(57)【要約】【課題】  実質的にシングルモードファイバとして機能する高非線形性光ファイバの提供。【解決手段】  光ファイバ内に、高次モードにのみ選択的に損失を与える損失層５が設けられたことを特徴とする高非線形性光ファイバ。本発明の高非線形性光ファイバは、比屈折率差が０．０１０〜０．０４０、外径が２〜６μｍの範囲内の中心コア部１と、該中心コア部の外周に設けられ、屈折率が中心コア部よりも低く、比屈折率差が−０．０２０〜０．０００、外径は５〜１０μｍの範囲内の第２コア部２と、該第２コア部の外周に設けられ、屈折率が中心コア部よりも低く、第２コア部よりも高く、比屈折率差が０．０００〜０．０２０、外径が７〜１５μｍの範囲内の第３コア部３と、該第３コア部の外周に設けられたクラッド部４とを有するものが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ内に、高次モードにのみ選択的に損失を与える損失層が設けられたことを特徴とする高非線形性光ファイバ。
【請求項２】
実効断面積が２０μｍ２以下であり、波長１．４μｍ〜１．７μｍの範囲内で、−５〜＋５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内の分散を有することを特徴とする請求項１に記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項３】
比屈折率差が０．０１０〜０．０４０、外径が２〜６μｍの範囲内の中心コア部と、
該中心コア部の外周に設けられ、屈折率が中心コア部よりも低く、比屈折率差が−０．０２０〜０．０００、外径は５〜１０μｍの範囲内の第２コア部と、
該第２コア部の外周に設けられ、屈折率が中心コア部よりも低く、第２コア部よりも高く、比屈折率差が０．０００〜０．０２０、外径が７〜１５μｍの範囲内の第３コア部と、
該第３コア部の外周に設けられたクラッド部とを有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項４】
ＬＰ０１モードと高次モードの損失の差が１０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項５】
ＬＰ０１モードと高次モードの損失の差が２０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項６】
ＬＰ０１モードと高次モードの損失の差が３０ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項７】
損失層が、クラッド部に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項８】
損失層が、少なくとも三酸化二ホウ素を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項９】
損失層に含まれる三酸化二ホウ素の含有量が２０ｍｏｌ％以下であり、損失層の厚さが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項１０】
損失層が、コバルト、クロム、銅、鉄、ニッケル、マンガン、バナジウムからなる群から選択される少なくとも１種以上の金属ドーパントを含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高非線形性光ファイバ。
【請求項１１】
金属ドーパントの含有量が１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の高非線形性光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野等で用いられる高非線形性光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバを用いた光通信ネットワークが構成されているが、その多くは、シングルモード光ファイバにより構成されている。シングルモード光ファイバは、光ファイバ内を伝搬可能なモードが１つであるため、モード間分散が発生せず、高速、長距離、大容量通信が可能といった長所を有している。
【０００３】
一方、光通信ネットワークを構成するためには、伝送路だけではなく、信号の合波、分波、増幅といった信号処理機能が必要になる。ここで、信号処理を電気的に行おうとすると、一旦光信号を電気信号に変換し、再び光信号に変換する必要があるため、装置のコストが増す、伝送速度が電気回路の速度によって制約されるという問題がある。そのため、光を光のまま信号処理する、いわゆる光信号処理が注目されている。
