(57)【要約】【課題】海底の長距離光伝送向けに特に適合された光学システムおよびファイバを提供する。【解決手段】海底の長距離伝送システムは、光ファイバ伝送スパンと、分散補償をもたらすためのコヒーレント検出とデジタル信号処理のモジュールとを含む。光ファイバ伝送スパンは、長さが実質的に等しい正分散の第１のファイバおよび負分散の第２のファイバを備える少なくとも１つの光ファイバ対線を含み、第１のファイバおよび第２のファイバは、１０，０００ｋｍより長い伝送距離で信号出力を供給するように構成されており、動作帯域幅にわたって蓄積される組み合わせた分散が、コヒーレント検出とデジタル信号処理のモジュールの分散補償能力を超過することはない。海底の長距離伝送スパンで使用されるファイバがさらに説明される。このファイバは、１５５０ｎｍの伝送波長で、−１６から−２５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の分散係数および０．０４から０．０２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの範囲の分散スロープを有する。【選択図】図１
2014082753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底の長距離伝送システムであって、
光信号を伝送し、前記伝送された光信号を出力として供給する光ファイバ伝送スパンと、
前記伝送された光信号に分散補償をもたらすコヒーレント検出とデジタル信号処理のモジュールとを備え、
前記光ファイバ伝送スパンは、正分散の第１のファイバと、長さが実質的に等しい負分散の第２のファイバとを備える少なくとも１つの光ファイバ対線を含み、
前記正分散ファイバの長さおよび前記負分散ファイバの長さは、１０，０００ｋｍ以上の伝送距離において前記伝送された光信号の全分散が動作帯域幅の全域で前記コヒーレント検出とデジタル信号処理のモジュールの最大能力の範囲内に入るような、それぞれの分散特性を有するように構成される、システム。
【請求項２】
前記コヒーレント検出とデジタル信号処理のモジュールの最大能力が約３０，０００ｐｓ／ｎｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記負分散の第２のファイバは、１５５０ｎｍの伝送波長で前記ファイバが−１６から−２５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の分散係数および０．０４から０．０２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの範囲の分散スロープを有するように構成されたコアおよび複数のクラッド層を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記負分散の第２のファイバは４５から７０μｍ２の範囲の有効面積を有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記負分散の第２のファイバは０．２００から０．２１５ｄＢ／ｋｍの範囲の減衰を有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ファイバは０．０４ｐｓ／ｋｍ１／２以下の偏光モード分散を有する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記正分散の第１のファイバは、１５５０ｎｍの伝送波長で１６〜２５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の分散係数および０．０５〜０．０７ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの範囲の分散スロープを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
海底の長距離伝送スパンで使用される光ファイバであって、
コアと、
前記コアを取り囲む複数のクラッド層とを備え、
前記コアおよび前記複数のクラッド層は、前記光ファイバが、１５００ｎｍの伝送波長で−１６から−２５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の分散係数を有し、１５５０ｎｍの伝送波長で０．０４から０．０２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの範囲の分散スロープを有するように構成される、光ファイバ。
