WO2001079902A1 - Fibre optique - Google Patents

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WO2001079902A1
WO2001079902A1 PCT/JP2001/003282 JP0103282W WO0179902A1 WO 2001079902 A1 WO2001079902 A1 WO 2001079902A1 JP 0103282 W JP0103282 W JP 0103282W WO 0179902 A1 WO0179902 A1 WO 0179902A1
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cladding region
medium
optical
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Takemi Hasegawa
Eisuke Sasaoka
Masayuki Nishimura
Masashi Onishi
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber suitable as an optical transmission line or a dispersion compensator.
  • the microstructured optical fiber disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-95628 has a core region, which is usually solid, surrounded by a cladding region, and the cladding region has a plurality of cladding features arranged at intervals.
  • the cladding feature structure is a cladding feature structure that extends in the fiber axial direction and is disposed in a first cladding material, the core region of which has an effective diameter d.
  • the effective refractive index N is a refractive index different from the refractive index of the first cladding material, and the cladding region is N. It has a smaller effective refractive index.
  • the cladding region has an effective refractive index N and an inner cladding region having an effective refractive index N cl . . It has been shown that the inclusion of an outer cladding region (where N cl ⁇ N C0 ) provides large dispersion. Also, OFC'96 Technical Digest, ThA3 discloses an optical fiber having a W-shaped refractive index profile, and realizes a small (negatively large) chromatic dispersion in this optical fiber. It shows that you can do it.
  • US Pat. No. 5,907,652 discloses the following air clad optical fiber. That is, the optical fiber is a silica glass optical fiber, and the core region, the inner cladding region, and the first outer cladding region are arranged in order from the fiber center to the outer periphery. And a second outer cladding region, wherein the refractive index of the inner cladding region is lower than the refractive index of the core region, and the effective refractive index of the first outer cladding region is lower than 1.35.
  • the first outer cladding region is selected so that the optical characteristics of the optical fiber do not depend on the second outer cladding region. It has been shown that an air-clad optical fiber is suitable for a cladding pumping optical fiber and a long period grating.
  • the microstructured optical fiber disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-95628 has a large number of fine structures because the fine structures are distributed over the entire clad.
  • the gazette states that "the simulations of the inventors indicate that at least four layers of the second capillary feature structure must be provided.” Will be as large as at least 90. With such a large number of microstructures, manufacturing becomes difficult.
  • the manufacturing process of this microstructured optical fiber is as follows. That is, a perforated silica tube and a non-perforated silica rod are prepared, a number of silica tubes are arranged around the silica rod to form a tube bundle, and the tube bundle and the collapsed tube are collapsed.
  • a process of piercing a preform of a conventional impurity-doped optical fiber with a piercing device may be considered.
  • the manufacturing cost is high because the conventional microstructured optical fiber includes many microstructures.
  • the optical fiber disclosed in the publication has the following problems, particularly when the microstructure is a hole.
  • the optical fiber disclosed in 4-826, (1982) has a large linear birefringence because it has a “side tunnel region” of air introduced on both sides of the core.
  • it is desirable that the birefringence is small. If the polarization state of light incident on an optical fiber with large birefringence does not match the main polarization state of the fiber, transmission quality is degraded due to polarization mode dispersion. Therefore, an element for keeping the polarization state of the incident light constant is required, and the cost increases.
  • most of the existing optical transmission lines have no polarization selectivity, and the polarization state of light emitted from the existing optical transmission line is undefined. Thus, it is difficult to keep the polarization state of light whose polarization state is indefinite.
  • an optical fiber according to the present invention includes a core region composed of a substantially uniform medium, an inner cladding region surrounding the core region, and an inner cladding region surrounding the core region.
  • An outer cladding region composed of a uniform medium; a core region, an inner cladding region, and an outer cladding region which are regions extending along the fiber axis and affecting optical characteristics, and having an average refraction of the core region. Rate n. Between the average refractive index of the inner cladding region and the average refractive index n 2 of the outer cladding region
  • the inner cladding region includes three or more regions made of a sub-medium having a refractive index different from that of the main medium constituting the inner cladding region and extending along the fiber axis.
  • the shape of the core region is substantially circular, and the shapes of the inner cladding region and the outer cladding region are substantially annular.
  • the average refractive index of the core region, the inner cladding region, and the outer cladding region is given by the following n av ⁇ ⁇ ⁇ , where a is the inner radius of the region (0 for the core region) and b is the outer radius. n avg • (1)
  • r and 0 are polar coordinates indicating the position in the fiber cross section
  • n (r, ⁇ ) indicates the refractive index distribution in the cross section.
  • the average refractive index in each of the core region, the inner cladding region, and the outer cladding region depends on the definition of the region. "A core region consisting of a substantially uniform medium and an inner cladding region surrounding the core region And an outer cladding region surrounding the inner cladding region and comprising a substantially uniform medium "," average refractive index n of the core region, average refractive index of the inner cladding region, and outer cladding.
  • the relationship of ii ina and ⁇ holds between the average refractive index ⁇ 2 of the region means that there is a way of defining the core region, the inner cladding region, and the outer cladding region such that the above inequality holds. Means to do.
  • the outer cladding region can be surrounded by a jacket region made of a material such as glass or resin to improve the fiber strength. At this time, the outer cladding region must have a sufficient radial thickness to prevent the jacket region from affecting the optical characteristics.
  • the outer cladding region is a region that affects the optical characteristics, and the average refractive index and thickness of the inner cladding region are selected so that the outer cladding region affects the optical characteristics.
  • the core region and the outer cladding region are comprised of a substantially uniform medium. This means that the main components of the material constituting these regions are uniform in the regions. At this time, a configuration in which the impurity concentration changes within the region may be appropriately adopted.
  • the core region is a silica glass containing Ge as an impurity, and a structure in which the Ge concentration decreases from the center toward the outer periphery can be adopted.
  • the main medium is a medium that can practically constitute an optical fiber using only the medium. Also, a plurality of main medium regions that are not connected to each other must not be present in one optical fiber.
  • the sub-medium may be a medium in which it is practically impossible to constitute an optical fiber using only the medium, and a plurality of sub-medium regions that are not connected to each other are included in one optical fiber. There may be.
  • a typical main medium is a quartz glass
  • a typical auxiliary medium is a gas or liquid.
  • the optical fiber according to the present invention in addition to the main medium constituting the inner cladding region, a region formed of a sub-medium having a different refractive index from the main medium (hereinafter, referred to as a sub-medium region). Introduced into the inner cladding region.
  • the outer cladding region is formed of a substantially uniform medium and does not include a sub-medium region. This is the inner cladding
  • the average refractive index of the region is lower than the average refractive index of the outer cladding region, in order to obtain favorable characteristics such as a large negative dispersion, the average refractive index of the inner cladding region is reduced by introducing the auxiliary medium region.
  • the average refractive index of the inner cladding region can be greatly reduced as compared with the case where there is no sub-medium region.
  • it is possible to obtain favorable characteristics such as a large negative dispersion, a large negative dispersion slope, a large effective core area, and a small bending loss as compared with the conventional impurity-doped optical fiber.
  • the optical fiber of the present invention can realize a negatively large dispersion and a negatively large dispersion slope.
  • the outer cladding region surrounding the inner cladding region including the sub-medium region affects the optical characteristics, particularly the wavelength dispersion characteristics.
  • the outer cladding region is composed of a substantially uniform medium and does not include a sub-medium region, the number of sub-medium regions to be introduced can be significantly reduced as compared with the conventional microstructured optical fiber. it can.
  • a method of arranging silica tubes or a method of perforating a preform using a piercing device it is easy to manufacture with high reproducibility and reduce the manufacturing cost. it can.
  • the strength against tension and lateral pressure is improved as compared with the conventional microstructured optical fiber due to the decrease in the number of the sub-medium region, and the 0H base space on the hole surface is reduced. Manufacturing and connection are facilitated by reducing the likelihood of absorption loss due to water vapor in the holes. Further, since the refractive index of the core region is higher than the refractive index of the outer cladding region, even when the hole is crushed in the inner cladding, the optical waveguide characteristics are not lost, and the fusion loss can be reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical fiber according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional impurity-doped optical fiber to be compared.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the mode field diameter and the chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the mode field diameter and the chromatic dispersion slope at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the ratio of the optical power propagating in the outer cladding region, the chromatic dispersion at a wavelength of 150 nm and the chromatic dispersion slope.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the ratio of the optical power propagating in the outer cladding region and the V value in the core region.
  • FIG. 7 is a sectional view of an optical fiber according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a sectional view of an optical fiber according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows the optical wavelength and the chromatic dispersion of the optical fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a calculation result of a relationship between the effective core area A eff and the effective core area A eff .
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an optical communication system including the optical fiber according to the second embodiment as a negative dispersion optical fiber.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a third embodiment of the present invention in the fiber axis direction.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view of the optical fiber in FIG. 11 cut along the line I-I.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view of the optical fiber in FIG. 11 cut along the line II-II.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a numerical simulation result of the chromatic dispersion characteristics of the section a and the section b of the optical fiber according to the third embodiment.
  • Figure 1 4 shows an optical fiber according to the third embodiment, and against the section b of length 1, an average chromatic dispersion D av g of combining a is none. 4 8 section a of It is a figure.
  • FIG. 15A is a sectional view of a section a of the optical fiber according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view of a section b of the optical fiber according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a numerical simulation result of the chromatic dispersion characteristics of the section a and the section b of the optical fiber according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing the average chromatic dispersion D avg when the section a having a length of 0.42 is combined with the section b having a length of 1 in the optical fiber according to the fourth embodiment. .
  • FIG. 1 is a sectional view of an optical fiber 10B according to the first embodiment.
  • the main medium is pure silica glass
  • the sub-medium forming the sub-medium region 13 is air.
  • the sub-medium regions 13 have a circular shape with a radius r, and eight sub-medium regions 13 are arranged at substantially equal intervals on a circumference having a radius of / T.
  • a jacket layer made of a material such as glass or a polymer is coated on the outer side of the outer cladding region 15. This jacket layer is intended to suppress the occurrence of bend at the opening of the opening and to improve the mechanical strength of the fiber while improving the mechanical performance.However, the outer cladding region 15 is sufficiently thick, and the effect of the jacket layer on the optical characteristics is not significant. I can ignore it.
