JPWO2007100060A1 - 光ファイバモジュールおよび光デバイス - Google Patents

Abstract

光ファイバと、前記光ファイバの長さが変化するように応力を印加して前記光ファイバの光学特性を調整する応力印加機構と、を備える。また、光ファイバと、前記光ファイバの長さを伸ばして光学特性を変化させた状態で前記光ファイバを保持する保持手段と、を備える。前記応力印加機構は、前記光ファイバを巻きつける胴部を有するボビンの前記胴部の直径を変える胴部直径可変機構である。これによって、設計値と異なる光学特性を有する光ファイバを用いても、所望の光学特性が実現できる光ファイバモジュールおよび光デバイスを提供する。

Description

本発明は、光ファイバモジュールおよび光デバイスに関するものである。

光ファイバは、例えば光通信システムにおいて様々な用途に利用されており、それぞれの用途に対応した様々な光学特性が要求されている。

例えば、近年、高い光学非線形性を有する高非線形光ファイバ（HNLF：High Non-Linear fiber）の開発が進んでおり、それに伴って高非線形光ファイバ中で発生する非線形光学効果を利用した信号処理が行われている。例えば、四光波混合（FWM）を利用した波長変換や、自己位相変調などを利用した光パルス圧縮、光ソリトン伝送、波形整形、ＳＣ（Supercontinuum）光源などに使用される高非線形光ファイバには、利用する非線形光学効果の種類に応じた最適な波長分散値を有することが要求される。例えば、FWMを利用した波長変換を行う場合は、高非線形光ファイバの零分散波長が所定の波長に厳密に一致することにより、高効率で広帯域の波長変換が実現できる（特許文献１参照）。

一方、光ファイバに信号光を入射すると、光ファイバ中に発生している音響波により信号光の一部が散乱されて散乱光が発生する。この散乱光はブリルアン散乱光と呼ばれ、信号光の光周波数よりも音響波の周波数だけ低い光周波数にピークを有し、信号光の伝搬方向に対して後方に伝搬する。信号光の光周波数に対するピークの光周波数の差は、ブリルアン周波数シフトと呼ばれ、光ファイバの種類に応じた固有の値である。そこで、このブリルアン周波数シフトが異なるように設計した複数の光ファイバを利用してFTTH（Fiber To The Home）システムの線路内の故障位置を探査する監視システムが開示されている（非特許文献１参照）。

光ファイバの波長分散特性やブリルアン周波数シフトなどの光学特性は、光ファイバの材質や屈折率のプロファイルによって決まる。光ファイバは、通常は光ファイバ母材を目標とするクラッドの外径まで細く線引きすることにより製造され、線引きした際に所望の光学特性を有する光ファイバとなるように光ファイバ母材の製造を行う。したがって、光ファイバの光学特性の多くは光ファイバ母材の製造時にほぼ決定される。そして、このように製造された所望の光学特性を有する光ファイバは、通常は光ファイバモジュールや光デバイスに組み込まれて用いられる。

特開２００５−３０１００９号公報 本田奈月 他、「固有ブリルアン周波数シフトを有する光マーカを用いた光試験システム」、２００５年 電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−１０−１０

しかしながら、目標とする屈折率プロファイルの設計の誤差や製造時の長手変動などにより、製造した光ファイバの光学特性が所望の特性とならない場合がある。このような光ファイバを用いた場合には、所望の光学特性を有する光ファイバモジュールや光デバイスが得られないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設計値と異なる光学特性を有する光ファイバを用いても所望の光学特性が実現できる光ファイバモジュールおよび光デバイスを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバモジュールは、光ファイバと、前記光ファイバの長さが変化するように応力を印加して前記光ファイバの光学特性を調整する応力印加機構と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、光ファイバと、前記光ファイバの長さを伸ばして光学特性を変化させた状態で前記光ファイバを保持する保持手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記保持手段は、前記光ファイバの長さが変化するように応力を印加して前記光ファイバの光学特性を調整する応力印加機構を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記保持手段は、前記光ファイバを巻きつける胴部を有するボビンであることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記応力印加機構は、前記光ファイバを巻きつける胴部を有するボビンの前記胴部の直径を変える胴部直径可変機構であることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光ファイバは、前記ボビンの胴部に一層巻きにされていることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光ファイバは石英系ガラスからなるものであり、コア部の周囲に前記コア部よりも屈折率が低く外径が３０μｍ以上６０μｍ以下のクラッド部を備えるものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光ファイバは前記クラッド部の周囲に外径が７０μｍ以上１００μｍ以下の被覆部を備えるものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光ファイバにかかる応力は、前記光ファイバの長さが０．６％だけ伸びるのに必要な応力以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光ファイバは、直径２０ｍｍで１６回巻いたときに発生する波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が０．０１ｄＢ以下のものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光学特性は波長分散特性であることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光ファイバは、中心コア部と、前記中心コア部の周囲に設けられ前記中心コア部より屈折率が低い低屈折率コア部と、を有するコア部と、前記コア部の周囲に設けられ前記低屈折率コア部より屈折率が高く前記中心コア部より屈折率が低いクラッド部と、を備え、前記中心コア部の直径と前記低屈折率コア部の外径との比は０．３以上０．８５以下であり、前記中心コア部とクラッド部との比屈折率差は１．６％以上３．０％以下であり、前記低屈折率コア部とクラッド部との比屈折率差は−１．２％以上−０．２％以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記発明において、前記光学特性はブリルアン散乱光におけるブリルアン周波数シフトであることを特徴とする。

また、本発明に係る光デバイスは、上記のいずれかの発明に係る光ファイバモジュールを少なくとも１つ備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光デバイスは、上記発明において、前記光ファイバモジュールを複数備え、前記各光ファイバモジュールが備える各光ファイバは、互いに異なる光学特性を有することを特徴とする。

本発明によれば、用いる光ファイバが設計値と異なる光学特性を有していても、所望の光学特性を有する光ファイバモジュールおよび光デバイスが容易に実現できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバモジュールを模式的に表した平面概略図である。 図２は、図１に示す光ファイバモジュールに備えられたボビンを模式的に表した側面概略図である。 図３は、クラッド部の外径がそれぞれ３０μｍ、４５μｍ、６０μｍ、１２５μｍの石英系ガラスからなる光ファイバについて、長さ方向にかかる張力と光ファイバの伸び率との関係を示す図である。 図４は、図１に示す光ファイバモジュールに備えられた光ファイバの断面と屈折率プロファイルを模式的に表した概略図である。 図５は、本発明の実施例および比較例で用いた光ファイバの特性を示す図である。 図６は、本発明の実施例１〜３に係る光ファイバモジュールについて、光ファイバの伸び率と波長１５５０ｎｍにおける波長分散値との関係を示す図である。 図７は、実施例１〜３に係る光ファイバモジュールについて、光ファイバの伸び率と零分散波長との関係を示す図である。 図８は、実施例４において光ファイバの伸び率を０．２〜０．６％と変化させた場合と比較例１のブリルアン散乱光の周波数スペクトルを示す図である。 図９は、実施例４と比較例１とにおける光ファイバの伸び率とブリルアン周波数シフトとの関係を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係る光ファイバモジュールを模式的に表した平面概略図である。 図１１は、実施例５〜１０に係る光ファイバモジュールについて、光ファイバにかかる張力と波長１５５０ｎｍにおける波長分散値との関係を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態３に係る波長変換光デバイスを模式的に表した概略図である。 図１３は、実施例１１の波長変換光デバイスにおいて、ポンプ光の波長λｐと波長変換光デバイスの零分散波長λ₀との差と、波長変換帯域との関係を示す図である。 図１４は、本発明の実施の形態４に係る光ファイバモジュールを用いたFTTHシステムの監視システムの構成を示すブロック図である。 図１５は、図１４に示す監視システムにおいて光線路中の光ファイバおよび光ファイバモジュールのブリルアン散乱スペクトルを模式的に示す図である。 図１６は、本発明の実施の形態５に係る波長変換光デバイスを模式的に表した概略図である。 図１７は、図１６に示す波長変換光デバイスの波長分散特性について説明する図である。 図１８は、本発明の実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスの波長分散特性を示す図である。 図１９は、本発明の実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスにおいてＳＣ光が発生する様子を示す図である。 図２０は、本発明の実施の形態６の変形例に係るＳＣ光発生用光デバイスの波長分散特性を示す図である。 図２１は、本発明に係る光ファイバモジュールに備えられたボビンの別の実施の形態を模式的に表した側面概略図である。

