(57)【要約】分散補償システムおよび分散補償ファイバは、改善された性能指数および有効面積を有する。分散補償システムは、光信号伝送のための光領域バルク分散補償を行うバルク分散補償モジュールを備える。加えて、このシステムは、光信号の振幅と位相の両方コヒーレント検出の後に電気領域において実行できる残留分散補償をさらに含むことができる。分散補償ファイバは、アップ・ドープ・コア領域と、ダウン・ドープ・トレンチと、アップ・ドープ・リングと、外側クラッドとを備え、高い性能指数（ＦＯＭ）を有するように構成される。
2013543293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散補償システムであって、
光信号伝送のための光領域バルク分散補償を行う、高い性能指数を有する分散補償ファイバを含むバルク分散補償モジュールを備え、
前記光信号伝送のための残留分散補償がコヒーレント検出および電気領域分散補償によって提供される、分散補償システム。
【請求項２】
前記分散補償ファイバが、ＬＰ０２モードまたは他の高次モードを伝搬するように構成される数モード・ファイバである、請求項１に記載の分散補償システム。
【請求項３】
シングル・モード入力ファイバとシングル・モード出力ファイバ、
前記入力ファイバからの伝送信号を分散補償ファイバのより高次の伝搬モードに結合する入力モード変換器、及び、
前記分散補償の前記より高次の伝搬モードからの前記伝送信号を前記出力ファイバに結合することを提供する出力モード変換器をさらに備える、請求項２に記載の分散補償システム。
【請求項４】
前記入力モード変換器および前記出力モード変換器がそれぞれ、長周期グレーティングが書き込まれているより高次モードの分散補償ファイバのそれぞれの長さを含む、請求項３に記載の分散補償システム。
【請求項５】
前記入力ファイバを前記入力モード変換器に接続する入力ブリッジ・ファイバ、及び、
前記出力ファイバを前記出力モード変換器に接続する出力ブリッジ・ファイバをさらに備え、
前記入力ブリッジ・ファイバおよび前記出力ブリッジ・ファイバの各々が、前記分散補償ファイバのＬＰ０１モードのモード・フィールド径に適合するモード・フィールド径を有する、請求項４に記載の分散補償システム。
【請求項６】
分散補償ファイバであって、
アップ・ドープ・コア領域、
ダウン・ドープ・トレンチ、
アップ・ドープ・リング、及び
外側クラッドを備え、前記分散補償ファイバが、高い性能指数を有するように構成され、前記性能指数（ＦＯＭ）が、式
【数１】
2013543293.tif 000007
によって定義され、ただし、ＤＤＣＦが分散係数であり、αＤＣＦが前記分散補償ファイバの減衰係数であり、
前記性能指数が５００ｐｓ／（ｎｍ・ｄＢ）より大きい、分散補償ファイバ。
【請求項７】
前記ファイバが、前記ＬＰ０２モード、または他の高次モードで動作するように構成される数モード・ファイバを含む、請求項６に記載の分散補償ファイバ。
【請求項８】
分散補償モジュールであって、
請求項６に記載の１本の分散補償ファイバ、
前記分散補償ファイバの入力に結合される入力ファイバ、及び、
前記分散補償ファイバの終点から結合される出力ファイバを備える、分散補償モジュール。
【請求項９】
前記入力ファイバおよび前記出力ファイバがそれぞれ、それぞれの長さのシングル・モード・ファイバを含み、
前記分散補償ファイバが、前記入力ファイバおよび前記出力ファイバを前記分散補償ファイバの高次モードに結合するための入力モード変換器および出力モード変換器をさらに備える、請求項８に記載の分散補償モジュール。
【請求項１０】
前記入力モード変換器および前記出力モード変換器が、それぞれの長さの高次モード分散補償ファイバに書き込まれた長周期グレーティングを備える、請求項９に記載の分散補償モジュール。
【請求項１１】
入力を前記入力モード変換器に接続する入力ブリッジ・ファイバ、及び、
出力を前記出力モード変換器に接続する出力ブリッジ・ファイバをさらに備え、
前記入力ブリッジ・ファイバおよび前記出力ブリッジ・ファイバが、前記分散補償ファイバの基本モードのモード・フィールド径に等しいそれぞれのモード・フィールド径を有する、請求項１０に記載の分散補償モジュール。
【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、以下の米国仮特許出願、すなわち、２０１０年９月３日に出願した米国仮特許出願６１／３７９，７３９の優先権の利益を主張するものであり、この米国仮特許出願は、本出願の譲受人によって所有されている。
