(57)【要約】【課題】非線形現象を利用した光信号処理を効率良く行うこと可能とする光ファイバをを提供すること。【解決手段】ｎ２／Ａｅｆｆを非線形定数、αを伝送損失、λを波長、Ｌをファイバの長さとしたとき、λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値が１Ｗ−１以上を満たし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ２／Ａｅｆｆを非線形定数、αを伝送損失、λを波長、Ｌをファイバの長さとしたとき、λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値が１Ｗ−１以上であり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける直径５ｍｍでの曲げ損失が０．５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が８〜１７Ｗ−１ｋｍ−１であり、Ｌが０．５〜３０ｋｍであり、αが０．２〜０．６ｄＢ／ｋｍである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】
λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が１７〜２７Ｗ−１ｋｍ−１であり、Ｌが０．０１〜１０ｋｍであり、αが０．４〜２ｄＢ／ｋｍであることを特徴とする光ファイバ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバを最大径１６ｃｍ以下に巻回して収容してなることを特徴とする光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバに係り、特に、非線形現象の利用に適した光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ中での非線形現象を利用した波長変換やパルス圧縮、波形整形等の光信号処理が報告されている。これらの光信号処理は、光信号を光のまま処理する。このため、非線形現象を利用した信号処理は、光信号をいったん電気信号に変換してから信号処理を行う従来の信号処理方式に比較して、格段に高速の処理が可能である。これらの非線形現象を利用した光信号処理に使用する光ファイバとしては、非線形現象を大きく起こしうるファイバが必要となる。
【０００３】
光ファイバの非線形定数ｎ２／Ａｅｆｆを（ｎ２：非線形屈折率係数、Ａｅｆｆ：実効断面積）大きくするには、非線形屈折率の高い材料を使用するか、あるいは光ファイバのモードフィールドを小さくして、伝送する光の密度を高めればよい。
【０００４】
シリカ系ガラスからなる光ファイバは、ゲルマニウムをドープして屈折率を高めたシリカガラスからなるコアとその周りのコアより屈折率の低いシリカガラスからなるクラッドとから構成されるのが最も基本的な構造である。
【０００５】
シリカガラスに酸化ゲルマニウムをドープする場合、そのドープ量を多くするほどシリカガラスの非線形屈折率は高くなるとともに、屈折率も高くなる。コアの屈折率が高くなると、光はよりコアに集中するようなるため、モードフィールド径を小さくすることができる。従って、コアにゲルマニウムを高濃度にドープしてコアの屈折率を高めることにより、コアの非線形屈折率が高まると同時に、光ファイバのモードフィード径を小さくすることができ、高い非線形定数を有する光ファイバを得ることが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高い非線形定数のみでは、非線形現象を利用した光信号処理を必ずしも効率良く行うことができない。
【０００７】
本発明は、このような事情の下になされ、非線形現象を利用した光信号処理を効率良く行うこと可能とする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】
上記課題を解決するため、本発明は、ｎ２／Ａｅｆｆを非線形定数、αを伝送損失、λを波長、Ｌをファイバの長さとしたとき、λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において、（２π／λ）（ｎ２　／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値が１Ｗ−１以上を満たし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする光ファイバを提供する。
【０００９】
本発明の光ファイバにおいては、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である必要がある。波長１５５０ｎｍ帯での信号処理を行う場合、波長分散の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを超えると、効率の良い光信号処理ができなくなるからである。