符号の説明

１０、１０−１〜１０−３、２０、７０−１〜７０−ｎ 光ファイバモジュール
１１、２１ 光ファイバ
１１ａ 中心コア部
１１ｂ 低屈折率コア部
１１ｃ クラッド部
１１ｄ 被覆部
１２、１６、２２ ボビン
１２ａ、１６ａａ〜１６ａｃ、２２ａ 胴部
１２ｂ、１６ｂ、２２ｂ 鍔部
１２ｃ、１６ｃ、２２ｃ 引き出し穴
１２ｄ、１６ｄ ハンドル
１３、２３ 接続部
１４、２４ 光ファイバ
１５、２５ 穴部
３０ 光合波器
４０ ＯＬＴ
５０ 光スプリッタ
６０−１〜６０−ｎ ＯＮＵ
８０ ＢＯＴＤＲ
１００、３００ 波長変換光デバイス
２００ 監視システム
ａ、ａ１〜ａ６、ｂ、ｃ 区間
Ａ１〜Ａ３ 屈折率プロファイル
Ｓｃ 波長変換光
Ｓｉｎ 信号光
Ｓｐ ポンプ光

以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバモジュールおよび光デバイスの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光ファイバモジュールについて説明する。本実施の形態１に係る光ファイバモジュールは、光ファイバと、光ファイバを巻きつける胴部の直径（胴径）を変化させて応力を印加し、光ファイバの光学特性を調整するボビンとを備えるものである。

図１は、本実施の形態１に係る光ファイバモジュールを模式的に表した平面概略図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る光ファイバモジュール１０は、コア部の周囲にクラッド部を備える光ファイバ１１と、光ファイバ１１を巻きつける胴部１２ａを有するボビン１２とを備える。

図２は、図１に示す光ファイバモジュールに備えられたボビンを模式的に表した側面概略図である。ボビン１２は、胴部１２ａと、鍔部１２ｂと、引き出し穴１２ｃと、ハンドル１２ｄとを有する。光ファイバ１１は胴部１２ａに巻きつけられ、一端が引き出し穴１２ｃから引き出される。光ファイバ１１の両端部は光ファイバモジュール１０の内壁に沿って取り回された後、接続部１３において他の光ファイバ１４の一端と接続される。光ファイバ１４のもう一端は穴部１５から光ファイバモジュールの外部に引き出される。光ファイバ１４は例えば汎用のシングルモード光ファイバである。

ボビン１２は、胴部１２ａが円周方向に８分割されており、ハンドル１２ｄを矢印に示す方向のいずれかに回転させると分割された各部分が矢印に示す胴部１２ａの直径方向の外側または内側に移動する。各分割部分が胴部１２ａの直径方向の外側に移動することによって胴部１２ａの胴径が大きくなり、内側に移動することによって胴径が小さくなる。

胴部１２ａの胴径が変化することにより、胴部１２ａに巻かれた光ファイバ１１に応力が印加されて張力が変化する。張力が変化することで光ファイバ１１の長さ、屈折率、密度等が変化する。

たとえば、胴部１２ａの胴径が３５２．５ｍｍの状態でクラッド外径６０μｍの光ファイバ１１を巻き張力１．４７Ｎで巻きつけ、光ファイバ１１をある程度伸ばした状態で保持する。この状態で胴部１２ａの胴径を３５０ｍｍまで小さくすると、光ファイバ１１にかかっている張力が緩和し、ファイバ長が０．７％短くなる。一方、胴部１２ａの胴径を３５５ｍｍまで大きくすると、光ファイバ１１にかかる張力が大きくなり、ファイバ長が０．７％長くなる。つまり、胴部１２ａの胴径が３５０ｍｍから３５５ｍｍまで変化させると、胴部１２ａに巻きつけられた光ファイバ１１の長さは１．４％変化する。

光ファイバ１１の長さが伸びると、光ファイバ１１のクラッド部の外径は長さの変化の割合を示す伸び率に応じて小さくなるため、結果として光ファイバのコア部の直径が小さくなる。光ファイバの伸び率に対するクラッド部の外径またはコア部の直径の変化の割合は、数式（１）によって示される。

Ａ＝１−（１＋ａ／１００）^-0.5×１００ （％） ・・・ （１）
ただし、Ａ：クラッド部外径またはコア部直径の変化率（％）、ａ：光ファイバの伸び率（％）、である。

光ファイバに印加される張力が変化すれば、コア部の直径の変化および屈折率自身の変化により光ファイバの屈折率プロファイルが変化する。また、屈折率プロファイルに加えて光ファイバの密度やポアソン比等も変化することから、光学特性が変化することになる。したがって、胴部１２ａの胴径を変化させることにより、光ファイバ１１に印加される張力が変化し、その結果光ファイバ１１の屈折率プロファイル、密度等を変化させることができるので、光ファイバ１１の光学特性を調整することができる。なお、光ファイバの光学特性の中でも、波長分散特性、カットオフ波長、ＭＦＤなどの光学特性は、光ファイバの屈折率のプロファイルによってほぼ決定されるものであるから、光ファイバの屈折率のプロファイルを変化させることにより、これらの光学特性を調整できる。

本実施の形態１では、図２に示すように、光ファイバ１１は胴部１２ａに胴部の直径方向に重ならないように一層巻きにされているので、光ファイバ１１に対して均等に応力が印加され、光ファイバ１１の伝送損失の増加や破断が起きにくい。

また、ボビン１２は、あらかじめ所定の巻き張力で胴部１２ａに光ファイバ１１を巻きつけ、光ファイバ１１の光学特性を変化させた状態で、光ファイバ１１を保持することもできる。