【０００２】
本発明は、一般に、光ファイバ装置および関連した方法に関し、詳細には、改善された分散補償システム、ならびに性能指数および有効面積が改善された分散補償ファイバに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気領域（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｄｏｍａｉｎ）におけるコヒーレント検出、それに続くデジタル信号処理は、現在、伝送速度の増加した伝送システムの実現技術として調査がなされている。光の振幅と位相の両方が検出されると、分散などの線形損失および偏波モード分散（ＰＭＤ）を電気領域において十分に補償することができる。この手法は、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）または同様に装置を用いた光分散補償の必要性をなくす。
【０００４】
しかし、分散補償の電気領域手法に関しては知られた欠点が存在する。欠点の１つは、多大な分散の補償を行うときに、電気領域分散補償システムが、大型で高価なデジタル信号処理集積回路（ＤＳＰ）、ならびに高い電力消費を必要とすることである。したがって、そのようなシステムにおける分散補償を管理する改善された手法の必要性が存在する。
【０００５】
別の問題点は、所与のファイバまたはファイバ・モジュールによって光伝送システムに加えられる損失量を定量化するために光ファイバ産業においてよく使用されている計量である、「性能指数」（ＦＯＭ）である。一般的に言えば、光ファイバ・モジュールについてのＦＯＭは、光ファイバの分散の数値をある特定の波長でのそのファイバの減衰で割ることによって形成される比である。高い性能指数とは、分散補償ファイバ・モジュールが、システムに加える損失が少ないことを意味する。
【０００６】
さらに、大きい分散を有する光伝送ファイバは、典型的には、大きい効面積Ａｅｆｆを有する。有効面積Ａｅｆｆは、ＦＯＭに反比例する。したがって、大きい有効面積を有するファイバは、低いＦＯＭを有する傾向がある。
【０００７】
したがって、ファイバ設計に関する目下の課題は、所与の分散特性を実現するために必要な有効面積と、十分に高いＦＯＭの必要のバランスをとることである。従来の設計は、ＦＯＭおよびＡｅｆｆについて以下の値を示すファイバを提供していた。
ＦＯＭ＝４６０ｐｓ／（ｎｍ・ｄＢ）、Ａｅｆｆ＝２１μｍ２、Ｍ．Ｗａｎｄｅｌら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＣＯＣ’２００１，ＰＤ．Ａ．１．４、および米国特許第６，４９０，３９８号、
ＦＯＭ＝４５０ｐｓ／（ｎｍ・ｄＢ）、Ａｅｆｆ＝１７μｍ２、Ｍ．Ｈｉｒａｎｏら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ’２００９，ＯＷＮ５、
ＦＯＭ＝４７７ｐｓ／（ｎｍ・ｄＢ）、Ａｅｆｆ＝７０μｍ２、Ｓ．Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３４２５頁，２００５年
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，４９０，３９８号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｍ．Ｗａｎｄｅｌら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＣＯＣ’２００１，ＰＤ．Ａ．１．４
【非特許文献２】Ｍ．Ｈｉｒａｎｏら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ’２００９，ＯＷＮ５
