(57)【要約】【課題】  充分な非線型性を有するとともに、カットオフ波長が短くなる光ファイバ、非線型性光ファイバ、及びそれを用いた光増幅器を提供する。【解決手段】  高非線型性を有する光ファイバ（非線型性光ファイバ）の構造として、コア領域１０の外周に第１クラッド領域２０及び第２クラッド領域３０を設けたダブルクラッド構造を用いる。ダブルクラッド構造を採用することにより、非線型係数γを大きくするために、コア内に添加されるＧｅＯ２の添加濃度を高くして非線型屈折率を高くし、また、コアとクラッドとの比屈折率差を大きくして有効断面積Ａｅｆｆを小さくした場合でも、カットオフ波長λｃを充分に短くすることが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の最大値がｎ１であるコア領域と、前記コア領域の外周に設けられ、屈折率の最小値がｎ２（ただしｎ２＜ｎ１）である第１クラッド領域と、前記第１クラッド領域の外周に設けられ、屈折率の最大値がｎ３（ただしｎ２＜ｎ３＜ｎ１）である第２クラッド領域とを少なくとも備えるとともに、波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、
１１μｍ２以下の有効断面積と、
２ｍのファイバ長において０．７μｍ以上１．６μｍ以下のカットオフ波長λｃと、
１８／Ｗ／ｋｍ以上の非線型係数と、
を有し、波長λｓの信号光に対する分散値が＋２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上、または−２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、
３．０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失と、
−１５ｄＢ以下の偏波間のクロストークと、
をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、
１．０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失と、
０．３ｐｓ／√ｋｍ以下の偏波モード分散と、
をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コア領域と、前記第２クラッド領域との比屈折率差Δ＋が、前記第２クラッド領域を基準として２．７％以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記第２クラッド領域の外周上に、ハーメチックコートが設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項６】
波長１．３８μｍの光に対するＯＨ基による過剰吸収損失が、０．２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記第２クラッド領域は、フッ素が添加されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記コア領域、前記第１クラッド領域、及び前記第２クラッド領域を含むガラス部の外径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記コア領域、前記第１クラッド領域、及び前記第２クラッド領域を含むガラス部の外周に設けられた被覆部の外径が１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１０】
波長１．００μｍの光に対する特性において、伝送損失が５．０ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１１】
請求項１記載の光ファイバであって、所定波長の光を入力することによって発現される非線型光学現象を利用することを特徴とする非線型性光ファイバ。
【請求項１２】
カットオフ波長がλｃである請求項１１記載の非線型性光ファイバと、
前記非線型性光ファイバに入力される波長λｓの前記信号光に対して、所定波長λｐ（ただしλｃ＜λｐ）の励起光を前記非線型性光ファイバに供給する励起光源とを備えるとともに、
前記非線型性光ファイバにおいて発現される非線型光学現象を利用して、前記信号光を光増幅することを特徴とする光増幅器。
【請求項１３】
前記非線型性光ファイバの前記信号光に対する分散スロープ値が０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２よりも小さいことを特徴とする請求項１２記載の光増幅器。
【請求項１４】
前記信号光の波長λｓは、１．４５μｍ以上１．５３μｍ以下であることを特徴とする請求項１２記載の光増幅器。
【請求項１５】
前記非線型性光ファイバは、前記励起光の波長λｐにおける有効断面積Ａｅｆｆ，ｐと、波長λｐ＋０．１μｍにおける有効断面積Ａｅｆｆ，ｓとが、関係式
（Ａｅｆｆ，ｓ−Ａｅｆｆ，ｐ）
／Ａｅｆｆ，ｐ×１００≧１０％
を満たすことを特徴とする請求項１２記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ、非線型性光ファイバ、及びそれを用いた光増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高強度（高光密度）の光が媒質中を伝搬すると、媒質中において、誘導ラマン効果や四光波混合などの様々な非線型光学現象が生じることが知られている。これらの非線型光学現象は、光ファイバ中における光伝送時にも生じるものであり、このような光ファイバ中での非線型光学現象は、光増幅や波長変換などに用いることができる（例えば、特許文献１：国際公開ＷＯ９９／１０７７０号参照）。
【特許文献１】国際公開ＷＯ９９／１０７７０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光ファイバの非線型性は、次式の非線型係数γ
γ＝（２π／λ）×（ｎ２／Ａｅｆｆ）
によって表される。ここで、λは光の波長、ｎ２は光ファイバ中での非線型屈折率、Ａｅｆｆは光ファイバの有効断面積である。この式より、非線型係数γを大きくするためには、光ファイバのコア内に添加されるＧｅＯ２の添加濃度を高くして非線型屈折率ｎ２を高くするとともに、コアとクラッドとの比屈折率差を大きくして有効断面積Ａｅｆｆを小さくすれば良い。
【０００４】
しかしながら、上記のような構成条件を適用して非線型係数γを大きくした場合、光ファイバのカットオフ波長λｃが長くなってしまうという問題を生じる。特に、光ファイバ中で発生する四光波混合を用いて波長変換を行おうとすると、励起光の波長を光ファイバの零分散波長付近とする必要がある。これに対して、上記の構成ではカットオフ波長λｃが零分散波長よりも長くなり、シングルモードでなくなることから、波長変換の効率が低下してしまう。
【０００５】
また、近年、光伝送システムに用いられる信号光の波長帯域を拡大するため、光増幅器として通常用いられているＥＤＦＡの増幅帯域だけでなく、さらに短波長側である波長１．４５μｍ〜１．５３μｍのＳバンド波長帯域の利用が検討されている。このＳバンド波長帯域に対しては、増幅波長帯域から外れていてＥＤＦＡを用いることができないため、有効な光増幅器がない。また、ラマン増幅器を用いようとすると、高非線型性の光ファイバでは、カットオフ波長λｃが波長１．３μｍ〜１．５μｍ程度の励起光波長よりも長くなり、ラマン増幅の効率が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、充分な非線型性を有するとともに、カットオフ波長が短くなる光ファイバ、非線型性光ファイバ、それを用いた光増幅器、波長変換器、及び光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明による光ファイバは、（１）屈折率の最大値がｎ１であるコア領域と、コア領域の外周に設けられ、屈折率の最小値がｎ２（ただしｎ２＜ｎ１）である第１クラッド領域と、第１クラッド領域の外周に設けられ、屈折率の最大値がｎ３（ただしｎ２＜ｎ３＜ｎ１）である第２クラッド領域とを少なくとも備えるとともに、（２）波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、１１μｍ２以下の有効断面積と、２ｍのファイバ長において０．７μｍ以上１．６μｍ以下のカットオフ波長λｃと、１８／Ｗ／ｋｍ以上の非線型係数と、を有し、波長λｓの信号光に対する分散値が＋２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上、または−２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
この光ファイバでは、シングルクラッド構造ではなく、コア領域の外周に第１及び第２クラッド領域を設けたダブルクラッド構造を用いている。これにより、非線型係数γを大きくするために、コア内に添加されるＧｅＯ２の添加濃度を高くして非線型屈折率を高くし、また、コアとクラッドとの比屈折率差を大きくして有効断面積Ａｅｆｆを小さくした場合でも、カットオフ波長λｃを充分に短くすることが可能となる。また、この構成では、分散スロープを負にすることができる。
【０００９】
なお、クラッドの構造については、上記した第１クラッド領域と第２クラッド領域との中間に、所定の屈折率及び幅を有する１層または複数層の他のクラッド領域をさらに設けた構成としても良い。
【００１０】
また、光ファイバは、波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、３．０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失と、−１５ｄＢ以下の偏波間のクロストークと、をさらに有することが好ましい。これにより、高非線型性の偏波面保持ファイバが得られる。
【００１１】
あるいは、光ファイバは、波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、１．０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失と、０．３ｐｓ／√ｋｍ以下の偏波モード分散と、をさらに有することが好ましい。これにより、偏波モード分散が小さいとともに、伝送損失が低い高非線型性の光ファイバが得られる。
【００１２】
また、コア領域と、第２クラッド領域との比屈折率差Δ＋が、第２クラッド領域を基準として２．７％以上であることを特徴とする。このように大きい比屈折率差とした場合、シングルクラッド構造ではカットオフ波長λｃが長くなるが、ダブルクラッド構造を有する上記の光ファイバの構成によれば、カットオフ波長λｃを充分に短くすることができる。
【００１３】
また、第２クラッド領域の外周上に、ハーメチックコートが設けられていることを特徴とする。上記した光ファイバでは、コアでのＧｅＯ２濃度が高いために水素特性が劣化しやすいが、ハーメチックコートを設けることによって、水素特性を良好に保持することができる。
【００１４】
また、波長１．３８μｍの光に対するＯＨ基による過剰吸収損失が、０．２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。このようにＯＨ基による吸収損失を低減することで、ラマン増幅の励起光波長での伝送損失を低減することができ、また、Ｓバンド波長帯域で伝送される光に対する伝送損失を低減することができる。
【００１５】
また、第２クラッド領域は、フッ素が添加されていることを特徴とする。クラッドにフッ素を添加することでコアとクラッドとの比屈折率差を大きくして、有効断面積Ａｅｆｆを小さくすることができる。また、フッ素の添加によってクラッドの粘性が下がるので、線引温度を低くすることが可能であり、ガラス欠陥の形成が抑制される。したがって、光ファイバでの伝送損失が低減され、また、耐水素特性も良好となる。
【００１６】
また、光ファイバは、コア領域、第１クラッド領域、及び第２クラッド領域を含むガラス部の外径が１００μｍ以下であることを特徴とする。あるいは、ガラス部の外径がさらに９０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
このように、ガラス部の外径を細径とすることにより、ガラス部の外周に設けられる被覆部を細径とした場合においても、充分な強度の光ファイバとすることができる。また、光ファイバの曲げに対する強度が向上される。
【００１８】
また、コア領域、第１クラッド領域、及び第２クラッド領域を含むガラス部の外周に設けられた被覆部の外径が１５０μｍ以下であることを特徴とする。あるいは、被覆部の外径がさらに１２０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
このように、被覆部の外径を細径とすることにより、光ファイバをコイル化し光増幅器モジュールあるいは波長変換器モジュールなどとして用いる場合に、モジュールを小型化することができる。また、同一サイズのモジュールであれば、より長い光ファイバを収容できる。
