【誤訳訂正書】
【提出日】平成21年11月26日(2009.11.26)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】          明細書
【発明の名称】      分散補償光ファイバ
【請求項１】
単一モード光ファイバの分散補償を行うための分散補償光ファイバであって、
屈折率がｎＣＬの透明材料からなるクラッド層で囲まれた透明材料からなるコアを含み；
前記コアは、半径の増加方向において順に、
(ａ)最大屈折率ｎＣを有する中心コア領域；
(ｂ)最小屈折率ｎＭを有するモート領域；及び
(ｃ)最大屈折率ｎＲ1を有する内側リング部分及び最大屈折率ｎＲ2を有する外側リング部分を、前記モート領域側から順に含むリング領域；
を含み、ここで、ｎＣ＞ｎＲ２≧ｎＲ1＞ｎＣＬ＞ｎＭであり、
前記リング領域は、半径方向屈折率プロファイルにおいて、前記最大屈折率ｎＲ１と前記最大屈折率ｎＲ２の２つの屈折率ピークを有することを特徴とする分散補償光ファイバ。
【請求項２】
前記最大屈折率ｎＣは、＋１．２％＜ΔＣ≦２％を満たすものであり、
前記最小屈折率ｎＭは、−０．７％≦ΔＭ≦−０．４％を満たすものであり、
ここで、ΔＣ＝(ｎＣ２−ｎＣＬ２)／２ｎＣ２及びΔＭ＝(ｎＭ２−ｎＣＬ２)／２ｎＭ２であることを特徴とする請求項１に記載の分散補償光ファイバ。
【請求項３】
前記最大屈折率ｎＲ１及び前記最大屈折率ｎＲ２が、ΔＲ1＜ΔＲ2を満たすものであり、
ΔＲ１＝(ｎＲ１２−ｎＣＬ２)／２ｎＲ１２，及びΔＲ２＝(ｎＲ２２−ｎＣＬ２)／２ｎＲ２２であることを特徴とする請求項１または２に記載の分散補償光ファイバ。
【請求項４】
前記内側リング部分及び前記外側リング部分の間に、ｎＲ1＞ｎｓ＞ｎＭである屈折率ｎｓを有するリング間領域が設けられていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の分散補償光ファイバ。
【請求項５】
前記最大屈折率ｎＲ2が、ΔＲ２≧＋０．１５％を満たすものであり、
前記半径方向屈折率プロファイルにおいて、前記最大屈折率ｎＲ2が、前記モート領域の外縁から０．３μｍと３μｍとの間に位置することを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の分散補償光ファイバ。
【請求項６】
単一光ファイバの分散補償を行うための分散補償光ファイバであって、
屈折率がｎＣＬの透明材料からなるクラッド層で囲まれた透明材料からなるコアを含み、
前記コアは、
(ａ)最大屈折率ｎＣを有する中心コア領域、
(ｂ)最小屈折率ｎＭを有するモート領域、及び
(ｃ)最大屈折率ｎＲを有するリング領域
ここで、ｎｃ＞ｎＲ＞ｎＣＬ＞ｎＭ
からなる３つの領域を半径が増大する方向に隣接して順に含み、
前記コアの半径方向屈折率プロファイルにおいて、前記モート領域の最小屈折率ｎＭの半径位置と前記リング領域の最大屈折率ｎＲの半径位置との間に、屈折率プロファイル曲線の傾きが０となるモート領域外縁を有し、前記リング領域に、前記モート領域外縁から少なくとも０．３μｍ以上の領域に亘って、半径の増大に伴って屈折率が前記最大屈折率ｎＲとなるまで単調増加する、屈折率増加区画を有していることを特徴とする分散補償光ファイバ。
【請求項７】
前記最大屈折率ｎＣは、＋１．２％＜ΔＣ≦２％であり、
前記最小屈折率ｎＭは、−０．７％≦ΔＭ≦−０．４％であり、
ΔＣ＝(ｎＣ２−ｎＣＬ２)／２ｎＣ２及びΔＭ＝(ｎＭ２−ｎＣＬ２)／２ｎＭ２であることを特徴とする請求項６に記載の分散補償光ファイバ。
【請求項８】
前記最大屈折率ｎＲが、ΔＲ≧＋０．１５％であり、
前記半径方向屈折率プロファイルにおいて、前記最大屈折率ｎＲが、前記モート領域外縁から０．３μｍと３μｍとの間に位置することを特徴とする請求項６または７に記載の分散補償光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
１．発明の属する技術分野
本発明は波長分割多重化(ＷＤＭ)システムでの使用に適する分散補償光ファイバに関し、特に１５６５ｎｍより長波長で動作するＬ−バンドシステムでの使用に十分に適する分散補償ファイバに関する。本発明はそのような分散補償ファイバを利用する分散補償リンク並びにそのような分散補償ファイバを作成するための方法にも関する。
【０００２】
２．技術的背景
現行の遠距離通信システムは約１３００ｎｍの波長でゼロ分散を示す単一モード光ファイバを備え、そのようなファイバは本明細書で“ＳＭＦファイバ”と称される。約１３００ｎｍの波長における信号は比較的歪まずに、そのようなシステムを伝送される。より低い損失を達成し、１５５０ｎｍウインドウで動作する効率的で信頼性の高いエルビウムファイバ増幅器を利用するために、約１５５０ｎｍの波長の信号をそのようなシステム上で伝送することができる。
【０００３】
過去数年にわたり、遠距離通信システムは２．５Ｇｂｓ単チャネルシステムから１０ＧｂｓＷＤＭシステムへと格上げされてきた。チャネルあたりのビットレートの増加により上記システムの分散が制限されるようになった。ＳＭＦファイバ上の１５５０ｎｍにおける伝送により約＋１７ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散が生じ、したがってそのようなファイバでは１０Ｇｂｓにおける無中継伝送が約６０ｋｍに制限される。この問題に対抗するために出された解決法は規則的な間隔で分散補償を行うことであった。例えば１５５０ｎｍにおいて＋１７ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散をもつ単一モードファイバには６０ｋｍ毎に１０２０ｐｓ／ｎｍの分散補償が必要である。したがって、約１０００ｐｓ／ｎｍの累積分散に見合う分散補償(ＤＣ)ファイバをもつＤＣモジュールを増幅段毎にシステムに挿入しなければならない。そのような長さのＤＣファイバはどのような実伝送距離にも見合わないから、ＤＣファイバの長さは可能な限り短く保つことが望ましい。このことは、ＤＣファイバの負分散を最大化しなければならないことを意味する。しかし、導波路分散が果たす役割が大きくなることにより、分散はさらに負にされるので、ファイバは曲げに一層敏感になり、ファイバの基礎減衰が増加する。したがって、最大の効果は分散(Ｄ)を最大化する一方で、同時に減衰を可能な限り低く保つことにより得られる。すなわち分散単独ではなく、性能指数として知られる比、すなわち|Ｄ／減衰|を最大化しなければならない。
【０００４】
最近まで、システム及びＤＣファイバ設計者は１つのチャネル(１５５０ｎｍ)だけを考慮していた。すなわち、ＤＣファイバは１つの波長だけでの分散を補償するために用いられ、したがってファイバの分散勾配は重要ではなかった。しかしＷＤＭ技術が新たに重要になったことにより、エルビウムファイバ増幅器ウインドウ内の全伝送波長にわたって分散補償を与えることが必要になった。このことは、設計者が今では最も大きな補償を必要とするチャネルにより拘束されていることを意味する。上記の苦境に対する明白な解決法は、分散が全波長で同時に補償されるようにＤＣファイバを設計することである。すなわち、分散勾配を満たすという規準が追加される。ＤＣファイバが用いられるべき全波長に対して性能指数は大きな値に維持されなければならない。長波長になるほどベンドエッジによる減衰が大きくなるので、短波長ベンドエッジをもつＤＣファイバは、この効果に実質的に影響されないＣバンド波長(１５６５ｎｍまで)での使用に限定されていた。
【０００５】