  • the structural parameters of the optical fiber 10B are as follows. That is, T
  • the average refractive index ⁇ of the inner cladding region 14 is 1.4366 .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional impurity-doped optical fiber 10A to be compared.
  • the material of the core region 11 of the optical fiber 1 OA is silica with a Ge concentration of 14.5 mo 1%
  • the material of the inner cladding region 14 is silica with an F concentration of 1.1 13 wt%
  • the material of the outer cladding region 15 is pure silica. is there.
  • FIGS. 3 to 6 are diagrams showing changes in optical characteristics of the optical fibers 1OA and 10B when the mode field diameter is changed by changing the dimensions while keeping the ratio constant.
  • the horizontal axis in FIGS. 3 and 4 indicates the mode field diameter MFD
  • the vertical axis in FIG. 3 indicates the chromatic dispersion D 155 at a wavelength of 155 Onm.
  • the vertical axis in FIG. 4 shows the chromatic dispersion slope Si 550 at a wavelength of 155 Onm.
  • FIG. 5 shows the relationship between the optical power ratio P oc propagating in the outer cladding region of the optical fiber 10B and the optical characteristics.
  • the horizontal axis in Fig. 5 is the ratio P of the optical power propagating in the outer cladding region. .
  • the left vertical axis and right vertical axis it shows it chromatic dispersion D 155 0 and wavelength dispersion slope S 1550 at a wavelength of 155 onm.
  • FIG. 6 shows the relationship between the ratio P 0 c of the optical power propagating in the outer cladding region and the fin size in the optical fiber 10B.
  • the horizontal axis represents the V value of the core, and the vertical axis represents the ratio P of the optical power. . Show it each.
  • the V value of the core is a value proportional to the dimension, where n 0 and n 2 are the refractive indices of the core and the outer cladding, and k is the wave number in a vacuum.
  • FIGS. 3 and 4 show that the optical fin 10B has a negative dispersion and a chromatic dispersion slope whose absolute values are larger than those of the optical fin 1OA.
  • the length required for compensating for the positive dispersion and the chromatic dispersion slope can be short, so that the optical fiber 10B has a positive dispersion and wavelength compared to the optical fiber 10A. It is said to be suitable for compensation of dispersion slope.
  • Figure 5 shows the ratio P of the optical power propagating in the outer cladding region. . Indicates that a negative dispersion and a negative dispersion slope can be obtained when is greater than 0.008. Also outside Percentage of power propagating in the side cladding region P. . It is shown that when the value is 0.1 or more, a negative dispersion and a negative dispersion slope having a particularly large absolute value can be obtained. The figure
  • the optical fiber 10B according to the first embodiment has a small (negatively large) chromatic dispersion and a small (negatively large) chromatic dispersion slope. Can be realized. Further, the chromatic dispersion and the wavelength dispersion slope are negatively larger than those of the doped optical fiber 1OA. Therefore, it is suitable for use in compensating for the positive chromatic dispersion and the positive chromatic dispersion slope of the optical transmission line. The birefringence is also small. Furthermore, unlike conventional microstructured optical fibers, the glass has a higher refractive index in the core than in the cladding, so that the connection loss due to the collapse of the holes during fusion is small.
  • the number of holes is as small as 8, making it easy to manufacture and high in strength.
  • the ratio of the power propagating through the outer cladding is 0.1 or more, a negative chromatic dispersion and a negative chromatic dispersion slope having a large absolute value can be obtained.
  • the core region 30 and the inner cladding region 31 are formed of Ge-doped silica glass (refractive index n 0 ), and the inner cladding region 31 has a plurality of sub-medium regions 32 (refractive index n 3 ).
  • the main medium is Ge-doped silica glass (n. 2.46567)
  • the sub-medium regions 32 are circular with a radius r, and are arranged at substantially equal intervals on a circumference with a radius T.
  • the outer circumference of the inner cladding area is a circumference of radius ⁇ .
  • Outer cladding region 33 is formed of pure silica glass.
  • an impurity-doped optical fiber '1OA shown in FIG. 2 is used.
  • the average refractive index ⁇ of the inner cladding region 31 is 1.4211 .
  • FIG. 9 shows the calculation results of the relationship between the optical wavelength of the optical fibers 10 ⁇ to 10 G according to the second embodiment having the above structure, the chromatic dispersion D, and the effective core area A eif .
  • the horizontal axis is the optical wavelength
  • the left vertical axis is the chromatic dispersion D
  • the right vertical axis is the effective core area A eif .
  • any of the optical fiber 10 A, 10 E 10 F and 10G, at a wavelength of 1550 nm, although the effective core area A eif 30 m 2, wavelength dispersion D, the optical fiber 1 OA is one 155 ps / nm / km ⁇
  • Optical fiber 10 E is -164 ps / nm / km Optical fiber
  • '10F is 208 ps / nm / km s
  • Optical fiber 10G "becomes -254 ps / nm / km Focusing on the increasing rate of the effective core area A efi with the wavelength increase, the increasing rate of the effective core area A eii with the wavelength increase of the optical fibers 10E and 10F is the wavelength of the optical fiber 1 OA.
  • the increase in the effective core area A eif is smaller than the increase in the wavelength
  • the increase in the effective core area A eff with the increase in the wavelength is smaller because the light is well confined to the core and the bending loss is smaller. meaning. in general, also the bending loss to increase the effective core area a eff large Since Kunar, when and compared to the bending loss constant, light Faino 10E and 1 OF can realize a large effective core area A eff than the light-off Aino 1 OA.
  • the optical fibers 10 E to 10 G according to the second embodiment have smaller (negatively larger) chromatic dispersion and smaller chromatic dispersion than the impurity-doped optical fiber 1 OA shown in FIG. Bending loss and a large effective core area can be realized. Since the chromatic dispersion is negatively large, the length required for compensating for the positive dispersion is short and the effective core area is large. Therefore, in the optical communication system including the optical transmitter 50, the optical receiver 51, the positive dispersion optical fiber 52, and the negative dispersion optical fiber 53 as shown in FIG.
  • the optical fiber according to the present embodiment is used as a negative dispersion optical fiber, it is possible to suppress the deterioration of the transmission path quality due to the nonlinear optical effect in the negative dispersion optical fiber, and to realize a large-capacity optical communication system.
  • the optical fiber according to the present invention in addition to the main medium constituting the inner cladding region, a region formed of a sub-medium having a different refractive index from the main medium is introduced into the inner cladding region.
  • the outer cladding region is composed of a substantially uniform medium and does not include the sub-medium region.
  • the optical fiber of the present invention can realize a large negative dispersion and a large negative dispersion slope.
  • the outer cladding region surrounding the inner cladding region including the sub-medium region affects the optical characteristics, especially the wavelength dispersion characteristics.
  • the outer cladding region is formed of a substantially uniform medium and does not include a sub-medium region, the number of sub-medium regions to be introduced can be significantly reduced as compared with a conventional microstructured optical fiber. . Therefore, whether using a method of arranging silica tubes or a method of perforating a preform using a piercing device, reproducibility is high. It is easy to manufacture, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the strength against tension and lateral pressure is improved as compared with the conventional microstructured optical fiber due to the decrease in the number of the sub-medium region, and the 0H base space on the hole surface is reduced. Manufacturing and connection are facilitated by reducing the likelihood of absorption loss due to water vapor in the holes. Further, since the refractive index of the core region is higher than the refractive index of the outer cladding region, even when the hole is crushed in the inner cladding, the optical waveguide characteristics are not lost, and the fusion loss can be reduced.
  • the sub-medium region may be arranged such that four-fold rotational symmetry about the fiber axis is substantially established. Thereby, the two polarization modes can be substantially degenerated, and the birefringence can be reduced. Further, they may be arranged at substantially equal intervals on the circumference of one or more concentric circles centered on the fiber axis. Thereby, the two polarization modes can be substantially degenerated, and the birefringence can be reduced. Further, by arranging the sub-medium region along the circumference, it is possible to obtain the same effect as when the refractive index of the annular region including the circumference is uniformly changed.
  • the design based on the refractive index profile in the radial direction becomes possible as in the case of the conventional impurity-doped optical fiber. Therefore, systematic design becomes easy. Further, they may be arranged at substantially equal intervals on the circumference of a circle centered on the fiber axis. The two polarization modes can be substantially degenerated, and the birefringence can be reduced. In addition, systematic design becomes easier. Furthermore, minimizing the number of sub-medium regions makes it possible to achieve ease of manufacture, high strength, and high reliability.
  • the ratio of the optical power propagating in the outer cladding region at a wavelength of 1550 nm is 0.008 or more (more preferably 0.1 or more). be able to. Therefore, the outer cladding region can be a region that actually affects the optical characteristics (particularly, chromatic dispersion characteristics) of the optical fiber, rather than merely a region for improving mechanical strength. In particular, since the ratio of the optical power propagating through the outer cladding region is 0.008 or more, it is small (negatively large). A chromatic dispersion slope can be realized.
  • the ratio of the optical power propagating in the outer cladding region is 0.1 or more, a small (negatively large) chromatic dispersion can be realized.
  • the medium in the core region, the main medium in the inner cladding region, and the medium in the outer cladding region are silica-based glass to which impurities may be added, and may be a sub-media that forms a sub-medium region in the inner cladding region.
  • the medium may be configured to be a gas or a vacuum.
  • transmission loss can be suppressed low, and the average refractive index of the inner cladding can be significantly reduced, so that favorable characteristics such as a dispersion that is negatively large as compared with a conventional impurity-doped optical fiber can be realized.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical fiber 10H according to a third embodiment of the present invention in the fiber axis direction.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view of the optical fiber of FIG. 11 taken along the line I-I.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view of the optical fiber of FIG. 11 taken along the line II-II. It is.
  • the sections a and the sections b are alternately arranged in the fiber axis direction.
  • the inner cladding region 44 includes the holes 43 in the inner cladding region.
  • the section b does not include the holes 43.
  • a transition section c exists between section a and section b.
