JPH09281354A - 分散シフト単一モード光ファイバ - Google Patents

分散シフト単一モード光ファイバ

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JPH09281354A
JPH09281354A JP8152690A JP15269096A JPH09281354A JP H09281354 A JPH09281354 A JP H09281354A JP 8152690 A JP8152690 A JP 8152690A JP 15269096 A JP15269096 A JP 15269096A JP H09281354 A JPH09281354 A JP H09281354A
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ピエール・サンソンテイ
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オリビエ・オドウアン
Jean-Pierre Hamaide
ジヤン−ピエール・アメドウ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】有効モード表面積が６５μｍ2を上回る分散シ
フト単一モード光ファイバを提供する。 【解決手段】中心リング付き台形型プロファイルを有す
る光ファイバであって、その屈折率プロファイルが、コ
アの全半径ａ、中心部分の半径とａとの比率ｘ、第一層
の半径とａとの比率ｙ、台形の上底と下底との比率ｒで
定義され、１．５５μｍにおいて色分散がほぼ０にな
り、カットオフ波長λｃが１．４μｍ＜λｃ＜１．５５
μｍになるようにａとΔｎが定められ、ｒが０から１の
間で任意に選択され、ｘ、ｙおよびｈが特定の関係式を
成立させるように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分散シフト単一モ
ード光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆる分散シフト単一モード光ファイ
バは、通常１．３μｍ（シリカの分散がほぼ０である波
長）以外の波長が使用され、その伝送波長において伝送
波の色分散がほぼ０である、すなわち、特にコアとクラ
ッドとの間の屈折率の差を大きくすることにより、０で
はないシリカの色分散が相殺される（そのため「シフ
ト」という用語を使用する）ようなファイバである。現
在、伝送線用光ファイバ、すなわち例えば大西洋横断接
続など長距離伝送を行うための光ファイバとして選択さ
れる伝送波長は、ほぼ１．５５μｍである。実際、光の
伝送の減衰量が最小となるのがこの波長であり、その値
は０．２ｄＢ／ｋｍである。
【０００３】従って本発明においては、想定するファイ
バは、伝送効率が最も高い１．５５μｍの波長において
使用するものとする。
【０００４】また、単一モード光ファイバの方が多重モ
ード光ファイバよりもはるかに広い帯域を有することが
わかっており、そのため、遠距離伝送線の現在および将
来の開発は単一モードファイバを中心にして行われてい
る。
【０００５】従って本発明は特に、ほぼ１．５５μｍの
波長で使用される分散シフト単一モード光ファイバに関
する。
【０００６】より詳細には，本発明は、曲率半径が３０
ｍｍの時、曲げによる損失が０．００５ｄＢ／ｍを超え
ない光ファイバに関する。実際、光ファイバにとって正
しい伝送条件下で動作を実現するには、このように、曲
げによる損失を制限することが必要である。
【０００７】現在、分散シフト単一モード光ファイバの
様々なプロファイルが研究され、論文に広く記載されて
いる。
【０００８】「ステップ形」、「台形」、「三角形」な
どと呼ばれる最も簡単なプロファイルは、光ファイバの
中心からの距離に応じてコア内屈折率が変化するもので
あり、この距離に応じて、屈折率は各々、長方形、台
形、あるいは三角形をなす曲線を形成するが、コアを取
り囲むクラッドにおける屈折率は一定であり、コアの屈
折率よりも低い。
【０００９】また、光ファイバの「内側」コアを形成す
る中心部分を、内側コアの屈折率よりも低い屈折率を有
する「外側」コアと、外側コアの屈折率よりも低い屈折
率を有するクラッドとが取り囲む、「ペデスタル」プロ
ファイルも知られている。
【００１０】さらに、ファイバの中心からの距離ｄに応
じてファイバ内の屈折率ｎが第１図の概略図に示す曲線
のように変化する「中心リング付き台形」型のプロファ
イルも知られている。このプロファイルにおいてコアＣ
は、台形の、極端な場合には三角形または四角形の曲線
が形成されるように屈折率が変化する最大屈折率ｎs＋
Δｎの中央部分と、中央部分１０を囲み、屈折率ｎsが
例えば一定でｎs＋Δｎよりも低い層１１と層１１を囲
み、屈折率ｎs＋ｈΔｎ（０＜ｈ＜１）が例えば一定で
ｎsよりも高くｎs＋Δｎよりも低い層１２とを含む。
【００１１】層１２は、屈折率がｎsであるクラッド層
Ｇに囲まれる。
【００１２】実際には、コアＣの中央部分１０に関して
用いる「台形」という用語は、三角形および四角形とい
う極端な形状をも含む。さらにまた、Journal of Light
waveTechnology 、第１１巻、１１号、１９９３年１１
