(57)【要約】【課題】本発明は、波長分散の値が大きく、短い経路の長さで光伝送路の負の累積波長分散を補償することができる分散補償ファイバと、この分散補償ファイバを用い、小型で軽量な分散補償ファイバモジュ−ルを提供する。【解決手段】本発明の分散補償ファイバは、第１のコア部１１の半径ｒ１が３μｍ≦ｒ１≦６μｍ、第１のコア部１１の比屈折率差Ｄ１が＋１．４％≦Ｄ１≦＋２．４％であり、第２のコア部１２の半径ｒ２と第１のコア部１１の半径ｒ１との比ｒ２／ｒ１が１．１≦ｒ２／ｒ１≦２．０、第２のコア部１２の比屈折率差Ｄ２が−０．２％≦Ｄ２≦＋０．２％であり、第３のコア部１３の半径ｒ３が１０μｍ≦ｒ３≦２０μｍ、第３のコア部１３の比屈折率差Ｄ３が＋０．２％≦Ｄ３≦＋０．６％であり、前記Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３がＤ１＞Ｄ３＞Ｄ２であり、１．５５μｍ帯でのＬＰ０３モードの波長分散が＋５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本モードよりも高次のモードを伝搬する分散補償ファイバであって、
クラッドと、該クラッドよりも高い屈折率を有する第１のコア部と、該第１のコア部の外周に設けられ、該第１のコア部よりも低い屈折率を有する第２のコア部と、該第２のコア部の外周に設けられ、クラッドよりも高い屈折率を有する第３のコア部を有し、
前記第１のコア部の半径ｒ１が３μｍ≦ｒ１≦６μｍであり、第１のコア部のクラッドに対する比屈折率差Ｄ１が＋１．４％≦Ｄ１≦＋２．４％であり、
前記第２のコア部の半径ｒ２と第１のコア部の半径ｒ１との比ｒ２／ｒ１が１．１≦ｒ２／ｒ１≦２．０であり、第２のコア部のクラッドに対する比屈折率差Ｄ２が−０．２％≦Ｄ２≦＋０．２％であり、
前記第３のコア部の半径ｒ３が１０μｍ≦ｒ３≦２０μｍであり、第３のコア部のクラッドに対する比屈折率差Ｄ３が＋０．２％≦Ｄ３≦＋０．６％であり、
前記クラッドに対する比屈折率差Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３がＤ１＞Ｄ３＞Ｄ２であり、
１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長範囲において、高次モードの波長分散が＋５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることを特徴とする分散補償ファイバ。
【請求項２】
１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長範囲において、高次モードの波長分散が＋１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の分散補償ファイバ。
【請求項３】
１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長範囲のうち、少なくとも＋３０ｎｍ以上の範囲において、高次モードの分散スロープが負であることを特徴とする請求項１又は２に記載の分散補償ファイバ。
【請求項４】
前記高次モードがＬＰ０３モードであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散補償ファイバ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の分散補償ファイバと、該分散補償ファイバの入力端に接続され、信号光の伝搬モードをＬＰ０１モードからＬＰ０３モードに変換するモード変換器と、前記分散補償ファイバの出力端に接続され、信号光の伝搬モードをＬＰ０３モードからＬＰ０１モードに変換するモード変換器を有し、
前記分散補償ファイバ内を信号光がＬＰ０３モードの伝搬モードで伝搬するようにしたことを特徴とする分散補償ファイバモジュール。
【請求項６】
前記モード変換器が、長周期ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項５に記載の分散補償ファイバモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１．５５μｍ帯の光ファイバ伝送路の負の累積波長分散を補償する分散補償ファイバ及び分散補償ファイバモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、１．５５μｍ帯の波長多重光通信の長距離用光伝送路として、ノンゼロ分散シフト光ファイバ（以下、ＮＺ−ＤＳＦと言う。）が用いられている。このＮＺ−ＤＳＦは、零分散波長での非線形光学効果によって四波混合が生じないように、その零分散波長を信号光波長帯域の外にずらしたものである。このＮＺ−ＤＳＦには、図６の光ファイバ（Ｎｏ．１）に示すように、１．５５μｍ帯において負の波長分散を有するものが使用されることがある。このため、このＮＺ−ＤＳＦを用いた光伝送路では、１．５５μｍ帯において、負の累積波長分散を持つことになり、この波長分散を補償する必要がある。
