(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に位置する第１コアと、前記第１コアの外周に設けられ、前記第１コアよりも低い屈折率を有する第２コアと、前記第２コアの外側に設けられ、前記第１コアよりも屈折率が低く、かつ前記第２コアよりも屈折率の高いクラッドとを有する光ファイバであって、波長1550nmにおける分散の絶対値が5ps／nm／km以下であり、波長1550nmにおける分散スロープの絶対値が0.01ps／nm2／km以下であり、波長1550nmにおける有効コア断面積Aeffが15μm2以下であり、波長1550nmにおける非線形定数が25×10-10/W以上であり、前記クラッドの全域にゲルマニウムがドープされていることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
波長1550nmにおける有効コア断面積Aeffが12μm2以下であり、波長1550nmにおける非線形定数が40×10-10/W以上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】
純シリカに対する前記クラッドの比屈折率差が0.1%〜1.0%であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記第１コアの前記クラッドに対する比屈折率差Δ１が1.0%〜5.0%であり、前記第２コアの前記クラッドに対する比屈折率差Δ２が-2.4%〜-0.2%であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記第１コアの前記クラッドに対する比屈折率差Δ１が2.0%〜4.0%であり、前記第２コアの前記クラッドに対する比屈折率差Δ２が-2.0%〜-0.6%であることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項６】
波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分散の最大値と最小値の差が1ps／nm／km以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項７】
波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバ長手方向の分散の最大値と最小値の差が0.2ps／nm／km以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項８】
カットオフ波長λcが1500nm以下であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項９】
カットオフ波長λcが1200nm以下であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が0.4以上、0.8以下であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が0.4以上、0.7以下であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記第２コアの外周に、前記第１コアよりも低く、かつ前記クラッド部より高い屈折率を有する第３コアを具備することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１３】
前記第３コアの前記クラッドに対する比屈折率差Δ３が0.1%〜0.9%であることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ。
【請求項１４】
前記第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、前記αが3.0以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１５】
前記第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、前記αが6.0以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１６】
前記請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の光ファイバを用いたことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１７】
前記光信号処理装置は光波長変換器であることを特徴とする請求項１６記載の光信号処理装置。
【請求項１８】
前記光信号処理装置はパルス圧縮器であることを特徴とする請求項１６記載の光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形性に優れた光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光信号伝送における高速化、大容量化や、より長距離にわたる伝送が益々求められており、このために光信号の処理速度の高速化や長距離伝送を達成するための信号処理技術が希求されている。
