(57)【要約】【課題】分散値はＳＭＦと同等のレベルに保持しつつ、Ａｅｆｆを拡大し、かつ伝送損失を低くした光ファイバを提供する。【解決手段】内側からセンターコア、サイドコア、第１クラッド、第２クラッドの順に構成されている光ファイバであって、センターコアのシリカに対する比屈折率差Δ１が−０．２０％〜０．２０％、サイドコアのシリカに対する比屈折率差Δ２が−０．４５％〜−０．０５％、第１クラッドのシリカに対する比屈折率差Δ３が−０．５０％〜−０．２０％、かつ、前記Δ１と、前記Δ２と、Δ３との間にΔ３＜Δ２＜Δ１の関係があり、前記センターコアの外径ａと、前記サイドコアの外径ｂとの比ａ／ｂが０．３〜０．８であり、第２クラッドはセンターコアより粘度が高い光ファイバである。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側からセンターコア、サイドコア、第１クラッド、第２クラッドの順に構成されている光ファイバであって、
センターコアのシリカに対する比屈折率差をΔ１とすると、Δ１が−０．２０％〜０．２０％であり、
サイドコアのシリカに対する比屈折率差をΔ２とすると、Δ２が−０．４５％〜−０．０５％であり、
第１クラッドのシリカに対する比屈折率差をΔ３とすると、Δ３が−０．５０％〜−０．２０％であり、
かつ、前記センターコアのシリカに対する比屈折率差Δ１と、前記サイドコアのシリカに対する比屈折率差Δ２と、第１クラッドのシリカに対する比屈折率差Δ３との間にΔ３＜Δ２＜Δ１の関係があり、
前記センターコアの外径ａと、前記サイドコアの外径ｂとの比ａ／ｂが０．３〜０．８であり、
第２クラッドはセンターコアより粘度が高く、
波長１５５０ｎｍにおける分散値の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ〜０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが８０μｍ２以上であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記サイドコアにＧｅをドーパントとして含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光ファイバを光伝送路の少なくとも一部に用いたことを特徴とする光伝送路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重（ＷＤＭ）光伝送に用いる光ファイバおよび光伝送路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバを用いて光伝送する際に、伝送容量を増やす方法としてＷＤＭ光伝送が注目されている。そのため、ＷＤＭ光伝送に用いられる光ファイバについても数多くの検討がなされている。
【０００３】
ＷＤＭ光伝送に使用可能な光ファイバは、１．３μｍ付近にゼロ分散波長を持つシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）や、使用波長帯にゼロ分散波長を持たない分散シフト光ファイバ（ＮＺＤＳＦ）などが知られている。ところが、上記光ファイバは、例えば、自己位相変調（ＳＰＭ）や相互位相変調（ＸＰＭ）といった非線形性の問題を抱えていた。
【０００４】
上記光ファイバについて非線形性の問題を解決するために、分散値を十分ゼロから離して有効コア断面積（Ａｅｆｆ）を拡大した光ファイバが開発された。有効コア断面積とは、（ＭＦＤ）２×π×ｋ／４の式で示されるもので、ここでｋは定数である。例えば、１９９９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿集に掲載のＣ−３−７６およびＣ−３−７７には、その例が記載されている。
【０００５】
【非特許文献】
電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿集、Ｃ−３−７６、Ｃ−３−７７、１９９９年
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記予稿集に記載された光ファイバは、ともに、分散値が２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを超えている。そのため、累積分散が増大して長距離ＷＤＭ光伝送用には不適当である。
【０００７】