月所載の論文「Transmissioncharacteristics of a coa
xial optical fiber line」にも記載されているが、フ
ァイバの中心からの距離ｄに応じてファイバ内の屈折率
ｎが第２図の概略図に示す曲線のように変化する「中央
埋没穴」型と呼ばれるプロファイルも知られている。こ
のプロファイルではコアＣ’は、屈折率ｎs＋Δｎがｎs
＋ｈΔｎよりも大きい層２１に囲まれた最小屈折率ｎs
＋ｈΔｎ（ｈ＜０）の中央部分２０を含む。層２１は、
屈折率がｎsであるクラッド層Ｇ’に囲まれる。
【００１３】なお、当然のことながら、前記のプロファ
イルは全て、光ファイバの中心に対し回転対称性を有す
る。
【００１４】これらプロファイルにより、１．５５μｍ
において色分散をほぼ０にし、減衰および曲げによる損
失を少なくすることが可能となる。とはいえ、光ファイ
バを使用する長距離リンクの開発における不断の願望
は、伝送品質を更に向上しそのコストを下げることであ
る。
【００１５】ところで、伝送品質はリンク全体のＳＮ比
と密着な関係があり、ノイズは伝送線内で使用される中
継器に属する増幅器が発する増幅自然放射によって生
じ、このＳＮ比自体は、増幅器間の距離Ｚ、使用光ファ
イバの有効モード表面積Ｓeff、母集団反転係数 (facto
r of inversion of population)ｎsp、単位長減衰αお
よび、増幅器の入力側と出力側の結合係数Ｃ1およびＣ2
に依存する、光ファイバのペナルティ関数Ｆに反比例す
ることがわかっている。ペナルティ関数Ｆは下記の式で
与えられる。
【００１６】
【数３】
【００１７】この式から、伝送品質を向上させるため以
下の試みを追求できることがわかる。
【００１８】他のことはそのままにして母集団反転係数
ｎspを小さくする。ただしこの場合、ポンピング波長に
おいて複雑な調整が必要となり、したがって光ファイバ
以外の部品にも複雑な調整が必要となる。
【００１９】減衰αを小さくする。しかし１．５５μｍ
における減衰はすでに極めて小さく（実際には０．２ｄ
Ｂ／ｋｍ程度）、ペナルティ関数Ｆに対しては大きく低
減を期待することはできない。結合係数Ｃ1およびＣ2を
変更する。これは光ファイバ以外の部品をも介入させる
ことになり、複雑な調整が必要となる。有効モード表面
積Ｓeffを大きくする。これによってリンクの品質を向
上させることが可能である。
【００２０】第３図に、有効モード表面積が５０μｍ2
の既知の光ファイバ（曲線３０）および有効モード表面
積が７０μｍ2の理論的光ファイバ（曲線３１）につい
て増幅器間の距離Ｚ（単位はｋｍ）を関数とした時の、
ソリトン型伝送を使用する光ファイバのペナルティ関数
Ｆ（単位はｄＢ）を示す。なお、Ｆは依存する他のパラ
メータは全てそのままとする。ある決まったペナルティ
関数、すなわちある決まったＳＮ比においては、有効モ
ード表面積が大きくなればなるほど増幅器間の距離が大
きくなり、それにより、使用する中継器の数を減らすこ
とができ、従ってシステムのコストを低減することが可
能となる。
【００２１】また、ある決まった増幅器間の距離におい
ては、有効モード表面積が大きくなればなるほどペナル
ティ関数が低くなる、すなわち伝送品質が向上する。
【００２２】このように、伝送品質を向上させるには、
あるいは同じことであるが、ある決まったリンク品質の
使用される中継器の数を減らし、それによって同時にリ
ンクのコストの低減をもはかるには、有効モード表面積
を大きくすることが有利である。
【００２３】１．５５μｍにおいて色分散がほぼ０にな
るようにするため、すなわち１．５５μｍにおいてシリ
カの色分散を相殺するために、ステップ形、台形、三角
形プロファイルなど単純な屈折率プロファイルを使用す
る場合、コアとクラッドの間の屈折率の差を大きくする
必要があり、その結果、必然的に有効モード表面積が少
なくなってしまう。
【００２４】このように、１．５５μｍにおいて色分散
をほぼ０にしつつ大きな有効モード表面積を得るには、
第１図および第２図に例示するような、より複雑な屈折
率プロファイルを選択することが必要である。
【００２５】現在までのところ、中心リング付き台形型
のプロファイルについて実施された研究では、有効モー
ド表面積は５０から６０μｍ2止まりである。中央埋没
穴型プロファイルについては現在までのところ、有効モ
ード表面積を決定できるような研究はなされていない。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、曲げによる減衰および損失を、既知の光ファイバを
使用して得られる減衰および損失と同等に維持しつつ、
１．５５μｍ近辺で色分散が０であって有効モード表面
積が６５μｍ2を上回る単一モード光ファイバを作成す
るため、既知のプロファイルの幾何パラメータを最適化
して、従来のプロファイルで得られる有効モード表面積
よりも大きな有効モード表面積が得られるようにするこ
とである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は、Δｎを必ず正の値とし、屈折率がほぼ台形の形状を
有する曲線で表され、光ファイバの中心からの距離に応
じて屈折率が最小屈折率ｎsと最大屈折率ｎs＋Δｎとの
間で変化する中心部分と、前記中心部分を取り囲み屈折