光信号処理技術の一つとして、光信号を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して、再び光信号に戻す方法が挙げられる。しかし、この方法では光信号をわざわざ電気信号に変え、これをまた光信号に戻す処理を伴うため高速な信号処理には不向きであった。
【０００３】
これに対して光信号を光のまま処理する全光信号処理技術がある。この処理技術は光信号を電気信号に変えることなく、光信号を直接光信号として扱うため高速な信号処理が可能となる。
【０００４】
ところで全光信号処理技術には、光信号を伝送する光ファイバ内で生ずる非線形光学現象を利用する方法、あるいは非線形性の高い物質からなる光導波路中で生ずる非線形現象を利用する方法等がある。
前者の光ファイバ内で生ずる非線形光学現象を利用した全光信号処理技術は、高速処理が可能であると同時に伝送損失も小さくできるため、近年、特に注目されている。この光ファイバ内で生ずる非線形現象としては四光波混合、自己位相変調、相互位相変調、ブリュリアン散乱等が挙げられる。これらのなかで四光波混合を利用した波長変換や、自己位相変調を利用したパルス圧縮、波形整形等の光信号処理技術が既に報告されている。
【０００５】
四光波混合は、２波長以上の光を光ファイバに導入したとき、非線形現象により特定の規則を持って新たな波長の光が生ずる現象である。前述した光信号処理技術では、この新たな波長の光が生ずる現象を波長変換に利用しようとするものである。また、この四光波混合を利用した波長変換は、多数の信号波長を一括して波長変換できるという利点を有している。
また、自己位相変調や相互位相変調を利用することにより、伝送中に劣化した波形を整形し、長距離伝送を可能とする全光信号処理が可能となる。
【０００６】
ところで、このような光ファイバ内での四光波混合や自己位相変調といった非線形現象を利用した波長変換、波形整形といった光信号処理技術を適用するためには、光ファイバとして非線形現象を大きく起し得る光ファイバ、すなわち高非線形性を有する光ファイバが必要となる。
【０００７】
この光ファイバの非線形性を表す指標として非線形定数がある。非線形定数は下記式（１）により示される。
非線形定数＝ｎ２／Aeff        （１）
尚、式（１）において、ｎ２は光ファイバの非線形屈折率を、Aeffは光ファイバの有効コア断面積を示している。
【０００８】
上記式（１）から、光ファイバの非線形定数を大きくするためには、非線形屈折率ｎ２を大きくするか、有効コア断面積Aeff（以下、Aeffとする。）を小さくする必要があることがわかる。
これを実現するためには、光ファイバの中心部に位置する第１コアに例えば多量のゲルマニウムをドープし、非線形屈折率ｎ２を大きくする方法や、第１コアとクラッドとの比屈折率差を大きくしてAeffを小さくする方法等がある。しかしながら、第１コアとクラッドとの比屈折率差を大きくすると、分散スロープが大きくなり、カットオフ波長が長波長側にシフトしてしまう。
そこで、第１コアの外周にクラッドよりも屈折率が低い第２コアを設けたいわゆるＷ型屈折率プロファイルとすることで、分散スロープを低減し、カットオフ波長を短波長側にシフトすることができることが知られている。
【０００９】
これを実現した光ファイバとして例えば特許文献１により提案されたものがある。この光ファイバは、光ファイバの屈折率プロファイルをＷ型屈折率プロファイルとすることで、第１コアにドープするゲルマニウムの濃度を高くして非線形屈折率ｎ２を大きくし、また、第１コアとクラッドとの比屈折率差を大きくしてAeffを小さくした場合でも、カットオフ波長が充分に短い光ファイバを実現している。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２０７１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで光ファイバの屈折率プロファイルをＷ型屈折率プロファイルとするために、第１コアの外周に位置する第２コア屈折率を下げる手段として、例えば第２コアにフッ素をドープする方法がある。
しかしながら、高非線形性を有する光ファイバとして良好な特性を得るためには、第２コアの屈折率を負側に大きくする必要があり、これを実現するためには第２コアに高濃度のフッ素をドープする必要がある。
しかしながら、常圧雰囲気下でフッ素をドープする場合、純シリカに対する比屈折率差で−0.7%程度まで屈折率を下げるのが限界であり、これよりも第２コアの屈折率を小さくするためには、例えば高圧雰囲気下でフッ素をドープする技術が必要である。（ここで、純シリカとは屈折率を変化させるドーパントがドープされていない純粋なシリカガラスを意味する。）しかしながら、高圧雰囲気下でフッ素をドープする技術は非常に高度な技術を要し、製造設備が複雑になるだけでなく、製造歩留まりが悪化してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決すべく本発明に係る光ファイバは、中心部に位置する第１コアと、前記第１コアの外周に設けられ、前記第１コアよりも低い屈折率を有する第２コアと、前記第２コアの外側に設けられ、前記第１コアよりも屈折率が低く、かつ前記第２コアよりも屈折率の高いクラッドとを有する光ファイバであって、波長1550nmにおける分散の絶対値が5ps／nm／km以下であり、波長1550nmにおける分散スロープの絶対値が0.01ps／nm2／km以下であり、波長1550nmにおける有効コア断面積Aeffが15μm2以下であり、波長1550nmにおける非線形定数が25×10-10/W以上であり、前記クラッドの全域にゲルマニウムがドープされていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
