(57)【要約】【課題】非線形光ファイバの外乱変動抑制が容易な光カースイッチの提供。【解決手段】その一端から直線偏光信号光および直線偏光制御光を入射できる非線形光ファイバの当該一端に少なくとも直線偏光信号光を入射し、同光ファイバの他の一端から出射した光を検光子に導き、制御光を信号光と同時に入射するか否かに応じて信号光を透過もしくは遮断または遮断もしくは透過する光カースイッチであって、非線形光ファイバの波長１５５０ｎｍの光に対する非線形係数が４７０Ｗ−１ｋｍ−１以上である光カースイッチ。そのコアガラスのガラス転移点が３００℃以上である光カースイッチ。制御光のピークパワーが５００ｍＷ以下である前記光カースイッチ。【選択図】図１
2005352445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その一端から直線偏光信号光および直線偏光制御光を入射できる非線形光ファイバの当該一端に少なくとも直線偏光信号光を入射し、同光ファイバの他の一端から出射した光を検光子に導き、制御光を信号光と同時に入射するか否かに応じて信号光を透過もしくは遮断または遮断もしくは透過する光カースイッチであって、非線形光ファイバの波長１５５０ｎｍの光に対する非線形係数が４７０Ｗ−１ｋｍ−１以上である光カースイッチ。
【請求項２】
非線形光ファイバの長さが１０ｍ以下である請求項１に記載の光カースイッチ。
【請求項３】
制御光のピークパワーが５００ｍＷ以下である請求項１または２に記載の光カースイッチ。
【請求項４】
制御光のピークパワーと非線形光ファイバの長さの積が５Ｗ・ｍ以下である請求項１、２または３に記載の光カースイッチ。
【請求項５】
非線形光ファイバのコアおよびクラッドがいずれもガラスである請求項１〜４のいずれかに記載の光カースイッチ。
【請求項６】
コアガラスのガラス転移点が３００℃以上である請求項５に記載の光カースイッチ。
【請求項７】
請求項５または６に記載の光カースイッチであって、非線形光ファイバのコアが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ６０〜７０％、Ｂ２Ｏ３  １０〜１５．５％、Ｇａ２Ｏ３  ６．５〜１２．５％、Ｉｎ２Ｏ３  １〜１０％、ＺｎＯ  １〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ０．５〜７％、ＣｅＯ２  ０〜２％、から本質的になるガラスであり、同光ファイバのクラッドが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ５０〜６０％、Ｂ２Ｏ３  １８〜２８％、Ｇａ２Ｏ３  ４〜１５％、Ｉｎ２Ｏ３  １〜１０％、ＺｎＯ  １〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  １〜８％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ  ０．１〜２％、ＣｅＯ２  ０〜２％、から本質的になるガラスである光カースイッチ。
【請求項８】
非線形光ファイバの波長１５５０ｎｍの光に対するモードフィールド径をＤとして、非線形光ファイバの直径が（Ｄ＋１μｍ）超である部分がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる１種以上の光吸収元素を含有する光吸収領域を有し、当該領域の半径方向の幅が少なくとも５μｍ以上であり、非線形光ファイバの直径が（Ｄ＋１μｍ）以下である部分は実質的に光吸収元素を含有しない請求項５、６または７に記載の光カースイッチ。
【請求項９】
光吸収領域が含有する光吸収元素がＣｏであり、当該領域におけるＣｏの質量百万分率表示含有量が１２５〜５００００ｐｐｍである請求項８に記載の光カースイッチ。
【請求項１０】
波長１５５０ｎｍの光に対する非線形係数が１１００Ｗ−１ｋｍ−１以上である非線形光ファイバ。
【請求項１１】
コアおよびクラッドがいずれもガラスである請求項１０に記載の非線形光ファイバ。
【請求項１２】
コアガラスのガラス転移点が３００℃以上である請求項１１に記載の非線形光ファイバ。
【請求項１３】
コアが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ６０〜７０％、Ｂ２Ｏ３  １０〜１５．５％、Ｇａ２Ｏ３  ６．５〜１２．５％、Ｉｎ２Ｏ３  １〜１０％、ＺｎＯ  １〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ０．５〜７％、ＣｅＯ２  ０〜２％、から本質的になるガラスであり、クラッドが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ５０〜６０％、Ｂ２Ｏ３  １８〜２８％、Ｇａ２Ｏ３  ４〜１５％、Ｉｎ２Ｏ３  １〜１０％、ＺｎＯ  １〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  １〜８％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ  ０．１〜２％、ＣｅＯ２  ０〜２％、から本質的になるガラスである非線形光ファイバ。
【請求項１４】
波長１５５０ｎｍの光に対する非線形係数が１１００Ｗ−１ｋｍ−１以上である請求項１３に記載の非線形光ファイバ。
【請求項１５】
波長１５５０ｎｍの光に対するコアの屈折率が２．１以上、同光に対するクラッドの屈折率ｎｃｌを前記コアの屈折率から減じた値が０．０６以上である請求項１０〜１４のいずれかに記載の非線形光ファイバ。
【請求項１６】
