JP5184011B2 - 光ファイバおよび光ファイバ伝送路 - Google Patents

Description

本発明は、大容量光伝送に用いる光ファイバおよび光ファイバ伝送路に関するものである。

大容量通信を実現するために波長多重（ＷＤＭ）伝送を行う場合、光ファイバ伝送路において、非線形光学現象の一種である四光波混合（ＦＷＭ）に起因するノイズが発生する場合がある。このノイズを抑制するために、光ファイバ伝送路として、たとえば光伝送に使用する信号光の波長において微少の波長分散値を有するノンゼロ分散シフト光ファイバが用いられる。ノンゼロ分散シフト光ファイバは、たとえば信号光の波長である１５５０ｎｍにおいて５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の波長分散値を有する。

一方、ＷＤＭ伝送システムにおいて光ファイバ伝送路に用いられる光ファイバの重要な光学特性として、有効コア断面積と分散スロープ特性とがある。ＷＤＭ伝送においては光ファイバ伝送路を伝送する信号光の光パワーが増大するので、この光パワーの増大による非線形光学現象の発生を抑制するためには、光ファイバの有効コア断面積を拡大して、光ファイバのコア中での光の強度密度を低下させることが重要である。

また、大容量通信を目的とした広帯域ＷＤＭ伝送システムにおいては、利用する波長帯域内での波長分散の偏差を小さくするため、光ファイバ伝送路には、広帯域での分散フラット性、すなわち低分散スロープ特性が求められる。たとえば、波長帯域としてＳバンド（１４６０−１５３０ｎｍ）、Ｃバンド（１５３０−１５６５ｎｍ）、Ｌバンド（１５６５−１６２５ｎｍ）を利用する場合、各バンド内における波長分散値は、ＦＷＭの発生を十分に抑制可能な２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから、波長分散に起因する光信号の波形の歪みを抑制可能な８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍまでの間の値に収められていることが望ましいとされている。

ここで、光ファイバにおいては、有効コア断面積と分散スロープ特性との間には常にトレードオフの関係があるので、有効コア断面積を拡大すると同時に低分散スロープ特性を実現するのは困難であるという課題があった。

図３７は、有効コア断面積を拡大した大Ａｅｆｆ型、分散スロープ値を低減した低スロープ型、および超低スロープ型の各ノンゼロ分散シフト光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性を示す図である。なお、図３７において、「Ｓｌｏｐｅ」は分散スロープを示し、「Ａｅｆｆ」は有効コア断面積を示す。また、図３８は、図３７に示す各ノンゼロ分散シフト光ファイバの波長と波長分散値との関係を示す図である。

図３７に示すように、大Ａｅｆｆ型のノンゼロ分散シフト光ファイバにおいては、有効コア断面積が７０μｍ²以上に拡大されており、低スロープ型および超低スロープ型のノンゼロ分散シフト光ファイバにおいては、分散スロープ値がそれぞれ０．０４５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍにまで低減されている（非特許文献１〜３参照）。

一方、有効コア断面積を大幅に拡大する技術として、マルチモード型の光ファイバを用いる技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００４−２７１９０４号公報 Y. Liu et al., "Single-mode dispersion-shifted fibers with large effective area for amplified systems," IOOC1995PD2-9(1995). D.W. Peckham et al., "Reduced dispersion slope, non-zero dispersion fiber," ECOC1998, pp. 139(1998). N. Kumano et al., "Novel NZ-DSF with ultra-low dispersion slope lower than 0.020 ps/nm2/km," ECOC2001, PD.A.1.5(2001).