システムに対する分散勾配の効果を調べるために、システムが、１５５０ｎｍにおいて＋１７ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散及び＋０．０５６ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの分散勾配をもつ上述のＳＭＦファイバを採用すると仮定する。そのシステムにおいて相異なる５種のＤＣファイバの効果を考える。前記５種のファイバの分散及び分散勾配特性が表１に示され、表で分散(Ｄ)の単位はｐｓ／ｎｍ・ｋｍであり、分散勾配(Ｄ勾配)の単位はｐｓ／ｎｍ２・ｋｍである。
【０００６】
【表１】
2002543464.tif 000001
−８５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散を有する長さＬのＤＣファイバは１７ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散を有する長さ５ＬのＳＭＦファイバを補償し、−１０２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散を有する長さＬのＤＣファイバは長さ６Ｌの同じＳＭＦファイバを補償するであろうから、−８５及び−１０２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散を有するＤＣファイバをここでの理論的例に選んだ。
【０００７】
上記のＳＭＦファイバ及びＤＣファイバの特性を用いれば、エルビウムＣバンドウインドウの両端のチャネル(１５３０ｎｍ及び１５６５ｎｍ)における無補償分散は、全てのＤＣファイバが１５５０ｎｍにおいて完全に補償するように設計されているとして、計算できる。計算された値が表１の第４及び第５列に与えられている。システムがパルススペクトル幅で制限されているとすれば、分散、ビットレート及び全長の間の関係は、式(１)：
【数１】
2002543464.tif 000002
で与えられ、ここでＢはビットレート、β２＝(Ｄλ２)／２πｃ、Ｌは長さである。
【０００８】
式(１)は、ビットレート及び与えられた長さで累積される全分散を用いて書き換えることができる。上記の関係、与えられたビットレート及び平均累積分散に基づいて、分散が限界値に達するまでのシステムの全長を決定でき、１０Ｇｂｓ及び４０Ｇｂｓのビットレートに対する全長が表１の第６及び第７列に与えられている。ＤＣファイバ１，２，３及び４は、システム長に対する様々な分散及び分散勾配の影響を示すために本明細書に用いられる理論的例である。ＤＣファイバ５は、一波長、例えば１５５０ｎｍのみで分散を補償する市販のファイバである。分散勾配は単一波長での動作を目的とするＤＣファイバでは仕様に含められず、システム動作に悪影響を与えずにほぼ−０．５から＋０．５ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの間で変動し得ることから、ＤＣファイバ５については分散勾配が記載されていない。ＤＣファイバ１，２，３及び４は、１０Ｇｂｓシステムに使用すれば少なくとも６００ｋｍの距離にわたる信号伝送が可能になるので、そのようなシステムでの使用に適していることに注意されたい。リストに挙げられた５種のファイバの内ＤＣファイバ３だけが４０Ｇｂｓでの使用に適している。
【０００９】
ＤＣファイバのκ値は、本明細書では式(２)：
【数２】
2002543464.tif 000003
で定義され、ここでＤＤＣ及びＤ勾配ＤＣはそれぞれＤＣファイバの分散及び分散勾配である。κの逆数である相対分散勾配(ＲＤＳ)が、分散と分散勾配の比を表すために用いられることもある。ＳＭＦファイバの分散勾配に対する分散の比は約３０３である。ＤＣファイバ３の分散及び分散勾配は全波長にわたり本質的な完全補償を達成できるような分散及び分散勾配であるので、ＤＣファイバ３は独特である。言い換えれば、ＤＣファイバ３のκ値も３０３である。この規準は完全補償と定義される。図２の直線２０はその勾配が３０３であるので完全補償線と称される。ＤＣファイバ３は、直線２０上の、分散が−８５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍで分散勾配が−０．２８ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍである点により代表される。例えば−１０５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散及び−０．３３６ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの分散勾配をもつファイバのような、直線２０上にのり、完全補償を与えるファイバは他にもある。
【００１０】
ＤＣファイバ３は１０Ｇｂｓシステムに対してＤＣファイバ１，２及び４より優位にあるが、地上システムは本来、最長距離が約６００ｋｍになるように設計されているので、付加価値はない。すなわち、完全補償を与えないある種のＤＣファイバもＤＣモジュールに用いるに適しており、そのようなＤＣファイバが完全補償を与えるＤＣファイバより容易に製造されるならば、そのようなＤＣファイバが好ましいであろう。ＤＣファイバ１，２及び４のκ値はそれぞれ、４５７，５４８及び３８０である。ＤＣファイバ１，２及び４より低く、より３０３に近いκ値は、高められた分散特性に相当し、よってより長い伝送距離に対応する。ＤＣファイバ４及び１は任意に選ばれて図２に示され、それぞれ直線２１及び２２で表される。直線２１と２２との間のハッチングが入れられた領域は許容できる分散及び分散勾配を与えるＤＣファイバグループの１つを表し、さらに、このグループのＤＣファイバは１０００ｋｍより長い１０ＧｂｓＷＤＭシステムに用いることができる。直線２０と２１との間の分散特性を有するＤＣファイバだけでなく、直線２０より下にあるいはその近くにくる特性を有するＤＣファイバもＤＣモジュールでの使用に適するであろうが、そのような低κ値を有するファイバを１０Ｇｂｓシステムに用いる必要はない。
【００１１】
直線２０上のあるいはそれに非常に近い分散特性を有するＤＣファイバのみが４０Ｇｂｓシステムでの使用に適しているであろう。
【００１２】
現在開発されているエルビウムファイバ増幅器は、現在の限界である１５６５ｎｍより長い波長を含むＬバンドで動作するであろう。許容できる分散特性が得られる、現在入手可能なＤＣファイバは、１５６５ｎｍより長波長では損失が許容できないほどベンドエッジ波長が短いので、そのような長波長での使用に適していない。ベンドエッジは、遮断波長(λＣＯ)が短くなるとともに、またモード場径(ＭＦＤ)が大きくなるとともに、短波長側にシフトする。いずれの場合にも、光は非常に弱くしか導波されない。したがって、ベンドエッジを長波長側に押しやるためには、λＣＯを長くしなければならず、及び／またはＭＦＤを小さくしなければならない。
【００１３】
ＭＦＤが小さすぎると、相互位相変調及び自己位相変調のような非線形効果が大きくなり、接続損失が増大する。したがって、ＭＦＤは４μｍより大きくするべきであり、４．５μｍより大きいことが好ましい。
【００１４】
望ましい負で大きな分散値及び分散勾配値を与えるため、従来のＤＣファイバ構造では約１０００ｎｍより短い遮断波長しか得られず、８００ｎｍより短いものもあった。所望の分散特性を示すＤＣファイバに１５６５ｎｍより長いベンドエッジ波長をもたせるためには、遮断波長を１０００ｎｍより長く、好ましくは１３００ｎｍより長くするべきである。現在のＤＣファイバ構造では、−０．２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍより負の分散勾配を示すファイバに１０００ｎｍより長い遮断波長をもたせることは非常に困難である。減衰の増大を回避するため、遮断波長は最短動作波長より十分に短く、好ましくは約４０ｎｍ〜５０ｎｍ短くするべきである。エルビウム増幅帯域で動作するシステムでは、λＣＯを約１５００ｎｍより短くするべきである。
【００１５】
従来の分散補償ファイバの構造
