WO2005015303A1 - 非線形光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光信号処理装置 - Google Patents

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WO2005015303A1
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less
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Jiro Hiroishi
Ryo Miyabe
Ryuichi Sugizaki
Naomi Kumano
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The Furukawa Electric Co., Ltd.
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    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/365—Non-linear optics in an optical waveguide structure

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber excellent in nonlinearity and an optical signal processing device using this optical fiber. Background technique
  • optical signal processing techniques there is a method of converting an optical signal into an electric signal, processing the converted electric signal, and returning the converted optical signal to an optical signal.
  • this method is not suitable for high-speed signal processing because it involves a process of converting an optical signal into an electrical signal and returning it to an optical signal again.
  • all-optical signal processing techniques include a method using a nonlinear optical phenomenon generated in an optical fiber for transmitting an optical signal, and a method using a nonlinear phenomenon generated in an optical waveguide made of a highly nonlinear material. is there.
  • Non-linear phenomena occurring in this optical fiber include four-wave mixing, self-phase modulation, cross-phase modulation, Priulean scattering and the like.
  • optical signal processing technologies such as wavelength conversion using four-wave mixing, pulse compression using self-phase modulation, and waveform shaping have already been reported.
  • Four-wave mixing occurs when non-linear light is introduced into an optical fiber. This is a phenomenon in which light of a new wavelength is generated with a specific rule depending on the elephant. In the optical signal processing technology described above, this phenomenon of generating light of a new wavelength is used for wavelength conversion.
  • the wavelength conversion using four-wave mixing has an advantage that a large number of signal wavelengths can be wavelength-converted at once.
  • the deteriorated waveform is shaped during transmission, and all-optical signal processing that enables long-distance transmission becomes possible.
  • optical signal processing technologies such as wavelength conversion and waveform shaping using nonlinear phenomena such as four-wave mixing and self-phase modulation in such optical fibers
  • nonlinear phenomena must be greatly increased in optical fibers.
  • An optical fiber that can occur, that is, an optical fiber having high nonlinearity is required.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-207713
  • the dispersion slope value of the wavelength 1 550 nm is - 0. 267ps / nmVkm ⁇ tens 0. 047ps / nm 2 / km and situ variability is large and variance
  • the lower limit has an extremely large absolute value of 103.2 ps / nm / km, such as 103.2 ps / nm / km to 10.3 ps / nra / km.
  • an optical fiber with a small dispersion value and small dispersion slope could not be provided stably at a wavelength of 1550 nm. Therefore, it was not possible to provide an optical fiber having a low dispersion value in a wide wavelength region near the wavelength of 155 Onm.
  • a first object of the present invention is to provide an optical fiber which has a high nonlinearity and a stable and low dispersion value in a wide wavelength range around 1550 nm.
  • Another object of the present invention is to provide an optical signal processing device using the optical fiber. Polarization retention
  • Optical signal processing using nonlinear phenomena in addition to highly nonlinear characteristics is greatly affected by the state of polarization. Therefore, the polarization maintaining characteristic of the optical fiber used is also important.
  • FIG. 15 of Patent Document 1 shows a cross-sectional view of the polarization maintaining optical fiber
  • FIG. 16 shows its characteristic values.
  • a second object of the present invention is to easily manufacture a polarization-maintaining optical fiber that can reduce the polarization crosstalk to a desired small value, has excellent nonlinearity, and is suitable for optical signal processing utilizing nonlinear optical phenomena.
  • Another object is to provide an optical wavelength converter using the polarization maintaining optical fiber. Transmission loss
  • An optical fiber that can cause a large amount of nonlinear phenomena can be obtained by increasing the nonlinear constant n 2 / A eff (n 2 : nonlinear refractive index coefficient, A ff: effective area) of the optical fiber.
  • Increasing the nonlinear constant can be achieved by using a material with a high nonlinear refractive index as the material of the optical fiber, reducing the mode field of the optical fiber, or increasing the density of transmitted light. It is.
  • the basic structure of an optical fiber mainly composed of silica glass is a core made of silica glass whose refractive index is increased by a germanium dope, and a core made of silica. And a cladding made of silica glass having a lower refractive index than the core.
  • the nonlinear refractive index of the silica glass increases and the refractive index also increases.
  • the mode field diameter can be reduced. Accordingly, by doping the core with high germanium, the nonlinear refractive index of the core is increased and the mode feed diameter can be reduced, so that an optical fiber having a high nonlinear constant can be obtained.
  • the transmission loss of the optical fiber is significantly high. Problem arises. Generally, when germanium is doped into an optical fiber, the transmission loss of the optical fiber in the wavelength band of 150 nm increases, but especially when the core is highly doped with germanium, the transmission loss of the optical fiber increases. It is remarkable.
  • the nonlinear phase shift in self-phase modulation which is a parameter indicating nonlinearity, is expressed by the following equation (1).
  • NL (27t / A) * (n 2 ZAe ff) * I'L eff (1)
  • n 2 is the nonlinear refractive index of the optical fiber
  • Ae ff is the effective area of the optical fiber
  • I is the light intensity.
  • L eff is the effective length of the optical fiber.
  • n 2 ZAe ff is a nonlinear constant.
  • L e f f [l — exp p ⁇ — a L) / a (2) where L is the length of the optical fiber, and a is the transmission loss of the optical fiber.
  • a third object of the present invention is to provide an optical fiber made under the above circumstances and having both a high nonlinear constant and a low transmission loss.
  • An overall object of the present invention is to provide an optical fiber suitable for optical signal processing utilizing nonlinear phenomena in consideration of the above-mentioned several characteristics comprehensively, and an optical signal processing device using the optical fiber. Is to do. Disclosure of the invention
  • dispersion Ro at a wavelength of 1 550 nm -.. Puga 0. 01 ⁇ 0 01 ps / nm 2 / km, preferably one 0. 005 ⁇ 0 005ps / nm 2 / km der is, the absolute value of dispersion at the wavelength of 1 550M1 is less l Ops / nmZkm, and that the nonlinear constants at a wavelength of 1 550 nm is 30 X l O VW or more, preferably 40 X 10- 10 / W or more It is characterized by the following.
  • the optical fiber formed in this manner in a wide wavelength range including the wavelength of 1550 nm, for example, in the S band (60 to 1530 nm), the C band (1530 to 1565 nm), and the L band (1565 to 1625 nm). It is possible to provide an optical fiber having a small dispersion value and a small dispersion value.
  • the optical signal processing at various wavelengths can be performed with one optical fiber without greatly changing the dispersion value with respect to the used wavelengths in a wide wavelength range.
  • the absolute value of the dispersion slope exceeds 0.01 ps / niVkm, the fluctuation of the dispersion value will be relatively large for different wavelengths near the wavelength of 155 Onm, making it unsuitable for WDM transmission in a wide wavelength range.
  • an optical fiber having high non-linearity can be obtained by setting the non-linear constant to SOXIO VW or more, preferably 40X10-1 () / W or more.
  • the cutoff wavelength Ac is 1450 nm or less, and the effective area Aeff is 12 _im 2 or less, preferably the following.
  • the optical fiber can be operated as a single mode optical fiber.
  • the cutoff wavelength Ac is 1450 MI or less
  • the optical fiber of the present invention can be used in a wide band including the S band, the C band, and the L band.
  • ⁇ is the measured wavelength
  • ⁇ 2 is the nonlinear refractive index in the optical fiber
  • Aeff is the effective area of the optical fiber.
  • Nonlinear constant n 2 ZAeff (1)
  • n 2 is a value determined by the material, it cannot be easily increased. Therefore, it is practical to minimize the effective area Aeff of the optical fiber as much as possible.
  • Nonlinear constant is 30 X 10_ 1D / W or more at a wavelength of 1550 nm, it is possible to obtain the optical fiber of the above values 40 X 10- 10 / W.
  • the absolute value of the dispersion at the wavelength of 1550 nm is set to 5 ps / nm / km or less.
  • an optical fiber exhibiting higher nonlinearity at the used wavelength can be obtained more reliably.
  • the fluctuation range (the difference between the maximum value and the minimum value) of the dispersion value in the longitudinal direction of the optical fiber at any one of the wavelengths of 1510 to 1590 nm is one optical fiber.
  • the total length is less than lps / nm / km, preferably less than 0.2 ps / nm / km, it can be effectively used for wavelength converters and the like.
  • the above-mentioned fluctuation range of the dispersion value means the fluctuation range of the dispersion value measured by the dispersion distribution measuring device over the entire length of the optical fiber having a practical length.
  • the distribution measurement of the dispersion value of the optical fiber can be measured, for example, by a dispersion distribution measuring device using a method studied by M. lenauer.
  • the first core having a higher refractive index than pure silica and the second core provided on the outer periphery of the first core and having a lower refractive index than pure silica are provided.
  • pure silica refers to silica that does not contain a dopant for adjusting the refractive index, such as fluorine or germanium.
  • Optical fiber having a low density can be obtained.
  • an optical fiber having a small effective area Ae ff, a low cut-off wavelength A c, and a small dispersion slope can be obtained. You can.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 between the first core and the clad is 2.0 to 5.0%, preferably 2.4 to 4.0%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 between the second core and the clad is ⁇ 1.4 to 0.7%, preferably 1.1 to 0.8%. .
  • an optical fiber having a high nonlinearity, a low dispersion slope, and a cutoff wavelength ic of 1450 nm or less can be stably manufactured while maintaining high productivity.
  • the refractive index distribution of the first core is an ⁇ -th power profile, and a is 3.0 or more, preferably 6.0 or more. Is what you do.
  • the dispersion slope can be reduced, the effective area Aef f of the optical fiber can be reduced, and an optical fiber having high nonlinearity can be obtained.
  • the optical signal processing device of the present invention is characterized by using the optical fiber of the first aspect.
  • optical signal processing device optical signal processing with stable performance over a wide wavelength range is possible.
  • the embodiment of the optical signal processing device is characterized in that it is an optical wavelength converter. According to such an optical wavelength converter, an optical wavelength converter having excellent wavelength conversion characteristics can be provided.
  • the embodiment of the optical signal processing device is characterized in that the optical signal processing device is a pulse compressor. According to such a pulse compressor, a pulse compressor having excellent pulse compressibility can be provided.
  • An optical fiber according to a second aspect of the present invention is a quartz glass-based polarization maintaining device comprising: a core; a cladding provided on an outer periphery of the core; and two stress applying members provided on both sides of the core.
  • a polarization-maintaining optical fiber having a polarization crosstalk within a desired allowable range can be easily manufactured.
  • An optical fiber suitable for signal processing can be provided.
  • the core includes a first core located at a central portion and a second core provided on an outer periphery of the first core, wherein the second core is the first core.
  • the cladding has a lower refractive index than the core
  • the cladding has a higher refractive index than the second core, and has a lower refractive index than the first core
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core with respect to the cladding is 1.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core with respect to the clad is ⁇ 0.1% or less
  • the ratio RZD 1 between the distance R between the stress applying members and the diameter D 1 of the first core is not less than 8%. 2.5 to 10
  • the ratio D1 / D2 of the diameter D1 of the first core to the diameter D2 of the second core is 0.3 to 0.8.
  • the ratio R / D1 of the distance R between the stress applying member and the diameter D1 of the first core is 2.5 to 3.7. It is a feature.
  • RZD 1 When RZD 1 is set to 2.5 to 3.7 in this way, a sufficiently small polarization crosstalk within a desired value can be obtained more reliably, which is preferable.
  • the distance R between the stress applying members is 7 m to 17 zm.
  • the cut-off wavelength is 1400 nm or less
  • the dispersion slope at the wavelength 1550 nm is 0.019 ps / nm 2 km or less
  • the beat length at the wavelength 1550 nm is 5 mm.
  • the bending loss at a wavelength of 1550 nm at a diameter of 10 mm is 0.1 dBZm or less.
  • a polarization maintaining optical fiber having not only the polarization crosstalk but also the beat length within a desired allowable range can be easily manufactured.
  • An optical fiber suitable for the used optical signal processing can be provided.
  • the ratio D1 / D2 of the diameter D1 of the first core to the diameter D2 of the second core is 0.4 to 0.7, and at a wavelength of 1550 nm.
  • the nonlinear coefficient is 2 OZW / Km or more
  • the dispersion at a wavelength of 1550 nm is 1 ls / nm / km to 1 ps nm / km
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core satisfies the following relationship.
  • the absolute value of dispersion of the polarization-maintaining optical fiber can be reduced, and the power cutoff wavelength can be reduced to 1400 nm or less.
  • An optical fiber suitable for signal processing can be easily manufactured.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core with respect to the cladding is ⁇ 0.8% or less, and the first core with respect to the second core is The relative refractive index difference ⁇ 3 is 3.5% or more.
  • the polarization maintaining optical fiber According to the polarization maintaining optical fiber thus configured, the polarization maintaining optical fiber An optical fiber suitable for optical signal processing utilizing nonlinear optical phenomena, having a small dispersion slope, excellent cut-off wavelength of 1400 nm or less, and excellent non-linearity can be provided.
  • the stress applying member is quartz glass doped with polon
  • the clad is quartz glass doped with fluorine
  • the ratio of the stress applying member to the clad is The difference in refractive index ⁇ ⁇ 4 is ⁇ 0.1% or less or 0.1% or more.
  • An optical wavelength converter according to the present invention uses the above optical fiber.
  • optical wavelength converter thus configured, it is possible to provide an optical wavelength converter having excellent wavelength conversion properties.
  • the polarization crosstalk can be reduced to a desired small value, and the polarization-maintaining optical fiber is excellent in nonlinearity and suitable for optical signal processing utilizing nonlinear optical phenomena. Fiber can be easily manufactured. Further, an optical wavelength converter having excellent optical wavelength conversion characteristics can be provided.
  • An optical fiber according to a third aspect of the present invention is an optical fiber comprising a core and a clad, wherein the nonlinear constant n 2 / A eff is 20 X 10-1 () / W or more and the wavelength is 1550 nm
  • the absolute value of the chromatic dispersion at 20 ps / nm / krn or less, the bending loss at a diameter of 5 mm at a wavelength of 1 550 nm is 0.1 dBZm or less, and the outer diameter of the cladding is 70 to 110 m. There is a feature.
  • the nonlinear constant n 2 ZA eff is 20 ⁇ 10 ⁇ or more, high nonlinearity can be obtained, and optical signal processing using an efficient nonlinear phenomenon can be performed. It becomes possible.
  • the non-linear constant n 2 / Ae ff is better be at 40 X 1 0- 10 / W or more.
  • the absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm is 20 ps / nmZkm or less, it can be suitably used for wavelength conversion using nonlinear phenomena and waveform shaping of light 2R, light 3R, etc. it can.
  • the absolute value of the chromatic dispersion at 1550 nm is no more than 2 ps / nm / km.
  • the bending loss at a wavelength of 1 550 nm and a diameter of 5 mm is less than 0.1 dB Zffl, it is possible to wind up compactly.
  • the bending loss is less than 0.05 dBZin.
  • the transmission loss increases.
  • the cladding outer diameter exceeds 110 / m
  • the optical fiber strength decreases, the reliability decreases, and the transmission loss increases again. Is not preferred.
  • the optical fiber cladding diameter 12 5 m widely used, 20 X 1 nonlinear constant with de one up to a high concentration in the first core in the center of the optical fiber germanium 0 - 10
  • the absolute value of the chromatic dispersion at 1550 nm is set to 20 s / nmZkm or less and the optical fiber having a cladding outer diameter of 125 m
  • the transmission loss increases.
  • the cladding outer diameter was reduced to about 90 m, it was found that transmission loss could be reduced without losing the magnitude of the nonlinear constant.
  • the present invention has been made under such knowledge.
  • the first core is doped with germanium at a high concentration
  • the absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm is set to 20 ps / nm / km or less
  • the clad diameter is reduced from 125 m to 90 m.
  • the mechanism by which the transmission loss is reduced is not clearly understood, but is presumed to be due to the following phenomena.
  • the softening temperature of the first core is considerably lower than the softening temperature of the cladding made of pure silica glass, as compared with the case of an ordinary optical fiber for a transmission line.
  • optical fibers are manufactured by synthesizing a large-diameter glass preform having the same cross-sectional refractive index distribution structure as the target optical fiber, heating and melting it, drawing it, and dropping it to a specified outer diameter.
  • the following steps are first performed: softening the glass preform, then reducing the outer diameter of the glass preform to the fiber diameter, and then cooling and solidifying by the optical fiber diameter.
  • the first core which is heavily doped with germanium and has a low softening temperature, must be exposed to an unnecessarily high temperature, so that the temperature is high enough to soften the cladding. It is considered that the high temperature and the tension at the time of drawing cause defects in the core, which increases transmission loss.
  • reducing the outer diameter of the cladding reduces the thickness of the cladding, which allows the first core to cool faster, and reduces the time required for the first core to be exposed to high temperatures, thereby reducing defects. It is thought that transmission loss decreases.
  • the cladding made of silica glass with a high softening temperature solidifies first, and then the core solidifies before the first core whose germanium is doped at a high concentration and the softening temperature is lowered. Will be. As a result, large distortion occurs between both the core and the cladding, which is presumed to be the cause of the increase in transmission loss.
  • the refractive index of the first core was increased, the absolute value of the chromatic dispersion at 1550 nm was set to 20 ps / nm / km or less, and the bending loss at a wavelength of 1550 nm at a diameter of 5 mm was 0.1.
  • the optical fiber according to the present invention in which the wavelength is not more than dB / m, is a dispersion-compensating optical fiber in which the refractive index of the first core is high and the chromatic dispersion at 1550 nm is negatively increased to not more than 160 ps / nm / km. Compared to (DC F), the distribution of light intensity is concentrated in the first core.
  • the influence of defects and the like generated in the first core doped with germanium is greater than that in the dispersion compensating optical fiber, and the transmission loss is improved by reducing the defect. Is considered to be large.
  • the optical fiber according to the present invention comprises a silicon-based glass in which a dopant having a function of increasing the refractive index and a function of lowering the softening temperature at the same time is highly doped in the first core.
  • the optical fiber has a large nonlinear constant and an absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm of 20 s / nmZkm or less.
  • germanium is particularly preferred.
  • the cutoff wavelength is preferably 1350 nm or less.
  • the cut-off wavelength is 1350 nm or less, it can be used for a wide band including the S band and the C band.
  • the chromatic dispersion slope at a wavelength of 155 O nm is preferably 0.019 ps / nm 2 Zkm or less.
  • the chromatic dispersion slope is 0.019 ps / nm 2 / km or less, it is possible to provide an optical fiber having a small change in the chromatic dispersion value in the wavelength band of 1550 nm, and can provide a wide bandwidth. Optical signal processing using good nonlinear phenomena becomes possible.
  • the fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber at a wavelength of 1550 nm is preferably 3 ps Z nm / km or less over the entire length of one optical fiber used.
  • the fluctuation width of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber is 3 ps / nm By being less than / km, it is possible to perform optical signal processing using a nonlinear phenomenon satisfactorily.
  • the relative refractive index difference of the first core is preferably 1.5% or more. More preferably, the relative refractive index difference of the first core with respect to the cladding is 2.5% or more.
  • a short cutoff wavelength of 1350 nm or less and a high nonlinear constant of 20 ⁇ 10 11 Q / W or more are obtained.
  • a wavelength dispersion slope of 0 ⁇ 19 ps / nm 2 km or less can be obtained at the same time.
  • the core consists of a first core located at its center and a second core surrounding it, and the cladding is made of pure silica glass or silica-based glass having a refractive index close to pure silicide, and the ratio of the second core to the cladding is By setting the refractive index difference to -1.2 to -0.4%, it is possible to obtain an optical fiber having a large nonlinear constant and a small dispersion slope.
  • the relative refractive index difference between the first core and the second core is preferably 3% or more.
  • a single mode optical fiber or a dispersion shift optical fiber having an outer diameter of 120 to 130 m is fused to one or both ends of the highly nonlinear optical fiber, and An optical fiber in which a heat treatment is applied to the fusion spliced portion may be used.
  • the clad outer diameter is set to 70 to 110 iin, it becomes difficult to connect the optical fiber to other optical fibers in the field, and the connection loss becomes large.
  • a single-mode fiber or dispersion-shifted fiber of 20 to 130 m is fused at the center of each fiber and fused. By heat-treating the spliced part and splicing it, an optical fiber that can be easily connected to other optical fibers in the field can be obtained.
  • the centers of the highly nonlinear optical fiber according to the present invention and the optical fiber having an outer diameter of 120 to 130 to be fused are aligned. By aligning the center of each fiber, the connection loss can be reduced. After the fusion, it is preferable to perform a heat treatment on the fused portion. By performing the heat treatment after the fusion, the dopant of the core of the connection part is diffused, and the mode field diameter is enlarged, so that the connection loss of the fusion part can be reduced.
  • the clad diameter is set to 70 to 110 m, the outer diameter including the resin coating can be reduced, and the coil can be compactly wound in a coil shape.
  • the optical fiber according to the present invention is wound and accommodated in a maximum winding diameter of 2 Ocm or less, preferably 18 cm or less.
  • a subsystem device for light 2R, light 3R, and wavelength conversion has a high nonlinear phenomenon. It is possible to perform optical signal processing by using, and at the same time has the advantage of being compact.
  • the optical fiber according to the fourth aspect according to the present invention is such that, where n 2 / A eff is a nonlinear constant, a is a transmission loss, ⁇ is a wavelength, and L is an optical fiber length, ⁇ is 1500 nm to 1600 nm.
  • the value of (n 2 / A eff) [1 -exp (one a L)] / a satisfies 1 / W or more, and the chromatic dispersion at a wavelength of 150 nm
  • the absolute value is 30 ps / nm / km or less, and the bending loss at a wavelength of 1550 nm at a diameter of 5 mm is 0.5 dB / m or less.
  • the absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 155 O nm needs to be 30 ps / nm / km or less.
  • the absolute value of chromatic dispersion is 30 ps Znm / km. If it exceeds, efficient optical signal processing cannot be performed.
  • the bending loss at a wavelength of 1550 nm at a diameter of 5 mm must be 0.5 dBBm or less. If the bending loss exceeds 0.5 dBZm, the transmission loss increases when the optical fiber is wound and housed in an optical signal device. If the transmission loss becomes large, the effective length of the optical fiber becomes short, as described later, and efficient optical signal processing cannot be performed.
  • n 2 / Ae ff is a nonlinear constant
  • a is a transmission loss
  • ⁇ is a wavelength
  • L is the length of an optical fiber
  • the wavelength ⁇ is 1500 ⁇ ! It is necessary that the value of (2 1; / ⁇ ) (n 2 / A eff) [1 exp (— a L)] no a satisfies 1 W over 1 in the range of ⁇ 1600 nm. It is. If the value of (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / Ae ff) [1-exp (-a L)] / a is less than 1, efficient optical signal processing cannot be performed.