  • transition section c the hole cross-sectional area changes in the fiber width direction.
  • the length of section a and section b is typically 10 Om or more.
  • the length of the transition section c can be lm or less.
  • the diameter of the core region 41 is 2 ⁇ , and has the same value in the sections a and b.
  • eight holes 43 are arranged at equal intervals on the circumference of radius / T centered on the fiber axis.
  • the refractive index distribution in section a is equivalent to the refractive index distribution having a depressed portion which is an annular region including holes 43, and the refractive index distribution in section b is the refractive index distribution having no depressed portion.
  • the outer radius of the outer cladding region 45 is assumed to be a.
  • the core region 41 is silica having a Ge concentration of 12 mol%
  • the main medium of the inner cladding region 44 is silica having a Ge concentration of 5. Omol%
  • the outer cladding region 45 is pure silica. Vacancies in section a
  • the average refractive index ⁇ ⁇ of the inner cladding region 44 is 1.435 in the section a and 1.452 in the section b. The state has changed in the direction.
  • FIG. 13 is a diagram showing a numerical simulation result of the chromatic dispersion characteristics of the section a and the section b of the optical fin 10H.
  • the wavelength range was set from 151 Onm to 160 O nm.
  • Section a has a negative chromatic dispersion and a negative chromatic dispersion slope
  • section b has a positive chromatic dispersion and a positive chromatic dispersion slope.
  • the chromatic dispersion D and the chromatic dispersion rope S at a wavelength of 155 O nm are:
  • the ratio P oc of the optical power propagating in the outer cladding region is 0.048.
  • FIG. 14 is a diagram showing the average chromatic dispersion D avg in a case where a section a having a length of 0.48 is combined with a section b having a length of 1.
  • the average chromatic dispersion D avg of the entire connected fino interval is given by the following equation. Define. Also, assuming that the total length of the connected fiber sections is L, the cumulative chromatic dispersion is! ) Defined by avg L.
  • the chromatic dispersion in the fiber section where the chromatic dispersion can be regarded as constant is called local chromatic dispersion. This is to distinguish it from the accumulated chromatic dispersion over the entire transmission line where a plurality of such fiber sections are connected.
  • average chromatic dispersion! ) Avg and average chromatic dispersion slope S av g becomes substantially zero at a wavelength 15 50 nm. Therefore, in an optical fiber transmission line having sections a and b at the above ratio, the absolute value of the average chromatic dispersion is 0.4 psZnm / km or less in a wide wavelength band from 151 Onm to 1600 ⁇ m. On the other hand, as shown in FIG. 13, the absolute value of the local chromatic dispersion is as large as 4 psZnm / km or more.
  • the length of such a fiber section can be shortened (for example, lm or less).
  • the effect of optical phenomena is negligible. Accordingly, it is possible to simultaneously suppress the spread of the optical pulse due to the accumulated dispersion and the deterioration of the transmission quality due to the nonlinear optical phenomenon between the optical signals having different wavelengths.
  • the chromatic dispersion since the refractive index distribution in the fiber cross section can be largely changed in the Fino axis direction, the chromatic dispersion The length characteristic can be largely changed in the fiber axis direction.
  • chromatic dispersion characteristics that are difficult or impossible to realize with an optical fiber composed of one type of fiber section can be realized.
  • the characteristic that the absolute value of the local chromatic dispersion is large and the absolute value of the accumulated chromatic dispersion is small can be realized.
  • the refractive index distribution in the cross section of the fiber is greatly changed in the fiber axis direction, so that the chromatic dispersion versus wavelength characteristic is changed in the fiber axis direction. Can be greatly changed. Therefore, 1 5 1 ⁇ ⁇ !
  • the absolute value of the average chromatic dispersion in that wavelength band is smaller than 0.3 Aps ZnmZkm, and in that wavelength band, the chromatic dispersion slope of fiber section a is negative and the chromatic dispersion slope of fiber section b is positive.
  • the optical fiber in the optical fiber according to the present embodiment, a plurality of sections “b” not including holes are arranged at intervals in the fiber axis direction.
  • the optical fiber is cleaved in section b and can be fusion-spliced with another optical fiber.
  • FIGS. 15A and 15 are cross-sectional views of the optical fiber 10I according to the fourth embodiment of the present invention in sections a and b, respectively.
  • the sections a and b are alternately arranged in the fiber axis direction.
  • the inner cladding region 54 includes the holes 53, but in the section b, the holes 53 are not included.
  • a transition section c exists between section a and section b. In transition section c, the hole cross-sectional area changes in the fiber width direction.
  • the length of the sections a and b is typically 100 m or more. On the other hand, the length of the transition section c can be less than l m.
  • the diameter of the core region 51 is 2 and has the same value in the sections a and b.
  • eight holes 53 are arranged at equal intervals on a circumference of radius / T centered on the fiber axis.
  • the refractive index distribution in the section a corresponds to a refractive index distribution having a depressed portion that is an annular region including the holes 53, and the refractive index distribution in the section b is a refractive index having no depressed portion. Equivalent to distribution.
  • FIG. 16 is a diagram showing the results of numerical simulation of the chromatic dispersion characteristics of the section a and the section b of the optical fiber 10I.
  • the wavelength range is set to 1 Changed from 51 Onm to 160 Onm.
  • Section a has a positive chromatic dispersion and a negative chromatic dispersion slope
  • section b has a negative chromatic dispersion and a positive chromatic dispersion slope.
  • the chromatic dispersion D and the chromatic dispersion rope S at a wavelength of 155 Onm are:
  • S two + 0.5 is 033 ps / nm 2 / km.
  • the ratio P oc of the optical power propagating in the outer cladding is 0.0081.
  • FIG. 17 is a diagram showing the average chromatic dispersion D avg in a case where a section b having a length of 0.42 is combined with a section b having a length of 1.
  • the average chromatic dispersion D avg and the average chromatic dispersion slope S avg become substantially zero at a wavelength of 1550 nm. Therefore, in an optical fino transmission line having sections a and b at the above ratio, the absolute value of the average chromatic dispersion is 1 ps / nm / km or less in a wide wavelength band from 151 Onm to 1600 nm.
  • FIG. 17 is a diagram showing the average chromatic dispersion D avg in a case where a section b having a length of 0.42 is combined with a section b having a length of 1.
  • the average chromatic dispersion D avg and the average chromatic dispersion slope S avg become substantially zero at a wavelength of 15
  • the absolute value of the local chromatic dispersion is as large as 1 Ops / nm / km or more. Therefore, it is possible to simultaneously suppress the spread of the optical pulse due to the accumulated dispersion and the deterioration of the transmission quality due to the nonlinear optical phenomenon between the optical signals having different wavelengths.
  • the refractive index distribution in the fiber cross section can be largely changed in the fiber axis direction, so that the chromatic dispersion versus wavelength characteristic greatly changes in the fiber axis direction. Can be done. Therefore, chromatic dispersion characteristics that are difficult or impossible to realize with an optical fiber composed of one type of fiber section can be realized. In particular, the characteristic that the absolute value of the local chromatic dispersion is large and the absolute value of the accumulated chromatic dispersion is small can be realized.
  • An optical fiber in which the absolute value of the average chromatic dispersion in the wavelength band is smaller than 1 ps ZnmZkm can be realized.
  • the refractive index distribution in the fiber cross section is largely changed in the fiber axis direction compared to the conventional dispersion management fiber, so that the chromatic dispersion versus wavelength characteristic is greatly changed in the fiber axis direction. Therefore, the absolute value of the local chromatic dispersion in each section can be made larger than in the related art. As a result, the optical pulse spread due to the accumulated chromatic dispersion can be suppressed, and the transmission quality degradation due to the nonlinear optical phenomenon between optical signals of different wavelengths can be reduced as compared with the conventional technology.
  • the refractive index distribution in the cross section of the fiber is greatly changed in the fiber axis direction, so that the chromatic dispersion versus wavelength characteristic is changed in the Fino axis direction. Can be greatly changed. Therefore, 1 5 1 ⁇ ⁇ !
  • the absolute value of the average chromatic dispersion in that wavelength band is smaller than 1 ps / nm / km, and the chromatic dispersion slope of fiber section a is negative and the chromatic dispersion slope of fiber section b is positive in that wavelength band.
  • An optical fiber can be realized.
  • the wavelength range in which the absolute value of the accumulated chromatic dispersion is smaller than a predetermined value can be expanded, and the transmission capacity can be expanded, as compared with the conventional technology.
  • the optical fiber according to the present invention has a core region composed of a substantially uniform medium, an inner cladding region surrounding the core region, and an inner cladding region surrounding the core region.
  • An outer cladding region composed of a medium, the core region, the inner cladding region, and the outer cladding region extending along the fiber axis; Average refractive index n If, between the average refractive index of the inner cladding region, the mean refractive index n 2 of the outer cladding region, Ninsn.
  • the inner cladding region includes three or more sub-medium regions that are made of a sub-medium having a refractive index different from that of the main medium constituting the inner cladding region and extend along the fiber axis. Take a configuration that fits.
  • the average refractive index of the inner cladding region can be greatly reduced as compared with the case without the sub-medium region, so that a large negative dispersion, a large negative dispersion slope, It is possible to realize a large effective core area and a small bending loss.
  • the outer cladding region affects the optical characteristics, so that a large negative dispersion and a large negative dispersion slope can be realized as compared with the conventional air clad optical fiber.
  • the number of sub-medium regions to be introduced can be greatly reduced, manufacturing with good reproducibility becomes easy, and manufacturing costs can be reduced.
  • the strength against tension and lateral pressure is improved compared to conventional microstructured optical fibers, and the possibility of absorption loss due to OH groups on the pore surface and water vapor in the pores is reduced. Manufacturing and connection are easier. Furthermore, since the refractive index of the core region is higher than the refractive index of the outer cladding region, even when the hole of the inner cladding is crushed, the optical waveguide characteristics are not lost, and the fusion loss can be reduced.
  • optical fiber according to the present invention can be suitably used as an optical transmission path or a dispersion compensating fiber.

