(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ＷＤＭ伝送方式に用いて有用な分散シフト光ファイバを提供する。【解決手段】比屈折率差（Δ１）が０．５〜０．７％のセンタコア１と、屈折率差（Δ２）が−０．３〜−０．０５％の第１サイドコア２と、比屈折率差（Δ３）が０．１５〜０．３％の第２サイドコア３とから成る３層構造のコアを有し、その外側にクラッド５が配置されている分散シフト光ファイバであって、１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域における分散の絶対値と分散スロープが、それぞれ、２〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、０．１０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける有効断面積と伝送損失が、それぞれ、５０〜８０μｍ２、０．２５ｄＢ／ｋｍ以下である。波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも小さく、常温・常圧下で、実質的に水素から成る雰囲気中に放置したのちの波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも小さい分散シフト光ファイバ。【選択図】　　　図１
2004020728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層構造のコアを有し、その外側にクラッドが配置されている分散シフト光ファイバであって、
１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域における分散の絶対値と分散スロープが、それぞれ、２〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、０．１０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、
波長１５５０ｎｍにおける有効断面積と伝送損失が、それぞれ、５０〜８０μｍ２、０．２５ｄＢ／ｋｍ以下であり、また、
波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも小さく、かつ、常温・常圧下において、実質的に水素から成る雰囲気中に放置したのちの波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも小さいことを特徴とする分散シフト光ファイバ。
【請求項２】
前記コアが、中心に位置するセンタコアと、前記センタコアの外側に円環領域として形成された第１サイドコアと、更に前記第１サイドコアの外側に円環領域として形成された第２サイドコアとから成る３層構造を有し、
前記センタコアの比屈折率差（Δ１）が０．５〜０．７％、前記第１サイドコアの比屈折率差（Δ２）が−０．３〜−０．０５％、および前記第２サイドコアの比屈折率差（Δ３）が０．１５〜０．３％である請求項１の分散シフト光ファイバ。
【請求項３】
前記コアが、中心に位置するセンタコアと、前記センタコアの外側に円環領域として形成された第１サイドコアと、前記第１サイドコアの外側に円環領域として形成された第２サイドコアと、更に、前記第２サイドコアの外側に円環領域として形成された第３サイドコアとから成る４層構造を有し、
前記センタコアの比屈折率差（Δ１）が０．５〜０．７％、前記第１サイドコアの比屈折率差（Δ２）が−０．３〜−０．０５％、前記第２サイドコアの比屈折率差（Δ３）が０．１５〜０．３％、および前記第３サイドコアの比屈折率差（Δ４）が−０．３〜−０．０５％である請求項１の分散シフト光ファイバ。
【請求項４】
光ファイバ母材を線引きして請求項１〜３のいずれかの分散シフト光ファイバを製造する際に、線引き時の加熱温度は１９００℃以下にすることを特徴とする分散シフト光ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記光ファイバ母材は、コアと、クラッドの一部または全部が一括して形成されたのちガラス化されている請求項４の分散シフト光ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記光ファイバ母材において、前記コアの直径をｄ、前記クラッドの外径をＤとしたとき、ｄ，Ｄの間では、Ｄ≧１．１ｄの関係が成立している請求項５の分散シフト光ファイバの製造方法。
【請求項７】
線引き後に被覆を施し、ついで、常温・常圧下において、濃度１００％の重水素（Ｄ２）雰囲気中に放置する請求項４〜６のいずれかの分散シフト光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散シフト光ファイバとその製造方法に関し、更に詳しくは波長分割多重（Ｗａｖｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）伝送方式に用いて好適な分散シフト光ファイバと、それを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報化社会の発展により、通信情報量は飛躍的に増大する傾向にあるが、そのことに伴って、光通信システムの構築に関しては、光信号の伝送容量を増大させる研究が行われている。
