用の分散補償光ファイバが提案されるようになった。
【００１４】
例えばＥＣＯＣ’９７Ｖｏｌ．１ｐ１２７等には、シングルモード光ファイバと逆の分散特性を有する分散補償光ファイバを光伝送路用として適用する提案が成されている。この種の線路用の分散補償光ファイバは、波長１．５５μｍ帯における分散値が−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〜−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度である。
【００１５】
しかしながら、上記線路用の分散補償光ファイバは、モジュール型分散補償光ファイバに比べて低非線形であるものの、シングルモード光ファイバに比べれば非線形現象が生じ易いものである。
【００１６】
そこで、本発明者は、さらに発想を転換し、上記のようなシングルモード光ファイバと逆の分散特性を有する分散補償光ファイバをシングルモード光ファイバと同じ長さで接続して、波長多重伝送用の伝送路を形成するよりも、例えばシングルモード光ファイバの半分以下の長さでシングルモード光ファイバの分散を補償でき、かつ、低非線形性、低損失、低偏波モード分散特性を有する光ファイバを、シングルモード光ファイバと接続して光伝送路を形成することにより、波長多重伝送により適した新たな光伝送路を形成できると考えた。
【００１７】
本発明は、上記のような考えに基づいてなされたものであり、正分散光ファイバの分散を補償する機能と光伝送線路の一部としての機能を併せ持つ、低非線形性、低損失、低偏波モード分散特性の光ファイバを提供することを本発明の第１の目的とし、さらに、本発明の第２の目的は、光伝送用正分散光ファイバと前記光ファイバを接続して成る非線形特性や低曲げ損失特性、光伝送特性等に優れた光伝送路を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける分散値を−８７．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−５２．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の値とし、前記波長における分散値を波長１５３０〜１５７０ｎｍにおける分散スロープの平均値で割った値を３４６〜４６３とし、前記波長１．５５μｍにおける分散値の絶対値を伝送損失で割った値を２０４．３以上３１４．４以下とし、波長１．５５μｍにおける伝送損失を０．２７８ｄＢ／ｋｍ以下０．２５５ｄＢ／ｋｍ以上とし、コア径を８．８μｍ以上１０．２μｍ以下とし、屈折率分布形状がα乗プロファイルと成しているセンタコアの外周側を該センタコアよりも屈折率が低い第１サイドコアで覆い、該第１サイドコアの外周側を第１サイドコアよりも屈折率が高く前記センタコアの屈折率最大部よりも屈折率が低い第２サイドコアで覆い、該第２サイドコアの外周側を該第２サイドコアよりも屈折率が低く前記第１サイドコアよりも屈折率が高いクラッドで覆って形成されており、前記センタコアの屈折率最大部のクラッドに対する比屈折率差をΔ１とし、前記第１サイドコアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔ２とし、前記第２サイドコアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔ３としたとき、Δ１を１．２２％以上１．４８％以下とし、Δ２を−０．５９％以上−０．４８％以下とし、Δ３を０．２９％以上０．３５％以下とし、前記αを２以上４以下とし、第１サイドコアの半径をセンタコアの半径の２．１倍以上２．２倍以下とし、第２サイドコアの半径をセンタコアの半径の３．２倍以上３．３倍以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
また、第２の発明の光ファイバは、上記第１の発明の構成に加え、波長１．５５μｍにおける実効コア断面積を２０．３μｍ^２以上２５．６μｍ^２以下とし、前記波長における偏波モード分散値を０．２０ｐｓ／ｋｍ^１／２以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
さらに、第３の発明の光ファイバは、上記第１又は第２の発明の構成に加え、波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失を２０ｄＢ／ｍ以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第４の発明の光伝送路は、少なくとも波長１．５５μｍ帯における分散値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の正分散光ファイバと、該正分散光ファイバの約９分の１以上約２分の１以下の長さを有する第１乃至第３のいずれか一つの発明の光ファイバを接続して形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第５の発明の光伝送路は、上記第４の発明の構成に加え、正分散光ファイバと第１乃至第３のいずれか一つの発明の光ファイバとの間に、波長範囲が波長１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍである波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバを接続し、該波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバの長さを該波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバに直接接続されている正分散光ファイバの長さの１００分の１以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