しかしながら、上述の大Ａｅｆｆ型ノンゼロ分散シフト光ファイバにおいては、分散スロープ値が０．０９ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ程度と大きいので、光ファイバ伝送路全体での波長分散の偏差を十分に小さくできず、また低スロープ型ノンゼロ分散シフト光ファイバにおいては有効コア断面積が５０μｍ²程度と小さいので、非線形光学現象の発生を十分に抑制できないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非線形光学現象の発生と波長分散の光信号間における偏差の増大とを大幅に抑制できる光ファイバおよび光ファイバ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し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバは、少なくとも波長１５５０ｎｍの信号光を基底伝搬モードで伝送する光ファイバであって、前記信号光の波長以上のカットオフ波長を有し、前記信号光の波長における基底伝搬モードの波長分散値が４〜７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ値が０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の正の値であり、有効コア断面積が６０μｍ²以上であり、直径２０ｍｍで１６周巻いた場合の曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、前記内側コア層の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記内側コア層よりも屈折率が高い外側コア層と、前記外側コア層の周囲に形成され前記内側コア層よりも屈折率が高くかつ前記外側コア層よりも屈折率が低いクラッド層と、を有し、前記中心コア部の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ１が０．５５％以下であり、前記内側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ２が−０．７％以上で０％より小さく、前記外側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ３が０．１〜０．５％であり、前記中心コア部の直径に対する前記内側コア層の外径の比ｂ／ａが１．４以上であり、前記中心コア部の直径に対する前記外側コア層の外径の比ｃ／ａが２．１以上であり、前記中心コア部の直径２ａが６．８μｍ以上であることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバ伝送路は、上記の発明に係る光ファイバを備え、前記光ファイバに、前記信号光の波長よりも短いカットオフ波長を有するシングルモード光ファイバを介して前記信号光を入力し、該信号光を伝送することを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、信号光の波長以上のカットオフ波長を有することによって、基底伝搬モードにおいて有効コア断面積と分散スロープ値との間のトレードオフの関係が緩和し、非線形光学現象の発生と波長分散の光信号間における偏差の増大とを大幅に抑制できるという効果を奏する。

また、本発明に係る光ファイバ伝送路は、本発明に係る光ファイバに、シングルモード光ファイバを介して信号光を入力し、該信号光を伝送することによって、本発明に係る光ファイバにおいて基底伝搬モードのみが選択的に励振される。その結果、非線形光学現象の発生と波長分散の光信号間における偏差の増大とを大幅に抑制した大容量の光伝送を可能にするという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバおよび光ファイバ伝送路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、曲げ損失とは、直径２０ｍｍで１６周巻いた場合の曲げ損失を意味するものとする。また、単に「カットオフ波長」と称した場合は、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するファイバカットオフ波長λｃを意味する。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る光ファイバは、Ｃバンドである１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域のＷＤＭ信号光を基底伝搬モードで伝送する光ファイバであって、１５５０ｎｍ以上のカットオフ波長を有し、波長１５５０ｎｍにおける基底伝搬モードの波長分散値が４〜７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ値が０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の正の値であり、有効コア断面積が６０μｍ²以上であり、曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下のものである。

すなわち、本実施の形態１に係る光ファイバは、カットオフ波長より短い信号光の波長における伝搬モードが、基底伝搬モードであるＬＰ０１モード以外に、高次モードであるＬＰ０２モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードなど複数存在するマルチモードの光ファイバとなっている。その結果、伝搬モードとして基底伝搬モードのみが存在するシングルモード光ファイバとするためにカットオフ波長を最短の信号光波長よりも短くしなければならない、という設計上の制限によって従来生じていた、有効コア断面積と分散スロープ値との間のトレードオフの関係が、基底伝搬モードにおいて緩和されている。その結果、波長１５５０ｎｍにおける基底伝搬モードの特性が、従来の大Ａｅｆｆ型ノンゼロ分散シフト光ファイバと同等の有効コア断面積と、従来の低スロープ型ノンゼロ分散シフト光ファイバよりも大幅に小さい分散スロープ値とを有するものとなるので、非線形光学現象の発生を従来と同等に抑制しながら累積波長分散の信号光間における偏差の増大を従来よりも大幅に抑制できる。

さらに、本実施の形態１に係る光ファイバは、上述のトレードオフの関係が緩和されていることによって、上述の有効コア断面積と分散スロープ値とを実現するとともに、さらに曲げ損失を２０ｄＢ／ｍ以下と十分に低いものとしている。

なお、本実施の形態１に係る光ファイバにおいて各信号光を基底伝搬モードで伝送させるためには、たとえばカットオフ波長が各信号光の波長よりも短いシングルモード光ファイバを接続し、このシングルモード光ファイバを介して本実施の形態１に係る光ファイバに信号光を入力する。その結果、基底伝搬モードのみが選択的に励振され、本実施の形態１に係る光ファイバは各信号光を基底伝搬モードで伝送する。

つぎに、本実施の形態１に係る光ファイバの構造と設計パラメータについて具体的に説明する。図１は、本実施の形態１に係る光ファイバの断面と対応する屈折率プロファイルとを示す概略図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る光ファイバ１０は、中心コア部１と、中心コア部１の外周に形成され、中心コア部１よりも屈折率が低い内側コア層２と、内側コア層２の外周に形成され、中心コア部１よりも屈折率が低くかつ内側コア層２よりも屈折率が高い外側コア層３と、外側コア層３の周囲に形成され、内側コア層２よりも屈折率が高くかつ外側コア層３よりも屈折率が低いクラッド層４とを有する。すなわち、光ファイバ１０はいわゆるＷ−セグメント型の屈折率プロファイル５を有する。なお、中心コア部１はα型の屈折率プロファイルを有し、内側コア層２および外側コア層３はステップ型の屈折率プロファイルを有する。