  • NL (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / A eff) IL eff (1)
  • ⁇ is the wavelength
  • n 2 ZAe ff is the nonlinear constant
  • I is the light intensity
  • L e ⁇ f is the effective length
  • Ae ff is the effective area.
  • the effective length L eff is given by the following equation (2).
  • Equation (3) the nonlinear phase shift is given by Equation (3) below.
  • Wavelength dispersion in the optical fiber lengths 2 miles one 1 ps / nm / km, the transmission loss 0. 3 7 d BZkm, nonlinear coefficient n 2 ZAe ff 2 0 X 1 0- 1.
  • This optical fiber is considered to be sufficient as the nonlinearity of the signal processing for waveform shaping.
  • the value of (2 ⁇ / ⁇ ) ( ⁇ no A e f f) [1-exp (one a L)] / a needs to be 1 / W or more.
  • the nonlinear constant n 2 ZAe ff, transmission loss a, and optical fiber length L are set such that (2 ⁇ ⁇ ) (n 2 / A eff) [1 -ex (-a L)] Z a is 1 or more. It is necessary to select
  • (2 ⁇ ) (n 2 / Ae ff) is 8 to 17 ZW / km in a range of 1 500 1111 to 1 600 nm, and L is 0 It is preferable that the transmission loss a is 0.2 to 0.6 dBZkm.
  • optical fiber length is less than 0.5 km and (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / A eff) is less than 17 / WZkm, sufficient nonlinear phenomena cannot be obtained.
  • the optical fiber length L exceeds 30 km, the effective length L eff tends to become smaller depending on the transmission loss a. No longer available.
  • the core In an optical fiber with (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / A eff) of 8 / WZ km or more, the core must be doped with germanium to a certain high concentration, so that the transmission loss a of the optical fiber is It will be difficult to manufacture optical fibers with less than 0.2 dBZkm. In addition, if the transmission loss a exceeds 0.6 dBZkm, the effective length L eff decreases, and a sufficient nonlinear phenomenon cannot be obtained. Further, in the embodiment of the optical fiber according to the fourth aspect, (2 ⁇ ) (n 2 / A eff) is 17 to 27 ZW / km when ⁇ is in the range of 1500 nm to 1600 nm. , L is preferably from 0.01 to L: 0 km, and the transmission loss a is preferably from 0.4 to 2 dB / km.
  • (2 ⁇ / ⁇ ) ( ⁇ 2 / ⁇ eff) is less than 1 TZWZkm, sufficient nonlinear phenomena can be obtained if the optical fiber length L is less than 10 km and the transmission loss is more than 0.4 dB / km. It becomes difficult.
  • (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 ZAe ff) it is necessary to dope germanium into the core at a higher concentration, and (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / Ae ff) exceeds 27 ZWZ km, it becomes more difficult to dope the core with germanium at a high concentration, and even if a highly doped germanium core is obtained, its softening temperature is compared to that of the cladding silica. As a result, it is easy to cause distortion during production and crack easily, so that manufacturability tends to deteriorate.
  • the optical fiber length L is less than 0.01 km, a sufficient nonlinear phenomenon cannot be obtained.
  • the optical fiber length L exceeds 10 km, the effective length L eff tends to decrease depending on the transmission loss a in the range where the transmission loss a is 0.4 dBZkm or more. Since the direction becomes remarkable, it is difficult to obtain a large nonlinear phenomenon even though the actual optical fiber length L is long.
  • the core In an optical fiber with (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / A eff) of 17 / W / km or more, the core must be doped with germanium at a high concentration, so the transmission loss of the optical fiber When a is less than 0.4 dB / km, it becomes difficult to manufacture optical fibers. When the transmission loss a exceeds 2 dB / km, even if (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / A eff) is as large as 17ZWZkm, the effective length L eff tends to decrease, so that It becomes difficult to obtain a sufficient nonlinear phenomenon.
  • an optical fiber capable of efficiently performing signal processing using a nonlinear phenomenon can be obtained. It should be noted that a compact and efficient optical signal processing device can be obtained by using the optical fiber of the present invention wound and accommodated in a maximum diameter of 16 cm or less.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the optical fiber of the present invention.
  • FIG. 1 (a) shows a refractive index distribution
  • FIG. 1 (b) is a cross sectional view showing a part of a cross section.
  • Fig. 2 is a graph showing the simulation results of D1 / D2 and dispersion slope of the optical fiber in Fig. 1
  • Fig. 3 is a graph showing the relationship between the simulation results and the dispersion slope.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between ⁇ and the effective area Aeff by simulation
  • FIG. 5 shows one embodiment A in which the optical fiber of the present invention is used for a wavelength converter.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an embodiment A using the optical fiber of the present invention for a pulse compressor.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an embodiment A using the optical fiber of the present invention for a pulse compressor.
  • FIG. 7 is an optical signal processing using the optical fiber of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view showing an embodiment of the optical processing apparatus, and FIG. 8 is a polarization maintaining optical fiber of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a refractive index distribution of the polarization maintaining optical fiber in FIG. 8, and FIG. 10 is a cut-off wavelength ⁇ c and relative refraction obtained by simulation.
  • FIG. 11 is a graph showing a relationship between an index difference ⁇ 1 and a relative refractive index difference ⁇ 2.
  • FIG. 12 shows the simulation results of the first core diameter D 1 and the second core diameter D 2.
  • FIG. 18 is a characteristic diagram showing a relationship between NLZI and optical fiber length in various optical fibers
  • FIG. 18 is a characteristic diagram showing a relationship between ⁇ NLZI and optical fiber length in various optical fibers.
  • Is a schematic diagram showing the refractive index distribution shapes of prototypes Dl, D2, D4 to D6, and
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of prototypes Dl, D2, D4 to D6.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing a refractive index distribution shape of prototype D3, and
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of trial D3.
  • A Highly nonlinear optical fiber with low dispersion value and low dispersion value
  • Embodiments of the optical fiber of the present invention and an optical wavelength converter and a pulse compressor using this optical fiber will be described in detail with reference to first to seventh embodiments.
  • the optical fiber according to the present invention is an optical fiber that causes a nonlinear phenomenon with respect to input light having a wavelength of about 1550 nm, and has a feature that a dispersion slope at a wavelength of 1550 nm is ⁇ 0.01 to 0. Olps / nmVkm. I have.
  • the dispersion slope is ⁇ 0.01 to 0.1 Ols / nmVkm in a wide wavelength range
  • the dispersion value does not fluctuate greatly in a wide wavelength range including 1550 nm. Therefore, it is not suitable for a wide wavelength region including 1550 nm. Good optical signal processing utilizing linear optical phenomena becomes possible.
  • the dispersion value is preferably ⁇ 0.005 to 0.005 ps / nm 2 / km.
  • the absolute value of the dispersion value is less lOpsZim / km, and it is also one of the features of the optical fiber of the present invention our Keru nonlinear coefficient in the wavelength 1550nm is 30X10- 1Q / W or more.
  • the cut-off wavelength Ac In a single-mode optical fiber, the cut-off wavelength Ac must be small in accordance with the wavelength used. Therefore, the cutoff wavelength Ac is desirably 1450 nm or less. When the cutoff wavelength Ac is less than 1450 nm, it can be used for a wide wavelength band including the S band, C band and L band.
  • the cutoff wavelength Ac refers to a fiber cutoff wavelength ⁇ c defined in ITU-T (International Telecommunication Union) G.650.
  • ITU-T International Telecommunication Union
  • terms that are not particularly defined in the present specification shall follow the definitions and measurement methods in ITU-TG.650.
  • the effective area Aeff is preferably as follows. By setting the effective area Aeff to 12 m 2 or less, a high nonlinear constant can be obtained.
  • the nonlinear constant is expressed by the above equation (1).
  • To increase the nonlinear constant it is necessary to increase the nonlinear refractive index n 2 of the optical fiber or reduce the effective area Aeff as much as possible. As mentioned above, it is necessary to make the effective area Aeff as small as possible.
  • the optical fiber structure in order to obtain an optical fiber with large nonlinearity, it is necessary for the optical fiber structure to have a small effective area Aeff. Also, the wavelength used It is necessary that the absolute value of the variance is small. Therefore, the absolute value of the dispersion value at a wavelength of 1550 nm is preferably 10 psZnra / km or less, more preferably 5 ps / nm / km or less.
  • a high nonlinear constant By setting the effective area Ae ff to 12 m 2 or less, a high nonlinear constant can be obtained. More preferably, by setting the effective area Ae ff to 10 / m 2 or less, a higher nonlinear constant can be obtained. As a result, the nonlinear constant at a wavelength of 1550 nm becomes a value of 40 ⁇ 10— lfl / W or more. An optical fiber can be obtained.
  • the fluctuation range of the dispersion value described in the specification of the present application can be measured by a dispersion distribution measuring device using, for example, a method studied by Mollenauer over the entire length of the optical fiber having a practical length as described above.
  • the fluctuation of the dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber at any one of the wavelengths of 1510 to 1590 nm is 0.001 to lps / nm / km over the entire length of one optical fiber used.
  • the fluctuation width of the dispersion value in the longitudinal direction of the optical fiber is less than lps / nm / km over the entire length of one optical fiber used, good optical signal processing utilizing nonlinear phenomena becomes possible.
  • the variation of the dispersion value in the longitudinal direction of the optical fiber at any one of the wavelengths 1510 to 1590 ⁇ is 0.2 ps / ni / km or less over the entire length of one optical fiber used.
  • the speed is 0.2 ps / nm / km or less, better optical signal processing using nonlinear phenomena becomes possible.
  • the thickness of the core and the cladding be uniform at the stage of the optical fiber preform.
  • the OVD method or the VAD method In the soot synthesis stage, it is necessary to control the deposited raw material to be uniform, and when the optical fiber base material is stretched to the desired outer diameter, the difference in outer diameter fluctuation High-precision stretching is required to be 0.2% or less.
  • FIG. 1 shows one typical example of a nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to the present invention.
  • Fig. 1 (a) shows the refractive index distribution of this optical fiber
  • Fig. 1 (b) Indicates a part of the cross section, that is, a first core 1 and a second core 2 provided outside the first core 1, and a cladding 4 provided outside the second core 2.
  • the lines outside of are omitted.
  • this optical fiber has a refractive index higher than that of pure silica, and has a refractive index distribution of the ⁇ -th power represented by the following equation (2).
  • a second core 2 having a refractive index lower than that of pure silica, and a clad 4 provided outside the second core 2.
  • the outer diameter D of the first core 1 The ratio D1 / D2 between 1 and the outer diameter D2 of the second core 2 is 0.3 or more and 0.8 or less.
  • ⁇ representing the shape of the refractive index distribution is defined by the following equation (2).
  • n 2 (r) n cl 2 ⁇ 1-2 ⁇ ⁇ 1-(2 r / D 1) " ⁇ (2) where 0 ⁇ r ⁇ D l / 2
  • r indicates the position in the optical fiber radial direction
  • n (r) indicates the refractive index at the position r.
  • N cl is the maximum refractive index of the first core 1.
  • the diameter D 1 of the first core 1 is a length of a line connecting positions where the first core 1 has a refractive index equal to that of the clad 4.
  • the diameter D 2 of the second core 2 is a length of a line connecting a position having a refractive index of 1/2 of ⁇ 2 in a boundary region between the second core 2 and the clad 4.
  • the refractive index difference ⁇ 1 of the first core 1 with respect to the cladding 4 and the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core 2 with respect to the cladding 4 are expressed by the following formulas (3) and (4).
  • n cl is the maximum refractive index of the first core 1
  • n c 2 is the minimum refractive index of the second core 2
  • n c is the refractive index of the cladding 4.
  • Figure 2 shows the relationship between D 1 / D 2 at a wavelength of 1550 nm and the dispersion slow value when the dispersion is OpsZnm / km.
  • Table 1 shows the refractive index distributions of the two types of optical fibers 1 and 2 used here.
  • the range of D1 / D2 is further narrowed down, and by setting this value to 0.4 or more and 0.7 or less, the dispersion slope value becomes 0.005 to 0.005ps / nmVkm.
  • the ratio D1 / D2 of the outer diameter D1 of the first core to the outer diameter D2 of the second core is preferably set to 0.4 or more and 0.7 or less.
  • a small effective area Aef f can be obtained by increasing the relative refractive index difference between the core and the cladding.
  • simply increasing the relative refractive index difference between the core and the cladding causes the cutoff wavelength c to shift to the longer wavelength side, making it difficult to ensure single-mode transmission over a wide band.
  • the structure shown in FIG. 1 it is possible to achieve both a small effective area Aef f and a low cut-off wavelength ⁇ c.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 1 with respect to the cladding 4 is preferably 2.0 to 5.0%, and the relative refractive index difference between the second core 2 and pure silica, that is, the cladding 4 in this example.
  • the difference 2 is -1.4 to 0.7%. If the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 1 with respect to the cladding 4 is less than 2.0%, the effective area Aeff becomes large, and the nonlinearity of the optical fiber becomes relatively small. When the relative refractive index difference ⁇ 1 increases, the cutoff wavelength A c shifts to the longer wavelength side. Therefore, when the relative refractive index difference ⁇ 1 exceeds 5.0%, the cut-off wavelength ⁇ c for making the optical fiber a single mode becomes too much consideration, and as a result, the productivity of the optical fiber deteriorates.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 is set to 2.0 to 5.0% and the relative refractive index difference ⁇ 2 is set to -1.4% 0.7%, the dispersion slope is reduced to 0.01 to 0.1%.
  • the cut-off wavelength ⁇ c can be reduced to 1450 nm or less.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 is less than -1.4%, for example, it is necessary to dope the second core 2 with a large amount of fluorine, and it becomes difficult to manufacture an optical fiber, and the productivity is reduced.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 is more preferably 2.4 to 4.0%, and ⁇ 2 is more preferably 1.1 to 0.8%. Within this range, optical fibers with high nonlinearity, low dispersion slope, and a power cutoff wavelength ⁇ c of 1450 nm or less can be manufactured with higher productivity and performance stability is further improved.
  • the refractive index distribution shape of the first core 1 a refractive index distribution of the power of 0! And increasing this ratio, the dispersion slope can be reduced and the effective area Ae ff Can also be reduced. Therefore, it is desirable that the refractive index distribution of the first core 1 be a refractive index distribution of the power of ⁇ , and that the refractive index be 3 or more. More preferably, the tie is preferably 6 or more.
  • FIGS. 3 and 4 showing a simulation example of an example of the optical fiber of the present invention, in which it is advantageous to increase the distance H, for example, to reduce the dispersion slope.
  • Fig. 3 shows the relationship between a and the dispersion slope
  • Fig. 4 shows the relationship between ⁇ and the effective area Aef f.
  • Table 2 shows the structures of the two types of optical fibers A and B used here.
  • the dispersion slope can be reduced by increasing the value of ⁇ .
  • the dispersion slope value can be reduced by about 0.009 s / nmVkm for the optical fiber ⁇ and about O. Olps / nmVkm for the optical fiber B by setting the distance from 2 to 3. Increasing this value is very effective in reducing the dispersion slope.
  • the effective area Aef f can be reduced by increasing the value of h.
  • increasing ⁇ from 2 to 3 can reduce the effective area Aeff by about 8% in both optical fiber ⁇ and optical fiber ⁇ .
  • a core base material having a refractive index higher than the pure silicon force is previously formed by a VAD method or an MCVD method, and the refractive index distribution shape ⁇ is large.
  • the surface of the core preform prepared by this method was etched with HF etc. G. By external machining, the value of the refractive index distribution shape can be further increased.
  • dispersion slope can be further reduced by further increasing the value of H as shown in FIG. 3 and setting it to 6 or more, and the effective area Aeff f can be reduced as shown in FIG.
  • Table 3 shows parameter values and characteristic values of the optical fibers shown in Examples A1 to A10 of the present invention.
  • MFD means the mode field diameter.
  • Example A4 one 0.9 0.6 4.5 - 9.1 -0.0061 3.011 7.15 1382 90.9x10 one 10 embodiment A5 4 - 0.9 0.6 7 -9,31 0.003 2.999 7.12 1385 91.3x10 one 10 embodiment A6 2.6 -1 0.5 6 3.71 0.01 3.559 10.07 1261 49.7x10 " 1Q Example A7 2 -0.8 0.4 4-2.99 0.0087 3.875 11.88 1052 33.7x10" 10 Example A8 2.9-1 0.35 7.5 0.705 0.0086 3.386 9.17 1275 58.5xl0 " 10 Example A9 2.8-1 0.45 7 0.24 0.0018 3.51 9.73 1283 50.6x10- 10 example A10 2.8 - 1 0.55 5 -3.48 - 0.0034 3.209 10.1 1295 48.1x10 one 10 All Example A.
  • the absolute value of dispersion at the wavelength of 1550nm is l Ops / nm / km or less, the dispersion slope is over 0. 01 ⁇ 0 ⁇ 01ps / nm 2 / km.
  • the cut-off wavelength ⁇ c is 1450 nm or less, and the effective area Ae ff is 12 ⁇ m 2 or less.
  • Examples A1 to A7 are the results obtained by the simulation, and Examples A8 to A10 were obtained by actually producing an optical fiber and performing an evaluation. It is the characteristic value obtained. Note that the characteristic values of the optical fiber actually produced almost agreed with the results obtained by the simulation.
  • Example A1 and Example A2 To facilitate comparison, the values of the dispersion at a wavelength of 1550 nm were made almost the same.
  • the ratio D1 / D2 of the outer diameter D1 of the first core 1 to the outer diameter D2 of the second core 2 is 0.35.
  • D2 is 0.55.
  • Example A2 Comparing the characteristic values obtained for both optical fibers, Example A2 has a larger effective area Aeff and a cut-off wavelength ⁇ c on the longer wavelength side than Example 1, but the wavelength at 1550 nm is higher.
  • the value of the dispersion slope is quite small. In other words, from the viewpoint of the dispersion slope, it is presumed that D 1 / D 2 is more preferably 0.4 or more and 0.7 or less than D 0.3 / 0.8 or less.
  • Example A4 and Example A5 will be compared in the same manner as described above.
  • Example A 4 is the refractive index of the first core.
  • Example A5 has a smaller dispersion slope at the wavelength of 1550M1 than Example ⁇ 4, and the effective area Ae ff also shows a smaller value. . From this viewpoint, it is suggested that ⁇ is more preferably 6.0 or more than 3.0 or more.
  • Example A9 there was a dispersion fluctuation of 1.9 Ds / nm / km over a total length of 3 km at a measurement wavelength of 1552 nm. Convert this to 1km Equivalent to a dispersion variation of 0.75 ps / nm / km. Further, for the optical fiber shown in Example A9, there was a dispersion fluctuation of 0.15 s / nm / kin over a total length of 15 km at a measurement wavelength of 1556 nm.
  • Table 4 shows the parameter values and characteristic values of the optical fibers shown in Comparative Examples A1 to A5.
  • MFD means the mode field diameter
  • the ratio D1 / D2 of the outer diameter D1 of the first core 1 to the outer diameter D2 of the second core 2 is 0.25.
  • the value of the dispersion slope becomes relatively large, and when used in a wide wavelength range, the dispersion value greatly fluctuates, and good optical signal processing utilizing nonlinear phenomena cannot be performed.
  • Comparative Example A2 the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core 2 with respect to the cladding 4 was -0.5%.
  • the value of the dispersion slope of the obtained optical fiber becomes relatively large, and this optical fiber also has a large fluctuation in the dispersion value when used in a wide wavelength range, as in Comparative Example 1, and the nonlinear phenomenon is reduced. I used it Better optical signal processing cannot be performed.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 1 with respect to the cladding 4 is 1.8%.
  • the resulting effective area Ae ff the optical fibers will be summer relatively large nonlinear coefficient ⁇ can not get more than 30X10_ ie / W.
  • the refractive index distribution shape of the first core 1 is a square cross-section file, and the value of ⁇ is 2.5.
  • the value of the dispersion slope of the obtained optical fiber becomes relatively large, and as in Comparative Examples 1 and 2, when used in a wide wavelength range, the dispersion value greatly fluctuates, and the nonlinearity increases. Better optical signal processing using the phenomenon cannot be performed.
  • Comparative Example A5 the relative refractive index difference ⁇ 1 between the first core 1 and the pure silica was 5.5%.
  • the cutoff wavelength ⁇ c has shifted to the longer wavelength side, and there is a problem when used at a wavelength of 1550M1.
  • FIG. 5 shows an example of an optical wavelength converter as an example of an optical signal processing device using the optical fiber of the present invention. According to this optical wavelength converter, it is possible to collectively convert the wavelength of the signal light to another wavelength.
  • FIG. 5 will be briefly described.
  • the wavelength at which the dispersion value of the optical fiber 7 of the present invention becomes zero is checked in advance.
  • the pump light (wavelength As) near the wavelength where the dispersion value becomes zero is emitted from the light source 11 and coupled with the signal light 12 (wavelength ⁇ ).
  • the optical fiber 17 of the present invention is introduced.
  • a large nonlinear phenomenon called four-wave mixing occurs in the optical fiber 17, and the signal light 12 is converted into the wavelength ⁇ 'in the following equation (5).
  • light wavelength conversion is performed collectively.
  • reference numeral 13 denotes a polarization controller for aligning the polarization
  • reference numeral 14 denotes an EDFA, that is, an erbium-doped optical fiber amplifier (optical amplifier)
  • reference numeral 15 denotes an excitation light from a light source.
  • a coupler for coupling the signal light 12 with the wavelength As) and a reference numeral 16 indicate a polarizer.
  • FIG. 6 shows an example of a pulse compressor using the optical fiber of the present invention.
  • reference numerals 21 and 22 denote light sources having different wavelengths
  • reference numeral 23 denotes a polarization controller
  • reference numeral 24 denotes a coupler.
  • Reference numeral 25 indicates a polarizer
  • reference numeral 26 indicates an EDFA.
  • An optical fiber for connecting the light sources 21 and 22 to the EDFA 26 and an optical fiber indicated by reference numeral 28 are general single-mode optical fibers
  • an optical fiber 27 is an optical fiber of the present invention. As described above, the optical fiber 27 of the present invention and the general single-mode optical fiber 28 are connected alternately at a predetermined length to constitute a pulse compressor.
  • optical fiber of the present invention shows only an optical wavelength converter and a pulse compressor as an optical signal processing device using the optical fiber of the present invention, but other than this, for example, a waveform shaper or the like It goes without saying that the optical fiber of the present invention can also be applied to this.