【非特許文献３】Ｓ．Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３４２５頁，２００５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらおよび他の問題は、本発明によって対処され、それらの態様は、分散補償システム、ならびに改善された性能指数および有効面積を有する分散補償ファイバに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、分散補償システムは、光信号伝送のための光領域（ｏｐｔｉｃａｌ−ｄｏｍａｉｎ）バルク分散補償を行うバルク分散補償モジュールを備える。本明細書で用いられる場合、「バルク分散（ｂｕｌｋ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）」は、システムの全分散（波長および材料）の過半数、すなわち、少なくとも５０パーセント以上として定義される。このシステムは、好ましくは光信号の振幅と位相の両方のコヒーレント検出の後に電気領域に生じる、残留分散補償（ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）をさらに含んでもよい。
【００１２】
本発明のさらなる一態様によれば、分散補償ファイバは、アップ・ドープ・コア領域（ｕｐ−ｄｏｐｅｄ  ｃｏｒｅ  ｒｅｇｉｏｎ）と、ダウン・ドープ・トレンチ（ｄｏｗｎ−ｄｏｐｅｄ  ｔｒｅｎｃｈ）と、アップ・ドープ・リング（ｕｐ−ｄｏｐｅｄ  ｒｉｎｇ）と、外側クラッドとを備える。分散補償ファイバは、高い性能指数を有するように構成され、性能能指数（ＦＯＭ）は、式
【数１】
2013543293.tif 000003
によって定義され、ただし、ＤＤＣＦが分散係数であり、αＤＣＦが分散補償ファイバの減衰係数である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一態様による分散補償システムの全体図である。
【図２】従来技術による伝送システムの図である。
【図３】本発明の例示的な実施例による伝送システムの図である。
【図４】本発明の一実践法による分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の断面図である。
【図５】ＤＣＦについての屈折率分布を示す図である。
【図５Ａ】本発明の例示的な一実践法におけるファイバ領域の半径および屈折率差を説明する表である。
【図６】ＤＣＦについてのＣバンド（Ｃ−ｂａｎｄ）内の目標分散および目標有効面積Ａｅｆｆを例示するグラフである。
【図７】本発明の一態様によるバルク分散補償モジュールの例示的な構成を示す図である。
【図８】モジュールにおける接続損失を説明する表である。
【図９】モジュールについて測定した挿入損失を示すグラフである。
【図１０】モジュールについて測定した分散を示すグラフである。
【図１１】モジュールについて測定したマルチパス干渉（ＭＰＩ）を示すグラフである。
【図１２】モジュールから得られた測定値の要約を説明する表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の態様は、コヒーレント検出伝送システムに用いる分散補償モジュール（ＤＣＭ）、および上記の分散補償モジュールに用いるのに適している分散補償ファイバ（ＤＣＦ）に関連する。
【００１５】
他のシングル・モード高ＦＯＭ  ＤＣＦに比べて有効面積が４．５倍増加している本発明のＤＣＦを利用して、他の知られたモジュールに比べてＦＯＭが５倍近く改善したＤＣＭが示されている。具体的には、実現技術は、ＬＰ０２またはより高いモードで働く数モード・ファイバ（ｆｅｗ−ｍｏｄｅｄ  ｆｉｂｅｒ）を含む。複数のモードをサポートするファイバは、しばしば、個々のモードの異なる伝搬定数に起因するマルチパス干渉（ＭＰＩ）によって生成されるノイズに関連する。しかし、本発明のファイバは単一モードではなく、モード変換器がモジュールシステムに必要であり得るものであるが、−３７ｄＢの低ＭＰＩが得られた。
【００１６】
本発明のファイバを用いると、１０ｄＢ未満の挿入損失で１０００ｋｍの標準的な単一モード・ファイバ（全分散は１７０００ｐｓ／ｎｍ）を補償するＤＣＦモジュールを作製することが可能である。加えて、従来のシングル・モードＤＣＦモジュールを用いるモジュールに比べて、有効面積の増加により、約６．５ｄＢのより高いパワーをＤＣＦモジュールに放つことが可能である。
【００１７】
本発明のＤＣＦモジュールは、分散スロープ補償（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｓｌｏｐｅ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）を行わず、従来のシングル・モードＤＣＦモジュールに比べてより高いＰＭＤを有するが、これは、コヒーレント検出およびデジタル信号処理を用いるシステムにおける適用についての問題ではない。
