JP4527192B2 - 波長分散勾配が小さい光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ伝送の分野、特に、波長分割多重伝送の分野に関する。

光ファイバの場合、一般には、屈折率をファイバの半径の関数として示すグラフの様相に応じて、屈折率分布が表される。従来から、ファイバの中心からの距離ｒを横座標に示し、その絶対差を用いて、またはファイバのクラッドの屈折率に対する百分率の相対的な差を用いて、屈折率を縦座標に示している。従って、半径の関数として屈折率変化を示す、それぞれステップ状、台形または三角形の曲線に対して、「ステップ状」、「台形」または「三角形」屈折率分布が表わされる。これらの曲線は一般に、ファイバの理論上の分布または設定された分布を示すものであり、ファイバの製造上の制約により、分布が著しく異なることがある。

波長分割多重を用いる新しい高速データレート伝送網において、データレートが１０Ｇｂｉｔ／秒以上になる場合は特に、波長分散を管理することが有利である。その目的は、多重化の波長値全てに対して、累積される波長分散をリンクでほぼゼロにして、パルスの拡大を制限することにある。分散に対して、数１００ｐｓ／ｎｍの累積値は許容できる。また、システムで用いられる波長の近傍では、波長分散値がゼロにならないようにすることが有利である。なぜなら、そのような値では、非線形効果がいっそう大きくなるからである。従って、好適にはＮＺ−ＤＳＦ（ｎｏｎ ｚｅｒｏ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｉｂｅｒ、非ゼロ分散シフトファイバ）と称されるファイバを用いる。このファイバは、多重化チャンネル範囲外では波長分散の波長λ_０がゼロになり、４個の波長の混合によってもたらされる問題を回避している。さらに、波長分割多重システムでこうしたファイバを使用することにより、波長分散勾配を小さくして、様々なチャンネルに対して同じ伝播特性を維持するようにしている。この観点から、波長分散勾配の基準値は、０．０７５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍである。

Ｒｉｃｈａｒｄ Ｌｕｎｄｉｎによる「Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｆｌａｔｔｅｎｉｎｇ ｉｎ ａ Ｗ ｆｉｂｅｒ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ 第３３巻 第６号 １０１１−１０１４頁（１９９４年））は、二重クラッドを備えた単一モードファイバで分散をフラット化できる方法を記載している。この方法は、クラッドの屈折率よりも小さい屈折率の矩形のコアとリングとを備えた屈折率分布を有するファイバに適用され、１２５０ｎｍのカットオフ波長を有し、１２５０ｎｍ〜１６００ｎｍの波長範囲で、０．９ｐｓ／ｋｍ・ｎｍの分散平均値を得ることができる。この文献は単に、波長分散を低いレベルに保持することにより、パルスの拡大を制限できることを示しているにすぎない。

Ｙ．ＬｉとＣ．Ｄ．Ｈｕｓｓｅｙによる「Ｔｒｉｐｌｅ−ｃｌａｄ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ ｆｏｒ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｆｌａｔｔｅｎｉｎｇ」（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 第３３巻 第１２号 ３９９９−４００５頁（１９９４年））は、１３００ｎｍと１５５０ｎｍで波長分散を解消した、波長分割多重伝送システム用の分散フラットファイバの長所を記載している。この文献は、分散をフラット化するために三重のクラッドを備えたファイバの最適化を提案しており、１３００ｎｍおよび１５５０ｎｍで波長分散がゼロになり、固有損失が少なく、曲げ感度が良好である。第２のモードでは、カットオフ波長が１２５０ｎｍにある。得られたファイバは、外側クラッドの屈折率よりも屈折率が大きいコアと、外側クラッドの屈折率よりも屈折率が小さい第１のクラッドと、外側クラッドの屈折率よりも屈折率が大きい第２のクラッドとを有する。ファイバを半径５ｃｍに巻くことでもたらされる損失は、２．４ｄＢ／ｋｍ未満であり、１３００〜１５５０ｎｍの波長範囲で分散は３ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ未満である。

ＥＰ−Ａ−０３６８０１４は、同じタイプの分布を有する別のファイバを開示している。これは、１２８０〜１５６０ｎｍで波長分散が、３．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下であり、半径５ｃｍの場合、曲げ感度が１０^−６ｄＢ／ｍ未満である。

