(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側コア半径および内側コア屈折率を有する内側コアと、
外側コア半径および前記内側コア屈折率より低い外側コア屈折率を有する外側コアと、
内側クラッド半径および前記外側コア屈折率より小さい内側クラッド屈折率を有する内側クラッドと、
前記内側クラッド屈折率より大きく、前記外側コア屈折率より小さい実効屈折率と
を備える、ファイバであって、
前記ファイバの全長に沿って２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満のスケーリングに対する低い摂動感度係数を有し、
前記内側コア半径が、０．７ミクロンから１．６ミクロンの間であり、
前記外側コア半径が、２．２ミクロンから４．０ミクロンの間であり、
前記内側コア屈折率と前記外側コア屈折率の間の差が、０．０１７から０．０２５の間であり、
前記外側コア屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．０１５から０．０３３の間であり、
前記ファイバの前記実効屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．００４より大きいことを特徴とするファイバ。
【請求項２】
前記内側コア半径が、１．１ミクロンから１．４ミクロンの間である、請求項１に記載のファイバ。
【請求項３】
前記外側コア半径が、２．５ミクロンから３．８ミクロンの間である、請求項１に記載のファイバ。
【請求項４】
前記外側コア半径と前記内側コア半径の比が、２．０より大きい、請求項１に記載のファイバ。
【請求項５】
前記外側コア半径と前記内側コア半径の比が、２．４から３．４の間である、請求項４に記載のファイバ。
【請求項６】
前記内側コア屈折率と前記外側コア屈折率の間の差が、０．０１８から０．０２２の間である、請求項１に記載のファイバ。
【請求項７】
前記外側コア屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．０１６から０．０３０の間である、請求項１に記載のファイバ。
【請求項８】
前記ファイバの前記実効屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．００８より大きい、請求項１に記載のファイバ。
【請求項９】
前記ファイバの前記実効屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．０１０である、請求項８に記載のファイバ。
【請求項１０】
２０平方ミクロン未満の小さい実効面積を有する、請求項１に記載のファイバ。
【請求項１１】
１５平方ミクロン未満の小さい実効面積を有し、スケーリングに対する前記摂動感度係数が１０未満である、請求項１０に記載のファイバ。
【請求項１２】
前記摂動感度係数が、４未満である、請求項１１に記載のファイバ。
【請求項１３】
０．７ミクロンから１．６ミクロンの間の内側コア半径、および内側コア屈折率を有する内側コアと、
２．２ミクロンから４．０ミクロンの間の外側コア半径、および外側コア屈折率を有する外側コアであって、外側コア半径と内側コア半径の比が、２．４から３．４の間であり、前記内側コア屈折率と前記外側コア屈折率の間の差が、０．０１７から０．０２５の間である、外側コアと、
内側クラッド半径および内側クラッド屈折率を有する内側クラッドであって、前記外側コア屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．０１５から０．０３３の間である内側クラッドと、
実効屈折率であって、前記ファイバの前記実効屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．００４より大きい、実効屈折率と
を備える、摂動に強い非線形ファイバであって、
前記ファイバの全長に沿って２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満のスケーリングに対する低い摂動感度係数を有する、
ファイバ。
【請求項１４】
２０平方ミクロン未満の小さい実効面積を有する、請求項１３に記載のファイバ。
【請求項１５】
１５平方ミクロン未満の小さい実効面積を有し、スケーリングに対する前記摂動感度係数が１０未満である、請求項１４に記載のファイバ。
【請求項１６】
前記摂動感度係数が、４未満である、請求項１５に記載のファイバ。
【請求項１７】
高非線形性および摂動に対する低感度を有するファイバを通じて光信号を伝搬する方法であって、
内側コア半径および内側コア屈折率を有する内側コア、
外側コア半径、および前記内側コア屈折率より低い外側コア屈折率を有する外側コア、
内側クラッド半径、および前記外側コア屈折率より小さい内側クラッド屈折率を有する内側クラッド、ならびに
前記内側クラッド屈折率より大きく、前記外側コア屈折率より小さい実効屈折率
を備えるファイバであって、
前記ファイバの全長に沿って２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満のスケーリングに対する低い摂動感度係数を有し、２０平方ミクロン未満の小さい実効面積を有する、
ファイバを用意することと、
入力から出力へ前記ファイバを通じて光信号を伝搬することと
を含み、
前記ファイバの前記出力での前記光信号が、前記入力から実質的に摂動を受けず、
前記内側コア半径が、０．７ミクロンから１．６ミクロンの間であり、
前記外側コア半径が、２．２ミクロンから４．０ミクロンの間であり、
前記内側コア屈折率と前記外側コア屈折率の間の差が、０．０１７から０．０２５の間であり、
前記外側コア屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．０１５から０．０３３の間であり、
