JP6500451B2 - 光ファイバ - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバに関するものである。
信号光を伝送する伝送路として光ファイバを用いる光伝送システムにおいて、信号対雑音比（ＳＮ比）を改善するため、光ファイバは低損失かつ低非線形であることが要求される。光ファイバの非線形性を低減するためには、光ファイバの実効断面積を大きくすることが有効である。一方で、光ファイバの実効断面積を拡大するためにコア径を拡大すると、高次モードが伝搬してしまう。そこで、モード間の干渉による信号劣化を防ぐため、光ファイバの実効的なＬＰ１１モードのカットオフ波長は信号光波長以下、例えばＣバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）で信号光を伝搬させる場合には、１５３０ｎｍ以下であることが要求される。
１５３０ｎｍ以上の波長において実効的にシングルモードにするとともに実効断面積を拡大することができる光ファイバの屈折率分布として、Ｗ型屈折率分布が知られている。Ｗ型屈折率分布を有する光ファイバは、コアと、コアを取り囲みコアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、内クラッドを取り囲みコアの屈折率より小さく内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有する。
特開２０１１-１９７６６７号公報
光ファイバを実際に使用する際には、中継器や送受信装置、ケーブルのジョイントボックス等で光ファイバの余長を曲げて収納する必要があり、そのときの曲げ半径は、例えば２５ｍｍ程度である。例えば、海底に光ファイバ伝送路が敷設される光伝送システムでは、光ファイバはジョイントボックス内に曲げ半径２５ｍｍで余長収納される場合がある。
しかし、従来では、光ファイバの曲げ損失は曲げ半径１０ｍｍでの値で議論されることがほとんどであり、光ファイバが実際に使用される曲げ半径における曲げ損失の検討は少ない。例えば、特許文献１では、曲げ半径１０ｍｍにおける曲げ損失を低くするための光ファイバの屈折率分布の設計方法が提案されているが、例えば、２５ｍｍといった光ファイバが実際に使用される曲げ半径での検討はなされていない。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、Ｗ型屈折率分布を有し実際に使用される曲げ半径での曲げ損失が低減された光ファイバ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、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より小さく前記内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有し、曲げ半径Ｒにおける曲げ損失α(Ｒ)としたときＲによるα(Ｒ)の一階微分が最小となる曲げ半径Ｒｔが２５ｍｍ以下である。
本発明によれば、Ｗ型屈折率分布を有し実際に使用される曲げ半径での曲げ損失が低減された光ファイバを提供することができる。
光ファイバの屈折率分布を示す図である。 曲げられた光ファイバの等価的な屈折率分布を示す図である。 Ｗ型屈折率分布の光ファイバの曲げ損失と曲げ半径との関係を示すグラフである。 Ｗ型屈折率分布の光ファイバの曲げ損失の一階微分と曲げ半径との関係を示すグラフである。 実施例１〜１８の光ファイバの諸元を纏めた表である。 光ファイバの屈折率分布の変形例を示す図である。 実施例２１〜３８の光ファイバの諸元を纏めた表である。 光伝送システム１の構成を示す図である。
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。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の光ファイバは、屈折率ｎ１を有するコアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より小さい屈折率ｎ２を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より小さく前記内クラッドの屈折率より大きい屈折率ｎ３を有する外クラッドと、を有し、曲げ半径Ｒにおける曲げ損失α(Ｒ)としたときＲによるα(Ｒ)の一階微分が最小となる曲げ半径Ｒｔが２５ｍｍ以下である。
光ファイバの非線形性を低減するためには、実効断面積を大きくすることが有効である。一方で、実効断面積が大きくなると、既に光伝送路として敷設されていたり、伝送機器に使用されているＩＴＵ−Ｔ Ｇ.６５２シリーズに準拠する通常のシングルモードファイバ、ＩＴＵーＴ Ｇ.６５３シリーズに準拠する分散シフトファイバ、ＩＴＵーＴ Ｇ.６５５、Ｇ.６５６シリーズに準拠するノンゼロ分散シフトファイバとの接続損失が大きくなり、結果としてＯＳＮＲが低くなってしまう場合がある。そのため、波長１５５０ｎｍでの実効断面積は１１０μｍ２以上１７０μｍ２以下であるのが好適である。カットオフ波長は１６００ｎｍ以下であるのが好適である。これにより、１５３０ｎｍ以上の波長において実効的なシングルモード伝送を保証することができる。また、実効断面積が１２０μｍ２以上１６０μｍ２以下であるのが好適であり、実効断面積が１２０μｍ２以上１４０μｍ２以下であるのが更に好適であり、カットオフ波長が１５００ｎｍ以下であるのが好適である。ここで、カットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ.６５０.１において定義されるファイバカットオフ波長である。
