JP2004286863A

JP2004286863A - Dispersed compensation fiber using higher order mode

Info

Publication number: JP2004286863A
Application number: JP2003076313A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kan; 寧官; Kazuhiko Aikawa; 和彦愛川; Kuniharu Himeno; 邦治姫野; Koichi Harada; 光一原田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent propagation of lower order modes than higher modes, to reduce interference between the lower order modes and the higher order modes and to further reduce multiplex path interference in a dispersed compensation fiber using the higher order modes. <P>SOLUTION: In an optical fiber, a ring shaped loss layer 5 is provided to attenuate lower order modes which propagate in the fiber and does not attenuate the modes that are higher than the lower order modes. The layer 5 is provided at a location where the electric field distribution of the higher order modes becomes zero, to be specific, in a center core section 1. The layer 5 is formed by doping an element such as cobalt and chromium and the thickness of the layer 5 is set to equal to or less than 0.5μm. The fiber is provided with a center core section 1, a core section 2, a ring core section 3 and a clad and it is desirable to have a W type refractive index distribution. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高次モードを用いた分散補償ファイバに関し、この分散補償ファイバにおける低次モードと高次モードとの干渉（多重パス干渉：ＭＰＩ）を低減するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
データ通信の急速な需要の増加に対応して、光ファイバ伝送システムの大容量化、高速化の要求が高まっている。
この要求に応えるため、第１に光ファイバ伝送路の残留分散を低減することが必要になり、このために分散補償ファイバが用いられている。
【０００３】
第２に、多重波長数が大幅に増加することから、光ファイバに伝送される光信号のパワーが増大するため、非線形効果による伝送特性の劣化を防止する必要がある。このために、光伝送路を構成する光ファイバとして、実効断面積Ａｅｆｆが大きな光ファイバが求められ、上記分散補償ファイバにも実効断面積が大きなものが要求される。
【０００４】
ところで、通常の分散補償ファイバは、基本モードＬＰ_０１モードを用いるものであるが、これよりも高次のＬＰ_０２モードを用いる分散補償ファイバが、米国特許第５８０２２３４号明細書（特許文献１）で提案されている。
この高次モードを用いた分散補償ファイバでは、本質的に実効断面積が格段に大きく、しかも波長分散係数（単位長さ当たりの波長分散の絶対値）も大きく、例えば−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの値が得られている。
【０００５】
このような高次モードを用いた分散補償ファイバにおいては、このファイバを伝搬する低次モードと高次モードとの干渉は本質的に避けられない。このため、光伝送路におけるシングルモード光ファイバと高次モードを用いた分散補償ファイバとの接続点において、低次モードを高次モードに変換するモード変換器を挿入し、この分散補償ファイバに低次モードが極力伝搬しないようにしなければならない。
【０００６】
このモード変換器としては、長周期ファイバグレーティングやホーリーファイバが用いられ、低次モードと高次モードとの挿入損失差で定義される多重パス干渉（ＭＰＩ）を−４０ｄＢ程度に抑えている。
しかしながら、この程度の多重パス干渉の値では、実用上不十分であり、モード変換器を使用する限りでは、多重パス干渉をさらに低下させることは困難である。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第５８０２２３４号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、高次モードを用いた分散補償ファイバにおいて、高次モードよりも低次のモードの伝搬を抑え、低次モードと高次モードとの干渉を低減して、多重パス干渉をさらに低下させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、光ファイバ内に、この光ファイバを伝搬する低次のモードを減衰させ、これよりも高次のモードを減衰させない損失層を設けたことを特徴とする高次モードを用いた分散補償ファイバである。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、損失層を高次のモードの電界分布における電界が零となる位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の高次モードを用いた分散補償ファイバである。
請求項３にかかる発明は、損失層が、光ファイバをなすガラスにコバルト、クロム、銅、鉄、ニッケル、マンガン、ホウ素、バナジウムのいずれか１種以上の元素をドープすることによって形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の高次モードを用いた分散補償ファイバである。
【００１１】
請求項４にかかる発明は、損失層の厚さが０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高次モードを用いた分散補償ファイバである。
請求項５にかかる発明は、低次のモードがＬＰ_０１モードであり、高次のモードがＬＰ_０２モードであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高次モードを用いた分散補償ファイバである。
【００１２】
請求項６にかかる発明は、低次のモードの伝搬損失が１０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高次モードを用いる分散補償ファイバである。
請求項７にかかる発明は、光ファイバが、中心コア部と、これの外周に設けられ、屈折率が中心コア部よりも低いコア部と、これの外周に設けられ、屈折率がコア部よりも高く、中心コア部よりも低いリングコア部と、これの外周に設けられたクラッドを有するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の高次モードを用いた分散補償ファイバである。
【００１３】
請求項８にかかる発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の高次モードを用いた分散補償ファイバを用いたことを特徴とする分散補償モジュールである。
請求項９にかかる発明は、多重パス干渉が４５ｄＢ以上であることを特徴とする請求項８に記載の分散補償モジュールである。
請求項１０にかかる発明は、請求項８または９に記載の分散補償モジュールを備えたことを特徴とする光伝送路である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の高次モードを用いた分散補償ファイバの一例を模式的に示す断面図であり、図２は、この例の分散補償ファイバの屈折率プロファイルを示すものである。
【００１５】
図１において、符号１は中心コア部、２はコア部、３はリングコア部、４はクラッドを示す。
中心コア部１は、屈折率が最も高く、ゲルマニウムドープ石英などのガラスからなり、比屈折率差Δ１が０．００５〜０．０２６で、外径２ａが５〜１６μｍの範囲のものである。
【００１６】
コア部２は、中心コア部１の外側に位置し、その屈折率が中心コア部１よりも低く、かつクラッド４よりも低く、フッ素ドープ石英などのガラスからなり、比屈折率差Δ２が−０．０１〜＋０．００６で、外径２ｂが８〜２０μｍの範囲のものである。
また、リングコア部３は、コア部２の外側に位置し、その屈折率が中心コア部１よりも低く、コア部２よりも高く、かつクラッド４よりも高く、ゲルマニウムドープ石英などのガラスがらなり、比屈折率差Δ３が−０．００７〜＋０．０１５で、外径２ｃが１２〜３４μｍの範囲のものである。
【００１７】
さらに、クラッド４は、リングコア部３の外側に位置し、その屈折率はリングコア部３よりも低く、コア部２よりも高く、純粋石英などのガラスからなり、その外径は、１２５μｍとなっている。
【００１８】
そして、この高次モードを用いた分散補償ファイバの中心コア部１の内部には、図１に示しように、リング状の損失層５が形成されている。図２において符号５で示した損失層は、単にその位置を示すもので、この損失層５の屈折率を示すものではない。この損失層５は、例えば基本モードのＬＰ_０１モードの伝搬を妨げ、これよりも高次のモードであるＬＰ_０２モードの伝搬を妨げない機能を有するものである。
【００１９】
この損失層５は、具体的にはコバルト、クロム、銅、鉄、ニッケル、マンガン、ホウ素、バナジウムの群から選ばれる１種以上の元素の酸化物をドープした石英などのガラスからなる層である。
この損失層５自体の損失量の最大値は、１０００ｄＢ／ｋｍ程度である。
また、損失層５の厚さは０．５μｍ以下の薄い（狭い）ものとなっており、ファイバ自体の伝送損失を低下させないようになっている。
【００２０】
さらに、この損失層５の位置は、高次モード、例えばＬＰ_０２モードの電界分布における電界強度が零となる点を含む位置とされる。この電界強度が零となる点は、ＬＰ_０２モードの電界分布の「節」に相当するもので、ＬＰ_０２モードの伝搬に影響を与えないようになっている。
【００２１】
この損失層５の損失量、厚さ、位置を具体的に設定するには、以下の計算式：（１）式に基づいて行うことができる。
【数１】

