JP4413823B2 - 分散補償ファイバ及び光伝送路 - Google Patents

Description

本発明は、分散補償ファイバ及び光伝送路に関し、特に波長１３１０ｎｍ帯を用いた高速・大容量光通信に供して好適な分散補償ファイバ及び光伝送路に関する。

高速光伝送システムでは、光伝送中の累積分散の補償が必要不可欠となる。このため、各種光ファイバの波長分散特性の補償を目的とし、様々な分散補償ファイバが提案されている。例えば、特許文献１では、分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Dispersion Shifted Fiber）光伝送路を用いた、波長１．５μｍ帯、または波長１．６μｍ帯における伝送特性の向上を目的とし、分散シフトファイバ光伝送路の波長分散を補償する光ファイバが提案されており、当該特許文献１では、分散シフトファイバ光伝送路中の累積分散を±２００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下に補償する分散補償ファイバ、及び光伝送路に関する技術が開示されている。

再公表特許（Ａ１） ＷＯ００／１７６８５

しかしながら、従来の分散補償ファイバは主に１４００ｎｍ帯から１６００ｎｍ帯における分散特性の補償を目的としており、波長１３１０ｎｍ帯に適用可能な分散補償ファイバに関しては十分に明らかになっていなかった。また、一般に波長１３１０ｎｍにて負の波長分散特性を有する光ファイバの分散補償を行う場合、当該波長帯域において十分大きな正の波長分散を有する分散補償ファイバが必要となる。しかし、従来のように、添加材料により屈折率分布を形成して、光ファイバの波長分散特性を制御する場合、波長１４００ｎｍ帯より短波長側において、光ファイバの波長分散特性における材料分散の影響が支配的となるため、波長１３１０ｎｍ帯において十分大きな正の波長分散を実現することが困難になってしまう、という課題があった。

そこで、本発明は、上述した課題に鑑み提案されたもので、従来の屈折率分布による波長分散特性の制御に加え、空孔構造を適切に配置して、波長分散が波長１３１０ｎｍ帯にて十分大きな正の値、具体的には、＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上となる分散補償ファイバ及び光伝送路を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る分散補償ファイバは、
半径がａで比屈折率差がΔであるコア部と、前記コア部を覆うクラッド部と、前記コア部の中心から所定の距離Λに、等間隔にて形成された少なくとも４個の直径ｄの空孔部とを有し、
前記所定の距離Λを前記コア半径ａで規格化した規格化空孔位置Λ／ａと、前記空孔直径ｄを前記コア部のコア直径２ａで規格化した規格化空孔直径ｄ／２ａと、前記コア半径ａと、前記コア部の比屈折率差Δが、それぞれ（０．４≦Λ／ａ≦０．５）と（０．２≦ｄ／２ａ≦０．３）、及び（４．０μｍ≦ａ≦６．５μｍ）と（０．７％≦Δ≦１．５％）の範囲、または（１．０≦Λ／ａ≦１．４）と（０．４≦ｄ／２ａ≦１．２）、及び（１．５μｍ≦ａ≦２．５μｍ）と（０．７％≦Δ≦１．５％）の範囲であり、波長１３１０ｎｍにおける波長分散を＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上とした
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る光伝送路は、
１３１０ｎｍ帯にて負の波長分散を有する１３１０ｎｍ帯負分散ファイバと、前記１３１０ｎｍ帯負分散ファイバの前段、後段、またはその両方に配置された第１の発明に記載の分散補償ファイバとを有する
ことを特徴とする。

本発明に係る分散補償ファイバによれば、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及びクラッド部に対するコア部の比屈折率差Δをそれぞれ所定の範囲にすることにより、１３１０ｎｍ帯にて波長分散が十分大きな正の値、具体的には、＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上となる。

本発明に係る光伝送路によれば、波長１３１０ｎｍ帯における累積分散を低減し、その高速光伝送特性、及び伝送距離制限を改善することができる。

以下に、本発明に係る分散補償ファイバを実施するための最良の形態を図に基づき具体的に説明する。

図１は、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバの断面図であり、図１（ａ）に、空孔部がコア部の領域に形成される場合の断面、図１（ｂ）に空孔部がクラッド部の領域に形成される場合の断面を示す。

本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバは、屈折率が均一なクラッド部と、前記クラッド部に対して所定の比屈折率差を有するコア部と、前記コア部の中心から所定の距離に等間隔にて形成された少なくとも４個の空孔部とを有する。すなわち、このような分散補償ファイバとして、図１（ａ）に示すように、屈折率ｎ１でありコア半径ａ₁のコア部１と、コア部１を覆い、屈折率ｎ２であるクラッド部２と、コア部１の領域におけるコア部１の中心Ｃ₁から所定の距離Λ₁に等間隔にて形成された６個の空孔部３とを有する分散補償ファイバ１０や、図１（ｂ）に示すように、屈折率ｎ１でありコア半径ａ₂のコア部１１と、コア部１１を覆い、屈折率ｎ２であるクラッド部１２と、クラッド部１２の領域におけるコア部１１の中心Ｃ₂から所定の距離Λ₂に等間隔にて形成された６個の空孔部１３とを有する分散補償ファイバ２０が挙げられる。

