JP5534671B2

JP5534671B2 - 光ファイバ

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Publication number: JP5534671B2
Application number: JP2008522676A
Authority: JP
Inventors: 勝徳今村; 弥平小山田
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2027-07-02
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Description

本発明は、誘導ブリユアン散乱の発生を抑制できる光ファイバに関するものである。

大容量の光通信を実現するために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式や時分割多重（ＴＤＭ）方式などの通信方式が採用されている。このような通信方式においては、伝送路である光ファイバに入力される光強度が増大すると、光ファイバ中での非線形光学現象の発生が顕著になる。非線形光学現象の一つである誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）は、光ファイバに入力した光の一部が後方に散乱され、この散乱された光すなわちブリユアン散乱光が誘導散乱を起こす現象であり、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との相互作用で発生する。ＳＢＳが発生すると光ファイバ中の光伝搬の障害となる。ＳＢＳは入力する光の強度が閾値（ＳＢＳ閾値）以上になると発生するので、伝送路に用いられる光ファイバは、ＳＢＳ閾値が高いものが望まれる。なお、ブリユアン散乱光が誘導散乱を起こす際に受ける利得をブリユアンゲインという。

従来、ＳＢＳ閾値を高くする方法として、光ファイバの長手方向でコア径やコアに添加するドーパントの添加量を変化させることにより、波長分散や伝送損失といった光ファイバの特性を長手方向で変化させる方法が提案されている（特許文献１〜３参照）。これらの方法によれば、光の周波数スペクトル上での入力光に対するブリユアン散乱光のシフト量（ブリユアンシフト量）が光ファイバの長手方向で変化するため、ＳＢＳが発生しにくくなり、ＳＢＳ閾値が高くなる。一方、光ファイバにゲルマニウムとフッ素をドーパントとして含み、ゲルマニウム濃度分布が最も高い部位の外側にフッ素濃度が最も高い部位が存在するように各ドーパントを添加して、長手方向で特性を変化させることなくＳＢＳ閾値を高める光ファイバが開示されている（特許文献４参照）。

特許第２５８４１５１号公報特許第２７５３４２６号公報特許第３５８０６４０号公報特開２００６−１３３３１４号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載された長手方向で特性を変化させた光ファイバは、ＳＢＳ閾値が高くなってＳＢＳの発生を抑制できるとしても、光ファイバの長手方向で安定した特性を持たないという課題があった。その結果、光ファイバ中に光信号を伝搬させると、特性が局所的に変化している部分を光信号が通過するときに信号波形が歪むなどの光信号の劣化が起こる可能性がある。一方、特許文献４に記載された光ファイバは、長手方向で特性が変化することはないが、ＳＢＳ閾値を高める効果が十分ではなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光ファイバの長手方向で安定した特性を有し、かつＳＢＳの発生を効果的に抑制できる光ファイバ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、コアと、前記コアの外周に形成されたクラッドとを有する石英系光ファイバであって、前記コアは、ゲルマニウムとフッ素の少なくとも一方を添加した層を含む３つ以上の層を有し、ブリユアンゲインスペクトル上のピークが複数のピークに分散するように前記各層におけるゲルマニウムとフッ素との濃度を設定したことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コアは、中心コア層と、前記中心コア層の外周に形成した内側コア層と、前記内側コア層の外周に形成した外側コア層とを有し、前記各コア層における総比屈折率差は０．３〜０．４％であり、前記中心コア層のゲルマニウムに起因する比屈折率差をΔ１−ＧｅＯ_２、フッ素に起因する比屈折率差をΔ１−Ｆとし、前記内側コア層のゲルマニウムに起因する比屈折率差をΔ２−ＧｅＯ_２、フッ素に起因する比屈折率差をΔ２−Ｆとし、前記外側コア層のゲルマニウムに起因する比屈折率差をΔ３−ＧｅＯ_２、フッ素に起因する比屈折率差をΔ３−Ｆとし、前記外側コア層のコア径を２ｃとすると、Δ１−ＧｅＯ_２が０．４５〜１．１％であり、Δ１−Ｆが−０．７〜−０．１％であり、（Δ１−ＧｅＯ_２）−（Δ２−ＧｅＯ_２）が０より大きく、（Δ１−Ｆ）−（Δ２−Ｆ）が０より小さく、（Δ２−ＧｅＯ_２）−（Δ３−ＧｅＯ_２）が０．１より大きく、（Δ２−Ｆ）−（Δ３−Ｆ）が−０．１より小さく、２ｃが７．５〜１０．０μｍ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、Δ１−ＧｅＯ_２が０．６５〜１．１％であり、Δ１−Ｆが−０．７〜−０．３％であり、Δ２−ＧｅＯ_２が０．５〜０．７％であり、Δ２−Ｆが−０．４〜−０．１％であり、Δ３−ＧｅＯ_２が０．３５〜０．５％であり、Δ３−Ｆが−０．１５〜０％であり、前記中心コア層のコア径を２ａ、前記内側コア層のコア径を２ｂとすると、ａ／ｃが０．１〜０．４であり、ｂ／ｃが０．５〜０．７であることを特徴とする。