（１）式において、Ｐｍ（ｒ）は、ファイバプロファイルの材料損失、Ａは、損失層のピーク損失（ｄＢ／ｋｍ）、Ｂは、その他の層の損失（ｄＢ／ｋｍ）、ｒ_０は、損失層の中心半径、δは、２√２Δｒ、Δｒは、損失層のｄＢ半値全幅である。ただし、損失層が十分に薄く（狭く）、損失はガウス分布に従うものとする。
【００２２】
また、低次モード、高次モードの各モードの伝搬損失は、以下の（２）式に基づいて算出することができる。
【数２】

（２）式において、Ｐｌは、各モードの伝搬損失（ｄＢ／ｋｍ）、Ｒは、ＬＰモード近似時の電磁界横成分関数であり、Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ，“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓ”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，ｖｏｌ．１８，ｐｐ．２１９９−２２０６，１９７９．に従い計算できる。
この（１）式および（２）式を用いて、必要な特性がえられるように、損失層５の構造パラメータが定められる。
【００２３】
このような損失層５を有する分散補償ファイバは、ＭＣＶＤ法によって作製できる。すなわち、出発基材となる石英管内に供給する四塩化シラン、四塩化ゲルマンなどのガラス原料ガスに、上述の元素を含む化合物からなるドーパントガスを追加、供給するタイミングと、その供給時間、その供給量、ドーパントガス中の元素濃度等を制御することで、目的とする損失層５を目的に位置に形成することができる。
【００２４】
このような高次モードを用いた分散補償ファイバにあっては、損失層５の存在によって、高次モード、例えばＬＰ_０２モードの伝搬は妨げられず、これよりも低次のモード、例えばＬＰ_０１モードの伝搬は大きく妨げられ、その損失は１０ｄＢ／ｋｍ以上、好ましくは２０ｄＢ／ｋｍ以上となり、高次モードの損失の８倍以上となる。また、さらに高次のモード、例えばＬＰ_０３モードの伝搬も可能であるが、曲げによる損失が大きく、モジュールとした際に大きな伝搬損失を持つことになり、実用上には伝搬がほぼ抑えられる。また、ＬＰ_１１モードの伝搬が可能になる場合もあるが、これはモード変換時の損失や損失層５による損失によって大きな伝搬損失となり、実用上には影響を与えることはない。
【００２５】
この結果、この分散補償ファイバでは、高次モード、例えばＬＰ_０２モードのみが伝搬されることになる。したがって、モード変換器において、基本モードから高次モード、例えばＬＰ_０２モードに変換し切れなかったこれ以外のモード、例えばＬＰ_０１モードは、この分散補償ファイバでは実用上伝搬されなくなり、多重パス干渉は極めて低いものとなる。また、高次モードと低次モードとの損失比は、このファイバの長さに依存しており、ファイバの長さを変えることで多重パス干渉を調整できる。
【００２６】
また、この高次モードを用いた分散補償ファイバでは、先の米国特許にも開示されているように本質的に大きな分散係数と高い実効断面積を有するものであり、波長分散が−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下で、波長分散スロープが０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであり、実効断面積が５０μｍ^２以上となる。
したがって、この分散補償ファイバを用いて分散補償を行う場合に、短いファイバ長さで累積分散を補償することができる。また、高パワーの光信号を伝送しても、非線形効果で伝送特性が劣化することがない。
【００２７】
本発明の分散補償モジュールは、上述の高次モードを用いた分散補償ファイバをボビン等に所望長さ巻回してコイル状とし、これをケース等に収容したものである。上記高次モードを用いた分散補償ファイバは先に述べたように、分散係数が極めて大きいので、巻回長さは短くて済み、モジュール自体の小型化、低コスト化が可能となる。また、低次モードが大きく減衰するので、多重パス干渉は４５ｄＢ以上となる。
【００２８】
図３は、この分散補償モジュールを用いて光伝送路の累積波長分散を補償するシステムの例を示すものである。
図３において、符号１１は、波長１．３μｍにおいて分散値が零で、１．５５μｍにおいて分散値が＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるシングルモードファイバからなる光伝送路を示す。
【００２９】
この光伝送路１１の出力端には、第１のモード変換器１２の入力端が接続されている。この第１のモード変換器１２は、シングルモードファイバからなる光伝送路１１に伝搬される基本モードのＬＰ_０１モードをこれよりも高次のモード、例えばＬＰ_０２モードに変換する機能を有するものである。このモード変換器１２には長周期ファイバグレーティングやホーリーファイバが用いられる。
【００３０】
第１のモード変換器１２の出力端には、上述の分散補償モジュール１３の入力端が接続されており、この分散補償モジュール１３の出力端には第２のモード変換器１４の入力端が接続されている。この第２のモード変換器１４は、分散補償モジュール１３に伝送される高次モード、例えばＬＰ_０２モードを基本モードのＬＰ_０１モードに変換する機能を有するもので、先のものと同様にホーリーファイバや長周期ファイバグレーティングが用いられる。
第２のモード変換器１４の出力端には、他の光伝送路１５あるいは光増幅器などに接続されている。
【００３１】
光伝送路１１の入力端から入力された波長１．５５μｍの基本モード（ＬＰ_０１モード）の光信号は、その出力端から第１のモード変換器１２に送られ、ここでモード変換されて、高次モード、例えばＬＰ_０２モードに変換される。第１のモード変換器１２でＬＰ_０２モードに変換された信号光は分散補償モジュール１３に入力され、ここで光伝送路１１において累積された波長分散が補償されたのち、第２のモード変換器１４に送られる。
【００３２】
第２のモード変換器１４では、信号光の伝搬モードが高次のモード、例えばＬＰ_０２モードから基本モードのＬＰ_０１モードにモード変換されて、これより出力され、他の光伝送路１５あるいは光増幅器に送られる。
【００３３】
分散補償モジュール１３における分散補償ファイバの長さは、光伝送路１１で累積された１．５５μｍでの波長分散をキャンセルすることができるように定められる。例えば、光伝送路１１の長さが８０ｋｍで、この光伝送路１１をなすシングルモードファイバの波長１．５５μｍでの分散値が＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであれば、光伝送路１１における累積分散値は８０×１７＝１３６０ｐｓ／ｎｍとなる。
【００３４】
分散補償モジュール１３において使用した高次モードを用いた分散補償ファイバの１．５５μｍでの分散値が−１０００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすると、分散補償モジュール１３における分散補償ファイバの巻回長さを１．３６ｋｍとすれば、光伝送路１１における１．５５μｍでの累積分散を完全に補償できる。
【００３５】
以下、具体例を示す。
（例１）
ＭＣＶＤ法を用いて、表１の例１に示す構造パラメータを有する高次モードを用いた分散補償ファイバを作製した。この分散補償ファイバは、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_０２モードおよびＬＰ_０３モードの伝搬が可能であった。ＬＰ_０１モードの電界分布を図４に、ＬＰ_０２モードの電界分布を図５に、ＬＰ_０３モードの電界分布を図６に示す。
また、ＬＰ_０２モードの分散特性を図７に示す。図７から波長１．５５μｍでの分散値は約−１１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。
【００３６】
【表１】

【００３７】
ＬＰ０２モードの電界分布を示す図５において、電界の値が零になる半径２．２０μｍの位置に損失層が形成されている。この損失層は、三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を中心コア部をなすゲルマニウムドープ石英に１６．３モル％ドープしたもので、その厚さは０．２μｍとした。
【００３８】
そして、上記（１）式でのＡを１５０ｄＢ／ｋｍ、Ｂを０．５ｄＢ／ｋｍとしたときの各モードの伝搬損失を図８に示す。図８から、ＬＰ_０１モードでは約２６．５ｄＢ／ｋｍの損失を持つのに対してＬＰ_０２モードでは約１．５ｄＢ／ｋｍの損失を持つ。
【００３９】
表２は、波長１．５５μｍでの分散値が＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのシングルモードファイバを８０ｋｍ用いた光伝送路における１．５５μｍでの累積分散を分散補償モジュールにより補償した例の結果を示したものである。
この表２では、上述の損失層のあるＬＰ_０２モードを用いる分散補償ファイバと、損失層のないＬＰ_０２モードを用いる分散補償ファイバと、通常のＬＰ_０１モードを用いる分散補償ファイバの３種の分散補償ファイバを用いて、３種の分散補償モジュールを作製し、この３種の分散補償モジュールを図３に示すようなシステム構成により接続した光伝送路の特性を比較して示したものである。
【００４０】
【表２】

