WO2003098296A1 - Fibre optique a dispersion decalee - Google Patents

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core
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Kazunori Suzuki
Satoki Kawanishi
Hirokazu Kubota
Masatoshi Tanaka
Moriyuki Fujita
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Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Mitsubishi Cable Industries, Ltd.
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    • G02B6/0281—Graded index region forming part of the central core segment, e.g. alpha profile, triangular, trapezoidal core

Definitions

  • the present invention relates to a dispersion-shifted optical fiber, and more particularly, to a dispersion-shifted optical fiber used for an optical communication network and optical signal processing.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional dispersion-shifted optical fiber.
  • reference numeral 21 denotes a core
  • 23 denotes a clad
  • 24 denotes holes
  • 25 denotes a jacket.
  • the positions of the holes 24 in the clad portion 23 are not disordered, and form a honeycomb shape having a regular hexagon whose side length is ⁇ as a basic lattice.
  • the diameter of the hole 24 is d.
  • the effective refractive index becomes lower than the refractive index of the core portion 21 due to the holes 24 opened in the cladding portion 23, and as a result, the mode guided in the core portion 21 is changed. It propagates by being confined.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating chromatic dispersion characteristics of a conventional dispersion-shifted fiber. From FIG. 11, it can be seen that the zero-dispersion wavelength exists near the wavelength of 1.55 m. At the same time, unlike dispersion-shifted fibers, which are widely used as optical communication media, It is characteristic that the sign of the dispersion slope (the slope of chromatic dispersion when the wavelength is plotted on the horizontal axis) is negative.
  • the conventional dispersion-shifted optical fiber has the following disadvantages.
  • the first drawback is that the use of a region where the dispersion slope is negative (dispersion decreases as the wavelength becomes longer) reduces the effect of confining the propagation mode and increases the loss as the wavelength becomes longer.
  • drawbacks Further, by changing a part of light fa I bar structure as described in FIG. 1 0, the center of the core portion, for example, even in a high structure refractive index than the peripheral portion of the core is doped with Ge_ ⁇ 2
  • the zero dispersion is realized by the effect of the structural dispersion of the cladding, there is a disadvantage that the optical loss increases at a long wavelength as in the structure shown in FIG.
  • Figure 12 shows the loss wavelength characteristics of the dispersion shifted fiber in this case.
  • the loss increases sharply on the longer wavelength side from around 1.45 zm. At 1.6 m, the loss is as large as about 100 dBZkm. Similar characteristics have been obtained by computer analysis.
  • bend loss at the microphone opening is likely to occur due to the weak light confinement effect, and it has been difficult to construct a low-loss transmission line with a cable using the conventional technology.
  • bending loss is likely to occur for the same reason, and it has been difficult to store and use a small diameter fiber when using this optical fiber as an optical component.
  • the second disadvantage is that the conventional dispersion-shifted fiber has a core diameter of about 2.4 m, and the commonly used single-mode fiber has a core diameter of 10 m. Since it is smaller than 8 to 10 m in the case of optical fiber, the connection loss with these fibers can be as large as several dB or more.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a dispersion-shifted optical fiber having a low loss, a low dispersion slope, and a 1.55 micron band. is there. Disclosure of the invention
  • a plurality of holes are formed along a longitudinal direction, a clad portion in which the plurality of holes are geometrically arranged, and a center portion of a core portion, which is refracted from a peripheral portion of the core portion. And a core portion having a refractive index distribution such that the group velocity dispersion at the operating wavelength in the region has a normal dispersion.
  • the refractive index distribution of the core portion is the same as the refractive index distribution of the core portion and the cladding portion of any one of a matched clad type, a w-type, a triple clad type, and a quadruple clad type optical fiber.
  • At least one of the diameter or arrangement of the holes formed in the clad portion, the shape of the core portion, and the refractive index distribution is defined as an axial symmetry of less than three times with the center of the core portion as a symmetric axis. I have.
