(57)【要約】【目的】  波長１５５０ｎｍを含む幅広い波長領域（例えば、１４６０ｎｍ乃至１６２０ｎｍ）において安定して分散の絶対値が小さい光ファイバを提供する。【構成】  本願発明の非線形分散シフト光ファイバは、中心部に位置する第１コアと、第１コアの外周に設けられ、第1コアよりも低い屈折率を有する第２コアと、第２コアの外周に設けられ、第1コアよりも低く、第２コアよりも高い屈折率を有する第３コアと、第３コアの外周に設けられ、第３コアよりも低く、第２コアよりも高い屈折率を有するクラッドとを具備し、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が１５μｍ２以下であり、かつ波長１５５０ｎｍにおける非線形定数ｎ２/Ａeffが２５×１０−１０／Ｗ以上である。【選択図】    図１
2005208497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に位置する第１コアと、
該第１コアの外周に設けられ、第1コアよりも低い屈折率を有する第２コアと、
該第２コアの外周に設けられ、第1コアよりも低く、第２コアよりも高い屈折率を有する第３コアと、
該第３コアの外周に設けられ、第３コアよりも低く、第２コアよりも高い屈折率を有するクラッドとを具備する非線形分散シフト光ファイバであって、
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が１５μｍ２以下であり、かつ波長１５５０ｎｍにおける非線形定数ｎ２/Ａeffが２５×１０−１０／Ｗ以上であることを特徴とする非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項２】
波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積が１２μｍ２以下であり、かつ波長１５５０ｎｍにおける非線形定数ｎ２/Ａeffが４０×１０−１０／Ｗ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項３】
前記クラッドに対する前記第１コアの比屈折率差Δ１が１．５％乃至５．０％であり、前記クラッドに対する前記第２コアの比屈折率差Δ２が−１．４％乃至−０．１％であり、そして前記クラッドに対する前記第３コアの比屈折率差Δ３が０．１％乃至１．０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項４】
前記第１コアの比屈折率差Δ１が２．４％乃至４．０％であり、前記第２コアの比屈折率差Δ２が−１．４％乃至−０．７％であり、そして前記第３コアの比屈折率差Δ３が０．１％乃至１．０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項５】
波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項６】
波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項７】
波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０３ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項８】
波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値が０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項９】
波長１５５０ｎｍ乃至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乃至８に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項１０】
波長１５１０ｎｍ乃至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乃至８に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項１１】
カットオフ波長が１５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項１２】
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、０．３以上０．８以下であることを特徴とする請求項１乃至１１に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項１３】
前記Ｄ１／Ｄ２が、０．４以上０．７以下である請求項１２に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項１４】
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は、０．３５以上０．９９以下であり、且つ以下の関係を満足する請求項３乃至１３に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
Ｄ２／Ｄ３＞Δ３＋0.25            (0.1％≦Δ３≦0.2％)
Ｄ２／Ｄ３＞(１／２)・Δ３＋0.35  (0.2％≦Δ３≦0.6％)
Ｄ２／Ｄ３＞(１／４)・Δ３＋0.5   (0.6％≦Δ３≦1.0％)
【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、αが3.0以上であることを特徴とする請求項１乃至１４に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項１６】
