JP5887999B2

JP5887999B2 - 光ファイバ

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Publication number: JP5887999B2
Application number: JP2012041335A
Authority: JP
Inventors: 義典山本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: WO2013129050A1; CN104136951A; CN104136951B; DK2821822T3; EP2821822B1; JP2013178335A; US20140064685A1; US8903213B2; EP2821822A1; EP2821822A4

Description

本発明は、光ファイバに関するものである。

光通信システムにおいて信号光伝送路として用いられる光ファイバとして非ゼロ分散シフト光ファイバ（ＮＺＤＳＦ）が知られている。ＮＺＤＳＦは、Ｃバンド（波長１５３０〜１５６５ｎｍ）およびＬバンド（波長１５６５〜１６２５ｎｍ）の全体において、正の波長分散を持ち、かつ、波長分散の絶対値が小さいがゼロではない。

このようなＮＺＤＳＦは、波長分散、分散スロープ、モードフィールド径、実効断面積、ケーブルカットオフ波長および曲げロス等に関して、非特許文献１に記載されているような好ましい特性を有することが望まれる。このような好ましい特性を有する光ファイバは、特許文献１，２に開示されている。

特許文献１に開示された光ファイバは、３つのセグメントからなるコアを有する。３つのセグメントは、α乗屈折率分布を持つ第一セグメントと、これの周囲に設けられたステップ型屈折率分布を持つ第二セグメントおよび第三セグメントとからなる。特許文献２に開示された光ファイバは、中心コアと、この中心コアの外周に設けられた第一リングと、この第一リングの外周に設けられ屈折率が中心コアより低く第一リングより高い第二リングと、この第二リングの外周に設けられ屈折率がクラッドより高い第三リング部と、この第三リング部の外周に設けられたクラッドと、からなる。

特許第４３９３７０８号公報特開平１０-２９３２２５号公報

Corning社LEAF Optical Fiber カタログ

しかしながら、特許文献１，２に開示された光ファイバの構造では、製造ばらつきによる構造パラメータの許容幅が狭く、所望の特性を有する光ファイバを歩留り良く製造することが困難である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、所望の特性を有するものを歩留り良く製造することが容易な光ファイバを提供することを目的とする。

本発明の光ファイバは、中心コアと、この中心コアの外側に設けられたサイドコアと、このサイドコアの外側に設けられたクラッドとを備え、中心コアはピーク部と裾部とを有し、裾部の中には裾部の比屈折率差の傾きに対して比屈折率差が突出したリング状の突起（リング部と呼ぶ）を備え、コア中心からリング部外側までの半径をａとし、サイドコアにおいて比屈折率差が最大となる位置までの半径をｃとしたときに、ｃ／ａが２.２５〜２.５０であり、波長１５３０ｎｍにおける分散値が２.０〜５.５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、波長１５６５ｎｍにおける分散値が４.５〜６.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、波長１６２５ｎｍにおける分散値が８.５〜１１.２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、ケーブルカットオフ波長が１.４５μｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるφ２０ｍｍ曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が６４〜７５μｍ^２であり、次式で表されるリング部のプロファイルボリュームＶが０.０１２％・μｍ ^２以上であることを特徴とする。

本発明の光ファイバは、クラッドの屈折率を基準として、中心コアのピーク部における比屈折率差の最大値Δ１が０.５５〜０.７０％であり、中心コアとサイドコアとの間における比屈折率差の最小値Δ２が０.０〜０.１０％であり、サイドコアにおける比屈折率差の最大値Δ３が０.１４〜０.２１％であり、コア中心からリング部外側までの半径ａが２.０〜３.０μｍである。本発明の光ファイバは、リング部における比屈折率差の増分Δringが０.０３０〜０.６％であり、リング部の幅ｗが０.２６〜０.４５μｍであるのが好適である。次式で表されるリング部のプロファイルボリュームＶは、０.０１２〜０.０８％・μｍ^２であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、中心コアとサイドコアとの間において比屈折率差が最小となる位置までの半径ｂが３.０〜５.０μｍであり、サイドコアの外側までの半径ｄが７.０〜１０.０μｍであるのが好適である。本発明の光ファイバは、リング部を除いた中心コアの屈折率分布がα乗分布であり、α値が３.３〜６.０であるのが好適である。また、本発明の光通信システムは、上記の本発明の光ファイバを信号光伝送路として備える。