【０００４】
多くの光信号処理は、光の非線形性を利用しており、そのため、非線形性の高い光ファイバ、すなわち高非線形性光ファイバが求められている。高非線形性光ファイバの応用は、光波長変換、光２Ｒ、３Ｒ、光パラメトリック増幅、ラマン増幅など、多岐にわたる。
このような高非線形性光ファイバに関しては、例えば、非特許文献１、２等に記載されている。
【０００５】
高非線形性光ファイバに求められる特性としては、光ファイバの材質が高い非線形性を持つこと、２０μｍ２以下の小さな実効断面積を持つこと、また、使用波長領域全体にわたって波長分散が小さく、また一定であることなどが挙げられる。さらに、シングルモード光ファイバとして機能するよう、高次モードの遮断波長が、使用する波長よりも短い必要がある。
【０００６】
通常、石英系の光ファイバにおいては、コア部への二酸化ゲルマニウムの添加濃度を高めることにより、材質の非線形性を高めたり、実効断面積を小さくしたりすることができる。また、第２コア部、第３コア部などを設けることにより、使用波長領域全体にわたって波長分散を小さく、一定の値にすることができる。
【非特許文献１】奥野ら、”高非線形性分散フラットファイバとその応用”、電子情報通信学会技報ＯＦＴ２００３−１５
【非特許文献２】宮部ら、”高γと低分散スロープを有するＨＮＬ−ＤＳＦ”、電子情報通信学会２００３年総合大会講演論文集Ｃ−３−４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、コア部への二酸化ゲルマニウムの添加濃度を高めたり、第２コア部、第３コア部などを設けたりすると、高次モードの遮断波長が信号波長よりも長くなることがあった。
そのため、高非線形性光ファイバを作製するにあたり、材質の非線形性、実効断面積、波長分散値が、高非線形性光ファイバとしての特性を満たしていても、高次モードの遮断波長が信号波長よりも長いために、高次モードが光ファイバ中を伝搬し、モード分散によって信号波長が劣化して、光信号処理に用いることができない場合があるという問題がある。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、実質的にシングルモードファイバとして機能する高非線形性光ファイバの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、光ファイバ内に、高次モードにのみ選択的に損失を与える損失層が設けられたことを特徴とする高非線形性光ファイバを提供する。
本発明の高非線形性光ファイバにおいて、実効断面積が２０μｍ２以下であり、波長１．４μｍ〜１．７μｍの範囲内で、−５〜＋５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内の分散を有することが好ましい。
本発明の高非線形性光ファイバにおいて、比屈折率差が０．０１０〜０．０４０、外径が２〜６μｍの範囲内の中心コア部と、該中心コア部の外周に設けられ、屈折率が中心コア部よりも低く、比屈折率差が−０．０２０〜０．０００、外径は５〜１０μｍの範囲内の第２コア部と、該第２コア部の外周に設けられ、屈折率が中心コア部よりも低く、第２コア部よりも高く、比屈折率差が０．０００〜０．０２０、外径が７〜１５μｍの範囲内の第３コア部と、該第３コア部の外周に設けられたクラッド部とを有するものであることが好ましい。
本発明の高非線形性光ファイバにおいて、ＬＰ０１モードと高次モードの損失の差が１０ｄＢ／ｋｍ以上であることが好ましく、２０ｄＢ／ｋｍ以上であることがより好ましく、３０ｄＢ／ｋｍ以上であることがさらに好ましい。
本発明の高非線形性光ファイバにおいて、損失層が、クラッド部に設けられていることが好ましい。
本発明の高非線形性光ファイバにおいて、損失層が、少なくとも三酸化二ホウ素を含むものであることが好ましい。
その場合、損失層に含まれる三酸化二ホウ素の含有量が２０ｍｏｌ％以下であり、損失層の厚さが１０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の高非線形性光ファイバにおいて、損失層は、コバルト、クロム、銅、鉄、ニッケル、マンガン、バナジウムからなる群から選択される少なくとも１種以上の金属ドーパントを含有するものであってもよい。