  • the present invention has a region having a high relative refractive index difference by adding a dopant to the center of the core, and has a large negative dispersion (normal In the cladding region of the dispersion-compensating fiber having a dispersion (dispersion), a wavelength of 1.55 is obtained by balancing with the effect of waveguide dispersion having a large anomalous dispersion due to the presence of these holes.
  • a dispersion-shifted fiber having zero dispersion and a low dispersion slope in the ⁇ m band can be realized.
  • the dispersion slope of the waveguide dispersion caused by the hole effect is desirably positive or zero.
  • FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution of a cross section along a line indicated by ⁇ in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the wavelength dependence of the chromatic dispersion of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a refractive index distribution of a core portion according to the present invention, and is a diagram illustrating an example of a W type (double clad type).
  • FIG. 4B is a diagram showing a refractive index distribution of a core portion in the present invention, and is a diagram showing an example of a triple clad type.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the chromatic dispersion characteristics of an optical fiber created based on Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional structural view for explaining the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a refractive index distribution of a cross section along a line indicated by w_vir in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the wavelength dispersion characteristics of the optical fiber of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the chromatic dispersion characteristics of the optical fiber according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional dispersion-shifted optical fiber.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of chromatic dispersion characteristics of a conventional optical fiber.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating loss wavelength characteristics of a conventional optical fiber. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram for explaining a first embodiment of the dispersion-shifted optical fiber of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a core region a in which Ge 0 2 is added at a high concentration
  • 2 denotes a pure S i Core regions b and 3 made of glass are clad parts arranged around the core region
  • 5 shows a jacket part.
  • a large number of holes (hereinafter, referred to as holes) 4 extending in the longitudinal direction of the optical fiber are formed in the clad portion 3.
  • the positions of the holes 4 in the cladding portion 3 are not disordered, but form a honeycomb shape having a regular hexagon whose length of one side is ⁇ as a basic lattice.
  • the diameter of the hole 4 is d.
  • FIG. 2 is a diagram showing a refractive index distribution of a cross section taken along a line indicated by ⁇ in FIG. 1.
  • the optical waveguide composed of the core region a and the core region b has a normal dispersion of ⁇ 22 ps ZkmZnm due to the waveguide dispersion effect and the material dispersion effect.
  • the presence of the holes 4 can cause large positive structural dispersion (abnormal dispersion) in the mode propagating in the core.
  • the magnitude of the structural dispersion can be changed by selecting and changing the interval ⁇ of the holes 4 and the diameter d of the holes 4 all at once.
  • FIG. 3 shows the chromatic dispersion characteristics of this optical fiber.
  • the dashed line in FIG. 3 shows the wavelength dispersion characteristics when no holes are present, and the solid line shows the wavelength dispersion characteristics when holes having the above-mentioned size are provided. From this figure, it can be seen that the wavelength dispersion is zero at the wavelength of 1.55 / zm, It can be seen that characteristics can be obtained.
  • the values of 2a, ⁇ , ⁇ , and d, which have zero dispersion at a wavelength of 1.55 m, are not limited to the combinations described above, but can be realized by various combinations of values.
  • the core region a may have a refractive index distribution such as a square type, a power ( ⁇ > 2), or a super Gaussian.
  • zero dispersion can be achieved at a wavelength of 1.55 / im by reducing the distance ⁇ between the holes 4 to about the wavelength.
  • the confinement of light propagating in the core region becomes extremely weak, resulting in a sharp increase in loss.
  • the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the refractive index distribution of the core portion a , which is a step-type refractive index distribution in the first embodiment, is changed to a double clad type or a triple clad type.
  • Figures 4A and 4B show examples of the refractive index distribution.
  • FIG. 4A shows the refractive index distribution of the double clad type
  • FIG. 4B shows the refractive index distribution of the triple clad type.
  • the refractive index distributions shown in Figs. 4A and 4B are equivalent to the well-known refractive index distribution of a dispersion compensating fiber. With such a refractive index distribution, an optical fiber having a large normal dispersion can be realized. .