本発明では、例えば、波長１．３μｍ帯に零分散を持つ（より具体的には波長１．３１μｍに零分散を持つ）シングルモード光ファイバ等の正分散光ファイバに、シングルモード光ファイバの長さに対して約９分の１以上約２分の１以下の長さだけ、本発明の光ファイバが接続されて光伝送路が形成される。
【００２４】
例えば信号光送信側に正分散光ファイバを接続した場合を考えると、光伝送路を用いて波長１．５５μｍ帯の光信号を用いて波長多重光伝送を行うと、波長１．５５μｍ帯の各波長は正分散光ファイバを伝送するにつれ、正の分散が増加して行く。その後、波長多重の各波長の光信号は、正分散光ファイバから本発明の光ファイバに切り替わって伝送される。
【００２５】
本発明の光ファイバは、波長１．５５μｍにおいて−８７．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−５２．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲の負の分散値を有しており、波長１．５５μｍにおける正分散光ファイバの分散値を約１０〜２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすると、本発明の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける分散の絶対値が正分散光ファイバの分散値の約２倍〜約９倍である。
【００２６】
したがって、本発明の光ファイバを、その分散値に応じて、正分散光ファイバの約９分の１以上約２分の１以下の長さだけ接続することにより、正分散光ファイバを伝搬して来ることによって増加した分散は、本発明の光ファイバの分散値によって、本発明の光ファイバを伝搬して行くにつれ次第に減殺される方向に補償されて行く。そして、本発明の光ファイバの終端側で、波長多重の各波長の分散はほぼ零に補償されて受信されることになる。
【００２７】
また、本発明の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける分散値を分散スロープで割った値が正であり、分散値が負であるから、分散スロープが負である。そのため、正分散光ファイバの波長１．５５μｍ帯における正の分散スロープは、本発明の光ファイバによって減殺される。
【００２８】
また、本発明の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける伝送損失を０．３０ｄＢ／ｋｍ以下としているので、波長多重光を本発明の光ファイバに通したときに、現在用いられているシングルモード光ファイバに分散補償モジュールを接続した光伝送系に波長多重光を通したときと同程度の損失でもって、支障無く光伝送できる。
【００２９】
さらに、周知の如く、有効コア断面積を大きくすることにより非線形現象による歪みを抑制できるので、前記波長１．５５μｍにおける実効コア断面積を２０．３μｍ^２以上２５．６μｍ ^２以下とした本発明の光ファイバにおいては、非線形現象による歪みをより一層確実に抑制できる。また、波長１．５５μｍにおける偏波モード分散値を０．２０ｐｓ／ｋｍ^１／２以下とすると、波長多重光を本発明の光ファイバに通したときに、現在用いられているシングルモード光ファイバに波長多重光を通したときと同程度の偏波モード分散による歪みでもって、支障なく伝送させることが可能となる。
【００３０】
さらに、前記波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失を２０ｄＢ／ｍ以下とした本発明の光ファイバは、光ファイバの曲げによる伝送損失の増大を確実に防止できる。
【００３１】
また、屈折率分布形状がα乗プロファイルと成しているセンタコアの外周側を該センタコアよりも屈折率が低い第１サイドコアで覆い、該第１サイドコアの外周側を第１サイドコアよりも屈折率が高く前記センタコアよりも屈折率が低い第２サイドコアで覆い、該第２サイドコアの外周側を該第２サイドコアよりも屈折率が低く前記第１サイドコアよりも屈折率が高いクラッドで覆って形成することで、本発明の光ファイバの前記設定される条件を備えた屈折率構造の光ファイバを容易に製造することが可能となる。
【００３２】
さらに、上記屈折率プロファイルにおいて、前記センタコアのクラッドに対する比屈折率差Δ１を１．２２％以上１．４８％以下とし、αを２以上４以下とすることにより、波長１．５５μｍにおいて−８７．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−５２．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲の負の分散値を有し、かつ、波長１．５５μｍにおける実効コア断面積が２０．３μｍ^２以上２５．６μｍ ^２以下の光ファイバを確実に形成できる。
【００３３】