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Description

明糸田書
光ファ
技術分野
本発明は、 光伝送路又は分散補償器として好適な光ファイバに関する。
背景技術
従来から、 例えば、 以下のような光ファイバが知られている。 特開平 10— 9 5628号公報に開示されている微細構造光ファイバは、 クラッド領域に囲まれ た通常固体であるコア領域を有し、 このクラッド領域は間隔をおいて配置された 複数のクラッド特徴構造を有し、 そのクラッド特徴構造はそのファイバ軸方向に 長く伸び第 1のクラッド材料中に配置されたクラッド特徴構造であり、 そのコア 領域は、 有効直径 d。及び実効屈折率 N。を有し、 そのクラッド特徴構造は第 1の クラッド材料の屈折率と異なる屈折率を有し、 そのクラッド領域は N。より小さ い実効屈折率を有するものである。 さらに、 クラッド領域が、 実効屈折率 Nclを 有する内側クラッド領域と実効屈折率 N。。を有する外側クラッド領域 (ただし、 Ncl<NC0) を含むことにより、 大きな分散が得られることが示されている。 また、 OFC' 96 T e chni c a l D i ge s t, ThA3には、 W 型屈折率プロファイルを有する光ファイバが開示されており、 この光ファイバに おいて、 小さい (負に大きい) 波長分散が実現できることが示されている。
また、 E l e c t r oni c s Le t t e r s, o l. 18, pp. 82 4- 826, ( 1982) には、 コア領域の両側に空気の 「サイ ドトンネル領域」 を導入することによって、 大きな複屈折率を実現すると同時に、 2つの偏波モー ドのカットオフ周波数差を拡大して絶対単一偏波ファイバを実現できることが開 示されている。
また、 USP 5 , 907 652では、 次のような空気クラヅド光ファイバが 開示されている。 すなわち、 石英系ガラスの光ファイバであって、 ファイバ中心 から外周に向かって、 順に、 コア領域、 内側クラッド領域、 第 1外側クラッド領 域、 第 2外側クラッド領域が存在し、 内側クラッド領域の屈折率がコア領域の屈 折率よりも低く、 第 1外側クラッド領域の実効屈折率は 1 . 3 5よりも低い。 ま た、 光ファイバの光学特性が第 2外側クラッド領域に依存しないように第 1外側 クラッド領域が選ばれている。 空気クラッド光ファイバは、 クラッド励起光ファ ィバレ一ザや長周期グレ一ティングに好適であることが示されている。
発明の開示
しかしながら、 特開平 1 0— 9 5 6 2 8号公報に開示されている微細構造光フ アイバは、 クラッド全体にわたって微細構造が分布しており、 微細構造の数が多 い。例えば、 同公報は、 「発明者らのシミュレーションによれば、 少なくとも 4層 の第 2の毛管特徴構造を与えなければならないことを示している。」という記載が あるが、 この場合、 毛管特徴構造の数は、 少なくとも 9 0個と多数となってしま う。微細構造の数がこのように多くなると、製造が困難になる。同公報によれば、 この微細構造光ファイバの製造工程は以下の通りである。 すなわち、 孔の空いた シリカ管と孔の空いていないシリカロヅドを準備し、 シリカロッドの周りに多数 のシリカ管を配置して管束バンドルを作り、 管束バンドルとォ一パクラツド管と をコラプスさせてプリフォームを作り、 このプリフォームを線引する。 しかし、 細径のシリ力管を配列を乱さないように束ねて管束バンドルを作製する作業は手 間がかかる。 また、 配列が乱れる可能性が高いため、 再現性の良い製造は困難で ある。 製造の困難さは、 微細構造の数の増加に伴って増大する。
一方、 上記の製造工程以外に、 従来の不純物添加型光ファイバのプリフォーム に穿孔器具によって孔をあけるという工程も考えられる。 しかし、 この工程を用 いた場合も、 従来の微細構造光ファイバは多数の微細構造を含むため、 製造コス トが高い。
また、同公報に開示されている光ファイバは、特に微細構造が空孔である場合、 以下のような問題点を有する。 第一に、 空孔を含むことによって光ファイバの強 度が低下するため、 張力や側圧に対する強度が低くなつてしまう。 第二に、 空孔 表面の OH基や空孔内の水蒸気による吸収損失が生じる可能性がある。そのため、 製造ゃファイノ 妾続の際には、 空孔への水蒸気侵入の可能性を低減するための処 置が必要となり、 これらの作業が難しくなる。 第三に、 融着接続の際にガラスが 融けて孔がつぶれると、 コアとクラッドの間の実効屈折率差がなくなって、 クラ ッドに漏れ出す光パワーが著しく増加するため、 融着部における伝搬損失が増大 する。 上記第一、 第二の問題点は、 微細構造の数の増加に伴って影響がさらに増 大する。
また、 OFC' 96 T e chni c a l D i ge s t, ThA3に閧示さ れている不純物添加型光ファイバでは、実現可能な屈折率差が小さい。,その結果、 負分散の絶対値の大きさや、 負分散スロープの絶対値の大きさや、 実 ¾ίコア断面 積の大きさや、 曲げ損失の低さに関して、 実現できる値の範囲が制限されてしま ラ。
また、 E l e c t r oni c s Le t t e r s, vo l. 18, pp. 82
4- 826, ( 1982)に開示されている光ファイバでは、コアの両側に導入さ れた空気の「サイドトンネル領域」を有するため、直線複屈折が大きい。しかし、 光伝送への応用、 特に既存の光伝送路の一部に組み込む応用にとっては、 複屈折 が小さいことが望ましい。複屈折の大きい光ファイバに入射する光の偏波状態が、 ファイバの主偏波状態に一致していない場合、 偏波モード分散による伝送品質劣 化が生じる。そのため、入射光の偏波状態を一定にするための素子が必要となり、 コストが増大してしまう。また、既存の光伝送路の大部分は、偏波選択性がなく、 既存の光伝送路から出射する光の偏波状態は不定である。 このように、 偏波状態 が不定である光の偏波状態を一定に保つことは困難である。
また、 USP 5, 907, 652で閧示された空気クラッド光ファイバでは、 負に大きな波長分散や負に大きな波長分散スロープを得ることが難しい。これは、 第 1外側クラッドの実効屈折率を下げることによって第 2外側クラッド領域が光 学特性に影響を及ぼさないようにすることに主眼がおかれていたためである。 本発明は、 このような事情に鑑みてなされたものであり、 小さい(負に大きい) 波長分散、 小さい (負に大きい) 波長分散スロープ、 大きい実効コア断面積、 小 さい曲げ損失を実現することができる光ファイバを提供することを目的とする。 さらに、 製造の容易化及びコストの低減、 張力や側圧に対する強度の向上、 空孔 表面の O H基ゃ空孔内の水蒸気による吸収損失発生の可能性の低減、 及び融着損 失の低減が図られた光ファイバを提供することを目的とする。
上記目的を満たすため、 本発明に係る光ファイバは、 実質的に均一な媒質で構 成されるコア領域と、 コア領域を包囲する内側クラッド領域と、 内側クラッド領 域を包囲し、 実質的に均一な媒質で構成される外側クラッド領域とを有し、 コア 領域、 内側クラッド領域、 及び外側クラッド領域は、 ファイバ軸に沿って伸びる と共に光学特性に影響を与える領域であり、 コア領域の平均屈折率 n。と、 内側 クラッド領域の平均屈折率 と、 外側クラッド領域の平均屈折率 n 2との間に、
!^く!^く!!。なる関係が成立し、 内側クラッド領域を構成する主媒質とは異な る屈折率を有する副媒質からなりファイバ軸に沿って伸びる領域が、 内側クラヅ ド領域に 3個以上含まれる構成を採る。
ファイバ軸に対して垂直な断面内において、 コア領域の形状は実質的に円であ り、 内側クラッド領域と外側クラッド領域の形状は実質的に円環である。 コア領 域、 及び内側クラッド領域、 及び外側クラッド領域の平均屈折率は、 領域の内半 径を a (コア領域の場合は 0 )、 外半径を bとして、 次の n a v„で与えられる。 n avg •(1)
Figure imgf000006_0001
ただし、 rと 0とは、 ファイバ断面内での位置を表す極座標であり、 n ( r、 Θ ) は断面内の屈折率分布を表す。 一般に、 コア領域、 内側クラッド領域、 及び 外側クラッド領域の各領域における平均屈折率は、領域の定義に依存する。 「実質 的に均一な媒質で構成されるコア領域と、 コア領域を包囲する内側クラッド領域 と、 内側クラッド領域を包囲し、 実質的に均一な媒質で構成される外側クラッド 領域とを有し」、 「コア領域の平均屈折率 n。と、 内側クラッド領域の平均屈折率 と、 外側クラヅド領域の平均屈折率 η 2との間に、 ii i n aく η。なる関係が 成立する」 とは、 上記不等式が成立するような、 コア領域と内側クラッド領域と 外側クラッド領域の定義の仕方が存在することを意味する。 なお、 ファイバ強度 を向上させるために、 ガラスや樹脂などの材料からなるジャケット領域で外側ク ラッド領域を囲むこともできる。 この時、 ジャケット領域が光学特性に影響を及 ぼすのを防ぐために、 外側クラッド領域は十分な半径方向の厚みを持っていなけ ればならない。 一方、 外側クラッド領域は光学特性に影響を及ぼす領域であり、 内側クラッド領域の平均屈折率と厚さは、 外側クラッド領域が光学特性に影響を 及ぼすように選ばれる。
コア領域と外側クラッド領域は実質的に均一な媒質で構成される。 これは、 こ れらの領域を構成する材料の主成分が領域内で一様であることを意味する。 この とき、不純物濃度が領域内で変化する構成を適宜採ることも可能である。例えば、 コア領域は不純物として G eを含むシリカガラスであり、 中心から外周に向かつ て G e濃度が減少する構造を採ることができる。
