JPH09274118A - 単一モード光導波路ファイバ - Google Patents
単一モード光導波路ファイバInfo
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Abstract
ぞれ、1300nmおよび1550nm付近の操作波長窓の有効
面積を広くする。 【解決手段】 光導波路ファイバの縦軸に沿った中心線
および半径を有し、屈折率分布および最大屈折率を有す
るコア領域と;コア領域を囲い、屈折率分布および最大
屈折率nc を有するクラッド層とからなる。コア領域の
屈折率分布の少なくとも一部がnc よりも大きい屈折率
を有する。最大屈折率が中心線から離れており、屈折率
分布の最小点が中心線の近くに位置し、中心線が屈折率
分布の対称軸であることによりコア領域が特徴付けられ
る。
Description
広い、通信用途の単一モード光導波路ファイバに関する
ものである。本発明は特に、1300nmおよび1550nmの
両方の作用窓(operating window)で有効面積が広い単
一モード光導波路ファイバに関するものである。
は、自己位相変調、四波混光、交差位相変調(cross ph
ase modulation)、および非線形散乱工程を含む非線形
光効果が低減する。四波混光の場合には、ゼロ分散波長
を置き換えることも重要である。これらの効果の各々に
より、高出力システムにおいて信号が劣化する。
eff )を含む方程式により表される(ここで、cは定数
であり、Pは信号パワーである)。この散乱工程は信号
を劣化させる。他の非線形効果は、乗数として比率P/
Aeff を含む方程式により表される。このように、A
eff が増加すると、光信号の劣化に対する非線形効果の
寄与が減少する。
量を増加させるという通信業界における要求によって、
単一モードファイバの屈折率分布を再評価することにな
った。
形効果を減少させ、光増幅器に匹敵し、低減衰、高強
度、疲れ抵抗、および曲げ抵抗のような光導波路の望ま
しい特性を維持する光導波路を提供することにあった。
この作業は、1550nmでの作用窓を含む波長範囲に焦点
が当てられた。しかしながら、レーザ、光増幅器、受信
機、送信機および再生器を含む多くの信頼性のある装置
を1300nm付近で使用するために作られているので、こ
の短い操作波長での非線形効果をさらに減少させる必要
がある。
50nm付近の操作波長窓で有効面積が広い単一モード光
導波路ファイバが必要とされている。
いるもののような以前の研究には、Bhagavatula の米国
特許第4,715,679 号に最初に導入されたセグメントに分
かれたコア設計の基本的な概念のいくつかが含まれてい
る。上述した米国特許出願第08/378,780号に開示された
部類のコア設計の有効面積(effective area)が広い光
導波路が発見された。クラッドの屈折率よりも小さい最
小屈折率を有する少なくとも1つのコア領域を含む特定
の形がこの出願に開示されている。
は、光導波路ファイバの中心線から間隔のおかれた最大
屈折率を有する屈折率分布の一群の特有の性質が開示さ
れている。
は、Bhagavatula の米国特許第4,715,679 号の別の変種
である。基本的なセグメントに分かれたコアの概念が、
この用途の新しいコア構造を提供するのに十分に適応性
があることが証明された。この構造は、1300nmおよび
1550nmの作用窓の両方で非線形効果を制限するように
作成されている。
Eは伝搬光に関連する電界である。
Π)1/2 として定義してもよい。
(Dmf/2)2 であり、ここで、Dmfは、2w=Dmf、
w2 =(2∫E2 rdr/∫[dE/dr]2 rd
r)、積分範囲が0が無限大までである、ピーターマン
II(Peterman II )の方法を用いて測定したモード径
(mode field diameter )である。
のそれぞれ始点および終点から、半径に対する屈折率の
グラフの横軸まで引いた2本の垂線の間の距離である。
れる:
はクラッドの屈折率である。別記しない限り、n1 は%
△により特徴付けられるコア領域の最大屈折率である。
連実効屈折率分布がある。実効屈折率分布を、光導波路
の性能を変えることなく、関連屈折率分布の代わりに用
いてもよい。参照文献の「Single Mode Fiber Optics」
Marcel Dekker 社、Lus B. Jeunhomme、1990、32頁、セ
クション1.3.2 参照。
ファイバを巻き付けることにより誘発される減衰を測定
する、標準的な試験方法により定義する。標準試験に
は、32mmのマンドレルの周りに1巻、75mmのマンド
レルの周りに100 巻した光導波路ファイバの性能が必要
である。許容される最大曲げ誘発減衰は通常、1300nm
および1550nmの付近の作用窓内に特定される。
波路ファイバの相対的な抵抗を比較するのに用いられる
ピンアレイ曲げ試験がある。この試験を行なうために
は、実質的に曲げ損失が誘発されていない光導波路ファ
イバについて減衰損失を測定する。次いで、ピンアレイ
の周りに光導波路ファイバを編んで、再度減衰を測定す
る。曲げにより誘発された損失は、測定した2つの減衰
の差である。ピンアレイは、1列に配列された10本1組
の円柱状ピンであり、平らな表面に垂直に固定されてい
る。ピンの間隔は中心から中心までが5mmである。ピ
ンの直径は0.67mmである。試験中、十分な張力を施し
て、光導波路ファイバをピンの表面の一部に適合させ
る。
はV型かまたは狭いU型をしている。最小点は、屈折率
分布の部分の最低屈折率値である。
布の一部を示す。この延長最小は、屈折率分布の部分の
最小値を通過する線である。
が光導波路の縦軸中心線から離れているコア屈折率分布
を有する単一モード光導波路ファイバである。屈折率分
布は、光導波路の中心線の近くに最小点を有し、この中
心線の周りに対称的である。クラッド層がコアを囲ん
で、光導波路構造を完成している。コア屈折率分布の少
なくとも一部が、最大クラッド屈折率よりも大きくなっ
ており、この構造が光信号を適切に案内することを確実
にしている。
小点と最大の屈折率との間の屈折率分布部分は連続的な
曲線である。好ましい実施例において、連続曲線は単調
である。堆積工程におけるドーピングレベルの調節また
は固結工程における煤状ブランク雰囲気のコントロール
のような、プレフォームからドーパントが中心から拡散
することを補う技術が知られている。
のパラメータは:約4ミクロンから約7ミクロンまでの
範囲にあるコア半径;約0.35%から約0.55%までの範囲
にある最大△%;および約0.20%未満の最小点△%であ
る。
いる:1300nm近くのλ0 ;1300nmでのAeff >90平
方ミクロン;および約1530nmから約1565nmまでの波
長範囲に亘るDeff >MFD。
の周りに第1および第2のセグメントが対称的に配置さ
れた単一モード光導波路ファイバである。各々のセグメ
ントの範囲は、中心線から最後のセグメントの点までの
半径により定義されている。△%が各々のセグメントに
関連している。クラッド層がコアを囲み、最大屈折率n
c を有している。一方のセグメントの屈折率分布の少な
くとも一部は、nc よりも大きい。セグメントの少なく
とも一方は、延長最小を有している。この新しい屈折率
分布の一群により、Aeff が1300nmで約90平方ミクロ
ンよりも大きく、1550nmで約110 平方ミクロンより大
きい光導波路ファイバが得られる。λ0は1300nmに近
い。
しい実施例は、第1のコアセグメントが実質的に一定で
屈折率n1 を有するものである。第2のセグメントは最
大屈折率n2 を有しており、n2 >n1 である。
施例において、第2のセグメントの屈折率分布は台形で
ある。実質的に一定の屈折率を有する第1のセグメント
の外径は、約1.5 ミクロンから約1.9 ミクロンまでの範
囲にあり、n1 は実質的にnc と等しい。第2のコアセ
グメントの外径は3.8 ミクロンから5 ミクロンまでの範
囲にある。この第2のセグメントは、約0.25%から約0.