【００２０】
また、波長１．００μｍの光に対する特性において、伝送損失が５．０ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。あるいは、波長１．００μｍの光に対する特性において、伝送損失がさらに３．０ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
このように、短波長側での伝送損失を低くすることにより、ラマン増幅での励起光波長における伝送損失が低減されるなど、良好な特性を有する光ファイバとして用いることができる。
【００２２】
本発明による非線型性光ファイバは、上記した光ファイバであって、所定波長の光を入力することによって発現される非線型光学現象を利用することを特徴とする。本光ファイバにおける高い非線型性を積極的に利用することによって、様々な用途に適用することが可能であるとともに良好な特性を有する非線型性光ファイバが得られる。
【００２３】
本発明による光増幅器は、（ａ）カットオフ波長がλｃである上記した非線型性光ファイバと、（ｂ）非線型性光ファイバに入力される波長λｓの信号光に対して、所定波長λｐ（ただしλｃ＜λｐ）の励起光を非線型性光ファイバに供給する励起光源とを備えるとともに、（ｃ）非線型性光ファイバにおいて発現される非線型光学現象を利用して、信号光を光増幅することを特徴とする。
【００２４】
このような構成からなる光増幅器は、非線型性光ファイバ中で生じる誘導ラマン効果を用いたラマン増幅器として利用可能である。また、上記した構成の非線型性光ファイバによれば、カットオフ波長λｃを励起光（ポンプ光）の波長λｐよりも短くすることができ、シングルモードで高効率に光増幅を行うことができる。
【００２５】
また、非線型性光ファイバの波長λｓの信号光に対する分散値が＋２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上、または−２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であることを特徴とする。このように、分散値に零でない適当な値を持たせることで、波長多重（ＷＤＭ）信号光の増幅時における四光波混合の発生を防止することができる。
【００２６】
あるいは、非線型性光ファイバの波長λｓの信号光に対する分散値が−１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であるとともに、その有効断面積が１０μｍ２以下であることを特徴とする。このような光増幅器は、分散が正であるような伝送路の分散補償器としても用いることができる。
【００２７】
この場合、非線型性光ファイバの波長λｓの信号光に対する分散スロープ値が０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２よりも小さいことが好ましい。ダブルクラッド構造の光ファイバでは、このように分散スロープを負とすることができ、これによって、分散及び分散スロープが正であるような伝送路の分散と同時に分散スロープをも補償することが可能となる。
【００２８】
また、信号光の波長λｓは、１．４５μｍ以上１．５３μｍ以下であることを特徴とする。このような信号光の波長範囲を増幅波長帯域とすることによって、Ｓバンド波長帯域の信号光に対する光増幅器として利用することができる。また、カットオフ波長λｃを上記のように短波長にできるので、シングルモードで高効率に光増幅を行うことができる。
【００２９】
また、非線型性光ファイバは、励起光の波長λｐにおける有効断面積Ａｅｆｆ，ｐと、波長λｐ＋０．１μｍにおける有効断面積Ａｅｆｆ，ｓとが、関係式
（Ａｅｆｆ，ｓ−Ａｅｆｆ，ｐ）
／Ａｅｆｆ，ｐ×１００≧１０％
を満たすことを特徴とする。
【００３０】
ここで、励起光の波長λｐに０．１μｍを加えた波長λｐ＋０．１μｍは、ほぼ光増幅される信号光の波長λｓに相当する。したがって、上記した関係式によれば、有効断面積Ａｅｆｆ，ｐを小さくすることによって、励起光に対応する波長λｐの光に対する非線型性を高めて、光増幅の効率を向上することができる。また、有効断面積Ａｅｆｆ，ｓを大きくすることによって、信号光にほぼ対応する波長λｐ＋０．１μｍの光に対する非線型性を低くして、信号光の伝送品質の劣化を抑制することができる。
【００３１】
本発明による波長変換器は、（ａ）カットオフ波長がλｃである上記した非線型性光ファイバと、（ｂ）非線型性光ファイバに入力される波長λｓ（ただしλｃ＜λｓ）の信号光に対して、所定波長λｐ（ただしλｃ＜λｐ）の励起光を非線型性光ファイバに供給する励起光源とを備えるとともに、（ｃ）非線型性光ファイバにおいて発現される非線型光学現象を利用して、信号光を波長変換し、波長λｓ’（ただしλｃ＜λｓ’）の変換光を出力することを特徴とする。
【００３２】
このような構成からなる波長変換器は、非線形性光ファイバ中で生じる四光波混合を用いた波長変換器として利用可能である。また、上記した構成の非線形性光ファイバによれば、信号光、変換光、及び励起光の波長よりもカットオフ波長λｃを短くすることができ、シングルモードで高効率に波長変換を行うことができる。また、信号光も、モード分散の影響を受けずに良好な伝送特性を保持することができる。
【００３３】
また、出力される変換光の光パワーが、入力される信号光の光パワーよりも大きいことを特徴とする。このような波長変換器は、パラメトリック増幅を用いた光増幅器としても用いることができる。
【００３４】
また、非線型性光ファイバの波長λｐの励起光に対する分散値が−０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上＋０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であることを特徴とする。このように、非線型性光ファイバの励起光波長での分散値を零分散近傍とすることによって、信号光、励起光、変換光の位相が整合する条件を実現して、高効率で四光波混合を生じさせることができる。
【００３５】
また、変換光の波長λｓ’は、１．４５μｍ以上１．５３μｍ以下であることを特徴とする。このような変換光の波長範囲を変換波長帯域とすることによって、Ｓバンド波長帯域の変換光が得られる波長変換器として利用することができる。また、カットオフ波長λｃを上記のように短波長にできるので、シングルモードで高効率に波長変換を行うことができる。
【００３６】
本発明による光ファイバの製造方法は、（１）ＧｅＯ２が所定量添加されたＳｉＯ２からなり、コア領域となるコア用ガラスロッドを、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法で合成するとともに所定の外径となるように延伸して作成する第１の工程と、（２）Ｆが所定量添加されたＳｉＯ２からなり、第１クラッド領域となる第１クラッド用ガラスパイプを、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法で合成するとともに所定の内径及び外径となるように延伸して作成する第２の工程と、（３）第１クラッド用ガラスパイプの内面に所定のガスを流すとともに加熱して、その内周表面を平滑にするためのエッチングを行う第３の工程と、（４）第１クラッド用ガラスパイプ内にコア用ガラスロッドを挿入し、１３００℃以上の所定温度で空焼きした後、加熱一体化して中間ガラスロッドとする第４の工程と、（５）中間ガラスロッドにおいてコア領域及び第１クラッド領域の外径の比を調整した後、中間ガラスロッドの外周上に第２クラッド領域となるガラス体を形成して、光ファイバプリフォームを作成する第５の工程と、（６）光ファイバプリフォームを加熱線引して、屈折率の最大値がｎ１であるコア領域と、コア領域の外周に設けられ、屈折率の最小値がｎ２（ただしｎ２＜ｎ１）である第１クラッド領域と、第１クラッド領域の外周に設けられ、屈折率の最大値がｎ３（ただしｎ２＜ｎ３＜ｎ１）である第２クラッド領域とを少なくとも備える光ファイバを作成する第６の工程と、を備え、（７）第４の工程におけるコア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプの加熱一体化を、その加熱温度を１８００℃以下とし、コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを５μｍ以下とし、第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを５μｍ以下とし、コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内でのＧｅＯ２濃度の最大値を５ｍｏｌ％以下とした条件で行うとともに、（８）第６の工程において、波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、１１μｍ２以下の有効断面積と、２ｍのファイバ長において０．７μｍ以上１．６μｍ以下のカットオフ波長λｃと、１８／Ｗ／ｋｍ以上の非線型係数と、を有する光ファイバを作成することを特徴とする。
【００３７】
このような光ファイバの製造方法によれば、高い非線型性を有するダブルクラッド構造の光ファイバを、伝送損失が低減されるなどの良好な伝送特性によって作成することができる。
【００３８】
また、光ファイバの製造方法は、第６の工程において、波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、１．０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失と、０．３ｐｓ／√ｋｍ以下の偏波モード分散と、をさらに有する上記光ファイバを作成することを特徴とする。これにより、偏波モード分散が小さいとともに、伝送損失が低い高非線型性の光ファイバが得られる。
【００３９】
あるいは、光ファイバの製造方法は、第５の工程と、第６の工程との間に、第５の工程で得られた光ファイバプリフォームを第３中間ガラス体とし、第３中間ガラス体の第１クラッド領域または第２クラッド領域に開孔部を形成した後、開孔部内に応力付与部となるガラスロッドを挿入して、光ファイバプリフォームを作成する第７の工程をさらに備え、第６の工程において、第７の工程で作成された光ファイバプリフォームを加熱線引して、コア領域と、第１クラッド領域と、第２クラッド領域と、コア領域に応力を付与する応力付与部とを少なくとも備えるとともに、波長１．５５μｍの光に対する諸特性として、３．０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失と、−１５ｄＢ以下の偏波間のクロストークと、をさらに有する上記光ファイバを作成することを特徴とする。これにより、高非線型性の偏波面保持ファイバが得られる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明による光ファイバでは、シングルクラッド構造ではなく、コア領域の外周に第１及び第２クラッド領域を設けたダブルクラッド構造を用いている。これにより、非線型係数γを大きくするために、コア内に添加されるＧｅＯ２の添加濃度を高くして非線型屈折率を高くし、また、コアとクラッドとの比屈折率差を大きくして有効断面積Ａｅｆｆを小さくした場合でも、カットオフ波長λｃを充分に短くすることが可能となる。また、この構成では、分散スロープを負にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面とともに本発明による光ファイバ、非線型性光ファイバ、それを用いた光増幅器、波長変換器、及び光ファイバの製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００４２】
図１は、本発明による光ファイバの第１の実施形態の断面構造、及びファイバ径方向（図中の線Ｌで示された方向）の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。なお、図１に示された屈折率プロファイルの横軸は、スケールは異なるが、図中の断面構造に示された線Ｌに沿った、光ファイバの中心軸に対して垂直な断面上の各位置に相当している。また、屈折率プロファイルの縦軸について、比較のため、純ＳｉＯ２での屈折率を点線によって示している。また、屈折率プロファイルにおける各領域については、光ファイバの断面構造における各領域と同一の符号を付している。
【００４３】
この光ファイバは、ＳｉＯ２（石英ガラス）を主成分とする光導波路であり、光ファイバの中心軸を含むコア領域１０と、コア領域１０の外周に設けられた第１クラッド領域２０と、第１クラッド領域２０の外周に設けられた第２クラッド領域３０とを有して構成されている。
【００４４】
コア領域１０は、その外径（直径）を２ｒ１とするとともに、純ＳｉＯ２ガラスに屈折率を上げる添加物としてＧｅＯ２が所定量添加されて、屈折率の最大値がｎ１（ただしｎ１＞ｎ０、ｎ０は純ＳｉＯ２の屈折率）となるように形成されている。また、本実施形態のコア領域１０は、図１に示すように、光ファイバの中心軸近傍でＧｅＯ２の添加量及び屈折率が最大となるグレーデッド型の屈折率分布とされている。