ここで、α型の屈折率プロファイルを規定するパラメータであるα値をα１とすると、α１は式（１）で定義される。
ｎ²（ｒ）＝ｎ_core ²×｛１−２×（Δ／１００）×（ｒ／ａ）＾α１｝
（但し、０＜ｒ＜ａ） （１）
ただし、ｒは中心コア部の中心からの半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率、ｎ_coreは中心コア部のｒ＝０における屈折率、ａは中心コア部の半径を表している。また、記号「＾」はべき乗を表す記号である。

そして、光ファイバ１０の設計パラメータについては、屈折率プロファイル５において、中心コア部１のクラッド層４に対する比屈折率差Δ１が０．５５％以下であり、内側コア層２のクラッド層４に対する比屈折率差Δ２が−０．７％以上で０％より小さく、外側コア層３のクラッド層４に対する比屈折率差Δ３が０．１〜０．５％であり、中心コア部１の直径２ａに対する内側コア層２の外径２ｂの比すなわちｂ／ａが１．４以上であり、中心コア部１の直径２ａに対する外側コア層３の外径２ｃの比すなわちｃ／ａが２．１以上であり、中心コア部１の直径２ａが６．８μｍ以上である。

光ファイバ１０が上述の構造および設計パラメータを有するものであれば、光ファイバ１０は、上述したように、１５５０ｎｍ以上のカットオフ波長を有し、波長１５５０ｎｍにおける基底伝搬モードの波長分散値が４〜７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ値が０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の正の値であり、有効コア断面積が６０μｍ²以上であり、曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下のものとなる。

なお、図２は、光ファイバ１０の設計パラメータの一例を示す図であり、図３は、図２に示す設計パラメータを用いて数値シミュレーションにより計算した光ファイバ１０の光学特性を示す図である。図３において、「ＤＰＳ」は、波長分散値を分散スロープ値で除算したＤＰＳ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｐｅｒ Ｓｌｏｐｅ）を示し、「ＭＦＤ」は、モードフィールド径を示し、「β／ｋ」は、伝搬定数βを波数ｋで除算した実効屈折率を示す。また、図３における理論カットオフ以外の値は、いずれも波長１５５０ｎｍにおける値である。なお、β／ｋが１．４４６５であれば、曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ程度となる。

つぎに、光ファイバ１０の設計パラメータについて、数値シミュレーションによる計算結果を用いてさらに具体的に説明する。まず、光学特性として、基底伝搬モードであるＬＰ０１モードにおける波長分散値を４〜７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、β／ｋを１．４４６５に維持したまま、分散スロープ値を０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の正の値、有効コア断面積を６０μｍ²以上にするための設計パラメータについて調べた。はじめに、中心コア部１、内側コア層２、および外側コア層３がいずれもステップ型の屈折率プロファイルを有しているものとして、Δ２を−０．１％、Δ３を０．３％に固定した場合の、設計パラメータであるΔ１、ｂ／ａ、ｃ／ａ、または２ａと、分散スロープ値または有効コア断面積との関係について計算した。その結果、図４、５に示すように、ｂ／ａ、ｃ／ａと分散スロープ値との間には相関があり、ｂ／ａを２．３５以上２．６４以下、ｃ／ａを３．２５以上３．６３以下にすれば、分散スロープ値を０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の正の値にできることが確認された。

また、図６、７に示すように、Δ１、２ａと有効コア断面積との間には相関があり、Δ１を０．４４％以下、２ａを６．９μｍ以上にすれば、有効コア断面積を６０μｍ²以上にできることが確認された。

同様に、中心コア部１がα型の屈折率プロファイルを有し、内側コア層２、および外側コア層３がいずれもステップ型の屈折率プロファイルを有しているものとして、α１を２からステップ型となる無限大まで変化させ、Δ２を−０．７％以上で０％より小さく変化させ、Δ３を０．１〜０．５％で変化させた場合についても計算を行った。その結果、上述したように、Δ１が０．５５％以下であり、Δ２が−０．７％以上で０％より小さく、Δ３が０．１〜０．５％であり、ｂ／ａが１．４以上２．７以下であり、ｃ／ａが２．１以上５．２以下であり、２ａが６．８μｍ以上であれば、波長分散値が４〜７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、β／ｋが１．４４６５、分散スロープ値が０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の正の値、有効コア断面積が６０μｍ²以上となることが確認された。

