WO2007097337A1 - 非線形光ファイバおよび非線形光デバイスならびに光信号処理装置 - Google Patents

非線形光ファイバおよび非線形光デバイスならびに光信号処理装置 Download PDF

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Yuki Taniguchi
Jiro Hiroishi
Masanori Takahashi
Ryuichi Sugizaki
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The Furukawa Electric Co., Ltd.
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Definitions

  • Nonlinear optical fiber, nonlinear optical device, and optical signal processing apparatus are nonlinear optical fiber, nonlinear optical device, and optical signal processing apparatus
  • the present invention relates to a nonlinear optical fiber, a nonlinear optical device using the nonlinear optical fiber, and an optical signal processing apparatus using the nonlinear optical fiber.
  • the all-optical signal processing technology is a technology that directly processes signals using an optical device that does not convert optical signals into electrical signals. Since the response speed of optical devices is faster than that of electronic devices, signal processing speed can be further increased by using all-optical signal processing technology.
  • Nonlinear optical devices that use nonlinear optical phenomena that occur in optical fibers can process optical signals at high speed because nonlinear optical phenomena respond at high speed, and at the same time, use optical fibers with low transmission loss. Therefore, the loss of the optical signal can be reduced, and thus has attracted particular attention in recent years, and its application to an optical signal processing device is being studied.
  • Nonlinear optical phenomena that occur in optical fibers include four-wave mixing (FWM), self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM), stimulated Prillouin scattering (SBS), and stimulated Raman scattering (SR S). Is mentioned.
  • FWM is used for wavelength conversion and optical parametric amplifiers (OP A).
  • OP A optical parametric amplifiers
  • optical signal processing techniques such as pulse compression and waveform shaping using SPM have already been reported (Patent Documents 1 and 2).
  • an optical fiber that can efficiently generate a nonlinear optical phenomenon in the optical fiber that is, an optical nonlinear It is important to realize a non-linear optical fiber having the characteristics.
  • To increase the optical nonlinearity of the optical fiber for example, there is a method of reducing the effective core area A of the optical fiber by increasing the relative refractive index difference between the core and the cladding.
  • high optical non-eff high optical non-eff
  • Nonlinear optical fibers having linearity are disclosed in Patent Documents 3 and 4.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-117590
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-301009
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-207136
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-177266
  • optical signals that have high optical nonlinearity are stable in the direction of propagation in the optical fiber, that is, in the longitudinal direction of the optical fiber.
  • a nonlinear optical fiber having the chromatic dispersion characteristics is required.
  • FWM it is important that the absolute value of chromatic dispersion is stable and small in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber in order to increase the generation efficiency of FWM over a long distance.
  • the wavelength dispersion characteristics of optical fibers are mainly determined by the core and cladding structures and refractive index profiles.
  • the present invention has been made in view of the above, and is a nonlinear optical fiber that has a stable chromatic dispersion characteristic in the longitudinal direction and that can efficiently utilize nonlinear optical phenomena, and a nonlinear that uses the nonlinear optical fiber.
  • An object is to provide an optical device and an optical signal processing apparatus using the nonlinear optical fiber.
  • a nonlinear optical fiber according to the present invention is formed around a central core part and the central core part, and has a refractive index lower than that of the central core part.
  • a cladding formed around the core layer and having a refractive index lower than that of the central core portion and higher than that of the core layer, and having an effective core area of 18 m 2 at a wavelength of 155011111 It is characterized by the following.
  • the core has an additional core layer formed between the core layer and the clad and having a higher refractive index than the clad. It is characterized by.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a ratio of an outer diameter of the buffer core layer to a diameter of the central core portion is 1.2 or more and 2.0 or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that a relative refractive index difference of the central core portion with respect to the cladding is 1.8% or more.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a ratio of an outer diameter of the core layer to a diameter of the central core portion is 2.5 or more.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the relative refractive index difference of the core layer with respect to the cladding is 1.2 or more and 0.2% or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention provides the above-mentioned invention, before the buffer core layer.
  • the relative refractive index difference with respect to the cladding is 0.1 or more and 0.6% or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the fluctuation range of the chromatic dispersion in the longitudinal direction at a wavelength of 1550 nm is IpsZnmZkm or less per 1 km of length.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the fluctuation range of the zero-dispersion wavelength in the longitudinal direction is 30 nm or less per lkm length.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, an absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nm is 5 psZnmZkm or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that an absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nm is equal to or less than IpsZnmZkm.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is the above-described invention, wherein the absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nm is within a range of 5 psZnmZkm or less. It is characterized by a fluctuation power of chromatic dispersion of 0.7 ps / nm / km or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, an absolute value of a chromatic dispersion slope at a wavelength of 1550 nm is 0.02 or more and 0.06 psZnm 2 Zkm or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the nonlinear coefficient force at a wavelength of 1550 nm is 0 X 10_1 ° ZW or more.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention has a cutoff wavelength of 15 in the above invention.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, a transmission loss at a wavelength of 1550 nm is 1.5 dBZkm or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the polarization mode dispersion at a wavelength of 1550 nm is 0.2 psZkm 1/2 or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, stress applying members are provided on both sides of the central core portion of the clad.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention in the above invention has a wavelength of 1550 nm.
  • the polarization crosstalk is less than 20dB per 100m in length.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention is characterized in that the outer diameter force S of the cladding is 100 m or less.
  • the nonlinear optical fiber according to the present invention has a coating formed around the cladding, and the outer diameter of the coating is 150 m or less.
  • the nonlinear optical device includes a light input unit that inputs light, a light output unit that outputs light, and the light input unit provided between the light input unit and the light output unit.
  • a nonlinear optical fiber according to the present invention which generates a nonlinear optical phenomenon by light input and outputs the nonlinear optical phenomenon to the light output unit.
  • an optical signal processing device includes an optical signal input unit for inputting an optical signal and a nonlinear optical fiber according to the present invention, and a nonlinear optical phenomenon generated in the nonlinear optical fiber. And an optical signal processing unit that performs signal processing on an optical signal input from the optical signal input unit, and an optical signal output unit that outputs the signal processed optical signal.
  • the nonlinear optical fiber of the present invention when the nonlinear optical fiber is manufactured, even if the core diameter varies in the longitudinal direction of the optical fiber due to fluctuations in manufacturing conditions, By having one or more buffer core layers that are formed between them and have a refractive index lower than that of the central core and higher than that of the core layer, fluctuations in wavelength dispersion characteristics due to fluctuations in the diameter of the core in the longitudinal direction are alleviated Is done. Therefore, it is possible to realize a nonlinear optical fiber that has stable chromatic dispersion characteristics in the longitudinal direction and can efficiently use the nonlinear optical phenomenon.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of a nonlinear optical fiber according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a refractive index profile of the nonlinear optical fiber according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Figure 3 shows a 1% change in the outer diameter of the core layer near the wavelength dispersion value D of OpsZnmZkm.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of calculating the change AD of the chromatic dispersion value, the chromatic dispersion slope S, the effective core area A, and the cut-off toff wavelength when the chromatic dispersion value is changed.
  • Fig. 4 shows changes in chromatic dispersion values when the outer diameter of the core layer is changed by 1% in the vicinity where the chromatic dispersion value D is OpsZnmZkm.
  • AD chromatic dispersion slope S, effective core area A, cut It is a figure which shows the result of having calculated eff tow wavelength.
  • FIG. 5 is a diagram showing a result of comparing changes in chromatic dispersion ⁇ ⁇ when parameters other than Rail and Ral2 are fixed and Rall and Ral2 are changed. . 0
  • FIG. 6 is a diagram showing a result of comparing changes in chromatic dispersion ⁇ ⁇ when parameters other than Rail and Ral2 are fixed and Rall and Ral2 are changed. 4 and
  • FIG. 7 is a diagram showing a result of comparing the chromatic dispersion changes ⁇ when parameters other than Rail and Ral2 are fixed and Rall and Ral2 are changed. 8 and
  • FIG. 8 is a diagram showing a case where ⁇ 12 is different from the case shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a case where ⁇ 12 is different from the case shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a case where ⁇ 14 is changed in the case shown in FIG. 5.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a refractive index profile of a conventional nonlinear optical fiber.
  • FIG. 12 shows changes in chromatic dispersion value AD, chromatic dispersion slope S, effective core cross-sectional area A when the outer diameter of the core layer is changed by 1% in the vicinity where chromatic dispersion value D is OpsZnmZkm. It is a figure which shows the result of having calculated the eff cutoff wavelength.
  • Fig. 13 shows changes in chromatic dispersion value AD, chromatic dispersion slope S, effective core cross-sectional area A when the outer diameter of the core layer is changed by 1% in the vicinity where chromatic dispersion value D becomes OpsZnmZkm. It is a figure which shows the result of having calculated the eff cutoff wavelength.
  • FIG. 14 is a graph showing characteristics of nonlinear optical fibers according to Examples 1 to 6 of the present invention.
  • FIG. 15 is a graph showing the measurement results of fluctuations in the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber.
  • the horizontal axis represents the position from the end of the optical fiber, and the vertical axis represents the chromatic dispersion.
  • FIG. 16 is a graph showing the calculation result of the fluctuation of the zero dispersion wavelength in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber, where the horizontal axis indicates the position from the end of the optical fiber, and the vertical axis indicates the zero dispersion wavelength.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing a cross section of a nonlinear optical fiber according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram schematically showing a refractive index profile of a nonlinear optical fiber according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 19 shows changes in chromatic dispersion value AD, chromatic dispersion slope S, effective core cross-sectional area A, when the outer diameter of the core layer is changed by 1% in the vicinity where chromatic dispersion value D becomes OpsZnmZkm. It is a figure which shows the result of having calculated the eff cutoff wavelength.
  • FIG. 20 shows changes in chromatic dispersion value AD, chromatic dispersion slope S, effective core cross-sectional area A, when the outer diameter of the core layer is changed by 1% in the vicinity where chromatic dispersion value D is OpsZnmZkm. It is a figure which shows the result of having calculated the eff cutoff wavelength.
  • FIG. 21 is a diagram schematically showing a refractive index profile of a conventional nonlinear optical fiber.
  • FIG. 22 shows changes in chromatic dispersion value AD, chromatic dispersion slope S, effective core cross-sectional area A when the outer diameter of the core layer is changed by 1% in the vicinity where chromatic dispersion value D becomes OpsZnmZkm. It is a figure which shows the result of having calculated the eff cutoff wavelength.
  • FIG. 23 shows changes in chromatic dispersion value AD, chromatic dispersion slope S, effective core cross-sectional area A when the outer diameter of the core layer is changed by 1% in the vicinity where chromatic dispersion value D becomes OpsZnmZkm. It is a figure which shows the result of having calculated the eff cutoff wavelength.
  • FIG. 24 is a view showing characteristics of nonlinear optical fibers according to Examples 7 to 9 of the present invention.
  • FIG. 25 is a graph showing the measurement results of fluctuations in the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber.
  • FIG. 26 is a graph showing the calculation result of the fluctuation of the zero dispersion wavelength in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber, where the horizontal axis indicates the position from the end of the optical fiber, and the vertical axis indicates the zero dispersion wavelength.
  • FIG. 27 is a diagram schematically showing a cross section of a nonlinear optical fiber according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 28 is a refractive index profile of the nonlinear optical fiber according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 is a view showing characteristics of nonlinear optical fibers according to Examples 10 to 12 of the present invention.
  • FIG. 30 is a graph showing the measurement results of fluctuations in the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber.
  • FIG. 31 is a diagram schematically showing a nonlinear optical device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 32 is a diagram schematically showing an optical signal processing device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of a nonlinear optical fiber according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a refractive index profile of the nonlinear optical fiber according to Embodiment 1 of the present invention. It is a diagram.
  • the nonlinear optical fiber 10 according to the first embodiment includes a central core portion 11 and a core layer 12 formed around the central core portion 11 and having a lower refractive index than the central core portion 11.
  • the nonlinear optical fiber 10 also has a coating 17 formed around the cladding 16.
  • the core 15 and the clad 16 are based on SiO glass.
  • core 15 is based on SiO glass.
  • Refractive index adjusting dopants such as GeO and F elements added to adjust the refractive index.
  • a refractive index profile having a desired shape can be formed by adjusting the addition amount and the distribution of the addition amount in the radial direction. At this time, the addition of GeO increases the refractive index, and the addition of F element yields a refractive index.
  • Cladding 16 is essentially made of pure SiO glass.
  • Refractive index adjusting dopants such as GeO and F elements can be added to achieve the desired refractive index.
  • substantially pure SiO glass power also includes a refractive index adjusting dopant.
  • the coating 17 is usually composed of two layers of ultraviolet curable resin.
  • the outer diameter of the clad 16 is normally 125 ⁇ m, but may be 100 ⁇ m or less. In that case, the diameter when the nonlinear optical fiber 10 is wound around a bobbin can be reduced.
  • the outer diameter of the coating 17 is normally 250 m. By reducing the outer diameter of the force cladding, it can be rubbed to 150 m or less. In that case, the volume of the nonlinear optical fiber 10 becomes small. Therefore, if the nonlinear optical fiber 10 is wound around a small-diameter bobbin and accommodated in a housing, a small nonlinear optical device can be realized.
