(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径の大きさが長手方向に漸減されてなるコアと、
上記コアの外周に設けられたクラッドとを備え、
略ステップ形状の屈折率分布を有しかつ上記コアの大径端から小径端へ向かって通過する光パルスの分散値を漸減させる分散減少ファイバであって、
上記コアの大径端を通過する光パルスの分散値が１０ps/nm/km〜１７ps/nm/kmである一方、小径端を通過する光パルスの分散値が０ps/nm/km〜７ps/nm/kmであり、
上記コアと上記クラッドとの屈折率差の大きさが０．５７％〜０．７５％であることを特徴とする分散減少ファイバ。
【請求項２】
径の大きさが長手方向に漸減されてなるコアと、
上記コアの外周に設けられたクラッドとを備え、
略ステップ形状の屈折率分布を有しかつ上記コアの大径端から小径端へ向かって通過する光パルスの分散値を漸減させる分散減少ファイバであって、
上記コアを通過する光パルスの分散値が０ps/nm/km〜１７ps/nm/kmであり、
上記コアと上記クラッドとの屈折率差の大きさが０．５７％〜０．７５％であることを特徴とする分散減少ファイバ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された分散減少ファイバにおいて、
上記クラッドの外形の大きさが、長手方向に漸減していることを特徴とする分散減少ファイバ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１つに記載された分散減少ファイバにおいて、
大径端にはＳＭＦが接続される一方、小径端にはＤＳＦが接続されていることを特徴とする分散減少ファイバ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１つに記載された分散減少ファイバにおいて、
上記屈折率分布がステップインデックス型であることを特徴とする分散減少ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パルスを断熱圧縮する分散減少ファイバに関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、特開平１１−２１８６２３号公報等にも開示されているように、光ファイバにおけるコアの屈折率分布を略ステップ形状であるステップインデックス型のものとして、コアの径が光の伝播方向に次第に小さくなるようにすることによって、このコアを通過する光パルスを断熱圧縮する分散減少ファイバは知られている。この種の分散減少ファイバは、光ファイバの径を全体として断面テーパ状になるように線引き方法で作製することにより、コアもテーパ状に形成することができるので、ファイバ母材の作製が容易であるという利点を有する。
【０００３】
そして、光パルスを断熱圧縮するためには、分散減少ファイバのコア径が長さ方向に緩やかに小さくなるようにする必要があるため、一般に、分散減少ファイバの長さは数ｋｍに達する。従って、この分散減少ファイバは、リール等に巻き付けられることにより小型化されて使用される。
【０００４】
また、一般に、分散減少ファイバは単独で使用されることはなく、互いに分散値の異なるレーザやカプラ等の他の光部品間に設けられて、一方の光部品の出力部を構成するシングルモードファイバ（以降ＳＭＦとも称する）等からの光パルスを断熱圧縮することによりその分散値を小さくして、他方の光部品の入力部を構成する分散シフトファイバ（以降ＤＳＦとも称する）等へ伝達するために使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバが充分に長い場合、分散減少ファイバによる光パルスの圧縮率はファイバ両端の分散値の比で決まる。例えば、分散減少ファイバにおける光の伝播方向上流側端部及び下流側端部をそれぞれＡ点，Ｂ点とし、Ａ点及びＢ点における分散値をそれぞれσＡ，σＢとすると、理論的な圧縮率はσＡ／σＢとなる。この圧縮率を大きくすることにより、光パルスを効率よく圧縮することができる。
【０００６】
そこで、圧縮率を大きくするために、分散値σＡの値を大きくする一方、分散値σＢの値を０に近づけるようにすることが望ましい。具体的に、分散値σＡの値を大きくするためには、上流側端部たるＡ点のコア径を大きくすればよいが、所定の大きさ以上とすると光の伝播モードがマルチモードとなるので、分散値を減少させることができなくなるという問題がある。
【０００７】
一方、分散値σＢの値を０に近づけるためには、下流側端部たるＢ点のコア径を小さくすればよいが、そのコア径を所定の大きさ以下とすると曲げ損失が大きくなるので、小径のリールに巻き付けることが難しく小型化が困難である。
【０００８】
