JP3798227B2 - 分散補償光ファイバの接続構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有効コア断面積およびモードフィールド径の差が大きいシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、開発が進んでいる１．５３〜１．６３μｍ帯における長距離波長多重伝送においては、波長分散と分散スロープが小さく、非線形効果を抑制できる伝送路（光ファイバ）の開発が課題となっている。
波長分散が小さいことは、伝送損失を低減し、高速化を図るために不可欠な条件である。なお、波長分散は小さい程好ましいが、波長分散がゼロになると非線形効果が発生しやすくなるため、ゼロではない値をとることが好ましい。
また、分散スロープは、横軸に波長、縦軸に波長分散をとったときの曲線の傾きである。複数の波長の光を伝送する場合に分散スロープが大きいと、伝送帯域の両端付近での波長分散が大きくなり、伝送特性が劣化する。
また、非線形効果が発生すると伝送特性が劣化する。波長多重伝送においては、もともと伝送路中を伝搬する光のパワーが大きいため、非線形効果が発生しやすい。また、長距離伝送においては、通常エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いて所定間隔で光信号を増幅しながら伝送するが、このときに光のパワーが急激に増大し、非線形効果が発生しやすくなる。
【０００３】
非線形効果は、以下の式
【０００４】
【数１】
【０００５】
で定義される光ファイバの有効コア断面積（Ａｅｆｆ）を拡大することによって低減することができる。
しかし、従来、有効コア断面積が十分に大きく、かつ分散スロープが十分に小さい光ファイバを得ることは困難であった。
【０００６】
そこで、例えば１．３μｍ用シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを組み合わせた光通信システムが提案され、商用化されている。
１．３μｍ帯シングルモード光ファイバは、１．５３〜１．６３μｍにおいて、有効コア断面積が比較的大きく、非線形効果を抑制することができる。しかし、例えば１．５５μｍでは、約＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を生じる。また、分散スロープは比較的大きな正の値となる。
そのため、１．３μｍ用シングルモード光ファイバを、絶対値の大きな負の波長分散と分散スロープを持つ分散補償光ファイバと組み合わせると、伝送路全体の波長分散、分散スロープを小さくし、かつ非線形効果を抑制することができる。
【０００７】
しかし、１．３μｍ用シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを接続する場合、これらの有効コア断面積およびモードフィールド径（ＭＦＤ）が異なるため、接続損失が大きくなるという問題がある。
【０００８】
特許番号２９５１５６２号においてはシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの間に中間光ファイバを介在させて接続する構造が開示されている。
この構造においては、中間光ファイバのモードフィールド径が分散補償光ファイバのモードフィールド径と実質的に同じ値とされている。また、この中間光ファイバのシングルモード光ファイバ側のモードフィールド径が、シングルモード光ファイバのモードフィールド径に合うように拡大されている。
その結果、中間光ファイバと分散補償光ファイバおよびシングルモード光ファイバとの接続損失を低減することができる。モードフィールド径の拡大は、中間光ファイバの端部を加熱して、コアに添加されているドーパントを拡散させることによって行う。
【０００９】
一方、本発明者らは、シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを組み合わせた光通信システムに適したシングルモード光ファイバおよび分散補償光ファイバについて、種々の検討を行っている。
シングルモード光ファイバとしては、特願２０００−１２２５９号において、１．５５μｍ付近の波長帯において、有効コア断面積が１２０μｍ2以上、モードフィールド径が１２μｍ以上であり、一般的な１．３μｍ用シングルモード光ファイバよりも非線形効果を効果的に低減できるものを提案している。
また、分散補償光ファイバ自体の非線形効果を抑制することを目的として、特願２００００−０５４６４６号などにおいて、１．５５μｍ付近の波長帯において、有効コア断面積２０μｍ2以上、実質的には２０〜４０μｍ2、モードフィールド径が５．０μｍ以上、実質的には５．０〜６．５μｍ2の分散補償光ファイバを提案している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの非線形効果の抑制を目的として開発したシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバは、有効コア断面積の差が８０μｍ2以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上であり、従来の１．３μｍ用シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバよりも大きい。したがって、接続損失が従来以上に大きくなるという問題が生じた。
上述の特許番号２９５１５６２号に開示されている接続構造は、実施例などから見ても明らかなように、モードフィールド径の差が５．５μｍ程度のものを想定している。したがって、この構造を上述のように有効コア断面積およびモードフィールド径の差が大きいシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの接続に適用しようとすると、中間光ファイバのシングルモード光ファイバ側の端部のモードフィールド径をかなり大きくしなければならない。
その結果、ドーパントを拡散させるための加熱条件が過酷になり、拡散時間が長くかかって作業効率が低下し、また、中間光ファイバの外形が熱によって変形する場合があった。
【００１１】
本発明は前記事情に鑑てなされたもので、使用波長において、有効コア断面積の差が８０μｍ2以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上のシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを接続する場合に、低損失で接続する構造を提供することを課題とする。
さらに、比較的簡便な操作および緩慢な条件で製造できるものを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の分散補償光ファイバの接続構造は、シングルモード光ファイバと、該シングルモード光ファイバよりも小さい有効コア断面積とモードフィールド径を備えた分散補償光ファイバとを、接続用光ファイバを挟んで接続した分散補償光ファイバの接続構造において、シングルモード光ファイバは、センタコアと、その上に設けられた該センタコアよりも低い屈折率を備えたサイドコアと、その上に設けられた該サイドコアよりも高く、前記センタコアよりも低い屈折率を備えたクラッドからなる屈折率分布形状を有し、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、有効コア断面積が１２０〜１５０μｍ ２ 、モードフィールド径が１２〜１４μｍで、かつシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を備え、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの有効コア断面積の差が８０μｍ２以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上であり、接続用光ファイバは、有効コア断面積が 前記分散補償光ファイバの有効コア断面積よりも１０〜３０％大きく、かつモードフィールド径が、前記分散補償光ファイバのモードフィールド径よりも１０〜６０％大きく、かつ当該接続用光ファイバの前記シングルモード光ファイバ側の端部のコアが該シングルモード光ファイバの有効コア断面積およびモードフィールド径に合わせて拡大された拡径部を備えていることを特徴とする。
前記接続用光ファイバのコアがドーパントを含む石英ガラスからなり、拡径部が、該ドーパントを、加熱によって拡散させて形成したものであると好ましい。
また、シングルモード光ファイバのクラッドが、純粋石英ガラス、若しくは純粋石英基準の比屈折率差が−０．１〜−０．３％の範囲になるようにフッ素を添加した石英ガラスからなり、接続用光ファイバのコアとクラッドがドーパントを添加した石英ガラスからなると好ましい。