比屈折率差Δは、コア部１，１１の屈折率ｎ１、及びクラッド部２，１２の屈折率ｎ２を用い、次式（１）により定義される。
Δ ＝ （ｎ１²−ｎ２²）／（２ｎ１²） （１）

ここで、コア部の中心から空孔部までの距離Λをコア半径ａで規格化した値を規格化空孔位置Λ／ａとして定義し、空孔部の空孔直径ｄをコア直径２ａで規格化した値を規格化空孔直径ｄ／２ａとして定義する。

図２は、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバにおいて、波長１３１０ｎｍにおける波長分散が＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上となる規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａの関係を示す図である。

図２に示すように、分散補償ファイバが１３１０ｎｍ帯にて＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上となる規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａは、網掛け領域、すなわち、（０．４≦Λ／ａ≦０．５）と（０．２≦ｄ／２ａ≦０．３）の範囲である、または（１．０≦Λ／ａ≦１．４）と（０．４≦ｄ／２ａ≦１．２）の範囲である。

図３は、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバ、具体的には、図２における規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａとの関係を満たす分散補償ファイバにおけるコア半径ａとコア部の比屈折率差Δとの関係を示す図である。図３（ａ）に空孔部がコア部の領域に形成される場合におけるコア半径ａとコア部の比屈折率差Δの関係、図３（ｂ）に空孔部がクラッド部の領域に形成される場合におけるコア半径ａとコア部の比屈折率差Δの関係を示す。ただし、図３中の網掛けの領域は、上述の規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径Λ／２ａの関係を満たす、コア半径ａ及びコア部の比屈折率Λの関係を示す。

ここで、光ファイバ中の屈折率を増加させるために、一般にガラス材料へゲルマニウムを添加するが、その添加量の増加に伴う損失増加の観点から、１．４〜１．５％以上の比屈折率差Δを実現することは困難となる。また、コア半径ａが１．５μｍより小さくなる場合、コア内部への光の閉じ込め効果が低下し、基本モード伝搬が実現できなくなる可能性が生じる。

従って、図２及び図３に示すように、分散補償ファイバにおいて、波長１３１０ｎｍにおける波長分散が＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上となる、規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａ、及びコア半径ａとコア部の比屈折率差Δは、それぞれ（０．４≦Λ／ａ≦０．５）と（０．２≦ｄ／２ａ≦０．３）、及び（４．０μｍ≦ａ≦６．５μｍ）と（０．７％≦Δ≦１．５％）の範囲である、または（１．０≦Λ／ａ≦１．４）と（０．４≦ｄ／２ａ≦１．２）、及び（１．５μｍ≦ａ≦２．５μｍ）と（０．７％≦Δ≦１．５％）の範囲である。

図４は、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバ、具体的には、図２及び図３に示した条件を満たす分散補償ファイバにおいて、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及びコア部の比屈折率差Δをそれぞれ所定の値にしたときの波長分散特性を示す図である。この図において、実線は空孔部がコア部の領域に形成される分散補償ファイバ、すなわち、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及び比屈折率差Δを、それぞれ０．４、０．２、５．５μｍ、１．３％とした分散補償ファイバの波長分散特性を示す。破線は空孔部がクラッド部の領域に形成される分散補償ファイバ、すなわち、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及び比屈折率差Δを、それぞれ１．２、０．８、２μｍ、１．３％とした分散補償ファイバの波長分散特性を示す。

この図に示すように、空孔部がコア部の領域に形成される分散補償ファイバ、及び空孔部がクラッド部の領域に形成される分散補償ファイバでは、波長１．３μｍから波長１．４μｍにおいて、波長分散がそれぞれ＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上、具体的には、＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから＋４０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲になることが分かった。

ここで、光通信システム３０は、図５に示すように、図示しない信号源からの電気信号を変換して光信号を送信する送信機３１と、光信号を受信し、電気信号に変換する受信機３２と、送信機３１と受信機３２とに接続され、光信号を伝送する光伝送路３３として、１３１０ｎｍ帯にて負の波長分散を有する１３１０ｎｍ帯負分散ファイバ３４と、１３１０ｎｍ帯負分散ファイバ３４の前段及び後段の両方に配置された、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバ１０，２０とを有し、送信機３１と受信機３２との間で光信号の送受信（伝送）が行われる。尚、当該分散補償ファイバ１０，２０は、送信機３１または受信機３２の内部に組み込むようにしても良い。