つぎに、本実施の形態１に係る光ファイバ１１として好ましい特性を、光ファイバに印加する応力との関係で説明する。図３は、クラッド部の外径がそれぞれ３０μｍ、４５μｍ、６０μｍ、１２５μｍの石英系ガラスからなる光ファイバについて、長さ方向にかかる張力と光ファイバの伸び率との関係を示す図である。図３に示すように、所定の伸び率を達成するために必要な張力はクラッド部の外径の２乗にほぼ比例し、クラッド部の外径が小さいほど少ない張力で高い伸び率を達成することができる。例えば、伸び率０．６％を達成するために必要な張力は、クラッド部の外径が１２５μｍの場合は５．３４Ｎであるのに対して、クラッドの外径が６０μｍの場合は１．２４Ｎである。また、後述するように、クラッド部の外径が小さいほうが、同じ胴径のボビンに巻きつけた場合でも光ファイバにかかる曲げ応力が小さいため、信頼性の点でも有利である。したがって、本実施の形態１に係る光ファイバ１１としては、クラッド部の外径が６０μｍ以下のものであることが好ましい。

また、光ファイバに応力をかける際には破断率を低くして長期信頼性を確保する必要がある。光ファイバの破断率λは数式（２）で与えられる。

ただし、
ｎ_p：スクリーニング試験環境での光ファイバの疲労係数、
ｎ：使用環境での光ファイバの疲労係数、
ε_p：スクリーニング試験時の印加応力、
ε：使用環境での印加応力、
ｔ_p：応力ε_pが印加される時間、
ｔ：応力εが印加される時間、
Ｎ_p：スクリーニング試験時の単位長さ当りの破断回数、
ｍ：ワイブル分布係数、
α：ｍ／（ｎ_p−２）、
β：（ｎ_p−２）／（ｎ−２）、
（Ｂ_p／Ｅ²）／（Ｂ／Ｅ²）β：環境によって決定される値、
Ｅ：光ファイバの弾性率、
Ｂ：環境によって決定される定数、
Ｂ_p：スクリーニング試験時の雰囲気中でのＢ、
である。

なお、使用環境での印加応力であるεは、光ファイバがボビンに巻かれた状態で使用される場合には、巻き張力による応力と、ボビンの胴部に光ファイバを巻きつける際の曲げによる応力との和になる。巻き張力による応力ε_Wは数式（３）で与えられ、曲げによる応力ε_Bは数式（４）で与えられる。

ε_W＝Ｔ／（πｒＥ²） ・・・ （３）
ただし、Ｔ：巻き張力、ｒ：クラッド部の半径、Ｅ：石英ガラスのヤング率（７．４５×１０¹⁰Ｐａ）、である。

ε_B＝ｄ／Ｄ ・・・ （４）
ただし、ｄ：光ファイバの外径、Ｄ：ボビンの胴径（曲げ径）、である。

数式（２）〜（４）を用いて、外径が６０μｍの光ファイバを胴径３５０ｍｍのボビンに巻き付け、２０年間応力を印加し続けた場合に破断率が０．０２５％以下の信頼性を確保できる印加応力を計算した。なお、計算に使用した主な数値は、ｎ_p：２４、ｎ：２４、ｔ_p：１ｓｅｃ、ｔ：６．３×１０⁸ｓｅｃ、Ｎ_p：０．０１回／ｋｍ、ｍ：１．８、（Ｂ_p／Ｅ²）／（Ｂ／Ｅ²）β：１０００、である。また、ε_pは光ファイバの長さの伸び率が２％となる応力とした。

その結果、光ファイバにかかる応力は、光ファイバの長さの伸び率が約０．６％となる応力以下であれば、２０年間応力を印加し続けた場合の破断率が０．０２５％以下の信頼性を確保できることがわかった。したがって、本実施の形態１に係る光ファイバ１１にかかる応力は、光ファイバ１１の長さが０．６％だけ伸びるのに必要な応力以下であることが好ましい。また、ボビンの胴径が小さくなると破断率が高くなるが、ボビンの胴径は６０ｍｍ程度でも、２０年間応力を印加し続けた場合の破断率が０．０２５％以下となり、十分な信頼性を確保できる。

また、光ファイバに長さが変わるほどの応力を印加すると、伝送損失が発生する場合がある。また、光ファイバを巻きつけるボビンの胴径を変化させると、光ファイバにボビンからの側圧が印加され、大きな伝送損失が発生する場合がある。そのため、本実施の形態１に係る光ファイバ１１は、直径２０ｍｍで１６回巻いたときに発生する使用波長（例えば１５５０ｎｍ）における曲げ損失が、０．０１ｄＢ以下のものであることが好ましい。このように曲げ損失が小さい光ファイバであれば、応力や側圧が印加されても損失が発生しない。具体的には、たとえば、光ファイバ１１としてモードフィールド径（ＭＦＤ）が６μｍ以下のものを用いれば、上記の低い曲げ損失が実現できる。

また、前述のようにクラッド部の外径が小さいほうが所定の伸び率を達成するために必要な張力は小さいが、クラッド部の外径が小さすぎるとコア部への光の閉じ込めが不十分になり、光が光ファイバの外部に漏れ出して大きな伝送損失が発生する。このような伝送損失を発生させないために必要なクラッド部の外径はコア部の設計により異なるが、一般的にはコア部とクラッド部との比屈折率差が大きく、ＭＦＤが小さいほどクラッドの外径を小さくできる。例えば、ＭＦＤが６μｍ以下の光ファイバではクラッド部の外径が３０μｍ以上であることが好ましい。

つぎに、本実施の形態１に係る光ファイバ１１として好ましい特性の一例を、光ファイバの波長分散特性との関係で説明する。光ファイバ１１は、使用波長における波長分散スロープが０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であることが好ましい。汎用のシングルモード光ファイバの波長分散スロープは１５５０ｎｍにおいて０．６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ程度であるから、波長分散値を０．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍだけ変化させても零分散波長は０．５ｎｍしか変化しないが、波長分散スロープが０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であれば、波長分散値を０．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍだけ変化させると零分散波長は３０ｎｍ変化し、零分散波長の調整範囲をより広くすることができる。

また、光ファイバ中の非線形光学効果を利用する場合は、使用する波長における有効コア断面積Ａ_effが１８μｍ²以下であれば、光学非線形性が一層高くなり好ましい。また、使用する波長における波長分散の絶対値は５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることが好ましい。さらに、カットオフ波長λｃは使用波長に対して小さいことが好ましく、使用波長が１５５０ｎｍであれば、カットオフ波長λｃは１５００ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、本明細書中におけるカットオフ波長λｃとは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０で定義するファイバカットオフ波長λｃをいう。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０における定義及び測定方法に従うものとする。

次に、光ファイバの波長分散特性を調整し、光ファイバ中の非線形光学効果を利用するために好ましい光ファイバの構造の一例について具体的に説明する。図４は図１に示す光ファイバモジュールに備えられた光ファイバの断面と屈折率プロファイルを模式的に表した概略図である。