さらに、第１サイドコアのクラッドに対する比屈折率差をΔ２としたとき、Δ２を−０．５９％以上−０．４８％以下とし、第２サイドコアのクラッドに対する比屈折率差をΔ３としたとき、Δ３を０．２９％以上０．３５％以下とし、第１サイドコアの半径をセンタコアの半径の２．１倍以上２．２倍以下とし、第２サイドコアの半径をセンタコアの半径の３．２倍以上３．３倍以下としたことで、さらに、より一層、低非線形性と低曲げ損失性を確実に図ることが可能となる。
【００３４】
このように、本発明の光ファイバの屈折率プロファイルを最適化することにより、本発明の光ファイバと正分散光ファイバを有して構成される波長多重光伝送路の光伝送特性を高めることが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。図１には本発明に係る光ファイバの一実施形態例の屈折率分布プロファイルが示されている。光ファイバの屈折率分布のプロファイルとしては、様々な形態の屈折率プロファイルのものとすることが可能であるが、本実施形態例では、構造が比較的単純で、屈折率構造の設計、制御がしやすく、伝送損失も小さい、図１に示すような屈折率プロファイルを採用している。
【００３６】
本実施形態例の光ファイバの屈折率構造は、屈折率分布形状がα乗プロファイルと成しているセンタコア１の外周側を該センタコア１よりも屈折率が低い第１サイドコア２で覆い、該第１サイドコア２の外周側を第１サイドコア２よりも屈折率が高く前記センタコア１の屈折率最大部よりも屈折率が低い第２サイドコア３で覆い、該第２サイドコア３の外周側を該第２サイドコア３よりも屈折率が低く前記第１サイドコア２よりも屈折率が高いクラッド５で覆って形成されている。
【００３７】
また、本実施形態例において、クラッド５は純シリカ（ＳｉＯ_２）の層により形成されており、第１サイドコア２は純シリカ（ＳｉＯ_２）に屈折率を低くするフッ素（Ｆ）をドープすることにより形成されており、また、センタコア１と第２サイドコア３は純シリカに屈折率を高めるゲルマニウム（Ｇｅ）をドープすることにより形成されている。
【００３８】
さらに、本実施形態例の光ファイバは、前記センタコア１の屈折率最大部のクラッド５に対する比屈折率差をΔ１としたとき、Δ１を１．０％以上１．６％以下とし、前記αを２以上４以下としている。また、第１サイドコアのクラッドに対する比屈折率差をΔ２としたとき、Δ２を−０．６５％以上−０．３％以下とし、第２サイドコアのクラッドに対する比屈折率差をΔ３としたとき、Δ３を０．１５％以上０．４０％以下としている。
【００３９】
なお、図１に示す屈折率構造において、センタコア１の屈折率最大部の屈折率をｎ_Ｃ、第１サイドコア２の屈折率をｎ_ｓ１、第２サイドコア３の屈折率をｎ_ｓ２、クラッド５の屈折率をｎ_Ｌとしたとき、センタコア１の屈折率最大部のクラッド５に対する比屈折率差Δ１は次の（２）式により定義している。
【００４０】
Δ１＝｛（ｎ_Ｃ ^２−ｎ_Ｌ ^２）／２ｎ_Ｃ ^２｝×１００・・・・・（２）
【００４１】
また、第１サイドコア２のクラッド５に対する比屈折率差Δ２は次の（３）式により定義している。
【００４２】
Δ２＝｛（ｎ_ｓ１ ^２−ｎ_Ｌ ^２）／２ｎ_ｓ１ ^２｝×１００・・・・・（３）
【００４３】
さらに、第２サイドコア３のクラッド５に対する比屈折率差Δ３は次の（４）式により定義している。
【００４４】
Δ３＝｛（ｎ_ｓ２ ^２−ｎ_Ｌ ^２）／２ｎ_ｓ２ ^２｝×１００・・・・・（４）
【００４５】
さらに、本実施形態例において、第１サイドコア２の半径ｂはセンタコア１の半径ａの１．７倍以上２．３倍以下、第２サイドコア３の半径ｃはセンタコア１の半径ａの２．４倍以上３．５倍以下と成している。
【００４６】
本実施形態例の光ファイバは、正分散光ファイバを伝搬することにより発生する分散を補償する機能と、光信号を伝搬する伝送路としての機能とを併せ持つ構成とし、さらに、本実施形態例の光ファイバをシングルモード光ファイバ等の正分散光ファイバと１：１の長さで接続するのではなく、例えば正分散光ファイバの約９分の１〜約２分の１の長さの本実施形態例の光ファイバを正分散光ファイバに接続して、正分散光ファイバにより発生する分散を補償しようとするものである。
【００４７】
そこで、本実施形態例の光ファイバの波長１．５５μｍにおける分散値を、−９０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに設定し、正分散光ファイバの分散値の絶対値の約２倍から６倍としている。
【００４８】
また、本実施形態例の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける分散値を波長１．５５μｍ帯における分散スロープの平均値で割った値を２５０〜５００とし、正分散光ファイバに本実施形態例の光ファイバを接続したときの補償率を１００％に近い値にしている。
【００４９】
さらに、本実施形態例の光ファイバは、光信号を伝搬する伝送路としての機能を優先させたことで、屈折率プロファイル設計の制約が緩やかとなり、低非線形性伝送路が容易に形成できることとなった。
【００５０】
具体的には、本実施形態例の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける各特性値を以下の値とした。すなわち、分散値の絶対値を伝送損失で割った値（ＦＯＭ）を１８０以上とし、実効コア断面積を２０μｍ^２以上とし、偏波モード分散値を０．２０ｐｓ／ｋｍ^１／２以下とし、曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失を２０ｄＢ／ｍ以下とした。また、波長１．５５μｍにおける伝送損失を０．３ｄＢ／ｋｍ以下とした。