【００１８】
本説明は、以下の節で構成される。
１．概要
２．理論構成
３．例示的な分散補償ファイバ
４．例示的なバルク分散補償モジュール
５．結び
【００１９】
１．概要
図１は、本発明の一態様による例示的な分散補償システム１０の全体図を示す。システム１０は、光伝送信号を入力１０１として受信し、分散補償された電気伝送信号を入力１０２として供給する。
【００２０】
入力１０１は、バルク分散補償モジュール（ＤＣＭ）１１に接続され、バルクＤＣＭ１１は、光領域（ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｏｍａｉｎ）においてバルク分散補償を行うように構成される。バルクＤＣＭ１１は、後述の本発明の一態様による、１本の分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１１１を含む。本発明の一実践法によれば、ＤＣＦ１１１は、高次モードで動作するように構成される。本発明の別の実践法によれば、ＤＣＦ１１１は、シングル・モード動作のために、すなわちＬＰ０１モードで構成される。図１に示す例では、ＤＣＦ１１１は、ＬＰ０２モードで動作するように構成される。
【００２１】
バルクＤＣＭ１１は、ＤＣＦ１１１の高次モードへの結合およびＤＣＦ１１１の高次モードからの結合を行うための第１のモード変換器１１２および第２のモード変換器１１３を含む。以下に述べるように、本発明の一態様によれば、適宜、ブリッジ・ファイバ（ｂｒｉｄｇｅ  ｆｉｂｅｒ）は、バルクＤＣＭ１１の様々な構成要素の様々なモード・フィールド径から生じる接続損失を減少させるために使用することができる。
【００２２】
バルクＤＣＭ１１は、デマルチプレクサ１２０による個々の波長分割多重（ＷＤＭ）チャンネルの任意の逆多重化の後に配置される。バルクＤＣＭ１１１は、残留ＤＣＭ１２に接続することができ、残留ＤＣＭ１２は、電気領域において、残留分散だけのための補償を行うように構成される。残留ＤＣＭ１２は、コヒーレント検出器１２１と、分散補償デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）１２２とを備える。コヒーレント検出器１２１は、振幅と位相の両方の情報を含む光信号伝送の全部の電界を検出する。ＤＳＰ１２２は、ＰＭＤ補償を含む任意の必要な残留分散補償を実行するようにプログラムされる。
【００２３】
バルクＤＣＭ１１が、光信号についてのバルク分散補償をすでに行っているので、分散補償が電気領域においてのみ行われるシステムに比べて、かなり少ない計算しかＤＳＰから求められないことを理解されよう。したがって、ＤＳＰは、全ての分散補償が電気領域において行われるときに比べて、構成要素の大きさを小さくでき、個数もずっと少なくすることができ、それによって消費電力をかなり減少させる。
【００２４】
図２および図３に示す本発明のさらなる一態様によれば、ＤＣＦが伝送システムの分散の大半の部分を補償するが、ＤＣＦの挿入損失が終端において１つの増幅器だけで補償できるほど依然として十分低くなるように、十分に高い性能指数（ＦＯＭ）を有するＤＣＦが使用される。そのような構成は、直列形のＤＣＦなしに単純なリピータ（ｓｉｍｐｌｅ  ｒｅｐｅａｔｅｒ）の利点を利用する。加えて、残留分散が、電気領域において補償されるので、１つのＤＣＦを使用して、多重化された伝送信号における全てチャンネルについて大半の補償を行うことができる。
【００２５】
図２は、始点端子２１と、終点端子２２と、それらの間の光リンク２３とを備える、コヒーレント検出のない従来技術による伝送システム２０の図である。様々な波長２１１ａ〜ｎの複数の入力チャンネルが、始点端子２１に送り込まれ、単一の光信号に多重化され、この単一の光信号は光リンク２３に放たれる。光リンク２３は、複数の長さのシングル・モード伝送ファイバ（ＳＭＦ）２３１ａ〜ｎを含む。ＳＭＦの各長さは、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）２３２ａ〜ｎの対応する長さと対をなす。ＤＣＦは、ＳＭＦの各長さの間に設けられる増幅器２３３ａ〜ｎの一部である。チャンネルごとの分散補償の必要性を少なくするために、各ＤＣＦ２３２ａ〜ｎは、分散と分散スロープの両方の補償を行うことが好ましい。
