JP4499288B2 - Wdm光ファイバ伝送システム用の有効面積と分散勾配との最適化された比を有する光ファイバ - Google Patents
Wdm光ファイバ伝送システム用の有効面積と分散勾配との最適化された比を有する光ファイバ Download PDFInfo
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Description
本発明は、光ファイバ上の伝送の分野に関し、特に、分散シフトラインファイバを使用する波長分割多重化(WDM)伝送の分野に関する。
【0002】
光ファイバの屈折率プロファイルは、一般に、屈折率をファイバの半径と関連付ける関数のグラフの外観に応じて記述される。従来は、ファイバの中心までの距離rをx軸に沿ってプロットし、屈折率とファイバのクラッドの屈折率との差をy軸に沿ってプロットする。このようにして、ステップ状、台形状または三角形状のプロファイルを持つグラフそれぞれに対して、「ステップ」、「台形」、または「三角形」屈折率プロファイルという用語が用いられる。曲線は、一般に、ファイバの理論的なプロファイルまたは基準のプロファイルを表し、ファイバの製造中に誘起された応力によって、著しく異なるプロファイルが生じる可能性がある。
【0003】
ファイバを伝送システムで、特に、WDM伝送システムで使用するために、ファイバは、多重の波長範囲で大きな有効面積を有することが有利である。大きな有効面積によって、一定の全パワーに対してファイバ中のパワー密度を制限すること、および、望ましくない非直線効果を制限し、または避けることができるようになる。
【0004】
高データレートシステムについて、ファイバに多重のチャネルの単一モード伝播が与えられることも有用である。ITU−T G 650に、ケーブルのカットオフ波長の規定が与えられている。ファイバの理論的なカットオフ波長は、一般に、ケーブル中のカットオフ波長よりも数百ナノメータだけ長い。たとえ理論的なカットオフ波長が使用される信号の波長より長くても、光ファイバ中の伝播は単一モードとなり得る。すなわち、数メートルまたは数十メートルの距離を超えると、この距離は光ファイバ伝送システムでの伝播距離と比較すると短いものであるが、二次的なモードは、非常に大きな減衰のために消失する。したがって、伝送システムでの伝播は単一モードである。
【0005】
また、ファイバは、できるだけ小さな曲げおよびマイクロベンドに対して感度を有することが重要である。マイクロベンドに対する感度は、勧告ITU−T G.650に説明されているように、半径30mmのリールにファイバを100回巻くことで生じる減衰を測定して評価される。マイクロベンドに対する感度は、それ自体は知られている方法で測定される。下記のように、出願人が参照番号ASMF200の下に販売しているファイバのようなファイバに比べて、マイクロベンドに対する感度を測定することができる。
【0006】
新しい高データレートWDM伝送システムでは、多重の波長範囲内で波長分散勾配を制限することが有利である。その目的は、伝送中の多重のチャネル間の歪みを最小にすることである。
【0007】
分散シフトファイバ(DSF)は市場に出ている。それらのファイバは、ファイバが使用される伝送波長(一般に、シリカの分散が実質的にゼロになる1.3μmの波長と異なっている)で、伝送される波の波長分散が実質的にゼロになるようになっている。すなわち、ファイバのコアと光クラッドの間の屈折率の差Δnを大きくすることで、シリカのゼロでない波長分散が補償され、ここから、「シフト」という用語がある。その屈折率の差によって、波長分散がゼロになる波長をシフトすることができるようになる。それは、例えば内付けCVD(MCVD)プロセスで、プリフォームが製造されている間に、前記プリフォームにドーパントを導入することで得られる。内付けCVD(MCVD)プロセスは、それ自体知られており、ここではこれ以上詳しく説明しない。「非ゼロ分散シフトファイバ(non−zero dispersion−shifted fiber)」(「NZ−DSF」)という用語は、そのファイバが使用される波長に対してゼロでない波長分散を有する分散シフトファイバを指すために使用される。波長分散のゼロでない値により、ファイバにおける非直線効果を制限することが可能になり、特に、多重のチャネル間の四光波混合を制限することができるようになる。EP−A−0859247に説明されているように、DSFファイバに関する問題は、波長分散勾配が、一般に、有効面積を大きくするにつれて大きくなることである。
