JP5059797B2 - Optical fiber, optical fiber design method, and optical wavelength division multiplexing communication system - Google Patents

Optical fiber, optical fiber design method, and optical wavelength division multiplexing communication system Download PDF

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本発明は、光ファイバ、光ファイバの設計方法及び光波長多重通信システムに関する。   The present invention relates to an optical fiber, an optical fiber design method, and an optical wavelength division multiplexing communication system.

現在、陸上や海底など長距離の通信への適用を目指して、異なる数百波長程度の光を信号伝送に用いる高密度波長多重DWDM(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)技術の実用化が進んでいる。その際、歪みによる信号劣化を引き起こす各種の非線形効果の抑制が課題となる。   Currently, high-density wavelength division division multiplexing (DWDM) technology that uses light of several hundreds of different wavelengths for signal transmission is being put into practical use with the aim of applying to long-distance communications such as land and seabed. . At that time, suppression of various nonlinear effects that cause signal degradation due to distortion becomes a problem.

その解決のために光ファイバのパラメータのひとつである実効断面積Aeff(一般にモードフィールド径の2乗に比例する)の拡大が有効であり、各種の屈折率分布のシングルモード光ファイバの設計が検討され、実用化が進められている。 In order to solve this problem, it is effective to increase the effective area A eff (generally proportional to the square of the mode field diameter), which is one of the optical fiber parameters, and the design of single-mode optical fibers with various refractive index profiles is effective. It has been studied and put into practical use.

しかしながら、従来構造の(空孔を持たない)光ファイバでは、実効断面積Aeffを拡大するとシングルモード条件が満たされにくくなる点、曲げ損失αbが増大するなどの問題があり、下記非特許文献1に示されているように、十分に小さな曲げ損失αbを得るには実効断面積Aeffは150μm2程度が限界である。さらに、実効断面積Aeffは短波長側では減少するため、例えば、波長1μm付近では100μm2程度に減少してしまう。 However, in the conventional optical fiber (having no holes), there is a problem that when the effective area A eff is increased, the single mode condition is hardly satisfied, and the bending loss αb is increased. As shown in FIG. 1, the effective area A eff is about 150 μm 2 to obtain a sufficiently small bending loss αb. Further, since the effective area A eff decreases on the short wavelength side, for example, it decreases to about 100 μm 2 near the wavelength of 1 μm.

一方、フォトニック結晶ファイバ(PCF:Photonic Crystal Fiber)は、下記非特許文献1,2に示されているように、断面内に格子状に配列された空孔構造を持つファイバであり、例えば、純石英ガラスなどから作製され、近年急速に低損失化が進展し、その最低損失値は波長1.55μm近傍で0.18dB/kmに達している。   On the other hand, a photonic crystal fiber (PCF: Photonic Crystal Fiber) is a fiber having a hole structure arranged in a lattice shape in a cross section as shown in Non-Patent Documents 1 and 2 below. It is made of pure quartz glass and the like, and its loss reduction has rapidly progressed in recent years, and its minimum loss value reaches 0.18 dB / km in the vicinity of a wavelength of 1.55 μm.

PCFは、例えば、純石英ガラスから線引き作製され、その断面は、空孔が三角格子状に規則的に配列され、数層の空孔が中心のガラスコア部を取り囲む構造である(下記非特許文献3参照)。そして、中心の空孔1つに対応する部分を材料ガラスに置換した構造を以下1cell構造と呼ぶ(下記非特許文献7参照)。   The PCF is drawn, for example, from pure quartz glass, and its cross section has a structure in which holes are regularly arranged in a triangular lattice shape, and several layers of holes surround a central glass core (the following non-patent document). Reference 3). A structure in which a portion corresponding to one central hole is replaced with material glass is hereinafter referred to as a 1-cell structure (see Non-Patent Document 7 below).

1cell構造のPCFでは、空孔の直径dと空孔の間隔Λとの比d/Λの値を0.42以下に設定することで、全波長域でシングルモード伝送が可能(Endlessly Single Mode:ESM)なことが、下記非特許文献3等に示されている。そこで、ESMの条件を満たすd/Λ=0.42近傍の構造を中心にPCFにおいても、実効断面積Aeffの拡大が検討されているが、下記非特許文献1,2に示されているように、150μm2程度の値が上限となり、使用波長も1.5μm帯付近に限定される。これは、短波長側で曲げ損失αb、又は閉じ込め損失が増大してしまうためである。 With a 1-cell PCF, single mode transmission is possible in the entire wavelength range by setting the ratio d / Λ of the hole diameter d and the hole interval Λ to 0.42 or less (Endlessly Single Mode: ESM) is shown in Non-Patent Document 3 below. Thus, even in the PCF, the expansion of the effective area A eff has been studied centering on the structure in the vicinity of d / Λ = 0.42 that satisfies the condition of ESM. Thus, the upper limit is about 150 μm 2 , and the wavelength used is also limited to the vicinity of the 1.5 μm band. This is because bending loss αb or confinement loss increases on the short wavelength side.

すなわち、従来構造のシングルモード光ファイバやESM条件に近い構造のPCFにおいては、曲げ損失αb又は閉じ込め損失がトレードオフとなり長距離伝送ができなくなるため、実効断面積Aeffの上限は150μm2をわずかに超える程度であり、使用波長域も1.5μm付近に限定されていた。これは、商用化されている1.3μm帯ゼロ分散単一モードファイバ(ITU−T G.652)では実効断面積Aeffは80μm2程度なので、その2倍程度にとどまる、一般に非線形光学効果による入力パワーの制限は実効断面積Aeffに比例するので、2倍程度のパワー拡大が可能になるが、さらなる通信の高速化、大容量化のニーズが顕在化している現在の状況から考えれば、さらなる実効断面積Aeffの拡大と使用波長域の拡大を両立する必要がある。 That is, in the PCF close to single-mode optical fiber and ESM conditions of the conventional structure construction, since the bending loss αb or confinement loss can not be long-distance transmission becomes a trade-off, the upper limit of the effective area A eff is slightly 150 [mu] m 2 The operating wavelength range was also limited to around 1.5 μm. This is because the effective area A eff is about 80 μm 2 in a commercially available 1.3 μm-band zero dispersion single-mode fiber (ITU-T G.652). Since the input power limit is proportional to the effective area A eff , the power can be increased by a factor of about two. However, considering the current situation where the need for higher communication speeds and larger capacities has emerged, It is necessary to further increase the effective area A eff and the use wavelength range.

一方、従来構造の光ファイバにおいて、2モード以上を伝送する多モード伝送領域を積極的に利用するための手法として、モードフィルタ(下記非特許文献4参照)、Restrict−Mode−Excitation法(下記非特許文献5参照)が報告されている。   On the other hand, as a technique for actively using a multimode transmission region that transmits two or more modes in an optical fiber having a conventional structure, a mode filter (see Non-Patent Document 4 below), a Restrict-Mode-Excitation method (Non-Patent Non-Patent Document 4). Patent Document 5) has been reported.

前者では、SMFの2モード波長領域での伝送において、受光器の前で信号劣化要因となる高次モードLP11をモードフィルタによって除去することで、波長0.8μm付近での10Gbpsの高速伝送が実現されている。   In the former, high-speed transmission of 10 Gbps in the vicinity of a wavelength of 0.8 μm is realized by removing the higher-order mode LP11 that causes signal degradation in front of the light receiver by a mode filter in the transmission in the two-mode wavelength region of SMF. Has been.

後者では、LP01のみを伝搬するシングルモード光ファイバの後段に、4モード領域の光ファイバを接続するが、該当の光ファイバのコア部中心にLP01が正確に結合するように、接続条件を制御することで、他の高次モードの励振が抑えられ10Gbpsの高速伝送が実現されている。   In the latter case, a four-mode optical fiber is connected after the single-mode optical fiber that propagates only LP01, but the connection conditions are controlled so that LP01 is accurately coupled to the center of the core of the corresponding optical fiber. Thus, excitation of other higher-order modes is suppressed, and high-speed transmission of 10 Gbps is realized.

