(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本モードＬＰ０１と高次モードで所定の波長λ０の光を伝播する分散補償型光ファイバからなる製品において、該分散補償型光ファイバが、公称屈折率プロファイルと公称分散Ｄｎｏｍ（λ）（λは波長を表す）とを有する第１のセクションと該公称屈折率プロファイルと異なる屈折率プロファイルとＤｎｏｍ（λ）と等しくない分散Ｄ（λ）とを有する第２のセクションとからなり、
該第１のセクションは、直径ｄｃ，ｎｏｍと最大屈折率ｎｃ，ｎｏｍを有するコア、及び前記コアを包囲し、ｎｃ，ｎｏｍ以下の屈折率ｎ１，ｎｏｍを有する内側クラッドとからなり、ここで（ｎｃ，ｎｏｍ−ｎ１，ｎｏｍ）／ｎｃ，ｎｏｍ＝Δｎｏｍと定義し、
該第２のセクションは直径ｄｃと最大屈折率ｎｃとを有するコア、及び前記コアを包囲し、屈折率ｎ１を有する内側クラッドとからなり、ここで（ｎｃ−ｎ１）／ｎｃ＝Δと定義し、ｄｃ、ｎｃ及びΔの少なくとも１つはｄｃ，ｎｏｍ、ｎｃ，ｎｏｍ及びΔｎｏｍとは異なり、
前記公称屈折率プロファイルは、
（ａ）該分散補償型光ファイバが波長λ０で基本モードＬＰ０１と少なくとも１つの高次モードＬＰ０２を伝播し、
（ｂ）該公称分散Ｄｎｏｍ（λ）は、｜Ｄｎｏｍ（λ）｜が最大となる波長をλｍａｘとすると、少なくともλｍａｘ±５０ｎｍの波長範囲で−２００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍよりも負であり、
（ｃ）該第１及び第２のセクションにおいて前記内側クラッドを包囲し、（ｎ２，ｎｏｍ−ｎ１，ｎｏｍ）／ｎ２，ｎｏｍ＞０．１％となるような公称屈折率ｎ２，ｎｏｍを有する屈折率リングを形成することにより、以下のｉ）、ii）又はiii）に対して波長範囲λｍａｘ±５０ｎｍのどこの波長でも｜Ｄ（λ）−Ｄｎｏｍ（λ）｜は、｜０．５Ｄｎｏｍ（λ）｜より小さく、
ｉ）ｄｃ，ｎｏｍから１％以下だけ異なるｄｃ、
ii）Δｎｏｍから２％以下だけ異なるΔ、
iii）前記ｉ)のｄｃとii）のΔ、
（ｄ）λ０は波長範囲λｍａｘ±５０ｎｍ内の波長であり、そして
（ｅ）公称分散Ｄｎｏｍ（λ）が実質的に該高次モードＬＰ０２に対する分散からなるように選択されることを特徴とする分散補償型光ファイバからなる製品。
【請求項２】
λ０≦λｍａｘであることを特徴とする請求項１記載の製品。
【請求項３】
前記公称屈折率プロファイルは、（ｎｃ，ｎｏｍ・ｄｃ，ｎｏｍ・√Δｎｏｍ）／λ０が０．５５以上であるように選択されることを特徴とする請求項１記載の製品。
【請求項４】
前記公称屈折率プロファイルは、波長範囲λｍａｘ±５０ｎｍにおいて、（ｎｅｆｆ−ｎ１，ｎｏｍ）／ｎｅｆｆが０．１Δｎｏｍ（λ）より大きくなるように選択され、ここでｎｅｆｆは該ＬＰ０２モードの有効屈折率であることを特徴とする請求項１記載の製品。
【請求項５】
前記分散補償型ファイバは、Ｇｅドープのコアと、前記コアの周囲に形成されたＦドープの内側クラッド層と、この内側クラッド層の周囲に形成されたアンドープあるいはＧｅドープの屈折率リングと、からなるシリカベースの分散補償型ファイバであることを特徴とする請求項１記載の製品。
【請求項６】
前記製品は、波長λ０の信号光を与える送信器と、前記信号光を受信する受信機と、前記受信機と送信器とを、信号光が伝達可能となるように接続する光ファイバ伝送パスとを有する光ファイバ伝送システムであり、
前記光ファイバ伝送パスは、前記分散補償型ファイバを含むことを特徴とする請求項１記載の製品。
【請求項７】
前記波長λ０は、約１．５５μｍであることを特徴とする請求項６記載の製品。
【請求項８】