【0008】
EP−A−0859247には、リング状プロファイルを有するDSFファイバが記載され、そのようなファイバでは、有効面積および波長分散勾配が、方向によって変化する範囲があることが説明されている。例として示されたファイバは、負で−4.5ps/(nm・km)から1.0ps/(nm・km)の範囲の分散勾配を有している。それらのカットオフ波長は、2mのファイバ長で1500nmよりも大きい。その文献は、伝播距離を大きくするにつれてカットオフ波長が減少する限りでは、また、約1000kmの伝送距離に対して単一モード伝播が与えられる限りでは、カットオフ波長のそのような大きな値は問題がないと指摘している。
【0009】
「Practically feasible dispersion flattened fibers produced by VAD technique」、ECOC’98(p.131〜132)で、Y.Yokohama et alは、1550nmを超えてカットオフ波長を後退させることで、約50μm2の有効面積および約0.026ps/(nm2・km)の波長分散勾配を得ることを提案している。
【0010】
「Maximum effective area for non−zero dispersion−shifted fiber」、OFC’98 ThK3で、P.Nouchiは、固定された分散値および分散勾配値の場合に、曲げ損失に応じて、様々なファイバプロファイルに関する最大有効面積の比較研究を提案している。その文献は、特に、ほかの全てのものが等しい場合に、リング付き同軸プロファイルまたは同軸プロファイルのファイバが、大きな値の有効面積を有することを示している。その文献の図3は、対応する分散勾配を有する様々な種類のファイバを示している。説明文は、1550nmでの波長分散は4ps/(nm・km)に等しいと指摘している。波長分散がゼロになる波長λ0の近くで、波長分散は実質的に直線的であると想定すると、全ての場合に、λ0の波長は1488nmよりも長いようである。
【0011】
TrueWave/RSという名前で、Lucentは下記の特性を有するファイバを提案している。
【0012】
λ0の波長:1468nm、
1550nmでの波長分散勾配:0.045ps/(nm2・km)、
1550nmでの波長分散:3.7ps/(nm・km)、
1550nmでのモードの直径:8.4μm、および、
1550nmでの有効面積:55μm2。
【0013】
商標LEAFの下で、Corningは、1550nmで、有効面積が72μm2で、波長分散勾配がほぼ0.08ps/(nm2・km)から0.09ps/(nm2・km)の範囲であり、波長分散が約1500nmでゼロになるNZ−DSFファイバを販売している。
【0014】
本発明は、ケーブルに入れるのに適し、かつ、特にカットオフ波長を選択するために、有効面積と波長分散勾配の両方を有利に妥協させる光ファイバを提案する。より正確には、本発明は、ケーブル中で単一モードで、1550nmの波長に対して下記の特性を有する光ファイバを提供する。
【0015】
60μm2に等しいかそれよりも大きい有効面積、
3ps/(nm・km)から14ps/(nm・km)の範囲にある波長分散、
0ps/(nm2・km)から0.1ps/(nm2・km)の範囲である波長分散勾配、
1000μm2・nm2・km/psよりも大きな有効面積と波長分散勾配の比、さらに、
1480nmに等しいかそれよりも小さなゼロ波長分散波長。
【0016】
本発明のファイバは、1550nmでの波長分散が5ps/(nm・km)から11ps/(nm・km)の範囲にあり、および/または分散勾配が0.07ps/(nm2・km)よりも小さいことが好ましい。
【0017】
有効面積と波長分散勾配の比は、5000μm2・nm2・km/psよりも小さいことが好ましい。
【0018】
1つの実施形態では、本ファイバの有効面積は70μm2に等しいかそれよりも大きい。
【0019】