【請求項９】
４５から７０μｍ２の範囲の有効面積を有する、請求項８に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
０．２００から０．２１５ｄＢ／ｋｍの範囲の減衰を有する、請求項９に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
０．０４ｐｓ／ｋｍ１／２以下の偏光モード分散を有する、請求項１０に記載の光ファイバ。
【請求項１２】
半径ｒ１と、基準屈折率ｎ０より大きい屈折率ｎ１と、正の屈折率差Δｎ１＝ｎ１−ｎ０とを有するコア、及び、
複数のクラッド層を備え、前記複数のクラッド層が、
内側半径ｒ１と、外側半径ｒ２と、ｎ０より小さい屈折率ｎ２と、負の屈折率差Δｎ２＝ｎ２−ｎ０とを有する、前記コアを取り囲む環状の内側のトレンチ、
内側半径ｒ２と、外側半径ｒ３、ｎ０より大きい屈折率ｎ３と、正の屈折率差Δｎ３＝ｎ３−ｎ０とを有する、前記内側のトレンチを取り囲む環状のリング、及び、
内側半径ｒ３と外側半径ｒ０とを有する、前記リングを取り囲む第３のクラッド領域を備え、前記第３のクラッド領域の少なくとも一部分が、屈折率ｎ０と屈折率差Δｎ０＝ｎ０−ｎ０＝０とを有する領域を含む、請求項８に記載の光ファイバ。
【請求項１３】
前記リングを取り囲む外側のトレンチをさらに備え、
前記外側のトレンチは前記第３のクラッド領域の内側部分を備え、前記外側のトレンチは、内側半径ｒ３と、外側半径ｒ４と、ｎ０より小さい屈折率ｎ４と、負の屈折率差Δｎ０＝ｎ４−ｎ０とを有する、請求項１２に記載の光ファイバ。
【請求項１４】
屈折率ｎ０を有する前記第３のクラッド領域の一部分が非ドープの石英である、請求項１３に記載の光ファイバ。
【請求項１５】
前記コアおよび前記リングのそれぞれが屈折率を増加させる化学物質でドープされ、前記内側のトレンチおよび前記外側のトレンチのそれぞれが屈折率を減少させる化学物質でドープされる、請求項１４に記載の光ファイバ。
【請求項１６】
前記屈折率を増加させる化学物質がゲルマニウムであり、前記屈折率を減少させる化学物質がフッ素である、請求項１５に記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本出願の譲受人が所有する２０１２年８月１８日出願の米国特許仮出願第６１／６８４，７４２号及び２０１３年８月１６日出願の米国特許出願第１３／９６８，６０１号の優先権の利益を主張するものであり、同出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、改善された光学システムおよびファイバに関し、具体的には、海底の長距離光伝送向けに特に適合された光学システムおよびファイバに関する。
【背景技術】
【０００３】
海底の長距離光伝送スパンに対して、長さを増し、データの伝送速度を向上するように、継続的な要求がある。これらの目標を達成するために、伝送部品の光学的性質は、満足できる低レベルの減衰（すなわち伝送損失）および接続損失を達成する一方で、容認できる低レベルの分散および非線形性を保つように構成しなければならない。
【０００４】
したがって、一般的な海底の長距離伝送スパンは、蓄積される分散の量を伝送スパンにわたって制御するために、一般に、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の長さと、負分散の非ゼロ分散ファイバ（ＮＺＤＦ）の長さを組み合わせて用いる。従来技術による海底の光ファイバ伝送スパンには、増幅ならびに分散スロープの管理のための他の構成要素が含まれることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの伝送スパンの設計は、複数の矛盾する注意事項に配慮しなければならないので複雑である。例えば、特定の設計では、蓄積される分散および分散スロープの両方を管理する特殊なファイバの使用が必要とされることがある。しかし、このようなファイバは、一般に有効面積が比較的小さく、減衰および接続損失が増加する。それに加えて、このようなファイバは、一般的には設計するのも困難であり、製造するのが高くつく。
【０００６】