光ファイバ１１は、中心コア部１１ａと、中心コア部１１ａの周囲に設けられ中心コア部１１ａよりも屈折率が低い低屈折率コア部１１ｂとを有するコア部と、低屈折率コア部１１ｂの周囲に設けられ低屈折率コア部１１ｂよりも屈折率が高く中心コア部１１ａよりも屈折率が低いクラッド部１１ｃと、被覆部１１ｄとを備える。中心コア部１１ａは屈折率プロファイルＡ１を有し、低屈折率コア部１１ｂは屈折率プロファイルＡ２を有し、クラッド部１１ｃは屈折率プロファイルＡ３を有する。すなわち、光ファイバ１１は、いわゆるＷ型の屈折率プロファイルを有する。Ｗ型の屈折率プロファイルを有する光ファイバであれば、コア部の直径を１％変化させた場合に波長分散値が１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度変化するように屈折率プロファイルを設計することが容易となる。したがって、光ファイバの長さを０．６％伸ばせば、コアの直径は０．３％だけ変化するので、波長分散値を０．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度変化させることが可能となる。

また、中心コア部１１ａの直径Ｄ１と低屈折率コア部１１ｂの外径Ｄ２との比であるＤ１／Ｄ２が０．３以上０．８５以下であれば、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が小さいことと、１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが小さいことが特によく両立するので好ましい。Ｄ１／Ｄ２はさらに好ましくは０．３以上０．７以下である。

次に、中心コア部１１ａとクラッド部１１ｃとの比屈折率差Δ１および低屈折率コア部１１ｂとクラッド部１１ｃとの比屈折率差Δ２の好ましい値について説明する。Δ１、Δ２は、数式（５）、（６）により定義される。

Δ１＝｛（ｎｆ−ｎ０）／ｎｆ｝×１００ （％） ・・・ （５）
Δ２＝｛（ｎｓ−ｎ０）／ｎｓ｝×１００ （％） ・・・ （６）
ただし、ｎｆは中心コア部１１ａの屈折率最大部の屈折率、ｎｓは低屈折率コア部１１ｂの屈折率最小部の屈折率、ｎ０はクラッド部１１ｃの屈折率である。

比屈折率差Δ１は１．６％以上であれば、有効コア断面積を小さくでき、光学非線形性を高くできるので好ましい。また、比屈折率差Δ１は３．０％以下であれば、カットオフ波長を１５００ｎｍ以下に実現しやすいため、製造性が高くなるので好ましい。また、比屈折率差Δ１は１．８％以上２．９％以下であれば、高い光学非線形性と高い製造性とが高度に両立するので特に好ましい。

一方、比屈折率差Δ２は−０．２％以下であれば、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を小さくし、かつ波長分散スロープも低く設計することが容易になるので好ましい。また、比屈折率差Δ２は−１．２％以上であれば、低屈折率コア部１１ｂの屈折率を低くするために例えばフッ素を多量にドープしなくてもよく、製造性が高くなるので好ましい。また、比屈折率差Δ２は−１％以上−０．５％以下であれば、低い波長分散スロープと高い製造性とが高度に両立するので特に好ましい。

上記では主に光ファイバの波長分散特性を調整するために好ましい光ファイバの構造について説明したが、このような構造の光ファイバを用いて、ブリルアン周波数シフトやその他の屈折率プロファイルに依存する光学特性を調整することももちろん可能である。

次に、光ファイバの被覆部について説明する。光ファイバをボビンに巻く際の巻きピッチは被覆部の外径に依存する。被覆部外径が小さければ細かいピッチで光ファイバを巻くことができるため、同じボビンを使用してより長い光ファイバを収納することが可能である。

ところで、光ファイバに被覆を施す目的は、（１）光ファイバの外表面に傷がついて強度が劣化するのを防止する、（２）光ファイバに外側から応力が加わり、その応力により生じる歪みにより光ファイバの伝送特性が劣化するのを防止する、の２点である。

（１）の目的を果たすためには、被覆には光ファイバの外表面に異物が接触するのを防ぐ程度の厚さが求められる。一方、（２）の目的を果たすためには通常は被覆部を２層構造とし、内層の樹脂のヤング率を低くし、外層の樹脂のヤング率を高くする事によりいわゆるシェル効果で外側からの応力が光ファイバ内部に伝搬するのを防ぐ構造になっている。しかし、本実施の形態１に係る光ファイバにおいて、使用波長におけるＭＦＤを６μｍ以下、直径２０ｍｍで１６回巻いたときに発生する曲げ損失が０．０１ｄＢ以下とすれば、光の閉じ込めを非常に強くすることができる。したがって被覆部を２層構造としなくても伝送特性の劣化が起こらないため、被覆部を（１）の目的で施される１層のみの構造とすることができる。その結果、従来の光ファイバと比較して被覆部の厚さを薄くすることが可能であり、例えば厚さを３０〜４０μｍ程度にできる。つまり、本実施の形態１に係る光ファイバは、光ファイバのクラッドの外径を３０〜６０μｍとした場合、被覆部の外径を７０〜１００μｍとすることができる。

以上説明したように、本実施の形態１に係る光ファイバモジュール１０は、ボビン１２の胴径を変化させて光ファイバ１１の長さが変化するように応力を印加して、光ファイバ１１の光学特性を調整することができるので、光ファイバ１１が設計値と異なる光学特性を有していても、所望の光学特性を実現できる光ファイバモジュールとなる。

（実施例１〜３）
本発明の実施例１〜３として、図１に示すような光ファイバモジュールを作製し、ボビンの胴径を変化させて光ファイバの伸び率を変化させた状態で波長分散特性を測定した。なお、図５は本発明の実施例および比較例で用いた光ファイバの特性を示す図であるが、実施例１〜３の光ファイバモジュールは、光ファイバとしてそれぞれファイバＡ〜Ｃをボビンに一層巻きにしたものである。

図６は、実施例１〜３に係る光ファイバモジュールについて、光ファイバの伸び率と波長１５５０ｎｍにおける波長分散値との関係を示す図であり、図７は、光ファイバの伸び率と零分散波長との関係を示す図である。いずれの光ファイバモジュールにおいても、光ファイバの伸び率を変化させることによって波長分散値および零分散波長を変化させることができ、所望の値に調整することができることが確認された。また、いずれの光ファイバモジュールについても、波長分散値を調整できる範囲は同程度であったが、波長分散スロープが小さいファイバＣを用いた実施例３の光ファイバモジュールについては、零分散波長の調整できる範囲が他の実施例の場合よりも広いという結果が得られた。

（実施例４、比較例１）
本発明の実施例４として、図１に示すような光ファイバモジュールを作製し、ボビンの胴径を変化させて光ファイバの伸び率を変化させた状態でブリルアン周波数シフトを測定した。なお、実施例４の光ファイバモジュールは、光ファイバとして図５に示す特性を有するファイバＡをボビンに一層巻きにしたものである。また、比較例１として、実施例４と同一の光ファイバモジュールにおいて、光ファイバの伸び率が０％の場合のブリルアン周波数シフトを測定した。

図８は、実施例４において光ファイバの伸び率を０．２〜０．６％と変化させた場合と比較例１のブリルアン散乱光の周波数スペクトルを示す図であり、図９は、実施例４と比較例１とにおける光ファイバの伸び率とブリルアン周波数シフトとの関係を示す図である。図８および９に示すように、本実施例に係る光ファイバモジュールは、光ファイバの伸び率を変化させることによって、ブリルアン周波数シフトを変化させることができ、所望の値に調整できることが確認された。また、光ファイバの伸び率が高いほどブリルアン周波数シフトが大きくなることが確認された。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る光ファイバモジュールについて説明する。本実施の形態２に係る光ファイバモジュールは、光ファイバと、光ファイバに張力を印加して光学特性を変化させた状態で光ファイバを胴部に巻きつけて保持するボビンとを備えるものである。

