JPWO2008093870A1 - 光伝送システムおよび分散補償光ファイバ - Google Patents

光伝送システムおよび分散補償光ファイバ Download PDF

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Abstract

光伝送路として光ファイバを用いた光伝送システムであって、前記光伝送路は、中心に位置するコア部と、前記コア部の外周に位置し、該コア部の周囲に周期的に配置した複数の空孔を有するクラッド部とを備えるホーリーファイバと、前記ホーリーファイバに隣接して接続し、Ｏバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、およびＬバンドのうちいずれか２以上の波長帯域内の各使用波長における前記ホーリーファイバの波長分散を伝送速度に応じた所定の範囲内に一括して補償する分散補償光ファイバと、を備える。これによって、広帯域で大容量の長距離光伝送を実現できる光伝送システムを提供する。

Description

本発明は、光伝送路として光ファイバを用いた光伝送システムおよびこれに用いる分散補償光ファイバに関するものである。
ホーリーファイバ（Ｈｏｌｙ Ｆｉｂｅｒ）は、中心に位置するコア部と、コア部の外周に位置し、コア部の周囲に周期的に配置した複数の空孔を有するクラッド部とを備え、空孔によってクラッド部の平均屈折率を下げ、光の全反射の原理を利用してコア部に光を伝送させる新しいタイプの光ファイバである。このホーリーファイバは、空孔を用いて屈折率を制御することによって、従来の光ファイバでは実現不可能なＥｎｄｌｅｓｓｌｙ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ（ＥＳＭ）等の特異な特性を実現可能である。なお、ＥＳＭとは、カットオフ波長が存在せず、全ての波長の光がシングルモードで伝送することを意味する。すなわち、ホーリーファイバは、従来の光伝送システムにおいて主に使用される伝送波長帯域である波長１４６０〜１５３０ｎｍであるＳバンド、波長１５３０〜１５６５ｎｍであるＣバンド、波長１５６５〜１６１０ｎｍであるＬバンドだけでなく、波長１２６０〜１３６０ｎｍであるＯバンド、波長１３６０〜１４６０ｎｍであるＥバンドのいずれの波長帯域の信号光もシングルモードで伝送でき、広帯域にわたって伝送速度の速い光伝送を可能にする。
従来、上記のホーリーファイバの広帯域特性を利用して広帯域光伝送実験を行った結果が報告されている（非特許文献１、２参照）。また、ホーリーファイバと分散補償光ファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）とを組み合わせて長さ１００ｋｍの光伝送路を構成し、伝送速度が１０Ｇｂ／ｓの分散マネージメントソリトン伝送実験を行った結果が報告されている（非特許文献３参照）。
K.Nakajima et al., "Ultra wide band 190Gbit/s WDM transmission over a long length and low loss PCF", Proc. OFC PDP23 (2004). K.Ieda et al., "Visible to Infrared WDM transmission over PCF", ECOC2006-Tu3.3.4(2006) K. Kurokawa, et al., "Penalty-Free Dispersion-Managed Soliton Transmission over 100km Low Loss PCF", Proc. OFC PDP21 (2005).
しかしながら、非特許文献１、２においては、ホーリーファイバが有する大きな波長分散を補償せずに光伝送を行っており、伝送速度は高速なものではなく、伝送距離も短かった。一方、非特許文献３においては、分散補償光ファイバを用いてホーリーファイバの波長分散を補償しているが、光伝送に使用している使用波長帯域がＣバンドのみであり、ホーリーファイバの広帯域特性を活用したものではなかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域で大容量の長距離光伝送を実現できる光伝送システムおよび分散補償光ファイバ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、本発明に係る光伝送システムは、光伝送路として光ファイバを用いた光伝送システムであって、前記光伝送路は、中心に位置するコア部と、前記コア部の外周に位置し、該コア部の周囲に周期的に配置した複数の空孔を有するクラッド部とを備えるホーリーファイバと、前記ホーリーファイバに隣接して接続し、Ｏバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、およびＬバンドのうちいずれか２以上の波長帯域内の各使用波長における前記ホーリーファイバの波長分散を伝送速度に応じた所定の範囲内に一括して補償する分散補償光ファイバと、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記分散補償光ファイバは、前記光伝送路の