光ファイバ産業は競争が激しいので、コストを低減する努力が継続されていることにさらに留意されたい。海底伝送システムの長さは１０，０００ｋｍ以上である。したがって、製造および据付けの経費の明らかに控え目な低減さえ、長距離システムの全費用に対して顕著な影響を及ぼすことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、光ファイバ伝送スパンと、伝送される光信号に対して分散補償するための、スパン出力におけるコヒーレント検出とデジタル信号処理のモジュールとを備える海底の長距離伝送システムを対象とする。光ファイバ伝送スパンは、長さが実質的に等しい正分散の第１のファイバおよび負分散の第２のファイバを備える少なくとも１つの光ファイバ対線を含む。第１のファイバおよび第２のファイバは、１０，０００ｋｍより長い伝送距離で信号出力を供給するように構成されており、動作帯域幅にわたって蓄積される組み合わせた分散が、コヒーレント検出とデジタル信号処理のモジュールの分散補償能力を超過することはない。
【０００８】
本発明のさらなる態様は、海底の長距離伝送スパンで使用される光ファイバを対象とする。このファイバには、１５５０ｎｍの伝送波長で、ファイバが、−１６から−２５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の分散係数および０．０４から０．０２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの範囲の分散スロープを有するように構成されたコアおよび複数のクラッド層が備わっている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一態様による海底の長距離伝送システムを示す図である。
【図２】図１の伝送スパンに関する、必要な平均分散および分散スロープ特性を示すグラフである。
【図３】本発明のさらなる態様による分散補償ファイバの特性を説明する表である。
【図４】図１のシステムの第１のファイバおよび第２のファイバに関する分散関数と、それらを組み合わせた平均分散関数とを示すグラフである。
【図５】図１のシステムにおいて、長さが１００ｋｍの第１のファイバおよび第２のファイバを備える１５，０００ｋｍの伝送スパンの、蓄積される分散を示すグラフである。
【図６】本発明の一態様による分散補正の断面を示す図である。
【図７】図６に示されたファイバに関する屈折率のプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の一態様による海底の長距離光伝送システム１０を示す。システム１０は、コヒーレント光の一連のパルスを含む光データ信号１２に対して入力端１１ａと出力端１１ｂの間の伝送経路をもたらす伝送スパン１１を備える。スパンの出力端１１ｂは、伝送されるデータ信号１２に対する分散補償をもたらすコヒーレント検出およびデジタル信号処理のモジュール１４に接続される。
【００１１】
伝送スパン１１は、正分散（Ｄ＋）を有する第１の伝送ファイバ１１１の長さおよび負分散（Ｄ−）を有する第２の伝送ファイバ１１２の長さを含む少なくとも１つの光ファイバ対線１１０を含む。以下で論じられるように、第１のファイバおよび第２のファイバは、伝送されるデータ信号１２の分散が、モジュール１４の最大の分散補償能力の範囲内になるように構成される。以下でさらに論じられるように、第１のファイバおよび第２のファイバは、光ファイバ対線１１０が、実質的に長さの等しい第１のファイバと第２のファイバを含むように構成される。最後に、正分散の値Ｄ＋および負分散の値Ｄ−は、ファイバ・スパンの組み合わせが全伝送帯の最小限の残留スパン分散より、大きく、または小さくなるように選択する必要がある。
【００１２】
一般に、海底の長距離伝送（ＬＨＴ）システムには、高帯域および長距離の要求がある。高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）を用いるＬＨＴシステムは、Ｃバンド（１５３０ｎｍから１５６５ｎｍ）の範囲内で動作し、１５３５ｎｍから１５６５ｎｍ（すなわち１５５０ｎｍ±１５ｎｍ）に及ぶ３０ｎｍの帯域幅範囲の信号光波長を利用する。以下で論じられるように、海底のＬＨＴシステムは、現行の用途の要求を満たすために、１５，０００ｋｍまでの距離を含めて約１０，０００ｋｍの伝送距離で動作することができるべきである。
【００１３】
