JPWO2007034923A1

JPWO2007034923A1 - 光ファイバ

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Publication number: JPWO2007034923A1
Application number: JP2007505318A
Authority: JP
Inventors: 熊野　尚美; 尚美熊野; 杉崎　隆一; 隆一杉崎
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2009-04-02
Also published as: US7519255B2; WO2007034923A1; EP1927872A1; US20080063348A1; EP1927872A4

Abstract

内側コア部と、前記内側コア部の外周に形成した前記内側コア部よりも屈折率が低い外側コア層と、前記外側コア層の外周に形成した前記外側コア層よりも屈折率が高くかつ前記内側コア部よりも屈折率が低いクラッド層とを有する光ファイバであって、前記内側コア部の外径を拡大し前記外側コア層の屈折率を小さくするとともに前記内側コア部の中心部に前記内側コア部よりも屈折率が低くかつ前記外側コア層よりも屈折率が高い中心コア部を形成し、波長分散値および曲げ損失を維持しつつ有効コア断面積を拡大したことによって、従来と同等の波長分散値および曲げ損失でありながら有効コア断面積が極めて大きい光ファイバを提供する。

Description

本発明は、主に長距離光伝送路において用いられる光ファイバに関するものである。

従来、海底ケーブルのような長距離光伝送路として、信号光の波長において波長分散値が正である正分散光ファイバと波長分散値が負である負分散光ファイバとを組み合わせ、光伝送路の波長分散値を管理した分散マネージメント光伝送路が提案されている。

非特許文献１には、分散マネージメント光伝送路を用いて、伝送速度４０Ｇｂ／ｓの光信号を約６０００ｋｍの距離だけ伝送する技術が開示されている。この分散マネージメント線路では、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散値が２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、有効コア断面積が１１０μｍ²の正分散光ファイバと、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散値が−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、有効コア断面積が３０μｍ²の負分散光ファイバとを組み合わせ、光伝送路における累積分散をほぼゼロに抑えている。なお、上記の光ファイバは、いずれも曲げ損失が直径２０ｍｍで１６周巻いた場合において１５ｄＢ／ｍ以下のものである。

なお、上記正分散光ファイバとして、内側コア部と、内側コア部の外周に形成した内側コア部よりも屈折率が低い外側コア層と、外側コア層の外周に形成した外側コア層よりも屈折率が高くかつ内側コア部よりも屈折率が低いクラッド層とを有する従来のＷ型屈折率プロファイルを有する光ファイバを用いている。

J. -X. Cai, et al., OFC2002, PD-FC4 (2002), "Transmission of Thirty-Eight 40 Gb/s Channels (>1.5 Tb/s) Over Transoceanic Distance."

海底ケーブルのような分散マネージメント光伝送路においては、たとえば太平洋を横断する距離である１００００ｋｍまで距離を延長したいとい要求がある。光伝送路の距離を制限する要因の一つとして光ファイバ内の非線形光学現象の発生がある。そこで、光伝送路の距離を延長するための方法として、正分散光ファイバの有効コア断面積を拡大することによって、正分散光ファイバ内の非線形光学現象の発生を抑制することが考えられる。

