(57)【要約】      （修正有）【課題】分散値の絶対値及び構造トレランスの値が大きい分散補償ファイバの設計方法及びその分散補償ファイバを提供する。【解決手段】分散値と歩留まりとの積が所定値よりも大きくなるように構造トレランスの値を決定し、その構造トレランスの値となるように分散補償ファイバの構造パラメーターの値を決める。第1コア１１と、第1クラッド１２と、第2コア１３と、第2クラッド１４とを有し、構造トレランスが2〜8％、分散値が−1100〜−200ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散値の絶対値と歩留まりとの積が所定値よりも大きくなるように構造トレランスの値を決定するステップと、
上記構造トレランスの値となるようにファイバの構造を決定するパラメーターの値を決めるステップと、
を備えたことを特徴とする分散補償ファイバの設計方法。
【請求項２】
第１コアと、該第１コアを覆うように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを覆うように設けられた第２コアと、該第２コアを覆うように設けられた第２クラッドと、を備え、
構造トレランスが２〜８％であることを特徴とする分散補償ファイバ。
【請求項３】
第１コアと、該第１コアを覆うように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを覆うように設けられた第２コアと、該第２コアを覆うように設けられた第２クラッドと、を備え、
分散値が−１１００〜−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを特徴とする分散補償ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散補償ファイバ（以下、「ＤＣＦ」という）の設計方法及びＤＣＦに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光伝送における波長分散は、媒質中を伝わる光の速度が光の波長により異なることである。分散には、構造分散と材料分散とがある。構造分散は、光のコア内への閉じこめ状態が波長依存性を示すことによる。材料分散は、光の波長が短くなるほど光ファイバのコア及びクラッドを構成しているガラスの屈折率が大きくなることによる。そして、分散値は、構造分散値と材料分散値との和で表され、材料分散値に支配されることが多い。例えば、シングルモードファイバ（以下、「ＳＭＦ」という）で生じる材料分散値は正であるため、ＳＭＦにおける分散は正の分散と言われる。正の分散が生じると広波長領域の光を伝送するなどの場合には、長波長側の光が先に伝送されてしまい、波形の変形による信号光の質が劣化する虞がある。従って、そのような場合には正の分散を補償する必要がある。
【０００３】
正の分散を補償する方法として、ＳＭＦで生じるトータルの分散値と大きさが略同一で且つ符号が異なる分散値を示す光ファイバをＳＭＦの一端に接続し、ＳＭＦで生じる分散値とＳＭＦに接続させた光ファイバで生じる分散値とを相殺させるというものがある。分散値のうち、材料分散値はコア及びクラッドの材質により決まるため、材質を変えない限り値を変えることはできない。しかし、構造分散値はファイバ横断面における屈折率分布により決まるため、その分布を変化させることにより値を変えることができる。このように、ＳＭＦで生じる分散値を補償する目的でファイバ横断面における屈折率分布を調整した光ファイバがＤＣＦである。非特許文献１、２には、ＤＣＦのファイバ構造をスーパーモードとすることにより、大きな負の分散値を生み出すことができるという技術が開示されている。スーパーモードファイバは、第１コアと、第１コアを覆うように設けられた第１クラッドと、第１クラッドを覆うように設けられた第２コアと、第２コアを覆うように設けられた第２クラッドと、を備えている。そして、スーパーモードファイバは、第１コアの屈折率と第２コアの屈折率とがある波長においてのみ同一の値を示す。
【非特許文献１】K. Thyagarajan et al, "A Novel Design of a Dispersion Compensating Fiber", IEEE Photon. Tech. Lett., vol.8, No.11, 1996 p.1510-1512
【非特許文献２】J. Auguste et al, "-1800ps/(nm.km) chromatic dispersion at 1.55μm in dual concentric core fibre", Elec. Lett. vol.36, No.20, 2000 p.1689-1691