本発明の光ファイバは、所望の特性を有するものを歩留り良く製造することが容易である。

本実施形態の光ファイバの屈折率分布を示す図である。本実施形態の光ファイバの屈折率分布を示す図である。光ファイバ１〜４の構造を纏めた図表である。光ファイバ１〜４の特性を纏めた図表である。光ファイバ１〜４それぞれのコア径変化に対するケーブルカットオフ波長の変化を示すグラフである。光ファイバ１〜４それぞれのコア径変化に対する曲げロスの変化を示すグラフである。光ファイバ１〜４それぞれのΔ１変化に対する波長１５３０ｎｍにおける分散値の変化を示すグラフである。光ファイバ１〜４それぞれのΔ１変化に対する波長１５６５ｎｍにおける分散値の変化を示すグラフである。光ファイバ５の構造および特性を纏めた図表である。光ファイバ５においてΔringを０.０, ０.２, ０.４, ０.６％としたときのコア径変化に対するケーブルカットオフ波長の変化を示すグラフである。光ファイバ５においてΔringを０.０, ０.２, ０.４, ０.６％としたときのコア径変化に対する曲げロスの変化を示すグラフである。光ファイバ５においてΔringを０.０, ０.２, ０.４, ０.６％としたときのΔ１変化に対する波長１５３０ｎｍにおける分散値の変化を示すグラフである。光ファイバ５においてΔringを０.０, ０.２, ０.４, ０.６％としたときのΔ１変化に対する波長１５６５ｎｍにおける分散値の変化を示すグラフである。光ファイバ６〜１６の構造を纏めた図表である。光ファイバ６〜１６の特性を纏めた図表である。本実施形態の光ファイバを用いた光通信システムの構成例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

光通信システムにおいて信号光伝送路として用いられる非ゼロ分散シフト光ファイバ（ＮＺＤＳＦ）は、ＣバンドおよびＬバンドの全体において正の波長分散を持ち且つ波長分散の絶対値が小さいがゼロではない。このような光ファイバは、以下のような特性を有することが望ましい。以下では、これを「条件１」という。
・波長１５３０ｎｍにおける波長分散２.０〜５.５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
・波長１５６５ｎｍにおける波長分散４.５〜６.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
・波長１６２５ｎｍにおける波長分散８.５〜１１.２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
・波長１５５０ｎｍにおける分散スロープ０.０９０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下
・波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径（MFD）９.２〜１０.０μｍ
・波長１５５０ｎｍにおける実効断面積（Aeff）６４μｍ^２以上
・ケーブルカットオフ波長（λcc）１４５０ｎｍ以下
・波長１５５０ｎｍにおける直径２０ｍｍにおける曲げロス２０ｄＢ／ｍ以下

図１および図２は、本実施形態の光ファイバの屈折率分布を示す図である。図２は、図１の一部を拡大して示すものである。本実施形態の光ファイバは、中心コアと、この中心コアの外側に設けられたサイドコアと、このサイドコアの外側に設けられたクラッドとを備え、また、中心コアはピーク部と裾部とを有し、裾部の中には裾部の比屈折率差の傾きに対して比屈折率差が突出したリング状の突起（リング部と呼ぶ）を備える。

光ファイバの屈折率分布を特徴付ける構造パラメータを以下のように定義する。クラッドの屈折率を基準として、中心コアのピーク部における比屈折率差の最大値をΔ１[％] とし、中心コアとサイドコアとの間における比屈折率差の最小値をΔ２[％] とし、サイドコアにおける比屈折率差の最大値をΔ３[％] とする。コア中心からリング部外側までの半径をａ[μｍ] とし、中心コアとサイドコアとの間において比屈折率差が最小となる位置までの半径をｂ[μｍ] とし、サイドコアにおいて比屈折率差が最大となる位置までの半径をｃ[μｍ] とし、サイドコアの外側までの半径をｄ[μｍ] とする。屈折率分布が半径に対してなだらかな変化を持つ場合は、ａ，ｄは半径に対する比屈折率差の微分値が負に最大となる位置と定義する。また、図２に示されるように、裾部の比屈折率差の傾きに対して、リング部の比屈折率差の増分をΔring[％] とし、比屈折率差が突出した部分の幅（リング部の幅）をｗ[μｍ] とする。

本実施形態の光ファイバは、特にｃ／ａを適切な範囲に設定することで、製造ばらつきによる構造パラメータの変動に対する許容幅を広くすることができる。

図３は、光ファイバ１〜４の構造を纏めた図表である。図４は、光ファイバ１〜４の特性を纏めた図表である。光ファイバ１〜４は、ｃ／ａが２.４６, ２.４１, ２,３３, ２.２５に設定されており、さらに、条件１を満たし、モードフィールド径（MFD）が９.６μｍ付近になるように、Δ１，Δ２，Δ３，ａなどの構造パラメータが設定されている。

図５は、光ファイバ１〜４それぞれのコア径変化に対するケーブルカットオフ波長の変化を示すグラフである。同図に示されるとおり、コア径が大きくなるとケーブルカットオフ波長（λcc）が大きくなるが、条件１の λcc≦１.４５μｍを満たすためのコア径変化の上限は、ｃ／ａ＝２.２５の場合は１０.１％であり、ｃ／ａ＝２.４６の場合は４.８％である。

