JP2005222062A - メトロ網用光ファイバー - Google Patents
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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N1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N1よりも低い第2の屈折率N2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
【解決手段】 光ファイバー300は、第1の屈折率N1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N1よりも低い第2の屈折率N2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IDC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R1の半径を有し、N1の屈折率を有する。ここで、N1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R2の半径を有し、N2の屈折率を有する。ここで、N2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R3の半径を有し、N3の屈折率を有する。ここで、N3は、N2より大きく、N1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R4の半径を有し、N4の屈折率を有する。N4は、N2より大きく、N3より小さい。
光ファイバー300の屈折率は、0.34%≦(N1−N4)/N4≦0.55%、−0.005%≧(N2−N4)/N4≧−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/nm2/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/nm2/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、30μm2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55μm2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、SiO2、GeO2、或いはP2O5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。
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
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 (18)
- 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/nm2/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55μm2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%≦(N1−N4)/N4≦0.55%、−0.005%≧(N2−N4)/N4≧−0.01%の関係を有し、前記第1の屈折率はN1であり、前記第2の屈折率はN2であり、前記第3の屈折率はN4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/nm2/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、SiO2、GeO2、或いはP2O5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/nm2/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55μm2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%≦(N1−N4)/N4≦0.55%、−0.005%≧(N2−N4)/N4≧−0.01%の関係を有し、前記第1の屈折率はN1であり、前記第2の屈折率はN2であり、前記第3の屈折率はN4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/nm2/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、SiO2、GeO2、或いはP2O5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。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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