【００２６】
終点端子２２で、光信号は、入力チャンネル２２２ａ〜ｎに対応する別個の出力チャンネル２２２ａ〜ｎに逆多重化される。適宜、各出力チャンネルは、必要ならば、残留分散補償を行うためにそれぞれの分散補償モジュールＤＣＭ１〜ＤＣＭｎを備えてもよい。増幅器ごとの直列形の分散補償が、いくつかの理由により好ましい。現在知られているＤＣＭは、分散補償と分散スロープ補償の両方、ならびに低ＰＭＤを含むが、端子だけでフルの分散補償を行うことができるように非常に高い挿入損失を有する。加えて、コヒーレント検出を使用しない現在の伝送システムは、蓄積した分散が低く保たれることを必要とする。
【００２７】
図３は、本発明の例示的な一実践法による伝送システム３０の図である。システム３０は、始点端子３１と、端部受信端子３２と、それらの間の光リンク３３とを備える。様々な波長３１１ａ〜ｎの複数の入力チャンネルが、始点端子３１に送り込まれ、単一の光信号に多重化され、この単一の光信号は光リンク３３に放たれる。光リンク３３は、複数の長さのシングル・モード伝送ファイバ（ＳＭＦ）３３１ａ〜ｎを含む。増幅器３３３ａ〜ｎは、ＳＭＦの各長さの間に設けられる。バルク分散補償は、図１（バルクＤＣＭ１１）に示されたタイプの単一の分散補償システムＤＣＭ３２２によって行われる。ＤＣＭ３２１は、個々のチャンネル３２１ａ〜ｎの中に伝送される信号の逆多重化の前の終点端子３２に位置する。残留分散補償は、個々の波長チャンネルの逆多重化の後に、図１（残留ＤＣＭ１２）に示されるタイプのデジタル領域残留分散補償モジュール（ＤＤＲ／ＤＣＭ）３２３ａ〜ｎによって行われる。
【００２８】
あるいは、上記のような受信機の一部としてバルクＤＣＭ１１を実行する代わりに、バルクＤＣＭ１１は、入力端子３１の一部であってもよく、一方、残留電気領域分散補償（ＤＣＭ１２）が、受信機での逆多重化後にさらに実行される。さらなる代替例として、バルクＤＣＭ１１は、１つが入力端子３１にあり、もう１つが出力端子３２にある、２つの部分に分割されてもよい。
【００２９】
バルク分散補償がＤＣＭ３２２によって行われる図３に示すタイプのシステムを使用することによって、全ての分散補償が電気領域において実行される同等のシステムと比べてかなりの節約が実現可能であることが理解されよう。
【００３０】
２．理論構成
次に、コヒーレント検出伝送システムにおいて光領域におけるバルク・ターミナル補償（ｂｕｌｋ  ｔｅｒｍｉｎａｌ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）を行うのに用いるのに適している分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の理論構成を与える。そのようなＤＣＦの要求は、典型的な直列形のＤＣＦの要求とは異なる。分散スロープ補償は、必要とされない。加えて、より高いＰＭＤが、残留分散として許容可能であり、ＰＭＤは、残留ＤＣＭにおけるＤＳＰによって容易に補償することができる。しかし、一方で、低損失についての要求は、いっそう重要と考える。モジュールの個数は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）または同様の装置によって補償できる損失量（すなわち、約１０〜２０ｄＢ）によって決定される。所与のＤＣＭによってもたらされる損失がこの量を超える場合、追加の構成要素が必要とされることになる。
【００３１】
ＤＣＦモジュールの全損失、αＭは、式（１）に述べるように表すことができる。
【数２】
2013543293.tif 000004
ただし、Ｄｔｏｔはモジュールの全分散、αＤは、離散的な損失、典型的には接続損失およびコネクタ損失の合計である。
【００３２】
前述のように、「性能指数」（ＦＯＭ）は、その代替例に対する装置、システムまたは方法の性能を特徴付けるために使用される量である。ＤＣＦについてのＦＯＭは、本明細書では、式（２）によって定義される。
【数３】
2013543293.tif 000005
ただし、ＤＤＣＦは分散係数、αＤＣＦはＤＣＦの減衰係数である。
【００３３】