つぎに、本実施の形態１に係る光ファイバ１０における伝搬モードについて説明する。図８〜１１は、光ファイバ１０の波長１５５０ｎｍにおける伝搬モードのフィールド分布を示す図であり、図８はＬＰ０１モード、図９はＬＰ０２モード、図１０はＬＰ１１モード、図１１はＬＰ２１モードをそれぞれ示す。また、図８〜１１において、横軸は中心コア部の中心からの距離を示し、横軸はフィールドの電界強度を任意単位で示す。また、図８〜１１中の色付き部分は、ゼロ分散波長が１３１０ｎｍ程度である標準のシングルモード光ファイバのフィールド分布の存在する領域を示している。

図８に示すように、ＬＰ０１モードは、中心コア部の中心付近をピークとしてフィールドが分布する。また、図９に示すように、ＬＰ０２モードは、中心コア部の中心付近と、中心コア部の外側の位置とをピークとしてフィールドが分布している。また、図１０、１１に示すように、ＬＰ１１モードおよびＬＰ２１モードは、中心コア部の外側の位置をピークとしてフィールドが分布している。

ここで、光ファイバ１０に標準シングルモード光ファイバを接続し、これを介して光ファイバ１０に波長１５５０ｎｍの信号光を入力する場合を考える。このとき、標準シングルモード光ファイバのフィールド分布は色付きの部分に存在するが、図８に示すように、色付き部分とＬＰ０１モードのフィールド分布とは中心付近で重なる。その結果、標準シングルモード光ファイバを介して光ファイバ１０に波長１５５０ｎｍの信号光を入力した場合は、ＬＰ０１モードが十分に励振されると考えられる。一方、図１０、１１においては、色付きの部分とＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードのフィールド分布とはほとんど重ならない。その結果、ＬＰ１１モード、ＰＬ２１モードはほとんど励振されないと考えられる。他方、図９においては、色付きの部分とＬＰ０２モードのフィールド分布とは中心付近で重なるから、ＬＰ０２モードは励振されるおそれがある。

そこで、光ファイバ１０に標準シングルモード光ファイバを接続し、これを介して光ファイバ１０に波長１５５０ｎｍの信号光を入力する場合の、信号光の各伝搬モードへの結合効率を、数値シミュレーションを用いて計算した。

図１２は、伝搬モードと伝搬モードへの信号光の結合効率との関係を示す図である。図１２に示すように、ＬＰ０１モードへの結合効率は、フィールド分布の重なりから予想されるとおりに０．９２と大きく、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードへの結合効率は極めてゼロに近い小さい値であった。一方、ＬＰ０２モードへの結合効率は０．０８であり、ＬＰ０１モードへの結合効率と比較して十分に小さい値であった。したがって、光ファイバ１０に標準シングルモード光ファイバを接続し、これを介して光ファイバ１０に信号光を入力することによって、実質的に基底伝搬モードであるＬＰ０１モードのみを選択的に励振できることが確認された。

なお、本発明者は、光ファイバ１０のＬＰ０２モードのフィールド分布を制御して、ＬＰ０１モードをさらに高効率で励振することを検討した。以下、具体的に説明する。

上述したように、ＬＰ０２モードは中心コア部の中心付近と、中心コア部の外側の位置とをピークとしたフィールド分布を有する。本発明者らは、中心におけるフィールド分布の割合が小さいほど、シングルモード光ファイバを介して信号光を入力した場合に励振されるＬＰ０２モードの割合を抑制することができると考えた。そこで、ＬＰ０２モードのフィールド形状が光ファイバ１０の設計パラメータによってどのように変化するのかを調べた。

ここで、ＬＰ０２モードのフィールド分布において、中心付近に位置するセンターピークの高さに対する中心コア部の外側の位置にあるサイドピークの高さの比をＳ／Ｃ比と定義し、これをフィールド形状の比較の指標として用いる。Ｓ／Ｃ比が大きいほど、ＬＰ０２モードのフィールド分布の全体に占める中心の分布の割合が小さくなるので、よりＬＰ０２モードが励振されにくくなり、ＬＰ０１モードをさらに高効率で励振できることを意味する。