  • the optical signal processing device includes at least a light source 31, an optical fiber 32 of the present invention, and signal processing sections 33 and 34. Installed either before or after the fiber, or both.
  • Examples of the optical signal processing device include a wavelength converter and a pulse compressor.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of the polarization maintaining optical fiber made of quartz glass of the present invention.
  • FIG. 9 shows the refractive index distribution of the polarization maintaining optical fiber 810 in FIG. An example is shown.
  • the polarization maintaining optical fiber 81 of the present invention comprises a core 83 and a clad 84 provided on the outer periphery thereof, and the core 83 is a first core located at the center. 8 and a second core 82 provided on the outer periphery thereof.
  • Two stress applying members 85 are provided on both sides of the core 83 with the core 83 interposed therebetween.
  • a resin coating made of an ultraviolet curable resin or the like is usually applied to the outside of the clad 84.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 81 with respect to the cladding 84 needs to be 1.8% or more. The reason is that if ⁇ 1 is less than 1.8%, a sufficiently nonlinear phenomenon cannot be obtained.
  • ⁇ 1 is preferably set to 2.5% or more, more preferably 3.5% or more. By adding, for example, germanium to quartz glass, the refractive index of the first core 81 can be increased in this way.
  • the cladding 84 is preferably made of quartz glass to which fluorine is added. By adding fluorine to the cladding 84, it becomes easy to increase the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 81 with respect to the cladding 84, and a polarization-maintaining optical fiber having high nonlinearity can be obtained. .
  • the drawing temperature can be lowered, and it becomes easy to obtain a polarization-maintaining optical fiber with low transmission loss.
  • the second core 82 has a lower refractive index than the first core 81 and has a lower refractive index than the clad 84. Further, the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core 82 to the cladding 84 needs to be _0.1% or less. Preferably, it is -0.8% or less. The reason is that if it exceeds 0.1%, specifically, if it is -0.05%, the cutoff wavelength becomes long and the dispersion slope becomes large.
  • the refractive index of the second core 82 can be reduced by adding fluorine to quartz glass similarly to the clad 84.
  • the nonlinear coefficient can be increased, but the cutoff wavelength becomes longer and the dispersion slope becomes larger. Therefore, for example, when the non-refractive index difference ⁇ 1 of the first core 81 to the clad 84 is set to 2.5% or more, the non-refractive index difference ⁇ 2 of the second core 82 to the clad 84 is set to 1 0 It is particularly preferred that the content be not more than 8%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 of the first core 81 to the second core 82 is 3.5%. It is preferable that it is above. The reason is that when ⁇ 3 is 3.5% or more, a sufficiently nonlinear phenomenon is easily obtained.
  • the relative refractive index differences ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 and ⁇ 4 are defined by the following equations (6) to (9).
  • n cl is the first core 81 is the maximum refractive index
  • n c 2 is the minimum refractive index of the second core 82
  • n b is the refractive index of the stress applying member 85
  • n c is the refractive index of the cladding 84.
  • the n b is the maximum refractive index in the case where ⁇ 4 is the positive sign, the minimum refractive index in the case of a negative sign.
  • an index indicating the non-linearity includes a non-linear phase shift by self-phase modulation.
  • This non-linear phase shift is expressed by the following equation (10).
  • the nonlinear phase shift can be increased by increasing the nonlinear refractive index n 2 and decreasing the effective area A eff . Since the nonlinear refractive index of germania is larger than that of quartz glass, the nonlinear refractive index n 2 of the optical fiber can be increased by adding a large amount of germanium to the first core 81. Further, by increasing the relative refractive index difference between the first core 81 and the clad 84, the effective area A eii can be reduced. Therefore, it is preferable to increase the refractive index of the first core 81 by adding germanium to the first core 81.
  • FIG. 10 shows the cut-off wavelength ⁇ c by simulation and the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 81 with respect to the clad 84, and the second 6 shows the relationship of the relative refractive index difference ⁇ 2 of the core 82.
  • the cutoff wavelength ⁇ c refers to a cutoff wavelength ⁇ c defined in ITU- (International Telecommunication Union) G.650.
  • terms that are not particularly defined in this specification shall conform to the definitions and measurement methods in ITU-TG.650.
  • the dispersion at a wavelength of 1 550 nm is 0 ps Znm / km, and the dispersion slope at a wavelength of 1 550 nm is small.
  • D 1 ZD 2 D a is 0.5 when D a is 0.5. Shows the relationship.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 81 with respect to the cladding 84 and the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core 82 with respect to the cladding 84 preferably satisfy the following relationship.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 81 with respect to the cladding 84 and the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core 82 with respect to the cladding 84 does not satisfy the above relationship, the absolute dispersion at a wavelength of 1550 nm It is difficult to satisfy both the lower value and the cut-off wavelength of 1400 nm or less.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core 82 to the cladding 84 needs to be less than 0.1%. The reason is that if it exceeds 0.1%, the cutoff wavelength becomes longer wavelength, that is, 1400 nm or more.
  • a large nonlinearity can be obtained by increasing the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 81 to the cladding 84 by increasing the germanium added to the first core 81, but simply increasing the refractive index of the first core 81 If this is done, the cutoff wavelength will shift to longer wavelengths. Therefore, ⁇ 2 should be less than 0.1%.
  • the stress applying members 85 are provided on both sides of the core 83 with the core 83 interposed therebetween.
  • the stress applying member 85 for example, quartz glass containing boron, quartz glass containing germanium, or the like is used.
  • the relative refractive index difference ⁇ 4 of the stress applying member 85 to the clad 84 is preferably less than 0.1% or more than 0.1%.
  • the difference in the refractive index between the first core 81, the second core 82, and the clad 84 must be increased. It is desirable to increase the nonlinear coefficient.
  • the refractive index of the stress applying member 85 provided in the cladding region is higher than that of the cladding 84, the effective core area A eff is increased, which is disadvantageous for obtaining a large nonlinear phenomenon.
  • quartz glass to which boron having a lower refractive index than pure quartz glass is added as the stress applying member 85.
  • the relative refractive index difference ⁇ 4 of the stress applying member 85 to the cladding 84 is more preferably -0.8% to -0.2%.
  • the relative refractive index difference of the stress applying member 85 with respect to the cladding 84 is preferably less than 0.2%, while less than -0.8%, ie, less than 0.9%. At such a value, the production of the stress applying member 85 itself is not easy, so it can be determined.
  • the diameter of the first core 81 is D1
  • the distance between two stress applying members 85 provided on both sides of the core 83 is R.
  • the value of R / 1 should be between 2.5 and 10. More preferably, it is 2.5 or more and 3.7 or less.
  • the diameter D 1 of the first core 81 is the length of a line connecting positions where the refractive index is equal to that of the clad 84 in the first core 81.
  • the diameter D 2 of the second core 82 is the length of a line connecting the positions where the refractive index of ⁇ 2 is / in the boundary region between the second core 82 and the clad 84.
  • the distance R between the two stress applying members 85 indicates the shortest distance between the two stress applying members 85, and the length of the line connecting the positions having the refractive index of 12 And
  • R / D1 when R / D1 is set to 3.7 or less as described above, a sufficiently small polarization crosstalk is obtained, which is preferable.
  • the diameter of the first core 81 is larger than that of a normal single mode optical fiber. It is getting smaller. For this reason, if the value of R / D 1 is too small, processing when providing the stress applying member 85 becomes difficult. Therefore, the value of R ZD 1 needs to be 2.5 or more. When R / D 1 is less than 2.5, the stress applying member 85 is too close to or in the worst contact with the second core 82, so that the processing when providing the stress applying member 85 is also difficult. Not preferred.
  • the distance R between the stress applying members 85 is preferably 7 j ⁇ m to 17. The reason is that if the distance R between the stress applying members 85 exceeds 17 im, it becomes difficult to reduce the polarization crosstalk and the beat length.
  • the stress applying members 85 are too close to the second core 82, and it becomes difficult to manufacture the polarization maintaining optical fiber. Specifically, in order to obtain this polarization-maintaining optical fiber, a hole is made in the optical fiber preform before drawing, and when the stress applying member 85 is inserted into this hole, the optical fiber is used. There is a problem that the Aiva base material is easily broken.
  • the polarization maintaining optical fiber has a length of 10 Om and the polarization crosstalk at a wavelength of 150 nm is ⁇ 20 dB or less. The reason is that if it exceeds 20 d BZl 0 Om, sufficient polarization maintaining performance cannot be obtained.
  • the beat length at a wavelength of 1550 nm is preferably 5 mm or less. The reason is that if the beat length exceeds 5 mm, sufficient polarization maintaining performance may not be obtained.
  • the polarization maintaining optical fiber of the present invention preferably has a dispersion at a wavelength of 155 O nm of 19 to 9 ps ZnmZkm.
  • signal processing is performed in a wavelength band centered on a wavelength of 1.55 xm called C-band where transmission loss is minimized. If the dispersion of the polarization-maintaining optical fiber at the wavelength of 150 nm is less than 19 ps Znm / km, the efficiency of optical signal processing using nonlinear phenomena such as wavelength conversion and waveform shaping will decrease. Because.
  • the efficiency of optical signal processing using nonlinear phenomena such as wavelength conversion and waveform shaping similarly decreases.
  • the variance is more preferably -1 to 1 ps ZnmZkm.
  • Optical signal processing was using nonlinear phenomenon, but is large act in the dispersion of the optical fiber, the dispersion slope exceeds 0. 0 2 9 ps Roh nm 2 ZKM, wide wavelength range increases the wavelength dependency of the dispersion It is difficult to perform stable signal processing in.
  • Dispersion slope is more preferably not more than 0. 0 1 9 ps Znm 2 / km, even more preferably not more than 0. 0 0 9 ps Znm 2 Z km.
  • a bending loss of a diameter of 10 mm at a wavelength of 155 O nm is 0.1 dBZm or less. Bending loss If the loss is 0.1 dB / m or more, the loss may increase when the optical fiber is coiled.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the second core 82 to the cladding 84 needs to be less than 0.1%. — If it exceeds 0.1%, the cutoff wavelength becomes longer, that is, 1400 nm or more. A large nonlinearity can be obtained by increasing the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first core 81 to the cladding 84 by increasing the amount of germanium added to the first core 81, but merely increasing the refractive index of the first core 81. If the height is simply increased, the cutoff wavelength shifts to a longer wavelength.
  • the relative refractive index difference between the second core 82 and the cladding 84 is preferably -0.8% or less.
  • the quartz glass soot to be the second core 82 is placed in an atmosphere containing fluorine or a fluorine compound. It is sufficient to vitrify under pressure.
  • D 1ZD 2 D a of the diameter D 1 of the first core 81 and the diameter D 2 of the second core 82.
  • D 1ZD 2 D a of the diameter D 1 of the first core 81 and the diameter D 2 of the second core 82. It is preferably between 0.4 and 0.7.
  • the dispersion at 1550 nm is zero.
  • the first core diameter D1 and the second core diameter D2 are adjusted so that
  • Table 7 shows the results of measuring the characteristics of each of the manufactured polarization maintaining optical fibers.
  • characteristics other than the power-off wavelength indicate characteristics at a wavelength of 150 nm.
  • the polarization maintaining optical fiber of any of the embodiments can also reduce the polarization crosstalk to a desired small value, that is, less than ⁇ 20 dBBZ 10 Om or less than 28 dBBZ 10 Om, and a nonlinear coefficient is also desired.
  • the value was more than 15ZW / Km, which was more than 155.5W / Km.
  • the beat length was within the range of 4.3 to 4.7 mm, and could be reduced to the desired 5 mm or less.
  • each of the polarization maintaining optical fibers of the embodiments B1 to B3 has a small polarization crosstalk and excellent non-linearity. Therefore, the polarization maintaining optical fiber suitable for the optical signal processing utilizing the nonlinear optical phenomenon is used. It turns out that it is an optical fiber.
  • Example B2 2.9-1.0 5 3.6 9.9 0.365 125
  • the polarization maintaining optical fiber shown in each of the above embodiments was manufactured by the following method.
  • a first core material made of quartz glass whose relative refractive index difference to pure quartz glass was adjusted to, for example, 2% by doping with germanium was manufactured by using the VAD method.
  • the outer periphery of the core material was to be oxyhydrogen flame degrade S i C l 4 gas is deposited scan one bets to form a porous body. Then heated Re this in H e comprising C 1 2 dehydrated by further heated to be vitrified under air Kiri ⁇ containing S i F 4 and He, fluorine de one flop quartz glass
  • S i C 1 4 gas by oxyhydrogen flame decomposition is sedimentary the scan one preparative form a porous body, which is then heated and dehydrated in He containing C 1 2, Furthermore, it was made transparent glass in an atmosphere containing He, and a cladding material made of quartz glass was provided.
  • a cladding material made of quartz glass on the outer periphery was obtained.
  • a member made of quartz glass was fusion-spliced to both ends of the obtained optical fiber preform to prevent cracking.
  • the optical fiber preform into which the stress applying member was inserted was introduced into a preform unifying furnace provided above the preform input port of the drawing furnace, heated, and softened to be integrated.
  • the temperature of the optical fiber preform integrated with the stress applying member decreases and solidifies, the optical fiber preform is likely to be cracked due to a remarkable difference in the thermal expansion coefficient between the optical fiber preform and the stress applying member. Therefore, after the optical fiber preform and the stress applying member are integrated, they are directly introduced into the drawing furnace without cooling, and are drawn to a predetermined optical fiber outer diameter, and the polarization maintaining optical fiber is drawn. Got.
  • the drawn glass polarization maintaining optical fiber was provided with a resin coating made of, for example, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin.
  • the resin coating was an ultraviolet-curable resin
  • the resin was applied to the outer periphery of the glass polarization maintaining optical fiber using a coating die, irradiated with ultraviolet light, cured, and then wound on a reel.
  • the production of the polarization maintaining optical fiber of the present invention is not limited to the above-mentioned production method.
  • a method of synthesizing an optical fiber preform in addition to the VAD method, an existing gas phase method such as an MCVD method or an OVD method is used. It goes without saying that the growth method is applicable.
  • the polarization maintaining optical fiber of the invention of the present application described above has an outer diameter of about 180 mm. Wound on a drum to obtain a wavelength converter. Examination of the characteristics of this wavelength converter revealed excellent wavelength conversion characteristics over a wide band.
  • a first core material made of silica glass doped with germanium and adjusted to have a relative refractive index difference of 2.8% with respect to pure silicon power was prepared.
  • silicon tetrachloride (S i C 1 4) gas and oxyhydrogen flame decomposition is deposited scan one preparative form a porous body, then H containing the C 1 2 This The resultant was heated in e to dehydrate, and further heated in an atmosphere containing SiF 4 and He to be vitrified, thereby providing a second core made of silica glass doped with fluorine.
  • the obtained base material was drawn by a drawing furnace to obtain an optical fiber having a clad outer diameter of 90 m.
  • the characteristics of the obtained optical fiber are shown in Table 8 below.
  • An optical fiber having the same structure as in Example 1 was produced in the same manner as in Example C1, except that the outer diameter of the clad was 80 m.
  • An optical fiber having the same structure as in Example C1 was produced in the same manner as in Example C1, except that the outer diameter of the clad was set to 100 im.
  • Example C1 Same as Example C1 except that the outer diameter of the cladding was 125 m. Thus, an optical fiber having the same structure as in Example C1 was produced.
  • An optical fiber having the same structure as in Example C1 was produced in the same manner as in Example C1, except that the outer diameter of the clad was 120 m.
  • An optical fiber having the same structure as in Example C1 was produced in the same manner as in Example C1, except that the outer diameter of the clad was set to 130 m.
  • Example C2 the outer diameters of 80, 100, 120, 125, and 130 m were adjusted by adjusting the thickness of the base metal cladding.
  • the first core diameter and the second core diameter of the fiber were the same as in Example C1.
  • Table 8 below shows the characteristics of the obtained optical fiber.
  • the characteristic measurement wavelength is 1550 nm except for the cut-off wavelength, and the bending loss is the value at a diameter of 5 mm.
  • Example 1 was repeated in the same manner as in Example C1 except that the first core material was a silica-based glass whose relative refractive index difference with respect to pure silica was adjusted to 2.0% by germanium doping.
  • the first core material was a silica-based glass whose relative refractive index difference with respect to pure silica was adjusted to 2.0% by germanium doping.
  • an optical fiber having a structure shown in Table 9 below was obtained.
  • the properties of the obtained optical fiber are shown in Table 9 below.
  • Example 9 Except for using a first core material made of silica-based glass whose relative refractive index difference with respect to pure silica was adjusted to 2.0% by doping with germanium as the first core material, in the same manner as in Example C1, An optical fiber having the structure shown in Table 9 below was obtained. The properties of the obtained optical fiber are shown in Table 9 below. Table 9
  • the characteristic measurement wavelength is 1550 nm except for the cut-off wavelength, and the bending loss is the value at a diameter of 5 mm.
  • the optical fibers according to Examples C1 and C4 have excellent transmission loss and are excellent.
  • the optical fibers according to Comparative Examples C1 and C4 have a large transmission loss.
  • the optical fiber of the present invention has a nonlinear constant n 2 / A eff of 20 X 10-1 Q / W or more and an absolute value of chromatic dispersion at 1 550 nm of 20 ps / nm / km or less.
  • n 2 / A eff of 20 X 10-1 Q / W or more
  • absolute value of chromatic dispersion at 1 550 nm of 20 ps / nm / km or less.
  • the optical fiber 14 1 of the present invention is a single mode optical fiber having a cladding outer diameter of 120 to 13 1 ⁇ (or a cladding outer diameter of 120 to 13 3 ⁇ or a dispersion-shifted optical fiber or Aef f of 2
  • An optical fiber of ⁇ 2 or more) is fusion-bonded to 142 at the connection portion 144.
  • reference numeral 144 denotes a core in the optical fiber of the present invention
  • reference numeral 144 denotes a core of the heat-treated connection portion
  • reference numeral 144 denotes a core in the optical fiber 105.
  • a single-mode fiber or a dispersion-shifted optical fiber of 120 to 130 m is fusion-bonded with its centers aligned, and the fusion-bonded part is heat-treated, so that it can be connected to other optical fibers in the field. An easy optical fiber can be obtained.
  • the centers of the highly nonlinear optical fiber according to the present invention and the optical fiber having an outer diameter of 120 to 130 / m to be fused are aligned. By aligning the centers of the optical fibers, the connection loss can be reduced. After the fusion, it is preferable to perform a heat treatment on the fused portion. By performing the heat treatment after the fusion, the dopant in the core of the connection part is diffused, and the mode field diameter is enlarged, so that the connection loss of the fusion part can be reduced.
  • the cladding diameter is set to 70 to 110 m, so that the outer diameter including the resin coating can be reduced, and the coil can be compactly wound in a coil shape.
  • the optical fiber according to the present invention is wound and accommodated in a maximum winding diameter of 2 Ocm or less, preferably 18 cm or less.
  • a subsystem device for light 2R, light 3R, and wavelength conversion has a high nonlinear phenomenon. It is possible to perform optical signal processing by using, and at the same time has the advantage of being compact.
  • E Efficiency improved type highly nonlinear light
  • the outer periphery of the first core having a relative refractive index difference of 2.0% with respect to the pure silica, the second core doped with fluorine having the relative refractive index difference of 0.55% with respect to the pure silica, and An optical fiber preform having a cladding made of pure silica on its outer periphery was obtained.
  • the ratio Da of the first core diameter D1 to the second core diameter D2 was 0.56.
  • the preform thus obtained was drawn by a drawing furnace to obtain an optical fiber having a cladding outer diameter of 125 m.
  • Fig. 19 shows the refractive index profile of the obtained optical fiber
  • Fig. 20 shows its cross-sectional structure. It comprises a first core 201, a second core 202, a clad 203 and a resin coating 204.
  • Table 10 shows the characteristics of the obtained optical fiber.
  • An optical fiber was obtained in the same manner as in Prototype Example E1, except that the refractive index and Da of the core material were changed.
  • FIG. 19 shows the refractive index profile of the obtained optical fiber
  • FIG. 20 shows its cross-sectional structure. The properties of the obtained optical fiber are shown in Table 10 below.
  • the outer periphery of the first core having a relative refractive index difference of 2.0% with respect to pure silica has a cladding doped with fluorine having a relative refractive index difference of 15.5% with respect to pure silica.
  • An optical fiber preform was obtained.
  • the optical fiber preform thus obtained was drawn by a drawing furnace to obtain an optical fiber having a cladding outer diameter of 125 m.
  • Fig. 21 shows the refractive index profile of the obtained optical fiber
  • Fig. 22 shows its cross-sectional structure. It is composed of a core 221, a clad 222, and a resin coating 222. Table 10 below shows the properties of the obtained optical fiber.
  • Example E 4, E 5, r (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / A eff) is an example of using the optical fiber in the range of 1 7 ⁇ 2 7 ZW / km, first 7 Figure Therefore, in these optical fibers, when the optical fiber length exceeds 10 km, even if the optical fiber length is further increased, (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / Ae ff) [1—exp ( — A L)] value hardly increases.
  • ⁇ is in the range of 1550] 111 to 160 nm (2 ⁇ / ⁇ ) (n 2 / A eff) [1-exp (-a L)]
  • the value of 7 & satisfies 1 ⁇ 1 or more
  • the absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 150 nm is 30 ps Znm / km or less
  • the bending loss at a wavelength of 150 nm is 0
  • An optical fiber that can efficiently perform signal processing utilizing nonlinear phenomena can be obtained by setting it to 5 dB / m or less.
  • An optical signal device using such an optical fiber is configured as shown in FIG.