特に、伝送速度が高速になると、許容される波長分散の値が極端に小さくなるため、高速伝送システムを実現するためには、波長分散を補償することが必須となる。
【０００３】
この場合の分散補償ファイバとして、図６の光ファイバ（Ｎｏ．２）に示すように、正の波長分散を有する１．３μｍ帯域用シングルモード光ファイバや、１．３μｍ帯域用シングルモード光ファイバのカットオフ波長を長波長側にシフトさせたカットオフシフト光ファイバ（以下、ＣＳＦと言う。）を用いることがある。
このＣＳＦの１．５５μｍ帯域における波長分散は＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度であり、例えば−１０００ｐｓ／ｎｍの累積波長分散を補償する場合、５８．８ｋｍのＣＳＦが必要となる。このような長距離のＣＳＦを用いて分散補償ファイバモジュールとすると、モジュールは非常に大きく、また重いものとなる。更にＣＳＦに係る製造コストも高価となる。
【０００４】
また、前記負の波長分散を有する光伝送路の波長分散を補償するために、１．５５μｍ帯域において＋２０〜＋２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの正の波長分散を有する分散補償ファイバも提案されている（特許文献１参照。）。
更に、コアの周囲に空孔を設けたホーリーファイバを用いることによって、１．５５μｍ帯域において＋３４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有し、かつ伝搬損失が０．８２ｄＢ／ｋｍと低損失の分散補償ファイバも提案されている（非特許文献１参照。）。
【０００５】
しかし、上記特許文献１や非特許文献１にて提案された分散補償ファイバであっても、波長分散はＣＳＦの１．２〜２倍程度である。このため、光伝送路の負の累積波長分散を補償するためには、長距離の分散補償ファイバを必要とし、分散補償ファイバモジュールとすると、非常に大きく、また重いものとなり、更に製造コストも高価となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１５９７２１号公報
【非特許文献１】
長谷川，プロシーディングス・オブ・オプティカル・ファイバー・コミュニケーション・コンファレンス２００１（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００１），米国，オプティカル・ソサイエティ・オブ・アメリカ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ），２００１年，ＰＤ５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、上記した事情に鑑みてなされたものである。すなわち正の大きな波長分散の値を持ち、短い長さで光伝送路の負の累積波長分散を補償することができる分散補償ファイバと、この分散補償ファイバを用い、小型で軽量な分散補償ファイバモジュ−ル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】
請求項１に係る発明は、基本モードよりも高次のモードを伝搬する分散補償ファイバであって、クラッドと、該クラッドよりも高い屈折率を有する第１のコア部と、該第１のコア部の外周に設けられ、該第１のコア部よりも低い屈折率を有する第２のコア部と、該第２のコア部の外周に設けられ、クラッドよりも高い屈折率を有する第３のコア部を有し、前記第１のコア部の半径ｒ１が３μｍ≦ｒ１≦６μｍであり、第１のコア部のクラッドに対する比屈折率差Ｄ１が＋１．４％≦Ｄ１≦＋２．４％であり、前記第２のコア部の半径ｒ２と第１のコア部の半径ｒ１との比ｒ２／ｒ１が１．１≦ｒ２／ｒ１≦２．０であり、第２のコア部のクラッドに対する比屈折率差Ｄ２が−０．２％≦Ｄ２≦＋０．２％であり、前記第３のコア部の半径ｒ３が１０μｍ≦ｒ３≦２０μｍであり、第３のコア部のクラッドに対する比屈折率差Ｄ３が＋０．２％≦Ｄ３≦＋０．６％であり、前記クラッドに対する比屈折率差Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３がＤ１＞Ｄ３＞Ｄ２であり、１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長範囲において、高次モードの波長分散が＋５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることを特徴とする分散補償ファイバである。
請求項２に係る発明は、１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長範囲において、高次モードの波長分散が＋１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の分散補償ファイバである。