【００４１】
表２中のＦＯＭ（良好指数）は、分散補償された光伝送路の全分散値を、２箇所のモード変換器を含む全損失値で除した値であり、ＭＰＩ（多重パス干渉）は、同じく分散補償された光伝送路におけるＬＰ_０１モードの全挿入損失とＬＰ_０２モードの全挿入損失との差である。表２中の接続損は１個のモード変換器に対するものである。また、使用モードとはＬＰ_０２モードであり、不要モードとはＬＰ_０１モードである。
表２の結果から、損失層を設けたＬＰ_０２モードを用いる分散補償ファイバでは、ＦＯＭ、ＭＰＩが大幅に向上していることが明らかである。
【００４２】
（例２）
ＭＣＶＤ法を用いて、表１の例２に示す構造パラメータを有する高次モードを用いた分散補償ファイバを作製した。この分散補償ファイバは、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_０２モードおよびＬＰ_０３モードの伝搬が可能であった。ＬＰ_０１モードの電界分布を図９に、ＬＰ_０２モードの電界分布を図１０に、ＬＰ_０３モードの電界分布を図１１に示す。
また、ＬＰ_０２モードの分散特性を図１２に示す。図１２から波長１．５５μｍでの分散値は約−４４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。
【００４３】
ＬＰ０２モードの電界分布を示す図１０において、電界の値が零になる半径２．３０μｍの位置に損失層が形成されている。この損失層は、三酸化ホウ素を中心コア部をなすゲルマニウムドープ石英に７．６モル％ドープしたもので、その厚さは０．２μｍとした。
【００４４】
そして、上記（１）式でのＡを７０ｄＢ／ｋｍ、Ｂを０．５ｄＢ／ｋｍとしたときの各モードの伝搬損失を図１３に示す。図１３から、ＬＰ_０１モードでは約１２．１ｄＢ／ｋｍの損失を持つのに対してＬＰ_０２モードでは約０．８３ｄＢ／ｋｍの損失を持つ。
【００４５】
表３は、例１における表２と同様に、波長１．５５μｍでの分散値が＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのシングルモードファイバを８０ｋｍ用いた光伝送路における１．５５μｍでの累積分散を分散補償モジュールにより補償した例の結果を示したものである。
この表３でも、上述の損失層のあるＬＰ_０２モードを用いる分散補償ファイバと、損失層のないＬＰ_０２モードを用いる分散補償ファイバと、通常のＬＰ_０１モードを用いる分散補償ファイバの３種の分散補償ファイバを用いて、３種の分散補償モジュールを作製し、この３種の分散補償モジュールを図３に示すようなシステム構成により接続した光伝送路の特性を比較して示したものである。
【００４６】
【表３】