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、αが6.0以上であることを特徴とする請求項１乃至１４に記載の光ファイバ。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光ファイバを用いた光信号処理装置。
【請求項１８】
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１７に記載の光信号処理装置。
【請求項１９】
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１７に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。
【背景技術】
【０００２】
近年、光信号伝送における高速化、高容量化、長距離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信号処理して、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光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発生す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。高非線形性を有する光ファイバとして特許文献１により提案されたものがある。この光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は、特許文献１の図１４及び図１６に詳細に示されている。
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている光ファイバにおいては、波長１５５０ｎｍの分散スロープ値は−０．２６７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ乃至＋０．０４７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとそのばらつきが大きく、しかも分散も−１０３．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ乃至＋３．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍというように、その下限値の絶対値が１０３．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍという極めて大きな値になっている。つまり、波長１５５０ｎｍにおいて安定して分散と分散スロープの絶対値の小さい光ファイバを提供することができず、したがって、波長１５５０ｎｍ近傍の幅広い波長領域において、分散の低い光ファイバを提供することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を達成すべく、本願発明の非線形分散シフト光ファイバは、中心部に位置する第１コアと、第１コアの外周に設けられ、第1コアよりも低い屈折率を有する第２コアと、第２コアの外周に設けられ、第1コアよりも低く、第２コアよりも高い屈折率を有する第３コアと、第３コアの外周に第３コアよりも屈折率が低く、第２コアよりも屈折率が高いクラッドを具備する。  
【発明の効果】
【００１０】
本願発明により、波長１５５０ｎｍを含む幅広い波長領域（例えば、１４６０ｎｍ乃至１６２０ｎｍ）において安定して分散の低い光ファイバを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】
【００１１】
図１に本願発明に係る非線形分散シフト型の光ファイバの典型的な屈折率分布の例を示す。図１に示すように、本願発明の光ファイバは、中心部に位置し、屈折率分布形状がα乗プロファイルである第１コアと、第１コアの外周に設けられ、第1コアよりも低い屈折率を有する第２コアと、第２コアの外周に設けられ、第1コアよりも低く、第２コアよりも高い屈折率を有する第３コアと、第３コアの外周に設けられ、第３コアよりも屈折率が低く、第２コアよりも屈折率が高いクラッドを有する。また、Ｄ１は、中央部に位置する第１コアの外径、Ｄ２は第１コアの外周に設けられた第２コアの外径、Ｄ３は第２コアの外周に設けられた第３コアの外径を示す。ここで、第１コア１の外径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を結ぶ線の長さとする。また第２コア２の外径Ｄ２は、第２コア２と第３コア３との境界領域において、比屈折率差Δ２の１／２の屈折率差となる位置を結ぶ線の長さ、第３コアの外径Ｄ３は、第３コア３とクラッドとの境界領域において、比屈折率差Δ３の１／１０の屈折率差となる位置を結ぶ線の長さとする。尚、第１コアの外径Ｄ１は２乃至５μｍである。また、第３コアの形状はステップ型やα乗プロファイルとしてもよく、第３コアの外周にさらに第４コア、第５コア等を有しても良い。
【００１２】
ここで、本明細書においては、Δ１はクラッドに対する第１コアの比屈折率差を、Δ２はクラッドに対する第２コアの比屈折率差を、Δ３はクラッドに対する第３コアの比屈折率差を示し、Δ１乃至Δ３は以下の式（１）乃至（３）の関係を有する。
Δ１＝｛（ｎｃ１−ｎｃ）／ｎｃ１｝・１００        （１）
Δ２＝｛（ｎｃ２−ｎｃ）／ｎｃ２｝・１００        （２）
Δ３＝｛（ｎｃ３−ｎｃ）／ｎｃ３｝・１００        （３）
また、第１コアの屈折率分布形状を表すαは、中心から距離ｒ（０≦ｒ≦Ｄ１／２）における第１コアの屈折率をｎ２（ｒ）としたとき、式（４）ので定義される。
ｎ2(ｒ)＝ｎｃ１2｛１−２・Δ１ｎ・（２ｒ／Ｄ１）α｝  （４）