【００４５】
一方、第１クラッド領域２０は、その外径を２ｒ２とするとともに、純ＳｉＯ２ガラスに屈折率を下げる添加物としてＦが所定量添加されて、屈折率の最小値がｎ２（ただしｎ２＜ｎ０、ｎ２＜ｎ１）となるように形成されている。また、第２クラッド領域３０は、その外径を２ｒ３とするとともに、純ＳｉＯ２ガラス、または純ＳｉＯ２ガラスに屈折率を下げる添加物としてＦが所定量添加されて、屈折率の最大値がｎ３（ただしｎ３≦ｎ０、ｎ２＜ｎ３＜ｎ１）となるように形成されている。
【００４６】
ここで、各部における比屈折率差を、第２クラッド領域３０での屈折率ｎ３を基準として定義することとする。このとき、図１に示すように、コア領域１０での屈折率ｎ１に対応する比屈折率差はΔ＋＝（ｎ１−ｎ３）／ｎ３×１００（％）、また、第１クラッド領域２０での屈折率ｎ２に対応する比屈折率差はΔ−＝（ｎ２−ｎ３）／ｎ３×１００（％）と定義される。
【００４７】
本実施形態による光ファイバにおいては、シングルクラッド構造ではなく、コア領域１０の外周に第１クラッド領域２０及び第２クラッド領域３０を設けたダブルクラッド構造を用いている。シングルクラッド構造を有する光ファイバでは、非線型係数γを大きくすると、カットオフ波長λｃが長くなってしまうという問題を生じる。
【００４８】
これに対して、上記のようにダブルクラッド構造を採用することにより、非線型係数γを大きくするために、コア内に添加されるＧｅＯ２の添加濃度を高くして非線型屈折率を高くし、また、コアとクラッドとの比屈折率差を大きくして有効断面積Ａｅｆｆを小さくした場合でも、カットオフ波長λｃを充分に短くすることが可能となる。また、この構成では、分散スロープを負にすることができる。
【００４９】
なお、クラッドの構造については、上記した第１クラッド領域と第２クラッド領域との中間に、所定の屈折率及び幅を有する１層または複数層の他のクラッド領域をさらに設けた構成としても良い。
【００５０】
本実施形態の光ファイバは、所定波長（所定の波長帯域内）の光を入力することによって発現される非線型光学現象を利用することによって、様々な用途に適用することが可能であるとともに良好な特性を有する非線型性光ファイバとして用いることができる。特に、非線型係数γを大きくすると同時にカットオフ波長λｃが充分に短くされるので、非線型光学現象を利用する高効率な光デバイスが実現可能となる。なお、光ファイバの具体的な諸特性については、さらに詳しく後述する。
【００５１】
図１に示した構成からなる光ファイバ（非線型性光ファイバ）を作成するための光ファイバの製造方法について、その一例を説明する。本製造方法においては、コア領域１０及び第１クラッド領域２０を、ＶＡＤ法やＯＶＤ法でのスス付けによって一括合成するのではなく、別々にコア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプを作成した後、それらを加熱一体化する方法を用いている。
【００５２】
まず、上記した光ファイバのコア領域１０となるコア用ガラスロッドを作成する（第１の工程）。ここでは、ＳｉＯ２を主成分とし屈折率を高くする添加物としてＧｅＯ２が所定量添加されたガラスロッドを、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法によって合成した後、所定の外径となるように延伸してコア用ガラスロッドとする。
【００５３】
また、光ファイバの第１クラッド領域２０となる第１クラッド用ガラスパイプを作成する（第２の工程）。ここでは、ＳｉＯ２を主成分とし屈折率を低くする添加物としてＦが所定量添加されたガラスパイプを、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法によって合成した後、所定の内径及び外径となるように延伸して第１クラッド用ガラスパイプとする。
【００５４】
また、得られた第１クラッド用ガラスパイプに対して、ガラスパイプの内周表面を平滑にするための気相エッチングを行う（第３の工程）。ここでは、ＳＦ６などの所定のガスを第１クラッド用ガラスパイプの内面に流す（例えば、ＳＦ６＋Ｃｌ２雰囲気とする）とともに加熱して、パイプ内面をエッチングする。
【００５５】
次に、得られたコア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプを加熱一体化する（第４の工程）。第１クラッド用ガラスパイプ内にコア用ガラスロッドを挿入し、後述する手順及び条件によって加熱一体化して、中間ガラスロッドを作成する。
【００５６】
続いて、中間ガラスロッドでのコア領域及び第１クラッド領域の外径の比を、所定の比となるように調整した後、中間ガラスロッドの外周上に第２クラッド領域３０となるガラス体を形成して、光ファイバプリフォームを作成する（第５の工程）。
【００５７】
ここで、中間ガラスロッドにおける外径の比の調整については、例えば、その外周部をＨＦ溶液等により研削することによって行う。この研削は、加熱一体化またはその延伸の工程において熱源として酸水素火炎等の火炎を用い、その火炎がガラス表面に接触しているような場合には、ガラス表面に付着したＯＨ基や金属等の火炎中の不純物を除去するために必要である。
【００５８】
また、第２クラッド領域３０となるガラス体の合成については、例えば、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法によって合成しても良い。あるいは、ロッドインコラプスによって形成するか、ロッドインコラプスの後にさらにＶＡＤ法またはＯＶＤ法での合成を行っても良い。
【００５９】
そして、得られた光ファイバプリフォームを加熱線引して、光ファイバを作成する（第６の工程）。以上の工程により、図１に示したダブルクラッド構造を有する光ファイバが得られる。
【００６０】
コア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプを加熱一体化する第４の工程について、その手順及び条件をさらに説明する。
【００６１】
ダブルクラッド構造を有する光ファイバの製造方法において、コア領域及び第１クラッド領域を一括合成すると、コア領域のＧｅＯ２添加濃度が高い上に、第１クラッド領域のＦ添加濃度も高いので、添加物が拡散しやすいガラス微粒子体（スス体）内でそれぞれが相互拡散してしまう。このとき、ＧｅＦ４やＧｅＯなどの欠陥が生じて、伝送損失が劣化することとなる。また、ＭＣＶＤ法で高濃度のＧｅＯ２添加ＳｉＯ２ガラスを合成しようとすると、伝送損失が大きく劣化するという問題もある。
【００６２】
これに対して、上記した製造方法では、コア領域１０及び第１クラッド領域２０を別々に合成（第１、第２の工程）した後に、加熱一体化（第４の工程）している。ただし、この場合でも、加熱一体化の際にＧｅＯ２とＦとが反応してＧｅＯ等の気体となり、コア領域１０及び第１クラッド領域２０の界面に気泡として残留することがある。このとき、残留した気泡によって光ファイバの特性が劣化してしまう。
【００６３】
このような気泡の発生を抑制するため、本製造方法では、加熱一体化を行う第４の工程において、以下の５つの条件のいずれか、またはそれらの組合せによって加熱一体化を行う。すなわち、（１）１８００℃以下の加熱温度で一体化を行う。（２）加熱一体化前にＣｌ２雰囲気において１３００℃以上の所定温度で空焼きする。（３）第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを５μｍ以下とする。（４）コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを５μｍ以下とする。（５）コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を５ｍｏｌ％以下とする。以上の条件のいずれか、またはそれらの組合せを適用して加熱一体化を行うことによって、気泡の発生を抑制することが可能となる。
【００６４】
上記の製造条件の効果について、条件を変えて加熱一体化を実施することによって確認を行った。ここでは、コア用ガラスロッドについては、コア内の屈折率分布形状をほぼ放物線状とし、ＧｅＯ２添加濃度を最大で３０ｍｏｌ％とした。また、加熱一体化時のコア用ガラスロッドの外径（以下、外径及び内径はすべて直径を示す）は６ｍｍであった。一方、第１クラッド用ガラスパイプについては、第１クラッド内の屈折率分布形状をほぼステップ状とし、Ｆ添加濃度を最大で１．５ｍｏｌ％とした。
【００６５】
また、加熱一体化時の第１クラッド用ガラスパイプの外径は３２ｍｍ、内径は９ｍｍであった。得られた第１クラッド用ガラスパイプは、ＳＦ６を３００ｃｍ３／ｍｉｎ、Ｃｌ２を２００ｃｍ３／ｍｉｎ、加熱温度１５００℃（パイロスコープで測定したガラス表面の最高温度）でエッチングして、表面を平滑にした。また、加熱一体化時のパイプ内の雰囲気ガスは、塩素２００ｃｍ３／ｍｉｎ、酸素３００ｃｍ３／ｍｉｎとし、パイプ内の減圧度は１ｋＰａとした。
【００６６】
まず、（１）１８００℃以下の加熱温度で一体化を行う、との条件について、気泡発生の抑制効果を確認した。ここでは、加熱一体化のための加熱温度を１９５０℃〜１８００℃の範囲で変化させて、コア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプの加熱一体化を行った。それ以外の条件については、１３００℃で空焼きを行うとともに、第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を５ｍｏｌ％とした。
【００６７】
このとき、コア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプの界面で生じた気泡の発生個数を、図２に示す。ここで、気泡の発生個数は、コラプス後（ガラスロッド）の長さ１０ｍｍ当たりに発生する気泡の個数によって評価した。図２の表に示すように、気泡の発生個数は、加熱温度を低減することによって減少し、加熱温度１８００℃で気泡がほぼ発生しなくなった。これは、加熱一体化のための加熱温度を低温とすることによって、化学反応の進行が抑制されるためである。
【００６８】
次に、（２）加熱一体化前にＣｌ２雰囲気において１３００℃以上の所定温度で空焼きする、との条件について、気泡発生の抑制効果を確認した。ここでは、空焼きのための空焼き温度を１０００℃〜１３００℃の範囲で変化させて、加熱一体化を行った。それ以外の条件については、加熱温度を１８００℃、第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を５ｍｏｌ％とした。
【００６９】
このとき、コア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプの界面で生じた気泡の発生個数を、図３に示す。図３の表に示すように、気泡の発生個数は、空焼き温度を上昇することによって減少し、空焼き温度１３００℃で気泡がほぼ発生しなくなった。これは、充分な温度で空焼きを行うことによって、表層の不安定なＧｅ化合物やＦ化合物が除去されるとともに、その表面状態が滑らかになるためである。
【００７０】
次に、（３）第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを５μｍ以下とする、との条件について、気泡発生の抑制効果を確認した。ここでは、ガラスパイプの内周表面の粗さを１０μｍ〜５μｍの範囲で変化させて、加熱一体化を行った。それ以外の条件については、１３００℃で空焼きを行うとともに、加熱温度を１８００℃、コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を５ｍｏｌ％とした。
【００７１】
このとき、コア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプの界面で生じた気泡の発生個数を、図４に示す。図４の表に示すように、気泡の発生個数は、第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを低減することによって減少し、表面粗さ５μｍでほぼ気泡が発生しなくなった。これは、表面粗さを充分に滑らかにすることによって、粗い表面部分が気泡発生の核となることが防止されるためである。
【００７２】
次に、（４）コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを５μｍ以下とする、との条件について、気泡発生の抑制効果を確認した。ここでは、ガラスロッドの外周表面の粗さを１０μｍ〜５μｍの範囲で変化させて、加熱一体化を行った。それ以外の条件については、１３００℃で空焼きを行うとともに、加熱温度を１８００℃、第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を５ｍｏｌ％とした。
【００７３】