以下、数値シミュレーションによる計算について説明する。まず、計算例１〜３として、中心コア部１、内側コア層２、および外側コア層３がいずれもステップ型の屈折率プロファイルを有するものとして、Δ３を０．３％に固定し、Δ２を変化させながら、ＬＰ０２モードのフィールド形状について調べた。なお、設計パラメータであるΔ１、ｂ／ａ、ｃ／ａ、２ａについては、ＬＰ０１モードにおける波長１５５０ｎｍの波長分散値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、β／ｋが１．４４６５、分散スロープ値が０．０１５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が７２μｍ²となるように適宜最適化した。

図１３は、計算例１〜３の光ファイバの設計パラメータを示す図であり、図１４は、計算例１〜３の光ファイバの光学特性およびＳ／Ｃ比を示す図である。図１４に示すように、Δ２の絶対値が小さくなるほど、Ｓ／Ｃ比が大きくなることが確認された。

また、図１５〜１７は、それぞれ計算例１〜３におけるＬＰ０２モードのフィールド分布を示す図である。なお、図１５〜１７においては、縦軸が示す強度は、センターピークの強度で規格化したものである。また、図１８は、計算例１〜３におけるΔ２とＬＰ０２モードのＳ／Ｃ比との関係を示す図である。図１５〜１８に示すように、Δ２の絶対値が小さくなるほど、サイドピークのピーク強度が高くなっており、その結果Ｓ／Ｃ比が大きくなる。

つぎに、ＬＰ０２モードへの結合効率と、上述した４つの伝搬モード（ＬＰ０１、ＬＰ０２、ＬＰ１１、ＬＰ２１）への結合効率の和との比率をＬＰ０２モードの結合効率比と定義する。そして、計算例１〜３について、この結合効率比を計算した。図１９は、Δ２とＬＰ０２モードの結合効率比との関係を示す図である。なお、結合効率比の単位はｄＢとした。図１９に示すように、Δ２の絶対値が小さくなるほど、すなわちＳ／Ｃ比が大きくなるほどＬＰ０２モードの結合効率比は小さくなることが確認された。

また、図２０は、ＬＰ０２モードのＳ／Ｃ比とＬＰ０２モードの結合効率比との関係を示す図である。図２０に示すように、Ｓ／Ｃ比を大きくすれば、ＬＰ０２モードが励振される割合を抑制できることが確認された。

同様に、計算例４〜６として、中心コア部１、内側コア層２、および外側コア層３がいずれもステップ型の屈折率プロファイルを有するものとして、Δ２を−０．１％に固定し、Δ３を変化させながら、ＬＰ０２モードのフィールド形状について調べた。なお、Δ１、ｂ／ａ、ｃ／ａ、２ａについては、ＬＰ０１モードにおける波長１５５０ｎｍの波長分散値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、β／ｋが１．４４６５、分散スロープ値が０．０１５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が７２μｍ²となるように適宜最適化した。

図２１は、計算例４〜６の光ファイバの設計パラメータを示す図であり、図２２は、計算例４〜６の光ファイバの光学特性およびＳ／Ｃ比を示す図である。図２２に示すように、Δ３が大きくなるほど、Ｓ／Ｃ比が大きくなることが確認された。

同様に、計算例７〜９として、中心コア部１がα型の屈折率プロファイルを有し、内側コア層２、および外側コア層３がいずれもステップ型の屈折率プロファイルを有するものとして、Δ２、Δ３をそれぞれ−０．１％、０．３％に固定し、α１を変化させながら、ＬＰ０２モードのフィールド形状について調べた。なお、Δ１、ｂ／ａ、ｃ／ａ、２ａについては、ＬＰ０１モードにおける波長１５５０ｎｍの波長分散値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、β／ｋが１．４４６５、分散スロープ値が０．０１５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ、有効コア断面積が７２μｍ²となるように適宜最適化した。

図２３は、計算例７〜９の光ファイバの設計パラメータを示す図であり、図２４は、計算例７〜９の光ファイバの光学特性およびＳ／Ｃ比を示す図である。なお、図２３の「α１」における「ｓｔｅｐ」とは、α１を無限大として、中心コア部１の屈折率プロファイルがステップ型となった場合を意味する。図２４に示すように、α１が大きくなるほど、Ｓ／Ｃ比が大きくなることが確認された。

さらに、計算例１０〜１２として、中心コア部１、内側コア層２、および外側コア層３がいずれもステップ型の屈折率プロファイルを有するものとして、Δ２、Δ３をそれぞれ−０．１％、０．３％に固定した場合のＬＰ０２モードのフィールド形状について調べた。なお、Δ１、ｂ／ａ、ｃ／ａ、２ａについては、ＬＰ０１モードにおける波長１５５０ｎｍの波長分散値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、β／ｋが１．４４６５、有効コア断面積が７２μｍ²となるようにするとともに、分散スロープ値が変化するように適宜最適化した。