式（１）乃至（４）において、ｎｃ１は第１コアの最大屈折率、ｎｃ２は第２コアの最小屈折率、ｎｃ３は第３コアの最大屈折率を示す。尚、式（４）におけるΔ１ｎは、Δ１をパーセント表示しないものであり、Δ１ｎ＝｛（ｎｃ１−ｎｃ）／ｎｃ１｝の関係を有する。
【００１３】
一般に、中央部に位置する第１コアと第１コアの外周に設けられた第２コアと、第２コアの外周に設けられたクラッドからなる光ファイバにおいては、クラッドに対する第２コアの比屈折率差Δ２（式（２）を参照）を負側に大きくすると、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値を小さくしつつ分散スロープをも小さくすることが可能である。しかしながら、より分散スロープを低減させるためには、第２コアの外周に設けられ、クラッドより高い屈折率を有する第３コアが必要となる。以下に、第３コアを有することにより分散スローブを低減できることを説明する。
【００１４】
図１に示す屈折率分布を有する光ファイバにおいて、Δ３を変化させ、分散スロープ、Ａeff、及びカットオフ波長の変化をシミュレーションにより求めた。尚、シミュレーションで用いた光ファイバのΔ３以外の構造パラメータを表１に示す。
【００１５】
【表１】
2005208497.tif 000003
表１  シミュレーションで用いた光ファイバの構造パラメータ（１）
【００１６】
図２は、波長１５５０ｎｍにおける、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Δ３と分散スロープとの関係を示す。図２に示すように、比屈折率差Δ３を大きくすると分散スロープは低減する。しかしながら、比屈折率差Δ３を大きくすると、図３に示すように、有効コア断面積Ａeffが大きくなってしまい、得られる非線形性が比較的小さくなってしまう。さらに、図４に示すように、カットオフ波長は長波長側にシフトしてしまう。従って、Ａeffが大きくなり過ぎないよう、且つカットオフ波長が１５００ｎｍを超えないよう、比屈折率差Δ３の大きさと第３コアのコア径を調整する必要がある。具体的な調整について以下に説明する。
【００１７】
（１）有効コア断面積Ａeff
非線形定数は下記式（５）により示される。
非線形定数＝（ｎ２／Ａeff）                        （５）
ここで、λは測定波長を、ｎ２は光ファイバ中での非線形屈折率を、そしてAeffは光ファイバの有効断面積を示す。
式（５）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、有効断面積Ａeffを小さくする必要があることが理解できる。しかしながら、ｎ２は材料によって決まる値であるため、容易に大きくすることはできない。よって、光ファイバの有効断面積Ａeffの値をできるだけ小さくすることが現実的である。そこで本願発明においては、光ファイバの有効断面積Ａeffを１５μｍ２以下、好ましくは１２μｍ２以下とした。これにより、波長１５５０ｎｍにおける非線形定数が２５×１０−１０／Ｗ以上、さらには４０×１０―１０／Ｗ以上というより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。
【００１８】
（２）比屈折率差Δ１及び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効果的である。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２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。Δ２、Δ３等は前述と同様であり、上記式（１）乃至（４）に従う。なお、例２―２と例２−３は第３コアを有していない。
【００１９】
【表２】
2005208497.tif 000004
表２  シミュレーションで用いた光ファイバの構造パラメータ（２）
【００２０】
図５は、表２の構造パラメータを有する光ファイバの比屈折率差Δ１と有効コア断面積Ａeffとの関係を示す。図５に示されているように、比屈折率差Δ１が大きくなると、有効コア断面積Ａeffは小さくなる。また、第３コアの有無以外は同じ構造パラメータを有する例２−１と例２−２とを比較すると、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って、Ａeffは幾分広がることが解る。また、比屈折率差Δ１が１．５％未満では、Ａeffが大きく非線形性が比較的小さくなる。従って、第３コアを有する光ファイバにおいてＡeffが１５μｍ２以下である要件を満たすためには、少なくとも比屈折率差Δ１が１．５％以上であることが必要である。
【００２１】
一方、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する。そのため、比屈折率差Δ１が５．０％を超えると光ファイバがシングルモード動作するためのカットオフ波長への配慮が大きくなり、生産性が悪化する。また、比屈折率差Δ１が５．０％を超えるコアを作製することは、製造面から非常に困難である。さらに比屈折率差Δ１が５．０％を越えると１５５０ｎｍにおける分散スロープの値が大きくなり、光信号処理を行う際、波長１５５０ｎｍ近傍の異なる波長に対して分散の変動が大きくなる。従って、比屈折率差Δ１は１．５乃至５．０％であることが好ましい。
【００２２】