その場合、金属ドーパントの含有量が１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の高非線形性光ファイバは、光ファイバ内に、高次モードにのみ選択的に損失を与える損失層を設けた構成としたので、高次モードの遮断波長に関係なく実質的にシングルモードファイバとして動作する高非線形性光ファイバを得ることができる。
本発明の高非線形性光ファイバは、コアへ非線形性を高めるドーパントを多く添加しても実質的にシングルモードファイバとして動作するので、コアにドーパントを多く添加して材質の非線形性を高くすることができる。
本発明の高非線形性光ファイバは、屈折率を高めるドーパントを多く添加できるため、実効断面積を小さくすることができる。
本発明の高非線形性光ファイバは、第２、第３コア部を設けることができるため、広い波長範囲にわたって小さく、一定の波長分散値を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の高非線形性光ファイバの一実施形態を示す図であり、図１は高非線形性光ファイバの断面図、図２は高非線形性光ファイバの断面の屈折率分布を示す図である。図１において符号１は中心コア部、２は第２コア部、３は第３コア部、４はクラッド部、５は損失層を示す。
【００１２】
この高非線形性光ファイバは、コアとその外周に設けられたクラッド４とからなり、コアは、中心コア部１と、該中心コア部１の外周に設けられた第２コア部２と、該第２コア部２の外周に設けられた第３コア部３とからなっている。第３コア部３の外周にはクラッド部４が設けられ、高次モードにのみ選択的に損失を与えるリング状の損失層５が設けられている。
【００１３】
中心コア部１は、ゲルマニウムドープ石英などのガラスからなり、比屈折率差Δ１が０．０１０〜０．０４０の範囲内、外径２ａが２〜６μｍの範囲内のものである。中心コア部１が前記条件を満たしていれば、高非線形性光ファイバに重要な、材質の高い非線形性と、２０μｍ２以下の実効断面積を得ることができる。
【００１４】
第２コア部２は、中心コア部１の外側に位置し、その屈折率が中心コア部１よりも低く、比屈折率差がΔ２が−０．０２０〜０．０００の範囲内、外径２ｂが５〜１０μｍの範囲のものである。第２コア部がこの条件を満たしていれば、高非線形光ファイバに求められる、小さな実効断面積と、１．４μｍ〜１．７μｍの波長範囲において、−５〜＋５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の分散値を得ることができる。
【００１５】
第３コア部３は、第２コア部２の外側に位置し、その屈折率が中心コア部よりも低く、第２コア部２よりも高く、比屈折率差Δ３が０．０００〜０．０２０の範囲内、外径２ｃが７〜１５μｍの範囲のものである。第３コア部がこの条件を満たしていれば、１．４μｍ〜１．７μｍの波長範囲において、ほぼ一定の値の波長分散を得ることができる。
【００１６】
クラッド部４は、第３コア部３の外側に位置し、その屈折率は、中心コア部１と、第３コア部３よりも低い。
【００１７】
そして、この高非線形性光ファイバの内部には、リング状の損失層５が形成されている。この損失層５は、ＬＰ０１モードには損失を与えず、高次のモードに損失を与えるものであり、損失層５の損失量は２０ｄＢ〜１００００００ｄＢ／ｋｍ程度である。
【００１８】
この損失層５による各モードの損失量は、以下の式（１）に基づいて算出することができる。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
式（１）中、Ｐｌは各モードの伝搬損失、ｒはコア中心からの距離、Ｐｍはコア中心から距離ｒの地点における材料損失、ＲはＬＰモードの電磁界横成分であり、K. Okamoto,"Comparison of calculated and measured impulse responses of optical fibers", Applied Optics, Vol. 18, pp.2199-2206, 1979に従い計算できる。この式（１）を用いて、高次モードのみが損失を受けるよう、損失層５の位置、および損失量を定める。
【００２１】
このような高非線形性光ファイバにおいては、損失層５によって、高次モードが損失を受ける。その損失は、１０ｄＢ／ｋｍ以上、好ましくは２０ｄＢ以上、さらに好ましくは３０ｄＢ／ｋｍ以上となる。