他の実施形態では、本ファイバの1550nmでの曲げ損失は、半径30mmの周りに100回巻いたファイバに対して、0.05dBに等しいかそれよりも小さく、さらに、0.005dBに等しいかそれよりも小さいことが好ましい。また、本ファイバのマイクロベンドに対する感度は、1.2より小さく、好ましくは0.8よりも小さくてもよい。
【0020】
本ファイバは、1550nmよりも長い理論的なカットオフ波長を有し、1300nmよりも短いケーブル中のカットオフ波長を有するのが好ましい。
【0021】
1つの実施形態では、本ファイバは、1550nmでの減衰が0.23dB/km以下であり、偏波分散は0.08ps・km−0.5以下である。
【0022】
他の実施形態では、本ファイバはリング付き台形屈折率プロファイルを有する。その場合に、本ファイバの中心部分の屈折率とクラッドの屈折率との差は、6×10−3から9×10−3の範囲にあるのが有利であり、リングの屈折率とクラッドの屈折率との差は、2×10−3から5×10−3の範囲にある。また、ファイバは、台形の半径とリングの外側半径の比が、0.42から0.58の範囲にあるようにすることも可能である。さらに、リングの内側半径とリングの外側半径の比が、0.68から0.85の範囲にあるのが有利である。また、リングの外側半径は、8μmから10.5μmの範囲にあるのが有利である。
【0023】
さらに他の実施形態では、本ファイバは、リング付き同軸屈折率プロファイルを有する。その場合に、本ファイバは下記の特性の1つまたは複数を有するのが有利である。
【0024】
0.5×10−3と5×10−3の範囲にあるリングの屈折率とクラッドの屈折率の差、
0.65から0.85の範囲にあるリングの内側半径とリングの外側半径の比、および、
7.5μmから11.5μmの範囲にあるリングの外側半径。
【0025】
最後に、本ファイバは、埋設された外側部分を有する同軸屈折率プロファイルを持ってもよい。その場合に、外側クラッドの外側半径は、7.5μmから9μmの範囲にあるのが有利である。
【0026】
リング付き同軸プロファイルまたは同軸プロファイルの場合には、ファイバは、下記の特性の1つまたは複数を有するのが有利である。
【0027】
7.2×10−3から10.5×10−3の範囲にあるファイバの同軸部分の最大屈折率とクラッドの屈折率の差、
−6.7×10−3から−4.1×10−3の範囲にある内部クラッドの屈折率とクラッドの屈折率の差、および、
0.35から0.55の範囲にある中心部分の半径と同軸部分の半径の比。
【0028】
また、本発明は、ラインファイバのようなファイバを含む、波長分割多重化光ファイバ伝送システムを提供する。その時に、分散補償ファイバを含むようにすることもまた可能である。
【0029】
本発明の他の特性および利点は、例として、および添付の図面を参照して行われる本発明の実施形態についての次の説明を読む時に、明白になるであろう。
【0030】
本発明は、多重のチャネル間に歪みを引き起こすことなく、有効面積と波長分散勾配の両方を有利に妥協させ、それによってファイバ中のパワー密度を制限することができるファイバを提案する。また、本ファイバは、小さな曲げ損失とマイクロベンド損失を有し、それによってケーブル中に配置することができるようになる。本ファイバは、このようにしてケーブル中に配置された時に、単一モード伝播を与える。
【0031】
このようにして、本発明のファイバの可能な特性は、次のようである。
【0032】
60μm2に等しいかそれよりも大きな、または好ましくは70μm2よりも大きな有効面積、
3ps/(nm・km)から14ps/(nm・km)の範囲、好ましくは5ps/(nm・km)から11ps/(nm・km)の範囲にある1550nmでの波長分散、
正であり、0.1ps/(nm2・km)よりも小さな、さらに、好ましくは0.07ps/(nm2・km)に等しいかそれよりも小さな1550nmでの波長分散勾配、
1000μm2・nm2・km/psよりも大きく、さらに、好ましくは5000μm2・nm2・km/psよりも小さな、または、さらに2500μm2・nm2・km/psよりも小さな有効面積と波長分散勾配の比、
半径30mmのリールの周りに100回巻いたファイバについて0.05dBよりも小さな、さらに、好ましくは0.005dBよりも小さな、1550nmでの曲げ損失、