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をも小さくすることが可能となり、またカットオフ波長は短波長側にシフトすることになる。上述のように、比屈折率差Δ１を１．５乃至５．０％とすると、比屈折率差Δ２が−０．１％以下のときは分散スロープの絶対値を０．０３ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下にすることが可能となり、比屈折率差Δ２が−０．７％以下のときには分散スロープの絶対値を０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下にすることが可能となる。またカットオフ波長も１５００ｎｍ以下にすることが可能となる。一方、比屈折率差Δ２を−１．４％以下とすると、例えば、フッ素を多量にドープする必要があり、製造が困難となる。従って、比屈折率差Δ２は−１．４乃至−０．１％が好ましく、−１．４乃至−０．７％であることがより好ましい。
【００２３】
一方、比屈折率差Δ１が２．４％以上で、比屈折率差Δ２が−１．４乃至−０．７％である場合、図５の例２−１と例２−２で示すように、有効断面積Ａeffを１１μｍ2以下にすることが可能になり、４０×１０―１０／Ｗ以上の非線形定数ｎ２／Ａeff値を得ることができる。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は幾分か広がるが、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４．０％以下で、比屈折率差Δ２が−１．４乃至−０．７％である場合には、十分に高い非線形性と低い分散スロープが得られ、そしてカットオフ波長が１５００ｎｍ以下の光ファイバの実現が可能となる。さらに、第３コアを設けることにより、屈折率プロファイルの自由度が広がることから、歩留まりが向上し、高い生産性と安定性を得ることができる。従って、比屈折率差Δ１を２．４乃至４．０％とし、比屈折率差Δ２を−１．４乃至−０．７％とすることが更に好ましい。
【００２４】
（３）分散及び分散スロープ
本発明に係る非線形分散シフト光ファイバは、１５５０ｎｍを含む、幅広い波長領域において用いることができる非線形分散シフト光ファイバであり、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。従って、本願発明における非線形分散シフト光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値は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。
【００２５】
さらに、使用波長間における分散の差が小さいことも必要である。従って、本願発明における非線形分散シフト光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける分散スロープの絶対値は０．０３ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下、好ましくは０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下である。これにより、幅広い使用波長領域において使用波長間での分散の差が小さく、１本の光ファイバで様々な波長での光信号処理が可能となり、幅広い波長領域において非線形光学現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。
【００２６】
本願発明の非線形分散シフト光ファイバは、１ｋｍ乃至数ｋｍでの長尺での使用の際も、光ファイバの全長において、分散の差が小さいことを保証する。その結果、光の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に使用する上で効果的である。従って、本願発明の非線形分散シフト光ファイバは、波長１５１０ｎｍ乃至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（変動幅）が１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、好ましくは０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。このように、分散の変動幅が小さいことで、光の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に使用する上で非常に効果的である。尚、前述した分散の変動幅とは、実用的な長さの光ファイバ全長において分散分布測定器により測定された分散の変動幅を意味する。光ファイバの分散の分布測定は、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。
【００２７】
実際に光ファイバ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法によるスートの合成の段階においては、堆積される原料が均一になるように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、外径変動の差が０．２％以下になるような高精度な延伸が求められる。そして、光ファイバ母材から光ファイバを線引きする際も、この光ファイバの外径変動が０．２％以下となるように、ほぼ一定の径に管理する必要がある。
【００２８】
（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１４６０ｎｍ以下であることが望ましい。カットオフ波長λcが１５００ｎｍ以下であることにより、１５００ｎｍ以上の幅広い波長領域に対して使用が可能であり、さらにカットオフ波長λｃが１４６０ｎｍ以下であることにより、Ｓバンド（１４６０ｎｍ乃至１５３０ｎｍ）、Ｃバンド（１５３０ｎｍ乃至１５６５ｎｍ）、Ｌバンド（１５６５ｎｍ乃至１６２５ｎｍ）を含めた広い波長領域に対して使用が可能となる。
【００２９】