しかしながら、従来の光ファイバは、屈折率プロファイルの設計変更などによって有効コア断面積を拡大すると、他の光学特性も変化してしまうという問題があった。特に、有効コア断面積を拡大すると波長分散値が増大するので分散マネージメントの設計を変更しなければならない。一方、波長分散値を維持しつつ有効コア断面積を拡大しようとすると、曲げ損失が大きくなるので、伝送路の敷設時に伝送損失が増大する場合があり、かえって伝送距離の延長を妨げるおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来と同等の波長分散値および曲げ損失でありながら有効コア断面積が極めて大きい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、内側コア部と、前記内側コア部の外周に形成した前記内側コア部よりも屈折率が低い外側コア層と、前記外側コア層の外周に形成した前記外側コア層よりも屈折率が高くかつ前記内側コア部よりも屈折率が低いクラッド層とを有する光ファイバであって、前記内側コア部の外径を拡大し前記外側コア層の屈折率を小さくするとともに前記内側コア部の中心部に前記内側コア部よりも屈折率が低い中心コア部を形成し、波長分散値および曲げ損失を維持しつつ有効コア断面積を拡大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、波長１５５０ｎｍにおいて、前記波長分散値は１２〜２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、前記曲げ損失は直径２０ｍｍで１６周巻いた場合において１５ｄＢ／ｍ以下であり、前記有効コア断面積は１３５〜２００μｍ²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、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−０．４５〜０．２５％であり、前記内側コア部の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ２が０．２５〜０．５０％であり、前記内側コア部の屈折率分布形状を表すα値が２以上であり、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−０．５５〜−０．２５％であり、前記内側コア部の外径に対する前記中心コア部の直径の比ａ／ｂが０．２〜０．７であり、前記内側コア部の外径に対する前記外側コア層の外径の比ｃ／ｂが１．１〜１．５であり、前記内側コア部の外径ｂが１２〜２０μｍであることを特徴とする。

本発明によれば、内側コア部の外径を拡大し外側コア層の屈折率を小さくするとともに内側コア部の中心部に内側コア部よりも屈折率が低くかつ外側コア層よりも屈折率が高い中心コア部を形成し、波長分散値および曲げ損失を維持しつつ有効コア断面積を拡大したことにより、従来と同等の波長分散値および曲げ損失でありながら有効コア断面積が極めて大きい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２は、本発明の実施の形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルを表すパラメータの設定値と計算によって求められた光学特性とを示す図である。図３は、本発明の実施の形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルを表すパラメータの設定値と計算によって求められた光学特性とを示す図である。図４は、従来例に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示す概略図である。図５は、本発明の実施の形態に係る光ファイバと従来例に係る光ファイバとについて、同一の波長分散値における曲げ損失と有効コア断面積との関係を対比する図である。

符号の説明

１中心コア部
２内側コア部
３外側コア層
４クラッド層
５屈折率プロファイル

以下に、本発明にかかる光ファイバの実施の形態を図を参照して詳細に説明する。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、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−ＴＧ．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）
図１は、本発明の実施の形態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。この光ファイバ１０は、内側コア部２と、内側コア部２の外周に形成した内側コア部２よりも屈折率が低い外側コア層３と、外側コア層３の外周に形成した外側コア層３よりも屈折率が高くかつ内側コア部２よりも屈折率が低いクラッド層４とを有するＷ型屈折率プロファイルの光ファイバにおいて、さらに内側コア部２の外径を拡大し外側コア層３の屈折率を小さくするするとともに内側コア部２の中心部に内側コア部２よりも屈折率が低い中心コア部１を形成し、波長分散値および曲げ損失を維持しつつ有効コア断面積を拡大したものである。

すなわち、従来のＷ型屈折率プロファイルを有する光ファイバにおいては、有効コア断面積を拡大するために内側コア部の外径を拡大した場合、他の屈折率プロファイルを規定するパラメータを最適化しても、波長分散値および曲げ損失の両方をバランスよく維持するのは困難であった。そこで、光ファイバ１０においては、外側コア層３の屈折率を小さくするとともに、内側コア部２の中心部に内側コア部２よりも屈折率が低い中心コア部１を形成し、波長分散値および曲げ損失を維持しつつ有効コア断面積を拡大した。なお、中心コア部１、内側コア部２、外側コア層３はゲルマニウムやフッ素などの屈折率調整用ドーパントを所定の量だけ添加して屈折率を調整した石英系ガラスからなり、クラッド層４は屈折率調整用ドーパントを含まない石英ガラスからなる。

光ファイバ１０の光学特性については、波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値は１２〜２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、曲げ損失は直径２０ｍｍで１６周巻いた場合において１５ｄＢ／ｍ以下であり、有効コア断面積は１３５〜２００μｍ²であり、前述した従来の分散マネージメント光伝送路に用いる正分散光ファイバと同等の波長分散値および曲げ損失を維持しつつ、極めて大きい有効コア断面積を実現している。