【００１０】
また、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／ｍ以下である必要がある。曲げ損失が０．５ｄＢ／ｍを超えると、光ファイバを巻いて、光信号装置内に収容した際、伝送損失が大きくなる。伝送損失が大きくなると、後述するように、ファイバの実効長が短くなり、効率の良い光信号処理ができなくなるからである。
【００１１】
更に、ｎ２／Ａｅｆｆを非線形定数、αを伝送損失、λを波長、Ｌをファイバの長さとしたとき、波長λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値が１Ｗ−１以上を満たすことが必要である。（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値が１Ｗ−１未満では、効率の良い光信号処理ができないからである。
【００１２】
非線形現象の自己位相変調による非線形位相シフトΦＮＬは、下記式（１）により示される。
【００１３】
ΦＮＬ＝（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）ＩＬｅｆｆ　　　　　　　　（１）
ここで、λは波長、ｎ２／Ａｅｆｆは非線形定数、Ｉは光強度、Ｌｅｆｆ　は実効長、ｎ２は非線形屈折率、Ａｅｆｆは有効断面積を示す。さらに、実効長Ｌｅｆｆ　は、下記式（２）により示される。
【００１４】
Ｌｅｆｆ　＝［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／α　　　　　　　（２）
ここで、αは伝送損失、Ｌはファイバの長さを示す。
【００１５】
式（１）と式（２）より、非線形位相シフトは、下記式（３）により示される。
【００１６】
ΦＮＬ＝（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）Ｉ［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／α　（３）
上記式（３）より、ファイバの長さが２ｋｍ、λが１５５０ｎｍのときのΦＮＬ／Ｉを計算すると、図１に示す通りとなる。
【００１７】
ファイバ長２ｋｍで波長分散−１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、伝送損失０．３７ｄＢ／ｋｍ、非線形定数ｎ２／Ａｅｆｆ２０のファイバで、波形整形用の信号処理の非線形性としては十分であるとみることが出来る。このときの（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αを計算すると、１４．９Ｗ−１程度となる。
【００１８】
また、ファイバ長０．１ｋｍで波長分散０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、伝送損失０．４８ｄＢ／ｋｍ、非線形定数ｎ２／Ａｅｆｆ３０のファイバで、波長変換用の信号処理の非線形性としては充分であるとみることができる。このときの（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αを計算すると、１．０９Ｗ−１となる。
【００１９】
即ち、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値は、１Ｗ−１以上が必要である。
【００２０】
コアにゲルマニウムを高濃度にドープしてその屈折率を高めることにより、非線形定数の高いファイバを得ようとすると、ファイバの伝送損失が顕著に高くなるという問題が生じる。ゲルマニウムをドープすればするほどファイバの伝送損失は増加する。
【００２１】
伝送損失が高くなると、式（３）あるいは図１からわかるように、非線形定数が高くとも、伝送損失のため非線形位相シフトが小さくなり、非線形現象を利用した効率良い光信号処理が出来なくなる。従って、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αが１Ｗ−１以上となるように、非線形定数ｎ２／Ａｅｆｆ、損失α、及びファイバ長Ｌを選択することが必要である。
【００２２】
また、本発明の光ファイバにおいて、λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が８〜１７Ｗ−１ｋｍ−１であり、Ｌが０．５〜３０ｋｍであり、αが０．２〜０．６ｄＢ／ｋｍであることが望ましい。
【００２３】
（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）は非線形係数γと呼ばれる値であり、この値が大きい程、上記式（１）からわかるように、非線形位相シフトが大きくなり、効率良く非線形現象を起こすことが可能である。
【００２４】