このようにしてなる本発明に係る光ファイバによれば、クラッドにゲルマニウムをドープする技術を使用することで、第２コアのクラッドに対する比屈折率差を容易に負側に大きくすることができ、高い非線形性と低い分散を併せ持つ光ファイバを容易に提供することができる。またこの光ファイバを用いた光信号処理装置、具体的には性能の優れた光波長変換器やパルス圧縮器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜図９を用いて本願発明の光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光波長変換器や
パルス圧縮器の実施例を詳細に説明する。
【００１５】
図１に本願発明に係る光ファイバの一例を示す。図１（ａ）はこの光ファイバの屈折率分布で、図１（ｂ）はその横断面の一部を示している。尚、クラッド４の外側の線は省略されている。
図１（ａ）に示すようにこの光ファイバは、中心部に位置し、下記式（２）で示すα乗の屈折率分布を有する第１コア１と、前記第１コア１の外側に設けられ、前記第1コア１よりも低い屈折率を有する第２コア２と、前記第２コア２の外側に設けられ、前記第２コア２よりも高い屈折率を有するクラッド４とを具備した、いわゆるＷ型屈折率プロファイルを有している。また、クラッド４の屈折率は、図中の点線で示す、純シリカの屈折率よりも高くなっている。
【００１６】
ここで、第１コアの屈折率分布の形状を表すαは以下の式（２）で定義される。
ｎ2(ｒ)＝ｎｃ１2｛１−２・（Δ１／１００）・（２ｒ／Ｄ１）α｝          （２）
但し、０＜ｒ＜Ｄ１／２                     
ここでｒは光ファイバの中心からの半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率を表している。また、ｎｃ１は第１コア１の最大屈折率であり、Ｄ１は第１コア１の直径である。
【００１７】
また、前記クラッド４に対する第１コア１の比屈折率差Δ１、クラッド４に対する第２コア２の比屈折率差Δ２、前記純シリカに対するクラッドの屈折率差ΔＣは下記式（３）〜（５）で示されるものをいう。
Δ１＝｛（ｎｃ１−ｎｃ）／ｎｃ１｝・１００                （３）
Δ２＝｛（ｎｃ２−ｎｃ）／ｎｃ２｝・１００                （４）
ΔＣ＝｛（ｎｃ−ｎｓ）／ｎｃ｝・１００                  （５）
ここで前記各式中、ｎｃ１は第１コア１の最大屈折率、ｎｃ２は第２コア２の最小屈折率、ｎｃはクラッド４の屈折率、ｎｓは純シリカの屈折率である。
【００１８】
また本明細書においては、前記第１コア１の直径Ｄ１は、第１コア１においてクラッド４と等しい屈折率となる位置での直径、第２コア２の直径Ｄ２は、第２コア２とクラッド４との境界領域において、Δ２の１／２の屈折率となる位置での直径とする。
【００１９】
また、図２に本願発明に係る光ファイバの別の一例を示す。図１と同様に、図２（ａ）はこの光ファイバの屈折率分布を示しており、図２（ｂ）はその横断面の一部を示している。尚、クラッド４の外側の線は省略されている。
図２（ａ）に示すようにこの光ファイバは、中心部に位置し、前記式（２）で示すα乗の屈折率分布を有する第１コア１と、前記第１コア１の外側に設けられ、前記第1コア１よりも低い屈折率を有する第２コア２と、前記第２コア２の外側に設けられ、前記第1コア１よりも低く、かつ前記第２コア２よりも高い屈折率を有する第３コア３と、前記第３コア３の外側に設けられ、前記第３コア３よりも低く、かつ前記第２コア２よりも高い屈折率を有するクラッド４とを具備した、いわゆるＷセグメント型屈折率プロファイルを有している。また、前記クラッド４の屈折率は、図中の点線で示す、純シリカの屈折率よりも高くなっている。
【００２０】
ここで、クラッド４に対する第３コア３の屈折率差Δ３は下記式（６）で示されるものをいう。また、第１コアの屈折率分布の形状を表すα、クラッド４に対する第１コア１の屈折率差Δ１、クラッド４に対する第２コア２の比屈折率差Δ２、前記純シリカに対するクラッドの屈折率差ΔＣは前述した式（２）〜（５）と同様である。
Δ３＝｛（ｎｃ３−ｎｃ）／ｎｃ３｝・１００                （６）
ここで前記各式中、ｎｃ３は第３コア３の最大屈折率である。
【００２１】
また本明細書においては、第３コア３の直径Ｄ３は、第３コア３とクラッド４との境界領域において、Δ３の１／１０の屈折率となる位置ので直径とする。第１コア１の直径Ｄ１、第２コア２の直径Ｄ２は前述した定義と同様とする。
【００２２】
本発明に係る光ファイバは、クラッドにゲルマニウムをドープする技術を使用することで、第２コアのクラッドに対する比屈折率差を容易に負側に大きくすることができ、高い非線形性と低い分散を併せ持つ光ファイバを容易に提供することができる。