【００５１】
なお、本発明者は、上記特性を有する本実施形態例の光ファイバの屈折率プロファイルを特定するために、以下のような検討を行なった。
【００５２】
まず、センタコア１のクラッド５に対する比屈折率差Δ１を多少小さくしても、第２サイドコア３の効果によって曲げ損失の増大抑制が可能な、図１に示す構成の屈折率プロファイルを決定した。そして、この屈折率プロファイルにおいて、比屈折率差Δ１を１．３％に設定した。
【００５３】
なお、従来のモジュール型分散補償光ファイバにおいては、例えばセンタコアのクラッド５に対する比屈折率差Δ１を２．０％程度に大きくしているが、本実施形態例の光ファイバは線路用であるために、比屈折率差Δ１の値を上記のように２．０％よりも小さい値である１．３％に設定した。
【００５４】
そして、比屈折率差Δ２、Δ３を変数として光ファイバの特性の変化を検討した。例えば、比屈折率差Δ３を０．２５％とし、センタコア１の半径ａ：第１サイドコア２の半径ｂ：第２サイドコア３の半径ｃ＝１：２：３にし、比屈折率差Δ２をパラメータとして表１のように様々に変化させて形成される光ファイバについて、表１に示す各特性をシミュレーションにより求めた。
【００５５】
なお、以下に示す各表において、分散は波長１．５５μｍにおける分散値、ｓｌｏｐｅは波長１．５５μｍ帯における分散スロープ（分散勾配）の平均値、補償率は、前記式（１）から求められる値、Ａｅｆｆは波長１．５５μｍの光を伝搬したときの実効コア断面積、λｃはカットオフ波長、伝搬屈折率β／ｋは波長１．５５μｍの光に対する伝搬屈折率であり、伝搬屈折率の値は伝搬条件の良さを示す指数となる。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１から明らかなように、比屈折率差Δ２の値が−０．６％近くになると、実効コア断面積が２３μｍ^２以下となって低非線形の実現が徐々に厳しくなり、また、伝搬屈折率が１．４４５８９となり、曲げ損失が増加する危険性の観点からも厳しくなる。一方、比屈折率差Δ２が−０．４％に近づいていくと、分散特性（分散値の絶対値及び補償率）が実用可能であるが最適ではない値となることが分かった。そこで、比屈折率差Δ２の値は−０．５０〜−０．５５％程度が最適値であると判断した。
【００５８】
次に、上記結果に基づき、比屈折率差Δ２を−０．５５％として、センタコアの半径ａと第１サイドコアの半径ｂの割合（ａ／ｂ）を変えていった場合に、表１に示した各特性がどう変化するかをシミュレーションにより検討した。その結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】

【００６０】
表２より、上記割合（ａ／ｂ）の値を０．５０付近にすると、分散値の絶対値の大きさが最大で、実効コア断面積も２３μｍ^２以上と大きく、補償率も９０％程度となるので、上記割合（ａ／ｂ）の値は０．５０付近に最適値があると判断した。
【００６１】
また、比屈折率差Δ３およびセンタコアの半径ａと第２サイドコアの半径ｃの割合（ａ／ｃ）に関しても、上記と同様の検討を行なったところ、比屈折率差Δ３の最適値は０．３２％程度、上記割合（ａ／ｃ）の最適値は０．３５程度であることが分かった。
【００６２】
なお、一般的に、比屈折率差Δ３を大きくしたり、第２サイドコア３の幅を広くする（換言すれば、ａ／ｃを小さくする）と、実効コア断面積は拡大していき、分散値の絶対値は大きくなるが、第２サイドコア３の屈折率や幅を大きくするとカットオフ波長が大きくなる。このカットオフ波長が光信号の波長より長くなってしまうと、光信号の波長におけるシングルモード条件を満たすことができなくなってしまう。
【００６３】
また、一般的に、比屈折率差Δ１を小さくしていくと、分散値が正の側に移動する一方、実効コア断面積が大きくなり、より低非線形、低損失、低偏波依存性損失が達成され、その逆に、比屈折率差Δ１を大きくしていくと、実効コア断面積が小さくなるが分散値の絶対値は大きくなる。
【００６４】
したがって、上記検討結果は、いずれも比屈折率差Δ１を１．３％として行なったものであるが、比屈折率差Δ１を適宜に変化させれば、用途に応じて所望の特性を得られる可能性があるので、あらゆる比屈折率差Δ１の値に関して、上記と同様の検討を行なって他のパラメータの最適化を行なった。
【００６５】
図２には、比屈折率差Δ１の値を様々に変化させたときの光ファイバの分散値（特性線ａ）と実効コア断面積の値（特性線ｂ）がそれぞれ示されている。比屈折率差Δ１の値を大きくしすぎると、伝送損失や偏波依存性損失等の劣化を伴い、一方、比屈折率差Δ１の値を小さくしていくと、実効コア断面積は大きくなるが、分散の絶対値が小さくなってしまう。そこで、比屈折率差Δ１の最適値は、１．０％以上１．６％以下、好ましくは１．２％以上１．６％以下に決定した。
【００６６】
そして、この比屈折率差Δ１の範囲に対応させて、あらゆるパラメータの最適値を検討し、本実施形態例では、最適な屈折率プロファイルとして、αの範囲を２以上４以下とし、第１サイドコア２のクラッド５に対する比屈折率差をΔ２の範囲を−０．６５％以上−０．３％以下とし、第２サイドコア３のクラッド５に対する比屈折率差Δ３の範囲を０．１５％以上０．４０％以下に決定した。また、第１サイドコア２の半径ｂをセンタコア１の半径ａの１．７倍以上２．３倍以下とし、第２サイドコア３の半径ｃをセンタコア１の半径ａの２．４倍以上３．５倍以下に決定した。
【００６７】