本発明によれば、コアがゲルマニウムとフッ素とを添加した３つ以上の層を有し、ブリユアンゲインスペクトル上のピークが複数のピークに分散するように各層におけるゲルマニウムとフッ素との濃度を設定したので、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との重ね合わせが調整されてブリユアンゲインスペクトル上のピークが複数のピークに分散する。その結果、ＳＢＳ閾値が高くなり、ファイバの長手方向で特性を変化させなくてもＳＢＳの発生を効果的に抑制できる光ファイバを実現できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバの断面および屈折率プロファイルを示す図である。図２は、コア層数が１〜３の光ファイバについて、シミュレーション計算によって得られたブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図３は、本発明の実施例に係る光ファイバのコアの屈折率プロファイルを規定する設計パラメータを説明する図である。図４は、本発明の実施例に係る光ファイバの具体的な屈折率プロファイルの設計パラメータを示す図である。図５は、本発明の実施例１に係る光ファイバの屈折率プロファイルをＲＮＦ法によって測定した結果を示す図である。図６は、本発明の実施例１に係る光ファイバの諸特性を示す図である。図７は、本発明の実施例１に係る光ファイバに強度を２．６４ｄＢｍから１４．６７ｄＢｍまで変化させて波長１５５０ｎｍの光を入力した場合のブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図８は、図７に示すブリユアンゲインスペクトルのピーク周波数とスペクトル幅を示す図である。図９は、本発明の実施例１に係る光ファイバのＳＢＳ閾値Ｐ_thを求める方法について説明する図である。図１０は、計算例１〜８の設計パラメータの組み合わせを示す図である。図１１は、計算例１〜８において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１２は、計算例９〜１４の設計パラメータの組み合わせを示す図である。図１３は、計算例９〜１４において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１４は、計算例１５〜２０の設計パラメータの組み合わせを示す図である。図１５は、計算例１５〜２０において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１６は、計算例２１〜２７の設計パラメータの組み合わせを示す図である。図１７は、計算例２１〜２７において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１８は、計算例２８〜３０の設計パラメータの組み合わせを示す図である。図１９は、計算例２８〜３０において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図２０は、計算例３１〜３６の設計パラメータの組み合わせを示す図である。図２１は、計算例３１〜３６において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。

符号の説明

１光ファイバ
２コア
２１中心コア層
２２内側コア層
２３外側コア層
３クラッド
４〜６屈折率プロファイル

以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバ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。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバの断面および屈折率プロファイルを示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る光ファイバ１は、コア２と、コア２の外周に形成されたクラッド３とを有する石英系シングルモード光ファイバである。

