(57)【要約】【課題】  マルチモード光ファイバを用いて波長多重伝送を実現する波長多重伝送システムの提供。【解決手段】  ゲルマニウムとフッ素を共添加したマルチモード光ファイバ２を波長多重伝送路に用いたことを特徴とする波長多重伝送システム１。該システムに用いるマルチモード光ファイバは、波長多重伝送が可能なように広い波長領域で高いＯＦＬ帯域を有し、好ましくは７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上、より好ましくは２．５ＧＨｚ・ｋｍ以上のＯＦＬ帯域を有しているものが使用される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲルマニウムとフッ素を共添加したマルチモード光ファイバを波長多重伝送路に用いたことを特徴とする波長多重伝送システム。
【請求項２】
７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の波長多重伝送システム。
【請求項３】
７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が２．５ＧＨｚ・ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の波長多重伝送システム。
【請求項４】
合波器と分波器とを前記マルチモード光ファイバでつないだ構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の波長多重伝送システム。
【請求項５】
一方の合分波器と他方の合分波器とを双方向波長多重伝送可能に前記マルチモード光ファイバでつないだ構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の波長多重伝送システム。
【請求項６】
波長間隔が２０ｎｍ以上の低密度波長多重伝送を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波長多重伝送システム。
【請求項７】
最大比屈折率Δ＝０．００７〜０．０１５、コア半径ａ＝２０〜３０μｍのマルチモード光ファイバを用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の波長多重伝送システム。
【請求項８】
最大比屈折率Δ＝０．０１５〜０．０２５、コア半径ａ＝３０〜３５μｍのマルチモード光ファイバを用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の波長多重伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチモード光ファイバの波長多重システムに関し、特に広い波長領域で高い伝送帯域幅を有するマルチモード光ファイバを用い、従来では実現できなかったマルチモード光ファイバによる波長多重伝送を実現するための波長多重伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＩ（Graded Index）ファイバのようなマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ；Multimode Optical Fiber）は、大きなコア径、高ＮＡを持ち、光ＬＡＮの伝送路として広く使われている。ＬＡＮの高速化要求に従い、ＧＩファイバのプロファイル制御の精度が上がり、現在はほぼ性能限界に達している。マルチモード光ファイバの伝送帯域幅（以下、帯域と略記することがある。）をそれ以上に高めるためには、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）しなければならない。
【非特許文献１】規格ＩＥＣ６０７９３−１−４９
【非特許文献２】柴田、枝広，”光ファイバ用ガラスの屈折率分差特性”，信学技報，vol.OQE80-114, pp.85-90,1980
【非特許文献３】J.W.Fleming,”Material dispersion in lightguide glasses”, Electron Lett., vol.14,pp.326-328,1978
【非特許文献４】K. Okamoto, "Comparison of calculated and meassured impulse responses of optical fibers", Appl. Opt., vol. 18, pp. 2199-2206, 1979
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＧＩファイバは最適な形状が波長に大きく依存するため、ある特定の波長に対して最適化されたファイバは異なる波長では帯域が大きく落ちることになり、ＷＤＭには不向きである。図１は、それぞれ波長λ０＝８５０ｎｍ、１３００ｎｍで最適化された５０／１２５μｍファイバ（最大比屈折率差Δ＝０．０１、コア半径ａ＝２５μｍ）のＯＦＬ（Overfilled-Launch）帯域（非特許文献１参照）の波長特性を示す。図示したように、波長が最適化波長から離れると、帯域は急速に低下することがわかる。