平均波長分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下になるように前記ホーリーファイバの波長分散を補償することを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記分散補償光ファイバは、前記光伝送路の平均波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下になるように前記ホーリーファイバの波長分散を補償することを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記ホーリーファイバは、前記各使用波長における有効コア断面積が４５μｍ2以上であることを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記ホーリーファイバは、前記各使用波長における有効コア断面積が６０μｍ2以上であることを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記ホーリーファイバが有する複数の空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、Λは８〜１２μｍであるとともに、
ｄ／Λ＝０．３５〜０．６５
なる関係が成り立つことを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記複数の空孔が前記コア部を囲むように形成する正六角形状の層の数は３〜７であることを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記分散補償光ファイバは、前記各使用波長のうち最短の波長よりも短いカットオフ波長を有することを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記分散補償光ファイバのカットオフ波長は１３６０ｎｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記分散補償光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の波長分散値を有することを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記分散補償光ファイバの波長分散曲線は、波長１３００〜１８００ｎｍにおいて分散スロープが負値から正値に変わる変曲点を有することを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記分散補償光ファイバは、中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、前記内側コア層の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記内側コア層よりも屈折率が高い外側コア層と、前記外側コア層の外周に形成され前記内側コア層よりも屈折率が高くかつ前記外側コア層よりも屈折率が低いクラッド層と、を有し、前記中心コア部の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ１が１．４〜３．０％であり、前記内側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ２が−１．０〜−０．１％であり、前記外側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ３が０．１〜０．５％であり、前記中心コア部の形状を規定するα値が１．５以上であり、前記外側コア層の外径に対する前記中心コア部の直径の比ａ／ｃが０．１〜０．４であり、前記外側コア層の外径に対する前記内側コア層の外径の比ｂ／ｃが０．３〜０．９であることを特徴とする。
また、本発明に係る分散補償光ファイバは、中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、前記内側コア層の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記内側コア層よりも屈折率が高い外側コア層と、前記外側コア層の外周に形成され前記内側コア層よりも屈折率が高くかつ前記外側コア層よりも屈折率が低いクラッド層と、を有し、前記中心コア部の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ１が１．４〜３．０％であり、前記内側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ２が−１．０〜−０．１％であり、前記外側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ３が０．１〜０．５％であり、前記中心コア部の形状を規定するα値が１．５以上であり、前記外側コア層の外径に対する前記中心コア部の直径の比ａ／ｃが０．１〜０．４であり、前記外側コア層の外径に対する前記内側コア層の外径の比ｂ／ｃが０．３〜０．９であることを特徴とする。