  • the central core portion 11 has a diameter dl 1, has a refractive index profile 11a, and a maximum refractive index is ncl l.
  • the core layer 12 has an outer diameter of dl2, has a refractive index profile 12a, and has a minimum refractive index of ncl2.
  • the buffer core layer 14 has an outer diameter of dl4, a refractive index profile 14a, and a maximum refractive index of ncl4.
  • the cladding 16 has a refractive index profile 16a and the refractive index is ncllO.
  • Ng is the refractive index of pure SiO glass.
  • profile parameters characterizing the refractive index profile of the nonlinear optical fiber 10 are defined.
  • dllZdl2 which is the ratio of the diameter dl l of the central core portion 11 to the outer diameter dl2 of the core layer 12 is Ral l
  • dl4Zdl2 which is the ratio of the diameter dl4 of the buffer core layer 14 to the outer diameter dl2 of the core layer 12 is Ral2.
  • the maximum relative refractive index difference of the central core portion 11 with respect to the clad 16 is ⁇ 11
  • the minimum relative refractive index difference of the core layer 12 with respect to the clad 16 is ⁇ 12
  • the maximum relative refractive index difference of the buffer core layer 14 with respect to the clad 16 is It is defined as ⁇ 14.
  • the clad relative refractive index difference with respect to the refractive index of pure SiO 2 glass is ⁇ clad. Cladding is substantial
  • a clad is 0% when pure SiO glass power is obtained.
  • a l l [(ncl l -ncllO) / ncl l] X 100 (%) (1)
  • ⁇ 12 [(ncl2-ncll0) / ncl2] X 100 (%) (2)
  • ⁇ clad [(ncllO-ng) / ncllO] X 100 (%) (4)
  • the ratio of the outer diameter of the buffer core layer 14 to the diameter of the central core portion 11, that is, dl4Zdll is 1.2 or more and 2.0 or less.
  • ⁇ 11 is 1.8% or more, more preferably 2.2% or more.
  • the core layer with respect to the diameter of the central core portion 11 The ratio of the outer diameter of 12, that is, dl2Zdll is 2.5 or more, more preferably 3.0 or more.
  • ⁇ 12 is ⁇ 1.2 or more and ⁇ 0.2% or less, and more preferably 1.2 or more and ⁇ 0.4% or less.
  • ⁇ 14 is 0.1 or more and 0.6% or less, more preferably 0.3 or more and 0.6% or less.
  • the central core portion 11 and the buffer core layer 14 have a so-called ⁇ -type refractive index profile, and have ⁇ 11 and ⁇ 14 as ⁇ values, respectively.
  • the ⁇ value is an index representing the shape of the refractive index profile and is defined by Equation (5) and Equation (6). The larger the ⁇ value, the more the central part of the refractive index profile of the core becomes rounder, that is, the transition from a triangle to a quadrangle.
  • n (r) ncl l 2 ⁇ 1-2 ( ⁇ 11/100)-(2r / dl l) ' ⁇ ⁇ 11 ⁇ (5)
  • n (r) ncl4 2 ⁇ 1— 2 ( ⁇ 14/100) ⁇ ((r— rl4max) / (dl4 / 2-rl4max)) ⁇ a
  • r represents a position in the radial direction from the center of the optical fiber.
  • rl4max is the radial position from the center of the optical fiber at the point where the relative refractive index difference with respect to the cladding 16 is the largest in the range of d llZ2 ⁇ r ⁇ dl4Z2, and rl4max is not a single point but a wide range. In the case of, it is the central point in it.
  • rl4max dllZ2.
  • N (r) represents the refractive index at the position r.
  • the symbol “” represents a power.
  • the cut-off wavelength is less than 1500 nm in order to transmit signal light having a wavelength of 1500 nm or more in a single mode.
  • the fluctuation width of the zero-dispersion wavelength in the longitudinal direction is 30 nm or less per lkm length
  • the fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction at a wavelength of 1550 nm is IpsZnmZkm or less per lkm. Even if the length is increased, the wavelength dispersion characteristics are stable in the longitudinal direction, and the nonlinear optical phenomenon can be used efficiently.
  • the absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nm is 5 psZnmZkm or less, and more preferably IpsZnmZkm or less, so the generation efficiency of nonlinear optical phenomena such as FWM is high.
  • the chromatic dispersion at wavelength 1550nm The absolute value is within the range of 5psZnmZkm or less! When the outer diameter of the core layer 12 fluctuates by 1%, the fluctuation of chromatic dispersion at the wavelength of 1550nm is 0.7psZnmZkm or less. It becomes a small optical fiber stably in the direction.
  • the optical fiber since the absolute value of the chromatic dispersion slope is 0.02 or more and 0.06 psZnm 2 Zkm or less at a wavelength of 1550 ⁇ m, the optical fiber has a small absolute value of chromatic dispersion in a wide wavelength band. Also, since the transmission loss is 1.5 dBZkm or less at a wavelength of 1550 nm, the loss of light is small and the generation efficiency of nonlinear optical phenomena is high. Also, since the polarization mode dispersion is less than 0.2p sZkm 1/2 at a wavelength of 1550nm, even if the signal light is a short pulse light, the deterioration of the pulse waveform during propagation through the optical fiber is suppressed. In addition, the nonlinear coefficient at a wavelength of 1550 nm is 40 X 10 _1 ° ZW or higher, so the generation efficiency of nonlinear optical phenomena is high!
  • the cut-off wavelength ( ⁇ ) refers to a fiber cut-off wavelength defined in ITU-A (International Telecommunication Union) G.650.1.
  • ITU-A International Telecommunication Union
  • Other terms not specifically defined in this specification shall conform to the definitions and measurement methods in ITU — TG.650.1.
  • the nonlinear coefficient (n / A) used in this specification is measured by XPM method.
  • Chromatic dispersion stability in the longitudinal direction of an optical fiber refers to how much the chromatic dispersion value varies when the core diameter varies in the longitudinal direction. Can be estimated by change.
  • the change in the chromatic dispersion value when the diameter of the core 15 is changed is calculated from the electric field distribution of the transmitted light by simulation. .
  • the diameter of the core 15 is equal to Ral 1 which is the ratio of the diameter dl 1 of the central core portion 11 to the outer diameter dl 2 of the core layer 12 and the buffer core layer 14 to the outer diameter dl 2 of the core layer 12. It was changed by changing the outer diameter dl2 of the core layer 12 while keeping the ratio Ral2 of the outer diameter dl4 constant.
  • AD ((D — D) / (dl2 — dl2)) Xdl2 / 100 (7)
  • D is a chromatic dispersion value when the outer diameter of the core layer 12 is dl2, and D is the core layer 12
  • ⁇ is the amount of change in the outer diameter of the core layer 12.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of calculating the change AD of the chromatic dispersion value, the chromatic dispersion slope S, the effective core cross-sectional area A, and the cut-off wavelength.
  • the absolute value force of the chromatic dispersion value D is the smallest force.
  • the change in the wavelength dispersion value at this time AD is 0.52 [(psZnmZkm) Z %], Which is a value sufficiently smaller than the value in the conventional nonlinear optical fiber described later.
  • FIG. As shown in Fig. 4, when the outer diameter dl2 of the core layer 12 is 10, the absolute value of the chromatic dispersion value D is the smallest force.
  • the change in chromatic dispersion value at this time is 0.47 [(ps / nm / km Z%], which is sufficiently smaller than the value in the conventional nonlinear optical fiber described later.
  • the core diameter was changed by 0.1 ⁇ m, and the chromatic dispersion value at each diameter was changed.
  • the change in chromatic dispersion value ⁇ D was calculated from the above, and the change in chromatic dispersion value AD at the diameter with the smallest absolute value of chromatic dispersion was compared.
  • Figures 5 to 9 compare the chromatic dispersion change AD at the diameter with the smallest absolute value of chromatic dispersion when parameters other than Rall and Ral 2 are fixed and Rall and Ral2 are changed. did
  • FIG. 0 is a diagram showing the results.
  • Figures 5-7 show the cases where ⁇ 11 is 3.0, 2.4, and 1.8 respectively.
  • 8 and 9 each show a case where ⁇ 12 is different from the case shown in FIG. 6, and
  • FIG. 10 shows a case where ⁇ 14 is changed in the case shown in FIG.
  • the ratio of 0 to Rail that is, the ratio of the outer diameter dl4 of the buffer core layer 14 to the diameter dll of the central core 11 varies depending on dl4 / dll, and in the range of dl4Zdll force. Indicates that AD becomes smaller.
  • the chromatic dispersion characteristics of the film are not stable.
  • the nonlinear optical fiber 10 according to the first embodiment has a dl4Zdll of 1.2 or more and 2.0 or less, ⁇ is sufficiently small and the wavelength dispersion characteristic in the longitudinal direction of the optical fiber is low.
  • the cutoff wavelength is reduced, and the effective core area is 18 / zm 2 or less, resulting in high nonlinearity.
  • AD 11 is reduced or Rail is increased, AD increases.
  • the AD is sufficiently small for a given ⁇ 11 and Rail.
  • dl4Zdll It is necessary to enlarge dl4Zdll. For example, if ⁇ 11 is 2.4%, ⁇ 12 is -0.6%, Rail force ⁇ ). 4, it is larger than dl4 / dll force 7! /, And cut-off wavelength force l500nm or more, and dl4Zdll force 3 Smaller than AD force ⁇ ). 7 [(ps / nm / km) /% It is preferable that dl4Zdll is 1.3 or more and 1.7 or less.
  • the nonlinear optical fiber 10 according to the first embodiment has ⁇ 11 of 1.8% or more, AD is sufficiently small, and the wavelength in the longitudinal direction of the optical fiber
  • the dispersion characteristics become stable, and the effective core area can be easily reduced to the following level, maintaining high nonlinearity. Furthermore, since the nonlinear optical fiber 10 according to Embodiment 1 preferably has ⁇ 11 of 2.2% or more, the effective core area can be easily reduced to 15 / zm 2 or less, and the single layer height and nonlinearity can be reduced. The generation efficiency of the nonlinear optical phenomenon can be increased.
  • the nonlinear optical fiber 10 according to the first embodiment has a dl2 Zdl l of 2.5 or more, more preferably 3.0 or more, the rail is 0.4 or less.
  • ⁇ ⁇ is sufficiently small that the chromatic dispersion characteristics in the longitudinal direction of the optical fiber are stable.
  • the effective core area can be reduced and high nonlinearity can be maintained.
  • ⁇ 12 not only increases the cutoff wavelength, but also increases the effective core area. If ⁇ 12 is greater than –0.2%, it becomes difficult to make the cutoff wavelength less than 1500 nm. In addition, it is difficult to make 12 less than -1.2%. However, in the nonlinear optical fiber 10 according to the first embodiment, ⁇ 12 is —1.2% or more—0.2% or less, more preferably 1.2% or more and 0.4% or less. The cut-off wavelength can be easily reduced to less than 1500 nm, the manufacturing is easy, and the effective core area can be reduced, resulting in high nonlinearity.
  • ⁇ D decreases as ⁇ 14 increases, but ⁇ 14 force.
  • the nonlinear optical fiber 10 according to Embodiment 1 has high productivity because ⁇ 14 is 0.1% or more and 0.6% or less, more preferably 0.3% or more and 0.6% or less.
  • the change of the chromatic dispersion value in the vicinity was calculated by simulation.
  • the conventional nonlinear optical fiber has a central core portion having a diameter dir, an ⁇ -shaped refractive index profile 11a ′ and a maximum refractive index ncl, and a central core portion around the central core portion.
  • the core diameter is The outer diameter dl 2 'of the core layer is kept constant while keeping Ral, which is the ratio of the diameter dir of the core core (also called the center core) to 112 mm, the outer diameter of the core layer (also called the depressed core) It was changed by letting.
  • FIG. As shown in Fig. 13, when the outer diameter dl2 'of the core layer is 10, the absolute value force of the chromatic dispersion value D is the smallest force.
  • the change of the chromatic dispersion value at this time AD is 0.70 [(ps / nm ) Z%]. This value is larger than 0.47 [(ps / nm / km) /%] which is the value of AD in the nonlinear optical fiber 10 according to the first embodiment having the buffer core layer 14 shown in FIG. [0075] From the above, the nonlinear optical fiber 10 according to Embodiment 1 has a central core even when the diameter of the core fluctuates in the longitudinal direction of the optical fiber due to fluctuations in the manufacturing conditions when the nonlinear optical fiber is manufactured.
  • the wavelength due to fluctuation of the core diameter in the longitudinal direction Variations in dispersion characteristics are mitigated. Therefore, it is possible to realize a nonlinear optical fiber that has stable wavelength dispersion characteristics in the longitudinal direction and can efficiently use the nonlinear optical phenomenon.
  • non-linear optical fibers 101 to 106 were manufactured.
  • the outer diameter of the cladding is changed during manufacturing, the outer diameter dl2 of the core layer is changed to change various characteristics such as the chromatic dispersion value.
  • FIG. 14 shows measured values of various characteristics of the nonlinear optical fibers 101 to 106 of Examples 1 to 6.