また、接続用光ファイバは、純粋石英ガラスを基準にしたコアの比屈折率差が＋０．２〜＋０．８％、純粋石英ガラスを基準としたクラッドの比屈折率差が−０．７〜−０．３％、コア半径が２．２〜３．１μｍ、モードフィールド径が５．４〜７．４μｍ、有効コア断面積が２２．７〜３９．３μｍ ２ であると好ましい。
この屈折率分布形状において、センタコアの半径をｒ１、サイドコアの半径をｒ２、クラッドの屈折率を基準にしたセンタコアとサイドコアの比屈折率差をそれぞれΔ１、Δ２としたとき、ｒ２／ｒ１が３．０〜５．０、Δ１が０．３０％以下、Δ２が−０．０５〜−０．１５％であると好ましい。
また、分散補償光ファイバが、センタコアと、その上に設けられたサイドコアと、その上に設けられたリングコアと、その上に設けられたクラッドとからなり、前記センタコアと前記リングコアの屈折率が前記クラッドよりも高く、前記サイドコアの屈折率が前記クラッドよりも低い屈折率分布形状を有し、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、有効コア断面積が２０〜４０μｍ２、曲げ損失が４０ｄＢ／ｍ以下、波長分散が−７０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍで、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、かつシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、波長１．５５μｍにおいて波長分散が＋２０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが＋０．０６３ｐｓ／ｎｍ ２ ／ｋｍのシングルモード光ファイバを補償したときの分散スロープ補償率が８０〜１２０％であると好ましい。
この屈折率分布形状において、センタコアとサイドコアとリングコアの半径をそれぞれｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、クラッドを基準にしたセンタコアとサイドコアとリングコアの比屈折率差をそれぞれΔ１１、Δ１２、Δ１３としたとき、ｒ１１が４〜６μｍ、ｒ１２／ｒ１１が２．５〜３．５、ｒ１３／ｒ１１が３．０〜５．５、Δ１１が０．９〜１．５％、Δ１２が−０．３〜−０．５％、Δ１３が０．１〜１．２％であると好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の接続構造の一例を示した断面図であって、図中符号１は分散補償光ファイバであり、コア１ａの上にクラッド１ｂが設けられて構成されている。符号２はシングルモード光ファイバであって、コア２ａの上にクラッド２ｂが設けられて構成されている。そして、これらの分散補償光ファイバ１およびシングルモード光ファイバ２の間に接続用光ファイバ３が挿入され、好ましくは接続用光ファイバ３の端部とシングルモード光ファイバ２および接続用光ファイバ３とが、融着接続されている。
なお、接続用光ファイバ３はコア３ａの上にクラッド３ｂが設けられて構成されている。そして、接続用光ファイバ３のシングルモード光ファイバ２側の端部には、コア３ａが徐々に拡径された拡径部３ｃが設けられている。
【００１４】
本発明において、使用波長は、伝送特性の観点から、好ましくは１．５３〜１．６３μｍから１つ以上の波長が選択される。波長多重伝送を行うにおいては、複数の波長が、比較的広い波長域から選択される。
この使用波長において、分散補償光ファイバ１の有効コア断面積とモードフィールド径は、シングルモード光ファイバ２の有効コア断面積とモードフィールド径よりも小さい。
そして、これらの有効コア断面積の差が８０μｍ2以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上である。これらの値の上限値は特に限定しないが、実質的には有効コア断面積の差が１３０μｍ2以下、モードフィールド径の差が９．０μｍ以下であれば適用することができる。
【００１５】
また、接続用光ファイバ３の有効コア断面積は、前記分散補償光ファイバ１の有効コア断面積よりも１０〜３０％、好ましくは１５〜２５％大きい。
また、接続用光ファイバ３のモードフィールド径は、前記分散補償光ファイバ１のモードフィールド径よりも１０〜６０％、好ましくは２０〜５０％大きい。
接続用光ファイバ３の有効コア断面積とモードフィールド径をこの範囲に設定することにより、分散補償光ファイバ１と接続用光ファイバ３との接続損失を小さくすることができる。下限値未満であると拡径部３ｃを大きく拡大しなければならなくなり、上限値をこえると接続用光ファイバ３と分散補償光ファイバ１との接続損失が大きくなる場合がある。
【００１６】
一方、接続用光ファイバ３のシングルモード光ファイバ２側の端部にはコア３ａが徐々に拡大した拡径部３ｃが設けられ、拡径部３ｃの端面のコア径は、シングルモード光ファイバ２のコア径に近づけられている。したがって、この端面においては、シングルモード光ファイバ２の有効コア断面積およびモードフィールド径と、接続用光ファイバ３の有効コア断面積およびモードフィールド径とが近い値となっている。その結果、シングルモード光ファイバ２と接続用光ファイバ３との接続損失を小さくすることができる。
【００１７】
接続用光ファイバ３は、略一定の屈折率を備えたコア３ａの上にクラッド３ｂが設けられたステップ型の屈折率分布形状を備えたものが好ましい。
コア３ａは、例えばゲルマニウムなどの屈折率を上昇させるドーパントが添加された石英ガラスから形成されている。クラッド３ｂは好ましくはフッ素などの屈折率を低下させるドーパントが添加された石英ガラスから形成されている。
コア３ａをドーパントを添加した石英ガラスから形成することにより、加熱により、このドーパントをクラッド３ｂに拡散させて、コア３ａを拡径し、拡径部３ｃを形成することができる。また、石英ガラスは通常はゲルマニウム、フッ素などのドーパントの添加により融点が低下するため、クラッド３ｂがドーパントを添加した石英ガラスから形成されていると、このコア３ａに添加されたドーパントの拡散が進行しやすくなり、効率よく拡径部３ｃを形成することができる。
クラッド３ｂをフッ素を添加した石英ガラスから形成する場合は、純粋石英ガラスの屈折率に対して比屈折率差が−０．３％以下、実質的には−０．３〜−２．０％、好ましくは−０．３〜−０．７％の範囲になるようにフッ素を添加すれば、コア３ａに添加されているドーパントの拡散が効率よく進行する。
また、本発明においては、接続用光ファイバ３の有効コア断面積およびモードフィールド径と、有効コア断面積の大きなシングルモード光ファイバ２の有効コア断面積およびモードフィールド径とが異なるため、拡径部３ｃを形成する際の加熱によって、条件によっては接続用光ファイバ３の外形が熱変形することがある。特にクラッド３ｂにフッ素を添加すると石英ガラスの粘度が低下し、熱変形が生じやすくなる。そのため、好ましくはクラッド３ｂを２層以上から形成し、その最外層を純粋石英ガラスから形成することができる。この場合は少なくともコア３ａに隣接する層を、上述の好ましい範囲になるようにフッ素を添加した石英ガラスから形成する。
具体的には、例えばクラッド３ｂを２層構造とし、コア３ａに隣接するフッ素添加石英ガラスからなる層の外径を５０μｍ程度とし、その外側の外径５０〜１２５μｍの範囲を純粋石英ガラスから形成すると好ましい。
【００１８】
分散補償光ファイバ１のコア１ａおよびクラッド１ｂは、純粋石英ガラス、または屈折率を上昇させるゲルマニウム、屈折率を低下させるフッ素などのドーパントが添加された石英ガラスから形成されている。
本発明で用いる有効コア断面積の大きな分散補償光ファイバにおいて、コア１ａは、後述するように通常は屈折率の異なる２層以上の多層構造を備えている。したがって、屈折率の分布にあわせてコア１ａを構成する各層の材料が選択されている。クラッド１ｂは一般に純粋石英ガラス、またはフッ素を少量添加したフッ素添加石英ガラスから形成されている。
シングルモード光ファイバ２においても同様であって、コア２ａの材料は屈折率の分布にあわせて選択されている。クラッド２ｂは一般に純粋石英ガラス、またはフッ素を少量添加したフッ素添加石英ガラスから形成され、好ましくは純粋石英ガラス、または純粋石英の屈折率を基準にして比屈折率差が−０．１〜−０．３％の範囲になる添加量のフッ素が添加された石英ガラスから形成されている。
【００１９】
本発明の接続構造は、例えば以下のようにして作製することができる。
すなわち、分散補償光ファイバ１と接続用光ファイバ３とを融着接続し、接続用光ファイバ３とシングルモード光ファイバ２とを融着接続する。
ついで、シングルモード光ファイバ２側の接続用光ファイバ３の端部付近を加熱すると、コア３ａに添加されているゲルマニウムが拡散し、拡径部３ｃが形成される。