主媒質とは、 その媒質だけで光ファイバを構成することが現実的に可能な媒質 である。 また、 互いに連結していない複数の主媒質領域が、 1本の光ファイバ中 にあってはならない。 一方、 副媒質は、 その媒質だけで光ファイバを構成するこ とが現実的に不可能な媒質であってもよく、 互いに連結していない複数の副媒質 領域が、 1本の光ファイバ中にあってもよい。 典型的な主媒質としては石英系ガ ラスがあり、 典型的な副媒質としては気体や液体がある。
このように、 本発明に係る光ファイバでは、 内側クラッド領域を構成する主媒 質に加えて、 この主媒質と異なる屈折率を有する副媒質からなる領域 (以下、 副 媒質領域と称する。)を内側クラッド領域に導入する。一方、外側クラッド領域は 実質的に均一な媒質で構成され、 副媒質領域を含まない。 これは、 内側クラッド 領域の平均屈折率が外側クラッド領域の平均屈折率よりも低い光ファイバにおい て、 負に大きな分散などの好ましい特性を得るためには、 副媒質領域の導入によ つて内側クラッド領域の平均屈折率を下げれば十分であり、 外側クラッド領域に は副媒質領域を導入する必要はない、という発明者の認識に基づいている。一方、 主媒質よりも屈折率の低い副媒質からなる領域を導入することにより、 内側クラ ッド領域の平均屈折率を副媒質領域が無い場合に比べて大きく下げることができ る。 その結果、 従来の不純物添加型光ファイバに比べて負に大きな分散や、 負に 大きな分散スロープや、 大きな実効コア断面積や、 小さな曲げ損失といった好ま しい特性を得ることができる。 また、 本発明の光ファイバは、 空気クラッド光フ アイバと異なり、 負に大きな分散や、 負に大きな分散スロープを実現することが できる。これは、副媒質領域を含む内側クラッド領域を囲む外側クラッド領域が、 光学特性、 とりわけ波長分散特性に影響を及ぼすためである。 さらに、 外側クラ ッド領域が実質的に均一な媒質で構成され、 副媒質領域を含まないため、 導入す る副媒質領域の数を、 従来の微細構造光ファィバに比べて大幅に減らすことがで きる。 その結果、 シリカ管を配列する製造方法、 又は穿孔器具を用いてプリフォ —ムに孔をあける製造方法のいずれを用いるにせよ、 再現性よく製造することが 容易となり、 製造コストも低減することができる。
また、 特に副媒質領域が空孔である場合、 副媒質領域の数の減少により、 従来 の微細構造光ファイバに比べて張力や側圧に対する強度が向上すると共に、 空孔 表面の 0 H基ゃ空孔内の水蒸気による吸収損失の発生の可能性が減少することに よって製造や接続が容易になる。 さらに、 コア領域の屈折率が外側クラッド領域 の屈折率よりも高いので、 内側クラッドにおいて孔がつぶれた場合であっても光 導波特性が失われず、 融着損失を低減することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態に係る光ファイバの断面図である 図 2は、 比較対象とする従来の不純物添加型光フアイバの断面図である。 図 3は、 モードフィールド径と、 波長 1 5 5 0 nmにおける波長分散との関係 を示す図である。
図 4は、 モードフィールド径と、 波長 1 5 5 0 nmにおける波長分散スロープ との関係を示す図である。
図 5は、 外側クラッド領域を伝搬する光パワーの割合と波長 1 5 5 O nmにお ける波長分散及び波長分散スロープとの関係を示す図である。
図 6は、 外側クラッド領域を伝搬する光パワーの割合とコア領域の V値との関 係を示す図である。
図 7は、 本発明の第 2の実施の形態に係る光ファイバの断面図である。
図 8は、 本発明の第 2の実施の形態に係る光ファイバの断面図である。
図 9は、 第 2の実施の形態に係る光ファイバの光波長えと、 波長分散!)と、 実 効コア断面積 Ae f fとの関係の計算結果を示す図である。
図 1 0は、 第 2の実施の形態に係る光ファイバを負分散光ファイバとして含む 光通信システムの構成図である。
図 1 1は、 本発明の第 3の実施の形態に係る光ファイバのファイバ軸方向の断 面図である。
図 1 2 Aは、 図 1 1における光ファイバを I一 I線で切断した断面図である。 図 1 2 Bは、 図 1 1における光ファイバを II一 II線で切断した断面図である。 図 1 3は、 第 3の実施の形態に係る光ファイバの区間 a及び区間 bの波長分散 特性の数値シミュレーション結果を示す図である。
図 1 4は、 第 3の実施の形態に係る光ファイバにおいて、 長さ 1の区間 bに対 して、 長さ 0 . 4 8の区間 aを組み合わせた場合の平均波長分散 D av gを示す図 である。
図 1 5 Aは、 第 4の実施の形態に係る光ファイバの区間 aにおける断面図であ る o 図 15Bは、 第 4の実施の形態に係る光ファイバの区間 bにおける断面図であ る。
図 16は、 第 4の実施の形態に係る光ファイバの区間 a及び区間 bの波長分散 特性の数値シミュレーション結果を示す図である。
図 17は、 第 4の実施の形態に係る光ファイバにおいて、 長さ 1の区間 bに対 して、 長さ 0. 42の区間 aを組み合わせた場合の平均波長分散 Davgを示す図 である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照して説明する。
(第 1の実施の形態)
図 1は、 第 1の実施の形態に係る光ファイバ 10Bの断面図である。 この光フ アイバ 10Bのコア領域 11は半径ひの円形であり、 14. 5 mo 1%の濃度の Geが添加されたシリカガラス (屈折率 n。=l. 46567) で構成され、 コ ァ領域 11の周囲には純粋シリカガラス (屈折率 n2=l. 44402) を材料 とする外半径ァのクラッド領域 12が設けられている。 クラヅド領域 1,2は、 コ ァ領域 11を囲み、 副媒質領域 13 (屈折率 n3=l) を有する内側クラッド領 域 14と、 内側クラッド領域 14を囲み副媒質領域 13を含まない外側クラッド 領域 15とから構成されている。 内側クラヅド領域 14において、 主媒質は純粋 シリカガラスであり、 副媒質領域 13を形成する副媒質は空気である。 副媒質領 域 13は、 半径 rの円形であり、 半径/ T の円周上に実質的に等間隔で 8個配置 されている。 また、 外側クラヅド領域 15のさらに外側には、 ガラスやポリマ一 等の材料で構成されるジャケット層が被覆されている。 このジャケット層は、 マ イク口ベンドの発生抑止やファイバの強度向上といつた機械的な性能向上を図る ものであるが、 外側クラッド領域 15は十分に厚く、 ジャケット層が光学特性に 与える影響は無視できる。 内側クラッド領域 14と外側クラッド領域 15の境界 は、 ? = 2 Τ — なる半径を有する円周で定義する (これは、 が^' と の 平均であること、 つまり、 副媒質領域 14の中心は、 内側クラッド領域 14のコ ァ領域 1 1との境界および外側クラッド領域 15との境界から径方向に等距離に 位置していることを意味する)。
この光ファイバ 10 Bの構造パラメ一夕は、 次の通りである。 すなわち、 T
Figure imgf000011_0001
この式から、 所定の領域中に一様な屈折率 nmを有する主媒質中にこれと異な る屈折率 nsを有する副媒質で形成された副媒質領域が存在する場合、 領域内の それそれの断面積を Am、 Asとすると、 この所定領域の平均屈折率 navgは簡単 に次式で表すことが可能である。
Figure imgf000011_0002
(2) 式と上述の各パラメ一夕から内側クラッド領域 14の平均屈折率 ηιは 1. 4366となる。
図 2は、比較対象とする従来の不純物添加型光ファイバ 10 Aの断面図である。 光ファイバ 1 OAのコア領域 1 1の材料は Ge濃度 14. 5 mo 1%のシリカ、 内側クラッド領域 14の材料は F濃度 1. 1 13wt %のシリカ、 外側クラッド 領域 15の材料は純シリカである。
この光ファイバ 1 OAの構造パラメ一夕は、 次の通りである。 すなわち、 β/ =2. 88、 ァ /ひ二 18. 3である。 図 3〜図 6は、 光ファイバ 1 OA及び 10Bにおいて、 比率を一定に保ちなが ら寸法を変えることによってモードフィールド径を変化させたときの光学特性の 変化を示す図である。 図 3及び図 4における横軸はモ一ドフィ一ルド径 MFDを 示し、 図 3の縦軸は波長 155 Onmにおける波長分散 D155。、 図 4の縦軸は波 長 155 Onmにおける波長分散スロープ Si 550をそれそれ示す。また、図 5は、 光ファイバ 10 Bにおける外側クラッド領域を伝搬する光パヮ一の割合 P o cと 光学特性との関係を示す。 図 5の横軸は外側クラッド領域を伝搬する光パワーの 割合 P。。を示し、 左縦軸及び右縦軸は波長 155 Onmにおける波長分散 D155 0及び波長分散スロープ S 1550をそれそれ示す。 図 6は、 光ファイバ 10Bにお ける外側クラッド領域を伝搬する光パワーの割合 P 0 cとファイノ 寸法との関係 を示し、横軸はコアの V値、縦軸は光パワーの割合 P。。をそれそれ示す。ここで、 コアの V値とは寸法に比例する値であり、 コア及び外側クラッドの屈折率をそれ それ n0及び n2、 真空中での波数を kとして、
Figure imgf000012_0001
我 れる o
図 3及び図 4は、 光ファイノ 10Bが光ファイノ 1 OAに比べて絶対値の大き な負の分散及び波長分散スロープを有することをそれぞれ示している。 例えば M FD二 7〃mのとき、 光ファイノ 10 Aでは D 1550 =— 9 Op s/nm/km, S 155o = - 0. 25 p s/nm2/kmであるのに対し、 光ファイノ 1 OBでは D i55o-~107 s/ nm/knis S 1 55 o = _ 0. 84 p s Znn^Zkmで ある。 負の分散及び波長分散スロープの絶対値が大きいことにより、 正の分散及 び波長分散スロープの補償に要する長さが短くて済むため、 光ファイバ 10Bは 光ファイバ 10 Aに比べて正分散及び波長分散スロープの補償に適しているとい える。
