(57)【要約】【課題】  広帯域で非線形性が高くＳＣ光を高効率に発生させることができる光ファイバを提供する【解決手段】  本発明の光ファイバは、中心コア領域と、該中心コア領域より低い屈折率を有し該中心コア領域の周囲にある外部クラッド領域と、を少なくとも有し、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる何れかの波長λ１において、波長分散が−２ps/nm/km〜＋２ps/nm/kmの範囲にあり、分散スロープが−０.００９ps/nm2/km〜＋０.００９ps/nm2/kmの範囲にあり、四次分散が−１.８×１０−４ps/nm3/km〜＋１.８×１０−４ps/nm3/kmの範囲にある。【選択図】  図４
2007017907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心コア領域と、該中心コア領域より低い屈折率を有し該中心コア領域の周囲にある外部クラッド領域と、を少なくとも有し、
波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる何れかの波長λ１において、波長分散が−２ps/nm/km〜＋２ps/nm/kmの範囲にあり、分散スロープが−０.００９ps/nm2/km〜＋０.００９ps/nm2/kmの範囲にあり、四次分散が−１.８×１０−４ps/nm3/km〜＋１.８×１０−４ps/nm3/kmの範囲にある、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
波長１５５０ｎｍにおいて、実効断面積が３０μｍ２以下であり、モードフィールド径が６.５μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
波長１４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲に含まれ差が１５０ｎｍ以上である何れか２つの波長をλ２，λ３（λ２＜λ３）としたとき、波長λ２〜λ３の全範囲において波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下である、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記波長λ２が１６００ｎｍ以下であり、前記波長λ３が１８００ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
【請求項５】
波長λ２〜λ３の全範囲において波長分散が−２ps/nm/km〜０ps/nm/kmの範囲にあることを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
【請求項６】
波長１４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲において少なくとも２つの零分散波長を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
波長１５５０ｎｍにおける偏波モード分散が０.２ps/km1/2以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項８】
長さ１００ｍ以上で波長１５５０ｎｍにおける直交偏波モード間のクロストークが−１５ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記中心コア領域と前記外部クラッド領域との間にディプレスト領域を更に有し、
前記外部クラッド領域の屈折率を基準として、前記中心コア領域の比屈折率差が１％以上であり、前記ディプレスト領域の比屈折率差が−０.５％以下である、
ことを特徴とする請求項２記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記ディプレスト領域と前記外部クラッド領域との間に、前記ディプレスト領域および前記外部クラッド領域の何れよりも高い屈折率を有するリング領域を更に有する、ことを特徴とする請求項９記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記リング領域と前記外部クラッド領域との間に、前記リング領域および前記外部クラッド領域の何れよりも低い屈折率を有する第２ディプレスト領域を更に有し、
ファイバカットオフ波長が１６２０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１０記載の光ファイバ。
【請求項１２】
中心コア領域の外径２ａとディプレスト領域の外径２ｂとの比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）が０.６〜０.７５の範囲にあることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の光ファイバ。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか１項に記載の光ファイバと、光を出力して前記光ファイバに入射させる光源部と、を備え、
前記光ファイバが、前記光源部から出力されて入射した光が導波する間に発現する非線形光学現象により生じる光を出力する、
ことを特徴とする光デバイス。
【請求項１４】
前記光源部が、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる中心波長λ４の光を出力し、
前記光ファイバが、帯域幅２００ｎｍ以上の光を出力する、
ことを特徴とする請求項１３記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記光ファイバが、帯域幅２００ｎｍ以上で強度変動が３ｄＢ以下である連続光を出力する、ことを特徴とする請求項１４記載の光デバイス。
【請求項１６】
前記光ファイバが、１オクターブ以上の帯域幅で強度変動が２０ｄＢ以下である連続光を出力する、ことを特徴とする請求項１４記載の光デバイス。
【請求項１７】
前記光源部が、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる中心波長λ５の光および中心波長λ６の光（λ５≠λ６）の光を出力し、
前記光ファイバが、波長λ５，λ６の何れとも異なる波長の光を出力する、
ことを特徴とする請求項１３記載の光デバイス。
【請求項１８】
何れかの波長λ１において、波長分散が−２ps/nm/km〜＋２ps/nm/kmの範囲にあり、分散スロープが−０.００９ps/nm2/km〜＋０.００９ps/nm2/kmの範囲にあり、四次分散が−１.８×１０−４ps/nm3/km〜＋１.８×１０−４ps/nm3/kmの範囲にある、ことを特徴とする光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバおよびそれを用いた光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高非線形性の光ファイバに光を入射させると、その光ファイバにおいて非線形光学現象が発現し、その光ファイバにおいて新たな波長の光が発生する。このような光ファイバにおける非線形光学現象を利用した光デバイスとして、超広帯域（Supercontinuum）光を発生させるもの、四光波混合による波長変換、パラメトリック増幅などが知られている。