【００２０】
このとき、シングルモード光ファイバ２のクラッド２ｂが純粋石英から形成されていると、拡径部３ｃに隣接するコア２ａの一部が同時に加熱されてもコア２ａに添加されたドーパントがクラッド２ｂに拡散しにくく、コア２ａの径が変動しにくい。また、シングルモード光ファイバ２のコア２ａのゲルマニウムドーパント濃度が接続用光ファイバ３のコア３ａよりも低いため、拡散しにくい。これらの理由により、効率よく拡径部３ｃを形成することができる。
なお、クラッド２ｂにフッ素が添加されている場合は、純粋石英の屈折率を基準にして比屈折率差が−０．１〜−０．３％の範囲になる添加量であれば、純粋石英を用いた場合と同様に、拡径部３ｃを形成する際の加熱の影響によってコア２ａが拡大する現象が発生しにくく、好ましい。
また、拡径部３ｃを形成するにおいては、分散補償光ファイバ１またはシングルモード光ファイバ２の一端から光を入射して、接続損失をモニターしながら行うと好ましい。
【００２１】
また、予め接続用光ファイバ３の一方の端部を加熱して拡径部３ｃを形成した接続用光ファイバ３を用意し、これを分散補償光ファイバ１およびシングルモード光ファイバ２と接続することもできる。
【００２２】
また、必要に応じて、分散補償光ファイバ１の接続用光ファイバ３側の端部付近を接続用光ファイバ３の有効コア断面積およびモードフィールド径にあわせて拡径しておくこともできる。この場合は、拡径部３ｃと同様に、分散補償光ファイバ１の端部を接続用光ファイバ３との接続前、あるいは後に加熱してコア１ａに添加されたドーパントを拡散させて拡径する。
【００２３】
このように、接続用光ファイバ３について、拡径部３ｃの形成に必要な加熱量をできるだけ小さくでき、かつ分散補償光ファイバ１と小さい接続損失で接続できるように有効コア断面積およびモードフィールド径を最適化することにより、有効コア断面積およびモードフィールド径の差が大きい分散補償光ファイバ１とシングルモード光ファイバ２であっても、加熱によるファイバの変形などを引き起こさずに、効率よく、接続損失約０．２ｄＢ以下で接続することができる。
【００２４】
ついで、この接続構造に適した分散補償光ファイバおよびシングルモード光ファイバの例について説明する。
図２は、シングルモード光ファイバの屈折率分布形状の一例として、Ｗ型の屈折率分布形状を示したグラフである。
この屈折率分布形状においては、中心のセンタコア１１と、その上に同心円状に設けられたサイドコア１２とからコア１３が構成され、その上に同心円状にクラッド１５が設けられている。
これらの屈折率の関係は、サイドコア１２の屈折率がセンタコア１１よりも低く、クラッド１５の屈折率は、サイドコア１２よりも高く、かつ前記センタコア１１よりも低い。
【００２５】
また、シングルモード光ファイバであるため、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長を備えている必要がある。カットオフ波長は通常ＩＴＵやＩＥＣなどの２ｍ法で測定した値が用いられるが、実際の長尺の使用状態でシングルモード伝搬が可能であれば、２ｍ法におけるカットオフ波長が使用波長より長くても問題はない。
【００２６】
この屈折率分布形状を有するシングルモード光ファイバにおいては、クラッド１５を基準にしたセンタコア１１の比屈折率差Δ1、クラッド１５を基準にしたサイドコア１２の比屈折率差Δ2、およびセンタコア１１の半径ｒ1とサイドコア１２の半径ｒ2との比率を調整すると、有効コア断面積およびモードフィールド径が大きいものを得ることができる。
なお、このシングルモード光ファイバ２は、有効コア断面積の拡大を優先することにより、例えば１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、比較的大きな正の波長分散と分散スロープを有する。
【００２７】
ｒ1／ｒ2は３．０〜５．０であると好ましい。３．０未満であると曲げ損失が大きくなる場合があり、５．０をこえると有効コア断面積を十分に拡大することができない場合がある。なお、他の設計条件などによって適宜変更可能であるが、ｒ1は例えば５〜２０μｍ程度とされる。また、クラッド１５の外径は約１２５μｍとされる。
Δ1は０．３％以下、好ましくは０．２６％以下とされる。０．３％をこえると有効コア断面積を拡大することが困難となる。Δ1の下限値は０．２０％程度とされる。
Δ2は−０．０５〜−０．１５％であると好ましい。−０．０５％よりも大きくなると（絶対値が小さくなると）曲げ損失が大きくなり、−０．１５％よりも小さくなると（絶対値が大きくなると）有効コア断面積が小さくなる傾向がある。
なお、ｒ1、ｒ2、Δ1 、およびΔ2は、上述の数値範囲から適切な値を選択して組み合わせることにより、使用波長において、有効コア断面積が１２０〜１５０μｍ2の有効コア断面積が得られる。１２０μｍ2未満であると非線形効果の抑制が不十分となる場合があり、１５０μｍ2をこえるものは製造が困難である。モードフィールド径は１２〜１４μｍであると好ましい。
【００２８】
図３は、分散補償光ファイバの一例として、セグメントコア付きのＷ型の屈折率分布形状を示したグラフである。
この分散補償光ファイバは、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、図２に示したようなシングルモード光ファイバの正の波長分散および分散スロープを補償することができる。また、曲げ損失が小さいという利点も備えている。
【００２９】
この屈折率分布形状は、中心のセンタコア２１と、サイドコア２２と、リングコア２４とが順次同心円状に設けられたコア２３と、その上に同心円状に設けられたクラッド２５とから構成されている。
センタコア２１とリングコア２４の屈折率はクラッド２５よりも高く、サイドコア２２の屈折率はクラッド２５よりも低く設定されている。
【００３０】
この分散補償光ファイバは、有効コア断面積２０μｍ2以上、実質的には２０〜４０μｍ2、曲げ損失が４０ｄＢ／ｍ以下、波長分散が−７０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであると好ましい。
有効コア断面積が２０μｍ2未満であると非線形効果が発生しやすくなる場合がある。４０μｍ2をこえるものは製造が困難である。
曲げ損失は、使用波長において、曲げ直径（２Ｒ）が２０ｍｍの条件の値をいうものとする。曲げ損失は小さい程好ましく、この屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバにおいては４０ｄＢ／ｍ以下の値が得られる。
波長分散が−７０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲であれば、図２に示したシングルモード光ファイバや、１．３μｍ用シングルモード光ファイバなどの波長分散を補償することができる。
【００３１】
分散補償光ファイバの好ましい分散スロープの値は、組み合わせるシングルモード光ファイバの波長分散、分散スロープなどによって異なる。
好ましくは、シングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さの分散補償光ファイバを用いたときに、分散スロープ補償率が８０〜１２０％であると好ましい。
分散スロープ補償率がこの範囲であると、波長多重伝送に適したシステムを構築することができる。
【００３２】
すなわち、シングルモード光ファイバの単位長さ当たりの波長分散にシングルモード光ファイバの使用長さＬ1を掛け合わせると、使用長さＬ1における波長分散Ｄ1得られる。
そして、このＤ1を、分散補償光ファイバの単位長さ当たりの波長分散の絶対値で除した値が、シングルモード光ファイバの波長分散を完全に補償できる分散補償光ファイバの使用長さＬ2である。
そして、シングルモード光ファイバの単位長さ当たりの分散スロープに使用長さＬ1を掛け合わせると、使用長さＬ1における分散スロープＳ1が得られる。
一方、分散補償光ファイバの単位長さ当たりの分散スロープの絶対値に使用長さＬ2を掛け合わせると、使用長さＬ2における分散スロープＳ2が得られる。
そして、Ｓ1に対するＳ2の割合が分散スロープ補償率である。
【００３３】
センタコア２１の半径ｒ11は４〜６μｍであると好ましい。４μｍ未満では波長分散の絶対値が小さくなり、６μｍをこえると有効コア断面積の拡大が困難となる。
また、ｒ12／ｒ11は２．５〜３．５であると好ましい。下限値未満の場合は分散スロープ補償率が劣化し、上限値をこえると曲げ損失が大きくなる。また、ｒ13／ｒ11は３．０〜５．５であると好ましい。下限値未満であると分散スロープ補償率の劣化や曲げ損失の増大があり、上限値をこえるとカットオフ波長が長くなり、使用波長帯においてシングルモード伝搬が困難となる。