前記ファイバの前記実効屈折率と前記内側クラッド屈折率の間の差が、０．００４より大きいことを特徴とする光信号を伝搬する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、「Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｔｏ  Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ」と題され、２０１１年７月７日に出願した米国特許仮出願第６１／５０５，４３３号の優先権を主張するものであり、その開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般に、摂動に強い非線形ファイバに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、高非線形性、およびファイバ・スケーリング（ｆｉｂｅｒ  ｓｃａｌｉｎｇ）における摂動に対する低感度を実現するファイバ設計に関する。
【背景技術】
【０００３】
非線形光デバイスは、波長変換、信号再生、スペクトル反転、および低雑音増幅が含まれる多数の用途に役立っている。これらの用途は、しばしば、パラメトリック増幅過程に基づく。一般に、非線形デバイスの全体的性能は、その内部の導波路の特性に密接に関連している。ほとんどの用途の場合、シリカ系ファイバは、それによってもたらされる損失と非線形性の間のバランスに主として基づいて、何らかの利用可能な導波路プラットフォームの最良の特性をもたらす。しかし、シリカの非線形性は低いので、かなりの非線形性効果を適当な光パワーで蓄積することができるようにするために、多くの場合には、ファイバの長さは、非常に長く（通常は、５０〜１０００メートル、またはさらに長く）しなければならない。多数の用途の場合、そのような過度の長さは、下流に望ましくない光学的効果をもたらし得る。
【０００４】
パラメトリック増幅の用途の場合、ファイバは、相互作用する光波長における実効屈折率の値に関連する位相整合条件を満たさなければならない。ファイバの長さにわたって導波光の実効屈折率にかなりのばらつきが存在し、実効屈折率のばらつきによってファイバの長い長さにわたってかなりの位相整合の劣化が引き起こされ得ることが最近示されている。したがって、いくつかのファイバ・モード特性を同時に実現するのに、かなりの設計問題が存在する。これらの最も関連がある特性のうちのいくつかには、ファイバの長さおよび／または入力パワーを減少させることができるような高非線形性、摂動を受けないファイバ（ｕｎｐｅｒｔｕｒｂｅｄ  ｆｉｂｅｒ）における所望の非線形プロセスの位相整合を可能にする実効屈折率と波長のバランス、およびファイバの長さに沿ったばらつき、すなわちスケーリングに対する位相整合の低感度が含まれる。高非線形性を実現する既存のファイバ設計は、コア屈折率または直径における摂動に特に敏感であるので、この問題は、特に難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、高非線形性、実効屈折率と波長の間の良好なバランス、および摂動に対する低感度／高耐性を有する非線形ファイバが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、一般に、摂動に強い非線形ファイバに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、高非線形性、例示的な波長変換プロセスのための位相整合を与える実効屈折率、およびファイバ・スケーリングにおける摂動に対する低感度を実現するファイバ設計に関する。
【０００７】
本発明の一実施形態では、ファイバは、内側コア半径および内側コア屈折率を有する内側コアと、外側コア半径および内側コア屈折率より低い外側コア屈折率を有する外側コアと、内側クラッド半径および外側コア屈折率より小さい内側クラッド屈折率を有する内側クラッドと、内側クラッド屈折率より大きく、外側コア屈折率より小さい、実効屈折率とを備え、ファイバは、ファイバの全長に沿って約２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満のスケーリングに対する分散の低い摂動感度係数（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）を有する。
【０００８】
本明細書に用いられるとき、「摂動感度係数」（ｄＤ／ｄｓ）は、半径方向スケーリング係数（ｒａｄｉａｌ  ｓｃａｌｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）ｓの関数としての分散の変化率であり、すなわち、所与の摂動を受けない分布ｎ０（ｒ）について、ファイバ全体にわたって摂動された半径方向スケーリング（ｒａｄｉａｌ  ｓｃａｌｉｎｇ）ｓを伴う分布は、ｎ（ｒ）＝ｎ０（ｒ／ｓ）である。そのような分布についての分散は、ｓの関数であり、ｄＤ／ｄｓは、現実的な製造ばらつきを受けたファイバでどのくらい分散がばらつき得るかの重要な尺度である。代替の感度基準（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｍｅｔｒｉｃｓ）を使用することもできる。例えば、ゼロ分散波長ｄ（ＺＤＷ）／ｄｓの感度である。代替の単位が、使用されるときもあり、例えば０．０１＊ｄＤ／ｄｓは、１％のスケーリングのばらつきに正規化された感度であり、（１／ｒｃｏｒｅ）ｄＤ／ｄｓは、ｄＤ／ｄｒｃｏｒｅと同じ単位にｄＤ／ｄｓを正規化する。純粋なスケーリングのばらつき以外の摂動（例えば、他の径方向座標が一定であるとの仮定をとった導関数ｄＤ／ｄｒｃｏｒｅまたはｄＤ／ｄｎｃｏｒｅ）が、同様に使用されてもよい。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、摂動に強い非線形ファイバは、約０．７ミクロンから約１．６ミクロンの間の内側コア半径および内側コア屈折率を有する内側コアと、約２．２ミクロンから約４．０ミクロンの間の外側コア半径および外側コア屈折率を有する外側コアであって、外側コア半径と内側コア半径の比が、約２．４から約３．