JP2005222062A

JP2005222062A - メトロ網用光ファイバー

Info

Publication number: JP2005222062A
Application number: JP2005029349A
Authority: JP
Inventors: Yun-Geun Jang; 允根張; Sung-Koog Oh; 成国呉; Ju-Chang Han; 周創韓
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-02-07
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2005-08-18
Also published as: US20050175303A1; KR100678222B1; US7116876B2; CN1316268C; KR20050079830A; CN1651944A

Abstract

【課題】向上されたチャンネル効率を有し、経済的に形成でき、既存のメトロ網との高い互換性を備えた光ファイバーを提供する。
【解決手段】光ファイバー３００は、第１の屈折率Ｎ_１を有する中心領域３２０と、中心領域３２０を取り囲み、第１の屈折率Ｎ_１よりも低い第２の屈折率Ｎ_２を有する屈折率低下領域３３０と、を有するコア３１０と、コア３１０を取り囲み、第３の屈折率を有するクラッド３５０と、を具備する。光ファイバー３００は、ゼロ分散波長が１５５５ｎｍ以上で且つＬ−バンド以下の波長範囲に位置し、Ｃ−バンドで負の分散値を有し、Ｌ−バンドで正の分散値を有する。
【選択図】図５Ｂ

Description

本発明は、光学のネットワークに関し、特に、かかる光学のメトロ・エリア・ネットワークの伝送路として使用される光ファイバーに関する。

一般に、メトロ網に使用する負の分散特性を有する光ファイバーは、高屈折率のコア(core)と、これを取り囲むクラッド(clad)と、を含む。また、コアとクラッドとの間には、当該コアより低い屈折率を有する環状領域を含むことができる。

バーガバツラー(Bhagavatula)により提案され米国で特許登録された下記特許文献１には、“Low dispersion、low-loss single-mode optical waveguide”という題名にて、低下された屈折率(depressed refractive index)の環状領域を有するコアと、これを取り囲むクラッドと、を含む単一モード光導波路について開示されている。

メトロ網を形成するにあたっては、外部変調(external modulation；ＥＭ)方式よりも、直接変調(direct modulation；ＤＭ)方式でメトロ網を形成する方が、低い伝送速度においてより経済的に構成できる。

図１Ａは、直接変調方式を説明するための概略図であり、図１Ｂは、外部変調方式を説明するための概略図である。

図１Ａを参照すると、直接変調方式では、レーザーダイオード(laser diode；ＬＤ)１１０に直流電圧Ｉ_ＤＣとデータを印加することによって、レーザーダイオード１１０から出力される光を変調させる。直接変調された光信号は、正のチャープ(chirp)特性を示すことが知られている。

図１Ｂを参照すると、外部変調方式では、レーザーダイオード２１０に直流電圧を印加することによって光を生成し、この光を受信する変調器(modulator)２２０は、受信したこの光を、入力されたデータに変調させる。

従来のメトロ網又は加入者網(access network)は、標準単一モード光ファイバー(standard single mode fiber；ＳＳＭＦ)を使用して構築される。最近では、直接変調された光信号が正のチャープ特性を示すことに着目して、負の分散値(１５５０ｎｍで約−７〜−８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ)を有する非零分散シフト光ファイバー(non zero dispersion shifted fiber；ＮＺＤＳＦ)を使用してメトロ網を構築する方式が知られている。しかしながら、このような方式は、伝送特性上の効果を得るためには、多くの制約条件を必要とする。さらに、１０Ｇｂｐｓの伝送速度及び１５５０ｎｍ帯域の直接変調方式を採択した光通信網の場合には、ＳＳＭＦは、約１０ｋｍの伝送距離に適用可能であり、現在製造されている負の分散値を有するＮＺＤＳＦは、約７５ｋｍの伝送距離に適用可能である。ＳＳＭＦは、直接変調方式により生じるチャープ現象のために、良好な伝送特性を発揮することができず、また、負の分散値を有するＮＺＤＳＦは、メトロ網の全般的な伝送速度である約１０Ｇｂｐｓでは、過度に高い負の分散値によって、１００ｋｍ以上の網では効果を得ることができない。従って、ＳＭＦを使用してメトロ網を構成する場合には、別途の分散制御光ファイバーを使用しなければならなず、これにより網の構成が複雑になる、いう問題点があった。