しかしながら、基本伝搬モードLP01の実効断面積Aeffが200μm2を超えるような光ファイバに対してこれらの2つの技術を適用した例は報告されていない。 However, no example has been reported in which these two techniques are applied to an optical fiber in which the effective area A eff of the basic propagation mode LP01 exceeds 200 μm 2 .

武笠和則、外4名、「広帯域伝送用ソリッドファイバ、およびHoley Fiber(HF)の特性比較検討」、電子情報通信学会総合大会、社団法人電子情報通信学会、2008年、C−3−5Kazunori Takekasa and 4 others, “Comparison of characteristics of solid fiber for broadband transmission and Holey Fiber (HF)”, IEICE General Conference, IEICE, 2008, C-3-5 松井隆、外4名、「フォトニック結晶ファイバの実効断面積拡大に関する検討」、電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、社団法人電子情報通信学会、2008年、B−13−21Takashi Matsui, 4 others, “Examination of effective area expansion of photonic crystal fiber”, IEICE Communication Society, IEICE, 2008, B-13-21 KunimasaSaitoh、外2名、“Endlessly single−mode holey fibers:the influence of core design”、Optical Society of America、Optics Express、Vol.13、No.26、2005年12月26日、p.10833−10839Kunimasa Saitoh, two others, “Endlessly single-mode hole fibers: the influencing of core design”, Optical Society of America, Optics Ex. 13, no. 26, December 26, 2005, p. 10833-10839 Tomoya Shimizu、外4名、“Multi−Band Mode Filter for Shorter Wavelength Region Transmission over Conventional SMF”、Optical Fiber Communication Conference and Exhibition National Fiber Optic Engineers Conference、OFC/NFOEC 2008、2008年、OMH7.pdfTomoya Shimizu, and four others, "Multi-Band Mode Filter for Shorter Wavelength Region Transmission over Conventional SMF", Optical Fiber Communication Conference and Exhibition National Fiber Optic Engineers Conference, OFC / NFOEC 2008, 2008 years, OMH7. pdf 今村勝徳、外4名、「Restrict Mode Excitation法による端局DCFフリー海底NZ−DSF伝送路」、電子情報通信学会技術研究報告、社団法人電子情報通信学会、OCS2008−31、2008年7月、p.59−62Masanori Imamura, 4 others, "Terminal DCF-free submarine NZ-DSF transmission line by the Restriction Mode Excitation method", IEICE technical report, IEICE, OCS 2008-31, July 2008, p. . 59-62 Kunimasa Saitoh、外1名、“Empirical relations for simple design of photonic crystal fibers”、Optical Society of America、Optics Express、Vo1.13、No.1、2005年1月10日、p.267−274Kunimasa Saitoh, 1 other, “Empirical relations for simple design of photonic crystal fibers”, Optical Society of America, 1.1. Optis Exp. 1, January 10, 2005, p. 267-274 田中正俊、外4名、「LMAフォトニック結晶ファイバの諸特性」、電子情報通信学会技術研究報告、社団法人電子情報通信学会、OFT2008−2、2008年5月、p.5−8Masatoshi Tanaka, 4 others, “Characteristics of LMA Photonic Crystal Fiber”, IEICE Technical Report, IEICE, OFT 2008-2, May 2008, p. 5-8

上述したように、従来方法においては基本伝搬モードLP01の実効断面積Aeffが150μm2を超える光ファイバ、及び、このような光ファイバを用い、かつ、高速伝送が可能なWDMシステム構成を実現することはできなかった。 As described above, the conventional method realizes an optical fiber having an effective area A eff of the basic propagation mode LP01 exceeding 150 μm 2 and a WDM system configuration using such an optical fiber and capable of high-speed transmission. I couldn't.

以上のことから、本発明は、従来不可能であった広い波長域で実効断面積Aeffが150μm2を超える光ファイバ、及び、これを用いた高速伝送が可能なWDMシステム構成を実現し、非線形光学効果を抑制することで、WDMシステムにおける伝送可能な信号波長数の拡大、入カパワーの拡大を可能にする光ファイバ、光ファイバの設計方法及び光波長多重通信システムを提供することを目的とする。 From the above, the present invention realizes an optical fiber having an effective area A eff exceeding 150 μm 2 in a wide wavelength range, which has been impossible in the past, and a WDM system configuration capable of high-speed transmission using the optical fiber, An object of the present invention is to provide an optical fiber, an optical fiber design method, and an optical wavelength division multiplexing communication system that can increase the number of signal wavelengths that can be transmitted in a WDM system and increase the input power by suppressing nonlinear optical effects. To do.

上記の課題を解決する第1の発明に係る光ファイバは、
コア部と前記コア部を包囲するクラッド部とを有し、前記コア部及び前記クラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、前記クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔が複数形成されたフォトニック結晶光ファイバにおいて、
空孔の直径dと空孔の間隔Λとの比d/Λの値が0.42から0.63であって、信号光の基本伝搬モードLP01と第1高次モードLP11の2つだけのモードを伝搬可能な空孔構造を有し、曲げ半径30mmにおける曲げ損失αbが0.005dB/m以下であり、実効断面積Aeffの大きさが波長1.0μm付近から1.7μm付近までのすべての波長領域において150μm2以上となる
ことを特徴とする。
An optical fiber according to a first invention for solving the above-described problems is
A core part and a clad part surrounding the core part, wherein the core part and the clad part are made of a medium having a uniform optical refractive index, and uniform voids along the longitudinal direction are formed in the clad part. In the formed photonic crystal optical fiber,
The ratio d / Λ between the hole diameter d and the hole interval Λ is 0.42 to 0.63, and the signal light has only two basic propagation modes LP01 and first higher-order mode LP11. It has a hole structure capable of propagating a mode, a bending loss αb at a bending radius of 30 mm is 0.005 dB / m or less, and the effective area A eff is from a wavelength of about 1.0 μm to about 1.7 μm. It is characterized by being 150 μm 2 or more in all wavelength regions.

上記の課題を解決する第2の発明に係る光ファイバの設計方法は、
コア部と前記コア部を包囲するクラッド部とを有し、前記コア部及び前記クラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、前記クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔が複数形成されたフォトニック結晶光ファイバにおいて、
空孔の直径dと空孔の間隔Λとの比d/Λの値が0.42から0.63であって、信号光の基本伝搬モードLP01と第1高次モードLP11の2つだけのモードを伝搬可能な空孔構造を有する光ファイバの設計方法であって、
使用下限波長を決定するステップと、
曲げ損失αbと実効断面積Aeffが規定値を満たし、使用下限波長におけるd/Λを決定するステップと、
Λを決定するステップと
を備える
ことを特徴とする。
An optical fiber design method according to the second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A core part and a clad part surrounding the core part, wherein the core part and the clad part are made of a medium having a uniform optical refractive index, and uniform voids along the longitudinal direction are formed in the clad part. In the formed photonic crystal optical fiber,
The ratio d / Λ between the hole diameter d and the hole interval Λ is 0.42 to 0.63, and the signal light has only two basic propagation modes LP01 and first higher-order mode LP11. A method of designing an optical fiber having a hole structure capable of propagating modes,
Determining a lower limit wavelength for use;
The bending loss αb and the effective area A eff satisfy specified values, and d / Λ at the lower limit wavelength of use is determined;
Determining Λ.