クラッドへのゲルマニウムドープは光ファイバ用スート母材製造工程、たとえばＯＶＤ（outside vapour deposition）工程などにおいて可能であり、そのドープ量を調整することで、純シリカに対するクラッドの屈折率差ΔＣを調整することが可能である。
例えば、第２コアの純シリカに対する比屈折率差が−0.7%になるように第２コアにフッ素をドープし、純シリカに対するクラッドの屈折率差ΔＣが0.5%となるようにクラッドにゲルマニウムをドープした場合、純シリカの屈折率をＳとすると、クラッドの屈折率は1.005・Ｓ、第２コアの屈折率は0.993・Ｓとなる。ここで、クラッドの屈折率をＳｃとするとクラッドとの第２コアの屈折率差Δ２は、Δ２＝（0.993・S−Ｓｃ）／Ｓｃ・100 =−1.194%となる。このように、クラッドにゲルマニウムをドープする技術を使用することにより、容易に第２コアのクラッドに対する屈折率差を大きくすることが可能である。
【００２３】
以下、本発明に係る光ファイバとして良好な特性と、その特性を得るための屈折率プロファイルの構造パラメータについて詳細に説明する。
（１）有効コア断面積Aeff
前述したように、光ファイバの非線形定数を大きくするためには、Aeffを小さくすることが有効である。本発明においては波長1550nmにおけるAeffを15μm2以下、より好ましくは12μm2以下とした。このようにAeffを小さくすることにより、波長1550nmにおいて25×10-10/W以上、より好ましくは40×10-10/W以上という大きな非線形定数を有する光ファイバを得ることができる。
【００２４】
（２）比屈折率差Δ１およびΔ２
Aeffを小さくするためには、比屈折率差Δ１を大きくすることが最も有効である。そこで、適切な比屈折率差Δ１を導出するために、シミュレーションを行った。表１はシミュレーションで用いた光ファイバのΔ１以外の構造パラメータを示す。
Δ、α等の定義は前述と同様であり、上記式（２）〜（６）に従う。なお、例1−1は図２に示すＷセグメント型屈折率プロファイル、例1−2と例1−3は図1に示すＷ型屈折率プロファイルである。
【００２５】
【表１】
0004776174.tif 000002
【００２６】
図３に、表１の構造パラメータを有する光ファイバの比屈折率差Δ１とAeffとの関係例を示す。図３に示されているように、比屈折率差Δ１が大きくなるとAeffは小さくなる。Aeffが15μm2以下であるという要件を満たすためには、図３で示すように比屈折率差Δ１が1.0%以上である必要がある。
【００２７】
また、比屈折率差Δ１を大きくするとカットオフ波長は長波長側にシフトし、Δ１が5.0%を超えるとシングルモード光ファイバとすることが困難になる。また、Δ１が5.0%を超えると波長1550nmにおける分散スロープが大きくなり、光信号処理を行う際、波長間での分散値の差が大きくなる。さらに、比屈折率差Δ１が5.0%を超えるコアを製造することは、製造面からも非常に困難である。したがって、比屈折率差Δ１は1.0%以上5.0%以下であることが好ましい。
【００２８】
また、比屈折率差Δ２を負側に大きくすると1550nmにおける分散の絶対値を小さくしつつ分散スロープの絶対値をも小さくでき、さらにカットオフ波長を短波長側にシフトさせることができる。上述のように、比屈折率差Δ１を1.0%以上5.0%以下とした場合、比屈折率差Δ２を−0.2%以下とすると分散スロープの絶対値を0.03ps／nm2／km以下にするとともにカットオフ波長も1500nm以下にすることが可能となる。一方、比屈折率差Δ２を−2.4%以下とすると、例えば、第２コアにフッ素を多量にドープするか、クラッドにゲルマニウムを多量にドープする必要があり、製造が非常に困難となる。したがって、比屈折率差Δ２は−2.4%以上−0.2%以下であることが好ましい。
【００２９】
一方、比屈折率差Δ１が2.0%以上で、比屈折率差Δ２が−2.0%以上−0.6%以下である場合、図３に示すように、Aeffを12μm2以下にすることが可能になり、非線形定数を40×10-10/W以上とすることができる。また、クラッドより高い屈折率を有する第３コアを設けることにより、Aeffは幾分大きくなるが、図３の例1-1に示すように、それでもAeffは12μm2以下である。この場合35×10-10/W以上の非線形定数n2/Aeff値が得られる。また、比屈折率差Δ１が2.0%以上4.0%以下で、比屈折率差Δ２が−2.0%以上−0.6%以下である場合には、分散スロープの絶対値を0.01ps／nm2／km以下にすることができ、十分に高い非線形性と絶対値の小さい分散スロープが得られ、さらにカットオフ波長が1500nm以下の光ファイバが実現できる。したがって、比屈折率差Δ１を2.4%以上4.0%以下とし、比屈折率差Δ２を−2.0%以上−0.6%以下とすることがさらに好ましい。
【００３０】
（３）分散および分散スロープ
本発明に係る光ファイバは、1550ｎｍを含む幅広い波長領域において用いることができる光ファイバであり、使用波長における分散の絶対値が小さいことが必要である。したがって、本願発明における光ファイバは、波長1550nmにおける分散値の絶対値は10ps／nm／km以下であることが望ましく、5ps／nm／km以下であることがさらに望ましい。
【００３１】