Δ11は０．９〜１．５％であると好ましい。下限値未満であると波長分散の絶対値が小さくなり、上限値をこえると有効コア断面積の拡大が困難となる。
Δ12は−０．３〜−０．５％であると好ましい。下限値未満であると分散スロープ補償率が劣化し、上限値をこえると曲げ損失が大きくなる。
Δ23は０．１〜１．２％であると好ましい。下限値未満であると分散スロープ補償率の劣化や曲げ損失の増大があり、上限値をこえるとカットオフ波長が長くなり、使用波長帯においてシングルモード伝搬が困難となる。
【００３４】
ｒ11、ｒ12、ｒ13 、Δ11 、Δ12、およびΔ13の値は、これらの数値範囲から適切な値を選択して組み合わせることにより、上述の好ましい有効コア断面積、曲げ損失、波長分散が得られる。また、上述の図２に示したシングルモード光ファイバや１．３μｍ用シングルモード光ファイバに対しては、好ましい分散スロープ補償率が得られる。
なお、分散補償光ファイバも、上述のシングルモード光ファイバと同様に、使用波長において、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有することが好ましい。上述の構成パラメータの選択の際に、この点についても考慮することにより、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長が得られる。
【００３５】
接続用光ファイバのコア径、コアとクラッドとの比屈折率差などは、有効コア断面積、モードフィールド径の条件などによって適宜定められる。また、接続用光ファイバの使用長さは特に限定しないが、例えば数十ｃｍ〜数十ｍとされる。また、拡径部３ｃの長さは例えば数μｍ〜数ｍｍとされる。
【００３６】
ステップ型の屈折率分布形状を備えた接続用光ファイバ、図２、図３に示したシングルモード光ファイバおよび分散補償光ファイバなどは、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などの公知の方法によって製造することができる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（実施例）
１．シングルモード光ファイバの製造
図２に示したＷ型の屈折率分布形状を備えたシングルモード光ファイバを製造した。センタコアはゲルマニウム添加石英ガラス、サイドコアはフッ素添加石英ガラス、クラッドは純粋石英ガラスから形成した。
表１に構造パラメータと特性値を示した。なお、以下、各特性値は波長１．５５μｍにおける測定値であり、カットオフ波長は２ｍ法による測定値である。
【００３８】
【表１】
【００３９】
２．分散補償光ファイバの製造
図３に示したセグメントコア付きのＷ型屈折率分布形状備えた分散補償光ファイバを製造した。センタコアとリングコアはゲルマニウム添加石英ガラス、サイドコアはフッ素添加石英ガラス、クラッドは純粋石英ガラスから形成した。
表２に構造パラメータと特性値を示した。
【００４０】
【表２】
【００４１】
３．接続用光ファイバの製造
ステップ形の屈折率分布形状備えた分散補償光ファイバを製造した。コアはゲルマニウム添加石英ガラス、クラッドはフッ素添加石英ガラスから形成した。
表３に構造パラメータと特性値を示した。なお、Δ＋は純粋石英ガラスを基準にしたコアの比屈折率差、Δ−は純粋石英ガラスを基準にしたクラッドの比屈折率差である。
【００４２】
【表３】
【００４３】
上述のシングルモード光ファイバと、表２に示したＡの分散補償光ファイバと、表３に示したａの接続用光ファイバとを融着接続し、シングルモード光ファイバ側の接続用光ファイバの端部を加熱して拡径部を形成して接続構造を完成させた。このときの分散スロープ補償率と、接続用光ファイバとシングルモード光ファイバとの接続損失と、接続用光ファイバと分散補償光ファイバとの接続損失を表４に示した。
同様にして、表２に示したＡ〜Ｅの分散補償光ファイバと、表３に示したｂ〜ｊの接続用光ファイバとを表４に示したように組み合わせて接続構造を作製したときの接続損失を表４にあわせて示した。なおｉ、ｊの接続用光ファイバを用いたものは比較例である。
【００４４】
【表４】
【００４５】
表４に示した結果より、適切な接続用光ファイバを設けることにより、接続損失を小さくすることができることが明らかとなった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、モードフィールド径および有効コア断面積を分散補償光ファイバおよびシングルモード光ファイバとの関係において最適な値に設定した接続用光ファイバを用いることにより、小さい接続損失で分散補償光ファイバと接続用光ファイバとを接続することができ、かつシングルモード光ファイバ側の端部を少ない加熱量で加熱して拡径部を形成し、シングルモード光ファイバと接続用光ファイバとを小さい接続損失で接続することができる。その結果、有効コア断面積とモードフィールド径の差が大きい分散補償光ファイバとシングルモード光ファイバであっても、ファイバの変形などを生じさせず、効率よく、接続損失約０．２ｄＢ以下で接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の接続構造の一例を示した断面図である。
【図２】 本発明の接続構造に適したシングルモード光ファイバの一例として、Ｗ型の屈折率分布形状を示したグラフである。
【図３】 本発明の接続構造に適したシ分散補償光ファイバの一例として、セグメントコア付きのＷ型の屈折率分布形状を示したグラフである。
【符号の説明】
１…分散補償光ファイバ、
２…シングルモード光ファイバ、
３…接続用光ファイバ、３ａ…コア、３ｂ…クラッド、３ｃ…拡径部、
１１…センタコア、１２…サイドコア、１３…コア、１５…クラッド、
２１…センタコア、２２…サイドコア、２３…コア、２４…リングコア、
２５…クラッド。
【発明の属する技術分野】
本発明は、有効コア断面積およびモードフィールド径の差が大きいシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、開発が進んでいる１．５３〜１．６３μｍ帯における長距離波長多重伝送においては、波長分散と分散スロープが小さく、非線形効果を抑制できる伝送路（光ファイバ）の開発が課題となっている。
波長分散が小さいことは、伝送損失を低減し、高速化を図るために不可欠な条件である。なお、波長分散は小さい程好ましいが、波長分散がゼロになると非線形効果が発生しやすくなるため、ゼロではない値をとることが好ましい。
また、分散スロープは、横軸に波長、縦軸に波長分散をとったときの曲線の傾きである。複数の波長の光を伝送する場合に分散スロープが大きいと、伝送帯域の両端付近での波長分散が大きくなり、伝送特性が劣化する。
また、非線形効果が発生すると伝送特性が劣化する。波長多重伝送においては、もともと伝送路中を伝搬する光のパワーが大きいため、非線形効果が発生しやすい。また、長距離伝送においては、通常エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いて所定間隔で光信号を増幅しながら伝送するが、このときに光のパワーが急激に増大し、非線形効果が発生しやすくなる。
【０００３】
非線形効果は、以下の式
【０００４】
【数１】
で定義される光ファイバの有効コア断面積（Ａｅｆｆ）を拡大することによって低減することができる。
しかし、従来、有効コア断面積が十分に大きく、かつ分散スロープが十分に小さい光ファイバを得ることは困難であった。
【０００６】
そこで、例えば１．３μｍ用シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを組み合わせた光通信システムが提案され、商用化されている。
１．３μｍ帯シングルモード光ファイバは、１．５３〜１．６３μｍにおいて、有効コア断面積が比較的大きく、非線形効果を抑制することができる。しかし、例えば１．５５μｍでは、約＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を生じる。また、分散スロープは比較的大きな正の値となる。
そのため、１．３μｍ用シングルモード光ファイバを、絶対値の大きな負の波長分散と分散スロープを持つ分散補償光ファイバと組み合わせると、伝送路全体の波長分散、分散スロープを小さくし、かつ非線形効果を抑制することができる。
【０００７】
しかし、１．３μｍ用シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを接続する場合、これらの有効コア断面積およびモードフィールド径（ＭＦＤ）が異なるため、接続損失が大きくなるという問題がある。
【０００８】
特許番号２９５１５６２号においてはシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの間に中間光ファイバを介在させて接続する構造が開示されている。