前記分散補償型ファイバの公称屈折率プロファイルは、分散補償型光ファイバが１０ｎｍ以上の波長範囲に亘って分散傾斜補償を与えるように選択され、ここでλ０は前記波長範囲内に入ることを特徴とする請求項７記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散補償型光ファイバとそれを含む通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分散補償型（dispersion compensating （ＤＣ））光ファイバは公知である。例えば米国特許５，１８５，８２７と５，２６１，０１６と５，４４８，６７４を参照のこと。従来技術による分散補償は、シングルモードファイバのＬＰ01（基本モード）の放射を高次モード（例、ＬＰ02）に変換し、この高次モード放射をある長さのＤＣファイバに結合し、ＤＣファイバ内を伝播した後、この高次モードの放射をＬＰ01モードに再変換することにより行っている。
【０００３】
このＤＣファイバは、高次モードを伝播できるように、そして高次モードの分散が従来のシングルモードファイバ内のＬＰ01モードの分散とは反対方向の符号を有するよう選択される。別の従来技術による分散補償は、ＬＰ01放射を高次モード放射に変換することを必要とせず、その代わりに基本モードと高次モード（通常、ＬＰ02）の両方で信号放射の伝播をサポートするようなＤＣファイバを用いている。この後者の従来技術にかかるＤＣファイバは、ＬＰ11モードの伝播をサポートしない。これに関しては米国特許５，４４８，６７４を参照のこと。
【０００４】
従来技術にかかる分散補償は、原理的には完全に分散のない（単一チャネル）の光ファイバ伝送システムを提供することができる。しかし、実際には完全に分散を補償することは困難である。理由は、ＤＣファイバの設計は、製造上の変動、例えば光ファイバの直径または屈折率プロファイルに対し非常に敏感だからである。通常光ファイバの直径と、全てのファイバの半径方向の寸法を公称値の±１％以内に維持し、かつコアの屈折率をΔ（以下の定義する）が公称値の±２％以内になるように制限することは可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバの直径あるいはコアの屈折率のような光ファイバの特性の意図しない変動を完全に取り除いた光ファイバを製造することは実際には不可能である。そのため、従来のＤＣファイバよりも光ファイバの特性の意図しない（製造上の誤差にもとずく）変動に曝されることの少ないＤＣファイバを得ることが望ましい。本発明はこのような光ファイバおよびこのような光ファイバを有する通信システムを開示する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、特許請求の範囲に記載した通りである。より広い概念においては、本発明は、光ファイバの直径および／または屈折率の意図しない変動に対し耐性を有し、その結果従来のＤＣファイバよりも製造し易いＤＣファイバとこのＤＣファイバを用いた光ファイバ通信システムで実現できる。
【０００７】
具体的に説明すると本発明は、基本モードＬＰ01と高次モードで波長λ0（例、１．５５μｍ）の放射をサポートするＤＣ光ファイバを含むシステムで実現できる。本発明のＤＣファイバの公称屈折率プロファイルにおいては、コアの直径はｄc,nom で、その最大屈折率はｎc,nom であり、コアの周囲に形成されるクラッド層の屈折率はｎl,nom で、これはｎc,nom 以下である。（ｎc,nom−ｎl,nom）／ｎc,nom ＝Δnom と定義する。
【０００８】
このＤＣファイバの全長の少なくとも一部は、ファイバ製造中の意図しない変動に起因して、公称屈折率プロファイルとは異なる屈折率プロファイルを有する。この部分の屈折率プロファイルは、コアの直径はｄCで、その最大屈折率はｎcで、内側クラッド層の屈折率はｎl である。ここで（ｎc−ｎ1）／ｎc ＝Δと定義する。これらｄc，ｎc，Δの少なくとも１つは、ｄc,nom，ｎc,nom，Δnom とは異なっている。公称屈折率プロファイルを有するＤＣファイバは、分散Ｄnom（λ）を有し、ＤＣファイバの前述の一部は、Ｄnom（λ）とは異なる分散Ｄ（λ）を有する。
