JP4417295B2 - 空孔付き光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、空孔付き光ファイバに関し、特に波長１４６０ｎｍから１６２５ｎｍの広波長域を用いた高速光通信に供して好適な空孔付き光ファイバに関する。

高密波長分割多重（Dense Wavelength Division Multiplexing）（以下、ＤＷＤＭと略す）の技術を用いた高速光伝送システムでは、光伝送中の光非線形現象、及び累積分散の影響を低減するため、広波長域における光伝送路の波長分散特性を最適化する必要が生じる。例えば、非特許文献１では、光伝送路の波長分散を約３ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１１ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲に設定することにより、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍの広波長域におけるＤＷＤＭ伝送特性を改善できることが報告されている。

一方、広波長域における波長分散特性の最適化を行うためには、当該波長域で分散スロープを低減した光ファイバの開発が必要となる。このため、従来技術では、光ファイバの半径方向における屈折率分布を最適化することにより、分散スロープを低減する手法が検討されている。更に、特許文献１には、多数の空孔を形成した構造にすることにより、波長１２００ｎｍ帯から波長１７００ｎｍ帯といった、極めて広い波長帯域における波長分散特性を制御する技術も開示されている。

特開２００３−１１４３４８号公報 中島 和秀 他著、「広波長域ＤＷＤＭ伝送用光ファイバの分散特性に関する考察」、２００３年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ-１３-２、ｐ．４６８、２００３年

しかしながら、上述した屈折率分布の最適化による手法では、波長分散特性の制御性、及び屈折率分布が複雑化してしまう、といった課題があった。また、特許文献１に記載の手法では、多数の空孔を形成した構造となっているため、所望の特性を有する光ファイバを長尺に製造することが困難になってしまう、といった課題があった。

そこで、本発明は、前述した課題に鑑み提案されたもので、波長１４６０ｎｍから１６２５ｎｍの広波長域において、波長分散特性の制御性、及び屈折率分布を簡易化し、容易に製造することができる空孔付き光ファイバを提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る空孔付き光ファイバは、
屈折率が均一なクラッド部と、前記クラッド部に対する比屈折率差がΔであり、半径がａであるコア部とを有し、
前記コア部の中心から半径Λの円周に外接するように、前記コア部、もしくは前記クラッド部に、等角度間隔に１層で配置された、直径がｄである、少なくとも４個の空孔部とを有し、
前記半径Λを前記コア半径ａで規格化した規格化空孔位置Λ／ａと、前記空孔直径ｄを前記コア部の直径２ａで規格化した規格化空孔直径ｄ／２ａ、及び前記コア半径ａと、前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差Δが、それぞれ（０．５≦Λ／ａ≦０．８）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１）、及び（３．０μｍ≦ａ≦６．５μｍ）と（０．６％≦Δ≦１．４％）の範囲、または（１≦Λ／ａ≦１．２）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１５）、及び（２．０μｍ≦ａ≦３．５μｍ）と（０．５％≦Δ≦１．４％）の範囲であり、
（０．５≦Λ／ａ≦０．８）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１）、及び（３．０μｍ≦ａ≦６．５μｍ）と（０．６％≦Δ≦１．４％）の範囲を満足する場合、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の値が−１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから−３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲であり、
（１≦Λ／ａ≦１．２）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１５）、及び（２．０μｍ≦ａ≦３．５μｍ）と（０．５％≦Δ≦１．４％）の範囲を満足する場合、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲である
ことを特徴とする。

本発明に係る空孔付き光ファイバによれば、コア部の中心から所定の距離に、数個の空孔部を形成した構造となっているため、多数の空孔部を形成した従来の光ファイバに比べて、所望の特性を有する光ファイバを長尺に容易に製造することができる。また、コア部、及びクラッド部は所定の屈折率を有しており、屈折率分布が簡易化する。

また、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及びクラッド部に対するコア部の比屈折率差Δをそれぞれ所定の範囲にすることにより、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおいて、波長分散特性が簡易化し、具体的には、前記波長域における波長分散の絶対値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍとなり、当該波長帯域における高速ＤＷＤＭ伝送特性が向上する。