なお、この図の計算及び以下の全ての計算において、純石英及びゲルマニウム添加石英の材料分散係数は、非特許文献２に記載された値を使用し、またフッ素添加石英の材料分散係数は、非特許文献３に記載された値を使用し、入射光のＲＭＳスペクトル幅は０．３５ｎｍとしている。帯域の計算はプロファイルから計算される各モードの群遅延に基づく（非特許文献４参照）。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、マルチモード光ファイバを用いて波長多重伝送を実現する波長多重伝送システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明は、ゲルマニウムとフッ素を共添加したマルチモード光ファイバを波長多重伝送路に用いたことを特徴とする波長多重伝送システムを提供する。
本発明の波長多重伝送システムにおいて、７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上であることが好ましい。
さらに、７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が２．５ＧＨｚ・ｋｍ以上であることが好ましい。
本発明の波長多重伝送システムは、合波器と分波器とを前記マルチモード光ファイバでつないだ構成とすることができる。
あるいは、一方の合分波器と他方の合分波器とを双方向波長多重伝送可能に前記マルチモード光ファイバでつないだ構成とすることもできる。
本発明の波長多重伝送システムにおいて、波長間隔が２０ｎｍ以上の低密度波長多重伝送を行うことが好ましい。
本発明の波長多重伝送システムにおいて、最大比屈折率Δ＝０．００７〜０．０１５、コア半径ａ＝２０〜３０μｍのマルチモード光ファイバを用いることができる。
本発明の波長多重伝送システムにおいて、最大比屈折率Δ＝０．０１５〜０．０２５、コア半径ａ＝３０〜３５μｍのマルチモード光ファイバを用いることもできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の波長多重伝送システムは、ゲルマニウムとフッ素を共添加したマルチモード光ファイバを波長多重伝送路に用いたことにより、これまで不可能であったマルチモード光ファイバによる波長多重伝送システムを構成することが可能になった。これにより、マルチモード光ファイバの伝送レートを飛躍的に増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図２は本発明の波長多重伝送システムの第１実施形態を示す図である。この波長多重伝送システム１は、マルチプレクサー（ＭＵＸ）としての合波器３と、デマルチプレクサー（ＤＥＭＵＸ）としての分波器４とをマルチモード光ファイバ２でつなぎ、多数の波長λ１,λ２,....，λｎの光信号が合波器３で合波され、マルチモード光ファイバ２を通じて伝送された後、分波器４によって分波される構成になっている。
【０００８】
本発明の波長多重伝送システム１において用いるマルチモード光ファイバ２は、ゲルマニウムとフッ素を共添加した石英系ガラスからなるコアと、その外周に設けられた石英ガラス又はフッ素添加石英ガラスからなるクラッドとを備え、波長多重伝送が可能なように広い波長領域で高いＯＦＬ帯域を有しており、好ましくは７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上、より好ましくは２．５ＧＨｚ・ｋｍ以上のＯＦＬ帯域を有している。
【０００９】
このマルチモード光ファイバ２としては、例えば、以下の式（１）を満足する屈折率プロファイルを有する光ファイバが挙げられる。この光ファイバのコアは使用波長領域において伝送帯域幅を最大とするためにＷＫＢ法（Ｗｅｎｔｚｅｌ−Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  ｍｅｔｈｏｄ、Ｒ．Ｏｌｓｈａｎｓｋｙ  ａｎｄ  Ｄ．Ｂ．Ｋｅｃｋ，“Ｐｕｌｓｅ  ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ  ｉｎ  ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ” ，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，ｖｏｌ．１５，ｐｐ．４８３−４９１，１９７６．参照。）を用いて最適化された以下の式（１）における屈折率分布次数αの最適値αｏｐｔが波長が長くなるに伴って概ね単調減少する物質（ドーパント、以下、「物質Ａ」と略す。）と、この最適値αｏｐｔが波長が長くなるに伴って概ね単調増加する少なくとも１種の物質（ドーパント、以下、「物質Ｂ」と略す。）とを含むものである。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
ただし、上記の式（１）において、ｎ（ｒ）は光ファイバのコア中心からの距離ｒにおける屈折率、ｎ１はコア中心における屈折率、Δはクラッドに対するコア中心の比屈折率差、ａはコア半径、αは屈折率分布次数を表している。また、屈折率分布次数αは、所望の波長における伝送帯域幅が最大になるように制御されるが、その最適値αｏｐｔは、石英ガラスに添加されるドーパントの種類によって異なる。