４の間であり、内側コア屈折率と外側コア屈折率の間の差が、約０．０１７から約０．０２５の間である、外側コアと、内側クラッド半径および内側クラッド屈折率を有する内側クラッドであって、外側コア屈折率と内側クラッド屈折率の間の差が、約０．０１５から約０．０３３の間である、内側クラッドと、実効屈折率であって、ファイバの実効屈折率と内側クラッド屈折率の間の差が、約０．００８より大きい、実効屈折率とを備え、ファイバは、ファイバの全長に沿って約２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満のスケーリングに対する分散の低い摂動感度係数を有する。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態では、高非線形性および摂動に対する低感度を有するファイバを通じて光信号を伝搬する方法は、内側コア半径および内側コア屈折率を有する内側コア、外側コア半径、および内側コア屈折率より低い外側コア屈折率を有する外側コア、内側クラッド半径、および外側コア屈折率より小さい内側クラッド屈折率を有する内側クラッド、ならびに内側クラッド屈折率より大きく、外側コア屈折率より小さい、実効屈折率を備えるファイバであって、ファイバの全長に沿って約２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満のスケーリングに対する低い摂動感度係数を有すると共に、約２０平方ミクロン未満の小さい実効面積を有する、ファイバを用意することと、入力から出力へファイバを通じて光信号を伝搬することとを含み、ファイバの出力での光信号は、入力から実質的に摂動を受けない。
【００１１】
本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記の簡潔に要約された本発明の実施形態のさらに詳細な説明が、添付図面に示される実施形態を参照することによってなされ得る。しかし、添付図面は、本発明の範囲内に包含される実施形態のうちの典型的な実施形態だけを示すものであり、したがって、限定とみなされるべきではなく、本発明については、他の等しい効果的な実施形態を認めることができることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による概括的なファイバ設計を示すグラフである。
【図２】本発明の実施形態によるファイバ設計の例示的な実施形態およびそれに従って製造されたファイバの実際の値を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態により製造された例示的なファイバに関してゼロ分散波長についての実験的な試験結果をファイバ位置の関数として示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態により製造された例示的なファイバに関してスケーリング係数（ｓｃａｌｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）ＳＦについての実験的な試験結果をファイバ位置の関数として示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態により製造された例示的なファイバに関して約１５５０ｎｍの波長で測定された分散についての実験的な試験結果をファイバ位置の関数として示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態による様々なファイバ設計に関して約１５８０ｎｍの波長でシミュレーションされた分散をスケーリングの関数として示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態による種々の外側コアのパラメータを有する様々なファイバ設計に関して約１５８０ｎｍの波長でシミュレーションされた分散をスケーリングの関数として示す４つのグラフである。
【図８】本発明の実施形態による様々なファイバ設計に関してシミュレーションされた許容できる性能の範囲を、内側コア屈折率のステップ（ｉｎｎｅｒ  ｃｏｒｅ  ｉｎｄｅｘ  ｓｔｅｐ（ｎ１−ｎ２）および外側コア半径の関数として示す設計空間マップである。
【図９】本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションされた許容できる性能の範囲を、内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）および外側コア半径の関数として示す別の設計空間マップである。
【図１０】本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションされた許容できる性能の範囲を、内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）および外側コア半径の関数として示すさらに別の設計空間マップである。
【図１１】本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションされた許容できる性能の範囲を、内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）および外側コア半径の関数として示すさらなる設計空間マップである。
【図１２】本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションされた許容できる性能の範囲を、内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）および外側コア半径の関数として示す追加の設計空間マップである。