さらに、本発明に係る光ファイバは、使用波長における波長間の分散の差が小さいことも必要である。したがって本願発明に係る光ファイバの1550nmにおける分散スロープの絶対値は0.03ps/nm2/km以下、より好ましくは、0.01ps/nm2/km以下である。
これにより波長1550nm近傍の幅広い使用波長領域において波長間の分散の差が小さく、かつ分散の絶対値の小さい光ファイバを提供することが可能となる。本発明に係る光ファイバを用いれば、幅広い波長領域において非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。
【００３２】
本発明に係る光ファイバは、1km〜数kmの長尺で使用する際も、光ファイバの全長において、分散の差が小さいことが保障される。本発明に係る光ファイバは、波長1510〜1590nmのいずれかの波長における光ファイバの長手方向の分散の変動幅が1ps/nm/km以下、より好ましくは0.2ps/nm/km以下である。このように長手方向の分散の最大値と最小値の差が小さいことで、高品質な非線形現象を利用した波長変換器やパルス圧縮器等の光信号処理装置を構成できる。
【００３３】
なお、前述した分散の変動幅とは、光信号処理装置などを構成する１本の光ファイバの全長において分散分布測定器により測定された分散値の変動幅（分散の最大値と最小値の差）を意味する。光ファイバの分散分布の測定は、例えばMollenauerにより研究された方式を利用する分散分布測定器により測定可能である。
【００３４】
実際に光ファイバの長手方向の分散の変動を抑えるには、光ファイバ母材の段階でコアとクラッドの厚みが一様であることが求められる。具体的には、例えばＯＶＤ法やＶＡＤ（vapour-phase axial deposition）法による光ファイバ用スート母材の合成の段階において、コアやクラッドの厚みが均一になるように合成中の堆積条件を管理する必要があり、この光ファイバ母材を所望の外径に延伸する際には、外径変動が平均外径に対して±0.2%以内になるような高精度な延伸を行うことが求められる。そして、光ファイバ母材から光ファイバに線引きを行う際も、光ファイバの外径をほぼ一定（たとえば、外径変動が平均ファイバ外径の±0.2%以内）に管理する必要がある。
【００３５】
（４）カットオフ波長
シングルモード光ファイバでは、カットオフ波長λcが使用波長よりも小さいことが必要とされる。したがってカットオフ波長λcは1500nm以下、より好ましくは1200nm以下であることが望ましい。カットオフ波長λcを1500nm以下とすることにより、1500nm以上の幅広い波長領域においてシングルモード動作が保障される。さらにカットオフ波長λcを1200nm以下とした場合は、1200nm以上の波長領域においてシングルモード動作を保障することができ、1.3μm帯も含めた幅広い波長領域において使用可能である。
【００３６】
ここでカットオフ波長λｃとは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０で定義するファイバカットオフ波長λｃをいう。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５０における定義及び測定方法に従うものとする。
【００３７】
（５）第１コアの外径と第２コアの外径との比Ｄ１／Ｄ２とクラッドの比屈折率差ΔＣ
第１コアの外径Ｄ１と第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を調整することによって、Aeffが小さく、カットオフ波長λcも小さく、かつ分散スロープの絶対値も小さい光ファイバを得ることができる。
そこで第１コアの外径Ｄ１と第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を調整することによる分散スロープの変化をシミュレーション例を用いて説明する。
【００３８】
表２はシミュレーションで用いた光ファイバのＤ１／Ｄ２以外の構造パラメータを示している。屈折率プロファイルは、すべて図1に示すＷ型屈折率プロファイルとした。表２に示すように、同一コアロッドを用い、ΔＣを変化させることにより特性を変化させた。Δ、α等は前述と同様であり、上記式（２）〜（６）に従う。
【００３９】
【表２】
0004776174.tif 000003
【００４０】
図４は、表２の構造パラメータを有する光ファイバにおけるＤ１／Ｄ２と、波長1550nmにおける分散が0ps／nm／kmであるときの分散スロープとの関係を示す。図４に示すように、光ファイバ例2-1、例2-2、例2-3に共通して、Ｄ１／Ｄ２の比が0.1に近づく、また１に近づくにつれ分散スロープが正方向に大きくなることがわかる。このため、分散スロープを小さくするためには、Ｄ１／Ｄ２を0.5付近に設定する必要がある。また、ΔＣを負側に大きくするほど分散スロープを低減できることがわかる。特に、Ｄ１／Ｄ２が0.8以下のとき分散スロープを大きく低減することができ、たとえば、Ｄ１／Ｄ２の比が0.8のとき例2−1と比較して例2−2で分散スロープが0.007ps／nm2／km、例2−1と比較して例2−3では0.014ps／nm2／km低減できている。これに対し、Ｄ１／Ｄ２の比が0.9では例2−1と比較して例2−2で分散スロープが0.003ps/nm2/km、例2−1と比較して例2−3では0.005ps/nm2/kmしか低減できていない。