このとき、コア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプの界面で生じた気泡の発生個数を、図５に示す。図５の表に示すように、気泡の発生個数は、コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを低減することによって減少し、表面粗さ５μｍでほぼ気泡が発生しなくなった。これは、ガラスパイプの場合と同様に、表面粗さを充分に滑らかにすることによって、粗い表面部分が気泡発生の核となることが防止されるためである。
【００７４】
次に、（５）コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を５ｍｏｌ％以下とする、との条件について、気泡発生の抑制効果を確認した。ここでは、上記領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を１０ｍｏｌ％〜５ｍｏｌ％の範囲で変化させて、加熱一体化を行った。それ以外の条件については、１３００℃で空焼きを行うとともに、加熱温度を１８００℃、第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを５μｍとした。
【００７５】
このとき、コア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプの界面で生じた気泡の発生個数を、図６に示す。図６の表に示すように、気泡の発生個数は、ＧｅＯ２濃度の最大値を低減することによって減少し、ＧｅＯ２濃度の最大値５ｍｏｌ％でほぼ気泡が発生しなくなった。これは、表層でのＧｅＯ２濃度が低減されて、気泡が発生しにくくなるためである。
【００７６】
以上の条件、すなわち、１３００℃で空焼きを行うとともに、加熱温度を１８００℃、第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを５μｍ、コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を５ｍｏｌ％とする条件を適用して加熱一体化を行い、気泡のない外径３０ｍｍの中間ガラスロッド（第１中間ガラスロッド）を得た。
【００７７】
そして、その第１中間ガラスロッドを外径８ｍｍまで延伸した後、その外周部を外径５．４ｍｍまでＨＦ溶液により研削して、（コア径）／（第１クラッド径）＝０．３０に調整した。また、この第１中間ガラスロッドとは別に、第２クラッド領域３０の内周側部分となる第２クラッド用ガラスパイプを作成した。この第２クラッド用ガラスパイプは、Ｆ添加濃度が０．７ｍｏｌ％で外径３２ｍｍ、内径８ｍｍのＳｉＯ２ガラスパイプとした。そして、第２クラッド用ガラスパイプ内に第１中間ガラスロッドを挿入し、加熱一体化して、外径３０ｍｍの第２中間ガラスロッドを得た。
【００７８】
次に、得られた第２中間ガラスロッドの外周上に、第２クラッド領域３０の外周側部分となるガラス体を、第２クラッド用ガラスパイプと同様のＦ添加濃度が０．７ｍｏｌ％のＳｉＯ２ガラスとして、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法によって合成して、光ファイバプリフォームを作成した。ここで、（第２クラッド径）／（第１クラッド径）＝７．８とした。
【００７９】
なお、上記した第２クラッド領域３０の合成方法では、その内周側部分を、ガラスパイプの加熱一体化によって形成している。これは、光ファイバとしたときのＯＨ基の混入量を低減するためである。また、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法のスート法によって、その外周側部分を形成している。これは、光ファイバプリフォームを大型化するためのものである。
【００８０】
このような第２クラッド領域３０の合成方法については、個々の条件に応じて様々な方法を用いて良い。例えば、光のパワーフィールド分布がそれほど広がらず、スート法による第２クラッド合成で混入されるＯＨ基の影響が無視できる場合には、ガラスパイプの加熱一体化を行わなくても良い。あるいは、スート法による合成を行わずに、ガラスパイプの加熱一体化のみによって第２クラッドを合成しても良い。
【００８１】
以上の製造方法及び製造条件によって作成された光ファイバプリフォームを加熱線引して、図１に示したダブルクラッド構造の光ファイバを得た。その構成は、コア領域１０の外径２ｒ１＝４．８μｍ、比屈折率差Δ＋＝３．３％、第１クラッド領域２０の外径２ｒ２＝１６μｍ、比屈折率差Δ−＝−０．２５％、第２クラッド領域３０の外径２ｒ３＝１２５μｍであった。
【００８２】
また、波長１．５５μｍの光に対する諸特性は、
分散＝＋０．２２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、
分散スロープ＝＋０．０４５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２、
有効断面積Ａｅｆｆ＝１０．４μｍ２、
カットオフ波長λｃ＝１５１０ｎｍ、
零分散波長＝１５４５ｎｍ、
伝送損失＝０．４６ｄＢ／ｋｍ、
モードフィールド径＝３．６９μｍ、
非線型係数γ＝２０．８／Ｗ／ｋｍ、
偏波モード分散ＰＭＤ＝０．０５ｐｓ／√ｋｍ
で、良好な特性の光ファイバ（非線型性光ファイバ）が得られた。
【００８３】
上記した光ファイバの諸特性は、波長１．５５μｍの光に対する以下の特性条件
１１μｍ２以下の有効断面積Ａｅｆｆ、
２ｍのファイバ長で０．７μｍ以上１．６μｍ以下のカットオフ波長λｃ、
１８／Ｗ／ｋｍ以上の非線型係数γ、
を満たしている。また、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失は、３．０ｄＢ／ｋｍ以下、あるいはさらに１．０ｄＢ／ｋｍ以下の特性条件を満たしている。
【００８４】
このように、ダブルクラッド構造を採用することにより、コアのＧｅＯ２濃度を高くするとともに有効断面積Ａｅｆｆを小さくして、非線型係数γを大きくした場合でも、好適なカットオフ波長λｃを有する高非線型性の光ファイバを得ることができる。
【００８５】
なお、コア領域１０と、第２クラッド領域３０との比屈折率差Δ＋については、有効断面積Ａｅｆｆを充分に小さくするため、Δ＋を２．７％以上とすることが好ましい。このように大きい比屈折率差とした場合、シングルクラッド構造ではカットオフ波長λｃが長くなるが、ダブルクラッド構造によれば、上記のようにカットオフ波長λｃを充分に短くすることができる。
【００８６】
図７は、本発明による光ファイバの第２の実施形態の断面構造、及びファイバ径方向（図中の線Ｌで示された方向）の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【００８７】
この光ファイバは、ＳｉＯ２（石英ガラス）を主成分とする光導波路であり、光ファイバの中心軸を含むコア領域１０と、コア領域１０の外周に設けられた第１クラッド領域２０と、第１クラッド領域２０の外周に設けられた第２クラッド領域３０とを有して構成されている。ここで、第１クラッド領域２０及び第２クラッド領域３０の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００８８】
一方、コア領域１０は、その外径（直径）を２ｒ１とするとともに、純ＳｉＯ２ガラスに屈折率を上げる添加物としてＧｅＯ２が所定量添加されて、屈折率の最大値がｎ１（ただしｎ１＞ｎ０）となるように形成されている。また、本実施形態のコア領域１０は、図７に示すように、光ファイバの中心軸近傍でＧｅＯ２の添加量及び屈折率が最大となるグレーデッド型の屈折率分布とされている。
【００８９】
さらに、コア領域１０内の外周側の所定範囲には、コア領域１０及び第１クラッド領域２０に挟まれるような位置に、中間領域１５が設けられている。この中間領域１５には、図７に示すように角（つの）状に突出した屈折率分布（添加濃度分布）となるように、やや高濃度でＧｅＯ２が添加されている。ここで、中間領域１５の屈折率の最大値をｎ５（ただしｎ５＞ｎ０）、その比屈折率差をΔ５＝（ｎ５−ｎ３）／ｎ３とする。
【００９０】
本実施形態による光ファイバは、第１の実施形態による光ファイバと同様に、シングルクラッド構造ではなく、コア領域１０の外周に第１クラッド領域２０及び第２クラッド領域３０を設けたダブルクラッド構造を用いている。これにより、非線型係数γを大きくするために、コア内に添加されるＧｅＯ２の添加濃度を高くして非線型屈折率を高くし、また、コアとクラッドとの比屈折率差を大きくして有効断面積Ａｅｆｆを小さくした場合でも、カットオフ波長λｃを充分に短くすることが可能となる。また、この構成では、分散スロープを負にすることができる。なお、中間領域１５の効果については、光ファイバの製造方法とともに後述する。
【００９１】
本実施形態の光ファイバも、所定波長（所定の波長帯域内）の光を入力することによって発現される非線型光学現象を利用することによって、様々な用途に適用することが可能であるとともに良好な特性を有する非線型性光ファイバとして用いることができる。
【００９２】
図７に示した構成からなる光ファイバ（非線型性光ファイバ）を作成するための光ファイバの製造方法について、その一例を説明する。
【００９３】
まず、中間領域１５を含むコア領域１０となる領域、及び第１クラッド領域２０となる前駆領域からなるガラス微粒子体（スス体）を合成する。ここで、コア領域１０となる領域は、ＧｅＯ２が最大で３０ｍｏｌ％添加されたＳｉＯ２ガラスとし、その外周部分であって中間領域１５に相当する領域は、ＧｅＯ２が上述のように角状に、ピーク値での添加濃度が５ｍｏｌ％となるように添加されたＳｉＯ２ガラスとした。また、第１クラッド領域２０の前駆領域は、その外周上に、純ＳｉＯ２ガラスとして合成した。
【００９４】
得られたガラス微粒子体（ガラス多孔質体）を焼結炉に入れ、塩素及びヘリウムの混合雰囲気中で１３００℃の加熱温度で加熱して脱水処理した後、ヘリウム雰囲気中で１４００℃の加熱温度で加熱して、コア領域１０及び中間領域１５となる領域を選択的に高密度化（透明化）した。
【００９５】
このとき、このコア領域１０及び中間領域１５となる領域は、高濃度でＧｅＯ２が添加されて高密度化温度が低くされているため、加熱による高密度化の効果が充分に得られる。一方、第１クラッド領域２０の前駆領域は、純ＳｉＯ２ガラスであるために高密度化温度が高く、１４００℃での加熱では高密度化されずにガラス微粒子体のままとなる。
【００９６】
この状態で、１４００℃の加熱温度で、ヘリウム及びＦを添加するＣ２Ｆ６、ＳｉＦ４、ＣＦ４などのガスの混合雰囲気中においてガラス体を加熱し、高密度化されていない第１クラッド領域２０の前駆領域に１ｍｏｌ％の添加濃度でＦを添加して、第１クラッド領域２０を形成する。
【００９７】
ここで、このようにガラス微粒子体の加熱焼結時にＦを添加する場合、通常の方法では、クラッドに添加されるＦがコア領域内にも浸入してしまう。このとき、コア領域の屈折率が低下するとともに、ＧｅＯやＧｅ−Ｆ化合物などの不純物が発生して伝送損失が劣化するという問題を生じる。これに対して、本製造方法では、コア領域１０の外周部分に、ＧｅＯ２が高濃度で添加された中間領域１５を形成しておき、やや低温での加熱によってそれらの領域を選択的に高密度化する。その後にＦの添加を行うことによって、Ｆを第１クラッド領域２０の前駆領域のみに選択的に添加することができる。
【００９８】
得られたガラス体の外周上に、第２クラッド領域３０となるガラス体を形成し、光ファイバプリフォームを作成した。ここで、第２クラッド領域３０については、Ｆが０．３ｍｏｌ％の添加濃度で添加されたＳｉＯ２ガラスとした。また、各領域の外径の比は、（コア径）／（第１クラッド径）＝０．４０、（第２クラッド径）／（第１クラッド径）＝１１．６とした。
【００９９】
以上の製造方法及び製造条件によって作成された光ファイバプリフォームを加熱線引して、図７に示したダブルクラッド構造の光ファイバを得た。その構成は、コア領域１０の外径２ｒ１＝４．３μｍ、比屈折率差Δ＋＝３．１％、中間領域１５の比屈折率差Δ５＝１．０％、第１クラッド領域２０の外径２ｒ２＝１０．８μｍ、比屈折率差Δ−＝−０．２６％、第２クラッド領域３０の外径２ｒ３＝１２５μｍであった。また、コア領域１０の屈折率分布（ＧｅＯ２の添加濃度分布）は、近似的にα〜３．０乗の分布であった。
【０１００】
また、波長１．５５μｍの光に対する諸特性は、
分散＝＋０．９８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、
分散スロープ＝＋０．０３５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２、
有効断面積Ａｅｆｆ＝１０．２μｍ２、
カットオフ波長λｃ＝１４６５ｎｍ、
零分散波長＝１５２０ｎｍ、
伝送損失＝０．４９ｄＢ／ｋｍ、
モードフィールド径＝３．６４μｍ、
非線型係数γ＝２１．５／Ｗ／ｋｍ、
で、良好な特性の光ファイバ（非線型性光ファイバ）が得られた。
【０１０１】
上記した光ファイバの諸特性は、波長１．５５μｍの光に対する以下の特性条件
１１μｍ２以下の有効断面積Ａｅｆｆ、
２ｍのファイバ長で０．７μｍ以上１．６μｍ以下のカットオフ波長λｃ、