コア２は、ゲルマニウム（Ｇｅ）とフッ素（Ｆ）の少なくとも一方を添加した層を含む３つの同心円状の外周を有する中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３を有する。なお、Ｇｅは、ＧｅＯ₂として添加されている。また、クラッド３は屈折率を変化させる添加物を含まない純シリカガラスからなる。

なお、Ｙ．Ｋｏｙａｍａｄａ，ｅｔａｌ．，Ｊ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌ．，２２，６３１（２００４）に開示されるように、ゲルマニウムならびにフッ素を添加したシリカガラスにおけるゲルマニウムならびにフッ素の添加濃度と屈折率、純シリカガラスに対する比屈折率差の関係は以下の式（１）〜（４）で表される。

ｎ＝１．４５８（１＋１０×１０^-3Ｗ_GeO2−３．３×１０^-3Ｗ_F）・・・（１）
Δ＝（ｎ−ｎ_SiO2）／ｎ_SiO2＝１．４５８（１．０×１０^-3Ｗ_GeO2−３．３×１０^-3Ｗ_F）／ｎ_SiO2・・・（２）
Δ_GeO2＝１．４５８Ｗ_GeO2×１０^-3／ｎ_SiO2・・・（３）
Δ_F＝（−３．３×１．４５８）Ｗ_F×１０^-3／ｎ_SiO2・・・（４）
ただし、式（１）〜（４）において、ｎは屈折率、Ｗ_GeO2はＧｅＯ₂の添加濃度（重量％）、Ｗ_Fはフッ素の添加濃度（重量％）、Δは比屈折率差、ｎ_SiO2は純シリカガラスの屈折率、Δ_GeO2はＧｅに起因する比屈折率差、Δ_FはＦに起因する比屈折率差である。

図１において、屈折率プロファイル４は、Ｇｅに起因する各コア層の比屈折率差を示す。Ｇｅは比屈折率差を高めるが、各コア層のＧｅ濃度は異なるので比屈折率差も異なり、Ｇｅに起因する比屈折率差は中心コア層２１において０．７５％、内側コア層２２において０．５５％、外側コア層２３において０．３５％である。また、屈折率プロファイル５は、Ｆに起因する各コア層の比屈折率差を示す。Ｆは比屈折率差を下げるが、各コア層のＦ濃度は異なるので比屈折率差も異なり、Ｆに起因する比屈折率差は中心コア層２１において−０．４％、内側コア層２２において、−０．２％、外側コア層２３において０％である。一方、屈折率プロファイル６は、ＧｅおよびＦのそれぞれに起因する屈折率のプロファイルを加算した総比屈折率差を示す。光ファイバ１は、中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３の比屈折率差が互いに同一になるような濃度比でゲルマニウムとフッ素とを添加したものである。その結果、総比屈折率差は、中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３おいて０．３５％で同一であり、いわゆるステップインデックス型の屈折率プロファイルを有する光ファイバとなっている。なお、上記の比屈折率差はクラッド３の屈折率を基準としている。

なお、中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３の総比屈折率差は、必ずしも同一である必要はないが、例えば、光ファイバ通信システムにおいて通常伝送路として用いられるシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）と同等の特性を得るためには、すべての層において０．３〜０．４％であり、かつコア径（外側コア層２３のコア径）が７．５〜１０．０μｍであることが好ましい。また、光ファイバの要求特性に合わせて任意の屈折率プロファイルとすることもできる。

そして、光ファイバ１は、中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３におけるゲルマニウムとフッ素との濃度を上記のように設定した結果、ブリユアンゲインスペクトル上のピークが複数のピークに分散する。これは、音響波速度は導波路の媒質に依存して変化するが、ゲルマニウムとフッ素がともに音響波速度を下げる作用を有するため、任意の屈折率プロファイルを実現しながら音響波のフィールド分布を制御することができているためである。ブリユアン散乱は光と音響波との相互作用により引き起こされるため、光のフィールド分布と音響波のフィールド分布の重なり具合を調整することにより、ブリユアン散乱の周波数を変化させて、ブリユアンゲインスペクトル上のピークを複数のピークに分散し、ＳＢＳの発生を抑制することが可能となる。さらに、本発明の構造において、ゲルマニウムとフッ素の濃度比を適切に調整することにより、各ピークの強度をほぼ一定にすることも可能であり、これによりＳＢＳの発生はより効果的に抑制される。