上記の課題を解決する第3の発明に係る光波長分割多重通信システムは、
電気信号を変換して波長の異なる信号光を出力する光源を有する送信器と、
入力された信号光を伝搬するための光ファイバケーブル伝送路と、
信号光を電気信号に変換する受光回路を有する受信器と
により構成される光波長分割多重通信システムにおいて、
前記光ファイバケーブル伝送路として請求項1に記載の光ファイバを用いる
ことを特徴とする。
An optical wavelength division multiplexing communication system according to a third invention for solving the above-mentioned problems is
A transmitter having a light source that converts electrical signals and outputs signal lights having different wavelengths;
An optical fiber cable transmission line for propagating the input signal light;
In an optical wavelength division multiplexing communication system comprising a receiver having a light receiving circuit that converts signal light into an electrical signal,
The optical fiber according to claim 1 is used as the optical fiber cable transmission line.

上記の課題を解決する第4の発明に係る光波長分割多重通信システムは、
電気信号を変換して波長の異なる信号光を出力する2つ以上の光源及び前記各光源から出力される信号光を合波する光合波器を有する送信器と、
入力された信号光を伝搬するための光ファイバケーブル伝送路と、
信号光を分波する光分波器及び該光分波器から出力される波長の異なる信号光を電気信号に変換する複数の受光回路を含む受信器と
により構成される光波長分割多重通信システムにおいて、
前記光ファイバケーブル伝送路として請求項1に記載の光ファイバを用いる
ことを特徴とする。
An optical wavelength division multiplexing communication system according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A transmitter having two or more light sources that convert electrical signals and output signal lights having different wavelengths, and an optical multiplexer that combines the signal lights output from the light sources;
An optical fiber cable transmission line for propagating the input signal light;
An optical wavelength division multiplexing communication system comprising: an optical demultiplexer that demultiplexes signal light; and a receiver that includes a plurality of light receiving circuits that convert signal light having different wavelengths output from the optical demultiplexer into electrical signals. In
The optical fiber according to claim 1 is used as the optical fiber cable transmission line.

上記の課題を解決する第5の発明に係る光波長分割多重通信システムは、第3の発明又は第4の発明に係る光波長分割多重通信システムにおいて、
前記光ファイバケーブル伝送路の前段の前記送信器中、前記光ファイバケーブル伝送路の後段の前記受信器中、又は、光ファイバケーブル伝送路の途中の内の少なくともいずれか1箇所に、信号光の基本伝搬モードLP01のみを伝搬するモードフィルタを備える
ことを特徴とする。
An optical wavelength division multiplexing communication system according to a fifth invention for solving the above-mentioned problems is the optical wavelength division multiplexing communication system according to the third invention or the fourth invention,
In the transmitter at the front stage of the optical fiber cable transmission path, at the receiver at the rear stage of the optical fiber cable transmission path, or at least one of the middle portions of the optical fiber cable transmission path, the signal light A mode filter that propagates only the basic propagation mode LP01 is provided.

上記の課題を解決する第6の発明に係る光波長分割多重通信システムは、第3の発明から第5の発明のいずれかひとつに係る光波長分割多重通信システムにおいて、
前記送信器中の光源の信号光の基本伝搬モードLP01のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用いたモードフィルタを備える
ことを特徴とする。
An optical wavelength division multiplexing communication system according to a sixth invention for solving the above-mentioned problems is an optical wavelength division multiplexing communication system according to any one of the third to fifth inventions,
A mode filter using a photonic crystal optical fiber that propagates only the basic propagation mode LP01 of the signal light of the light source in the transmitter is provided.

本発明によれば、WDMシステムにおける伝送可能な信号波長数の拡大、入カパワーの拡大を可能にする光ファイバ、光ファイバの設計方法及び光波長多重通信システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical fiber, an optical fiber design method, and an optical wavelength division multiplexing communication system that enable an increase in the number of signal wavelengths that can be transmitted and an increase in input power in a WDM system.

本発明に係る1cell構造のPCFの断面の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the cross section of PCF of 1 cell structure concerning this invention. PCFのV値とΛ/λの関係の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the V value of PCF, and the relationship of (LAMBDA) / (lambda). SMFにおけるV値とΛ/λの関係の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the relationship between V value and (LAMBDA) / (lambda) in SMF. PCFのd/Λと曲げ損失αbの関係を理論計算により求めた結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having calculated | required the relationship between d / Λ of PCF and bending loss αb by theoretical calculation. 波長λが1.06μmのときのPCFのd/Λと曲げ損失αbの関係を理論計算により求めた結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having calculated | required the relationship of d / Λ of PCF and bending loss αb when the wavelength λ is 1.06 μm by theoretical calculation. 波長λが1.55μmのときのPCFのd/Λと曲げ損失αbの関係を理論計算により求めた結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having calculated | required the relationship of d / Λ of PCF and bending loss αb when the wavelength λ is 1.55 μm by theoretical calculation. 本発明の第1の実施例に係る実効断面積Aeffを拡大する構造の設計方法の手順を示したフロー図である。It is the flowchart which showed the procedure of the design method of the structure which expands the effective area Aeff based on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係る実効断面積Aeffを拡大する構造におけるPCFの実効断面積Aeffの1.0μmから1.7μmでの波長依存性を示した図である。It is the figure which showed the wavelength dependence in 1.0 micrometer-1.7 micrometers of effective cross-sectional area Aeff of PCF in the structure which expands effective cross-sectional area Aeff based on 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例に係るWDM通信システムにおいてモードフィルタを光合波器の前方の伝送路側に設置する構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example which installs the mode filter in the transmission-path side ahead of an optical multiplexer in the WDM communication system which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例に係るWDM通信システムにおいてモードフィルタを光分波器の後方の伝送路側に設置する構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example which installs the mode filter in the transmission line side behind an optical demultiplexer in the WDM communication system which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例に係るWDM通信システムにおいてモードフィルタをPCF伝送路の途中の接続点のいずれかに設置する構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example which installs the mode filter in either of the connection points in the middle of a PCF transmission line in the WDM communication system which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例に係るd/Λが0.3でESM条件を満たしているPCFのニアフィールドパターン(近視野像)の測定結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the near field pattern (near-field image) of PCF which satisfy | fills ESM conditions with d / (LAMBDA) which concerns on 3rd Example of this invention.

以下、本発明に係る光ファイバ、光ファイバの設計方法及び光波長多重通信システムの実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。   Embodiments of an optical fiber, an optical fiber design method, and an optical wavelength division multiplexing communication system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

上記の課題に鑑み、本願発明者は、以下に詳細を述べるように検討を進めた結果、基本伝搬モードLP01と第1高次モードLP11が存在し得る2モードPCFのうち、2モード限界に近い構造のPCFにおいては、LP01の実効断面積Aeffが150μm2程度以上に拡大し、かつ、LP01の曲げ損失αbを通常のSMF(ITU−T G.652)と同等かそれ以下に抑えることが可能なこと、さらに、前述のモードフィルタやRestrict−Mode−Excitation法を併用することで、高速伝送が可能な光波長多重通信システムを構築できることを見出し、本発明に至ったものである。 In view of the above-described problems, the inventors of the present application have studied as described in detail below. As a result, the two-mode PCF in which the basic propagation mode LP01 and the first higher-order mode LP11 can exist is close to the two-mode limit. In the PCF of the structure, the effective area A eff of LP01 is expanded to about 150 μm 2 or more, and the bending loss αb of LP01 is suppressed to be equal to or less than that of ordinary SMF (ITU-T G.652). Further, the present inventors have found that an optical wavelength division multiplexing communication system capable of high-speed transmission can be constructed by using the above-described mode filter and the restrict-mode-exclusion method in combination.