上記の問題点に鑑み、本発明は、分散値はＳＭＦと同等のレベルに保持しつつ、Ａｅｆｆを拡大し、かつ伝送損失を低くした光ファイバを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、内側からセンターコア、サイドコア、第１クラッド、第２クラッドの順に構成されている光ファイバであって、
センターコアのシリカに対する比屈折率差をΔ１とすると、Δ１が−０．２０％〜０．２０％であり、
サイドコアのシリカに対する比屈折率差をΔ２とすると、Δ２が−０．４５％〜−０．０５％であり、
第１クラッドのシリカに対する比屈折率差をΔ３とすると、Δ３が−０．５０％〜−０．２０％であり、
かつ、前記センターコアのシリカに対する比屈折率差Δ１と、前記サイドコアのシリカに対する比屈折率差Δ２と、第１クラッドのシリカに対する比屈折率差Δ３との間にΔ３＜Δ２＜Δ１の関係があり、
前記センターコアの外径ａと、前記サイドコアの外径ｂとの比ａ／ｂが０．３〜０．８であり、
第２クラッドはセンターコアより粘度が高く、
波長１５５０ｎｍにおける分散値の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ〜０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが８０μｍ２以上であることを特徴とする光ファイバである。
【０００９】
本発明の第２の態様は、前記サイドコアにＧｅをドーパントとして含むことを特徴とする光ファイバである。
【００１０】
本発明の第３の態様は、光ファイバを光伝送路の少なくとも一部に用いたことを特徴とする光伝送路である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の光ファイバの屈折率分布構造の一例を示す概略説明図である。センタコア１を中心として、両側にサイドコア２、その外側には第１クラッド３、そのさらに外側には第２クラッド４が配置されている。
【００１２】
センタコア１は、図示していないが外径寸法ａである。また、センタコア１は、シリカの屈折率の値を指標として示したシリカの屈折率レベル５に対して最大比屈折率差Δ１を有している。サイドコア２は、やはり図示していないが外径寸法ｂであり、同様にシリカの屈折率レベル５に対して最大比屈折率差Δ２を有している。また、第１クラッド３は、同様にシリカの屈折率レベル５に対して最大比屈折率差Δ３を有している。また、第２クラッド４は、同様にシリカの屈折率レベル５に対してほぼ同等の屈折率レベルを有している。
【００１３】
ここで、本発明においては、サイドコア２のシリカの屈折率レベル５に対する比屈折率差Δ２は以下のように定義されるものである。
（１）サイドコア２に屈折率極大点がない場合は、屈折率分布曲線の傾きが最も小さくなる箇所における値とする。
（２）サイドコア２に屈折率極大点がある場合は、屈折率極大点におけるシリカに対する比屈折率差の値（屈折率極大値）とし、屈折率極大値が複数存在する場合はその最大値とする。
【００１４】
なお、サイドコア２に屈折率極大点がある場合には屈折率極小点も存在するが、屈折率極小点の第一クラッドに対する比屈折率差の値（屈折率極小値）の最小値がΔ２とΔ３との差の０．５倍以上の値であるときは、サイドコア２は１層で構成されているものとする。
【００１５】
また、センタコア１とサイドコア２との境界は、センタコア１の屈折率分布の曲線をα曲線で近似した際に、そのα曲線が比屈折率差ゼロの線と交差する点とする。なお、α曲線とは、以下の式で表されるものである。
Δｎ（ｒ）＝Δｎ（０）×｛１−（２ｒ／ａ）α｝−−−（式１）
但し、０≦ｒ≦ａ／２
【００１６】
ここでｒは、中心からの距離を示すものである。
ａは、センタコアの外径である。
Δｎ（ｒ）は、距離ｒでの屈折率を示すものである。
Δｎ（０）は、コア中心の屈折率を示すものである。
αは、屈折率分布形状を示すものである。
【００１７】
また、サイドコア２と第１クラッド３との境界は、比屈折率差がサイドコア２の第１クラッド３に対する比屈折率差Δ２の１／１０となる点を通り比屈折率差が変化する方向に伸びる直線が比屈折率差Δ３の線と交差する点とするものである。
【００１８】
上記式１を用いてセンターコア屈折率分布を近似することによりサイドコアとの境界が分かる。また、図３としての表１に示したように、Δ１、Δ２、第１クラッドの（Δ）の値と、前記のａ、及びｂ値を用い、計算することにより以下の数値を求めることができる。
【００１９】