図２は、コア層数が１〜３の光ファイバについて、シミュレーション計算によって得られたブリユアンゲインスペクトルを示す図である。なお、コア層数が３の光ファイバは、図１に示すような光ファイバである。また、コア層数が２の光ファイバは、図１に示す光ファイバにおいて、内側コア層２２における屈折率プロファイルを外側コア層２３と同一にしたような屈折率プロファイルを有する光ファイバである。また、コア層数が１の光ファイバは、図１に示す光ファイバにおいて、中心コア層２１および内側コア層２２における屈折率プロファイルを外側コア層２３と同一にしたような屈折率プロファイルを有する光ファイバである。また、図２において、横軸はブリユアン周波数である。図２に示すように、コア層数が増加するにつれて、光ファイバ中を伝搬する光と音響波との重ね合わせが変化し、ブリユアンゲインスペクトル上のピークが複数のピークに分散する。本実施の形態に係る光ファイバ１のようにコア層数が３の場合は、光と音響波との重ね合わせの調整によってピークが４つに分散する。その結果、コア層数が１〜２の場合よりもブリユアンゲインのピークの値がさらに減少するので、ＳＢＳ閾値が高くなり、ファイバの長手方向で特性を変化させなくても効果的にＳＢＳの発生を抑制できる。

つぎに、本発明の実施例として試作した光ファイバについて説明する。図３は、本実施例に係る光ファイバのコアの屈折率プロファイルを規定する設計パラメータを説明する図である。中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３のコア径はそれぞれ２ａ、２ｂ、２ｃであり、Ｇｅに起因する屈折率プロファイル４で示される中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３の比屈折率差はそれぞれΔ１−ＧｅＯ₂、Δ２−ＧｅＯ₂、Δ３−ＧｅＯ₂であり、Ｆに起因する屈折率プロファイル５で示される中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３の比屈折率差はそれぞれΔ１−Ｆ、Δ２−Ｆ、Δ３−Ｆである。なお、中心コア層２１のコア径２ａは、中心コア層２１と内側コア層２２との境界領域において、（Δ１−ＧｅＯ₂）−（Δ２−ＧｅＯ₂）の１／２の比屈折率差を有する位置における径で定義される。同様に、内側コア層２２のコア径２ｂは、内側コア層２２と外側コア層２３との境界領域において、（Δ２−ＧｅＯ₂）−（Δ３−ＧｅＯ₂）の１／２の比屈折率差を有する位置における径で定義される。同様に、外側コア層２３のコア径２ｃは、外側コア層２３とクラッド３との境界領域において、Δ３−ＧｅＯ₂の１／２の比屈折率差を有する位置における径で定義される。また、図４は、本実施例に係る光ファイバの具体的な屈折率プロファイルの設計パラメータを示す図である。なお、実施例１、２のいずれの場合も、中心コア層２１、内側コア層２２、外側コア層２３における比屈折率差が同一の値となるようにしており、その値は、実施例１では０．３％であり、実施例２では０．３２％である。

図５は、実施例１に係る光ファイバの屈折率プロファイルをＲＮＦ法（反射式ニアフィールド法）によって測定した結果を示す図である。図５に示すように、コアにおける比屈折率差は約０．３％でほぼ一様になっており、図４に示した設計パラメータを反映したものとなっている。