コア径が２μｍ以下である請求項１０〜１５のいずれかに記載の非線形光ファイバ。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれかに記載の非線形光ファイバであって、その波長１５５０ｎｍの光に対するモードフィールド径をＤとして、非線形光ファイバの直径が（Ｄ＋１μｍ）超である部分がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる１種以上の光吸収元素を含有する光吸収領域を有し、当該領域の半径方向の幅が少なくとも５μｍ以上であり、非線形光ファイバの直径が（Ｄ＋１μｍ）以下である部分は実質的に光吸収元素を含有しない非線形光ファイバ。
【請求項１８】
光吸収領域が含有する光吸収元素がＣｏであり、当該領域におけるＣｏの質量百万分率表示含有量が１２５〜５００００ｐｐｍである請求項１７に記載の非線形光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光カースイッチおよび光カースイッチ等非線形光学素子に好適な光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光デバイスの超高速性を活用したＯＴＤＭ（光時分割多重）方式を用いてフォトニックネットワークを構築するべくＯＴＤＭ方式の開発が精力的に行われている。
ＯＴＤＭ方式においては超高速光スイッチングが必須であり、光カースイッチはそのような超高速光スイッチングに好適な光スイッチとして期待されている。
【０００３】
光カースイッチは、非線形光ファイバ等の非線形光学媒質に直線偏光制御光を入射して同媒質の屈折率に異方性を誘起し、制御光と同時に同媒質に入射した直線偏光信号光の偏光面を回転させて検光子の偏光面と平行または直交するようにし、この偏光面回転信号光を検光子に導いて透過または反射（遮断）させるものである。
非線形光ファイバとしては、クラッドにフッ素等が、コアにＧｅＯ２等が添加され、モードフィールド径が４μｍ程度、３次非線形係数（γ）が１５Ｗ−１ｋｍ−１であるような石英系ガラスファイバが知られている（特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３８０１６号公報（第５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非線形光ファイバの長さをＬ、非線形光ファイバ中の制御光ピークパワーをＰとすると、同光ファイバに同時に入射される信号光と制御光の両偏光面がなす角度がπ／４のとき、すなわち光カースイッチにおける信号光偏光面の回転角が同一のＰおよびＬに対して最大になるとき、その最大になるときの位相差をφｍａｘとして次式が成り立つ。
φｍａｘ＝（４／３）×γ×Ｐ×Ｌ。
【０００６】
制御光光源として汎用のレーザーダイオード（ＬＤ）を用いるとするとＰは最大でも５００ｍＷであり、非線形光ファイバとして前記石英系ガラスファイバを用いるとするとγは１５Ｗ−１ｋｍ−１である。この場合においてφｍａｘをπにしようとすると、すなわち前記両偏光面がなす角度をπ／４とすることにより前記信号光偏光面の回転角を同一のＰおよびＬに対して最大にした上でその位相差をπにしようとすると、Ｌは約３１０ｍにしなければならない。
【０００７】
しかしこのようにきわめて長いガラスファイバについては、ファイバ長手方向の不均一性に由来する到達時間揺らぎ（ジッタ）や、偏波モード分散を引き起こす温度変動、振動等の外乱を問題ないレベルに抑制することは容易ではなかった。
本発明はこのような問題を解決できる光カースイッチおよびそのような光カースイッチに好適な非線形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】
【０００８】
本発明は、その一端から直線偏光信号光および直線偏光制御光を入射できる非線形光ファイバの当該一端に少なくとも直線偏光信号光を入射し、同光ファイバの他の一端から出射した光を検光子に導き、制御光を信号光と同時に入射するか否かに応じて信号光を透過もしくは遮断または遮断もしくは透過する光カースイッチであって、非線形光ファイバの波長１５５０ｎｍの光に対する非線形係数が４７０Ｗ−１ｋｍ−１以上である光カースイッチを提供する。
また、波長１５５０ｎｍの光に対する非線形係数が１１００Ｗ−１ｋｍ−１以上である非線形光ファイバ（以下、第１の光ファイバという。）を提供する。
【０００９】
また、コアが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ６０〜７０％、Ｂ２Ｏ３  １０〜１５．５％、Ｇａ２Ｏ３  ６．５〜１２．５％、Ｉｎ２Ｏ３  １〜１０％、ＺｎＯ  １〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ０．５〜７％、ＣｅＯ２  ０〜２％、から本質的になるガラスであり、クラッドが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ５０〜６０％、Ｂ２Ｏ３  １８〜２８％、Ｇａ２Ｏ３  ４〜１５％、Ｉｎ２Ｏ３  １〜１０％、ＺｎＯ  １〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  １〜８％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ  ０．１〜２％、ＣｅＯ２  ０〜２％、から本質的になるガラスである非線形光ファイバ（以下、第２の光ファイバという。）を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
従来知られている光カースイッチよりもその光スイッチング機能が温度変動、振動等の外乱の影響を受けにくく、したがって前記外乱が従来技術においては光スイッチング機能を阻害するようなものであっても前記外乱の影響を問題ないレベルに抑制することが容易な光カースイッチが得られる。
また、ジッタによる光スイッチング機能阻害が起こりにくい光カースイッチが得られる。