【００４１】
また、図４の例2−2に注目すると、ΔＣ＝0.4%になるようクラッドにゲルマニウムをドープし、Ｄ１／Ｄ２の範囲を0.4以上0.7以下に設定することで分散スロープの絶対値を0.015ps／nm2／km以下にすることが可能となる。したがって、第１コアの外径と第２コアの外径との比Ｄ１／Ｄ２は0.01以上0.8以下が好ましく、より好ましくは0.4以上0.7以下である。
【００４２】
さらに、図５は、表２の構造パラメータを有する光ファイバにおけるＤ１／Ｄ２と、波長1550nmにおける分散が0ps／nm／kmであるときのAeffとの関係を示す。
図５に示すように、Ｄ１／Ｄ２の比が0.1に近づくと、Aeffは縮小する。また、Ｄ１／Ｄ２の比が1に近づくほど急激にAeffは拡大し、Δ２が負側に大きいほどその拡大は顕著である。したがって、Ｄ１／Ｄ２は0.1以上0.8以下が好ましく、より好ましくは0.4以上0.7以下である。
【００４３】
（６）比屈折率差Δ３と第３コアのコア外径Ｄ３
図２に示すＷセグメント型屈折率プロファイルとすることで、分散スロープをさらに低減することが可能となる。
このとき、前記第２コアの外径Ｄ２と前記第３コアの外径Ｄ３との比Ｄ２／Ｄ３が0.35以上、0.99以下であることが好ましい。また、純シリカに対する第３コアの比屈折率差Δ３を大きくするためには、第３コアに多量のゲルマニウムをドープする必要があるが、安定してゲルマニウムをドープするには高い技術力を要するため、製造性を考慮に入れるとΔ３は0.1%以上0.9%以下であることが望ましい。
【００４４】
（７）第１コアの屈折率分布形状
第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、αを大きくすることにより、分散スロープを小さくし、Aeffもまた小さくすることが可能である。そのため、第１コアの屈折率分布形状がα乗プロファイルであり、αが３以上、さらに好ましくはαが６以上であることが望ましい。ここで、αは前記式（２）に従う。
ここでαが大きい事が優位であることを、本発明に記載した光ファイバ構造のシミュレーション例を用いて説明する。表３に示す構造パラメータを持つ光ファイバのαと分散スロープとの関係を図６に、αとAeffとの関係を図７に示す。表３において、Δ３はクラッドに対する第３コアの最大比屈折率差であり、ΔＣは純シリカに対するクラッドの比屈折率差である。
【００４５】
【表３】
0004776174.tif 000004
【００４６】
図６に示すように、αの値を大きくすると分散スロープを低減することができる。特にαを２から３にすることにより、例3−1で約0.0092 ps／nm2／km小さく、そして例3−2で約0.008ps／nm2／km小さくすることが可能である。このようにαを大きくすることが分散スロープの低減に対して非常に有効である。
また図７に示すように、αの値を大きくすることによってAeffを縮小することができる。特にαを２から３にすることにより、例3−1、例3−2の両方において約5%ものAeffの縮小が可能となる。
【００４７】
第１コアのαを大きくするためには、コア母材をＶＡＤ法やＭＣＶＤ（modified chemical vapour deposition）法によって作製する際に、あらかじめαが大きいコア母材を作製するか、もしくはこれらの方法で作製したコア母材の表面をＨＦなどによるエッチングや機械外削によって外削し、コア中心のαの大きい部分のみを使用してもよい。
上記の方法を用いる場合、αを３以上にすることは製造面からみても比較的容易である。
【実施例】
【００４８】
表４に比較例１、参考例１〜４、および本願発明の実施例１〜実施例６に示す各光ファイバの構造パラメータとシミュレーションにより得られた特性値を示す。尚、各特性値は波長1550nmにおける分散を0ps／nm／kmとしたときの値であり、ＭＦＤとはモードフィールド径を意味している。また、屈折率プロファイルは図１に示すＷ型屈折率プロファイルとした。
参考例１〜４、実施例１〜実施例６は同一コアを用い、クラッドへのゲルマニウムのドープ量を変化させ、クラッドと純シリカとの比屈折率差ΔＣの大きさを変化させたものであり、比較例１はクラッドと純シリカとの比屈折率差ΔＣを０、つまりクラッドを純シリカにしたものである。
【００４９】
【表４】
0004776174.tif 000005
【００５０】
参考例１〜４、実施例１〜実施例６の光ファイバはいずれも、分散スロープの絶対値が0.03ps／nm2／km以下であり、カットオフ波長λｃは1500nm以下であり、Aeffが12μm2以下である。
また、表４に示すように、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを大きくするに従って、分散スロープの絶対値が0.01ps／nm2／km以下まで単調に低減し、カットオフ波長λｃもまた単調に短波長側にシフトする。また、Aeffもわずかであるが小さくなる。