図６は、光ファイバ１〜４それぞれのコア径変化に対する曲げロスの変化を示すグラフである。同図に示されるとおり、コア径が小さくなると曲げロスが大きくなるが、条件１の曲げロス≦２０ｄＢ／ｍを満たすためのコア径変化の下限は、ｃ／ａ＝２.２５の場合は−８.６％であり、ｃ／ａ＝２.４６の場合は−２.０％である。

これらより、条件１を満たすためのコア径変化の許容量は、ｃ／ａ＝２.２５の場合は−８.６％〜１０.１％であるのに対して、ｃ／ａ＝２.４６の場合は−２.０％〜４.８％である。ｃ／ａが小さいほどコア径変動に対する許容幅が広い。なお、コア径が変動したときには全てのファイバ特性が変化するが、λccと曲げロスの条件に対する許容幅が最も厳しい。

図７は、光ファイバ１〜４それぞれのΔ１変化に対する波長１５３０ｎｍにおける分散値の変化を示すグラフである。同図に示されるとおり、Δ１が大きくなると波長１５３０ｎｍにおける分散値が小さくなるが、条件１の分散＠１５３０ｎｍの好適範囲２.０〜５.５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを満たすためのΔ１変化の上限は、ｃ／ａ＝２.２５の場合は０.００９％であり、ｃ／ａ＝２.４６の場合は０.０１１％である。

図８は、光ファイバ１〜４それぞれのΔ１変化に対する波長１５６５ｎｍにおける分散値の変化を示すグラフである。同図に示されるとおり、Δ１が小さくなると波長１５６５ｎｍにおける分散値が大きくなるが、条件１の分散＠１５６５ｎｍの好適範囲４.５〜６.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを満たすためのΔ１変化の下限は、ｃ／ａ＝２.２５の場合は−０.０１２％であり、ｃ／ａ＝２.４６の場合は−０.０２０％である。

これらより、条件１を満たすためのΔ１変化の許容量は、ｃ／ａ＝２.２５の場合は−０.０１２〜０.００９％であり、ｃ／ａ＝２.４６の場合は−０.０２０〜０.０１１％である。ｃ／ａが大きいほど、Δ１変動に対する許容幅が広い。なお、Δ１が変動したときには全てのファイバ特性が変化するが、条件１を満たすためには波長１５３０ｎｍおよび１５６５ｎｍにおける分散の条件が最も厳しい。

これらの結果から、ｃ／ａは大きすぎても小さすぎても、コア径もしくはΔ１いずれかの変動に対する許容幅が狭くなる。従って、製造ばらつきによる総合的な構造パラメータ変動に対する許容幅を広くするためには、ｃ／ａを適切な範囲内にする必要がある。ｃ／ａは、２.２５〜２.５０が好適であり、さらに望ましくは２.３〜２.４６が好適であり、さらに望ましくは２.３３〜２.４１が好適である。

図９（ａ）は、光ファイバ５の構造を纏めた図表である。図９（ｂ）は、光ファイバ５の特性を纏めた図表である。

図１０は、光ファイバ５においてリング部のプロファイルボリュームVを０．０、０．０３７、０．０７３、０．１１０％・μｍ^２としたときのコア径変化に対するケーブルカットオフ波長の変化を示すグラフである。同図に示されるとおり、条件１のλcc≦１.４５μｍを満たすためのコア径変化の上限は、V＝０．０％・μｍ^２の場合は７.５％であり、V＝０．１１０％・μｍ^２の場合は９.４％である。

図１１は、光ファイバ５においてΔringを変えてリング部のプロファイルボリュームVを０．０、０．０３７、０．０７３、０．１１０％・μｍ^２としたときのコア径変化に対する曲げロスの変化を示すグラフである。同図に示されるとおり、条件１の曲げロス≦２０ｄＢ／ｍを満たすためのコア径変化の下限は、Vによらず、−３.４％程度である。

これらより、条件１を満たすためのコア径変化の許容量は、V＝０．０％・μｍ^２の場合は−３.４〜７.５％であるのに対して、V=０．１１０％・μｍ^２の場合は−３.４〜９.４％である。 Vが大きいほど、コア径変動に対する許容幅が広い。

図１２は、光ファイバ５においてΔringを変えてリング部のプロファイルボリュームVを０．０、０．０３７、０．０７３、０．１１０％・μｍ^２としたときのΔ１変化に対する波長１５３０ｎｍにおける分散値の変化を示すグラフである。同図に示されるとおり、条件１の分散＠１５３０ｎｍの好適範囲２.０〜５.５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを満たすためのΔ１変化の上限は、V=０．０％・μｍ^２の場合は０.００７％であり、V＝０．１１０％・μｍ^２の場合は０.０２３％である。