図 5は、 外側クラッド領域を伝搬する光パワーの割合 P。。が 0. 008以上の ときに、 負の分散及び負の分散スロープが得られることを示している。 また、 外 側クラッド領域を伝搬するパワーの割合 P。。が 0. 1以上のときに、 特に絶対値 の大きな負の分散及び負の分散スロープが得られることを示している。 なお、 図
6に示すように、 P。。 0. 008を実現するためには Vcre 1. 63、 P。 。≥0. 1を実現するためには Vcre≤l. 34とされる。
以上説明したように、 第 1の実施の形態に係る光ファイバ 10Bは、 従来の空 気クラッド光ファイバと異なり、 小さい (負に大きい) 波長分散と、 小さい (負 に大きい) 波長分散スロープとを実現することができる。 また、 波長分散及び波 長分散スロープは、 不純物添加型の光ファイバ 1 OAに比べて負に大きい。 その ため、 光伝送路が有する正の波長分散や正の波長分散スロープを補償する用途に 好適である。 また、 複屈折も小さい。 さらに、 従来の微細構造光ファイバと異な り、 コアのガラス屈折率がクラッドでのガラス屈折率よりも高いので、 融着時に 孔がつぶれることによる接続損失が少ない。 また、 孔の数も 8と少ないため製造 が容易であり、 強度も高い。 特に外側クラッドを伝搬するパワーの割合が 0. 1 以上の時に、絶対値の大きな負の波長分散及び負の波長分散スロープが得られる。
(第 2の実施の形態)
図 7及び図 8は、 本発明の第 2の実施の形態に係る光ファイバ 10E、 1 OF 及び 10 Gの断面図である。 コァ領域 30と内側クラヅド領域 31は、 Ge添カロ されたシリカガラス(屈折率 n0)によって形成され、 内側クラヅド領域 31は、 副媒質領域 32 (屈折率 n3) を複数有する。 内側クラッド領域 31において、 主媒質は Ge添加されたシリカガラス (n。二 1. 46567) であり、 副媒質 領域 32を形成する副媒質は空気 (n3= 1) である。 副媒質領域 32は、 半径 rの円形であり、 半径 T の円周上に実質的に等間隔で配置されている。 内側ク ラッド領域の外周は半径^の円周である。 コア領域 30と内側クラッド領域 31 の境界は半径 α=2 Τ — ?の円周で定義する。 外側クラッド領域 33は、 純粋 シリカガラスで形成されている。 比較対象として、 図 2に示す不純物添加型光フ アイノ' 1 OAを用いる。 図 7に示す光ファイバ 10E及び 10 Fの構造パラメ一夕は、次の通りである。 すなわち、 光ファイノ 10 Eについては、 ひ = 1. 02 urn β, = 1. 97 m、 r = 0. 253 zmである。 このとき、 内側クラッド領域 31の平均屈折率 は 1. 43883となる。 また、 光ファイバ 10 Fについては、 α = 1. 2 5〃m、 β' = 1. 87〃m、 r = 0. 2 15〃mである。 このとき、 内側クラ ッド領域 31の平均屈折率 1 は 1. 43395となる。
また、図 8に示す光ファイバ 10 Gについては、 ひ = 1. 50〃m、 β' = 1. 84〃m、 r = 0. 155 mである。 このとき、 内側クラヅ ド領域 3 1の平均 屈折率 Πιは 1. 421 1となる。
次に、 以上のような構造を持つ第 2の実施の形態に係る光ファイバ 10Ε〜1 0Gの光波長えと、 波長分散 Dと、 実効コア断面積 Aeifとの関係の計算結果を 図 9に示す。 横軸が光波長え、 左側縦軸が波長分散 D, 右側縦軸が実効コア断面 積 Aeifとなっている。 光ファイバ 10 A、 10 E 10 F及び 10Gのいずれ も、 波長 1550 nmにおいて、 実効コア断面積 Aeif = 30 m2であるが、 波 長分散 Dは、 光ファイバ 1 OAが一 155 p s/nm/km^ 光ファイク 10 E がー 164 p s/nm/km 光ファイノ、' 10 Fが一 208 p s/nm/kms 光ファイバ 10G "がー 254 p s/nm/kmの順で負に大きくなつている。 ま た、 波長増加に対する実効コア断面積 Aefiの増加ペースに注目すると、 光ファ ィバ 10E及び 10 Fの波長増加に対する実効コア断面積 Aeiiの増加ペースは、 光ファイバ 1 OAの波長増加に対する実効コア断面積 Aeifの増加ペースよりも 小さい。 波長増加に対する実効コア断面積 Aeffの増加ペースが小さいというこ とは、 光がコアに良く閉じ込められており、 曲げ損失が小さいことを意味する。 また、 一般に、 実効コア断面積 Aeffを大きくすると曲げ損失も大きくなること から、 曲げ損失を一定にして比較すると、 光ファイノ 10E及び 1 OFは、 光フ ァイノ 1 OAよりも大きい実効コア断面積 Aeffを実現することができる。また、 光ファイバ 10 E、 10 F及び 10 Gのいずれも、 副媒質領域の配置が 4回回転 対称性を実質的に有するので、 2つの偏波モードが縮退し、 モード複屈折が小さ い。
従って、 第 2の実施の形態に係る光ファイバ 1 0 E〜1 0 Gは、 図 2に示す不 純物添加型光ファイバ 1 O Aに比べて、 小さい (負に大きい) 波長分散と、 小さ い曲げ損失と、 大きい実効コア断面積とを実現することができる。 波長分散が負 に大きいため、正分散の補償に必要な長さが短く、かつ実効コア断面積が大きい。 そのため、 図 1 0に示すような、 光送信器 5 0と、 光受信器 5 1と、 正分散光フ アイノ 5 2と、 負分散光ファイバ 5 3を含む光通信システムにおいて、 第 2の実 施の形態に係る光ファイバを負分散光ファイバとして用いれば、 負分散光フアイ バにおける非線型光学効果による伝送路品質劣化を抑制し、 大容量の光通信シス テムを実現することができる。
本発明に係る光ファイバでは、 内側クラッド領域を構成する主媒質に加えて、 この主媒質と異なる屈折率を有する副媒質からなる領域を内側クラッド領域に導 入する。 一方、 外側クラッド領域は実質的に均一な媒質で構成され、 副媒質領域 を含まない。 主媒質よりも屈折率の低い副媒質からなる領域を導入することによ り、 内側クラッド領域の平均屈折率を副媒質領域が無い場合に比べて大きく下げ ることができる。 その結果、 従来の不純物添加型光ファイバに比べて負に大きな 分散や、 負に大きな分散スロープや、 大きな実効コア断面積や、 小さな曲げ損失 といった好ましい特性を得ることができる。 また、 本発明の光ファイバは、 空気 クラッド光ファイバと異なり、 負に大きな分散や、 負に大きな分散スロープを実 現することができる。 これは、 副媒質領域を含む内側クラッド領域を囲む外側ク ラッド領域が、 光学特性、 とりわけ波長分散特性に影響を及ぼすためである。 さ らに、 外側クラッド領域が実質的に均一な媒質で構成され、 副媒質領域を含まな いため、 導入する副媒質領域の数を、 従来の微細構造光ファイバに比べて大幅に 減らすことができる。 そのため、 シリカ管を配列する製造方法、 又は穿孔器具を 用いてプリフォームに孔をあける製造方法のいずれを用いるにせよ、 再現性良く 製造することが容易となり、 製造コストも低減することができる。
また、 特に副媒質領域が空孔である場合、 副媒質領域の数の減少により、 従来 の微細構造光ファイバに比べて張力や側圧に対する強度が向上すると共に、 空孔 表面の 0 H基ゃ空孔内の水蒸気による吸収損失の発生の可能性が減少することに よって製造や接続が容易になる。 さらに、 コア領域の屈折率が外側クラッド領域 の屈折率よりも高いので、 内側クラッドにおいて孔がつぶれた場合であっても光 導波特性が失われず、 融着損失を低減することができる。
なお、 副媒質領域は、 ファイバ軸を中心とする 4回回転対称性が実質的に成立 するように配置されていても良い。 これにより、 2つの偏波モードを実質的に縮 退させ、 複屈折を小さくすることができる。 また、 ファイバ軸を中心とする 1個 以上の同心円の円周上に実質的に等間隔で配置されていても良い。 これにより、 2つの偏波モードを実質的に縮退させ、複屈折を小さくすることができる。また、 円周に沿つて副媒質領域を配置することにより、 この円周を含む円環領域の屈折 率を一様に変化させたのと同等の効果を得ることができる。 このため、 従来の不 純物添加型光フアイバと同様に、 半径方向の屈折率プロファイルに基づく設計が 可能となる。 従って、 系統的な設計が容易となる。 また、 ファイバ軸を中心とす る円の円周上に実質的に等間隔で配置されていても良い。 2つの偏波モードを実 質的に縮退させ、 複屈折を小さくすることができる。 また、 系統的な設計が容易 となる。 さらに、 副媒質領域の数を最小限に抑えることにより、 製造の容易性、 高い強度、 高い信頼性を実現することが可能となる。
また、 本実施の形態に係る光ファイバは、 波長 1 5 5 0 n mにおける外側クラ ヅド領域を伝搬する光パワーの割合を 0 . 0 0 8以上 (より好ましくは 0 . 1以 上) とすることができる。 そのため、 外側クラヅド領域を単なる機械的強度の向 上等のための領域ではなく、 光ファイバの光学特性 (とりわけ波長分散特性) に 現実的に影響を及ぼす領域とすることができる。 特に、 外側クラッド領域を伝搬 する光パワーの割合が 0 . 0 0 8以上であることにより、 小さい (負に大きい) 波長分散スロープを実現できる。 また、 外側クラッド領域を伝搬する光パワーの 割合が 0 . 1以上であることにより、 小さい (負に大きい) 波長分散を実現でき る。 - さらに、 コア領域の媒質と、 内側クラッド領域の主媒質と、 外側クラッド領域 の媒質とは、 不純物が添加される場合がある石英系ガラスであり、 内側クラッド 領域における副媒質領域を形成する副媒質は気体又は真空である構成を採っても 良い。 これにより、 伝送損失を低く抑えると共に、 内側クラッドの平均屈折率を 大きく低下させて、 従来の不純物添加型光ファイバに比べて負に大きな分散など の好ましい特性を実現することが可能となる。
(第 3の実施の形態)
