JP4330273B2 - 波長分割多重伝送システム用に使用できる光ファイバ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、光ファイバの分野に関し、より詳細には、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムで使用するのに役立つ分散シフト光ファイバの分野に関する。
【０００２】
「分散シフトファイバ」（ＤＳＦ、Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）と呼ばれるシングルモード光ファイバは、それらが使用される伝送波長において（その波長は、一般に、シリカの分散がほぼゼロになる１．３μｍの波長とは異なる）、伝送された波の波長分散がほぼゼロになるようなものである。すなわち、シリカの非ゼロ波長分散が、ファイバのコアと光クラッドとの間の屈折率差Δｎを増大させることによって補償される（したがって「シフト」という用語を使用する）。この屈折率差により、波長分散がゼロになる波長をシフトさせることが可能になる。これは、製造中のファイバにドーパントを挿入することによって得られる。ファイバは、たとえば内付けＣＶＤ（ＭＣＶＤ）法によって製造される。ＭＣＤＶ法はそれ自体知られており、本明細書ではさらに詳細には説明しない。「クラッド」と「コア」という用語は、当業者には知られている。通常、「クラッド」は、１２５μｍの直径に延びる部分である。「コア」は、光エネルギーの約７０％が伝搬する部分に対応する。
【０００３】
当業者によく知られているように、ＤＳＦは、一般に「非分散シフトファイバ（ＮＤＳＦ、Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）」と呼ばれる従来のステップインデックスファイバとは異なり、また「分散平坦化ファイバ」とも異なる。分散平坦化ファイバは、１３１０ｎｍから１５５０ｎｍの範囲の波長にわたって低い波長分散を有し、一般に当該の範囲で２つの波長分散ゼロを有するようなものである。
【０００４】
そのような分散シフトシングルモード光ファイバの多数の屈折率プロファイルが、提案されてきた。屈折率プロファイルは、一般に、ファイバの半径に応じた屈折率の変化を表す曲線によって記述される。通常、ｘ軸は、ファイバの中心までの距離ｒを示し、ｙ軸は、絶対的な差（Δｎ）またはパーセンテージの差（％Δ）における、ファイバのクラッドの屈折率に対する差によって規定される屈折率を示す。ファイバの屈折率ｎ_１と屈折率ｎ_ｃの間の相対的な差の定義は、次のように書くことができる。
【０００５】
％Δ＝１００・（ｎ_１ ^２−ｎ_Ｃ ^２）／２ｎ_１ ^２
屈折率間の差が小さいとすれば、この相対的な差は、量（ｎ_１−ｎ_Ｃ）／ｎ_Ｃにほぼ等しくなる。したがって、近似値％Δ＝Δｎ／ｎ_Ｃを用いるのが一般的である。ただし、ｎ_Ｃはシリカの屈折率である。
【０００６】
したがって、屈折率プロファイルは、ステップ形、台形、または三角形である半径に応じた屈折率の変化を表す曲線について、それぞれ「ステップ形」、「台形」、または「三角形」と言われる。そのような曲線は、一般にファイバの理想または基準プロファイルを表し、ファイバを製造することに関連する制約は、しばしばかなり異なるプロファイルを生じさせる。例として、ＵＳ−Ａ−５６５９６４９には、リング付き台形の基準プロファイルと、ファイバの製造時に得られる異なる基準プロファイルが示されている。
【０００７】
そのようなシングルモードファイバはまた、好ましくはケーブル製造者とシステム設計者の両方の要求に対応する特性を有しなければならない。第１に、ケーブル製造者は、良い「ケーブラビリティ」を求める。すなわち、ケーブル製造者は、全くまたはあまり追加の減衰を引き起こさずに、ファイバをケーブル中に入れるのに適したものにすることを望む。その問題の１つの解決策は、ファイバのモード径を減少させることにある。第２に、システム設計者は、大きな有効面積とゼロ分散波長λ_０に適した値を望む。さらに、現在、１５５０ｎｍにおける波長分散がゼロとは異なる分散シフトファイバである、「非ゼロ分散シフトファイバ」（ＮＺ−ＤＳＦ、Ｎｏｎ−Ｚｅｒｏ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）に関心が高まっている。
【０００８】
特許ＵＳ−Ａ−５３２７５１６には、分散シフト光ファイバが記載されており、当該の波長において浅い波長分散勾配を与えることによって、非線形効果を低減することが提案されている。前記波長における波長分散の値は、一般に１ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから４ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にある。
【０００９】
残念ながら、そのようなファイバには、たとえば四光波混合などかなりの非線形効果がまだある。それが、非線形効果を最小限に抑える分散シフトファイバを有することが望ましいと出願者には思われる理由である。