分散の問題は、海底のＬＨＴシステムの設計における重要な問題である。分散は、光信号の別々の成分が伝送スパンを通って異速度で進むときにもたらされるデータパルスの一時的な歪み（すなわち「拡散」）と特徴付けることができる。例えば、光信号の成分が別々の波長または偏光の状態を有するとき、速度の差が生じる可能性がある。一般に、正分散ファイバでは、全分散の量は、ファイバの長さの関数として直線的に増大する。したがって、１０，０００ｋｍ以上の長さのＤＷＤＭファイバ・スパンでは、効果的な分散管理が重要である。
【００１４】
前述のように、システム１０では、分散補償をもたらすために、コヒーレント検出およびデジタル信号処理（ＤＳＰ）のモジュール１４が使用される。特に海底のＬＨＴシステムでは、必要な分散補償のうちの少なくともいくらかをデジタル領域で遂行することに関して複数の利点がある。利点の１つには、デジタル信号処理が入来電磁界の完全な情報を維持することがある。したがって、ＤＳＰベースのシステムにより、高い受信器感度およびスペクトル効率を達成することができ、先進の変調方式を用いることができる。
【００１５】
伝送損失（「減衰」とも称される）および接続損失に関して、ＤＳＰを利用する海底ＬＨＴシステム向けの最適なファイバの解決策は、大きな有効面積の低損失ファイバになるはずである。しかし、現在入手可能なこのタイプのファイバの分散特性と、現在入手可能なＤＳＰ集積回路の分散補償能力とで、伝送スパンの全長が制限される。これらのファイバは、一般に１５５０ｎｍの伝送波長で、１５から２２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の分散値を有する。海底の伝送向けの現行のファイバ・スパンでは、スパン分散は、低く、すなわち約０から−２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の値に保たれる。
【００１６】
４０ＧＢｉｔ／秒および１００ＧＢｉｔ／秒の伝送向けの現在入手可能なＤＳＰ集積回路は、約±３０，０００ｐｓ／ｎｍの数値的分散補償に制限されている。したがって、伝送スパンが１５から２２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の分散値を有すると想定すれば、スパンは約１，５００ｋｍ程度の最大長を有する。現行の海底ＬＨＴ基準によれば、このスパン長さはかなり短い。前述のように、ＬＨＴシステムは、現行の要求を満たすためには、１５，０００ｋｍの長さを有するスパンを含めて、約１０，０００ｋｍ以上のスパン長さでエラーフリーの伝送をもたらすことができるべきである。
【００１７】
今後、ＤＳＰ集積回路が、より大きな全スパンの分散値を扱うことができるようになる可能性がある。しかし、新規のＤＳＰ設計の開発は高価で複雑である。それに加えて、このような集積回路は、現在入手可能な製品よりかなり高価であって、かなり大きな電力を消費すると見てよい。したがって、本議論のために、実質的な最大のＤＳＰ能力は、当面の間は３０，０００ｐｓ／ｎｍ程度にとどまるであろうと想定される。
【００１８】
分散は、長さによって変化するのに加えて、一般に波長によっても変化する。したがって、対処する必要のある第２の問題は、分散関数のスロープ（すなわち分散と波長間の関係の「しゅん度」）である。所要の動作帯域幅の全体にわたって分散の適切な管理を確実にするために、分散スロープに配慮する必要がある。必要に応じて、分散スロープは、特製の分散補償ファイバ（ＤＣＦ）によって管理され得る。しかし、これらのファイバは、設計および製造が比較的高くつくことに加えて、有効面積が小さく、伝送損失および接続損失の増加をもたらす。したがって、これらの特製ファイバを使用する必要のないＬＨＴシステムを設計するのが望ましい。
【００１９】
ＬＨＴシステム１０において、リンクの長さが１５，０００ｋｍであると想定すると、１キロメートルごとに蓄積される分散の平均は、動作帯域幅の全域で約±２．０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲に入ることになる。前述のように、海底伝送は、１５３５ｎｍから１５６５ｎｍ（すなわち１５５０ｎｍ±１５ｎｍ）の範囲の３０ｎｍの帯域幅を用いる。
【００２０】
図２は、図１の伝送スパン１１に関して、１５，０００ｋｍのスパン長さを想定した必要な平均分散および分散スロープ特性を説明するグラフ２０を示す。図２で、Ｘ軸は伝送波長（ｎｍ）を表し、Ｙ軸は分散（ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ）を表す。クロスハッチングされたボックス２１は、動作帯域幅の高い方の波長１５３５ｎｍと低い方の波長１５６５ｎｍによって左側と右側に境界があり、ＤＳＰ集積回路で処理可能な分散の範囲、すなわち約±２．０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍによって、その上側と下側に境界がある。