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１によると、第１コアのコア径、第１コアの比屈折率差がそれぞれ１％増減すると、その波長はそれぞれ１％、０．６％ずれる。非特許文献２によると、第１コアのコア径または第１コアの比屈折率差が５％増減すると、その波長は１００ｎｍずれる。ここで、比屈折率差Δ（％）はΔ≡（ｎ12−ｎ22）／２ｎ22×１００であり、ｎ1、ｎ2はそれぞれコア及びクラッドの屈折率である。従って、これらの場合、ファイバの構造が少しでも変化すると分散値は大きく変化するため、これらの光ファイバの構造トレランスの値は小さい。ここで、構造トレランスは、第１コアのコア径が何％増減したときに分散値が半減するか、を意味し、例えば、構造トレランスが２％とは、第１コアのコア径を１％増減させると分散値が半分になることを意味する。構造トレランスの値は、コア径、クラッド径や比屈折率差などの光ファイバの構造を決定するパラメーター（以下、「構造パラメーター」という）の値に依存する。従って、構造トレランスの値が小さいと、所望の分散値を示すようにＤＣＦを製造するためには構造パラメーターの値に誤差が生じないように精密に製造しなければならない、などの支障が生じる虞がある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、分散値の絶対値及び構造トレランスの値が大きいＤＣＦの設計方法及びＤＣＦを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に至るに際し、発明者らは、分散値の絶対値と歩留まりとの積（以下、「分散値と歩留まりとの積」という）と分散値とが相関関係にある点、構造トレランスと歩留まりとが比例関係にある点及び上記２点から分散値と歩留まりとの積と構造トレランスとが相関関係にある点を見いだした。具体的には、横軸に構造トレランスまたは分散値の絶対値、縦軸に分散値と歩留まりとの積、をとりグラフを作成すると、いずれのグラフも上に凸となった。なお、ここでいう歩留まりとは、ファイバ全長に対するＤＣＦとして有効に作用するファイバ長の割合を意味する。
【０００７】
請求項１の発明は、分散値の絶対値と歩留まりとの積が所定値よりも大きくなるように構造トレランスの値を決定するステップと、上記構造トレランスの値となるようにファイバの構造を決定するパラメーターの値を決めるステップと、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記の設計方法によると、分散値と歩留まりとの積が所定値よりも大きいＤＣＦが設計される。分散値と歩留まりとの積と分散値とは上記の関係にあるため、ある歩留まり以上で作製するには、分散値と歩留まりとの積の値が決まると分散値が決まる。従って、分散値の絶対値が大きな値を示すように、分散値と歩留まりとの積の所定値を設定することができる。また、分散値と歩留まりとの積と構造トレランスとは上記の関係にあるため、分散値と歩留まりとの積の値が決まると構造トレランスの値が決まる。従って、構造トレランスの値が大きくなるように、分散値と歩留まりとの積の所定値を設定することができる。すなわち、分散値の絶対値及び構造トレランスの値が大きくなるように、分散値と歩留まりとの積の所定値を設定することができる。そのため、その積がその所定値よりも大きな値を示す場合には、分散値の絶対値及び構造トレランスの値は比較的大きくなる。従って、分散値の絶対値及び構造トレランスの値が大きいＤＣＦを設計することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、第１コアと、該第１コアを覆うように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを覆うように設けられた第２コアと、該第２コアを覆うように設けられた第２クラッドと、を備え、構造トレランスが２〜８％であることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によると、コア径が１〜４％増減しても分散値は半減するだけであるため、従来のＤＣＦと比べると構造トレランスの値は大きい。また、分散値と歩留まりとの積と構造トレランスとは上記の関係にあるため、構造トレランスの値が決まると分散値と歩留まりとの積の値が決まる。そして、分散値と歩留まりとの積と分散値とが相関関係にあるため、ある歩留まり以上で作製するには、分散値と歩留まりとの積の値が決まると分散値が決まる。すなわち、構造トレランスの値を決めると、分散値と歩留まりとの積の値が決まり、その値から分散値が決まる。以上のようにすると構造トレランスが２〜８％のときの分散値は−１１００〜−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍでありその絶対値は大きい。従って、分散値の絶対値及び構造トレランスの値は大きい。
【００１１】