１３００ｎｍゼロＤファイバ上での１５５０ｎｍにおける伝送により累積される大きな正分散が長距離信号伝送では許容されなかったため、分散補償光ファイバがそのような１５５０ｎｍシステムに用いられてきた。これらの分散補償ファイバは負の大きな分散をもち、負の分散勾配をもつこともできる。図１Ａ及び１Ｂは、適切な分散値(Ｄ≦−８０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ)及び分散勾配値(Ｄ勾配≦−０．１５ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍ)を与え、１５６５ｎｍまでの波長で動作するＣバンドシステムに適したベンドエッジ波長をもつ、従来用いられている２種のＤＣファイバの屈折率プロファイルを示す。より負の分散及び分散勾配の値もこのようなファイバで達成できるが、曲げ損失のようなその他の特性が悪影響を受ける。
【００１６】
図１ＡのＷ字形３層屈折率プロファイルは、中心コア１，第２コア層すなわちモート(周縁凹部)２及びクラッド層３を含む。図１Ａで表されるタイプのファイバは、米国特許第５，３６１，３１９号に開示されている。コア１及びモート２の直径はそれぞれａ及びbである。コア１及びモート２のクラッド層３に対する規格化屈折率は、それぞれΔ＋及びΔ−である。屈折率がｎｘのコア層のΔは(ｎｘ２−ｎＣＬ２)／２ｎｘ２で与えられ、ここでｎＣＬはクラッド層の屈折率である。先に述べたコア特性だけでなく比ａ／ｂも、負の分散勾配をともなう大きな負の分散値を得るために最適化できる。負分散及び負の分散勾配を最適化する構造では、曲げ損失、光伝搬問題等の問題がおこり得ることが認識されている。このようなＷ字形ファイバの遮断波長は１０００ｎｍより短く、ベンドエッジ波長は１７００ｎｍより短い。
【００１７】
図１Ｂは、光伝搬特性を修正するための付加的コア構造、すなわちモートに直に接する正Δリングを含む、別のタイプのＤＣファイバの屈折率プロファイルを示す。コアのモート領域に接するリングを含むファイバも米国特許第５，３６１，３１９号に開示されている。
【００１８】
図１Ｂのファイバは中心コア１１を含み、中心コア１１はモート領域１２に囲まれ、モート領域１２は続いてリング１３に囲まれる。クラッド層１４に対する中心コア１１，モート１２及びリング１３の規格化屈折率はそれぞれΔＣ，ΔＭ及びΔＲであり、ここでΔＣ＝(ｎＣ２−ｎＣＬ２)／２ｎＣ２，ΔＭ＝−(ｎＭ２−ｎＣＬ２)／２ｎＭ２及びΔＲ＝(ｎＲ２−ｎＣＬ２)／２ｎＲ２であって、ｎＣ，ｎＲ及びｎＣＬはそれぞれ中心コア領域、リング及びクラッド層の最大屈折率であり、ｎＭはモートの最小屈折率である。中心コア１１，モート１２及びリング１３の外半径はそれぞれｒＣ，ｒＭ及びｒＲである。
【００１９】
図２の曲線２４は、特定の図１Ｂ型ファイバプロファイルについての、分散対分散勾配のプロットである。−８０ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの負分散に対するファイバ特性は、ΔＣ＝〜１．９％，ΔＭ＝−０．５２％，ΔＲ＝０．２５％，ｒＣ＝１．６５μｍ，ｒＭ＝３．６μｍ及びｒＲ＝３．９５μｍであった。グラフのデータ点のそれぞれは図１Ｂのプロファイルの与えられたコア半径に対する光学特性を表す。相異なる外径を有し、したがってコア半径が相異なるファイバを延伸し、屈折率プロファイルを測定して、ファイバ分散特性が得られるコンピュータモデルに入力した。複数の同等なＤＣファイバコアプリフォームを初めに作成することにより、与えられたプロファイルに対し相異なるコア直径を得た。それぞれのプリフォームには厚さが相異なる被覆クラッド層を設ける。得られた延伸ブランクを延伸してあらかじめ定められた外径にすると、相異なるコア半径が得られる。曲線の(分散が約−４２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの)最右端にあるデータ点は最大直径を表す。分散がより負になる左側に位置するデータ点ではコア直径が減少する。約−８５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散をもつ曲線２４型ファイバはより負の分散をもつ曲線２４型ファイバより曲げ感度が低いので、そのようなファイバを用いることが好ましかった。
【００２０】
先に示したように、６００ｋｍ／１０ＧｂｓＣバンドシステムは(図２の直線２０で表される)完全補償による解決策を必要としない。図２のハッチングが入れられた領域２３内に入る解決策により、ある程度の誤差限界は与えられるが、１０Ｇｂｓシステムの必要条件は十分に満たされる。現在入手できるＤＣファイバには上記必要条件を満たすものがある。さらに、現在入手できるＤＣファイバには図２の直線２０上またはその近くにくる特性を有するＤＣファイバもあり、よってそのようなＤＣファイバは１５６０ｎｍより短波長で動作する４０ＧｂｓＣバンドシステムでの使用に適するであろう。
【００２１】
望ましい分散特性を与え、同時にその他のファイバ特性も改善するために、図１Ｂに示される現在のＤＣプロファイルについて感度解析及び光空間マッピングを行った。上記解析の基本的結果のみが与えられる。解析されたプロファイルのκ値は３０３より大きかったから、κの減少が分散特性の改善を表す。
【００２２】
本発明のＤＣファイバは、１０Ｇｂｓまたはそれ以上で動作する、好ましくはＬバンドにおける動作能力をもつ、ＷＤＭシステムにおいて分散を補償するために要求される必須の負分散及び負の分散勾配を与える。
【００２３】
発明の概要
本発明の一態様は、そのプロファイルが、所望の分散及び分散勾配の値を維持すると同時に、遮断波長がＬバンドでの使用を可能にするに十分に長いような、分散補償光ファイバである。別の態様は、少なくとも１０Ｇｂｓのビットレートで動作するＳＭＦベースのＷＤＭシステムでの使用に適する負の分散及び分散勾配を有する分散補償光ファイバである。また別の態様は、負の分散及び分散勾配のいずれについても大きな値をもち、しかも曲げ感度による悪影響を受けない、分散補償光ファイバである。本発明の別の態様は、１５２０ｎｍより長い波長、好ましくは１５７０ｎｍより長い波長において、少なくとも１０Ｇｂｓのビットレートで動作するＷＤＭシステムでの使用に適する負の分散及び分散勾配特性を有する４０ｋｍよりかなり短い分散補償光ファイバと直列に接続された、１２９０〜１３３０ｎｍにおける低分散動作に最適化された少なくとも４０ｋｍの単一モード光ファイバを含む光通信システムである。さらなる態様は容易に拡散するドーパントを含む領域を無ドープ領域に極めて近接した位置に配することができるような分散補償光ファイバの作成方法である。
【００２４】
本発明の一実施形態は、屈折率がｎＣＬの透明材料からなるクラッド層に囲まれた透明材料からなる分散補償光ファイバコアに関する。コアは、ΔＭ≦−０．４％となるような最小屈折率ｎＭを有するモート領域に囲まれた、ΔＣが＋１．２％より大きくなるような最大屈折率ｎＣを有する中心コア領域を含み、モート領域は半径の増大にともない、屈折率がΔＲ≧＋０．１５％となるような少なくともｎＲの屈折率まで増大する区画を含むリング領域で囲まれる。ファイバの屈折率プロファイルは、ファイバの分散勾配が約１５５０ｎｍの波長において−０．１５ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍより負であるようなプロファイルである。ファイバの分散勾配は、約１５５０ｎｍの波長において−０．２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍより負であることが好ましく、同時に上記波長における分散が−８０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍより負であることが好ましい。