率がほぼｎsに等しい第一層と、前記第一層を取り囲
み、０＜ｈ＜１とする時、屈折率がｎsとｎs＋ｈΔｎの
間で変化する第二層と、前記第二層を取り囲み、ほぼｎ
sに等しい屈折率を有する光クラッドと、を有する光コ
アを含む、１．５５μｍ近辺で色分散がほぼ０の単一モ
ード光ファイバであって、前記屈折率プロファイルが前
記第二層において測定されるコアの全半径ａ、前記中心
部分の半径とａとの比率ｘ（０＜ｘ＜１）、前記第一層
の半径とａとの比率ｙ（ｘ＜ｙ＜１）、および台形の上
底と下底との比率ｒ（０≦ｒ≦１）という幾何パラメー
タで定義され、１．５５μｍにおいて前記ファイバの色
分散がほぼ０になり、前記ファイバのカットオフ波長λ
cが１．４μｍ＜λc＜１．５５μｍになるようにａとΔ
ｎが定められ、ｒは０から１の間で任意に選択され、
ｘ、ｙおよびｈは
【００２８】
【数４】
【００２９】の関係式が成立するように選択されること
を特徴とする光ファイバを提供する。
【００３０】実際には、３）に示す関係式で、プロファ
イルの中央リングについてｄの関数としてｎを与える曲
線によって画定される表面積と、台形についてｄの関数
としてｎを与える曲線によって画定される表面積の比率
の限界値が決定される。
【００３１】本発明による台形および中央リング型プロ
ファイルの光ファイバを使用すると、６５μｍ2を上回
り８５μｍ2に達する有効モード表面積が得られる。リ
ンク品質が一定であるとした場合、これにより増幅器間
の距離を１０から３０％大きくすることが可能である。
【００３２】提起された問題を解決するため、本発明は
さらに、−１＜ｈ＜０とし、Δｎを必ず正の値とすると
き、前記光ファイバの中心からの距離に応じて屈折率が
最小屈折率ｎs＋ｈΔｎと最大屈折率ｎsとの間で変化す
る中心部分と、前記中心部分を取り囲み、前記光ファイ
バの中心からの距離に応じて屈折率がｎsとｎs＋Δｎの
間で変化する層と、前記層を取り囲み、ほぼｎsに等し
い屈折率を有する光クラッドと、を有する光コアを含
む、１．５５μｍ近辺で色分散がほぼ０の単モード光フ
ァイバであって、前記屈折率プロファイルが前記層にお
いて測定されるコアの全半径ａ、前記中心部分の半径と
ａとの比率ｙ（０＜ｙ＜１）、という幾何パラメータで
定義され、１．５５μｍにおいて前記ファイバの色分散
がほぼ０になり、前記ファイバのカットオフ波長λcが
１．４５μｍ＜λc＜１．５５μｍになるようにΔｎが
定められ、ｙが０から１の間で任意に選択され、ｈが
【００３３】
【数５】
【００３４】の関係式が成立するように選択されること
を特徴とする光ファイバを提供する。
【００３５】本発明による中央埋没穴型プロファイルの
光ファイバを使用すると、６５μｍ2を上回り９５μｍ2
に達する有効モード表面積が得られる。リンク品質が一
定であるとした場合、これにより増幅器間の距離を１０
から４０％大きくすることが可能である。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴および長所は、
例示的であって限定的ではない、本発明の実施態様につ
いての以下の説明において明らかになろう。
【００３７】前述のように、既知の中心リング付き台形
型および中央埋没穴型プロファイルを使用し、本発明の
基準に従って幾何パラメータを選択することにより、ス
テップ形、台形、あるいは三角形型の従来のプロファイ
ル、ならびに先行技術において使用されている中心リン
グ付き台形型および中央埋没穴型プロファイルを使用し
て得られる有効モード表面積よりもはるかに大きい有効
モード表面積が得られる。このように、本発明により、
有効モード表面積、色分散、減衰量、曲げによる損失に
関して必要な要件を満たすようにこれらプロファイルの
幾何パラメータの選択を最適化することが可能である。
【００３８】以下に、本発明の関係式が成立する前記に
定義したパラメータの値、ならびに有効モード表面積、
１．５５μｍにおける色分散、カットオフ波長、および
これらの特徴を有するプロファイルを使用して得られる
曲げによる減衰および損失を与える、本発明の可能な実
施例を３例説明する。
【００３９】まず第一に、本発明によるプロファイルの
幾何特性は全て、二つの基本パラメータ、すなわちファ
イバのコアの全半径ａ、およびコアの最大屈折率と光ク
ラッドの屈折率の差Δｎによって決まることを想起され
たい。
【００４０】これらの基本パラメータは、本発明による
光ファイバについて必須要件を満たすために、従来の方
法で決定することができる。必須要件とは以下の通りで
ある。
【００４１】色分散がほぼ０であること、すなわち実際
には１．５５μｍ近辺において１ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）
未満であること。
【００４２】所望波長において伝送が単一モードであり
曲げによる損失を低減するため、カットオフ波長λcが
１．４μｍ＜λc＜１．５５μｍであること。
【００４３】減衰が０．２ｄＢ／ｋｍ程度であること。
【００４４】中心リング付き台形型プロファイルについ
て、前記の基準を満たすためにパラメータａおよびΔｎ
をどのように選択するかについて簡潔に説明するが、中
央埋没穴型プロファイルについても同様の議論があては
まる。