請求項３の発明は、第１コアと、該第１コアを覆うように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを覆うように設けられた第２コアと、該第２コアを覆うように設けられた第２クラッドと、を備え、分散値が−１１００〜−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によると、ＳＭＦで生じた正の分散を補償するために充分な分散値を有している。また、分散値と歩留まりとの積と分散値とは上記の関係にあるため、分散値が決まると分散値と歩留まりとの積の値が決まる。そして、分散値と歩留まりとの積と構造トレランスとが上記のような関係にあるため、分散値と歩留まりとの積が決まると構造トレランスの値が決まる。すなわち、分散値が決まると分散値と歩留まりとの積が決まり、構造トレランスの値が決まる。以上のようにすると分散値が−１１００〜−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのときの構造トレランスは２〜８％であり比較的大きい。従って、分散値の絶対値及び構造トレランスの値は大きい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＤＣＦの設計方法により設計されるＤＣＦ及び本発明のＤＣＦは分散値の絶対値及び構造トレランスの値が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
《発明の実施形態》
本実施形態では、ＤＣＦ１０の構造、設計方法、製造方法及び分散補償の原理を説明する。
【００１６】
まず、ＤＣＦ１０の構造を説明する。
【００１７】
図１は、ＤＣＦ１０のファイバ横断面を示す。
【００１８】
ＤＣＦ１０は、石英ガラス製であり、第１コア１１と、第１コア１１を覆うように設けられた第１クラッド１２と、第１クラッド１２を覆うように設けられた第２コア１３と、第２コア１３を覆うように設けられた第２クラッド１４と、を備えている。第１、２コア１１、１３には、ゲルマニウムなどの石英ガラスの屈折率を高める作用を示す物質（以下、「屈折率上昇物質」という）がドープされている。
【００１９】
次に、ＤＣＦ１０の設計方法を説明する。
【００２０】
まず、分散値と歩留まりとの積が所定値よりも大きくなるように、構造トレランスの値を決める。このとき、分散値と歩留まりとの積と構造トレランスとは相関関係にあり、具体的には、横軸に構造トレランス、縦軸に分散値と歩留まりとの積、をとると、上に凸のグラフが作成される。従って、ある歩留まり以上で作製するには、分散値と歩留まりとの積の値が決まると構造トレランスの値は決まる。
【００２１】
次に、決定した構造トレランスの値となるよう、構造パラメーターの値を決定する。このとき、構造トレランスが構造パラメーターに依存するため、構造トレランスの値が決まれば構造パラメーターの値は決まる。なお、各々の構造パラメーターの値が決まると構造トレランスの値は１つに決まるが、構造トレランスの値が決まっても各々の構造パラメーターの値は１つには決まらない。すなわち、構造パラメーターとして、第１、２コア１１、１３のコア径ａ1，ａ2、第１、２クラッド１２、１４のコア径ｂ1，ｂ2、第１、２コアの比屈折率差Δ1，Δ2を考え、第１ＤＣＦ１０の構造パラメーターを（ａ1’，ａ2’，ｂ1’，ｂ2’,Δ1’,Δ2’)、第２ＤＣＦ１０の構造パラメーターを （ａ1”，ａ2”，ｂ1”，ｂ2”，Δ1”，Δ2”）とするとき、ａ1’≠ａ1”、ａ2’≠ａ2”、ｂ1’≠ｂ1”、ｂ2’≠ｂ2”、Δ1’≠Δ1”、Δ2’≠Δ2”であっても、第１ＤＣＦ１０の構造トレランスと第２ＤＣＦ１０の構造トレランスとが同一の値を示す場合はある。
【００２２】
続いて、ＤＣＦ１０の製造方法を説明する。
【００２３】
まず、屈折率上昇物質がドープされた石英ロッドを用意する。このとき、石英ロッドは、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法などを用いて製造することができる。
【００２４】
次に、長手方向にわたって孔が設けられた第１純石英製ロッド管を用意する。このとき、孔径は、石英ロッドのロッド径と同一または若干大きい。
【００２５】
続いて、石英ロッドを第１純石英製ロッド管の孔に挿入し、コラプスする。すると、屈折率上昇物質がドープされた石英ロッドと第１純石英製ロッド管とが一体化される。
【００２６】
続いて、第１純石英製ロッド管と略同一の構造を示す第２純石英製ロッド管を用意する。このとき、孔径は、第１純石英製ロッド管の外径よりも遙かに大きい。そして、第２純石英製ロッド管の孔表面に、屈折率上昇物質がドープされた石英ガラスを層状に積層する。このとき、積層終了後の第２純石英製ロッド管の内径は第１純石英製ロッド管の外径と同一または若干大きい。
【００２７】