【００２１】
したがって、ボックス２１は、第１のファイバと第２のファイバを組み合わせた平均の分散の境界を表す。ＤＳＰ集積回路の最大の分散補償能力を超過しないためには、第１のファイバと第２のファイバを組み合わせた分散関数の平均が、ボックス２１の上側と下側の間で、ボックスの左側と右側によって定義された帯域幅に入らなければならない。
【００２２】
動作帯域幅にわたる、組み合わせた最大の平均分散スロープは、ボックス２１の１つのコーナーから反対側のコーナーに及ぶ破線の対角線２２の傾斜で表される。したがって、この実例では、組み合わせた最大の平均分散スロープは、約０．１３ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍ（すなわち分散±２．０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍを帯域幅３０ｎｍで割ったもの）である。
【００２３】
したがって、図１に示されたシステム１０では、第１のファイバ１１１および第２のファイバ１１２のそれぞれの分散特性および長さは、スパン長さを１５，０００ｋｍと想定して、伝送される信号１１２が、１５３５〜１５６５ｎｍの動作帯域幅を通じて、ＤＳＰ集積回路の分散補償能力、すなわち約３０，０００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以内に入る組み合わせた分散を有するように構成される。第１のファイバ１１１および第２のファイバ１１２は、比較的大きな有効面積、低減衰、および低接続損失を有するようにさらに構成される。
【００２４】
ＯＦＳ  ＵｌｔｒａＷａｖｅファイバなど、現在入手可能ないくつかの正分散（Ｄ＋）ファイバは、一見したところでは上記の基準を満たす長距離システムを構成するのに適切であるように思われる。しかし、これらの解決策の最適化は、伝送帯にわたって分散と分散スロープ補償を整合させるという制約を受ける。この制約により、負分散（Ｄ−）ファイバの有効面積がかなり制限される。
【００２５】
現在入手可能な対のファイバには、上記の基準を満たすものがない。したがって、本発明の一態様は、所望の組み合わせた分散特性を達成するために、現在入手可能な正分散を有する海底伝送ファイバとともに使用するのに適切な、特別に設計された負分散ＤＣＦを提供する。負分散ＤＣＦの波長分散係数は、正分散伝送ファイバの波長分散係数に一致し、その結果、実質的に対称なスパン、すなわち正分散ファイバと負分散ファイバの長さが実質的に等しいスパンによって、必要なスパン分散がもたらされ得る。
【００２６】
スパンが完全に対称でない理由は、２つのファイバのそれぞれの分散関数が、一般に、完全に相補ではないはずであるということである。所望の組み合わせた全分散を達成するには、２つのファイバの相対的長さを調節することが一般に必要となるはずである。本明細書で用いられる用語「実質的に」は、理想的な場合の近似および理想的な場合の両方を含んでいる。したがって、例えば、用語「実質的に等しいスパン」は、構成要素のファイバがほぼ等しい長さを有するスパンと、構成要素のファイバが正確に等しい長さを有するスパンとの両方を指す。
【００２７】
したがって、正分散ファイバ１１１と負分散ファイバ１１２のそれぞれの長さの比は、１：１またはそれに近いものである。この比は、比較的長い正分散係数ファイバ１１１の使用を可能にするものである。標準的なシングルモード・ファイバ（ＳＳＭＦ）は、正分散の第１のファイバ１１１として使用するのに適切なファイバの一例である。一般に、ＳＳＭＦは、少なくとも１６ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの正分散係数を有する。
【００２８】
伝送ファイバ１１１およびＤＣＦ  １１２は、分散スロープを管理する必要性なく、適切なＤＳＰ構成要素によって、長距離伝送リンクの出力を処理することができるような分散特性を有する。分散スロープを管理する必要がないので、伝送ファイバおよびＤＣＦのそれぞれが、ＤＳＰ構成要素による伝送リンク出力の処理可能性を損なうことなく、大きな有効面積および低減衰を有するように構成され得る。
【００２９】