【００１０】
したがって、本発明は、ｄＢ／ｋｍでの損失が低く、波長分散勾配が浅く、１５５０ｎｍにおける波長分散の値が十分に高い、有利な新しいタイプの分散シフトファイバを提案する。そのようなファイバによれば、従来技術のＮＺ−ＤＳＦと比較して非線形効果を最小限に抑えることが可能である。
【００１１】
より正確には、本発明は、コアとクラッドとからなる分散シフト光ファイバであって、クラッドの屈折率より低い屈折率をもつ環状部分によって、次にクラッドによって囲まれた方形中心部分からなる形状の屈折率プロファイルを有し、１３８０ｎｍから１４５０ｎｍの範囲にある波長の値λ_０に対するゼロ波長分散、および８ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にある１５５０ｎｍにおける波長分散を有するファイバを提供する。
【００１２】
一実施形態では、ファイバは、１４００ｎｍから１４４０ｎｍの範囲にあり、一般に、好ましくは約１４００ｎｍから１４２０ｎｍの範囲にある波長の値λ_０に対して、ゼロ波長分散を有する。
【００１３】
ファイバは、約５０μｍ^２の有効面積を有することが有利である。
【００１４】
一実施形態では、ファイバは、１３１０ｎｍより短いカットオフ波長を有する。
【００１５】
他の実施形態では、ファイバは、１５５０ｎｍにおいて、７．５μｍから８．５μｍの範囲にあるモード径を有する。
【００１６】
他の実施形態では、ファイバは、１５５０ｎｍにおいて、９ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１１ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にあり、一般に、１０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの付近にあることが好ましい波長分散を有する。
【００１７】
ファイバは、１５５０ｎｍにおいて０．０６ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍより低い波長分散勾配を有することが好ましい。
【００１８】
ファイバは、１５５０ｎｍにおいて、０．２５ｄＢ／ｋｍより低い減衰を有することが好ましい。
【００１９】
前記方形中心部分は、６×１３^−３から９×１３^−３の範囲にある差だけクラッドの屈折率とは異なる屈折率を有することが有利である。
【００２０】
前記方形中心部分は、２．８μｍから３．２μｍの範囲にある半径に延びるのが好ましい。
【００２１】
実施形態で、前記環状部分は、−０．３×１０^−３から−１．３×１０^−３の範囲にある差だけクラッドの屈折率とは異なる屈折率を有する。
【００２２】
前記環状部分は、前記中心部分の６倍以上の半径に延びることが有利である。
【００２３】
本発明は、波長分割多重システムでのそのようなファイバの使用法も提供する。
【００２４】
本発明の他の特徴と利点は、本発明のファイバの屈折率プロファイルを示す図である図を参照しながら、例として行う本発明の実施形態についての以下の説明を読めば明らかになる。
【００２５】
本発明は、そのようなファイバが、ＷＤＭ伝送システムに適するという驚くべき観察に基づいている。それは、範囲が、一般に１５３０ｎｍから１５８０ｎｍである波長分割多重伝送のために使用される波長範囲で浅い分散勾配を有する。
【００２６】
さらに、１４００ｎｍから１４２０ｎｍの付近での波長分散ゼロは、多重の波長範囲での波長分散が、非線形効果を制限するのに、特に、四光波混合を制限するのに、十分であることを保証する。
【００２７】
本発明は、このように、クラッドの屈折率より低い屈折率の環状部分によって、そして、次にクラッドによって囲まれた方形中心部分をもつ屈折率プロファイルを有するファイバを、ラインファイバとして使用することを提案する。そのファイバは、多重の範囲で、または１５５０ｎｍの付近で、０．０６ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍより低い、または等しい波長分散勾配ｄＣ／ｄλを有する。さらに、１３５０ｎｍから１４５０ｎｍの範囲で、たとえば、λ_０が１４００ｎｍまたは１４２０ｎｍの付近で、ファイバの波長分散ゼロは、ファイバが、多重の範囲で高い分散を有することを確かにする。ファイバの有効面積Ａ_ｅｆｆは、約５０μｍ^２、たとえば、４０μｍ^２から６０μｍ^２の範囲であることが有利である。減衰は、１５５０ｎｍにおいて、０．２５ｄＢ／ｋｍより低いことが好ましい。
【００２８】
図は、本発明の特性を得るために用いることができる屈折率プロファイルを示す図である。図に示されている屈折率プロファイルは、クラッドの屈折率より高い屈折率の方形中心部分と、前記中心部分の周囲で、クラッドの屈折率より低い屈折率の環状部分とを有するプロファイルである。ファイバの中心からクラッドに向かっていくと、中心部分は、半径ａ_１までほぼ一定な屈折率ｎ_１を有する。図の実施形態で、屈折率ｎ_１とクラッドの屈折率ｎ_Ｃとの差Δｎ_１は、７．５×１０^−３Δｎに等しく、半径ａ_１は、３μｍに等しい。６×１０^−３から９×１０^−３の範囲にある屈折率の値Δｎ_１が適している。半径ａ_１の値は、何らの問題もなく２．８μｍから３．２μｍの範囲で変化する。