【００２２】
損失層５に用いるドーパントのうち代表的なものは、ホウ素である。ホウ素ドープ石英ガラスは、安定でかつ波長１．５５μｍ帯に吸収を持つため、損失層５を形成するドーパント材料として好適に用いることができる。しかし、損失層５が大きかったり、ホウ素の含有量が多すぎると、石英ガラスとの熱膨張係数の差が大きくなり、光ファイバ母材の破損の原因となる。そのため、損失層５のホウ素の含有量は２０ｍｏｌ％以下で、厚さは１０μｍ以下とすることが望ましい。
【００２３】
ホウ素以外にも、金属ドーパントを含有することで同様の効果を得ることができる。金属ドーパントは、ドーパント濃度を高くしすぎると、ガラスの粘度が増大し、光ファイバ母材の破損の原因となる。そのため、金属ドーパントの濃度は、１０００ｐｐｍ以下が望ましい。
【００２４】
この結果、この高非線形性光ファイバでは、高次モードの伝搬が抑えられ、実質的にシングルモードファイバとして機能することになる。そのため、高非線形性光ファイバを設計、製作する際、高次モードの遮断波長を考慮する必要がなくなり、コア部（特に中心コア部１）へのゲルマニウム等のドーパントの量を増やしたり、第２コア部２、第３コア部３等を設けたりすることができる。その結果、高非線形性光ファイバに求められる、より高い非線形性、使用波長領域全体における小さく、一定の波長分散値を得ることができる。
【実施例】
【００２５】
［実施例１］
ＭＣＶＤ法を用いて、表１の例１に示す構造パラメータを有する高非線形性光ファイバを作製した。この高非線形性光ファイバは、波長１．５５μｍにおいて、ＬＰ０１，ＬＰ１２，ＬＰ０２，ＬＰ２１モードの伝搬が可能であった。ＬＰ０１モードの分散特性を図３に示す。１．５０μｍ〜１．６０μｍの広い範囲にわたって分散値が−１〜＋１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度であり、高非線形性光ファイバに重要な、広い範囲にわたって小さく、一定の分散値を達成している。また表２の例１に示すように、実効断面積は９．５μｍ２と非常に小さい。
【００２６】
この高非線形性光ファイバには、コア中心から半径５μｍ〜１０μｍのクラッド部に、三酸化二ホウ素を５．４ｍｏｌ％の濃度で添加し、５０ｄＢ／ｋｍの損失を持つ損失層を設けた。ここで、三酸化二ホウ素を添加すると、石英ガラスの屈折率が低下するため、損失層には二酸化ゲルマニウムを１．９ｍｏｌ％の濃度で共添加し、損失層の屈折率をクラッド部と等しくした。
【００２７】
このようにして作製した損失層を設けた高非線形性光ファイバと、損失層を設けなかった高非線形性光ファイバについて、波長１．５５μｍにおける各モードの損失を測定したところ、表２の例１のようになり、損失層を設けなかった場合と比較して、ＬＰ０１モードに損失を与えることなく、全ての高次モードの損失を１０ｄＢ／ｋｍ以上大きくすることができた。よって、損失層を設けることで、実質的にシングルモード光ファイバとして機能する高非線形性光ファイバが得られた。
【００２８】
【表１】
2005266102.tif 000004
【００２９】
【表２】
2005266102.tif 000005
【００３０】
［実施例２］
ＭＣＶＤ法を用いて、実施例１と同じ構造パラメータを有する高非線形性光ファイバを作製した。この高非線形性光ファイバは、実施例１の高非線形性光ファイバとは異なり、コア中心から半径５μｍ〜１０μｍのクラッド部に、三酸化二ホウ素を１０．９ｍｏｌ％の濃度で添加し、１００ｄＢ／ｋｍの損失を持つ損失層を設けた。ここで、三酸化二ホウ素を添加すると、石英ガラスの屈折率が低下するため、損失層には二酸化ゲルマニウムを３．８ｍｏｌ％の濃度で共添加し、損失層の屈折率をクラッド部と等しくした。
【００３１】
このようにして作製した損失層を設けた高非線形性光ファイバと、損失層を設けなかった高非線形性光ファイバについて、波長１．５５μｍにおける各モードの損失を測定したところ、表２の例２のようになり、損失層を設けなかった場合と比較して、ＬＰ０１モードに損失を与えることなく、全ての高次モードの損失を２０ｄＢ／ｋｍ以上大きくすることができた。よって、損失層を設けることで、実質的にシングルモード光ファイバとして機能する高非線形性光ファイバが得られた。
【００３２】
［実施例３］