Abstract

本発明は、非線形に優れた光ファイバ、特に波長1550nm近傍の幅広い波長領域において安定して分散値の低い高非線形特性の光ファイバを提供することにある。またこの光ファイバを用いた光信号処理装置、より具体的には光波長変換器やパルス圧縮器を提供する。本願発明の光ファイバは、コアと該コアの外側に設けたクラッドとを有する光ファイバにおいて、波長1550nmにおける分散スロープが−0.01～0.01ps／nm2／kmであり、波長1550nmにおける分散の絶対値が10ps／nm／km以下であって、かつ波長1550nmにおける非線形定数が30×10-10／W以上であることを特徴とするものである。他に、偏波保持特性を有し、低損失及び光信号処理効率の良い高非線形の光ファイバを提供する。

Description

明 糸田 書 非線形光フアイバ及びこの光ファイバを用いた光信号処理装置 技術分野 ' 本発明は、 非線形性に優れた光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光 信号処理装置に関するものである。 背景技
近年、 光信号伝送における高速化、 高容量化、 長距離伝送が益々求めら れており、 このために光信号の処理速度の高速化や長距離伝送を達成する ための信号処理技術が希求されている。
光信号処理技術の一つとして、 光信号を電気信号に変換し、 変換された 電気信号を信号処理して、 再び光信号に戻す方法が挙げられる。 しかし、 この方法では光信号をわざわざ電気信号に変え、 これをまた光信号に戻す 処理を伴うため高速な信号処理には不向きであった。
これに対して光信号を光のまま処理する全光信号処理技術がある。 この 処理技術は光信号を電気信号に変えることなく、 光信号を直接光信号とし て扱うため高速な光信号処理が可能となる。
ところで全光信号処理技術には、 光信号を伝送する光ファイバ内で生ず る非線形光学現象を利用する方法、 あるいは非線形性の高い物質からなる 光導波路中で生ずる非線形現象を利用する方法等がある。
前者の光ファイバ内で発生する非線形光学現象を利用した全光信号処理 技術は、高速処理が可能であると同時に伝送損失も小さくできるため近年、 特に注目されている。 この光ファイバ内で生ずる非線形現象としては四光 波混合、 自己位相変調、相互位相変調、プリユリアン散乱等が挙げられる。 これらのなかで四光波混合を利用した波長変換や、 自己位相変調を利用し たパルス圧縮、 波形整形等の光信号処理技術が既に報告されている。
四光波混合は、 2波長以上の光を光ファイバに導入したとき、 非線形現 象により特定の規則を持って新たな波長の光が生ずる現象である。 前述し た光信号処理技術では、 この新たな波長の光が生ずる現象を波長変換に利 用しょうとするものである。また、この四光波混合を利用した波長変換は、 多数の信号波長を一括して波長変換できるという利点を有している。
また、 自己位相変調や相互位相変調を利用することにより、 伝送中に劣 化した波形を整形し、長距離伝送を可能とする全光信号処理が可能となる。
ところで、 このような光ファイバ内での四光混合や自己位相変調といつ た非線形現象を利用した波長変換、 波形整形といった光信号処理技術を適 用するためには、 光ファイバとして非線形現象を大きく起こし得る光ファ ィバ、 すなわち高非線形性を有する光フアイバが必要となる。
高い非線形性を有する光ファイバとして特開 2 0 0 2 - 2 0 7 1 3 6号 公報 （特許文献 1 ) により提案されたものがある。
この光ファイバの波長 1 550nmにおける諸特性は、前記特許文献 1の第 1 4図及び第 1 6図に詳細に示されている。 分散値
ところで前記特許文献 1に開示されている光ファイバの場合、 波長 1 550nmの分散スロープ値は— 0. 267ps/nmVkm〜十 0. 047ps/nm2/kmとそのば らつきが大きく、 しかも分散値も— 103. 2ps/nm/km〜十 3. 3ps/nra/kmという ように、 その下限値は絶対値が 103. 2ps/nm/kmという極めて大きな値にな つている。
つまり波長 1 550nm において安定して分散値及び分散スロープの小さい 光ファイバを提供することができなかった。 したがって波長 1 55 Onm近傍の 幅広い波長領域において、 分散値の低い光ファイバを提供することができ なかった。
そこで本発明の第 1の目的は、波長 1 550nm近傍の幅広い波長領域におい て、 高非線形特性を有しながら安定して分散値の低い光ファイバを提供す ることにある。 またこの光ファイバを用いた光信号処理装置を提供するこ とにある。 偏波保持性
高非線形特性に加え、 非線形現象を利用した光信号処理は、 偏波状態に大 きく影響される。 そのため、 使用する光ファイバの偏波保持特性もまた重 要である。
高い非線形性を有し、 かつ偏波保持特性をも有する光ファイバとして前 記特許文献 1により提案された偏波保持光フアイバがある。
この偏波保持光ファイバは、 前記特許文献 1の第 1 5図にその横断面図 が、 そして第 1 6図にその特性値が示されている。
ところで前記特許文献 1に開示されている偏波保持光ファイバの場合、 コアの両側に設けられている応力付与部材の位置、 具体的には両応力付与 部材のコアに対する位置あるいは両者の間隔をどの程度にしたら良いのか 等が明確に示されていない。 そのため、 この偏波保持光ファイバの製造に 際して、 偏波クロストークやビート長の調整が難しい、 という問題があつ た。 具体的には偏波クロストークを所望する許容値にするのが難しい、 と いう問題があった。
そこで本発明の第 2の目的は、 偏波クロストークを所望の小さな値にで き、 しかも非線形性に優れ、 非線形光学現象を利用した光信号処理に好適 な偏波保持光ファイバを容易に製造し提供することにある。 またこの偏波 保持光ファイバを用いた光波長変換器を提供することにある。 伝送損失
非線形現象を大きく起こしうる光ファイバは、 光ファイバの非線形定数 n 2 /Ae f f ( n 2 ：非線形屈折率係数、 Ae f f ：実効断面積） を大きくするこ とにより得られる。 非線形定数を大きくすることは、 光ファイバ構成材料 として非線形屈折率の高い材料を使用すること、 あるいは光ファイバのモ 一ドフィ一ルドを小さくすること、 あるいは伝送する光の密度を高めるこ とにより可能である。
石英ガラスを主成分とする光ファイバの基本的な構造は、 ゲルマニウム のド一プにより屈折率の高められたシリカガラスからなるコアと、 コアの 外周に設けられた、 コアより屈折率の低いシリカガラスからなるクラッド とから構成される。
シリカガラスにドープするゲルマニウムの量を多くするほど、 シリカガ ラスの非線形屈折率が高くなるとともに、 屈折率も高くなる。 また、 コア とクラッドの屈折率差を大きくすることにより、 モードフィールド径を小 さくすることができる。 従って、 コアにゲルマニウムを高ド一プすること により、 コアの非線形屈折率が高まるとともに、 モードフィード径を小さ くすることができるので、高い非線形定数を有する光ファイバが得られる。 しかしながら、 コアにゲルマニウムを高ド一プしてその非線形屈折率を 高め、 かつモードフィード径を小さくすることにより、 非線形定数の高い 光ファイバを得ようとすると、 光ファイバの伝送損失が顕著に高くなると いう問題が生じる。 一般に、 光ファイバにゲルマニウムをド一プすると、 波長 1 5 5 0 nm帯での光ファイバの伝送損失は大きくなるが、 特にコア にゲルマニウムを高ドープしたときの光ファイバの伝送損失の増加は、 顕 著である。
光ファイバの伝送損失が高くなると、 非線形定数が高くても、 大きい伝 送損失のために、非線形現象の発現効率が悪くなる。このことは次式（ 1)、 (2) により説明される。
非線形性を示すパラメータである自己位相変調における非線形性位相ず れ は下記式 （1) により示される。
NL= (27t/A)*(n2ZAe f f )*I'L e f f ( 1 ) 式中、 n2は光ファイバの非線形屈折率、 Ae f f は光ファイバの実効断 面積、 Iは光の強度、 L e f f は光ファイバの実効長である。
上記式において、 n2ZAe f f が非線形定数である。
また、 実効長 L e f f は、 次式 （2) により示される。
L e f f = [ l— e x p {— a L) / a ( 2 ) 式中、 Lは光ファイバの長さ、 aは光ファイバの伝送損失である。
上記式 （1), (2) より、 光ファイバの伝送損失が大きくなると、 光フ ァィバの実効長が短くなり、非線形性位相ずれも小さくなることがわかる。 従って、 光ファイバ中での非線形現象を利用した光信号処理に使用され る光ファイバとしては、 高い非線形定数を有するとともに、 伝送損失が低 いことが必要である。 しかし、 このように、 高い非線形定数を有するとと もに、 伝送損失が低い光ファイバは、 未だ見出されていない。
本発明の第 3の目的は、 上記事情の下になされ、 高い非線形定数と低い 伝送損失を併せ有する光ファイバを提供することにある。 効率
更に、 非線形現象を利用した光信号処理を効率良く行うには、 波長分散 値の絶対値、 曲げ損失、 伝送損失、 光ファイバの長さ、 非線形定数、 波長 及びそれらの相互関係を考慮する必要がある。 これらの相互関係を考慮し、 非線形現象を利用した光信号処理を効率良く行うことができる光ファイバ を提供することは、 本発明の第 4の目的である。
本発明の全体的の目的は、 上述した幾つかの特性を総合的に考慮して非 線形現象を利用した光信号処理に適切な光ファイバと、 その光ファイバを 用いた光信号処理装置を提供することにある。 発明の開示
本発明に従う第 1の側面の光ファイバは、波長 1 550nmにおける分散スロ —プがー 0. 01〜0. 01 ps/nm2/km、 好ましくは一 0. 005〜0. 005ps/nm2/km であ り、 波長 1 550M1における分散の絶対値が l Ops /nmZkm以下であり、 かつ 波長 1 550nmにおける非線形定数が 30 X l O VW以上、好ましくは 40 X 10-10/W 以上であることを特徴とするものである。
このようにしてなる光ファイバによれば、波長 1 550nmを含む幅広い波長 領域、 たとえば、 Sバンド （ 60〜1 530nm) 、 Cバンド （1 530〜1565nm) 、 Lバンド （1 565〜1 625nm) において分散値の変動が小さく、 かつ分散の絶 対値の小さい光ファイバを提供することが可能となる。
また幅広い波長領域の使用波長に対して分散値が大きく変動することな く、 1本の光ファイバで様々な波長における光信号処理が可能となる。 ま た分散スロープが— 0.01〜 0. Olps/nmVkm、 好ましく は— 0.005〜 0.005ps/nm2/kmであることにより、 幅広い波長領域において分散値の変動 が小さく、 非線形光学現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。 因みに分散スロープの絶対値が 0.01 p s /niVkm以上になると、波長 155 Onm 近傍の異なる波長に対して分散値の変動が比較的大きくなり、 幅広い波長 領域における WDM伝送に適さなくなってしまう。
また、 非線形定数が SOXIO VW以上、 好ましくは 40X10—1()/W以上であ ることにより、 高い非線形性を有する光フアイバが得られる。
また上記第 1の側面の光ファイバの実施例では、 カットオフ波長 Acが 1450nm以下であり、 有効断面積 Aeff が 12 _im2以下、 好ましくは 以 下であることを特徴とするものである。
このようにしてなる光ファイバによれば、 光ファイバをシングルモ一ド 光ファイバとして動作させることができる。このようにカツトオフ波長 Ac が 1450MI以下であることにより、 Sバンド、 Cバンドそして Lバンドを含 めた広い帯域に対して本願発明の光ファイバの使用が可能となる。
また有効断面積 Aeff は 12 m2以下、 より好ましくは 以下にする ことにより、 高い非線形定数を得ることが可能となる。
ここで非線形定数は下記式 （1) により示される。
尚、 下記の式 （1) において、 λ は測定波長を、 η2は光ファイバ中で の非線形屈折率を、 そして Aeff は光ファイバの有効断面積を示している。 非線形定数 =n2ZAeff (1)
上記式 （1) から、 光ファイバの非線形定数を大きくするためには、 非 線形屈折率 n 2を大きくするか、有効断面積 Aeff を小さくする必要がある。
ここで、 n 2は材料によって決まる値であるため、容易に大きくすること はできない。よって光ファイバの有効断面積 Aeff の値をできるだけ小さく することが現実的である。
そこで本願発明の請求項 4または請求項 5記載の光ファイバによれば、 光ファイバの有効断面積 Aeff を 12 m2以下、好ましくは lO m2以下にす ることにより、より高い非線形定数を得ることが可能となる。具体的には、 波長 1550nmにおける非線形定数が 30 X 10_1D/W以上、 さらには 40 X 10-10/W 以上の値の光ファイバを得ることができる。
また上記第 1の側面の光ファイバの実施例では、波長 1550nmにおける分 散の絶対値を 5ps/nm/km以下にすることを特徴とするものである。
このようにしてなる光ファイバによれば、 使用波長においてより高い非 線形性を示す光ファイバを、 より確実に得ることができる。
さらに上記第 1の側面の光ファイバの実施例では、波長 1510〜1590nmの いずれかの波長における光ファイバの長手方向の分散値の変動幅 （最大値 と最小値の差）が光ファイバ 1本の使用長の全長において lps/nm/km以下、 好ましくは 0. 2ps/nm/km以下であることにより、 波長変換器等に効果的に 用いることができる。
ところで本願においては、 前述した分散値の変動幅とは、 実用的な長さ の光ファイバ全長において分散分布測定器により測定された分散値の変動 幅を意味する。 光ファイバの分散値の分布測定は、 例えば Mo l lenauerによ り研究された方式を利用する分散分布測定器により測定可能である。
また上記第 1の側面の光ファイバの実施例では、 純シリカより高い屈折 率を有する第 1コアと、 該第 1コアの外周に設けられ、 純シリカよりも低 い屈折率を有する第 2コアと、 該第 2コアの外周に第 1コアよりも屈折率 が低く、 第 2コアよりも屈折率が高いクラッドを具備し、 前記第 1コアの 外径 D 1が 2〜 5 /i mであり、 前記第 1コアの外径 D 1と前記第 2コアの 外径 D 2との比 D 1 ZD 2 = D aが 0. 3以上、 0. 8以下、 より好ましくは 0. 4以上、 0. 7以下であることを特徴とするものである。 ここで純シリカ とは、 フッ素やゲルマニウム等の屈折率調整用のドーパントを含まないシ リカをいう。
このようにしてなる光ファイバによれば、 前記第 1コアの外径 D 1と前 記第 2コアの外径 D 2との比 D 1 / D 2 = D aを調整することによって、 分散スロープの低い光ファイバを得ることができる。 すなわち、 光フアイ パをこのような構造にすることにより、 有効断面積 Ae f f が小さく、 カツト オフ波長 A c も低く、 かつ分散スロープの値の小さな光ファイバを得るこ とができる。
さらにまた上記第 1の側面の光ファィバの実施例では、 前記第 1コアと クラッドとの比屈折率差△ 1が 2. 0〜 5. 0 %、好ましくは 2. 4〜4. 0 %であり， 前記第 2コアとクラッドとの比屈折率差△ 2がー 1. 4〜一 0. 7 %、 好ましく は一 1. 2〜一 0. 8 %であることを特徵とするものである。
このようにしてなる光ファイバによれば、 高い非線形性と低い分散ス口 ープ、そしてカツトオフ波長 i cが 1450nm以下の光ファイバを高い生産性 を維持しつつ安定して製造することができる。
加えて上記第 1の側面の光ファイバの実施例では、 前記第 1コアの屈折 率分布形状が α 乗プロファイルであり、 a が 3. 0以上、 好ましくは 6. 0 以上であることを特徴とするものである。
このようにしてなる光ファイバによれば、 分散スロープを小さくでき、 かつ光ファイバの有効断面積 Aef f も小さくでき、非線形性の高い光フアイ バを得ることができる。
本発明の光信号処理装置は、 上記第 1の側面の光ファイバを用いたこと を特徴とするものである。
このような光信号処理装置によれば、 広い波長範囲で安定した性能の光 信号処理が可能である。
またさらに上記光信号処理装置の実施例では光波長変換器であることを 特徴とするものである。 このような光波長変換器によれば、 波長変換特性 に優れた光波長変換器を提供できる。
加えて光信号処理装置の実施例では、 光信号処理装置はパルス圧縮器で あることを特徵とするものである。 このようなパルス圧縮器によれば、 パ ルス圧縮性に優れたパルス圧縮器を提供できる。
従って、波長 1550nmを含む幅広い波長領域において安定して分散値の低 ぃ光フアイバを提供することができる。 またこの光ファイバを用いた光信 号処理装置、 具体的には性能の優れた光波長変換器やパルス圧縮器を提供 することができる。 本発明に従う第 2の側面の光ファイバは、 コアと、 該コアの外周に設け られたクラッドと、 前記コァの両側に設けられた 2つの応力付与部材とを 備えた石英ガラス系の偏波保持光ファイバであって、 波長 1 550 nmに おける非線形係数が 1 SZWZKm以上であり、 カツトオフ波長が 1 50 0 nm以下であり、 波長 1 550 nmにおける分散が一 9 p s/nm/k m乃至 9 p s /nm/km、波長 1 550 nmにおける分散スロープが 0. 029 p sZnm2/km以下であり、かつ波長 1 550 nmにおける偏波 クロストークが一 20dBZl O 0 m以下であることを特徴とするもので ある。
このようにしてなる偏波保持光ファイバによれば、 偏波クロストークが 所望する許容範囲内にある偏波保持光ファイバを容易に製造でき、 しかも 非線形性に優れ、 非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な光フアイ バを提供することができる。
上記第 2の側面の光ファイバの実施例では、 前記コアは、 中心部に位置 する第 1コアと該第 1コアの外周に設けられた第 2コアからなり、 前記第 2コアは前記第 1コアより低い屈折率を有し、 前記クラッドは前記第 2コ ァより高くかつ前記第 1コアより低い屈折率を有し、 前記クラッドに対す る前記第 1コアの比屈折率差 Δ1が 1. 8 %以上、 前記クラッドに対する 前記第 2コアの比屈折率差△ 2がー 0. 1 %以下であり、 前記応力付与部 材の間隔 Rと前記第 1コアの直径 D 1との比 RZD 1が 2. 5乃至 10、 前記第 1コアの直径 D 1と前記第 2コアの直径 D 2との比 D 1/D 2が 0. 3乃至 0. 8である。
また上記第 2の側面の光ファイバの実施例では、 前記応力付与部材の間 隔 Rと前記第 1コアの直径 D 1との比 R/D 1が 2. 5乃至 3. 7である ことを特徴とするものである。
このように RZD 1を 2. 5乃至 3. 7すると、 より確実に所望値内に ある充分小さな偏波クロストークが得られ好ましい。
上記第 2の側面の光ファイバの実施例では、 前記応力付与部材の間隔 R が 7 m乃至 17 zmであること特徴とするものである。 このようにコアの両側に位置する両応力付与部材の間隔 Rを規定するこ とにより、 より確実に、 かつ容易に所望値内にある偏波クロストークの小 さい光ファイバを製造することができる。
上記第 2の側面の光ファイバの実施例では、 カツ卜オフ波長が 1400 nm以下であり、 波長 1550 nmにおける分散スロープが 0. 019 p s /nm2 km以下、波長 1550 nmにおけるビート長が 5 mm以下で あり、 かつ波長 1550 nmにおける直径 10 mmでの曲げ損失が 0. 1 d BZm以下であることを特徴とするものである。
このようにしてなる光ファイバによれば、 偏波クロストークのみならず ビート長も所望する許容範囲内にある偏波保持光ファイバを容易に製造で き、 しかも非線形性に優れ、 非線形光学現象を利用した光信号処理に好適 な光ファイバを提供することができる。
また上記第 2の側面の光ファイバの実施例では、 前記第 1コアの直径 D 1と前記第 2コアの直径 D 2との比 D 1/D 2が 0.4乃至 0.7であり、 波長 1550 nmにおける非線形係数が 2 OZW/Km以上、 波長 155 0 nmにおける分散が一 l s /nm/km乃至 1 p sノ nm/kmであ り、 前記クラッドに対する前記第 1コアの比屈折率差△ 1とクラッドに対 する前記第 2コアの比屈折率差 Δ2とが下記関係を満たすことを特徴とす るものである。
(Δ2) <- 0. 52 · (△ 1) + 1
このようにしてなる偏波保持光ファイバによれば、 偏波保持光ファイバ の分散の絶対値を小さくでき、 しかも力ットオフ波長を 1400 nm以下 にできる非線形性に優れ、 非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な 光ファイバを容易に製造することができる。
さらに上記第 2の側面の光ファィバの実施例では、 前記クラッドに対す る前記第 2コアの比屈折率差△ 2が— 0. 8%以下であり、 前記第 2コア に対する前記第 1コアの比屈折率差△ 3が 3. 5 %以上であることを特徴 とするものである。