【００４７】
表３の結果からも、損失層を設けたＬＰ_０２モードを用いる分散補償ファイバでは、ＦＯＭ、ＭＰＩが大きく向上していることが明らかである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高次モードを用いる分散補償ファイバにあっては、低次モード、例えばＬＰ_０１モードの伝搬を妨げ、これよりも高次の例えばＬＰ_０２モードの伝搬を妨げない損失層を設けることによって、低次のＬＰ_０１モードは伝搬中に大きく減衰することになるものの高次のＬＰ_０２モードは減衰することがなくなる。このため、多重パス干渉が劇的に向上する。
【００４９】
したがって、高次モードを用いた分散補償ファイバを用いて分散補償する際に不可欠なモード変換器の変換特性が少々悪くても、この発明の分散補償ファイバを用いることで、分散補償ファイバ内で不要なモード、例えばＬＰ_０１モードがほとんど伝搬されなくなり、良好な多重パス干渉が得られる。
また、高次モードを用いるようにしているため、大きな波長分散係数を持ち、補償に要するファイバ長さを短縮できる。さらに、高い実効断面積を有するので、高い光パワーの信号光を伝送しても、非線形効果による弊害を生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高次モードを用いる分散補償ファイバの一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の高次モードを用いる分散補償ファイバの屈折率分布の一例を示す図である。
【図３】本発明の分散補償モジュールを用いて分散補償した光伝送路の構成の一例を示す概略構成図である。
【図４】具体例１での分散補償ファイバのＬＰ_０１モードの電界分布を示す図表である。
【図５】具体例１での分散補償ファイバのＬＰ_０２モードの電界分布を示す図表である。
【図６】具体例１での分散補償ファイバのＬＰ_０３モードの電界分布を示す図表である。
【図７】具体例１での分散補償ファイバの分散特性を示す図表である。
【図８】具体例１での分散補償ファイバにおける各モードの伝搬損失を示す図表である。
【図９】具体例２での分散補償ファイバのＬＰ_０１モードの電界分布を示す図表である。
【図１０】具体例２での分散補償ファイバのＬＰ_０２モードの電界分布を示す図表である。
【図１１】具体例２での分散補償ファイバのＬＰ_０３モードの電界分布を示す図表である。
【図１２】具体例２での分散補償ファイバの分散特性を示す図表である。
【図１３】具体例２での分散補償ファイバにおける各モードの伝搬損失を示す図表である。
【符号の説明】
１・・・中心コア部、２・・・コア部、３・・・リングコア部、４・・・クラッド、５・・・損失層。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dispersion compensating fiber using a higher-order mode, wherein the interference between a lower-order mode and a higher-order mode (multipath interference: MPI) in the dispersion-compensating fiber is reduced.
[0002]
[Prior art]
In response to a rapid increase in demand for data communication, demands for large-capacity and high-speed optical fiber transmission systems are increasing.
In order to meet this demand, first, it is necessary to reduce the residual dispersion of the optical fiber transmission line. For this purpose, a dispersion compensating fiber is used.
[0003]
Second, since the number of multiplexed wavelengths is greatly increased, the power of the optical signal transmitted to the optical fiber is increased. Therefore, it is necessary to prevent the deterioration of the transmission characteristics due to the non-linear effect. For this reason, an optical fiber having a large effective area Aeff is required as an optical fiber constituting the optical transmission line, and the dispersion compensating fiber is also required to have a large effective area.
[0004]
Incidentally, the conventional dispersion compensating fiber, with it is to use the fundamental mode _{LP 01} mode, the dispersion compensating fiber used higher order _{LP 02} mode than this, U.S. Patent No. 5,802,234 (Patent Document 1) Proposed.
In the dispersion compensating fiber using the higher-order mode, the effective area is essentially much larger, and the chromatic dispersion coefficient (absolute value of chromatic dispersion per unit length) is essentially larger, for example, -200 ps / nm / km. Values have been obtained.
[0005]
In a dispersion compensating fiber using such a higher-order mode, interference between a lower-order mode and a higher-order mode propagating through the fiber is essentially unavoidable. For this reason, at the connection point between the single-mode optical fiber and the dispersion compensating fiber using the higher-order mode in the optical transmission line, a mode converter for converting the lower-order mode into the higher-order mode is inserted. The next mode must be minimized.
[0006]
As this mode converter, a long-period fiber grating or holey fiber is used, and the multipath interference (MPI) defined by the insertion loss difference between the low-order mode and the high-order mode is suppressed to about −40 dB.
However, such a value of the multipath interference is practically insufficient, and it is difficult to further reduce the multipath interference as long as a mode converter is used.
[0007]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 5,802,234
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a dispersion compensating fiber using a higher-order mode, which suppresses propagation of a lower-order mode than a higher-order mode, reduces interference between the lower-order mode and the higher-order mode, and performs multipath It is to further reduce interference.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To solve this problem,
According to a first aspect of the present invention, there is provided a high-order mode in which an optical fiber is provided with a loss layer that attenuates a low-order mode propagating through the optical fiber and does not attenuate a higher-order mode. This is a dispersion compensating fiber using.
[0010]
The invention according to claim 2 is the dispersion compensating fiber using a higher-order mode according to claim 1, wherein the loss layer is provided at a position where the electric field in the electric field distribution of the higher-order mode becomes zero. .