  • the dispersion slope around 1.55 m wavelength can be made negative (M. Ohni shi et al. "Optimization of dispersion-compensating fibers considering self-phase modulation suppression", OFC '96, ThA2 (1996), L, Gruner-Nielsen, et al., "New dispersion compensating fibers for simultaneous compensation of dispersion and dispersion slope of non-zero dispersion shifted. fibres in the C or L band ", OFC 2000, (2000)).
  • FIG. 5 shows the wavelength dispersion characteristics of the fiber of the present invention.
  • the broken line indicates the wavelength dispersion characteristics when no holes exist, and the solid line indicates the wavelength dispersion characteristics of the present optical fiber.
  • the optical fiber structure of the present invention since the mode propagating in the optical fiber is strongly localized in the core regions 1 and 2 surrounded by the hole 4, the radiation mode loss due to the bending of the optical fiber and the microbending The loss is reduced to a value that is not practically a problem. Therefore, even if a conventional cable is used, the increase in loss can be neglected, and the allowable bending radius can be made smaller than that of the conventional fiber, so that the restriction on the storage and routing of the fiber inside the device is reduced.
  • Figure 6 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention, the core region b, 1 reference numeral 11 is composed of a core region a, 12 with the addition of Ge_ ⁇ 2 in a high concentration pure S i 0 2 3 is the cladding, 14 & is the hole &, 14) is the hole 13, 15 is the jacket are doing.
  • the hole b is arranged so as to be twice symmetrical adjacent to the core region, and its diameter is set to be larger or smaller than the hole a.
  • FIG. 7 is a diagram showing a refractive index distribution of a cross section along a line indicated by V—Vi in FIG. Since the diameters of the holes a and b are different, anisotropy occurs in the equivalent refractive index in the X-axis direction and the y-axis direction shown in FIG. As a result, a large birefringence occurs in a propagation mode having a vibrating surface in the X and y directions. Due to the large birefringence, the number of polarization crosses from the polarization mode in the X direction to the mode in the y direction is reduced, and consequently the polarization mode in the X or y direction is reduced. Propagation is maintained.
  • An example in which the refractive index of the core region a is equal to the core region b is described in Kawanishi and Okamoto, “Polarization-maintaining optical fiber” (Japanese Patent Application No. 2001-59033).
  • the core region 1 to GeO 2 was added to high concentration, negative waveguide dispersion based on the waveguide structure of the core region (normal dispersion ) To compensate for the positive dispersion due to the vacancies described above.
  • the relative refractive index difference ⁇ of the core region a is 2%
  • the diameter is 2.2 urn
  • the diameter of the hole a is 2 xm
  • the diameter of the hole b is 4 ⁇ m
  • the distance between the holes 4 is 4,
  • the wavelength dispersion becomes zero around the wavelength of 1.55 m.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the chromatic dispersion characteristics of this optical fiber.
  • the solid and dashed lines represent the chromatic dispersion characteristics for propagation modes having polarization directions in the X and y directions, respectively. 1.55 for each mode with different zero-dispersion wavelengths for both modes It can be seen that a zero dispersion wavelength exists near m. The difference between the two wavelength dispersion characteristics is due to the large difference in the diameters of the holes a and b.
  • the core region 11 is assumed to have a step-type refractive index distribution.
  • the core region 11 may have a refractive index distribution of a square type, an ⁇ -th power (> 2), a super Gaussian, or the like.
  • the refractive index distribution of the core portion a which was a step-type refractive index distribution in the third embodiment, is changed to a double clad type or a triple clad type.
  • An example of the shape of the refractive index distribution is shown in FIGS. 4A and 4B.
  • the chromatic dispersion characteristic of the optical fiber having such a refractive index distribution can be determined by selecting an appropriate structural parameter to have a normal dispersion (negative) and a negative dispersion near a wavelength of 1.55 m.