【０００３】
ＳＣ光の発生、パルス圧縮、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）構成のスイッチ、波長変換などの媒体として、波長分散の絶対値が小さく広い波長範囲でほぼ一定値である分散フラット光ファイバが用いられる場合も多い。このような場合、光ファイバの非線形性が大きいほど、また、波長分散が一定である波長範囲が広いほど、良好な特性が得られる場合が多い。しかし、従来は、そのような検討があまりなされていなかった。
【０００４】
例えば、非特許文献１および非特許文献２それぞれには、分散スロープが小さい非零分散シフト光ファイバの例が示されているが、実効断面積（またはモードフィールド径）が大きく、非線形性が低い。非特許文献３には、非線形性が高い分散フラット光ファイバが示されているが、同文献のFig２のように分散スロープが０とはならないために、同文献のFig１のように分散スペクトルに多少の傾きが存在する。
【０００５】
非特許文献４にも、非線形性が高い分散フラット光ファイバが示されているが、同文献のFig１のように分散スロープが完全に０となる点が存在するが、分散スロープの波長依存性が大きいために、分散がフラットとなる帯域があまり広くはない。非特許文献５には、非特許文献３の光ファイバに対して紫外光を照射して分散カーブを変更しているが、同文献のFig.５(a)の○の通りに分散の絶対値が大きい。
【０００６】
非特許文献６では、ホーリーファイバでの分散フラット光ファイバを検討しており、確かに計算結果としては良好な特性を有する光ファイバが得られてはいるが、実際の製造において、ホーリーファイバは孔の配置や大きさを全て揃えるのが極めて困難であるために製造自体が難しく、また偏波モード分散が大きかったり、通常の光ファイバとの接続が困難であったり、といった問題がある。
【非特許文献１】J. Lee, et al., "Design and Fabrication of a Nonzero-DispersionFiber with a Maximally Flat Dispersion Spectrum", IEEE PhotonicsTechnology Letters, Vol.13, No.4, pp.317-319 (2001)
【非特許文献２】N. Kumano, et al., "Zero Dispersion-Slope NZ-FSF with UltraWide bandwidth over 300 nm", ECOC 2002,PD1.4
【非特許文献３】C. G. Joergensen, et al., "Dispersion Flattened HighlyNon-Linear Fiber", ECOC-IOOC 2003, We3.7.6
【非特許文献４】T. Okuno, et al., "Highly nonlinear and perfectlydispersion-flattened fibres for efficient optical signal processingapplications", Electronics Letters, Vo.39. No.13, pp.972-974 (2003)
【非特許文献５】P. S. Westbrook, et al., "Improves Supercontinuum Generation Through UV Processingof Highly Nonlinear Fibers", Journal of Lightwave Technology, Vol.23,No.1, pp.13-18 (2005)
【非特許文献６】F. Poletti, et al., "Ultra-flattened dispersion holey fibers:genetic algorithm design and fabrication tolerances", CLEO/QELS 2005, CMV7
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、非特許文献１〜５それぞれに記載された光ファイバは、非線形性が低く、或いは、非線形性が高い帯域の幅が狭い。また、非特許文献６に記載された光ファイバは、実用化が困難である。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、広帯域で非線形性が高くＳＣ光を高効率に発生させることができる光ファイバおよび光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係り光ファイバは、中心コア領域と、該中心コア領域より低い屈折率を有し該中心コア領域の周囲にある外部クラッド領域と、を少なくとも有し、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる何れかの波長λ１において、波長分散が−２ps/nm/km〜＋２ps/nm/kmの範囲にあり、分散スロープが−０.００９ps/nm2/km〜＋０.００９ps/nm2/kmの範囲にあり、四次分散が−１.８×１０−４ps/nm3/km〜＋１.８×１０−４ps/nm3/kmの範囲にあることを特徴とする。また、より好適には、分散スロープが−０.００７ps/nm2/km〜＋０.００７ps/nm2/kmの範囲にあり、或いは、四次分散が−１.１×１０−４ps/nm3/km〜＋１.１×１０−４ps/nm3/kmの範囲にある。
【０００９】
本発明に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、実効断面積が３０μｍ２以下であり、モードフィールド径が６.５μｍ以下であるのが好適である。波長１４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲に含まれ差が１５０ｎｍ以上である何れか２つの波長をλ２，λ３（λ２＜λ３）としたとき、波長λ２〜λ３の全範囲において波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下であるのが好適である。波長λ２が１６００ｎｍ以下であり、波長λ３が１８００ｎｍ以上であるのが好適である。波長λ２〜λ３の全範囲において波長分散が−２ps/nm/km〜０ps/nm/kmの範囲にあるのが好適である。波長１４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲において少なくとも２つの零分散波長を有するのが好適である。波長１５５０ｎｍにおける偏波モード分散が０.２ps/km1/2以下であるのが好適である。また、長さ１００ｍ以上で波長１５５０ｎｍにおける直交偏波モード間のクロストークが−１５ｄＢ以下であるのが好適である。