According to a third aspect of the present invention, the loss layer is formed by doping one or more elements of cobalt, chromium, copper, iron, nickel, manganese, boron, and vanadium into glass constituting an optical fiber. The dispersion compensating fiber using a higher-order mode according to claim 1 or 2, wherein:
[0011]
The invention according to claim 4 is the dispersion compensating fiber using a higher-order mode according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the loss layer is 0.5 μm or less.
Such invention in claim 5, low-order mode is the LP ₀₁ mode, use the high-order mode according to any one of claims 1 to 4 higher order mode is characterized in that the LP ₀₂ mode This is the dispersion compensating fiber.
[0012]
The invention according to claim 6 is the dispersion compensating fiber using a high-order mode according to any one of claims 1 to 5, wherein the propagation loss of the low-order mode is 10 dB / km or more.
According to a seventh aspect of the present invention, the optical fiber is provided on a central core portion and an outer periphery thereof, and has a lower refractive index than the central core portion, and is provided on an outer periphery thereof, and has a refractive index higher than that of the core portion. 7. The dispersion compensation using a higher-order mode according to claim 1, comprising a ring core portion which is higher than the center core portion and has a cladding provided on an outer periphery thereof. Fiber.
[0013]
The invention according to claim 8 is a dispersion compensating module using the dispersion compensating fiber using the higher-order mode according to any one of claims 1 to 7.
The invention according to claim 9 is the dispersion compensation module according to claim 8, wherein the multipath interference is 45 dB or more.
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an optical transmission line comprising the dispersion compensation module according to the eighth or ninth aspect.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a dispersion compensating fiber using a higher-order mode of the present invention, and FIG. 2 shows a refractive index profile of the dispersion compensating fiber of this example.
[0015]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a central core portion, 2 denotes a core portion, 3 denotes a ring core portion, and 4 denotes a clad.
The central core portion 1 has the highest refractive index, is made of glass such as germanium-doped quartz, has a relative refractive index difference Δ1 of 0.005 to 0.026, and an outer diameter 2a of 5 to 16 μm.
[0016]
The core portion 2 is located outside the central core portion 1 and has a refractive index lower than that of the central core portion 1 and lower than that of the clad 4, and is made of glass such as fluorine-doped quartz, and has a relative refractive index difference Δ2 of −. 0.01 to +0.006, and the outer diameter 2b is in the range of 8 to 20 μm.
The ring core 3 is located outside the core 2 and has a refractive index lower than that of the center core 1, higher than that of the core 2, and higher than that of the cladding 4, and made of glass such as germanium-doped quartz. , The relative refractive index difference Δ3 is −0.007 to +0.015, and the outer diameter 2c is in the range of 12 to 34 μm.
[0017]
Further, the cladding 4 is located outside the ring core portion 3 and has a refractive index lower than that of the ring core portion 3 and higher than that of the core portion 2 and is made of glass such as pure quartz, and has an outer diameter of 125 μm. I have.
[0018]
A ring-shaped loss layer 5 is formed inside the central core 1 of the dispersion compensating fiber using the higher-order mode, as shown in FIG. In FIG. 2, the loss layer indicated by reference numeral 5 merely indicates the position, and does not indicate the refractive index of the loss layer 5. This loss layer 5, for example interfere with the propagation of the LP ₀₁ mode of the fundamental mode and has now to not interfere with the propagation of the LP ₀₂ mode is a higher order mode of a function.
[0019]
The loss layer 5 is specifically a layer made of glass such as quartz doped with an oxide of one or more elements selected from the group consisting of cobalt, chromium, copper, iron, nickel, manganese, boron, and vanadium. .
The maximum value of the loss amount of the loss layer 5 itself is about 1000 dB / km.
Further, the thickness of the loss layer 5 is as thin (narrow) as 0.5 μm or less, so that the transmission loss of the fiber itself is not reduced.
[0020]
Furthermore, the position of the loss layer 5, high-order mode, for example, the electric field intensity in the electric field distribution of the LP ₀₂ mode is a position including a point to be zero. That the electric field intensity is zero, which corresponds to "section" of the electric field distribution of the LP ₀₂ mode, so as not to affect the propagation of the LP ₀₂ mode.
[0021]
The loss amount, thickness, and position of the loss layer 5 can be specifically set based on the following calculation formula (1).
(Equation 1)