この構造においては、中間光ファイバのモードフィールド径が分散補償光ファイバのモードフィールド径と実質的に同じ値とされている。また、この中間光ファイバのシングルモード光ファイバ側のモードフィールド径が、シングルモード光ファイバのモードフィールド径に合うように拡大されている。
その結果、中間光ファイバと分散補償光ファイバおよびシングルモード光ファイバとの接続損失を低減することができる。モードフィールド径の拡大は、中間光ファイバの端部を加熱して、コアに添加されているドーパントを拡散させることによって行う。
【０００９】
一方、本発明者らは、シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを組み合わせた光通信システムに適したシングルモード光ファイバおよび分散補償光ファイバについて、種々の検討を行っている。
シングルモード光ファイバとしては、特願２０００−１２２５９号において、１．５５μｍ付近の波長帯において、有効コア断面積が１２０μｍ2以上、モードフィールド径が１２μｍ以上であり、一般的な１．３μｍ用シングルモード光ファイバよりも非線形効果を効果的に低減できるものを提案している。
また、分散補償光ファイバ自体の非線形効果を抑制することを目的として、特願２００００−０５４６４６号などにおいて、１．５５μｍ付近の波長帯において、有効コア断面積２０μｍ2以上、実質的には２０〜４０μｍ2、モードフィールド径が５．０μｍ以上、実質的には５．０〜６．５μｍ2の分散補償光ファイバを提案している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの非線形効果の抑制を目的として開発したシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバは、有効コア断面積の差が８０μｍ2以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上であり、従来の１．３μｍ用シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバよりも大きい。したがって、接続損失が従来以上に大きくなるという問題が生じた。
上述の特許番号２９５１５６２号に開示されている接続構造は、実施例などから見ても明らかなように、モードフィールド径の差が５．５μｍ程度のものを想定している。したがって、この構造を上述のように有効コア断面積およびモードフィールド径の差が大きいシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの接続に適用しようとすると、中間光ファイバのシングルモード光ファイバ側の端部のモードフィールド径をかなり大きくしなければならない。
その結果、ドーパントを拡散させるための加熱条件が過酷になり、拡散時間が長くかかって作業効率が低下し、また、中間光ファイバの外形が熱によって変形する場合があった。
【００１１】
本発明は前記事情に鑑てなされたもので、使用波長において、有効コア断面積の差が８０μｍ2以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上のシングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとを接続する場合に、低損失で接続する構造を提供することを課題とする。
さらに、比較的簡便な操作および緩慢な条件で製造できるものを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の分散補償光ファイバの接続構造は、シングルモード光ファイバと、該シングルモード光ファイバよりも小さい有効コア断面積とモードフィールド径を備えた分散補償光ファイバとを、接続用光ファイバを挟んで接続した分散補償光ファイバの接続構造において、シングルモード光ファイバは、センタコアと、その上に設けられた該センタコアよりも低い屈折率を備えたサイドコアと、その上に設けられた該サイドコアよりも高く、前記センタコアよりも低い屈折率を備えたクラッドからなる屈折率分布形状を有し、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、有効コア断面積が１２０〜１５０μｍ ２ 、モードフィールド径が１２〜１４μｍで、かつシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を備え、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの有効コア断面積の差が８０μｍ２以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上であり、接続用光ファイバは、有効コア断面積が 前記分散補償光ファイバの有効コア断面積よりも１０〜３０％大きく、かつモードフィールド径が、前記分散補償光ファイバのモードフィールド径よりも１０〜６０％大きく、かつ当該接続用光ファイバの前記シングルモード光ファイバ側の端部のコアが該シングルモード光ファイバの有効コア断面積およびモードフィールド径に合わせて拡大された拡径部を備えていることを特徴とする。
前記接続用光ファイバのコアがドーパントを含む石英ガラスからなり、拡径部が、該ドーパントを、加熱によって拡散させて形成したものであると好ましい。
また、シングルモード光ファイバのクラッドが、純粋石英ガラス、若しくは純粋石英基準の比屈折率差が−０．１〜−０．３％の範囲になるようにフッ素を添加した石英ガラスからなり、接続用光ファイバのコアとクラッドがドーパントを添加した石英ガラスからなると好ましい。
また、接続用光ファイバは、純粋石英ガラスを基準にしたコアの比屈折率差が＋０．２〜＋０．８％、純粋石英ガラスを基準としたクラッドの比屈折率差が−０．７〜−０．３％、コア半径が２．２〜３．１μｍ、モードフィールド径が５．４〜７．４μｍ、有効コア断面積が２２．７〜３９．３μｍ ２ であると好ましい。
この屈折率分布形状において、センタコアの半径をｒ１、サイドコアの半径をｒ２、クラッドの屈折率を基準にしたセンタコアとサイドコアの比屈折率差をそれぞれΔ１、Δ２としたとき、ｒ２／ｒ１が３．０〜５．０、Δ１が０．３０％以下、Δ２が−０．０５〜−０．１５％であると好ましい。
また、分散補償光ファイバが、センタコアと、その上に設けられたサイドコアと、その上に設けられたリングコアと、その上に設けられたクラッドとからなり、前記センタコアと前記リングコアの屈折率が前記クラッドよりも高く、前記サイドコアの屈折率が前記クラッドよりも低い屈折率分布形状を有し、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、有効コア断面積が２０〜４０μｍ２、曲げ損失が４０ｄＢ／ｍ以下、波長分散が−７０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍで、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、かつシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、波長１．５５μｍにおいて波長分散が＋２０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが＋０．０６３ｐｓ／ｎｍ ２ ／ｋｍのシングルモード光ファイバを補償したときの分散スロープ補償率が８０〜１２０％であると好ましい。
この屈折率分布形状において、センタコアとサイドコアとリングコアの半径をそれぞれｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、クラッドを基準にしたセンタコアとサイドコアとリングコアの比屈折率差をそれぞれΔ１１、Δ１２、Δ１３としたとき、ｒ１１が４〜６μｍ、ｒ１２／ｒ１１が２．５〜３．５、ｒ１３／ｒ１１が３．０〜５．５、Δ１１が０．９〜１．５％、Δ１２が−０．３〜−０．５％、Δ１３が０．１〜１．２％であると好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の接続構造の一例を示した断面図であって、図中符号１は分散補償光ファイバであり、コア１ａの上にクラッド１ｂが設けられて構成されている。符号２はシングルモード光ファイバであって、コア２ａの上にクラッド２ｂが設けられて構成されている。そして、これらの分散補償光ファイバ１およびシングルモード光ファイバ２の間に接続用光ファイバ３が挿入され、好ましくは接続用光ファイバ３の端部とシングルモード光ファイバ２および接続用光ファイバ３とが、融着接続されている。
なお、接続用光ファイバ３はコア３ａの上にクラッド３ｂが設けられて構成されている。そして、接続用光ファイバ３のシングルモード光ファイバ２側の端部には、コア３ａが徐々に拡径された拡径部３ｃが設けられている。