従って、実施例１〜実施例１０の屈折率プロファイルに関して、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを大きくすることは、非線形性に優れた光ファイバを得るために非常に有効であるといえる。ただし、多量のゲルマニウムを均一にドープすることは難しいため、ΔＣは0.1%以上1.0%以下が好ましい。また、第１コアの外径Ｄ１は、２〜５μｍのとき、良好な特性が得られる。
【００５１】
表５に本願発明の実施例７〜実施例９、参考例５、参考例６と比較例２、表６に本願発明の実施例１０、実施例１１、参考例７、参考例８と比較例３の各光ファイバの構造パラメータとその特性値を示す。表４と同様に、実施例７〜実施例９、参考例５、参考例６と、実施例１０、実施例１１、参考例７、参考例８は各々、同一コアを用い、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣのみを変化させたものである。比較例２、比較例３は純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを０、つまりクラッドを純シリカにしたものである。また、比較を容易にするため、波長1550nmにおける分散を0ps／nm／kmとした。また、屈折率プロファイルは図１に示すＷ型屈折率プロファイルとした。
【００５２】
【表５】
0004776174.tif 000006
【００５３】
【表６】
0004776174.tif 000007
【００５４】
実施例７〜実施例９、参考例５、参考例６、実施例１０、実施例１１、参考例７、参考例８の光ファイバはいずれも、分散スロープの絶対値が0.03ps／nm2／km以下であり、カットオフ波長λｃは1500nm以下であり、Aeffが12μm2以下である。
また表５、表６に示すように、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを大きくするに従って、分散スロープはいったん単調に低減し、分散スロープの絶対値が0.01ps／nm2／km以下になる。しかしながら、参考例５、参考例６、参考例８に示されるようにΔＣを大きくしすぎると分散スロープが負側に大きくなり、再び分散スロープの絶対値が0.01ps／nm2／kmより大きくなる。また、ΔＣを大きくするに従ってカットオフ波長λｃは単調に短波長側にシフトし、Aeffは大きくなる。
従って実施例７〜実施例９、参考例５、参考例６、実施例１０、実施例１１、参考例７、参考例８の光ファイバに関して、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを大きくすることは、ΔＣ＝0.6%以下の範囲において、分散スロープの低減とカットオフ波長を短波長側にシフトさせることに対して非常に有効である。
【００５５】
表７に本願発明の実施例１２〜実施例１３と比較例４、表８に本願発明の実施例１５〜実施例１６と比較例５の各光ファイバの構造パラメータとその特性値を示す。表４と同様に、実施例１２〜実施例１３、実施例１５〜実施例１６は各々、同一コアを用い、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣのみを変化させたものである。比較例４、５は純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを０、つまりクラッドを純シリカにしたものである。また、比較を容易にするため、波長1550nmにおける分散を0ps／nm／kmとした。また、屈折率プロファイルは図２に示すＷセグメント型屈折率プロファイルとした。
【００５６】
【表７】
0004776174.tif 000008
【００５７】
【表８】
0004776174.tif 000009
【００５８】
ここでΔＣを大きくすることによる分散スロープ、カットオフ波長λｃ、Aeffの挙動は表５、表６に示すＷ型屈折率プロファイルを有するものと同様であり、ΔＣ＝0.6%以下の範囲が、分散スロープの低減とカットオフ波長を短波長側にシフトさせることに対して有効である。
【００５９】
ここで表７、表８に示すように、第３コアを設けた場合、カットオフ波長は長波長側にシフトしやすいが、クラッドにゲルマニウムをドープし、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを大きくすることで、カットオフ波長を短波長側にシフトさせることができる。このようにカットオフ波長が長波長側にシフトしやすい屈折率プロファイルにおいても、クラッドにゲルマニウムをドープする技術を用いることによって、カットオフ波長を短波長側にシフトさせることができ、非常に有効である。
【００６０】
前述したシミュレーションの結果を用いて、実際に光ファイバの製造を行った。結果を表９および表１０に示す。なお、表９に本願発明の実施例１７と比較例６、表１０に実施例１８と比較例７の各光ファイバの構造パラメータとその特性値を示す。これらの比較例と実施例はいずれも同一コアを用い、クラッドにドープするゲルマニウムの量のみを変化させ、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを変化させたものである。なお、実施例１７、実施例１８には比屈折率差ΔＣが0.6％となるようにゲルマニウムをドープした。ここで、比較例６と実施例１７、比較例７と実施例１８は比較を容易にするため分散をほぼ同じになるように製造した。
【００６１】
【表９】