続いて、第２純石英製ロッド管の孔に第１純石英製ロッド管を挿入し、コラプスする。すると、両者は一体化される。そして、線引きする。このとき、石英ロッドが第１コア１１に、第１純石英製ロッド管が第１クラッド１２に、第２純石英製ロッド管のうち屈折率上昇物質がドープされた石英ガラスで形成されている部分が第２コア１３に及び第２純石英製ロッド管のうち純石英ガラスで形成されている部分が第２クラッド１４にそれぞれ対応するように形成されたＤＣＦ１０が製造される。そのため、上記の設計方法により構造パラメーターの値が決定すると、その値に基づいて、石英ロッドのロッド径、第１、２純石英製ロッド管の外径、第１、２純石英製ロッド管に設けられている孔の孔径及び屈折率上昇物質のドープ量が決まることとなる。
【００２８】
最後に、ＤＣＦ１０における分散補償の原理を説明する。
【００２９】
図２は、第１、２コア１１、１３の屈折率の波長依存性のグラフ図を示す。
【００３０】
図２の縦軸及び横軸はそれぞれ屈折率及び波長を示し、点線及び破線はそれぞれ第１、２コア１１、１３の屈折率を示す。図２に示すように、ＤＣＦ１０は、短波長側では第１コアの屈折率が長波長側では第２コアの屈折率が大きくなるように、また、波長に対する屈折率の変化量は第１コアの方が大きくなるように、設計される。以上のことと、波長が長くなるにつれてガラスの屈折率が小さい値を示すこととから、図２に示すように、波長λ1では第１コアの屈折率と第２コアの屈折率とが同一の値を示す。そして、光は、屈折率のより高い領域内を伝送されるため、波長λ1よりも短波長側の光は第１コア内を、波長λ1よりも長波長側の光は第２コア内を、それぞれ伝送される。
【００３１】
分散値は、波長λ1における屈折率の極値に比例するため、波長λ1付近において波長に対する第１コアの屈折率の変化量と第２コアの屈折率の変化量との差、すなわち、図２に示す実線の傾きの大きさと破線の傾きの大きさとの差、が大きいと、ＤＣＦの分散値の絶対値は大きくなる。また、構造トレランスを変化させることにより、分散値を変化させることもできる。例えば、ＤＣＦ１０では、構造トレランスが２％のとき分散値は−１１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、８％のときは−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。よって、構造トレランスが８％であっても−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散値を得ることができ、このことは、第１コアのコア径が４％増減しても分散値は−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを意味する。以上のことより、ＤＣＦ１０では、分散値の絶対値及び構造トレランスの値が大きい。
【００３２】
以上より、ＤＣＦ１０は、分散値と歩留まりとの積が所定値よりも大きくなるように設計される。従来では、ＤＣＦの性能は分散値で判断される。分散値と構造トレランスとは負の相関関係にあるため、分散値の絶対値が大きいＤＣＦでは構造トレランスの値は小さい。そして、構造トレランスは構造パラメーターに依存するため、この場合、所望の分散値を示すようにＤＣＦを製造するためには、構造パラメーターの値に誤差が生じないように精密に製造しなければならない。逆に、構造トレランスの値が大きいＤＣＦでは、上記の場合と異なり精密に製造する必要はないが、分散値の絶対値が小さいためＤＣＦとしての性能が下がる。以上より、分散値を用いてＤＣＦの性能を判断すると、正しく判断することができないなどの弊害が生じる虞がある。そこで、本発明では、ＤＣＦの性能を判断するパラメーターとして、分散値の絶対値と歩留まりとの積を用いる。本発明の設計方法によると、分散値と歩留まりとの積と分散値とは相関関係にあり、具体的には、縦軸に分散値と歩留まりとの積、横軸に分散値、をとりグラフを作成すると、そのグラフは上に凸となる。従って、ある歩留まり以上で作製するには、分散値と歩留まりとの積が決まると分散値が決まる。そのうえ、分散値と歩留まりとの積は構造トレランスとも相関関係にあり、具体的には、縦軸に分散値と歩留まりとの積、横軸に構造トレランス、をとりグラフを作成すると、そのグラフは上に凸となる。従って、分散値と歩留まりとの積が決まると構造トレランスの値も決まる。以上より、分散値と歩留まりとの積の値を決めると、分散値及び構造トレランスの値が決まる。そのため、分散値の絶対値及び構造トレランスの値の両方が比較的大きな値を示すように、分散値と歩留まりとの積の所定値を決めることができる。すなわち、その積がその所定値より大きな値をとる場合は、分散値の絶対値及び構造トレランスの値は大きい。以上より、本発明のＤＣＦの設計方法を用いると、分散値の絶対値及び構造トレランスの値が大きいＤＣＦを設計することができる。そのうえ、構造トレランスの値は構造パラメーターの値で決まるため、構造パラメーターの値を調整することにより、分散値と歩留まりとの積を所望の値に設定することができる。
【００３３】