本発明に係る光伝送システムは、光伝送路が、ホーリーファイバと、前記ホーリーファイバに隣接して接続し、Ｏバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、およびＬバンドのうちいずれか２以上の波長帯域内の各使用波長における前記ホーリーファイバの波長分散を伝送速度に応じた所定の範囲内に一括して補償する分散補償光ファイバと、を備えるので、ホーリーファイバの波長分散が極めて広い波長帯域にわたって補償されるため、ホーリーファイバの広帯域特性を活用した、広帯域で大容量の長距離光伝送を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に係る光伝送システムのブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るＨＦの断面を模式的に示した断面図である。 図３は、図２に示したＨＦの波長分散特性を示す図である。 図４は、図２に示したＨＦの波長分散特性を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るＤＣＦの波長分散特性を示す図である。 図６は、図２に示したＨＦ、およびこのＨＦと図５に示したＤＣＦとを接続して構成した光伝送路の伝送路全体での平均の分散曲線をそれぞれ示す図である。 図７は、本発明の実施の形態に係るＤＣＦの断面と対応する屈折率プロファイルを模式的に示す図である。 図８は、本発明のその他の実施の形態に係るＤＣＦの設計パラメータおよび光学特性を示す図である。 図９は、本発明の他の実施の形態に係るＨＦの光学特性を示す図である。 図１０は、本発明に係るＨＦと従来のシングルモード光ファイバの有効コア断面積の波長特性を示す図である。 図１１は、従来のＣバンド用ＤＣＦと本発明の実施の形態に係るＨＦとを組み合わせた場合の分散曲線を示す図である。 図１２は、各実施例において用いる共通のＨＦの波長分散特性と、伝送損失特性とを示す図である。 図１３は、実施例１、２のＤＣＦの屈折率プロファイルを特定する設計パラメータおよび計算した波長１５５０ｎｍにおける光学特性を示す図である。 図１４は、各実施例において用いる共通のＨＦおよび実施例２のＤＣＦの分散曲線、ならびにこれらのＨＦとＤＣＦとを接続して構成した光伝送路の伝送路全体での平均の分散曲線である残留分散曲線をそれぞれ示す図である。 図１５は、実施例１、２のＤＣＦの諸特性の測定結果を示す図である。 図１６は、実施例１、２のＤＣＦの伝送損失の各波長における測定結果を示す図である。 図１７は、実施例１、２の光伝送路の残留分散曲線を示す図である。 図１８は、空孔層の数が異なるＨＦにおける、層数と、光伝搬の基底モードおよび高次モードの閉じ込め損失、ならびに基底モードの曲げ損失との関係を示す図である。
符号の説明
１−１〜１−ｎ 光伝送路
２ 光送信器
３ 光受信器
４−１〜４−ｎ−１ 光中継器
１０ 光伝送システム
１１、１１−１〜１１−ｎ ＨＦ
１１ａ コア部
１１ｂ クラッド部
１１ｃ 空孔
１２、１２−１〜１２−ｎ ＤＣＦ
１２ａ 中心コア部
１２ｂ 内側コア層
１２ｃ 外側コア層
１２ｄ クラッド層
Ｃ−１〜Ｃ−ｎ 接続点
以下に、図面を参照して本発明に係る光伝送システムおよび分散補償光ファイバ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。また、以下ではホーリーファイバをＨＦ、分散補償光ファイバをＤＣＦと記載する。また、本明細書においては、曲げ損失とは、光ファイバを直径２０ｍｍで１６周巻いた条件での曲げ損失を意味する。また、カットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するファイバカットオフ波長をいう。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．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る光伝送システムのブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る光伝送システム１０は、光信号を送信する光送信器２と、光送信器２が送信した光信号を再生中継する光中継器４−１〜４−ｎ−１と、光中継器４−ｎ−１が再生中継した光信号を受信する光受信器３と、光送信器２と光中継器４−１〜４−ｎ−１と光受信器３とを接続して光信号を伝送する光伝送路１−１〜１−ｎとを備える。なお、ｎは２以上の整数である。
光伝送路１−１〜１−ｎは、ＨＦ１１−１〜１１−ｎと、ＨＦ１１−１〜１１−ｎに接続点Ｃ−１〜Ｃ−ｎにおいて接続するＤＣＦ１２−１〜１２−ｎとを備える。なお、光伝送路１−１〜１−ｎの、ＨＦ１１−１〜１１−ｎとＤＣＦ１２−１〜１２−ｎ以外の部分は標準のシングルモード光ファイバなどからなる。