つぎに、図１に示す屈折率プロファイル５を参照して、光ファイバ１０の屈折率プロファイルを規定するパラメータについて具体的に説明する。光ファイバ１０においては、中心コア部１のクラッド層４に対する比屈折率差Δ１が−０．４５〜０．２５％であり、内側コア部２のクラッド層に対する比屈折率差Δ２が０．２５〜０．５０％であり、内側コア部２の屈折率分布形状を表すα値が２以上であり、外側コア層３のクラッド層４に対する比屈折率差Δ３が−０．５５〜−０．２５％であり、内側コア部２の外径に対する中心コア部１の直径の比ａ／ｂが０．２〜０．７であり、内側コア部２の外径に対する外側コア層３の外径の比ｃ／ｂが１．１〜１．５であり、内側コア部２の外径ｂが１２〜２０μｍである。その結果、波長１５５０ｎｍにおいて、上記の波長分散値、曲げ損失、有効コア断面積を実現している。なお、Δ１が上記の範囲の値であるので、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散と曲げ損失がバランスよく維持でき、Δ２が上記の範囲の値であるので、波長１５５０ｎｍにおいて曲げ損失を維持しつつ有効コア断面積を拡大できる。

なお、Δ１、Δ２、Δ３は式（１）〜（３）で定義される。

Δ１＝｛（ｎ₁ ²−ｎ_c ²）／（２ｎ_c ²）｝×１００［％］（１）
Δ２＝｛（ｎ₂ ²−ｎ_c ²）／（２ｎ_c ²）｝×１００［％］（２）
Δ３＝｛（ｎ₃ ²−ｎ_c ²）／（２ｎ_c ²）｝×１００［％］（３）

ここで、ｎ₁は中心コア部１の最小屈折率、ｎ₂は内側コア部２の最大屈折率、ｎ₃は外側コア層３の最小屈折率、ｎ_cはクラッド層４の屈折率である。

さらに、内側コア部２の屈折率分布形状を表すα値をα２とすると、α２は式（４）のように定義される。

ｎ²（ｒ）＝ｎ₂ ²｛１−２（Δ２／１００）・（（ｒ−ａ_max）／（ｂ／２−ａ_max））＾α２｝（４）
ただし、ａ／２≦ｒ＜ｂ／２

ここで、ｒは光ファイバの中心からの半径方向の位置を示す。また、ａ_maxとは、ａ／２＜ｒ＜ｂ／２の範囲で、クラッド層４に対する比屈折率差が最も大きい点における光ファイバの中心からの半径方向の位置であり、ａ_maxが１点ではなく広範囲に及ぶ場合は、その中での中心の点とする。図１においては、ａ_max＝ａ／２である。また、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率を表す。また、記号「＾」はべき乗を表す記号である。

また、中心コア部１の直径ａは、中心コア部１と内側コア部２との境界領域で（Δ２−Δ１）の１／２の比屈折率差を有する位置における径である。また、内側コア部２の外径ｂは、内側コア部２と外側コア層３との境界領域でΔ２の１／１０の比屈折率差を有する位置における径である。また、外側コア層３の外径ｃは、外側コア層３とクラッド層４との境界領域でΔ３の１／２の比屈折率差を有する位置における径である。

つぎに、本実施の形態に係る光ファイバの光学特性をシミュレーションによって計算した結果について説明する。図２および３は、本実施の形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルを表すパラメータの設定値と計算によって求められた光学特性とを示す図である。なお、図２および３において、ＤＰＳ（ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＰｅｒＳｌｏｐｅ）とは、波長分散を分散スロープで除算した値である。また、Ａｅｆｆは有効コア断面積を示す。また、曲げ損失は、直径２０ｍｍで１６周巻いた場合の値である。また、波長分散、分散スロープ、ＤＰＳ、Ａｅｆｆ、曲げ損失は、いずれも波長１５５０ｎｍにおける値である。