前記コアの半径ａと前記内クラッドの外半径ｂとの比ｂ／ａが２.０以上４.５以下であり、前記内クラッドに対する前記外クラッドの比屈折率差Δ２＝１００×（ｎ３−ｎ２）／ｎ３［％］が０.０１％以上０.１５％以下であるのが好適である。前記コアの直径が１２.０μｍ以上１５.５μｍ以下であるのが好適であり、前記コアの直径が１２.０μｍ以上１４.５μｍ以下であるのが更に好適であり、前記内クラッドに対する前記コアの比屈折率差Δ１＝１００×（ｎ１−ｎ２）／ｎ１［％］が０.２５％以上０.３５％以下であるのが好適である。
前記コアの中心にコアの屈折率より低い屈折率ｎ０を有するディプレストを有するのが好適である。また、前記コアの直径が１２.０μｍ以上１５.５μｍ以下であるのが好適であり、前記コアの直径が１２.０μｍ以上１４.０μｍ以下であるのが更に好適であり、前記コアの半径ａと前記ディプレストの半径ｄとの比がａ／ｄが２.２以上４.０以下であり、前記ディプレストの屈折率深さΔ１‘＝１００×（ｎ１−ｎ０）／ｎ１［％］が０.０１％以上０.１５％以下であるのが好適である。
本発明の光ファイバ伝送路は、上記の本発明の光ファイバを光伝送路として備える。
本願発明の実施形態について以下に説明する。
図１は、光ファイバの屈折率分布を示す図である。この光ファイバはＷ型屈折率分布を有する。すなわち、この光ファイバは、コアと、コアを取り囲む内クラッドと、内クラッドを取り囲む外クラッドと、を有する。内クラッドの屈折率ｎ２は、コアの屈折率ｎ１より小さい。外クラッドの屈折率ｎ３は、コアの屈折率ｎ１より小さく、内クラッドの屈折率ｎ２より大きい。光ファイバは、石英ガラスからなり、各領域には必要に応じて屈折率調整剤が添加される。同図に示されるように、コアの半径をａとし、内クラッドの外半径をｂとする。内クラッドの屈折率を基準として、コアの比屈折率差をΔ１＝１００×（ｎ１−ｎ２）／ｎ１［％］とし、外クラッドの比屈折率差をΔ２＝１００×（ｎ３−ｎ２）／ｎ３［％］とする。
図２は、曲げられた光ファイバの等価的な屈折率分布を示す図である。光ファイバが曲げられると、同図に示されるように、その光ファイバの等価的な屈折率分布は、曲げの中心から外側に向かって曲げ径の逆数に比例した傾きをもつため、径の外側に行くほど等価的なクラッドの屈折率が高くなる。等価的なクラッドの屈折率が、ＬＰ０１モードの実効屈折率と等しくなる径の位置より外側では、ＬＰ０１モードの光が漏洩し、曲げ損失が生じる。
Ｗ型屈折率分布の光ファイバは、内クラッドと外クラッドとを有する。曲げ半径が小さい場合は、内クラッドの領域でＬＰ０１モードの実効屈折率と等しくなる。曲げ半径が大きくなると、内クラッドと外クラッドの界面でＬＰ０１モードの実効屈折率が等しくなる。さらに曲げ半径が大きくなると、外クラッドの領域でＬＰ０１モードの実効屈折率が等しくなる。Ｗ型屈折率分布の光ファイバは、ＬＰ０１モードの実効屈折率と外クラッドの等価的な屈折率とが等しくなる曲げ半径を境に曲げ損失特性が大きく変化する。
図３は、Ｗ型屈折率分布の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失と曲げ半径との関係を示すグラフである。ここでは、コアの直径２ａを１２.８μｍとし、コア半径および内クラッドの外半径の比ｂ／ａを３.６とし、内クラッドの屈折率を基準として、コアの比屈折率差Δ１を０.２９％とし、外クラッドの比屈折率差Δ２を０.０７％とした。同図に示されるように、曲げ半径２４ｍｍを境に曲げ損失特性が２桁程度変化している。
図４は、Ｗ型屈折率分布の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失の一階微分と曲げ半径との関係を示すグラフである。同図の縦軸は、α(Ｒ)［ｄＢ／ｍ］を曲げ半径Ｒ［ｍｍ］における曲げ損失として、Ｒによるα(Ｒ)の一階微分を表す。同図に示されるように、曲げ損失α(Ｒ)の一階微分が最小となる曲げ半径Ｒｔは２４ｍｍである。曲げ損失α(Ｒ)の一階微分が最小となる曲げ半径Ｒｔは、基本モードの実効屈折率と等価的な屈折率分布との関係で決まる。したがって、光ファイバの構造を適切に設計することでＲｔを実際に使用される曲げ径以下とし、実際に使用される曲げ径での曲げ損失を低くすることができる。
光ファイバのＬＰ０１モードの実効屈折率は光ファイバの屈折率分布構造で決まる。ｂ／ａを小さくすると、内クラッドと外クラッドとの間の界面が中心コアに近くなるので、ＬＰ０１モードの実効屈折率と外クラッドの等価的な屈折率が等しくなる曲げ半径を小さくすることでき、Ｒｔを小さくすることができるので、ｂ／ａを４.５以下にするのが好適である。また、内クラッドと外クラッドとの屈折率差を小さくすることによっても、同様にＲｔを小さくすることができるので、Δ２を０.１５％以下にするのが好適である。
図５は、実施例１〜１８の光ファイバの諸元を纏めた表である。これらの光ファイバは、図１に示された屈折率分布を有し、Ｒｔが２５ｍｍ以下である。同図には、各実施例の光ファイバについて、コアの直径２ａ、コア半径に対する内クラッドの外半径の比ｂ／ａ、内クラッドの屈折率を基準として、コアの比屈折率差Δ１、外クラッドの比屈折率差Δ２、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeff、カットオフ波長、Ｒｔ、曲げ半径１０ｍｍでの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失、および、曲げ半径２５ｍｍでの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失、が示されている。
