JP6255772B2 - 光ファイバおよび光伝送システム - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバおよび光伝送システムに関するものである。
シングルモード光ファイバを信号光の伝送路として備える光伝送システムでは、信号光が送信器から送出されてから受信器により受信される迄に要する時間「遅延時間（レイテンシ）」が短いことが要求される。その要求が近年では高まりつつある。例えば、光伝送システムを用いて金融取引を行う場合、ミリ秒以下のごくわずかな遅延時間の差が莫大な利益を左右することとなる。
伝送距離Ｌ[ｍ]の光ファイバ伝送路における信号光のレイテンシＴＬ[ｓ]は、下（１）式で表わされる。ここで、ｃは、真空中の光速であり、３×１０８ [ｍ／ｓ]である。ｎｇは光ファイバの群屈折率である。この式から、レイテンシＴＬを短くするためには、群屈折率ｎｇが小さい光ファイバが適している。
ＩＴＵ-ＴのＧ.６５２規格に準拠する標準的なシングルモードファイバ（ＳＳＭＦ）の群屈折率ｎｇは１.４６７９である。これに対して、非特許文献１には、群屈折率ｎｇが１.４６２０と小さい光ファイバが記載されている。
John A. Jay, "LowSignal Latency in Optical Fiber Networks", Proceedings ofthe 60th IWCS Conference, pp.429-437
本発明者は、光伝送システムにおいて伝送路として用いられる光ファイバの群屈折率ｎｇを小さくするだけでは信号光のレイテンシを短くすることができないという問題があることを見出した。
すなわち、非特許文献１に記載された光ファイバは、ＩＴＵ-ＴのＧ.６５２規格に準拠するシングルモードファイバであり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散が１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度である。伝送用光ファイバの波長分散は、線形ノイズとなって信号光の品質を劣化させる要因となるので、分散補償器により補償する必要がある。
分散補償器として、伝送用光ファイバの波長分散とは符号が異なる波長分散を有し該波長分散の絶対値が大きい分散補償用光ファイバ（ＤＣＦ）が用いられる。例えば、１スパン当り、伝送用光ファイバの長さが８０ｋｍ〜１００ｋｍであるのに対して、分散補償用光ファイバの長さが数ｋｍ〜１０ｋｍ程度である。伝送用光ファイバと分散補償用光ファイバとは縦続接続されることから、分散補償用光ファイバの長さに応じて信号光のレイテンシは増加することになる。
また、分散補償器として、デジタルコヒーレント技術で代表されるデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）が用いられる場合もある。分散補償器としてのＤＳＰは、受信器に設けられ、伝送用光ファイバの波長分散によって生じた信号光の波形歪を等化する。大きな波長分散に因る信号光の波形歪を等化するにはＤＳＰのタップ数を増やす必要がある。ＤＳＰのタップ数に応じて信号光のレイテンシは増加することになる。
本発明は、上記のような本発明者の知見に基づいてなされたものであり、信号光のレイテンシを短くすることができる光ファイバおよび光伝送システムを提供することを目的とする。
本発明の光ファイバは、コアと、このコアを取り囲むクラッドとを備え、前記コアが、中心にある第１コアと、この第１コアを取り囲む第２コアと、を含み、前記クラッドに対する前記第１コアの比屈折率差Δ １ が０.６％〜０.９％であり、前記クラッドに対する前記第２コアの比屈折率差Δ ２ が０.０２％〜０.１２％であり、前記第１コアの直径２ａと前記第２コアの直径２ｂとの比２ｂ／２ａが２.０〜６.０であり、波長１５５０ｎｍにおける群屈折率が１.４６５以下であり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。本発明の光ファイバは、純シリカに対する前記第１コアの比屈折率差が−０.１％〜０.１％であるのが好適である。
本発明の光ファイバは、前記コアがＧｅを含まないのが好適である。本発明の光伝送システムは、上記の本発明の光ファイバを信号光の伝送路として備える。
本発明によれば、信号光のレイテンシを短くすることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本実施形態の光伝送システム１の構成を示す図である。光伝送システム１は、送信器１０、中継器２１，２２および受信器３０を備え、また、信号光の伝送路として光ファイバ４１〜４３を備える。送信器１０、中継器２１，２２および受信器３０それぞれは、信号光を増幅する光増幅器を含む。送信器１０から送出された信号光は、光ファイバ４１、中継器２１、光ファイバ４２、中継器２２および光ファイバ４３を順に経て受信器３０に到達し、この受信器３０において受信される。