【００１２】
前記の式（１）で表されるマルチモード光ファイバの屈折率プロファイルは、コアの中心において最大屈折率を有し、半径が大きくなるに従って屈折率が徐々に低下するような形状である。そのため、このマルチモード光ファイバ内を低次モードで伝搬する信号光は、伝搬経路は短いが、低い速度で伝搬することになる。これに対して、高次モードで伝搬する信号光は、伝搬経路は長いが、コアとクラッドとの境界付近では屈折率が小さく、高い速度で伝搬することになる。
【００１３】
したがって、形状を決めるα値を適宜調節することによって、各伝搬モードでマルチモード光ファイバ内を伝搬した信号光の出力端における到達時間を揃えることができる。このとき、モード分散は理論上最小となり、信号光の波長における最大の伝送帯域幅を実現できる。一方、αの最適値αｏｐｔは使用する波長によって変化する。また、その変化はコアに添加するドーパントの種類や濃度によって異なる。ドーパントが１種類のみの場合、最適値αｏｐｔが概ね波長が長くなるに伴い小さくなる物質Ａと、逆に波長が長くなるに伴い大きくなる物質Ｂとに分けられる。この物質Ａとしてはゲルマニウムが用いられ、物質Ｂとしては、フッ素（Ｆ）が用いられる。
【００１４】
また、このマルチモード光ファイバでは、最適値αｏｐｔの変化の幅は、所望の波長領域内で、０．０２５以下であることが好ましく、０．０１以下であることがより好ましい。最適値αｏｐｔの変化の幅が０．０２５を超えると、所望の波長領域内で伝送帯域幅が波長の変化とともに大きく変化してしまう。
【００１５】
さらに、このマルチモード光ファイバでは、上記の式（１）におけるコア半径ａが、１０μｍ≦ａ≦３５μｍであることが好ましく、２０μｍ≦ａ≦３０μｍであることがより好ましい。コア半径ａが１０μｍ未満では、ファイバ同士や、ファイバと光源との接続が難しくなる。一方、ａが３５μｍを超えると、モードの数が増えすぎて、モード間分散が大きくなり、伝送帯域幅が小さくなる。
【００１６】
また、このマルチモード光ファイバでは、クラッドに対するコア中心の比屈折率差Δは、Δ＝Δ１＋Δ２で表される。ここで、Δ１は物質Ａ（ゲルマニウム）のクラッドに対する比屈折率差（Δ１＝ΔＧｅ）、Δ２は物質Ｂ（フッ素）のクラッドに対する比屈折率差（Δ２＝ΔＦ）を表している。
所望の屈折率分布および最適値αｏｐｔが上記の関係を満たすように、Δ１とΔ２とを最適化することにより比屈折率差Δが設定される。
Δ１とΔ２との関係は、Δ１／Δ２＝１／１〜０／１が望ましく、Δ１／Δ２＝１／４がより望ましい。Δ１／Δ２＝１／４未満では、最適値αｏｐｔは波長が長くなるに伴って単調増加する。一方、Δ１／Δ２＝１／４を超えると、最適値αｏｐｔは波長が長くなるに伴って単調減少する。
【００１７】
さらに、上記のΔ１とΔ２と関係を満たすように、コアには、物質Ａ（ゲルマニウム）と物質Ｂ（フッ素）とが添加される。具体的には、添加によって屈折率を上げるドーパントの濃度分布は、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調減少し、コアとクラッドとの境界において零となるようになっている。一方、添加によって屈折率を下げるドーパントは、コアの中心において零となり、コアとクラッドとの境界に向かってコアの中心からの距離の増加に従って単調増加するようになっている。
【００１８】
このマルチモード光ファイバは、その屈折率プロファイルを表す上記の式（１）における屈折率分布次数αが最適な値に制御されており、この最適値αｏｐｔは略平ら、すなわち、波長依存性がほとんどなく、全波長領域における変化の幅が非常に小さい。したがって、ある特定の波長におけるαを最適化し、伝送帯域幅が最大となるように作製されたマルチモード光ファイバであっても、ほぼ全波長領域において、伝送帯域幅が大きいものとなる。例えば、短波長側におけるαを最適化し、伝送帯域幅が最大となるように作製されたコアにフッ素を含むマルチモード光ファイバは、従来のゲルマニウム添加型のマルチモード光ファイバと比較すると、長波長側において格段に大きい伝送帯域幅を有するものとなる。
【００１９】
このマルチモード光ファイバは、ＰＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ：プラズマ化学気相溶着法）あるいはＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ：内付け化学気相溶着法）を用いて、２種類のドーパント（ゲルマニウムとフッ素）を同時に添加し、添加濃度を正確に制御し、所望の屈折率プロファイルを有する母材を作製する。その母材に高温を加え、細長く線引きすることにより製造される。
【００２０】
このマルチモード光ファイバ２を伝送路に用いた図２に示す波長多重伝送システム１は、広い波長領域で高いＯＦＬ帯域を有しており、使用波長領域を一定の波長間隔毎に区切って多数のチャンネルを形成することができ、これらのチャンネルを用いて波長多重伝送が可能となる。
【００２１】