また、前記Ｐが５００ｍＷであっても光スイッチング可能な光カースイッチが得られる。
また、上で述べたような効果を有し、かつシングルモード石英系光ファイバとの融着接続が可能な光カースイッチが得られる。
また、これら効果を有する光カースイッチを実現するのに好適な非線形光ファイバが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の光カースイッチを説明するための図である。以下、この図を用いて本発明を説明するが本発明はこれに限定されない。
信号光は直線偏光パルスであり、図の左方から入射され、信号光用偏波コントローラを経て非線形光ファイバの左端に入り、同光ファイバの右端から出た信号光は検光子に入る。
検光子に入った信号光は、その偏光面が検光子透過軸と平行である場合には検光子透過後フィルタを透過して図示しない次のシステムに入り、その偏光面が検光子透過軸と直交する場合には信号光は検光子を透過できず遮断される。
【００１２】
制御光光源から発せられた制御光は直線偏光であり、制御光用偏波コントローラを経てその偏光面は信号光偏光面とπ／４の角度をなすようにされ、その後信号光とともに非線形光ファイバの左端に入る。同光ファイバの右端から出た制御光で検光子を透過したものはフィルタに至り、そこで遮断される。
【００１３】
制御光とともに信号光が非線形光ファイバの左端に入る場合、信号光の偏光面は同光ファイバ内を進むにつれて回転し、同光ファイバの右端から出るときにはその回転角がπ／２となるようにされる。
制御光光源から制御光が発せられない場合には信号光の偏光面は回転することなく非線形光ファイバ内を進む。
【００１４】
したがって、非線形光ファイバの左端に入る信号光の偏光面が検光子透過軸と直交するものである場合には、当該信号光と制御光が同時に非線形光ファイバ左端に入ると信号光は検光子を透過して光カースイッチはオン状態となり、制御光が存在しない状態で前記信号光が非線形光ファイバ左端に入ると信号光は検光子を透過できず遮断されて光カースイッチはオフ状態となる。
非線形光ファイバの左端に入る信号光の偏光面が検光子透過軸と平行である場合には、当該信号光と制御光が同時に非線形光ファイバ左端に入ると信号光は検光子を透過できず遮断されて光カースイッチはオフ状態となり、制御光が存在しない状態で前記信号光が非線形光ファイバ左端に入ると信号光は検光子を透過して光カースイッチはオン状態となる。
【００１５】
本発明の光カースイッチのビットレートは、通常は１０〜４００Ｇｂ／ｓ、典型的には８０〜４００Ｇｂ／ｓである。
本発明の光カースイッチで処理できる信号光の波長は典型的には１５００〜１６５０ｎｍである。
ＷＤＭ（波長分割多重）信号光を処理する場合にはたとえばＡＷＧ（分波器）を用いて信号光を波長毎に分離し、当該分離された１波長信号光毎に本発明の光カースイッチで処理すればよい。すなわち、ＷＤＭ信号光は複数の本発明の光カースイッチを並べて処理できる。
また、信号光パルス周波数は、通常は１０〜４００ＧＨｚ、典型的には８０〜４００ＧＨｚである。
【００１６】
制御光の波長と信号光の波長とは異なり、両者の差は２〜２０ｎｍであることが好ましい。２ｎｍ未満ではフィルタの消光比が問題となってクロストーク性能が低下するおそれがある。２０ｎｍ超では非線形光ファイバの分散が０でないことにより非線形効果が薄れ位相回転を充分大きくすることが困難になるおそれがある。より好ましくは１０ｎｍ以下である。
【００１７】
制御光パルス周波数は、通常は１０〜４００ＧＨｚ、典型的には８０〜４００ＧＨｚである。
制御光パルスの形状はＳｅｃｈ型またはガウシアン型であることが好ましいが、それ以外のものであってもよくたとえば矩形であってもよい。
制御光パルスのデューティー比（オン／オフ比）は典型的には１：１から１：４である。
【００１８】
制御光ピークパワー（Ｐ）は１０Ｗ以下であることが好ましい。１０Ｗ超では、制御光の平均パワーが大きくなり、制御光が通る接続点、たとえば石英系光ファイバと検光子の接続点、非線形光ファイバは通常石英系光ファイバと接続して使用されるがその場合における両ファイバの接続点、等においてファイバヒューズが生じ、それが進行すると光源や検光子等にまでダメージが広がるおそれがある。より好ましくは５Ｗ以下である。
消費電力が大きくなりすぎパルス波形が乱れる、大きな冷却用ユニットや増幅ユニットが必要になってそのためのスペースを広くとらなければならなくなる、汎用的な光源を使用しにくくなる、等の問題の発生を避けたい場合にはＰは５００ｍＷ以下とすることが好ましい。
【００１９】
また、Ｐは１０ｍＷ以上であることが好ましい。１０ｍＷ未満では非線形光ファイバの長さ（Ｌ）を長くしなければならなくなり前記外乱の抑制が困難になる、またはジッタが大きくなるおそれがある。より好ましくは５０ｍＷ以上、特に好ましくは１００ｍＷ以上、典型的には２００ｍＷ以上である。
【００２０】
制御光光源としてはたとえば超高速ファイバレーザーが挙げられる。この場合通常は同レーザー出力光をパルス圧縮器で圧縮し、その後ＥＤＦＡを用いて増幅した光を偏光子で直線偏光としたものが制御光とされる。
また、ＥＤＦＡ等の光増幅器を用いることなく所望のＰを有する制御光が得られる高出力ＬＤを制御光光源とすることが好ましい場合がある。
【００２１】
信号光用および制御光用偏波コントローラはいずれも必須ではないが信号光または制御光の偏光面を制御して両偏光面がなす角度をπ／４とするために、少なくとも信号光用偏波コントローラを信号光と制御光を合波させる地点よりも上流側に設置することが好ましく、制御光用偏波コントローラも同様に設置することがより好ましい。
【００２２】
検光子はその消光比が信号光波長領域において−４０ｄＢ以上であることが好ましい。−４０ｄＢ未満ではクロストークが大きくなり信号品質が低下するおそれがある。より好ましくは−５０ｄＢ以上である。
【００２３】