ＤＣＦについて今までに報告されている最も高いＦＯＭは、約４８０ｐｓ／（ｎｍ・ｄＢ）である。ＤＣＦは、ＬＰ０１モードを利用する数モード設計（ｆｅｗ−ｍｏｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）において数値的に大きい分散係数−１８００ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）を有することが報告されている。しかし、これらの報告は、減衰係数の正確な測定を報告しておらず、マルチパス干渉（ＭＰＩ）の評価を行っていない。
【００３４】
後述のように、本明細書に記載された本発明の様々な態様によれば、２０００ｐｓ／（ｎｍ・ｄＢ）より大きいＦＯＭで分散補償ファイバを実現することが可能となっている。
【００３５】
３．例示的なＤＣＦ
したがって、次に、バルク・ターミナル補償に用いるのに適した本発明の一態様によるＤＣＦを説明する。
【００３６】
説明するＤＣＦは、ＬＰ０２モードを利用する「数モード」ファイバ（ｆｅｗ−ｍｏｄｅｄ  ｆｉｂｅｒ）設計を用いる。一般的に言えば、「数モード・ファイバ」（ＦＭＦ）は、マルチモード・ファイバのコア径未満のコア径を有する光ファイバであるが、シングル・モード・ファイバのコア径より大きく、数モードだけが、ファイバ・コアに案内できるようになっている。
【００３７】
シングル・モード設計に比べて、数モード・ファイバ設計は、設計の融通性をより大きくすることが可能である。さらに、ＬＰ０２モードなどの好ましいより高次のモードが、基本のＬＰ０１モードの代わりに、より大きい分散係数およびより大きい有効面積を可能にする伝搬モードとして使用される。より大きい有効面積は、これによってＤＣＦへのより高い入力パワーが可能になるので好ましい。説明したＤＣＦ設計はＬＰ０２モードで動作することができ、性能指数は２２００ｐｓ／（ｎｍ・ｄＢ）であり、有効面積が９０μｍ２、およびＭＰＩが−３７ｄＢである。後述のように、このＤＣＦの入出力に関するモード変換器は、接続ファイバのＬＰ０２モードとＬＰ０１モードの間の変換に用いられる。
【００３８】
図４は、本発明の一実践法によるＤＣＦ４０の断面を示しており、図５は、ＤＣＦ４０の直径Ｄにわたっての屈折率分布５０を示す。ＤＣＦ４０は、適切な光伝送材料、例えばシリカ（ＳｉＯ２）などから製造され、ドープされて、（図４と図５の両方を参照すると）それらのそれぞれの屈折率によって特徴付けられる以下の複数の領域、すなわち、
外径ｒ０、屈折率ｎ０、および屈折率差Δｎ０＝ｎ０−ｎ０＝０を有する純シリカ外側クラッド４００、５００、
外径ｒ１、屈折率ｎ１、および正の屈折率差Δｎ１＝ｎ１−ｎ０を有するアップ・ドープ・コア領域４０１、５０１、
外径ｒ２、屈折率ｎ２、および負の屈折率差Δｎ２＝ｎ２−ｎ０を有するダウン・ドープ・トレンチ４０２、５０２、
外径ｒ３、屈折率ｎ３、および正の屈折率差Δｎ３＝ｎ３−ｎ０を有するアップ・ドープ・リング４０３、５０３
を生成する。
【００３９】
図５Ａは、ＤＣＦ４０のコアおよびクラッド領域について例示的な半径および屈折率差Δｎを説明する表５１を示す。
【００４０】
表５１に示されるように、
コア領域４０１は、外径ｒ１＝４．５μｍ、および屈折率差Δｎ１＝３５×１０−３であり、
トレンチ４０２は、内径ｒ１＝４．５μｍ、外径ｒ２＝６．１μｍ、および屈折率差Δｎ２＝−１０×１０−３であり、
リング４０３は、内径ｒ２＝６．１、および外径μｍ  ｒ３＝１３．０μｍ、および屈折率差Δｎ３＝４×１０−３であり、
外側クラッド４００は、内径  ｒ３＝１３．０、外径μｍ  ｒ４＝６２．５μｍ、および屈折率差Δｎ０＝０である。
【００４１】
本発明の今説明している例では、ＤＣＦ４０は、改良された化学蒸着（ＭＣＶＤ）技法によって製造された母材から線引きされた。コア４０１、５０１およびリング４０３、５０３は、適切な屈折率増加ドーパント（ｉｎｄｅｘ−ｒａｉｓｉｎｇ  ｄｏｐａｎｔ）、例えば酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）などでドープされる。トレンチ４０２、５０２は、適切な屈折率減少ドーパント（ｉｎｄｅｘ−ｌｏｗｅｒｉｎｇ  ｄｏｐａｎｔ）、例えばフッ素（Ｆ）などでドープされる。他の技法および材料を用いる本発明の態様を実践することも可能であることが理解されよう。
【００４２】
図４および図５に示すＤＣＦ設計は、以下のものが含まれるいくつかの異なる要求のバランスをとる。
（１）分散係数は、Ｃバンドにわたってあまりにたくさん変化しない、できる限り負とすべきである。
（２）減衰係数は、できる限り低くすべきである。