このようにしてなる偏波保持光ファイバによれば、 偏波保持光ファイバ の分散スロープが小さく、 しかもカツトオフ波長を 1400 nm以下にで きる非線形性に優れ、 非線形光学現象を利用した光信号処理に好適な光フ アイバを提供することができる。
上記第 2の側面の光ファイバの実施例では、 前記応力付与部材はポロン が添加された石英ガラスであり、 前記クラッドはフッ素が添加された石英 ガラスであり、 前記応力付与部材の前記クラッドに対する比屈折率差△ 4 が— 0. 1 %以下若しくは 0.1%以上であることを特徴とするものである。 このようにしてなる偏波保持光ファイバによれば、 光ファイバ同士を接 続するような場合に、 応力付与部材の位置確認が容易になり接続が容易に なる。
本発明の光波長変換器は、 上記光ファイバを使用したことを特徴とする ものである。
このようにしてなる光波長変換器によれば、 波長変換性に優れた光波長 変換器を提供できる。
以上のように本発明の偏波保持光ファイバによれば、 偏波クロストーク を所望の小さな値にでき、 しかも非線形性に優れ、 非線形光学現象を利用 した光信号処理に好適な偏波保持光ファイバを容易に製造できる。 また光 波長変換特性に優れた光波長変換器を提供することができる。 本発明に従う第 3の側面の光ファイバは、 コアとクラッドからなる光フ アイバにおいて、 非線形定数 n 2/A e f f が 20 X 1 0— 1 ()/W以上であ り、 波長 1 5 50 nmにおける波長分散の絶対値が 20 p s /nm/krn 以下であり、 波長 1 550 nmにおける直径 5 mmでの曲げ損失が 0. 1 dBZm以下であり、前記クラッドの外径が 70〜1 10 mであることを 特徴とする。
以上のように構成される本発明の光ファイバでは、非線形定数 n 2ZA e f fが 20 X 10— 以上であることにより、 高い非線形性が得られ、 効率の良い非線形現象を利用した光信号処理が可能となる。 好ましくは、 非線形定数 n2/Ae f f は、 40 X 1 0— 10/W以上であることがよい。 また、 1 5 50 nmにおける波長分散の絶対値が 20 p s /nmZkm 以下であることにより、 非線形現象を利用した波長変換、 及び光 2 R、 光 3 R等の波形整形に好適に使用することができる。 好ましくは、 1 550 nmにおける波長分散の絶対値は、 2 p s /nm/ km以下であるのがよ い。
更に、 波長 1 550 nmにおける直径 5 mmでの曲げ損失が 0. l dB Zffl 以下であることにより、 コンパクトに巻くことが可能である。 好まし くは、 曲げ損失は 0. 05 dBZin以下であるのがよい。
そして、 クラッド外径が 70〜 1 1 0 m であることにより、 低伝送損 失化を図ることが出来る。
クラッド外径が 1 1 0 / m を超えると、 伝送損失が大きくなり、 一方、 70 m を下回ると、 光ファイバの強度が低下し、 信頼性が低下するとと もに、 伝送損失も再び大きくなり、 好ましくない。
なお、 クラッド外径 12 5 m の光ファイバが広く使用されているが、 ゲルマニウムを光ファイバの中心部に位置する第 1 コアに高濃度にド一プ して非線形定数を 20 X 1 0 -10/W以上とするとともに、 1 5 5 0 nm における波長分散の絶対値を 20 s /nmZkm以下としたときに、 ク ラッド外径が 1 25 mの光ファイバでは、伝送損失が高くなつてしまう。 これに対し、 例えばクラッド外径を 90 m程度に小さくすると、 非線形 定数の大きさを損なうことなく、 伝送送損失を小さくすることが可能であ ることがわかった。本発明は、このような知見の下になされたものである。 このように、 第 1 コアにゲルマニウムを高濃度にドープし、 かつ 1 55 0 nmにおける波長分散の絶対値を 20 p s/nm/km以下とし、 クラ ッド径を 1 25 mから 90 mに小さくすることにより、伝送損失が下が るメカニズムは、 明確には理解されていないが、 恐らく、 次のような現象 が生じているためと推測される。
即ち、 シリカガラスにゲルマニウムをドープすればするほど屈折率が高 くなるとともに、 シリカガラスの軟化温度は低下する。 このため、 ゲルマ 二ゥムを高濃度にド一プして第 1 コアの屈折率を非常に高くした高非線形 光ファイバでは、 通常の伝送路用光ファイバの場合に比較して、 第 1 コア の軟化温度が純シリカガラスからなるクラッドの軟化温度よりもかなり低 くなる。
ところで、 光ファイバは、 目的の光ファイバと同じ断面屈折率分布構造 を有する大口径のガラス母材を合成し、 これを加熱溶融して線引きし、 所 定の外径に引き落とすことにより製造される。この線引きの工程において、 まずガラス母材の軟化、 次いでガラス母材外径のフィバ径までの縮径、 そ して光ファイバ径での冷却固化の各工程をたどる。
ガラス母材を軟化させる際、 クラッドを軟化させる程の高温度とするた め、 ゲルマニウムが高濃度にドープされて軟化温度が低くされた第 1 コア は、 必要以上に高い温度に曝されることになり、 この高温と線引き時の張 力とにより、 コアに欠陥が生じ、 これが伝送損失を高くするものと考えら れる。 これに対し、 クラッド外径を小さくすることにより、 クラッドの厚 さが薄くなつて第 1 コアが早く冷却されるようになり、 第 1 コアが高温に 曝される時間が短くなるため、 欠陥が減少し、 伝送損失が低減するものと 考えられる。
また、 冷却固化工程を考えると、 ゲルマニウムが高濃度にド一プされて 軟化温度が低くされた第 1 コアより先に軟化温度の高いシリカガラスから なるクラッドがまず固化し、次いでコアが固化することになる。そのため、 コアとクラッドの両者の間に大きな歪が生じ、 これが伝送損失の増加の原 因となることが推察される。
特に、 高非線形性を得るため、 第 1 コアにゲルマニウムを高濃度にドー プしたときは、 この作用により伝送損失が大きくなるものと考えられる。 ここで、 クラッドの外径を小さくすると、 クラッドの厚さが薄くなつて、 クラッドに対する第 1 コアの冷却が、 クラッド径が大きいときに比べて相 対的に早くなり、 第 1 コアとクラッドの固化する時間差が小さくなるもの と考えられる。 また、 クラッドの体積を少なくしたことにより、 冷却時の クラッドの総体積変化が小さくなるものと考えられる。 このため、 第 1 コ ァとクラッド間の歪量が減少し、伝送損失が低減されるものと考えられる。 なお、 第 1 コアの屈折率を高くし、 かつ 1 550 nmにおける波長分散 の絶対値を 20 p s /nm/ km以下とし、 更に波長 1 550 nmにおけ る直径 5mmでの曲げ損失を 0. 1 d B/m以下とした本発明の光フアイ バは、 第 1 コアの屈折率を高くし、 かつ 1 550 nmにおける波長分散を 一 60 p s /nm/km以下と負に大きくした分散補償光ファイバ （DC F) と比較して、 光強度の分布が第 1 コア内に集中するという特徴を有す る。 このため、 本発明の対象とする高非線形光ファイバでは、 分散補償光 ファイバに比較して、 ゲルマニウムがド一プされた第 1 コアに生ずる欠陥 等の影響が大きく、 その低減により伝送損失の向上が大きいものと考えら れる。
本発明に係る光ファイバは、 屈折率を高める作用と同時に軟化温度を下 げる作用を併せ有するド一パンドが第 1 コアに高濃度にド一プされたシリ 力系ガラスにより構成することにより、 非線形定数が大きく、 かつ 1 55 0 nmにおける波長分散の絶対値が 20 s / n mZ k m以下の光フアイ バとされている。 このようなドーパンドとしては、 特に、 ゲルマニウムが 好ましい。
また、 上記第 3の側面の光ファイバの実施例では、 カツドオフ波長は、 1 350 nm以下であることが好ましい。 カツトオフ波長が 1 350 nm 以下であることにより、 Sバンド、 Cバンドを含めた広い帯域に対して使 用可能となる。
更に、 上記第 3の側面の光ファイバの実施例では、 波長 1 55 O nmに おける波長分散スロープが 0. 0 19 p s /nm2Zkm以下であることが 好ましい。波長分散スロープが 0. 0 1 9 p s /nm2/km以下であるこ とにより、 波長 1 5 50 nm帯で波長分散の値の変化の小さい光ファイバ を提供することが可能となり、 広い帯域にて良好な非線形現象を利用した 光信号処理が可能となる。
波長 1 550 nmにおける光ファイバの長手方向の波長分散の変動幅は、 光ファイバ 1本の使用長の全長において 3 p s Z nm/km以下であるこ とが好ましい。 光ファイバの長手方向の波長分散の変動幅が 3 p s /nm /km以下であることにより、 非線形現象を利用した光信号処理を良好に 行うことが可能となる。
また、 高い非線形性定数を得ることと、 クラッド径を特定範囲として低 損失化することをバランスよく達成するために、 コアがその中心部に位置 する第 1コアを有しているとき、 クラッドに対する第 1コアの比屈折率差 は 1. 5%以上であることが好ましい。 更に好ましくは、 クラッドに対す る第 1コアの比屈折率差は 2. 5 %以上であるのがよい。
このように、 クラッドに対する第 1コアの比屈折率差を 2. 5%以上と することにより、 1 350 nm以下の短いカットオフ波長と、 20 X 1 0一 1 Q/W以上の高い非線形定数と、 0 · 0 1 9 p s / nm2 km以下の波 長分散スロープを同時に得ることが出来るので、 特に好ましい。
特に、 コアはその中心部に位置する第 1コアとその周囲の第 2コアから なり、 クラッドを純シリカガラス若しくは純シリ力に近い屈折率を有する シリカ系ガラスとし、 クラッドに対する第 2コアの比屈折率差を— 1. 2〜 — 0. 4%とすることにより、 非線形定数が大きく、 かつ分散スロープが 小さい光ファイバを得ることが出来る。
この場合、 第 2コアに対する第 1コアの比屈折率差は、 3 %以上である のが好ましい。
また、 第 2コアの外径を D 2、 第 1コア外径を D 1としたとき、 D 1Z D 2=D aを 0. 3〜0. 7とすることにより、 更に分散スロープの小さ な高非線形性の光ファイバを得ることが可能である。
上記第 3の側面の光ファイバの実施例では、 高非線形光ファイバの一端 若しくは両端に、 外径 120〜1 30 m のシングルモード光ファイバ若 しくは分散シフ卜光ファイバを融着し、 かつ当該融着部に加熱処理を施し た光ファイバとしてもよい。
クラッド外径を 70〜 1 1 0 iin とすると、 他の光ファイバとの現場で の接続が困難となるとともに、 接続損失が大きくなるが、 本発明に係る高 非線形光ファイバに、 予め外径 1 20〜1 30 m のシングルモ一ドフィ ィバあるいは分散シフトファイバをそれぞれの中心を合わせて融着し、 融 着部を加熱処理して、 融着接続しておくことにより、 他の光ファイバとの 現場での接続が容易な光ファイバとすることが出来る。
本発明に係る高非線形光ファイバと、 融着する外径 1 20〜 1 30 の光ファイバとは、 それぞれの中心を合わせることが好ましい。 それぞれ の光ファィバの中心を合わせることにより、 接続損失を低くすることが出 来る。 また、 融着した後、 融着部を加熱処理をすることが好ましい。 融着 後に加熱処理することにより、 接続部のコアのド一パントが拡散し、 モー ドフィ一ルド径が拡大することにより、 融着部の接続損失を小さくするこ とが出来る。
また、 本発明に係る光ファイバでは、 クラッド径を 70〜 1 10 m と したため、 樹脂被覆を含めた外径を小さくすることが出来、 コイル状にコ ンパクトに巻くことが可能である。 本発明に係る光ファイバを最大巻き径 2 O cm以下、 好ましくは 1 8 cm以下に巻き、 収容した、 例えば光 2 R 用、 光 3 R用、 波長変換用のサブシステム装置は、 高い非線形現象を利用 した光信号処理が可能であると同時に、 コンパクトであるという利点を併 せ有している。
本発明のこの第 3の側面の光ファイバを用いた光信号処理装置が実現さ れる。 本発明に従う第 4の側面の光ファイバは、 n2/Ae f f を非線形定数、 aを伝送損失、 λを波長、 Lを光ファイバの長さとしたとき、 λが 1 50 0 nm〜 1 600 nmの範囲において、 ( 2兀ノ入） (n 2/A e f f ) [ 1 -exp (一 a L)] / aの値が 1 /W以上を満たし、 波長 1 5 50 nmにお ける波長分散の絶対値が 30 p s /nm/km以下であり、 波長 1 5 50 nmにおける直径 5mmでの曲げ損失が 0. 5 d B/m以下であることを 特徴とする。
本発明の光ファイバにおいては、 波長 1 55 O nmにおける波長分散の 絶対値が 30 p s /nm/km以下である必要がある。 波長 1 550 nm 帯での信号処理を行う場合、 波長分散の絶対値が 30 p s Znm/kmを 超えると、 効率の良い光信号処理ができなくなるからである。
また、 波長 1 5 5 0 nmにおける直径 5 mmでの曲げ損失が 0. 5 d B Zm以下である必要がある。 曲げ損失が 0. 5 dBZmを超えると、 光フ アイバを巻いて、 光信号装置内に収容した際、 伝送損失が大きくなる。 伝 送損失が大きくなると、後述するように、光フアイバの実効長が短くなり、 効率の良い光信号処理ができなくなるからである。
更に、 n2/Ae f f を非線形定数、 aを伝送損失、 λを波長、 Lを光フ アイバの長さとしたとき、 波長 λが 1 5 0 0 ηπ！〜 1 6 0 0 nmの範囲に おいて （2 1；/^) (n 2/A e f f ) [ 1一 exp (— a L)] ノ aの値が 1 W 一 1以上を満たすことが必要である。 (2 ττ/λ) (n2/Ae f f ) [ 1 - exp (- a L)] / aの値が 1 未満では、 効率の良い光信号処理ができ ないからである。
非線形現象の自己位相変調による非線形位相シフト NLは、 下記式 (1) により示される。
NL = (2 π/ λ) (n 2/A e f f ) I L e f f ( 1 ) ここで、 λは波長、 n2ZAe f f は非線形定数、 Iは光強度、 L e ί f は実効長、 n2は非線形屈折率、 Ae f f は有効断面積を示す。 さらに、 実 効長 L e f f は、 下記式 （2) により示される。
L e f f = [1 -exp (- a L)] /a (2) ここで、 aは伝送損失、 Lは光ファイバの長さを示す。
式 （1) と式 （2) より、 非線形位相シフトは、 下記式 （3) により示 される。
NL = (2 ττ/λ) (n 2/A e f f ) I [ 1一 exp (— a L ) ] / a (3) 上記式 （3) より、 光ファイバの長さが 2 km、 λが 1 5 5 0 nmのと きの NLZ Iを計算すると、 第 1 6図に示す通りとなる。
光ファイバ長 2 kmで波長分散一 1 p s /nm/km、 伝送損失 0. 3 7 d BZkm、 非線形定数 n2ZAe f f 2 0 X 1 0— 1。の光ファイバで、 波形整形用の信号処理の非線形性としては十分であるとみることが出来る。 このときの (2 ττ/λ) (n2/Ae f f ) [ 1 -exp (- a L)] /aを計算 すると、 14. 9ノ W程度となる。
また、 光ファイバ長 0. 1 kmで波長分散 0 p s Znm/km、 伝送損 失 0. 48 d B/km, 非線形定数 n2/A e f f 3 0 X 1 0— 1 (5の光ファ ィバで、 波長変換用の信号処理の非線形性と'しては充分であるとみること ができる。 このときの （2兀ノ ） (n 2/A e f f ) [ 1— exp (- a L)] Zaを計算すると、 1. 0 9ZWとなる。
即ち、 (2 π/λ) (ηノ A e f f ) [ 1 - exp (一 a L)] /aの値は、 1/W以上が必要である。
コアにゲルマニウムを高濃度にド一プしてその屈折率を高めることによ り、 非線形定数の高い光ファイバを得ようとすると、 光ファイバの伝送損 失が顕著に高くなるという問題が生じる。 ゲルマニウムをドープすればす るほど光フアイバの伝送損失は増加する。
伝送損失が高くなると、 式 （3) あるいは第 1図からわかるように、 非 線形定数が高くとも、 伝送損失のため非線形位相シフトが小さくなり、 非 線形現象を利用した効率良い光信号処理が出来なくなる。従って、 （2 πΖ λ) (n 2/A e f f ) [ 1 -ex (- a L)]Z aが 1 以上となるように、 非線形定数 n2ZAe f f 、伝送損失 a、及び光ファイバ長 Lを選択するこ とが必要である。
また、 上記第 4の側面の光ファイバにおいて、 が1 5 0 011111〜 1 6 00 nmの範囲において （2 πΖλ) (n2/Ae f f ) が 8〜 1 7 ZW/ kmであり、 Lが 0. 5〜 3 0 kmであり、 伝送損失 aが 0. 2〜0. 6 d BZkmであることが望ましい。
(2 π/λ) (n2/Ae f f ) は非線形係数ァと呼ばれる値であり、 こ の値が大きい程、 上記式 （1) からわかるように、 非線形位相シフトが大 きくなり、 効率良く非線形現象を起こすことが可能である。
( 2 %/λ) (n2/Ae f f ) が 8 ZW/ km未満では、 十分な非線形 現象が得られ難い。一方、 （2 ττ_ λ) (n2ZAe f f )が 1 7ZW/km を超えると、 コアにゲルマニウムを高濃度にド一プする必要があるため、 伝送損失 aが大きくなり、 光ファイバ長 Lが 0. 5km以上の範囲では、 実 効長 L e f f が伝送損失 aに依存して小さくなる傾向が顕著となるため、 実際の光ファイバ長 Lが長いわりには大きな非線形位相シフトを得られに くくなる。
光ファイバ長が 0. 5 km未満で、 （2 ττ/λ) (n2/Ae f f )が 1 7 /WZkm以下の範囲では、 十分な非線形現象が得られない。 また、 光フ アイバ長 Lが 3 0kmを超えると、 実効長 L e f f が伝送損失 aに依存して 小さくなる傾向が顕著なるため、 実際の光ファイバ長 Lが長いわりには大 きな非線形現象を得られなくなる。
(2 π/λ) (n 2/A e f f ) を 8 /WZ k m以上とした光ファイバで は、 コアにゲルマニウムをある程度高濃度にド一プする必要があるため、 光ファイバの伝送損失 aが 0. 2 d BZkm未満として光ファイバを製造 することが難しくなる。また、伝送損失 aが 0. 6 d BZkmを超えると、 実効長 L e f f が小さくなるため、 十分な非線形現象が得られなくなる。 更に、 上記第 4の側面の光ファイバの実施例では、 λが 1 5 00 nm〜 1 6 0 0 nm範囲において （2 πΖλ) (n 2/A e f f ) が 1 7〜27Z W/ kmであり、 Lが 0. 0 1〜： L 0 kmであり、 伝送損失 aが 0. 4〜 2 d B/ kmであることが望ましい。
(2 π/λ) (η 2/Α e f f ) が 1 TZWZkm未満では、 光ファイバ 長 Lが 1 0 km以下で伝送損失が 0. 4 dB/ km以上の範囲では、 十分な 非線形現象が得られにくくなる。 （2 π/λ) (n2ZAe f f )が 2 7ZW Zkmを超えるようにするには、 コアにゲルマニウムをさらに高濃度にド ープする必要があり、 ( 2 ττ/λ) (n2/Ae f f )が 2 7ZWZkmを超 えれば超えるほどゲルマニウムをコアに高濃度でドープするのが難しくな るととともに、 ゲルマニウム高濃度ドープのコアが得られても、 その軟化 温度がクラッドのシリカに比較して極端に低下するため、 製造時に歪を生 じやすく、 割れやすくなるため、 製造性が悪化し易い。
光ファイバ長が 0. 0 1 km未満では、十分な非線形現象が得られない。 また、 光ファイバ長 Lが 1 0kmを超えると、 伝送損失 aが 0. 4 dBZk m以上の範囲では、 実効長 L e f f が伝送損失 aに依存して小さくなる傾 向が顕著となるため、 実際の光ファイバ長 Lが長いわりには大きな非線形 現象を得られにくくなる。
(2 π/λ) (n 2/A e f f ) を 1 7 /W/ k m以上とした光ファイバ では、 コアにゲルマニウムを高濃度にド一プする必要があるため、 光ファ ィバの伝送損失 aが 0. 4 dB/km未満として光ファイバを製造するこ とが難しくなる。 また、伝送損失 aが 2 d B/kmを超えると、 たとえ（2 π/λ) (n2/Ae f f ) が 1 7ZWZkmと大きくとも、 実効長 L e f f が小さくなる傾向が顕著となるため、 十分な非線形現象が得られにくく なる。