  • chromatic dispersion, dispersion slope, loss, effective core area, nonlinear coefficient, and polarization mode dispersion are values at a wavelength of 1550 nm.
  • the effective core area, cut-off wavelength, outer diameter of the core layer, outer diameter of the cladding, and outer diameter of the coating are average values measured at both ends of the produced nonlinear optical fiber.
  • the nonlinear optical fibers 101 to 106 all had a cutoff wavelength of less than 15 OOnm.
  • the absolute value of chromatic dispersion is 5 psZnmZkm or less, and the absolute value of chromatic dispersion slope is 0.02 or more and 0.06 psZnm 2 Zkm or less as characteristics at a wavelength of 1550 nm.
  • the nonlinear coefficient is 40 X 10 — 1Q ZW or more, the transmission loss is 1.5 dBZkm or less, and the polarization mode dispersion is 0.2 ps Zkm 1/2 or less.
  • the outer diameter of the clad of 103 to 106 is 100 / zm or less, The outer diameter of the covering was 150 ⁇ m or less.
  • FIG. 15 is a graph showing the measurement results of fluctuations in the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber 106.
  • the horizontal axis represents the position of the optical fiber end force, and the vertical axis represents the chromatic dispersion. As shown in Fig.
  • FIG. 16 is a graph showing the calculation result of the variation of the zero dispersion wavelength in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber 106.
  • the horizontal axis represents the position from the end of the optical fiber, and the vertical axis represents the zero dispersion wavelength.
  • the fluctuation range of the zero dispersion wavelength in the longitudinal direction of the optical fiber was 15 nm or less per lkm at the maximum.
  • the core has an additional core layer that is formed between the core layer and the cladding and has a higher refractive index than the nonlinear optical fiber according to the first embodiment. The point is different.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing a cross section of the nonlinear optical fiber according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 18 is a refractive index of the nonlinear optical fiber according to Embodiment 2 of the present invention. It is a diagram schematically showing a profile.
  • the nonlinear optical fiber 20 according to the second embodiment has the same structure as the nonlinear fiber 10 according to the first embodiment, but the core 25 further includes a core layer 22 and The additional core layer 23 is formed between the clad 26 and has an outer diameter d23 having a higher refractive index than the clad 26.
  • the additional core layer 23 has an outer diameter d23, a refractive index profile 23a, and a maximum refractive index nc23.
  • d2lZd22 is Ra21
  • d2 4Zd22 is Ra22
  • the maximum relative refractive index difference of the central core portion 21 with respect to the clad 26 is ⁇ 21, and with respect to the clad 26
  • the minimum relative refractive index difference of the core layer 22 is ⁇ 22
  • the maximum relative refractive index difference of the buffer core layer 24 with respect to the cladding 26 is ⁇ 24.
  • ⁇ 23 [(nc23 -ncl20) / nc23] X 100 (%) (8)
  • d24Zd21 is not less than 1.2 and not more than 2.0.
  • ⁇ 21 is 1.8% or more, more preferably 2.2% or more.
  • d22Zd21 is 2.5 or more, more preferably 3.0 or more.
  • ⁇ 22 is 1.2 or more and 0.2% or less, more preferably 1.2 or more and 0.4% or less.
  • ⁇ 24 is 0.1 or more and 0.6% or less, more preferably 0.3 or more and 0.6% or less.
  • Ra23, ie d23Zd22 is 1.2 or less and ⁇ 23 is. Since the area of the additional core layer is small because it is 3% or less, it becomes easy to set the cutoff wavelength to a predetermined value smaller than the signal light wavelength.
  • the cutoff wavelength is less than 1500 nm in order to transmit signal light having a wavelength of 1500 nm or more in a single mode, as in the nonlinear optical fiber 10.
  • the fluctuation range of the zero-dispersion wavelength in the longitudinal direction is 3 Onm or less per lkm length.
  • the fluctuation range of chromatic dispersion in the longitudinal direction is IpsZnmZkm or less per 1 km of length, and the absolute value of chromatic dispersion is 5 psZnmZkm or less, more preferably IpsZnmZkm or less.
  • the absolute value of chromatic dispersion is in the range of 5 psZnmZkm or less!
  • the fluctuation of chromatic dispersion at the wavelength 155 Onm is 0.7 psZnmZkm or less.
  • the absolute value of the chromatic dispersion slope is 0.02 ps Znm 2 Zkm or more 0.06 ps / n m 2 Zkm or less
  • transmission loss is 1.5 dBZkm or less
  • polarization mode dispersion is 0.2 p sZkm 1/2 or less.
  • the nonlinear coefficient at a wavelength of 1550 nm is 40 X 10-1Q Zw or more.
  • the characteristics of the nonlinear optical fiber 20 according to the second embodiment will be described based on the simulation results.
  • the relationship between the refractive index profile of the nonlinear optical fiber and the chromatic dispersion stability in the longitudinal direction of the optical fiber will be described.
  • the change in the chromatic dispersion value when the diameter of the core 25 was changed was calculated by simulation.
  • the diameter of the core 25 is the ratio Ra21 of the diameter d21 of the central core portion 21 to the outer diameter d22 of the core layer 22 and the ratio of the outer diameter d24 of the buffer core layer 24 to the outer diameter d22 of the core layer 22.
  • the ratio Ra23 of the outer diameter d23 of the attached core layer 23 to the outer diameter d22 of the core layer 22 was changed by changing the outer diameter d22 of the core layer 22 while keeping the ratio Ra23 constant.
  • Figure 19 shows eff c
  • the absolute value of the chromatic dispersion value D decreases when the outer diameter of the core layer 22 is d22 force of 2 m, but the change AD of the chromatic dispersion value at this time is 0.53 [(ps / nm / km) /%], which is a value sufficiently smaller than a value in a conventional nonlinear optical fiber described later.
  • AD wavelength dispersion value
  • wavelength dispersion slope S S
  • effective core area A effective core area A
  • eff cutoff wavelength As shown in FIG.
  • the absolute value of the chromatic dispersion value D is the smallest force.
  • the change of the chromatic dispersion value at this time ⁇ ⁇ is 0.48. [(psZnmZkm) Z%], which is sufficiently smaller than the value in the conventional nonlinear optical fiber described later. [0092]
  • the wavelength dispersion value force s OpsZnmZkm when the core diameter is changed is the wavelength in the vicinity. The change of the dispersion value was calculated by simulation. As shown in FIG.
  • this conventional nonlinear optical fiber has the same structure and refractive index profile as the conventional nonlinear optical fiber shown in FIG. 11, and the core is further provided between the core layer and the cladding. It has an additional core layer that has a refractive index higher than that of the cladding and an outer diameter of d23 ′, a refractive index profile 23 a ′, and a maximum refractive index of nc23 ′.
  • the core diameter is the ratio of the outer diameter of the core layer (122 to the diameter of the central core part (the ratio of 12 ⁇ to Ra2r and the outer diameter of the core layer (the outer diameter of the additional core layer to 122 to the d23 ') While keeping Ra23 'constant, it was changed by changing the outer diameter d22' of the core layer.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of calculating a wavelength dispersion slope S, an effective core cross-sectional area A, and a cutoff wavelength.
  • Figure 22 shows eff c
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of calculating the chromatic dispersion value change AD, chromatic dispersion slope S, effective core cross-sectional area A, and cut-off eff wavelength when the outer diameter d22 ′ of the core layer is changed by 1%. As shown in Fig. 23, when the outer diameter d22 'of the core layer is 10.6 m, the absolute value of the chromatic dispersion value D is the smallest force.
  • the change of the chromatic dispersion value at this time is 0.71 [(psZnmZkm ) Z%]. This value is larger than 0.48 [(psZnmZkm) Z%] which is the value of ⁇ D in the nonlinear optical fiber 20 according to the second embodiment having the buffer core layer shown in FIG. From the above, the non-linear optical fiber 20 according to the second embodiment also has a stable chromatic dispersion characteristic in the longitudinal direction, as with the non-linear optical fiber 10 according to the first embodiment. A nonlinear optical fiber that can efficiently use the phenomenon can be realized.
  • FIG. 24 shows measured values of various characteristics of the nonlinear optical fibers 201 to 203 in Examples 7 to 9.
  • chromatic dispersion, dispersion slope, loss, effective core area, nonlinear coefficient, and polarization mode dispersion are values at a wavelength of 1550 nm.
  • the effective core area, cut-off wavelength, outer diameter of the core layer, outer diameter of the cladding, and outer diameter of the coating are average values measured at both ends of the produced nonlinear optical fiber.
  • the nonlinear optical fibers 201 to 203 all had a cutoff wavelength of less than 15 OOnm.
  • the absolute value of the chromatic dispersion is 5 psZnmZkm or less as the characteristics at the wavelength of 1550 nm, and the absolute value of the chromatic dispersion slope is 0.02 psZnm 2 Zkm or more and 0.06 psZnm 2 Zkm or less.
  • the nonlinear coefficient is a 40 X 10- 1Q ZW above
  • the transmission loss 1 is a 5dBZkm less
  • the polarization mode dispersion was 0. 2psZkm 1/2 or less.
  • the fluctuation of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber was measured by the above-described nonlinear OTDR method.
  • the fiber length was 2 km and the measurement wavelength was 1550 nm.
  • Figure 25 shows the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber 203.
  • the horizontal axis indicates the position from the end of the optical fiber, and the vertical axis indicates the chromatic dispersion.
  • the fluctuation range of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber at a wavelength of 1550 nm was not more than 0.1 IpsZnmZkm per lkm.
  • FIG. 26 is a graph showing the calculation result of the variation of the zero dispersion wavelength in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber 203.
  • the horizontal axis represents the position of the optical fiber end force, and the vertical axis represents the zero dispersion wavelength.
  • the fluctuation range of the zero-dispersion wavelength in the longitudinal direction of the optical fiber was 2.5 nm or less per lkm at the maximum.
  • the nonlinear optical fiber according to the third embodiment is different from the nonlinear optical fiber according to the second embodiment in that stress applying members are provided on both sides sandwiching the central core portion of the cladding.
  • FIG. 27 is a diagram schematically showing a cross section of the nonlinear optical fiber according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 28 is a refractive index of the nonlinear optical fiber according to Embodiment 3 of the present invention. It is a diagram schematically showing a profile.
  • the nonlinear optical fiber 30 according to the third embodiment has the same structure as the nonlinear optical fiber 20 according to the second embodiment.
  • a stress applying member (stress applying base material) 38 having a diameter R is provided at intervals!: On both sides of the substrate. Since the stress applying member 38 is provided, stress is applied to the core 35 in the direction in which the stress applying member 38 is provided, so that the nonlinear optical fiber 30 is a polarization maintaining optical fiber.
  • the stress applying member 38 can also have a silica glass force containing boron. Since silica glass containing boron has a larger coefficient of thermal expansion than pure silica glass, tensile stress is generated in the stress applying member 38 when the optical fiber member is drawn to produce the optical fiber. As a result, stress is applied in the direction in which the stress applying member 38 of the core 35 is provided.
  • ⁇ ⁇ is the refractive index ncl30 of cladding 36 and the minimum or maximum refractive index nCB of stressor 38 Is defined by equation (9).
  • ⁇ B [(ncB-ncl30) / ncB] X 100 (%) (9)
  • ⁇ is larger than 0.1% and smaller than 0.1%, the difference in the refractive index between the stress applying member 38 and the clad 36 is too small, and the position of the stress applying member 38 is optically recognized. It becomes difficult to do.
  • the optical fibers are connected to each other in order to transmit the signal light while maintaining the polarization. It is necessary to connect the stress applying members in the same position. Therefore, in the nonlinear optical fiber 30 according to the third embodiment, in order to make it easy to optically recognize the position of the stress applying member 38 when connecting to another optical fiber, ⁇ is ⁇ 0.1. % Or less or 0.1% or more, more preferably 0.8% or more and 0.2% or less.
  • the nonlinear optical fiber 30 has good polarization maintaining characteristics because the polarization crosstalk at a wavelength of 1550 nm is -20 dB or less per 100 m length.
  • non-linear optical fibers 301 to 303 according to the present invention were manufactured. These nonlinear optical fibers 301 to 303 each have the structure and refractive index profile file shown in FIGS.
  • various characteristics such as the chromatic dispersion value are changed by changing the outer diameter d32 of the core by changing the outer diameter of the clad during manufacturing.
  • FIG. 29 shows measured values of various characteristics of the nonlinear optical fibers 301 to 303 in Examples 10 to 12.
  • chromatic dispersion, dispersion slope, loss, effective core area, nonlinear coefficient, and crosstalk are values at a wavelength of 1550 nm.
  • Crosstalk is a measurement value converted to a value per 100 m in length.
  • the effective core cross-sectional area, cut-off wavelength, core layer outer diameter, cladding outer diameter, and coating outer diameter are average values of values measured at both ends of the manufactured nonlinear optical fiber.
  • the nonlinear optical fibers 301 to 303 all have a cutoff wavelength of 15. It was less than OOnm.
  • the absolute value of chromatic dispersion is 5 psZnmZkm or less
  • the absolute value of chromatic dispersion slope is 0.02 psZnm 2 Zkm or more and 0.06 psZnm 2 Zkm or less as characteristics at a wavelength of 1550 nm.