  • FIG. 9 shows an example of the chromatic dispersion characteristics of an optical fiber created based on this structure.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating chromatic dispersion characteristics corresponding to two polarization modes in which the solid line and the broken line are orthogonal to each other.
  • one of the mutually orthogonal propagation modes has zero dispersion at a wavelength of 1.55 m.
  • the dispersion slope at this time is 0.02 ps / km / nm, which is a small value that is 1/3 or less of the ordinary dispersion shift optical fiber.
  • the optical loss does not increase even when the optical fiber is bent to a diameter of about 10 mm.
  • the core At the center of the core, there is a region with a higher refractive index than the periphery of the core, and the core has a refractive index distribution such that the group velocity dispersion at the operating wavelength of the region becomes normal dispersion.
  • a dispersion shift fiber having a strong confinement effect can be realized.
  • optical loss due to bending of the optical fiber is less likely to occur, when the optical fiber of the present invention is housed inside the device or the like, the size of the device can be reduced. Further, by optimizing the refractive index distribution of the core portion, it is possible to realize an optical fiber with low dispersion in a wide wavelength range, and to improve the characteristics of an optical device using the same.

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Description

明 細 書 分散シフト光ファイバ 技術分野
本発明は、 分散シフト光ファイバに関し、 より詳細には、 光通信ネットヮー クおよび光信号処理に用いられる分散シフト光ファイバに関する。 背景技術
図 1 0は、 従来の分散シフト光ファイバの断面構造図で、 図中符号、 2 1は コア部、 2 3はクラッド部、 2 4は空孔、 2 5はジャケット部を示している。 クラッド部 2 3の空孔 2 4の位置は無秩序ではなく、 一辺の長さが Λである正 六角形を基本格子とするハニカム形状を構成している。 ここで、 空孔 2 4の直 径を dとする。