【００２９】
クラッドの屈折率より高い屈折率の中心部分の周囲に、ファイバは、半径ａ_１から半径ａ_２まで、クラッドの屈折率より低い屈折率の環状部分を有する。図の実施形態で、環状部分の屈折率とクラッドの屈折率との間の差Δｎ_２は、−０．８×１０^−３Δｎに等しく、環状部分は、１５μｍの厚さを超えて延びる。より一般的には、−０．３×１０^−３から−１．３×１０^−３の範囲にあるΔｎ_２の値が、適していて、環状部分の外径ａ_２は、コアの中心部分の半径の少なくとも６倍に等しくなるように選択される。すなわち、
ａ_２／ａ_１＝６
そのようなプロファイルの実施形態は、１５５０ｎｍにおいて０．２５ｄＢ／ｋｍより低い減衰と、１５５０ｎｍにおいて約８μｍ、より一般には、７．５μｍから８．５μｍの範囲にあるモード径Ｗ_０２と、約５０μｍ^２の有効面積とを得ることを可能にする。さらに、ファイバは、１３１０ｎｍより短いカットオフ波長λ_Ｃを有する。１５５０ｎｍにおいて波長分散は、８ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にある。同じ波長の値について、波長分散勾配は、約０．０５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍから０．０６ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍの範囲にある。
【００３０】
図でのファイバのプロファイルの正確な特性とは無関係に、これらの値は、本発明のＷＤＭ伝送システムに適している。
【００３１】
図１に示されているタイプのファイバは、一般に光ファイバを製造するために用いられるＭＣＶＤまたは他の技術のような知られている技術を用いて、当業者によって製造される。
【００３２】
本来、本発明は、説明し図示した例と実施形態に制限されるものではなく、多数の変形が当業者に利用可能である。したがって、本発明の伝送システムでは、図に示されているファイバと同じ波長分散、λ_０、λ_Ｃ、減衰、および分散勾配の値のファイバではあるが、異なる屈折率の数値と半径の数値をもつ同じ外観を有するプロファイルのファイバを使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のファイバの屈折率プロファイルを示す図である。

Claims (9)

1. コアとクラッドとからなる分散シフト光ファイバであって、クラッドの屈折率より低い屈折率をもつ環状部分によって直接囲まれ、次にクラッドによって囲まれた方形中心部分からなる形状の屈折率プロファイルを有し、１３８０ｎｍから１４５０ｎｍの範囲にある波長の値λ_０に対するゼロ波長分散を有し、前記方形中心部分が、６×１０ ^−３ から９×１０ ^−３ の範囲にある差だけクラッドの屈折率とは異なる屈折率を有し、クラッドの屈折率が、シリカの屈折率であり、前記方形中心部分が、２．８μｍから３．２μｍの範囲にある半径まで延び、
   分散シフト光ファイバが、１５５０ｎｍにおいて、９ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１１ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にある波長分散を有し、前記環状部分が、−０．３×１０ ^−３ から−１．３×１０ ^−３ の範囲にある差だけクラッドの屈折率とは異なる屈折率を有することを特徴とするファイバ。
2. １４００ｎｍから１４４０ｎｍの範囲にある波長の値λ_０に対してゼロ波長分散を有する請求項１に記載のファイバ。
3. 約５０μｍ^２の有効面積を有する請求項１または２に記載のファイバ。
4. １３１０ｎｍより短いカットオフ波長を有する請求項１、２、または３のいずれか一項に記載のファイバ。
5. １５５０ｎｍにおいて、７．５μｍから８．５μｍの範囲にあるモード径を有する請求項１から４のいずれか一項に記載のファイバ。
6. １５５０ｎｍにおいて、０．０６ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍより低い波長分散勾配を有する請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバ。
7. １５５０ｎｍにおいて、０．２５ｄＢ／ｋｍより低い減衰を有する請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバ。
8. 前記環状部分が、前記中心部分の半径の少なくとも６倍に等しい半径まで延びるような請求項１から７のいずれか一項に記載のファイバ。
9. 波長分割多重伝送システムでの請求項１から８のいずれか一項に記載のファイバの使用法。

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