  • the nonlinear coefficient is a 40 X 10- 1Q ZW above
  • the transmission loss 1 is a 5dBZkm less
  • polarization crosstalk was 20dB or less per length 100 m.
  • FIG. 30 is a graph showing measurement results of fluctuations in the wavelength dispersion in the longitudinal direction of the nonlinear optical fiber 303.
  • the horizontal axis represents the position of the optical fiber end force, and the vertical axis represents the wavelength dispersion.
  • the fluctuation range of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber at the wavelength of 1550 nm was 0.13 psZnmZkm or less per lkm at the maximum.
  • FIG. 31 is a diagram schematically showing a nonlinear optical device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the nonlinear optical device 40 according to the fourth embodiment is a waveform shaping device similar to that disclosed in Patent Document 1, and includes an optical input unit 41, an optical output unit 42, an optical input unit 41, and an optical device.
  • the present invention which is provided between the output units 42, generates SPM by the pulsed light input from the optical input unit 41, soliton-converts the pulsed light, and outputs the waveform-shaped soliton light to the optical output unit 42 Nonlinear optical fibers 43a to 43e.
  • optical nonlinearities 44a to 44e with low optical nonlinearity used for ordinary optical transmission lines are alternately arranged with nonlinear optical fibers 43a to 43e. Then, the length of each optical fiber is adjusted to balance nonlinearity and chromatic dispersion, thereby realizing a waveform shaping function by soliton conversion. Since the nonlinear optical device 40 uses the nonlinear optical fibers 43a to 43e of the present invention whose chromatic dispersion characteristics are stable in the longitudinal direction of the optical fiber, SPM is efficiently generated, and the length of the nonlinear optical fiber is reduced. Even if it is short, waveform shaping can be performed efficiently. [0114] (Embodiment 5)
  • FIG. 32 is a diagram schematically showing an optical signal processing device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • An optical signal processing device 50 according to the fifth embodiment is a wavelength conversion device similar to that disclosed in Patent Document 2, and includes an optical signal input unit 51, an optical signal processing unit 56, and an optical signal output unit. With 52.
  • the optical signal processing unit 56 includes the nonlinear optical fiber 53 of the present invention, a pumping light source 55 that outputs pumping light, and an optical multiplexer 54 that combines the pumping light and the signal light and inputs them to the nonlinear optical fiber. Have. Then, the signal light input from the signal light input unit 51 is input to the optical signal processing unit 56.
  • the signal light is combined with the pumping light by the optical multiplexer 54 and input to the nonlinear optical fiber 53, and the signal light is differentiated by using the FWM generated in the nonlinear optical fiber 53 by the pumping light.
  • the wavelength is converted into a wavelength, and the wavelength-converted signal light is output from the optical signal output unit 52. Since the optical signal processing device 50 uses the nonlinear optical fiber 53 of the present invention whose chromatic dispersion value is stably small in the longitudinal direction of the optical fiber, the wavelength conversion is efficiently performed even if the length of the nonlinear optical fiber is short. It can be performed.
  • the buffer core layers 14 to 34 may be formed with two or more forces. Further, the central core portion and the buffer core layer may have a force step type refractive index profile that has an ⁇ type refractive index profile.
  • the nonlinear optical fiber, the nonlinear optical device, and the optical signal processing apparatus that are useful in the present invention can be suitably used in a high-speed, large-capacity optical fiber communication system.

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Abstract

　中心コア部と、前記中心コア部の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低いコア層と、前記中心コア部と前記コア層との間に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率の高い１以上の緩衝コア層と、を有するコアと、前記コア層の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率が高いクラッドと、を有し、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１８μｍ2以下である。これによって、光学非線形性が高くても、長手方向で波長分散特性が安定しており非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバ、およびこの非線形光ファイバを用いた非線形光デバイス、ならびにこの非線形光ファイバを用いた光信号処理装置を提供する。

Description

明 細 書
非線形光ファイバおよび非線形光デバイスならびに光信号処理装置 技術分野
[0001] 本発明は、非線形光ファイバ、およびこの非線形光ファイバを用いた非線形光デバ イス、ならびにこの非線形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。 背景技術
[0002] 近年、インターネットトラフィックの増大に伴 、、光ファイバ通信システムを用いた情 報通信の更なる高速化、大容量ィ匕が求められている。この高速化、大容量化を実現 するためには、光ファイバ通信システムにお 、て用いられる光信号処理技術の高速 化や光増幅技術の広帯域化が必要となる。
[0003] 従来の光信号処理技術としては、光信号を一旦電気信号に変換し、変換された電 気信号を電気デバイスにより信号処理して、信号処理した電気信号を再び光信号に 変換する方法が一般的である。この方法では光信号を一旦電気信号に変換しなけ ればならないため、信号処理速度が電気デバイスの応答速度に制限される。しかし、 近年要求されて!、る信号処理速度の高速化に対して、従来の電子デバイスの応答 速度は限界に近づきつつある。
[0004] これに対して、光信号を光のまま信号処理する全光信号処理技術が注目されて!/、 る。全光信号処理技術は、光信号を電気信号に変換することなぐ光デバイスにより 直接信号処理する技術である。光デバイスの応答速度は電子デバイスの応答速度よ りも高速であるため、全光信号処理技術を用いれば、信号処理速度の一層の高速化 が可能である。
[0005] 全光信号処理技術に用いられる光デバイスには、光信号を伝送する光ファイバ内 で発生する非線形光学現象を利用した非線形光デバイスがある。光ファイバ内で発 生する非線形光学現象を利用した非線形光デバイスは、非線形光学現象は高速で 応答するために光信号の高速処理が可能であると同時に、伝送損失の小さい光ファ ィバを利用するものであるから光信号の損失も小さくできるため、近年特に注目され ており、光信号処理装置への適用が検討されている。 [0006] 光ファイバ内で生ずる非線形光学現象としては四光波混合 (FWM)、自己位相変 調 (SPM)、相互位相変調 (XPM)、誘導プリリュアン散乱 (SBS)、誘導ラマン散乱 (SR S)などが挙げられる。これらの中で FWMは波長変翻や光パラメトリック増幅器 (OP A)などに利用されている。また、 SPM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 (特許文献 1、 2)。
[0007] このような光ファイバ内での非線形光学現象を利用した非線形光デバイスの実現に は、光ファイバ内で効率良く非線形光学現象を発生させることができる光フアイノ^す なわち高 、光学非線形性を有する非線形光ファイバの実現が重要となる。光フアイ バの光学非線形性を高くするには、例えばコアとクラッドとの比屈折率差を大きくする ことで、光ファイバの有効コア断面積 A を小さくする方法がある。なお、高い光学非 eff
線形性を有する非線形光ファイバとしては、特許文献 3、 4に開示されたものがある。
[0008] 特許文献 1：特開 2004— 117590号公報
特許文献 2：特開 2005 - 301009号公報
特許文献 3 :特開 2002— 207136号公報
特許文献 4：特開 2003 - 177266号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] FWMや SPMなどの非線形光学現象を効率よく利用するには、高い光学非線形 性を有するだけでなぐ光信号が光ファイバ中を伝搬する方向、すなわち光ファイバ の長手方向にぉ 、て安定した波長分散特性を有する非線形光ファイバが必要であ る。特に、 FWMを利用するには、 FWMの発生効率を長い距離に渡って高いものと するために、非線形光ファイバの長手方向で波長分散の絶対値が安定して小さいこ とが重要である。なお、光ファイバの波長分散特性は、主に、コア及びクラッドの構造 や屈折率プロファイルにより定まるものである。
[0010] し力しながら、従来の光ファイバは、光ファイバの製造時に、製造条件のゆらぎによ り光ファイバの長手方向でコアの直径が変動してしまうので、波長分散特性が長手方 向で安定した光ファイバを製造するのは困難であった。特に、特許文献 3、 4に開示 された屈折率プロファイルを有する非線形光ファイバは、光学非線形性が高 、ものの 、コアの直径の変化に対する波長分散値の変化が大きい。したがって、特許文献 3、 4に開示された屈折率プロファイルを有し、かつ波長分散特性が長手方向で安定し た非線形光ファイバを製造するのは困難であった。
[0011] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、長手方向で波長分散特性が安定 しており非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバ、およびこの非線形 光ファイバを用いた非線形光デバイス、ならびにこの非線形光ファイバを用いた光信 号処理装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0012] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る非線形光ファイバは 、中心コア部と、前記中心コア部の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低 いコア層と、前記中心コア部と前記コア層との間に形成され前記中心コア部よりも屈 折率が低くかつ前記コア層よりも屈折率の高い 1以上の緩衝コア層と、を有するコアと
、前記コア層の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よ りも屈折率が高いクラッドと、を有し、波長155011111にぉける有効コァ断面積が18 m2以下であることを特徴とする。
[0013] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記コアは、前記コ ァ層と前記クラッドとの間に形成され前記クラッドよりも屈折率が高い付加コア層を有 することを特徴とする。
[0014] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記中心コア部の直 径に対する前記緩衝コア層の外径の比が 1. 2以上 2. 0以下であることを特徴とする
[0015] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記中心コア部の前 記クラッドに対する比屈折率差が 1. 8%以上であることを特徴とする。