以下に、本発明に係る空孔付き光ファイバを実施するための最良の形態を図を用いて説明する。

図１は、本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバの断面図であり、図１（ａ）に、空孔部がコア部の領域に形成される場合の断面、図１（ｂ）に空孔部がクラッド部の領域に形成される場合の断面を示す。

本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバは、屈折率が均一なクラッド部と、前記クラッド部に対して所定の比屈折率差を有するコア部と、前記コア部の中心から所定の距離に、等間隔にて形成された少なくとも４個の空孔部とを有する。すなわち、このような空孔付き光ファイバとして、図１（ａ）に示すように、屈折率ｎ１でありコア半径ａ₁のコア部１と、コア部１を覆い、屈折率ｎ２であるクラッド部２と、コア部１の領域におけるコア部１の中心Ｃ₁から所定の距離Λ₁に等間隔にて形成された６個の空孔部３とを有する空孔付き光ファイバ１０や、図１（ｂ）に示すように、屈折率ｎ１でありコア半径ａ₂のコア部１１と、コア部１１を覆い、屈折率ｎ２であるクラッド部１２と、クラッド部１２の領域におけるコア部１１の中心Ｃ₂から所定の距離Λ₂に等間隔にて形成された６個の空孔部１３とを有する空孔付き光ファイバ２０が挙げられる。

比屈折率差Δは、コア部１，１１の屈折率ｎ１、及びクラッド部２，１２の屈折率ｎ２を用い、次式（１）により定義される。
Δ ＝ （ｎ１²−ｎ２²）／（２ｎ１²） （１）

ここで、コア部の中心から空孔部までの距離Λをコア半径ａで規格化した値を規格化空孔位置Λ／ａとして定義し、空孔部の空孔直径ｄをコア直径２ａで規格化した値を、規格化空孔直径ｄ／２ａとして定義する。

図２は、本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバにおいて、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の絶対値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲となる、規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａの関係を示す図である。ここで、上述の波長分散範囲は、非特許文献１において伝送速度４０Ｇｂｉｔ／ｓの高速ＤＷＤＭ伝送特性を最適とする領域に該当する。

したがって、図２中の網掛け領域、すなわち、規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａをそれぞれ、（０．５≦Λ／ａ≦０．８）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１）、または（１≦Λ／ａ≦１．２）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１５）の範囲にすることにより、上述の波長分散範囲における高速ＤＷＤＭ伝送特性が向上する。

図３は、本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバにおいて、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の絶対値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲となる、コア半径ａとコア部の比屈折率差Δの関係について示す図である。図３（ａ）に、空孔部がコア部の領域に形成される場合におけるコア半径ａとコア部の比屈折率差Δの関係、図３（ｂ）に空孔部がクラッド部の領域に形成される場合におけるコア半径ａとコア部の比屈折率差Δの関係を示す。

従って、図２及び図３に示すように、空孔付き光ファイバにおいて、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の絶対値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲となる、規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａ、及びコア半径ａとコア部の比屈折率差Δは、それぞれ（０．５≦Λ／ａ≦０．８）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１）、及び（３．０μｍ≦ａ≦６．５μｍ）と（０．６％≦Δ≦１．４％）の範囲となる、または（１≦Λ／ａ≦１．２）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１５）、及び（２．０μｍ≦ａ≦３．５μｍ）と（０．５％≦Δ≦１．４％）の範囲となる。

図４は、図２及び図３に示した条件を満たす、すなわち、本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバにおいて、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及びコア部の比屈折率差Δをそれぞれ所定の値にしたときの波長分散特性を示す図である。この図において、実線は空孔部がコア部の領域に形成される空孔付き光ファイバ、すなわち、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及び比屈折率差Δが、それぞれ０．６、０．１、４μｍ、及び０．９％となる空孔付き光ファイバの波長分散特性を示す。破線は空孔部がクラッド部の領域に形成される空孔付き光ファイバ、すなわち、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及び比屈折率差Δが、それぞれ１．２、０．１、２．５μｍ、及び１％となる空孔付き光ファイバの波長分散特性を示す。