本発明においては、上記の課題を解決するために、コア径やMFDに対してモード数(V値)の増加が非常に緩やかである2モードPCFを用いる。2モードPCFにおいて、SMFと同等以下の曲げ損失αbとなる条件を考慮して、PCFの構造パラメータΛ、dを決定することで、実効断面積Aeffが150μm2以上の値を持つPCF構造を決定することができる。 In the present invention, in order to solve the above problems, a two-mode PCF in which the increase in the number of modes (V value) is very gradual with respect to the core diameter and MFD is used. In the two-mode PCF, the PCF structure having an effective area A eff of 150 μm 2 or more is determined by determining the structure parameters Λ and d of the PCF in consideration of the condition that the bending loss αb is equal to or less than that of the SMF. Can be determined.

また、上記PCFを伝送路に用いたWDM通信システムにおいて、モードフィルタやRestrict−Mode−Excitation法を併用することで高次モードLP11が引き起こす伝送劣化を抑え、1波長あたり10Gbps程度の高速伝送を実現することができる。   In addition, in a WDM communication system using the PCF as a transmission line, a high-speed transmission of about 10 Gbps per wavelength is realized by suppressing transmission deterioration caused by the higher-order mode LP11 by using a mode filter and a restrict-mode-excitation method together. can do.

そして、本発明で用いる2モードPCFにおいては、少なくとも現在の通信に最も一般的に用いられている波長1.55μm付近の領域において250μm2以上の実効断面積Aeffと、SMFと同等かそれ以下の曲げ損失αbを実現することができ、実効断面積Aeffの波長依存性についても非常に小さく抑えることができる。 In the two-mode PCF used in the present invention, the effective area A eff of 250 μm 2 or more in the region near the wavelength of 1.55 μm, which is most commonly used for current communication, and the SMF is equal to or less than that Bend loss αb can be realized, and the wavelength dependence of the effective area A eff can also be suppressed to a very small value.

また、新たな高速伝送波長域として期待される波長1.0μm以上から波長1.7μm付近までの領域の使用を想定する場合にも150μm2以上の実効断面積Aeffと、SMFと同等かそれ以下の曲げ損失αbを実現することができる。 In addition, when assuming the use of a region from a wavelength of 1.0 μm or more to a wavelength of about 1.7 μm, which is expected as a new high-speed transmission wavelength region, the effective area A eff of 150 μm 2 or more is equivalent to that of SMF. The following bending loss αb can be realized.

また、上記PCFを伝送路に用いたWDM通信システムにおいて、モードフィルタとして、例えば、全波長でシングルモード動作するESM条件を満たすPCFを別途用いれば、LP11高次モードの発生の抑制、LP11高次モードの除去を、波長によらず効果的に実現できるため、広い波長域を用いて、多波長で大入力のDWDM伝送が可能となり、伝送可能な容量や距離を大幅に実現することができる。   Further, in the WDM communication system using the PCF as a transmission path, for example, if a PCF that satisfies ESM conditions that operate in a single mode at all wavelengths is separately used as a mode filter, the generation of the LP11 higher order mode is suppressed, and the LP11 higher order is provided. Since the mode can be effectively removed regardless of the wavelength, DWDM transmission with a large wavelength and a large input can be performed using a wide wavelength range, and the transmission capacity and distance can be greatly realized.

次に、本発明の第1の実施例について説明する。
図1に示すように、本実施例に係る光ファイバは、コア部とコア部を包囲するクラッド部とを有し、コア部及びクラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔2が複数形成されたPCF1である。本実施例は、図1に示す空孔2を有する1cell構造のPCF1において、実効断面積Aeffの拡大と汎用のSMF以下の曲げ損失αbを実現するための、構造パラメータ(空孔2の直径dと空孔2の間隔Λ)の選定方法に関する。
Next, a first embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the optical fiber according to the present embodiment has a core part and a clad part surrounding the core part, and the core part and the clad part are made of a medium having a uniform optical refractive index. PCF1 in which a plurality of uniform holes 2 are formed in the portion along the longitudinal direction. In this example, in the PCF 1 having the 1-cell structure having the air holes 2 shown in FIG. 1, the structural parameters (diameter of the air holes 2) for realizing the increase in the effective area A eff and the bending loss αb below the general-purpose SMF are obtained. The present invention relates to a method for selecting the distance Λ) between d and the hole 2.

図2は、横軸をΛと波長λとの比Λ/λとし、縦軸の規格化周波数Veffとの関係を示したものである。一方、図3は、従来構造の光ファイバについて、横軸をコア部の半径aと波長λとの比a/λとし、縦軸の規格化周波数Veffとの関係を示したものである。 In FIG. 2, the horizontal axis represents the ratio Λ / λ between Λ and wavelength λ, and the relationship between the vertical axis and the normalized frequency V eff is shown. On the other hand, FIG. 3 shows the relationship between the abscissa axis ratio a / λ between the core portion radius a and the wavelength λ, and the ordinate axis normalized frequency V eff for an optical fiber having a conventional structure.

規格化周波数Veffは下記式(1)で与えられる。
1とn2はコア部とクラッド部の屈折率であり、1cell構造のPCF1においてn2は空孔クラッド部の実効屈折率neffにおきかえられ、コア部の半径aは近似的にΛ/√3で表わされる。
The normalized frequency V eff is given by the following formula (1).
n 1 and n 2 are the refractive indexes of the core portion and the cladding portion. In the PCF1 having the 1-cell structure, n 2 is replaced with the effective refractive index n eff of the hole cladding portion, and the radius a of the core portion is approximately Λ / √3.

従来構造の光ファイバとしては、コア部とクラッド部の比屈折率差がΔの、ステップ型の屈折率分布の光ファイバを仮定し、n1とΔとしてはGeO2をドープした石英コアSMFの典型的な値を用いている。また、ここで、PCF1の実効屈折率neffは上記非特許文献6に記載されている経験式を用いて算出し、ステップインデックス型光ファイバヘの等価屈折率モデルを用いて有限要素法のスカラ波近似解析により電界分布Eを求めることで計算を行っている。 As an optical fiber having a conventional structure, an optical fiber having a step-type refractive index distribution in which the relative refractive index difference between the core and the cladding is Δ, and n 1 and Δ are those of the quartz core SMF doped with GeO 2 is used. Typical values are used. Here, the effective refractive index n eff of the PCF 1 is calculated using an empirical formula described in Non-Patent Document 6 above, and a scalar wave of the finite element method using an equivalent refractive index model for a step index type optical fiber. Calculation is performed by obtaining the electric field distribution E by approximate analysis.

上記非特許文献6に記載の経験式を下記式(2)に、使用する係数を下記表1に示す。
The empirical formula described in Non-Patent Document 6 is shown in the following formula (2), and the coefficients used are shown in the following Table 1.

実効断面積Aeffは下記式(3)を用いて求めている。
The effective area A eff is obtained using the following formula (3).

規格化周波数Veffの値によって、光ファイバ中を伝搬するモード数は変化する。つまり、規格化周波数Veffが2.405以下であれば、当該の光ファイバは単一モード動作し、規格化周波数Veffが2.405から3.832の間の値以下であれば、当該の光ファイバは2モードで動作する。 The number of modes propagating in the optical fiber changes depending on the value of the normalized frequency V eff . In other words, if the normalized frequency V eff is 2.405 or less, the optical fiber is single-mode operation, the normalized frequency V eff is equal to or less than a value of between 3.832 from 2.405, the These optical fibers operate in two modes.