【図１３】本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションされた摂動感度係数を実効面積の関数として示す追加の設計空間マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書中に使用される見出しは、単に構成するためのものであり、説明の範囲または特許請求の範囲を限定するために使用されることはない。本出願全体を通じて用いられるように、単語「ｍａｙ」（「できる、し得る、してもよい」）は、義務の意味（すなわち、ｍｕｓｔの意味）ではなく、許可の意味（すなわち、〜する可能性を有するという意味）で使用される。同様に、単語「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」（「含む、備える」）は、包含することを意味し、限定されない。理解を助けるため、可能であれば、同じ参照符号が、各図に共通の同じ要素を示すために使用されている。
【００１４】
本発明の実施形態は、概して、摂動に強い非線形ファイバに関する。さらに具体的には、本発明の実施形態は、高非線形性、およびファイバ・スケーリングにおける摂動に対する低感度を実現するファイバ設計に関する。
【００１５】
概して言えば、本発明の実施形態は、実効屈折率を用いた位相整合を必要とする波長変換プロセスに利用することができる。スケーリングのばらつき、ゼロ分散波長近くの分散のばらつき、ならびに位相整合した信号およびアイドラ（ｉｄｌｅｒ）の波長のばらつきは全て、感度解析における位相整合のばらつきの代わりを務めるので、本発明の実施形態は、そのようなばらつきに実質的に敏感でない導波路を創出するのに利用することができる。
【００１６】
本明細書に用いられるとき、用語「約（ａｂｏｕｔ）」または「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」あるいはその派生語は、数値を参照するとき、そのような数値のプラス・マイナス１０％以内を含むものとみなされるべきである。加えて、そのような用語が、絶対値（ａｂｓｏｌｕｔｅｓ）（例えば、ゼロ）を記述するために利用されるとき、絶対値は、当業者によって通常使用されるように、プラス・マイナスに適当な測定値の一単位以内を含むものとみなされるべきである。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による概括的なファイバ設計を示すグラフを示す。本発明の多くの実施形態では、ファイバの構造は、概して、内側コアと、外側コアと、内側クラッド（すなわち、トレンチ（ｔｒｅｎｃｈ））と、外側クラッドとを含む。ファイバのそのような断面は、性能基準に基づいて設計でき、これは、図１に示されるように、種々の断面のファイバについて、半径に対して屈折率をプロットすることによって示すことができる。
【００１８】
一実施形態では、ファイバ設計は、半径ｒ１および屈折率ｎを有する内側コアと、半径ｒ２および屈折率ｎ２を有する外側コアと、屈折率ｎ３を有し、半径ｒ３まで延びるトレンチと、屈折率ｎｏｕｔを有する外側クラッドとを含む。本発明の実施形態によって理解されるように、本明細書に開示した新規なファイバ設計は、主に、（１）小さい実効面積、すなわち、高非線形性、ならびに（２）分散ゼロ、および分散ゼロの低いばらつき、すなわち、スケーリングに対して低感度を実現するとみなされる。本発明の実施形態によれば、小さい実効面積および分散ゼロは、主に、コア半径（すなわち、ｒ１およびｒ２）、およびステップ間の正味の変化（すなわち、ｎ１−ｎ２およびｎ２−ｎ３）によって制御することができる。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態では、ファイバの他の望ましい特性には、（上記の一覧に続いて）（３）効果的なシングル・モード動作、すなわち、低カットオフ波長または高い高次モード（ＨＯＭ）損失、（４）長波長で低損失、（５）偏光保持（複屈折）、（６）ファイバのポーリング（ｐｏｌｉｎｇ）、（６）特定の外径、および（７）特殊コーティングも含み得る。そのような特性の多くは、トレンチの屈折率（すなわち、ｎ３）、ならびにコア半径（すなわち、ｒ１およびｒ２）、およびステップ間の正味の変化（すなわち、ｎ１−ｎ２およびｎ２−ｎ３）によって制御することができる。本発明の多くの実施形態については、トレンチの厚さ（すなわち、ｒ３−ｒ２）は、それ自体が著しく敏感なパラメータではないが、全ての特性に僅かな影響を及ぼし得ることに留意されたい。
【００２０】
上記のことに鑑みて、実験的実施形態では、ファイバは、上述のような相対屈折率分布で設計された。図２は、例示的なファイバ設計およびそれに従って製造されたファイバの実際の値を示す。図によれば、ファイバ設計は破線で示され、一方、実測の屈折率分布は実線で示される。実験的なファイバ設計は、図８〜図１２に関連して本明細書に図示および説明されるのと同様の性能考察を考慮した数値最適化によって得られた。
【００２１】
実験的なファイバは、ファイバの半径方向スケーリングがファイバの長さに沿って約１．７から約１．９５（すなわち、総変化の約１３％）ばらつくように引き上げられた。実験的なファイバを作製するために利用される単一のプリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍ）から、さらなる実験的なファイバが、その性能特性が測定できるようにスケーリングのさらなるばらつきを伴って生成された。
【００２２】
本発明の実施形態によれば、図３に示されるように、ゼロ分散波長を含むファイバの性能特性のいくつかが試験された。本発明の実施形態によって理解されるように、ゼロ分散波長は、材料分散および導波路分散が互いを相殺し、群遅延分散がゼロである一波長または複数波長である。図に示されるように、ファイバ位置が増加するにつれてゼロ分散波長は減少した。したがって、本発明の実施形態による特定の用途のためのファイバを設計するときは、ゼロ分散波長は、ファイバの寸法を精密に制御することによって選択することができる。
【００２３】