【００４５】周知のように、色分散Ｃは下記のような波
長λの関数で表すことができる。
【００４６】
【数６】
【００４７】ここで、Ｍ（λ）は、波長λにおける純シ
リカの色分散を特徴付ける既知の項である。
【００４８】（Ｍ（λ）は１．５５μｍで約２２ｐｓ／
（ｎｍ．ｋｍ））
【００４９】
【数７】
【００５０】は、導波管の分散を特徴付ける項であり、
Ｖは正規化周波数であり、ＢはＶに応じて決まる正規化
有効屈折率である（有効屈折率は、実際にコア内を伝播
する光波に「見える」屈折率である。） Ｃは真空内の光の速度である。
【００５１】ε（λ）は無視してよい項である。
【００５２】１．４μｍから１．５５μｍの間で導波が
単一モードとなるようなカットオフ波長λcを得ようと
しているので、そこから、正規化周波数Ｖの変化の範囲
を限定する間隔、すなわちＢについて対応する間隔を求
めることが可能である。従って方程式（１）からΔｎを
求め、次いで、正規化周波数をもたらす方程式（２）か
らａを求めることができる。
【００５３】
【数８】
【００５４】ここで、ｎsは光クラッドの屈折率であ
り、λは動作波長である。
【００５５】一般的に、中心リング付き台形型プロファ
イルを有する光ファイバについては、前記の条件が成立
するようにコアの半径を２μｍから９μｍの間で選択す
ることができ、屈折率の差Δｎは８×１０-3から２０×
１０-3の間で選択することができる。中央埋没穴型プロ
ファイルを有する光ファイバについては、前記の条件が
成立するようにコアの半径を２．５μｍから４μｍの間
で選択することができ、屈折率の差Δｎは１２×１０-3
から２０×１０-3の間で選択することができる。
【００５６】また、リング付き台形型プロファイルにつ
いては、ｒの値の選択は０から１の範囲で任意である。
本発明においては、「台形」という用語は、ｒが０であ
る（従って台形が三角形となる）、あるいはｒが１であ
る（従って台形が長方形となる）ような極端な例を含む
広い意味で解釈すべきである。
【００５７】また、中央埋没穴型プロファイルのｙの値
についても同様であり、ｙは文字通り０から１の範囲で
任意に選択できる。
【００５８】
【実施例】以下、第一の実施例を説明する。
【００５９】この例では、光ファイバは中心リング付き
台形型である。ファイバの特徴となるパラメータの値は
以下の通りである。
【００６０】ａ＝６．９７μｍ Δｎ＝１０×１０-3 ｒ＝０．６ ｘ＝０．３５ ｙ＝０．６９ ｈ＝０．３２５ このようなファイバを使用した場合、色分散は１５５８
ｎｍにおいて０．６８５ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）であり、
カットオフ波長は１．４８μｍであり、減衰は０．２０
ｄＢ／ｋｍである。曲げによる損失は、曲率半径が３０
ｍｍの場合、０．００５ｄＢ／ｍ未満である。
【００６１】有効モード表面積は７１μｍ2である。
【００６２】以下、第二の実施例を説明する。
【００６３】この例では、光ファイバは中央埋没穴型で
ある。ファイバの特徴となるパラメータの値は以下の通
りである。
【００６４】ａ＝３．０７μｍ Δｎ＝１５．６×１０-3 ｙ＝０．５６ ｈ＝−０．５５ このようなファイバを使用した場合、色分散は１５５８
ｎｍにおいて０．７ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）であり、カッ
トオフ波長は１．４８５μｍであり、減衰は０．２１ｄ
Ｂ／ｋｍ程度である。曲げによる損失は５×１０-7ｄＢ
／ｍ未満である。
【００６５】有効モード表面積は７１．９μｍ2であ
る。
【００６６】以下、第三の実施例を説明する。
【００６７】この例では、光ファイバは中央埋没穴型で
ある。ファイバの特徴となるパラメータの値は以下の通
りである。
【００６８】ａ＝３．３μｍ Δｎ＝１４．７×１０-3 ｙ＝０．６０６ ｈ＝−０．５９９ このようなファイバを使用した場合、色分散は１５５８
ｎｍにおいて０．７ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）であり、カッ
トオフ波長は１．４８５μｍであり、減衰は０．２１ｄ
Ｂ／ｋｍ程度である。曲げによる損失は１０-3ｄＢ／ｍ
未満である。
【００６９】有効モード表面積は８９．８μｍ2であ
る。
【００７０】もちろん本発明は、前記に説明した特定の
実施態様に限定されるものではない。
【００７１】特に、台形、三角形、長方形など明確な幾
何形状を想起する時、実際には、得られたプロファイル
は理論的プロファイルとは多少なりとも異なることがあ
ることは明らかであり、このような差異が制御できる状
態にある場合には、その差異によって当該光ファイバに
ついて期待される特性が変化することはないことが文献
で証明されている。一例として、第４図に、光ファイバ
上で測定された中心リング付き台形型の実プロファイル
４０を示す。この実プロファイルは、同じく第４図に示
す理論的プロファイル４１と等価である。この等価性の
詳細については、日立の米国特許第4406518 号を参照さ
れたい。
【００７２】また、リング付き台形型プロファイルの中
央リングは必ずしも長方形の理論的形状を有さず、台形
または三角形の理論的形状をとることも可能であるこ
と、より一般的に言えば、実際には、これらの形状と等