この光ファイバは、 クラッド部 2 3に開けられた空孔 2 4によって、 その有 効屈折率がコア部 2 1の屈折率より低くなり、 その結果として、 コア部 2 1を 導波するモードが閉じこめられることにより伝搬する。 この構造において波長 1 . 5 5 m付近で零分散となる波長分散特性を実現するためには、 この光 ファイバを構成する材料 （例えば、 S i 02 ガラス） の材料分散を補償する導 波路分散をクラッド部の空孔による導波路分散で補償する必要がある。 これに は、 例えば、 Λ= 1 . 6 m, d = 0 . 8 mとすることで実現可能である。 図 1 1は、 従来の分散シフトファイバの波長分散特性を示す図である。 この 図 1 1から、 波長 1 . 5 5 m付近に零分散波長が存在することがわかる。 ま た、 現在、 光通信用媒体として広く用いられている分散シフトファイバと異な り、 分散スロープ （波長を横軸にとった場合の波長分散の傾き） の符号が負と なっていることが特徴的である。
しかしながら、 従来の分散シフト光ファイバには以下のような欠点があった。 まず、 1番目の欠点としては、 分散スロープが負の領域 （長波長側程分散が 減少する） を用いているため、 伝搬モードの閉じこめ効果が弱く、 長波長にな るほど損失が増加するという欠点がある。 また、 図 1 0に述べたような光ファ ィバの構造を一部変化させ、 コア部の中心に、 例えば、 Ge〇2 をドープして コアの周辺部より屈折率を高くした構造においても、 クラッド部の構造分散の 効果によって零分散を実現している場合には、 図 1 0に示したような構造と同 様に長波長で光損失が増加するという欠点がある。
この場合における分散シフトファイバの損失波長特性については図 1 2に示 す。 (K. P . Hansen, et al. , Highly nonlinear photonic crystal fiber with zero dispersion at 1.55 jam , OFC 2002, Post Deadline Paper, FA 9 (2002) ) 。
図 12において、 1. 45 zm付近から長波長側で急激に損失が増加してお り、 1. 6 mにおいては約 100 dBZkmの大きな損失となっている。 こ の特性は、 計算機解析でも同様の結果が得られている。 また、 光の閉じこめ効 果が弱いためマイク口ベンド損失が生じやすく、 従来技術を用いたケーブル化 では低損失伝送路を構成することが困難であった。 さらに、 同様な理由から曲 げ損失を生じやすく、 本光ファイバを光部品として用いる際に小径にファイバ を収納して使用することが困難であった。
次に、 2番目の欠点としては、 従来の分散シフトファイバの場合コア径が約 2. 4 mと、 一般的に使用されている単一モードファイバの場合の 1 0 m、 通常用いられている光ファイバの場合の 8〜1 0 mと比較して小さなため、 これらのファイバとの接続損失が数 d B以上と大きなことがあげられる。 本発明は、 このような問題に鑑みてなされたもので、 その目的とするところ は、 低損失、 低分散スロープで、 かつ 1 . 5 5ミクロン帯の分散シフト光ファ ィパを提供することにある。 発明の開示
本発明は、 長手方向に沿って複数の空孔が形成され、 該複数の空孔が幾何学 的に配列されているクラッド部と、 コア部の中心部に、 該コア部の周辺部より 屈折率の高い領域を有し、 該領域の動作波長における群速度分散が正常分散と なるような屈折率分布を有するコァ部とを備えている。
また、 前記コア部の屈折率分布は、 マッチドクラッド型、 w型、 三重クラッ ド型、 四重クラッド型のいずれかの光ファイバのコア部及びクラッド部の屈折 率分布と同様である。
また、 前記クラッド部に形成された空孔の径又は配列、 コア部の形状、 屈折 率分布のうちの少なくとも 1つを、 前記コァ部の中心を対称軸とする 3回未満 の軸対称性としている。
このような構成により、 本発明においては、 コア部の中心部にドーパントを 添加することにより高い比屈折率差を持つ領域を有し、 1 . 5 5 ^ m帯におい て大きな負の分散 （正常分散） を有する分散補償ファイバのクラッド領域に格 子状の空孔を形成し、 この空孔が存在することによる大きな異常分散を持つ導 波路分散の効果とつり合わせることにより、 波長 1 . 5 5 ^ m帯において零分 散かつ低分散スロープを有する分散シフトファイバを実現することができる。 ここで、 空孔の効果によって生ずる導波路分散の分散スロープは、 正または零 であることが望ましい。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の分散シフト光ファイバの実施例 1を説明するための断面構 造図である。
図 2は、 図 1の Π— Πで示す線に沿う断面の屈折率分布を示す図である。 図 3は、 図 1に示した光ファイバの波長分散の波長依存性の一例を示す図で ある
図 4 Aは、 本発明におけるコア部の屈折率分布を示した図で、 W型 (二重ク ラッド型） の例を示した図である。