図６は、実施例１に係る光ファイバの諸特性を示す図である。なお、ＰＭＤは偏波モード分散、ＭＦＤはモードフィールド径、Ａ_effは有効コア断面積を示す。また、伝送損失、波長分散、波長分散スロープ、ＰＭＤ、ＭＦＤ、Ａ_effおよび曲げ損失は波長１５５０ｎｍにおける値である。ここで、光ファイバ通信システムにおいて通常伝送路として用いられるシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の特性は、波長１５５０ｎｍにおける波長分散が１６〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、ＭＦＤが１０．０〜１１．０μｍ、かつカットオフ波長λｃが１３１０ｎｍ以下であるが、図６に示すように、実施例１に係る光ファイバは波長分散、ＭＦＤ、カットオフ波長においてＳＭＦと同等の特性を有していた。また、実施例２に係る光ファイバについても、実施例１とほぼ同様の特性を有していた。なお、図６に示すように、実施例１に係る光ファイバにおいて、上述した定義における外側コア層のコア径２ｃは９．４μｍであった。これに対して、屈折率プロファイルの裾の部分における外側コア層の外径をコア径と定義する場合は、コア径は１０．１μｍであった。

なお、本明細書中におけるカットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０で定義するファイバカットオフ波長λｃおよびケーブルカットオフ波長λｃｃをいう。図６において、２ｍカットオフ波長とはファイバカットオフ波長λｃであり、２２ｍカットオフ波長とはケーブルカットオフ波長λｃｃである。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−ＴＧ．６５０における定義及び測定方法に従うものとする。

つぎに、図７は、本発明の実施例１に係る光ファイバに強度を２．６４ｄＢｍから１４．６７ｄＢｍまで変化させて波長１５５０ｎｍの光を入力した場合のブリユアンゲインスペクトルを示す図であり、図８は、図７に示すブリユアンゲインスペクトルの各ピークのピーク周波数とスペクトル幅を示す図である。図７に示すように、ブリユアンゲインスペクトル上には４つのピークが現われている。各ピークは入力する光の強度を大きくするに従って強度が増加するが、入力光強度を１４．６７ｄＢｍとすると強度の最も高い第一ピークの強度が急激に増大してＳＢＳが発生する。また、図８に示すように、記号「◎」を付した第一ピークの周波数は１０．８２ＧＨｚであり、スペクトル幅は３８．３５ＭＨｚである。また、記号「○」を付した第二ピークの周波数は１０．９６ＧＨｚであり、スペクトル幅は３７．４４ＭＨｚである。また、記号「△」を付した第三ピークの周波数は１０．２２ＧＨｚであり、スペクトル幅は３７．１０ＭＨｚである。また、記号を付していない第四ピークの周波数は１０．５４ＧＨｚである。すなわち、実施例１に係る光ファイバは、各コア層におけるゲルマニウムとフッ素との濃度を上記の比屈折率差を実現するように設定したことによってブリユアンゲインスペクトル上のピークが４つのピークに分散している。

つぎに、図９は、実施例１に係る光ファイバのＳＢＳ閾値Ｐ_thを求める方法について説明する図である。図９においては、光ファイバに入力した光の強度である入力光強度と、入力した光のうち光ファイバを透過する光の強度である透過光の強度および入力側に散乱されるブリユアン散乱光の強度との関係とが示されている。入力光強度が小さい領域では透過光とブリユアン散乱光との強度は入力光強度に比例して増加するが、入力光強度がＳＢＳ閾値Ｐ_thを超えるとブリユアン散乱光の強度は急激に増大し、ＳＢＳが発生する。ＳＢＳ閾値Ｐ_thは、誘導散乱が発生しておらずブリユアン散乱光の強度が入力光強度に比例して増加する領域におけるフィッティング直線と、誘導散乱が発生してブリユアン散乱光の強度が急激に増大する領域におけるフィッティング直線との交点における入力光強度であり、実施例１に係る光ファイバでは図９に示すように１３．８ｄＢｍである。