本発明の実施形態によって理解されるように、ファイバの屈折率分布は、係数ＳＦによってスケーリングされたファイバを形成するプリフォームの実質的に長さ不変の屈折率分布から導出される。そのような係数は、摂動ｄｓ＝（ＳＦ−ＳＦ０）／ＳＦ０に対する（ＳＦ０を有する）公称設計の感度を評価するために使用できる。図４は、本発明の一実施形態により製造された例示的なファイバに関してスケーリング係数ＳＦについての実験的な試験結果をファイバ位置の関数として示すグラフを示す。図に示されるように、多数の測定値が、試験を受けたファイバの長さ（ｚ）に沿って得られた。少なくとも約５０ｋｍから約２００ｋｍの間で、実験的なファイバは、実質的に直線の測定パターンを示し、測定時、このパターンの傾き（ｄｓ／ｄｚ）は、約４．９・１０−７／メートルである。
【００２４】
実験的実施形態では、図５に示されるように、約１５５０ｎｍの波長での分散が、ファイバ位置の関数としてやはり測定された。スケーリング係数ＳＦと同様に、多数の測定値が、試験を受けたファイバの長さ（ｚ）に沿って得られ、約５０，０００ｍから約２００，０００ｍの間で、実験的なファイバは、傾き（ｄＤ／ｄｚ）が約１．０７・１０−５（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）／メートルである実質的に直線の測定パターンを示した。
【００２５】
これらの計算を用いると、「摂動感度係数」（ｄＤ／ｄｓ）（すなわち、スケーリング係数の変化率の関数としての分散の変化率）は、試験された実験的なファイバ設計について、（ｄＤ／ｄｚ）／（ｄｓ／ｄｚ）、すなわち約２１．８（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）として与えられ得る。本発明の実施形態によって理解されるように、実験的な摂動感度係数（ｄＤ／ｄｓ）は、概して約１００（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）より大きい従来の高非線形ファイバより実質的に小さい。低い摂動感度係数は、スケーリングの摂動に対する低感度を示すので、したがって、実験的なファイバは、従来のファイバよりもそのような摂動に敏感でないことが確証される。
【００２６】
上述のファイバ設計を用いたこれらの実験結果に鑑みて、本発明の実施形態によれば、ゼロ分散波長、および摂動感度係数（ｄＤ／ｄｓ）といった少なくとも２つのファイバ設計の特性に対しての制御が、維持されるべきである。両特性は、ファイバの分散全体に依存するので、直接的または間接的に、ファイバ分散に対しての制御は、同様に大まかに関連している。
【００２７】
分散は、全てのファイバ設計パラメータの重要で複雑な関数であると理解される。しかし、本発明の実施形態については、分散は、内側コア半径（ｒ１）および第１の屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）に特に敏感であると知られる。外側コア半径（ｒ２）および第２の屈折率のステップ（ｎ２−ｎ３）も、多くの実施形態において関連していると知られていた。したがって、ファイバの設計、特に半径および屈折率を変更することによって、ファイバの分散は、同様に変更することができる。
【００２８】
図６は、本発明の実施形態による様々なファイバ設計に関して約１５８０ｎｍの波長で測定された分散についてのシミュレーションした結果をスケーリングの関数として示すグラフを示す。図に示されるように、分散は、いくつかのファイバ設計についてスケーリング偏差（ｓｃａｌｉｎｇ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）ｄｓ＝スケーリング−１に対してプロットされ、ただし、内側コアのパラメータ（すなわち、ｒ１およびｎ１）は、選択した１５８０ｎｍの波長でゼロ分散に達するように変えられる。
【００２９】
ゼロ分散波長ならびにｒ２／ｒ１の比ならびに第２のステップの値および第３のステップの値を一定に保つことによって、各設計によって与えられる曲線の形状は、非常に大きく変わることが示される。ｄｓ＝０でのそのような曲線の傾き、すなわちｄＤ／ｄｓ（すなわち、摂動感度係数）は、低感度の摂動を示す。図に示されるように、そのような傾きの最低は、ｒ１が約１．４ミクロンのところで生じ、顕著により高い傾きは、約１．２ミクロンまたは約１．６ミクロンのｒ１で生じる。
【００３０】
本発明の実施形態によってさらに理解されるように、ｒ１の値の選択も、高次モード（ＨＯＭ）の影響の実効カットオフに影響を与える。図では、実線は、効果的にシングル・モードとして働く（すなわち、１４５０ｎｍで１０ｄＢ／ｍより大きいＨＯＭ損失を有する）ファイバを示す。図示の破線は、マルチモード・ファイバとして働き、本発明の実施形態の目的のためには、典型的には望ましくない。効果的なシングル・モード性（ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅｄｎｅｓｓ）の境界は、ｎ３−ｎｓｉｌのパラメータによって、または多かれ少なかれ厳格なＨＯＭ損失の要件（ＨＯＭ  ｌｏｓｓ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）の採用によってかなり大きく影響を受ける可能性があることが理解される。
【００３１】
ｒ１の値が分散に影響を与えることが分かったら、上述のように、外側コアのパラメータｒ２およびｎ２−ｎ３の影響を知るためにシミュレーションが行われた。図７は、本発明の実施形態による種々の外側コアのパラメータを有する様々なファイバ設計に関して約１５８０ｎｍの波長で測定された分散についてのシミュレーションした結果をスケーリングの関数として示す４つのグラフを示す。
【００３２】
いくつかの設計とともに示されるように、例えば、ｒ１が約１．５ミクロン、ｒ２／ｒ１が約２．８、およびｎ２−ｎ３が約０．０１５である図７の左下のグラフの曲線では、摂動感度係数は、ほとんどゼロであり得る）。そのような曲線に関しては、分散は、スケールが約１であるところで本質的にゼロであり（すなわち、Ｘ軸がゼロであるところで、スケール係数（ｓｃａｌｅ  ｆａｃｔｏｒ）は１であり）、この設計は、スケール摂動（ｓｃａｌｅ  ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）に対して極めて低感度を有し得る。
【００３３】