図 1 1は、 本発明の第 3の実施の形態に係る光ファイバ 1 0 Hのファイバ軸方 向の断面図である。 また、 図 1 2 Aは、 図 1 1における光ファイバを I一 I線で 切断した断面図であり、 図 1 2 Bは、 図 1 1における光ファイバを Π— II線で切 断した断面図である。 第 3の実施の形態に係る光ファイバ 1 0 Hは、 ファイバ軸 方向に区間 aと区間 bとが交互に配置されており、 区間 aでは内側クラッド領域 4 4に空孔 4 3を含むが、 区間 bでは空孔 4 3を含まない。 区間 aと区間 bの間 には、 遷移区間 cが存在し、 遷移区間 cでは空孔断面積がファイバ幅方向に変化 している。 区間 aと区間 bの長さは、 典型的には 1 0 O m以上である。 一方、 遷 移区間 cの長さは l m以下とすることができる。 この時、 遷移区間 cの光学特性 が光ファイバ全体の光学特性に及ぼす影響は無視できる。 コア領域 4 1の直径は 2 αであり、区間 a及び区間 bにおいて同一の値である。図 1 2 Aに示すように、 区間 aでは、 ファイバ軸を中心とする半径/ T の円周上に 8個の空孔 4 3 (半径 r ) が等間隔で配置されている。 区間 aにおける屈折率分布は、 空孔 4 3を含む 円環領域であるディプレスト部を有する屈折率分布に相当し、 区間 bにおける屈 折率分布は、 ディプレスト部を有さない屈折率分布に相当する。 また、 第 1及び 第 2の実施の形態と同様に、 内側クラッド領域 4 4の外半径は/? = 2 ^, 一 αと し、 外側クラッド領域 45の外半径はァとする。
この光ファイバ 10 Hの構造パラメ一夕は、 次の通りである。 すなわち、 ひ = 1. 7 p〃m、 β' =2. 74〃m、 r二 0. 2 5〃mである。コア領域 4 1は、 Ge濃度 12mo 1%のシリカ、 内側クラヅド領域 44の主媒質は G e濃度 5. Omo l%のシリカ、 外側クラッド領域 45は純シリカである。 区間 aでは空孔
43を含むのに対し、 区間 bでは空孔 43を含まないため、 内側クラッド領域 4 4の平均屈折率 η ιは、 区間 aにおいて 1. 435、 区間 bにおいて 1. 4 52 であり、 ファイバ軸方向に変化した状態となっている。
図 13は、 光ファイノ 10Hの区間 a及び区間 bの波長分散特性の数値シミュ レ一シヨン結果を示す図である。 ここでは、 図 13'に示すように、 波長範囲を 1 5 1 Onmから 1 60 O nmとした。 区間 aでは、 負の波長分散と負の波長分散 スロープとを有し、 区間 bでは、 正の波長分散と正の波長分散スロープとを有す る。 特に、 波長 1 55 O nmにおける波長分散 D及び波長分散ロープ Sは、 区間 aでは、
D二— 12. 8 p s/nm/km、
5 = -0. 1 29 p s/nmVkmであり、
区間 bでは、
D = +6. 1 6 p s/n / k m、
S = + 0. 0 6 5 p s/nm2Zkmである。
また、 1 5 5 O nmにおいて、 外側クラッド領域を伝搬する光パワーの割合 P ocは 0. 048である。
図 14は、 長さ 1の区間 bに対して、 長さ 0. 48の区間 aを組み合わせた場 合の平均波長分散 Davgを示す図である。 ここで、 波長分散 Di、 長さ のファ ィバ区間 i (i = l , 2, · · · n) が連結されているとき、 連結されたファイノ 区間全体の平均波長分散 Davgを次式で定義する。 また、 連結されたファイバ区 間全体の長さを Lとして、 累積波長分散を!) avgLで定義する。
Figure imgf000019_0001
同様にして、波長分散スロープ Si、長さ のファイバ区間 i (i = 1, 2,·· n) が連結されているとき、 連結されたファイバ区間全体の平均波長分散スロブ Savgを次式で定義する。また、累積波長分散スロープを Sav„Lで定義する,
Figure imgf000019_0002
波長分散が一定であるとみなすことができるファイバ区間における波長分散を 局所波長分散と呼ぶ。 これは、 このようなファイバ区間が複数接続された伝送路 全体での累積波長分散と区別するためである。
図 14に示されるように、 平均波長分散!) avg及び平均波長分散スロープ Sav gは、 波長 15 50 nmにおいて実質的にゼロとなる。 そのため、 上記の比率で 区間 a及び区間 bを有する光ファイバ伝送路では、 151 Onmから 1600 η mの広い波長帯域において平均波長分散の絶対値が 0. 4 p sZnm/km以下 となる。 一方、 図 13に示されるように局所波長分散の絶対値は 4p sZnm/ km以上と大きい。 また、 遷移区間に含まれる一部のファイバ区間においては局 所波長分散の絶対値が小さくなるが、 このようなファイバ区間の長さは短く (例 えば、 lm以下) できるので、 遷移区間における非線形光学現象の影響は無視で きる大きさである。 従って、 累積分散による光パルス広がりと、 異なる波長の光 信号間の非線形光学現象による伝送品質劣化を同時に抑制することができる。 このように、 第 3の実施の形態に係る光ファイバでは、 ファイバ断面内の屈折 率分布をファイノ 軸方向に大きく変化させることができるため、 波長分散の対波 長特性をファイバ軸方向に大きく変化させることができる。 そのため、 1種類の ファイバ区間からなる光ファイバでは実現が困難又は不可能である波長分散特性 を実現することができる。 特に、 局所波長分散の絶対値が大きく、 累積波長分散 の絶対値が小さいという特性を実現することができる。
また、 本実施の形態に係る光ファイバでは、 従来の分散マネジメントファイバ に比べて、 ファイバ断面内の屈折率分布をファイバ軸方向に大きく変化させるこ とによって、 波長分散の対波長特性をファイバ軸方向に大きく変化させることが できる。 そのため、 1 5 1 Ο ηπ!〜 1 6 0 0 nmの波長帯における波長分散が一 1 0 p s ZnmZkmより小さいファイバ区間 aと、 その波長帯における波長分 散が + 5 p s Zrim/k mより大きいファイバ区間を bとを有し、 その波長帯に おける平均波長分散の絶対値が 0 . A p s ZnmZkmよりも小さく、 その波長 帯においてファイバ区間 aの波長分散スロープが負であると共にファイバ区間 b の波長分散ス口一プが正である光ファイバを実現することができる。 その結果、 従来技術に比べて、 累積波長分散の絶対値が所定の値よりも小さくなる波長範囲 を拡大し、 伝送容量を拡大することができる。
さらに、 本実施の'形態に係る光ファイバは、 空孔を含まない複数の区間 bがフ アイバ軸方向に間隔をおいて配置されている。 その結果、 区間 bにおいて光ファ ィバをクリーブし、 他の光ファイバと融着接続できる。 この時、 従来の微細構造 光ファイバと異なり、 融解による副媒質領域の変形 ·消失や、 副媒質領域による コアの認識の妨害の問題が起こらないので、 従来の微細構造光ファイバに比べて 融着接続が容易になる。 また、 端面において外気に対して開いた空孔がなく、 汚 染物質が空孔に侵入しない。 そのため、 屈折率マッチング液を用いて低損失の機 械的接続を実現することができる。 さらに、 一部のファイバ区間 aにおいて側面 が損傷し、 空孔内に水などの汚染物質が侵入した場合も汚染物質はフアイバ全体 には行き渡らないため、 損傷に対する耐性が従来の微細構造光ファイバに比べて 高い。 ' (第 4の実施の形態)
図 1 5 A及び図 1 5 は、 それそれ本発明の第 4の実施の形態に係る光フアイ バ 1 0 Iの区間 a及び区間 bにおける断面図である。 第 4の実施の形態に係る光 ファイバ 1 0 1は、 第 3の実施の形態に係る光ファイバ 1 0 Hと同様に、 フアイ バ軸方向に区間 aと区間 bとが交互に配置されており、 区間 aでは内側クラッド 領域 5 4に空孔 5 3を含むが、 区間 bでは空孔 5 3を含まない。 区間 aと区間 b の間には、 遷移区間 cが存在し、 遷移区間 cでは空孔断面積がファイバ幅方向に 変化している。区間 aと区間 bの長さは、典型的には 1 0 0 m以上である。一方、 遷移区間 cの長さは l m以下とすることができる。 この時、 遷移区間 cの光学特 性が光ファイバ全体の光学特性に及ぼす影響は無視できる。 コア領域 5 1の直径 は 2ひであり、 区間 a及び区間 bにおいて同一の値である。 図 1 5 Aに示すよう に、区間 aでは、ファイバ軸を中心とする半径/ Tの円周上に 8個の空孔 5 3 (半 径 r ) が等間隔で配置されている。 区間 aにおける屈折率分布は、 空孔 5 3を含 む円環領域であるディプレスト部を有する屈折率分布に相当し、 区間 bにおける' 屈折率分布は、 ディプレスト部を有さない屈折率分布に相当する。 また、 第 1〜 第 3の実施の形態と同様に、 内側クラッド領域 5 4の外半径は/? = 2 T — αと する。
この光ファイバ 1 0 Iの構造パラメ一夕は、 次の通りである。 すなわち、 ひ = 1 . 7 4〃m、 β ' = 2 . 8 1
Figure imgf000021_0001
r二 0 . 3 9〃mである。 コア領域 5 1は、 G e濃度 1 4 m o 1 %のシリカ (屈折率 n 0 = 1 . 4 6 5 )、 内側クラヅ ド領域 5 4の主媒質及び外側クラッド領域 5 5は純シリカ (屈折率 n 2及び n 3 = 1 . 4 4 4 ) である。 区間 aでは空孔 4 3を含むのに対し、 区間 bでは空孔 4 3を含まな いため、 内側クラッド領域 5 4の平均屈折率 は、 ファイバ軸方向に変化した 状態となっている。
図 1 6は、 光ファイバ 1 0 Iの区間 a及び区間 bの波長分散特性の数値シミュ レ一シヨン結果を示す図である。 ここでは、 図 1 6に示すように、 波長範囲を 1 51 Onmから 160 Onmとした。 区間 aでは、 正の波長分散と負の波長分散 スロープとを有'し、 区間 bでは、 負の波長分散と正の波長分散スロープとを有す る。 特に、 波長 155 Onmにおける波長分散 D及び波長分散ロープ Sは、 区間 aでは、