請求項３に係る発明は、１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長範囲のうち、少なくとも＋３０ｎｍ以上の範囲において、高次モードの分散スロープが負であることを特徴とする請求項１又は２に記載の分散補償ファイバである。
請求項４に係る発明は、前記高次モードがＬＰ０３モードであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散補償ファイバである。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の分散補償ファイバと、該分散補償ファイバの入力端に接続され、信号光の伝搬モードをＬＰ０１モードからＬＰ０３モードに変換するモード変換器と、前記分散補償ファイバの出力端に接続され、信号光の伝搬モードをＬＰ０３モードからＬＰ０１モードに変換するモード変換器を有し、前記分散補償ファイバ内を信号光がＬＰ０３モードの伝搬モードで伝搬するようにしたことを特徴とする分散補償ファイバモジュールである。
請求項６に係る発明は、前記モード変換器が、長周期ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項５に記載の分散補償ファイバモジュールである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［分散補償ファイバ］
図１は、本実施形態の分散補償ファイバの屈折率分布形状の一例を示す概略図である。この分散補償ファイバのコア１は、中心に設けられた第１のコア部１１と、その外周に同心円状に設けられた第２のコア部１２と、更にこの第２のコア部１２の外周に同心円状に設けられた第３のコア部１３からなる。
図１（ａ）に示されたように各層において一定の屈折率を有するステップインデックス形や、図１（ｂ）に示されたように第１のコアの屈折率が外周に向かうほど直線的に減少するものなどが挙げられる。
また、実際の屈折率分布形状は図１に示したように各層の境界が明確ではなく、なだらかな曲線状である場合が多いが、実質的にこの屈折率分布形状を備えていればよい。
【００１１】
前記第１のコア部１１，第２のコア部１２、第３のコア部１３、クラッド２は、それぞれ純粋石英ガラスや、ゲルマニウム、フッ素などを必須ドーパントとして添加した石英ガラスから形成されている。
この分散補償ファイバは、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などの公知の方法によって得られたファイバ母材を常法によって線引きすることにより、製造することができる。
【００１２】
この分散補償ファイバにおいては、各層の比屈折率差、半径などの構造パラメータが以下に示されたように設定されている。
第１のコア部１１はクラッド２よりも高い屈折率を有し、第１のコア部１１の半径ｒ１は３μｍ≦ｒ１≦６μｍであり、好ましくは３．５μｍ≦ｒ１≦５．０μｍである。また、第１のコア部１１のクラッド２に対する比屈折率差Ｄ１は＋１．４％≦Ｄ１≦＋２．４％であり、好ましくは＋１．８％≦Ｄ１≦＋２．０％である。
【００１３】
第２のコア部１２の半径ｒ２と第１のコア部１１の半径ｒ１との比ｒ２／ｒ１は１．１≦ｒ２／ｒ１≦２．０であり、好ましくは１．２≦ｒ２／ｒ１≦２．０である。また、第２のコア部１２のクラッド２に対する比屈折率差Ｄ２は−０．２％≦Ｄ２≦＋０．２％であり、好ましくは−０．１％≦Ｄ２≦＋０．１％である。
【００１４】
第３のコア部１３はクラッド２よりも高い屈折率を有し、第３のコア部１３の半径ｒ３は１０μｍ≦ｒ３≦２０μｍであり、好ましくは１２μｍ≦ｒ３≦１６μｍである。また、第３のコア部１３のクラッド２に対する比屈折率差Ｄ３は＋０．２％≦Ｄ３≦＋０．６％であり、好ましくは＋０．３％≦Ｄ３≦＋０．６％である。
【００１５】
以上により、高次モードのＬＰ０３モードで信号光を伝搬することができ、更にＬＰ０３モード以外の伝搬モードで伝搬する信号光は、モード変換器にて放射損失するようになっており、ＬＰ０３モードのみで信号光を伝搬することができる。このため、ＬＰ０３モードで伝搬する信号光と、他の伝搬モードで伝搬する信号光とが干渉することが無い。
米国特許第５８０２２３４号明細書にあるように、高次モードを用いる分散補償ファイバは、本質的に大きな波長分散が得られる。本実施形態では、ＬＰ０３モードのみで信号光を伝搬でき、異なる伝搬モード間の信号光の干渉もほとんど無く、このＬＰ０３モードにおける正の大きな波長分散を得ることができる。
【００１６】
従って、本実施形態の分散補償ファイバは、１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長範囲において、ＬＰ０３モードにおける波長分散が＋５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であり、好ましくは＋１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上とすることができる。