フィルタは必須ではないが、検光子を透過した信号光と制御光のうち制御光を除去して信号光のみとしたい、光カースイッチのクロストークを抑制し信号品質を向上させたい等の場合には設置することが好ましい。
フィルタの信号光波長領域における消光比は−６０ｄＢ以上であることが好ましい。−６０ｄＢ未満ではクロストークが大きくなり信号品質が低下するおそれがある。
フィルタとしてはたとえば誘電体多層型バンドパスフィルタが挙げられる。
【００２４】
非線形光ファイバはコアおよびクラッドがいずれもガラスである光ファイバであることが好ましい。このような光ファイバでないと汎用光伝送ファイバである石英系光ファイバとの高効率接続が容易ではなくなるおそれがある。
【００２５】
前記コアのガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は３００℃以上であることが好ましい。３００℃未満では前記石英系光ファイバとの融着接続が困難になるおそれがある。より好ましくは３５０℃以上である。
【００２６】
また、前記コアおよびクラッドのガラスはいずれもＰｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｅ、ＴｌまたはＣｄを含有しないことが好ましい。
【００２７】
非線形光ファイバの長さ（Ｌ）は１０ｍ以下であることが好ましい。このようなものであれば従来の非線形光ファイバを用いたときの長さ（約３１０ｍ）の約１／３０であるので前記外乱の顕著な低減を容易に行える、またはジッタを小さくできる。Ｌは好ましくは５ｍ以下、より好ましくは３ｍ以下、特に好ましくは１ｍ以下である。
光カースイッチの動作安定性を高めるためには前記ＰとＬの積は５Ｗ・ｍ以下であることが好ましい。より好ましくは４Ｗ・ｍ以下である。
【００２８】
非線形光ファイバのγが４７０Ｗ−１ｋｍ−１未満ではＰが５００ｍＷ以下という条件下でＬを１０ｍ以下とすることが困難になる。γは好ましくは６２５Ｗ−１ｋｍ−１以上、より好ましくは１０００Ｗ−１ｋｍ−１以上、特に好ましくは１２６０Ｗ−１ｋｍ−１以上、最も好ましくは１３００Ｗ−１ｋｍ−１以上である。典型的には１１００〜５０００Ｗ−１ｋｍ−１である。
【００２９】
非線形ファイバとしては前記第２の光ファイバであってγが４７０Ｗ−１ｋｍ−１以上であるものまたは前記第１の光ファイバが例示される。
【００３０】
本発明の第１の光ファイバはγが１１００Ｗ−１ｋｍ−１以上であるので本発明の光カースイッチに用いた場合前記Ｌを５ｍまたはそれ以下にすることも可能になる。好ましくは１３００Ｗ−１ｋｍ−１以上である。
本発明の第１の光ファイバのコアおよびクラッドは、汎用光伝送ファイバである石英系光ファイバとの高効率接続を望む等の場合典型的にはいずれもガラスである。
また、この典型的な態様においてはコアのガラスのＴｇは３００℃以上であることが好ましい。３００℃未満では前記石英系光ファイバとの融着接続が困難になるおそれがある。より好ましくは３５０℃以上である。
【００３１】
次に、本発明の第２の光ファイバについて説明する。
γは典型的には４７０Ｗ−１ｋｍ−１以上、より典型的には６２５Ｗ−１ｋｍ−１以上であり、本発明の光カースイッチの非線形光ファイバに好適である。γは好ましくは１１００Ｗ−１ｋｍ−１以上、より好ましくは１２６０Ｗ−１ｋｍ−１以上、特に好ましくは１３００Ｗ−１ｋｍ−１以上であり、一方、典型的には５０００Ｗ−１ｋｍ−１以下である。
コアガラスおよびクラッドガラスのＴｇはいずれも典型的には３５０℃以上である。
【００３２】
次に、本発明の第２の光ファイバのコアガラスについて説明する。
波長１５５０ｎｍの光に対するコアガラスの非線形屈折率（ｎ’）は４×１０−１９ｍ２Ｗ−１以上であることが好ましい。４×１０−１９ｍ２Ｗ−１未満では大きなγが得にくくなるおそれがある。より好ましくは８×１０−１９ｍ２Ｗ−１以上、特に好ましくは１×１０−１８ｍ２Ｗ−１以上である。
【００３３】
コアガラスの結晶化開始温度（Ｔｘ）とＴｇの差ΔＴ（＝Ｔｘ−Ｔｇ）は８０℃以上であることが好ましい。ΔＴが８０℃未満では熱的安定性が低くなりすぎ熱処理すると結晶化しやすくなる、または、熱処理されたガラス中の結晶が多くなり当該ガラス中を光が伝播するときの伝播損失が大きくなるおそれがある。ΔＴはより好ましくは１００℃以上である。
【００３４】
Ｔｘは次のようにして測定される。すなわち、ガラスを粉砕して粒径が７４〜１０６μｍであるガラス粉末を作製し、これをサンプルとして大気雰囲気中で示差熱曲線を測定する。昇温速度は１０℃／分とし、また昇温は（Ｔｇ＋３００）℃または１０００℃の低い方の温度まで行う。
得られた示差熱曲線に結晶析出にともなう発熱ピークが認められる場合、その発熱ピークが立ち上がる温度をＴｘとする。示差熱曲線に結晶析出にともなう発熱ピークが認められない場合、Ｔｘは昇温最高温度、すなわち（Ｔｇ＋３００）℃または１０００℃とする。示差熱曲線を測定するための示差熱分析装置としては、たとえばリガク社製ＴＨＥＲＭＯＦＬＥＸ  ＤＴＡ８１２１が挙げられる。この場合サンプル質量は１．０ｇとすることが好ましい。
【００３５】
この好ましい態様のコアガラスは熱的安定性に優れているので、本発明の第２の光ファイバを製造するに際してその線引き温度および線引き速度の変動許容幅を大きくできる。その結果、光ファイバの長手方向の波長分散分布を小さくできる。
【００３６】
次に、本発明の第２の光ファイバのコアガラスの成分についてモル％表示含有量を用いて説明する。
Ｂｉ２Ｏ３はｎを大きくする成分であり、必須である。６０％未満ではｎが小さくなる。好ましくは６３％以上である。７０％超ではガラス化が困難になる、ΔＴが小さくなる、またはＴｇが低くなってクラッドガラスのＴｇとの差を小さくしにくくなる。好ましくは６８％以下である。
Ｂ２Ｏ３はネットワークフォーマであり、必須である。１０％未満ではガラス化が困難になる。好ましくは１２％以上である。１５．５％超ではｎが小さくなる。好ましくは１４．５％以下である。