【００１４】
本発明において、使用波長は、伝送特性の観点から、好ましくは１．５３〜１．６３μｍから１つ以上の波長が選択される。波長多重伝送を行うにおいては、複数の波長が、比較的広い波長域から選択される。
この使用波長において、分散補償光ファイバ１の有効コア断面積とモードフィールド径は、シングルモード光ファイバ２の有効コア断面積とモードフィールド径よりも小さい。
そして、これらの有効コア断面積の差が８０μｍ2以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上である。これらの値の上限値は特に限定しないが、実質的には有効コア断面積の差が１３０μｍ2以下、モードフィールド径の差が９．０μｍ以下であれば適用することができる。
【００１５】
また、接続用光ファイバ３の有効コア断面積は、前記分散補償光ファイバ１の有効コア断面積よりも１０〜３０％、好ましくは１５〜２５％大きい。
また、接続用光ファイバ３のモードフィールド径は、前記分散補償光ファイバ１のモードフィールド径よりも１０〜６０％、好ましくは２０〜５０％大きい。
接続用光ファイバ３の有効コア断面積とモードフィールド径をこの範囲に設定することにより、分散補償光ファイバ１と接続用光ファイバ３との接続損失を小さくすることができる。下限値未満であると拡径部３ｃを大きく拡大しなければならなくなり、上限値をこえると接続用光ファイバ３と分散補償光ファイバ１との接続損失が大きくなる場合がある。
【００１６】
一方、接続用光ファイバ３のシングルモード光ファイバ２側の端部にはコア３ａが徐々に拡大した拡径部３ｃが設けられ、拡径部３ｃの端面のコア径は、シングルモード光ファイバ２のコア径に近づけられている。したがって、この端面においては、シングルモード光ファイバ２の有効コア断面積およびモードフィールド径と、接続用光ファイバ３の有効コア断面積およびモードフィールド径とが近い値となっている。その結果、シングルモード光ファイバ２と接続用光ファイバ３との接続損失を小さくすることができる。
【００１７】
接続用光ファイバ３は、略一定の屈折率を備えたコア３ａの上にクラッド３ｂが設けられたステップ型の屈折率分布形状を備えたものが好ましい。
コア３ａは、例えばゲルマニウムなどの屈折率を上昇させるドーパントが添加された石英ガラスから形成されている。クラッド３ｂは好ましくはフッ素などの屈折率を低下させるドーパントが添加された石英ガラスから形成されている。
コア３ａをドーパントを添加した石英ガラスから形成することにより、加熱により、このドーパントをクラッド３ｂに拡散させて、コア３ａを拡径し、拡径部３ｃを形成することができる。また、石英ガラスは通常はゲルマニウム、フッ素などのドーパントの添加により融点が低下するため、クラッド３ｂがドーパントを添加した石英ガラスから形成されていると、このコア３ａに添加されたドーパントの拡散が進行しやすくなり、効率よく拡径部３ｃを形成することができる。
クラッド３ｂをフッ素を添加した石英ガラスから形成する場合は、純粋石英ガラスの屈折率に対して比屈折率差が−０．３％以下、実質的には−０．３〜−２．０％、好ましくは−０．３〜−０．７％の範囲になるようにフッ素を添加すれば、コア３ａに添加されているドーパントの拡散が効率よく進行する。
また、本発明においては、接続用光ファイバ３の有効コア断面積およびモードフィールド径と、有効コア断面積の大きなシングルモード光ファイバ２の有効コア断面積およびモードフィールド径とが異なるため、拡径部３ｃを形成する際の加熱によって、条件によっては接続用光ファイバ３の外形が熱変形することがある。特にクラッド３ｂにフッ素を添加すると石英ガラスの粘度が低下し、熱変形が生じやすくなる。そのため、好ましくはクラッド３ｂを２層以上から形成し、その最外層を純粋石英ガラスから形成することができる。この場合は少なくともコア３ａに隣接する層を、上述の好ましい範囲になるようにフッ素を添加した石英ガラスから形成する。
具体的には、例えばクラッド３ｂを２層構造とし、コア３ａに隣接するフッ素添加石英ガラスからなる層の外径を５０μｍ程度とし、その外側の外径５０〜１２５μｍの範囲を純粋石英ガラスから形成すると好ましい。
【００１８】
分散補償光ファイバ１のコア１ａおよびクラッド１ｂは、純粋石英ガラス、または屈折率を上昇させるゲルマニウム、屈折率を低下させるフッ素などのドーパントが添加された石英ガラスから形成されている。
本発明で用いる有効コア断面積の大きな分散補償光ファイバにおいて、コア１ａは、後述するように通常は屈折率の異なる２層以上の多層構造を備えている。したがって、屈折率の分布にあわせてコア１ａを構成する各層の材料が選択されている。クラッド１ｂは一般に純粋石英ガラス、またはフッ素を少量添加したフッ素添加石英ガラスから形成されている。
シングルモード光ファイバ２においても同様であって、コア２ａの材料は屈折率の分布にあわせて選択されている。クラッド２ｂは一般に純粋石英ガラス、またはフッ素を少量添加したフッ素添加石英ガラスから形成され、好ましくは純粋石英ガラス、または純粋石英の屈折率を基準にして比屈折率差が−０．１〜−０．３％の範囲になる添加量のフッ素が添加された石英ガラスから形成されている。
【００１９】
本発明の接続構造は、例えば以下のようにして作製することができる。
すなわち、分散補償光ファイバ１と接続用光ファイバ３とを融着接続し、接続用光ファイバ３とシングルモード光ファイバ２とを融着接続する。
ついで、シングルモード光ファイバ２側の接続用光ファイバ３の端部付近を加熱すると、コア３ａに添加されているゲルマニウムが拡散し、拡径部３ｃが形成される。
【００２０】
このとき、シングルモード光ファイバ２のクラッド２ｂが純粋石英から形成されていると、拡径部３ｃに隣接するコア２ａの一部が同時に加熱されてもコア２ａに添加されたドーパントがクラッド２ｂに拡散しにくく、コア２ａの径が変動しにくい。また、シングルモード光ファイバ２のコア２ａのゲルマニウムドーパント濃度が接続用光ファイバ３のコア３ａよりも低いため、拡散しにくい。これらの理由により、効率よく拡径部３ｃを形成することができる。
なお、クラッド２ｂにフッ素が添加されている場合は、純粋石英の屈折率を基準にして比屈折率差が−０．１〜−０．３％の範囲になる添加量であれば、純粋石英を用いた場合と同様に、拡径部３ｃを形成する際の加熱の影響によってコア２ａが拡大する現象が発生しにくく、好ましい。
また、拡径部３ｃを形成するにおいては、分散補償光ファイバ１またはシングルモード光ファイバ２の一端から光を入射して、接続損失をモニターしながら行うと好ましい。
【００２１】
また、予め接続用光ファイバ３の一方の端部を加熱して拡径部３ｃを形成した接続用光ファイバ３を用意し、これを分散補償光ファイバ１およびシングルモード光ファイバ２と接続することもできる。
【００２２】
また、必要に応じて、分散補償光ファイバ１の接続用光ファイバ３側の端部付近を接続用光ファイバ３の有効コア断面積およびモードフィールド径にあわせて拡径しておくこともできる。この場合は、拡径部３ｃと同様に、分散補償光ファイバ１の端部を接続用光ファイバ３との接続前、あるいは後に加熱してコア１ａに添加されたドーパントを拡散させて拡径する。
【００２３】
このように、接続用光ファイバ３について、拡径部３ｃの形成に必要な加熱量をできるだけ小さくでき、かつ分散補償光ファイバ１と小さい接続損失で接続できるように有効コア断面積およびモードフィールド径を最適化することにより、有効コア断面積およびモードフィールド径の差が大きい分散補償光ファイバ１とシングルモード光ファイバ２であっても、加熱によるファイバの変形などを引き起こさずに、効率よく、接続損失約０．２ｄＢ以下で接続することができる。
【００２４】
ついで、この接続構造に適した分散補償光ファイバおよびシングルモード光ファイバの例について説明する。
図２は、シングルモード光ファイバの屈折率分布形状の一例として、Ｗ型の屈折率分布形状を示したグラフである。
この屈折率分布形状においては、中心のセンタコア１１と、その上に同心円状に設けられたサイドコア１２とからコア１３が構成され、その上に同心円状にクラッド１５が設けられている。
これらの屈折率の関係は、サイドコア１２の屈折率がセンタコア１１よりも低く、クラッド１５の屈折率は、サイドコア１２よりも高く、かつ前記センタコア１１よりも低い。
【００２５】
また、シングルモード光ファイバであるため、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長を備えている必要がある。カットオフ波長は通常ＩＴＵやＩＥＣなどの２ｍ法で測定した値が用いられるが、実際の長尺の使用状態でシングルモード伝搬が可能であれば、２ｍ法におけるカットオフ波長が使用波長より長くても問題はない。
【００２６】