【００２５】
リング領域は最大屈折率がそれぞれ、ｎＣＬより大きい、ｎＲ１及びｎＲ２の内側及び外側部分を含むことができる。リングの内側及び外側部分はｎＲ１及びｎＲ２より小さい屈折率ｎＳを有するリング間領域により分離することができ、あるいは内側リング領域を外側リング領域に直に接する位置に配することができる。屈折率プロファイルは、ΔＲ１がゼロに等しいか、ゼロより小さいか、またはゼロより大きくなるようなプロファイルとすることができる。
【００２６】
リング領域の外側部分は、ΔＲ２≧＋０．１５％となるような最大屈折率ｎ２を有するピークを含むことができる。ピークの最大屈折率は、モート領域の外縁から０．３μｍないし３μｍの間にとることができ、モート領域の外縁から１μｍないし２．５μｍの間にとることが好ましい。
【００２７】
ファイバのクラッド層は屈折率上昇ドーパントがドープされたシリカからなることができ、モート領域は、フッ素のような、ただしこれには限定されない屈折率低下ドーパントがドープされたシリカで形成することができる。
【００２８】
別の実施形態にしたがえば、分散補償光ファイバは屈折率がｎＣＬの透明材料からなるクラッド層に囲まれた透明材料からなるコアを含む。コアは３つの隣接する領域、すなわち、半径が大きくなる順に、(ａ)最大屈折率がｎＣの中心コア領域；(ｂ)最小屈折率がｎＭのモート及び(ｃ)最大屈折率がｎＲ１及びｎＲ２の明瞭に区別される内側及び外側部分を含むリング領域を含み、ここでｎＣ＞ｎＲ１＞ｎＣＬ＞ｎＭ及びｎＣ＞ｎＲ２＞ｎＣＬ＞ｎＭである。ファイバの半径方向の屈折率プロファイル図は、リング領域の外側半分の面積がリング領域の内側半分の面積より大きいことを特徴とする。ファイバの中心コア領域は、ΔＣが＋１．２％より大きくなるような最大屈折率ｎＣを有することが好ましく、モート領域はΔＭ≦−０．４％となるような最小屈折率ｎＭを有することが好ましい。
【００２９】
本発明のまた別の実施形態は、屈折率がｎＣＬの透明材料からなるクラッド層に囲まれた透明材料からなるコアを含む分散補償光ファイバに関する。コアは、ΔＭ≦−０．４％となるような最小屈折率ｎＭを有するモート領域に囲まれた、ΔＣが＋１．２％より大きくなるような最大屈折率ｎＣを有する中心コア領域を含む。モート領域は最大屈折率がそれぞれ、ｎＣＬより大きいためにΔＲ１及びΔＲ２が正となる、ｎＲ１及びｎＲ２の明瞭に区別される内側及び外側部分を含むリング領域で囲まれる。ファイバの屈折率プロファイルは、遮断波長が１０００ｎｍより長く、約１５５０ｎｍの波長における分散勾配が−０．２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍより負であるようなプロファイルである。
【００３０】
別の実施形態は、１２９０ｎｍから１３３０ｎｍの範囲の波長における低分散動作に最適化された少なくとも４０ｋｍの標準単一モード伝送ファイバと、屈折率がｎＣＬの透明材料からなるクラッド層に囲まれた透明材料からなるコアを含む分散補償光ファイバとの直列接続を含む分散補償光通信リンクに関する。コアは、ΔＭ≦−０．４％となるような最小屈折率ｎＭを有するモート領域に囲まれた、ΔＣが＋１．２％より大きくなるような最大屈折率ｎＣを有する中心コア領域を含む。モート領域は、屈折率が半径の増大にともないΔＲ≧＋０．１５％となるような少なくともｎＲの屈折率まで増大する区画を含むリング領域に囲まれている。ファイバの屈折率プロファイルは、ファイバの分散勾配が約１５５０ｎｍの波長において−０．１５ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍより負であり、よって１５２０ｎｍより長波長において少なくとも１０Ｇｂｓのビットレートでシステムが動作できるようなプロファイルである。
【００３１】
本発明は光デバイスの形成方法にも関する。基材ガラス粒子の第１被覆がマンドレル上に堆積され、ガラス粒子の第２被覆が第１被覆の外表面上に堆積され、第２被覆は基材ガラス及び少なくとも１つのドーパントで形成される。得られた多孔質ガラスプリフォームからマンドレルが取り外されて、プリフォームを貫通する縦開口が形成される。多孔質プリフォームが乾燥され、焼結されて、前記少なくとも１つのドーパントを実質的に含まない内側領域を有する無孔質ガラスチューブが形成される。第１被覆の堆積工程は：マンドレル上に基材ガラス粒子の第１層を第１の密度で堆積させる工程；基材ガラス粒子の遷移層を遷移層の密度が第１層の第１の密度から遷移層の外表面の第２の密度まで変化するように第１層上に堆積させる工程、第２の密度は第１の密度より少なくとも３０％低い；及び基材ガラス粒子の第３層を第２の密度で遷移層上に堆積させる工程を含む。
【００３２】
第１被覆の堆積工程は、第１の反応物を第１の流量でバーナーに供給して基材ガラス粒子流を炎内で生成する工程を含むことができる。粒子流は第１層を堆積させるためにマンドレル上に向けられる。第１の反応物の流量は、第１の流量から遷移層を形成するための第２の流量まで漸次高められる。第１の反応物は第３層を形成するために第２の流量でバーナーに供給される。第１の流量は第２の流量の７０％より少ないことが好ましい。さらに。第１層を堆積中の炎の温度は第２層を堆積中の温度よりも高いことが好ましい。
【００３３】
基材ガラスがＳｉＯ２でドーパントがＧｅＯ２であり、さらに第１の反応物がＳｉＣｌ４である実施形態において、第１層を形成中のＳｉＣｌ４の流量は第３層を形成中のＳｉＣｌ４の流量の７０％より少ないことが好ましい。さらに、焼結工程中に縦開口内に少なくとも７５ｓｃｃｍの塩素ガス(約３．３６×１０１９Ｃｌ２／秒)を流すことにより、ガラスチューブの内側領域にＧｅＯ２が拡散して定着する傾向が弱められる。
【００３４】
本発明のさらに別の態様はフッ素含有ガラス物品の形成方法に関する。本方法は、多孔質のフッ素含有ガラスプリフォームを形成する工程及び形成されたプリフォームを、焼結させるため、第１の温度まで加熱する工程を含む。焼結されたプリフォームは次いで、少なくとも１０００℃で、第１の温度よりは低い温度にさらされる。
【００３５】
上述の一般的説明及び以下の詳細な説明はいずれも本発明の典型例に過ぎず、特許請求される本発明の性質及び特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを目的としていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び作用を説明するに役立つ。
【００３６】
好ましい実施形態の説明
本発明の範囲内にある屈折率プロファイル系は優れた負分散及び負の分散勾配を与え、曲げ感度のようなその他のファイバ特性を改善する。本発明にしたがうＤＣファイバは、屈折率が半径の増大にともなって、ΔＲ≧＋０．１５％となるような少なくともｎＲの屈折率まで増大する屈折率増大区画を含む“リング領域”をもつ。
【００３７】
ここでの議論のため、モートの外縁を以下のように定義する。曲線がゼロΔに到達するまでモートの外縁の勾配がほとんど変化しない図４型プロファイルに関しては、ゼロΔにある曲線上の点がモート外縁である。曲線がゼロΔに到達するまでにモートの外縁の勾配が急激に変化する図５Ｂ型プロファイルに関しては、曲線上の、急激な変化がおこる点がモート外縁である。
【００３８】
本発明にしたがうＤＣファイバのリング領域は一般に、明瞭に区別される内側及び外側部分を有し、その特徴は以下の実施形態の考察から明らかになるであろう。“明瞭に区別される”とは、リング領域が、最大屈折率がリングの中心またはその近くに生じる図１Ｂのリング１３のような、屈折率プロファイルの単一で基本的に対称な領域ではないことを意味する。それどころか、リング領域の内側及び外側部分は相異なる屈折率をもつ、２つの分離されているかまたは分離されていないリングまたは部分を含み、その点で明瞭に区別できる。