知られているファイバASMF200に比べて1.2よりも小さな、好ましくはそれに比べて0.8よりも小さな、マイクロベンドに対する感度、
1480nmよりも短いゼロ波長分散波長、
1550nmよりも長い理論的なカットオフ波長、および、
1300nmよりも短いケーブル中のカットオフ波長。
【0033】
上記で説明されたように、理論的なカットオフ波長は、ケーブル中のカットオフ波長よりも数百ナノメートル長い。このようにして、後の方の2つの特性を同時に実現することが可能である。
【0034】
本ファイバは、また、0.23dB/kmよりも小さな1550nmでの減衰、および0.08ps/km−0.5よりも大きくない偏波分散を有してもよい。
【0035】
図を参照して、そのような値を得ることができる基準となるファイバプロファイルの例を下記に示す。全ての実施形態で、半径は、マイクロメートルの単位で与えられ、ファイバの軸に対して測定される。屈折率は、ファイバのクラッドの屈折率に対する差で測定される。
【0036】
図1は、様々なファイバに関する本発明の第1の実施形態で使用される、リング付き台形屈折率プロファイルの図である。この実施形態で、ファイバの中心から始めて、プロファイルは、
実質的に一定で、かつクラッドの屈折率よりも大きな屈折率Δn1を有する半径r1の中心部分、
中心部分を囲み半径r2まで延び、かつ屈折率が半径に応じて実質的に直線的に減少する第1の環状部分(これらの2つの第1の部分が台形を形成する)、
実質的に一定でクラッドの屈折率に等しいかそれよりも小さな屈折率Δn3であり、かつ半径r3まで延びる第2の環状部分(この部分が一般に「内部クラッド」とよばれる)、および、
実質的に一定でクラッドの屈折率よりも大きな屈折率Δn4であり、かつ半径r4まで延びる第3の環状部分(この部分が「リング」と呼ばれる)、
を含む。
【0037】
ファイバのクラッドは、リングのまわりに延びる。
【0038】
表1は、リング付き台形プロファイルを有するファイバの可能な半径と屈折率の値を示す。半径はマイクロメートルの単位で与えられる。
【0039】
【表1】
例で示されるように、ファイバの中心部分の屈折率とクラッドの屈折率の差Δn1は、6×10−3から9×10−3の範囲にあってもよい。リングの屈折率とクラッドの屈折率の差Δn4は、2×10−3から5×10−3の範囲にある。半径に関しては、比r2/r4は0.42から0.58の範囲にあり、一方で、比r3/r4は0.68から0.85の範囲にある。リングの半径r4は、8μmから10.5μmの範囲にあってもよい。これらの特性により、従来の方法でファイバを製造することができるようになる。比較として、従来技術で一般に言われる1%の屈折率差の値は、14.5×10−3の差に対応する。本発明は、大きな屈折率または非常に小さな半径の層を含まないので、製造の問題またはファイバ中の過大な減衰の問題がないことに気が付く。
【0040】
これらの半径および屈折率の値で得られるファイバは、表2の対応する行に与えられる特性を有する。単位は下記の通りである。
【0041】
理論的なカットオフ波長λcth:nm、
ゼロ波長分散波長λ0:nm、
波長分散勾配C’:ps/(nm2・km)、
有効面積Seff:μm2、
波長分散C:ps/(nm・km)、および、
曲げ損失PC:dB。
【0042】
曲げ損失は、上記で示したように、ファイバを半径30mmの周りに100回巻いて、誘起された損失を測定することで測定する。マイクロベンド損失Sμcは、出願人が販売するファイバASMF200に対して測定し、したがって次元がない。比Seff/C’は次の次元で与えられる。すなわち、μm2・nm2・km/ps。
【0043】
【表2】
図2は、様々なファイバに関する本発明の第2の実施形態で使用される、リング付き同軸プロファイルを示す図である。この実施形態で、ファイバの中心から始めて、プロファイルは、
実質的に一定で、かつクラッドの屈折率に等しいかそれよりも小さな屈折率Δn1を有する半径r1の中心部分、
中心部分を囲み半径r2まで延び、かつ実質的に一定で中心部分の屈折率よりも大きな屈折率Δn2を有する第1の環状部分(これらの2つの第1の部分が一緒になって同軸プロファイルを形成する)、
実質的に一定である屈折率Δn3で、かつ半径r3まで延びる第2の環状部分(この部分が「内部クラッド」と呼ばれる)、および、