番号「１」〜「３４」の光ファイバのいずれも、パラメータの設定値についてΔ１が−０．４５〜０．２５％であり、Δ２が０．２５〜０．５０％であり、α２が２以上であり、Δ３が−０．５５〜−０．２５％であり、ａ／ｂが０．２〜０．７であり、ｃ／ｂが１．１〜１．５であり、ｂが１２〜２０μｍである。その結果、計算によって求めた光学特性は、波長分散値が１２〜２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、曲げ損失が１５ｄＢ／ｍ以下であり、有効コア断面積が１３５〜２００μｍ²であった。

ここで、従来例のＷ型プロファイルを有する光ファイバと本実施の形態に係る光ファイバとについて、同一の波長分散値を有する場合における曲げ損失と有効コア断面積との関係を対比する。図４は、従来例に係る光ファイバの屈折率プロファイルを示す概略図である。ここでは、従来例に係る光ファイバにおいて、波長分散値が波長１５５０ｎｍにおいて１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、カットオフ波長が１５００ｎｍとなるように、内側コア部のクラッド層に対する比屈折率Δ２１を０．２４〜０．３０％とし、外側コア層のクラッド層に対する比屈折率Δ３１を−０．５０〜−０．０２％とし、外側コア層の外径ｃ１に対する内側コア部の直径ｂ１の比ｂ１／ｃ１を０．３５〜０．８５とし、外側コア層の外径ｃ１を１５〜４０とした数種類の光ファイバについてシミュレーションによって計算を行い、曲げ損失と有効コア断面積とを求めた。一方、本実施の形態に係る光ファイバについても、波長分散値が波長１５５０ｎｍにおいて１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、カットオフ波長が１５００ｎｍとなるようにパラメータを設定した数種類の光ファイバについてシミュレーションによって計算を行い、曲げ損失と有効コア断面積とを求めた。

図５は、本実施の形態に係る光ファイバと従来例に係る光ファイバとについて、同一の波長分散値における曲げ損失と有効コア断面積との関係を対比する図である。図５に示すように、本実施の形態に係る光ファイバのいずれも、同一の曲げ損失であっても従来例の光ファイバよりも有効コア断面積が大きい。すなわち、本実施の形態に係る光ファイバは、従来例の光ファイバと対比して、波長分散値および曲げ損失を維持しつつ有効コア断面積を拡大できる。したがって、たとえば波長分散値を１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、曲げ損失を１０ｄＢ／ｍに維持しつつ、有効コア断面積を従来の１００μｍ²程度から１５０μｍ²程度まで拡大できる。

本発明に係る光ファイバは、海底ケーブルのような長距離の分散マネージメント光伝送路において正分散光ファイバとして好適に利用できる。

Claims

内側コア部と、前記内側コア部の外周に形成した前記内側コア部よりも屈折率が低い外側コア層と、前記外側コア層の外周に形成した前記外側コア層よりも屈折率が高くかつ前記内側コア部よりも屈折率が低いクラッド層とを有する光ファイバであって、
前記内側コア部の外径を拡大し前記外側コア層の屈折率を小さくするとともに前記内側コア部の中心部に前記内側コア部よりも屈折率が低い中心コア部を形成し、波長分散値および曲げ損失を維持しつつ有効コア断面積を拡大したことを特徴とする光ファイバ。
波長１５５０ｎｍにおいて、前記波長分散値は１２〜２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、前記曲げ損失は直径２０ｍｍで１６周巻いた場合において１５ｄＢ／ｍ以下であり、前記有効コア断面積は１３５〜２００μｍ²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−０．４５〜０．２５％であり、前記内側コア部の前記クラッド層に対する比屈折率差Δ２が０．２５〜０．５０％であり、前記内側コア部の屈折率分布形状を表すα値が２以上であり、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−０．５５〜−０．２５％であり、前記内側コア部の外径に対する前記中心コア部の直径の比ａ／ｂが０．２〜０．７であり、前記内側コア部の外径に対する前記外側コア層の外径の比ｃ／ｂが１．１〜１．５であり、前記内側コア部の外径ｂが１２〜２０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。