また、長さ方向にコア径が漸減された上記分散減少ファイバによって、入力された光パルスを断熱圧縮できるようになされていても、ＳＭＦやＤＳＦ等と、これらにそれぞれ接続される分散減少ファイバの接続端部との分散値がそれぞれ大きく異なる場合には、この接続部分で光パルスの波長分散が大きく乱れてしまうために、一方の光部品から他方の光部品へ光パルスを断熱圧縮状態で伝達することができないという問題もあった。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主たる目的とするところは、光パルスを断熱圧縮する分散減少ファイバについて、そのファイバの構成に関する制約条件を明確に設定することにより、光パルスを安定して断熱圧縮できるようにするとともに、充分に小型化できるものとすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねることにより、ステップインデックス型の屈折率分布を有する分散減少ファイバに対して、圧縮率を大きくしつつ曲げ損失を小さくするための最適な屈折率差の範囲が存在することを見出した。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明では、径の大きさが長手方向に漸減されてなるコアと、上記コアの外周に設けられたクラッドとを備え、略ステップ形状の屈折率分布を有しかつ上記コアの大径端から小径端へ向かって通過する光パルスの分散値を漸減させる分散減少ファイバが対象である。そして、上記コアの大径端を通過する光パルスの分散値が１０ps/nm/km〜１７ps/nm/kmである一方、小径端を通過する光パルスの分散値が０ps/nm/km〜７ps/nm/kmであり、上記コアと上記クラッドとの屈折率差の大きさが０．５７％〜０．７５％であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明では、径の大きさが長手方向に漸減されてなるコアと、
上記コアの外周に設けられたクラッドとを備え、略ステップ形状の屈折率分布を有しかつ上記コアの大径端から小径端へ向かって通過する光パルスの分散値を漸減させる分散減少ファイバが対象である。そして、上記コアを通過する光パルスの分散値が０ps/nm/km〜１７ps/nm/kmであり、上記コアと上記クラッドとの屈折率差の大きさが０．５７％〜０．７５％であることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、最もカットオフ波長λｃが大きくなる部分であるコア径が最大となる上記一端部におけるコアとクラッドとの屈折率差の大きさが０．７５％よりも大きいときには、カットオフ波長λｃが１．５５μｍよりも大きくなるため、分散減少ファイバがマルチモードとなって、シングルモード動作することができなくなる。従って、通過する光パルスを安定して断熱圧縮させることができない。
【００１４】
一方、最も曲げ損失が大きくなる部分であるコア径が最小となる上記他端部におけるコアとクラッドとの屈折率差の大きさが０．５７％よりも小さいときには、２０ｍｍの外径を有するリール等に巻き付けたときの曲げ損失が許容値である１０ｄＢ／ｍよりも大きくなる。つまり、分散減少ファイバを曲げ損失を小さくした状態でリール等に巻き付けて使用することが難しい。
【００１５】
従って、上記本発明の構成により、曲げ損失が充分に小さく小型化が可能であるとともに、他の光部品と接続させても光パルスを安定して断熱圧縮できる分散減少ファイバを容易に実現することができる。
【００１６】
請求項３の発明では、上記クラッドの外形の大きさが、長手方向に漸減していることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明では、大径端にはＳＭＦが接続される一方、小径端にはＤＳＦが接続されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明では、上記屈折率分布がステップインデックス型であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係る分散減少ファイバＦを示す。尚、この分散減少ファイバＦは、実際には円筒状のリール（図示省略）等に巻かれた状態で使用されるが、図１では説明のため展開して模式的に示している。
【００２０】
本実施形態では分散減少ファイバＦは、公知の石英系光ファイバと同様に、屈折率を増加させるためにＧｅＯ２等のドーパントが添加されているコア１と、このコア１の外周に設けられて主に石英ガラスからなるクラッド２とを備えており、コア１の径の大きさが長手方向の一方から他方へ向かって漸減するように構成されている。
【００２１】