【００３９】
リング領域の様々な実施形態が、図３，４，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ及び６とともに説明される。ほとんどの実施形態において、リング領域の最大屈折率は、リング領域の半径中心とは異なるリング領域の半径に生じる。好ましい実施形態において、ファイバの半径方向屈折率プロファイル図は、リング領域の外側半分の面積がリング領域の内側半分の面積より大きいことを特徴とする。図５Ｃはファイバのリング領域が、その最大屈折率がリング領域の中心に生じる、単一の対称的な屈折率ピークであるという点で例外である。
【００４０】
本発明の顕著な特徴は、過度の曲げ感度を生じることなく、すなわちベンドエッジを長波長側にシフトさせ、大きな負分散及び適当な負の分散勾配をファイバがもつことを可能にする、ファイバのリング領域である。適当な負の分散勾配とは、指定されたシステムの必要条件を満たすに十分に負である勾配を意味する。１５６５ｎｍより短波長で動作する挟帯域システムでは、小さな負の分散勾配、例えば約−０．１５ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍ及びＤ≦−８０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散が必要とされるに過ぎないであろう。ＷＤＭシステムでは、(複数の)動作波長において、Ｄ勾配≦−０．２，さらには≦−０．３ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍもの分散勾配が必要であろう。所望の分散特性を得るために様々なコアパラメータを最適化することができ、従来技術のファイバにおける問題点はリング領域を適切に設計することにより補償され、あるいは防止することができる。例えば、ΔＣを１．５％以下まで小さくすることができ、ΔＭを−０．４％より負の値まで下げることができ、遮断波長を約１０００ｎｍより長波長に維持することができる。本発明は、優れた分散特性を有し、約１０００ｎｍより短い遮断波長を有し、ベンドエッジ波長がＣバンドシステムでの使用を可能にするに十分長いような、ＤＣファイバも包含する。
【００４１】
本発明のＤＣファイバの一態様の屈折率プロファイルが図３に示される。ファイバプロファイルは中心コア３１を含み、中心コア３１はモート領域３２に囲まれ、続いてモート領域３２は第１リング及び第２リング３３及び３４を含むリング領域４１に囲まれる。好ましい実施形態において、中心コア３１は、中心コアの屈折率が式：ｎ(ｒ)＝ｎＣ[１−(ｒ／ａ)α]にしたがって減少する傾斜屈折率プロファイルを有し、ここでαは１から∞の間の数であって、約１．５から２の間にあることが好ましい。シリカクラッド層３８に対する中心コア３１，モート３２，リング３３，リング３４及びリング間領域３５，３６，３７の規格化屈折率はそれぞれ、ΔＣ，ΔＭ，ΔＲ１，ΔＲ２及びΔＳであり、ここでΔＲ１＝(ｎＲ１２−ｎＣＬ２)／２ｎＲ１２，ΔＲ２＝(ｎＲ２２−ｎＣＬ２)／２ｎＲ２２及びΔＳ＝(ｎＳ２−ｎＣＬ２)／２ｎＳ２であって、ｎＲ１，ｎＲ２及びｎＳはそれぞれ第１リング領域、第２リング領域及びリング間領域の最大屈折率である。ΔＣ，ΔＭ，ｎＣ，ｎＭ及びｎＣＬの定義は上に述べた。中心コア３１，モート３２並びにリング３３及び３４の半径はそれぞれｒＣ，ｒＭ，ｒＲ１及びｒＲ２である。その他のΔ値及び屈折率は図１Ｂの説明に述べてある。モート領域は中心コア３１及び第１リング３３に直に接する位置にある。
【００４２】
図１Ｂ型プロファイルでは、ＤＣファイバの曲げ感度を高めないようにするためにΔＣを比較的大きい値、すなわち約１．８〜２％に保たなければならないが、本発明のファイバにおけるｎＣの値は、ΔＣ≦１．８％となるようにとることができ、ある場合には、ｎCは、ΔＣ≦１．５％を満たすほど低いことが好ましく、それにも関わらず、過剰な曲げ感度を呈しない。
【００４３】
モート領域３２の深さは半径の増大とともに減少する。この型のプロファイルを得るための方法の１つは、フッ素含有ガスを中空プリフォームの中心にいれてプリフォームの細孔を通して外方に流すことにより、モート領域を形成する中空多孔質プリフォームにフッ素をドープすることである。モート領域プロファイル３９及び４０はドーパントガス、好ましくはＣＦ４を、ドープ工程中に中空プリフォームの中心にだけでなく、中空プリフォームの外表面に沿っても流すことにより得ることができる。モート領域３２は領域３９より低いΔＭ値を有するが、両プロファイルともファイバ特性に同様の効果を有する。モート領域３２及び４０は同じ最大深さを有するが、モート領域４０では全半径にわたってΔＭが低いので、モート領域４０は分散勾配により大きな効果を有する。適切な分散勾配を与えるには−０．７％≦ΔＭ≦−０．４％であるが、ファイバ製造を容易にするために、あるファイバ製造プロセスを用いれば、ΔＭ≧−０．６５％である。
【００４４】
図３のリング３３及び３４は、ゼロΔの領域(直線３５)により分離することができ、あるいは破線３６及び３７でそれぞれ示されるように、Δが正または負の領域で分離することもできる。あるいは、リングを互いに直に接する位置にとることができ、この場合間隔Ｓはゼロである。リング領域の内側及び外側部分の最大屈折率は相異なることが好ましく、それぞれの屈折率はΔＲ１＜ΔＲ２となるようにとられることが好ましい。ΔＲ１の値を低くするほど、より負の分散勾配値が得られる傾向にあるが、有効面積が小さくなり、曲げ性能が悪化する。
【００４５】
図３は外側リング３４より半径が大きな位置にあるクラッド層３８を示しているが、図３のプロファイルには、分散特性またはその他のファイバ特性の改善を行うために、リング３４とクラッド層との間にΔが正及び／または負の領域をさらに含めることができる。
【００４６】
図３は、本発明を説明することだけを目的とする理想屈折率プロファイルであり、本図に基づく光ファイバが実際に作成されると、モート３２の隅のような角のついた隅には丸みがつくか、そうではなくともドーパントの拡散のようなプロセス条件により改変されるであろう。屈折率プロファイルの丸みつき部分はコアプリフォームの屈折率プロファイルである図４に明らかであり、そのリング領域は、ΔＲ１＜ΔＲ２及びΔＳ＞０の、互いに分離された内側及び外側リング３３’及び３４’を含む。
【００４７】
リング領域の外側部分の屈折率プロファイルによりもたらされる分散特性の改善の一例として、同様の屈折率プロファイルを有するＤＣファイバを作成した。第１のファイバには図１Ｂ型プロファイルを与え、第２のファイバは図４に示されるような第２リング３４’をもつ点で第１のファイバと異なるものとした。いずれのファイバについても、ΔＣ，ΔＭ及びΔＲ１はそれぞれ、約１．９％，−０．５２％及び０．２５％であった。図４のプロファイルのリングの中心間隔Ｓは約１．１５μｍであった。ΔＲ２の値は約０．４２％であり、ΔＳの値は約０．１６％であった。
【００４８】
図１Ｂ型ファイバは約１５５０ｎｍの測定波長において−８５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散及び−０．１７ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの分散勾配を示した。図４型ファイバは同じ測定波長において−１２０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散及び−０．２ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの分散勾配を示した。第２リング３４’の付加が遮断波長を実質的に長くし、より負の分散値においてもファイバをより安定にした。この新構造のもつ別の極めて望ましい属性は、大きく改善された曲げ感度である。第２のファイバのベンドエッジは約１７００ｎｍの波長にあり、一方図１Ｂ型ファイバでは約１６００ｎｍの波長にある。