以上のように、 本発明によると、 非線形現象を利用した信号処理を効率 良く行うことを可能とする光ファイバが得られる。 なお、 本発明の光ファ ィバを最大径 1 6 cm以下に巻回して収容して使用することにより、 コン パク卜で効率の良い光信号処理装置が得られる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本願発明の光ファイバの一実施例を示すもので、 第 1図 （a) は屈折率分布を示し、第 1図（b)は横断面の一部を示す横断面図であり、 第 2図は、 第 1図における光ファイバの D 1 /D 2と分散スロープのシミ ユレーシヨン結果を示すグラフであり、 第 3図は、 シミュレーションによ る ひ と分散スロープの関係を示すグラフであり、 第 4図は、 シミュレ一シ ヨンによる α と有効断面積 Aeff の関係を示すグラフであり、 第 5図は、 本願発明の光ファイバを波長変換器に用いた一実施例 Aを示す模式図であ り、 第 6図は、 本願発明の光ファイバをパルス圧縮器に用いた一実施例 A を示す模式図であり、 第 7図は、 本願発明の光ファイバを用いた光信号処 理装置の一実施例を示す模式図であり、 第 8図は、 本発明の偏波保持光フ アイバの断面模式図であり、 第 9図は、 第 8図における偏波保持光フアイ バの屈折率分布の一例を示す図であり、 第 1 0図は、 シミュレーションに よるカツトオフ波長 λ cと比屈折率差 Δ 1、 比屈折率差△ 2の関係を示す グラフであり、 第 1 1図は、 シミュレーションによる第 1コア径 D 1及び 第 2コア径 D 2の比 D 1 /D 2 =D aと分散スロープの関係を示すグラフ であり、 第 1 2図は、 シミュレーションによる第 1コア径 D 1及び第 2コ ァ径 D 2の比 D l/D 2=D aと実効断面積 A e f f の関係を示すグラフ であり、 第 1 3図は、 シミュレーションによる第 1コア径 D 1及び第 2コ ァ径 D 2の比 D 1/D 2 =D aとカツトオフ波長 λ cの関係を示すグラフ であり、 第 14図は、 本発明の低損失光ファイバと他の光ファイバとの融 着結合光ファイバ構造図であり、 第 1 5図は、 第 14図の融着結合部の拡 大図であり、 第 1 6図は、 NL/ Iの伝送損失 a依存性を示す特性図で あり、 第 1 7図は、 種々の光ファイバにおける NLZ Iと光ファイバ長 との関係を示す特性図であり、 第 1 8図は、 種々の光ファイバにおける Φ NLZ Iと光ファイバ長との関係を示す特性図であり、 第 1 9図は、 試作 例 D l、 D 2、 D 4〜D 6の屈折率分布形状を示す概略図であり、 第 20 図は、 試作例 D l、 D2、 D 4〜D 6の断面構造を示す概略図であり、 第 21図は、試作例 D 3の屈折率分布形状を示す概略図であり、第 22図は、 試作例 D 3の断面構造を示す概略図である。 発明を実施するための最良の形態
A：低い分散値変動と低分散値を有するタイプの高非線形光ファイバ
第 1〜第 7を用いて本願発明の光ファイバ及びこの光ファイバを用いた 光波長変換器やパルス圧縮器の実施例を詳細に説明する。
本願発明に係る光ファイバは、波長 1550nm付近の入力光に対して非線形 現象を生じる光ファイバであって、波長 1550nmにおける分散スロープが— 0.01〜0. Olps/nmVkmであることを特徴の一つとしている。
このように分散スロープが一 0.01〜0.01ps/nm2/kmであることにより、波 長 1550nmを含む幅広い波長領域において分散値の変動が小さく、かつ分散 の絶対値の小さい光ファイバを提供することができる。
また幅広い波長領域において分散スロープが— 0.01〜0. Ol s/nmVkm で あることにより、 1550nmを含む幅広い波長領域において分散値が大きく変 動することがない。そのため波長 1550nmを含む幅広い波長領域に対して非 線形光学現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。
ところで分散スロープの絶対値が 0.01ps/nm2/km 以上になると、 波長
1550nm近傍の異なる波長に対して分散値の変動が比較的大きくなる。 この ため分散スロープがー 0.01〜0. Olps/mnVkmである必要がある。そして波長
1550M1を含む幅広い波長領域に対して分散値の変動をより小さくするため には— 0.005〜0.005ps/nm2/kmであることが好ましい。
また分散値の絶対値が lOpsZim/km以下であり、 かつ波長 1550nmにお ける非線形定数が 30X10— 1Q/W以上であることも本願発明の光ファイバの特 徴の一つである。
非線形定数を 30X lO— W以上にすることにより、後述するように高い非 線形性の光ファィバが得られる。
またシングルモード光ファイバではカツトオフ波長 Acが使用波長に対 応して小さいことが必要とされる。 したがってカットオフ波長 Ac は 1450nm以下であることが望ましい。 カットオフ波長 Acが 1450nm以下で あることにより、 Sバンド、 Cバンドそして Lバンドを含めた広い波長帯 域に対して使用が可能となる。
ここでカットオフ波長 A cとは、 I TU— T (国際電気通信連合） G. 650で定義するファイバカットオフ波長 λ c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 I TU— T G. 650における定義及 び測定方法に従うものとする。
尚、 前記有効断面積 Aeff は 以下が好ましい。 有効断面積 Aeff を 12 m2以下にすることにより、 高い非線形定数を得ることが可能とな る。
非線形定数は前述した （ 1 ) 式で示され、 非線形定数を大きくするには 光ファイバの非線形屈折率 n 2を大きくするか、 有効断面積 Aeff をできる だけ小さくする必要があること、そして現実的には有効断面積 Aeff をでき るだけ小さくする必要があること、 は既に述べた通りである。
したがって非線形性の大きな光ファイバを得るには、 光ファイバの構造 としては、 有効断面積 Aeff が小さいことが必要である。 また、 使用波長に おける分散の絶対値が小さいことも必要である。 それ故、 波長 1550nmにお ける分散値の絶対値は 10psZnra/km以下であることが望ましく、 5 ps/nm /km以下であることがさらに望ましい。
有効断面積 Ae f f を 12 m2以下にすることにより、 高い非線形定数を得 ることが可能となる。 さらに好ましくは有効断面積 Ae f f を 10 / m2以下に することにより、より高い非線形定数を得ることが可能となり、その結果、 波長 1550nmにおける非線形定数が 40 X 10— lfl/W以上の値の光ファイバを得 ることができる。
また本願明細書で述べる分散値の変動幅は、 前述したように実用的な長 さの光ファイバ全長において、例えば Mo l l enauerにより研究された方式を 利用する分散分布測定器により測定可能である。
波長 1510〜1590nm のいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分 散の変動が光ファイバ 1本の使用長の全長において 0. 001〜 l ps/nm/kmで あることが好ましい。
光ファイバ長手方向の分散値の変動幅が、 光ファイバ 1本の使用長の全 長において l ps/nm/km以下であることにより、 非線形現象を利用した良好 な光信号処理が可能となる。さらに好ましくは波長 1510〜 1 590ηπιのいずれ かの波長における光ファイバ長手方向の分散値の変動が光ファイバ 1本の 使用長の全長において 0. 2ps/ni/km以下であることが好ましい。 このよう に 0. 2ps/nm/km以下であることにより、 非線形現象を利用したより良好な 光信号処理が可能となる。
ところで実際に光ファイバ長手方向の分散値の変動を抑えるには、 光フ ァィバ母材の段階でコアとクラッドの厚みが一様であることが求められる 具体的には、 例えば O V D法や V A D法によるスートの合成の段階におい ては、 堆積される原料が均一になるように管理する必要があり、 この光フ アイバ母材を所望の外径に延伸する際には、 外径変動の差が 0. 2 %以下に なるような高精度な延伸が求められる。
第 1図に本願発明に係る非線形分散シフト型の光ファイバの典型的な例 を一つ示す。 第 1図 （a ) はこの光ファイバの屈折率分布で、 第 1図 （b ) はその横断面の一部、 すなわち第 1コア 1と該第 1コア 1の外側に設けら れた第 2コア 2を示しており、 この第 2コア 2の外側に設けられているク ラッド 4の外側の線は省略されている。
第 1図 （a) に示すようにこの光ファイバは、 純シリカより高い屈折率 を有し、 下記式 （2) で示す α乗の屈折率分布を有する第 1コア 1と、 該 第 1コア 1の外側に設けられ、 純シリカよりも低い屈折率を有する第 2コ ァ 2と、 該第 2コア 2の外側に設けられたクラッド 4とを具備し、 第 1コ ァ 1の外径 D 1と第 2コア 2の外径 D 2との比 D 1 /D 2が 0.3以上、 0.8 以下になっている。
ここで本明細書においては、屈折率分布の形状を表す α を以下の式（2) で定義する。
n2(r) = nc l 2 { 1 - 2 · Δ 1 - (2 r /D 1 ) "} (2) 但し、 0≤ r≤D l/2
ここで rは光ファイバ半径方向の位置を示し、 n ( r) は位置 rにおけ る屈折率を表している。 また、 nc lは第 1コア 1の最大屈折率である。 また前記第 1コア 1の直径 D 1は、 第 1コア 1においてクラッド 4と等 しい屈折率となる位置を結ぶ線の長さとする。 また第 2コア 2の直径 D 2 は、 第 2コア 2とクラッド 4との境界領域において、 Δ2の 1/2の屈折 率となる位置を結ぶ線の長さとする。
また前記クラッド 4に対する第 1コア 1の屈折率差 Δ 1、 クラッド 4に 対する第 2コア 2の比屈折率差△ 2は下記式 （3) 及び （4) で示される ものをいう。
△ 1 = { (nc l-nc) /nc l} · 1 0 0 (3) △ 2= { (nc 2-nc) /n c 2} · 1 0 0 (4) ここで前記各式中、 nc lは第 1コア 1の最大屈折率、 nc 2は第 2コア 2 の最小屈折率、 そして ncはクラッド 4の屈折率である。
第 1図に示す光ファイバの構造において、 前記第 1コア 1の外径 D 1と 第 2コア 2の外径 D 2との比 D I/O 2を調整することによって、 分散ス ロープの値の低減が可能となる。 そこで前記第 1コアの外径 D 1と前記第 2コアの外径 D 2との比 D 1 / D 2を調整することによる分散スロープの値の変化を、 この光ファイバの 構造におけるシミュレーション例を用いて説明する。
第 2図に波長 1550nmにおける D 1 / D 2と、分散が OpsZnm/kmである ときの分散スローの値との関係を示す。 またここで用いた 2種類の光ファ ィバ 1、 2の屈折率分布を表 1に示す。
表 1
Figure imgf000027_0001
第 2図に示すように、 D 1 ZD 2が 0. 3未満の場合、 また D 1 /D 2 ,が 0. 8を超えた場合に、 分散スロープがー 0. 01〜0. Olps/nmVkmよりも大きな 分散スロープを有することになる。
また第 2図に示すように、 D 1 /D 2の範囲をさらに絞り込み、 この値 を 0. 4 以上 0. 7 以下にすることによって分散スロープの値を一 0. 005〜 0. 005ps/nmVkmの範囲にすることが可能となる。 このため、 第 1コアの外 径 D 1と第 2コアの外径 D 2との比 D 1 / D 2を好ましくは 0. 4以上、 0. 7 以下にすることが望ましい。
一般的に小さな有効断面積 Aef f は、コアのクラッドに対する比屈折率差 を大きくすることにより得られる。 しかし、 コアのクラッドに対する比屈 折率差を大きくしただけでは、 カツトオフ波長人 cが長波長側にシフトし てしまい、 広帯域でのシングルモード伝送の確保が難しくなる。 これに対 し、 例えば第 1図に示す構造をとることにより、 小さい有効断面積 Aef f と 低いカツトオフ波長 λ cの両立が可能となる。
また第 1コア 1のクラッド 4に対する比屈折率差 Δ 1は 2. 0〜5. 0 %であ ることが好ましく、 第 2コア 2と純シリカ、 すなわちこの例ではクラッド 4との比屈折率差△ 2がー 1. 4〜一 0. 7%であることが好ましい。 第 1コア 1のクラッド 4に対する比屈折率差△ 1が 2. 0 %未満では、 有 効断面積 Ae f f が大きくなつてしまい、光ファイバの非線形性が比較的小さ くなつてしまう。 また比屈折率差 Δ 1が高くなると、 カットオフ波長 A c は長波長側にシフトする。 そのため、 比屈折率差 Δ 1が 5. 0 %を超えると 光ファイバをシングルモードとするためのカツトオフ波長 λ cへの配慮が 大きくなり過ぎ、 その結果光ファイバの生産性が悪化する。
換言すると、 比屈折率差 Δ 1が 5. 0 %を超えると光ファイバをシングル モードとするためのカツトオフ波長 λ cの制御が困難になり、 その結果光 フアイバの製造条件が厳しくなつて生産性が悪化する。
また 1550nmにおける分散スロープの値が大きくなり、光信号処理を行う 際、 波長 1550nm近傍の異なる波長に対して分散値の変動が大きくなる、 と いう問題もある。
また第 2コア 2のクラッド 4に対する比屈折率差△ 2を負側に大きくす ると、波長 1550nmにおける分散値の絶対値を小さくしながら分散スロープ を小さくすることが可能である。
ところが比屈折率差 Δ 2を負側に大きくすると、 カツトオフ波長 λ cは 短波長側にシフトする。 そこで比屈折率差△ 1を 2. 0〜5. 0 %にし、 かつ比 屈折率差△ 2がー 1. 4 % 0. 7 %にすれば、 分散スロープを一 0. 01〜
0. O lps/nmVkm の値にすることが可能となる。 またカツトオフ波長 λ cも 1450nm以下にすることが可能となる。
一方、 比屈折率差△ 2が— 1. 4 %を下回ると、 例えば第 2コア 2にフッ素 を多量にド一プする必要があり、 光ファイバの製造が困難となり、 生産性 が悪化する。
尚、 比屈折率差 Δ 1は、 より好ましくは 2. 4〜4. 0 %であり、 Δ 2はより 好ましくは一 1. 2〜一 0. 8 %である。 この範囲であれば高い非線形性と低い 分散スロープ、そして力ットオフ波長 λ cが 1450nm以下の光ファイバを、 より高い生産性で製造でき、 性能の安定性もより向上する。
更に、 第 1コア 1の屈折率分布形状を 0! 乗の屈折率分布にし、 この ひ を大きくすることにより、分散スロープを小さくでき、かつ有効断面積 Ae f f もまた小さくすることが可能である。 そのため、 第 1コア 1の屈折率分布 形状が α 乗の屈折率分布であり、 ひ が 3以上であることが望ましい。 さ らに好ましくはひが 6以上であることが望ましい。
ここで ひ を大きくした方が、例えば分散スロープを小さくする上で有利 であることを本願発明の光ファイバの一例のシミュレーション例を示す第 3図及び第 4図を用いて説明する。
第 3図に a と分散スロープとの関係を示し、 第 4図に 《 と有効断面積 Aef f との関係を示す。 また、 ここで用いた 2種類の光ファイバ A、 Bの各 構造を表 2に示す。
表 2
Figure imgf000029_0001
第 3図に示すように、 α の値を大きくすると分散スロープを低減するこ とができる。 特に ひ を 2から 3にすることにより、 分散スロープの値を光 ファイバ Αで約 0. 009 s/nmVkm 小さく、 そして光ファイバ Bで約 O. Olps/nmVkm小さくすることができることがわかる。 このように を大 きくすることが分散スロープの低減に非常に有効である。
また第 4図に示すように、 ひ の値を大きくすることによって有効断面積 Aef f を小さくすることができる。 特に α を 2から 3に大きくすることに より、光ファイバ Α、光ファイバ Βの両方において約 8 %も有効断面積 Ae f f を小さくすることができる。
ところで第 1コア 1の α を大きくするための 1つの方法として、純シリ 力よりも高い屈折率を有するコア母材を V A D法や M C V D法によって、 あらかじめその屈折率分布形状 α の大きいコア母材を作製する方法があ る。 また、 この方法で作製したコア母材の表面を H Fなどによるエツチン グゃ機械外削することにより、さらに屈折率分布形状の ひ の値を大きくす ることができる。
特に上記の方法を用いる場合、 ひ を 3以上にすることは製造面からみて も比較的容易である。
また、 第 3図に示すように ひ の値をさらに大きくし、 6以上にすること によって分散スロープをさらに低減でき、 第 4図に示すように有効断面積 Aef f も小さくすることができる。
因みに ひが 6以上の領域では、 第 3 、 4図に示すように分散スロープは ひ が大きくなるにつれ少しずつ小さくなり続けているが、有効断面積 Ae f f の縮小はほぼ飽和状態になる。 そのため、 少なくても ひ を 6以上にするこ とが好ましい。 実施例
表 3に本願発明の実施例 A 1〜実施例 A 1 0に示す各光ファイバのパラ メータの値とその特性値を示す。 尚、 表 3で M F Dとはモードフィールド 径を意味している。
表 3
A1 厶 2 D1/D2 分散 スロープ MFD Aeff Λ ο n2/Aeff
% % ps/ nm/km ps/nm/km U m m nm /W 測定波長 I550nm 1550nm 1550nm 1550nm 1550nm 実施例 A1 3 -1 0.35 4 -3.96 0.0091 3.273 8.38 1183 69.2x10"10 実施例 A2 3 -1 0.55 4 - 3.71 -0.001 3.354 8.84 1255 65.5x10"10 実施例 A3 5 -1.1 0.5 5 -4.94 0.0057 2.759 6.04 1448 115.9x10 。 実施例 A4 4 一 0.9 0.6 4.5 - 9.1 -0.0061 3.011 7.15 1382 90.9x10一10 実施例 A5 4 - 0.9 0.6 7 -9,31 0.003 2.999 7.12 1385 91.3x10一10 実施例 A6 2.6 -1 0.5 6 3.71 0.01 3.559 10.07 1261 49.7x10"1Q 実施例 A7 2 -0.8 0.4 4 - 2.99 0.0087 3.875 11.88 1052 33.7x10"10 実施例 A8 2.9 - 1 0.35 7.5 0.705 0.0086 3.386 9.17 1275 58.5xl0"10 実施例 A9 2.8 - 1 0.45 7 0.24 0.0018 3.51 9.73 1283 50.6x10— 10 実施例 A10 2.8 - 1 0.55 5 -3.48 - 0.0034 3.209 10.1 1295 48.1x10一10 実施例 A 1〜実施例 A 1 0はすべて、波長 1550nmにおける分散の絶対値 が l Ops/nm/km以下で、 分散スロープがー 0. 01〜0· 01ps/nm2/kmである。 またカツトオフ波長 λ cは 1450nm以下であり、 有効断面積 Ae f f が 12 ^ m2 以下である。
ここで実施例 A 1〜実施例 A 7に示す特性値はシミユレ一シヨンにより 得られた結果であり、実施例 A 8〜A 1 0は実際に光ファイバを作製して、 評価を行って得られた特性値である。 なお、 実際に作成した光ファイバの 特性値は、 シミュレーションにより得られた結果とほぼ一致していた。
まず実施例 A 1と実施例 A 2に注目する。 比較を容易にするため、 波長 1550nmでの分散の値をほぼ同じにした。
実施例 A 1の光ファイバは、 第 1コア 1の外径 D 1と第 2コア 2の外径 D 2との比 D 1 /D 2が 0. 35であり、 実施例 2では D 1 /D 2が 0. 55にな つている。
両光ファイバにおいて得られた特性値を比較すると、 実施例 A 2の方が 実施例 1よりも有効断面積 Ae f f が大きく、 カツトオフ波長 λ cが長波長 側であるが、波長 1 550nmでの分散スロープの値はかなり小さい値を示して いる。 すなわち、 分散スロープの観点からいうと D 1/D 2が 0· 3以上、 0. 8 以下であるよりも、 0. 4以上、 0. 7以下であるほうが好ましいことが推測さ れる。
次に実施例 A 4と実施例 A 5を上記と同様に比較してみる。 実施例 A 4 は第 1コアの屈折率分
布形状が α 乗プロファイルであり、 O が 4 . 5である。 一方実施例 A 5 では αが 7になっている。各々得られた光ファイバの特性値を比較すると、 実施例 A 5の方が実施例 Α 4よりも波長 1 550M1 での分散スロープが小さ く、有効断面積 Ae f f もまた小さい値を示している。この観点から αが 3 . 0以上のものより、 6 . 0以上である方が好ましいことが示唆される。
また、 実施例 A 8および実施例 A 9に示す光ファイバの長手方向の分散 変動を測定した。 その結果、 実施例 A 9では、 測定波長 1 552nmにおいて全 長 3 kmで 1. 9Ds/nm/kmの分散変動があった。 これを 1kmあたりに換算する と、 0. 75ps/nm/kmの分散変動に相当する。 また、 実施例 A 9に示す光ファ ィバについては、測定波長 1556nmにおいて全長 15kmで 0. 15 s/nm/kinの分 散変動があった。 これを同様に l kmあたりに換算すると、 0. 08ps/nm/kmの 分散変動がみられたことになる。 現在この種の光フアイバを光信号処理装 置に用いる場合は、 1本あたり、 1 0 m〜 1 0 k mのもが用いられる。 例 えば、 光ファイバ 1本の使用長を 1 k mとすると、 実施例 A 8の光フアイ バは、光ファイバ 1本の使用長の全長において長手変動が 0 . 7 5 ps/nm/km であり、 実施例 A 9の光ファイバは 0 . 0 8 ps/nm/kmであり、 いずれの変 動も許容範囲内である。
表 4に比較例 A 1〜比較例 A 5に示す各光ファイバのパラメータの値と その特性値を示す。