実質的に一定でクラッドの屈折率よりも大きな屈折率Δn4で、かつ半径r4まで延びる第3の環状部分(この部分が「リング」と呼ばれる)、
を含む。
【0044】
ファイバのクラッドは、リングのまわりに延びる。
【0045】
表3は、図2のリング付き同軸プロファイルを有するファイバの可能な半径と屈折率の値を示す。上記のように、半径はマイクロメートルの単位で与えられる。
【0046】
【表3】
もう一度、例で示されるように、リングの屈折率とクラッドの屈折率の差Δn4は、0.5×10−3から5×10−3の範囲にある。同軸部分の最大屈折率とクラッドの屈折率の差は、7.2×10−3から10.5×10−3の範囲にある。屈折率差Δn3は、−6.7×10−3から−4.1×10−3の範囲にある。半径に関しては、比r1/r2は、0.35から0.55の範囲にあり、比r2/r4は0.42から0.58の範囲にあり、一方で、比r3/r4は0.65から0.85の範囲にある。リングの半径r4は、7.5μmから11.5μmの範囲にあってもよい。また、これらの特性により、従来の方法でファイバを製造することができるようになる。
【0047】
これらの半径および屈折率の値で得られるファイバは、表4の対応する行に上記と同じ単位で与えられる特性を有する。
【0048】
【表4】
図3は、様々なファイバに関する本発明の第3の実施形態で使用される、埋設クラッド付き同軸プロファイルを示す図である。この実施形態で、プロファイルは、図2のプロファイルのような、同軸プロファイルのコアを有する。しかし、それはリングを含まず、その内部クラッドはクラッドの屈折率よりも小さな屈折率を有する。
【0049】
図3の埋設クラッド付き同軸プロファイルを有するファイバの可能な半径と屈折率の値が、表5に示される。上記のように、半径はマイクロメートルの単位で与えられる。
【0050】
【表5】
図3の例のように、同軸部分の最大屈折率とクラッドの屈折率の差は、7.2×10−3から10.5×10−3の範囲にある。屈折率差Δn3は、−6.7×10−3から−4.1×10−3の範囲にある。半径に関しては、比r1/r2は、0.35から0.55の範囲にあり、一方で、半径r3は、7.2μmから10.5μmの範囲にある。再度、これらの特性により、従来の方法でファイバを製造することができるようになる。
【0051】
これらの半径および屈折率の値で得られるファイバは、表6に上記と同じ単位で与えられる特性を有する。
【0052】
【表6】
表1、3、および5の例の全てで、屈折率の5×10−3の変化で、同じ様な結果が得られるようになる。同じことが半径に当てはまり、半径が、与えられた値に対して10%だけ独立に変化しても、同じような結果が得られる。
【0053】
例として示されたプロファイル以外のプロファイルにより、本発明の特性を有するファイバを得ることができる。当業者は、MCVDのような知られている技法、または光ファイバを製造するために一般に使用される任意の他の技法を使用して、本発明を製造してもよい。
【0054】
本発明のファイバは、伝送システム、特にWDM伝送システムのラインファイバとして有利に使用してもよい。そのようなラインファイバを使用するシステムで、分散のばらつきを制限するために、システムに規則的な間隔で配置される分散補償ファイバを与えることもまた可能である。
【0055】
当然、本発明は、説明し示した実施形態に限定されることなく、むしろ当業者は非常に多くのその変形を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のファイバの第1の実施形態のリング付き台形屈折率プロファイルを示す図である。
【図2】 本発明のファイバの第2の実施形態のリング付き同軸屈折率プロファイルを示す図である。
【図3】 本発明の第3の実施形態の埋設クラッド付き同軸屈折率プロファイルを示す図である。
Claims (12)
- ケーブル中で単一モードである光ファイバであって、
リング付き同軸屈折率プロファイルを有し、
中心部分の屈折率(Δn 1 )が、クラッドの屈折率以下であり、
リングの屈折率とクラッドの屈折率の差(Δn4)が、0.5×10−3から5×10−3の範囲にあり、
リングの内側半径(r3)とリングの外側半径(r4)の比(r3/r4)が、0.65から0.85の範囲にあり、