[0016] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記中心コア部の直 径に対する前記コア層の外径の比が 2. 5以上であることを特徴とする。
[0017] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記コア層の前記ク ラッドに対する比屈折率差が 1. 2以上 0. 2%以下であることを特徴とする。
[0018] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明にお!、て、前記緩衝コア層の前 記クラッドに対する比屈折率差が 0. 1以上 0. 6%以下であることを特徴とする。
[0019] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける長手方向での波長分散の変動幅が長さ lkmあたり IpsZnmZkm以下であるこ とを特徴とする。
[0020] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、長手方向での零分 散波長の変動幅が長さ lkmあたり 30nm以下であることを特徴とする。
[0021] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける波長分散の絶対値が 5psZnmZkm以下であることを特徴とする。
[0022] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける波長分散の絶対値が IpsZnmZkm以下であることを特徴とする。
[0023] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける波長分散の絶対値が 5psZnmZkm以下の範囲において、前記コア層の外径 力 Sl%変動したときの波長 1550nmにおける波長分散の変動力 0. 7ps/nm/km 以下であることを特徴とする。
[0024] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける波長分散スロープの絶対値が 0. 02以上 0. 06psZnm2Zkm以下であることを 特徴とする。
[0025] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける非線形係数力 0 X 10_1°ZW以上であることを特徴とする。
[0026] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、カットオフ波長が 15
OOnm未満であることを特徴とする。
[0027] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける伝送損失が 1. 5dBZkm以下であることを特徴とする。
[0028] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける偏波モード分散が 0. 2psZkm1/2以下であることを特徴とする。
[0029] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明にお 、て、前記クラッドの前記 中心コア部を挟む両側に、応力付与部材が設けられたものであることを特徴とする。
[0030] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、波長 1550nmにお ける偏波クロストークが長さ 100mあたり一 20dB以下であることを特徴とする。
[0031] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記クラッドの外径 力 S 100 m以下であることを特徴とする。
[0032] また、本発明に係る非線形光ファイバは、上記発明において、前記クラッドの周囲 に形成された被覆を有し、前記被覆の外径が 150 m以下であることを特徴とする。
[0033] また、本発明に係る非線形光デバイスは、光を入力する光入力部と、光を出力する 光出力部と、前記光入力部と前記光出力部の間に設けられ前記光入力部力 入力 した光によって非線形光学現象を生じさせて前記光出力部に出力する本発明に係る 非線形光ファイバと、を有することを特徴とする。
[0034] また、本発明に係る光信号処理装置は、光信号を入力する光信号入力部と、本発 明に係る非線形光ファイバを有し、前記非線形光ファイバ中で発生した非線形光学 現象を用いて前記光信号入力部から入力した光信号を信号処理する光信号処理部 と、前記信号処理された光信号を出力する光信号出力部と、を有することを特徴とす る。
発明の効果
[0035] 本発明に係る非線形光ファイバによれば、非線形光ファイバの製造時に、製造条 件のゆらぎにより光ファイバの長手方向でコアの直径が変動しても、中心コア部とコア 層との間に形成され中心コア部よりも屈折率が低くかつコア層よりも屈折率の高い 1 以上の緩衝コア層を有することによって、長手方向でのコアの直径の変動による波長 分散特性の変動が緩和される。したがって、長手方向で波長分散特性が安定してお り非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバが実現できるという効果を 奏する。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表し た図である。
[図 2]図 2は、本発明の実施の形態 1に係る非線形光ファイバの屈折率プロファイルを 模式的に表した図である。
[図 3]図 3は、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径を 1%変化 させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、カツ eff トオフ波長えを算出した結果を示す図である。
[図 4]図 4は、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径を 1%変化 させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、カツ eff トオフ波長えを算出した結果を示す図である。
[図 5]図 5は、 Rail, Ral2以外のパラメータを固定して、 Rall、 Ral2を変化させた ときの波長分散値の変化 Δ ϋを比較した結果を示す図であって、 Δ 11を 3. 0とした
0
場合を示す図である。
[図 6]図 6は、 Rail, Ral2以外のパラメータを固定して、 Rall、 Ral2を変化させた ときの波長分散値の変化 Δ ϋを比較した結果を示す図であって、 Δ 11を 2. 4とした
0
場合を示す図である。
[図 7]図 7は、 Rail, Ral2以外のパラメータを固定して、 Rall、 Ral2を変化させた ときの波長分散値の変化 Δ ϋを比較した結果を示す図であって、 Δ 11を 1. 8とした
0
場合を示す図である。
[図 8]図 8は、図 6に示す場合とは Δ 12が異なる場合を示す図である。
[図 9]図 9は、図 6に示す場合とは Δ 12が異なる場合を示す図である。
[図 10]図 10は、図 5に示す場合において Δ 14を変化させた場合を示す図である。
[図 11]図 11は、従来型の非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した 図である。
[図 12]図 12は、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径を 1 %変 化させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、 eff カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。
[図 13]図 13は、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径を 1 %変 化させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、 eff カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。
[図 14]図 14は、本発明の実施例 1〜6の非線形光ファイバの特性を示す図である。
[図 15]図 15は、非線形光ファイバの長手方向での波長分散の変動の測定結果を示 すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。 [図 16]図 16は、非線形光ファイバの長手方向での零分散波長の変動の計算結果を 示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は零分散波長を示す。
[図 17]図 17は、本発明の実施の形態 2に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表 した図である。
[図 18]図 18は、本発明の実施の形態 2に係る非線形光ファイバの屈折率プロフアイ ルを模式的に表した図である。
[図 19]図 19は、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径を 1 %変 化させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、 eff カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。
[図 20]図 20は、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径を 1%変 化させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、 eff カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。
[図 21]図 21は、従来型の非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表した 図である。
[図 22]図 22は、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径を 1%変 化させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、 eff カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。
[図 23]図 23は、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径を 1%変 化させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、 eff カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。
[図 24]図 24は、本発明の実施例 7〜9の非線形光ファイバの特性を示す図である。
[図 25]図 25は、非線形光ファイバの長手方向での波長分散の変動の測定結果を示 すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。
[図 26]図 26は、非線形光ファイバの長手方向での零分散波長の変動の計算結果を 示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は零分散波長を示す。
[図 27]図 27は、本発明の実施の形態 3に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表 した図である。
[図 28]図 28は、本発明の実施の形態 3に係る非線形光ファイバの屈折率プロフアイ ルを模式的に表した図である。
[図 29]図 29は、本発明の実施例 10〜12の非線形光ファイバの特性を示す図である
[図 30]図 30は、非線形光ファイバの長手方向での波長分散の変動の測定結果を示 すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は波長分散を示す。
[図 31]図 31は、本発明の実施の形態 4に係る非線形光デバイスを模式的に表した図 である。
[図 32]図 32は、本発明の実施の形態 5に係る光信号処理装置を模式的に表した図 である。
符号の説明
10〜30 非線形光ファイバ
11〜31 中心コア部
12〜32 コア層
23、 33 付カロコア層
14〜34 緩衝コア層
15〜35 コア
16〜36 クラッド
17〜37 被覆
38 応力付与部材
40 非線形光デバイス
41 光入力部
42 光出力部
43a〜43e 非線形光ファイバ
44a〜44e 光ファイノ
50 光信号処理装置
51 光信号入力部
52 光信号出力部
53 非線形光ファイバ 54 光合波器
55 励起光源
56 光信号処理部
発明を実施するための最良の形態
[0038] 以下に、図面を参照して本発明に係る非線形光ファイバの実施の形態を詳細に説 明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付する。また、この 実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
[0039] (実施の形態 1)
本発明の実施の形態 1に係る非線形光ファイバについて説明する。図 1は、本発明 の実施の形態 1に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した図であり、図 2は、 本発明の実施の形態 1に係る非線形光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に表 した図である。図 1および 2に示すように、本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10 は、中心コア部 11と、中心コア部 11の周囲に形成され中心コア部 11よりも屈折率が 低いコア層 12と、中心コア部 11とコア層 12との間に形成され中心コア部 11よりも屈 折率が低くかつコア層 12よりも屈折率の高い緩衝コア層 14とを有するコア 15と、コア 層 12の周囲に形成され中心コア部 11よりも屈折率が低くかつコア層 12よりも屈折率 が高いクラッド 16とを有し、波長 1550nmにおける有効コア断面積が 18 /z m2以下で ある。また、非線形光ファイバ 10は、クラッド 16の周囲に形成された被覆 17を有する
[0040] コア 15及びクラッド 16は SiOガラスをベースとするものである。コア 15については、
2
屈折率を調整するために添加する GeOや F元素などの屈折率調整用ドーパントの
2
添加量や半径方向の添加量の分布などを調整して、所望の形状の屈折率プロフアイ ルを形成できる。この際、 GeOを添加すると屈折率を高くし、 F元素を添加すると屈
2
折率を低くすることができる。クラッド 16については、実質的に純 SiOガラスからなる
2
力 GeOや F元素などの屈折率調整用ドーパントを添加して、所望の屈折率としても
2
良い。なお、実質的に純 SiOガラス力もなるとは、屈折率調整用ドーパントを含まな
2
いことを意味し、屈折率に影響を及ぼさない C1元素などはふくまれていてもよい。ま た、被覆 17は、通常は 2層の紫外線硬化型榭脂からなるものである。 [0041] クラッド 16の外径は通常は 125 μ mであるが、 100 μ m以下にすることもできる。そ の場合、非線形光ファイバ 10をボビンなどに卷回する場合の直径を小さくできる。ま た、被覆 17の外径は通常は 250 mである力 クラッドの外径を小さくすることで、 15 0 m以下〖こすることもできる。その場合、非線形光ファイバ 10の体積が小さくなる。 したがって、非線形光ファイバ 10を小径のボビンに卷回して筐体に収容すれば、小 型の非線形光デバイスが実現できる。
[0042] また、図 2に示すように、非線形光ファイバ 10において、中心コア部 11は直径が dl 1であって、屈折率プロファイル 11aを有し、最大屈折率は ncl lである。コア層 12は 外径が dl2であって、屈折率プロファイル 12aを有し、最小屈折率は ncl2である。緩 衝コア層 14は外径が dl4であって、屈折率プロファイル 14aを有し、最大屈折率は n cl4である。クラッド 16は屈折率プロファイル 16aを有し、屈折率は ncllOである。な お、 ngは純 SiOガラスの屈折率である。
2