【００３７】
Ｇａ２Ｏ３はΔＴを大きくする成分であり、必須である。Ｇａ２Ｏ３が６．５％未満では熱的安定性が低下する。好ましくは８％以上である。１２．５％超ではｎが小さくなるおそれがある。好ましくは１１％以下である。
【００３８】
Ｉｎ２Ｏ３はｎを大きくし、かつΔＴを大きくする成分であり、必須である。Ｉｎ２Ｏ３が１％未満では熱的安定性が低下する、またはｎが小さくなる。好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上である。１０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは８％以下である。
【００３９】
ＺｎＯはｎを大きくする、またはガラス化を容易にする成分であり、必須である。１％未満ではｎが小さくなる、またはガラス化が困難になる。好ましくは２％以上である。１０％超ではガラス溶解時にかえって結晶が析出しやすくなってガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは６％以下である。
【００４０】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯはガラス化を容易にする成分であり、いずれか１種以上を含有しなければならない。これらの含有量の合計が０．５％未満ではガラス化が困難になる。好ましくは１％以上である。７％超ではガラス溶解時にかえって結晶が析出しやすくなる、またはｎが小さくなるおそれがある。好ましくは４％以下である。なお、なかでもＭｇＯを含有することが好ましい。
【００４１】
ＣｅＯ２は必須ではないが、ガラス組成中のＢｉ２Ｏ３がガラス溶融中に還元されて金属ビスマスとして析出しガラスの透明性を低下させることを抑制するために２％まで含有してもよい。ＣｅＯ２が２％超ではガラス化が困難になる、または、黄色もしくはオレンジ色の着色が強くなってガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは０．５％以下である。ＣｅＯ２を含有する場合、その含有量は好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上、特に好ましくは０．１％以上である。
なお、前記着色によるガラスの透過率の低下を避けたい場合、ＣｅＯ２の含有量は０．１５％未満とすることが好ましく、ＣｅＯ２を実質的に含有しないことがより好ましい。
【００４２】
このコアガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を含有してもよい。その場合、当該他の成分の含有量は合計で５％以下であることが好ましい。
なお、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＳｎＯ２、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＷＯ３は、ガラス溶解時の結晶析出を抑制したい場合にはいずれも含有しないことが好ましい。
アルカリ金属酸化物を含有する場合は合計で１％以下であることが好ましい。
Ｐ２Ｏ５を含有する場合その含有量は１％以下であることが好ましい。
【００４３】
次に、本発明の第２の光ファイバのクラッドガラスについて説明する。
同クラッドガラスのΔＴはコアガラスのときと同様の理由により８０℃以上であることが好ましい。より好ましくは１００℃以上である。
【００４４】
以下、本発明の第２の光ファイバのクラッドガラスの成分についてモル％表示含有量を用いて説明する。
Ｂｉ２Ｏ３はこのクラッドガラスのｎをコアガラスのｎに対して適切な範囲におさめる成分であり、必須である。５０％未満ではｎとコアガラスのｎの差が大きくなりすぎシングルモード条件を満足することが困難になる。好ましくは５３％以上である。６０％超では前記差がかえって小さくなりすぎ後記有効断面積が大きくなるおそれがある。好ましくは５７％以下である。
Ｂ２Ｏ３はネットワークフォーマであり、必須である。１８％未満ではガラス化が困難になるおそれがある。好ましくは２０％以上であり、また好ましくは２５％以下である。
【００４５】
Ｇａ２Ｏ３はΔＴを大きくする成分であり、必須である。Ｇａ２Ｏ３が４％未満では熱的安定性が低下するおそれがある。好ましくは７％以上である。１５％超ではガラス化が困難になるおそれがある。好ましくは１２％以下である。
Ｉｎ２Ｏ３はｎを大きくし、かつΔＴを大きくする成分であり、必須である。Ｉｎ２Ｏ３が１％未満では熱的安定性が低下する、またはｎが小さくなるおそれがある。好ましくは２％以上である。１０％超ではガラス化が困難になる、またはＴｇが高くなりコアガラスのＴｇとの差を小さくしにくくなるおそれがある。好ましくは６％以下である。
【００４６】
ＺｎＯはＴｇを低下させる、またはガラス化を容易にする成分であり、必須である。１％未満ではＴｇが高くなりコアガラスのＴｇとの差を小さくしにくくなる、またはガラス化が困難になるおそれがある。好ましくは２％以上である。１０％超ではガラス溶解時にかえって結晶が析出しやすくなってガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは８％以下である。
【００４７】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯはＴｇを低下させる、またはガラス化を容易にする成分であり、いずれか１種以上を含有しなければならない。これらの含有量の合計が１％未満ではＴｇが高くなりコアガラスのＴｇとの差を小さくしにくくなる、またはガラス化が困難になるおそれがある。好ましくは２％以上である。８％超ではガラス溶解時にかえって結晶が析出しやすくなるおそれがある。好ましくは５％以下である。なお、なかでもＢａＯを含有することが好ましい。