【００１０】
本発明に係る光ファイバは、中心コア領域と外部クラッド領域との間にディプレスト領域を更に有し、外部クラッド領域の屈折率を基準として、中心コア領域の比屈折率差が１％以上であり、ディプレスト領域の比屈折率差が−０.５％以下であるのが好適である。ディプレスト領域と外部クラッド領域との間に、ディプレスト領域および外部クラッド領域の何れよりも高い屈折率を有するリング領域を更に有するのが好適である。リング領域と外部クラッド領域との間に、リング領域および外部クラッド領域の何れよりも低い屈折率を有する第２ディプレスト領域を更に有し、ファイバカットオフ波長が１６２０ｎｍであるのが好適である。また、中心コア領域の外径２ａとディプレスト領域の外径２ｂとの比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）が０.６〜０.７５の範囲にあるのが好適である。
【００１１】
本発明に係る光デバイスは、上記の本発明に係る光ファイバと、光を出力して光ファイバに入射させる光源部とを備え、光ファイバが、光源部から出力されて入射した光が導波する間に発現する非線形光学現象により生じる光を出力することを特徴とする。本発明に係る光デバイスは、光源部が、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる中心波長λ４の光を出力し、光ファイバが、帯域幅２００ｎｍ以上の光を出力するのが好適である。光ファイバが、帯域幅２００ｎｍ以上で強度変動が３ｄＢ以下である連続光を出力するのが好適である。光ファイバが、１オクターブ以上の帯域幅で強度変動が２０ｄＢ以下である連続光を出力するのが好適である。また、光源部が、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる中心波長λ５の光および中心波長λ６の光（λ５≠λ６）の光を出力し、光ファイバが、波長λ５，λ６の何れとも異なる波長の光を出力するのが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る光ファイバは、広帯域で非線形性が高くＳＣ光を高効率に発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
先ず、本発明に係る光ファイバの実施形態について説明する。図１〜図３それぞれは、本実施形態に係る光ファイバの構造および屈折率プロファイルの例を示しており、各図（ａ）は光ファイバの断面構造を示し、各図（ｂ）は光ファイバの屈折率プロファイルを示す。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る光ファイバの構造および屈折率プロファイルの第１の例を示す図である。この図に示される光ファイバ１０は、中心コア領域１１と、該中心コア領域１１より低い屈折率を有し該中心コア領域１１の周囲にある外部クラッド領域１５と、を少なくとも有している。さらに、光ファイバ１０は、中心コア領域１１と外部クラッド領域１５との間にディプレスト領域１２を有している。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る光ファイバの構造および屈折率プロファイルの第２の例を示す図である。この図に示される光ファイバ２０は、中心から順に、中心コア領域２１、ディプレスト領域２２、リング領域２３および外部クラッド領域２５を有する。前に図１に示された光ファイバ１０と比較すると、この図２に示される光ファイバ２０は、ディプレスト領域２１と外部クラッド領域２５との間に、ディプレスト領域２１および外部クラッド領域２５の何れよりも高い屈折率を有するリング領域２３を更に有する点で相違する。
【００１７】
図３は、本実施形態に係る光ファイバの構造および屈折率プロファイルの第３の例を示す図である。この図に示される光ファイバ３０は、中心から順に、中心コア領域３１、ディプレスト領域３２、リング領域３３、第２ディプレスト領域３４および外部クラッド領域３５を有する。前に図２に示された光ファイバ２０と比較すると、この図３に示される光ファイバ３０は、リング領域３３と外部クラッド領域３５との間に、リング領域３３および外部クラッド領域３５の何れよりも低い屈折率を有する第２ディプレスト領域３４を更に有する点で相違する。この光ファイバ３０のファイバカットオフ波長は１６２０ｎｍであるのが好適である。
【００１８】
図１〜図３に示されるような構造の光ファイバは、石英ガラスを主成分として、例えば、中心コア領域およびリング領域それぞれに適量のＧｅＯ２を添加し、ディプレスト領域に適量のＦ元素を添加することで、実現することができる。
【００１９】
図１〜図３の各図（ｂ）に示されるように、中心コア領域の外径を２ａとし、ディプレスト領域の外径を２ｂとし、リング領域の外径を２ｃとし、第２ディプレスト領域の外径を２ｄとする。また、外部クラッド領域の屈折率を基準として、中心コア領域の比屈折率差をΔ１とし、ディプレスト領域の比屈折率差をΔ２とし、リング領域の比屈折率差をΔ３とし、第２ディプレスト領域の比屈折率差をΔ４とする。好適には、中心コア領域の比屈折率差は１％以上であり、ディプレスト領域の比屈折率差は−０.５％以下である。このような光ファイバは、波長分散がフラットである波長帯域を広くすることができる。
【００２０】
図４は、本実施形態に係る光ファイバの波長分散特性等を示す図である。同図（ａ）は波長分散の波長依存性を示し、同図（ｂ）は分散スロープの波長依存性を示し、同図（ｃ）は四次分散の波長依存性を示す。分散スロープは波長分散を波長で微分したものであり、四次分散は分散スロープを波長で微分したものである。
【００２１】
本実施形態に係る光ファイバは、好適には図１〜図３に示されたような構造を有するものであって、更に、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる何れかの波長λ１において、波長分散が−２ps/nm/km〜＋２ps/nm/kmの範囲にあり、分散スロープが−０.００９ps/nm2/km〜＋０.００９ps/nm2/kmの範囲にあり、四次分散が−１.８×１０−４ps/nm3/km〜＋１.８×１０−４ps/nm3/kmの範囲にある、また、好適には、本実施形態に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、実効断面積が３０μｍ２以下であり、モードフィールド径が６.５μｍ以下である。
【００２２】