Figure imgf000022_0001
S =— 0. 079 p s/nmVkmであり、
区間 bでは、 D二— 12. 4 p s/nm/kms
S二 + 0. 033 p s/nm2/kmである。
また、 155 Onmにおいて、 外側クラヅ ドを伝搬する光パワーの割合 P ocは 0. 0081である。
図 17は、 長さ 1の区間 bに対して、 長さ 0. 42の区間 aを組み合わせた場 合の平均波長分散 Davgを示す図である。 平均波長分散 Davg及び平均波長分散 スロープ Savgは、 波長 1550 nmにおいて実質的にゼロとなる。 そのため、 上記の比率で区間 a及び区間 bを有する光ファイノ伝送路では、 15 1 Onmか ら 1600 nmの広い波長帯域において平均波長分散の絶対値が 1 p s/nm/ km以下となる。 一方、 図 16に示されるように局所波長分散の絶対値は 1 Op s/nm/km以上と大きい。 従って、 累積分散による光パルス広がりと、 異な る波長の光信号間の非線形光学現象による伝送品質劣化を同時に抑制することが できる。
このように、 第 4の実施の形態に係る光ファイバでも、 ファイバ断面内の屈折 率分布をフアイバ軸方向に大きく変化させることができるため、 波長分散の対波 長特性をファイバ軸方向に大きく変化させることができる。 そのため、 1種類の ファイバ区間からなる光ファイバでは実現が困難又は不可能である波長分散特性 を実現することができる。 特に、 局所波長分散の絶対値が大きく、 累積波長分散 の絶対値が小さいという特性を実現することができる。
また、 波長分散の対波長特性のファイバ軸方向における変化を適切に設計する ことにより、 1 5 1 0 nn!〜 1 6 0 0 nmの波長帯における波長分散が 2 O p s Znm/k mより大きいファイバ区間 aと、 その波長帯における波長分散が一 1 0 s /nmZkmより小さいファイバ区間 bとを有し、 その波長帯における平 均波長分散の絶対値が 1 p s ZnmZkmよりも小さくなる光ファイバを実現す ることができる。 本実施の形態に係る光ファイバでは、 従来の分散マネジメント フアイバに比べてフアイバ断面内の屈折率分布をファィバ軸方向に大きく変化さ せることによって、 波長分散の対波長特性をファイバ軸方向に大きく変化させる ことができるので、 各区間における局所波長分散の絶対値を従来技術よりも大き くすることができる。 その結果、 累積波長分散による光パルス広がりを抑制する と同時に、 異なる波長の光信号間での非線形光学現象による伝送品質劣化を従来 技術よりも小さくすることができる。
さらに、 本実施の形態に係る光ファイバでは、 従来の分散マネジメントフアイ バに比べて、 ファイバ断面内の屈折率分布をファイバ軸方向に大きく変化させる ことによって、 波長分散の対波長特性をファイノ 軸方向に大きく変化させること ができる。 そのため、 1 5 1 Ο ηπ!〜 1 6 0 0 nmの波長帯における波長分散が 2 0 p s /nmZkmより大きいファイバ区間 aと、 その波長帯における波長分 散が一 1 O p s /nm/k mより小さいファイバ区間を bとを有し、 その波長帯 における平均波長分散の絶対値が 1 p s /nm/k mよりも小さく、 その波長帯 においてファイバ区間 aの波長分散スロープが負であると共にファイバ区間 bの 波長分散スロープが正である光ファイバを実現することができる。 その結果、 従 来技術に比べて、 累積波長分散の絶対値が所定の値よりも小さくなる波長範囲を 拡大し、 伝送容量を拡大することができる。
以上説明したように、 本発明に係る光ファイバは、 実質的に均一な媒質で構成 されるコア領域と、 コア領域を包囲する内側クラッド領域と、 内側クラッド領域 を包囲し、 実質的に均一な媒質で構成される外側クラッド領域とを有し、 コア領 域、 内側クラッド領域、 及び外側クラッド領域は、 ファイバ軸に沿って伸び、 コ ァ領域の平均屈折率 n。と、 内側クラッド領域の平均屈折率 と、 外側クラッド 領域の平均屈折率 n 2との間に、 n i n s n。なる関係が成立する光ファイバに おいて、 内側クラヅド領域を構成する主媒質とは異なる屈折率を有する副媒質か らなりファイバ軸に沿って伸びる副媒質領域が、 内側クラッド領域に 3個以上含 まれる構成を採る。
このような構成により、 内側クラッド領域の平均屈折率を、 副媒質領域が無い 場合に比べて大きく下げることができるため、 従来の不純物添加型光ファイバに 比べて大きな負分散、 大きな負分散スロープ、 大きな実行コア断面積、 及び小さ な曲げ損失を実現することが可能となる。 また、 従来の空気クラッド光ファイバ と異なり、 外側クラッド領域が光学特性に影響を及ぼす結果、 従来の空気クラッ ド光ファイバに比べて大きな負分散及び大きな負分散スロープを実現できる。 ま た、 導入する副媒質領域の数を大幅に減らすことができるため、 再現性良く製造 することが容易となり、 製造コストも低減できる。 また、 従来の微細構造光ファ ィバに比べて張力や側圧に対する強度が向上すると共に、 空孔表面の O H基や空 孔内の水蒸気による吸収損失の発生の可能性が減少することによつて製造や接続 が容易になる。 さらに、 コア領域の屈折率が外側クラッド領域の屈折率よりも高 いので、 内側クラッドの孔がつぶれた場合であっても光導波特性が失われず、 融 着損失を低減させることができる。 産業上の利用可能性
本発明に係る光フアイバは、 光伝走路あるいは分散補償ファイバとして好適に 使用できる

Claims

言青求の範囲
1 . 実質的に均一な媒質で構成されるコア領域と、 前記コア領域を包囲する 内側クラッド領域と、 前記内側クラッド領域を包囲し、 実質的に均一な媒質で構 成される外側クラッド領域とを有し、 前記コア領域、 前記内側クラッド領域、 及 び前記外側クラッド領域は、 フアイバ軸に沿って伸びると共に光学特性に影響を 与える領域であり、 前記コア領域の平均屈折率 n。と、 前記内側クラッド領域の 平均屈折率 η ιと、 前記外側クラッド領域の平均屈折率 n 2との間に、
n 1 < n 2 < n 0
なる関係が成立し、
前記内側クラッド領域を構成する主媒質と異なる屈折率を有する副媒質からな りファイバ軸に沿って伸びる領域が、 前記内側クラッド領域に 3個以上含まれる ことを特徴とする光ファイバ。
2 . 所定波長における前記外側クラッド領域を伝搬する光パワーの全光パヮ —に対する割合が 0 . 0 0 8以上であることを特徴とする請求項 1記載の光ファ ィバ。
3 . 所定波長における前記外側クラッド領域を伝搬する光パワーの全光パヮ 一に対する割合が 0 . 1以上であることを特徴とする請求項 2記載の光ファイバ。
4 . 前記内側クラッド領域に含まれる副媒質からなる領域が 5 0個以下であ ることを特徴とする請求項 2記載の光ファイバ。
5 . 前記副媒質からなる領域がフアイバ軸を中心とする 4回回転対称性が実 質的に成立するように配置されていることを特徴とする請求項 2記載の光フアイ パ。
6 . 前記副媒質からなる領域が、 ファイバ軸を中心とする 1個以上の同心円 の円周上に実質的に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項 5記載の光
7 . 前記副媒質からなる領域が、 ファイバ軸を中心とする円の円周上に実質 的に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項 6記載の光ファイバ。
8 . 所定の波長における基底モ一ドの波長分散が、 一 1 0 0 p s /n m/k mよりも小さいことを特徴とする請求項 2記載の光ファイバ。
9 . 所定の波長において正の波長分散を有すると共に負の波長分散スロープ を有することを特徴とする請求項 2記載の光ファイバ。
1 0 . 前記コア領域の媒質と、 前記内側クラッド領域の主媒質と、 前記外側 クラッド領域の媒質は、 不純物が添加される場合がある石英系ガラスであり、 前 記内側クラッド領域の副媒質は気体又は真空であることを特徴とする請求項 2記 載の光ファイバ。
1 1 . 光送信器と、 光ファイバ伝送路と、 光受信器からなる光通信システム において、 前記光ファイバ伝送路が、 請求項 2記載の光ファイバと、 前記光ファ ィバと異なる符号の波長分散を持つ光ファイバを含むことを特徴とする光フアイ バ通信システム.
1 2 . 前記副媒質からなる領域の断面積及び屈折率の少なくとも一方が前記 ファイバ軸方向に変化していることを特徴とする請求項 2記載の光ファイバ。
1 3 . 所定の波長における波長分散が所定の正の値より大きい第 1種フアイ バ区間と、 前記波長における波長分散が所定の負の値より小さい第 2種フアイノ' 区間とを有する請求項 1 2記載の光ファイバ。
1 4 . 前記第 1種ファイバ区間では、 所定の波長における波長分散が + 1 p s /nm/k mより大きいと共に、 前記第 2種ファイバ区間では、 前記波長にお ける波長分散が— 1 p s /nmZkmより小さく、 前記波長における波長分散の 絶対値が 1 p s /nmZkmを下回るファイバ区間の長さの合計が光ファイバ全 長の 1 Z 1 0以下であることを特徴とする請求項 1 3記載の光ファイバ。
1 5 . 前記第 1種ファイバ区間の前記波長における波長分散スロープと、 前 記第 2種ファイバ区間の前記波長における波長分散スロープが、 符号を異にする ことを特徴とする請求項 1 3記載の光:
16. 前記副媒質を含まない複数のフ rィバ区間が、 ファイバ軸方向に間隔 を置いて配置されていることを特徴とする請求項 2記載の光ファイバ。
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