【００４８】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２ＯはＴｇを低下させる、またはαを大きくする成分であり、いずれか１種以上を含有しなければならない。これらの含有量の合計が０．１％未満ではＴｇが高くなりコアガラスのＴｇとの差を小さくしにくくなるおそれがある。好ましくは０．５％以上である。２％超ではガラス化が困難になるおそれがある。好ましくは１．５％以下である。なお、なかでもＮａ２Ｏを含有することが好ましい。
【００４９】
ＣｅＯ２は必須ではないが、ガラス組成中のＢｉ２Ｏ３がガラス溶融中に還元されて金属ビスマスとして析出しガラスの透明性を低下させることを抑制するために２％まで含有してもよい。ＣｅＯ２が２％超ではガラス化が困難になる、または、黄色もしくはオレンジ色の着色が強くなってガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは０．５％以下である。
ＣｅＯ２を含有する場合、その含有量は好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上、特に好ましくは０．１％以上である。
なお、前記着色によるガラスの透過率の低下を避けたい場合、ＣｅＯ２の含有量は０．１５％未満とすることが好ましく、ＣｅＯ２を実質的に含有しないことがより好ましい。
【００５０】
このクラッドガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を含有してもよい。その場合、当該他の成分の含有量は合計で５％以下であることが好ましい。
なお、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＳｎＯ２、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＷＯ３は、ガラス溶解時の結晶析出を抑制したい場合にはいずれも含有しないことが好ましい。
Ｐ２Ｏ５を含有する場合その含有量は１％以下であることが好ましい。
【００５１】
本発明の第２の光ファイバのコアガラスおよびクラッドガラスはいずれもＰｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｅ、ＴｌまたはＣｄを含有しないことが好ましい。
本発明の第２の光ファイバはたとえば次のようにして作製される。
所定の原料を混合し、金ルツボ、白金ルツボ、アルミナルツボ、石英ルツボやイリジウムルツボ中に入れ、大気雰囲気中において８００〜１３００℃で溶融しコアガラス融液およびクラッドガラス融液を作製する。得られた融液を所定のモールドにキャストして、コアガラスとクラッドガラスを複合化したプリフォームを作製する。このプリフォームを延伸して光ファイバを作製する。
【００５２】
本発明の光ファイバの波長１５５０ｎｍの光に対するコアの屈折率（ｎｃｏ）は２．１以上、同光に対するクラッドの屈折率（ｎｃｌ）をｎｃｏから減じた値は０．０６以上であることが好ましい。
ｎｃｏが２．１未満ではγが小さくなるおそれがある。より好ましくは２．２以上である。
（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．０６未満では有効断面積（Ａ）が大きくなりすぎるおそれがある。より好ましくは０．０８以上である。
ｎｃｌとｎｃｏとの間には次式の関係が成り立っていることが好ましい。
０．０００５≦（ｎｃｏ−ｎｃｌ）／ｎｃｏ≦０．２。
【００５３】
本発明の光ファイバのコア径およびクラッド径はそれぞれ典型的には０．５〜３μｍ、５０〜５００μｍである。なお、本発明の光ファイバを本発明の光カースイッチの非線形光ファイバに用いる等の場合にはコア径は典型的には２μｍ以下である。
【００５４】
本発明の光ファイバの波長１５５０ｎｍの光に対するモードフィールド径（Ｄ）は、これを本発明の光カースイッチの非線形光ファイバに用いる等の場合には典型的には１．５〜３μｍである。１．５μｍ未満では単一モード石英系光ファイバと融着した場合の接続損失を小さくできなくなるおそれがある。３μｍ超では前記Ａが大きくなりγが小さくなるおそれがある。
【００５５】
前記Ａは１０μｍ２以下であることが好ましい。Ａが１０μｍ２超では大きなγが得にくくなるおそれがあり、より好ましくは５μｍ２以下である。また、Ａは２μｍ２以上であることが好ましい。Ａが２μｍ２未満では石英ガラス製シングルモードファイバとの接続時に接続ロスが大きくなるおそれがある。より好ましくは３μｍ２以上である。
【００５６】
本発明の第１の光ファイバのコアおよびクラッドがいずれもガラスである場合または本発明の第２の光ファイバにおいて、コアガラスのＴｇからクラッドガラスのＴｇを減じて得られる差ΔＴｇの絶対値｜ΔＴｇ｜は１５℃以下であることが好ましい。｜ΔＴｇ｜が１５℃超ではファイバ作製時の成型が困難になるおそれがある。｜ΔＴｇ｜は、より好ましくは１０℃以下、特に好ましくは５℃以下である。
さらに、コアガラスのＴｇはクラッドガラスのＴｇ以上すなわちΔＴｇ≧０℃であることが好ましい。ΔＴｇが０℃未満では線引き温度が高くなりコアにおいて結晶析出が起るおそれがある、またはその危険性が高くなる。より好ましくは２℃以上、特に好ましくは５℃以上である。１０℃超ではコアガラスおよびクラッドガラスの粘度−温度特性の相違が大きくなり、ファイバ作製を容易にできなくなるおそれがある。より好ましくはΔＴｇは２〜１０℃である。
【００５７】
また、コアガラスの５０〜３００℃における平均線膨張係数（α）からクラッドガラスのαを減じた値Δαは−３×１０−７〜１５×１０−７／℃であることが好ましい。Δαがこの範囲外ではプリフォーム作製時に熱割れ等の問題が起こるおそれがある。より好ましくは０〜１０×１０−７／℃、特に好ましくは０〜５×１０−７／℃である。
【００５８】