ＳＢＳ閾値の値は光ファイバの条長に依存するが、このＳＢＳ閾値の値は光ファイバの条長が１１．９ｋｍの場合のものであり、この値から光ファイバの条長が２０ｋｍの場合のＳＢＳ閾値の換算値を求めると１２．４ｄＢｍとなる。一方、通常のＳＭＦのＳＢＳ閾値は条長が２０ｋｍの場合は６．６ｄＢｍである。すなわち、実施例１に係る光ファイバは、波長分散、ＭＦＤ、カットオフ波長においてＳＭＦと同等の光学特性を有しながら、ブリユアンゲインスペクトル上のピークを４つのピークに分散するように各コア層におけるゲルマニウムとフッ素との濃度を設定したので、ゲインが各ピークに分散され、ＳＢＳ閾値がＳＭＦよりも５．８ｄＢｍも高い光ファイバとなっている。また、実施例２に係る光ファイバについても、ほぼ同様のＳＢＳ閾値を示した。

なお、図７に示すように、実施例１に係る光ファイバは、ブリユアンゲインスペクトル上に４つのピークが現われている。ここで、入力する光強度がＳＢＳ閾値よりも十分に小さく、誘導散乱が発生していない場合、たとえば８．６２ｄＢｍの場合は、４つのピークの最大値と最小値との差が６ｄＢ以内となっており、ゲインが各ピークにバランスよく分散していることが確認できる。

なお、上記の実施例に係る光ファイバは設計パラメータを上記の値とすることで波長分散、ＭＦＤ、カットオフ波長においてＳＭＦと同等の光学特性を有している。上記の実施例に限らず、各設計パラメータを以下の範囲から選択し、適宜調整して設定することによって、ＳＭＦと同等の光学特性を有する光ファイバを実現することができる。たとえば、ＳＭＦと同等の光学特性を実現しながら、ＳＢＳの発生を効果的に抑制するためには、０より大きく１より小さいａ／ｃと、ａ／ｃより大きく１より小さいｂ／ｃにおいて、Δ１−ＧｅＯ_２を０．４５〜１．１％とし、Δ１−Ｆを−０．７〜−０．１％とし、（Δ１−ＧｅＯ_２）−（Δ２−ＧｅＯ_２）を０より大きくし、（Δ１−Ｆ）−（Δ２−Ｆ）を０より小さくし、（Δ２−ＧｅＯ_２）−（Δ３−ＧｅＯ_２）を０．１より大きくし、（Δ２−Ｆ）−（Δ３−Ｆ）を−０．１より小さくし、２ｃを７．５〜１０．０μｍとすることが好ましい。さらに、Δ１−ＧｅＯ_２を０．６５〜１．１％とし、Δ１−Ｆを−０．７〜−０．３％とし、Δ２−ＧｅＯ_２を０．５〜０．７％とし、Δ２−Ｆを−０．４〜−０．１％とし、Δ３−ＧｅＯ_２を０．３５〜０．５％とし、Δ３−Ｆを−０．１５〜０％とし、ａ／ｃを０．１〜０．４とし、ｂ／ｃを０．５〜０．７とすれば、ＳＢＳの発生をより確実に抑制できるのでさらに好ましい。また、特にΔ３−ＧｅＯ_２を０．３〜０．４％とし、Δ３−Ｆを０％とすることで、より容易かつ低コストで本発明の光ファイバの製造ができる。

以下、シミュレーション計算例をもとに具体的に説明する。以下に示す計算例は、図３に示す設計パラメータのうちの幾つかの値を変化させ、その他を固定した値にした条件の下で、ゲインが各ピークにバランスよく分散されるように設計パラメータを最適化した場合のブリユアンゲインスペクトルの形状を計算したものである。

図１０は、計算例１〜８の設計パラメータの組み合わせを示す図である。この計算例１〜８においては、Δ１−ＧｅＯ_２とΔ１−Ｆとを変化させ、その他を固定した値として計算を行った。なお、外側コア層にはフッ素を添加せず、いずれにおいてもΔ３−Ｆを０％とした。また、図１１は、計算例１〜８において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１１においては、各グラフの横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸はゲイン［ｄＢ］を示している。