図２５は、計算例１０〜１２の光ファイバの設計パラメータを示す図であり、図２６は、計算例１０〜１２の光ファイバの光学特性およびＳ／Ｃ比を示す図である。図２６に示すように、分散スロープ値が小さくなるほど、Ｓ／Ｃ比が大きくなることが確認された。なお、計算例１２の結合効率比は−１１．７ｄＢである。

また、計算例１０〜１２と同様の方法を用い、計算例１３〜１５として、波長分散値が変化するように設計パラメータを最適化した場合の波長分散値とＳ／Ｃ比との関係を図２７に示し、計算例１６〜１８として、有効コア断面積が変化するように設計パラメータを最適化した場合の有効コア断面積とＳ／Ｃ比との関係を図２８に示し、計算例１９〜２１として、β／ｋが変化するように設計パラメータを最適化した場合のβ／ｋとＳ／Ｃ比との関係を図２９に示す。図２７〜２９に示すように、波長分散値が大きくなるほど、または有効コア断面積が小さくなるほど、あるいはβ／ｋが小さくなるほど、Ｓ／Ｃ比が大きくなることが確認された。

以上説明したように、本実施の形態１に係る光ファイバ１０の設計パラメータ、および光学特性を適宜調整することによって、Ｓ／Ｃ比を大きくでき、シングルモード光ファイバを介して信号光を入力する場合に、ＬＰ０１モードを高効率で励振できることが確認された。さらに、光ファイバ１０は、有効コア断面積を維持したまま分散スロープ値を低減したものであるから、ＬＰ０１モードが高効率で励振されるものであることが確認された。

つぎに、本発明の実施例１〜４として、本実施の形態１に従う光ファイバを実際に作製した場合の光学特性について説明する。図３０は、実施例１〜４に係る光ファイバの設計パラメータを示す図であり、図３１は、実施例１〜４に係る光ファイバの光学特性を示す図である。なお、図３１に示す光学特性は、波長１５５０ｎｍにおいて測定した基底伝搬モードのものである。また、「λｃ」はカットオフ波長を示す。カットオフ波長については、信号光波長よりも長波長側に存在するので、従来の光通信用の測定器では測定が困難であるため、設計パラメータからの推測値を示す。

図３１に示すように、実施例１〜４に係る光ファイバは、カットオフ波長が１５５０ｎｍ以上であり、波長１５５０ｎｍにおける基底伝搬モードの波長分散値が４〜７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ値が０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の正の値であり、有効コア断面積が６０μｍ²以上であり、曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下であった。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光ファイバ伝送路について説明する。図３２は、本実施の形態２に係る光ファイバ伝送路を備えた光伝送システムを模式的に表した概略図である。この光伝送システム１００は、ＣバンドのＷＤＭ信号光を発生する信号光源２１と信号光源２１に接続した標準のシングルモード光ファイバ２２とを有する光送信器２０と、光送信器２０と接続点Ｃ１で接続する光伝送路である実施の形態１に係る光ファイバ１０と、光ファイバ１０と接続点Ｃ２で接続する分散補償光ファイバ３０と、分散補償光ファイバ３０と接続点Ｃ３で接続する光受信器４０とを備える。なお、光ファイバ１０の長さは１０〜１０００ｋｍ程度である。また、分散補償光ファイバ３０は必ずしも含まれる必要はない。

光伝送システム１００において、光送信器２０は、信号光源２１からＷＤＭ信号光を発生させ、このＷＤＭ信号光をシングルモード光ファイバ２２を介して光ファイバ１０に入力する。その結果、光ファイバ１０においては基底伝搬モードのみが選択的に励振され、光ファイバ１０はＷＤＭ光信号を基底伝搬モードで伝送し、シングルモード光伝送が実現される。

そして、上述のように、光ファイバ１０は、波長１５５０ｎｍにおける基底伝搬モードの分散スロープ値が０．０３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下の正の値であり、有効コア断面積が６０μｍ²以上であるから、非線形光学現象の発生と波長分散の光信号間における偏差の増大とを大幅に抑制した大容量の光信号伝送を可能にする。なお、光ファイバ１０を伝送したＷＤＭ信号光は、光ファイバ１０の有する微少な波長分散によって波形が歪むが、分散補償光ファイバ３０によって分散補償され、波形歪みがない状態で光受信器４０によって受信される。