図２は、典型的なＳＭＦ及び負の分散光ファイバー(negative dispersion fiber；ＮＤＦ)についてのそれぞれの伝送距離に関するＱ値(Ｑ-factor)曲線を示すグラフである。図２は、消光比５ｄＢの前段増幅された(with preamp)光信号が、第１のＮＤＦを進行する場合のＱ値の曲線と、消光比８ｄＢの前段増幅された光信号が、第２のＮＤＦを進行する場合のＱ値の曲線と、消光比８ｄＢの前段増幅されない光信号が、第３のＮＤＦを進行する場合のＱ値の曲線と、消光比８ｄＢの前段増幅されない光信号が、ＳＭＦを進行する場合のＱ値の曲線と、のそれぞれを示している。この図より、典型的なＳＭＦは、直接変調方式によって引き起こされるチャープ現象のために、良い伝送特性を実現しにくく、典型的なＮＤＦは、高い負の分散値によってメトロ網中の伝送距離に制限を受けることが分かる。

図３は、典型的なエルビウム添加光ファイバー増幅器(erbium doped fiber amplifier；ＥＤＦＡ)の特性を説明するためのグラフである。図３は、−４０ｄＢｍの光信号が入力された場合の利得曲線と、−１０ｄＢｍの光信号が入力された場合の利得曲線と、＋５ｄＢｍの光信号が入力された場合の利得曲線と、−１０ｄＢｍの光信号に関する雑音指数(noise figure)曲線と、を示している。前記エルビウム添加光ファイバー増幅器のデッドゾーン(dead zone)である１５６０〜１５７０ｎｍ範囲の波長帯域では、チャンネル効率を低下させる。

一方、典型的なＮＺＤＳＦは、Ｃ−バンド(１５３０〜１５６５ｎｍ)に適合した分散値を有するので、Ｌ−バンド(１５６５〜１６２５ｎｍ)の使用に制限があり、前記エルビウム添加光ファイバー増幅器のデッドゾーンと共にメトロ網のチャンネル効率を低下させる。

図４は、負の分散値を有する典型的なＮＺＤＳＦの屈折率プロファイルを示すグラフである。このＮＺＤＳＦは、その中心に位置する二重リング形状のコアと、屈折率低下領域(depressed region)と、クラッドとを含む。このＮＺＤＳＦは、複雑な屈折率プロファイルによって、既存の光ファイバーとの接続効率性を低下させる。また、このＮＺＤＳＦは、広い屈折率低下領域によって、マクロベンディング損失(macro bending loss)が高いという問題点がある。

従って、現在のメトロ網の主な伝送速度である２．５Ｇｂｐと、今後に広く使用される１０Ｇｂｐｓの伝送速度に適合した光特性を有する光ファイバーが要求されていた。
米国特許第４，７１５，６７９号明細書

上記背景に鑑みて、本発明の目的は、向上されたチャンネル効率を有し、経済的に形成でき、既存のメトロ網との高い互換性を備えた光ファイバーを提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる光ファイバーを用ることで、メトロ網を経済的に構築できるようにすることにある。

この目的を達成するために、本発明の光ファイバーは、第１の屈折率を有する中心領域と、該中心領域を取り囲み、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する屈折率低下領域と、を有するコアと、前記コアを取り囲み、第３の屈折率を有するクラッドと、を具備し、ゼロ分散波長が１５５５ｎｍ以上で且つＬ−バンド以下の波長範囲に位置し、Ｃ−バンドで負の分散値を有し、Ｌ−バンドで正の分散値を有することを特徴とする。

また、本発明のメトロ網は、少なくとも２つのノードと、これらノードを連結する少なくとも１本の光ファイバーと、前記少なくとも２つのノードの間を連結する複数のエルビウム添加光ファイバー増幅器と、を含み、前記少なくとも１本の光ファイバーは、第１の屈折率を有する中心領域と、該中心領域を取り囲み、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する屈折率低下領域と、を有するコアと、前記コアを取り囲み、第３の屈折率を有するクラッドと、を具備し、ゼロ分散波長が１５５５ｎｍ以上で且つＬ−バンド以下の波長範囲に位置し、Ｃ−バンドで負の分散値を有し、Ｌ−バンドで正の分散値を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面は、少なくとも１本の光ファイバーを含むメトロ網を構築する方法であって、前記光ファイバーが負の分散値を有するＣ−バンドで直接変調方式を適用する工程と、前記光ファイバーが正の分散値を有するＬ−バンドで外部変調方式を適用する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の光ファイバーでは、既存のエルビウム添加光ファイバー増幅器に存在するデッドゾーンとこの光ファイバーのゼロ分散位置とを一致させることによって、最大のチャンネル効率を得ることができ、Ｃ−バンドで直接変調方式を使用する場合に、２．５Ｇｂｐｓ及び１０Ｇｂｐｓの伝送速度で最大の伝送効率を得ることができる。