１８／Ｗ／ｋｍ以上の非線型係数γ、
を満たしている。また、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失は、３．０ｄＢ／ｋｍ以下、あるいはさらに１．０ｄＢ／ｋｍ以下の特性条件を満たしている。
【０１０２】
このように、ダブルクラッド構造を採用することにより、コアのＧｅＯ２濃度を高くするとともに有効断面積Ａｅｆｆを小さくして、非線型係数γを大きくした場合でも、好適なカットオフ波長λｃを有する高非線型性の光ファイバを得ることができる。
【０１０３】
なお、コア領域１０と、第２クラッド領域３０との比屈折率差Δ＋については、有効断面積Ａｅｆｆを充分に小さくするため、Δ＋を２．７％以上とすることが好ましい。このように大きい比屈折率差とした場合、シングルクラッド構造ではカットオフ波長λｃが長くなるが、ダブルクラッド構造によれば、上記のようにカットオフ波長λｃを充分に短くすることができる。
【０１０４】
本発明による光ファイバ（非線型性光ファイバ）の好適な構成条件及びその諸特性について、さらに検討する。なお、以下に示す光ファイバでの諸特性のうち、波長に依存するものについては、特にことわらない限り、波長１．５５μｍの光に対する特性を示している。
【０１０５】
まず、上記した構成の光ファイバにおける伝送損失について検討する。高い非線型性を有する光ファイバでは、非線型屈折率を大きくして非線型性を高めるため、コア中に高濃度でＧｅＯ２が添加される。このとき、線引時の加熱によって伝送損失の劣化を生じやすい。このような伝送損失の劣化は、線引時の加熱温度を低温とすることによって抑制することができるが、低温での線引では、光ファイバの線引中に過大な張力が印加されてしまうため、光ファイバが破断してしまうという問題がある。
【０１０６】
これに対して、図１及び図７に示したダブルクラッド構造の光ファイバにおいては、光ファイバの体積の大部分を占める第２クラッド領域３０にＦ（フッ素）を添加することが好ましい。これによって、第２クラッド領域３０内の粘度を低下させることができるので、線引温度を低くすることが可能となり、伝送損失の劣化が抑制される。
【０１０７】
この伝送損失の低減について、図８の屈折率プロファイルに示す構造を有する２種類の光ファイバＡ１、Ａ２を試作した。
【０１０８】
光ファイバＡ１は、図８（ａ）に示した屈折率プロファイルを用い、コア領域１０を放物線状の分布形状のＧｅＯ２添加ＳｉＯ２（最大添加濃度３０ｍｏｌ％）、第１クラッド領域２０をＦ添加ＳｉＯ２（添加濃度１．６ｍｏｌ％）、第２クラッド領域３０をＦ添加ＳｉＯ２（添加濃度０．９ｍｏｌ％）として作成した。
【０１０９】
また、光ファイバＡ２は、図８（ｂ）に示した屈折率プロファイルを用い、コア領域１０を放物線状の分布形状のＧｅＯ２添加ＳｉＯ２（最大添加濃度３０ｍｏｌ％）、第１クラッド領域２０をＦ添加ＳｉＯ２（添加濃度１．６ｍｏｌ％）、第２クラッド領域３０を純ＳｉＯ２として作成した。
【０１１０】
また、光ファイバＡ１、Ａ２ともに、線引時の線速を３００ｍ／ｍｉｎとし、張力４Ｎ（４００ｇｗ）で線引した。ここで、光ファイバＡ１のガラス表面での最高温度は１９００℃、光ファイバＡ２のガラス表面での最高温度は２０００℃と、光ファイバＡ１の方が低温での線引が可能であった。
【０１１１】
得られた光ファイバＡ１、Ａ２の諸特性を図９に示す。図９の表より、第２クラッド領域３０にＦを添加した光ファイバＡ１の方が、光ファイバＡ２よりも伝送損失が小さく、また、非線型係数γも大きくなっていることがわかる。
【０１１２】
次に、光ファイバにおけるカットオフ波長λｃ、有効断面積Ａｅｆｆ、及び非線型係数γについて検討する。高い非線型性を有する光ファイバでは、上述したように、コア中に高濃度でＧｅＯ２を添加して非線型屈折率を大きくするとともに、有効断面積Ａｅｆｆを小さくすることが好ましい。このとき、非線型係数γが大きくなる一方で、カットオフ波長λｃが長くなってしまう。これに対して、ダブルクラッド構造の光ファイバを用いれば、非線型係数γを大きくすると同時に、カットオフ波長λｃを充分に短くすることが可能となる。
【０１１３】
また、四光波混合を用いた波長変換に非線型性光ファイバを適用する場合には、位相が整合しなくてはならないので、波長変換の励起光の波長λｐにおける分散値がほぼ零である必要がある。したがって、λｐは零分散波長の近傍にあることが望ましい。波長λｓの信号光に対して、波長変換された変換光の波長λｓ’は、
λｓ’＝λｐ−（λｓ−λｐ）
となる。例えば、波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍのＷＤＭ信号光を、波長１５２５ｎｍの励起光によって一括波長変換すると、変換光の波長は、波長１５２０ｎｍ〜１４９０ｎｍの範囲となる。カットオフ波長λｃは、これらの信号光、変換光、あるいは励起光、増幅光などの波長を考慮して、好適な値とする必要がある。
【０１１４】
このカットオフ波長λｃ、有効断面積Ａｅｆｆ、及び非線型係数γについて、図１０の屈折率プロファイルに示す構造を有する４種類の光ファイバＢ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２を試作した。
【０１１５】
光ファイバＢ１、Ｂ２は、それぞれ図１０（ａ）に示した屈折率プロファイルを用い、コア領域１０をステップ状の分布形状のＧｅＯ２添加ＳｉＯ２、第１クラッド領域２０をＦ添加ＳｉＯ２（添加濃度２．１ｍｏｌ％）、第２クラッド領域３０をＦ添加ＳｉＯ２（添加濃度０．９ｍｏｌ％）として作成した。コア領域１０でのＧｅＯ２添加濃度は、それぞれ異なる値とした。
【０１１６】
また、光ファイバＣ１、Ｃ２は、それぞれ図１０（ｂ）に示した屈折率プロファイルを用い、コア領域１０をステップ状の分布形状のＧｅＯ２添加ＳｉＯ２、第１クラッド領域２０をＦ添加ＳｉＯ２（添加濃度２．１ｍｏｌ％）、第２クラッド領域３０を純ＳｉＯ２として作成した。コア領域１０でのＧｅＯ２添加濃度は、それぞれ異なる値とした。
【０１１７】
さらに、比較のため、シングルクラッド構造の光ファイバＤ１〜Ｄ５を作成した。これらの光ファイバＤ１〜Ｄ５は、それぞれ図１１に示した屈折率プロファイルによって作成した。ここで、符号６０はコア領域を、また、符号７０はシングルクラッド構造によるクラッド領域を示している。
【０１１８】
光ファイバＤ１〜Ｄ５は、それぞれ図１１に示した屈折率プロファイルを用い、コア領域６０をステップ状の分布形状のＧｅＯ２添加ＳｉＯ２、クラッド領域７０をＦ添加ＳｉＯ２（添加濃度０．９ｍｏｌ％）として作成した。コア領域６０でのＧｅＯ２添加濃度は、それぞれ異なる値とした。なお、コア領域６０の比屈折率差Δ＋は、クラッド領域７０を基準としている。
【０１１９】
得られた光ファイバＢ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２の比屈折率差Δ＋、Δ−、及び諸特性を図１２に、また、比較用の光ファイバＤ１〜Ｄ５の比屈折率差Δ＋、及び諸特性を図１３にそれぞれ示す。図１３の表より、シングルクラッド構造の光ファイバＤ１〜Ｄ５では、コア中のＧｅＯ２添加濃度が低くΔ＋が小さいときには、有効断面積Ａｅｆｆが大きく、非線型係数γの値も小さくなっている。また、Δ＋が２．７％以上となると、カットオフ波長が波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍのＷＤＭ信号光の、波長１５２５ｎｍの励起光による一括波長変換での変換光の波長よりも長くなってしまっている。
【０１２０】
これに対して、図１２の表より、ダブルクラッド構造の光ファイバＢ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２では、有効断面積Ａｅｆｆが小さく、また、大きい非線型係数γが得られている。また、例えばΔ＋が４．５％でもカットオフ波長が１４６９ｎｍである（光ファイバＣ２）など、有効断面積Ａｅｆｆが１１μｍ２以下で小さく、かつ、非線型係数γの値が１８／Ｗ／ｋｍ以上で大きいときでも、充分に短いカットオフ波長が実現されている。
【０１２１】
次に、光ファイバにおける耐水素特性について検討する。コア中のＧｅＯ２が高濃度であると、その耐水素特性が劣化しやすい。これに対して、光ファイバの最外層となる第２クラッド領域３０の外周部に、アモルファスカーボンや、シリコンカーバイドなどの水分子や水素分子に対する遮蔽性を有する物質を主成分とするハーメチックコート（図１及び図７に示すハーメチックコート５０を参照）を設けることが好ましい。
【０１２２】
このとき、光ファイバのコア領域及びクラッド領域内への水素の拡散を遮断することができる。また、静疲労係数が１００〜１６０となり、破断確率が極めて小さくされる。これにより、光ファイバの長期的な信頼性を向上することが可能となる。
【０１２３】
以上、検討した光ファイバ（非線型性光ファイバ）の構成、製造方法、及び好適な製造条件に基づいて、本発明の光ファイバに係る光ファイバＥ１〜Ｅ８の８種類の光ファイバを試作した。
【０１２４】
これらの光ファイバＥ１〜Ｅ８は、コア領域１０を近似的にα〜３．０乗の屈折率分布を有するＧｅＯ２添加ＳｉＯ２、第１クラッド領域２０をＦ添加ＳｉＯ２、第２クラッド領域３０をＦ添加ＳｉＯ２または純ＳｉＯ２として作成した。得られた光ファイバＥ１〜Ｅ８の比屈折率差Δ＋、Δ−、第２クラッド領域３０のＦ添加濃度、コア領域１０及び第１クラッド領域２０の外径２ｒ１、２ｒ２、及びそれによる諸特性を図１４の表に示す。なお、示した特性のうち、ＯＨ吸収伝送損失は、ＯＨ基吸収による波長１．３８μｍでの伝送損失の増加分（過剰吸収損失）を示している。
【０１２５】
図１４の表に示す光ファイバＥ１〜Ｅ８の諸特性は、いずれも、波長１．５５μｍの光に対する以下の特性条件
１１μｍ２以下の有効断面積Ａｅｆｆ、
２ｍのファイバ長で０．７μｍ以上１．６μｍ以下のカットオフ波長λｃ、
１．０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失、
０．３ｐｓ／√ｋｍ以下の偏波モード分散ＰＭＤ、
１８／Ｗ／ｋｍ以上の非線型係数γ、
を満たしている。このように、ダブルクラッド構造を採用することにより、コアのＧｅＯ２濃度を高くするとともに有効断面積Ａｅｆｆを小さくして、非線型係数γを大きくした場合でも、好適なカットオフ波長λｃを有する高非線型性の光ファイバを得ることができる。また、偏波モード分散が小さく、かつ伝送損失が低い高非線型性の光ファイバが得られる。
【０１２６】
ここで、波長１．３８μｍの光に対する、ＯＨ基による過剰吸収損失については、０．２ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。図１４に示した光ファイバＥ１〜Ｅ８は、いずれもこの特性条件を満たしている。
【０１２７】
光ファイバ内の所定部位に応力付与部を設けると、偏波面保持光ファイバが得られる。図１５に、そのような偏波面保持光ファイバである光ファイバの他の実施形態の断面構造を示す。この光ファイバにおいては、コア領域１０を挟む左右両側に、Ｂ２Ｏ３添加ＳｉＯ２からなる応力付与部４０がそれぞれ形成されている。このような構成の偏波面保持光ファイバでは、応力付与部４０が損失要因となって伝送損失が劣化する場合があるが、直交偏波間のランダムなカップリングを抑制することができる。これにより、伝送される信号光の品質を良好に保持することが可能となる。
【０１２８】
このような構成からなる光ファイバの製造方法は、図１に示した構成からなる光ファイバについて上述した製造方法とほぼ同様であるが、第５の工程において中間ガラスロッドの外周上に第２クラッド領域３０となるガラス体を形成したものを、そのまま光ファイバプリフォームとせず、これを第３中間ガラス体として、さらに加工を行う。
【０１２９】
すなわち、得られた第３中間ガラス体の第１クラッド領域または第２クラッド領域に開孔して、開孔部を形成する。そして、その開孔部内に、応力付与部４０となるガラスロッドを挿入して、光ファイバプリフォームを作成する。この光ファイバプリフォームを加熱線引することによって、応力付与部４０を有する構成からなる光ファイバが得られる。
【０１３０】
上記した製造方法について、その一例を説明する。ここでは、コア用ガラスロッドについては、コア内の屈折率分布形状をほぼ放物線状とし、ＧｅＯ２添加濃度を最大で３０ｍｏｌ％とした。また、加熱一体化時のコア用ガラスロッドの外径は８ｍｍであった。一方、第１クラッド用ガラスパイプについては、第１クラッド内の屈折率分布形状をほぼステップ状とし、Ｆ添加濃度を最大で１．５ｍｏｌ％とした。
【０１３１】
また、加熱一体化時の第１クラッド用ガラスパイプの外径は３２ｍｍ、内径は９ｍｍであった。得られた第１クラッド用ガラスパイプは、ＳＦ６を３００ｃｍ３／ｍｉｎ、Ｃｌ２を２００ｃｍ３／ｍｉｎ、加熱温度１５００℃（パイロスコープで測定したガラス表面の最高温度）でエッチングして、表面を平滑にした。
【０１３２】
加熱一体化前の空焼きについては、Ｃｌ２を５００ｃｍ３／ｍｉｎ、加熱温度１５００℃で空焼きを行った。加熱一体化時のパイプ内の雰囲気ガスは、塩素２００ｃｍ３／ｍｉｎ、酸素３００ｃｍ３／ｍｉｎとし、パイプ内の減圧度は１ｋＰａとした。