図２は、本実施の形態に係るＨＦ１１の断面を模式的に示した断面図である。なおＨＦ１１−１〜１１−ｎは、いずれもＨＦ１１と同様のものである。図２に示すように、このＨＦ１１は、中心に位置するコア部１１ａと、コア部１１ａの外周に位置するクラッド部１１ｂとを備える。クラッド部１１ｂは、コア部１１ａの周囲に周期的に配置した複数の空孔１１ｃを有する。なお、コア部１１ａとクラッド部１１ｂとは石英系ガラスからなる。また、空孔１１ｃは、三角格子Ｌを形成するように配置され、空孔１１ｃの直径をｄ［μｍ］、三角格子Ｌの格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λ＝約０．５（０．３５〜０．６５）なる関係が成り立っている。また、空孔１１ｃは、三角格子Ｌを形成するように配置されているので、コア部１１ａを囲むように正六角形状の層を形成している。ＨＦ１１においてはこの空孔層の数は５である。その結果、ＨＦ１１は、非特許文献１、２等に開示されたものと同様に、実効的にＥＳＭ特性を有する。すなわち、ＨＦ１１は、ＯバンドからＬバンドのいずれの波長帯域の信号光もシングルモードで伝送できる広帯域特性を有する。なお、ｄ／Λは０．５に近いほど好ましく、０．３５〜０．６５であれば同様の効果が得られる。さらに、このＨＦ１１は、Λが１０μｍであることによって、たとえば波長１５５０ｎｍにおいて有効コア断面積Ａｅｆｆが１１４．６μｍ2と大きくなるとともに曲げ損失が１．６ｄＢ／ｍと小さくなるので、光学非線形性が小さく、ケーブル化に適した光ファイバとなる。なお、波長１５５０ｎｍにおける実効屈折率ｎｅｆｆは１．４４２７３である。また、上述のＨＦ１１の各光学特性は、Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）シミュレーションによる計算結果である。
図３、４は、ＨＦ１１の波長分散特性を示す図である。図３、４に示すように、ＨＦ１１の波長分散特性を示す分散曲線は、波長が長くなるにしたがって傾きが緩やかになっている。なお、ＨＦ１１の波長１５５０ｎｍにおける波長分散値は２８．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ値は０．０６８１ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍである。
一方、図５は、本実施の形態に係るＤＣＦ１２の波長分散特性を示す図である。なお、ＤＣＦ１２−１〜１２−ｎは、いずれもＤＣＦ１２と同様のものである。図５に示すように、このＤＣＦ１２は、少なくともＯバンドの一部からＬバンドにわたって波長分散値が−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散値が−２５５．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ値が−０．６７５ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ、波長分散値を分散スロープ値で除算した値であるＤＰＳは３７８ｎｍである。さらに、ＤＣＦ１２の波長分散特性を示す分散曲線は、波長１５９０ｎｍにおいて分散スロープが負値から正値に変わる変曲点を有する。その結果、ＤＣＦ１２の分散曲線は、変曲点よりも長波長側において、正値の分散スロープを有するような形状となる。
図６は、ＨＦ１１、およびＨＦ１１とＤＣＦ１２とを接続して構成した光伝送路１の伝送路全体での平均の分散曲線を示す図である。なお、符号Ｃ１はＨＦ１１の分散曲線、符号Ｃ２は光伝送路１の分散曲線をそれぞれ示す。また、ＨＦ１１の長さは１００ｋｍ、ＤＣＦ１２の長さは１１．１ｋｍである。図６に示すように、光伝送路１の分散曲線は、ＤＣＦ１２がＨＦ１１の波長分散を補償することによって、波長１３２０〜１６００ｎｍ、すなわちＯバンドの一部、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、およびＬバンドの一部を含む波長幅２８０ｎｍの波長帯域Ｂ１にわたって、波長分散値が範囲Ｒ以内、具体的には絶対値が２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲内になっている。その結果、この光伝送路１は、Ｏバンドの一部からＬバンドの一部までを使用波長帯域として、各波長帯域内に属する所定の使用波長の信号光を用いて、少なくとも１０Ｇｂ／ｓの伝送速度で伝送距離が１００ｋｍの光伝送を行うことができる。
特に、Ｃバンドを示す波長帯域Ｂ２においては、波長分散の絶対値が０．１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、さらに高速の光伝送ができる。なお、上述の範囲Ｒは、伝送速度に応じた所定の値にすればよく、たとえば波長分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲であれば伝送速度を１０Ｇｂ／ｓ程度とすることができ、５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲であれば伝送速度４０Ｇｂ／ｓの信号を２０ｋｍ以上伝送することができる。
なお、たとえば図３、４に示すように、波長１１５０〜１３２０ｎｍの帯域においては、もともとＨＦ１１の波長分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下と小さいので、ＤＣＦ１２によって分散補償をしなくてもよい。したがって、上述したＤＣＦ１２によって分散を補償する波長帯域Ｂ１とともに、ＨＦ１１のもともとの波長分散の絶対値が伝送速度に応じた小さい波長帯域も使用波長帯域とすれば、一層広帯域の光伝送を実現できるので好ましい。また、ＤＣＦ１２の波長分散特性を適宜設計することによって、短波長側においてＯバンド全域を分散補償するか、または、長波長側においてＬバンド全域を分散補償することもできる。