45%までの範囲にある屈折率差△2 %を有している。
屈折率差△1 %、および半径r1 のステップ型屈折率分
布を有する単一モード光導波路ファイバである。周りの
クラッド層の最大屈折率はnc であり、n0 >nc であ
る。屈折率差△1 %は約5.5ミクロンから約6 ミクロン
までの範囲にある。Aeff は、1300nmおよび1550nm
において、それぞれ、90平方ミクロンおよび110 平方ミ
クロンである。λ0 は1300nmに近い。
ル離れた2つの信号波長範囲を有する利点は:レートの
要求により第2の作用窓内で使用する必要があるまで、
1つの窓のみでシステムを操作できること;実質的に失
敗のない操作が必要とされる遠距離通信リンクの冗長シ
ステム(redundant system)とて第2の窓が機能できる
こと;およびピーク需要と平均需要との間のデータ伝送
速度差が大きいシステムにおいて、第2の窓が第1の窓
からのオーバーフローを取り扱うことができることであ
る。
割多重伝送システム、または光増幅器を組み込んだシス
テムにおいて生じ得る、非線形効果を最小にする特別な
特性を有する二重窓光導波路ファイバを提供する。本出
願の新規な光導波路ファイバは、1300nmおよび1550n
mの両方の窓において広い有効面積を有している。
詳細に説明する。
図1に示されている。中心線近くの屈折率差1は小さ
く、典型的に約0.20%未満である。ドーパントレベル
は、最大△%に到達するまで、曲線2に示されるよう
に、半径とともに増大する。屈折率分布の最終部分4
は、△%がゼロまで急激に降下することを示している。
光導波路ファイバの特性に著しく影響を与えることな
く、曲線4を変更できるいくつかの同等な屈折率分布が
ある。例えば、曲線4を外側に傾けて、約1ミクロンだ
け半径を増加させたり、あるいは、曲線4および2の接
合点を円くしてもよい。また、光導波路ファイバの特性
に著しく影響を与えずに、曲線6により示したような、
屈折率分布に小さな付属部を設けてもよい。このよう
に、図1および図2は、1300nmでの有効面積が広い屈
折率分布の一群を示している。図2の曲線8は、新しい
屈折率分布の一群のいくつかを示している。ここでも曲
線10は、必要とされる光導波路ファイバの特性を提供す
る屈折率分布の変種を示している。
パントの総和が標準的なステップ型屈折率分布と比較し
て少ないことである。したがって、ドーパントの量に依
存する減衰は、新しい光導波路ファイバにおいてはより
少なくなる。
コンピュータモデルから計算される:λ0 は1298nm;
モード径は10.91 ミクロン;Deff は11.22 ミクロン;
Aeff は98.9平方ミクロン;遮断波長は1480nm;およ
び総和GeO2 は2.58。
標準的なステップ型屈折率ファイバのものよりも約25%
大きい。
0.36%の△%を有するステップ型屈折率ファイバは以下
の特性を有している:λ0 は1309nm;モード径は10.1
ミクロン;Deff は9.97ミクロン;Aeff は78平方ミク
ロン;遮断波長は1324nm;および総和GeO2 は2.8
。有効面積はより小さく、ゼロ分散λ0 は作用窓内に
ある。これは、波長分割多重伝送システムにおいては望
ましくない特徴である。標準的なステップ型屈折率分布
において総和GeO2 が9%増加したことにより、レイ
リー散乱による光導波路減衰が大きくなる。新しい光導
波路ファイバの屈折率分布の有効面積が大きいことと、
減衰が小さいことの両方が、不利な非線形効果を減少さ
せるように機能する。
法で変更して、有効面積を広くすることができる。この
分布を、図4に示したステップの△%18、および半径20
により特徴付けてもよい。表1は、有効面積およびピン
アレイ曲げ抵抗への、△%の変化および半径の変化の効
果を示している。
くなることが明らかである。△%を減少させて、半径を
増大させることにより、明らかに有効面積が広くなる。
0.3%に近い△%および5.6 ミクロンに近い半径を有す
るステップ型設計は、許容できる曲げ抵抗を有し、A
eff が著しく改良されている。
屈折率分布により、屈折率分布の設計がさらに融通性が
でき、両方の波長窓で有効面積が広くなるとともに、曲
げ性能が許容される。
般的な形状を図3に示す。台形12が光導波路の中心線か
ら離れている。台形のコア屈折率分布セグメントの内側
と外側の半径は、それぞれ24および22である。光導波路
の中心線に隣接するコアセグメントの屈折率分布は実質
的に平らであっても、曲線14で示したような形状を有し
ていてもよい。曲線16により示されるように、台形をわ
ずかに変更することにより、あるいは、同等の屈折率分
布を見付けることにより、新しい光導波路に要求される
特性を得てもよい。
実施例のモデル化した値を示している。「半径」の項目
において、最初の数字は台形の内側半径であり、2番目