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で定義する光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。
【００３０】
（５）第１コアの外径と第２コアの外径との比Ｄ１／Ｄ２
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、有効コア断面積Ａeffが小さく、カットオフ波長λcも低く、かつ分散スロープの値の小さな光ファイバを得ることができる。Ｄ１／Ｄ２を調整することによる分散スロープの値の変化をシミュレーション例を用いて説明する。
【００３１】
表３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す。Δ１、Δ２等は前述と同様であり、上記式（１）乃至（４）に従う。
【００３２】
【表３】
2005208497.tif 000005
表３  シミュレーションで用いた光ファイバの構造パラメータ（３）
【００３３】
図６は、表３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のときの分散スロープの値との関係を、図７は、表３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のときのカットオフ波長との関係を示す。
【００３４】
図６に示すように、Ｄ１／Ｄ２が０又は１に近づくと分散スロープが大きくなることが解る。従って、分散スロープを小さくするためには、Ｄ１／Ｄ２を０と１の間の０．５付近に設定する必要がある。また、図７に示すように、Ｄ１／Ｄ２が０．３より小さくなると急激にカットオフ波長が長波長側にシフトし、１５００ｎｍを超えてしまう。一方、Ｄ１／Ｄ２が０．８より大きくなると、緩やかではあるがカットオフ波長が１５００ｎｍを超えてしまう。従って、適切なＤ１／Ｄ２は０．３以上０．８以下である。
【００３５】
また、Ｄ１／Ｄ２の範囲を０．４以上０．７以下とすることによって、分散スロープの絶対値を０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下にすることが可能となる。従って、Ｄ１／Ｄ２は０．４以上０．７以下とすることが好ましい。
【００３６】
（６）比屈折率差Δ３と第３コアのコア外径Ｄ３
カットオフ波長が１５００ｎｍを超えないようするには、比屈折率差Δ３と第３コアの外径Ｄ３を調整する必要がある。そこで、上記で求めた比屈折率差Δ１が１．５乃至５．０％の範囲、比屈折率差Δ２が−１．４乃至−０．１％の範囲、そして第１コアの外径Ｄ１と第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．３以上０．８以下の範囲でこれら構造パラメータを変化させる。この条件下で、比屈折率差Δ３を変化させて−１０乃至１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散におけるカットオフ波長が１５００ｎｍ以下になるＤ２／Ｄ３の範囲をシミュレーションにより求めた。そのシミュレーション結果を図８に示す。
【００３７】
図８は、比屈折率差Δ３が０．１乃至１．０％であるときにＤ２／Ｄ３を小さく（即ち、第３コアのコア幅を広く）していき、−１０乃至１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散におけるカットオフ波長が１５００ｎｍを超えたときのＤ２／Ｄ３をプロットした図である。従って、各々の比屈折率差Δ３に対して図８のプロットされた線よりもＤ２／Ｄ３が大きい（第３コアのコア幅が狭い）範囲において、１５００ｎｍ以下のカットオフ波長が保証される。図８より、Ｄ２／Ｄ３の範囲は式（６）のようになる。
Ｄ２／Ｄ３＞Δ３＋0.25                 (0.1％≦Δ３≦0.2％)
Ｄ２／Ｄ３＞(１／２)・Δ３＋0.35       (0.2％≦Δ３≦0.6％)     （６）
Ｄ２／Ｄ３＞(１／４)・Δ３＋0.5        (0.6％≦Δ３≦1.0％)
【００３８】
（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はα乗プロファイルである。αを大きくすることにより、分散スロープを小さくし、またＡeffも小さくすることが可能である。ここでαが大きい事が優位であることを、シミュレーション例を用いて説明する。
【００３９】
表４は、αが大きいことが優位であることを説明するためのシミュレーションで用いた光ファイバのα以外の構造パラメータを示す。Δ１、Δ２等は前述と同様であり、上記式（１）乃至（４）に従う。
【００４０】
【表４】
2005208497.tif 000006
表４  シミュレーションで用いた光ファイバの構造パラメータ（４）
【００４１】
図９は、表４の構造パラメータを有する光ファイバの第１コアのαと分散スロープとの関係を、図１０は表４の構造パラメータを有する光ファイバのαとＡeffとの関係を示す。図９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に大きくすると、光ファイバＣで約０．００９５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ小さくすることができ、光ファイバＤで約０．０１２ｐｓ／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を低減に非常に有効である。また図１０に示すように、αの値を大きくすることによってＡeffを小さくすることができる。特にαを２から３に大きくすると、光ファイバＣ、光ファイバＤの両方において約１０％ものＡeffを小さくすることができる。
【００４２】