以下、本実施の形態に係るＤＣＦ１２についてさらに具体的に説明する。図７は、ＤＣＦ１２の断面と対応する屈折率プロファイルを模式的に示す図である。このＤＣＦ１２は、中心コア部１２ａと、中心コア部１２ａの外周に形成され中心コア部１２ａよりも屈折率が低い内側コア層１２ｂと、内側コア層１２ｂの外周に形成され中心コア部１２ａよりも屈折率が低くかつ内側コア層１２ｂよりも屈折率が高い外側コア層１２ｃと、外側コア層１２ｃの外周に形成され内側コア層１２ｂよりも屈折率が高くかつ外側コア層１２ｃよりも屈折率が低いクラッド層１２ｄと、を有し、中心コア部１２ａのクラッド層１２ｄに対する比屈折率差Δ１が２．４％であり、内側コア層１２ｂのクラッド層１２ｄに対する比屈折率差Δ２が−０．６％であり、外側コア層１２ｃのクラッド層１２ｄに対する比屈折率差Δ３が０．２％であり、中心コア部１２ａの形状を規定するα値が８であり、外側コア層１２ｃの外径２ｃに対する中心コア部１２ａの直径２ａの比ａ／ｃが０．１７５であり、外側コア層１２ｃの外径２ｃに対する内側コア層１２ｂの外径２ｂの比ｂ／ｃが０．５５であり、外側コア層１２ｃの外径２ｃは１２．９５μｍである。
ＤＣＦ１２は、上述の構成および屈折率プロファイルを備えることによって、図５に示すような分散曲線を有するものとなる。なお、ＤＣＦ１２の有効コア断面積Ａｅｆｆは１６．４μｍ2であり、曲げ損失は５．０ｄＢ／ｍである。また、ＤＣＦ１２は、カットオフ波長が１２０９ｎｍであり、波長帯域Ｂ１の最短の波長においてもシングルモードで動作するものとなる。
ここで、ＤＣＦを分散補償のためだけでなく、信号光をラマン増幅するラマン増幅媒体としても用いる場合は、信号光の波長よりも１００ｎｍだけ短い波長の光を励起光として使用する必要があるので、カットオフ波長が使用波長よりも１００ｎｍ以上短い必要がある。上述のように、ＤＣＦ１２はカットオフ波長が１２０９ｎｍであるので、波長帯域Ｂ１の最短の波長である波長１３２０ｎｍの信号光に対してもラマン増幅媒体として利用できる。なお、ＤＣＦのカットオフ波長が１３６０ｎｍ以下であれば、Ｓバンドに属する信号光に対してラマン増幅媒体として利用できるので好ましい。
なお、上述のα値は式（１）で定義される。
ｎ2（ｒ）＝ｎcore 2×｛１−２×（Δ／１００）×（ｒ／ａ）＾α｝
（但し、０＜ｒ＜ａ） （１）
式（１）において、ｒは中心コア部の中心からの半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率、ｎcoreは中心コア部のｒ＝０における屈折率、ａは中心コア部の半径を表している。また、記号「＾」はべき乗を表す記号である。
また、ＤＣＦ１２の屈折率プロファイルは、上述のものに限られない。図８は、本発明のその他の実施の形態に係るＤＣＦの屈折率プロファイルを特定する設計パラメータおよび波長１５５０ｎｍにおける光学特性を示す図である。なお、波長１５５０ｎｍは使用波長として最もよく用いられる波長である。図８において、Ｄは波長分散値を意味し、Ｓｌｏｐｅは分散スロープ値を意味し、λｃはカットオフ波長を意味する。図８に示すように、比屈折率差Δ１が１．４〜３．０％であり、比屈折率差Δ２が−１．０〜−０．１％であり、比屈折率差Δ３が０．１〜０．５％であり、α値が１．５以上であり、比ａ／ｃが０．１〜０．４であり、比ｂ／ｃが０．３〜０．９であれば、カットオフ波長が波長帯域Ｂ１の最短の波長よりも１００ｎｍ以上短く、所望の負の波長分散値を有するとともに、所定の波長において変曲点を有する分散曲線を実現できる。その結果、これらのＤＣＦは、ＨＦ１１に隣接して接続して、ＯバンドからＬバンドのうちいずれか２以上の波長帯域において、ＨＦ１１の波長分散を、伝送速度に応じた所定の範囲内に一括して補償することができる。
なお、本発明に係るＨＦは、Λが１０μｍであるものに限られない。図９は、本発明の他の実施の形態に係るＨＦの光学特性を示す図である。図９に示すＨＦはｄ／Λがいずれも０．５であって、番号１７はΛが８μｍのＨＦであり、番号１８はΛが１２μｍのＨＦである。図９に示すように、Λが８〜１２μｍであれば、有効コア断面積が４５μｍ2以上と大きくなり、かつ曲げ損失が十分に小さくなるので、光学非線形性が小さく、ケーブル化に適した光ファイバとなる。
また、図１０は、本発明に係るＨＦと従来のシングルモード光ファイバとの有効コア断面積の波長特性を示す図である。なお、符号Ｃ３は図９における番号１７のＨＦ、符号Ｃ４は図２に示すＨＦ１１、符号Ｃ５は標準のシングルモード光ファイバ、符号Ｃ６はいわゆるＷ型の屈折率プロファイルを有する有効コア断面積拡大型のシングルモード光ファイバの波長特性曲線をそれぞれ示す。図１０に示すように、本発明に係るＨＦは、従来のファイバに比べて有効コア断面積の波長依存性が小さく、広帯域での光伝送に適するものとなる。特に、本発明に係るＨＦは、使用波長帯域において有効コア断面積が４５μｍ2以上、さらには６０μｍ2以上であるから、広帯域にわたって光学非線形性が小さい光ファイバとなり、高速の長距離光伝送に適するものとなる。