また、本発明の光ファイバーを用いてメトロ網を形成する場合には、Ｃ−バンドでは負の分散値を有するので直接変調方式を適用し、Ｌ−バンドでは正の分散値を有するので外部変調方式を適用することで、経済的に構築することができるという利点がある。

以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために、公知の機能又は構成についての詳細な説明は省略する。

図５Ａは、本発明の一の実施形態によるメトロ網用の光ファイバーの構成を示す断面図である。図５Ｂは、図５Ａに示した光ファイバー３００の屈折率プロファイル(refractive index profile)を示す。光ファイバー３００は、中心領域(core region)３２０、屈折率低下領域(depressed region)３３０、及び環状領域(ring region)３４０を有するコア３１０と、クラッド３５０とを含む。

中心領域３２０は、光ファイバー３００の中心からＲ_１の半径を有し、Ｎ_１の屈折率を有する。ここで、Ｎ_１は、光ファイバー３００の最大屈折率である。

屈折率低下領域３３０は、中心領域３２０を取り囲み、その内周は、中心領域３２０の外周と一致し、その外周は、光ファイバー３００の中心からＲ_２の半径を有し、Ｎ_２の屈折率を有する。ここで、Ｎ_２は、光ファイバー３００の最小屈折率である。

環状領域３４０は、屈折率低下領域３３０を取り囲み、その内周は、屈折率低下領域３３０の外周と一致し、その外周は、光ファイバー３００の中心からＲ_３の半径を有し、Ｎ_３の屈折率を有する。ここで、Ｎ_３は、Ｎ_２より大きく、Ｎ_１より小さい値である。

クラッド３５０は、環状領域３４０を取り囲み、その内周は、環状領域３４０の外周と一致し、その外周は、光ファイバー３００の中心からＲ_４の半径を有し、Ｎ_４の屈折率を有する。Ｎ_４は、Ｎ_２より大きく、Ｎ_３より小さい。

光ファイバー３００の屈折率は、０．３４％≦(Ｎ_１−Ｎ_４)／Ｎ_４≦０．５５％、−０．００５％≧(Ｎ_２−Ｎ_４)／Ｎ_４≧−０．０１％の関係を有する。

光ファイバー３００の残留応力(residual stress)は、光ファイバーの中心を基準にして半径方向に対称的に分配され、応力の絶対値は８０ＭＰａ以下である。

図６は、図５Ａに示した光ファイバー３００の分散特性と、典型的な負の分散値を有するＮＺＤＳＦ(ＮＤ-ＮＺＤＳＦ)の分散特性と、を比較したグラフである。図６は、図５Ａに示したメトロ網用光ファイバー３００の波長別分散曲線(以下、「第１の分散曲線」と呼ぶ。)と、典型的な負の分散値を有するＮＺＤＳＦの波長別分散曲線(以下、「第２の分散曲線」と呼ぶ。)を示している。第１の分散曲線は、Ｃ−バンドでは、負の分散値を示し、Ｌ−バンドでは、正の分散値を示す。これは、既存のエルビウム添加光ファイバー増幅器に存在するデッドゾーンとこの光ファイバーのゼロ分散位置とを一致させ、これによって最大のチャンネル効率を得るための構成である。第１の分散曲線のゼロ分散波長は、１５５５ｎｍ以上で、かつ、Ｌ−バンドを超過しない波長範囲に位置し、望ましくは、１５６５〜１５７５ｎｍの波長範囲に位置する。そして、第１の分散曲線が負の分散値を有するＣ−バンドでは直接変調方式を適用し、第１の分散曲線が正の分散値を有するＬ−バンドでは外部変調方式を適用することによって、経済的なメトロ網を構成することができる。Ｃ−バンドで直接変調方式を使用する場合には、２．５Ｇｂｐｓ及び１０Ｇｂｐｓの伝送速度で最大の伝送効率を得ることができる。また、Ｌ−バンドで外部変調方式を使用することによって、メトロ網全体の周波数効率を高めることができる。