本発明の実施の１つでは、正分散の第１のファイバ１１１は、長距離の海底の用途に適切なシングルモード・ファイバを備え、１５５０ｎｍの伝送波長で、０．０５〜０．０７ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの範囲の分散係数および波長分散スロープを有する。このようなファイバの実例にはＵｌｔｒａＷａｖｅ  ＳＬＡおよびＴｅｒａＷａｖｅ  ＵＬＡが含まれ、これらは、本出願の譲受人であるＯＦＳ  Ｆｉｔｅｌ、ＬＬＣによって製作、販売されている。
【００３０】
図３は、１５５０ｎｍの伝送波長における新規のファイバの特性を説明する表３０を示す。新規のファイバの波長分散係数は、−１６から−２５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にあって平均値が−２０．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであり、波長分散スロープは、０．０４から０．０２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの範囲にあって平均値が０．０３ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍである。新規のファイバの有効面積は、４５から７０μｍ２の範囲にあって平均値が５７．５μｍ２である。新規のファイバの損失は、０．２００から０．２１５ｄＢ／ｋｍの範囲にあって平均値が０．２０７５ｄＢ／ｋｍである。
【００３１】
図４は、第１のファイバ（線４１）および第２のファイバ（線４２）に関する分散関数およびそれらを組み合わせた平均分散関数（破線４３）を示すグラフ４０である。本議論のために、３つの分散関数４１、４２、および４３は、それらの平均値に基づいて直線として描かれているが、本議論は、様々な長さのファイバが非直線の（すなわち曲線状の）分散関数を有する伝送システムにも当てはまることが理解されよう。
【００３２】
グラフ４０は、第１のファイバおよび第２のファイバのそれぞれの分散および分散スロープが、伝送帯にわたって非ゼロの残留分散へと結合する様子を示す。グラフ４０では、第１のファイバと第２のファイバが正確な相補分散特性を有し、したがって、このスパンは、長さが等しい第１のファイバおよび第２のファイバを備えると想定されている。上記で論じたように、第１のファイバの分散特性と第２のファイバの分散特性が正確に一致しない場合には、所望の組み合わせた全出力分散を達成するために、一般に、第１のファイバと第２のファイバの相対的長さを調節することが必要になる。その場合、組み合わせた分散スロープの平均を計算する際に、使用されている別々の量の２つのファイバを考慮に入れることが必要になる。
【００３３】
グラフ４０では、第１のファイバの分散関数は線４１で示されており、１５５０ｎｍで２０．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの正分散係数を示す。０．０６ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの一定の正分散スロープを想定すると、分散係数は、１５３５ｎｍにおける１９．６ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１５６５ｎｍにおける２１．４ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にある。
【００３４】
第２のファイバの分散関数は線４１で示されており、１５５０ｎｍで−２０．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの負分散係数を示す。ファイバが０．０３ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの一定の正分散スロープを有すると想定すれば、ファイバの分散係数は、１５３５ｎｍにおける−２０．９５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１５６５ｎｍにおける−２０．０５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にある。
【００３５】