図１３は、光ファイバ５においてΔringを変えてリング部のプロファイルボリュームVを０．０、０．０３７、０．０７３、０．１１０％・μｍ^２としたときのΔ１変化に対する波長１５６５ｎｍにおける分散値の変化を示すグラフである。同図に示されるとおり、条件１の分散＠１５６５ｎｍの好適範囲４.５〜６.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを満たすためのΔ１変化の範囲は、V＝０．０％・μｍ^２の場合は−０.０１７〜０.０１７％であり、V=０．１１０％・μｍ^２の場合は−０.００７〜０.０３２％である。

これらより、条件１を満たすためのΔ１変化の許容量は、V＝０．０％・μｍ^２の場合は−０.０１７〜０.００７％であり、V=０．１１０％・μｍ^２の場は−０.００７〜０.０２３％である。 Vが大きいほど、Δ１変動に対する許容幅も広い。

すなわち、 Vが大きいほど製造ばらつきに対する許容幅が広い。ただし、局所的にＧｅ添加量を著しく増大させることは製造上難しい。また、伝送損失の増加も懸念される。従って、Vは０．０〜０．１１％・μｍ^２が好適であり、さらに望ましくは０.０〜０．１０％・μｍ^２が好適であり、さらに望ましくは、０．０１２〜０．０７５％・μｍ^２が好適である。

図１４は、光ファイバ６〜１６の構造を纏めた図表である。図１５は、光ファイバ６〜１６の特性を纏めた図表である。これらの光ファイバも、所望の特性を有するものを歩留り良く製造することが容易である。

本実施形態の光ファイバの中心コアの屈折率分布は様々な場合が考えられる。リング部を除いた中心コアの半径ａ以内の領域の屈折率分布Δ(ｒ)を下記の式で近似した場合、条件１を満たし且つ製造ばらつきによる構造パラメータの変動に対する許容幅を広く保つためには、α値は３.２〜６.０であることが望ましい。
Δ(ｒ)＝Δ１{(１−ｒ／ａ)^α}

図１６は、本実施形態の光ファイバを用いた光通信システム２０の構成例を示す図である。光通信システム２０は、送信機３１、中継機３２、中継機３３および受信機３４を備え、また、中継機３２と中継機３３との間で信号光を伝送する伝送路として本実施形態の光ファイバ４０を備える。中継機３２，３３は、信号光を増幅する光増幅器を含む。また、中継機３２，３３は、分散補償光ファイバを含むのが好適である。

２０…光通信システム、３１…送信機、３２…中継機、３３…中継機、３４…受信機、４０…光ファイバ。

Claims

中心コアと、この中心コアの外側に設けられたサイドコアと、このサイドコアの外側に設けられたクラッドとを備え、
前記中心コアはピーク部と裾部とを有し、裾部の中には裾部の比屈折率差の傾きに対して比屈折率差が突出したリング状の突起であるリング部を備え、
前記コア中心から前記リング部外側までの半径をａとし、前記サイドコアにおいて比屈折率差が最大となる位置までの半径をｃとしたときに、ｃ／ａが２.２５〜２.５０であり、
波長１５３０ｎｍにおける分散値が２.０〜５.５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、波長１５６５ｎｍにおける分散値が４.５〜６.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、波長１６２５ｎｍにおける分散値が８.５〜１１.２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、ケーブルカットオフ波長が１.４５μｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるφ２０ｍｍ曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が６４〜７５μｍ^２であり、
次式で表されるリング部のプロファイルボリュームＶが０.０１２％・μｍ ^２以上である、

ことを特徴とする光ファイバ。
前記クラッドの屈折率を基準として、前記中心コアのピーク部における比屈折率差の最大値Δ１が０.５５〜０.７０％であり、前記中心コアと前記サイドコアとの間における比屈折率差の最小値Δ２が０.０〜０.１０％であり、前記サイドコアにおける比屈折率差の最大値Δ３が０.１４〜０.２１％であり、
前記コア中心から前記リング部外側までの半径ａが２.０〜３.０μｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
前記プロファイルボリュームＶが０.０１２〜０.１１％・μｍ^２であることを特徴とする請求項２に記載のファイバ。
前記リング部における比屈折率差の増分Δringが０.０３０〜０.６％であり、
前記リング部の幅ｗが０.２６〜０.５μｍである、
ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
前記中心コアと前記サイドコアとの間において比屈折率差が最小となる位置までの半径ｂが３.０〜５.０μｍであり、
前記サイドコアの外側までの半径ｄが７.０〜１０.０μｍである、
ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
前記リング部を除いた前記中心コアの屈折率分布がα乗分布であり、α値が３.３〜６.０である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバを信号光伝送路として備える光通信システム。