図１０、１１に示すように、計算例４〜８のように（Δ１−ＧｅＯ_２）−（Δ２−ＧｅＯ_２）が０より大きく、（Δ１−Ｆ）−（Δ２−Ｆ）が０より小さい場合は、ブリユアンゲインスペクトル上の４つのピークの最大値と最小値との差が６ｄＢ以内となっており、ゲインが各ピークにバランスよく分散されている。したがって、ＳＢＳ閾値が効果的に抑制され、ピークが１つである従来のＳＭＦと比べて、ＳＢＳ閾値が４ｄＢ以上向上することが期待される。なお、図１０に示すように、４つのピークの最大値と最小値との差が６ｄＢ以内となり、ＳＢＳの発生が効果的に抑制される計算例については、「判定」の項目において「○」としている。

なお、図１０において、Δ１−ＧｅＯ_２、Δ１−Ｆの絶対値が大きくなるほど、４つのピークの最大値と最小値との差が小さくなる。しかしながら、製造上の制約から、フッ素をΔに換算して−０．７％以上添加することは困難である。また、前述したようにＳＭＦと同等の特性を得るためには、すべての層において０．３〜０．４％であることが好ましいことから、Δ１−ＧｅＯ_２は１．１％以下が好ましい。

また、図１２は、計算例９〜１４の設計パラメータの組み合わせを示す図である。この計算例９〜１４においては、Δ２−ＧｅＯ_２とΔ２−Ｆとを変化させ、その他を固定した値として計算を行った。なお、外側コア層にはフッ素を添加せず、いずれにおいてもΔ３−Ｆを０％とした。また、図１３は、計算例９〜１４において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１２、１３に示すように、計算例１１、１２のようにΔ２−ＧｅＯ_２が０．５５〜０．６５％であり、Δ２−Ｆが−０．３〜−０．２％である場合は、「判定」が「○」となる。

また、図１４は、計算例１５〜２０の設計パラメータの組み合わせを示す図である。この計算例１５〜２０においては、ａ／ｃを変化させ、その他を固定した値として計算を行った。なお、外側コア層にはフッ素を添加せず、いずれにおいてもΔ３−Ｆを０％とした。また、図１５は、計算例１５〜２０において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１４、１５に示すように、計算例１６〜１９のように、ａ／ｃが０．１〜０．４である場合は、「判定」が「○」となる。

また、図１６は、計算例２１〜２７の設計パラメータの組み合わせを示す図である。この計算例２１〜２７においては、ｂ／ｃを変化させ、その他を固定した値として計算を行った。なお、外側コア層にはフッ素を添加せず、いずれにおいてもΔ３−Ｆを０％とした。また、図１７は、計算例２１〜２７において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１６、１７に示すように、計算例２３〜２５のようにｂ／ｃが０．５〜０．７である場合は、「判定」が「○」となる。

また、図１８は、計算例２８〜３０の設計パラメータの組み合わせを示す図である。この計算例２８〜３０においては、Δ１−ＧｅＯ_２と、Δ１−Ｆと、ａ／ｃと、Δ２−ＧｅＯ_２と、Δ２−Ｆとを変化させ、その他を固定した値として計算を行った。なお、外側コア層にはフッ素を添加せず、いずれにおいてもΔ３−Ｆを０％とした。また、図１９は、計算例２８〜３０において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図１８、１９に示すように、計算例２８〜３０のようにΔ１−ＧｅＯ_２、Δ１−Ｆ、ａ／ｃ、Δ２−ＧｅＯ_２、Δ２−Ｆを変化させた場合も、「判定」が「○」となる。

また、図２０は、計算例３１〜３６の設計パラメータの組み合わせを示す図である。この計算例３１〜３６においては、Δ３−ＧｅＯ_２と、Δ３−Ｆとを変化させ、その他を固定した値として計算を行った。また、図２１は、計算例３１〜３６において計算された各ブリユアンゲインスペクトルを示す図である。図２０、２１に示すように、計算例３１〜３６のように（Δ２−ＧｅＯ_２）−（Δ３−ＧｅＯ_２）が０．１より大きく、（Δ２−Ｆ）−（Δ３−Ｆ）が−０．１より小さい場合は、「判定」が「○」となる。