図2と図3とを比較すると、図2の1cell構造のPCF1ではd/Λが0.42以下なら、全波長域でシングルモード伝送が可能、つまり、ESM条件を満たす。また、d/Λが0.63以下なら、全波長域で2モード以下での伝送が可能となる。これは、空孔クラッド部の実効屈折率neffが比較的強い波長依存性を持ち、その結果、波長λの増加に対して比屈折率差Δが増加していくためである。一方、従来のSMFでは図3のようにa/λに対し、規格化周波数Veffは単調に増加し、a/λが5以上の構造では2モード以下の条件を得ることは極めて困難である。これは、SMFでは比屈折率差Δが波長によらず、ほぼ一定の値になるためである。 Comparing FIG. 2 and FIG. 3, in the 1-cell structure PCF 1 of FIG. 2, if d / Λ is 0.42 or less, single-mode transmission is possible in the entire wavelength range, that is, the ESM condition is satisfied. If d / Λ is 0.63 or less, transmission in 2 modes or less is possible in the entire wavelength range. This is because the effective refractive index n eff of the hole cladding portion has a relatively strong wavelength dependence, and as a result, the relative refractive index difference Δ increases as the wavelength λ increases. On the other hand, in the conventional SMF, the normalized frequency V eff increases monotonously with respect to a / λ as shown in FIG. 3, and it is extremely difficult to obtain conditions of two modes or less in a structure where a / λ is 5 or more. . This is because in SMF, the relative refractive index difference Δ is substantially constant regardless of the wavelength.

この結果から、1cell構造のPCF1では、d/Λが0.42から0.63の構造において、空孔間隔Λを拡大していくことによって、コア部の半径a(=Λ/√3)と実効断面積Aeffを拡大することが可能になる。 From this result, in the PCF1 having the 1-cell structure, in the structure in which d / Λ is 0.42 to 0.63, by increasing the hole interval Λ, the radius a (= Λ / √3) of the core portion and The effective area A eff can be enlarged.

次に、SMF以下の曲げ損失αbとなる構造領域を調べるために、PCF1のΛと曲げ損失αbとの関係を理論計算により求めた結果を図4に示す。
なお、曲げ損失αbの計算には下記式(4)を用いた。下記式(4)におけるρは実効的なコア部の半径、Δは比屈折率差、Rは曲げ半径、Wはクラッド部の横方向規格化伝搬定数を表しており、計算結果は波長λが1.55μmでの計算結果である。
Next, FIG. 4 shows the result of theoretically calculating the relationship between Λ of PCF1 and bending loss αb in order to investigate the structural region where the bending loss αb is equal to or less than SMF.
The following formula (4) was used for calculating the bending loss αb. In the following formula (4), ρ is an effective core radius, Δ is a relative refractive index difference, R is a bending radius, W is a laterally normalized propagation constant of the cladding, and the calculation result is that the wavelength λ is It is a calculation result at 1.55 μm.

また、図5,6中にSMFの曲げ損失αbの規格値(曲げ半径R=30mm、0.005dB/m)以下となる領域を斜線で示す。なお、図5は波長λが1.06μmでの計算結果、図6は波長λが1.55μmでの計算結果を示す。   5 and 6, regions where the SMF bending loss αb is less than the standard value (bending radius R = 30 mm, 0.005 dB / m) are indicated by hatching. 5 shows the calculation result when the wavelength λ is 1.06 μm, and FIG. 6 shows the calculation result when the wavelength λ is 1.55 μm.

次に、本発明の第1の実施例に係る実効断面積Aeffを拡大する構造の設計方法について説明する。
図7は、本発明の第1の実施例に係る実効断面積Aeffを拡大する構造の設計方法の手順を示したフロー図である。
図7に示すように、はじめに、ステップP1において、使用下限波長を決定する。
次に、ステップP2において、d/Λを0.42とし、ステップP3においてΛを決定し、ステップP4において、その時の規格化周波数Veffを上記式(2)を用いて算出し、実効断面積Aeffを算出する。
Next, a method for designing a structure for increasing the effective area A eff according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of a method for designing a structure for increasing the effective area A eff according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, first, in step P1, a use lower limit wavelength is determined.
Next, in step P2, d / Λ is set to 0.42, Λ is determined in step P3, and in step P4, the normalized frequency V eff at that time is calculated using the above equation (2). A eff is calculated.

次に、ステップP5において、実効断面積Aeffが150μm2未満の場合、ステップP3へ戻りΛの値を拡大し実効断面積Aeff算出手順を繰り返す。
また、ステップP5において、実効断面積Aeffが150μm2以上となった場合、ステップP6において、上記式(4)を用いて曲げ損失αbを算出する。
Next, in step P5, when the effective area A eff is less than 150 μm 2 , the process returns to step P3, the value of Λ is enlarged, and the effective area A eff calculation procedure is repeated.
When the effective area A eff is 150 μm 2 or more in step P5, the bending loss αb is calculated using the above equation (4) in step P6.

次に、ステップP7において、曲げ損失αbが0.005dB/mより大きい場合、ステップP2へ戻りd/Λを増加させ実効断面積Aeff算出手順を繰り返す。
また、ステップP7において、実効断面積Aeffが150μm2、かつ、曲げ損失αbが0.005dB/mとなった場合、ステップP8において、d/ΛとΛを抽出して構造パラメータを決定する。
Next, in step P7, when the bending loss αb is larger than 0.005 dB / m, the process returns to step P2 to increase d / Λ and repeat the effective area A eff calculation procedure.
In Step P7, when the effective area A eff is 150 μm 2 and the bending loss αb is 0.005 dB / m, d / Λ and Λ are extracted in Step P8 to determine the structural parameters.

なお、使用下限波長を1.06μmとすると、Λが8μmから16μmの範囲なら、d/Λを0.63以下の範囲で調整すれば、SMFの曲げ損失αbの規定値以下で、実効断面積Aeffを拡大することが可能となる。使用下限波長を1.06μmとした場合に得られる最大の実効断面積Aeffは、216μm2である。この構造のPCF1の実効断面積Aeffの1.0μmから1.7μmでの波長依存性を図8に示す。図8より、実効断面積Aeffはすべての波長域で200μm2以上であることが分かる。 If the lower limit wavelength is 1.06 μm, and Λ is in the range of 8 μm to 16 μm, the d / Λ is adjusted in the range of 0.63 or less, and the effective area is less than the specified value of the bending loss αb of SMF. A eff can be enlarged. The maximum effective area A eff obtained when the lower limit wavelength is 1.06 μm is 216 μm 2 . FIG. 8 shows the wavelength dependence of the effective area A eff of the PCF 1 having this structure from 1.0 μm to 1.7 μm. FIG. 8 shows that the effective area A eff is 200 μm 2 or more in all wavelength regions.

また、使用下限波長を1.45μmとすると、曲げ損失αbの条件が1.06μmの時よりも緩和されるため、Λが8μmから18μmの範囲なら、d/Λを0.63以下の範囲で調整すれば、SMFの曲げ損失αbの規定値以下で、実効断面積Aeffを拡大することが可能となる。使用下限波長を1.45μmとした場合に得られる最大の実効断面積Aeffは、298μm2である。 Further, if the lower limit wavelength is 1.45 μm, the condition of the bending loss αb is more relaxed than when 1.06 μm, so if Λ is in the range of 8 μm to 18 μm, d / Λ is in the range of 0.63 or less. If adjusted, the effective area A eff can be increased below the specified value of the bending loss αb of the SMF. The maximum effective area A eff obtained when the lower limit wavelength is 1.45 μm is 298 μm 2 .

使用下限波長を1.45μmとした場合には、Λを18μm以上の範囲においてもd/Λを0.63以下の範囲で調整すれば、SMFの曲げ損失αbの規定値以下で、実効断面積Aeffを拡大することが可能となる。上記条件により得られる最大の実効断面積Aeffは、330μm2である。 When the lower limit wavelength is 1.45 μm, the effective area is less than the specified value of the bending loss αb of SMF by adjusting d / Λ in the range of 0.63 or less even when Λ is in the range of 18 μm or more. A eff can be enlarged. The maximum effective area A eff obtained under the above conditions is 330 μm 2 .