の数字はその外側半径である。
性が示される。これらの実施例は、必要な曲げ抵抗を維
持しながら、非線形効果を制限する光導波路ファイバの
必要条件を満たしている。
必要条件を満たす屈折率分布を効率的に同定するのにコ
ンピュータモデルが必須であることを示している。表の
行に示したように、個別の屈折率分布を比較することに
より、屈折率パラメータがわずかに変動すると、光導波
路の特性に大きな影響を与え得ることが分かる。したが
って、試みなければならない多数の組合せと置換には、
光導波路ファイバの製造よりもコンピュータのモデル化
が先行する手法が適している。
本発明は、以下の請求の範囲のみにより限定されるもの
である。
を示すグラフ
Claims (10)
- 【請求項1】 単一モード光導波路ファイバであって、 該光導波路ファイバの縦軸に沿った中心線および半径を
有し、屈折率分布および最大屈折率を有するコア領域、
および該コア領域を囲い、屈折率分布および最大屈折率
nc を有するクラッド層からなり、 前記コア領域の屈折率分布の少なくとも一部がnc より
も大きい屈折率を有し、 該コア領域が、前記最大屈折率が前記中心線から離れて
おり、該屈折率分布の最小点が前記中心線の近くに位置
し、該中心線が前記屈折率分布の対称軸であることを特
徴とする単一モード光導波路ファイバ。 - 【請求項2】 前記中心線の近くで最小屈折率の点から
始まり、前記コア領域の屈折率分布の最大屈折率で終わ
る半径範囲を有する、前記コア領域の屈折率分布の一部
が連続的であることを特徴とする請求項1記載の単一モ
ード光導波路ファイバ。 - 【請求項3】 前記屈折率分布の前記一部が単調である
ことを特徴とする請求項2記載の単一モード光導波路フ
ァイバ。 - 【請求項4】 前記コア領域の半径が約4ミクロンから
約7ミクロンまでの範囲にあり、該コア領域の最大△%
が約0.35%から約0.55%までの範囲にあり、前記中心線
の近くの最小点の△%が約0.20%未満であることを特徴
とする請求項1記載の単一モード光導波路ファイバ。 - 【請求項5】 λ0 が1300nm近くであり、1300nmで
のAeff が90平方ミクロン以上であり、1530nmから15
65nmまでの波長範囲に亘りDeff がMFD以上である
ことを特徴とする請求項1記載の単一モード光導波路フ
ァイバ。 - 【請求項6】 単一モード光導波路ファイバであって、 中心線を有し、第1および第2のセグメントからなるコ
ア領域、および該コア領域を囲み、屈折率分布および最
大屈折率nc を有するクラッド層からなり、 ここで、前記セグメントの各々が、屈折率分布、外側半
径、および△%を有し、前記第1のセグメントが中心線
を含み、前記第2のセグメントが該第1のセグメントを
囲い、該第1および第2のセグメントが対称軸として前
記中心線を有し、 前記セグメントのうちの少なくとも一方の屈折率分布の
少なくとも一部が、nc よりも大きい屈折率を有し、 前記コア領域が、前記第1および第2のセグメントのう
ちの一方の屈折率分布の少なくとも一部が延長最小を有
することにより特徴付けられ、 前記光導波路ファイバが、1300nmで約90平方ミクロン
よりも大きいAeff および1550nmで約110 平方ミクロ
ンよりも大きいAeff により特徴付けられる単一モード
光導波路ファイバ。 - 【請求項7】 前記コア領域の第1のセグメントが実質
的に一定の屈折率n1 を有し、前記第2のセグメントが
最大屈折率n2 を有し、n2 >n1 であることを特徴と
する請求項6記載の単一モード光導波路ファイバ。 - 【請求項8】 前記第2のセグメントの屈折率分布が台
形であることを特徴とする請求項7記載の単一モード光
導波路ファイバ。 - 【請求項9】 前記第1のセグメントの外側半径が1.5
ミクロンから1.9 ミクロンまでの範囲にあり、n1 が実
質的にnc と等しく、第2のセグメントの外側半径が約
3.8 ミクロンから約5ミクロンまでの範囲にあり、該第
2のセグメントの屈折率差△%が0.25%から0.45%まで
の範囲にあることを特徴とする請求項8記載の単一モー
ド光導波路ファイバ。 - 【請求項10】 単一モード光導波路ファイバであっ
て、 屈折率n0 のステップ型屈折率分布、屈折率差△1 %お
よび半径r1 を有するコア領域、および該コア領域を囲
み、n0 より小さい最大屈折率nc を有するクラッド層
からなり、 △1 %が約0.25%から約0.30%までの範囲にあり、r1
が約5.5 ミクロンから約6ミクロンまでの範囲にあり、
1300nmでのAeff が約90平方ミクロンよりも大きく、
1550nmでのAeff が約110 平方ミクロンよりも大きい
ことを特徴とする単一モード光導波路ファイバ。
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