[0043] ここで、非線形光ファイバ 10の屈折率プロファイルを特徴づけるプロファイルパラメ ータを定義する。まず、コア層 12の外径 dl2に対する中心コア部 11の直径 dl lの比 である dllZdl2を Ral l、コア層 12の外径 dl2に対する緩衝コア層 14の直径 dl4 の比である dl4Zdl2を Ral2と定義する。次に、クラッド 16に対する中心コア部 11 の最大比屈折率差を Δ 11、クラッド 16に対するコア層 12の最小比屈折率差を Δ 12 、クラッド 16に対する緩衝コア層 14の最大比屈折率差を Δ 14と定義する。また、純 S iOガラスの屈折率に対するクラッドの比屈折率差を Δ cladとする。クラッドが実質的
2
に純 SiOガラス力もなる場合は、 A cladは 0%である。本明細書においては、 Δ 11、
2
Δ 12、 Δ 14、 厶じ1&(1は、式（1)〜（4)で定義する。
[0044] A l l = [(ncl l -ncllO) /ncl l] X 100 (%) (1)
[0045] Δ 12 = [(ncl2-ncll0) /ncl2] X 100 (%) (2)
[0046] Δ 14 = [(ncl4-ncll0) /ncl4] X 100 (%) (3)
[0047] Δ clad=[ (ncllO-ng) /ncllO] X 100 (%) (4)
[0048] 非線形光ファイバ 10においては、中心コア部 11の直径に対する緩衝コア層 14の 外径の比、つまり dl4Zdllは 1. 2以上 2. 0以下である。また、 Δ 11は 1. 8%以上 であり、より好ましくは 2. 2%以上である。また、中心コア部 11の直径に対するコア層 12の外径の比、つまり dl2Zdllは 2. 5以上であり、より好ましくは 3. 0以上である。 また、 Δ 12は—1. 2以上—0. 2%以下であり、より好ましくは 1. 2以上—0. 4% 以下である。また、 Δ 14は 0. 1以上 0. 6%以下であり、より好ましくは 0. 3以上 0. 6 %以下である。
[0049] また、中心コア部 11、緩衝コア層 14は、いわゆる α型の屈折率プロファイルを有し 、 α値としてそれぞれ α 11、 α 14を有する。 α値とは、屈折率プロファイルの形状を 表す指数であり、式 (5)、式 (6)で定義される。 α値が大きくなるほど、コアの屈折率 プロファイルの中央部が丸みを持つ、すなわち、三角形から四角形に移行していくこ とになる。
[0050] n (r) =ncl l2{ 1 - 2 ( Δ 11/100) - (2r/dl l) '~ α 11 } (5)
ただし、 0≤r<dllZ2
[0051] n (r) =ncl42{ 1— 2 ( Δ 14/100) · ( (r— rl4max) / (dl4/2-rl4max) ) ~ a
14} (6)
ただし、 rl4max≤r< dl4/2
[0052] ここで、 rは光ファイバの中心からの半径方向の位置を示す。また、 rl4maxとは、 d llZ2≤r< dl4Z2の範囲で、クラッド 16に対する比屈折率差が最も大きい点にお ける光ファイバの中心からの半径方向の位置であり、 rl4maxが 1点ではなく広範囲 に及ぶ場合は、その中での中心の点とする。図 2においては、 rl4max=dllZ2で ある。また、 n (r)は位置 rにおける屈折率を表す。また、記号「」はべき乗を表す記号 である。
[0053] また、非線形光ファイバ 10の伝送特性については、波長 1500nm以上の信号光を シングルモードで伝送させるために、カットオフ波長は 1500nm未満である。また、長 手方向の零分散波長の変動幅は長さ lkmあたり 30nm以下であり、波長 1550nmに おいて長手方向での波長分散の変動幅は長さ lkmあたり IpsZnmZkm以下であ るから、光ファイバ長を長くしても波長分散特性が長手方向で安定しており、非線形 光学現象を効率よく利用できる。また、波長 1550nmにおいて波長分散の絶対値は 5psZnmZkm以下であり、より好ましくは IpsZnmZkm以下であるから、 FWMな どの非線形光学現象の発生効率が高い。また、波長 1550nmにおける波長分散の 絶対値が 5psZnmZkm以下の範囲にお!、て、コア層 12の外径が 1 %変動したとき の波長 1550nmにおける波長分散の変動は 0. 7psZnmZkm以下であるから、波 長分散の絶対値が長手方向で安定して小さい光ファイバとなる。また、波長 1550η mにおいて波長分散スロープの絶対値は 0. 02以上 0. 06psZnm2Zkm以下であ るから、広い波長帯域で波長分散の絶対値が小さい光ファイバとなる。また、波長 15 50nmにおいて伝送損失は 1. 5dBZkm以下であるから、光の損失が小さく非線形 光学現象の発生効率が高い。また、波長 1550nmにおいて偏波モード分散は 0. 2p sZkm1/2以下であるから、信号光が短パルス光であっても光ファイバを伝搬する間の パルス波形の劣化が抑制される。また、波長 1550nmにおける非線形係数は 40 X 1 0_1°ZW以上であるから、非線形光学現象の発生効率が高!、。
[0054] なお、本明細書においては、カットオフ波長（λ )とは、 ITU— Τ (国際電気通信連 合) G. 650. 1で定義するファイバカットオフ波長をいう。その他、本明細書で特に定 義しない用語については ITU— T G. 650. 1における定義、測定方法に従うものと する。また、本明細書において用いる非線形係数 (n /A )は、 XPM法による測定
2 eff
値である。
[0055] 次に、本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10の特性を、シミュレーション結果 をもとに説明する。最初に、非線形光ファイバの屈折率プロファイルと長手方向での 波長分散安定性との関係について説明する。光ファイバの長手方向での波長分散 安定性とは、長手方向でコアの直径が変動したときに、波長分散値がどれだけ変動 するかということであり、コアの直径の変化に対する波長分散値の変化で見積もること ができる。
[0056] そこで、図 2に示す屈折率プロファイルを有する非線形光ファイバ 10について、伝 搬する光の電界分布から、コア 15の直径を変化させたときの波長分散値の変化をシ ミュレーシヨンにより算出した。このシミュレーションにおいては、コア 15の直径は、コ ァ層 12の外径 dl 2に対する中心コア部 11の直径 dl 1の比である Ral 1と、コア層 12 の外径 dl2に対する緩衝コア層 14の外径 dl4の比である Ral2とを一定としたまま、 コア層 12の外径 dl2を変化させることにより変化させた。
[0057] ここで、コア層 12の外径 dl2が 1%変化したときの波長分散値の変化 A D[ (psZn mZkm)Z%]は、式（7)により定義される。
[0058] AD=((D — D )/(dl2 — dl2 )) Xdl2/100 (7)
+1 - 1 +1 - 1
[0059] ここで、 D はコア層 12の外径が dl2 のときの波長分散値であり、 D はコア層 12
+1 +1 - 1
の外径が dl2 のときの波長分散値をあらわす。ただし、 dl2 =dl2+ δ、 dl2 =d
- 1 +1 - 1
12- δである。 δはコア層 12の外径の変化量である。
[0060] 図 3は、シミュレーションにおいて用いるプロファイルパラメータを、 Rall = 0.20、
Δ11 = 3.0、 all = 3、Ral2 = 0.25、 Δ14 = 0.3、 α14 = 6、 Δ12=— 0.6と して、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層 12の外径 dl2を 1%変化 させたときの波長分散値の変化 AD、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、カツ eff トオフ波長えを算出した結果を示す図である。図 3が示すように、コア層 12の外径 d 12が 20.6 mのときに波長分散値 Dの絶対値力もっとも小さくなる力 このときの波 長分散値の変化 ADは 0.52[(psZnmZkm)Z%]であり、後述する従来の非線 形光ファイバにおける値よりも十分に小さい値となる。
[0061] また、図 4ίま、プロフアイノレノ ラメータを、 Rail =0.40、 Δ11 = 3.0、 all = 3、R al2 = 0.55、 Δ14 = 0.3、 α14 = 6、 Δ12=— 0.6として、波長分散値 D力 Ops/ nmZkmになる近傍でコア層 12の外径 dl 2を 1%変化させたときの波長分散値の変 化 AD、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、カットオフ波長えを算出した結果 eff c
を示す図である。図 4が示すように、コア層 12の外径 dl2が 10. のときに波長 分散値 Dの絶対値力もっとも小さくなる力 このときの波長分散値の変化 ADは 0.47 [ (ps/nm/km) Z%]であり、後述する従来の非線形光ファイバにおける値よりも 十分に小さい値となる。
[0062] 次に、図 2に示す屈折率プロファイルを有する非線形光ファイバ 10について、さま ざまなプロファイルパラメータを用いて、コアの直径を 0. 1 μ mずつ変化させ、各直径 での波長分散値から波長分散値の変化 Δ Dを算出し、波長分散の絶対値が最も小 さい直径での波長分散値の変化 ADを比較した。
0
[0063] 図 5〜9は、 Rall、 Ral 2以外のパラメータを固定して、 Rall、 Ral2を変化させた ときの、波長分散の絶対値が最も小さい直径での波長分散値の変化 ADを比較した
0 結果を示す図である。図 5〜7は Δ11をそれぞれ 3.0、 2.4、 1.8とした場合を示し 、図 8、 9はそれぞれ、図 6に示す場合とは Δ 12が異なる場合を示し、図 10は、図 5に 示す場合において Δ 14を変化させた場合を示す。これらの結果は、 ADは、 Ral2
0 と Railの比、つまり緩衝コア層 14の外径 dl4と中心コア部 11の直径 dllとの比 dl4 /dllに依存して変化し、 dl4Zdll力 .0以下の範囲では、 dl4Zdll力 S大きい ほど ADが小さくなることを示す。
0
[0064] しかし、 dl4Zdllを大きくするとカットオフ波長が大きくなるというトレードオフの関 係があるので、カットオフ波長が信号光波長よりも小さくなるような範囲で dl4Zdll を大きくする必要がある。また、 dl4Zdllを大きくすると有効コア断面積が大きくなる というトレードオフの関係があるので、高い非線形性を維持するため、有効コア断面 積が 18/zm2以下となるような範囲で dl4Zdllを大きくする必要がある。一方、 dl4 Zdllが 1.2未満では、 ADはあまり小さくならないので、光ファイバの長手方向で
0
の波長分散特性が安定したものとはならない。
[0065] しかし、本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10は、 dl4Zdllが 1.2以上 2.0 以下であるから、 ΔΌが十分に小さく光ファイバの長手方向での波長分散特性が安
0
定したものとなり、かつカットオフ波長が小さくなり、さらに有効コア断面積が 18 /zm2 以下となり高い非線形性を有するものとなる。
[0066] また、 dl4Zdllを大きくするとカットオフ波長が大きくなるというトレードオフの関係 があるのに加えて、 Δ 11ある 、は Δ 12を大きくするとカットオフ波長が大きくなると ヽ うトレードオフの関係があるので、所定の Δ 11と Δ 12に対してカットオフ波長が信号 光波長よりも小さくなるような範囲で dl4Zdllを大きくする必要がある。例えば、 Δ1 1力 3.0%、厶12カー0.6%の場合は、 dl4/dll力 4より大き!/、とカットオフ波 長力 Sl500nm以上になってしまうので、 dl4/dllは 1.2以上 1.4以下とすること力 S より好まし 、。
[0067] また、 Δ 11を小さくしたり Railを大きくしたりすると ADが大きくなるというトレード
0
オフの関係があるので、所定の Δ 11と Railに対して ADが十分小さくなるような範
0
囲で dl4Zdllを大きくする必要がある。例えば、 Δ11が 2.4%、 Δ12が— 0.6% 、 Rail力^).4の場合は、 dl4/dll力 7より大き!/、とカツ卜オフ波長力 l500nm以 上になってしまい、 dl4Zdll力 3より小さいと AD力^).7[(ps/nm/km)/% ]より大きくなつてしまうので、 dl4Zdllは 1. 3以上 1. 7以下であることが好ましい。
[0068] また、 Δ 11が 1. 8%未満であると、 Δ Όが大きくなるだけでなぐ有効コア断面積を
0
18 μ m2以下にするのが困難となる力 本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10は Δ 11が 1. 8%以上であるから、 A Dが十分に小さく光ファイバの長手方向での波長
0
分散特性が安定したものとなり、かつ有効コア断面積を容易に 以下とでき高 い非線形性を維持できる。さらに本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10は、好ま しくは Δ 11が 2. 2%以上であるから、有効コア断面積が容易に 15 /z m2以下とでき一 層高 、非線形性を維持でき、非線形光学現象の発生効率を高めることができる。
[0069] また、 Rall、すなわち dllZdl2が 0. 4より大きいと、 A Dが大きくなるだけでなく
0
、有効コア断面積も大きくなる力 本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10は dl2 Zdl lが 2. 5以上、より好ましくは 3. 0以上であるから、 Railが 0. 4以下となるので 、 Δ Όが十分に小さく光ファイバの長手方向での波長分散特性が安定したものとなり
0
、かつ有効コア断面積を小さくでき高 、非線形性を維持できる。
[0070] また、 Δ 12を大きくすると、カットオフ波長が大きくなるだけでなぐ有効コア断面積 も大きくなる。そして Δ 12が— 0. 2%より大きいと、カットオフ波長を 1500nm未満に するのが困難になる。また、 12をー1. 2%未満にするのは製造上困難である。し かし、本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10は、 Δ 12が— 1. 2%以上— 0. 2% 以下、より好ましくは 1. 2%以上 0. 4%以下であるから、カットオフ波長を容易に 1500nm未満にでき、製造も容易であり、かつ有効コア断面積を小さくでき高い非線 形性を有するものとなる。
[0071] また、 Δ 14を大きくするほど Δ Dは小さくなるが、 Δ 14力 . 6%より大きくなると、
0
光ファイバの製造時に緩衝コア層 14に気泡が混入し生産性が悪ィ匕しやすくなる。ま た、 Δ 14力 . 1%未満では緩衝コア層 14による A Dの低減効果が得られなくなる。
0
しかし、本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10は Δ 14が 0. 1%以上 0. 6%以 下、より好ましくは 0. 3%以上 0. 6%以下であるから、生産性が高ぐ Δ Όの低減効
0 果が顕著に得られる。
[0072] 次に、比較のため、緩衝コア層を有しない従来型の非線形光ファイバにおける光の 電界分布から、コアの直径を変化させたときの波長分散値力 sOpsZnmZkmになる 近傍での波長分散値の変化をシミュレーションにより算出した。この従来型の非線形 光ファイバは、図 11に示すように、直径が dirであり α形の屈折率プロファイル 11a 'を有し最大屈折率が ncl である中心コア部と、中心コア部の周囲に形成され中心 コア部よりも屈折率が低く外径が dl2 'であり屈折率プロファイル 12a'を有し最小屈 折率カ¾じ12'であるコア層とを有するコアと、コア層の周囲に形成され中心コア部より も屈折率が低くかつコア層よりも屈折率が高く屈折率プロファイル 16 を有し屈折率 が ncll(Tであるクラッドとを有するものである。シミュレーションにおいて、コアの直径 は、コア層 (ディプレストコアとも呼ばれる)の外径 (112Ίこ対する中心コア部 (センター コアとも呼ばれる)の直径 dirの比である Ral を一定としたまま、コア層の外径 dl 2'を変化させることにより変化させた。
[0073] 図 12は、シミュレーションにおいて用いるプロファイルパラメータを、図 3に示す場合 と同様に、 Rai:T =0. 20、 Δ 11' = 3. 0、 a l l' = 3, Δ 12' = -0. 6として、波長 分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径 dl 2 'を 1 %変化させたときの 波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、カットオフ波長 eff