一般に、光ファイバの伝送損失は波長１５５０ｎｍ付近で最も小さい。そのため、損失との関係では、１５５０ｎｍ帯域で光伝送を行うことが望ましい。
【０００３】
このような要求に応える光ファイバとしては、波長１５５０ｎｍ付近に零分散波長を有する分散シフト光ファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｓｈｉｆｔｅｄ　Ｆｉｂｅｒ：ＤＳＦ）が既に開発されている。このＤＳＦの開発により、現在では、波長１５５０ｎｍ付近において、伝送容量が数Ｇｂ／ｓの光伝送も可能になっている。
ところで、最近では、伝送容量の更なる増大を目的として、１本の光ファイバで複数波長の光信号を伝送するＷＤＭ伝送方式の研究が進められている。
【０００４】
このＷＤＭ伝送方式に用いられる光ファイバに対しては、非線形現象の１つである四光波混合（Ｆｏｕｒ　Ｗａｖｅ　Ｍｉｘｉｎｇ：ＦＷＭ）の発生を防止するために、使用波長帯域に零分散波長をもたないということが要求される。
このような要求に応える光ファイバとしては、広い波長帯域で零分散波長をもたない分散シフト光ファイバ（Ｎｏｎ−Ｚｅｒｏ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｓｈｉｆｔｅｄ　Ｆｉｂｅｒ：ＮＺＤＳＦ）が既に開発されている。
【０００５】
このＮＺＤＳＦの開発により、現在では、１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域（Ｃバンド）と１５６５〜１６２５ｎｍの波長帯域（Ｌバンド）におけるＷＤＭ伝送が可能となり、その伝送容量は飛躍的に増大し、また長距離伝送も可能になっている。
なお、ＣバンドでのＷＤＭ伝送に関しては、米国特許第６，１３１，４１５号および米国特許第６，２０５，２６８号には次のような光ファイバを使用した事例が開示されている。
【０００６】
すなわち、その光ファイバは、波長１３１０ｎｍ付近に零分散波長を有するシングルモード光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒ：ＳＭＦ）であって、コア径／クラッド外径の比を７．５以下に設定することにより、波長１３８５ｎｍにおける伝送損失を低下させ、１３１０〜１５５０ｎｍの広い波長帯域におけるＷＤＭ伝送を可能にする光ファイバである。
【０００７】
しかしながら、この光ファイバは、波長１３１０ｎｍ付近に零分散波長を有しているので、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値は１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと大きな値になっていて、累積波長分散に基づく信号波形の劣化が起こりやすいという問題点がある。そのため、この光ファイバの伝送容量に関しては、波長１４００ｎｍでの１０Ｇｂ／ｓが想定されている。
【０００８】
一方、米国ルーセント社の商品名“Ａｌｌｗａｖｅ（登録商標）”のカタログによると、ＷＤＭ伝送用のＮＺＤＳＦに関しては、長期信頼性の点で、１３８５ｎｍの波長帯域では、耐水素性を考慮して設計されることの必要性が述べられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、現在、ＮＺＤＦＳを用いてＣバンドおよびＬバンドでのＷＤＭ伝送システムが構築されつつある。
すなわち、そのＷＤＭ伝送システムにおいては、上記したＮＺＤＳＦを用いることにより、伝送可能な信号光の波長帯域は広くなるので伝送容量は増大し、またＦＷＭなどの非線形現象の発生も抑制されるので長距離伝送も可能になっている。
【００１０】
しかしながら、上記したＷＤＭ伝送システムで用いるＮＺＤＳＦは、前記米国ルーセント社のカタログが指摘するような１３８５ｎｍの波長帯域における耐水素性の問題を考慮して設計された光ファイバではなく、また高速伝送を考慮して設計されたものでもない。
本発明は、従来技術における上記した問題を解決し、１５５０ｎｍの波長帯域での高速伝送を実現しながら、かつ１３８５ｎｍの波長帯域における耐水素性も考慮にいれて設計されているので、１３１０〜１５５０ｎｍの広い波長帯域での長距離大容量のＷＤＭ伝送を可能にする分散シフト光ファイバとその製造方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、
多層構造のコアを有し、その外側にクラッドが配置されている分散シフト光ファイバであって、
１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域における分散の絶対値と分散スロープが、それぞれ、２〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、０．１０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、