【０１３３】
また、加熱一体化については、加熱温度を１７００℃、第１クラッド用ガラスパイプの内周表面の粗さを３μｍ以下、コア用ガラスロッドの外周表面の粗さを２μｍ以下、コア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度の最大値を３ｍｏｌ％とする条件を適用して加熱一体化を行い、気泡のない外径３０ｍｍの中間ガラスロッド（第１中間ガラスロッド）を得た。
【０１３４】
そして、その第１中間ガラスロッドを外径９ｍｍまで延伸した後、その外周部を外径６ｍｍまでＨＦ溶液により研削して、（コア径）／（第１クラッド径）＝０．４０に調整した。また、この第１中間ガラスロッドとは別に、第２クラッド領域３０の内周側部分となる第２クラッド用ガラスパイプを作成した。この第２クラッド用ガラスパイプは、ほぼ純ＳｉＯ２で外径３２ｍｍ、内径９ｍｍのＳｉＯ２ガラスパイプとした。そして、第２クラッド用ガラスパイプ内に第１中間ガラスロッドを挿入し、加熱一体化して、外径３０ｍｍの第２中間ガラスロッドを得た。
【０１３５】
次に、得られた第２中間ガラスロッドの外周上に、第２クラッド領域３０の外周側部分となるガラス体を、第２クラッド用ガラスパイプと同様のほぼ純ＳｉＯ２のＳｉＯ２ガラスとして、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法によって合成して、第３中間ガラス体を作成した。ここで、（第２クラッド径）／（第１クラッド径）＝１０．８とした。
【０１３６】
さらに、この第３中間ガラス体を外径３６ｍｍまで延伸した。このとき、延伸後の第３中間ガラス体のコア領域１０部分の外径は１．３ｍｍ、第１クラッド領域２０部分の外径は３．３ｍｍであった。この第３中間ガラス体の第２クラッド領域３０部分に、図１５に示す応力付与部４０となる２つの開孔部を形成した。これらの開孔部は、２つの開孔部の中心同士の距離を１５．２ｍｍ、それぞれの開孔部の外径を１０ｍｍとした。また、２つの開孔部それぞれの中心、コア領域１０及び第１クラッド領域２０の中心は、ほぼ一直線上になるようにした。
【０１３７】
形成された開孔部の内周表面の粗さが２μｍ以下になるまで研摩し、研摩材や研削くず等の異物を除去するように、水、アルコール、王水で洗浄した。そして、応力付与部４０となるガラスロッドとして、外径９ｍｍのＢ２Ｏ３添加ＳｉＯ２ガラスロッドを開孔部に挿入し封止して、光ファイバプリフォームを作成した。
【０１３８】
以上の製造方法及び製造条件によって作成された光ファイバプリフォームを加熱線引して、図１５に示した構造の光ファイバを得た。ここで、開孔部に挿入されたガラスロッドは、線引時の加熱によってクラッド領域と一体化されて、応力付与部４０となる。得られた光ファイバの構成は、コア領域１０の外径２ｒ１＝４．６μｍ、比屈折率差Δ＋＝３．０％、第１クラッド領域２０の外径２ｒ２＝１１．６μｍ、比屈折率差Δ−＝−０．５％、第２クラッド領域３０の外径２ｒ３＝１２５μｍであった。
【０１３９】
また、波長１．５５μｍの光に対する諸特性は、
分散＝＋０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、
分散スロープ＝＋０．０４２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２、
有効断面積Ａｅｆｆ＝１０．６μｍ２、
カットオフ波長λｃ＝１３４９ｎｍ、
零分散波長＝１５５０ｎｍ、
伝送損失＝１．５ｄＢ／ｋｍ、
モードフィールド径＝３．７５μｍ、
非線型係数γ＝２０．２／Ｗ／ｋｍ、
偏波間のクロストーク＝−２０ｄＢ（ファイバ長１ｋｍ）
で、良好な特性の光ファイバ（非線型性光ファイバ）が得られた。
【０１４０】
このような構成を有する光ファイバとして、本発明の光ファイバに係る光ファイバＦ１〜Ｆ３の３種類の光ファイバをさらに試作した。
【０１４１】
これらの光ファイバＦ１〜Ｆ３は、光ファイバＥ１〜Ｅ８と同様に、コア領域１０を近似的にα〜３．０乗の屈折率分布を有するＧｅＯ２添加ＳｉＯ２、第１クラッド領域２０をＦ添加ＳｉＯ２、第２クラッド領域３０をＦ添加ＳｉＯ２または純ＳｉＯ２として作成した。得られた光ファイバＦ１〜Ｆ３の比屈折率差Δ＋、Δ−、第２クラッド領域３０のＦ添加濃度、コア領域１０及び第１クラッド領域２０の外径２ｒ１、２ｒ２、及びそれによる諸特性を図１６の表に示す。なお、示した特性のうち、ＯＨ吸収伝送損失は、ＯＨ基吸収による波長１．３８μｍでの伝送損失の増加分（過剰吸収損失）を示している。
【０１４２】
図１６の表に示す光ファイバＦ１〜Ｆ３の諸特性は、いずれも、波長１．５５μｍの光に対する以下の特性条件
１１μｍ２以下の有効断面積Ａｅｆｆ、
２ｍのファイバ長で０．７μｍ以上１．６μｍ以下のカットオフ波長λｃ、
３．０ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失、
−１５ｄＢ以下の偏波間のクロストーク、
１８／Ｗ／ｋｍ以上の非線型係数γ、
を満たしている。このように、ダブルクラッド構造を採用することにより、コアのＧｅＯ２濃度を高くするとともに有効断面積Ａｅｆｆを小さくして、非線型係数γを大きくした場合でも、好適なカットオフ波長λｃを有する高非線型性の光ファイバを得ることができる。また、高非線型性の偏波面保持光ファイバが得られる。
【０１４３】
ここで、波長１．３８μｍの光に対する、ＯＨ基による過剰吸収損失については、０．２ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。図１６に示した光ファイバＦ１〜Ｆ３は、いずれもこの特性条件を満たしている。
【０１４４】
上記した構成及び諸特性を有する光ファイバにおいて、所定波長の光を入力することによって発現される非線型光学現象を利用することによって、高い非線型性が積極的に利用されるとともに、カットオフ波長λｃなどについて良好な特性を有する非線型性光ファイバが得られる。このような非線型性光ファイバは、非線型光学現象を利用する様々な光デバイスに対して適用することが可能である。
【０１４５】
ここで、上記した構成の光ファイバを非線型性光ファイバとして用いる光増幅器や波長変換器などの光デバイスでは、光ファイバをコイル化して収容することによって光デバイスをモジュール化した光モジュール（例えば光増幅器モジュールや波長変換器モジュール）の構成が用いられる場合がある。このような場合には、光ファイバの曲げに対する強度や曲げ損失の変化を含む曲げ特性などの諸特性について、モジュール化に好適なように光ファイバの特性を保持する必要がある。
【０１４６】
これに対して、光ファイバの構成としては、光ファイバのガラス部の外径を１００μｍ以下とすることが好ましい。あるいは、ガラス部の外径をさらに９０μｍ以下とすることが好ましい。このように、ガラス部の外径を細径とすることにより、ガラス部の外周に設けられる被覆部を細径とした場合においても、曲げに対する強度も含めて、充分な強度の光ファイバとすることができる。
【０１４７】
例えば、光ファイバの曲げに対する強度について考えると、コイル化して光モジュール内に収容するために光ファイバを曲げた場合、光ファイバのガラス部内の各部に曲げ応力が発生する。この曲げ応力は、光ファイバの曲げに対する強度により、光ファイバの破断などの原因となる。
【０１４８】
具体的には、光ファイバを曲げてコイル状に巻いた場合、光ファイバのガラス部の中心部位（中心軸近傍）では、発生する曲げ応力はほぼ零である。これに対して、光ファイバコイルの径方向について内側となる部位では、中心部位に比べて曲げ直径が小さくなるためにガラス部内に圧縮応力が生じる。一方、光ファイバコイルの径方向について外側となる部位では、中心部位に比べて曲げ直径が大きくなるためにガラス部内に引張り応力が生じる。そして、これらの圧縮応力及び引張り応力の大きさは、いずれもガラス部の中心部位からの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。
【０１４９】
これに対して、ガラス部の外径を細径とした上記構成の光ファイバによれば、コイルの径方向について最も内側または外側に位置するガラス部の部位の中心部位からの距離が小さくなり、光ファイバのガラス部内に発生する応力の大きさが低減される。これにより、光ファイバの曲げに対する強度が向上されて、コイル化したときの光ファイバの応力による破断が防止される。
【０１５０】
また、上述した高非線型性を有するダブルクラッド構造の光ファイバでは、その有効断面積Ａｅｆｆを小さくしていることなどにより、ガラス部を伝送する光の電磁界分布の広がりが小さい。また、このような光ファイバでは、一般的に開口数ＮＡが大きい。このため、上記した光ファイバでは、その曲げ損失は小さく、また、ガラス部の外径を細径にすることによる伝送損失への影響も小さい。したがって、曲げに対して充分な強度を有するとともに、曲げ損失が低減されて、良好な曲げ特性を有する光ファイバが得られる。
【０１５１】
なお、光ファイバのガラス部とは、光ファイバの外周に設けられる樹脂製の被覆部等を除いた、コア領域、第１クラッド領域、及び第２クラッド領域を含む部分をいう。例えば、図１及び図７に示した光ファイバでは、コア領域１０、第１クラッド領域２０、及び第２クラッド領域３０からなる部分がガラス部となっている。また、第２クラッド領域の外周にさらにガラス製の他のクラッド領域を設けた場合には、そのクラッド領域をも含む部分がガラス部となる。
【０１５２】
また、ガラス部の外周に設けられる被覆部については、被覆部の外径を１５０μｍ以下とすることが好ましい。あるいは、被覆部の外径をさらに１２０μｍ以下とすることが好ましい。このように、被覆部の外径を細径とすることにより、上述したように光ファイバをコイル化して光モジュール内に収容する場合に、光モジュールを小型化することができる。また、同一サイズの光モジュールであれば、より長い光ファイバをコイル化して光モジュール内に収容できる。
【０１５３】
また、非線型性光ファイバとして光デバイスに適用した場合の光ファイバの特性について考えると、波長１．００μｍの光に対する特性において、伝送損失が５．０ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。あるいは、伝送損失がさらに３．０ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。
【０１５４】
このように短波長側での伝送損失を低くすることにより、ラマン増幅での励起光波長における伝送損失が低減されるなど、非線型性光ファイバとして光デバイスに適用する上で良好な特性を有する光ファイバとすることができる。
【０１５５】
例えば、ＭＣＶＤ法で高濃度のＧｅＯ２添加ＳｉＯ２ガラスを合成して、比屈折率差Δｎが大きい光ファイバを作成しようとすると、ガラス欠陥が多いために伝送損失が劣化する。このような傾向は、特に短波長側において顕著となる。これに対して、上述した光ファイバの構成及びその製造方法によれば、短波長側での伝送損失が充分に低減された光ファイバを得ることができる。また、このような光ファイバでは、レイリー散乱係数が低くなるので、ラマン増幅の際に発生する二重レイリー散乱による信号のノイズを抑制することができる。
【０１５６】
以上の条件を考慮して、図１に示したダブルクラッド構造を有する光ファイバを作成した。その構成は、コア領域１０の外径２ｒ１＝４．６μｍ、比屈折率差Δ＋＝３．２％、第１クラッド領域２０の外径２ｒ２＝１３．１μｍ、比屈折率差Δ−＝−０．５０％、第２クラッド領域３０の外径（光ファイバのガラス部の外径）２ｒ３＝１１０μｍであった。ここで、第２クラッド領域３０へのＦの添加濃度は０．６ｍｏｌ％であった。また、光ファイバを外周から被覆する被覆部の外径は、１５０μｍであった。
【０１５７】
また、波長１．５５μｍの光に対する諸特性は、
分散＝−０．６４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、
分散スロープ＝＋０．０４２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２、
有効断面積Ａｅｆｆ＝１０．０μｍ２、
カットオフ波長λｃ＝１３９６ｎｍ、
零分散波長＝１５６５ｎｍ、
伝送損失＝０．７０ｄＢ／ｋｍ、
非線型係数γ＝２２．２／Ｗ／ｋｍ、
偏波モード分散ＰＭＤ＝０．０５ｐｓ／√ｋｍ
で、良好な特性の光ファイバ（非線型性光ファイバ）が得られた。
【０１５８】
本実施例の光ファイバをファイバ長１．０ｋｍで、直径φ６０ｍｍのボビンに巻き付けることによってコイル化し、モジュール化した。このような光ファイバにおける伝送損失の波長依存性を図１７に示す。ここで、図１７のグラフにおいて、横軸は光ファイバを伝送される光の波長λ（ｎｍ）、縦軸は各波長での伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）を示している。
【０１５９】