【０００９】
公称屈折率プロファイルは、ＤＣファイバの全長が、波長λ0 で基本モードＬＰ01と少なくとも高次モードＬＰ02をサポートし、Ｄnom（λ） は、波長範囲λmax ±５０ｎｍに亘って−２００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍよりもより負（以下）となるよう選択される。そしてここでλmax は、｜Ｄnom（λ）｜ が最大となる波長を意味する。
【００１０】
さらにまた公称屈折率プロファイルから離れた屈折率プロファイルにおいて、λmax ±５０ｎｍの範囲のあらゆる波長λにおいて、｜Ｄ（λ）−Ｄnom（λ）｜が｜０．５Ｄnom（λ）｜ 以下となる。具体的に説明すると、上記の不等式の関係はｄc がｄc,nom から１％以下しか違わない、あるいはΔがΔnom から２％以下しか違わない、あるいはそれら両方の場合に対して満足される。さらにまたλ0 は、λmax ±５０ｎｍの範囲内の波長である。２本の垂直の棒（例、｜０．５Ｄnom（λ）｜） は絶対値を表す。
【００１１】
ＤＣファイバは通常波長λ0 で、ＬＰ01とＬＰ02のみならずこれ以上の高次のモードもサポートする。これより高次のモードは、カットオフに近くで曲げ損失に非常に敏感であり、その結果光ファイバから除去される。光ファイバは、モードの屈折率が光ファイバのクラッド層の屈折率より大きい場合には、そのモードをサポートする。
【００１２】
公称屈折率プロファイルは、ｄ1,nom ＞ｄc,nom となるような内径とｄ2,nom の外径を有する屈折率リングを有し、屈折率ｎ2,nom は（ｎ2,nom−ｎ1,nom）／ｎ2,nom ＞０．１％となるように選択され、好ましくは０．２％以上となるように選択される。さらにまたｄc,nom とΔnom は、（ｎc,nom・ｄc,nom・√Δnom）／λ0 が数個のモードをサポートできるような光ファイバを表す０．５５以上となるように選択される。
【００１３】
λ0 ≒１．５５μｍの実施例においては、分散補償型ファイバはＧｅをドープしたコアを有するシリカベースのファイバで、その公称屈折率プロファイルはｄc,nom ・√Δnom が０．６μｍ以上となるように選択される。
【００１４】
ＤＣファイバのコアと内側クラッド層と屈折率リングが従来の製造方法の１つ、例えばＭＣＶＤによりインシチュ（in situ） で形成されるガラス製である。さらにまた必ずしも本発明にとって必要なことではないがこの屈折率リングは、インシチュで形成されたガラス製の外側クラッド層（外形がｄ3 で屈折率がｎ2 以下で、通常ｎ1 である）により包囲されている。光ファイバの残りの部分は、直径ｄ3 から光ファイバの表面に延びた既存のガラスである。最小損失の達成をあまり考慮しなくてもよい場合には、屈折率リングはクラッド層（筒）の内側に直接堆積してもよい。即ち、ｄ3 ＝ｄ2 である。
【００１５】
光ファイバの外形は１２５μｍである。光ファイバはシリカベースで、既存のガラスはアンドープシリカであり、内側クラッドと選択的事項としての外側クラッド層は、アンドープのシリカあるいはダウン（屈折率低下用の）ドープ（例、Ｆドープ）のシリカである。光ファイバのクラッド層の外側部分は、光ファイバの伝送特性に影響を与えないために、この領域の公称上または実際上の直径および屈折率差は考慮しない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるＤＣファイバの屈折率プロファイルを表す図を示す。実際の屈折率プロファイルは、公称上即ち理想の屈折率プロファイルとは若干異なるが、この差は光ファイバが所望の特性を示す程度の範囲内におさめられる。例えば実際の光ファイバは、公称上の屈折プロファイルには表れない中央部の屈折率の低下が見られるが、しかしこの光ファイバは設計仕様に従って機能するものとする。