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法によって作製する際に、あらかじめその屈折率分布形状のα乗プロファイルの大きいコア母材を作製する。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することもできる。これらの方法によってαを大きくする場合、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。また、図９に示すようにαの値をさらに大きくし、６以上にすることによって分散スロープをさらに低減できる。さらに、図１０に示すようにαを大きくすると、Ａeffを小さくすることができる。αが６以上の領域では、図９で示しているように分散スロープの減少傾向は続いているが、図１０で示しているようにＡeffの減少はほぼ飽和状態になる。そのため、少なくてもαを６以上にすることが好ましい。
【００４３】
（８）本願発明の非線形分散シフト光ファイバの実施例
表５に本願発明の実施例１乃至実施例８及び比較例１及び２の各光ファイバの構造パラメータの値とシミュレーションにより得られた特性値を示す。表５でＭＦＤとはモードフィールド径を意味している。また、本シミュレーションにおいて、クラッドの屈折率は純シリカとほぼ同じとした。実施例１乃至実施例８はすべて、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下で、分散スロープの絶対値が０．０３ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下である。またカットオフ波長λｃは１５００ｎｍ以下であり、有効断面積Ａeffが１５μｍ２以下である。尚、比較を容易にするため、実施例１乃至８と比較例１及び２の波長１５５０ｎｍでの分散の値をほぼ同じにした。
【００４４】
【表５】
2005208497.tif 000007
【００４５】
実施例１と実施例２を比較してみると、実施例１は第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である。一方実施例２ではαが６になっている。各々得られた光ファイバの特性値を比較すると、実施例２の方が実施例１よりも波長１５５０ｎｍでの分散スロープが小さく、有効断面積Ａeffもまた小さい値を示している。実施例５と実施例６の関係についても同様のことが言える。この観点からαが３．０以上のものより、６．０以上である方が好ましいことが示唆される。
【００４６】
実施例１の光ファイバの比屈折率差Δ３は０．３％であり、実施例３では比屈折率差Δ３は０．５％である。各々得られた光ファイバの特性値を比較すると、実施例３の方が実施例１よりも波長１５５０ｎｍでの分散スロープの絶対値は小さいが、有効断面積Ａeffは大きい値を示している。実施例６と実施例７の関係も同様であるが、Ｄ１／Ｄ２が大きい（即ち、第１コアと第３コアとの距離が近い）ため、実施例1と３との関係よりも第３コアの比屈折率差Δ３の大きさの変化に特性が敏感であることが解る。
【００４７】
また、実施例１の光ファイバは、第１コア１の外径Ｄ１と第２コア２の外径Ｄ２との比Ｄ１/Ｄ２が０．３７５であり、実施例５ではＤ１/Ｄ２が０．５になっている。両光ファイバにおいて得られた特性値を比較すると、実施例５の方が実施例１よりも有効断面積Ａeffが大きく、カットオフ波長λｃが長波長側であるが、波長１５５０ｎｍでの分散スロープの絶対値はかなり小さい値を示している。すなわち、分散スロープの観点からはＤ１/Ｄ２が０．３以上０．８以下であるよりも、０．４以上０．７以下であるほうが好ましいことが示唆される。
【００４８】
また、比較例１は実施例１における第３コア部を具備しない構造、そして比較例２は実施例５における第３コア部を具備しない構造である。両光ファイバにおいて得られた特性値を比較すると、実施例１の方が比較例１よりも有効断面積Ａeffが大きく、波長１５５０ｎｍでの分散スロープの絶対値は小さい値を示している。また、実施例５も比較例２よりも有効断面積Ａeffが大きく、波長１５５０ｎｍでの分散スロープの絶対値は小さい値を示している。すなわち、分散スロープの低減という観点では、本願発明のように第３コアを具備することが有効である。また、第３コアを具備することにより、屈折率プロファイルの自由度が大きくなることから、歩留まりが向上し、高い生産性と安定性が得られるという利点もある。
【００４９】
また、表６に本願発明の実施例９乃至実施例１８に第１コアの比屈折率差Δ１、第２コアの比屈折率差Δ２を様々な構造パラメータをとったときの光ファイバの構造パラメータの値とその特性値を示す。ここで実施例９乃至実施例１６に示す特性値はシミュレーションにより得られた結果であり、実施例１７及び１８は実際に光ファイバを作製して、評価を行って得られた特性値である。実際に作製した光ファイバの特性値はシミュレーションとほぼ同じのものが得られている。実施例９乃至１８はすべて、波長１５５０ｎｍにおける分散の絶対値が１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下で、分散スロープの絶対値が０．０３ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下である。またカットオフ波長λｃは１５００ｎｍ以下であり、有効断面積Ａeffが１５μｍ２以下である。
【００５０】
【表６】
2005208497.tif 000008
【００５１】