その結果、本実施形態例の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける分散値を−９０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとして、正分散光ファイバの分散値の絶対値の約２倍から９倍とし、正分散光ファイバの約９分の１以上約２分の１以下の長さで正分散光ファイバの分散を補償できるようにし、かつ、波長１．５５μｍにおける実効コア断面積を２０μｍ^２以上とする等、低非線形、低損失の伝送路を形成できる光ファイバとなった。
【００６８】
図３には、上記実施形態例の光ファイバを用いた光通信システムの一例が示されている。同図において、３１は光送信部、３５は光受信部を示しており、同図に示すシステムは、光増幅器３２、正分散光ファイバ３３、上記実施形態例の光ファイバ３４を順に接続した構成体３６を、光送信部３１と光受信部３５との間に複数（同図では２個）直列に接続したものである。なお、前記の如く、正分散光ファイバ３３は、従来のシングルモード光ファイバと同様に、波長１．５５μｍ帯において正の分散と正の分散スロープを有する。
【００６９】
それぞれの構成体３６において、上記実施形態例の光ファイバ３４は正分散光ファイバ３３の分散と分散スロープを補償できるように、正分散光ファイバの長さの約９分の１以上約２分の１以下の長さとしている。
【００７０】
この光伝送路においては、正分散光ファイバ３３と上記実施形態例の光ファイバ３４が、互いに分散と分散スロープを相殺し合い、正分散光ファイバ３３を伝搬して来ることによって増加した分散は、上記実施形態例の光ファイバ３４の分散値によって、上記実施形態例の光ファイバ３４を伝搬して行くにつれ次第に減殺される方向に補償される。そして、上記実施形態例の光ファイバ３４の終端側で、波長多重の各波長の分散はほぼ零に補償される。
【００７１】
この光伝送路は、例えば波長１５００ｎｍ〜１６００ｎｍに渡って、±１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の低分散も達成できる。さらに、この光伝送路は、例えばＣ−Ｂａｎｄと呼ばれる波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍについては、０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下という超低分散も達成可能である。
【００７２】
また、上記実施形態例の光ファイバは、前記の如く波長１．５５μｍにおける実効コア断面積が大きいものの、正分散光ファイバに比べると小さいので、光増幅器３２の出力側に直接正分散光ファイバ３３を接続し、その出力側に上記実施形態例の光ファイバ３４を接続している。
【００７３】
すなわち、周知の如く、非線形現象は、光ファイバに入力される入力光の強度が大きいほど発生しやすいため、強い光信号の出力側（図３では各光増幅器３２の出力側）に近い光ファイバを低非線形の正分散光ファイバ３３とし、その出力側に上記実施形態例の光ファイバ３４を接続することにより、非線形現象による波形歪みの抑制をより一層確実にしている。
【００７４】
さらに、周知の如く、正分散光ファイバは、低非線形であるだけでなく、低損失であるので、従来提案されていた光伝送路のように、線路用の分散補償光ファイバをシングルモード光ファイバ等の正分散光ファイバと同じ長さだけ接続して形成する場合に比べ、図３に示すシステムのように、正分散光ファイバの長さを上記実施形態例の光ファイバより長くして光伝送路を形成することにより、非線形現象による波形歪みと損失の両方を抑制できる優れた光伝送路にできる。
【００７５】
また、正分散光ファイバ３３と上記実施形態例の光ファイバ３４との間に、波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバを接続して光伝送路を形成してもよい。この場合、波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバの長さは、該波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバに直接接続されている正分散光ファイバ３３の長さの１００分の１以下とする。
【００７６】
上記波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバのモードフィールド径は、正分散光ファイバ３３のモードフィールド径と上記実施形態例の光ファイバ３４のモードフィールド径の間の範囲内の値である。上記波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバを正分散光ファイバ３３と光ファイバ３４との間に介設すると、正分散光ファイバ３３と光ファイバ３４とのモードフィールド径の違いを波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバにより緩和できるので、光伝送路全体における接続損失を低減することができる。
【００７７】
また、波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバの長さは、正分散光ファイバ３３の長さの１００分の１以下であるため、波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバを設けることによって光伝送路の分散特性等にも全くといっていいほど影響を与えない。