ＥＰ−Ａ−０１３１６３４は、同じタイプの分布を有するもう１つのファイバを開示している。このファイバは、波長分散が３個のゼロの分散を備え、分散に関する対向する最大値および最小値がゼロの間にある。

Ｐ．Ｋ．Ｂａｃｈｍａｎｎによる「Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｒｅｓ」（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｊ． Ｒｅｓ．４２、４３５−４５０）（１９８７年）は、分散フラットファイバと分散シフトファイバ（ＤＳＦ）の検討を提案している。著者は、ファイバの曲げによりもたらされる損失を低減する必要があると結論を下している。

本発明は、大きな減衰を生じることなく、非線形効果を制限することにより、波長分割多重伝送システムにおける利用のために適切な特徴を有するファイバを提案する。本発明は、あらゆる種類のパルス、特にＲＺまたはＮＲＺパルスを備えた波長分割多重伝送システムに適用される。

より詳しくは、本発明は、１４００〜１６５０ｎｍの波長範囲で、波長分散の最大値を有し、また絶対値が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ未満である波長分散勾配を有する、分散シフト単一モード光ファイバを提案する。

実施形態では、１４００〜１６５０ｎｍの波長範囲で波長分散の最大値が１つである。

好適には、ファイバが、前記波長分散の最大値で正の波長分散値を有する。

この場合、有利には、１５３０〜１５８０ｎｍの波長範囲で波長分散の最大値に達する。

ファイバは、波長が１４５０ｎｍ未満である場合、波長分散がゼロになることができる。

また有利には、ファイバは、波長が１６００ｎｍを越える場合、波長分散がゼロになる。

別の実施形態では、ファイバが、前記波長分散の最大値で負の波長分散値を有する。

この場合、好適には、１４８０〜１５２０ｎｍの波長範囲で波長分散の最大値に達する。

ファイバはさらに、１５３０〜１５８０ｎｍの波長範囲で、正の波長分散勾配を有する。

実施形態では、ファイバが、１５３０〜１５８０ｎｍの波長範囲で、負の波長分散勾配を有する。

別の実施形態において、ファイバは、１５３０〜１５８０ｎｍの波長範囲で、波長分散勾配の絶対値が０．０３ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ未満になる。

有利には、ファイバは、１３００ｎｍの波長で、波長分散の絶対値が７ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ未満になる。

実施形態では、ファイバは、ファイバコアおよびファイバクラッドを含む屈折率分布を有し、コアが、ファイバクラッドの屈折率（ｎ_ｓ）よりも大きい屈折率（ｎ_１）の中央部と、前記中央部の周囲でクラッドの屈折率よりも小さい屈折率（ｎ_２）の環状部と、前記環状部の周囲でクラッドの屈折率よりも大きい屈折率（ｎ_３）のリングとを含む。

ファイバは、クラッドの屈折率よりも小さい屈折率（ｎ_４）の、別の環状部を前記リングの周囲にさらに有する。

有利には、中央部および環状部の屈折率の差が、１３×１０^−３〜１７×１０^−３である。

好適には、環状部の屈折率（ｎ_２）とクラッドの屈折率（ｎ_ｓ）との差（Δｎ_２）が、−８×１０^−３〜−６×１０^−３である。

実施形態では、リングの屈折率（ｎ_３）とクラッドの屈折率（ｎ_ｓ）との差（Δｎ_３）が、３×１０^−３〜６×１０^−３である。

有利には、中央部の半径（ａ_１）が３μｍ以下である。

好適には、環状部の厚みと中央部の半径との比（ａ_２−ａ_１）／ａ_１が、０．８〜１．２である。

実施形態では、リングの厚みと中央部の半径との比（ａ_３−ａ_２）／ａ_１が、０．３〜０．７である。

また、別の環状部の屈折率（ｎ_４）とクラッドの屈折率（ｎ_ｓ）との差（Δｎ_４）が、−０．５×１０^−３〜−０．１×１０^−３になるように構成可能である。

本発明はさらに、波長分割多重伝送システム用の、このようなファイバの利用を提案する。

本発明の他の特徴および長所は、添付図に関して単に例としてのみ挙げた本発明の実施形態の以下の説明を読めば明らかになるだろう。

本発明によるファイバの屈折率分布の一例を示す図である。 本発明によるファイバの屈折率分布の別の例を示す図である。

本発明は、１４００〜１６５０ｎｍの波長範囲で、波長分散の最大値を有し、また絶対値が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ未満である波長分散勾配を有する、分散シフト単一モード光ファイバを提案する。