In the equation (1), Pm (r) is the material loss of the fiber profile, A is the peak loss of the loss layer (dB / km), B is the loss of other layers (dB / km), and r ₀ is The central radius of the loss layer, δ, is 2√2Δr, and Δr is the full width at half maximum of the loss layer in dB. However, it is assumed that the loss layer is sufficiently thin (narrow) and the loss follows a Gaussian distribution.
[0022]
The propagation loss of each of the low-order mode and the high-order mode can be calculated based on the following equation (2).
(Equation 2)

In the equation (2), Pl is the propagation loss (dB / km) of each mode, R is the electromagnetic field lateral component function when the LP mode is approximated, and K. Okamoto, "Comparison of calculated and measured impulse responses of optical fibers", Appl. Opt. , Vol. 18, pp. 2199-2206, 1979. Can be calculated according to
Using the equations (1) and (2), the structural parameters of the loss layer 5 are determined so as to obtain necessary characteristics.
[0023]
The dispersion compensating fiber having such a loss layer 5 can be manufactured by the MCVD method. That is, to the glass source gas such as tetrachloride silane and germane tetrachloride to be supplied into the quartz tube serving as the starting base material, a dopant gas composed of a compound containing the above-mentioned element is added, the supply timing, the supply time, and the supply time. By controlling the amount, the element concentration in the dopant gas, and the like, the desired loss layer 5 can be formed at the desired position.
[0024]
In the dispersion compensating fiber using such a higher-order mode, the presence of loss layer 5, high-order mode, for example, LP ₀₂ mode propagation of unimpeded, low-order modes than this, for example, LP ₀₁ Mode propagation is greatly hindered, and the loss is 10 dB / km or more, preferably 20 dB / km or more, which is eight times or more the loss of higher-order modes. Further, propagation in a higher-order mode, for example, _LP03 mode, is also possible, but the loss due to bending is large, so that the module has a large propagation loss, and the propagation is practically suppressed practically. Further, there is a case where it is possible to propagate the LP ₁₁ mode, which is a big propagation loss by the loss due to loss or loss layer 5 at the time of mode conversion does not affect the practical use.
[0025]
As a result, in this dispersion compensating fiber, only higher-order modes, for example, only the _LP02 mode are propagated. Accordingly, in the mode converter, higher order mode from the fundamental mode, for example, LP ₀₂ other has not been converted into mode of mode, for example, LP ₀₁ mode, no longer practically propagate in the dispersion compensating fiber, multi-path interference It will be extremely low. Further, the loss ratio between the high-order mode and the low-order mode depends on the length of the fiber, and the multipath interference can be adjusted by changing the length of the fiber.
[0026]
Further, the dispersion compensating fiber using the higher-order mode has an essentially large dispersion coefficient and a high effective area as disclosed in the above-mentioned U.S. Patent, and has a chromatic dispersion of -200 ps / nm. / Km or less, the chromatic dispersion slope is 0 ps / nm ² / km, and the effective area is 50 μm ² or more.
Therefore, when performing dispersion compensation using this dispersion compensating fiber, it is possible to compensate for the accumulated dispersion with a short fiber length. Further, even if a high-power optical signal is transmitted, the transmission characteristics do not deteriorate due to the nonlinear effect.
[0027]
The dispersion compensating module of the present invention is obtained by winding a dispersion compensating fiber using the above-described higher-order mode on a bobbin or the like to a desired length to form a coil, and storing the coil in a case or the like. As described above, since the dispersion compensating fiber using the higher-order mode has a very large dispersion coefficient, the winding length can be short, and the module itself can be reduced in size and cost. Further, since the low-order mode is greatly attenuated, the multipath interference becomes 45 dB or more.
[0028]
FIG. 3 shows an example of a system for compensating the accumulated chromatic dispersion of an optical transmission line using the dispersion compensation module.
In FIG. 3, reference numeral 11 denotes an optical transmission line composed of a single mode fiber having a dispersion value of zero at a wavelength of 1.3 μm and a dispersion value of +17 ps / nm / km at a wavelength of 1.55 μm.
[0029]
The input end of the first mode converter 12 is connected to the output end of the optical transmission line 11. The first mode converter 12 has the function of converting the LP ₀₁ mode of the fundamental mode propagated in the optical transmission line 11 composed of a single mode fiber higher-order modes than this, for example, the LP ₀₂ mode is there. A long-period fiber grating or holey fiber is used for the mode converter 12.
[0030]
The output terminal of the first mode converter 12 is connected to the input terminal of the dispersion compensation module 13 described above, and the output terminal of the dispersion compensation module 13 is connected to the input terminal of the second mode converter 14. Have been. The second mode converter 14, the high-order mode is transmitted to the dispersion compensation module 13, for example, LP those with ₀₂ modes that can convert the LP ₀₁ mode of the fundamental mode, the previous one as well as holey fiber Or a long-period fiber grating.
The output terminal of the second mode converter 14 is connected to another optical transmission line 15 or an optical amplifier.
[0031]
Optical signal of the fundamental mode of wavelength 1.55μm input from the input end of the optical transmission line 11 (LP ₀₁ mode) is sent from the output terminal to the first mode converter 12, is where the mode conversion, It is converted to a higher order mode, for example, _LP02 mode. The signal light converted to the _LP02 mode by the first mode converter 12 is input to the dispersion compensating module 13, where the accumulated chromatic dispersion in the optical transmission line 11 is compensated, and then the second mode converter is used. 14 is sent.
[0032]
In the second mode converter 14, the propagation mode is order modes of the signal light, for example, from LP ₀₂ mode is the mode conversion to the LP ₀₁ mode of the fundamental mode is outputted from this, the other optical transmission line 15 or the light Sent to the amplifier.
[0033]
The length of the dispersion compensating fiber in the dispersion compensating module 13 is determined so that the chromatic dispersion at 1.55 μm accumulated in the optical transmission line 11 can be canceled. For example, if the length of the optical transmission line 11 is 80 km and the dispersion value of the single mode fiber constituting the optical transmission line 11 at a wavelength of 1.55 μm is +17 ps / nm / km, the cumulative dispersion value in the optical transmission line 11 Is 80 × 17 = 1360 ps / nm.
[0034]
Assuming that the dispersion value at 1.55 μm of the dispersion compensating fiber using the higher-order mode used in the dispersion compensating module 13 is −1000 ps / nm / km, the winding length of the dispersion compensating fiber in the dispersion compensating module 13 is 1. If the distance is 36 km, the accumulated dispersion at 1.55 μm in the optical transmission line 11 can be completely compensated.
[0035]
Hereinafter, specific examples will be described.
(Example 1)
Using the MCVD method, a dispersion compensating fiber using a higher-order mode having the structural parameters shown in Example 1 of Table 1 was produced. The dispersion compensating fiber was capable _{LP 01} mode, _{LP 02} mode and the _{LP 03} mode of propagation. The electric field distribution of the LP ₀₁ mode is shown in FIG. 4, the electric field distribution of the LP ₀₂ mode is shown in FIG. 5, and the electric field distribution of the LP ₀₃ mode is shown in FIG.
FIG. 7 shows the dispersion characteristics of the _LP02 mode. From FIG. 7, the dispersion value at a wavelength of 1.55 μm is about −1100 ps / nm / km.
[0036]
[Table 1]