この光ファイバは、広帯域で分散フラットとすることが可能である。特に、この光ファイバは、Ｅｒ元素添加光ファイバを光増幅媒体として用いた光増幅器（ＥＤＦＡ）の利得帯域において、分散が小さな波長域を有するので、高パワーのレーザを入射させやすい。好ましくは、光ファイバは、波長λ１において、波長分散が−１ps/nm/km〜＋１ps/nm/kmの範囲にあり、分散スロープが−０.００７ps/nm2/km〜＋０.００７ps/nm2/kmの範囲にあり、四次分散が−１.１×１０−４ps/nm３/km〜＋１.１×１０−４ps/nm３/kmの範囲にあると、更に分散フラットの帯域が広くなる。さらに好ましくは、光ファイバは、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの全範囲において、四次分散が−１.１×１０−４ps/nm３/km〜＋１.１×１０−４ps/nm３/kmの範囲にあると、より分散フラットの帯域が広くなる。
【００２３】
また、好適には、本実施形態に係る光ファイバは、波長１４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲に含まれ差が１５０ｎｍ以上である何れか２つの波長をλ２，λ３（λ２＜λ３）としたとき、波長λ２〜λ３の全範囲において波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下である。この場合には、広い波長範囲で波長分散がフラットであるので、帯域の広い非線形効果が期待できる。例えば、広帯域な波長変換を実施することが可能である。なお、「λ３−λ２」は、好ましくは２００ｎｍ以上であり、更に好ましくは３００ｎｍ以上である。
【００２４】
また、好適には、本実施形態に係る光ファイバは、波長λ２が１６００ｎｍ以下であり、波長λ３が１８００ｎｍ以上である。この場合には、波長１６００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲においては、ＯＨ基による吸収が小さいため、水分を多く含む物質（生体や植物など）のセンサーに使える。
【００２５】
また、好適には、本実施形態に係る光ファイバは、波長λ２〜λ３の全範囲において波長分散が−２ps/nm/km〜０ps/nm/kmの範囲にある。この場合には、この光ファイバは、波長分散が負（正常分散）であることにより、高品質なＳＣ光を発生することが期待できる。
【００２６】
また、好適には、本実施形態に係る光ファイバは、波長１４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲において少なくとも２つの零分散波長を有する。このように設定することで、より広い範囲で波長分散を小さくすることができ、零分散波長近傍の非常に広い範囲で波長変換を実施することができる。
【００２７】
また、好適には、本実施形態に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける偏波モード分散が０.２ps/km1/2以下である。この光ファイバは、偏波モード分散が低いため、ＳＣ光発生や波長変換などの非線形現象が安定して発生することができ、また、長時間にわたって品質が安定する。
【００２８】
また、好適には、本実施形態に係る光ファイバは、長さ１００ｍ以上で波長１５５０ｎｍにおける直交偏波モード間のクロストークが−１５ｄＢ以下である。この場合には、特に直交偏波モード間のカップリングをなくすことで、極めて安定に非線形現象を発現させることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る光デバイスの実施形態について説明する。図５および図６それぞれは、本実施形態に係る光デバイスの構成例を示している。各図中の光ファイバ９０は。上述した本実施形態に係る光ファイバである。
【００３０】
図５は、本実施形態に係る光デバイスの第１の構成例を示す図である。この図に示される光デバイス１は、光ファイバ９０および光源部１００を備える。光源部１００は、光源１０１、光増幅器１０２および光カプラ１０３を含む。光源１０１から出力された光は、光増幅器１０２により光増幅された後、光カプラ１０３を経て光ファイバ９０に入射される。入射した光が光ファイバ９０を導波する間に、この光ファイバ９０において非線形光学現象が発現し、この非線形光学現象により新たな波長の光が発生して、その発生した光が光ファイバ９０の端面から出射される。
【００３１】
光源部１００は波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる中心波長λ４の光を出力し、光ファイバ９０は帯域幅２００ｎｍ以上の光を出力するのが好ましい。この場合には、高品質な広帯域光源を得ることができる。
【００３２】
光ファイバ９０は、帯域幅２００ｎｍ以上で強度変動が３ｄＢ以下である連続光を出力するのが好ましい。この場合には、高品質な広帯域光源を得ることができ、また、任意の波長を切出すことにより、光通信用の多波長光源などに応用が可能である。
【００３３】
光ファイバ９０は、１オクターブ以上の帯域幅で強度変動が２０ｄＢ以下である連続光を出力するのが好ましい。この場合には、帯域が極めて広い連続光光源を得ることができ、また、絶対周波数測定や周波数安定化光源を作成することが可能となる。
【００３４】
図６は、本実施形態に係る光デバイスの第２の構成例を示す図である。この図に示される光デバイス２は、光ファイバ９０および光源部２００を備える。光源部２００は、光源２０１Ａ，２０１Ｂ、光増幅器２０２Ａ，２０２Ｂ、および、光カプラ２０３を含む。光源２０１Ａから出力された中心波長λ５の光は光増幅器２０２Ａにより光増幅され、光源２０１Ｂから出力された中心波長λ６の光は光増幅器２０２Ｂにより光増幅されて、これらの２波長の光は光カプラ２０３により合波されて光ファイバ９０に入射される。入射した２波長の光が光ファイバ９０を導波する間に、この光ファイバ９０において非線形光学現象（例えば四光波混合）が発現し、この非線形光学現象により新たな波長の光が発生して、その発生した光が光ファイバ９０の端面から出射される。
【００３５】
次に、本発明に係る光ファイバの実施例について比較例とともに説明する。以下では、中心コア領域の外径２ａとディプレスト領域の外径２ｂとの比（２ａ／２ｂ）をＲａと表し、ディプレスト領域の外径２ｂとリング領域の外径２ｃとの比（２ｂ／２ｃ）をＲｂと表し、また、リング領域の外径２ｃと第２ディプレスト領域の外径２ｄとの比（２ｃ／２ｄ）をＲｃと表す。
【００３６】
（比較例）
比較例の光ファイバは、図１に示される構造を有する。図７は、比較例の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図８は、比較例の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。図９は、比較例の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。図１０は、比較例の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。この比較例の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が１.４２％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.８３％である。比Ｒａが０.５５であり、中心コア領域の外径２ａが４.８８μｍである。