波長１５５０ｎｍにおける有効断面積と伝送損失が、それぞれ、５０〜８０μｍ２、０．２５ｄＢ／ｋｍ以下であり、また、
波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも小さく、かつ、常温・常圧下において、実質的に水素から成る雰囲気中に放置したのちの波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも小さいことを特徴とする分散シフト光ファイバが提供される。
【００１２】
具体的には、前記コアが、中心に位置するセンタコアと、前記センタコアの外側に円環領域として形成された第１サイドコアと、更に前記第１サイドコアの外側に円環領域として形成された第２サイドコアとから成る３層構造を有し、
前記センタコアの比屈折率差（Δ１）が０．５〜０．７％、前記第１サイドコアの比屈折率差（Δ２）が−０．３〜−０．０５％、および前記第２サイドコアの比屈折率差（Δ３）が０．１５〜０．３％である分散シフト光ファイバ（以下、第１光ファイバという）と、
前記コアが、中心に位置するセンタコアと、前記センタコアの外側に円環領域として形成された第１サイドコアと、前記第１サイドコアの外側に円環領域として形成された第２サイドコアと、更に前記第２サイドコアの外側に円環領域として形成された第３サイドコアとから成る４層構造を有し、
前記センタコアの比屈折率差（Δ１）が０．５〜０．７％、前記第１サイドコアの比屈折率差（Δ２）が−０．３〜−０．０５％、前記第２サイドコアの比屈折率差（Δ３）が０．１５〜０．３％、および前記第３サイドコアの比屈折率差（Δ４）が−０．３〜−０．０５％である分散シフト光ファイバ（以下、第２光ファイバという）が提供される。
【００１３】
また、本発明においては、
光ファイバ母材を線引きして上記した分散シフト光ファイバを製造する際に、線引き時の加熱温度は１９００℃以下にすることを特徴とする分散シフト光ファイバの製造方法が提供され、
好ましくは、線引き後に被覆を施し、ついで、常温・常圧下において濃度１００％の重水素雰囲気中に放置する（通常、Ｄ２処理とよばれる）分散シフト光ファイバの製造方法が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の分散シフト光ファイバは、後述する屈折率分布プロファイルを備えるように設計されているので、１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域における分散の絶対値が２〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下となり、また波長１５５０ｎｍにおける有効断面積が５０〜８０μｍ２、伝送損失が０．２５ｄＢ／ｋｍとなっている。
【００１５】
また、後述する方法で製造されるので、本発明の分散シフト光ファイバは、波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも小さく、かつ、常温・常圧下において実質的に濃度１００％の水素から成る雰囲気中に例えば８時間放置し、更に常温・常圧下の空気中で４８時間以上経過したのちの波長１３８０ｎｍにおける伝送損失も波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも小さいという耐水素性に優れた特性を備えている。
【００１６】
この分散シフト光ファイバは、分散の絶対値と分散スロープがいずれも小さい値になっているので、この分散シフト光ファイバを用いてＷＤＭ伝送を行ったときには、各波長間における波長分散の差は小さくなり、各波長信号の伝送状態のばらつきは極小化し、したがって、伝送信号全体の伝送劣化が抑制される。
そして有効断面積は、ＦＷＭを含む非線形現象の発生を抑制可能な程度に大きく設計されており、また曲げによる伝送損失の増加を抑制可能な程度に小さい値に設計されているので、低損失の光伝送を実現することができる。
【００１７】
また、上記したような優れた耐水素性を備えているので、１３８０ｎｍ帯域における伝送損失は低くなるため、長期間の安定した光伝送を可能にすると同時に、この分散シフト光ファイバを用いることにより、伝送可能な波長帯域は１３００〜１６００ｎｍと広くなり、その結果、ＣバンドでのＷＤＭ伝送が実現可能となる。
【００１８】
本発明の分散シフト光ファイバの上記した特性は具体的には、次のように屈折率分布プロファイルを設計することによって実現することができる。
まず、第１光ファイバの屈折率分布プロファイルを図１に示す。
この第１光ファイバは、コアが３層構造になっている。
具体的には、直径ａ１のセンタコア１と、このセンタコア１の外側に円環領域として形成されている外径ａ２の第１サイドコア２と、この第２サイドコア２の外側に円環領域として形成されている外径ａ３の第２サイドコア３でコアが構成されている。そして、コアの外側にクラッド５が配置されている。
【００１９】