【００７８】
図４には、上記実施形態例の光ファイバを用いた光通信システムのさらに別の例が示されている。同図に示すシステムは、光送受信器３７，３８の間の光伝送路により双方向通信を行なうものであり、正分散光ファイバ３３ａと正分散光ファイバ３３ｂとの間に上記実施形態例の光ファイバ３４を介設している。
【００７９】
このシステムにおいても、上記実施形態例の光ファイバ３４は正分散光ファイバ３３ａ，３３ｂの分散と分散スロープを補償できるように、正分散光ファイバの長さの約９分の１以上約２分の１以下の長さとしている。
【００８０】
この図４に示すシステムにおいても、図３に示すシステムと同様の効果を奏することができる。また、図４に示すシステムは、双方向システムであるため、光送受信器３７，３８に近い側に正分散光ファイバ３３ａ，３３ｂを設けることにより、光送受信器３７，３８のどちらから信号光を送信しても、より低非線形な正分散光ファイバ３３ａ，３３ｂに最初に信号光が入射されるため、非線形現象もより確実に抑制できる。
【００８１】
（実施例）
次に、本実施形態例の光ファイバの実施例について説明する。本発明者は、上記のようなシミュレーション結果を参考に、実施例１、２として、表３に示す比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３と、センタコア１の半径ａと第１サイドコア２の半径ｂと第２サイドコア３の半径ｃとの比ａ：ｂ：ｃと、コア径（第２サイドコア３の外径）とを有する光ファイバを決定した。
【００８２】
【表３】

【００８３】
なお、表３には、これらの光ファイバにおける波長１．５５μｍにおける分散値と、波長１．５５μｍにおける分散値を波長１．５５μｍ帯における分散スロープの平均値で割った値（ＤＰＳ）、波長１．５５μｍにおける実効コア断面積（Ａｅｆｆ）、伝搬定数（β／ｋ）、カットオフ波長（λｃ）のシミュレーション結果も示してある。
【００８４】
上記光ファイバの屈折率プロファイルは、上記実施形態例におけるシミュレーションで求めた最適値の付近とし、Δ１を小さくすることで、低非線形性化と高補償率化の両立を図ることにした。
【００８５】
次に、表３に示す屈折率プロファイルの光ファイバを実際に試作し、その特性を測定した。この結果が表４に示されており、表４の試作例１、２は、表３の実施例１の屈折率プロファイルを有し、表４の試作例４〜６は、表３の実施例２の屈折率プロファイルを有している。また、比屈折率差Δ１が表３の実施例１と実施例２の中間の値（Δ１＝１．３５）となる光ファイバを試作し、この光ファイバを試作例３として、その特性も表４に示した。
【００８６】
【表４】

【００８７】
表４から明らかなように、試作例１〜６は、いずれも波長１．５５μｍにおける分散値が、−８７．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−５２．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなり、波長１．５５μｍにおける分散値を波長１．５５μｍ帯における分散スロープの平均値で割った値（ＤＰＳ）が３１１〜４６３の範囲内の値である。
【００８８】
そのため、試作例１〜６の光ファイバを、シングルモード光ファイバ等の正分散光ファイバの約９分の１〜約２分の１の長さだけ正分散光ファイバに接続し、その補償率を１００％に近い値とすることができ、波長１．５５μｍ帯において低分散の光伝送路を構築できる。
【００８９】
例えばこれら試作例１〜６の光ファイバを用いて図３に示したような光通信システムを形成した場合、波長１．５５μｍ帯を含む１５００〜１６００ｎｍの波長帯において、±１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の低分散を得られることが確認できた。
【００９０】
また、試作例１〜６の各光ファイバは、波長１．５５μｍにおける実効コア断面積を２０．３μｍ ^２以上２５．６μｍ ^２以下とし、特に大きいものでは実効コア断面積を２５μｍ^２以上として、従来例の前記モジュール型分散補償光ファイバ（実効コア断面積が１８μｍ^２）に比べて大きく、低非線形性を達成できており、さらに伝送損失も小さくできることが確認された。
【００９１】
また、試作例３の光ファイバをシングルモード光ファイバと融着接続により接続し、その接続損失を測定したところ、１．０ｄＢ程度であった。また、試作例３の光ファイバとシングルモード光ファイバとの間に、波長１．５５μｍにおけるモードフィールド径が約８μｍの分散シフト光ファイバを介設したところ、分散シフト光ファイバの両端側の接続損失を合わせても、その値は０．６ｄＢ程度となった。
【００９２】
このように、波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバをシングルモード光ファイバと上記実施形態例の光ファイバとの間に介設すると、正分散光ファイバと上記実施形態例の光ファイバとのモードフィールド径の違いを波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバにより緩和でき、光伝送路全体における伝送損失を低減できることが確認できた。
【００９３】