【００３７】
この比較例の光ファイバは、四次分散についてまでは考慮されておらず、したがって、波長分散がフラットとなる帯域が狭い。波長分散がフラットである帯域（±０.２５ps/nm/km程度の範囲にある波長帯域）が１４９０ｎｍ〜１６２０ｎｍ程度と狭い。これは、四次分散が−２×１０−４ps/nm3/kmと絶対値が大きく、分散スロープの波長依存性が大きいからである。
【００３８】
この比較例の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は以下のとおりである。実効断面積Ａeffは１５.８μｍ２である。モードフィールド径は４.５μｍである。非線形係数は１１／Ｗ-ｋｍである。ファイバカットオフ波長は９８０ｎｍである。伝送損失は０.３７ｄＢ／ｋｍである。また、偏波モード分散は０.０２ps/km1/2である。なお、非線形係数は、「Ｎ２／Ａeff×２π／λ」で定義され、ＸＰＭ法に拠る値であり、ＣＷ-ＳＰＭ法では７割程度に小さくなる。Ｎ２は非線形屈折率である。
【００３９】
（実施例１）
実施例１の光ファイバは、図１に示される構造を有する。図１１は、実施例１の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図１２は、実施例１の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。図１３は、実施例１の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。図１４は、実施例１の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。この実施例１の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が１.４２％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.８３％である。比Ｒａが０.７１であり、中心コア領域の外径２ａが４.８８μｍである。このように、ディプレスト領域の径方向の幅を狭く（比Ｒａを０.７１と大きくする）ことで、四次分散の絶対値が小さくなり、波長分散は、偏差が±０.２５ps/nm/kmとなる波長帯域が１５５０ｎｍ〜１６６０ｎｍという幅２１０ｎｍとなり、フラットである帯域が広くなる。
【００４０】
この実施例１の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は以下のとおりである。実効断面積Ａeffは１７.５μｍ２である。モードフィールド径は４.８μｍである。非線形係数は９.８／Ｗ-ｋｍである。ファイバカットオフ波長は１０７０ｎｍである。伝送損失は０.３８ｄＢ／ｋｍである。また、偏波モード分散は０.０２ps/km1/2である。
【００４１】
（実施例２）
実施例２の光ファイバは、図３に示される構造を有する。図１５は、実施例２の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図１６は、実施例２の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。図１７は、実施例２の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。図１８は、実施例２の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。この実施例２の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が１.４２％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.８３％であり、リング領域の比屈折率差Δ３が０.３７％であり、第２ディプレスト領域の比屈折率差Δ４が−０.０６％である。比Ｒａが０.７１であり、比Ｒｂが０.６０であり、比Ｒｃが０.７５であり、中心コア領域の外径２ａが５.７４μｍである。このように３重，４重構造とすることで、波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/kmとなる波長帯域幅が３３０ｎｍとなり、さらに分散フラットの帯域幅を拡大することができる。
【００４２】
この実施例２の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は以下のとおりである。実効断面積Ａeffは１９.３μｍ２である。モードフィールド径は５.０μｍである。非線形係数は９.０／Ｗ-ｋｍである。ファイバカットオフ波長は１４００ｎｍである。伝送損失は０.４１ｄＢ／ｋｍである。また、偏波モード分散は０.０２ps/km1/2である。通常のシングルモードファイバとの接続損失は０.２dB／Splice以下である。
【００４３】
（実施例３）
実施例３の光ファイバは、図３に示される構造を有する。図１９は、実施例３の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図２０は、実施例３の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。図２１は、実施例３の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。図２２は、実施例３の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。この実施例３の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が１.７２％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.８３％であり、リング領域の比屈折率差Δ３が０.３７％であり、第２ディプレスト領域の比屈折率差Δ４が−０.０６％である。比Ｒａが０.６７であり、比Ｒｂが０.６０であり、比Ｒｃが０.７５であり、中心コア領域の外径２ａが５.２７μｍである。このとき、波長１５３１ｎｍおよび波長１６４５ｎｍの２波長に零分散波長を有し、波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/kmとなる波長帯域幅が１８０ｎｍとなる。
【００４４】
この実施例３の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は以下のとおりである。実効断面積Ａeffは１５.９μｍ２である。モードフィールド径は４.５μｍである。非線形係数は１２／Ｗ-ｋｍである。ファイバカットオフ波長は１３７０ｎｍである。伝送損失は０.４５ｄＢ／ｋｍである。また、偏波モード分散は０.０２ps/km1/2である。通常のシングルモードファイバとの接続損失は０.２dB／Splice以下である。
【００４５】
（実施例４）