図１０は、本実施の形態２に係る光ファイバモジュールを模式的に表した平面概略図である。図２に示すように、本実施の形態２に係る光ファイバモジュール２０は、光ファイバ２１と、光ファイバ２１を巻きつける胴部２２ａを有するボビン２２とを備える。

ボビン２２は、実施の形態１に係るボビン１２と同様に、胴部２２ａと、鍔部２２ｂと、引き出し穴２２ｃとを備えるが、胴部２２ａの胴径を可変させる機構は備えていない。光ファイバ１１は胴部２２ａに巻きつけられ、一端が引き出し穴２２ｃから引き出される。光ファイバ２１の両端部は光ファイバモジュール２０の内壁に沿って取り回された後、接続部２３において他の光ファイバ２４の一端と接続される。光ファイバ２４のもう一端は穴部２５から光ファイバモジュールの外部に引き出される。光ファイバは例えば汎用のシングルモード光ファイバである。

ボビン２２は、光ファイバ２１を所定の巻きつけ張力で巻きつけた場合、光ファイバ２１の長さを伸ばし、実施の形態１の場合と同様の作用により光学特性を変化させた状態で光ファイバ２１を保持する。従って、光ファイバモジュール２０は、所望の光学特性となるような伸び率となる張力で光ファイバ２１をボビン２２に巻きつきけることにより、光ファイバ２１が設計値と異なる光学特性を有していても、所望の光学特性を実現できる光ファイバモジュールとなる。

なお、光ファイバ２１としては、実施の形態１に係る光ファイバ１１と同様のものを用いることができる。

（実施例５〜１０）
本発明の実施例５〜１０として、図１０に示すような光ファイバモジュールを作製し、光ファイバを所定の張力で巻きつけて保持した状態で波長分散特性を測定した。なお、実施例５〜１０の光ファイバモジュールは、光ファイバとして図５に示す特性を有するファイバＡを、それぞれ約０．２Ｎ、０．４Ｎ、０．６Ｎ、０．８Ｎ、１．０Ｎ、１．２Ｎの張力がかかるように一層巻きにしたものである。

図１１は、実施例５〜１０に係る光ファイバモジュールについて、光ファイバにかかる張力と波長１５５０ｎｍにおける波長分散値との関係を示す図である。いずれの光ファイバモジュールにおいても、光ファイバにかかる張力に応じた波長分散値が得られており、それらはファイバＡに張力をかけて長さを伸ばした状態での屈折率プロファイルから計算した計算値とよく一致した。すなわち、本実施例に係る光ファイバモジュールは、光ファイバを計算により求めた張力がかかった状態で保持することで、波長分散値を所望の値にすることができることが確認された。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る光デバイスについて説明する。本実施の形態３に係る光デバイスは、信号光とポンプ光とが入力されると、非線形光学効果であるFWMにより発生した波長変換光を出力する波長変換光デバイスである。

図１２は、本実施の形態３に係る波長変換光デバイスを模式的に表した概略図である。波長変換光デバイス１００は、実施の形態１に係る光ファイバモジュール１０と、信号光Ｓｉｎとポンプ光Ｓｐとを合波する光合波器３０とを備えるものである。光合波器３０は、入力された信号光Ｓｉｎとポンプ光Ｓｐとを合波して光ファイバモジュール１０に出力する。光ファイバモジュール１０は、合波された信号光Ｓｉｎとポンプ光Ｓｐとから、FWMにより波長変換光Ｓｃを発生させて波長変換光デバイス１００の外部へ出力する。

光ファイバモジュール１０は、これに備えられた光ファイバ１１の長さを変化させて零分散波長λ₀を調整できるので、製造の際に光ファイバ１１の零分散波長λ₀がポンプ光Ｓｐの波長λｐから外れていても、零分散波長λ₀を波長λｐに正確に一致させることができ、波長変換光デバイス１００を広帯域で高効率の波長変換特性を有するものとできる。また、波長変換光デバイス１００の周囲の温度変化により光ファイバ１１の零分散波長λ₀が変化しても、光ファイバ１１の長さを変化させて零分散波長λ₀を波長λｐに正確に一致させることができ、波長変換光デバイス１００の波長変換特性を維持することができる。

（実施例１１）
本発明の実施例１１として、図５に示す零分散波長が１５４１．４ｎｍのファイバＢを備えた実施例２の光ファイバモジュールを用いて波長変換光デバイスを作製した。そして、ポンプ光として波長１５５０ｎｍの光を入力し、信号光を、その波長を変えながら入力し、波長変換光デバイスの波長変換帯域を測定した。この波長変換帯域の測定は、ファイバＢが巻かれるボビンの胴径を変化させることにより波長変換光デバイスの零分散波長を変化させて行った。なお、波長変換帯域とは、信号光の波長を変化させた場合に、ポンプ光の波長１５５０ｎｍの短波長側と長波長側において、波長変換効率が最大値から３ｄＢだけ低下する２つの信号光の波長の間の差によって表される。

図１３は、実施例１１の波長変換光デバイスにおいて、ポンプ光の波長λｐと波長変換光デバイスの零分散波長λ₀との差と、波長変換帯域との関係を示す図である。なお、図１３には、ファイバＢにかかる張力から計算した波長変換帯域の計算値も示した。図１３に示すように、波長変換帯域は波長λｐと零分散波長λ₀との差に応じて変化し、この差が零になったときに波長変換帯域は最大値となった。このときのファイバＢにかかる張力は約０．２４Ｎであった。この結果から、本実施例に係る波長変換光デバイスは、零分散波長λ₀を調整してポンプ光の波長λｐと一致させることにより、広い波長変換帯域を確保することができることが確認された。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る光ファイバモジュールについて説明する。本実施の形態４に係るファイバモジュールは、ブリルアン周波数シフトを利用してFTTHシステムの線路内の故障位置を探査する監視システムにおいて用いられる線路監視用の光ファイバモジュールである。

図１４は、本実施の形態４に係る光ファイバモジュールを用いたFTTHシステムの監視システムの構成を示すブロック図である。

この監視システム２００は、電話局などの端局側に備えられ光信号を送受信するＯＬＴ（Optical Line Terminal）４０と、ＯＬＴ４０から送信された光信号をｎ分岐（ｎは２以上の整数）する光スプリッタ５０と、加入者側に備えられ光信号を送受信するＯＮＵ（Optical Network Unit）６０−１〜６０−ｎと、ＯＬＴ４０、光スプリッタ５０、ＯＮＵ６０−１〜６０−ｎの間を接続する光ファイバからなる光線路と、光スプリッタ５０とＯＮＵ６０−１〜６０−ｎとを接続する光線路内のＯＮＵ６０−１〜６０−ｎの手前に挿入された本実施の形態４に係る光ファイバモジュール７０−１〜７０−ｎと、端局から所定の距離にある区間の光線路中の光ファイバ内で発生したブリルアン散乱光を測定するためのＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）８０とから構成される。