このように正の大きな波長分散が得られるため、短い長さで光伝送路の負の累積波長分散を補償することができる。また、分散補償ファイバの伝送路の長さを短くすることができるため、分散補償ファイバモジュールの伝送損失や非線形効果を低減できる。
【００１７】
また本実施形態では、上述した好ましい構造パラメータに加えて、ｒ２／ｒ１を１．４〜２．０とすることが好ましく、これにより１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの範囲のうち、少なくとも３０ｎｍ以上の波長領域において、高次モードにおいて負の分散スロープを有する分散補償ファイバとすることができる。
通常、ＮＺ−ＤＳＦなどを用いた光ファイバ伝送路は、正の分散スロープを持つ。このため、本実施形態の負の分散スロープを有する分散補償ファイバを用いることによって、前記光ファイバ伝送路の正の分散スロープも補償することができ、光ファイバ伝送路の累積波長分散を広い波長範囲において補償することができる。
【００１８】
［分散補償ファイバモジュール］
図２は、本実施形態の分散補償ファイバモジュール３と光ファイバ伝送路４１，４２とが接続されて構成された光通信システムの概略図を示す。
本実施形態の分散補償ファイバモジュール３は、前述した本実施形態の分散補償ファイバ５と、信号光の伝搬モードをＬＰ０１モードからＬＰ０３モードに変換する入力用モード変換器６１と、信号光の伝搬モードをＬＰ０３モードからＬＰ０１モードに変換する出力用モード変換器６２から構成される。
【００１９】
光ファイバ伝送路４１，４２は、負の波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバ（以下、ＮＺ−ＤＳＦと言う。）である。
分散補償ファイバ５は、前述したように正の波長分散を有し、また、その経路全体の波長分散の絶対値が光ファイバ伝送路４１の累積波長分散の絶対値と一致するように、分散補償ファイバ５の長さが調整されたものである。これにより、光ファイバ伝送路４１の負の累積波長分散を補償でき、残留分散をほぼ零とすることができるようになっている。
入力用モード変換器６１と出力用モード変換器６２は、共に長周期ファイバグレーティングである。長周期ファイバグレーティングは、入射光の伝搬モードをモード変換し、反射光として出射するものであり、公知のものが使用できる。
【００２０】
分散補償ファイバモジュール３の信号入力側では、入力用モード変換器６１と、分散補償ファイバ５の入力端とが、光サーキュレータ７を介して接続されている。この光サーキュレータ７は、信号発信側の光ファイバ伝送路４１と接続できるようになっている。
また、分散補償ファイバモジュール３の信号出力側では、出力用モード変換器６２と、分散補償ファイバ５の出力端とが、光サーキュレータ７を介して接続されている。この光サーキュレータ７は、信号受信側の光ファイバ伝送路４２と接続できるようになっている。
【００２１】
信号発信側の光ファイバ伝送路４１を伝搬したＬＰ０１モードの信号光は、光サーキュレータ７を介して入力用モード変換器６１に入射される。そして、入力用モード変換器６１にて信号光は、その伝搬モードをＬＰ０１モードからＬＰ０３モードに変換されて反射され、光サーキュレータ７へ出射される。
次に、ＬＰ０３モードに変換された信号光は、光サーキュレータ７を介して分散補償ファイバ５に入射し、この分散補償ファイバ５をＬＰ０３モードで伝搬する。この分散補償ファイバ５をＬＰ０３モードで伝搬することによって、信号光は正の大きな波長分散を得ることができ、光ファイバ伝送路４１の負の累積波長分散が補償される。
【００２２】
そして、信号光は、光サーキュレータ７を介して出力用モード変換器６２に入射され、その伝搬モードをＬＰ０３モードからＬＰ０１モードに変換されて反射され、光サーキュレータ７を介して信号受信側の光ファイバ伝送路４２に出射される。
【００２３】
本実施形態では、前述した本実施形態の分散補償ファイバ５を用いており、この分散補償ファイバ５は、前述したように正の大きな波長分散が得られるため、短い長さで光ファイバ伝送路４１の負の累積波長分散を補償することができる。これにより、分散補償ファイバモジュ−ル３は、小型で、軽量化が実現できる。
【００２４】
次に本発明の具体例を以下に示す。
図１（ａ）に示された屈折率分布形状を有する分散補償ファイバを作製した。
表１は作製した分散補償ファイバの屈折率分布の各構造パラメータの値を示す。また、表２は、この分散補償ファイバの１５５０ｎｍにおける光学特性を示す。ここで、曲げ損失は、曲げ直径が２０ｍｍの条件で測定された値である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