尚、 表 4においても M F Dはモードフィールド径を意味している。
表 4
Figure imgf000032_0001
まず、 比較例 A 1の光ファイバは、 第 1コア 1の外径 D 1と第 2コア 2 の外径 D 2との比 D 1 /D 2の比が 0 . 2 5である。 この光ファイバでは分 散スロープの値が比較的大きくなつてしまい、 幅広い波長領域で使用する 場合に分散値の変動が大きくなつてしまい、 非線形現象を利用した良好な 光信号処理ができなくなる。
比較例 A 2は、 第 2コア 2のクラッド 4に対する比屈折率差 Δ 2がー 0. 5 %である。得られた光ファイバの分散スロープの値が比較的大きくなつ てしまい、 この光ファイバも前記比較例 1同様に、 幅広い波長領域で使用 した場合に分散値の変動が大きくなつてしまい、 非線形現象を利用したよ り良好な光信号処理ができなくなる。
比較例 A 3の光ファイバは、 第 1コア 1のクラッド 4に対する比屈折率 差△ 1が 1.8 %である。 得られた光ファイバでは有効断面積 Ae f f が比較的 大きくなつてしまい、 非線形定数 ァ が 30X10_ie/W以上のものを得ること ができない。
また比較例 A 4の光ファイバは、第 1コア 1の屈折率分布形状が《乗プ 口ファイルで、 かつ α の値が 2. 5である。 得られた光ファイバの分散ス ロープの値は比較的大きくなつてしまい、 前記比較例 1や比較例 2と同様 に、幅広い波長領域で使用する場合に分散値の変動が大きくなつてしまい、 非線形現象を利用したより良好な光信号処理ができなくなる。
さらに比較例 A 5では、第 1コア 1と純シリカとの比屈折率差△ 1が 5. 5 %になっている。 この光ファイバではカットオフ波長 λ cが長波長側に 移行してしまっていて、 波長 1550M1で使用する場合問題がある。
第 5図に本願発明の光ファイバを用いた光信号処理装置の一例としての 光波長変換器の一例を示す。 この光波長変換器によれば、 信号光の波長を 一括して他の波長に変換することが可能である。
ここで第 5図について簡単に説明する。 尚、 事前に本願発明の光フアイ バ 7の分散値が零となる波長を調べておく。
まず、 この分散値が零となる波長近傍の励起光 （波長 As) を光源 1 1 から発し、 信号光 1 2 (波長 λρ) とカップリングする。 そして本願発明 の光ファイバ 1 7に揷入する。 この際、 この光ファイバ 1 7内で四光波混 合とよばれる大きな非線形現象を生じ、 信号光 12は下記式 （5) での波 長 λ'に変換される。 このことにより、 光波長変換が一括して行われる。 λ = (λ — As) + λρ (5)
因みに第 5図において符号 1 3は偏波を揃える偏波コントローラを、 符 号 14は EDFA、 すなわちェルビユゥムドープ光ファイバアンプ （光増 幅器） を、 符号 1 5は光源から励起光 （波長 As) と信号光 1 2を結合す るカップラーを、 そして符号 16は偏光子をそれぞれ示している。
また第 6図に本願発明の光ファイバを用いたパルス圧縮器の一例を示す。 第 6図において、 符号 2 1、 2 2はそれぞれ波長の異なる光源を示し、 符 号 2 3は偏波コントローラを、 符号 2 4はカップラーを示している。 また 符号 2 5は偏光子を、 符号 2 6は E D F Aをそれぞれ示している。 そして 前記光源 2 1、 2 2から E D F A 2 6までを各々接続する光ファイバや、 符号 2 8が示す光ファイバは一般的なシングルモード光ファイバで、 符号 2 7は本願発明の光ファイバである。 このように本願発明の光ファイバ 2 7と一般的なシングルモード光ファイバ 2 8を所定長さ毎、 交互に接続し てパルス圧縮器を構成している。
ところで第 5図及び第 6図には、 本願発明の光ファイバを用いた光信号 処理装置として、 光波長変換器やパルス圧縮器のみ示しているが、 これ以 外にも、 例えば波形整形器等にも本願発明の光ファイバを適用できること はいうまでもない。
光信号処理装置とは第 7図のように少なくとも光源 3 1、 本発明の光フ アイバ 3 2、 信号処理部 3 3、 3 4から構成されるものであり、 信号処理 部は本発明の光ファイバの前後のいずれか、 または両方に設置される。 光 信号処理装置としては、 波長変換機やパルス圧縮器などがある。
B ：偏波保持タイプの高非線形光ファイバ
第 8図〜第 1 6図を用いて本発明の偏波保持タイプの光ファイバ及びこ の偏波保持光ファイバを用いた光波長変換器の実施例を詳細に説明する。 第 8図に本発明の石英ガラス製偏波保持タイプの光ファイバの一実施例 の断面模式図を示し、 第 9図には第 8図における偏波保持光ファイバ 8 1 0の屈折率分布の一例を示している。 第 8図に示すように本願発明の偏波 保持光ファイバ 8 1 0は、 コア 8 3と、 その外周に設けられたクラッド 8 4からなり、 このコア 8 3は中心部に位置する第 1コア 8 1と、 その外周 に設けられた第 2コア 8 2からなつている。 またコア 8 3を挟んで、 コア 8 3の両側には 2つの応力付与部材 8 5が設けられている。 第 8図では省 略しているが、 通常このクラッド 8 4の外側には紫外線硬化性樹脂等から なる樹脂被覆が施される。 ところで前記クラッド 8 4に対する第 1コア 8 1の比屈折率差△ 1は、 1 . 8 %以上である必要がある。 その理由は△ 1が 1 . 8 %未満では、 十 分な非線形現象が得られないからである。 因みにより確実に非線形現象を 誘起するためには、好ましくは△ 1を 2 . 5 %以上、さらに好ましくは 3 . 5 %以上にする。 石英ガラスに、 例えばゲルマニウムを添加することによ り第 1コア 8 1の屈折率をこのように高くすることができる。
またこのクラッド 8 4はフッ素が添加された石英ガラスであることが好 ましい。 クラッド 8 4にフッ素を添加することにより、 クラッド 8 4に対 する第 1コア 8 1の比屈折率差△ 1を大きくすることが容易となり、 高い 非線形性を有する偏波保持光ファィパが得られる。
さらにクラッド 8 4にフッ素を添加することによりその軟化温度を下げ ることができる。 その結果、 光ファイバ母材を線引きして本発明の偏波保 持光ファイバを得る際、 線引温度を下げることができ、 伝送損失の低い偏 波保持光ファイバを得ることが容易になる。
また第 2コア 8 2は、 第 1コア 8 1より低い屈折率を有し、 かつクラッ ド 8 4より低い屈折率を有している。 さらに第 2コア 8 2のクラッド 8 4 に対する比屈折率差△ 2は _ 0 . 1 %以下である必要がある。 好ましくは - 0 . 8 %以下にする。 その理由は一 0 . 1 %を超えると、 具体的には— 0 . 0 5 %であったりすると、 カットオフ波長が長波長となるとともに、 分散スロープが大きくなるからである。
そして第 2コア 8 2も、 前記クラッド 8 4同様に石英ガラスにフッ素を 添加することによりその屈折率を低くすることができる。
ところで第 1コア 8 1のクラッド 8 4に対する比屈折率差△ 1を大きく すると非線形係数は大きくできるものの、カットオフ波長が長波長となり、 かつまた分散スロープも大きくなる。 そのため例えば第 1コア 8 1のクラ ッド 8 4に対する非屈折率差 Δ 1を 2 . 5 %以上にする場合は、 第 2コア 8 2のクラッド 8 4に対する非屈折率差△ 2を一 0 . 8 %以下にすること が特に好ましい。
また、第 1コア 8 1の第 2コア 8 2に対する比屈折率差△ 3は、 3 . 5 % 以上であることが好ましい。 その理由は、 Δ3が 3. 5 %以上であると十 分な非線形現象が得られやすくなるからである。
尚、 上記各比屈折率差 Δ 1、 Δ2、 △ 3及び△ 4は以下の各式 （6) 〜 (9) により定義される。
Δ1 = { (nc l-nc) /nc l} - 1 0 0 (6) Δ2= { (nc 2-nc) /nc 2} · 1 00 (7) △ 3= { (nc l-nc 2) /nc l} ■ 1 0 0 (8) Δ4= { (nb-nc) /nb} - 1 0 0 (9) ここで前記各式中、 nc lは第 1コア 8 1の最大屈折率、 nc 2は第 2コア 8 2の最小屈折率、 nbは応力付与部材 8 5の屈折率、 そして ncはクラッ ド 84の屈折率である。また nbは Δ4が正の符号となる場合には最大屈折 率、 負の符号となる場合には最小屈折率とする。
ところで、 非線形性を示す指標として自己位相変調による非線形位相シ フトが挙げられるが、 この非線形位相シフトは下記式 （1 0) により示さ れる。
(i)NL= (2 π/λ) · (n2/Ae f f) - I · Le f f ( 1 0) ここで、 は非線形位相シフト、 λ は波長、 η2は非線形屈折率、 Ae i fは有効断面積、 Iは光強度、 そして Le i iは実効長を示している。
また （2 π/λ) · (n2/Ae f f) が非線形係数を示している。
式 （1 0) から、 非線形位相シフトを大きくするには、 非線形屈折率 n2 を大きくし、 有効断面積 Ae f fを小さくすればよいことがわかる。 ゲルマ ニァの非線形屈折率は石英ガラスのそれより大きいので、 第 1コア 8 1に ゲルマニウムを多く添加することより光ファイバの非線形屈折率 n 2を大 きくすることができる。 また第 1コア 8 1とクラッド 84の比屈折率差を 大きくすることにより、 有効断面積 Ae i iを小さくすることができる。 従 つて、 第 1コア 8 1にゲルマニウムを添加して第 1コア 8 1の屈折率を高 くすることが好ましい。
次に第 1 0図にシミュレーションによるカツトオフ波長 λ cとクラッド 84に対する第 1コア 8 1の比屈折率差△ 1、 クラッド 84に対する第 2 コア 82の比屈折率差△ 2の関係を示す。
ここで、カツトオフ波長 λ cとは、 I TU— Τ (国際電気通信連合） G. 650で定義するカットオフ波長 λ c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 I TU— T G. 650における定義、 測定方法 に従うものとする。
尚、 ここでは波長 1 550 nmにおける分散が 0 p s Znm/kmとな り、 かつ波長 1 550 nmにおける分散スロープが小さくなる D 1 ZD 2 =D aが 0. 5の場合で△ 1と△ 2の関係を示している。
第 9図に示すようにクラッド 84に対する第 1コア 8 1の比屈折率差△ 1とクラッド 84に対する第 2コア 82の比屈折率差△ 2は下記関係を満 たすことが好ましい。
(Δ2) <- 0. 52 · (△ 1) + 1
クラッド 84に対する第 1コア 8 1の比屈折率差△ 1とクラッド 84に 対する第 2コア 82の比屈折率差△ 2との関係が上記関係を満たさないと、 波長 1 550 nmにおける分散の絶対値を小さくすることと、 カツトオフ 波長を 1400 nm以下にすることとを同時に満たすことが難しくなる。 因みに、 第 2コア 82のクラッド 84に対する比屈折率差△ 2は一 0. 1 %以下とする必要がある。 なぜなら— 0. 1 %を超えるとカットオフ波 長が長波長、 すなわち 1400 nm以上となるからである。 第 1コア 81 に添加するゲルマニウムを増して第 1コア 8 1のクラッド 84に対する比 屈折率差△ 1を増すことにより大きな非線形性が得られるが、 単に第 1コ ァ 8 1の屈折率を高くするだけであるとカツトオフ波長が長波長にシフト してしまう。 それ故、 Δ2は一 0. 1 %以下とする。
また本発明において応力付与部材 85は、 コア 83を挟んだ状態でその 両側に設けられている。 この応力付与部材 8 5としては、 例えばボロンを 含む石英ガラス、あるいはゲルマニウムを含む石英ガラス等が用いられる。
これらは純粋な石英ガラスより大きな熱膨張係数を有するので、 線引き 後に応力付与部材 85に引張り歪が生じる。 これによりコア領域の一定方 向に応力が付与されることになり、 偏波保持が発現する。 前記応力付与部材 8 5のクラッド 8 4に対する比屈折率差△ 4は一 0 . 1 %以下若しくは 0 . 1 %以上であることが好ましい。
その理由は、 — 0 . 1 %を超ぇ0 . 1 %未満では、 クラッド 8 4との屈 折率差が小さくなるため、 クラッド 8 4と応力付与部材 8 5との区別がつ き難く、 応力付与部材 8 5の位置を認識し難くなるからである。
その結果、 例えば、 本発明の偏波保持光ファイバ 8 1 0同士、 あるいは 本発明の偏波保持光ファイバ 8 1 0と別の偏波保持光ファイバとを接続す る際、 両光ファイバの偏波面を揃えるため、 応力付与部材 8 5の位置を認 識した上で接続する必要があるが、 前述のように応力付与部材 8 5、 8 5 のクラッド 8 4に対する位置が識別し難いと、 接続作業が困難になる。 そして応力付与部材 8 5としては、 ボロンを添加した石英ガラスが好ま しい。 ボロンを添加した石英ガラスは、 純石英ガラスより低い屈折率を有 する。
非線形現象に利用される偏波保持光ファイバでは非線形現象をできるだ け大きく発現する必要があるため、 第 1コア 8 1と第 2コア 8 2およびク ラッド 8 4との屈折率差を大きくし、 非線形係数を大きくすることが望ま れる。 この際、 クラッド領域に設けられる応力付与部材 8 5の屈折率がク ラッド 8 4より高いと、 有効コア断面積 A e f fを大きくし、 大きな非線形 現象を得るには不利となる。 このため応力付与部材 8 5には純石英ガラス より低い屈折率を有するボロンを添加した石英ガラスを用いることが好ま しい。
またこの応力付与部材 8 5のクラッド 8 4に対する比屈折率差△ 4は、 - 0 . 8 %〜ー 0 . 2 %であることがより好ましい。 その理由は、 非線形 性を得るためには応力付与部材 8 5のクラッド 8 4に対する比屈折率差は 一 0 . 2 %以下が好ましく、 一方— 0 . 8 %未満、 すなわち一 0 . 9 %の ような値になると応力付与部材 8 5の製造そのものが容易ではなくなるか らでめる。
さらにまた第 8図に示すように第 1コア 8 1の直径を D 1とし、 コア 8 3を挟んでその両側に設けられた 2つの応力付与部材 8 5の間隔を Rとし たき、 R / 1の値は 2 . 5〜 1 0とする必要がある。より好ましくは 2 . 5以上 3 . 7以下とする。
その理由は、 R /D 1が 1 0を超えると偏波クロストークを小さくでき なくなるとともにビート長を小さくできなくなるからである。
ここで、 第 9図に示すように第 1コア 8 1の直径 D 1は第 1コア 8 1に おいてクラッド 8 4と等しい屈折率となる位置を結ぶ線の長さとしている。 また第 2コア 8 2の直径 D 2は第 2コア 8 2とクラッド 8 4との境界領域 において、 Δ 2の 1 / 2の屈折率となる位置を結ぶ線の長さとしている。 さらにまた、 2つの応力付与部材 8 5間の間隔 Rは、 2つの応力付与部 材 8 5の最短間隔を示すものであり、 の 1 2の屈折率となる位置同 士を結ぶ線の長さとしている。
因みに、 前述したように R / D 1を 3 . 7以下とすると、 十分に小さな 偏波クロストークが得られ好ましい。
ところで非線形性を大きくするために第 1コアとクラッドとの比屈折率 差を大きくした本願偏波保持光ファイバでは、 第 1コア 8 1の直径が、 通 常のシングルモ一ド光ファイバと比較して小さくなっている。 そのため R /D 1の値をあまり小さくすると、 応力付与部材 8 5を設ける際の加工が 難しくなる。そのため R ZD 1の値は 2 . 5以上である必要がある。また、 R / D 1が 2 . 5未満になると応力付与部材 8 5が第 2コア 8 2に近過ぎ たり最悪接触したりするため、 やはり応力付与部材 8 5を設ける際の加工 が困難になり好ましくない。
また応力付与部材 8 5の間隔 Rは 7 j^ m乃至 1 7 であることが好ま しい。 その理由は、 応力付与部材 8 5の間隔 Rが 1 7 i mを超えると偏波 クロストークを小さくすることが難しくなるとともにビート長を小さくす ることが難しくなるからである。
一方、 応力付与部材 8 5の間隔 Rが 7 / m未満になると、 応力付与部材 8 5が第 2コア 8 2に近くなり過ぎ、 偏波保持光ファイバの製造が困難に なる。 具体的には、 この偏波保持光ファイバを得るために、 線引き前の光 ファイバ母材に穴を明け、 応力付与部材 8 5をこの穴に挿入する際、 光フ アイバ母材が割れ易くなる、 という問題がある。
また本発明において、 偏波保持光ファイバの長さ 1 0 Omで、 かつ波長 1 5 5 0 nmにおける偏波クロストークは— 2 0 dB以下であることが好 ましい。 その理由は、 一 2 0 d BZl 0 Omを超えると十分な偏波保持性 能が得られなくなるからである。
またさらに波長 1 5 5 0 nmにおけるビート長は 5 mm以下であること が好ましい。 その理由は、 ビート長が 5 mmを超えると十分な偏波保持性 能が得られなくなる恐れがあるからである。
また本発明の偏波保持光ファイバは波長 1 5 5 O nmにおける分散が一 9〜 9 p s ZnmZkmであることが好ましい。 その理由は、 本発明の偏 波保持光ファイバが属する、 いわゆる石英系光ファイバにおいて、 伝送損 失が最も小さくなる Cパンドと呼ばれる波長 1. 5 5 xm帯を中心とした 波長帯域で信号処理を行う際、 波長 1 5 5 0 nmにおける偏波保持光ファ ィバの分散が一 9 p s Znm/km未満であると、 波長変換や波形整形等 の非線形現象を利用した光信号処理効率が低下するからである。
また分散が 9 p s /nm/kmを超えた場合にも、 波長変換や波形整形 等の非線形現象を利用した光信号処理効率が同様に低下してしまう。 分散 はより好ましくは— 1〜 1 p s ZnmZkmである。
加えて波長 1 5 5 0 nmにおける分散スロープは 0. 0 2 9 p sZnm2 Zkm以下であることが好ましい。 非線形現象を利用いた光信号処理は、 光ファイバの分散にも大き作用されるが、 分散スロープが 0. 0 2 9 p s ノ nm2Zkmを超えると、分散の波長依存性が大きくなり広い波長範囲で の安定した信号処理が難しくなる。
例えば、 四光波混合を利用した波長変換では、 変換帯域のポンプ波長依 存性が大きくなる問題を生ずる。 分散スロープはより好ましくは 0. 0 1 9 p s Znm2/km以下であり、 さらに好ましくは 0. 0 0 9 p s Znm 2Z km以下である。
また、 本発明の偏波保持光ファイバは、 波長 1 5 5 O nmにおける直径 1 0mmの曲げ損失が 0. 1 dBZm以下であることが好ましい。 曲げ損 失が 0. 1 d B/m以上であると光ファイバをコイル化したときに損失が 大きくなる恐れがあるからである。
次に特性シミュレ一ションに基づいて本発明の偏波保持光ファイバを説 明する。
前述したように第 2コア 8 2のクラッド 84に対する比屈折率差 Δ2は 一 0. 1 %以下とする必要がある。 — 0. 1 %を超えるとカットオフ波長 が長波長、 すなわち 140 0 nm以上となるからである。 第 1コア 8 1に 添加するゲルマニウムを増して第 1コア 8 1のクラッド 84に対する比屈 折率差△ 1を増すことにより大きな非線形性が得られるが、 単に第 1コア 8 1の屈折率を高くするだけであるとカツトオフ波長が長波長にシフトし てしまう。
しかしながら第 2コア 8 2の屈折率差を小さくすることにより、 第 1コ ァ 8 1の屈折率差を高くしてもカツトオフ波長が長波長となることを防ぐ ことができる。 特に、 第 2コア 82のクラッド 84に対する比屈折率差は — 0. 8 %以下とすることが好ましい。 第 2コア 8 2のクラッド 84に対 する比屈折率差を一 0. 8 %以下とするには、 例えば、 第 2コア 8 2とな る石英ガラススート体をフッ素あるいはフッ素化合物を含む雰囲気下で加 圧状態でガラス化すればよい。
さて第 1コア 8 1の直径 D 1と第 2コア 8 2の直径 D 2の比 D I/O 2 =D aとしたとき、 D 1ZD 2は 0. 3〜0. 8である必要がある。 好ま しくは 0. 4〜0. 7とする。
第 8図に示す構造の偏波保持光ファイバに関して、 第 1コア 8 1の直径 D 1と第 2コア 8 2の直径 D 2の比 D 1 /D 2 =D aを変化させたとき、 すなわち第 1コア径 D 1及び第 2コア径 D 2以外のパラメータを実施例 1 の値に固定し、 第 1コア径 D 1及び第 2コア径 D 2の比 D 1 /D 2 =D a を変化させたときの分散スロープ、 実効断面積 A e f f 及びカットオフ波 長 λ cの変化、 すなわちシミュレーションの結果を各々第 1 1図、 第 1 2 図及び第 1 3図に示す。
尚、 これらの第 1 1図〜第 1 3図では、 1 5 5 0 nmにおける分散が零 となるように第 1コア径 D 1と第 2コア径 D 2を調整している。
第 1 1図から D a (D 1 /D 2) が 0. 8を超える場合、 及び D a (D
I /O 2) が 0. 3を下回ると分散スロープの値が許容範囲よりも大きく なってしまうことがわかる。
また第 1 2図から D a (D 1/D 2) が小さい程、 実効断面積 Ae f iは 小さくなる。 すなわち、 モードフィールド径も小さくなり、 高い非線形定 数を得る点で有利となることがわかる。 そして D a (D 1 /D 2) が 0.