価なあらゆる形状をとることが可能であることは明らか
である。
【００７３】このように、本発明によるファイバについ
ては、幾何パラメータ（ファイバの中心からの距離、屈
折率の違い）によって本発明の関係式が成立することが
重要であるが、曲線の実際の形状が、想定するプロファ
イルについての理論的幾何形状と完全に一致する必要は
ない。
【００７４】最後に、本発明の範囲を逸脱せずに、あら
ゆる手段を同等の手段で置き換えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】中心リング付き台形型プロファイル単一モード
ファイバについて、光ファイバ中心からの距離ｄに応じ
た、異なる層の屈折率ｎの変化を示す図である。
【図２】中央埋没型プロファイル単一モードファイバに
ついて、光ファイバ中心からの距離ｄに応じた、異なる
層の屈折率ｎの変化を示す図である。
【図３】増幅器間の距離Ｚに応じた、１．５５μｍにお
いて色分散がほぼ０のソリトン型伝送を使用する単一モ
ード光ファイバのペナルティ関数Ｆを示す図である。
【図４】中心リング付き台形型プロファイル単一モード
ファイバについて、光ファイバの中心からの距離ｄに応
じた、異なる層の理論的屈折率および実屈折率ｎの変化
を示す図である。
【符号の説明】
１０、中央部分 １１、中央部分を取り囲み、屈折率がｎsの層 １２、層１１を取り囲み、屈折率がｎs＋ｈΔｎの層 ２０、中央部分 ２１、中央部分を取り囲む層 ３０、有効モード表面積が５０μｍ2の既知の光ファイ
バ ３１、有効モード表面積が７０μｍ2の理論的光ファイ
バ ４０、実屈折率 ４１、理論的屈折率
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年６月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 分散シフト単一モード光ファイバ
【特許請求の範囲】
【数１】 の関係式が成立するように選択されることを特徴とする
光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分散シフト単一モ
ード光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆる分散シフト単一モード光ファイ
バは、通常１．３μｍ（シリカの分散がほぼ０である波
長）以外の波長が使用され、その伝送波長において伝送
波の色分散がほぼ０である、すなわち、特にコアとクラ
ッドとの間の屈折率の差を大きくすることにより、０で
はないシリカの色分散が相殺される（そのため「シフ
ト」という用語を使用する）ようなファイバである。現
在、伝送線用光ファイバ、すなわち例えば大西洋横断接
続など長距離伝送を行うための光ファイバとして選択さ
れる伝送波長は、ほぼ１．５５μｍである。実際、光の
伝送の減衰量が最小となるのがこの波長であり、その値
は０．２ｄＢ／ｋｍである。
【０００３】従って本発明においては、想定するファイ
バは、伝送効率が最も高い１．５５μｍの波長において
使用するものとする。
【０００４】また、単一モード光ファイバの方が多重モ
ード光ファイバよりもはるかに広い帯域を有することが
わかっており、そのため、遠距離伝送線の現在および将
来の開発は単一モードファイバを中心にして行われてい
る。
【０００５】従って本発明は特に、ほぼ１．５５μｍの
波長で使用される分散シフト単一モード光ファイバに関
する。
【０００６】より詳細には、本発明は、曲率半径が３０
ｍｍの時、曲げによる損失が０．００５ｄＢ／ｍを超え
ない光ファイバに関する。実際、光ファイバにとって正
しい伝送条件下で動作を実現するには、このように、曲
げによる損失を制限することが必要である。
【０００７】現在、分散シフト単一モード光ファイバの
様々なプロファイルが研究され、論文に広く記載されて
いる。
【０００８】「ステップ形」、「台形」、「三角形」な
どと呼ばれる最も簡単なプロファイルは、光ファイバの
中心からの距離に応じてコア内屈折率が変化するもので
あり、この距離に応じて、屈折率は各々、長方形、台
形、あるいは三角形をなす曲線を形成するが、コアを取
り囲むクラッドにおける屈折率は一定であり、コアの屈
折率よりも低い。
【０００９】また、光ファイバの「内側」コアを形成す
る中心部分を、内側コアの屈折率よりも低い屈折率を有
する「外側」コアと、外側コアの屈折率よりも低い屈折
率を有するクラッドとが取り囲む、「ペデスタル」プロ
ファイルも知られている。Journal of Lightwave Techn
ology 、第１１巻、１１号、１９９３年１１月所載の論
文「Transmission characteristics of a coaxial opti
cal fiber line」にも記載されているが、ファイバの中
心からの距離ｄに応じてファイバ内の屈折率ｎが図１の
概略図に示す曲線のように変化する「中央埋没穴」型と
呼ばれるプロファイルもまた知られている。このプロフ
ァイルではコアＣ’は、屈折率ｎs＋Δｎがｎs＋ｈΔｎ
よりも大きい層２１に囲まれた最小屈折率ｎs＋ｈΔｎ
（ｈ＜０）の中央部分２０を含む。層２１は、屈折率が
ｎsであるクラッド層Ｇ’に囲まれる。
【００１０】なお、当然のことながら、前記のプロファ