すなわち、本発明に係る光ファイバは、コア部とコア部を包囲するクラッド部とを有し、コア部及びクラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔が複数形成されたPCF1において、空孔2の直径dと空孔2の間隔Λとの比d/Λの値が0.42から0.63であって、信号光の基本伝搬モードLP01と第1高次モードLP11の2つだけのモードを伝搬可能な空孔構造を有し、曲げ半径30mmにおける曲げ損失αbが0.005dB/m以下であり、実効断面積Aeffの大きさが波長1.0μm付近から1.7μm付近までのすべての波長領域において150μm2以上とすることを特徴とする。 That is, the optical fiber according to the present invention has a core part and a cladding part surrounding the core part, the core part and the cladding part are made of a medium having a uniform optical refractive index, and the cladding part extends along the longitudinal direction. In the PCF 1 in which a plurality of uniform holes are formed, the ratio d / Λ between the diameter d of the holes 2 and the interval Λ of the holes 2 is 0.42 to 0.63, and the fundamental of the signal light It has a hole structure capable of propagating only two modes, the propagation mode LP01 and the first higher-order mode LP11, the bending loss αb at a bending radius of 30 mm is 0.005 dB / m or less, and the effective area A eff is The size is 150 μm 2 or more in all wavelength regions from a wavelength of about 1.0 μm to about 1.7 μm.

また、本発明に係る光ファイバの設計方法は、コア部とコア部を包囲するクラッド部とを有し、コア部及びクラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔が複数形成されたPCF1において、空孔2の直径dと空孔2の間隔Λとの比d/Λの値が0.42から0.63であって、信号光の基本伝搬モードLP01と第1高次モードLP11の2つだけのモードを伝搬可能な空孔構造を有する光ファイバの設計方法であって、使用下限波長を決定するステップと、曲げ損失αbと実効断面積Aeffが規定値を満たし、使用下限波長におけるd/Λを決定するステップと、Λを決定するステップとを備えることを特徴とする。 The optical fiber design method according to the present invention includes a core part and a clad part surrounding the core part, and the core part and the clad part are made of a medium having a uniform optical refractive index, and the clad part is elongated in the longitudinal direction. In the PCF 1 in which a plurality of uniform holes are formed along the direction, the ratio d / Λ between the diameter d of the holes 2 and the interval Λ of the holes 2 is 0.42 to 0.63, and the signal A method for designing an optical fiber having a hole structure capable of propagating only two modes of a fundamental propagation mode LP01 and a first higher-order mode LP11, the step of determining a lower limit wavelength, a bending loss αb, The effective cross-sectional area A eff satisfies a specified value, and includes a step of determining d / Λ at a lower limit wavelength for use and a step of determining Λ.

次に、本発明の第2の実施例について説明する。
本実施例は、第1の実施例に示したPCF1を伝送路に用いたWDM通信システムの構成例に関する。
以下、モードフィルタを用いた場合とRestrict−Mode−Excitation法を用いた場合の全体のシステム構成例について述べるが、上記非特許文献5に記載されているRestrict−Mode−Excitation法とは、対象とする多モードのファイバの前段(光源寄り側)に、LP01モードのみを伝搬するシングルモード光ファイバを、前記の多モードの光ファイバのコア部の中心に正確に接続し、実効的なシングルモード伝送を実現する手法である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The present embodiment relates to a configuration example of a WDM communication system using the PCF 1 shown in the first embodiment as a transmission path.
Hereinafter, an example of the entire system configuration when using a mode filter and when using a restrict-mode-excitation method will be described. The restrict-mode-excitation method described in Non-Patent Document 5 is a target. A single mode optical fiber that propagates only the LP01 mode is accurately connected to the center of the core of the multimode optical fiber in front of the multimode fiber (on the side closer to the light source) for effective single mode transmission. It is a technique to realize.

これは高次モードを遮断するモードフィルタを対象とする伝送路光ファイバの前段(光源と伝送路の間)に配置したことと同義である。したがって、以下ではモードフィルタの使用位置に応じたWDM通信システムの構成例を示す。   This is synonymous with the fact that the mode filter that cuts off the higher-order mode is disposed in the front stage (between the light source and the transmission line) of the transmission line optical fiber. Therefore, a configuration example of the WDM communication system corresponding to the usage position of the mode filter is shown below.

図9に示すWDM通信システムにおける送信器11は、電気信号を変換してそれぞれ異なる波長の信号光を出力するN個の光源17とn個の信号光を合波する光合波器12とにより構成されている。また、受信器15は、合波された信号光をN個の信号光に分波する光分波器14と、光分波器14により分波されたn個の信号光を受光して電気信号に変換する受光回路18とにより構成されている。   The transmitter 11 in the WDM communication system shown in FIG. 9 includes N light sources 17 that convert electrical signals and output signal lights having different wavelengths, and an optical multiplexer 12 that multiplexes n signal lights. Has been. The receiver 15 receives an optical demultiplexer 14 that demultiplexes the combined signal light into N signal lights, and n signal lights that are demultiplexed by the optical demultiplexer 14. And a light receiving circuit 18 for converting the signal.

送信器11の光合波器12と受信器15の光分波器14とは、PCF伝送路13により接続されている。送信器11の光源17から出力された信号光は光合波器12で合波され、この合波された信号光はPCF伝送路13により伝搬され、受信器15の受光回路18で受光されて電気信号に変換される。そして、図9に示すWDM通信システムにおいては、モードフィルタ16は、PCF伝送路13の前段の送信器11中に設置する。   The optical multiplexer 12 of the transmitter 11 and the optical demultiplexer 14 of the receiver 15 are connected by a PCF transmission path 13. The signal light output from the light source 17 of the transmitter 11 is combined by the optical multiplexer 12, and this combined signal light is propagated by the PCF transmission path 13 and received by the light receiving circuit 18 of the receiver 15 for electrical use. Converted to a signal. In the WDM communication system shown in FIG. 9, the mode filter 16 is installed in the transmitter 11 in the previous stage of the PCF transmission path 13.

一方、図9に示す構成においては、伝送距離や曲げや接続点などの条件に応じて、PCF伝送路513の途中で高次モードLP11が発生し、多モード分散による信号劣化が生じる場合がある。その場合は、高次モードLP11を除去するモードフィルタ19を、図10に示すようにPCF伝送路13の後段の受信器15中に設置したり、図11に示すようにPCF伝送路13の途中の接続点に設置して、伝送劣化を防ぐことができる。当然、状況に応じて、異なる場所にモードフィルタ16,19を複数個設置することも可能である。   On the other hand, in the configuration shown in FIG. 9, a higher-order mode LP11 may occur in the middle of the PCF transmission path 513 depending on conditions such as transmission distance, bending, and connection point, and signal degradation due to multimode dispersion may occur. . In that case, a mode filter 19 for removing the higher-order mode LP11 is installed in the receiver 15 at the rear stage of the PCF transmission line 13 as shown in FIG. 10, or in the middle of the PCF transmission line 13 as shown in FIG. It is possible to prevent transmission degradation by installing it at the connection point. Of course, it is also possible to install a plurality of mode filters 16 and 19 at different locations depending on the situation.

なお、WDMでの利用においては、使用するモードフィルタ16,19の帯域(高次モードを遮断する波長域)が広い方が望ましく、高速で長距離の伝送が可能なWDM波長領域はモードフィルタ16,19の帯域範囲によって制限される。しかし、本発明に係る実効断面積Aeffを拡大した2モードPCF1は、例えば、図2に示したように、すべての波長域で2モード以下を実現しているので、適切なモードフィルタ16,19を用いることで、使用波長を幅広く選択することができる。 For use in WDM, it is desirable that the mode filters 16 and 19 to be used have a wider band (wavelength region for blocking higher-order modes), and the WDM wavelength region capable of high-speed and long-distance transmission is the mode filter 16. , 19 is limited by the band range. However, since the two-mode PCF 1 with an enlarged effective area A eff according to the present invention realizes two or less modes in all wavelength regions, for example, as shown in FIG. By using 19, it is possible to select a wide range of operating wavelengths.