[0037]
In FIG. 5 showing the electric field distribution of the LP02 mode, a loss layer is formed at a position with a radius of 2.20 μm where the electric field value becomes zero. The loss layer was formed by doping boron trioxide (B ₂ O ₃ ) into germanium-doped quartz serving as a central core at 16.3 mol%, and the thickness was 0.2 μm.
[0038]
FIG. 8 shows the propagation loss of each mode when A in Expression (1) is 150 dB / km and B is 0.5 dB / km. From Figure 8, the _{LP 01} mode in the _{LP 02} mode whereas with loss of about 26.5 dB / miles with a loss of about 1.5 dB / miles.
[0039]
Table 2 shows the results of an example in which the dispersion compensation module compensates for the accumulated dispersion at 1.55 μm in an optical transmission line using a single mode fiber of 80 km with a dispersion value of +17 ps / nm / km at a wavelength of 1.55 μm. Things.
In the Table 2, the dispersion compensating fiber using LP ₀₂ modes of the above-mentioned loss layer, a dispersion compensating fiber used without LP ₀₂ mode loss layer, 3 kinds of dispersion of the dispersion compensating fiber using conventional LP ₀₁ mode FIG. 4 shows characteristics of optical transmission lines in which three types of dispersion compensating modules are manufactured using a compensating fiber, and the three types of dispersion compensating modules are connected by a system configuration as shown in FIG.
[0040]
[Table 2]

[0041]
The FOM (good index) in Table 2 is a value obtained by dividing the total dispersion value of the dispersion-compensated optical transmission line by the total loss value including two mode converters, and MPI (multipath interference) is is the difference between the total insertion loss of the entire insertion loss and LP ₀₂ modes LP ₀₁ mode in the same dispersion compensation optical transmission line. The connection loss in Table 2 is for one mode converter. Further, the use mode is _{LP 02} mode, the unnecessary mode is _{LP 01} mode.
From the results in Table 2, it is apparent that the dispersion compensation fiber using the _LP02 mode provided with the loss layer has significantly improved FOM and MPI.
[0042]
(Example 2)
Using the MCVD method, a dispersion compensating fiber using a higher-order mode having the structural parameters shown in Example 2 of Table 1 was manufactured. The dispersion compensating fiber was capable _{LP 01} mode, _{LP 02} mode and the _{LP 03} mode of propagation. FIG. 9 shows the electric field distribution of the LP ₀₁ mode, FIG. 10 shows the electric field distribution of the LP ₀₂ mode, and FIG. 11 shows the electric field distribution of the LP ₀₃ mode.
FIG. 12 shows the dispersion characteristics of the _LP02 mode. From FIG. 12, the dispersion value at the wavelength of 1.55 μm is about −440 ps / nm / km.
[0043]
In FIG. 10 showing the electric field distribution of the LP02 mode, a loss layer is formed at a position with a radius of 2.30 μm where the electric field value becomes zero. The loss layer was formed by doping 7.6 mol% of boron trioxide into germanium-doped quartz constituting a central core, and the thickness thereof was set to 0.2 μm.
[0044]
FIG. 13 shows the propagation loss of each mode when A is 70 dB / km and B is 0.5 dB / km in the above equation (1). From FIG. 13, the LP ₀₁ mode has a loss of about 12.1 dB / km, while the LP ₀₂ mode has a loss of about 0.83 dB / km.
[0045]
Table 3 shows, similarly to Table 2 in Example 1, the dispersion compensation module at 1.55 μm in an optical transmission line using a single mode fiber of 80 km with a dispersion value of +17 ps / nm / km at a wavelength of 1.55 μm. 5 shows the result of an example in which compensation is made by the following.
In Table 3 as well, there are three types of dispersion compensating fiber using the above-described _LP02 mode with the loss layer, a dispersion compensating fiber using the _LP02 mode without the loss layer, and a dispersion compensating fiber using the normal _LP01 mode. FIG. 4 shows characteristics of optical transmission lines in which three types of dispersion compensating modules are manufactured using a compensating fiber, and the three types of dispersion compensating modules are connected by a system configuration as shown in FIG.
[0046]
[Table 3]