イルは全て、光ファイバの中心に対し回転対称性を有す
る。
【００１１】これらプロファイルにより、１．５５μｍ
において色分散をほぼ０にし、減衰および曲げによる損
失を少なくすることが可能となる。とはいえ、光ファイ
バを使用する長距離リンクの開発における不断の願望
は、伝送品質を更に向上しそのコストを下げることであ
る。
【００１２】ところで、伝送品質はリンク全体のＳＮ比
と密着な関係があり、ノイズは伝送線内で使用される中
継器に属する増幅器が発する増幅自然放射によって生
じ、このＳＮ比自体は、増幅器間の距離Ｚ、使用光ファ
イバの有効モード表面積Ｓeff、母集団反転係数 (facto
r of inversion of population)ｎsp、単位長減衰αお
よび、増幅器の入力側と出力側の結合係数Ｃ1およびＣ2
に依存する、光ファイバのペナルティ関数Ｆに反比例す
ることがわかっている。ペナルティ関数Ｆは下記の式で
与えられる。
【００１３】
【数２】
【００１４】この式から、伝送品質を向上させるため以
下の試みを追求できることがわかる。
【００１５】他のことはそのままにして母集団反転係数
ｎspを小さくする。ただしこの場合、ポンピング波長に
おいて複雑な調整が必要となり、したがって光ファイバ
以外の部品にも複雑な調整が必要となる。
【００１６】減衰αを小さくする。しかし１．５５μｍ
における減衰はすでに極めて小さく（実際には０．２ｄ
Ｂ／ｋｍ程度）、ペナルティ関数Ｆに対しては大きく低
減を期待することはできない。結合係数Ｃ1およびＣ2を
変更する。これは光ファイバ以外の部品をも介入させる
ことになり、複雑な調整が必要となる。 有効モード表
面積Ｓeffを大きくする。これによってリンクの品質を
向上させることが可能である。
【００１７】図２に、有効モード表面積が５０μｍ2の
既知の光ファイバ（曲線３０）および有効モード表面積
が７０μｍ2の理論的光ファイバ（曲線３１）について
増幅器間の距離Ｚ（単位はｋｍ）を関数とした時の、ソ
リトン型伝送を使用する光ファイバのペナルティ関数Ｆ
（単位はｄＢ）を示す。なお、Ｆは依存する他のパラメ
ータは全てそのままとする。ある決まったペナルティ関
数、すなわちある決まったＳＮ比においては、有効モー
ド表面積が大きくなればなるほど増幅器間の距離が大き
くなり、それにより、使用する中継器の数を減らすこと
ができ、従ってシステムのコストを低減することが可能
となる。
【００１８】また、ある決まった増幅器間の距離におい
ては、有効モード表面積が大きくなればなるほどペナル
ティ関数が低くなる、すなわち伝送品質が向上する。
【００１９】このように、伝送品質を向上させるには、
あるいは同じことであるが、ある決まったリンク品質の
使用される中継器の数を減らし、それによって同時にリ
ンクのコストの低減をもはかるには、有効モード表面積
を大きくすることが有利である。
【００２０】１．５５μｍにおいて色分散がほぼ０にな
るようにするため、すなわち１．５５μｍにおいてシリ
カの色分散を相殺するために、ステップ形、台形、三角
形プロファイルなど単純な屈折率プロファイルを使用す
る場合、コアとクラッドの間の屈折率の差を大きくする
必要があり、その結果、必然的に有効モード表面積が少
なくなってしまう。
【００２１】このように、１．５５μｍにおいて色分散
をほぼ０にしつつ大きな有効モード表面積を得るには、
図１に例示するような、より複雑な屈折率プロファイル
を選択することが必要である。
【００２２】現在までのところ、中央埋没穴型プロファ
イルについては、有効モード表面積を決定できるような
研究はなされていない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、曲げによる減衰および損失を、既知の光ファイバを
使用して得られる減衰および損失と同等に維持しつつ、
１．５５μｍ近辺で色分散が０であって有効モード表面
積が６５μｍ2を上回る単一モード光ファイバを作成す
るため、中央埋没穴型プロファイルの幾何パラメータを
最適化して、従来のプロファイルで得られる有効モード
表面積よりも大きな有効モード表面積が得られるように
することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】提起された問題を解決す
るため、本発明は、−１＜ｈ＜０とし、Δｎを必ず正の
値とするとき、前記光ファイバの中心からの距離に応じ
て屈折率が最小屈折率ｎs＋ｈΔｎと最大屈折率ｎsとの
間で変化する中心部分と、前記中心部分を取り囲み、前
記光ファイバの中心からの距離に応じて屈折率がｎsと
ｎs＋Δｎの間で変化する層と、前記層を取り囲み、ほ
ぼｎsに等しい屈折率を有する光クラッドと、を有する
光コアを含む、１．５５μｍ近辺で色分散がほぼ０の単
モード光ファイバであって、前記屈折率プロファイルが
前記層において測定されるコアの全半径ａ、前記中心部
分の半径とａとの比率ｙ（０＜ｙ＜１）、という幾何パ
ラメータで定義され、１．５５μｍにおいて前記ファイ
バの色分散がほぼ０になり、前記ファイバのカットオフ
波長λcが１．４５μｍ＜λc＜１．５５μｍになるよう
にａとΔｎが定められ、ｙが０から１の間で任意に選択
され、ｈが
【００２５】
【数３】
【００２６】の関係式が成立するように選択されること