（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が８Ｗ−１ｋｍ−１未満では、十分な非線形現象が得られ難い。一方、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が１７Ｗ−１ｋｍ−１を超えると、コアにゲルマニウムを高濃度にドープする必要があるため、伝送損失αが大きくなり、ファイバ長Ｌが０．５ｋｍ以上の範囲では、実効長Ｌｅｆｆがαに依存して小さくなる傾向が顕著となるため、実際のファイバ長Ｌが長いわりには大きな非線形位相シフトを得られにくくなる。
【００２５】
ファイバ長が０．５ｋｍ未満で、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が１７Ｗ−１ｋｍ−１以下の範囲では、十分な非線形現象が得られない。また、ファイバ長Ｌが３０ｋｍを超えると、実効長Ｌｅｆｆがαに依存して小さくなる傾向が顕著なるため、実際のファイバ長Ｌが長いわりには大きな非線形現象を得られなくなる。
【００２６】
（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）を８Ｗ−１ｋｍ−１以上としたファイバでは、コアにゲルマニウムをある程度高濃度にドープする必要があるため、ファイバの伝送損失αが０．２ｄＢ／ｋｍ未満としてファイバを製造することが難しくなる。また、αが０．６ｄＢ／ｋｍを超えると、実効長Ｌｅｆｆが小さくなるため、十分な非線形現象が得られなくなる。
【００２７】
更に、本発明の光ファイバにおいて、λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍ範囲において（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が１７〜２７Ｗ−１ｋｍ−１であり、Ｌが０．０１〜１０ｋｍであり、αが０．４〜２ｄＢ／ｋｍであることが望ましい。
【００２８】
（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が１７Ｗ−１ｋｍ−１未満では、ファイバ長Ｌが１０ｋｍ以下で伝送損失が０．４ｄＢ／ｋｍ以上の範囲では、十分な非線形現象が得られにくくなる。（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が２７Ｗ−１ｋｍ−１を超えるようにするには、コアにゲルマニウムをさらに高濃度にドープする必要があり、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が２７Ｗ−１ｋｍ−１を超えれば超えるほどゲルマニウムをコアに高濃度でドープするのが難しくなるととともに、ゲルマニウム高濃度ドープのコアが得られても、その軟化温度がクラッドのシリカに比較して極端に低下するため、製造時に歪を生じやすく、割れやすくなるため、製造性が悪化し易い。
【００２９】
ファイバ長が０．０１ｋｍ未満では、十分な非線形現象が得られない。また、ファイバ長Ｌが１０ｋｍを超えると、αが０．４ｄＢ／ｋｍ以上の範囲では、実効長Ｌｅｆｆがαに依存して小さくなる傾向が顕著となるため、実際のファイバ長Ｌが長いわりには大きな非線形現象を得られにくくなる。
【００３０】
（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）を１７Ｗ−１ｋｍ−１以上としたファイバでは、コアにゲルマニウムを高濃度にドープする必要があるため、ファイバの伝送損失αが０．４ｄＢ／ｋｍ未満としてファイバを製造することが難しくなる。また、αが２ｄＢ／ｋｍを超えると、たとえ（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）が１７Ｗ−１ｋｍ−１と大きくとも、実効長Ｌｅｆｆが小さくなる傾向が顕著となるため、十分な非線形現象が得られにくくなる。
【００３１】
以上のように、本発明によると、非線形現象を利用した信号処理を効率良く行うことを可能とする光ファイバが得られる。
【００３２】
なお、本発明のファイバを最大径１６ｃｍ以下に巻回して収容して使用することにより、コンパクトで効率の良い光信号処理装置が得られる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３４】
試作例１
純シリカに対する比屈折率差がゲルマニウムのドープにより２．０％に調整されたシリカガラスからなるコア材上に、ＳｉＣｌ４　ガスを酸水素火炎分解してスートを堆積させて多孔質クラッドを形成し、次いで、これをＣｌ２を含むＨｅ中で加熱して脱水し、更にＦＳｉ４とＨｅを含む雰囲気下で加熱し、透明ガラス化させた。
【００３５】
次に、この上に、ＳｉＣｌ４　ガスを酸水素火炎分解してスートを堆積させて多孔質クラッドを形成し、次いでこれをＣｌ２を含むＨｅ中で加熱して脱水し、更にＨｅを含む雰囲気下で加熱し、透明ガラス化させた。
【００３６】