ＭＣＶＤ法を用いて、表１の例３に示す構造パラメータを有する高非線形性光ファイバを作製した。この高非線形性光ファイバは、波長１．５５μｍにおいて、ＬＰ０１，ＬＰ１２，ＬＰ０２，ＬＰ２１モードの伝搬が可能であった。ＬＰ０１モードの分散特性を図４に示す。１．５０μｍ〜１．６０μｍの広い範囲にわたって分散値が−１〜＋１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度であり、高非線形性光ファイバに重要な、広い範囲にわたって小さく、一定の分散値を達成している。また損失は、表３の例３に示すように、０．５ｄＢ／ｋｍ程度と小さな値になっている。
【００３３】
この高非線形性光ファイバには、コア中心から半径５μｍ〜１０μｍのクラッド部に、三酸化二ホウ素を５．４ｍｏｌ％の濃度で添加し、５０ｄＢ／ｋｍの損失を持つ損失層を設けた。ここで、三酸化二ホウ素を添加すると、石英ガラスの屈折率が低下するため、損失層には二酸化ゲルマニウムを１．９ｍｏｌ％の濃度で共添加し、損失層の屈折率をクラッド部と等しくした。
【００３４】
このようにして作製した損失層を設けた高非線形性光ファイバと、損失層を設けなかった高非線形性光ファイバについて、波長１．５５μｍにおける各モードの損失を測定したところ、表３の例３のようになり、損失層を設けなかった場合と比較して、ＬＰ０１モードに損失を与えることなく、全ての高次モードの損失を１０ｄＢ／ｋｍ以上大きくすることができた。よって、損失層を設けることで、実質的にシングルモード光ファイバとして機能する高非線形性光ファイバが得られた。
【００３５】
【表３】
2005266102.tif 000006
【００３６】
［実施例４］
ＭＣＶＤ法を用いて、実施例３と同じ構造パラメータを有する高非線形性光ファイバを作製した。この高非線形性光ファイバは、実施例３の高非線形性光ファイバとは異なり、コア中心から半径６．６μｍ〜１０μｍのクラッド部に、三酸化二ホウ素を１０．９ｍｏｌ％の濃度で添加し、１００ｄＢ／ｋｍの損失を持つ損失層を設けた。ここで、三酸化二ホウ素を添加すると、石英ガラスの屈折率が低下するため、損失層には二酸化ゲルマニウムを３．８ｍｏｌ％の濃度で共添加し、損失層の屈折率をクラッド部と等しくした。
【００３７】
このようにして作製した損失層を設けた高非線形性光ファイバと、損失層を設けなかった高非線形性光ファイバについて、波長１．５５μｍにおける各モードの損失を測定したところ、表３の例４のようになり、損失層を設けなかった場合と比較して、ＬＰ０１モードに損失を与えることなく、全ての高次モードの損失を２０ｄＢ／ｋｍ以上大きくすることができた。よって、損失層を設けることで、実質的にシングルモード光ファイバとして機能する高非線形性光ファイバが得られた。
【００３８】
［実施例５］
ＭＣＶＤ法を用いて、実施例３と同じ構造パラメータを有する高非線形性光ファイバを作製した。この高非線形性光ファイバは、実施例３の高非線形性光ファイバとは異なり、コア中心から半径１５．０μｍ〜１６．０μｍのクラッド部に、コバルトを５００ｐｐｍの濃度で添加し、２９００００ｄＢ／ｋｍの損失を持つ損失層を設けた。
【００３９】
このようにして作製した損失層を設けた高非線形性光ファイバと、損失層を設けなかった高非線形性光ファイバについて、波長１．５５μｍにおける各モードの損失を測定したところ、表３の例５のようになり、損失層を設けなかった場合と比較して、ＬＰ０１モードに損失を与えることなく、全ての高次モードの損失を３０ｄＢ／ｋｍ以上大きくすることができた。よって、損失層を設けることで、実質的にシングルモード光ファイバとして機能する高非線形性光ファイバが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の高非線形性光ファイバの一実施形態を示す高非線形性光ファイバの断面図である。
【図２】この高非線形性光ファイバの断面の屈折率分布を示すグラフである。
【図３】実施例１で作製した高非線形性光ファイバの波長分散特性を示すグラフである。
【図４】実施例３で作製した高非線形性光ファイバの波長分散特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１…中心コア部、２…第２コア部、３…第３コア部、４…クラッド部、５…損失層。
【図１】
2005266102.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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