図 4 Bは、 本発明におけるコア部の屈折率分布を示した図で、 三重クラッド 型の例を示した図である。
図 5は、 本発明の実施例 2に基づいて作成した光ファイバの波長分散特性を 示す図である。
図 6は、 本発明の実施例 3を説明するための断面構造図である。
図 7は、 図 6の w_virで示す線に沿う断面の屈折率分布を示す図である。 図 8は、 図 6の光フアイバの波長分散特性を示す図である。
図 9は、 本発明の実施例 4の光ファイバの波長分散特性を示す図である。 図 1 0は、 従来の分散シフト光ファイバの断面図である。
図 1 1は、 従来の光ファイバの波長分散特性の一例を示す図である。
図 1 2は、 従来の光ファイバの損失波長特性を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の実施例について説明する。
[実施例 1 ]
図 1は、 本発明の分散シフ卜光ファイバの実施例 1を説明するための断面構 造図で、 図中符号 1は G e 0 2 を高濃度に添加したコア領域 a、 2は純粋 S i ガラスからなるコア領域 b、 3はコア領域の周囲に配されたクラッド部、 5はジャケット部を示している。 クラッド部 3には、 光ファイバの長手方向に 延びる多数の穴 （以下、 空孔という） 4が形成されている。
クラッド部 3の空孔 4の位置は、 無秩序ではなく一辺の長さが Λである正六 角形を基本格子とするハニカム形状を構成している。 ここで、 空孔 4の直径を dとする。
図 2は、 図 1の Π— Πで示す線に沿う断面の屈折率分布を示す図で、 最も低 い屈折率が空孔の屈折率 （n=l) を表している。 コア領域 aは、 例えば、 直 径 2 a=3 、 比屈折率差△が 2 %となるようにステップ状に G e〇 2 を添 加することにより作成する。 このとき、 空孔 4が存在しない場合には、 コア領 域 aとコア領域 bから構成される光導波路の導波路分散の効果と材料分散の効 果によって— 22 p s ZkmZnmに正常分散を持つ。
クラッド部 3に空孔 4を規則的に配置すると、 図 2に示すように、 大きな屈 折率の変化を生じる。 s i 02 ガラスで構成されたコア領域 bおよびクラッド 部の屈折率が n=l. 45であるのに対して、 空孔部分 4の屈折率は n= 1で ある。 空孔 4によりクラッド部 3の平均屈折率が低下し （1<η<1. 45) 、 これによつてもコア部 1および 2を伝搬する光が閉じこめられる。
空孔 4が存在することにより、 コァ部を伝搬するモ一ドに大きな正の構造分 散 （異常分散） を生じさせることが可能である。 構造分散の大きさは、 空孔 4 の間隔 Λと空孔 4の直径 dをパラメ一夕に選び変化させることにより変えるこ とができる。
例えば、 Λ=5. 6 rn, d = 2. 8wmとすると、 波長 1. 55 m付近 で零分散となる分散シフトファイバを実現することができる。 この光ファイバ の波長分散特性を図 3に示す。 図 3の破線は空孔のない場合の波長分散特性を 示し、 実線は上述した大きさの空孔を設けた場合の波長分散特性を示している。 この図 3から、 波長 1. 55 /zmで零分散かつ分散スロープが正の波長分散 特性が得られることがわかる。 波長 1 . 5 5 mで零分散となる、 2 a、 △、 Λ、 dの値はここにあげた組み合わせに限らず、 様々な値の組み合わせで実現 することができる。
上述した実施例では、 コア領域 aはステップ型の屈折率分布の場合について 示したが、 2乗型やひ乗 （α > 2 ) 、 スーパーガウシアン等の屈折率分布で あっても構わない。
図 1の構造において、 空孔 4の間隔 Λを波長程度まで小さくすることによつ ても、 波長 1 . 5 5 /i mで零分散とすることができるが、 この構造では従来技 術の項で述べたように、 コァ領域を伝搬する光の閉じこめが極端に弱くなり急 激な損失増加を生じてしまう。
[実施例 2 ]
本発明の実施例 2は、 実施例 1ではステップ型の屈折率分布であったコア部 aの屈折率分布を二重クラッド型もしくは三重クラッド型にしたものである。 屈折率分布の例を図 4 A, 図 4 Bに示す。 図 4 Aは、 二重クラッド型の屈折率 分布、 図 4 Bは、 三重クラッド型の屈折率分布を示す。 空孔 4がない場合には、 図 4 A， 図 4 Bに示す屈折率分布は良く知られた分散補償ファイバの屈折率分 布と等価である。 このような屈折率分布とすることによって大きな正常分散を 持つ光フアイバを実現することができる。 .