このグラフに示されているように、本光ファイバを用いることにより、長波長領域でも伝送損失が劣化しない良好な光モジュールを作成することができる。このような光ファイバは、例えば、波長１５６５ｎｍの励起光を供給して、波長帯域がＣバンドの信号光をＬバンドに、または、波長帯域がＬバンドの信号光をＣバンドに波長変換する波長変換器モジュールにおいて用いることができる。あるいは、信号光よりも短波長の励起光を供給することによって信号光を光増幅するラマン増幅器モジュールにおいて用いることができる。
【０１６０】
また、この光ファイバは、図１に関して上述した光ファイバの製造方法に基づいて作成したものであるが、波長１．００μｍの光に対する伝送損失が３．４ｄＢ／ｋｍとなっている。これは、５．０ｄＢ／ｋｍ以下の条件を満たす低い値である。このように短波長側での伝送損失が低い光ファイバによれば、信号光よりも短波長側にあるラマン増幅での励起光波長における伝送損失が低減される。また、このような光ファイバでは、レイリー散乱係数が低くなるので、２重レイリー散乱によって発生するノイズを抑制することができる。
【０１６１】
また、他の光ファイバとして、図１に示したダブルクラッド構造を有する光ファイバを作成した。その構成は、コア領域１０の外径２ｒ１＝２．５μｍ、比屈折率差Δ＋＝２．９％、第１クラッド領域２０の外径２ｒ２＝１０．０μｍ、比屈折率差Δ−＝−０．５０％、第２クラッド領域３０の外径（光ファイバのガラス部の外径）２ｒ３＝８９μｍであった。ここで、第２クラッド領域３０へのＦの添加濃度は０．６ｍｏｌ％であった。また、光ファイバを外周から被覆する被覆部の外径は、１１５μｍであった。
【０１６２】
また、波長１．５５μｍの光に対する諸特性は、
分散＝−１１０．６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、
分散スロープ＝−０．４０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２、
有効断面積Ａｅｆｆ＝１０．６μｍ２、
カットオフ波長λｃ＝７２９ｎｍ、
伝送損失＝０．５２ｄＢ／ｋｍ、
非線型係数γ＝２０．０／Ｗ／ｋｍ、
偏波モード分散ＰＭＤ＝０．０３ｐｓ／√ｋｍ
で、良好な特性の光ファイバ（非線型性光ファイバ）が得られた。
【０１６３】
この光ファイバは、負の分散及び分散スロープを有している。これにより、本光ファイバは、１．３μｍ帯に零分散波長があるシングルモード光ファイバの分散及び分散スロープの両者を、１．５５μｍ帯において補償することが可能な高非線形性光ファイバとなっている。
【０１６４】
また、この光ファイバでは、そのガラス部の外径が、１００μｍ以下、あるいはさらに９０μｍ以下の条件を満たす細径の外径値８９μｍとされている。また、被覆部の外径が、１５０μｍ以下、あるいはさらに１２０μｍ以下の条件を満たす細径の外径値１１５μｍとされている。これにより、コイル化する際の曲げ特性が良好な光ファイバとなっている。
【０１６５】
本実施例の光ファイバをファイバ長７．７ｋｍでコイル化してモジュール化した。ただし、光ファイバのコイル化においては、光ファイバをボビンに巻き付けるのではなく、図１８に光ファイバコイルの構成を示すように、光ファイバＦをボビンに巻き付けずにコイル状にし、そのコイル状のファイバ束を被覆樹脂Ｒで覆った構成を用いた。
【０１６６】
このような構成によれば、光ファイバを巻くためのボビンがないために巻張力が発生せず、また、ファイバ束の全体を樹脂で覆っているために光ファイバの自重による歪みの問題もない。したがって、マイクロベンドによる伝送損失の劣化を大幅に抑制することが可能である。
【０１６７】
このような光ファイバにおける伝送損失の波長依存性を図１９に示す。ここで、図１９のグラフにおいて、横軸は光ファイバを伝送される光の波長λ（ｎｍ）、縦軸は各波長での伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）を示している。
【０１６８】
このグラフに示されているように、本光ファイバ及び上記した光ファイバコイルの構成を用いることにより、長波長領域でも伝送損失が劣化しない良好な光モジュールを作成することができる。また、光ファイバの温度特性については、伝送特性が最も温度変動の影響を受ける波長１６２０ｎｍの光に対して、−４０℃〜＋８０℃の温度範囲で、伝送損失の変動が±０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となり、良好な温度特性が得られた。一方、従来のボビンに巻き付ける形状では、ボビンの熱膨張によって光ファイバに加わる巻張力が変化してしまうため、長波長側の温度特性に不良が発生しやすかった。
【０１６９】
また、この光ファイバは、図１に関して上述した光ファイバの製造方法に基づいて作成したものであるが、波長１．００μｍの光に対する伝送損失が２．１ｄＢ／ｋｍとなっている。これは、５．０ｄＢ／ｋｍ以下、あるいはさらに３．０ｄＢ／ｋｍ以下の条件を満たす低い値である。このように短波長側での伝送損失が低い光ファイバによれば、信号光よりも短波長側にあるラマン増幅での励起光波長における伝送損失が低減される。また、このような光ファイバでは、レイリー散乱係数が低くなるので、２重レイリー散乱によって発生するノイズを抑制することができる。
【０１７０】
また、本光ファイバによれば、１．３μｍ帯に零分散波長があるファイバ長５０ｋｍのシングルモード光ファイバの分散及び分散スロープを、１．５５μｍ帯において補償することが可能である。
【０１７１】
さらに、他の光ファイバとして、図１に示したダブルクラッド構造を有する光ファイバを作成した。その構成は、コア領域１０の外径２ｒ１＝２．２μｍ、比屈折率差Δ＋＝３．２％、第１クラッド領域２０の外径２ｒ２＝８．８μｍ、比屈折率差Δ−＝−０．６０％であった。ここで、第２クラッド領域３０へのＦの添加濃度は０．６ｍｏｌ％であった。
【０１７２】
また、波長１．５５μｍの光に対する諸特性は、
分散＝−２０５．７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、
分散スロープ＝−１．３５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２、
有効断面積Ａｅｆｆ＝１０．１μｍ２、
カットオフ波長λｃ＝７０７ｎｍ、
伝送損失＝０．５１ｄＢ／ｋｍ、
非線型係数γ＝２１．７／Ｗ／ｋｍ、
偏波モード分散ＰＭＤ＝０．０１ｐｓ／√ｋｍ
で、良好な特性の光ファイバ（非線型性光ファイバ）が得られた。
【０１７３】
また、この光ファイバは、波長１．５０μｍの光に対して、以下の諸特性
分散＝−１４７．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、
分散スロープ＝−０．６９６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２、
有効断面積Ａｅｆｆ＝８．６μｍ２、
伝送損失＝０．５８ｄＢ／ｋｍ、
非線型係数γ＝２４．０／Ｗ／ｋｍ、
偏波モード分散ＰＭＤ＝０．０１ｐｓ／√ｋｍ
を有する。
【０１７４】
この光ファイバは、負の分散及び分散スロープを有している。これにより、本光ファイバは、１．３μｍ帯に零分散波長があるシングルモード光ファイバの分散及び分散スロープの両者を、１．５０μｍ帯において補償することが可能な高非線形性光ファイバとなっている。したがって、例えば、１．４０μｍ帯の波長の励起光を供給して、ラマン増幅用光ファイバとして用いることが可能である。
【０１７５】
次に、上述した構成及び諸特性を有する光ファイバを非線型性光ファイバとして適用することが可能な光デバイス（またはそれをモジュール化した光モジュール）の例として、光増幅器であるラマン増幅器、及び波長変換器について説明する。
【０１７６】
図２０は、本発明によるラマン増幅器の一実施形態を示す構成図である。本ラマン増幅器１００は、入力される波長λｓの信号光を光増幅するものであり、上述した光ファイバを非線形性光ファイバとして適用したラマン増幅用光ファイバ１１０（カットオフ波長λｃ）と、所定波長λｐの励起光をラマン増幅用光ファイバ１１０へと供給する励起光源１５０とを備えて構成されている。
【０１７７】
励起光源１５０は、ラマン増幅用光ファイバ１１０の下流側にある光合波部１６０を介して、ラマン増幅器１００内の光伝送路に接続されている。これによって、本ラマン増幅器１００は、後方励起（逆方向励起）の光増幅器として構成されている。これにより、入力された信号光は、ラマン増幅用光ファイバ１１０において発現される非線型光学現象である誘導ラマン効果を利用して光増幅され、増幅光として出力される。
【０１７８】
このようなラマン増幅器は、ＥＤＦＡなどの光増幅器とは異なり、増幅される波長帯域を選ばず、ＳｉＯ２系光ファイバであれば増幅波長帯域も１００ｎｍ程度と広いので、広帯域のＷＤＭ伝送での光増幅に適している。また、励起光の波長λｐとしては、信号光の波長λｓよりも短い波長が用いられる。例えば、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅するのであれば、波長１．４５μｍ程度の励起光が用いられる。
【０１７９】
ラマン増幅器１００に適用したラマン増幅用光ファイバ１１０では、ＷＤＭ信号を一括して光増幅する場合には、四光波混合が発生しないように、波長λｓの信号光に対する分散値を＋２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上、または−２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下とすることが好ましい。例えば、波長１．５５μｍ帯の信号光に対しては、図１４の光ファイバＥ１、Ｅ２などが好適である。
【０１８０】
分散値が正の場合、コア領域１０の外径２ｒ１を大きくする必要があるため、カットオフ波長λｃがやや長くなる。これに対して、ダブルクラッド構造とした上記の光ファイバでは、１．４５μｍ程度の励起光波長λｐよりもカットオフ波長λｃを短くする（λｃ＜λｐ）ことが可能である。このように、λｃ＜λｐとすることにより、シングルモードで高効率に光増幅を行うことができる。
【０１８１】
また、分散値が正及び負の非線型性光ファイバを組み合わせれば、全体として分散が零となるようにラマン増幅器を構成することが可能となる。そのようなラマン増幅器の構成例を、図２１に示す。
【０１８２】
本ラマン増幅器２００は、図２０に示したラマン増幅器１００と同様の構成を有するが、ラマン増幅用光ファイバ１１０を分散値が負（例えば−２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下）の非線型性光ファイバとするとともに、ラマン増幅用光ファイバ１１０と光合波部１６０との間に、分散値が正（例えば＋２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上）のラマン増幅用光ファイバ１２０を直列に接続している。このような構成によれば、出力される増幅光の分散をほぼ零とすることができる。
【０１８３】
また、Ｓバンドと呼ばれる波長１．４５μｍ〜１．５３μｍ帯の信号光は、ＥＤＦＡでは光増幅することができないが、励起される波長帯域を選ばないラマン増幅器であれば、波長λｓが１．４５μｍ以上１．５３μｍ以下の信号光に対しても光増幅が可能である。また、上記したようにダブルクラッド構造では、例えば図１４の光ファイバＥ５のようにカットオフ波長λｃを短くすることができるので、Ｓバンドの信号光の光増幅に対しても好適に適用することが可能である。光ファイバＥ５の波長１．４０μｍでの分散値は、−６．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍと好適な範囲である。
【０１８４】
また、光伝送路の分散値が使用される信号光波長帯域内で正である場合、ラマン増幅器に用いるラマン増幅用光ファイバの分散値を負としておけば、光増幅器と同時に正の分散値を有する伝送路の分散補償器としても用いることができる。このとき、波長λｓの信号光に対する分散値が−１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であれば分散補償量も大きく、分散補償器としても特に好適に利用できる。また、このとき、有効断面積Ａｅｆｆを１０μｍ２以下とすることが好ましい。
【０１８５】
さらに、ダブルクラッド構造を有する非線型性光ファイバでは、例えば図１４の光ファイバＥ３、Ｅ４、及び図１６の光ファイバＦ１のように、信号光の波長において分散スロープを負の値（０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２よりも小さい値）とすることができる。この場合、正の分散と正の分散スロープを有する伝送路の分散と同時に分散スロープをも補償することが可能となる。したがって、ＷＤＭ伝送において好適である。
【０１８６】
ここで、高効率でのラマン増幅を実現するためには、ラマン増幅器に用いられる非線型性光ファイバにおいて、励起光の波長λｐでの非線型性が高い方が好ましい。また、非線型効果による伝送品質の劣化を防止するためには、信号光の波長λｓでの非線型性が低い方が好ましい。