外側コアのパラメータ（すなわち、ｒ２およびｎ２−ｎ３）は、上述のように、ファイバが事実上シングル・モードであるかの決定にかなり大きな役割を果たすのに対して、ファイバ設計のいくつか、例えば、右下のグラフにおけるｒ１＝１．５は、非常に良い摂動感度係数を有するが、高いカットオフおよび関連したＨＯＭの影響により全体的によく働きそうにない。したがって、意図された用途ごとに、ファイバ設計は、その全体的性能特性に基づいて検討され、バランスをとらなければならず、１つの特性が、適切なファイバ設計の選択の方向を決定する可能性はない。
【００３４】
本明細書に述べた結果より、実際に製造されたファイバの分布（ｆｉｂｅｒ  ｐｒｏｆｉｌｅ）は、例えば、図２に示されるように、意図された分布の設計からほとんどいつも逸脱することに留意されたい。多くの実施形態では、そのような誤差は、プリフォームを製造するコア・ロッド（ｃｏｒｅ  ｒｏｄ）の屈折率分布測定に基づいてスケーリングの調整を行うことによって、または他の適切な手段によって補償することができる。
【００３５】
小さい摂動感度係数（ｄＤ／ｄｓ）は、意図しない摂動に対して好ましい無感受性をもたらすことができるが、非常に小さい摂動感度係数は、スケーリング制御によって偏差補正できないファイバももたらし得る。したがって、一実施形態では、できる限り最小の摂動感度係数、すなわち、ｄＤ／ｄｓ＝０を有する目標設計を利用することができ、ファイバの分布の調整を行うことが必要とされる場合、ＵＶチューニング（ＵＶ  ｔｕｎｉｎｇ）、歪みの付与（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｔｒａｉｎ）、またはアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）などの引き上げ後のプロセスが、内側コア領域の分布を調整する方法として用いることができる。加えて、引き上げ中のファイバの張力が、結果として得られるファイバの屈折率分布に僅かな変化を引き起こすように調整することができる。
【００３６】
別の実施形態では、分散またはゼロ分散波長の小さい誤差を補正するために、例えば、ｄＤ／ｄｓが約５から約１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間であるより適度な摂動感度係数を利用することによって、小さいスケーリング調整を行うことを可能にし得る。そのような実施形態については、図７に多数のファイバによって示されるように、屈曲した分散曲線は、それが、ファイバが低い摂動感度係数を与えると共に、一方で、意図された設計から僅かに逸脱するコア・ロッドのスケーリングによって調整する余地を与えることを示すので適し得る。
【００３７】
ある設計のパラメータと他のものとの間のトレードオフおよびバランスを理解する際、ある範囲のファイバ設計「ファミリ（ｆａｍｉｌｙ）」（すなわち、本発明の様々な実施形態およびそれについての用途に適していると思われる特性を有するファイバ）を得るために、設計空間マップが作成されて、設計分布に基づいて特性を評価することができる。図８は、本発明の実施形態による様々なファイバ設計に関してシミュレーションした結果を示す設計空間マップを示しており、曲線は、例示的なゼロ分散波長（１５８０ｎｍ）を実現するために必要とされる内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）を外側コア半径の関数として示し、一方、網掛け領域は、避けられるべき様々な性能ペナルティ（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｐｅｎａｌｔｙ）を示し、その結果、望ましい設計は、網掛けではない領域によって示される。
【００３８】
図に示されるように、提案した設計についてのいくつかの変数は、一定に保たれ（すなわち、ｒ２／ｒ１＝３．１、ｎ３−ｎｏｕｔ＝−０．００８、およびゼロ分散波長は約１５８０ｎｍであり）、ファイバは、約０．０１７から約０．０２９の範囲である様々なｎ２−ｎ３の値について試験された。内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）は、特定の外側コアの屈折率ステップ（ｎ２−ｎ３）の値に関連して示されるような所望のゼロ分散波長を実現するように約０．０１７から約０．０２４の間で微調整された。マップから得られた結果は、提案した用途のためのファイバ設計に適した範囲を示す。
【００３９】
図示の実施形態については、大きい外側コア半径（ｒ２）と大きい屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２およびｎ２−ｎ３）の組合せは、（マルチモードの範囲として図に示されるような）概して望ましくないマルチモード・ファイバをもたらす可能性があり、実際の境界は、図示され、ｎ３−ｎｏｕｔおよび他の同様の係数によって定義される。大きい外側コア半径（ｒ２）および小さい外側コアの屈折率ステップ（ｎ２−ｎ３）は、大きい実効面積をもたらし、これは、図示の実施形態の場合、概して、やはり望ましくない。小さい外側コア半径（ｒ２）と大きいコア半径（ｒ２）の両方が、劣化した摂動感度をもたらし、このことは概して望ましくなく、図７に示される分散対スケールのグラフによって説明可能である。したがって、図示されるような設計空間マップの網掛けではない部分が、その中のファイバが効果的なシングル・モード性、低い摂動感度係数、小さい実効面積などを保有すると考えられるので、分析される特定の実施形態に対して最も望ましい特性をもたらすものと思われ得る。
【００４０】
図９は、本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションした結果を示す別の設計空間マップを示しており、曲線は、例示的なゼロ分散波長（１５８０ｎｍ）を実現するために必要とされる内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）を外側コア半径の関数として示し、一方、網掛け領域は、避けられるべき様々な性能ペナルティを示し、その結果、望ましい設計は、網掛けではない領域によって示される。