この屈折率分布形状を有するシングルモード光ファイバにおいては、クラッド１５を基準にしたセンタコア１１の比屈折率差Δ1、クラッド１５を基準にしたサイドコア１２の比屈折率差Δ2、およびセンタコア１１の半径ｒ1とサイドコア１２の半径ｒ2との比率を調整すると、有効コア断面積およびモードフィールド径が大きいものを得ることができる。
なお、このシングルモード光ファイバ２は、有効コア断面積の拡大を優先することにより、例えば１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、比較的大きな正の波長分散と分散スロープを有する。
【００２７】
ｒ1／ｒ2は３．０〜５．０であると好ましい。３．０未満であると曲げ損失が大きくなる場合があり、５．０をこえると有効コア断面積を十分に拡大することができない場合がある。なお、他の設計条件などによって適宜変更可能であるが、ｒ1は例えば５〜２０μｍ程度とされる。また、クラッド１５の外径は約１２５μｍとされる。
Δ1は０．３％以下、好ましくは０．２６％以下とされる。０．３％をこえると有効コア断面積を拡大することが困難となる。Δ1の下限値は０．２０％程度とされる。
Δ2は−０．０５〜−０．１５％であると好ましい。−０．０５％よりも大きくなると（絶対値が小さくなると）曲げ損失が大きくなり、−０．１５％よりも小さくなると（絶対値が大きくなると）有効コア断面積が小さくなる傾向がある。
なお、ｒ1、ｒ2、Δ1 、およびΔ2は、上述の数値範囲から適切な値を選択して組み合わせることにより、使用波長において、有効コア断面積が１２０〜１５０μｍ2の有効コア断面積が得られる。１２０μｍ2未満であると非線形効果の抑制が不十分となる場合があり、１５０μｍ2をこえるものは製造が困難である。モードフィールド径は１２〜１４μｍであると好ましい。
【００２８】
図３は、分散補償光ファイバの一例として、セグメントコア付きのＷ型の屈折率分布形状を示したグラフである。
この分散補償光ファイバは、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、図２に示したようなシングルモード光ファイバの正の波長分散および分散スロープを補償することができる。また、曲げ損失が小さいという利点も備えている。
【００２９】
この屈折率分布形状は、中心のセンタコア２１と、サイドコア２２と、リングコア２４とが順次同心円状に設けられたコア２３と、その上に同心円状に設けられたクラッド２５とから構成されている。
センタコア２１とリングコア２４の屈折率はクラッド２５よりも高く、サイドコア２２の屈折率はクラッド２５よりも低く設定されている。
【００３０】
この分散補償光ファイバは、有効コア断面積２０μｍ2以上、実質的には２０〜４０μｍ2、曲げ損失が４０ｄＢ／ｍ以下、波長分散が−７０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであると好ましい。
有効コア断面積が２０μｍ2未満であると非線形効果が発生しやすくなる場合がある。４０μｍ2をこえるものは製造が困難である。
曲げ損失は、使用波長において、曲げ直径（２Ｒ）が２０ｍｍの条件の値をいうものとする。曲げ損失は小さい程好ましく、この屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバにおいては４０ｄＢ／ｍ以下の値が得られる。
波長分散が−７０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲であれば、図２に示したシングルモード光ファイバや、１．３μｍ用シングルモード光ファイバなどの波長分散を補償することができる。
【００３１】
分散補償光ファイバの好ましい分散スロープの値は、組み合わせるシングルモード光ファイバの波長分散、分散スロープなどによって異なる。
好ましくは、シングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さの分散補償光ファイバを用いたときに、分散スロープ補償率が８０〜１２０％であると好ましい。
分散スロープ補償率がこの範囲であると、波長多重伝送に適したシステムを構築することができる。
【００３２】
すなわち、シングルモード光ファイバの単位長さ当たりの波長分散にシングルモード光ファイバの使用長さＬ1を掛け合わせると、使用長さＬ1における波長分散Ｄ1得られる。
そして、このＤ1を、分散補償光ファイバの単位長さ当たりの波長分散の絶対値で除した値が、シングルモード光ファイバの波長分散を完全に補償できる分散補償光ファイバの使用長さＬ2である。
そして、シングルモード光ファイバの単位長さ当たりの分散スロープに使用長さＬ1を掛け合わせると、使用長さＬ1における分散スロープＳ1が得られる。
一方、分散補償光ファイバの単位長さ当たりの分散スロープの絶対値に使用長さＬ2を掛け合わせると、使用長さＬ2における分散スロープＳ2が得られる。
そして、Ｓ1に対するＳ2の割合が分散スロープ補償率である。
【００３３】
センタコア２１の半径ｒ11は４〜６μｍであると好ましい。４μｍ未満では波長分散の絶対値が小さくなり、６μｍをこえると有効コア断面積の拡大が困難となる。
また、ｒ12／ｒ11は２．５〜３．５であると好ましい。下限値未満の場合は分散スロープ補償率が劣化し、上限値をこえると曲げ損失が大きくなる。また、ｒ13／ｒ11は３．０〜５．５であると好ましい。下限値未満であると分散スロープ補償率の劣化や曲げ損失の増大があり、上限値をこえるとカットオフ波長が長くなり、使用波長帯においてシングルモード伝搬が困難となる。
Δ11は０．９〜１．５％であると好ましい。下限値未満であると波長分散の絶対値が小さくなり、上限値をこえると有効コア断面積の拡大が困難となる。
Δ12は−０．３〜−０．５％であると好ましい。下限値未満であると分散スロープ補償率が劣化し、上限値をこえると曲げ損失が大きくなる。
Δ23は０．１〜１．２％であると好ましい。下限値未満であると分散スロープ補償率の劣化や曲げ損失の増大があり、上限値をこえるとカットオフ波長が長くなり、使用波長帯においてシングルモード伝搬が困難となる。
【００３４】
ｒ11、ｒ12、ｒ13 、Δ11 、Δ12、およびΔ13の値は、これらの数値範囲から適切な値を選択して組み合わせることにより、上述の好ましい有効コア断面積、曲げ損失、波長分散が得られる。また、上述の図２に示したシングルモード光ファイバや１．３μｍ用シングルモード光ファイバに対しては、好ましい分散スロープ補償率が得られる。
なお、分散補償光ファイバも、上述のシングルモード光ファイバと同様に、使用波長において、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有することが好ましい。上述の構成パラメータの選択の際に、この点についても考慮することにより、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長が得られる。
【００３５】
接続用光ファイバのコア径、コアとクラッドとの比屈折率差などは、有効コア断面積、モードフィールド径の条件などによって適宜定められる。また、接続用光ファイバの使用長さは特に限定しないが、例えば数十ｃｍ〜数十ｍとされる。また、拡径部３ｃの長さは例えば数μｍ〜数ｍｍとされる。
【００３６】
ステップ型の屈折率分布形状を備えた接続用光ファイバ、図２、図３に示したシングルモード光ファイバおよび分散補償光ファイバなどは、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などの公知の方法によって製造することができる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（実施例）
１．シングルモード光ファイバの製造
図２に示したＷ型の屈折率分布形状を備えたシングルモード光ファイバを製造した。センタコアはゲルマニウム添加石英ガラス、サイドコアはフッ素添加石英ガラス、クラッドは純粋石英ガラスから形成した。
表１に構造パラメータと特性値を示した。なお、以下、各特性値は波長１．５５μｍにおける測定値であり、カットオフ波長は２ｍ法による測定値である。
【００３８】
【表１】
２．分散補償光ファイバの製造
図３に示したセグメントコア付きのＷ型屈折率分布形状備えた分散補償光ファイバを製造した。センタコアとリングコアはゲルマニウム添加石英ガラス、サイドコアはフッ素添加石英ガラス、クラッドは純粋石英ガラスから形成した。
表２に構造パラメータと特性値を示した。
【００４０】
【表２】
３．接続用光ファイバの製造
ステップ形の屈折率分布形状備えた分散補償光ファイバを製造した。コアはゲルマニウム添加石英ガラス、クラッドはフッ素添加石英ガラスから形成した。
表３に構造パラメータと特性値を示した。なお、Δ＋は純粋石英ガラスを基準にしたコアの比屈折率差、Δ−は純粋石英ガラスを基準にしたクラッドの比屈折率差である。