本発明の光ファイバの好ましい態様として、非線形光ファイバの直径が（Ｄ＋１μｍ）超である部分がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる１種以上の光吸収元素を含有する光吸収領域を有し、当該領域の半径方向の幅が少なくとも５μｍ以上であり、非線形光ファイバの直径が（Ｄ＋１μｍ）以下である部分は実質的に光吸収元素を含有しないものが挙げられる。この好ましい態様（以下、本態様という。）を本発明の第２の光ファイバに適用する場合を例にして以下で説明する。なお、Ｄは波長１５５０ｎｍの光に対するモードフィールド径であり、半径方向の幅とはたとえば２個の同心円にはさまれる領域においては両円の直径の差の１／２であり、これを単に幅と記載することがある。
【００５９】
本態様は本発明の光ファイバを他の光ファイバとパワー調心融着接続する際の接続損失のばらつきを小さくしたい場合に好適である。すなわち、前記接続損失のばらつきの大きな要因としてクラッドモードの存在が考えられるが、本態様においては前記直径が（Ｄ＋１μｍ）超である部分に存在する光吸収領域中でのクラッドモード吸収が図られている。
光吸収領域の幅はクラッドモードの吸収が不充分とならないようにするため５μｍ以上とされる。典型的には１０μｍ以上である。
【００６０】
また、前記直径が（Ｄ＋１μｍ）以下である部分が実質的に光吸収元素を含有しないものとすることにより伝送損失の増大の防止が図られている。通常、光ファイバの直径が（Ｄ＋３μｍ）以下である部分が実質的に光吸収元素を含有しないものとされる。
この実質的に光吸収元素を含有しない領域の直径は通常（Ｄ＋５０μｍ）以下とされる。（Ｄ＋５０μｍ）超では前記クラッドモード吸収が不充分になるおそれがある。Ｄが５μｍ以下の場合前記直径は典型的には４５μｍ以下である。
【００６１】
典型的なクラッドの断面は光ファイバ半径方向に同心円状の層構造を有するものであり、２層構造が代表的である。２層構造のコア側（内側）の層は光吸収元素を含有しない層であり、その外側の層は光吸収領域である。
内側の層は光ファイバの直径が（Ｄ＋１μｍ）以下の領域のクラッドを覆わなければならない。その幅はコア径とＤの差が０．５μｍ未満の場合典型的には２μｍ以上である。
【００６２】
光吸収元素としてはＣｏまたはＥｒが典型的である。
光吸収領域の光吸収元素含有量は本発明の光ファイバの使用目的に応じて適切に選択されるべきものであるが、光吸収元素がＣｏまたはＥｒである場合を例にこの選択方法について以下で説明する。
【００６３】
光吸収領域が光吸収元素としてＣｏのみを含有する場合について同領域による波長が１５５０ｎｍの光に対する減衰効果を調べたところ、その減衰率α’（単位：ｄＢ）、同領域中のＣｏの質量百万分率表示含有量ｍ（単位：ｐｐｍ）および光ファイバ長さｚ（単位：ｍ）との間には次式が成立し、次式中のａが１．６×１０−１であることを見出した。
α’＝ａ×ｍ×ｚ
Ｃｏの代わりにＥｒを含有する場合についても同様のことが認められ、Ｅｒに係るａは３．９×１０−３であった。
前記α’は２０ｄＢ以上とすることが好ましく、より好ましくは４０ｄＢ以上である。
【００６４】
光ファイバの長さが２ｍであってＣｏのみを含有する場合には前記ｍを１２５ｐｐｍ以上、同じくＥｒのみを含有する場合にはｍを５０６０ｐｐｍ以上とすることにより、前記α’を４０ｄＢ以上とすることが可能になる。
一方、光吸収領域の光吸収元素含有量は５００００ｐｐｍ以下であることが好ましい。５００００ｐｐｍ超ではガラスが不安定になるおそれがある。より好ましくは１００００ｐｐｍ以下である。
【００６５】
本態様のクラッドは半径方向において組成が一定ではないので通常はその屈折率も同方向において一定ではない。したがって前記ｎｃｌはクラッド断面が２層構造である場合には内側の層の屈折率であり、外側の層の屈折率は通常ｎｃｌとは異なる。
【実施例】
【００６６】
表のＢｉ２Ｏ３からＣｅＯ２までの欄にモル％表示で示す組成となるように原料を調合、混合して２５０ｇの調合原料を作製した。この調合原料を白金ルツボに入れ大気雰囲気中で１１００℃に２時間保持して溶解し、得られた溶融ガラスを板状に流し出し、引続き表のＴｇの欄に℃単位で示す温度に４時間保持後常温まで冷却する徐冷を行った。例１〜４は本発明の第２の光ファイバのコアガラスに、例５、６は同光ファイバのクラッドガラスにそれぞれ好適なガラスである。また、例６のガラスを母ガラスとしこれにＣｏを質量百万分率表示で１５０ｐｐｍ添加した組成を有する例６Ｃｏのガラスを同様にして作製した。
【００６７】
例１〜６のガラスについて、Ｔｇ（単位：℃）およびΔＴ（単位：℃）を示差熱分析により、５０〜３００℃における平均線膨張係数α（単位：×１０−７／℃）を熱機械分析装置（ＴＭＡ）により、密度ｄ（単位：ｇ／ｃｍ３）を島津製作所社製の比重測定装置ＳＧＭ−３００によりそれぞれ測定した。
また、得られたガラスを厚み２ｍｍ、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍの板状に加工後その両面を鏡面研磨してサンプル板とし、波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎをメトリコン社製モデル２０１０プリズムカプラを用いて測定した。
以上の測定結果を表に示す（表中の「−」は測定しなかったことを示す。）。
また、例６ＣｏのガラスのＴｇ、ｎを同様にして測定した結果、それぞれ３６６℃、２．１２７であった。
【００６８】
また、例２のガラスをコアガラス、例５のガラスをクラッドガラスとする光ファイバ１を次のようにして作製した。なお、光ファイバ１は本発明の第２の光ファイバである。
まず、例２のガラスを溶融して内径が１０ｍｍ、高さが１８０ｍｍであるＳＵＳ３１０Ｓ製の茶筒状モールド（底面を有する円筒状モールド）に流し出し、徐冷してロッド状ガラスとした。なお、溶融は先に述べたと同様にして行った。