分散値は、信号の群分散を示すもので、単位は（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）である。分散スロープは、群分散の波長での変化率を示すもので、単位は（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）である。Ａｅｆｆは、光信号の信号の進行方向に垂直な方向での広がりを示すもので、単位は（μｍ２）である。伝送損失は光ファイバに線引した後測定される。伝送損失はパワーの減衰を示すもので、単位は（ｄＢ／ｋｍ）である。従って、これらの数値を用いて評価することにより伝送容量を予測することができる。
【００２０】
本発明の光ファイバは内側からセンターコア、サイドコア、第１クラッド、第２クラッドの順に構成されている光ファイバであって、センターコアのシリカに対する比屈折率差をΔ１とすると、Δ１が−０．２０％〜０．２０％であり、サイドコアのシリカに対する比屈折率差をΔ２とすると、Δ２が−０．４５％〜−０．０５％であり、第１クラッドのシリカに対する比屈折率差をΔ３とすると、Δ３が−０．５０％〜−０．２０％であり、かつ、前記センターコアのシリカに対する比屈折率差Δ１と、前記サイドコアのシリカに対する比屈折率差Δ２と、第１クラッドのシリカに対する比屈折率差Δ３との間にΔ３＜Δ２＜Δ１の関係があり、前記センターコアの外径ａと、前記サイドコアの外径ｂとの比ａ／ｂが０．３〜０．８であり、第２クラッドはセンターコアより粘度が高く、波長１５５０ｎｍにおける分散値の絶対値が４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ〜０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが８０μｍ２以上であることを特徴とする。
【００２１】
ここで、センターコアのシリカに対する比屈折率差Δ１は−０．２０％〜０．２０％の範囲とする。前記範囲を上回ると、Ｇｅ等の屈折率を上げるドーパント量を増やさなければならず、伝送損失が大きくなり、下回ると、Ｆ等のΔを下げるドーパントを増やさなければならず、伝送損失が大きくなる。そのため、本発明では−０．２０％〜０．２０％の範囲とする。
【００２２】
サイドコアのシリカに対する比屈折率差Δ２は−０．４５％〜−０．０５％の範囲とする。前記範囲を上回るとλｃ波長が大きくなり、下回ると曲げに弱くなる。そのため、本発明では−０．４５％〜−０．０５％の範囲とする。
【００２３】
第１クラッドのシリカに対する比屈折率差Δ３は−０．５０％〜−０．２０％の範囲とする。この範囲を上回ると曲げに弱くなり、下回るとＡｅｆｆが小さくなる。そのため、本発明では−０．５０％〜−０．２０％の範囲とする。
【００２４】
また、前記センターコアのシリカに対する比屈折率差Δ１と、前記サイドコアのシリカに対する比屈折率差Δ２と、第１クラッドのシリカに対する比屈折率差Δ３との間にはΔ３＜Δ２＜Δ１の関係がある。この関係を保つことによりＷＤＭ伝送に適した光ファイバとなる。
【００２５】
また、センターコアの外径ａと、前記サイドコアの外径ｂとの比ａ／ｂは０．３〜０．８である。この範囲を保つことによりＡｅｆｆを拡大し、曲げロスに強い光ファイバとなる。前記範囲を上回るとカットオフ波長が大きくなり、下回るとＡｅｆｆが小さくなる。
【００２６】
第２クラッドはセンターコアより粘度が高い。低い場合は、線引後の光ファイバのセンターコアに残留応力が残り、０．２ｄＢ／ｋｍ以下の伝送素損失を得難くなる。
【００２７】
波長１５５０ｎｍにおける分散値の絶対値は４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。この範囲を上回ると、累積分散による波形歪みにより伝送速度が制限される。下回ると、４光波混合等の非線形効果が起きやすくなり、伝送速度が制限される。
【００２８】
また、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープが０．０５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ〜０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである。この範囲を上回ると、ＤＷＤＭ伝送に不適となる。
【００２９】
また、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ以下である。この範囲を上回ると、パワーの減衰が大きいため、ハイパワーを入射しなければならず、非線形効果が大きくなる。