本実施形態の光ファイバは、図１中の光ファイバ４１〜４３として好適に用いられる。本実施形態の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける群屈折率ｎｇが１.４６５以下であり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。光ファイバの群屈折率ｎｇは下記（２）式および（３）式で表される。ここで、ｎeffは、伝搬モードの等価屈折率であり、定性的には光ファイバのコア屈折率とクラッド屈折率とに伝搬光の光パワー分布で重み付けしたものである。ωは光の角周波数である。βは伝搬モードの伝搬定数である。ｋは光の波数である。λは光の波長である。
光ファイバの群屈折率ｎｇは１.４６５以下であるのが望ましい。群屈折率ｎｇが１.４６５以下であれば、ＳＳＭＦと比べて、長さ１,０００ｋｍ当り１０μｓのレイテンシを低減することができる。さらには、光ファイバの群屈折率ｎｇは１.４６２以下であるのが望ましい。群屈折率ｎｇが１.４６２以下であれば、ＳＳＭＦと比べて、長さ１,０００ｋｍ当り２０μｓのレイテンシを低減することができる。
本実施形態の光ファイバは、２層以上のコアとクラッドとを有するのが好ましい。図２は、本実施形態の光ファイバの屈折率分布の好適な一例を示す図である。同図に示される光ファイバは、中心にある第１コアと、この第１コアを取り囲む第２コアと、この第２コアを取り囲むクラッドとを備える。第１コアの屈折率をｎ１とし、第１コアの直径を２ａとする。第２コアの屈折率をｎ２とし、第２コアの直径を２ｂとする。クラッドの屈折率をｎcladとする。また、純シリカの屈折率をｎ０とする。
クラッドに対する第１コアの比屈折率差Δ１[％]は下記（４）式で表される。クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２[％]は下記（５）式で表される。また、純シリカに対する第１コアの比屈折率差Δ０[％]は下記（６）式で表される。
本実施形態の光ファイバの各領域の屈折率の大小関係は ｎ１＞ｎ０＞ｎ２＞ｎclad または ｎ０＞ｎ１＞ｎ２＞ｎclad である。本実施形態の光ファイバは、シリカガラスを主成分として、必要に応じて各領域に屈折率調整用の不純物が添加されている。第１コアは、Ｇｅ等の屈折率上昇剤が添加されていない純シリカからなるのが好適である。第２コアおよびクラッドそれぞれは、Ｆ等の屈折率降下剤が添加されているのが好適である。
純シリカに対する第１コアの比屈折率差Δ０は−０.１％〜０.１％であるのが好ましい。信号光パワーの大部分が通る第１コアの屈折率を低くすることで、群屈折率ｎｇを小さくすることができる。さらに、コアにはＧｅが添加されていないことが好ましい。ただし、純シリカに対する第１コアの比屈折率差Δ０を負に大きくすることは、第１コアに大量のＦを添加する必要があるので、伝送損失が増大することからも、製造性の面でも好ましくない。
図３は、クラッドに対する第１コアの比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける群屈折率ｎｇとの関係を示すグラフである。図４は、クラッドに対する第１コアの比屈折率差Δ１と波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍでの曲げロスとの関係を示すグラフである。ここでは、純シリカに対する第１コアの比屈折率差Δ０を０.０６％とし、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２を０.０８％とし、第１コアの直径と第２コアの直径との比２ｂ／２ａを４.０とした。また、波長１５５０ｎｍにおける波長分散を−４，０，＋４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの各値とした。
図３から、光ファイバの群屈折率ｎｇを１.４６４以下にするためには、クラッドに対する第１コアの比屈折率差Δ１は０.９％以下であることが必要であることが判る。また、図４から、光ファイバ曲げロスを実用的に問題の無いレベルである２０ｄＢ／ｍ以下にするためには、クラッドに対する第１コアの比屈折率差Δ１は０.６％以上であることが必要であることが判る。したがって、クラッドに対する第１コアの比屈折率差Δ１は０.６％〜０.９％であることが好ましい。
図５は、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２と波長１５５０ｎｍにおける群屈折率ｎｇとの関係を示すグラフである。図６は、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２とカットオフ波長との関係を示すグラフである。ここでは、純シリカに対する第１コアの比屈折率差Δ０を０.０６％とし、クラッドに対する第１コアの比屈折率差Δ１を０.７３％とし、第１コアの直径と第２コアの直径との比２ｂ／２ａを４.０とし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散を０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとした。