【００４９】
図５Ａ，５Ｂ及び５Ｃのプロファイルは優れた分散特性を示す。図５Ａにおいて、内側リング部分４４のΔは比較的小さいが、外側部分４５のΔは内側部分のΔよりかなり大きい。内側部分のΔを小さくすることによりκの減少が生じ、利用し易い３００から４２５の範囲の値となった。リングの内側部分のΔは、ファイバのモートとリング部分との間の界面４３における指標Δ(ΔＩ)で特徴づけられる。ΔＩの値は０．１５％より小さくするべきであり、ゼロまたはゼロに近いことが好ましい。リング領域の外側部分４５は、指標Δ(ΔＲ)及びリング半値幅ｗＲで特徴づけられる。リングの外側部分の別の重要な特徴はモートの外縁に対するリングピーク半径の位置(ｒＲ−ｒＭ)である。(ｒＲ−ｒＭ)の値は０．３μｍから３μｍの間にあるべきであり、１μｍから２．５μｍの間にあることが好ましい。
【００５０】
ドーパントとしてＳｉＦ４を用いる、図５Ａ型ファイバの作成プロセスにより、半径の増大にともなって絶対値が小さくなる負のΔを有するモートが得られた。このプロファイルのモートΔは、表２Ｂの、最大モート％Δ(ΔＭ−最大)、最小モート％Δ(ΔＭ−最小)、及び平均モート％Δ(ΔＭ−平均)で特徴づけられる。
【００５１】
ドーパントとしてＣＦ４を用いる、図５Ｂ型ファイバの作成プロセスにより、半径の増大に対して比較的一定のデルタをもつモート４６のような、屈折率プロファイルが得られた。このプロファイルのモートΔは、表２Ｂの、平均モート％Δ(ΔＭ−平均)で特徴づけられる。表２Ａ及び２Ｂに、図５Ａに示される型の屈折率プロファイルを有するＤＣファイバＦ及びＧの物理的性質、及び図５Ｂに示される型の屈折率プロファイルを有するＤＣファイバＨの物理的性質が列記されている。ＤＣファイバＦ，Ｇ及びＨの光学特性は表３Ａ及び３Ｂに列記されている。
【００５２】
【表２Ａ】
2002543464.tif 000004
【００５３】
【表２Ｂ】
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【００５４】
【表３Ａ】
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【００５５】
【表３Ｂ】
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表２Ｂに列記されているΔ値を決定するため、ファイバプリフォームに被覆クラッド層を堆積させる前に、ファイバプリフォームをヨーク(Ｙｏｒｋ)プロファイルアナライザで測定した。上記プリフォームの組成ではΔＩは負にならないはずであるから、ＤＣファイバＨのΔＩはヨークプロファイラのアーティファクトにより−０．０８％になったと考えられる。
【００５６】
ＤＣファイバは、ファイバの屈折率プロファイルが図５Ｂに示されるプロファイルになるように作成することができる。そのようなファイバでは、ΔＩが負になるように、リング領域の内側部分４７の屈折率がとられる。内側部分４７は、フッ素のような屈折率低下ドーパントをこの領域を形成するシリカにドープすることにより形成することができる。プロファイルの他の特徴の全てが同じままであるとすれば、ΔＩをさらに負にするにつれて、分散特性は改善されるがファイバの曲げ感度は悪化する。図５Ｂは、屈折率プロファイル上の曲線の勾配に急激な変化が生じる点である半径ｒＭにモートの外縁があることを示す。
【００５７】
ＤＣファイバの１５５０ｎｍにおける減衰は主としてベンドエッジにより支配されることが経験的に知られている。ピンアレイ試験を用いて、ＤＣファイバのコイルの減衰の有用な代用特性である過剰減衰値を得ることができる。１０本の直径０．６５ｍｍのピンを中心間隔を５ｍｍとして直線アレイに配置した。８ｍのＤＣファイバを試験に用いた。ファイバの末端を隣り合うピンの間で交差させて通してファイバをアレイに巻きつけ、ファイバの減衰を測定した。このファイバをピンアレイから取り外し、その減衰を再び測定した。ピンアレイによる過剰損失は、ベンドピンアレイ(ＢＰＡ)損失と呼ばれる。表３Ａは、この損失が１５５０ｎｍよりも約１６２０ｎｍの波長で大きいことを示す。このことは、Ｃバンドにおける分散補償ファイバとして用いるに適するファイバの中にはＬバンドでの使用に適さないファイバがあり得ることを示す。ピンアレイ損失は、使用する最長波長において１２ｄＢ／ｋｍより小さくあるべきであり、使用最長波長におけるピンアレイ損失は５ｄＢ／ｋｍより小さいことが好ましい。ベンドピンアレイ損失が５ｄＢ／ｋｍとなる波長が表３Ａの最終列に列記されている。１５５０ｎｍまたは１６２０ｎｍのような指定された波長におけるベンドピンアレイ損失の数値が小さくなることは、遮断波長が長くなること及び／またはモード場径が小さくなることに対応する。
【００５８】
比較的短い試験長のＤＣファイバで遮断波長を測定した。測定された遮断波長は、全長が何ｋｍにも及ぶＤＣファイバの遮断波長より長波長であった。ＤＣファイバの全長に対する遮断波長は表３Ｂに列記されている遮断波長より約１００ｎｍほど短波長側になるはずである。
【００５９】
表３Ａ及び３Ｂは、リング−モート間隔(ｒＲ−ｒＭ)が大きくなるにつれてファイバの曲げ損失が小さくなることを示している。
【００６０】
図５Ｃは、リング領域が、単一の対称な屈折率ピークからなる、すなわちピーク４８が界面５０とリング領域の外縁４９との間の中点にある半径でΔＲの最大値をとる、ＤＣファイバの屈折率プロファイルである。屈折率は半径の増大にともなって、モート領域から少なくとも０．３μｍ大きい半径位置において少なくともｎＲの屈折率となるように上昇する。ｎＲの値は、ΔＲ≧＋０．１５％となるに十分な大きさである。
【００６１】
本発明のリング領域を具現化した分散補償ファイバは、１０Ｇｂｓないしそれ以上のビットレートで動作するＷＤＭシステムでの使用に適する負分散特性及び負の分散勾配特性を与えることができ、同時に低曲げ感度をもつことができる。３００をこえる性能指数が得られた。さらに、これらのＤＣファイバは良好な、すなわち直径約４μｍより大きいモード場径を示した。遮断波長が比較的長波長であり、ベンドエッジが少なくとも１７００ｎｍの波長にあるため、上記ファイバ構造は１５２０ｎｍから１６２０ｎｍの波長領域で動作するファイバ増幅器を用いる、推薦されるシステムに有用であろう。
【００６２】
ΔＭを小さくすることにより分散勾配の値をさらに負にすることはできるが、クラッド層が純シリカのファイバでΔＭ値が約−０．６５％より負の場合は、プロセスが非常に困難である。屈折率上昇ドーパントでクラッド層に屈折率上昇ドープを行うと、実効的により深いモート領域を得られるであろうことが知られている。しかし、図１Ａ及び１Ｂに示される型のプロファイルでは、ファイバの遮断波長がもともと短波長であり、クラッド層の屈折率上昇ドープが遮断波長をさらに短波長にするであろうから、上記のような屈折率上昇ドープを行うことはできない。しかし、第２リングの付加により、遮断波長を長波長側(例えば１３００ｎｍ近く)にシフトさせることができ、よって、実効的により深いモートを得るために、図３，４，５Ａ，５Ｂ及び５Ｃで表される型のファイバにクラッド層の屈折率上昇ドープを行うことができる。
【００６３】
より深いモートを得るための屈折率上昇ドープの効果を解析するために、コンピュータモデル化技法を用いた。２リングＤＣファイバ及びそのプロファイルの屈折率上昇ドープ版が図６に示される。いずれのプロファイルについてもΔＭの値は約−０．５％である。５つの相異なるプロファイルを考察した。添字“ａ”が付されたプロファイル部分は屈折率上昇ドープがなされていないことを示し、添字“ｂ”が付されたプロファイル部分はΔを０．１％Δだけ高める屈折率上昇ドープがなされていることを示し、添字“ｃ”が付されたプロファイル部分はΔを０．２％Δだけ高める屈折率上昇ドープがなされていることを示す。表４に列記される数値は全てシリカに対する％Δを示す。