実施例４の光ファイバは、図３に示される構造を有する。図２３は、実施例４の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図２４は、実施例４の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。図２５は、実施例４の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。図２６は、実施例４の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。この実施例４の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が１.００％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.５０％であり、リング領域の比屈折率差Δ３が０.４０％であり、第２ディプレスト領域の比屈折率差Δ４が−０.１２％である。比Ｒａが０.６１であり、比Ｒｂが０.６５であり、比Ｒｃが０.７８であり、中心コア領域の外径２ａが６.３２μｍである。このとき、波長分散がフラットである帯域が１４９０ｎｍ〜１７８０ｎｍの幅２９０ｎｍと広い光ファイバが実現される。
【００４６】
この実施例４の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は以下のとおりである。実効断面積Ａeffは１５.９μｍ２である。モードフィールド径は４.５μｍである。非線形係数は１２／Ｗ-ｋｍである。ファイバカットオフ波長は１３７０ｎｍである。伝送損失は０.４５ｄＢ／ｋｍである。また、偏波モード分散は０.０２ps/km1/2である。通常のシングルモードファイバとの接続損失は０.２dB／Splice以下である。
【００４７】
（実施例５）
実施例５の光ファイバは、図３に示される構造を有する。図２７は、実施例５の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図２８は、実施例５の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。図２９は、実施例５の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。図３０は、実施例５の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。この実施例５の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が２.４％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.８３％であり、リング領域の比屈折率差Δ３が０.４２％であり、第２ディプレスト領域の比屈折率差Δ４が−０.２８％である。比Ｒａが０.７１であり、比Ｒｂが０.５６であり、比Ｒｃが０.６５であり、中心コア領域の外径２ａが４.８３μｍである。このとき、波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/kmとなる波長帯域が１５７０ｎｍ〜１９６０ｎｍの幅３９０ｎｍとなり、フラットである帯域の広い光ファイバが実現する。特に非線形係数も高く、良好なファイバである。
【００４８】
この実施例５の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は以下のとおりである。実効断面積Ａeffは１２.４μｍ２である。モードフィールド径は４.０μｍである。非線形係数は１７／Ｗ-ｋｍである。ファイバカットオフ波長は１４６０ｎｍである。伝送損失は０.６０ｄＢ／ｋｍである。また、偏波モード分散は０.０３ps/km1/2である。特に非線形係数は１７／Ｗ-ｋｍと大きく好適である。通常のシングルモード光ファイバとの接続損失は、一般的な融着器を用いた場合には０.５dB/Splice以下程度であり、ドーパントの熱拡散によって高非線形性ファイバのモードフィールド径を拡大する方法を用いれば０.２dB/splice以下になる。
【００４９】
（実施例６）
実施例６の光ファイバは、図３に示される構造を有する。図３１は、実施例６の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図３２は、実施例６の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。図３３は、実施例６の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。図３４は、実施例６の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。この実施例６の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が３.０％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.８３％であり、リング領域の比屈折率差Δ３が０.５８％であり、第２ディプレスト領域の比屈折率差Δ４が−０.３３％である。比Ｒａが０.６７であり、比Ｒｂが０.６２であり、比Ｒｃが０.６２であり、中心コア領域の外径２ａが４.４８μｍである。このとき、波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/kmとなる波長帯域幅が２２０ｎｍとなり、フラットである帯域の広い光ファイバが実現する。特に非線形係数も高く、良好なファイバである。
【００５０】
この実施例６の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は以下のとおりである。実効断面積Ａeffは１０.２μｍ２である。モードフィールド径は３.６μｍである。非線形係数は２１／Ｗ-ｋｍである。ファイバカットオフ波長は１５００ｎｍである。伝送損失は０.６３ｄＢ／ｋｍである。また、偏波モード分散は０.０３ps/km1/2である。特に非線形係数は２１／Ｗ-ｋｍと大きく好適である。通常のシングルモード光ファイバとの接続損失は、一般的な融着器を用いた場合には０.５dB/Splice以下程度であり、ドーパントの熱拡散によって高非線形性ファイバのモードフィールド径を拡大する方法を用いれば０.２dB/splice以下になる。
【００５１】
（実施例７）