0004776174.tif 000010
【００６２】
【表１０】
0004776174.tif 000011
【００６３】
参考例９および実施例１７は、いずれも波長1550nmにおける分散の絶対値が20ps／nm／km以下であり、波長1550nmにおける有効コア断面積Aeffが15μm2以下であり、波長1550nmにおける非線形定数が25×10-10/W以上を満たしており、シミュレーションで得られた結果とほぼ同様の特性が得られている。
ここで比較例６と参考例９を比較すると、参考例９の方が分散スロープは0.009ps／nm2／km小さく、カットオフ波長もまた200nm程度短波長側にシフトしている。また、Ｄ１／Ｄ２＝０．２５と第２コア領域が広いため、Aeffもまたわずかであるが比較例６よりも参考例９の方が小さく、その結果として参考例９の方が非線形定数n2/Aeffは大きくなった。比較例６と実施例１７とを比較しても同様の傾向が見られ、純シリカに対するクラッドの比屈折率差ΔＣを大きくすることは、非常に有効であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本願発明の光ファイバを光信号処理装置に用いることにより、広い波長範囲で安定した性能の光信号処理が可能である。
【００６５】
図８に本願発明の光ファイバを用いた光信号処理装置の一例として、光波長変換器の一例を示す。この光波長変換器によれば、信号光の波長を一括して他の波長に変換することが可能である。
ここで図８について簡単に説明する。尚、事前に本願発明の光ファイバ１７の分散値が零となる波長を調べておく。
まず、この分散値が零となる波長近傍の励起光（波長λs）を光源１１から発し、信号光１２（波長λp）とカップリングする。そして本願発明の光ファイバ１７に入射する。この際、この光ファイバ１７内で四光波混合を生じ、信号光１２は下記式（７）での波長λに変換される。このことにより、光波長変換が一括して行われる。
λ＝（λp−λs）＋λp                                  （７）
【００６６】
因みに図８において符号１３は偏波を揃える偏波コントローラを、符号１４はＥＤＦＡ、すなわちエルビウムドープファイバアンプ（光増幅器）を、符号１５は光源からの励起光（波長λs）と信号光１２を結合するカップラーを、そして符号１６は偏光子をそれぞれ示している。
【００６７】
また図９に本願発明の光ファイバを用いたパルス圧縮器の一例を示す。図９において、符号２１、２２はそれぞれ波長の異なる光源を示し、符号２３は偏波コントローラを、符号２４はカップラーを示している。また符号２５は偏光子を、符号２６はＥＤＦＡをそれぞれ示している。前記光源２１、２２からＥＤＦＡ２６までを各々接続する光ファイバや、符号２８が示す光ファイバは一般的なシングルモード光ファイバであり、符号２７は本願発明の光ファイバである。このように本願発明の光ファイバ２７と一般的なシングルモード光ファイバ２８を所定長さ毎に交互に接続してパルス圧縮器を構成している。
【００６８】
ところで図８及び図９には、本願発明の光ファイバを用いた光信号処理装置として、光波長変換器やパルス圧縮器のみ示しているが、これ以外にも、例えば波形整形器等にも本願発明の光ファイバを適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本願発明に係る光ファイバの一実施例を示すもので、図１（ａ）は屈折率分布を示し、図１（ｂ）は横断面の一部を示す横断面図である。
【図２】本願発明に係る光ファイバの別の一実施例を示すもので、図２（ａ）は屈折率分布を示し、図２（ｂ）は横断面の一部を示す横断面図である。
【図３】表１の構造を有する光ファイバのΔ１とAeffの関係を示すグラフである。
【図４】表２の構造を有する光ファイバのＤ１／Ｄ２と分散スロープの関係を示すグラフである。
【図５】表２の構造を有する光ファイバのＤ１／Ｄ２とAeffの関係を示すグラフである。
【図６】表３の構造を有する光ファイバのαと分散スロープの関係を示すグラフである。
【図７】表３の構造を有する光ファイバのαとAeffの関係を示すグラフである。
【図８】本願発明に係る光ファイバを波長変換器に用いた一実施例を示す模式図である。
【図９】本願発明に係る光ファイバをパルス圧縮器に用いた一実施例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  第１コア
２  第２コア
３  第３コア
４  クラッド
１１、２１、２２  光源
１２  信号光
１３、２３  偏波コントローラ
１４、２６  ＥＤＦＡ
１５、２４  カップラー
１６、２５  偏光子
１７、２７  光ファイバ
【図１】
0004776174.tif 000012
【図２】
0004776174.tif 000013
【図３】
0004776174.tif 000014
【図４】
0004776174.tif 000015
【図５】
0004776174.tif 000016
【図６】
0004776174.tif 000017
【図７】
0004776174.tif 000018
【図８】
0004776174.tif 000019
【図９】
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