【００４１】
図示の実施形態では、ｒ２／ｒ１は約２．８に保持され、ｎ３−ｎｏｕｔ＝−０．００８であった。図８中の上記図示の実施形態と同様に、図９の設計空間マップは、同様の傾向を有するが、適した設計は、概してより低いドーパント・レベル（ｄｏｐａｎｔ  ｌｅｖｅｌ）を有し得るより低い屈折率差（ｉｎｄｅｘ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）の中に延びる。図１０は、本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションした結果を示すさらに別の設計空間マップを示しており、曲線は、例示的なゼロ分散波長（１５８０ｎｍ）を実現するために必要とされる内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）を外側コア半径の関数として示し、一方、網掛け領域は、避けられるべき様々な性能ペナルティを示し、その結果、望ましい設計は、網掛けではない領域によって示される。
【００４２】
図示の実施形態では、図９に示された値に比べて、様々なパラメータの値は、概ね一定に保持されており、違いは、ｎ３−ｎｏｕｔで試験されたトレンチ深さが約−０．０１０で一定であることにある。図９の設計空間マップに比べると明らかなように、図示の実施形態は、トレンチがより深く作製されるときにマルチモード条件の改善を示し、適切なファイバ設計の範囲を広げる。図からやはり明らかなように、ある種の設計は、特定の閾値での損失により除外される可能性があり、例えば、２．１ミクロンでの損失は、１０ｄＢ／ｍの閾値を超過する。示された図には、より大きい（すなわち、約０．０２より大きい）内側コア屈折率のステップについてのデータは、計算時間の関係で省略されたが、同様の傾向をもたらすことが予期されることに留意されたい。
【００４３】
図１１は、本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションした結果を示すさらなる設計空間マップを示しており、曲線は、例示的なゼロ分散波長（１５８０ｎｍ）を実現するために必要とされる内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）を外側コア半径の関数として示し、一方、網掛け領域は、避けられるべき様々な性能ペナルティを示し、その結果、望ましい設計は、網掛けではない領域によって示される。図示の実施形態では、図８および図９に示された値に比べて、様々なパラメータの値は、概ね一定に保持されており、違いは、ｒ２／ｒ１＝２．５であることにある。これらの実施形態についての比の変化から明らかなように、適切なファイバは、より低い屈折率差の中に延びる傾向があり、図８および図９に示されるより大きいｒ２／ｒ１の設計に比較して概してより低いドーパント・レベルを有し得る。加えて、他の両方の図における２つの領域とは対照的に、小さいコア・サイズに対応するたった１つの高い摂動感度係数領域が存在する。
【００４４】
しかし、図１１において適切と思われる設計は、低感度（すなわち、約２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の摂動感度係数）を実現するが、超低感度（すなわち、約４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の摂動感度係数）を実現する設計ではないことに留意されたい。したがって、約２．５未満のｒ２／ｒ１の比は、低感度を実現できるが、ある種の実施形態において望ましいものであり得る超低感度を実現しないことに留意されたい。このことは、図１２に示される設計空間マップによってさらに例示される。
【００４５】
図１２は、本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションした結果を示す追加の設計空間マップを示しており、曲線は、例示的なゼロ分散波長（１５８０ｎｍ）を実現するために必要とされる内側コア屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）を外側コア半径の関数として示し、一方、網掛け領域は、避けられるべき様々な性能ペナルティを示し、その結果、望ましい設計は、網掛けではない領域によって示される。特に、この図は、約３．４の大きいｒ２／ｒ１の値を有する、図８、図９および図１１に示されるものと同様に設計されたファイバを示す。適切な特性をもたらすある種のファイバ設計が存在したが、そのような大きいｒ２／ｒ１の値は、そのようなファイバを製造するために過大なドーパント濃度を必要としたことに留意されたい。本発明の実施形態によれば、そのような高ドーパント濃度は、そのことが概して、余分な損失、製造の難しさなどを伴うファイバをもたらすので、概して望ましくない。
【００４６】
図１３は、本発明の実施形態によるいろいろなファイバ設計に関してシミュレーションされた摂動感度係数を実効面積の関数として示す追加の設計空間マップを示す。図示の実施形態では、２．２の小さいｒ２／ｒ１の値が選択された。上記図１１から予期されるように、図１２に示されるファイバ設計はどれも、２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の摂動感度係数を有さない。加えて、試験されたファイバ設計については、２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ付近の摂動感度係数を有するファイバの各々は、（点線の曲線によって示される）そのような範囲内でマルチモードであったことに留意されたい。したがって、示したファイバ設計は、従来の設計より摂動に対して低感度を有する適度に良好な全体的性能を有するが、それらは、本発明の実施形態によって考えられる多くの用途にとって必ずしも理想的なファイバ設計ではない。したがって、図１２に示されるように、注目は、より高いｒ２／ｒ１の値に向かって戻される。