各光線路の光ファイバのブリルアン周波数シフトの値はνである。また、光ファイバモジュール７０−１〜７０−ｎは同一のブリルアン周波数を有する光ファイバを用いているが、光ファイバに所定の応力を印加して長さを変化させることにより、ブリルアン周波数シフトが相互に異なる値ν１〜νｎとなるように調整したものである。図１５は図１４に示す監視システムにおいて光線路中の光ファイバおよび光ファイバモジュール７０−１〜７０−ｎのブリルアン散乱光の周波数スペクトル（ブリルアン散乱スペクトル）を模式的に示す図である。

ＢＯＴＤＲ８０により区間ａを観測した場合、得られるブリルアン散乱スペクトルは周波数νにピークを有するものである。一方、区間ａとｂとを観測した場合、区間ｂには光ファイバモジュール７０−２が含まれるので、得られるブリルアン散乱スペクトルは周波数νとν２にピークを有するものが重ね合わせられたものである。同様に、区間ａ〜ｃを観測した場合、得られるブリルアン散乱スペクトルは周波数ν、ν１、ν２にピークを有するものが重ね合わせられたものである。その結果、光スプリッタ５０とＯＮＵ６０−１〜６０−ｎとを接続する光線路に断線などの異常がある場合、ブリルアン散乱スペクトルにおける周波数ν１〜νｎのピークのうち、異常がある光線路に挿入された光ファイバモジュールに対応するピークが観測されなくなる。したがって、ＢＯＴＤＲ８０によって光線路の各区間を観測することにより、異常がある光線路を特定することが可能となる。

光ファイバモジュール７０−１〜７０−ｎは、同一のブリルアン周波数シフトを有する光ファイバに所定の応力を印加することにより、光ファイバの屈折率、密度、ポアソン比を変化させて、ブリルアン周波数シフトが相互に異なる値ν１〜νｎとなるように調整したものである。したがって、ブリルアン周波数シフトが相互に異なるように屈折率プロファイルなどを設計して製造した光ファイバを用いる場合と比較して、光ファイバの設計や製造の工程数を省略化でき、しかも監視システムの性能を劣化させることはない。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る光デバイスについて説明する。本実施の形態５に係る光デバイスは、実施の形態３と同様に波長変換光デバイスであるが、波長分散特性とブリルアン周波数シフトとを同時に調整しているものである。

図１６は、本発明の実施の形態５に係る波長変換光デバイスを模式的に表した概略図である。この波長変換光デバイス３００は、実施の形態１に係る光ファイバモジュール１０と同様の構成を有する光ファイバモジュール１０−１〜１０−３を縦列接続したものと、信号光Ｓｉｎとポンプ光Ｓｐとを合波する光合波器３０とを備えるものである。この波長変換光デバイス３００においては、実施の形態３に係る波長変換光デバイス１００と同様に、光合波器３０が、入力された信号光Ｓｉｎとポンプ光Ｓｐとを合波して光ファイバモジュール１０−１〜１０−３に出力し、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３は、合波された信号光Ｓｉｎとポンプ光Ｓｐとから、FWMにより波長変換光Ｓｃを発生させて、波長変換光デバイス３００の外部へ出力する。

ここで、波長変換光デバイス３００は、各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３の零分散波長がいずれもポンプ光Ｓｐの波長λｐに一致し、ブリルアン周波数シフトが互いに異なるものなので、極めて広帯域で高効率の波長変換特性を有するとともに、より光強度の高い波長変換光Ｓｃを出力できるものである。以下、具体的に説明する。なお、各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３の備える各光ファイバを、それぞれ光ファイバ１１−１〜１１−３と表記する。

図１７は、図１６に示す波長変換光デバイスの波長分散特性について説明する図である。なお、図１７において、横軸は、光ファイバ１１−１〜１１−３の長さを示し、区間ａ１が光ファイバ１１−１、区間ａ２が光ファイバ１１−２、区間ａ３が光ファイバ１１−３をそれぞれ示す。また、縦軸は、ポンプ光Ｓｐの波長λｐにおける波長分散値を示す。

光ファイバ１１−１は、伸び率が０％の場合の波長λｐにおける波長分散値が、図１７に線Ｌ１で示すように０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのものとする。また、伸び率が０％の場合のブリルアン周波数シフトは、たとえば９．６３ＧＨｚである。

一方、光ファイバ１１−２、１１−３は、光ファイバ１１−１と同一のコア母材を用いて製造した光ファイバであって、光ファイバの線引き条件を調整することによって、伸び率が０％の場合の波長λｐにおける波長分散値を、図１７にそれぞれ線Ｌ２１または線Ｌ３１で示すような所定の正の値としたものである。また、光ファイバ１１−２、１１−３の伸び率が０％の場合のブリルアン周波数シフトは、光ファイバ１１−１と同一のコア母材を用いているので、いすれも光ファイバ１１−１と同一の９．６３ＧＨｚである。

ここで、光ファイバモジュール１０−１において、光ファイバ１１−１は、伸び率が０％でボビンに巻かれている。その結果、光ファイバモジュール１０−１の波長分散値は、線Ｌ１で示す０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのままであり、ブリルアン周波数シフトも９．６３ＧＨｚのままである。

一方、光ファイバモジュール１０−２において、光ファイバ１１−２は、所定の伸び率でボビンに巻かれている。その結果、光ファイバモジュール１０−２の波長分散値は、線Ｌ２１で示す値から、線Ｌ２２で示す０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍにシフトする。一方、ブリルアン周波数シフトも、９．６３ＧＨｚから高周波数側にシフトする。

同様に、光ファイバモジュール１０−３において、光ファイバ１１−３は、光ファイバ１１−２の場合よりも大きい所定の伸び率でボビンに巻かれている。その結果、光ファイバモジュール１０−３の波長分散値は、線Ｌ３１で示す値から、線Ｌ３２で示す０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍにシフトする。一方、ブリルアン周波数シフトも、９．６３ＧＨｚから、光ファイバ１１−２の場合よりもさらに高周波数側にシフトする。

したがって、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３は、ブリルアン周波数シフトが互いに異なるものとなるが、零分散波長がいずれもポンプ光Ｓｐの波長λｐに一致する。

その結果、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３を縦列接続した波長変換光デバイス３００は、光ファイバ１１−１〜１１−３の合計の長さと同じ長さを有し、光ファイバ１１−１と同一の特性を有する参照光ファイバと比較して、ブリルアン散乱スペクトルのピーク強度が低くなるので、誘導ブリルアン散乱の閾値が低くなる。その一方で、波長変換効率については、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３のそれぞれの零分散波長がいずれもポンプ光Ｓｐの波長λｐに一致するので、参照光ファイバと比較して低下しない。

すなわち、波長変換光デバイス３００は、波長変換効率を維持しながら、より光強度の高いポンプ光Ｓｐを入力できるものなので、より光強度の高い波長変換光Ｓｃを出力できる。したがって、波長変換光デバイス３００は、実施の形態３に係る波長変換光デバイス１００と同様に、極めて広帯域で高効率の波長変換特性を有するとともに、より光強度の高い波長変換光Ｓｃを出力できる。