図６は、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバ、具体的には、図４に示した分散補償ファイバと、１３１０ｎｍ帯にて負の波長分散を有する１３１０ｎｍ帯負分散ファイバ（分散シフトファイバ）とを接続した光伝送路における波長分散特性を示す。この図において、実線は空孔部がコア部の領域に形成される分散補償ファイバ、すなわち、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及び比屈折率差Δを、それぞれ０．４、０．２、５．５μｍ、１．３％とした分散補償ファイバと前記１３１０ｎｍ帯負分散ファイバ３４とを有する光伝送路の波長分散特性を示す。破線は空孔部がクラッド部の領域に形成される分散補償ファイバ、すなわち、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及び比屈折率差Δを、それぞれ１．２、０．８、２μｍ、１．３％とした分散補償ファイバと前記１３１０ｎｍ帯負分散ファイバとを有する光伝送路の波長分散特性を示す。一点鎖線は、前記１３１０ｎｍ帯負分散ファイバのみを有する光伝送路における波長分散特性を示す。

図６に示すように、前記１３１０ｎｍ帯負分散ファイバと、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバとを有する光伝送路とすることにより、前記１３１０ｎｍ帯負分散ファイバのみからなる光伝送路に比べて、波長１３１０ｎｍ帯における波長分散の絶対値が低減されることが分かる。特に、波長１３００ｎｍから１３２０ｎｍにおける分散補償後の波長分散の絶対値は、分散補償前の値の約１０分の１に低減される。よって、前記分散補償ファイバを適用することにより、前記波長範囲における波長分散による伝送距離の制限を１０倍以上改善できることが分かる。したがって、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバと、補償対象となる１３１０ｎｍ帯負分散ファイバを適切に組み合わせることにより、波長１３１０ｎｍ帯における累積分散を低減し、高速光伝送特性を改善することができる。

したがって、本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバ１０，２０によれば、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及びクラッド部に対するコア部の比屈折率差Δをそれぞれ所定の範囲にすることにより、１３１０ｎｍ帯にて波長分散が十分大きな正の値、具体的には、＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上となる。
また、本発明に係る光伝送路３３によれば、波長１３１０ｎｍ帯における累積分散を低減し、その高速光伝送特性、及び伝送距離制限を改善することができる。

上記では、１３１０ｎｍ帯負分散ファイバ３４と、１３１０ｎｍ帯負分散ファイバ３４の前段及び後段の両方に配置された分散補償ファイバ１０，２０とを有する光伝送路３３を用いて説明したが、１３１０ｎｍ帯負分散ファイバ３４と、１３１０ｎｍ帯負分散ファイバ３４の前段、または後段にのみ前記分散補償ファイバを配置した光伝送路を用いても良く、上記光伝送路３３と同様な作用効果を奏する。

本発明は、分散補償ファイバ及び光伝送路に関し、特に波長１３１０ｎｍ帯を用いた高速・大容量光通信に供して好適な分散補償ファイバ及び光伝送路に利用することが可能である。

本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバの断面図である。 本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバにおいて、波長１３１０ｎｍにおける波長分散が＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上となる規格化空孔位置Λ／ａと規格化空孔直径ｄ／２ａとの関係を示す図である。 本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバにおけるコア半径ａとコア部の比屈折率差Δとの関係を示す図である。 本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバにおいて、規格化空孔位置Λ／ａ、規格化空孔直径ｄ／２ａ、コア半径ａ、及びコア部の比屈折率差Δをそれぞれ所定の値にしたときの波長分散特性を示す図である。 本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバを用いた光通信システムの模式図である。 本発明の最良の形態に係る分散補償ファイバと、１３１０ｎｍ帯で負の波長分散を有する１３１０ｎｍ帯負分散ファイバとを接続した光伝送路における波長分散特性を示す図である。

符号の説明

１，１１ コア部
２，１２ クラッド部
３，１３ 空孔部
１０，２０ 分散補償ファイバ
３０ 光通信システム
３１ 送信機
３２ 受信機
３３ 光伝送路
３４ １３１０ｎｍ帯負分散ファイバ

Claims (2)

1. 半径がａで比屈折率差がΔであるコア部と、前記コア部を覆うクラッド部と、前記コア部の中心から所定の距離Λに、等間隔にて形成された少なくとも４個の直径ｄの空孔部とを有し、
   前記所定の距離Λを前記コア半径ａで規格化した規格化空孔位置Λ／ａと、前記空孔直径ｄを前記コア部のコア直径２ａで規格化した規格化空孔直径ｄ／２ａと、前記コア半径ａと、前記コア部の比屈折率差Δが、それぞれ（０．４≦Λ／ａ≦０．５）と（０．２≦ｄ／２ａ≦０．３）、及び（４．０μｍ≦ａ≦６．５μｍ）と（０．７％≦Δ≦１．５％）の範囲、または（１．０≦Λ／ａ≦１．４）と（０．４≦ｄ／２ａ≦１．２）、及び（１．５μｍ≦ａ≦２．５μｍ）と（０．７％≦Δ≦１．５％）の範囲であり、波長１３１０ｎｍにおける波長分散を＋３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上とした
   ことを特徴とする分散補償ファイバ。
2. １３１０ｎｍ帯にて負の波長分散を有する１３１０ｎｍ帯負分散ファイバと、前記１３１０ｎｍ帯負分散ファイバの前段、後段、またはその両方に配置された請求項１に記載の分散補償ファイバとを有する
   ことを特徴とする光伝送路。

Images