なお、本実施の形態２に係る光ファイバ伝送路は、光伝送システムにおいて、光送信器に接続する場合に限らず、たとえば光増幅器等を用いた光中継器に接続してもよい。従来の光中継器であれば、光入出力部にはシングルモード光ファイバが接続されている。したがって、本実施の形態２に係る光ファイバ伝送路は、光中継器に接続すれば、シングルモード光ファイバを介して信号光を入力させることができる。

また、本実施の形態２に係る光ファイバ伝送路の光入力側に、融着接続などによってシングルモード光ファイバを予め接続しておいてもよい。光ファイバ伝送路の光入力側にシングルモード光ファイバを接続する際に、各中心軸を精密に位置合わせすれば、ＬＰ０２モードの結合効率比をより低くできるので、光ファイバ伝送路においてより確実に基底伝搬モードを選択的に励振できる。

ここで、上述した実施例１に係る光ファイバに光を入力した場合に励振される伝搬モードを確認する実験を行なった。はじめに、長さを３０ｍとした実施例１に係る光ファイバと、標準のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）とを準備した。そして、これらの光ファイバのコア部の中心軸同士が一致するように接続した光ファイバサンプルＡ１と、中心軸同士を１０μｍだけずらして（オフセットさせて）接続した光ファイバサンプルＢ１とを作製した。そして、光ファイバサンプルＡ１、Ｂ１のＳＭＦ側の端部から、中心波長１５５０ｎｍ、繰り返し周波数３００ＭＨｚであり、図３３に示す波形を有するパルス光を入力し、実施例１に係る光ファイバ側の端部から出力したパルス光の波形を測定した。なお、図３３および以下に示す図３４、３５において、横軸はパルス光のピーク位置を基準とした時間を示し、横軸は光強度（任意単位）を示す。

図３４は、光ファイバサンプルＡ１から出力したパルス光の波形を示す図である。図３４に示すように、光ファイバサンプルＡ１からは、図３３に示す入力したパルス光と同様の波形を有した歪みのないパルス光が出力された。すなわち、光ファイバサンプルＡ１においては、実施例１に係る光ファイバにおいて基底伝搬モードだけが選択的に励振されていることが確認された。

一方、図３５は、光ファイバサンプルＢ１から出力したパルス光の波形を示す図である。図３５に示すように、光ファイバサンプルＢ１からは波形が歪んだパルス光が出力された。すなわち、光ファイバサンプルＢ１においては、実施例１に係る光ファイバにおいて基底伝搬モードだけでなく高次モードも励振されていることが確認された。

つぎに、光伝送路として実施例１に係る光ファイバを用いた光伝送実験を行なった。はじめに、長さを５００ｍとした実施例１に係る光ファイバとＳＭＦとを準備した。そして、これらの光ファイバのコア部の中心軸同士が一致するように接続した光ファイバサンプルＡ２と、中心軸同士を１０μｍだけオフセットさせて接続した光ファイバサンプルＢ２とを作製した。

そして、これらの光ファイバサンプルＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を光伝送路として、ＳＭＦ側の端部から光信号を入力し、伝送した光信号のビット誤り率（ＢＥＲ）特性を測定した。なお、伝送する光信号として、ＤＦＢレーザ光源から出力した波長１５５１．４６５ｎｍのレーザ光に、２^３１−１の擬似ランダムビットパターンを有する変調周波数が１０ＧＨｚ／ｓのＮＲＺ信号を重畳し、その後光ファイバ増幅器で増幅したものを用いた。

図３６は、ＢＥＲ特性の測定結果を示す図である。図３６に示すように、光伝送路として光ファイバサンプルＡ１、Ａ２を用いた場合にパワーペナルティの無い光伝送が実現されることが確認された。一方、図３６に示すように、光ファイバサンプルＢ１を用いた場合は大きなパワーペナルティが発生した。さらに、光ファイバサンプルＢ２を用いた場合は、受光強度の安定性が悪く、ＢＥＲの測定が不可能であった。