【０１８７】
非線型性についてのこのような特性条件を実現するため、光増幅器に用いられる非線型性光ファイバは、励起光の波長λｐにおける有効断面積Ａｅｆｆ，ｐと、波長λｐ＋０．１μｍにおける有効断面積Ａｅｆｆ，ｓとが、関係式
（Ａｅｆｆ，ｓ−Ａｅｆｆ，ｐ）
／Ａｅｆｆ，ｐ×１００≧１０％
を満たし、有効断面積Ａｅｆｆ，ｓが有効断面積Ａｅｆｆ，ｐに比べて１０％以上大きい構成となっていることが好ましい。
【０１８８】
励起光の波長λｐに０．１μｍを加えた波長λｐ＋０．１μｍは、ラマン増幅器において光増幅される信号光の波長λｓに相当する。したがって、上記した関係式を満たす特性条件によれば、有効断面積Ａｅｆｆ，ｐを小さくすることによって、励起光に対する波長λｐでの非線型性を高めて、光増幅の効率を向上することができる。また、有効断面積Ａｅｆｆ，ｓを大きくすることによって、信号光に対する波長λｐ＋０．１μｍでの非線型性を低くして、信号光の伝送品質の劣化を抑制することができる。
【０１８９】
例えば、自己位相変調による位相シフト量は、有効断面積の逆数に比例する。したがって、信号光の波長λｓ〜λｐ＋０．１μｍでの有効断面積Ａｅｆｆ，ｓが励起光の波長λｐでの有効断面積Ａｅｆｆ，ｐよりも１０％大きければ、位相シフト量は１０％小さくなる。
【０１９０】
この有効断面積Ａｅｆｆの特性条件を考慮して、図１に示したダブルクラッド構造を有する光ファイバを作成した。その構成は、コア領域１０の外径２ｒ１＝３．１μｍ、比屈折率差Δ＋＝３．４％、第１クラッド領域２０の外径２ｒ２＝８．８μｍ、比屈折率差Δ−＝−０．１５％であった。ここで、第２クラッド領域３０へのＦの添加濃度は１．１ｍｏｌ％であった。
【０１９１】
また、波長１．５５μｍの光に対する諸特性は、
分散＝−４９．０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、
分散スロープ＝＋０．００５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２、
有効断面積Ａｅｆｆ＝８．４μｍ２、
カットオフ波長λｃ＝１０６０ｎｍ、
伝送損失＝０．５４ｄＢ／ｋｍ、
非線型係数γ＝２３．４／Ｗ／ｋｍ、
偏波モード分散ＰＭＤ＝０．０２ｐｓ／√ｋｍ
であった。
【０１９２】
図２２に、本実施例の光ファイバにおける有効断面積Ａｅｆｆの波長依存性を示す。ここで、図２２のグラフにおいて、横軸は光ファイバを伝送される光の波長λ（ｎｍ）、縦軸は各波長での有効断面積Ａｅｆｆ（μｍ２）を示している。このグラフに示されているように、本光ファイバでは、有効断面積Ａｅｆｆが波長λが長くなるとともに大きくなる。
【０１９３】
例えば、信号光の波長λｓ＝１．５０μｍに対して、波長λｐ＝１．４０μｍの励起光を用いた場合、信号光及び励起光に対する有効断面積はそれぞれ、
信号光：Ａｅｆｆ，ｓ＝７．８５μｍ２
励起光：Ａｅｆｆ，ｐ＝６．９３μｍ２
となっている。このとき、波長λｓ及びλｐでの有効断面積の差は、
（Ａｅｆｆ，ｓ−Ａｅｆｆ，ｐ）
／Ａｅｆｆ，ｐ×１００＝１３．３％
である。
【０１９４】
また、信号光の波長λｓ＝１．５５μｍに対して、波長λｐ＝１．４５μｍの励起光を用いた場合、信号光及び励起光に対する有効断面積はそれぞれ、
信号光：Ａｅｆｆ，ｓ＝８．３７μｍ２
励起光：Ａｅｆｆ，ｐ＝７．３７μｍ２
となっている。このとき、波長λｓ及びλｐでの有効断面積の差は、
（Ａｅｆｆ，ｓ−Ａｅｆｆ，ｐ）
／Ａｅｆｆ，ｐ×１００＝１３．６％
である。
【０１９５】
また、信号光の波長λｓ＝１．６０μｍに対して、波長λｐ＝１．５０μｍの励起光を用いた場合、信号光及び励起光に対する有効断面積はそれぞれ、
信号光：Ａｅｆｆ，ｓ＝８．９３μｍ２
励起光：Ａｅｆｆ，ｐ＝７．８５μｍ２
となっている。このとき、波長λｓ及びλｐでの有効断面積の差は、
（Ａｅｆｆ，ｓ−Ａｅｆｆ，ｐ）
／Ａｅｆｆ，ｐ×１００＝１３．８％
である。
【０１９６】
以上のように、本光ファイバにおいては、波長λｓ＝１．５０μｍ、１．５５μｍ、及び１．６０μｍの信号光のいずれに対しても、好適な特性条件
（Ａｅｆｆ，ｓ−Ａｅｆｆ，ｐ）
／Ａｅｆｆ，ｐ×１００≧１０％
が満たされている。したがって、これらの波長を含む波長範囲の光に対して、光増幅の効率が向上されるとともに、信号光の伝送品質の劣化が抑制された非線形性光ファイバ及びラマン増幅器が実現される。
【０１９７】
図２３は、本発明による波長変換器の一実施形態を示す構成図である。本波長変換器３００は、入力される波長λｓの信号光を波長変換するものであり、上述した光ファイバを非線型性光ファイバとして適用した波長変換用光ファイバ３１０（カットオフ波長λｃ）と、所定波長λｐの励起光を波長変換用光ファイバ３１０へと供給する励起光源３５０とを備えて構成されている。
【０１９８】
励起光源３５０は、波長変換用光ファイバ３１０の上流側にある光合波部３６０を介して、波長変換器３００内の光伝送路に接続されている。これにより、入力された波長λｓの信号光は、波長変換用光ファイバ３１０において発現される非線型光学現象である四光波混合を利用して波長変換され、波長選択部３７０を介して波長λｓ’
λｓ’＝λｐ−（λｓ−λｐ）
の変換光として出力される（図２４（ａ）参照）。
【０１９９】
このような波長変換器は、チャンネル当りの伝送速度が高いＷＤＭ信号を、個別または一括して波長変換することが可能である。また、ダブルクラッド構造を有する非線型性光ファイバでは、例えば図１４の光ファイバＥ６、Ｅ８、及び図１６の光ファイバＦ３のように、カットオフ波長λｃを短くしたままで、非線型係数γを充分に大きくして、波長変換を高効率で行うことが可能である。特に、信号光、変換光、及び励起光の波長λｓ、λｓ’、λｐよりもカットオフ波長λｃを短くしておけば（λｃ＜λｓ、λｓ’、λｐ）、シングルモードで高効率に波長変換を行うことができる。
【０２００】
ここで、四光波混合は、信号光、励起光、変換光の位相が整合しているときに発生しやすいので、波長λｐの励起光における分散値が−０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上＋０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の範囲であることが好ましく、特に、励起光波長λｐが零分散波長と略一致していることが好ましい。また、励起光のパワーを上げれば、出力される変換光の光パワーを入力される信号光の光パワーよりも大きくすることが可能であり、この場合、波長変換器をパラメトリック増幅器としても利用することができる。
【０２０１】
また、ＣバンドからＳバンドへの波長変換では、零分散波長が１．５３μｍ付近であるとともに、カットオフ波長λｃが変換光の波長λｓ’よりも短いことが望ましいが、ダブルクラッド構造を有する非線型性光ファイバでは、例えば図１４の光ファイバＥ７のように、そのような特性条件の実現が可能となる。
【０２０２】
また、励起光源３５０を波長可変な光源とし、励起光の波長λｐを変化させれば、任意の波長変換が可能となる。例えば図２４（ｂ）の例では、波長λｓの信号光に対して励起光波長をλｐ１として、波長λｓ１’
λｓ１’＝λｐ１−（λｓ−λｐ１）
の変換光が得られている。これに対して、図２４（ｃ）に示すように、励起光波長をλｐ２に変化させれば、波長λｓ１’とは異なる波長λｓ２’
λｓ２’＝λｐ２−（λｓ−λｐ２）
の変換光を得ることができる。なお、この場合にも、位相を整合させるために、励起光波長に対する分散値が−０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上＋０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【０２０３】
また、Ｃバンドのラマン増幅を行う場合には、励起光が波長１．４５μｍ付近、Ｓバンドのラマン増幅を行う場合には、励起光が波長１．３〜１．４μｍ、信号光が波長１．４５〜１．５３μｍとなる。また、Ｓバンドへの波長変換、または、ＳバンドからＣ、Ｌバンドへの波長変換を行う場合には、信号光や変換光が波長１．４５〜１．５３μｍとなる。これらの場合、ＯＨ基による波長１．３８μｍでの吸収損失の影響を受けやすい。これに対して、図１４の光ファイバＥ１〜Ｅ８、及び図１６の光ファイバＦ１〜Ｆ３は、上述したように、波長１．３８μｍでのＯＨ基吸収による伝送損失の増加分（過剰吸収損失）がすべて０．２ｄＢ／ｋｍ以下であり、このような場合にも好適に用いることができる。
【０２０４】
本発明による光ファイバ、非線型性光ファイバ、それを用いた光増幅器、波長変換器、及び光ファイバの製造方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、シングルクラッド構造ではなくダブルクラッド構造を用いた、上記した構成の光ファイバ、非線型性光ファイバによれば、非線型係数γを大きくするために、コア内に添加されるＧｅＯ２の添加濃度を高くして非線型屈折率を高くし、また、コアとクラッドとの比屈折率差を大きくして有効断面積Ａｅｆｆを小さくした場合でも、カットオフ波長λｃを充分に短くすることが可能となる。また、この構成では、分散スロープを負にすることができる。さらに、高非線型性の偏波面保持ファイバや、偏波モード分散が小さいとともに、伝送損失が低い高非線型性の光ファイバが得られる。また、光ファイバのガラス部あるいは被覆部の外径を細径とすれば、光デバイスでのモジュール化に好適な光ファイバが得られる。
【０２０５】
また、コア用ガラスロッド及び第１クラッド用ガラスパイプを所定条件の下で加熱一体化する上記した光ファイバの製造方法によれば、高非線型性を有するダブルクラッド構造の光ファイバを、低伝送損失などの良好な特性によって作成することができる。
【０２０６】
このような光ファイバは、高非線型性であるとともに、カットオフ波長λｃなどについて好適な特性を有する非線型性光ファイバとして、光増幅器や波長変換器などの非線型光学現象を利用する光デバイスに適用することが可能である。特に、カットオフ波長λｃが短波長となることによって、シングルモードで高効率に光増幅や波長変換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０７】
【図１】光ファイバの第１の実施形態の断面構成及び屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【図２】気泡の発生個数の加熱温度への依存性を示す表である。
【図３】気泡の発生個数の空焼き温度への依存性を示す表である。
【図４】気泡の発生個数の第１クラッド用ガラスパイプの表面粗さへの依存性を示す表である。
【図５】気泡の発生個数のコア用ガラスロッドの表面粗さへの依存性を示す表である。
【図６】気泡の発生個数のコア用ガラスロッドにおける外周表面から厚さ２μｍ以内の領域でのＧｅＯ２濃度への依存性を示す表である。
【図７】光ファイバの第２の実施形態の断面構造及び屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【図８】光ファイバＡ１、Ａ２の屈折率プロファイルを示す図である。
【図９】図８に示した光ファイバの諸特性を示す表である。
【図１０】光ファイバＢ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２の屈折率プロファイルを示す図である。
【図１１】光ファイバＤ１〜Ｄ５の屈折率プロファイルを示す図である。
【図１２】図１０に示した光ファイバの諸特性を示す表である。
【図１３】図１１に示した光ファイバの諸特性を示す表である。
【図１４】光ファイバＥ１〜Ｅ８の諸特性を示す表である。
【図１５】光ファイバの他の実施形態の断面構造を模式的に示す図である。
【図１６】光ファイバＦ１〜Ｆ３の諸特性を示す表である。
【図１７】光ファイバの伝送損失の波長依存性を示すグラフである。
【図１８】光ファイバコイルの構成を模式的に示す図である。
【図１９】光ファイバの伝送損失の波長依存性を示すグラフである。
【図２０】ラマン増幅器の一実施形態を示す構成図である。
【図２１】ラマン増幅器の他の実施形態を示す構成図である。
【図２２】光ファイバの有効断面積の波長依存性を示すグラフである。
【図２３】波長変換器の一実施形態を示す構成図である。
【図２４】図２３に示した波長変換器による波長変換を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２０８】
１０…コア領域、１５…中間領域、２０…第１クラッド領域、３０…第２クラッド領域、４０…応力付与部、５０…ハーメチックコート、
１００、２００…ラマン増幅器、１１０、１２０…ラマン増幅用光ファイバ、１５０…励起光源、１６０…光合波部、
３００…波長変換器、３１０…波長変換用光ファイバ、３５０…励起光源、３６０…光合波部、３７０…波長選択部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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