ところで、図１１は、Ｃバンドにおいて高い分散補償率を有する従来のＣバンド用ＤＣＦと本実施の形態に係るＨＦ１１とを組み合わせた場合の分散曲線を示す図である。なお、このＣバンド用ＤＣＦの波長１５５０ｎｍにおける波長分散値は−２０５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、符号Ｃ１はＨＦ１１の分散曲線、符号Ｃ７はＣバンド用ＤＣＦの分散曲線、符号Ｃ８はＨＦ１１とＣバンド用ＤＣＦとを接続して構成した光伝送路の伝送路全体での平均の分散曲線をそれぞれ示す。図１１に示すように、Ｃバンド用ＤＣＦの分散曲線は、波長が長くなるにしたがって傾きが急峻になっている。その結果、ＨＦ１１と接続して構成した光伝送路は、短波長側での残留分散が極めて大きくなり、広帯域での長距離光伝送に適さないものとなる。さらに、Ｃバンド用ＤＣＦは通常はカットオフ波長がＣバンドの下端近辺になるように設計されており、Ｃバンドより短い波長において光はマルチモードで伝送するので、光伝送に適さないものとなる。
つぎに、本発明の実施例として、上記実施の形態にしたがって製造した１種類のＨＦと、２種類のＤＣＦとを用いて構成した２種類の光伝送路（実施例１、２）について説明する。
はじめに、各実施例において用いる共通のＨＦの特性について説明する。このＨＦは、図２に示すＨＦ１１と同様の構造を有し、ｄ／Λを０．５０、Λを１０μｍとしたものである。図１２は、各実施例において用いる共通のＨＦの波長分散特性と、伝送損失特性とを示す図である。なお、波長１３８０ｎｍ近傍における伝送損失のピークは、ＨＦ中のＯＨ基による吸収損失に起因するものである。図１２に示すように、波長分散特性は、図３，４に示す計算結果と良く一致した。具体的には、共通のＨＦの波長１５５０ｎｍにおける特性は、波長分散値が２８．０２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ値は０．０６６７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍであった。また、伝送損失については、波長１５５０ｎｍにおいて２．６２ｄＢ／ｋｍ程度であった。また、ＨＦの条長を１ｋｍとして測定したところ、波長８３６ｎｍまで高次モードでの光の伝搬が起こらないことを確認した。なお、実際の光伝送システムでは、ＨＦはその条長を１ｋｍ以上として使用するので、このＨＦであれば、波長８３６ｎｍ程度まで使用する広帯域光伝送を行う場合にでも、基底モードでの光伝送が可能である。また、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失は０．００４ｄＢ／ｍであり、十分に小さかった。なお、ＨＦは、短波長側で曲げ損失が増大する傾向にあるが、この共通のＨＦの１．０μｍ帯での曲げ損失の設計値は、５ｄＢ／ｍ未満であり、曲げ損失の点からも、問題なく広帯域での光伝送が可能である。また、有効コア断面積は１１０μｍ２であり、計算結果と良く一致していた。
つぎに、実施例１、２において用いるＤＣＦの特性について説明する。実施例１、２のＤＣＦは、いずれも図７に示す構造を有する。図１３は、実施例１、２のＤＣＦの屈折率プロファイルを特定する設計パラメータおよび計算した波長１５５０ｎｍにおける光学特性を示す図である。実施例１のＤＣＦについては、実施の形態のＤＣＦと同様の設計パラメータとした。なお、各ＤＣＦの変曲点の波長については、実施例１のものが前述のように１５９０ｎｍ、実施例２のものが１６３０ｎｍであった。
図１４は、各実施例において用いる共通のＨＦおよび実施例２のＤＣＦの分散曲線、ならびにこれらのＨＦとＤＣＦとを接続して構成した光伝送路の伝送路全体での平均の分散曲線である残留分散曲線をそれぞれ示す図である。なお、図１４は、いずれも設計パラメータからの計算結果を示している。また、実線がＨＦの分散曲線であり、破線がＤＣＦの分散曲線であり、一点鎖線が残留分散曲線である。また、ＨＦの長さは１００ｋｍ、ＤＣＦの長さは１１．１ｋｍである。図１４に示すように、実施例２の場合は、計算上は波長１３９０〜１６２０ｎｍ、すなわち２３０ｎｍの範囲にわたって、残留分散の絶対値が０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲内になっている。
つぎに、実際に製造した実施例１、２のＤＣＦの諸特性について説明する。図１５は、実施例１、２のＤＣＦの諸特性の測定結果を示す図である。また、図１６は、実施例１、２のＤＣＦの伝送損失の各波長における測定結果を示す図である。図１３と１５とを比較すると、実際に製造した実施例１、２のＤＣＦの特性は、設計パラメータからの計算結果に近いことが確認できる。また、図１６が示すように、実施例１、２のＤＣＦのいずれの伝送損失も、長波長側において問題となるような顕著な増加がないことが確認された。また、実施例１、２のＤＣＦは、いずれも偏波モード分散（ＰＭＤ）が０．２ｐｓ／√ｋｍ程度であり、問題のない値であることが確認された。