【００４７】
したがって、これらの結果に鑑みて、本明細書に述べられるように、多くの本発明の実施形態は、概して、適切なファイバ設計の作成において、以下のようなある数値パラメータを用いて導くことができる。
【００４８】
本発明の多くの実施形態では、内側コア半径（ｒ１）は、約０．７ミクロンから約１．６ミクロンの間とすることができる。一実施形態では、内側コア半径（ｒ１）は、約１．１ミクロンから約１．４ミクロンの間である。多くの実施形態では、外側コア半径（ｒ２）は、約２．２ミクロンから約４．０ミクロンの間とすることができる。一実施形態では、外側コア半径（ｒ２）は、約２．５ミクロンから約３．８ミクロンの間である。したがって、多くの実施形態では、外側コア半径と内側コア半径の比（ｒ２／ｒ１）は、約２．０より大きいものであり得る。一実施形態では、外側コア半径と内側コア半径の比（ｒ２／ｒ１）は、約２．４から約３．４の間である。
【００４９】
第１の屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）は、概して、約０．０１７から約０．０２５の間の範囲内であり得る。一実施形態では、第１の屈折率のステップ（ｎ１−ｎ２）は、約０．０１８から約０．０２２の間である。第２の屈折率のステップ（ｎ２−ｎ３）は、概して、約０．０１５から約０．０３３の間の範囲内であり得る。一実施形態では、第２の屈折率のステップ（ｎ２−ｎ３）は、約０．０１６から約０．０３０の間である。
【００５０】
概して、トレンチ深さ（ｎｏｕｔ−ｎ３）は、ファイバ設計のシングル・モード性を改善するために、約０．００４より大きくすべきである。いくつかの実施形態では、トレンチ深さ（ｎｏｕｔ−ｎ３）が約０．００８より大きい。特定の一実施形態では、トレンチ深さ（ｎｏｕｔ−ｎ３）が約０．０１０である。
【００５１】
本発明の実施形態により作製された結果として得られるファイバ設計は、小さい実効面積（すなわち、高非線形性）と、摂動、特にスケーリングに対する低感度とを有する。概して、そのようなファイバは、約２０平方ミクロン未満の小さい実効面積を備え、約２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満の摂動感度係数を有する。いくつかの実施形態では、小さい実効面積は、約１５平方ミクロン未満であり、摂動感度係数は約１０未満である。さらなる実施形態では、摂動感度係数は約４未満である。
【００５２】
本明細書に示された適用例に加えて、本発明の実施形態は、ファイバの長さの関数としてさらなるばらつきを有するファイバに適していると考えることもできる。例えば、温度、機械的な力、環境中の化学的変動、ファイバの回転またはねじれ、ケーブルまたはコイルの曲げの処理などの他の摂動を受けるファイバは、本明細書中の開示から利益を得ることができる。
【００５３】
特に、本発明の実施形態は、望まない誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を管理する方法との併用に適し得る。すなわち、ＳＢＳは、摂動（温度または歪み）をファイバに導入することによって時として緩和されるが、これらの摂動は、分散の望ましくないばらつき（例えば、ファイバに沿ったゼロ分散波長のばらつき）も引き起こし得る。本発明の実施形態を利用することによって、いずれのそのような摂動に敏感でないゼロ分散波長を有するファイバを提供することができる。したがって、本発明のさらなる実施形態では、本明細書中の開示により作製されるファイバは、スケーリングの摂動に加えて、多数の他の摂動に耐性があり得ることが明らかである。本明細書中の設計によって目標にされることが意図された任意のそのような摂動については、そのような用途に適したファイバ設計を創出するための同様の手法を用いることができ、二段階コアおよびトレンチに適した範囲を決定することができ、カットオフ、モード・サイズ、およびそれとともに分散の独立した調整を可能にする。
【００５４】
歪みに対するゼロ分散の無感受性は、測定によって確認されている。測定結果は、以下のように表１に得られる。
【表１】
0005823035.tif 000002
【００５５】
本発明によるＨＮＬＦは、歪みの付与（ｓｔｒａｉｎｉｎｇ）によりＳＢＳシフト（ＳＢＳ  ｓｈｉｆｔ）に対して従来のＨＮＬＦと同じ感度を有しており、これは、歪み勾配を伴ってファイバをスプールに巻く（ｓｐｏｏｌｉｎｇ）ことによってＳＢＳ抑圧がなされる用途に好ましい。しかし、歪みの付与による分散に対する感度は、大変低減され、特に、ＺＤＷの感度についての改善は、非常に大きい。
【００５６】
本発明の追加の実施形態では、ファイバ設計のために低感度の目標に焦点を合わせることの代替は、本明細書に記載の設計パラメータを利用し、約２．５以上のｒ２／ｒ１の値を有するそのようなファイバを設計することである。本明細書中の図に示されるように、そのような最小の比は、様々な用途において望ましい性能特性をもたらす。
【００５７】
前述のことは、本発明の実施形態に向けられたものであるが、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく案出され得る。本明細書に記載の様々な実施形態は、本明細書に含まれる範囲から逸脱することなく、記載された任意の他の実施形態と組み合されて利用されてもよいことも理解されよう。加えて、本発明の実施形態は、特定の用途が必要とし得るとき、さらにスケーリングできる（ｓｃａｌａｂｌｅ）可能性がある。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図６】
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【図７】
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【図１２】
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