実施例７の光ファイバは、図２に示される構造を有する。図３５は、実施例７の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。図３６は、実施例７の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。図３７は、実施例７の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。図３８は、実施例７の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。この実施例７の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が１.２０％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.９０％であり、リング領域の比屈折率差Δ３が０.３０％である。比Ｒａが０.７４であり、比Ｒｂが０.６２であり、中心コア領域の外径２ａが６.０２μｍである。このとき、波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/kmとなる波長帯域幅が１７０ｎｍとなり、フラットである帯域の広い光ファイバが実現する。
【００５２】
この実施例７の光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性は以下のとおりである。実効断面積Ａeffは２２.１μｍ２である。モードフィールド径は５.４μｍである。非線形係数は７.４／Ｗ-ｋｍである。ファイバカットオフ波長は１４６０ｎｍである。伝送損失は０.３０ｄＢ／ｋｍである。また、偏波モード分散は０.０１ps/km1/2である。特に非線形係数は２１／Ｗ-ｋｍと大きく好適である。通常のシングルモード光ファイバとの接続損失は、０.２dB/splice以下程度になる。
【００５３】
（実施例８，９）
実施例８の光ファイバは、図３に示される構造を有する。図３９は、実施例８の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。この実施例８の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が１.５０％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.８３％であり、リング領域の比屈折率差Δ３が０.３０％であり、第２ディプレスト領域の比屈折率差Δ４が−０.０６％であり、比Ｒｂが０.６２であり、比Ｒｃが０.６２である。そして、比Ｒａの種々の値に対して、波長１.５８μｍでの波長分散が−０.５〜０ps/nm/kmの範囲になる際の諸特性を調べた。図４０は、実施例８の光ファイバの諸特性を纏めた図表である。
【００５４】
実施例９の光ファイバは、図１に示される構造を有する。図４１は、実施例９の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。この実施例９の光ファイバは、中心コア領域の比屈折率差Δ１が１.５０％であり、ディプレスト領域の比屈折率差Δ２が−０.８３％である。そして、比Ｒａの種々の値に対して、波長１.５８μｍでの波長分散が−０.５〜０ps/nm/kmの範囲になる際の諸特性を調べた。図４２は、実施例９の光ファイバの諸特性を纏めた図表である。
【００５５】
図４０および図４２それぞれには、左から順に、比Ｒａ、波長１.５８μｍにおける波長分散、波長範囲１.５２〜１.６２μｍにおける分散スロープの絶対値の最小値、波長範囲１.５２〜１.６２μｍにおける四次分散の絶対値の最小値、波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km（すなわち、波長分散の変動幅が０.５ps/nm/km）になる波長帯域の幅、零分散波長、実効断面積、モードフィールド径、非線形係数、カットオフ波長、が示されている。なお、これらの図には、好ましく無い例も示されている。
【００５６】
図４３は、実施例８，９の光ファイバの波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と四次分散の絶対値の最小値との関係を示すグラフである。図４４は、実施例８，９の光ファイバの波長分散の偏差が±が０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と分散スロープの絶対値の最小値との関係を示すグラフである。また、図４５は、実施例８，９の光ファイバの波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と比Ｒａとの関係を示すグラフである。これらの図には、実施例８の光ファイバのデータ（各図中の中実のプロット点）および実施例９の光ファイバのデータ（各図中の中空のプロット点）だけでなく、前述した比較例１および実施例１〜７の各光ファイバのデータ（各図中の×点）についても示されている。
【００５７】
波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と四次分散の絶対値の最小値との関係は、図４３に示されるようになり、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲における四次分散が−１.８×１０−４〜＋１.８×１０−４ps/nm3/kmであると、波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅が１５０ｎｍ以上と非常に広くなり、分散フラット光ファイバとして望ましい。また、図１〜図３に示された何れの屈折率プロファイルを有する場合にも、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲における四次分散が−１.１×１０−４〜＋１.１×１０−４ps/nm3/kmであると、波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅が更に広くなり好ましい。
【００５８】
波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と分散スロープの絶対値の最小値との関係は、図４４に示されるようになり、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲における分散スロープは−０.００９〜＋０.００９ps/nm2/kmであることが望ましい。また、図２，図３に示された何れの屈折率プロファイルを有する場合にも、波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲における分散スロープは−０.００７〜＋０.００７ps/nm2/kmであれば更に好ましい。
【００５９】
波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と比Ｒａとの関係は、図４５に示されるようになり、比Ｒａが０.６付近から０.７５付近までは波長帯域が広くなることがわかり、好適である。
【００６０】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、PANDA構造、BowTie構造およびSide Tunnel構造などの構造で偏波保持光ファイバとすることも可能である。このとき、偏波間のクロストークが光ファイバ１００ｍ当たり−１５ｄＢ以下であると、直交偏波間のカップリングが発生せずに、長時間安定した非線形性を発現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態に係る光ファイバの構造および屈折率プロファイルの第１の例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る光ファイバの構造および屈折率プロファイルの第２の例を示す図である。