さらに、分散減少ファイバＦは、コア１及びクラッド２の径の比率をファイバの長さ方向に略同一に保ちながら双方の径が、コア１の大径側の一端部である大径部Ａからコア１の小径側の他端部である小径部Ｂへ向かってそれぞれ漸減するような断面テーパ状になされている。このような分散減少ファイバＦは、線引き方法により容易に製作することができる。また、このとき、コアの径を長さ方向に急激に漸減させるとパルスが不安定となって断熱圧縮することができないので、数ｋｍの長さに亘って緩やかに漸減させるようになされている。
【００２２】
そして、分散減少ファイバＦは、大径部Ａにおいて１０ps/nm/km〜１７ps/nm/kmの分散値σを有する光パルスが、コア１を通過することによりその分散値σが断熱圧縮されて、小径部Ｂにおいて０ps/nm/km〜７ps/nm/kmとなるようになされている。特に、本実施形態では、大径部Ａ及び小径部Ｂにおける分散値σがそれぞれ例えば１７ps/nm/km及び略０ps/nm/kmとなるように構成されている。
【００２３】
また、分散減少ファイバＦは、図２（ａ）に示すように、略ステップ形状のステップインデックス型の屈折率分布を有するように構成されており、図２（ｂ）に示すようなＤＳＣ型の屈折率分布とはされない。これは、図３にも示すように、屈折率分布がＤＳＣ型のものはコア径が変化しても、それに伴ってそのコア１を通過する光パルスの分散値σの変化が小さく、単調増加ともならないのに対して、屈折率分布がステップインデックス型のものは、コア径の増加に伴ってそのコア１を通過する光パルスの分散値σが単調増加するように変化するので、コア径を変化させることにより分散値σを変化させることが容易であるためである。
【００２４】
さらに、本発明の特徴として、図２（ａ）にも示すように、コア１及びクラッド２の屈折率の差である屈折率差Δの大きさが０．５７％〜０．７５％となるように、コア１及びクラッド２の屈折率がそれぞれ規定されている。
【００２５】
そして、この分散減少ファイバＦに対して、その大径部Ａには分散値σが１７ps/nm/kmである光パルスを通過させる例えばシングルモードファイバ（以降ＳＭＦという）１１の端部１３が接続される一方、小径部Ｂには分散値σが０ps/nm/kmである光パルスを通過させる例えば分散シフトファイバ（以降ＤＳＦという）１２の端部１４が接続される。このようにして、図１及び図４にも示すように、１７ps/nm/kmの分散値σを有し、ＳＭＦ１１を通過してきた光パルスがこのＳＭＦ１１の端部１３から分散減少ファイバＦの大径部Ａへ入力されると、小径部Ｂへ向かうに従って断熱圧縮されてその分散値σが直線的に漸減する。そして、小径部Ｂにおいて、光パルスはその分散値σを略０ps/nm/kmに断熱圧縮されるとともにＤＳＦ１２の端部１４へ出力される。その後、光パルスは一定値０ps/nm/kmの分散値σを有して、そのＤＳＦ１２を通過する。
【００２６】
そのとき、大径部Ａの分散値σが１７ps/nm/kmであるため、分散値σが１７ps/nm/kmであるＳＭＦ１１の端部１３と接続すると、この接続部分における波長分散値σの変化が小さくなるので、この接続部分での光パルスの波長分散の乱れを抑制することができる。従って、分散減少ファイバＦにおいて光パルスを断熱圧縮させることができる。同様に、小径部Ｂの分散値σが０ps/nm/kmであるので、分散値σが０ps/nm/kmであるＤＳＦ１２の端部１４と接続すると、この接続部分で光パルスの波長分散を大きく乱さずに光パルスを断熱圧縮させることができる。
【００２７】
ここで、本発明者らは、長さが４．２ｋｍであって、ＳＭＦ１１に接続される側の端部である大径部Ａにおけるクラッド２の外径が１５０μｍ、コア１の外径が５．３６μｍである一方、ＤＳＦ１２に接続される側の端部である小径部Ｂにおけるクラッド２の外径が１１０μｍ、コア１の外径が３．９３μｍである分散減少ファイバＦに対して、コア１とクラッド２との屈折率差Δを０．７５％，０．８５％，０．９５％，１．０５％と変化させたときの大径部Ａにおけるカットオフ波長λｃの大きさをそれぞれ求めた。さらに、上記屈折率差Δを０．５５％，０．６％と変化させたときの小径部Ｂにおける２０ｍｍの外径を有する円筒状のリールに巻き付けたときの曲げ損失の大きさをそれぞれ求めた。これらの結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0004025031.tif 000002
【００２９】
図５はこの表１の結果をグラフ化して示している。すなわち、同図の右側のグラフは、通過する光パルスの分散値σが１７ps/nm/kmである大径部Ａにおける屈折率差Δとカットオフ波長λｃとの関係を、また、同図の左側のグラフは、上記分散値σが０ps/nm/kmである小径部Ｂにおける屈折率差Δと曲げ損失との関係を示している。
【００３０】
図５中のグラフ右側にも示されるように、コア径が最も大きい大径部Ａにおいて上記分散値σが一定値（１７ps/nm/km）であるとき、屈折率差Δを０．７５％以下とすることによって、カットオフ波長を１．５５μｍ以下とすることができる。そして、コア径が小さくなるほど、カットオフ波長λｃは小さくなって短波長側にずれるので、大径部Ａよりもコア径が小さい分散減少ファイバＦの全体に亘ってカットオフ波長λｃを１．５５μｍ以下とすることができる。