λを算出した結果を示す図である。図 12が示すように、コア層の外径 dl2'が 21. 1 μ mのときに波長分散値 Dの絶対値力 Sもっとも小さくなるが、このときの波長分散値の 変ィ匕 A Dは 0. 68[ (psZnmZkm) Z%]である。この値は、図 3に示した緩衝コア層 14を有する本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10における A Dの値である 0. 5
2[ (psZnmZkm) Z%]より大きい。
[0074] また、図 13は、プロファイルパラメータを、図 4に示す場合と同様に、 Ral =0. 4 0、 Δ 11' = 3. 0, a l = 3、 Δ 12' = -0. 6として、波長分散値 D力 SOps/nm/k mになる近傍でコア層の外径 を 1%変化させたときの波長分散値の変化 Δ D、 波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、カットオフ波長えを算出した結果を示す eff c
図である。図 13が示すように、コア層の外径 dl2'が 10. のときに波長分散値 Dの絶対値力もっとも小さくなる力 このときの波長分散値の変化 A Dは 0. 70 [ (ps/ nmZkm) Z%]である。この値は、図 4に示した緩衝コア層 14を有する本実施の形 態 1に係る非線形光ファイバ 10における A Dの値である 0. 47[ (ps/nm/km) / %]より大きい。 [0075] 以上のことから、本実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10は、非線形光ファイバ の製造時に、製造条件のゆらぎにより光ファイバの長手方向でコアの直径が変動し ても、中心コア部とコア層との間に形成され中心コア部よりも屈折率が低くかつコア層 よりも屈折率の高い 1以上の緩衝コア層を有することによって、長手方向でのコアの 直径の変動による波長分散特性の変動が緩和される。したがって、長手方向で波長 分散特性が安定しており非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバが 実現できる。
[0076] 次に、本発明に係る非線形光ファイバの実施例にっ 、て、各特性値の実測結果に 基づき、具体的に説明する。
[0077] (実施例 1〜6)
実施例 1〜6として、本発明に係る非線形光ファイバ 101〜106を製造した。これら の非線形光ファイバ 101〜106は、いずれも図 1、 2に示す構造および屈折率プロフ アイルを有するものであり、プロファイルパラメータとして、 Rail =0. 22、 Δ 11 = 3. 0、 « 11 = 3. 4、Ral2 = 0. 27、 Δ 14 = 0. 4、 « 14 = 3. 6、 Δ 12=— 0. 6、 A cla d=0を有する同一のコア母材を用いて製造したものである。ただし、製造の際に、ク ラッドの外径を変化させること〖こより、コア層の外径 dl2を変化させて、波長分散値な どの諸特性を変化させたものである。
[0078] 図 14は、実施例 1〜6の非線形光ファイバ 101〜106の諸特性の実測値を示す。
なお、波長分散、分散スロープ、損失、有効コア断面積、非線形係数および偏波モ ード分散は、波長 1550nmにおける値である。また、有効コア断面積、カットオフ波 長、コア層の外径、クラッドの外径および被覆の外径は、製造した非線形光ファイバ の両端部にぉ 、て測定した値の平均値である。
[0079] 図 14に示すように、非線形光ファイバ 101〜106はいずれも、カットオフ波長は 15 OOnm未満であった。また、非線形光ファイバ 101〜106はいずれも、波長 1550nm における特性として、波長分散の絶対値は 5psZnmZkm以下であり、波長分散スロ ープの絶対値は 0. 02以上 0. 06psZnm2Zkm以下であり、非線形係数は 40 X 10 — 1QZW以上であり、伝送損失は 1. 5dBZkm以下であり、偏波モード分散は 0. 2ps Zkm1/2以下であった。また、 103〜106のクラッドの外径は 100 /z m以下であり、被 覆の外径は 150 μ m以下であった。
[0080] 次に、非線形光ファイバ 101〜106のコア層の外径と波長分散値の関係から、式（ 7)によりコア層の外径が 1%変化したときの波長分散値の変化 A Dを計算したところ 、いずれの光ファイバにおいても 0. 7 [ (psZnmZkm) Z%]以下であった。
[0081] 次に、実施例 6の非線形光ファイバ 106について、非特許文献である Optics Lette rs vol.21 ρρ.1724-1726(1996)に開示されている非線形 OTDR法により、光ファイバ の長手方向での波長分散の変動を測定した。ファイバ長は 3kmであり、測定波長は 1550nmとした。図 15は非線形光ファイバ 106の長手方向での波長分散の変動の 測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部力 の位置、縦軸は波長分散を 示す。図 15が示すように、波長 1550nmにおける光ファイバの長手方向の波長分散 の変動幅は、最大でも lkmあたり 0. 6psZnmZkm以下であった。また、図 15の測 定結果から、光ファイバの長手方向の零分散波長の変動を計算した。図 16は非線 形光ファイバ 106の長手方向での零分散波長の変動の計算結果を示すグラフであり 、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は零分散波長を示す。図 16が示すように 、光ファイバの長手方向での零分散波長の変動幅は、最大でも lkmあたり 15nm以 下であった。
[0082] (実施の形態 2)
次に、本発明の実施の形態 2に係る非線形光ファイバについて説明する。本実施 の形態 2に係る非線形光ファイバは、実施の形態 1に係る非線形光ファイバと比べて 、コアが、コア層とクラッドとの間に形成されクラッドよりも屈折率が高い付加コア層を 有する点が異なる。
[0083] 図 17は、本発明の実施の形態 2に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した 図であり、図 18は、本発明の実施の形態 2に係る非線形光ファイバの屈折率プロファ ィルを模式的に表した図である。図 17および 18に示すように、本実施の形態 2に係 る非線形光ファイバ 20は、実施の形態 1に係る非線形ファイバ 10と同様の構造を有 するが、コア 25はさらに、コア層 22とクラッド 26との間に形成されクラッド 26よりも屈 折率が高い外径が d23の付加コア層 23を有する。
[0084] また、図 18に示すように、非線形光ファイバ 20において、実施の形態 1に係る非線 形光ファイバ 10と同様の屈折率プロファイルを有する力 さらに、付加コア層 23は外 径が d23であって、屈折率プロファイル 23aを有し、最大屈折率は nc23である。
[0085] ここで、実施の形態 1に係る非線形光ファイバ 10と同様に、 d2lZd22を Ra21、 d2 4Zd22を Ra22とし、クラッド 26に対する中心コア部 21の最大比屈折率差を Δ 21、 クラッド 26に対するコア層 22の最小比屈折率差を Δ 22、クラッド 26に対する緩衝コ ァ層 24の最大比屈折率差を Δ 24とする。さらに、コア層 22の外径 d22に対する付加 コア層 23の外径 d23の itである d23/d22を Ra23とし、クラッド 26に対する付カロコ ァ層 23の最大 it屈折率差を Δ 23とする。 Δ 21、 22、 Δ 24につ!/、ては Δ 11、 Δ 1 2、 Δ 14と同様に式（1)〜（3)と同様の式が成り立つ。また、 Δ 23については式（8) が成り立つ。
[0086] Δ 23 = [ (nc23 -ncl20) /nc23] X 100 (%) (8)
[0087] 非線形光ファイバ 20において、非線形光ファイバ 10と同様に、 d24Zd21は 1. 2 以上 2. 0以下である。また、 Δ 21は 1. 8%以上であり、より好ましくは 2. 2%以上で ある。また、 d22Zd21は 2. 5以上であり、より好ましくは 3. 0以上である。また、 Δ 22 は 1. 2以上 0. 2%以下であり、より好ましくは 1. 2以上 0. 4%以下である。 また、 Δ 24は 0. 1以上 0. 6%以下であり、より好ましくは 0. 3以上 0. 6%以下である 。さらに、 Ra23、すなわち d23Zd22は 1. 2以下であり、 Δ 23は。. 3%以下である から、付加コア層の面積が小さいので、カットオフ波長を信号光波長より小さい所定 の値にすることが容易になる。
[0088] また、非線形光ファイバ 20の伝送特性については、非線形光ファイバ 10と同様に、 波長 1500nm以上の信号光をシングルモードで伝送させるために、カットオフ波長 は 1500nm未満である。また、長手方向の零分散波長の変動幅は長さ lkmあたり 3 Onm以下である。また、波長 1550nmにおいて、長手方向での波長分散の変動幅 は長さ lkmあたり IpsZnmZkm以下であり、波長分散の絶対値は 5psZnmZkm 以下であり、より好ましくは IpsZnmZkm以下である。また、波長分散の絶対値が 5 psZnmZkm以下の範囲にお!、て、コア層 22の外径が 1 %変動したときの波長 155 Onmにおける波長分散の変動は 0. 7psZnmZkm以下である。さらに、波長 1550 nmにおいて、波長分散スロープの絶対値は 0. 02psZnm2Zkm以上 0. 06ps/n m2Zkm以下であり、伝送損失は 1. 5dBZkm以下であり、偏波モード分散は 0. 2p sZkm1/2以下である。また、光学非線形性については、波長 1550nmにおける非線 形係数は 40 X 10— 1QZw以上である。
[0089] 次に、本実施の形態 2に係る非線形光ファイバ 20の特性を、シミュレーション結果 をもとに説明する。最初に、非線形光ファイバの屈折率プロファイルと光ファイバの長 手方向での波長分散安定性との関係について説明する。図 18に示す屈折率プロフ アイルを有する非線形光ファイバ 20を伝搬する光の電界分布から、コア 25の直径を 変化させたときの波長分散値の変化をシミュレーションにより算出した。このシミュレ ーシヨンにおいては、コア 25の直径は、コア層 22の外径 d22に対する中心コア部 21 の直径 d21の比 Ra21と、コア層 22の外径 d22に対する緩衝コア層 24の外径 d24の 比 Ra22と、コア層 22の外径 d22に対する付カ卩コア層 23の外径 d23の比 Ra23とを 一定としたまま、コア層 22の外径 d22を変化させることにより変化させた。
[0090] 図 19は、シミュレーションにおいて用いるプロファイルパラメータを、 Ra21 = 0. 20 、 Δ 21 = 3. 0、 « 21 = 3, Ra22 = 0. 25、 Δ 24 = 0. 4、 « 24=4, Δ 22=— 0. 6、 Ra23 = l. 2、 Δ 23 = 0. 2として、波長分散値 D力 SOpsZnmZkmになる近傍でコア 層 22の外径 d22を 1%変化させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。図 19が eff c
示すように、コア層 22の外径 d22力 2 mのときに波長分散値 Dの絶対値がもつ とも小さくなるが、このときの波長分散値の変化 A Dは 0. 53[ (ps/nm/km) /%] であり、後述する従来の非線形光ファイバにおける値よりも十分に小さい値となる。
[0091] また、図 20ίま、プロフアイノレノラメータを、 Ra21 = 0. 40、 Δ 21 = 3. 0、 « 21 = 3, Ra22 = 0. 55、 Δ 24 = 0. 4、 « 24=4, Δ 22=— 0. 6、Ra23 = l. 2、 Δ 23 = 0. 2として、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層 22の外径 d22を 1%変 ィ匕させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、 eff カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。図 20が示すように、コア層 22の 外径 d22が 10. 4 /z mのときに波長分散値 Dの絶対値力もっとも小さくなる力 このと きの波長分散値の変化 Δ ϋは 0. 48[ (psZnmZkm) Z%]であり、後述する従来の 非線形光ファイバにおける値よりも十分に小さい値となる。 [0092] 次に、比較のため、緩衝コア層を有しない従来型の非線形光ファイバにおける光の 電界分布から、コアの直径を変化させたときの波長分散値力 sOpsZnmZkmになる 近傍での波長分散値の変化をシミュレーションにより算出した。この従来型の非線形 光ファイバは、図 21に示すように、図 11に示す従来の非線形光ファイバと同様の構 造と屈折率プロファイルを有し、コアはさらに、コア層とクラッドとの間に形成されクラッ ドよりも屈折率が高く外径が d23'であり屈折率プロファイル 23a'を有し最大屈折率 は nc23'である付加コア層を有する。シミュレーションにおいて、コアの直径は、コア 層の外径 (122Ίこ対する中心コア部の直径 (12Γの比である Ra2rと、コア層の外径 (122Ίこ対する付加コア層の外径 d23'の比 Ra23'とを一定としたまま、コア層の外径 d22'を変化させることにより変化させた。
[0093] 図 22は、シミュレーションにおいて用いるプロファイルパラメータを、図 19に示す場 合と同様に、 Ra2 =0. 20、 Δ 21' = 3. 0、 α 2ΐ' = 3, Δ 22' = -0. 6, Ra23' = 1. 2、 Δ 23' =0. 2として、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の 外径 d22'を 1%変化させたときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有 効コア断面積 A 、カットオフ波長えを算出した結果を示す図である。図 22が示すよ eff c
うに、コア層の外径 d22'が 21.： mのときに波長分散値 Dの絶対値力もっとも小さ くなるが、このときの波長分散値の変化 A Dは 0. 69[ (psZnmZkm) Z%]である。 この値は、図 19に示した緩衝コア層を有する本実施の形態 2に係る非線形光フアイ ノ 20における Δ Dの値である 0. 53 [ (ps/nm/km) /%]より大き！/、。
[0094] また、図 23は、プロファイルパラメータを、図 20に示す場合と同様に、 Ra2l' =0.
40、 Δ 2Γ = 3. 0、 α 2Γ = 3、 Δ 22' = -0. 6, Ra23' = l. 2、 Δ 23' =0. 2とし て、波長分散値 Dが OpsZnmZkmになる近傍でコア層の外径 d22'を 1%変化させ たときの波長分散値の変化 A D、波長分散スロープ S、有効コア断面積 A 、カットォ eff フ波長えを算出した結果を示す図である。図 23が示すように、コア層の外径 d22'が 10. 6 mのときに波長分散値 Dの絶対値力もっとも小さくなる力 このときの波長分 散値の変化 は 0. 71 [ (psZnmZkm) Z%]である。この値は、図 20に示した緩 衝コア層を有する本実施の形態 2に係る非線形光ファイバ 20における Δ Dの値であ る 0. 48[ (psZnmZkm) Z%]より大きい。 [0095] 以上のことから、本実施の形態 2に係る非線形光ファイバ 20についても、実施の形 態 1に係る非線形光ファイバ 10と同様に、長手方向で波長分散特性が安定しており 非線形光学現象を効率よく利用できる非線形光ファイバが実現できる。
[0096] (実施例 7〜9)
実施例 7〜9として、本発明に係る非線形光ファイバ 201〜203を製造した。これら の非線形光ファイバ 201〜203は、いずれも図 17、 18に示す構造および屈折率プロ ファイルを有するものであり、プロファイルパラメータとして、 Ra21 = 0. 21、 Δ 21 = 3 . 0、 « 21 = 3. 4、Ra22 = 0. 26、 Δ 24 = 0. 4、 « 24 = 3. 6、 Δ 22=— 0. 6、 Ra2 3 = 1. 15、 Δ 23 = 0. 2、 A clad=0を有する同一のコア母材を用いて製造したもの である。ただし、製造の際に、クラッドの外径を変化させることにより、コア層の外径 d2 2を変化させて、波長分散値などの諸特性を変化させたものである。