を特徴とする光ファイバを提供する。
【００２７】本発明による中央埋没穴型プロファイルの
光ファイバを使用すると、６５μｍ2を上回り９５μｍ2
に達する有効モード表面積が得られる。リンク品質が一
定であるとした場合、これにより増幅器間の距離を１０
から４０％大きくすることが可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴および長所は、
例示的であって限定的ではない、本発明の実施態様につ
いての以下の説明において明らかになろう。
【００２９】前述のように、既知の中央埋没穴型プロフ
ァイルを使用し、本発明の基準に従って幾何パラメータ
を選択することにより、ステップ形、台形、あるいは三
角形型の従来のプロファイル、ならびに先行技術におい
て使用されている中央埋没穴型プロファイルを使用して
得られる有効モード表面積よりもはるかに大きい有効モ
ード表面積が得られる。このように、本発明により、有
効モード表面積、色分散、減衰量、曲げによる損失に関
して必要な要件を満たすようにこれらプロファイルの幾
何パラメータの選択を最適化することが可能である。
【００３０】以下に、本発明の関係式が成立する前記に
定義したパラメータの値、ならびに有効モード表面積、
１．５５μｍにおける色分散、カットオフ波長、および
これらの特徴を有するプロファイルを使用して得られる
曲げによる減衰および損失を与える、本発明の可能な実
施例を２例説明する。
【００３１】まず第一に、本発明によるプロファイルの
幾何特性は全て、二つの基本パラメータ、すなわちファ
イバのコアの全半径ａ、およびコアの最大屈折率と光ク
ラッドの屈折率の差Δｎによって決まることを想起され
たい。
【００３２】これらの基本パラメータは、本発明による
光ファイバについて必須要件を満たすために、従来の方
法で決定することができる。必須要件とは以下の通りで
ある。
【００３３】色分散がほぼ０であること、すなわち実際
には１．５５μｍ近辺において１ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）
未満であること。
【００３４】所望波長において伝送が単一モードであり
曲げによる損失を低減するため、カットオフ波長λcが
１．４μｍ＜λc＜１．５５μｍであること。
【００３５】減衰が０．２ｄＢ／ｋｍ程度であること。
【００３６】中央埋没穴型プロファイルについて、前記
の基準を満たすためにパラメータａおよびΔｎをどのよ
うに選択するかについて簡潔に説明する。
【００３７】周知のように、色分散Ｃは下記のような波
長λの関数で表すことができる。
【００３８】
【数４】
【００３９】ここで、Ｍ（λ）は、波長λにおける純シ
リカの色分散を特徴付ける既知の項である。
【００４０】（Ｍ（λ）は１．５５μｍで約２２ｐｓ／
（ｎｍ．ｋｍ））
【００４１】
【数５】
【００４２】は、導波管の分散を特徴付ける項であり、
Ｖは正規化周波数であり、ＢはＶに応じて決まる正規化
有効屈折率である（有効屈折率は、実際にコア内を伝播
する光波に「見える」屈折率である。） Ｃは真空内の光の速度である。
【００４３】ε（λ）は無視してよい項である。
【００４４】１．４μｍから１．５５μｍの間で導波が
単一モードとなるようなカットオフ波長λcを得ようと
しているので、そこから、正規化周波数Ｖの変化の範囲
を限定する間隔、すなわちＢについて対応する間隔を求
めることが可能である。従って方程式（１）からΔｎを
求め、次いで、正規化周波数をもたらす方程式（２）か
らａを求めることができる。
【００４５】
【数６】
【００４６】ここで、ｎsは光クラッドの屈折率であ
り、λは動作波長である。
【００４７】一般的に、中央埋没穴型プロファイルを有
する光ファイバについては、前記の条件が成立するよう
にコアの半径を２．５μｍから４μｍの間で選択するこ
とができ、屈折率の差Δｎは１２×１０-3から２０×１
０-3の間で選択することができる。
【００４８】また、中央埋没穴型プロファイルのｙの値
については、ｙは文字通り０から１の範囲で任意に選択
できる。
【００４９】
【実施例】以下、第一の実施例を説明する。
【００５０】この例では、光ファイバは中央埋没穴型で
ある。ファイバの特徴となるパラメータの値は以下の通
りである。
【００５１】ａ＝３．０７μｍ Δｎ＝１５．６×１０-3 ｙ＝０．５６ ｈ＝−０．５５ このようなファイバを使用した場合、色分散は１５５８
ｎｍにおいて０．７ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）であり、カッ
トオフ波長は１．４８５μｍであり、減衰は０．２１ｄ
Ｂ／ｋｍ程度である。曲げによる損失は５×１０-7ｄＢ
／ｍ未満である。
【００５２】有効モード表面積は７１．９μｍ2であ
る。
【００５３】以下、第二の実施例を説明する。
【００５４】この例では、光ファイバは中央埋没穴型で
ある。ファイバの特徴となるパラメータの値は以下の通
りである。
【００５５】ａ＝３．３μｍ Δｎ＝１４．７×１０-3 ｙ＝０．６０６ ｈ＝−０．５９９ このようなファイバを使用した場合、色分散は１５５８
ｎｍにおいて０．７ｐｓ／（ｎｍ．ｋｍ）であり、カッ
トオフ波長は１．４８５μｍであり、減衰は０．２１ｄ
Ｂ／ｋｍ程度である。曲げによる損失は１０-3ｄＢ／ｍ