【００１７】
図１において、コア１１の周囲に接触して内側クラッド層１２が形成され、さらに屈折率リング１３，外側クラッド層１４が形成されている。この光ファイバは、さらに図示していないが光学的に不活性と見なされるコアから十分離れた場所にクラッド層を有している。この材料は通常はアンドープのシリカで、外側クラッド層１４の外径ｄ3 から光ファイバの表面に延びている。一実施例においては、ｄc,nom ＝８．４μｍ，ｄ1,nom ＝１４．５５μｍ，ｄ2,nom ＝２５．５μｍ、ｄ3 ＝３０μｍである。光ファイバの直径は１２５μｍでこれは従来通りである。
【００１８】
図１において、コアはステップ上のプロファイルを有し、Δnom ＝１．８％である。このステップ上のコアのプロファイルは、分散を与えるよう選択される。しかし、このステッププロファイルは選択的事項で、他のコアのプロファイル（例、放物線プロファイル）も信号減衰を最小にすることが必要な場合には用いられる。
【００１９】
屈折率リング１３の屈折率はｎ2,nom で、（ｎ2,nom−ｎ1,nom）／ｎ2,nom ＞０．１％で、代表的には０．４％になるよう選択され、クラッド層１２，１４の屈折率はｎ2,nom 以下となるように屈折され、必ずしも必要ではないがこれらの屈折率は同一である。クラッド層１２，１４の屈折率は、アンドープシリカの屈折率（ｎ0 ）もしくはＦドーピングによりｎ0 以下である。Ｆドーピングが好ましいがその理由は、コアのドーピングが低下するからである。
【００２０】
本発明のＤＣファイバの別の実施例としては、放物線状の屈折率のコアで（ｄｃ，ｎｏｍ ＝１２．６μｍ，Δｎｏｍ ＝１．８％），ｄ１，ｎｏｍ ＝２０μｍ，ｄ２，ｎｏｍ ＝３４．６μｍ，ｄ３ ＝４０μｍで、光ファイバの外径は同じく１２５μｍであるようなものも考えられる。この場合、屈折率リング１３の屈折率ｎ２，ｎｏｍ は、（ｎ２−ｎ１）／ｎ２ ＝０．４％となるように選択され、図１のクラッド層１２と１４の屈折率は、ｎ１，ｎｏｍである。
【００２１】
本発明のＤＣファイバは、分散補償用に主にＬＰ02モードを用いているが、その理由はカットオフ近傍ではＬＰ02モードは高い（負の）分散を有し、好ましくは−２００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下の負の値を有するからである。−２００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍより少ない負の（以上の）分散値を有するより大きな分散ファイバと同様に、分散補償型ファイバとしては一般的に有益ではない。本発明のＤＣファイバは、ＭＣＶＤのような従来の光ファイバ製造技術で形成できる。
【００２２】
図２は、入力手段と出力手段を有する本発明のＤＣファイバを示す。分散補償用組み合わせファイバ２０は、所定長（通常１ｋｍ以上）のＤＣファイバ２１と標準的なピグテールのシングルモード入力ファイバ２２１，シングルモード出力ファイバ２２２と、モードコンバータ（変換器）として機能する入力用グレーティング２４１，出力用グレーティング２４２を有する。このグレーティングは、通常長周期グレーティングである。
【００２３】
入力用グレーティング２４１は、来入するＬＰ01放射をＬＰ02放射に変換し、出力用グレーティング２４２は出ていくＬＰ02放射をＬＰ01放射に変換する。長周期グレーティングは、公知のため詳細な説明は割愛する。グレーティングは、ＬＰ01とＬＰ02の両方をサポートする光ファイバの短距離部分２３１と２３２に形成される。この部分が本発明のＤＣファイバである。
【００２４】