図５から、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２が大きいほど群屈折率ｎｇが小さくなり、光ファイバの群屈折率ｎｇを１.４６２以下にするためには、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２は０.０２％以上であることが必要であることが判る。また、図６から、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２が大き過ぎるとカットオフ波長が長くなり、カットオフ波長を１.５３μｍ以下としてＣバンドでシングルモード動作可能とするためには、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２は０.１２％以下であることが必要であることが判る。したがって、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２は、０.０２％〜０.１２％であることが好ましい。
図７は、第１コアの直径と第２コアの直径との比２ｂ／２ａとカットオフ波長との関係を示すグラフである。図８は、第１コアの直径と第２コアの直径との比２ｂ／２ａと波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍでの曲げロスとの関係を示すグラフである。ここでは、純シリカに対する第１コアの比屈折率差Δ０を０.０６％とし、クラッドに対する第１コアの比屈折率差Δ１を０.７３％とし、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２を０.０８％とし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散を０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとした。
図７から、第１コアの直径と第２コアの直径との比２ｂ／２ａが大きいほどカットオフ波長が長くなり、カットオフ波長を１.５３μｍ以下としてＣバンドでシングルモード動作可能とするためには比２ｂ／２ａは６.０以下であることが必要であることが判る。また、図８から、第１コアの直径と第２コアの直径との比２ｂ／２ａが小さいほど曲げロスが増大し、曲げロスを１０ｄＢ／ｍ以下とするためには比２ｂ／２ａは２.０以上であることが必要であることが判る。したがって、カットオフ波長および曲げロスを考慮すると、第１コアの直径と第２コアの直径との比２ｂ／２ａは２.０〜６.０であることが好ましい。なお、比２ｂ／２ａは群屈折率ｎｇに大きな影響を与えない。
図９は、実施例１〜１１の各光ファイバの諸元を纏めた表である。図１０は、実施例１〜１１の各光ファイバの諸特性を纏めた表である。これらの表には、比較例として従来のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）および分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）それぞれの諸元および諸特性も示されている。
以上のように、本実施形態の光ファイバの群屈折率ｎｇが１.４６５以下と小さいので、信号光のレイテンシを小さくすることができる。加えて、本実施形態の光ファイバの波長分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下と小さいので、分散補償器を設ける必要がないことから分散補償の際の信号光のレイテンシが生じることがなく、或いは、仮に分散補償器を設けるとしても該分散補償器における信号光のレイテンシを小さくすることができる。本実施形態の光ファイバ、および、この光ファイバを信号光伝送路として備える光伝送システムは、信号光のレイテンシを短くすることができる。
１…光伝送システム、１０…送信器、２１，２２…中継器、３０…受信器、４１〜４３…光ファイバ。
Claims (4)
- コアと、このコアを取り囲むクラッドとを備え、
前記コアが、中心にある第１コアと、この第１コアを取り囲む第２コアと、を含み、
前記クラッドに対する前記第１コアの比屈折率差Δ １ が０.６％〜０.９％であり、
前記クラッドに対する前記第２コアの比屈折率差Δ ２ が０.０２％〜０.１２％であり、
前記第１コアの直径２ａと前記第２コアの直径２ｂとの比２ｂ／２ａが２.０〜６.０であり、
波長１５５０ｎｍにおける群屈折率が１.４６５以下であり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である光ファイバ。 - 純シリカに対する前記第１コアの比屈折率差が−０.１％〜０.１％であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
- 前記コアがＧｅを含まないことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
- 請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバを信号光の伝送路として備える光伝送システム。
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