有利には、波長分散の最大値は、この波長範囲で１個である。

波長分散は、この最大値に対して正または負の値をとることができる。波長分散がその最大値で正の値をとる場合、ファイバは、最大値の両側の波長分散をゼロにすることができる。その場合、波長分散の最大値の位置は、好適には多重化の波長範囲において選択され、すなわち１５３０〜１５８０ｎｍの間で選択される。有利には、波長の値が１４５０ｎｍ未満の場合、一回目の波長分散は消去される。波長の値が１６００ｎｍを越える場合、二回目の波長分散は消去される。この場合、ファイバはＮＺ−ＤＳＦであり、すなわち１５３０ｎｍ〜１５８０ｎｍの間の櫛状波（ｐｅｉｇｎｅ）の波長範囲では分散がゼロにならず、特に波長分割多重伝送システムに用いられるように構成される。分散の値がゼロにならないので、たとえば４個の光波の混合のように、非線形効果を制限できる。

波長分散がその最大値で負の値を有する場合、この最大値の位置は、有利には、多重化の波長範囲で、波長分散と波長分散の勾配とが負になるように選択される。かくして、波長分散の最大値を１４８０ｎｍから１５２０ｎｍの間で、好適には１５００ｎｍ近傍に選択する場合、多重化の範囲で、負の波長分散と負の分散勾配とが得られる。

この場合の利点は、伝送システムで、分散を補償するために、正の分散勾配と正の分散とを有するステップインデックス形ファイバを使用できることにある。その場合、著しい減衰を有し、モード直径が小さい分散補償ファイバを使用することは不要である。こうした波長分散の管理は、本出願人が、本出願と同日に、名称「Ｓｙｓｔｅｍ ｄｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａ ｆｉｂｒｅ ｏｐｔｉｑｕｅ ａ ｍｉｌｔｉｐｌｅｘａｇｅ ｅｎ ｌｏｎｇｕｅｕｒ ｄ′ｏｎｄｅ、波長分割多重光ファイバ伝送システム」のもとに出願した特許出願の中で記載されている。この特許出願では、勾配が小さいファイバをラインファイバとして使用することを提案しており、ファイバは、１５３０〜１６００ｎｍの波長範囲で波長分散の絶対値が３〜５．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであり、１５３０〜１６００ｎｍの波長範囲で波長分散勾配の絶対値が０．０４ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ未満である。

多重化の波長範囲において負の波長分散および正の波長分散勾配を、または多重化の波長範囲において正の波長分散および負の波長分散勾配を選択することも可能である。

いずれにしても、波長分散勾配の値を小さくすることにより、多重化チャンネルが、伝送特徴を著しく異ならせることなく伝送されることを確実にする。さらに、このような波長分散勾配値により、本発明のファイバが１３００ｎｍ前後の小さい分散値を有するようにされるので、ファイバは、この値の前後の波長を使用することができる。

好適には、本発明のファイバはまた、多重化の波長範囲で、絶対値が０．０３ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ未満の波長分散勾配を有する。このような値は、櫛状波の様々なチャンネル間のひずみを制限するという長所を有する。

ファイバは、好適には、１３００ｎｍで小さい波長分散を有し、一般には、波長分散の絶対値が７ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ未満である。

本発明のファイバの他の伝播特徴は、ＮＺ−ＤＳＦファイバ用の従来の値の範囲で選択することができ、たとえば次のようになる。

・ 減衰０．２５ｄＢ／ｋｍ未満
・ 半径約３０ｍｍの巻きの場合、曲げ損失０．５ｄＢ／ｋｍ未満
次に、本発明によるファイバの屈折率分布の一例を示す図１を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１の屈折率分布は、矩形およびリングの屈折率分布である。この分布は、ファイバの中心からクラッドに向かって、半径ａ_１までほぼ一定の屈折率ｎ_１の中央部分を有する。屈折率ｎ_１は、クラッドのシリカの屈折率ｎ_ｓよりも大きい。図１の実施形態では、屈折率ｎ_１とクラッドの屈折率との差Δｎ_１は、１０×１０^−３になり、半径ａ_１は２．７μｍである。