また、実施例１７および実施例１８に示す光ファイバの長手方向の分散変動を測定した。その結果、実施例１７では、条長１ｋｍの光ファイバにおける長手方向の分散の最大値と最小値の差が波長１５５２ｎｍにおいて０．８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであった。また、実施例１８に示す光ファイバについては、条長１ｋｍの光ファイバにおける長手方向の分散の最大値と最小値の差が波長１５５４ｎｍにおいて０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであった。本願のような非線形分散シフト光ファイバは、条長４００ｍ〜１ｋｍ程度で用いるのが最も一般的であり、いずれの光ファイバも使用条長での長手方向の分散の最大値と最小値の差は許容範囲内である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本願の非線形分散シフト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。
【００５３】
図１１は、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、信号光の波長を一括して他の波長に変換する光波長変換器を示す。図１１の光波長変換器は、偏波を揃える偏波コントローラ１３、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１４、光源から励起光（波長λs）と信号光１２を結合するカップラ１５、そして偏光子１６を備えている。図１１の光波長変換器を以下に簡単に説明する。
【００５４】
事前に本願発明の光ファイバ７の分散が零となる波長を調べ、この分散が零となる波長近傍の励起光（波長λs）を光源１１から生成し、信号光１２（波長λp）とカップリングした後、本願発明の光ファイバ１７に導入する。この際、この光ファイバ１７内で四光波混合とよばれる大きな非線形現象を生じ、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）
【００５５】
図１２は、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１２のパルス圧縮器は、それぞれ波長の異なる光源２１及び２２、偏波コントローラ２３、カップラ２４、偏光子２５、ＥＤＦＡ２６、一般的なシングルモード光ファイバ２８、本願発明の光ファイバ２７を備える。図１３のパルス圧縮器においては、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を所定長さごとに交互に接続する。
【００５６】
なお、図１１及び図１２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】
【００５７】
【図１】本願発明に係る非線形分散シフト光ファイバの典型的な屈折率分布の例を示す図である。
【図２】表１の構造パラメータを有する光ファイバの第３コアの比屈折率差Δ３と分散スロープとの関係を示す図である。
【図３】表１の構造パラメータを有する光ファイバの第３コアの比屈折率差Δ３と有効断面積Ａeffとの関係を示す図である。
【図４】表１の構造パラメータを有する光ファイバの第３コアの比屈折率差Δ３とカットオフ波長との関係を示す図である。
【図５】表２の構造パラメータを有する光ファイバの第１コアの比屈折率差Δ１と有効断面積Ａeffとの関係を示す図である。
【図６】表３の構造パラメータを有する光ファイバの第１コアの外径Ｄ１と第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２と分散スローブとの関係を示す図である。
【図７】表３の構造パラメータを有する光ファイバの第１コアの外径Ｄ１と第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２とカットオフ波長との関係を示す図である。
【図８】所定の第１コアの比屈折率差Δ１、所定の第２コアの比屈折率差Δ２、及び所定のＤ１／Ｄ２において、第３コアの比屈折率差Δ３とＤ２／Ｄ３とを変化させた際の、−１０乃至１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散におけるカットオフ波長が１５００ｎｍ以下になる範囲を示す図である。
【図９】表４の構造パラメータを有する光ファイバの第１コアの屈折率分布形状を表すαと分散スロープとの関係を示す図である。
【図１０】表４の構造パラメータを有する光ファイバの第１コアの屈折率分布形状を表すαと有効断面積Ａeffとの関係を示す図である。
【図１１】本願発明に係る非線形分散シフト光ファイバを用いた光波長変換器の一例を示す図である。
【図１２】本願発明に係る非線形分散シフト光ファイバを用いたパルス圧縮器の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  第１コア
２  第２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
１６、２５  偏光子
１７、２７  本発明の光ファイバ
２８  シングルモード光ファイバ
【図１】
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【図２】
2005208497.tif 000010
【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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【図８】
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【図９】
2005208497.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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