このような屈折率分布を持つコア領域 1および 2の周りにほぼ規則正しく配 列された空孔 4を設けることにより、 コア領域の寄与による正常分散を空孔 4 の配列による異常分散で補償することができ、 結果として波長 1 . 5 5 x mで 零分散となるファイバを実現することができる。 空孔の効果による異常分散の 分散スロープは、 実施例 1で示したように正となる。
二重クラッドもしくは三重クラッド構造とすることによって、 波長 1 . 5 5 m付近の分散スロープを負にすることができる （M. Ohni shi 他、 " Optimization of dispersion-compensating fibers considering self- phase modulation suppression " , OFC ' 96, ThA2 (1996) 、 L, Gruner— Nielsen他、 " New dispersion compensating fibres for simultaneous compensation of dispersion and dispersion slope of non-zero dispersion shifted fibres in the C or L band " ， OFC 2000, (2000)) 。
従って、 コア領域の屈折率分布による分散スロープの寄与 （負の分散スロー プ） と互いに打ち消しあうことが可能である。 したがって、 ファイバの構造パ ラメ一タを適切に選ぶと、 波長 1. 55 で零分散かつ分散フラット （分散 スロープが零） な光ファイバを実現することが可能である。 図 5に本発明の フアイバの波長分散特性を示す。 破線が空孔の存在しない場合の波長分散特性、 実線が本光フアイバの波長分散特性を示している。
通常の二重クラッドもしくは三重クラッド構造の分散補償ファイバにおいて は、 伝搬モードの閉じこめ効果が通常の単一モ一ドファイバと比べて弱くなる ため、 マイクロベンド損失や曲げ損失を生じやすくその扱いが難しいという欠 点を有していた。
しかしながら、 本発明の光ファイバ構造によると、 光ファイバを伝搬する モードが空孔 4に囲まれたコア領域 1および 2に強く局圧するために、 光ファ ィパの曲げによる放射モード損失やマイクロベンド損失が実用上問題とならな い値にまで減少する。 したがって、 従来通りのケーブル化を行っても損失増加 が無視でき、 許容曲げ半径が従来ファイバと比較して小さくできるので、 装置 内部のファイバの収納や引き回しに対する制限も小さくなる。
[実施例 3]
図 6は、 本発明の実施例 3を説明するための図で、 図中符号 11は Ge〇2 を高濃度に添加したコア領域 a、 12は純粋 S i 02 からなるコア領域 b、 1 3はクラッド部、 14 &は空孔&、 14 )は空孔13、 15はジャケット部を示 している。
空孔 bは、 コア領域に隣接して 2回対称となるように配置し、 その直径は、 空孔 aより大きいかもしくは小さくなるように設定する。
図 7は、 図 6の V— Viで示す線に沿う断面の屈折率分布を示す図である。 空 孔 aと空孔 bの直径が異なるため、 図 7に示した X軸方向と y軸方向の等価屈 折率に異方性を生じる。 その結果、 X方向と y方向に振動面を持つ伝搬モード に大きな複屈折を生じる。 大きな複屈折があるため、 X方向の偏波モードから y方向のモードへの偏波クロス 1 ^一クもしくはその逆のクロス 1 クが減少し、 結果として X方向もしくは y方向の偏波モードが保持されたまま伝搬する。 コ ァ領域 aの屈折率がコア領域 bに等しい場合の例が、 川西、 岡本 「偏波保持光 ファイバ」 （特願 2001— 59033) に記述されている。
上述した参考文献に示したファイバ構造に基づいて作成した光ファイバの波 長分散特性の一例が、 K. Suzuki, 他 " Optical properties of a low-loss polarization maintaining photonic crystal fiber , Optics Express, vol. 9, No. 13, p.676 (2001) に示されている。 これによると、 波長 1. 55 /111で約+ 70 p sZkmZnmの大きな異常分散が得られている。