本発明のファイバは、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率のこの長方形の中央部分の周囲に、半径ａ_１と半径ａ_２との間に、クラッドの屈折率よりも小さい屈折率ｎ_２の埋め込み環状部分を有する。図１の実施形態では、屈折率ｎ_２とクラッドの屈折率との差Δｎ_２は、−６×１０^−３になり、埋め込み部分は、２．７μｍの厚さにわたって延びている。

ファイバは、埋め込み部分の周囲に、半径ａ_２と半径ａ_３との間に、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率ｎ_３のリングを有する。図１の実施形態では、リングの屈折率ｎ_３とクラッドの屈折率との差Δｎ_３は、３．２×１０^−３になり、リングの厚みは１．３５μｍであるため、半径ａ_３は６．７５μｍになる。

屈折率分布をこのように選択すると、１３００〜１６００ｎｍにおいて、波長分散勾配が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ未満に留まる。より詳しくは、この例における波長分散の最大値は、波長の値が１５００ｎｍであるとき、−０．６ｐｓ／ｎｍ・ｋｍである。

図１のファイバは、次のような波長分散値（ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ）を有する。

図の例では、波長分散値が負のときに波長分散の最大値に達し、波長分散値は、多重化の波長範囲で負である。

図２は、本発明による屈折率分布の別の例を示す。図２の実施形態において、屈折率分布は、図１と同様に矩形およびリングの分布であるが、リングの周囲に埋め込まれた部分をさらに含む。この分布は、ファイバの中心からクラッドに向けて、半径ａ_１まで、ほぼ一定の屈折率ｎ_１の中央部分を有する。屈折率ｎ_１は、クラッドのシリカの屈折率ｎ_Ｓよりも大きい。図２の実施形態では、屈折率ｎ_１とクラッドの屈折率Δｎ_１との差は、１０×１０^−３である。

クラッドの屈折率よりも屈折率が大きい長方形のこの中央部分の周囲で、図２のファイバは、半径ａ_１と半径ａ_２との間に、屈折率ｎ_２がクラッドの屈折率よりも小さい埋め込み環状部分を有する。図の実施形態では、屈折率ｎ_２とクラッドの屈折率との差Δｎ_２が−６×１０^−３になる。

ファイバは、埋め込み部分の周囲で半径ａ_２と半径ａ_３との間に、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率ｎ_３のリングを有する。図２の実施形態では、リングの屈折率ｎ_３とクラッドの屈折率との差Δｎ_３は、５×１０^−３になる。

リングの周囲に、ファイバは、半径ａ_３と半径ａ_４との間に、もう１つの埋め込み部分を有し、この部分の屈折率ｎ_４は、クラッドの屈折率よりも小さく、かつ矩形とリングとの間に伸びる埋め込み部分の屈折率よりも大きい。図２の実施形態では、リングの屈折率ｎ_３とクラッドの屈折率との差Δｎ_４は、−０．３×１０^−３になる。

屈折率のこうした値に対して検討可能な半径により、有利には、次のような関係が確認される。

ａ_２＝２×ａ_１
ａ_３＝５×ａ_１／２
ａ_４＝９×ａ_１／２
半径同士のこうした関係、また長方形部分の半径ａ_１の様々な値に対して、波長分散値は、次の表のようになる（ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ）。

いずれの場合にも、１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲で正の分散値が得られ、分散の最大値はこの範囲にある。

また、屈折率の値は、図２に例として挙げられたもの以外のものを選択することができる。屈折率の値が、
Δｎ_１＝１０×１０^−３
Δｎ_２＝−７×１０^−３
Δｎ_３＝５×１０^−３
Δｎ_４＝−０．３×１０^−３のとき、
波長分散値は、異なる半径ａ_１の値に対して下表のようになる（ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ）。

第１の場合、約１５００ｎｍで最大値に達し、分散値は正であり、次に負になる。第２の場合、約１５５０ｎｍで最大値に達し、分散値は櫛状波の範囲で正である。

屈折率の値が
Δｎ_１＝１０×１０^−３
Δｎ_２＝−７×１０^−３
Δｎ_３＝３×１０^−３
Δｎ_４＝−０．３×１０^−３であるとき、
分散値は、異なる半径ａ_１の値に対して下表のようになる（ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ）。