【図３】本実施形態に係る光ファイバの構造および屈折率プロファイルの第３の例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る光ファイバの波長分散特性等を示す図である。
【図５】本実施形態に係る光デバイスの第１の構成例を示す図である。
【図６】本実施形態に係る光デバイスの第２の構成例を示す図である。
【図７】比較例の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図８】比較例の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。
【図９】比較例の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。
【図１０】比較例の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。
【図１１】実施例１の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図１２】実施例１の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。
【図１３】実施例１の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。
【図１４】実施例１の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。
【図１５】実施例２の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図１６】実施例２の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。
【図１７】実施例２の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。
【図１８】実施例２の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。
【図１９】実施例３の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図２０】実施例３の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。
【図２１】実施例３の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。
【図２２】実施例３の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。
【図２３】実施例４の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図２４】実施例４の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。
【図２５】実施例４の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。
【図２６】実施例４の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。
【図２７】実施例５の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図２８】実施例５の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。
【図２９】実施例５の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。
【図３０】実施例５の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。
【図３１】実施例６の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図３２】実施例６の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。
【図３３】実施例６の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。
【図３４】実施例６の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。
【図３５】実施例７の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図３６】実施例７の光ファイバの波長分散の波長依存性を示す図である。
【図３７】実施例７の光ファイバの分散スロープの波長依存性を示す図である。
【図３８】実施例７の光ファイバの四次分散の波長依存性を示す図である。
【図３９】実施例８の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図４０】実施例８の光ファイバの諸特性を纏めた図表である。
【図４１】実施例９の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図４２】実施例９の光ファイバの諸特性を纏めた図表である。
【図４３】実施例８，９の光ファイバの波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と四次分散の絶対値の最小値との関係を示すグラフである。
【図４４】実施例８，９の光ファイバの波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と分散スロープの絶対値の最小値との関係を示すグラフである。
【図４５】実施例８，９の光ファイバの波長分散の偏差が±０.２５ps/nm/km以下になる波長帯域の幅と比Ｒａとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１，２…光デバイス、１０…光ファイバ、１１…中心コア領域、１２…ディプレスト領域、１５…外部クラッド領域、２０…光ファイバ、２１…中心コア領域、２２…ディプレスト領域、２３…リング領域、２５…外部クラッド領域、３０…光ファイバ、３１…中心コア領域、３２…ディプレスト領域、３３…リング領域、３４…第２ディプレスト領域、３５…外部クラッド領域、９０…光ファイバ、１００…光源部、２００…光源部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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