つぎに、実施例１、２の光伝送路の残留分散について説明する。図１７は、実施例１、２の光伝送路の残留分散曲線を示す図である。なお、実施例１においては、図６に示す場合と同様にＨＦの長さを１００ｋｍ、ＤＣＦの長さを１１．１ｋｍとしている。また、実施例２においては、図１４に示す場合と同様にＨＦの長さを１００ｋｍ、ＤＣＦの長さを１１．１ｋｍとしている。なお、符号Ｂ３は、Ｏバンド〜Ｌバンドの各帯域を示している。
図１７に示すように、実施例１の光伝送路では、波長１３２０〜１６２０ｎｍ、すなわち３００ｎｍの範囲にわたって、残留分散の絶対値が２．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲内になった。また、この残留分散特性は、図６が示す計算上の結果と良く一致していることが確認できる。また、実施例２の光伝送路では、波長１４００〜１６４０ｎｍ、すなわち２４０ｎｍの範囲にわたって、残留分散の絶対値が０．５５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の範囲内になった。また、この残留分散特性は、図１４が示す計算上の結果と良く一致していることが確認できる。
また、実施例２においては、実施例１と比較して、波長分散を補償する帯域を狭くするかわりに、残留分散の絶対値がより小さくなるように設計したＤＣＦを用いている。このように設計したＤＣＦは、たとえば図１５に示すように、曲げ損失をより小さくできる。このように、ＤＣＦについては、波長分散を補償する帯域、残留分差の絶対値、曲げ損失などの要求に応じて、適宜設計したものを用いればよい。
なお、上記実施の形態においては、ＨＦ１１の空孔層の数は５であったが、空孔層の数は３〜７であることが好ましい。以下、図２に示すＨＦ１１と同様に、Λが１０μｍ、ｄ／Λが約０．５であるが、空孔層の数が異なるＨＦの損失特性を用いて説明する。
図１８は、空孔層の数が異なるＨＦにおける、層数と、光伝搬の基底モードおよび高次モードの閉じ込め損失、ならびに基底モードの曲げ損失との関係を示す図である。図１８において、符号Ｃ９１、９２はそれぞれ波長１．０５μｍ、１．５５μｍにおける基底モードの曲げ損失特性を示す曲線である。また、符号Ｃ１０１、１０２はそれぞれ波長１．０５μｍ、１．５５μｍにおける基底モードの閉じ込め損失特性を示す曲線である。また、符号Ｃ１１１、１１２はそれぞれ波長１．０５μｍ、１．５５μｍにおける高次モードの閉じ込め損失特性を示す曲線であるが、最低次の高次モードを示している。
ここで、ＨＦの基底モードの閉じ込め損失が小さいほうが、伝送損失が小さくなるので好ましい。また、高次モードの閉じ込め損失が大きいほうが、高次モードの光が励振されたとしても伝搬中に十分に減衰し、基底モードの伝搬光に影響をおよぼさなくなるので好ましい。
図１８において、曲線Ｃ９１、Ｃ９２が示すように、基底モードの曲げ損失は、波長にかかわらず、層数が３層まで減少してもほとんど増大しない。一方、曲線Ｃ１１１、１１２が示すように、高次モードの閉じ込め損失は層数が減少すると増大するので、層数が少ないほうが好ましい。一方、曲線Ｃ１０１、Ｃ１０２が示すように、層数が減少すると基底モードの閉じ込め損失が急激に増大してしまう。数十ｋｍ程度の伝送距離の光伝送を行なう場合、基底モードの閉じ込め損失は０．１ｄＢ／ｋｍすなわち１．０×１０−４ｄＢ／ｍ程度以下であることが好ましいので、層数は３層以上であることが好ましい。
なお、図１８に示していない空孔層の層数が６層以上の領域においても層数が増加するほど基底モードの曲げ損失は小さくなり、高次モードの閉じ込め損失および基底モードの閉じ込め損失は小さくなる傾向は変化しない。したがって、空孔層の層数が７層以下であれば、基底モードの閉じ込め損失が十分に小さく、高次モードの閉じ込め損失が十分に大きいとともに、形成すべき空孔の数が２００以下となり、容易に製造可能な程度の数であるので好ましい。
空孔層の層数が８層以上になると、高次モードの閉じ込め損失が小さくなる上、形成すべき空孔の数が増加するため、製造が困難になる。また、有効コア断面積を大きく維持することも困難となる。
本発明は、広帯域で大容量の長距離光伝送システムにおいて好適に利用できる。

Claims (13)

  1. 光伝送路として光ファイバを用いた光伝送システムであって、
    前記光伝送路は、
    中心に位置するコア部と、前記コア部の外周に位置し、該コア部の周囲に周期的に配置した複数の空孔を有するクラッド部とを備えるホーリーファイバと、
    前記ホーリーファイバに隣接して接続し、Ｏバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、およびＬバンドのうちいずれか２以上の波長帯域内の各使用波長における前記ホーリーファイバの波長分散を伝送速度に応じた所定の範囲内に一括して補償する分散補償光ファイバと、
    を備えることを特徴とする光伝送システム。
  2. 前記分散補償光ファイバは、前記光伝送路の平均の波長分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下になるように前記ホーリーファイバの波長分散を補償することを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