この図に示すように、空孔部がコア部の領域に形成される空孔付き光ファイバでは、波長１．４６μｍから波長１．６２μｍにおいて、波長分散が−１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから−５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲となり、空孔部がクラッド部の領域に形成される空孔付き光ファイバでは、波長１．４６μｍから波長１．６２μｍにおいて、波長分散が５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲となることが分かった。

したがって、本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバによれば、コア部の中心から所定の距離に、数個の空孔部を形成した構造となっているため、多数の空孔部を形成した従来の光ファイバに比べて、所望の特性を有する光ファイバを長尺に容易に製造することができる。また、コア部、及びクラッド部は所定の屈折率を有しており、屈折率分布が簡易化する。

また、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及びクラッド部に対するコア部の比屈折率差Δをそれぞれ所定の範囲にすることにより、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおいて、波長分散特性が簡易化し、具体的には、前記波長域における波長分散の絶対値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍとなり、当該波長帯域における高速ＤＷＤＭ伝送特性が向上する。

上記では、６個の空孔部を有する空孔付き光ファイバ１０，２０を用いて説明したが、異方性が生じず、上記波長分散特性を有すれば良く、コア部の中心から所定の距離に等間隔にて少なくとも４個以上の空孔部を形成した空孔付き光ファイバであれば、上述した空孔付き光ファイバ１０，２０と同様な作用効果を奏する。

本発明は、空孔付き光ファイバ、特に波長１４６０ｎｍから１６２５ｎｍの広波長域を用いた高速光通信に供して好適な空孔付き光ファイバに利用することが可能である。

本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバの断面図である。 本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバにおいて、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の絶対値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲となる、規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａとの関係を示す図である。 本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバにおいて、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の絶対値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲となる、コア半径ａとコア部の比屈折率差Δの関係について示す図である。 本発明の最良の形態に係る空孔付き光ファイバにおいて、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及びコア部の比屈折率差Δをそれぞれ所定の値にしたときの波長分散特性を示す図である。

符号の説明

１，１１ コア部
２，１２ クラッド部
３，１３ 空孔部
１０，２０ 空孔付き光ファイバ

Claims (1)

1. 屈折率が均一なクラッド部と、前記クラッド部に対する比屈折率差がΔであり、半径がａであるコア部とを有し、
   前記コア部の中心から半径Λの円周に外接するように、前記コア部、もしくは前記クラッド部に、等角度間隔に１層で配置された、直径がｄである、少なくとも４個の空孔部とを有し、
   前記半径Λを前記コア半径ａで規格化した規格化空孔位置Λ／ａと、前記空孔直径ｄを前記コア部の直径２ａで規格化した規格化空孔直径ｄ／２ａ、及び前記コア半径ａと、前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差Δが、それぞれ（０．５≦Λ／ａ≦０．８）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１）、及び（３．０μｍ≦ａ≦６．５μｍ）と（０．６％≦Δ≦１．４％）の範囲、または（１≦Λ／ａ≦１．２）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１５）、及び（２．０μｍ≦ａ≦３．５μｍ）と（０．５％≦Δ≦１．４％）の範囲であり、
   （０．５≦Λ／ａ≦０．８）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１）、及び（３．０μｍ≦ａ≦６．５μｍ）と（０．６％≦Δ≦１．４％）の範囲を満足する場合、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の値が−１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから−３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲であり、
   （１≦Λ／ａ≦１．２）と（０．０５≦ｄ／２ａ≦０．１５）、及び（２．０μｍ≦ａ≦３．５μｍ）と（０．５％≦Δ≦１．４％）の範囲を満足する場合、波長１４６０ｎｍから波長１６２５ｎｍにおける波長分散の値が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲である
   ことを特徴とする空孔付き光ファイバ。

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