図５には、長さ４０ｋｍのシングルモード光ファイバと長さ１０ｋｍの試作例３の光ファイバとの間に、長さ２ｍの上記分散シフト光ファイバを介設して形成した光伝送路全体の分散特性が示されている。同図から明らかなように、波長１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける分散値は±０．０２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度であり、非常に良好な（平坦な）分散特性を得ることができた。
【００９４】
また、図５に示す特性を有する光伝送路は、光ファイバの長さをシングルモード光ファイバの長さの約４分の１としているので、伝送損失や非線形性の面でも良好な特性が得られている。
【００９５】
なお、本発明は上記実施形態例および実施例に限定されることはなく様々な実施の態様を採り得る。例えば、本発明の光伝送路は、実施例で用いたシングルモード光ファイバの代わりに、波長１．５５μｍ帯における分散値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の光ファイバから成る正分散光ファイバを用いて構成してもよい。本発明の光伝送路に適用される正分散光ファイバの例を表５に示す。
【００９６】
【表５】

【００９７】
表５において、ＣＳＦ（ＣｕｔｏｆｆＳｈｉｆｔｅｄＦｉｂｅｒ）は、カットオフ波長を長波長側にシフトさせた光ファイバであり、ＦＦ（ＦｕｌｌｙＦｌｕｏｒｉｄｅｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒ）は、クラッド層をＦ層とした、純シリカコアファイバであり、Ａｅｆｆ拡大光ファイバは、最近盛んに検討されている、実効コア断面積を拡大した光ファイバである。
【００９８】
このような各光ファイバを用いて正分散光ファイバを形成し、これらの正分散光ファイバに、その合計の長さの約９分の１以上約２分の１以下の長さの本発明の光ファイバを接続して光伝送路を形成した場合も、上記実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける分散値を−８７．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−５２．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の値とし、波長１．５５μｍにおける分散値を波長１．５５μｍ帯における分散スロープの平均値で割った値を３４６〜４６３としたものであるから、シングルモード光ファイバ等の波長１．５５μｍにおける分散値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の光ファイバから成る正分散光ファイバに、その約９分の１以上約２分の１以下の長さの本発明の光ファイバを接続することにより、正分散光ファイバの分散と分散スロープを補償することができる。
【０１００】
また、本発明の光ファイバは、波長１．５５μｍにおける伝送損失を０．３ｄＢ／ｋｍ以下としたので、シングルモード光ファイバと分散補償モジュールとを組み合わせた光伝送系の平均伝送損失とほぼ同程度の損失でもって、波長１．５５μｍ帯の光を伝送することができる。
【０１０１】
また、本発明の光ファイバは、光信号を伝搬する伝送路としての機能を優先しているので、屈折率分布を規制する条件を緩やかにでき、これに伴い、例えば波長１．５５μｍにおける実効コア断面積を２０．３μｍ^２以上２５．６μｍ ^２以下とし、前記波長１．５５μｍにおける偏波モード分散値を０．２０ｐｓ／ｋｍ^１／２以下とすることができ、このように、低非線形、低偏波依存性損失を達成できる。
【０１０２】
なお、偏波モード分散値を０．２０ｐｓ／ｋｍ^１／２以下とするために、屈折率プロファイルの最適化のみで実現したが、例えば、偏波モード分散値を低下させる技術（特開平６―１７１９７０号等）を用いることにより、さらに偏波モード分散値を低下させることが可能である。
【０１０３】
さらに、波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失を２０ｄＢ／ｍ以下とした本発明の光ファイバは、曲げ損失も確実に低減でき、より一層光伝送路として適した光ファイバとすることができる。
【０１０４】
さらに、本発明の光ファイバにおいて、その屈折率プロファイルを特定した構成によれば、製造が容易で、上記のような優れた性質を有する光ファイバを確実に提供することができる。
【０１０５】
さらに、本発明の光伝送路によれば、少なくとも波長１．３１μｍ帯に零分散をもつシングルモード光ファイバ等の波長１．５５μｍにおける分散値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の正分散光ファイバと、該正分散光ファイバの約９分の１以上約２分の１以下の長さを有する本発明の光ファイバを接続することにより、波長１．５５μｍ帯における分散特性がフラットで、かつ、低非線形性を有し、さらに、曲げ損失も小さく、伝送される波長多重光の歪みも小さい優れた波長多重光伝送システムの構築を図ることができる。
【０１０６】
さらに、正分散光ファイバと本発明の光ファイバとの間に、波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバを接続した光伝送路によれば、正分散光ファイバと本発明の光ファイバとのモードフィールド径差により生じる接続損失に比べ、光が正分散光ファイバと波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバとのモードフィールド径差により生じる接続損失に、波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバと本発明の光ファイバとのモードフィールド径差により生じる接続損失を加えた値の方が小さくなる。