組み合わせた平均分散関数は、破線４３で示されており、１５５０ｎｍでゼロ分散係数を示す。平均分散スロープは０．０４５ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍである。したがって、組み合わせた平均分散係数は、１５３５ｎｍにおける−０．０６７５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから１５６５ｎｍにおける０．０６７５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にある。比較のために、グラフ４０の中に図２からのボックス２１の輪郭を描くのに破線を用いた。組み合わせた平均分散が、申し分なく必要な境界の範囲内にあることが理解されよう。
【００３６】
図５は、長さが１００ｋｍの第１のファイバおよび第２のファイバを備える１５，０００ｋｍの伝送スパンの蓄積される分散を示すグラフ５０である。説明のために、第１のファイバと第２のファイバは、正確な相補分散特性を有し、ファイバ長と分散の蓄積の間には完全な直線状の関係があると想定されている。
【００３７】
上向き傾斜の線部分５１によって示されるように、第１のファイバが１５５０ｎｍにおいて２０．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの正分散係数を有すると想定すると、第１のファイバのそれぞれの１００ｋｍの部分が、１５５０ｎｍで２，０５０ｐｓ／ｎｍの分散の蓄積を招く。下向き傾斜の線部分５２によって示されるように、第２のファイバが１５５０ｎｍにおいて−２０．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの負分散係数を有すると想定すると、第１のファイバのそれぞれの１００ｋｍの部分が、１５５０ｎｍで２，０５０ｐｓ／ｎｍだけ分散の蓄積を低減する。したがって、それぞれ２００ｋｍの第１のファイバと第２のファイバの対は、１５５０ｎｍにおける分散の蓄積がゼロである。１５，０００ｋｍの伝送スパンは、このような第１のファイバと第２のファイバの対を７５本用いる。
【００３８】
しかし、上記で論じたように、第１のファイバと第２のファイバは、非ゼロの組み合わせた分散スロープを有する。したがって、グラフ５０は、１５，０００ｋｍの伝送距離において、１５５０ｎｍでは分散の蓄積がゼロであることを示しているが、１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ帯域幅の中には、分散が蓄積される他の波長が存在することになる。２つのファイバの組み合わせた平均分散スロープが０．０４５ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍであると想定すると、これは、動作帯域幅の全域で、スパン出力における分散値の予想範囲が約±１０，０００ｐｓ／ｎｍになり、したがって現在入手可能なＤＳＰ集積回路によって処理可能であることを意味する。
【００３９】
図６は、本発明のさらなる態様による、前述の分散特性を有する例示的ＤＣＦの設計６０の断面図（原寸に比例したものではない）を示す。ファイバ６０は、石英または他の適切な材料から製作され、コア６１と、コアを取り囲む複数のクラッド層６２〜６５とを含む。コアおよびクラッド層は、ファイバ材料に付加される、屈折率を増加させる（ｉｎｄｅｘ−ｒａｉｓｉｎｇ）化学的ドーパントおよび屈折率を減少させる（ｉｎｄｅｘ−ｌｏｗｅｒｉｎｇ）化学的ドーパントを使用することによって作製される。示されたファイバは，化学的気相堆積法など（ＭＣＶＤ）を用いて製作することができる。
【００４０】
図７は、ファイバ６０に関する例示的屈折率プロファイル７０を示す。屈折率プロファイル７０において、Ｘ軸はファイバを横切って延在する直径を表し、屈折率値７１〜７５はファイバ領域６１〜６５に対応する。屈折率値７１〜７５は、ファイバ６０の長さのずっと先へ延在する複数の導波路をもたらすように構成される。
【００４１】
本発明の実施によれば、最も外側のクラッド層６５は非ドープの石英から製作される。外側のクラッド６５の屈折率ｎ０は、他のファイバ領域のそれぞれの屈折率ｎ１〜ｎ４のそれぞれから減算される基準線の基準値として用いられ、各ファイバ領域に関するそれぞれの屈折率差Δｎ１〜Δｎ４をもたらす。
【００４２】
図６および図７に示されるように、ファイバ６０は以下の領域を含んでいる。