【００６４】
【表４】
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プロファイルＡは、リング領域が２つの分離されたリングを含む点で図３及び４のプロファイルと同様である。プロファイルＢ及びＣでは、モートを除く全ての部分がそれぞれ、プロファイルＡに比較して、０．１％Δ及び０．２％Δの屈折率上昇ドープがなされている。例えば、屈折率上昇ドーパントとして酸化ゲルマニウムが用いられる場合には、モートを除く全てのコア部分及びクラッド層に酸化ゲルマニウムをさらに添加できる。プロファイルＤ及びＥはそれぞれ、中心コア部分に屈折率上昇ドープがなされていないことを除き、プロファイルＢ及びＣと同様である。
【００６５】
表４のプロファイルの全てに対して分散と分散勾配との関係が図７にプロットされている。さらに、黒菱形で示される線がＳＭＦファイバに対する完全補償線を表す。図７は、望ましい負の分散勾配を規定された負分散に対して達成できることを示す。矢印７１はより良好な分散特性への方向を指し示す。すなわち、白正方形のデータ点で表されるファイバプロファイルが、黒丸で表されるファイバプロファイルより良好な分散特性をもつ。しかし矢印７１は、高められた曲げ感度、より小さな有効面積及びより高い減衰への方向も指し示す。
【００６６】
プロファイルＢで表されるファイバは、与えられた分散及び分散勾配に対してプロファイルＤで表されるプロファイルより低いピンアレイ値を示し、プロファイルＣで表されるファイバは、与えられた分散及び分散勾配に対してプロファイルＥで表されるプロファイルより低いピンアレイ値を示す。
【００６７】
クラッド層とともに中心コア領域に屈折率上昇ドープがなされているか否かに関わらず、分散が約−８０ないし−１００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであっても、−０．３ないし−０．４ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの負の分散勾配を約１５５０ｎｍの波長において達成できることがわかる。エルビウムファイバ増幅器の動作ウインドウにおける完全補償には、−８５ないし−１００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲の分散に対して、−０．２８ないし−０．３４ｐｓ／ｎｍ２・ｋｍの分散勾配が必要である。図７にプロットされたデータ点から、プロファイルＢ，Ｃ，Ｄ及びＥの内の１つで、上記要件が達成されることがわかる。
【００６８】
図８に、ＤＣファイバプロファイルＡからＥの分散／分散勾配比が分散の関数としてプロットされている。実線はＳＭＦファイバの分散／分散勾配値である。このグラフは、表４のファイバプロファイルＤを用いるとすれば、１５５０ｎｍ動作ウインドウにおいて約−９０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散に対して完全補償が得られるはずであることを示す。
【００６９】
すなわち、本発明のリング領域により、ファイバの遮断波長を短波長側にシフトさせるという悪影響を与えずに比較的深いモートの達成が可能になり、よって高Ｇｂｓシステムに必要な負のかなり大きな分散勾配が得られる。
【００７０】
本発明にしたがうＤＣファイバは図９に表される通信システムに用いられる。１５２０ｎｍより長波長の信号源８１が、１２９０ｎｍから１３３０ｎｍの範囲にある約１３１０ｎｍのような波長においてゼロ分散をもつ標準ＳＭＦファイバ８２を備える通信リンク内に信号を投射する。ＳＭＦファイバ８２の末端で信号はエルビウムドープ光ファイバ増幅器８３に送られる。特定のシステムの１つにしたがえば、増幅された信号がＤＣファイバ８４に送られる。補償ファイバ８４は通信リンクにおいて増幅器８３のいずれの側に配置されてもよく、さらに、ＳＭＦファイバ８２の前に配置して信号をあらかじめ歪ませることができ、次いで信号を増幅して、伝送することができる。通信リンクの長さに応じてＤＣファイバ８４を増幅器無しで用い得るシステムもある。ファイバ増幅器８３からの増幅された不要な自然放出光を信号が検出器８５に送られる前にフィルタリングするためにバンドパスフィルタ８６が用いられる。ＷＤＭコンポーネントのようなその他の機器は図示されていない。
【００７１】
ゼロに近いΔＩ値を有するＤＣファイバが非常に良好な分散及び減衰特性をもつことを、図５Ａ及び５Ｂに関連して述べた。そのようなファイバを作成する場合、多孔質プリフォームのモート領域との界面を形成する領域が純ＳｉＯ２で形成され、隣接するリング領域はＧｅＯ２のような屈折率上昇ドーパントがドープされたＳｉＯ２で形成される。多孔質プリフォームの固結工程中にＧｅＯ２がいくらか隣接シリカ領域に拡散し、よってΔＩが０より十分大きくなってしまい、κが高くなり、曲げ損失が大きくなる。図５Ｂ型ファイバが作成されることになる、以下のプロセスにより、ＧｅＯ２拡散が最小限に抑えられる。
【００７２】
酸化ゲルマニウムドープシリカの中心コアロッドはいずれかの適当な技法で形成される。酸化ゲルマニウム濃度は半径とともに低下し、よって屈折率は半径方向に式：ｎ(ｒ)＝ｎＣ[１−(ｒ／ａ)α]にしたがって減少する。ここでαは約２であり、ｎＣはロッドの最大屈折率であり、ａはロッドの外半径である。
【００７３】
フッ素ドープシリカチューブが、大径マンドレル上にシリカ粒子を堆積させ、次いでマンドレルを取り外して、固結炉内に吊り下げられる、中空多孔質プリフォームを形成することによる通常の態様で形成される。図１０および１１に示されるタイプの標準的な装置が、多孔質プリフォームの形成工程時及び乾燥／固結工程時に用いられる。初めに、炉マッフルを通してヘリウムを流し、プリフォーム中心にヘリウム及び塩素ガスを流しながら、プリフォームを乾燥するに十分な時間をかけて約１０００℃でプリフォームを加熱する。次いでプリフォームに、炉マッフルを通してヘリウム及びＣＦ４を流し、プリフォーム中心にヘリウム、塩素ガス及びＣＦ４を流しながら、炉の約１５００℃の高温ゾーンを通して十分な速度で降下させることにより、漸進固結を受けさせる。得られたプリフォームは以降のフッ素ドープチューブ処理工程中のシードを減少させるため、第２パス時に約１０００℃より高く、焼結温度よりは低い温度で再加熱される。これは、炉マッフルを通してヘリウムを流し、チューブの中心に塩素ガスを流しながら、炉の好ましくは約１４００℃の高温ゾーンを通して適当な速度でプリフォームを延伸することにより、行うことができる。このプロセスにより無孔フッ素ドープシリカチューブが形成される。
【００７４】
上述したコアロッドを無孔フッ素ドープチューブに入れ、チューブを加熱し、ロッドとチューブの間の空間を通して塩素ガスを流すことにより、塩素パージを行う。その後、ロッドとチューブの間の空間を排気し、ロッドとチューブからなる複合体の末端を加熱し、再延伸して、チューブをロッド上に圧潰させ、チューブがコアロッドに密着している８ｍｍ径の中間プリフォームロッドを形成する。
【００７５】
次いで、ドープされていないシリカ粒子層とドープされたシリカ粒子層を、図１０に示されるようにバーナー９１からマンドレル９０上に、順次堆積させることにより、多孔質リングプリフォーム８９を形成する。ハンドル(図１１参照)がマンドレル９０の一端を取り囲む。堆積工程中に、マンドレルをバーナーに対し軸に沿って前後に平行移動させ、軸の周りに回転させる。バーナー９１には、炎ガス、内側シールド酸素(ＩＳ)及び外側シールド酸素(ＯＳ)を供給する同軸リング開口に囲まれた中心ヒューム孔を有する、従来のバーナーを用いた。それぞれのバーナー開口へのガス及び反応物の流量が表５に列記され、流量は全てｓｌｐｍ単位で表されている(１ｓｌｐｍはガス分子または原子の約４．４８×１０２０個／秒の流量に相当する)。表５は、多孔質プリフォームの内側の緻密部分及び遷移部分の作成に必要なバーナー管路についてのみ流量を与える。残りのバーナー管路は従来の態様で運用した。