8を超えると Ae f f が許容範囲よりも大きくなつてしまうことがわかる。 第 1 3図から D a (D 1ZD 2) が小さい程、 カットオフ波長 A cは短 くできることがわかる。 0 &が0. 8を超えるとカットオフ波長が 140
0 nm以上になってしまうことがわかる。
前述したシミュレーション結果も考慮して表 5、 表 6の実施例 B 1〜B 3 に示す偏波保持光ファイバを各々製造した。 また製造したこれら各偏波保 持光ファイバの特性を測定した結果を表 7に示す。 尚、 表 7において、 力 ットオフ波長以外の特性は波長 1 5 5 0 nmにおける特性を示すものとす る。
いずれの実施例の偏波保持光ファイバも偏波クロストークを所望の小さ な値、 すなわち— 2 0 d BZ 1 0 Om以下の一 2 8 d BZ 1 0 Om以下に でき、 しかも非線形係数も所望する値である 1 5ZW/Km以上の 1 5. 5ZW/Km以上にできた。 加えてビート長も 4. 3〜4. 7mmの範囲 に収まり、 所望していた 5 mm以下にすることができた。
このように前記各実施例 B 1〜B 3の各偏波保持光ファイバは偏波クロ ストークが小さく、 非線形性にも優れ、 それ故非線形光学現象を利用した 光信号処理に好適な偏波保持光ファイバであることがわかる。
表 5
Δ1 厶 2 第 1コ 第 1コア径 第 2コア径 D1/D2=Da クラッド径 ァひ
% % Urn (im m 実施例 B1 2.4 -0.55 4 4.2 7.6 0.56 125
実施例 B2 2.9 - 1.0 5 3.6 9.9 0.365 125
実施例 B3 2.8 -1.0 5 3.6 6.5 0.55 125 表 6
Figure imgf000043_0001
表 7
Figure imgf000043_0002
尚、 前記各実施例に示す偏波保持光ファイバの製造は以下の方法により 行った。 この方法は、 例えば、 ゲルマニウムのドープにより純石英ガラス に対する比屈折率差が例えば 2 %に調整された石英ガラスからなる第 1コ ァ材を VAD法を用いて製造した。 このコア材の外周に、 S i C l 4 ガス を酸水素火炎分解してス一トを堆積させて多孔質体を形成した。 次いでこ れを C 12を含む H e中で加熱し脱水し、 さらに S i F4と Heを含む雰囲 気下で加熱し透明ガラス化させることにより、 フッ素をド一プした石英ガ ラスからなる第 2コア材を設けた。
さらにこの外周上に、 S i C 14 ガスを酸水素火炎分解してス一トを堆 積させて多孔質体を形成し、次いでこれを C 12を含む He中で加熱し脱水 し、 さらに Heを含む雰囲気下で透明ガラス化させ、 石英ガラスからなる クラッド材を設けた。
このようにして、 例えばクラッドに対する比屈折率差が 2. 8%の第1 コア材の外周に、 クラッドに対する比屈折率差が— 1. 0 %のフッ素をド —プした第 2コア材と、 さらにその外周に石英ガラスからなるクラッド材 を設けた光ファイバ母材を得た。
得られた光フアイバ母材の両端に、 割れ防止のため石英ガラスからなる 部材を融着接続した。 このように光ファイバ母材の両端に石英ガラスから なる部材を接続することにより、 以後の工程における光ファイバ母材の亀 裂発生や破損が低減される。
光ファイバ母材の両端に石英ガラス製部材を融着接続した後、 接続した 両端の石英ガラス部材の部分で光ファイバ母材の軸方向に対し垂直に切断 面が平坦になるように切断した。 そして切断した平坦面から、 コア材を挟 んだ両側に応力付与部材を揷入するための穴明けを行った。 しかる後、 予 め用意しておいた穴の内径より小さい外径を有するボロン添加石英ガラス からなる応力付与部材をこの穴の中に挿入した。
応力付与部材が揷入された光ファイバ母材を線引炉の母材投入口の上方 に設けられた母材一体化炉に導入して加熱し、 両者を軟化させ一体化させ た。 応力付与部材と一体化させた光ファイバ母材の温度が下がり固化する と、 光ファイバ母材と応力付与部材の熱膨張係数の著しい違いから、 光フ アイバ母材が割れてしまう恐れが高い。 そのため、 光ファイバ母材と応力 付与部材を一体化させた後はこれを冷却することなくそのまま線引炉に導 入し、 所定の光ファイバ外径になるように線引きして偏波保持光ファイバ を得た。
線引きされたガラス製偏波保持光ファイバには、 線引き後直ちに、 例え ば紫外線硬化性樹脂、 あるいは熱硬化性樹脂からなる樹脂被覆を設けた。 樹脂被覆が紫外線硬化性樹脂の場合なら、 被覆ダイスを使用してガラス製 偏波保持光ファイバの外周に樹脂を塗布し、 紫外線を照射してこれを硬化 させた後、 リールに巻き取った。
ところで本発明の偏波保持光ファイバの製造は前述の製造方法に限定さ れるものではなく、 例えば光ファイバ母材の合成方法としては、 V A D法 の他に M C V D法あるいは O V D法等既存の気相成長法が適用可能である ことはいうまでもない。
ところで前述した本願発明の偏波保持光ファイバを外径約 1 8 0 mmの ドラムに巻き、波長変換器を得た。この波長変換器の特性を調べたところ、 広い帯域で優れた波長変換特性を示した。
C ：低伝送損失タイプの高非線形光ファイバ
実施例 C 1
まず、ゲルマニウムをドープして純シリ力に対する比屈折率差を 2 . 8 % に調整したシリカガラスからなる第 1 コア材を用意した。 このコア材の外 周上に、 四塩化珪素 （S i C 1 4 ) ガスを酸水素火炎分解してス一トを堆積 させて多孔質体を形成し、次いでこれを C 1 2を含む H e中で加熱して脱水 し、更に S i F 4と H eを含む雰囲気下で加熱し、透明ガラス化することに より、 フッ素をドープしたシリカガラスからなる第 2コアを設けた。
次に、 この第 2コアの外周上に、 S i C 1 4ガスを酸水素火炎分解してス ートを堆積させて多孔質体を形成し、次いで、 これを C 1 2を含む H e中で 加熱して脱水し、 更に、 H eを含む雰囲気下で透明ガラス化し、 純シリカ からなるクラッドを形成した。
このようにして、 純シリカに対する相対屈折率が 2 . 8 %の第 1 コアの 外周に、 純シリカに対する相対屈折率が— 0 . 5 5 %の、 フッ素をド一プ した第 2コアと、 さらにその外周に純シリカからなるクラッドを有する構 造の光ファイバ母材を得た。
得られた母材を、 線引き炉により線引きし、 クラッドの外径が 9 0 m の光フアイバを得た。 得られた光ファィバの特性を下記表 8に示す。
実施例 C 2
クラッドの外径を 8 0 mとしたことを除き、実施例 C 1と同様にして、 実施例 1と同一の構造の光ファイバを作成した。
実施例 C 3
クラッドの外径を 1 0 0 i m としたことを除き、 実施例 C 1と同様にし て、 実施例 C 1と同一の構造の光ファイバを作成した。
比較例 C 1
クラッドの外径を 1 2 5 m としたことを除き、 実施例 C 1と同様にし て、 実施例 C 1と同一の構造の光ファイバを作成した。
比較例 C 2
クラッドの外径を 120 m としたことを除き、 実施例 C 1と同様にし て、 実施例 C 1と同一の構造の光ファイバを作成した。
比較例 C 3
クラッドの外径を 1 30 m としたことを除き、 実施例 C 1と同様にし て、 実施例 C 1と同一の構造の光ファイバを作成した。
なお、 実施例 C 2、 C 3、 比較例 C 1〜C 3については、 母材のクラッ ドの厚さ調整することにより、 外径 80、 100、 1 20、 125、 1 3 0 mの光ファイバとしたときの第 1 コア径及び第 2コア径が実施例 C 1 と同じになるようにした。
得られた光ファイバの特性を下記表 8に示す。 なお、 特性の測定波長は カツトオフ波長以外は 1 550 nmであり、 曲げ損失は直径 5 mmでの値 である。
表 8
Figure imgf000047_0001
実施例 C 4
第 1 コア材に、 ゲルマニウムのド一プにより純シリカに対する比屈折率 差が 2 . 0 %に調整されたシリカ系ガラスからなる第 1コア材を使用した 以外は、 実施例 C 1と同様にして、 下記表 9に示す構造の光ファイバを得 た。 得られた光ファイバの特性を下記表 9に示す。
比較例 C 4
第 1コア材に、 ゲルマニウムのドープにより純シリカに対する比屈折率 差が 2 . 0 %に調整されたシリカ系ガラスからなる第 1コア材を使用した 以外は、 実施例 C 1と同様にして、 下記表 9に示す構造の光ファイバを得 た。 得られた光ファイバの特性を下記表 9に示す。 表 9
Figure imgf000048_0001
特性の測定波長はカツトオフ波長以外は 1 5 50 nmであり、 曲げ損失 は直径 5 mmでの値である。 上記表 8、 表 9から明らかなように、 実施例 C 1 C4に係る光ファイバは、 伝送損失が小さく、 優れている。 これに 対し、 比較例 C 1 C4に係る光ファイバは、 伝送損失が大きいことがわ かる。
以上説明したように、本発明の光ファイバは、 非線形定数 n2/Ae f f を 20 X 1 0— 1 Q/W以上とし、 1 550 nmにおける波長分散の絶対値 を 20 p s /nm/km以下とし、 曲げ損失を 0. 1 d B m 以下とし、 クラッドの外径を 70 1 1 0 m としたことにより、 高い非線形性と低 い伝送損失を同時に併せ有し、非線形現象を効率良く起こし得るとともに、 コンパク化を図ることが出来るため、 非線形現象を利用した光信号処理に 有用である。
上述の低損失の高非線形光ファイバの一端若しくは両端に、 外径 1 20 〜 1 3 0 m のシングルモ一ド光ファイバ若しくは分散シフト光ファイバ を融着し、 かつ当該融着部に加熱処理を施した光ファイバとしてもよい。 この様子を第 1 4図、 第 1 5図に示す。 本発明の光ファイバ 1 4 1が、 ク ラッド外径 1 2 0〜 1 3 Ο μπιのシングルモード光ファイバ（又はクラッド 外径 1 2 0〜 1 3 Ο μπιの分散シフト光ファイバ又は Aef f が 2 Ο μπι 2以上 の光ファイバ） 1 4 2に、 接続部 1 4 3で融着結合される。 第 1 5図の 1 4 4は本発明の光ファイバ内のコア、 1 4 6は加熱処理された接続部のコ ァ、 1 4 5は光ファイバ 1 0 5内のコアを示す。
クラッド外径を 7 0〜 1 1 0 m とすると、 他の光ファイバとの現場で の接続が困難となるとともに、 接続損失が大きくなるが、 本発明に係る高 非線形光ファイバに、 予め外径 1 2 0〜 1 3 0 m のシングルモ一ドフィ アバあるいは分散シフト光ファイバをそれぞれの中心を合わせて融着し、 融着部を加熱処理することにより、 他の光ファイバとの現場での接続が容 易な光ファイバとすることが出来る。
本発明に係る高非線形光ファイバと、 融着する外径 1 2 0〜 1 3 0 / m の光ファイバとは、 それぞれの中心を合わせることが好ましい。 それぞれ の光ファイバの中心を合わせることにより、 接続損失を低くすることが出 来る。 また、 融着した後、 融着部を加熱処理をすることが好ましい。 融着 後に加熱処理することにより、 接続部のコアのドーパントが拡散し、 モ一 ドフィールド径が拡大することにより、 融着部の接続損失を小さくするこ とが出来る。
また、 本発明に係る光ファイバでは、 クラッド径を 7 0〜 1 1 0 m と したため、 樹脂被覆を含めた外径を小さくすることが出来、 コイル状にコ ンパクトに巻くことが,可能である。 本発明に係る光ファイバを最大巻き径 2 O c m以下、 好ましくは 1 8 c m以下に巻き、 収容した、 例えば光 2 R 用、 光 3 R用、 波長変換用のサブシステム装置は、 高い非線形現象を利用 した光信号処理が可能であると同時に、 コンパクトであるという利点を併 せ有している。 E ：効率改善タイプの高非線形光
試作例 E 1
純シリカに対する比屈折率差がゲルマニウムのド一プにより 2. 0 %に 調整されたシリカガラスからなる第 1コア材上に、 S i C l 4 ガスを酸水 素火炎分解してス一トを堆積させて多孔質クラッドを形成し、 次いで、 こ れを C 12を含む He中で加熱して脱水し、 更に S i F4と Heを含む雰囲 気下で加熱し、 透明ガラス化させた。
次に、 この上に、 S i C l 4 ガスを酸水素火炎分解してスートを堆積さ せて多孔質クラッドを形成し、次いでこれを C 12を含む He中で加熱して 脱水し、 更に Heを含む雰囲気下で加熱し、 透明ガラス化させた。
このようにして、 純シリカに対する比屈折率差が 2. 0%の第 1コアの 外周に、 純シリカに対する比屈折率差が一 0. 55 %のフッ素をドープし た第 2コアと、 さらにその外周に純シリカからなるクラッドとを有する光 ファイバ母材を得た。 なお、 ここでは、 第 2コア径 D 2に対する第 1コア 径 D 1の比 D aを 0. 56とした。
このようにして得られた母材を、 線引き炉により線引きし、 クラッドの 外径が 1 2 5 m の光ファイバを得た。 得られた光ファイバの屈折率分布 形状を第 1 9図に、 断面構造を第 20図にそれぞれ示す。 第 1のコア 20 1、 第 2のコア 202、 クラッド 203及び樹脂被覆 204からなる。 ま た、 得られた光ファイバの特性を下記表 10に示す。
試作例 E 2、 E 4〜 E 6
コア材の屈折率および D aを変えた以外は、 試作例 E 1と同様にして光 ファイバ得た。 得られた光ファイバの屈折率分布形状を第 1 9図に、 断面 構造を第 20図にそれぞれ示す。 また、 得られた光ファイバの特性を下記 表 1 0に示す。
試作例 E 3
純シリカに対する比屈折率差がゲルマニウムのドープにより 2. 0 %に 調整されたシリカガラスからなるコア材上に、 S i C 14ガスを酸水素火炎 分解してスートを堆積させて多孔質クラッドを形成し、 次いで、 これを C 1 2を含む H e中で加熱して脱水し、 更に S i F 4と H eを含む雰囲気下で 加熱し、 透明ガラス化させた。
次に、 この上に、 S i C 1 4ガスを酸水素火炎分解してスートを堆積させ て多孔質クラッドを形成し、次いで、 これを C 1 2を含む H e中で加熱して 脱水し、 さらに S i F 4と H eを含む雰囲気下で透明ガラス化させた。
このようにして、 純シリカに対する比屈折率差が 2 . 0 %の第 1コアの 外周に、 純シリカに対する比屈折率差が一 0 . 5 5 %のフッ素をド一プし たクラッドを有する光ファイバ母材を得た。
このようにして得られた光ファイバ母材を、 線引き炉により線引きし、 クラッドの外径が 1 2 5 m の光ファイバを得た。 得られた光ファイバの 屈折率分布形状を第 2 1図に、 断面構造を第 2 2図にそれぞれ示す。 コア 2 2 1、 クラッド 2 2 2及び樹脂被覆 2 2 3とからなる。 また、 得られた 光ファイバの特性を下記表 1 0に示す。
表 1 0
Figure imgf000051_0001
(注）測定波長 λは 1550nmである
試作例 E 1〜E 6の光ファイバを用いた種々の光ファイバ長の実施例を下 記表 1 1に示す。 表 1 1
Figure imgf000052_0001
(注 1 )測定波長 Iは 1550nmである
(注 2)直径 5mm巻きつけ 得られた光ファイバについて、 ( 2 / λ、 (n 2/A e f f ) [ 1一 exp (一 a L)] Zaの値、 即ち自己位相変調における NL/ Iを、 様々な光 ファイバ長 Lで計算すると第 1 7図及び第 1 8図に示すようになる。
実施例 E 1〜E 3、 E 6は、 ァ= (2 %/ λ) (n2/Ae f f) が 8〜 1 7/WZkmの範囲にある光ファイバを用いた例であり、第 1 7図より、 これらの光ファイバでは、 光ファイバ長が 3 0 kmを超えると、 さらに光 ファイバ長を長くしても、 ( 2 %/ λ) (nノ A e f f ) [ 1 - exp (— a L)] /aの値が殆ど増加しないことがわかる。
実施例 E 4， E 5は、 r = (2 π/λ) (n 2/A e f f ) が 1 7〜2 7 ZW/kmの範囲にある光ファイバを用いた例であり、 第 1 7図より、 こ れらの光ファイバでは、 光ファイバ長が 1 0 kmを超える範囲では、 更に 光ファイバ長を長くしても、 (2 π/ λ) (n2/Ae f f ) [ 1—exp (— a L)] の値が殆ど増加しないことがわかる。 産業上の利用可能性
以上、 詳細に説明したように、 本発明によると、 ぇが1 5 0 0 ] 111〜 1 60 0 nmの範囲において （ 2 ττ/λ) (n 2/A e f f ) [ 1 - exp ( - a L)] 7&の値が1ノ1\¥以上を満たし、 波長 1 5 5 0 nmにおける波長分散 の絶対値が 3 0 p s Znm/km以下であり、 波長 1 5 5 0 nmにおける 曲げ損失が 0. 5 d B/m以下であることにより、 非線形現象を利用した 信号処理を効率良く行うことを可能とする光ファイバが得られる。そして、 このような光ファイバを用いた光信号装置は第 7図のように構成される。 また、 λが 1 500 nm〜 1600 nmの範囲において （2 π/λ) (η 2/Ae f f ) と、 L、 aを所定の範囲とすることにより、 非線形現象を利 用した信号処理を特に効率良く行うことを可能とする光ファイバが得られ る。

Claims
求 の 範 囲 波長 1550nmにおける分散スロープがー 0. 01〜0. Olps/nmVkmであり、 波長 1 550Mにおける分散の絶対値が 10psZnm/km以下であり、 かつ波 長 1550nmにおける非線形定数が 30 X 10_1()/W以上であることを特徴とす る光ファイバ。
波長 1550nmにおける分散スロープがー 0. 005〜0. 005 s/ni2/kmであ ることを特徵とする請求項 1記載の光ファイバ。
波長 1550nmにおける非線形定数が 40 X 10-1()/W以上であることを特 徵とする請求項 1または請求項 2のいずれかに記載の光フアイバ。 カツトオフ波長 A cが 1450M1以下であり、有効断面積 Ae f f が 12 m2 以下であることを特徴とする請求項 1〜請求項 3のいずれかに記載の 光ファイバ。
有効断面積 Ae f f が 10 z m2以下であることを特徴とする請求項 4記 載の光ファイバ。
波長 1550nmにおける分散の絶対値が 5psZnm/km以下であることを 特徴とする請求項 1〜請求項 5のいずれかに記載の光ファイバ。
波長 1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の 分散の最大値と最小値の差が、 光ファイバ 1本の使用長の全長におい て lps/nm/km以下であることを特徴とする請求項 1〜請求項 6のいず れかに記載の光ファイバ。
波長 1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の 分散の最大値と最小値の差が、 光ファイバ 1本の使用長の全長におい て 0. 2ps/nm/km以下であることを特徴とする請求項 7記載の光フアイ バ。
純シリカより高い屈折率を有する第 1コアと、 該第 1コアの外周に 設けられ、 純シリカよりも低い屈折率を有する第 2コアと、 該第 2コ ァの外周に第 1コアよりも屈折率が低く、 第 2コアよりも屈折率が高 いクラッドを具備し、 前記第 1コアの外径 D 1が 2〜 5 mであり、 前記第 1コアの外径 D 1と前記第 2コアの外径 D 2との比 D 1 ZD 2 =D aが 0.3以上、 0.8以下であることを特徴とする請求項 1〜8のい ずれか 1の記載の光ファイバ。
10. 前記第 1コアの外径 D 1と前記第 2コアの外径 D 2との比 D 1 /D 2 =D aが 0.4以上、 0.7以下であることを特徴とする請求項 9記載の
11. 前記第 1コアとクラッドとの比屈折率差△ 1が 2.0〜5.0%であり、 前記第 2コアとクラッドとの比屈折率差△ 2がー 1.4〜一 0.7%である ことを特徴とする請求項 9または請求項 1 0記載の光ファイバ。
12. 前記第 1コアとクラッドとの比屈折率差 Δ 1が 2.4〜4.0%であり、 前記第 2コアとクラッドとの比屈折率差△ 2が— 1.2〜― 0.8%である ことを特徴とする請求項 1 1記載の光ファイバ。
13. 前記第 1コアの屈折率分布形状が 乗プロファイルであり、 ひ が 3.0 以上であることを特徵とする請求項 9〜請求項 1 2のいずれかに 記載の光ファイバ。
14. 前記第 1コアの屈折率分布形状が α 乗プロファイルであり、 ひ が 6.0以上であることを特徴とする請求項 1 3記載の光ファイバ。
15. 前記請求項 1〜請求項 14のいずれかに記載の光ファイバを用いた ことを特徴とする光信号処理装置。
16. 前記光信号処理装置は光波長変換器であることを特徴とする請求項 1 5記載の光信号処理装置。
17. 前記光信号処理装置はパルス圧縮器であることを特徴とする請求項 1 5記載の光信号処理装置。
18. コアと、 該コアの外周に設けられたクラッドと、 前記コアの両側に 設けられた 2つの応力付与部材とを備えた光ファイバであって、 波長 1 5 5 0 nmにおける非線形係数が 1 5 _/W/Km以上であり、 カツ トオフ波長が 1 5 0 0 nm以下であり、 波長 1 5 5 0 nmにおける分 散が一 9 ρ s /nm/km乃至 9 p s /nm/km, 波長 1 5 5 0 η mにおける分散スロープが 0. 0 2 9 p s Znm2ノ km以下であり、 かつ波長 1550 nmにおける偏波クロストークが— 20 dBZ 10 0m以下であることを特徴とする光ファイバ。
19. 力ットオフ波長が 1400 nm以下であり、 波長 1550 nmにお ける分散スロープが 0. 019 p s /nm2/km以下、 波長 1550 nmにおけるビート長が 5 mm以下であり、 かつ波長 1550 nmに おける直径 1 Ommでの曲げ損失が 0. 1 d BZm以下であることを 特徴とする請求項 18に記載の光ファイバ。
20. 前記コアは、 中心部に位置する第 1コアと該第 1コアの外周に設け られた第 2コアからなり、 前記第 2コアは前記第 1コアより低い屈折 率を有し、 前記クラッドは前記第 2コアより高くかつ前記第 1コアよ り低い屈折率を有する、 請求項 18又は 19の光ファイバ。
21. 前記クラッドに対する前記第 1コアの比屈折率差 Δ1が 1. 8%以 上、前記クラッドに対する前記第 2コアの比屈折率差 Δ2がー 0. 1% 以下であり、 前記応力付与部材の間隔 Rと前記第 1コアの直径 D 1と の比 R/D 1が 2. 5乃至 10、 前記第 1コアの直径 D 1と前記第 2 コアの直径 D 2との比 D 1 ZD 2が 0. 3乃至 0. 8である、 請求項 20の光ファイバ。
22. 前記応力付与部材の間隔 Rと前記第 1コアの直径 D 1との比 RZD 1が 2. 5乃至 3. 7であることを特徴とする請求項 21記載の光フ アイバ。
23. 前記応力付与部材の間隔 Rが 7 m乃至 17 mであること特徴と する請求項 21又は 22記載の光ファイバ。
24. 前記第 1コアの直径 D 1と前記第 2コアの直径 D 2との比 D 1 ZD 2=Daが 0. 4乃至 0. 7である、 請求項 21〜 23のいずれか 1 の光ファイバ。
25. 前記クラッドに対する前記第 1コアの比屈折率差 Δ1とクラッドに 対する前記第 2コアの比屈折率差△ 2とが下記関係を満たすことを特 徴とする請求項 20〜24のいずれかに記載の光ファイバ。
(Δ2) <- 0. 52 · (△ 1) + 1
26. 前記クラッドに対する前記第 2コアの比屈折率差△ 2がー 0. 8% 以下であり、 前記第 2コアに対する前記第 1コァの比屈折率差△ 3が 3. 5 %以上であることを特徴とする請求項 21〜 25のいずれかに 記載の光ファイバ。
27. 前記応力付与部材はポロンが添加された石英ガラスであり、 前記ク ラッドはフッ素が添加された石英ガラスであり、 前記応力付与部材の 前記クラッドに対する比屈折率差△ 4がー 0. 1 %以下若しくは 0. 1%以上であることを特徴とする請求項 18〜26のいずれかに記載 の光ファイバ。
28. 前記請求項 18に記載の光ファイバを使用したことを特徴とする光 波長変換器。
29. コアと、 クラッドとからなる光ファイバにおいて、 非線形定数 n2 /Ae f fが 20 X 10— 1QZW以上であり、波長 1550 nmにおけ る波長分散の絶対値が 20 p s Znm/km以下であり、 曲げ損失が 0. 1 dB/m以下であり、波長 1550 n mにおける波長分散スロー プが 0. 019 ps/nmVkm以下であり、 前記クラッドの外径が 70〜 1 10 mであることを特徴とする光ファイバ。
30. カツトオフ波長が 1350 nm以下であることを特徴とする請求項 29に記載の光ファイバ。
31. 波長 1510〜 1550 nmのいずれかの波長における光ファイバ 長手方向の波長分散の最大値と最小値との差である変動幅が光フアイ バ 1本の使用長の全長において 3 p s Znm/km以下であることを 特徴とする請求項 29又は 30に記載の光ファイバ。
32. 前記コアは少なくとも中心部に位置する第 1コアを有し、 前記第 1 コアは酸化ゲルマニウムを含む石英ガラスからなり、 前記クラッドに 対する前記コアの比屈折率差が 1. 5 %以上であることを特徴とする 請求項 29〜31のいずれかに記載の光ファイバ。
33. 前記クラッドに対する前記第 1コアの比屈折率差が 2. 5%以上で あることを特徴とする請求項 32に記載の光ファイバ。
34. 前記コアは中心部に位置する第 1コアと第 1コアの外周を覆う第 2 コアからなり、 前記クラッドは純シリカガラス若しくは純シリカに近 い屈折率を有するシリカ系ガラスからなり、 前記クラッドに対する前 記第 2コアの比屈折率差が— 1. 2〜一 0. 4%であることを特徴と する請求項 29〜33のいずれかに記載の光ファイバ。
35. 前記第 2コアに対する前記第 1コアの比屈折率差が 3 %以上である ことを特徴とする請求項 34に記載の光ファィバ。
36. 前記第 1コアの外径を D 1とし、 前記第 2コアの外径を D 2とした とき、 ， D 1 ZD 2 =D aが 0. 3〜0. 7であることを特徴とする請 求項 34または 35に記載の光ファイバ。
37. 請求項 29に記載の光ファイバの一端または両端に、 クラッド外径 120〜 130 mのシングルモード光ファイバ、クラッド外径 120 〜 130 mの分散シフト光ファイバ、 または Ae f fが 20 m2以 上の光フィアバのいずれかが、 それぞれの中心とがー致するように融 着され、 かつ当該融着部に加熱処理が施されていることを特徴とする 光ファイバ。
38. 請求項 1に記載の光ファイバを用いていることを特徵とする光信号 処理装置。
39. n2/Ae f ： f を非線形定数、 aを伝送損失、 λを波長、 Lを光ファ ィバの長さとしたとき、 λが 1500 nm〜 1600 nmの範囲にお いて、 （2 ττΖλ) (n2ZAe f f ) [ 1 - exp (- a L)] の値が 1/W以上であり、 波長 1550 nmにおける波長分散の絶対値が 3 0 p s ZnmZkm以下であり、 波長 1550 nmにおける直径 5m mでの曲げ損失が 0. 5 d BZm以下であることを特徴とする光ファ ィバ。
40. λが 1500 nm〜 1600 nmの範囲において （2 ττ/λ) (η 2 /A e f f ) が 8〜 17 WZ kmであり、 Lが 0 · 5〜30 kmであ り、 伝送損失 aが 0. 2〜0. 6 d BZkmであることを特徴とする 請求項 39に記載の光ファイバ。
41. λが 1 5 0 0 ηπ！〜 1 6 0 0 nmの範囲において ( 2 π / λ) (η 2 ZAe f f ) が 1 7〜27 /W/kmであり、 Lが 0. 0 1〜： 10km であり、 伝送損失 aが 0. 4〜2 dBZkmであることを特徴とする
42. 請求項 3 9〜4 1のいずれかに記載の光ファイバを用いたことを特 徴とする光信号処理装置。
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