（３）好ましい伝搬モードの伝搬定数は、モード結合を抑制するために他の案内されるモードの伝搬定数とは十分に異なるべきである。
（４）好ましい伝搬モードの曲げ損失敏感性（ｂｅｎｄ−ｌｏｓｓ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）は、低くあるべきである。
（５）長周期グレーティング（ＬＰＧ）に基づいて広帯域モード変換器を製造することを容易にするために、位相整合曲線（ｐｈａｓｅ  ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｃｕｒｖｅ）は、動作波長範囲内で転換点を有するべきである。
【００４３】
他のモード変換器およびモード変換技法を使用する場合、項目（５）は、必要ではない可能性があることに留意されたい。モード変換は、例えば位相板、空間光変調器などを用いることによって行うことができる。
【００４４】
上記の要求は、ＤＣＦ４０の設計に達する際に全て考慮に入れられている。図６は、ＤＣＦ４０のＣバンド内の目標分散（曲線６１）および目標有効面積Ａｅｆｆ（曲線６２）を例示するグラフ６０を示す。
【００４５】
４．例示的なバルク分散補償モジュール
図７は、本発明の一態様による組み立てたバルク分散補償モジュール（ＤＣＭ）７０の例示的な構成を示す図を示す。バルクＤＣＭ７０は、光伝送入力７０１についての光領域においてバルク分散補償を行う。
【００４６】
バルクＤＣＭ７０は、直列に接続され、隣接する構成要素間の接続を表すＸを有する以下の構成要素、すなわち、
標準的な単一モード・ファイバ７１の第１の長さを備える入力ファイバと、
入力ブリッジ・ファイバ７２と、
第１の長周期グレーティング（ＬＰＧ）７３１が書き込まれている、本明細書に上述したタイプの、高次モードＤＣＦ７３の第１の長さを備える入力モード変換器と、
ファイバ長が意図される伝送ファイバのものとは反対の分散を有するように構成される、本明細書に上述したタイプの、高次モードＤＣＦ７４の第２の長さを備えるバルク分散補償ファイバと、
第２のＬＰＧ７５１が書き込まれている、高次モードＤＣＦ７５の第３の長さを備える出力モード変換器と、
出力ブリッジ・ファイバ７６と、
任意で、標準的なシングル・モード・ファイバ７７の第２の長さを備える出力ファイバと
を含んでいる。
【００４７】
一般的に言えば、ＨＯＭ  ＤＣＦ７３とＨＯＭ  ＤＣＦ７４の間の接続において、およびＨＯＭ  ＤＣＦ７４とＨＯＭ  ＤＣＦ７５の間の接続において接続損失およびＭＰＩを最小にするために、ＨＯＭ  ＤＣＦ７４が、ＨＯＭ  ＤＣＦ７３および７５と同じまたはそれらに近いことが好ましい。
【００４８】
ＬＰＧ７３１および７５１は、振幅マスクを通じてＤＣＦ４０を紫外線照射することによって作製された。１５４０ｎｍを中心とする１６ｎｍの帯域幅内のＬＰ０１とＬＰ０２の間の９９％より高い結合効率で、強いグレーティング（ｓｔｒｏｎｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）が得られた。
【００４９】
入力ブリッジ・ファイバ７２および出力ブリッジ・ファイバ７６は、それぞれ、約２メートルの長さを有しＳＳＭＦの入力および出力ファイバのファイバ７１、７７をそれぞれＨＯＭ  ＤＣＦ７３、７５に接続するのに用いられる。入力ブリッジ・ファイバ７２および出力ブリッジ・ファイバ７６はそれぞれ、ＨＯＭファイバのＬＰ０１モードに整合するモード・フィールド径を有する。
【００５０】
上述のように、所与の波長におけるバルク分散補償モジュールについてのＦＯＭは、その波長における分散と減衰の間の比である。したがって、接続損失（図８）、挿入損失（図９）、分散（図１０）、およびＭＰＩ（図１１）を測定するために、バルクＤＣＭ７０は、いくつかのテストを受けた。加えて、バルクＤＣＭ７０の合わせた全体の減衰は、光時間領域の反射率計（ＯＴＤＲ）を用いて測定された。１５５０ｎｍにおけるこれらの測定の結果は、表１２０中の図１２に記載されている。
【００５１】
図８は、（１）ＳＳＭＦ７１、７７とブリッジ・ファイバ７２、７６の間、（２）ブリッジ・ファイバ  ７２、７６とＨＯＭ  ＤＣＦ７３、７５の間、および（３）ＨＯＭ  ＤＣＦ７３、７５とＨＯＭ  ＤＣＦ７４の間で得られたモジュール７０（図７）の接続損失を説明する表８０を示す。９９％を超える結合効率が０．０４ｄＢ未満の損失に対応するので、離散的な損失の合計１．９ｄＢが得られる。
【００５２】