また、分散値と歩留まりとの積は分散値とも構造トレランスとも相関関係にあるため、構造トレランスの値が決まれば分散値が決まり、分散値が決まれば構造トレランスの値が決まる。例えば、構造トレランスが２％のＤＣＦは−１１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散値を示し、構造トレランスが８％のＤＣＦは−２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散値を示す。
【実施例】
【００３４】
具体的に実施した実施例について説明する。
【００３５】
《発明の実施例１》
上記の実施形態における設計方法により構造トレランスが０．９％、２％、３．５％、８％、１０％となるように構造パラメーターの値を決定し、その値を基にＤＣＦを製造し、分散値と歩留まりとの積の値を用いて、これらのＤＣＦの性能を評価した。通常、ＤＣＦの性能を評価するさいは、分散値とファイバ長との積である分散補償値を用いる。しかし、従来からＤＣＦでは分散値が大きくなるほど歩留まりの値が小さくなることが知られており、歩留まりが小さな値を示すと、光がＤＣＦのファイバ全長にわたって伝送されることは不可能である。従って、本実施例１では、分散値と歩留まりとの積の値を用いて評価した。表１にその結果を示す。なお、表１に示す有効長は、ＤＣＦとして有効に作用するファイバ長を意味する。また、表１及び以下に示す図３、４の分散値（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）×歩留まり（％）の値は、分散値の絶対値と歩留まりとを実際に乗じて得られた値を１０5で割った値であり、歩留まりは表１に示す試作長に対する有効長の割合を百分率の単位で表した。
【００３６】
【表１】
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表１より、構造トレランスが０．９％のＤＣＦでは、分散値は−３５００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるが歩留まりは１．３％と小さい値を示し、分散値と歩留まりとの積の値は小さくなることが分かる。また、構造トレランスが１０％のＤＣＦでは、歩留まりは７８．７５％と高い値を示すが分散値が−１３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、この場合も、分散値と歩留まりとの積の値は小さくなる。
【００３７】
図３、４は表１の結果をグラフにしたものである。図３の横軸は分散値、図４の横軸は構造トレランスであり、縦軸はいずれのグラフも分散値と歩留まりとの積である。図３、４に示すように、分散値と歩留まりとの積は比較的大きな値を取るＤＣＦは、構造トレランスが２〜８％すなわち分散値が−２００〜−１１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることがわかる。
【００３８】
《発明の実施例２》
上記の実施形態における設計方法により第１コアの比屈折率差が１％、１．５％、２．５％となるように設計し製造したＤＣＦを準備し、構造トレランスに対する分散値の関係を調べた。
【００３９】
図５にその結果を示す。図５に示す一点破線、破線及び実線はそれぞれ第１コアの比屈折率差が１％、１．５％、２．５％のときの分散値である。図５によると、構造トレランスが同一であっても第１コアの比屈折率差が増加すると、分散値の絶対値は増加する、すなわち、ＤＣＦの分散補償の性能が上昇することが分かる。
【００４０】
《作用》
実施例１より、構造トレランスが２〜８％、分散値が−２００〜−１１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるＤＣＦについては、分散値と歩留まりとの積が大きな値を示すことが分かる。従って実施例１で用いたＤＣＦは、分散値の絶対値、構造トレランスともに大きな値を示す。また、実施例２より、構造トレランスの値を変えることなくＤＣＦの性能を上昇させるには、第１コアの比屈折率差を増加させれば良いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態におけるＤＣＦ１０のファイバ横断面図である。
【図２】実施形態におけるＤＣＦ１０を構成する第１、２コア１１、１３の屈折率の波長依存性である。
【図３】分散値と分散値と歩留まりとの積との関係を示すグラフ図である。
【図４】構造トレランスと分散値と歩留まりとの積との関係を示すグラフ図である。
【図５】構造トレランスと分散値との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    ＤＣＦ
１１    第１コア
１２    第１クラッド
１３    第２コア
１４    第２クラッド
【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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