光ファイバー３００は、Ｃ−バンド及びＬ−バンドでの適切な分散値を確保するために、１５５０ｎｍ帯域で０．０８ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の分散スロープを有する構成とする。さらには、分散スロープが０．０７ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下である場合には、Ｃ−バンドで最適のチャンネル効率を得ることができる。光ファイバー３００は、屈折率プロファイルが単純であり、屈折率低下領域３３０が大きくないので、一部の波長帯域に対する有効断面積を大きくすることができ、例えば、Ｃ−バンドでは、３０μｍ^２以上の有効断面積を備えることができる。また、Ｌ−バンドでは、有効断面積が５５μｍ^２以上であれば、１０Ｇｂｐｓで円滑な伝送効果を得ることができる。さらに、光ファイバー３００が高い有効断面積を有することによって、メトロ網内に配置された既存の光ファイバーとの接続を容易に行えるようになる。また、そのような光ファイバー３００は、単純な屈折率プロファイルを有することから、製造が容易であり、既存の光ファイバーとの接続が容易である。光ファイバー３００は、ＣＷＤＭ(Coarse Wavelength Division Multiplexing)方式での網の構成が可能であり、また、非常に広い有効断面積を有することができるので、ＤＷＤＭ(Dense Wavelength Division Multiplexing)方式を使用することができる。これによって、多数の加入者が存在する場合のチャンネル効率を高めることができる。また、光ファイバー３００が適切な分散スロープを有することによって、Ｏ−バンドでもＣＷＤＭ方式を使用することができる。

光損失を最小化するために、光ファイバー３００における屈折率低下領域３３０を小さく縮小するように構成しても良い。屈折率低下領域３３０は、例えば、ＳｉＯ_２、ＧｅＯ_２、或いはＰ_２Ｏ_５により形成することができる。光ファイバー３００をＣ−バンド及びＬ−バンドで使用するためには、全領域に亘って０．２８ｄＢ/ｋｍ以下の損失特性を示すことが必要であり、Ｌ−バンドでは、特に、０．２６ｄＢ/ｋｍ以下の損失特性を示すことが望ましい。

光ファイバー３００が有するＣ−バンドでの負の分散値は、直接変調方式によって引き起こされた正のチャープと結合して、分散補償なく伝送することができる最大距離を保証する。

図７は、図５Ａに示した光ファイバーの線引温度別の分散特性を説明するためのグラフである。図７から、第１乃至第４の波長の各分散曲線は、短波長帯域では相互にほとんど一致しているが、長波長帯域に行くほど、その差異が大きくなり、線引温度が増加するほど、その分散スロープが小さくなることが分かる。光ファイバー３００のＣ−バンド及びＬ−バンドに適合な最適の分散特性は、各構成領域の屈折率及び半径を調節することによって調節され、また、光ファイバー３００の細部の分散特性は、遮断波長を考慮して、線引温度を用いて調節される。

図８は、上述した本発明の実施形態による光ファイバーを用いて構成されたメトロ網の一部を示す概略図である。図８に示すメトロ網４００は、第１のノード４１０と第２のノード４４０との間に、上述した光ファイバーとエルビウム添加光ファイバー増幅器とが交互に配置され連結された構造となっており、第１乃至第ｎの光ファイバー４２０−１〜４２０−ｎと、第１乃至第ｎのエルビウム添加光ファイバー増幅器４３０−１〜４３０−ｎとが使用される。このメトロ網４００は、分散制御光ファイバーを必要としないので、経済的に構築されることが可能である。

以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲により定められるべきである。

直接変調方式を説明するための概略図である。外部変調方式を説明するための概略図である。典型的なＳＭＦ及びＮＤＦについてのそれぞれの伝送距離に関するＱ値(Q-factor)曲線を示すグラフである。典型的なエルビウム添加光ファイバー増幅器の特性を説明するためのグラフである。負の分散値を有する典型的なＮＺＤＳＦの屈折率プロファイルを示すグラフである。本発明の一実施形態によるメトロ網用光ファイバーの構成を示す概略断面図である。図５Ａに示した光ファイバーの屈折率プロファイルを示すグラフである。図５Ａに示した光ファイバーの分散特性と、負の分散値を有する典型的なＮＺＤＳＦの分散特性と、を比較するグラフである。図５Ａに示した光ファイバーの線引温度に関しての分散特性を説明するためのグラフである。本発明を適用した光ファイバーを用いて構成されたメトロ網の一部を示す概略図である。