なお、この波長変換光デバイス３００は、たとえば以下のようにして実現できる。まず、光ファイバ１１−１として、図５に示す零分散波長が１５４１．７ｎｍのファイバＡを用いる。つぎに、光ファイバ１１−２として、ファイバＡと同一のコア母材を用いて製造した光ファイバであって、光ファイバの線引き条件を調整することによって、伸び率が０％の場合の波長１５４１．７ｎｍにおける波長分散値を約０．１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとしたものを用いる。同様に、光ファイバ１１−３として、伸び率が０％の場合の波長１５４１．７ｎｍにおける波長分散値を約０．３２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとしたものを用いる。なお、光ファイバ１１−１〜１１−３は同一の長さとする。

つぎに、光ファイバモジュール１０−１において、光ファイバ１１−１を伸び率が０％となるような巻き張力でボビンに巻く。その結果、光ファイバモジュール１０−１の波長分散値は、波長１５４１．７ｎｍにおいて０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなる。また、光ファイバモジュール１０−１のブリルアン周波数シフトについては、図８の比較例１に示すように約９．６３ＧＨｚである。

つぎに、光ファイバモジュール１０−２において、光ファイバ１１−２を伸び率が０％となるような巻き張力でボビンに巻いたのちに、ボビンの胴径を拡張して、伸び率が０．３％で巻かれた状態で保持する。その結果、光ファイバモジュール１０−２の波長分散値は、波長１５４１．７ｎｍにおいて０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍにシフトする。一方、光ファイバモジュール１０−２のブリルアン周波数シフトは、約９．６３ＧＨｚから約９．７２ＧＨｚにシフトする。

同様に、光ファイバモジュール１０−３において、光ファイバ１１−３を伸び率が０％となるような巻き張力でボビンに巻いたのちに、ボビンの胴径を拡張して、伸び率が０．６％で巻かれた状態に保持する。その結果、光ファイバモジュール１０−３の波長分散値は、波長１５４１．７ｎｍにおいて０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍにシフトする。一方、光ファイバモジュール１０−３のブリルアン周波数シフトは、約９．６３ＧＨｚから約９．８２ＧＨｚにシフトする。

ここで、ポンプ光Ｓｐの波長λｐの値を１５４１．７ｎｍとすると、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３の各零分散波長は、いずれもポンプ光Ｓｐの波長λｐと一致し、波長変換光デバイス３００において、極めて広帯域で高効率の波長変換特性が実現される。さらに、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３の各ブリルアン周波数シフトは、約９．６３ＧＨｚ、９，７２ＧＨｚ、９．８２ＧＨｚと互いに異なるものとなり、しかも図８に示すように、各ブリルアン散乱スペクトルの半値全幅は０．６ＭＨｚ程度あるから、各ブリルアン周波数シフトは十分に離隔しており、誘導ブリルアン散乱の閾値は、光ファイバ１１−１〜１１−３の合計の長さと同一の長さのファイバＡに比べて１／３程度にまで低くなる。

（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６に係る光デバイスについて説明する。本実施の形態６に係る光デバイスは、ＳＣ光発生用光デバイスであるが、実施の形態３に係る波長変換光デバイスと同様に、波長分散特性とブリルアン周波数シフトとを同時に調整しているものである。

本実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスは、実施の形態３に係る波長変換光デバイス３００と同様の構成を有するので、同様の符号を用いて説明する。すなわち、本実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスは、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３を縦列接続して構成したものである。そして、光ファイバモジュール１０−１から所定の光パルス列を入力し、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３においてＳＣ光を発生、成長させて、光ファイバモジュール１０−３から出力するものである。

ここで、本実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスは、各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３に備えた光ファイバ１１−１〜１１−３の、光パルス列の中心波長における波長分散値が、いずれも負値であり、かつ各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３ごとに段階的に減少しているので、極めて広帯域でノイズの少ないＳＣ光を高効率で出力できるものである。以下、具体的に説明する。

図１８は、本実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスの波長分散特性について説明する図である。なお、図１８において、横軸は、光ファイバ１１−１〜１１−３の長さを示し、区間ａ４が光ファイバ１１−１、区間ａ５が光ファイバ１１−２、区間ａ６が光ファイバ１１−３をそれぞれ示す。また、縦軸は、光パルス列の中心波長における波長分散値を示す。

光ファイバ１１−１〜１１−３は、同一種類の光ファイバであって、伸び率が０％の場合の光パルス列の中心波長における波長分散値は、図１８にそれぞれ線Ｌ４、Ｌ５１、Ｌ６１で示す負の値のものとする。また、伸び率が０％の場合のブリルアン周波数シフトは、たとえばいずれも９．６３ＧＨｚである。

ここで、光ファイバモジュール１０−１において、光ファイバ１１−１は、伸び率が０％でボビンに巻かれている。その結果、光ファイバモジュール１０−１の波長分散値およびブリルアン周波数シフトは、光ファイバ１１−１と同様の値である。

一方、光ファイバモジュール１０−２において、光ファイバ１１−２は、所定の伸び率でボビンに巻かれている。その結果、光ファイバモジュール１０−２の波長分散値は、線Ｌ５１で示す値から、線Ｌ５２で示す値にシフトする。一方、ブリルアン周波数シフトも、９．６３ＧＨｚから高周波数側にシフトする。

同様に、光ファイバモジュール１０−３において、光ファイバ１１−３は、光ファイバ１１−２の場合よりも大きい所定の伸び率でボビンに巻かれている。その結果、光ファイバモジュール１０−３の波長分散値は、線Ｌ６１で示す値から、線Ｌ６２で示す値にシフトする。一方、ブリルアン周波数シフトも、９．６３ＧＨｚから、光ファイバ１１−２の場合よりもさらに高周波数側にシフトする。

その結果、各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３は、光パルス列の中心波長における波長分散値がいずれも負値であり、かつ各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３ごとに段階的に減少している。それとともに、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３の零分散波長も、各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３ごとに段階的に長くなる。

ここで、本実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスにおいてＳＣ光が発生する様子について説明する。図１９は、本実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスにおいてＳＣ光が発生する様子を示す図である。光ファイバモジュール１０−１〜１０−３の零分散波長は、それぞれλ₀₄、λ₀₅、λ₀₆とする。

はじめに、光ファイバモジュール１０−１に、中心波長λＣの光パルス列が入力すると、区間ａ４の入力端では、光パルス列のスペクトルはスペクトルＳ１であるが、区間ａ４の出力端では、光パルス列のスペクトルは、光ファイバ１１−１内のＳＰＭなどの非線形光学効果によって幅が広がり、スペクトルＳ２となる。本実施の形態６においては、光ファイバ１１−１の光学非線形性および伸び率の調整によって、スペクトルＳ２の長波長側の端部の波長がλ₀₄よりも長くならないようにしているので、スペクトルＳ２が零分散波長λ₀₄と交差せず、ＳＣ光のノイズの原因となるＦＷＭ光が発生しない。