以上の計算例１〜３６は、設計パラメータのうちの幾つかの値を変化させ、その他を固定した値にした条件の下で最適化の計算を行ったものである。ここで、さらに全てのパラメータを実現可能な範囲で変化させて最適化の計算を行った結果、ＳＢＳの発生を効果的に抑制するためには、Δ１−ＧｅＯ_２を０．４５〜１．１％とし、Δ１−Ｆを−０．７〜−０．１％とし、（Δ１−ＧｅＯ_２）−（Δ２−ＧｅＯ_２）を０より大きくし、（Δ１−Ｆ）−（Δ２−Ｆ）を０より小さくし、（Δ２−ＧｅＯ_２）−（Δ３−ＧｅＯ_２）を０．１より大きくし、（Δ２−Ｆ）−（Δ３−Ｆ）を−０．１より小さくし、２ｃを７．５〜１０．０μｍとすることが好ましく、さらに、Δ１−ＧｅＯ_２を０．６５〜１．１％とし、Δ１−Ｆを−０．７〜−０．３％とし、Δ２−ＧｅＯ_２を０．５〜０．７％とし、Δ２−Ｆを−０．４〜−０．１％とし、Δ３−ＧｅＯ_２を０．３５〜０．５％とし、Δ３−Ｆを−０．１５〜０％とし、ａ／ｃを０．１〜０．４とし、ｂ／ｃを０．５〜０．７とすることがより好ましいことが確認された。
また、外側コア層にはフッ素を添加せず、Δ３−ＧｅＯ_２を０．３〜０．４％とし、Δ３−Ｆを０％とすることで、光ファイバの構成が単純化され、より容易かつ低コストで本発明の光ファイバが製造可能となる。

なお、上記実施の形態においては、コアの屈折率プロファイルはステップインデックス型としたが、光ファイバの要求特性に応じてグレーテッドインデックス型、Ｗ型、Ｗｓｅｇ型、凹ガイド型などの任意の屈折率プロファイルとしてもよい。さらに、クラッドは純シリカガラスからなるものとしたが、フッ素等を添加したガラスとしてもよい。さらに、ゲルマニウムとフッ素の少なくとも一方を添加した層は４層以上としてもよい。

本発明に係る光ファイバは、大容量の光通信システムにおいて伝送路として好適に利用できる。

Claims

コアと、前記コアの外周に形成されたクラッドとを有する石英系光ファイバであって、
前記コアは、ゲルマニウムとフッ素の少なくとも一方を添加した、中心コア層と、前記中心コア層の外周に形成した内側コア層と、前記内側コア層の外周に形成した外側コア層とを有し、
前記各コア層における総比屈折率差は０．３〜０．４％であり、
前記中心コア層のゲルマニウムに起因する比屈折率差をΔ１−ＧｅＯ_２、フッ素に起因する比屈折率差をΔ１−Ｆとし、前記内側コア層のゲルマニウムに起因する比屈折率差をΔ２−ＧｅＯ_２、フッ素に起因する比屈折率差をΔ２−Ｆとし、前記外側コア層のゲルマニウムに起因する比屈折率差をΔ３−ＧｅＯ_２、フッ素に起因する比屈折率差をΔ３−Ｆとすると、
Δ１−ＧｅＯ_２＞Δ２−ＧｅＯ_２＞Δ３−ＧｅＯ_２、かつ
Δ１−Ｆ＜Δ２−Ｆ＜Δ３−Ｆ、Δ３−Ｆ＝０％であり、
波長１５５０ｎｍにおける波長分散が、１６〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が、１０．０〜１１．０μｍであり、
カットオフ波長λｃが１３１０ｎｍ以下であり、
ブリユアンゲインスペクトル上のピークが複数のピークに分散するように前記各層におけるゲルマニウムとフッ素との濃度を設定したことを特徴とする光ファイバ。