図６は、光ファイバの屈折率分布の変形例を示す図である。この光ファイバも、Ｗ型屈折率分布を有し、加えてコアの中心にコアの屈折率よりも低い屈折率ｎ０を有するディプレストを有する。同図に示されるように、ディプレストの半径をｄとし、コアに対するディプレストの比屈折率差をΔ１'＝１００×（ｎ１−ｎ０）／ｎ１［％］とする。
図７は、実施例２１〜３８の光ファイバの諸元を纏めた表である。これらの光ファイバは、図６に示された屈折率分布を有し、Ｒｔが２５ｍｍ以下である。同図には、各実施例の光ファイバについて、コアの直径２ａ、ディプレストの比屈折率差Δ１'、コアの比屈折率差Δ１、コアおよびディプレストそれぞれの径の比ａ／ｄ、コアおよび内クラッドそれぞれの径の比ｂ／ａ、外クラッドの比屈折率差Δ２、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Ａｅｆｆ、カットオフ波長、Ｒｔ、曲げ半径１０ｍｍでの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失、および、曲げ半径２５ｍｍでの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失、が示されている。
図８は、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、送信機１０から中継器２０を経て受信機３０へ信号光を伝送するものである。送信機１０と初段の中継器２０との間、中継器２０と次段の中継器２０との間、および、最終段の中継器２０と受信機３０との間には、本実施形態の光ファイバを伝送路として用いた光ファイバ伝送路４０が敷設されている。この光伝送システム１は、Ｒｔが２５ｍｍ以下であるＷ型屈折率分布を有する光ファイバを伝送路として用いた光ファイバ伝送路４０を備えているので、実際に使用される曲げ半径での曲げ損失が低減され、低損失かつ低非線形性で信号光を伝送することができる。
１…光伝送システム、１０…送信機、２０…中継器、３０…受信機、４０…光ファイバ伝送路。

Claims (9)

  1. コアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より小さく前記内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有し、
    前記コアの半径ａと前記内クラッドの外半径ｂとの比ｂ／ａが２.０より大きく４.５以下であり、
    前記内クラッドに対する前記外クラッドの比屈折率差が０.０１％以上０.１５％以下であり、
    前記コアの直径が１２.０μｍ以上１５.５μｍ以下であり、
    前記内クラッドに対する前記コアの比屈折率差が０.２５％以上０.３５％以下であり、
    曲げ半径１０ｍｍでの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が１３.４５ｄＢ／ｍ以上であり、
    曲げ半径Ｒにおける曲げ損失α(Ｒ)としたときＲによるα(Ｒ)の一階微分が最小となる曲げ半径Ｒｔが２５ｍｍ以下である、
    光ファイバ。
  2. 前記コアの直径が１２.０μｍ以上１４.５μｍ以下である、
    請求項１に記載の光ファイバ。
  3. コアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より小さい屈折率を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より小さく前記内クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する外クラッドと、を有し、
    前記コアの半径ａと前記内クラッドの外半径ｂとの比ｂ／ａが２.０より大きく４.５以下であり、
    前記内クラッドに対する前記外クラッドの比屈折率差が０.０１％以上０.１５％以下であり、
    前記コアの中心にコアの屈折率より低い屈折率を有するディプレストを有し、
    前記コアの直径が１２.０μｍ以上１５.５μｍ以下であり、
    前記コアの半径ａと前記ディプレストの半径ｄとの比ａ／ｄが２.２以上４.０以下であり、
    前記ディプレストの屈折率深さが０.０１％以上０.１５％以下であり、
    曲げ半径１０ｍｍでの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が１３.４５ｄＢ／ｍ以上であり、
    曲げ半径Ｒにおける曲げ損失α(Ｒ)としたときＲによるα(Ｒ)の一階微分が最小となる曲げ半径Ｒｔが２５ｍｍ以下である、
    光ファイバ。
  4. 前記コアの直径が１２.０μｍ以上１４.０μｍ以下である、
    請求項３に記載の光ファイバ。
  5. 実効断面積が１１０μｍ２以上１７０μｍ２以下であり、
    カットオフ波長が１６００ｎｍ以下である、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバ。
  6. 実効断面積が１１０μｍ２以上１６０μｍ２以下である、
    請求項５に記載の光ファイバ。
  7. 実効断面積が１２０μｍ２以上１４０μｍ２以下である、
    請求項６に記載の光ファイバ。
  8. カットオフ波長が１５００ｎｍ以下である、
    請求項５〜７の何れか１項に記載の光ファイバ。
  9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の光ファイバを光伝送路として備える光ファイバ伝送路。
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