  3. 前記分散補償光ファイバは、前記光伝送路の平均の波長分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下になるように前記ホーリーファイバの波長分散を補償することを特徴とする請求項２に記載の光伝送システム。
  4. 前記ホーリーファイバは、前記各使用波長における有効コア断面積が４５μｍ2以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光伝送システム。
  5. 前記ホーリーファイバは、前記各使用波長における有効コア断面積が６０μｍ2以上であることを特徴とする請求項４に記載の光伝送システム。
  6. 前記ホーリーファイバが有する複数の空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、Λは８〜１２μｍであるとともに、
    ｄ／Λ＝０．３５〜０．６５
    なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光伝送システム。
  7. 前記複数の空孔が前記コア部を囲むように形成する正六角形状の層の数は３〜７であることを特徴とする請求項６に記載の光伝送システム。
  8. 前記分散補償光ファイバは、前記各使用波長のうち最短の波長よりも短いカットオフ波長を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光伝送システム。
  9. 前記分散補償光ファイバのカットオフ波長は１３６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光伝送システム。
  10. 前記分散補償光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の波長分散値を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光伝送システム。
  11. 前記分散補償光ファイバの波長分散曲線は、波長１３００〜１８００ｎｍにおいて分散スロープが負値から正値に変わる変曲点を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光伝送システム。
  12. 前記分散補償光ファイバは、
    中心コア部と、
    前記中心コア部の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、
    前記内側コア層の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記内側コア層よりも屈折率が高い外側コア層と、
    前記外側コア層の外周に形成され前記内側コア層よりも屈折率が高くかつ前記外側コア層よりも屈折率が低いクラッド層と、
    を有し、前記中心コア部の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ１が１．４〜３．０％であり、前記内側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ２が−１．０〜−０．１％であり、前記外側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ３が０．１〜０．５％であり、前記中心コア部の形状を規定するα値が１．５以上であり、前記外側コア層の外径に対する前記中心コア部の直径の比ａ／ｃが０．１〜０．４であり、前記外側コア層の外径に対する前記内側コア層の外径の比ｂ／ｃが０．３〜０．９であることを特徴とする請求項１１に記載の光伝送システム。
  13. 中心コア部と、
    前記中心コア部の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、
    前記内側コア層の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記内側コア層よりも屈折率が高い外側コア層と、
    前記外側コア層の外周に形成され前記内側コア層よりも屈折率が高くかつ前記外側コア層よりも屈折率が低いクラッド層と、
    を有し、前記中心コア部の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ１が１．４〜３．０％であり、前記内側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ２が−１．０〜−０．１％であり、前記外側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ３が０．１〜０．５％であり、前記中心コア部の形状を規定するα値が１．５以上であり、前記外側コア層の外径に対する前記中心コア部の直径の比ａ／ｃが０．１〜０．４であり、前記外側コア層の外径に対する前記内側コア層の外径の比ｂ／ｃが０．３〜０．９であることを特徴とする分散補償光ファイバ。
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