[0097] 図 24は、実施例 7〜9の非線形光ファイバ 201〜203の諸特性の実測値を示す。
なお、波長分散、分散スロープ、損失、有効コア断面積、非線形係数および偏波モ ード分散は、波長 1550nmにおける値である。また、有効コア断面積、カットオフ波 長、コア層の外径、クラッドの外径および被覆の外径は、製造した非線形光ファイバ の両端部にぉ 、て測定した値の平均値である。
[0098] 図 24に示すように、非線形光ファイバ 201〜203はいずれも、カットオフ波長は 15 OOnm未満であった。また、非線形光ファイバ 201〜203はいずれも、波長 1550nm における特性として、波長分散の絶対値は 5psZnmZkm以下であり、波長分散スロ ープの絶対値は 0. 02psZnm2Zkm以上 0. 06psZnm2Zkm以下であり、非線形 係数は 40 X 10—1QZW以上であり、伝送損失は 1. 5dBZkm以下であり、偏波モード 分散は 0. 2psZkm1/2以下であった。
[0099] 次に、非線形光ファイバ 201〜203のコア層の外径と波長分散値の関係から、式（ 7)によりコア層の外径が 1%変化したときの波長分散値の変化 A Dを計算したところ 、いずれの光ファイバにおいても 0. 7 [ (psZnmZkm) Z%]以下であった。
[0100] 次に、実施例 9の非線形光ファイバ 203について、前述の非線形 OTDR法により、 光ファイバの長手方向での波長分散の変動を測定した。ファイバ長は 2kmであり、測 定波長は 1550nmとした。図 25は非線形光ファイバ 203の長手方向での波長分散 の変動の測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部からの位置、縦軸は 波長分散を示す。図 25力示すよう〖こ、波長 1550nmにおける光ファイバの長手方向 の波長分散の変動幅は、最大でも lkmあたり 0. IpsZnmZkm以下であった。また 、図 25の測定結果から、光ファイバの長手方向の零分散波長の変動を計算した。図 26は非線形光ファイバ 203の長手方向での零分散波長の変動の計算結果を示すグ ラフであり、横軸は光ファイバ端部力 の位置、縦軸は零分散波長を示す。図 26が 示すように、光ファイバの長手方向での零分散波長の変動幅は、最大でも lkmあた り 2. 5nm以下であった。
[0101] (実施の形態 3)
次に、本発明の実施の形態 3に係る非線形光ファイバについて説明する。本実施 の形態 3に係る非線形光ファイバは、実施の形態 2に係る非線形光ファイバと比べて 、クラッドの中心コア部を挟む両側に、応力付与部材が設けられたものである点が異 なる。
[0102] 図 27は、本発明の実施の形態 3に係る非線形光ファイバの断面を模式的に表した 図であり、図 28は、本発明の実施の形態 3に係る非線形光ファイバの屈折率プロファ ィルを模式的に表した図である。図 27および 28に示すように、本実施の形態 3に係 る非線形光ファイバ 30は、実施の形態 2に係る非線形光ファイバ 20と同様の構造を 有し、さらに、クラッド 36の中心コア部 31を挟む両側に、直径 Rの応力付与部材 (応 力付与母材) 38が間隔!:で設けられたものである。応力付与部材 38を設けたことによ つてコア 35には応力付与部材 38が設けられている方向に応力が付与されるので、 非線形光ファイバ 30は偏波保持型の光ファイバとなる。
[0103] 応力付与部材 38はボロンを含むシリカガラス力もなるものとできる。ボロンを含むシ リカガラスは純粋なシリカガラスに比べて大きな熱膨張係数を有するので、光ファイバ 部材を線引きして光ファイバを製造する際に応力付与部材 38に引っ張り応力が生じ るので、この引っ張り応力によりコア 35の応力付与部材 38が設けられている方向に 応力が付与される。
[0104] 応力付与部材 38のクラッド 36に対する最小または最大比屈折率差を Δ Bとすると、
Δ Βはクラッド 36の屈折率 ncl30と応力付与部材 38の最小または最大屈折率 nCB を用いて式（9)によって定義される。
[0105] Δ B=[ (ncB-ncl30) /ncB] X 100 (%) (9)
[0106] Δ Βが— 0. 1%より大きく 0. 1%より小さいと、応力付与部材 38とクラッド 36との屈 折率差が小さすぎるため、応力付与部材 38の位置を光学的に認識しにくくなる。本 実施の形態 3に係る非線形光ファイバ 30を応力付与部材を有する他の偏波保持型 光ファイバと接続する際には、偏波を保持しながら信号光を伝送するために光フアイ バ同士の応力付与部材の位置を一致させて接続する必要がある。したがって、本実 施の形態 3に係る非線形光ファイバ 30では、他の光ファイバとの接続の際に応力付 与部材 38の位置を光学的に認識しやすくするために、厶 は—0. 1%以下もしくは 0. 1%以上であり、より好ましくは 0. 8%以上 0. 2%以下である。
[0107] また、非線形光ファイバ 30は、波長 1550nmにおける偏波クロストークが長さ 100 mあたり― 20dB以下であるから、良好な偏波保持特性を有するものである。
[0108] (実施例 10〜12)
実施例 10〜12として、本発明に係る非線形光ファイバ 301〜303を製造した。これ らの非線形光ファイバ 301〜303は、いずれも図 27、 28に示す構造および屈折率プ 口ファイルを有するものである。そして、実施の形態 2と同様に定義されるプロファイル ノ ラメータとして、 Ra31 = 0. 37、 Δ 31 = 3. 0、 « 31 = 3. 4、Ra32 = 0. 46、 Δ 34 =0. 4、 « 34 = 3. 6、 Δ 32= -0. 6、Ra33 = l. 21、 Δ 33 = 0. 2、 A clad=0を 有する同一のコア母材を用いて製造したものである。ただし、製造の際に、クラッドの 外径を変化させることにより、コアの外径 d32を変化させて、波長分散値などの諸特 性を変化させたものである。
[0109] 図 29は、実施例 10〜12の非線形光ファイバ 301〜303の諸特性の実測値を示す 。なお、波長分散、分散スロープ、損失、有効コア断面積、非線形係数およびクロスト ークは、波長 1550nmにおける値である。また、クロストークは、測定値を長さ 100m あたりの値に換算したものである。また、有効コア断面積、カットオフ波長、コア層の 外径、クラッドの外径および被覆の外径は、製造した非線形光ファイバの両端部にお V、て測定した値の平均値である。
[0110] 図 29に示すように、非線形光ファイバ 301〜303はいずれも、カットオフ波長は 15 OOnm未満であった。また、非線形光ファイバ 301〜303はいずれも、波長 1550nm における特性として、波長分散の絶対値は 5psZnmZkm以下であり、波長分散スロ ープの絶対値は 0. 02psZnm2Zkm以上 0. 06psZnm2Zkm以下であり、非線形 係数は 40 X 10— 1QZW以上であり、伝送損失は 1. 5dBZkm以下であり、偏波クロス トークは長さ 100mあたり 20dB以下であった。
[0111] 次に、非線形光ファイバ 301〜303のコア層の外径と波長分散値の関係から、式（ 7)によりコア層の外径が 1%変化したときの波長分散値の変化 A Dを計算したところ 、いずれの光ファイバにおいても 0. 7 [ (psZnmZkm) Z%]以下であった。
[0112] 次に、実施例 12の非線形光ファイバ 303について、前述の非線形 OTDR法により 、光ファイバの長手方向での波長分散の変動を測定した。ファイバ長は lkmであり、 測定波長は 1550nmとした。図 30は非線形光ファイバ 303の長手方向での波長分 散の変動の測定結果を示すグラフであり、横軸は光ファイバ端部力 の位置、縦軸 は波長分散を示す。図 30が示すように、波長 1550nmにおける光ファイバの長手方 向の波長分散の変動幅は、最大でも lkmあたり 0. 13psZnmZkm以下であった。
[0113] (実施の形態 4)
次に、本発明の実施の形態 4に係る非線形光デバイスについて説明する。図 31は 、本発明の実施の形態 4に係る非線形光デバイスを模式的に表した図である。本実 施の形態 4に係る非線形光デバイス 40は、特許文献 1に開示されるものと同様の波 形整形デバイスであり、光入力部 41と、光出力部 42と、光入力部 41と光出力部 42 の間に設けられ、光入力部 41から入力したパルス光によって SPMを生じさせてパル ス光をソリトン変換し、波形整形されたソリトン光を光出力部 42に出力する本発明に 係る非線形光ファイバ 43a〜43eとを有する。また、通常の光伝送路に用いられる光 学非線形性の低 ヽ光ファイノく 44a〜44eが、非線形光ファイバ 43a〜43eと交互に 配置される。そして、各光ファイバの長さを調整して非線形性と波長分散とを釣り合わ せ、ソリトン変換による波形整形機能を実現する。非線形光デバイス 40は、波長分散 特性が光ファイバの長手方向で安定している本発明の非線形光ファイバ 43a〜43e を用いているので、 SPMが効率的に発生し、非線形光ファイバの長さが短くても効 率的に波形整形を行うことができる。 [0114] (実施の形態 5)
次に、本発明の実施の形態 5に係る光信号処理装置について説明する。図 32は、 本発明の実施の形態 5に係る光信号処理装置を模式的に表した図である。本実施 の形態 5に係る光信号処理装置 50は、特許文献 2に開示されるものと同様の波長変 換装置であり、光信号入力部 51と、光信号処理部 56と、光信号出力部 52とを有する 。光信号処理部 56は、本発明の非線形光ファイバ 53と、励起光を出力する励起光 源 55と、励起光と信号光とを合波して非線形光ファイバに入力させる光合波器 54と を有する。そして、信号光入力部 51から入力した信号光は、光信号処理部 56に入 力する。光信号処理部 56において、信号光は光合波器 54により励起光と合波され て非線形光ファイバ 53に入力し、励起光により非線形光ファイバ 53中で発生した F WMを用いて信号光を異なる波長へと波長変換し、波長変換された信号光が光信 号出力部 52より出力される。光信号処理装置 50は、波長分散値が光ファイバの長 手方向で安定して小さい本発明の非線形光ファイバ 53を用いているので、非線形光 ファイバの長さが短くても効率的に波長変換を行うことができる。
[0115] なお、上記実施の形態 1〜3に係る非線形光ファイバでは、緩衝コア層 14〜34は 1 つだけ形成されている力 2つ以上形成されていてもよい。また、中心コア部および 緩衝コア層は α型の屈折率プロファイルを有するものとした力 ステップ型の屈折率 プロフアイノレを有するものでもよ ヽ。
産業上の利用可能性
[0116] 以上のように、本発明に力かる非線形光ファイバおよび非線形光デバイスならびに 光信号処理装置は、高速、大容量の光ファイバ通信システムにおいて好適に利用で きる。

Claims

請求の範囲
[1] 中心コア部と、
前記中心コア部の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低 、コア層と、 前記中心コア部と前記コア層との間に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低く かつ前記コア層よりも屈折率の高い 1以上の緩衝コア層と、
を有するコアと、
前記コア層の周囲に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記コア層よ りも屈折率が高いクラッドと、
を有し、波長 1550nmにおける有効コア断面積が 18 m2以下であることを特徴と する非線形光ファイバ。
[2] 前記コアは、前記コア層と前記クラッドとの間に形成され前記クラッドよりも屈折率が 高 ヽ付加コア層を有することを特徴とする請求項 1に記載の非線形光ファイバ。
[3] 前記中心コア部の直径に対する前記緩衝コア層の外径の比が 1. 2以上 2. 0以下 であることを特徴とする請求項 1または 2に記載の非線形光ファイバ。
[4] 前記中心コア部の前記クラッドに対する比屈折率差が 1. 8%以上であることを特徴 とする請求項 1〜3のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[5] 前記中心コア部の直径に対する前記コア層の外径の比が 2. 5以上であることを特 徴とする請求項 1〜4のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[6] 前記コア層の前記クラッドに対する比屈折率差が 1. 2以上 0. 2%以下である ことを特徴とする請求項 1〜5のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[7] 前記緩衝コア層の前記クラッドに対する比屈折率差が 0. 1以上 0. 6%以下である ことを特徴とする請求項 1〜6のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[8] 波長 1550nmにおける長手方向での波長分散の変動幅が長さ lkmあたり IpsZn mZkm以下であることを特徴とする請求項 1〜7のいずれか一つに記載の非線形光 ファイバ。
[9] 長手方向での零分散波長の変動幅が長さ lkmあたり 30nm以下であることを特徴 とする請求項 1〜8のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[10] 波長 1550nmにおける波長分散の絶対値が 5psZnmZkm以下であることを特徴 とする請求項 1〜9のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[11] 波長 1550nmにおける波長分散の絶対値が IpsZnmZkm以下であることを特徴 とする請求項 10に記載の非線形光ファイバ。
[12] 波長 1550nmにおける波長分散の絶対値が 5psZnmZkm以下の範囲において
、前記コア層の外径が 1%変動したときの波長 1550nmにおける波長分散の変動が
、 0. 7psZnmZkm以下であることを特徴とする請求項 10に記載の非線形光フアイ バ。
[13] 波長 1550nmにおける波長分散スロープの絶対値が 0. 02以上 0. 06ps/nmV km以下であることを特徴とする請求項 1〜 12の 、ずれか一つに記載の非線形光フ アイバ。
[14] 波長 1550nmにおける非線形係数力 0 X 10_1°ZW以上であることを特徴とする 請求項 1〜 13の 、ずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[15] カットオフ波長が 1500nm未満であることを特徴とする請求項 1〜14のいずれか一 つに記載の非線形光ファイバ。
[16] 波長 1550nmにおける伝送損失が 1. 5dBZkm以下であることを特徴とする請求 項 1〜 15の 、ずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[17] 波長 1550nmにおける偏波モード分散が 0. 2psZkm1/2以下であることを特徴とす る請求項 1〜16のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[18] 前記クラッドの前記中心コア部を挟む両側に、応力付与部材が設けられたものであ ることを特徴とする請求項 1〜16のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[19] 波長 1550nmにおける偏波クロストークが長さ 100mあたり一 20dB以下であること を特徴とする請求項 18に記載の非線形光ファイバ。
[20] 前記クラッドの外径が 100 m以下であることを特徴とする請求項 1〜19のいずれ か一つに記載の非線形光ファイバ。
[21] 前記クラッドの周囲に形成された被覆を有し、前記被覆の外径が 150 μ m以下であ ることを特徴とする請求項 1〜20のいずれか一つに記載の非線形光ファイバ。
[22] 光を入力する光入力部と、
光を出力する光出力部と、 前記光入力部と前記光出力部の間に設けられ前記光入力部から入力した光によつ て非線形光学現象を生じさせて前記光出力部に出力する請求項 1〜 21のいずれか 一つに記載の非線形光ファイバと、
を有することを特徴とする非線形光デバイス。
光信号を入力する光信号入力部と、
請求項 1〜21のいずれか一つに記載の非線形光ファイバを有し、該非線形光ファ ィバ中で発生した非線形光学現象を用いて前記光信号入力部から入力した光信号 を信号処理する光信号処理部と、
前記信号処理された光信号を出力する光信号出力部と、
を有することを特徴とする光信号処理装置。
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