図３は、分散補償ファイバＡの波長分散と光の波長との関係を示す図である。１．５５μｍ帯の広い波長領域において正の大きな波長分散が得られる。１．５５μｍにおける波長分散は＋１４８．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、従来の１．３μｍ帯シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと言う。）の１．５５μｍにおける波長分散（約＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）の９倍であり、正の大きな波長分散が得られることがわかる。
【００２８】
図４は、分散補償ファイバＢ，Ｃの波長分散と光の波長との関係を示す図である。また、図５は、分散補償ファイバＤの波長分散と光の波長との関係を示す図である。
１．５５μｍ帯の広い波長領域において正の大きな波長分散が得られる。１．５５μｍにおける波長分散は＋１８４〜＋２７７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、従来のＳＭＦの波長分散の１０〜１６倍であり、正の大きな波長分散が得られることがわかる。
【００２９】
更に、分散補償ファイバＢ〜Ｄは、負の分散スロープを有する。通常、ＮＺ−ＤＳＦなどを用いた光ファイバ伝送路は、正の分散スロープを持つ。このため、この分散補償ファイバＢ〜Ｄを用いることによって、前記光ファイバ伝送路の正の分散スロープも補償することができ、光ファイバ伝送路の累積波長分散を広い波長範囲において補償することができる。
また、表２に示されたように、伝送損失は１．２ｄＢ／ｋｍ以下と低損失であり、また曲げ損失にも優れ、比較的小径のリールに巻くことが可能である。
【００３０】
次に、本実施形態と同様に、上記分散補償ファイバを用いて、波長分散を有する分散補償ファイバモジュールを作製した。ここで、分散補償ファイバの長さは、分散補償ファイバモジュールの経路全体の波長分散が＋１０００ｐｓ／ｎｍとなるように調整した。
表３は、この分散補償ファイバモジュールの光学特性を示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表４は、従来のＳＭＦやＣＳＦを用いて作製した分散補償ファイバモジュールの光学特性を示す。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
分散補償ファイバＡ〜Ｄは前記したように正の大きな波長分散を持つため、ＳＭＦやＣＳＦに比べて分散補償ファイバの伝送路の長さを１／１６〜１／９まで短くすることができ、小型で軽量の分散補償ファイバモジュールが実現できる。
また、分散補償ファイバの伝送路の長さを短くすることができるため、分散補償ファイバモジュールの伝送損失や非線形効果を低減できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、屈折率分布形状の構造パラメータを定めることによって、１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長領域において、信号光を高次モードで伝搬させ、これ以外のモードでは伝搬させないようにすることができる。これにより異なる伝搬モード間の信号光の干渉もほとんど無く、この高次モードにおける正の大きな波長分散を得ることができる。
従って、短い長さで光ファイバ伝送路の負の累積波長分散を補償できる。
【００３６】
また、前記本発明の分散補償ファイバを用い、この分散補償ファイバの入力端と出力端にそれぞれモード変換器を接続し、分散補償ファイバ内を信号光がＬＰ０３モードの伝搬モードで伝搬するようにすることによって、正の大きな波長分散が得られる。このため、光ファイバ伝送路の負の累積波長分散を補償する場合、必要となる分散補償ファイバの長さを短くすることができ、小型で、軽量な分散補償ファイバモジュ−ルが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の分散補償ファイバの屈折率分布の一例を示す概略図である。
【図２】本実施形態の分散補償ファイバモジュールと光ファイバ伝送路とが接続されて構成された光通信システムの概略図である。
【図３】分散補償ファイバＡの波長分散と光の波長との関係を示す図である。
【図４】分散補償ファイバＢ，Ｃの波長分散と光の波長との関係を示す図である。
【図５】分散補償ファイバＤの波長分散と光の波長との関係を示す図である。
【図６】ＮＺ−ＤＳＦの波長分散と信号光の波長との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
２‥‥クラッド，３‥‥分散補償ファイバモジュール，５‥‥分散補償ファイバ，１１‥‥第１のコア部，１２‥‥第２のコア部，１３‥‥第３のコア部，６１‥‥信号光の伝搬モードをＬＰ０１モードからＬＰ０３モードに変換するモード変換器，６２‥‥信号光の伝搬モードをＬＰ０３モードからＬＰ０１モードに変換するモード変換器
【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６】
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