【００７６】
【表５】
2002543464.tif 000009
第１バーナーパス時には、マンドレルに対する堆積が全く生じなかった。第２〜第１１パス時に、多孔質シリカの高密度層を形成する条件下で、マンドレル上にガラス粒子層を堆積させた。第２パスから第１１パスにかけて流量を直線的に変化させた。第１２〜第３６バーナーパス時に、第１２パスから第３６パスにかけて流量を直線的に変化させながら、密度が高密度から通常密度に変化する、シリカの遷移層を形成した。
【００７７】
プリフォームの残りの部分は従来の態様で堆積された。第３７〜第１５６パス時に、通常密度のシリカを堆積させた。第１５７〜第２０１パス時に、従来の態様でＧｅＯ２ドープＳｉＯ２を堆積させた。第２０２〜第１２０１パスで、多孔質プリフォーム上に純シリカの外層を堆積させた。
【００７８】
マンドレル９０を多孔質プリフォーム８９とハンドル９３とから取り外して図１１の中空多孔質プリフォーム８９を形成した。短いシリカ毛管チューブ９５を、プリフォーム開口９６のハンドル９３に対向する末端に挿入した。
【００７９】
ハンドル９３の小径端には複数のくぼみ１０１を設けた。中間プリフォームロッド９９の一端に増径端１００を形成した。ハンドル９３を通してロッド９９を増径端１００がくぼみ１０１に接触するまでプリフォーム開口９６に挿入した。複合プリフォームを、固結炉のマッフル９４が簡略に示されている、固結炉内にハンドル９３により吊り下げた。ハンドル９３を通して開口９６に６４０ｓｃｃｍのヘリウム(約２．８７×１０２０Ｈｅ／秒)及び６６ｓｃｃｍの塩素ガス(約２．９６×１０１９Ｃｌ２／秒)を流しながら(矢印９７)、炉を約１０００℃で６０分間加熱して、プリフォームを乾燥した。次いで、炉マッフルを通して２０ｓｌｐｍのヘリウム(約８．９６×１０２１Ｈｅ／秒)を流し(矢印９８)、ハンドル９３を通して開口９６に３２０ｓｃｃｍのヘリウム(約１．４３×１０２０Ｈｅ／秒)及び９０ｓｃｃｍの塩素ガス(約４．０３×１０１９Ｃｌ２／秒)を流しながら、炉の１５００℃の高温ゾーンを通して５ｍｍ／分で降下させることにより、プリフォームに漸進固結を受けさせた。チューブ９５が閉じたことを背圧ゲージが示したときにガス流９７を停止させた。次いで、再焼結段階時に、マッフルを通して２０ｓｃｃｍのヘリウム(約８．９６×１０１８Ｈｅ／秒)を流しながら、得られたプリフォームを１４００℃の高温ゾーンを通して５ｍｍ／分で進めた。固結工程中に多孔質プリフォーム８９はロッド９９上に圧潰して、図５Ｂに示される屈折率プロファイルをもつ無孔質ガラスロッドが形成された。このガラスロッドを延伸炉に入れ、延伸して直径を縮小し、最終プリフォームロッドを形成した。
【００８０】
次いで最終プリフォームロッドにシリカ粒子でさらにクラッド層を被覆し、このシリカ粒子を固結して、ＤＣファイバに延伸されるブランクを形成した。被覆クラッド層の厚さにより延伸ファイバのコア径が決定され、延伸ファイバのコア径によりさらにファイバの分散及びその他の特性が決定される。表３Ａ及び３Ｂに示されるように、分散特性及び遮断波長のような光学特性は、リングのピークとモートの外縁との半径方向間隔によっても決定される。この半径方向間隔は、遷移層堆積後のＳｉＯ２堆積に用いられたパス回数によって決定される。上記間隔は、初めの３６回のバーナーパスが表５に列記されている、上記例の特定の堆積部分において、すなわち、第３７パスから第１５６パスにかけてなされる１２０回のパスにより決定される。
【００８１】
得られたファイバの特性が、表２Ａ，２Ｂ，３Ａ及び３ＢにＤＣファイバＨとして挙げられている。ゼロに近いΔＩ値が、ファイバ作成プロセスの２つの特徴により得られた。
【００８２】
プロセスの第１の特徴はリング領域及びファイバクラッド層の内側領域を形成するプリフォームの堆積に関する。ＤＣファイバの前記領域はＧｅＯ２のような屈折率上昇ドーパントをほとんどまたは全く含まないことが望ましい。内側領域のＳｉＯ２への、特にリング／モート界面へのＧｅＯ２の拡散を阻止するため、リング領域を形成する多孔質プリフォームの第１堆積部分は通常の堆積密度よりかなり高い密度で堆積される。これを達成するため、ＳｉＯ２を形成する反応物、例えばＳｉＣｌ４の流量は、遷移領域より大きい半径におけるＳｉＯ２領域を形成するために用いられる通常の反応物流量の７０％未満まで下げられる。また、高密度層の堆積中は炎温度が高い。遷移領域より大きい半径における低密度領域の密度は、プリフォームの第１堆積部分の密度より少なくとも３０％低い。シリカ及び酸化ゲルマニウムを上記例のプリフォームを作成するために用いたが、本発明の改善された方法は、いずれの適当な基材ガラス及び屈折率修正ドーパントにも適用できる。
【００８３】
プロセスの第２の特徴はリング領域及びファイバクラッド層の内側領域を形成するプリフォームの固結に関する。内側領域のＳｉＯ２特にリング／モート界面へのＧｅＯ２の拡散をさらに阻止するため、焼結段階中に少なくとも７５ｓｃｃｍの塩素ガスをプリフォーム開口に流す。プリフォーム開口内及び多孔質プリフォームの開口隣接領域に高濃度の塩素が存在するため、プリフォームの前記領域にＧｅＯ２が定着する可能性はほとんどない。
【００８４】
プロセスのこれら２つの特徴がなければ、ＧｅＯ２が外側リング領域４５’から内側リング領域４７(図５Ｂ)に拡散して、κが大きくまた遮断波長が望ましい波長より短くなり、よってベンドエッジ波長を短波長側にシフトさせるに十分な正のΔＩ値を内側リング領域に与えることになったであろう。プロセスの上記特徴のそれぞれは、単独でもＧｅＯ２拡散をある程度低減するはずである。
【００８５】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が本発明の特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
従来技術の分散補償光ファイバの２つの通常タイプの内の第１の屈折率プロファイルである
【図１Ｂ】
従来技術の分散補償光ファイバの２つの通常タイプの内の第２の屈折率プロファイル
【図２】
図１Ｂのファイバに関して様々なファイバ外径値に対する分散と分散勾配との間の関係を示すグラフであり、さらに高ビットレートシステムでの使用に適するＤＣファイバの分散及び分散勾配に関する許容領域を示す
【図３】
本発明の分散補償ファイバの一態様の理想屈折率プロファイル
【図４】
本発明の分散補償光ファイバの一実施形態の屈折率プロファイル
【図５Ａ】
本発明の別の実施形態の屈折率プロファイル
【図５Ｂ】
本発明のまた別の実施形態の屈折率プロファイル
【図５Ｃ】
本発明のさらに別の実施形態の屈折率プロファイル
【図６】
クラッド層の屈折率上昇ドープを表す複数の屈折率プロファイルを示す
【図７】
表４の特徴をもつファイバプロファイルに関する分散と分散勾配との間の関係を示すグラフ
【図８】
表４の特徴をもつ様々なＤＣファイバプロファイルの分散勾配に対する分散の比を分散の関数として示すグラフ
【図９】
分散補償ファイバを用いる光通信システムを簡略に示す
【図１０】
本発明にしたがう分散補償ファイバの製造に用いられる多孔質ガラスプリフォームを形成するためのガラス粒子の堆積を簡略に示す
【図１１】
分散補償ファイバの製造に用いられるプリフォームを形成するためのガラスロッド上への多孔質プリフォームの固結を示す断面図
【符号の説明】
３１    中心コア
３２，３９，４０    モート領域
３３    第１リング
３４    第２リング
３５，３６，３７    リング間領域
３８    クラッド層
４１    リング領域