しかし、少なくとも原理的には、グレーティングはＤＣファイバ２１の所定長に直接形成して２つのグレーティング間の距離がＤＣファイバの有効長となるようにすることもできる。図２において、ｘは従来のスプライスを表す。短距離部分２３１とＤＣファイバ２１との間のスプライスおよびＤＣファイバ２１と短距離部分２３２との間のスプライスはオプションである。スプライス２５１，２５２は、シングルモードファイバと高次モードをさらにサポートするファイバとの間にあり、ＬＰ01をＬＰ01を結合しているだけである。
【００２５】
ＤＣファイバの適切な長さは、従来のシングルモード伝送ファイバのある長さの分散を補償するために、従来の方法により決定できる。
【００２６】
図３は、本発明の分散補償用組み合わせファイバ２０を有する代表的な光ファイバ通信システム３０を示す。送信器１９は波長λの変調信号放射２４を送信する。この放射は伝送ファイバ２３に結合されて、分散補償用組み合わせファイバ２０に伝播して分散補償され、その後伝送ファイバ２５を伝送して受信機２２に到着する。従来の構成要素である増幅器，フィルタ，アイソレータ，ルータ等は図示していない。
【００２７】
少なくとも原理的には分散補償は、光ファイバ通信システムのどの点で行ってもよい。しかし、多くの場合信号を検出する直前に分散補償を行っている。
【００２８】
本発明による光ファイバは、分散補償用のみならず１０ｎｍ以上の範囲およびλ0 を含む波長範囲に亘って分散傾斜補償を与えるのが好ましい。
【００２９】
上述したように、本発明のＤＣファイバは、小さなかつ通常不可避的なパラメータ変動に対し、耐える特性を有する。
【００３０】
図４は、図１のＤＣファイバに関するものであるが、カーブ４１は公称屈折率プロファイル（即ち、図１に示すパラメータ）を有するファイバの公称分散Ｄnom（λ） を示す。カーブ４２はΔnom から２％増加したΔを有する光ファイバの分散を示し、カーブ４３はΔnom から２％減少したΔを有する光ファイバの分散を示す。カーブ４４は公称値から１％増加した外径（および全ての半径方向の寸法も同様に増加した）を有する光ファイバの分散を示し、カーブ４５は公称値から１％減少した外径（および全ての半径方向の寸法も同様に減少した）を有する光ファイバの分散を示す。図４から分かるように、λmax ±５０ｎｍの範囲に亘ってＤnom（λ） からの分散の解離は比較的小さく５０％以下である。
【００３１】
図４の結果を図５のそれと比較する。図５は、屈折率リングを有さないステップインデックスコア（７．１μｍ直径で１．８％Δ）を有する従来技術のＤＣファイバの分散データを示す。カーブ５１は公称ファイバ（即ち上記のパラメータ）の分散を示し、カーブ５２はこの公称設計から２％増加したΔを有するファイバの分散を示し、カーブ５３は公称設計から２％減少したΔを有するファイバの分散を示す。カ−ブ５４は公称設計から１％増加した外径を有する光ファイバの分散を、カーブは５５は公称設計から１％減少した外径を有する光ファイバの分散を示す。図５から明らかなように従来技術の光ファイバは、本発明によるＤＣファイバよりもパラメータ変動に対し、より敏感である（影響を受けやすい）。
【００３２】
図６は、図１のＤＣファイバの最適長と、市販されているシングルモード伝送ファイバ（５Ｄ（登録商標）ファイバ）からなる１００ｋｍの長さに対する全遅延を表す。「最適長」という用語は、動作波長で最小の遅延を生成するようなＤＣファイバの長さを意味する。カーブ６１は５Ｄファイバと図１の公称設計のＤＣファイバの組み合わせの遅延スペクトラムを示し、カーブ６２は５ＤファイバとΔが２％増加したＤＣファイバの組み合わせの遅延スペクトラムを、カーブ６３は５ＤファイバとΔが２％減少したＤＣファイバの組み合わせの遅延スペクトラムを表す。
【００３３】
