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

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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・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・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・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)よりも大きい屈折率(n)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)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)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)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)とクラッドの屈折率(n)との差(Δn)が、−8×10−3〜−6×10−3である。
実施形態では、リングの屈折率(n)とクラッドの屈折率(n)との差(Δn)が、3×10−3〜6×10−3である。
有利には、中央部の半径(a)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−a)/a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−a)/aが、0.3〜0.7である。
また、別の環状部の屈折率(n)とクラッドの屈折率(n)との差(Δn)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・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・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・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までほぼ一定の屈折率nの中央部分を有する。屈折率nは、クラッドのシリカの屈折率nよりも大きい。図1の実施形態では、屈折率nとクラッドの屈折率との差Δnは、10×10−3になり、半径a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と半径aとの間に、クラッドの屈折率よりも小さい屈折率n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とクラッドの屈折率との差Δn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と半径aとの間に、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率n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とクラッドの屈折率との差Δn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・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。
Figure 0004527192
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まで、ほぼ一定の屈折率nの中央部分を有する。屈折率nは、クラッドのシリカの屈折率nよりも大きい。図2の実施形態では、屈折率nとクラッドの屈折率Δn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と半径aとの間に、屈折率n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とクラッドの屈折率との差Δn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と半径aとの間に、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率n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とクラッドの屈折率との差Δnは、5×10−3になる。
リングの周囲に、ファイバは、半径aと半径a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とクラッドの屈折率との差Δn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。
=2×a
=5×a/2
=9×a/2
半径同士のこうした関係、また長方形部分の半径a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)。
Figure 0004527192
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=10×10−3
Δn=−7×10−3
Δn=5×10−3
Δn=−0.3×10−3のとき、
波長分散値は、異なる半径aの値に対して下表のようになる(ps/nm・km)。
Figure 0004527192
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=10×10−3
Δn=−7×10−3
Δn=3×10−3
Δn=−0.3×10−3であるとき、
分散値は、異なる半径aの値に対して下表のようになる(ps/nm・km)。
Figure 0004527192
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−Δn≦17×10−3
−8×10−3≦Δn≦−6×10−3
3×10−3≦Δn≦6×10−3
≦3μm
0.8≦(a−a)/a≦1.2
0.3≦(a−a)/a≦0.7
さらに図2の実施形態では、好適には、
1.5≦(a−a)/a≦2.5であり、
−0.5×10−3≦Δn≦−0.1×10−3になる。
図1および2の例では、(a−a)/aが1になり、(a−a)/aが0.5になる。図2の例では、(a−a)/aが2になる。この2つの例では、(a−a)/aが1、(a−a)/a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、a、a 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・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)よりも大きい屈折率(n)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)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)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・km未満になることを特徴とする請求項1から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)とクラッドの屈折率(n)との差(Δn)が、−8×10−3〜−6×10−3であることを特徴とする請求項1から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)とクラッドの屈折率(n)との差(Δn)が、3×10−3〜6×10−3であることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載のファイバ。
  10. 中央部の半径(a)が3μm以下であることを特徴とする請求項1から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−a)/aが、0.8〜1.2であることを特徴とする請求項1から1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−a)/aが、0.3〜0.7であることを特徴とする請求項1から1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1のいずれか一項に記載のファイバ利用する方法
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