図９は、２．１ｋｍのＨＯＭ  ＤＣＦファイバを用いる組み立てたモジュールについて測定した挿入損失（軌跡９１）を示すグラフ９０である。１５４０ｎｍにおいて挿入損失３．１ｄＢが測定され、１５５０ｎｍにおいて挿入損失４．４ｄＢが測定された。ファイバの減衰は、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を用いて１５５０ｎｍにおける０．５８ｄＢ／ｋｍまで測定された。
【００５３】
図１０は、図６に示す２．１ｋｍのモジュール７０について測定した分散（曲線１１０）を示すグラフ１００である。母材から測定した屈折率分布から計算される分散も、参考のために示す（点１２０）。測定した分散と母材の分布からのシミュレーションとの間に比較的良好な一致があることが観察される。しかし、図６中の目標分散曲線（点６１）に比べて、分散曲線１１０は、より長い波長およびわずかにより深にわずかにシフトされる。結果として、Ｃバンドにわたっての分散の変化が増加する。これは、母材の分布の少しの調整によって補正することができる。
【００５４】
図１１は、モジュールについて測定したマルチパス干渉（ＭＰＩ）（軌跡１１０３）を示すグラフ１１０である。（図７中の）モード変換器に用いられるＬＰＧ７３１およびＬＰＧ７５１の伝送スペクトルも参考のために示す（軌跡１１０１、１１０２）。ＭＰＩは、特定の線幅１５０ｋＨｚを有する調整可能な外部の共振器レーザ（ｃａｖｉｔｙ  ｌａｓｅｒ）から光をモジュールと通じて伝送し、レーザが０．０１ｎｍの増分で階段状にされるときに受信したパワーの変動を測定することによるものである。次いで、ＭＰＩは、以下の式（３）から計算することができる。
【数４】
2013543293.tif 000006
ただし、σは、２ｎｍのスキャン・ウィンドウ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｗｉｎｄｏｗ）に関して計算された受信パワーの標準偏差であり、Ｐａｖｇは、２ｎｍのウィンドウのスキャンの平均パワーである。ＬＰＧの伝送スペクトルは、入力のＬＰ０１から出力のＬＰ０１への伝送である。
【００５５】
図１２は、試験結果の要約を説明する表１２０を示す。１５５０ｎｍにおけるＦＯＭは、約２２００、すなわち−１２７５（１５５０ｎｍにおける分散）と０．５８（ＯＴＤＲによって測定された１５５０ｎｍにおける減衰）の間の比の絶対値であることが計算された。
【００５６】
表１２０において、ＰＭＤは、１５３５〜１５４５ｎｍの波長範囲内でジョーンズ計算法（Ｊｏｎｅｓ  Ｍａｔｒｉｘ  ｍｅｔｈｏｄ）を用いて測定されたことをさらに留意されたい。コアの非円形性の減少に注意が払われており、線引き中にファイバのスピンが用いられているが、ＰＭＤは、かなり高い。これは、とても高い導波路分散に起因するものであり、これによってとても小さい非円形性についてでも高いＰＭＤ値がもたらされている。しかし、さらにプロセスを最適化することによってＰＭＤを減少させることができる可能性もある。
【００５７】
５．結び
前述の説明は、当業者が発明を実施することを可能にする詳細を含むが、この説明は、本質的に例示であり、その多くの修正および変形が、これら教示について利益を有する当業者には明らかであろうことを認識されたい。したがって、本明細書中の本発明は、本明細書に添付した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、従来技術によって認められるのと同じように幅広く解釈されることが意図される。
【図１】
2013543293.tif 000008
【図２】
2013543293.tif 000009
【図３】
2013543293.tif 000010
【図４】
2013543293.tif 000011
【図５】
2013543293.tif 000012
【図５Ａ】
2013543293.tif 000013
【図６】
2013543293.tif 000014
【図７】
2013543293.tif 000015
【図８】
2013543293.tif 000016
【図９】
2013543293.tif 000017
【図１０】
2013543293.tif 000018
【図１１】
2013543293.tif 000019
【図１２】
2013543293.tif 000020
【国際調査報告】
2013543293.tif 000021