ここで、センタコア１の比屈折率差（Δ１）は０．５〜０．７％、第１サイドコア２の比屈折率差（Δ２）は−０．３〜−０．０５％、そして第２サイドコア３の比屈折率差（Δ３）は０．１５〜０．３％となるように設計されている。各比屈折率差が上記した値の範囲から逸脱している場合には、分散の絶対値、分散スロープ、有効断面積、伝送損失を、既に説明した値にすることが困難になるからである。
【００２０】
なお、上記した比屈折率差をそれぞれ上記した値となるように設計することに加えて、センタコア１の直径（ａ１）、第１サイドコア２の外径（ａ２）、および第２サイドコア３の外径（ａ３）の関係を次のように設定することが好ましい。すなわち、ａ１／ａ２を０．２〜０．７に、ａ３／ａ２を２．５以下、好ましくは２．０以下にする。このようにすると、分散の絶対値、分散スロープ、有効断面積を既に説明した値に設計するに際し、比屈折率差のみではなく径比においても最適値の設計が可能となる。このことにより、望ましい値に設定できるパラメータの選択範囲が広くなり、製造歩留りの向上という観点からも効果が相乗される。
【００２１】
なお、実際の光ファイバにおける各コア層の屈折率分布は、図１で示したようなシャープな形状を示すことはなく、例えば、図２で示したように、各コア層の境界部では曲線形状を呈しているのが通例である。
このような屈折率分布プロファイルから、上記したａ１，ａ２，ａ３，Δ１，Δ２，Δ３を求める場合は、次のような手順を踏む。
【００２２】
それを図２に則して説明する。
まず、真空中における屈折率に対して、センタコア１、第１サイドコア２、第２サイドコア３、およびクラッド５の屈折率が、それぞれ、ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎｃであるとすれば、Δ１，Δ２，Δ３は、それぞれ、
Δ１＝１００×（ｎ１−ｎｃ）／ｎｃ，Δ２＝１００×（ｎ２−ｎｃ）／ｎｃ，
Δ３＝１００×（ｎ３−ｎｃ）／ｎｃ
として計算される値を用いる。
【００２３】
また、ａ１，ａ２，ａ３に関しては、次の値を用いる。
例えば、ａ１の場合、図２で示したように、センタコア１の上記した比屈折率差（Δ１）の１／２値、すなわち、Δ１／２値を示すときのセンタコア１の直径がａ１として用いられる。同様に、第１サイドコア２の場合は、Δ２／２値を示すときの第１サイドコア２の外径（ａ２）を採用し、第２サイドコア３の場合は、Δ３／２値を示すときの外径（ａ３）が採用される。
【００２４】
次に、本発明の第２光ファイバを図３に示す。
この第２光ファイバは、コアが４層構造になっている。
具体的には、直径ａ１のセンタコア１と、このセンタコア１の外側に円環領域として形成されている外径ａ２の第１サイドコア２と、この第１サイドコア２の外側に円環領域として形成されている外径ａ３の第２サイドコア３と、この第２サイドコア３の外側に円環領域として形成されている外径ａ４の第３サイドコア４でコアが構成されている。そして、コアの外側にクラッド５が配置されている。
【００２５】
ここで、センタコア１の比屈折率差（Δ１）は０．５〜０．７％、第１サイドコア２の比屈折率差（Δ２）は−０．３〜−０．０５％、第２サイドコア３の比屈折率差（Δ３）は０．１５〜０．３％、そして第３サイドコアの比屈折率差（Δ４）は−０．３〜−０．０５％となるように設計されている。この第２光ファイバの場合も、各比屈折率差が上記した値の範囲の範囲から逸脱していると、分散の絶対値、分散スロープ、有効断面積、伝送損失を、既に説明した値にすることができない。
【００２６】
本発明の光ファイバは次のようにして製造される。
まず、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ−Ｐｈａｓｅ　Ａｘｉａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で、ガラスロッドである光ファイバ母材が製造される。
その場合の光ファイバ母材は、ガラスロッドであるコアの外周に、同じくガラス質のクラッドの一部または全部が一括して形成された状態に製造される。
【００２７】
その理由は以下のとおりである。
一般に、ＶＡＤ法において、まず最初にコアのみをガラスロッドとして製造し、しかるのちに、その外周にクラッドを形成して光ファイバ母材を製造しているが、その場合、既に製造されているコアのガラスロッドの外周を例えばフッ酸研削したのちその研削面にクラッド用のガラス微粒子を堆積し、更に全体をガラス化温度に加熱してガラスロッドにしている。
【００２８】
しかしながら、上記したフッ素研削時に、ガラスロッドのコアに含まれている例えばＧｅのようなドーパントが当該コアの表面に溶出してくることがある。
そして、Ｇｅが表面に存在しているコア（ガラスロッド）の当該表面にクラッド用ガラス微粒子を堆積し、そして全体のガラス化を行うと、形成されたクラッドとコアの界面に気泡などが発生し、製造された光ファイバ母材が不良品になる。
【００２９】
本発明においては、ＶＡＤ法の適用時に、まず、センタコアをガラスロッドとして用い、このセンタコアの上に、第１サイドコア用のガラス微粒子、第２サイドコア用のガラス微粒子を順次堆積し、そして更に続けて、クラッド用のガラス微粒子をある厚みだけ堆積することにより、全体をガラス化したときでも、形成されたある厚みのクラッドがドーパントに対するバリアとして機能し、その結果、最外層にはドーパントが存在しないようにしている。