【００３１】
すなわち、通過する光パルスの分散値σが１０ps/nm/km〜１７ps/nm/kmである大径部Ａを有する分散減少ファイバＦについて、屈折率差Δの大きさを０．７５％以下とするとき、ファイバＦにおける全ての部分においてカットオフ波長λｃを１．５５μｍ以下として、分散減少ファイバＦをマルチモード動作ではなく、シングルモード動作させることができる。従って、通過する光パルスを安定して断熱圧縮させることができる。
【００３２】
また、図５中のグラフ左側にも示されるように、コア径が最も小さい小径部Ｂにおいて上記分散値σが一定値（０ps/nm/km）であるとき、屈折率差Δを０．５７％以上とすることによって、曲げ損失を１０ｄＢ／ｍ以下とすることができる。そして、コア径が大きくなるほど曲げ損失は小さくなるので、小径部Ｂよりもコア径が大きい分散減少ファイバＦの全体に亘って曲げ損失を１０ｄＢ／ｍ以下とすることができる。尚、本実施形態において、曲げ損失の許容限界値を上記のように１０ｄＢ／ｍとしたのは、ＳＭＦの曲げ損失の許容限界値の指標が１０ｄＢ／ｍ程度であり、これと合わせるようにしたためである。
【００３３】
すなわち、通過する光パルスの分散値σが０ps/nm/km〜７ps/nm/kmである小径部Ｂを有する分散減少ファイバＦについて、屈折率差Δの大きさを０．５７％以上とするとき、ファイバＦにおける全ての部分において曲げ損失を１０ｄＢ／ｍ以下として、分散減少ファイバＦを２０ｍｍ以上の外径を有するリールに巻き付けることができる。従って、分散減少ファイバＦを曲げ損失の小さい状態でリール等に巻き付けて小型化することができる。
【００３４】
以上のことから、本発明の構成により、曲げ損失が充分に小さく小型化が可能であるとともに、ＳＭＦ１１やＤＳＦ１２等の他の光部品と接続させても光パルスを安定して断熱圧縮できる分散減少ファイバを容易に実現することができる。
【００３５】
尚、本実施形態では、コア１を通過する光パルスの分散値σを漸減させて、大径部Ａ及び小径部Ｂにおける光パルスの分散値σをそれぞれ０ps/nm/km及び１７ps/nm/kmとなるようにしていたが、その他、大径部Ａから小径部Ｂへ向かって通過する光パルスの分散値σを０ps/nm/km〜１７ps/nm/kmの範囲で漸減させるような構成としてもよい。
【００３６】
また、特に大径部Ａ及び小径部Ｂにおける上記分散値σをそれぞれ１０ps/nm/km〜１７ps/nm/km、０ps/nm/km〜７ps/nm/kmの大きさとしてもよい。このようにしても、大径部Ａ及びＳＭＦと、小径部Ｂ及びＤＳＦとの双方における分散値σの変化が小さいので、分散減少ファイバにおける光パルスの断熱圧縮に好適となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によると、径の大きさが長手方向に漸減されてなるコアと、このコアの外周に設けられたクラッドとを備え、略ステップ形状の屈折率分布を有しかつコアの大径端から小径端へ向かって通過する光パルスの分散値を漸減させる分散減少ファイバに対して、コアの大径端を通過する光パルスの分散値を１０ps/nm/km〜１７ps/nm/kmとする一方、小径端を通過する光パルスの分散値を０ps/nm/km〜７ps/nm/kmとし、コアとクラッドとの屈折率差の大きさを０．５７％〜０．７５％とすることにより、曲げ損失が充分に小さく小型化が可能であるとともに、他の光部品と接続させても光パルスを安定して断熱圧縮できる分散減少ファイバを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態に係る分散減少ファイバを模式的に示す概略斜視図である。
【図２】  ステップインデックス型及びＤＳＣ型の屈折率分布を示す説明図である。
【図３】  ステップインデックス型及びＤＳＣ型のコア径に対する分散値の変化をそれぞれ示すグラフ図である。
【図４】  分散減少ファイバ等の位置に対する分散値の変化を示すグラフ図である。
【図５】  屈折率差と曲げ損失及びカットオフ波長との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
Ｆ  分散減少ファイバ
Ａ  大径部（大径端）
Ｂ  小径部（小径端）
Δ  屈折率差
σ  分散値
１  コア
２  クラッド
【図１】
0004025031.tif 000003
【図２】
0004025031.tif 000004
【図３】
0004025031.tif 000005
【図４】
0004025031.tif 000006
【図５】
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