また、本実施例においては、1.0μm以上の波長の使用例を挙げたが、1.0μm以下で動作するモードフィルタ16,19を用いれば、例えば、LANなどに使用されている0.8μm付近の波長光による高速伝送も可能であり、当然、WDM伝送に限らず、1波長だけでの伝送を行うことも可能であり、その場合は光合波器12及び光分波器14は不要である。   Further, in this embodiment, an example of using a wavelength of 1.0 μm or more is given. However, if the mode filters 16 and 19 operating at 1.0 μm or less are used, for example, 0.8 μm used for a LAN or the like. High-speed transmission using near-wavelength light is also possible. Naturally, not only WDM transmission but also transmission using only one wavelength is possible. In this case, the optical multiplexer 12 and the optical demultiplexer 14 are unnecessary. is there.

モードフィルタ16,19としては、上記非特許文献5に記載のRestrict−Mode−Excitation法のように所望の波長でシングルモード伝搬する光ファイバを用いることができる。また、その他にも、上記非特許文献4に用いられているカプラ型のタイプ、光ファイバに曲げを加えて高次モードを除去するタイプ、テーパ構造の光ファイバを用いるタイプ、ファイバグレーテイングを用いるタイプなどがあり、これらを適宜使用すれば良い。また、モードフィルタ16,19とPCF伝送路13との接続性(接続損失)の観点からは、モードフィルタ16,19とPCF伝送路13のモードフィールド径(MFD)ができるだけ整合していることが望ましい。   As the mode filters 16 and 19, an optical fiber that propagates in a single mode at a desired wavelength, such as the Restrict-Mode-Excitation method described in Non-Patent Document 5, can be used. In addition, the coupler type used in Non-Patent Document 4 above, the type that bends the optical fiber to remove higher-order modes, the type that uses a tapered optical fiber, and the fiber grating are used. There are types, and these may be used as appropriate. Further, from the viewpoint of the connectivity (connection loss) between the mode filters 16 and 19 and the PCF transmission line 13, the mode field diameters (MFD) of the mode filters 16 and 19 and the PCF transmission line 13 should be matched as much as possible. desirable.

次に、本発明の第3の実施例について説明する。
本実施例は、第2の実施例に示した各WDM通信システム構成において、モードフィルタ16,19としてESM構造のPCF1を、送信器11中、PCF伝送路13の途中、又は、受信器15中に備えているシステム構成例に関する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In this embodiment, in each WDM communication system configuration shown in the second embodiment, the ESM-structured PCF 1 is used as the mode filters 16 and 19 in the transmitter 11, in the middle of the PCF transmission line 13, or in the receiver 15. It relates to a system configuration example provided in

第2の実施例で述べたように、使用するモードフィルタ16,19としては、帯域(高次モードを遮断する波長域)が広い方が望ましく、また、MFDがPCF伝送路13と整合していることが望ましい。そして、両条件を満たすモードフィルタ16,19としてESM構造のPCF1が好適となる。   As described in the second embodiment, it is desirable that the mode filters 16 and 19 to be used have a wider band (wavelength range for blocking higher-order modes), and the MFD matches the PCF transmission line 13. It is desirable. A PCF 1 having an ESM structure is suitable as the mode filters 16 and 19 that satisfy both conditions.

上記非特許文献3で述べられているように、前記の1cell構造のPCF1では、構造パラメータd/Λが約0.42よりも小さい場合、伝送波長がどんなに短くなってもLP01モードのみを伝搬し、シングルモードで動作する(ESM動作する)ことが理論的に明らかにされている。   As described in Non-Patent Document 3, in the PCF1 having the 1-cell structure, when the structural parameter d / Λ is smaller than about 0.42, only the LP01 mode is propagated no matter how short the transmission wavelength is. It has been theoretically clarified that it operates in a single mode (ESM operation).

一例として、d/Λが0.3でESM条件を満たしているPCF1のニアフィールドパターン(近視野像)の測定結果を図12に示す。なお、図12(a)は伝送波長が0.85μm、図12(b)は伝送波長が1.30μm、図12(c)は伝送波長が1.55μmの場合の測定結果を示す。   As an example, FIG. 12 shows the measurement result of the near field pattern (near-field image) of PCF1 where d / Λ is 0.3 and satisfies the ESM condition. 12A shows the measurement result when the transmission wavelength is 0.85 μm, FIG. 12B shows the measurement result when the transmission wavelength is 1.30 μm, and FIG. 12C shows the transmission wavelength when the transmission wavelength is 1.55 μm.

図12より、d/Λが0.3でESM条件を満たしているPCF1は、ごく短尺な状態での測定結果にもかかわらず、0.85μm、1.30μm、1.55μmの各波長において、LP01のみの伝搬を示す中心対称なパターンが得られていることが分かる。したがって、このようなPCF1をモードフィルタ16,19として適宜用いれば良い。   As shown in FIG. 12, PCF1 satisfying the ESM condition with d / Λ of 0.3 has a wavelength of 0.85 μm, 1.30 μm, and 1.55 μm, regardless of the measurement result in a very short state. It can be seen that a centrally symmetric pattern showing the propagation of LP01 only is obtained. Accordingly, such PCF 1 may be appropriately used as the mode filters 16 and 19.

2モードPCF伝送路13とモードフィルタ16,19のMFDの値の差が大きい場合は接続損失の発生が考えられる。しかし、1cell構造でd/Λが0.42以下であれば、図2に示したようにESM条件が保てるので、この条件下でΛの値を適切な値に調整したPCF1を用いることでMFDの整合を実現でき、接続損失を十分に小さくすることができる。   When the difference between the MFD values of the two-mode PCF transmission line 13 and the mode filters 16 and 19 is large, connection loss may occur. However, if d / Λ is 0.42 or less in a 1-cell structure, the ESM condition can be maintained as shown in FIG. 2, and therefore MFD can be obtained by using PCF1 in which the value of Λ is adjusted to an appropriate value under this condition. Therefore, the connection loss can be made sufficiently small.

PCF伝送路13とPCF1によるモードフィルタ16,19の接続には、放電時間などの条件を最適化した上で、融着接続を用いることができる。また、例えば、上記非特許文献7に示されているように、各PCF1の端面を処理し、コネクタ接続することもできる。   For the connection of the mode filters 16 and 19 by the PCF transmission line 13 and the PCF 1, the fusion connection can be used after the conditions such as the discharge time are optimized. Further, for example, as shown in Non-Patent Document 7, the end face of each PCF 1 can be processed and connected to a connector.

上記のPCFモードフィルタでは、通常の構造の光ファイバに対して効果が確認されている(A)曲げの付与、(B)屈折率整合剤の塗布、(C)被覆膜厚を厚くするなどの方法を用いて、クラッドモード光の伝搬を防ぐことができる。したがって、これらの方法を用いれば、モードフィルタ16,19を短尺化、小型化することができる。   In the above-mentioned PCF mode filter, the effect has been confirmed for an optical fiber having a normal structure (A) application of bending, (B) application of refractive index matching agent, (C) increase of coating film thickness, etc. By using this method, propagation of clad mode light can be prevented. Therefore, if these methods are used, the mode filters 16 and 19 can be shortened and miniaturized.

既に述べたように、このようなESM条件を満たすPCF1は、2モードのPCF伝送路13よりも伝搬モードLP01の曲げ損失αbが大きくなる。しかしながら、モードフィルタ16,19という部品利用においてはR=30mmといった小さな曲げ径を用いる必要は全く無く、伝送路とは異なり、布設等によって曲げが加わることもない。したがって、許容される曲げ径の範囲は伝送路よりも大幅に緩和されるので、その条件の範囲で実装、固定することで、実用上なんら問題のない特性を得ることができる。   As described above, the bending loss αb of the propagation mode LP01 is larger in the PCF1 that satisfies such an ESM condition than in the two-mode PCF transmission line 13. However, in using the parts such as the mode filters 16 and 19, there is no need to use a small bending diameter such as R = 30 mm, and unlike the transmission line, bending is not applied by laying or the like. Therefore, the range of the allowable bending diameter is greatly relaxed as compared with the transmission line. Therefore, by mounting and fixing within the range of the conditions, it is possible to obtain characteristics that have no practical problem.