このような構造のファイバにおいて波長 1. 55 mで零分散を実現するに は、 コア領域 1に Ge02 を高濃度に添加し、 コア領域の導波路構造に基づく 負の導波路分散 （正常分散） を発生させ、 前述の空孔による正の分散を補償す れば良い。 例えば、 コア領域 aの比屈折率差 Δを 2 %、 直径を 2. 2 urn, 空 孔 aの直径を 2 xm、 空孔 bの直径を 4^m、 空孔の間隔 Λを 4 とすると、 波長 1. 55 m付近で波長分散が零となる。
図 8は、 この光ファイバの波長分散特性を示す図である。 実線と破線はそれ ぞれ X方向と y方向に偏波方向を持つ伝搬モードに対する波長分散特性を表し ている。 両モードに対する零分散波長が異なっているもののそれぞれ 1. 55 m付近に零分散波長が存在することがわかる。 両者の波長分散特性の相違は、 空孔 aと bの直径が大きく異なることに起因する。
上述した実施例においては、 コア領域 1 1はステップ型の屈折率分布を仮定 したが、 2乗型や α乗 （ひ> 2 ) 、 スーパーガウシアン等の屈折率分布であつ ても構わない。
[実施例 4 ]
本発明の実施例 4は、 実施例 3においてステップ型の屈折率分布であったコ ァ部 aの屈折率分布を二重クラッド型もしくは三重クラッド型にしたものであ る。 屈折率分布の形状の一例は、 図 4 A, 図 4 Bに示したものである。 実施例 2において説明したように、 このような屈折率分布を有する光ファイバの波長 分散特性は、 適当な構造パラメ一夕を選ぶことによって波長 1 . 5 5 m付近 で正常分散 （負） かつ負の分散スロープを有するように設定することができる。 このようなコア部の屈折率分布を実施例 3の光ファイバに適用することに よって、 クラッド部に開けられた空孔によって生ずる異常分散 （正の分散） か つ正の分散スロープを同時に補償することができ、 1 . 5 5 x mにおいてほぼ 零分散かつ低分散スロープな分散シフト光ファイバを実現することができる。 この構造に基づいて作成した光ファイバの波長分散特性の一例を図 9に示す。 図 9は、 実線および破線は互いに直交する 2つの偏波モードに対応する波長 分散特性を示した図である。 ここでは、 互いに直交する伝搬モードのうち、 一 方のモードが、 波長 1 . 5 5 mにおいて零分散となっている。 このときの分 散スロープは、 0 . 0 2 p s / k m/n mと通常の分散シフチ光ファイバの 1 / 3以下の小さな値となつている。
本実施例の構造の光ファイバにおいては、 伝搬モードの閉じ込めが強いため、 直径 1 0 mm程度の曲げに対しても光損失の増加は見られない。 また、 伝搬 モードの閉じこめが長波長側で徐々に弱くなることに起因する長波長側での損 失増加も見られない。 産業上の利用可能性
コア部の中心に、 コア部の周辺部より屈折率の高い領域を有し、 領域の動作 波長における群速度分散が正常分散となるようなコア部の屈折率分布を有する ので、 伝搬モ一ドの閉じこめ効果の強い分散シフトフアイバを実現することが できる。 また、 光ファイバの曲げによる光損失が生じにくいので、 本発明の光 ファイバを装置の内部等に収容する場合に、 その装置の小型化を図ることがで きる。 さらに、 コア部の屈折率分布の最適化を図ることによって、 広い波長領 域において低分散な光ファイバを実現することができ、 これを用いた光デバイ スの特性の向上を図ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 長手方向に沿って複数の空孔が形成され、 該複数の空孔が幾何学的に配 列されているクラッド部と、
コア部の中心部に、 該コア部の周辺部より屈折率の高い領域を有し、 該領域 の動作波長における群速度分散が正常分散となるような屈折率分布を有するコ ァ部と
を備えたことを特徴とする分散シフト光ファイバ。
2 . 前記コア部の屈折率分布は、 マッチドクラッド型、 W型、 三重クラッド 型、 四重クラッド型のいずれかの光ファイバのコア部及びクラッド部の屈折率 分布と同様であることを特徴とする請求項 1に記載の分散シフト光ファイバ。
3 . 前記クラッド部に形成された空孔の径又は配列、 コア部の形状、 屈折率 分布のうちの少なくとも 1つを、 前記コア部の中心を対称軸とする 3回未満の 軸対称性としていることを特徴とする請求項 1に記載の分散シフト光：
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