【００３０】
このようにすることにより、そのガラスロッドにフッ酸研削を行い、更にクラッド形成を行ったとしても、前記した気泡などの発生は防止される。
このように、ＶＡＤ時に、コアとクラッドの全部または一部を一括して形成するところに、本発明の製造方法における第１の特徴が存在するのであるが、その場合、例えばフッ酸研削時にコアのドーパントを溶出させないためには、コアの直径をｄ、またその外周に形成されたクラッドの外径をＤとすれば、Ｄ≧１．１ｄになっていることが好ましい。
【００３１】
このようにして製造された光ファイバ母材は、次に、加熱されて所定の線径にまで線引きされる。
このときの加熱温度は１９００℃以下に設定される。
光ファイバ母材を１９００℃より高い温度に加熱して線引きすると、得られた光ファイバでは、クラッドの周辺に分布するＯＨ基が、光伝送時に電界分布領域内にまで拡散し、その結果、１３８０ｎｍ帯域の光信号に対するＯＨ吸収が起こり、１３８０ｎｍ帯域での伝送損失が増大するようになるからである。
【００３２】
このようなことから、本発明においては、線引き時の加熱温度をできるだけ低温にしてＯＨ基吸収ピークの発生を抑制し、１３８０ｎｍ帯域での伝送損失を低下させている。
円滑な線引きとの関係からすると、線引き時の加熱温度は１８００〜１９００℃であることが好ましい。
【００３３】
ついで、本発明においては、得られた光ファイバに対しては、被覆を施したのち、常温・常圧下においてＤ２処理が施される。その結果、耐水素性の向上が実現する。
具体的には、光ファイバを常温・常圧下で密閉容器の中に収容し、そこに濃度１００％の重水素（Ｄ２）を封入して例えば１２０分間放置しておく。Ｄ２は光ファイバに含浸し、光ファイバ中に存在する欠陥に入り込み結合を形成する。そのため、仮に後から水素が侵入してきても、侵入した水素は、既に埋められている欠陥と結合することができないので、特定の吸収ピークの増大は発生しない。したがって、例えばＯＨ基の吸収も増大しないので、耐水素性は向上することになる。
【００３４】
ここで、第１光ファイバの波長損失特性を図４に、波長分散特性を図５に示す。また、濃度１００％の水素雰囲気中に８時間放置し、更に常温・常圧下の空気中に４８時間経過したのちにおける光ファイバの波長損失特性と、水素雰囲気に曝す前の初期値を図６に示す。
まず、図５から明らかなように、この光ファイバは、１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域において、分散の絶対値は２〜１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになっており、かつ分散スロープが０．１０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下の値を満たしている。
【００３５】
また、図６から明らかなように、この光ファイバは、１００％水素中への放置前後において、波長１３８０ｎｍ付近における損失は、波長１３１０ｎｍ付近の損失よりも小さくなっている。
その結果、図４からも明らかなように、１３００〜１６００ｎｍの広い帯域において、その伝送損失は低くなっていて、とりわけ波長１５５０ｎｍにおいては伝送損失が０．２５ｄＢ／ｋｍ以下になっている。
【００３６】
これは、コアの屈折率分布プロファイルを前記したように設計した結果であり、また製造時にあっては、線引き時の加熱温度を１９００℃以下に設定し、更には、Ｄ２処理を施したことによる効果である。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の光ファイバは、広い波長帯域の光信号を低い伝送損失で大容量伝送することができ、ＷＤＭ伝送方式で用いる分散シフト光ファイバとして極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１光ファイバの屈折率分布例を示すプロファイル図である。
【図２】実際に製造された光ファイバの屈折率分布例を示すプロファイル図である。
【図３】本発明の第２光ファイバの屈折率分布例を示すプロファイル図である。
【図４】第１光ファイバの波長損失特性図である。
【図５】第１光ファイバの波長分散特性図である。
【図６】１００％水素雰囲気中への放置前後における第１光ファイバの波長損失特性図である。
【符号の説明】
１　　　センタコア
２　　　第１サイドコア
３　　　第２サイドコア
４　　　第３サイドコア
５　　　クラッド
【図１】
2004020728.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004020728.tif 000006
【図５】
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【図６】
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