本発明の実施の形態１に係る光ファイバの断面と対応する屈折率プロファイルとを示す概略図である。 本発明の実施の形態１に係る光ファイバの設計パラメータの一例を示す図である。 図２示す設計パラメータを用いて数値シミュレーションにより計算した光ファイバの光学特性を示す図である。 ｂ／ａと分散スロープ値との関係を示す図である。 ｃ／ａと分散スロープ値との関係を示す図である。 Δ１と有効コア断面積との関係を示す図である。 ２ａと有効コア断面積との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのフィールド分布を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０２モードのフィールド分布を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ１１モードのフィールド分布を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ２１モードのフィールド分布を示す図である。 伝搬モードと伝搬モードへの信号光の結合効率との関係を示す図である。 計算例１〜３の光ファイバの設計パラメータを示す図である。 計算例１〜３の光ファイバの光学特性およびＳ／Ｃ比を示す図である。 計算例１におけるＬＰ０２モードのフィールド分布を示す図である。 計算例２におけるＬＰ０２モードのフィールド分布を示す図である。 計算例３におけるＬＰ０２モードのフィールド分布を示す図である。 計算例１〜３におけるΔ２とＬＰ０２モードのＳ／Ｃ比との関係を示す図である。 Δ２とＬＰ０２モードの結合効率比との関係を示す図である。 ＬＰ０２モードのＳ／Ｃ比とＬＰ０２モードの結合効率比との関係を示す図である。 計算例４〜６の光ファイバの設計パラメータを示す図である。 計算例４〜６の光ファイバの光学特性およびＳ／Ｃ比を示す図である。 計算例７〜９の光ファイバの設計パラメータを示す図である。 計算例７〜９の光ファイバの光学特性およびＳ／Ｃ比を示す図である。 計算例１０〜１２の光ファイバの設計パラメータを示す図である。 計算例１０〜１２の光ファイバの光学特性およびＳ／Ｃ比を示す図である。 波長分散値が変化するように設計パラメータを最適化した場合の波長分散値とＳ／Ｃ比との関係を示す図である。 有効コア断面積が変化するように設計パラメータを最適化した場合の有効コア断面積とＳ／Ｃ比との関係を示す図である。 β／ｋが変化するように設計パラメータを最適化した場合のβ／ｋとＳ／Ｃ比との関係を示す図である。 実施例１〜４に係る光ファイバの設計パラメータを示す図である。 実施例１〜４に係る光ファイバの光学特性を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る光ファイバ伝送路を備えた光伝送システムを模式的に表した概略図である。 入力するパルス光の波形を示す図である。 光ファイバサンプルＡ１から出力したパルス光の波形を示す図である 光ファイバサンプルＢ１から出力したパルス光の波形を示す図である。 ＢＥＲ特性の測定結果を示す図である。 有効コア断面積を拡大した大Ａｅｆｆ型、分散スロープ値を低減した低スロープ型、および超低スロープ型の各ノンゼロ分散シフト光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける光学特性を示す図である。 図３７に示す各ノンゼロ分散シフト光ファイバの波長と波長分散値との関係を示す図である。

符号の説明

１ 中心コア部
２ 内側コア層
３ 外側コア層
４ クラッド層
５ 屈折率プロファイル
１０ 光ファイバ
２０ 光送信器
２１ 信号光源
２２ シングルモード光ファイバ
３０ 分散補償光ファイバ
４０ 光受信器
１００ 光伝送システム
Ｃ１〜Ｃ３ 接続点

Claims (2)

1. 中心コア部と、
   前記中心コア部の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低い内側コア層と、
   前記内側コア層の外周に形成され前記中心コア部よりも屈折率が低くかつ前記内側コア層よりも屈折率が高い外側コア層と、
   前記外側コア層の周囲に形成され前記内側コア層よりも屈折率が高くかつ前記外側コア層よりも屈折率が低いクラッド層と、
   を有し、前記中心コア部の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ１が０．３９以上、０．５５％以下であり、前記内側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ２が−０．７％以上で０％より小さく、前記外側コア層の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ３が０．１〜０．５％であり、前記中心コア部の直径に対する前記内側コア層の外径の比ｂ／ａが１．４以上、２．７２以下であり、前記中心コア部の直径に対する前記外側コア層の外径の比ｃ／ａが２．１以上、３．８以下であり、前記中心コア部の直径２ａが６．８μｍ以上、９．７１以下であり、
   波長１５５０ｎｍにおいてＬＰ０２伝搬モードが存在し、
   波長１５５０ｎｍにおける基底伝搬モードの波長分散値が４〜７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ値が０．０１８ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の正の値であり、有効コア断面積が７０〜７４μｍ^２であり、直径２０ｍｍで１６周巻いた場合の曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
2. 請求項１に記載の光ファイバを備え、前記光ファイバに、波長１５５０ｎｍよりも短いカットオフ波長を有するシングルモード光ファイバを介して波長１５５０ｎｍを含む帯域の信号光を入力し、該信号光を伝送することを特徴とする光ファイバ伝送路。

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