リングの外側半径(r4)が、7.5μmから11.5μmの範囲にあり、
ファイバの同軸部分の最大屈折率とクラッドの屈折率の差(Δn2)が、7.2×10−3から10.5×10−3の範囲にあり、
内部クラッドの屈折率とクラッドの屈折率の差(Δn3)が、−6.7×10−3から−4.1×10−3の範囲にあり、
中心部分の半径(r1)と同軸部分の半径(r2)の比(r1/r2)が、0.35から0.55の範囲にあり、
同軸部分の半径(r 2 )とリングの外側半径(r 4 )の比(r 2 /r 4 )が、0.42から0.58であり、
1550nmの波長に対して、
70μm2に等しいかそれよりも大きな有効面積、
5ps/(nm・km)から11ps/(nm・km)の範囲にある波長分散、
0ps/(nm2・km)から0.1ps/(nm2・km)の範囲にある波長分散勾配、
1000μm2・nm2・km/psよりも大きな有効面積と波長分散勾配との比、および、
1480nmに等しいかそれよりも小さなゼロ波長分散波長
という特性を有する光ファイバ。 - ケーブル中で単一モードである光ファイバであって、
埋設された外側の部分を有する同軸屈折率プロファイルを有し、
中心部分の屈折率(Δn 1 )が、クラッドの屈折率以下であり、
外側クラッドの外側半径(r3)が、7.5μmから9μmの範囲にあり、
ファイバの同軸部分の最大屈折率とクラッドの屈折率の差(Δn2)が、7.2×10−3から10.5×10−3の範囲にあり、
内部クラッドの屈折率とクラッドの屈折率の差(Δn3)が、−6.7×10−3から−4.1×10−3の範囲にあり、
中心部分の半径(r1)と同軸部分の半径(r2)の比(r1/r2)が、0.35から0.55の範囲にあり、
1550nmの波長に対して、
70μm2に等しいかそれよりも大きな有効面積、
5ps/(nm・km)から11ps/(nm・km)の範囲にある波長分散、
0ps/(nm2・km)から0.1ps/(nm2・km)の範囲にある波長分散勾配、
1000μm2・nm2・km/psよりも大きな有効面積と波長分散勾配との比、および、
1480nmに等しいかそれよりも小さなゼロ波長分散波長
という特性を有する光ファイバ。 - 1550nmで、0.07ps/(nm2・km)よりも小さな分散勾配を有することを特徴とする請求項1または2に記載のファイバ。
- 5000μm2・nm2・km/psよりも小さな有効面積と波長分散勾配との比を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のファイバ。
- 30mmの半径の周りに100回巻いたファイバについて、0.05dBに等しいかそれよりも小さな、好ましくは0.005dBに等しいかそれよりも小さな、1550nmでの曲げ損失を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のファイバ。
- 1.2よりも小さな、好ましくは0.8よりも小さなマイクロベンドに対する感度を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のファイバ。
- 1550nmよりも長い理論的なカットオフ波長を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のファイバ。
- 1300nmよりも短いケーブル中のカットオフ波長を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のファイバ。
- 0.23dB/km以下の1550nmでの減衰を有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のファイバ。
- 0.08ps・km−0.5以下の偏波分散を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のファイバ。
- 回線ファイバとして請求項1から10のいずれか一項に記載のファイバを含む波長分割多重化光ファイバ伝送システム。
- さらに、分散補償ファイバを含む請求項11に記載の伝送システム。
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