このようにして、純シリカに対する比屈折率差が２．０％のコアの外周に、純シリカに対する比屈折率差が−０．５５％のフッ素をドープした内側クラッドと、さらにその外周に純シリカからなる外側クラッドとを有する光ファイバ母材を得た。なお、ここでは、内側クラッド径に対するコア径の比Ｒａを０．５６とした。
【００３７】
このようにして得られた母材を、線引き炉により線引きし、外側クラッドの外径が１２５μｍの光ファイバを得た。得られた光ファイバの屈折率分布形状を図４に、断面構造を図５にそれぞれ示す。また、得られた光ファイバの特性を下記表１に示す。
【００３８】
試作例２、４〜６
コア材の屈折率およびＲａを変えた以外は、実施例１と同様にして光ファイバ得た。得られた光ファイバの屈折率分布形状を図４に、断面構造を図５にそれぞれ示す。また、得られた光ファイバの特性を下記表１に示す。
【００３９】
試作例３
純シリカに対する比屈折率差がゲルマニウムのドープにより２．０％に調整されたシリカガラスからなるコア材上に、ＳｉＣｌ４　ガスを酸水素火炎分解してスートを堆積させて多孔質クラッドを形成し、次いで、これをＣｌ２を含むＨｅ中で加熱して脱水し、更にＦＳｉ４とＨｅを含む雰囲気下で加熱し、透明ガラス化させた。
【００４０】
次に、この上に、ＳｉＣｌ４　ガスを酸水素火炎分解してスートを堆積させて多孔質クラッドを形成し、次いで、これをＣｌ２を含むＨｅ中で加熱して脱水し、さらにＦＳｉ４とＨｅを含む雰囲気下で透明ガラス化させた。
【００４１】
このようにして、純シリカに対する比屈折率差が２．０％のコアの外周に、純シリカに対する比屈折率差が−０．５５％のフッ素をドープしたクラッドを有する光ファイバ母材を得た。
【００４２】
このようにして得られた光ファイバ母材を、線引き炉により線引きし、外側クラッドの外径が１２５μｍの光ファイバを得た。得られた光ファイバの屈折率分布形状を図６に、断面構造を図７にそれぞれ示す。また、得られた光ファイバの特性を下記表１に示す。
【００４３】
【表１】
2004093712.tif 000002
【００４４】
試作例１〜６のファイバを用いた種々のファイバ長の実施例１〜６を下記表２に示す。
【００４５】
【表２】
2004093712.tif 000003
【００４６】
得られたファイバについて、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値、即ち自己位相変調におけるΦＮＬ／Ｉを、様々なファイバ長Ｌで計算すると図２及び図３に示すようになる。
【００４７】
実施例１〜３、６は、γが８〜１７Ｗ−１ｋｍ−１の範囲にあるファイバを用いた例であり、図２より、これらのファイバでは、ファイバ長が３０ｋｍを超えると、さらにファイバ長を長くしても、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値が殆ど増加しないことがわかる。
【００４８】
実施例４，５は、γが１７〜２７Ｗ−１ｋｍ−１の範囲にあるファイバを用いた例であり、図２より、これらのファイバでは、ファイバ長が１０ｋｍを超える範囲では、更にファイバ長を長くしても、（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値が殆ど増加しないことがわかる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）［１−ｅｘｐ（−αＬ）］／αの値が１Ｗ−１以上を満たし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／ｍ以下であることにより、非線形現象を利用した信号処理を効率良く行うことを可能とする光ファイバが得られる。
【００５０】
また、λが１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲において（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）と、Ｌ、αを所定の範囲とすることにより、非線形現象を利用した信号処理を特に効率良く行うことを可能とする光ファイバが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ΦＮＬ／Ｉのα依存性を示す特性図。
【図２】種々のファイバにおけるΦＮＬ／Ｉとファイバ長との関係を示す特性図。
【図３】種々のファイバにおけるΦＮＬ／Ｉとファイバ長との関係を示す特性図。
【図４】試作例１、２、４〜６の屈折率分布形状を示す概略図。
【図５】試作例１、２、４〜６の断面構造を示す概略図。
【図６】試作例３の屈折率分布形状を示す概略図。
【図７】試作例３の断面構造を示す概略図。
【図１】
2004093712.tif 000004
【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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