【００３０】
また、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆが８０μｍ２以上である。この範囲を下回ると、非線形効果が大きくなる。
【００３１】
本発明は、サイドコアにＧｅをドーパントとして含むことを特徴とする。Ｇｅをサイドコアにドープすることにより、サイドコアの形状を任意の形に変えることができる。そのため、屈折率分布形状の自由度が増え、同等の特性を有するファイバでも容易に製造できるようになる。また、実効コア断面積（Ａｅｆｆ）拡大等の特性改善も可能となる。
【００３２】
本発明は、前記の光ファイバを伝送路の少なくとも一部に用いたことを特徴とする。メリットは、従来の伝送路用ファイバに比べて低損失であり、Ａｅｆｆが拡大されているため、非線形効果が低減できることである。
【００３３】
【実施例】
（実施例１〜３）
本発明例として、図１に示した屈折率分布構造を有する光ファイバについてパラメータを変化させた際の特性の変化を調べた。ここで、パラメーターの内容はΔ１であり、用いた式はΔ１＝（ｎ１２−ｎＳ２）／（２ｎ１２）×１００（％）であり、ｎ１はセンタコア１の屈折率、ｎＳはシリカの屈折率である。なお、センタコアの屈折率分布はステップ形状とし、サイドコアには屈折率極大点がないものとした。
【００３４】
この結果を図３としての表１に示した。なお、表１において、Δ１、Δ２、及び第１クラッドの値の単位は（％）である。ａ／ｂは、サイドコアの外径に対するセンタコアの外径の比の値である。分散値の単位は（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）である。分散スロープの単位は（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）である。伝送損失の単位は（ｄＢ／ｋｍ）である。Ａｅｆｆの単位は（μｍ２）である。また、参考としてカットオフ波長λｃ（単位はｎｍ）を示した。
【００３５】
（比較例）
比較例として、図２に示した屈折率分布構造を有する光ファイバについて、Δ１＝（ｎ３１２−ｎＳ２）／（２ｎ３１２）×１００（％）（ここで、ｎ３１はコア３１の屈折率、ｎＳはシリカの屈折率）の特性を調べた。この結果を図２としての表１に併せて示した。
【００３６】
表１に示したように、実施例１〜３の光ファイバは、屈折率分布を最適化したために、ＷＤＭ光伝送に適した特性を有している。ところが、比較例の光ファイバはΔが低いために分散値が、またΔが低いためにカットオフ波長が、ＷＤＭ光伝送に適さないものとなっている。
【００３７】
次に、実施例１の光ファイバと、その分散をほぼ完全に補償できる長さの線路型分散補償光ファイバとを用いて光伝送路を構成した。また、実施例２、実施例３、比較例の光ファイバについても、同様の光伝送路を構成した。ここで、ＷＤＭ光信号の条件は１０Ｇｂｐｓ１６波を波長１５３０〜１５６０ｎｍの範囲で等間隔に配置し、実施例１〜３、および比較例の光ファイバの長さを１００ｋｍとしたときの伝送実験の結果を、図３としての表１に合わせて示した。
【００３８】
表１に示したように、実施例１〜３の光ファイバを用いた光伝送路は、ＷＤＭ光伝送に適した特性を有するが、比較例の光ファイバを用いた光伝送路は、ＷＤＭ光伝送に適さないものとなっている。なお、本発明の光伝送路は、上述のものに限らず、様々な実施形態をとることができる。例えば、線路型分散補償光ファイバのかわりに分散補償光ファイバモジュールなどを用いて光伝送路を構成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＷＤＭ光伝送に適した光ファイバおよび光伝送路を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバの屈折率分布構造の一例を示す概略説明図である。
【図２】比較例の屈折率分布を示す概略図である。
【図３】本発明例、比較例の特性一覧表である。
【符号の説明】
１  センターコア
２  サイドコア
３  第１クラッド
４  第２クラッド
５  シリカの屈折率レベル
３１  コア
３５  シリカの屈折率レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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