符号の説明

３００光ファイバー
３１０コア
３２０中心領域
３３０屈折率低下領域
３５０クラッド
４００メトロ網

Claims

第１の屈折率を有する中心領域と、該中心領域を取り囲み、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する屈折率低下領域と、を有するコアと、
前記コアを取り囲み、第３の屈折率を有するクラッドと、を具備し、
ゼロ分散波長が１５５５ｎｍ以上で且つＬ−バンド以下の波長範囲に位置し、Ｃ−バンドで負の分散値を有し、Ｌ−バンドで正の分散値を有すること
を特徴とする光ファイバー。
前記ゼロ分散波長は、１５６５〜１５７５ｎｍの波長範囲に位置すること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
前記光ファイバーは、１５５０ｎｍの帯域で、０．０８ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の分散スロープを有すること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
前記光ファイバーは、Ｌ−バンドでの有効断面積が５５μｍ^２以上であること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
前記光ファイバーの屈折率は、０．３４％≦(Ｎ_１−Ｎ_４)／Ｎ_４≦０．５５％、−０．００５％≧(Ｎ_２−Ｎ_４)／Ｎ_４≧−０．０１％の関係を有し、前記第１の屈折率はＮ_１であり、前記第２の屈折率はＮ_２であり、前記第３の屈折率はＮ_４であること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
前記光ファイバーは、１５５０ｎｍの帯域で０．０７ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の分散スロープを有すること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
前記光ファイバーは、残留応力がその中心を基準として半径方向に対称をなし、応力の絶対値が８０ＭＰａ以下であること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
前記屈折率低下領域は、ＳｉＯ_２、ＧｅＯ_２、或いはＰ_２Ｏ_５により形成されること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
少なくとも２つのノードと、
前記ノードを連結する少なくとも１本の光ファイバーと、
前記少なくとも２つのノードの間を連結する複数のエルビウム添加光ファイバー増幅器と、を含み、
前記少なくとも１本の光ファイバーは、第１の屈折率を有する中心領域と、該中心領域を取り囲み、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する屈折率低下領域と、を有するコアと、前記コアを取り囲み、第３の屈折率を有するクラッドと、を具備し、ゼロ分散波長が１５５５ｎｍ以上で且つＬ−バンド以下の波長範囲に位置し、Ｃ−バンドで負の分散値を有し、Ｌ−バンドで正の分散値を有すること
を特徴とするメトロ網。
前記光ファイバーの前記ゼロ分散波長は、１５６５〜１５７５ｎｍの波長範囲に位置すること
を特徴とする請求項９記載のメトロ網。
前記光ファイバーは、１５５０ｎｍ帯域で０．０８ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の分散スロープを有すること
を特徴とする請求項９記載のメトロ網。
前記光ファイバーは、Ｌ−バンドでの有効断面積が５５μｍ^２以上であること
を特徴とする請求項９記載のメトロ網。
前記光ファイバーの屈折率は、０．3４％≦(Ｎ_１−Ｎ_４)／Ｎ_４≦０．５５％、−０．００５％≧(Ｎ_２−Ｎ_４)／Ｎ_４≧−０．０１％の関係を有し、前記第１の屈折率はＮ_１であり、前記第２の屈折率はＮ_２であり、前記第３の屈折率はＮ_４であること
を特徴とする請求項９記載のメトロ網。
前記光ファイバーは、１５５０ｎｍの帯域で０．０７ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の分散スロープを有すること
を特徴とする請求項９記載のメトロ網。
前記光ファイバーは、残留応力がその中心を基準として半径方向に対称をなし、応力の絶対値が８０ＭＰａ以下であること
を特徴とする請求項第９記載のメトロ網。
前記屈折率低下領域は、ＳｉＯ_２、ＧｅＯ_２、或いはＰ_２Ｏ_５により形成されること
を特徴とする請求項９記載のメトロ網。
少なくとも１本の光ファイバーを含むメトロ網を構築する方法であって、
前記光ファイバーが負の分散値を有するＣ−バンドで直接変調方式を適用する工程と、
前記光ファイバーが正の分散値を有するＬ−バンドで外部変調方式を適用する工程と、
を含むことを特徴とするメトロ網の構築方法。
前記メトロ網は、少なくとも１つのエルビウム添加光ファイバー増幅器をさらに含み、
前記エルビウム添加光ファイバー増幅器のデッドゾーンと前記光ファイバーのゼロ分散位置とをマッチングさせる工程をさらに含むこと
を特徴とする請求項１７記載のメトロ網の構築方法。