次に、このロッド状ガラスを４３０℃でリドローし直径５ｍｍのロッドガラスとした。
【００６９】
一方、例５のガラスからなり、外径が１５ｍｍ、内径が７ｍｍ、高さが１５０ｍｍであるガラス管を４本作製した。
前記ロッドガラスを前記ガラス管のうちの１本に入れ、ガラス管内部を真空ポンプで真空に保ちつつ４４０℃でガラス管とロッドガラスを同時にリドローし、直径５ｍｍのガラスロッドを作製した。
このガラスロッドを前記ガラス管の残り３本のうちの１本に入れ、同様にしてリドローして直径５ｍｍのガラスロッドを作製した。
【００７０】
前記ガラス管の残りの２本を用いてこれをさらに２回繰り返し、コア径が０．０６ｍｍ、外径が５ｍｍであるプリフォームを作製した。
このプリフォームを４４５℃で線引きし、コア径が１．７２μｍ、ファイバ径が１２５μｍである光ファイバ１を作製した。
【００７１】
光ファイバ１の前記Ｄは２．０μｍであるので、有効断面積Ａは３．３μｍ２である。
【００７２】
光ファイバ１のγを４光波混合により測定した。すなわち、波長が１５５０ｎｍである光をポンプ光とし、１５４９．５ｎｍ、１５４９ｎｍ、１５４８．５ｎｍと０．５ｎｍ刻みでポンプ光波長から離れた波長を有する信号光をカプラを通して同時に光ファイバ（長さ２ｍ）に入射し、その出力を光スペクトラムアナライザで観察した。この時アイドラー光と信号光の比ｒを計測した。
【００７３】
ｒとγの間の下記関係式からγの値を見積ったところ、γは１３３０Ｗ−１ｋｍ−１であった。なお、下記関係式において、Ｐａｖは光ファイバ中を通る平均のポンプパワー、ｚは光ファイバの長さである。
ｒ＝（γＰａｖｚ）２。
また、光ファイバ１の波長１５５０ｎｍにおける非線形屈折率ｎ’は、前記Ａおよびγの値から１．１×１０−１８ｍ２Ｗ−１であると見積もられる。
【００７４】
また、例２のガラスをコアガラス、例６のガラスをクラッドの内側層ガラス、例６Ｃｏのガラスをクラッドの外側層ガラスとする、クラッドが２層構造である光ファイバ２を次のようにして作製した。なお、この光ファイバ２は前記本態様の光ファイバである。
まず、光ファイバ１の作製においてしたと同様にして例２のガラスからなるロッド状ガラスを作製し、このロッド状ガラスを４３０℃でリドローして直径３ｍｍのロッドガラスを得た。
一方、例６のガラスからなり外径が１５ｍｍ、内径が４ｍｍ、高さが１５０ｍｍのガラス管を２本、例６Ｃｏのガラスからなる同じ形状のガラス管を１本それぞれ作製した。
【００７５】
前記ロッドガラスを前記例６のガラスからなるガラス管のうちの１本に入れ、ガラス管内部を真空ポンプで真空に保ちつつ４４０℃でガラス管とロッドガラスを同時にリドローし、直径３．５ｍｍのガラスロッドを作製した。
このガラスロッドを前記例６のガラスからなるガラス管の残りの１本に入れ、同様にリドローして直径３．５ｍｍのガラスロッドを作製した。
【００７６】
この直径３．５ｍｍのガラスロッドを前記例６Ｃｏのガラスからなるガラス管に入れ、先に述べたと同様にして真空に保ちつつ４４０℃でリドローし、コア径が０．０５９ｍｍ、外径が５．１ｍｍであるプリフォームを作製した。
このプリフォームを４４０℃で線引きし、コア径が１．６４μｍ、ファイバ径が１２５μｍである光ファイバ２を作製した。
この光ファイバ２のクラッドの内側層の外径すなわち内側層と外側層の境界の直径は２９．４μｍであり、外側層は光吸収領域であってその幅は４７．８μｍである。
【００７７】
光ファイバ２の前記ＤおよびＡはそれぞれ１．９７μｍ、３．０４μｍ２である。
また、そのγおよびｎ’について光ファイバ１の場合と同様にして見積もったところそれぞれ１１００Ｗ−１ｋｍ−１、８．９×１０−１８ｍ２Ｗ−１であった。
【００７８】
長さが４ｍである光ファイバ１および２を用意し、これらに波長が１５５０ｎｍ、パワーが−３０ｄＢｍ（＝０．００１ｍＷ）である光を入力し、パワーメータで出力をモニターした。その後、各光ファイバについて５０ｃｍずつ切り取って長さを短くし同様に出力をモニターするということをファイバ長さが５０ｃｍになるまで繰り返した。各ファイバ長さに対し前記出力をプロットし、その傾きから伝播損失を見積もった（カットバック法）。その結果、光ファイバ１、２の伝播損失はそれぞれ、１．９ｄＢ／ｍ、０．８ｄＢ／ｍであった。
光ファイバ２の伝播損失が光ファイバ１に比べて小さくなったのは、前者における前記ΔＴｇが３℃であるのに対し後者におけるΔＴｇが０℃であり、その結果前者における線引き温度を後者における線引き温度よりも５℃低い４４０℃とでき、コアにおける結晶析出が抑制されたからであると考えられる。
【００７９】
前記４光波混合による測定は光ファイバ１、２をそれぞれＮＡが０．３５である高ＮＡ石英系光ファイバ（Ｎｕｆｅｒａｎ社製ＵＨＮＡ４）と融着接続し、そのＵＨＮＡ４を標準的なシングルモード石英系光ファイバと融着接続したものを用いて行った。
光ファイバ１、２とＵＨＮＡ４の融着接続はパワー調心法によって行ったが、その接続損失のばらつきについてもそれぞれのファイバについて２０回融着接続を行って測定した。結果を表２に示すが、クラッドが２層構造でありその外側の層が光吸収領域である光ファイバ２において接続損失ばらつきが顕著に減少していることがわかる。
【００８０】
【表１】
2005352445.tif 000003
【００８１】
【表２】
2005352445.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の光スイッチはたとえばＯＴＤＭ方式の超高速光スイッチングに利用できる可能性がある。また、本発明の光ファイバはたとえば本発明の光スイッチに利用できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の光カースイッチを説明するための図。
【図１】
2005352445.tif 000005