以上に述べたように、本発明に係る光ファイバ、光ファイバの設計方法及び光波長多重通信システムによれば、従来技術では実現できなかった広波長域で非線形光学効果を抑制することでき、WDMシステムにおける伝送可能な信号波長数の拡大と、入力パワーの拡大を通じて、10Gbps以上の高速伝送の距離を大幅に拡大することができる。   As described above, according to the optical fiber, the optical fiber design method, and the optical wavelength division multiplexing communication system according to the present invention, it is possible to suppress the nonlinear optical effect in a wide wavelength range that could not be realized by the prior art, and to achieve the WDM. Through an increase in the number of signal wavelengths that can be transmitted in the system and an increase in input power, the distance for high-speed transmission of 10 Gbps or more can be greatly increased.

本発明は、例えば、波長の異なる多数の複数信号光を用い、光ファイバに比較的大きなパワーの光を入力する光波長多重(WDM)技術を活用するための光ファイバ、光ファイバの設計方法及び光波長多重通信システムに利用することが可能である。   The present invention provides, for example, an optical fiber for utilizing an optical wavelength division multiplexing (WDM) technique in which a plurality of signal lights having different wavelengths are used and light having a relatively large power is input to the optical fiber, an optical fiber design method, and It can be used in an optical wavelength division multiplexing communication system.

1 PCF(フォトニック結晶ファイバ)
2 空孔
11 送信器
12 光合波器
13 PCF伝送路
14 光分波器
15 受信器
16 モードフィルタ
17 光源
18 受光回路
19 モードフィルタ
1 PCF (photonic crystal fiber)
2 Hole 11 Transmitter 12 Optical multiplexer 13 PCF transmission line 14 Optical demultiplexer 15 Receiver 16 Mode filter 17 Light source 18 Light receiving circuit 19 Mode filter

Claims (6)

コア部と前記コア部を包囲するクラッド部とを有し、前記コア部及び前記クラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、前記クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔が複数形成されたフォトニック結晶光ファイバにおいて、
空孔の直径dと空孔の間隔Λとの比d/Λの値が0.42から0.63であって、信号光の基本伝搬モードLP01と第1高次モードLP11の2つだけのモードを伝搬可能な空孔構造を有し、曲げ半径30mmにおける曲げ損失αbが0.005dB/m以下であり、実効断面積Aeffの大きさが波長1.0μm付近から1.7μm付近までのすべての波長領域において150μm2以上とする
ことを特徴とする光ファイバ。
A core part and a clad part surrounding the core part, wherein the core part and the clad part are made of a medium having a uniform optical refractive index, and uniform voids along the longitudinal direction are formed in the clad part. In the formed photonic crystal optical fiber,
The ratio d / Λ between the hole diameter d and the hole interval Λ is 0.42 to 0.63, and the signal light has only two basic propagation modes LP01 and first higher-order mode LP11. It has a hole structure capable of propagating a mode, a bending loss αb at a bending radius of 30 mm is 0.005 dB / m or less, and the effective area A eff is from a wavelength of about 1.0 μm to about 1.7 μm. An optical fiber characterized by being 150 μm 2 or more in all wavelength regions.
コア部と前記コア部を包囲するクラッド部とを有し、前記コア部及び前記クラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、前記クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔が複数形成されたフォトニック結晶光ファイバにおいて、
空孔の直径dと空孔の間隔Λとの比d/Λの値が0.42から0.63であって、信号光の基本伝搬モードLP01と第1高次モードLP11の2つだけのモードを伝搬可能な空孔構造を有する光ファイバの設計方法であって、
使用下限波長を決定するステップと、
曲げ損失αbと実効断面積Aeffが規定値を満たし、使用下限波長におけるd/Λを決定するステップと、
Λを決定するステップと
を備える
ことを特徴とする光ファイバの設計方法。
A core part and a clad part surrounding the core part, wherein the core part and the clad part are made of a medium having a uniform optical refractive index, and uniform voids along the longitudinal direction are formed in the clad part. In the formed photonic crystal optical fiber,
The ratio d / Λ between the hole diameter d and the hole interval Λ is 0.42 to 0.63, and the signal light has only two basic propagation modes LP01 and first higher-order mode LP11. A method of designing an optical fiber having a hole structure capable of propagating modes,
Determining a lower limit wavelength for use;
The bending loss αb and the effective area A eff satisfy specified values, and d / Λ at the lower limit wavelength of use is determined;
A method of designing an optical fiber, comprising: determining Λ.
電気信号を変換して波長の異なる信号光を出力する光源を有する送信器と、
入力された信号光を伝搬するための光ファイバケーブル伝送路と、
信号光を電気信号に変換する受光回路を有する受信器と
により構成される光波長分割多重通信システムにおいて、
前記光ファイバケーブル伝送路として請求項1に記載の光ファイバを用いる
ことを特徴とする光波長分割多重通信システム。
A transmitter having a light source that converts electrical signals and outputs signal lights having different wavelengths;
An optical fiber cable transmission line for propagating the input signal light;
In an optical wavelength division multiplexing communication system comprising a receiver having a light receiving circuit that converts signal light into an electrical signal,
An optical wavelength division multiplexing communication system using the optical fiber according to claim 1 as the optical fiber cable transmission line.
電気信号を変換して波長の異なる信号光を出力する2つ以上の光源及び前記各光源から出力される信号光を合波する光合波器を有する送信器と、
入力された信号光を伝搬するための光ファイバケーブル伝送路と、
信号光を分波する光分波器及び該光分波器から出力される波長の異なる信号光を電気信号に変換する複数の受光回路を含む受信器と
により構成される光波長分割多重通信システムにおいて、
前記光ファイバケーブル伝送路として請求項1に記載の光ファイバを用いる
ことを特徴とする光波長分割多重通信システム。
A transmitter having two or more light sources that convert electrical signals and output signal lights having different wavelengths, and an optical multiplexer that combines the signal lights output from the light sources;
An optical fiber cable transmission line for propagating the input signal light;
An optical wavelength division multiplexing communication system comprising: an optical demultiplexer that demultiplexes signal light; and a receiver that includes a plurality of light receiving circuits that convert signal light having different wavelengths output from the optical demultiplexer into electrical signals. In
An optical wavelength division multiplexing communication system using the optical fiber according to claim 1 as the optical fiber cable transmission line.
前記光ファイバケーブル伝送路の前段の前記送信器中、前記光ファイバケーブル伝送路の後段の前記受信器中、又は、光ファイバケーブル伝送路の途中の内の少なくともいずれか1箇所に、信号光の基本伝搬モードLP01のみを伝搬するモードフィルタを備える
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の光波長多重通信システム。
In the transmitter at the front stage of the optical fiber cable transmission path, at the receiver at the rear stage of the optical fiber cable transmission path, or at least one of the middle portions of the optical fiber cable transmission path, the signal light The optical wavelength division multiplexing communication system according to claim 3 or 4, further comprising a mode filter that propagates only the basic propagation mode LP01.
前記送信器中の光源の信号光の基本伝搬モードLP01のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用いたモードフィルタを備える
ことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の光波長分割多重通信システム。
The mode filter using the photonic crystal optical fiber which propagates only the fundamental propagation mode LP01 of the signal light of the light source in the transmitter is provided. Optical wavelength division multiplexing communication system.
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