カーブ６４は５Ｄファイバと外径が１％増加したＤＣファイバの組み合わせの遅延スペクトラムを、カーブ６５は５Ｄファイバと外径が１％減少したＤＣファイバの組み合わせの遅延スペクトラムを表す。これらのパラメータ変動は公称設計に対するものである。図６の結果は本発明のＤＣファイバは大きなパラメータ変動の存在下で大きなスペクトラム領域（例、３０ｎｍに亘って従来の伝送ファイバの遅延を除去する（例えば、約３％の残留遅延となる）ことができることを示している。
【００３４】
図７は、従来のＤＣファイバ（７．１μｍのコアの直径、１．８％Δ、ステップインデックスコア、屈折率リングが存在しない）について説明する図６に対応するデータである。カーブ７１は公称設計のもので、カーブ７２はΔが２％増加したもので、カーブ７３はΔが２％減少したもので、カーブ７４は外径が１％増加したもので、カーブ７５は外径が１％減少したものを示す。同図から分かるように、Δおよび／または直径が減少したものは遅延が大きく分散補償が効かない。
【００３５】
本発明のＤＣファイバの利点は、従来のＤＣファイバに比較して曲げ損失が少ない点である。図８は、ＬＰ02モード有効屈折率を図１のＤＣファイバに対する波長の関数として示し（カーブ８１）、従来のＤＣファイバに対するものをカーブ８２として示す。カーブ８３は溶融シリカの従来の外側クラッド材料の屈折率を示す。同図から分かるように、カーブ８２と８３の差は１．５μｍから１．６μｍの範囲の波長では比較的小さく、このことは曲げ損失に対する従来技術のファイバの感受性を示している。同図から分かるように、カーブ８２と８３の差は同一のスペクトラム領域において大きく（例、０．００２以上で）、このことは本発明のＤＣファイバの曲げ損失が低いことを表している。
【００３６】
より一般的には本発明のＤＣファイバにおいては、公称屈折率プロファイルは、λmax ±５０ｎｍの波長範囲に亘って、（ｎeff−ｎ1,nom）／ｎeff が０．１Δnom（λ） 以上であるように選択される。ここでｎeff は、ＬＰ02モードのモード有効屈折率である。
【００３７】
当業者であれば、あるファイバの設計および波長において、あるモードの有効屈折率は容易に決定できる。これは他のファイバの特性、例えば分散についてもいえる。これに関しては、T. Lenahan 著の Bell System Technical Journal, Vol. 62, p. 2663 (1983)を参照のこと。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＤＣファイバの屈折率プロファイルを表す図
【図２】光ファイバ通信システムの分散補償器を有する部分を表す図
【図３】分散補償器を有する光ファイバ通信システムを表す図
【図４】本発明によるＤＣファイバの分散対波長の関係を表すグラフ
【図５】従来技術にかかるＤＣファイバの分散対波長の関係を表すグラフ
【図６】従来の伝送ファイバと本発明のＤＣファイバからなる１００ｋｍの長さの合成ファイバの遅延と波長との関係を表すグラフ
【図７】従来の伝送ファイバと図５に示した従来技術にかかるＤＣファイバからなる１００ｋｍの長さのファイバの遅延と波長との関係を表すグラフ
【図８】図１の本発明のＤＣファイバと図５の従来技術にかかるＤＣファイバのそれぞれのＬＰ02モード有効屈折率を表すグラフ
【符号の説明】
１１  コア
１２  内側クラッド層
１３  屈折率リング
１４  外側クラッド層
１９  送信器
２０  分散補償用組み合わせファイバ
２１  ＤＣファイバ
２２  受信機
２３，２５  伝送ファイバ
２４  変調信号放射
３０  光ファイバ通信システム
２２１  シングルモード入力ファイバ
２２２  シングルモード出力ファイバ
２３１，２３２  短距離部分
２４１  入力用グレーティング
２４２  出力用グレーティング
２５１，２５２  スプライス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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