未満である。
【００５６】有効モード表面積は８９．８μｍ2であ
る。
【００５７】もちろん本発明は、前記に説明した特定の
実施態様に限定されるものではない。
【００５８】特に、台形、三角形、長方形など明確な幾
何形状を想起する時、実際には、得られたプロファイル
は理論的プロファイルとは多少なりとも異なることがあ
ることは明らかであり、このような差異が制御できる状
態にある場合には、その差異によって当該光ファイバに
ついて期待される特性が変化することはないことが文献
で証明されている。この詳細については、日立の米国特
許第4406518 号を参照されたい。
【００５９】このように、本発明によるファイバについ
ては、幾何パラメータ（ファイバの中心からの距離、屈
折率の違い）によって本発明の関係式が成立することが
重要であるが、曲線の実際の形状が、想定するプロファ
イルについての理論的幾何形状と完全に一致する必要は
ない。
【００６０】最後に、本発明の範囲を逸脱せずに、あら
ゆる手段を同等の手段で置き換えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】中央埋没穴型プロファイル単一モードファイバ
について、光ファイバ中心からの距離ｄに応じた、異な
る層の屈折率ｎの変化を示す図である。
【図２】増幅器間の距離Ｚに応じた、１．５５μｍにお
いて色分散がほぼ０のソリトン型伝送を使用する単一モ
ード光ファイバのペナルティ関数Ｆを示す図である。
【符号の説明】 ２０、中央部分 ２１、中央部分を取り囲む層 ３０、有効モード表面積が５０μｍ2の既知の光ファイ
バ ３１、有効モード表面積が７０μｍ2の理論的光ファイ
バ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オリビエ・オドウアン フランス国、91600・サビイニー・スユー ル・オルジユ、リユ・アンリ・デユナン、 15 (72)発明者 ジヤン−ピエール・アメドウ フランス国、91180・サン・ジエルマン・ レ・アルパジヨン、リユ・ドユ・ドクトウ ール・ババン、46・ビス

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】−１＜ｈ＜０とし、Δｎを必ず正の値とす
    るとき、光ファイバーの中心からの距離に応じて屈折率
    が最小屈折率ｎs＋ｈΔｎと最大屈折率ｎsとの間で変化
    する中心部分と、 前記中心部分を取り囲み、前記光ファイバの中心からの
    距離に応じて屈折率がｎsとｎs＋Δｎの間で変化する層
    と、 前記層を取り囲み、ほぼｎsに等しい屈折率を有する光
    クラッドとを有する光コアを含む、１．５５μｍ近辺で
    色分散がほぼ０の単一モード光ファイバであって、 前記屈折率プロファイルが前記層において測定されるコ
    アの全半径ａ、 前記中心部分の半径とａの比率ｙ（０＜ｙ＜１）という
    幾何パラメータで定義され、１．５５μｍにおいて前記
    ファイバの色分散がほぼ０になり、前記ファイバのカッ
    トオフ波長 λcが１．４μｍ＜λc＜１．５５μｍにな
    るようにａとΔｎが定められ、ｙが０から１の間で任意
    に選択され、ｈが 【数１】 の関係式が成立するように選択されることを特徴とする
    光ファイバ。
  2. 【請求項２】ａが２．５μｍから４μｍの間に含まれ、
    Δｎが１２×１０-3から２０×１０-3の間に含まれるこ
    とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光ファイバ。
  3. 【請求項３】Δｎを必ず正の値とし、屈折率がほぼ台形
    の形状を有する曲線で表され、光ファイバの中心からの
    距離に応じて屈折率が最小屈折率ｎsと最大屈折率ｎs＋
    Δｎとの間で変化する中心部分と、前記中心部分を取り
    囲み、屈折率がほぼｎsに等しい第一層と、前記第一層
    を取り囲み、０＜ｈ＜１とする時、屈折率がｎsとｎs＋
    ｈΔｎとの間で変化する第二層と、前記第二層を取り囲
    み、ほぼｎsに等しい屈折率を有する光クラッドと、を
    有する光コアを含む、１．５５μｍ近辺で色分散がほぼ
    ０の単一モード光ファイバであって、 前記屈折率プロファイルが前記第二層において測定され
    るコアの全半径ａ、 前記中心部分の半径とａの比率ｘ（０＜ｘ＜１） 前記第一層の半径とａの比率ｙ（ｘ＜ｙ＜１） 台形の上底と下底との比率ｒ（０≦ｒ≦１）という幾何
    パラメータで定義され、１．５５μｍにおいて前記ファ
    イバの色分散がほぼ０になり、前記ファイバのカットオ
    フ波長λcが１．４μｍ＜λc＜１．５５μｍになるよう
    にａとΔｎが定められ、ｒが０から１の間で任意に選択
    され、ｘ、ｙおよびｈが 【数２】 の関係式が成立するように選択されることを特徴とする
    光ファイバ。
  4. 【請求項４】ａが２μｍから９μｍの間に含まれ、Δｎ
    が８×１０-3から２０×１０-3の間に含まれることを特
    徴とする請求の範囲第３項に記載の光ファイバ。
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