[0047]
From the results shown in Table 3, it is clear that the dispersion compensation fiber using the _LP02 mode provided with the loss layer has significantly improved FOM and MPI.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, in the dispersion compensating fiber used higher order modes of the present invention, low order mode, for example, interfere with the propagation of the LP ₀₁ mode, do not interfere with the propagation of high order, for example, LP ₀₂ mode than this By providing the loss layer, the low-order _LP01 mode is largely attenuated during propagation, but the high-order _LP02 mode is not attenuated. For this reason, multipath interference is dramatically improved.
[0049]
Therefore, even if the conversion characteristic of the mode converter, which is indispensable for compensating dispersion using a dispersion compensating fiber using a higher-order mode, is slightly poor, using the dispersion compensating fiber of the present invention makes it unnecessary in the dispersion compensating fiber. a mode, for example, LP ₀₁ mode will not be little propagation, good multi-path interference is obtained.
Further, since the higher-order mode is used, the fiber has a large chromatic dispersion coefficient, and the fiber length required for compensation can be reduced. Further, since it has a high effective area, even if signal light with high optical power is transmitted, there is no adverse effect due to the nonlinear effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a dispersion compensating fiber using a higher-order mode of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a refractive index distribution of a dispersion compensating fiber using a higher mode according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of an optical transmission line that has been dispersion-compensated using the dispersion compensation module of the present invention.
4 is a diagram showing the electric field distribution of the LP ₀₁ mode of the dispersion compensating fiber at Example 1.
FIG. 5 is a chart showing the electric field distribution of the _LP02 mode of the dispersion compensating fiber in the specific example 1.
FIG. 6 is a table showing the electric field distribution of the dispersion compensating fiber in the _LP03 mode in the first specific example.
FIG. 7 is a chart showing dispersion characteristics of the dispersion compensating fiber in the first specific example.
FIG. 8 is a table showing the propagation loss of each mode in the dispersion compensating fiber in the specific example 1.
9 is a diagram showing the electric field distribution of the LP ₀₁ mode of the dispersion compensating fiber at the second specific example.
FIG. 10 is a chart showing the electric field distribution of the _LP02 mode of the dispersion compensating fiber in the specific example 2.
FIG. 11 is a table showing the electric field distribution of the _LP03 mode of the dispersion compensating fiber in the specific example 2.
FIG. 12 is a table showing dispersion characteristics of a dispersion compensating fiber in a specific example 2.
FIG. 13 is a table showing the propagation loss of each mode in the dispersion compensating fiber in the specific example 2.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Central core part, 2 ... Core part, 3 ... Ring core part, 4 ... Clad, 5 ... Loss layer.

Claims

光ファイバ内に、この光ファイバを伝搬する低次のモードを減衰させ、これよりも高次のモードを減衰させない損失層を設けたことを特徴とする高次モードを用いた分散補償ファイバ。A dispersion compensating fiber using a higher-order mode, wherein a loss layer that attenuates a lower-order mode propagating through the optical fiber and does not attenuate a higher-order mode is provided in the optical fiber.

損失層を高次のモードの電界分布における電界が零となる位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の高次モードを用いた分散補償ファイバ。2. The dispersion compensating fiber using a higher-order mode according to claim 1, wherein the loss layer is provided at a position where the electric field in the electric field distribution of the higher-order mode becomes zero.

損失層が、光ファイバをなすガラスにコバルト、クロム、銅、鉄、ニッケル、マンガン、ホウ素、バナジウムのいずれか１種以上の元素の酸化物をドープすることによって形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の高次モードを用いた分散補償ファイバ。The loss layer is formed by doping an optical fiber glass with an oxide of one or more of cobalt, chromium, copper, iron, nickel, manganese, boron, and vanadium. A dispersion compensating fiber using a higher-order mode according to claim 1 or 2.

損失層の厚さが０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高次モードを用いた分散補償ファイバ。4. The dispersion compensating fiber according to claim 1, wherein a thickness of the loss layer is 0.5 μm or less.

低次のモードがＬＰ_０１モードであり、高次のモードがＬＰ_０２モードであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高次モードを用いた分散補償ファイバ。Low-order mode is the LP ₀₁ mode, claims 1 to dispersion compensating fibers using the higher-order mode according to any one of the four higher-order mode is characterized in that the LP ₀₂ mode.

低次のモードの伝搬損失が１０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高次モードを用いる分散補償ファイバ。6. The dispersion compensating fiber using a higher-order mode according to claim 1, wherein a propagation loss of a lower-order mode is 10 dB / km or more.

光ファイバが、中心コア部と、これの外周に設けられ、屈折率が中心コア部よりも低いコア部と、これの外周に設けられ、屈折率がコア部よりも高く、中心コア部よりも低いリングコア部と、これの外周に設けられたクラッドを有するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の高次モードを用いた分散補償ファイバ。An optical fiber is provided at the center core portion and at the outer periphery thereof, a core portion having a lower refractive index than the center core portion, and provided at the outer periphery thereof, the refractive index being higher than the core portion and being higher than the center core portion. 7. The dispersion compensating fiber using a higher-order mode according to claim 1, wherein the dispersion compensating fiber has a low ring core portion and a cladding provided on an outer periphery thereof.

請求項１ないし７のいずれかに記載の高次モードを用いた分散補償ファイバを用いたことを特徴とする分散補償モジュール。A dispersion compensating module using the dispersion compensating fiber using the higher-order mode according to any one of claims 1 to 7.

多重パス干渉が４５ｄＢ以上であることを特徴とする請求項８に記載の分散補償モジュール。9. The dispersion compensation module according to claim 8, wherein the multipath interference is 45 dB or more.

請求項８または９に記載の分散補償モジュールを備えたことを特徴とする光伝送路。An optical transmission line comprising the dispersion compensation module according to claim 8.