【０１０７】
したがって、この構成の光伝送路は、光伝送路の損失を小さくすることが可能となり、また、前記波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバの長さを該波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバに直接接続されている正分散光ファイバの長さの１００分の１以下とすることによって、波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバがもつ分散スロープの影響を光伝送路に与えることがないために、波長１．５５μｍ帯において、低損失性とフラットな分散特性を併せ持ち、さらに、本発明の光ファイバの優れた特性により、優れた波長多重光伝送システムの構築を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバの一実施形態例の屈折率分布プロファイルを示す図である。
【図２】上記実施形態例における光ファイバのΔ１の値と波長１．５５μｍにおける分散値および実効コア断面積の関係を示すグラフである。
【図３】上記実施形態例の光ファイバを用いた光通信システム例を示す説明図である。
【図４】上記実施形態例の光ファイバを用いた光通信システムの別の例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る光伝送路の一実施例の分散特性を示すグラフである。
【図６】Ｗ型の屈折率プロファイルの説明図である。
【符号の説明】
１センタコア
２第１サイドコア
３第２サイドコア
５クラッド
３２光増幅器
３３正分散光ファイバ
３４本発明の光ファイバ

Claims

波長１．５５μｍにおける分散値を−８７．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−５２．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の値とし、前記波長における分散値を波長１５３０〜１５７０ｎｍにおける分散スロープの平均値で割った値を３４６〜４６３とし、前記波長１．５５μｍにおける分散値の絶対値を伝送損失で割った値を２０４．３以上３１４．４以下とし、波長１．５５μｍにおける伝送損失を０．２７８ｄＢ／ｋｍ以下０．２５５ｄＢ／ｋｍ以上とし、
コア径を８．８μｍ以上１０．２μｍ以下とし、
屈折率分布形状がα乗プロファイルと成しているセンタコアの外周側を該センタコアよりも屈折率が低い第１サイドコアで覆い、該第１サイドコアの外周側を第１サイドコアよりも屈折率が高く前記センタコアの屈折率最大部よりも屈折率が低い第２サイドコアで覆い、該第２サイドコアの外周側を該第２サイドコアよりも屈折率が低く前記第１サイドコアよりも屈折率が高いクラッドで覆って形成されており、
前記センタコアの屈折率最大部のクラッドに対する比屈折率差をΔ１とし、
前記第１サイドコアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔ２とし、
前記第２サイドコアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔ３としたとき、
Δ１を１．２２％以上１．４８％以下とし、
Δ２を−０．５９％以上−０．４８％以下とし、
Δ３を０．２９％以上０．３５％以下とし、
前記αを２以上４以下とし、
第１サイドコアの半径をセンタコアの半径の２．１倍以上２．２倍以下とし、
第２サイドコアの半径をセンタコアの半径の３．２倍以上３．３倍以下としたことを特徴とする光ファイバ。
波長１．５５μｍにおける実効コア断面積を２０．３μｍ^２以上２５．６μｍ^２以下とし、前記波長における偏波モード分散値を０．２０ｐｓ／ｋｍ^１／２以下としたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失を２０ｄＢ／ｍ以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光ファイバ。
少なくとも波長１．５５μｍ帯における分散値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の正分散光ファイバと、該正分散光ファイバの約９分の１以上約２分の１以下の長さを有する請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の光ファイバを接続して形成したことを特徴とする光伝送路。
正分散光ファイバと請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の光ファイバとの間に、波長範囲が波長１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍである波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバを接続し、該波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバの長さを該波長１．５５μｍ帯に零分散をもつ光ファイバに直接接続されている正分散光ファイバの長さの１００分の１以下としたことを特徴とする請求項４記載の光伝送路。