同様に、光ファイバモジュール１０−２に、スペクトルＳ２を有する光パルス列が入力すると、区間ａ５の入力端では、光パルス列のスペクトルはスペクトルＳ２であるが、区間ａ５の出力端では、光パルス列のスペクトルは幅が広がり、スペクトルＳ３となる。ここで、上記と同様に、光ファイバ１１−２の調整によって、スペクトルＳ３の長波長側の端部の波長がλ₀₅よりも長くならないようにしているので、スペクトルＳ３が零分散波長λ₀₅と交差せず、ＦＷＭ光が発生しない。

同様に、光ファイバモジュール１０−３に、スペクトルＳ３を有する光パルス列が入力すると、区間ａ６の入力端では、光パルス列のスペクトルはスペクトルＳ３であるが、区間ａ６の出力端では、光パルス列のスペクトルはスペクトルＳ４となる。ここで、上記と同様に、光ファイバ１１−３の調整によって、スペクトルＳ４の長波長側の端部の波長がλ₀₆よりも長くならないようにしているので、スペクトルＳ４が零分散波長λ₀₆と交差せず、ＦＷＭ光が発生しない。

したがって、本実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスは、光ファイバモジュール１０−１〜１０−３のいずれにおいても、ＳＣ光のノイズの原因となるＦＷＭ光が発生しないので、ノイズの少ないＳＣ光を高効率で出力できるものとなる。それとともに、実施の形態５の場合と同様に、各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３は、ブリルアン周波数シフトが互いに異なる。その結果、本実施の形態６に係るＳＣ光発生用光デバイスは、より光強度の高い光パルス列を入力できるので、より光強度が高く広帯域のＳＣ光を発生できる。

なお、図２０は、実施の形態６の変形例に係るＳＣ光発生用光デバイスの波長分散特性を示す図である。図２０において、横軸および縦軸は、図１８と同様である。図２０に示すように、各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３に備えた光ファイバ１１−１〜１１−３の光パルス列の中心波長における波長分散値が、線Ｌ４２、５３、６３に示すように、いずれも負値であり、かつ各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３ごとに連続して減少しているＳＣ光発生用デバイスでも、実施の形態６と同様に、極めて広帯域でノイズの少ないＳＣ光を高効率で出力できるものとなる。このように、波長分散値を連続的に減少させるには、たとえば、各光ファイバモジュール１０−１〜１０−３において、巻き張力を連続的に変化させながら光ファイバ１１−１〜１１−３をボビンに巻き、巻き張力が緩和しないように、樹脂等で光ファイバ１１−１〜１１−３を固定すればよい。

また、実施の形態６およびその変形例は、光パルス列の中心波長における波長分散値がいずれも負値であるから、正常分散領域においてＳＣ光を発生させるものである。しかし、実施の形態６のさらなる変形例として、光ファイバ１１−１〜１１−３の光パルス列中心波長における波長分散値が、長手方向のいずれかの位置において正値から負値に変化するように波長分散特性を調整したＳＣ光発生用光デバイスであれば、異常分散領域において、より光強度が高く広帯域のＳＣ光を発生させるものとなる。

また、上記各実施の形態において、ボビンとして、図２１に示すものを用いてもよい。図２１は、本発明に係る光ファイバモジュールに備えられたボビンの別の実施の形態を模式的に表した側面概略図である。このボビン１６は、図２に示すボビン１２と同様の構造を有するが、胴部が胴部１６ａａ、１６ａｂ、１６ａｃの三段に分離しており、各胴部１６ａａ〜１６ａｃの胴径がハンドル１６ｄによって連動して変化するものであり、ボビン１６を３つ備える場合よりも、光ファイバモジュールを小型化できる。なお、胴径を変化させるハンドルを各胴部１６ａａ〜１６ａｃに対応させて設け、各胴部１６ａａ〜１６ａｃの胴径を個別に変化させてもよい。

また、上記各実施の形態に係る光ファイバモジュールでは、保持手段としてボビンにより光ファイバの長さを伸ばした状態で保持し、また応力可変機構としてボビンの胴径を変えることにより光ファイバに応力を印加して長さを変化させた。しかし、光ファイバの保持手段として、光ファイバに張力を印加した状態で両端を固定する固定治具を備えた保持手段でもよい。また、応力印加機構としては、前記の固定治具を移動させることにより光ファイバの長さを変化させる固定治具移動機構でもよい。

以上のように、本発明に係る光ファイバモジュールおよび光デバイスは、光ファイバ通信システムやFTTHシステムの監視システムなどに好適に利用できる。

Claims (16)

1. 光ファイバと、
   前記光ファイバの長さが変化するように応力を印加して前記光ファイバの光学特性を調整する応力印加機構と、
   を備えることを特徴とする光ファイバモジュール。
2. 光ファイバと、
   前記光ファイバの長さを伸ばして光学特性を変化させた状態で前記光ファイバを保持する保持手段と、
   を備えることを特徴とする光ファイバモジュール。
3. 前記保持手段は、前記光ファイバの長さが変化するように応力を印加して前記光ファイバの光学特性を調整する応力印加機構を備えることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバモジュール。
4. 前記保持手段は、前記光ファイバを巻きつける胴部を有するボビンであることを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバモジュール。
5. 前記応力印加機構は、前記光ファイバを巻きつける胴部を有するボビンの前記胴部の直径を変える胴部直径可変機構であることを特徴とする請求項１または３に記載の光ファイバモジュール。
6. 前記光ファイバは、前記ボビンの胴部に一層巻きにされていることを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバモジュール。
7. 前記光ファイバは石英系ガラスからなるものであり、コア部の周囲に前記コア部よりも屈折率が低く外径が３０μｍ以上６０μｍ以下のクラッド部を備えるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバモジュール。
8. 前記光ファイバは前記クラッド部の周囲に外径が７０μｍ以上１００μｍ以下の被覆部を備えるものであることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバモジュール。
9. 前記光ファイバにかかる応力は、前記光ファイバの長さが０．６％だけ伸びるのに必要な応力以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の光ファイバモジュール。
10. 前記光ファイバは、直径２０ｍｍで１６回巻いたときに発生する波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が０．０１ｄＢ以下のものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ファイバモジュール。
11. 前記光学特性は波長分散特性であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光ファイバモジュール。
12. 前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバモジュール。
13. 前記光ファイバは、
    中心コア部と、
    前記中心コア部の周囲に設けられ前記中心コア部より屈折率が低い低屈折率コア部と、 を有するコア部と、
    前記低屈折率コア部の周囲に設けられ前記低屈折率コア部より屈折率が高く前記中心コア部より屈折率が低いクラッド部と、
    を備え、前記中心コア部の直径と前記低屈折率コア部の外径との比は０．３以上０．８５以下であり、前記中心コア部とクラッド部との比屈折率差は１．６％以上３．０％以下であり、前記低屈折率コア部とクラッド部との比屈折率差は−１．２％以上−０．２％以下であることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバモジュール。
14. 前記光学特性はブリルアン散乱光におけるブリルアン周波数シフトであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の光ファイバモジュール。
15. 請求項１〜１４のいずれか一つに記載の光ファイバモジュールを少なくとも１つ備えることを特徴とする光デバイス。
16. 前記光ファイバモジュールを複数備え、前記各光ファイバモジュールが備える各光ファイバは、互いに異なる光学特性を有することを特徴とする請求項１５に記載の光デバイス。

Images