１．ファイバ６０の中心にはコア領域６１／７１があり、半径ｒ１、屈折率ｎ１、および屈折率差Δｎ１＝ｎ１−ｎ０を有する。コア領域６１／７１は、比較的大きなΔｎ１をもたらすために、ゲルマニウムまたは屈折率を上昇させる他の適切な化学物質でアップドープされた石英によって与えられ、屈折率プロファイル７０における中央のスパイク７１をもたらす。
２．環状の「内側トレンチ」領域６２／７２は、コア領域６１／７１を取り囲み、内側半径ｒ１、外側半径ｒ２、屈折率ｎ２、および屈折率差Δｎ２＝ｎ２−ｎ０を有する。トレンチ領域６２／７２は、外側のクラッドｎ０より低い屈折率ｎ２（すなわちΔｎ２は負である）をもたらすために、フッ素または他の屈折率を減少させる化学物質でダウンドープされた石英から形成される。
３．環状の「リング」領域６３／７３は、トレンチ領域６２／７２を取り囲み、内側半径ｒ２、外側半径ｒ３、屈折率ｎ３、および屈折率差Δｎ３＝ｎ３−ｎ０を有する。トレンチ領域６３／７３は、外側のクラッドより高い屈折率（すなわちΔｎ３は正である）をもたらすために、フッ素または他の屈折率を増加させる化学物質でアップドープされた石英から形成される。
４．環状の「外側トレンチ」領域６４／７４は、リング領域６３／７３を取り囲み、内側半径ｒ３、外側半径ｒ４、屈折率ｎ４、および屈折率差Δｎ４＝ｎ４−ｎ０を有する。トレンチ領域６４／７４は、外側のクラッドｎ０よりわずかに低い屈折率ｎ４（すなわちΔｎ４は負である）をもたらすために、フッ素または他の屈折率を減少させる化学物質でダウンドープされた石英から形成される。
５．外側のクラッド６５／７５は、外側のトレンチ領域６４／７４を取り囲み、内側半径ｒ４、外半径ｒ０、屈折率ｎ０、および屈折率差Δｎ０＝ｎ０−ｎ０＝０を有する。
【００４３】
ファイバ６０の設計は、本明細書では、一般に「改良型トリプルクラッド設計」と称され、コアが、トレンチ・クラッド層６２、リング・クラッド層６３、ならびに複合の第３のクラッド６４０、すなわち浅い外側のトレンチ６４および外側のクラッド６５で取り囲まれる。このタイプの設計は、「４部からなるクラッド設計」とも称され得る。例えば、完全に非ドープの石英から第３のクラッド６４０が製作される設計、すなわちファイバが外側のトレンチ６４を含んでいない設計を含む、他のタイプの設計を伴う特許請求された発明を実施することができることが理解されよう。
【００４４】
前述のように、本実例では、ファイバ６０は、屈折率を増加させるドーパントとしてゲルマニウムを用い、屈折率を減少させるドーパントおよびフッ素を用いて石英から形成される。しかし、説明された発明が、他の適切な材料もしくはドーパント、またはそれらの組合せを用いて実施され得ることが理解されよう。さらに、屈折率プロファイル６０は、各ファイバ領域が、その幅の全域で同一の屈折率を有する「段の」プロファイルを示すが、実際の実施では、それぞれのファイバ領域の変化が、特に、隣接した領域間の境界に近接して存在することになる。それに加えて、説明された発明は、段階的な屈折率プロファイルを含む設計で実施され得ることがさらに理解されよう。
【００４５】
既に言及されたものに加えて、対象の別の光ファイバ特性には偏光モード分散（ＰＭＤ）がある。現況技術のケーブルに対する許容限度の範囲内のＰＭＤは、まさに論じられた特性および屈折率プロファイルを有する光ファイバでは一般的である。これらの光ファイバのＰＭＤに関する有効な仕様は、０．０４ｐｓ／ｋｍ１／２以下である。
【００４６】
上記で説明されたＤＣＦは、特に、対になった長さの正分散係数のファイバおよび負分散係数のファイバを使用する海底伝送ケーブルの用途向けに設計される。しかし、これらの独特な伝送特性を有する光ファイバに対して、他の用途が見いだされる可能性があることを理解されたい。
【００４７】
結論
前述の説明は、当業者による本発明の実施を可能にすることになる詳細を含んでいるが、この説明は本来例示的であり、これらの教示の利益を有する当業者には、多くの修正形態および変形形態が明らかになるはずであることを理解されたい。したがって、本明細書の発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義され、特許請求の範囲は、従来技術によって可能な限り広義に解釈されることが意図されている。
【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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【外国語明細書】
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