【００４２】
【表３】
上述のシングルモード光ファイバと、表２に示したＡの分散補償光ファイバと、表３に示したａの接続用光ファイバとを融着接続し、シングルモード光ファイバ側の接続用光ファイバの端部を加熱して拡径部を形成して接続構造を完成させた。このときの分散スロープ補償率と、接続用光ファイバとシングルモード光ファイバとの接続損失と、接続用光ファイバと分散補償光ファイバとの接続損失を表４に示した。
同様にして、表２に示したＡ〜Ｅの分散補償光ファイバと、表３に示したｂ〜ｊの接続用光ファイバとを表４に示したように組み合わせて接続構造を作製したときの接続損失を表４にあわせて示した。なおｉ、ｊの接続用光ファイバを用いたものは比較例である。
【００４４】
【表４】
表４に示した結果より、適切な接続用光ファイバを設けることにより、接続損失を小さくすることができることが明らかとなった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、モードフィールド径および有効コア断面積を分散補償光ファイバおよびシングルモード光ファイバとの関係において最適な値に設定した接続用光ファイバを用いることにより、小さい接続損失で分散補償光ファイバと接続用光ファイバとを接続することができ、かつシングルモード光ファイバ側の端部を少ない加熱量で加熱して拡径部を形成し、シングルモード光ファイバと接続用光ファイバとを小さい接続損失で接続することができる。その結果、有効コア断面積とモードフィールド径の差が大きい分散補償光ファイバとシングルモード光ファイバであっても、ファイバの変形などを生じさせず、効率よく、接続損失約０．２ｄＢ以下で接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の接続構造の一例を示した断面図である。
【図２】 本発明の接続構造に適したシングルモード光ファイバの一例として、Ｗ型の屈折率分布形状を示したグラフである。
【図３】 本発明の接続構造に適したシ分散補償光ファイバの一例として、セグメントコア付きのＷ型の屈折率分布形状を示したグラフである。
【符号の説明】
１…分散補償光ファイバ、
２…シングルモード光ファイバ、
３…接続用光ファイバ、３ａ…コア、３ｂ…クラッド、３ｃ…拡径部、
１１…センタコア、１２…サイドコア、１３…コア、１５…クラッド、
２１…センタコア、２２…サイドコア、２３…コア、２４…リングコア、
２５…クラッド。
Claims (9)
- シングルモード光ファイバと、該シングルモード光ファイバよりも小さい有効コア断面積とモードフィールド径を備えた分散補償光ファイバとを、接続用光ファイバを挟んで接続した分散補償光ファイバの接続構造において、
シングルモード光ファイバは、センタコアと、その上に設けられた該センタコアよりも低い屈折率を備えたサイドコアと、その上に設けられた該サイドコアよりも高く、前記センタコアよりも低い屈折率を備えたクラッドからなる屈折率分布形状を有し、１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、有効コア断面積が１２０〜１５０μｍ ２ 、モードフィールド径が１２〜１４μｍで、かつシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を備え、
１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの有効コア断面積の差が８０μｍ２以上、モードフィールド径の差が５．５μｍ以上であり、
接続用光ファイバは、有効コア断面積が 前記分散補償光ファイバの有効コア断面積よりも１０〜３０％大きく、かつモードフィールド径が、前記分散補償光ファイバのモードフィールド径よりも１０〜６０％大きく、かつ当該接続用光ファイバの前記シングルモード光ファイバ側の端部のコアが該シングルモード光ファイバの有効コア断面積およびモードフィールド径に合わせて拡大された拡径部を備えていることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。 - 請求項１に記載の分散補償光ファイバの接続構造において、接続用光ファイバのコアがドーパントを含む石英ガラスからなり、拡径部が、該ドーパントを、加熱によって拡散させて形成したものであることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。
- 請求項２に記載の分散補償光ファイバの接続構造において、シングルモード光ファイバのクラッドが、純粋石英ガラス若しくは純粋石英基準の比屈折率差が−０．１〜−０．３％の範囲になるようにフッ素を添加した石英ガラスのいずれかからなり、接続用光ファイバのコアとクラッドがドーパントを添加した石英ガラスからなることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。
- 請求項２または３に記載の分散補償光ファイバの接続構造において、接続用光ファイバのクラッドが１層または２層以上からなり、コアに隣接する層が純粋石英基準の比屈折率差が−０．３〜−２．０％の範囲になるようにフッ素を添加した石英ガラスからなることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。
- 請求項４に記載の分散補償光ファイバの接続構造において、接続用光ファイバのクラッドが２層以上からなり、コアに隣接する層が純粋石英基準の比屈折率差が−０．３〜−２．０％の範囲になるようにフッ素を添加した石英ガラスからなり、最外層が純粋石英ガラスからなることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。
- 請求項１〜５のいずれか一項に記載の分散補償光ファイバの接続構造において、
接続用光ファイバは、純粋石英ガラスを基準にしたコアの比屈折率差が＋０．２〜＋０．８％、純粋石英ガラスを基準としたクラッドの比屈折率差が−０．７〜−０．３％、コア半径が２．２〜３．１μｍ、モードフィールド径が５．４〜７．４μｍ、有効コア断面積が２２．７〜３９．３μｍ ２ であることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。 - 請求項１〜６のいずれか一項に記載の分散補償光ファイバの接続構造において、
センタコアの半径をｒ１、サイドコアの半径をｒ２、クラッドの屈折率を基準にしたセンタコアとサイドコアの比屈折率差をそれぞれΔ１、Δ２としたとき、
ｒ２／ｒ１が３．０〜５．０、Δ１が０．３０％以下、Δ２が−０．０５〜−０．１５％であることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。 - 請求項１〜７のいずれか一項に記載の分散補償光ファイバの接続構造において、
分散補償光ファイバが、センタコアと、その上に設けられたサイドコアと、その上に設けられたリングコアと、その上に設けられたクラッドとからなり、前記センタコアと前記リングコアの屈折率が前記クラッドよりも高く、前記サイドコアの屈折率が前記クラッドよりも低い屈折率分布形状を有し、
１．５３〜１．６３μｍから選択される使用波長において、有効コア断面積が２０〜４０μｍ２、曲げ損失が４０ｄＢ／ｍ以下、波長分散が−７０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍで、シングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、かつシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、波長１．５５μｍにおいて波長分散が＋２０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが＋０．０６３ｐｓ／ｎｍ ２ ／ｋｍのシングルモード光ファイバを補償したときの分散スロープ補償率が８０〜１２０％であることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。 - 請求項８に記載の分散補償光ファイバの接続構造において、
センタコアとサイドコアとリングコアの半径をそれぞれｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、クラッドを基準にしたセンタコアとサイドコアとリングコアの比屈折率差をそれぞれΔ１１、Δ１２、Δ１３としたとき、
ｒ１１が４〜６μｍ、ｒ１２／ｒ１１が２．５〜３．５、ｒ１３／ｒ１１が３．０〜５．５、Δ１１が０．９〜１．５％、Δ１２が−０．３〜−０．５％、Δ１３が０．１〜１．２％であることを特徴とする分散補償光ファイバの接続構造。
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