第１の場合は約１５５０ｎｍで、第２の場合は約１６００ｎｍで最大値に達する。

いずれの場合にも、こうしたファイバの例により、本発明を実施できる。一般に本発明は、次の特徴の組み合わせによって得られる。
１３×１０^−３≦Δｎ_１−Δｎ_２≦１７×１０^−３
−８×１０^−３≦Δｎ_２≦−６×１０^−３
３×１０^−３≦Δｎ_３≦６×１０^−３
ａ_１≦３μｍ
０．８≦（ａ_２−ａ_１）／ａ_１≦１．２
０．３≦（ａ_３−ａ_２）／ａ_１≦０．７
さらに図２の実施形態では、好適には、
１．５≦（ａ_４−ａ_３）／ａ_１≦２．５であり、
−０．５×１０^−３≦Δｎ_４≦−０．１×１０^−３になる。

図１および２の例では、（ａ_２−ａ_１）／ａ_１が１になり、（ａ_３−ａ_２）／ａ_１が０．５になる。図２の例では、（ａ_４−ａ_３）／ａ_１が２になる。この２つの例では、（ａ_２−ａ_１）／ａ_１が１、（ａ_３−ａ_２）／ａ_１が０．５になる。

本発明は、ＭＣＶＤのような既知の技術または光ファイバを製造するために通常用いられている他の技術によって、当業者が製造することができる。

もちろん本発明は、記載および図示された実施形態に制限されるものではない。図の分布および説明の中で挙げられた他の分布は、本発明を実施可能にする例を構成しているにすぎない。他の分布も同様に、本発明により提案された勾配値および分散値を到達可能である。

上記の説明では、１４００〜１６５０ｎｍの波長範囲における波長分散値を考慮した。この範囲に分散最大値があっても、必ずしもこの範囲外に分散が変動するわけではない。

ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４ 半径

Claims (13)

1. １４００〜１６５０ｎｍの波長範囲で、波長分散の最大値を有し、また絶対値が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ未満である波長分散勾配を有し、
   前記波長分散の最大値で波長分散値が負になり、
   ファイバコアおよびファイバクラッドを含む屈折率分布を有し、コアが、ファイバクラッドの屈折率（ｎ_ｓ）よりも大きい屈折率（ｎ_１）の中央部と、前記中央部の周囲でクラッドの屈折率よりも小さい屈折率（ｎ_２）の環状部と、前記環状部の周囲でクラッドの屈折率よりも大きい屈折率（ｎ_３）のリングとを含む、分散シフト単一モード光ファイバ。
2. １４００〜１６５０ｎｍの波長範囲で波長分散の最大値が１つであることを特徴とする請求項１に記載のファイバ。
3. １４８０〜１５２０ｎｍの波長範囲で、前記波長分散の最大値に達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。
4. １５３０〜１５８０ｎｍの波長範囲で、波長分散勾配が負にな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。
5. １５３０〜１５８０ｎｍの波長範囲で、波長分散勾配の絶対値が０．０３ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍ未満にな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。
6. １３００ｎｍの波長で、波長分散の絶対値が７ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ未満にな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。
7. 中央部および環状部の屈折率の差が、１３×１０^−３〜１７×１０^−３であることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載のファイバ。
8. 環状部の屈折率（ｎ_２）とクラッドの屈折率（ｎ_ｓ）との差（Δｎ_２）が、−８×１０^−３〜−６×１０^−３であることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載のファイバ。
9. リングの屈折率（ｎ_３）とクラッドの屈折率（ｎ_ｓ）との差（Δｎ_３）が、３×１０^−３〜６×１０^−３であ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。
10. 中央部の半径（ａ_１）が３μｍ以下であ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。
11. 環状部の厚みと中央部の半径との比（ａ_２−ａ_１）／ａ_１が、０．８〜１．２であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のファイバ。
12. リングの厚みと中央部の半径との比（ａ_３−ａ_２）／ａ_１が、０．３〜０．７であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のファイバ。
13. 波長分割多重伝送システムに、請求項１から１２のいずれか一項に記載のファイバを利用する方法。

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