図３は本発明の波長多重伝送システムの第２実施形態として、双方向波長多重伝送システム５を示す図である。この双方向波長多重伝送システム５は、一方の合分波器６（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）と他方の合分波器７（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）とを双方向波長多重伝送可能にマルチモード光ファイバ２でつないだ構成になっている。
【００２２】
このマルチモード光ファイバ２は、前記第１実施形態の波長多重システム１で用いたものと同じく、ゲルマニウムとフッ素を共添加した石英系ガラスからなるコアと、その外周に設けられた石英ガラス又はフッ素添加石英ガラスからなるクラッドとを備え、波長多重伝送が可能なように広い波長領域で高いＯＦＬ帯域を有し、好ましくは７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上、より好ましくは２．５ＧＨｚ・ｋｍ以上のＯＦＬ帯域を有しているものが使用される。
【００２３】
この双方向波長多重伝送システム５では、マルチモード光ファイバ２の使用波長領域を一定の波長間隔毎に区切って多数のチャンネルを形成し、それらのチャンネルを２つの群に分け、波長λ１,λ２,....，λｍを用いる一方のチャンネル群を送信用とし、これとは異なる波長λ'１,λ'２,....，λ'ｍを用いる他方のチャンネル群を反対側の送信用として用い、双方向波長多伝送を実現している。
【実施例】
【００２４】
［実施例１］
新型ＭＭＦとして、最大比屈折率Δ＝０．０１、コア半径ａ＝２５μｍ、ゲルマニウム（Ｇｅ）とフッ素（Ｆ）を共添加したファイバ（ΔＧｅ＝０．００２、ΔＦ＝０．００８）を使用した。比較のため、波長８５０ｎｍで最適化された旧型ＭＭＦを用いた。新型ＭＭＦと旧型ＭＭＦの帯域は図４に示す通りであった。
【００２５】
ＣＷＤＭ（Coarse WDM）を仮定し、波長間隔が２０ｎｍ、λ＝７２０〜１４００ｎｍの３５チャンネルとすると、各チャンネルにおける旧型ＭＭＦと新型ＭＭＦの帯域は表１に示す通りである。
【００２６】
【表１】
2005210283.tif 000004
【００２７】
本システムは、表１に示す全チャンネルを必ずしも前部使用する必要はなく、必要に応じてチャンネルを選択使用することができる。例えば、波長間隔を４０ｎｍとし、１６チャンネルのみを使用したり、特定の数チャンネルを選んで使用することも可能である。また、双方向伝送では、表１のチャンネルのうち、波長が７２０〜１０００ｎｍの短波長を片側の送信用、波長が１０２０〜１４００ｎｍの長波長チャンネルを反対側の送信用に用いることができる。
【００２８】
表２に示す結果から、最大比屈折率Δ＝０．０１である新型ＭＭＦを用いることにより、７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が２．５ＧＨｚ・ｋｍ以上であった。
【００２９】
［実施例２］
新型ＭＭＦとして、最大比屈折率Δ＝０．０２、コア半径ａ＝３２．５μｍ、ゲルマニウム（Ｇｅ）とフッ素（Ｆ）を共添加したファイバ（ΔＧｅ＝０．００４、ΔＦ＝０．０１６）を使用した。この新型ＭＭＦと、波長８５０ｎｍで最適化された実施例１で用いたものと同じ旧型ＭＭＦとの帯域は図５に示す通りであった。
【００３０】
ＣＷＤＭ（Coarse WDM）を仮定し、波長間隔が２０ｎｍ、λ＝７２０〜１４００ｎｍの３５チャンネルとすると、各チャンネルにおける旧型ＭＭＦと新型ＭＭＦの帯域は表１に示す通りである。
【００３１】
【表２】
2005210283.tif 000005
【００３２】
本システムは、表２に示す全チャンネルを必ずしも前部使用する必要はなく、必要に応じてチャンネルを選択使用することができる。例えば、波長間隔を４０ｎｍとし、１６チャンネルのみを使用したり、特定の数チャンネルを選んで使用することも可能である。また、双方向伝送では、表１のチャンネルのうち、波長が７２０〜１０００ｎｍの短波長を片側の送信用、波長が１０２０〜１４００ｎｍの長波長チャンネルを反対側の送信用に用いることができる。
【００３３】
表２に示す結果から、最大比屈折率Δ＝０．０２である新型ＭＭＦを用いることにより、７２０〜１４００ｎｍの波長領域の各チャンネルでＯＦＬ帯域が１．５ＧＨｚ・ｋｍ以上であった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のＧＩマルチモード光ファイバのＯＦＬ帯域の波長特性を示すグラフである。
【図２】本発明の波長多重伝送システムの一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の波長多重伝送システムの他の例として双方向波長多重伝送システムの概略構成図である。
【図４】実施例１で用いた新型ＭＭＦと旧型ＭＭＦの帯域の波長特性を示すグラフである。
【図５】実施例２で用いた新型ＭＭＦと旧型ＭＭＦの帯域の波長特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１…波長多重伝送システム、２…マルチモード光ファイバ、３…合波器、４…分波器、５…双方向波長多重伝送システム、６，７…合分波器。
【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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