(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に屈折率が高い領域を有し屈折率分布がＷ型または三重クラッド型であるコア部と、前記コア部を取り囲むクラッド部とを備え、１．５５μｍの動作波長において伝搬モードが正常分散を示す光ファイバの分散を補償した分散シフト光ファイバであって、
前記クラッド部の長手方向に沿って複数の空孔を設けることによって、前記正常分散が略零分散となるように、且つ前記動作波長における分散スロープが正又は零となるように補償したことを特徴とする分散シフト光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の分散シフト光ファイバであって、
前記複数の空孔の径または配列、コア部の形状または屈折率分布のうちの少なくとも１つは、前記コア部の中心を対称軸とする２回対称性を有することを特徴とする分散シフト光ファイバ。
【請求項３】
請求項１に記載の分散シフト光ファイバであって、
前記複数の空孔は、隣接する空孔の間隔が前記所定の動作波長よりも大きくなるように配列されていることを特徴とする分散シフト光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散シフト光ファイバに関し、より詳細には、光通信ネットワークおよび光信号処理に用いられる分散シフト光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の分散シフト光ファイバの断面構造図で、図中符号、２１はコア部、２３はクラッド部、２４は空孔、２５はジャケット部を示している。クラッド部２３の空孔２４の位置は無秩序ではなく、一辺の長さが∧である正六角形を基本格子とするハニカム形状を構成している。ここで、空孔２４の直径をｄとする。
【０００３】
この光ファイバは、クラッド部２３に開けられた空孔２４によって、その有効屈折率がコア部２１の屈折率より低くなり、その結果として、コア部２１を導波するモードが閉じこめられることにより伝搬する。この構造において波長１．５５μｍ付近で零分散となる波長分散特性を実現するためには、この光ファイバを構成する材料（例えば、ＳｉＯ２ガラス）の材料分散を補償する導波路分散をクラッド部の空孔による導波路分散で補償する必要がある。これには、例えば、∧＝１．６μｍ、ｄ＝０．８μｍとすることで実現可能である。
【０００４】
図１１は、従来の分散シフトファイバの波長分散特性を示す図である。この図１１から、波長１．５５μｍ付近に零分散波長が存在することがわかる。また、現在、光通信用媒体として広く用いられている分散シフトファイバと異なり、分散スロープ（波長を横軸にとった場合の波長分散の傾き）の符号が負となっていることが特徴的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の分散シフト光ファイバには以下のような欠点があった。
【０００６】
まず、１番目の欠点としては、分散スロープが負の領域（長波長側程分散が減少する）を用いているため、伝搬モードの閉じこめ効果が弱く、長波長になるほど損失が増加するという欠点がある。また、図１０に述べたような光ファイバの構造を一部変化させ、コア部の中心に、例えば、ＧｅＯ２をドープしてコアの周辺部より屈折率を高くした構造においても、クラッド部の構造分散の効果によって零分散を実現している場合には、図１０に示したような構造と同様に長波長で光損失が増加するという欠点がある。
【０００７】
この場合における分散シフトファイバの損失波長特性については図１２に示す。（Ｋ．Ｐ．Hansen, et al., “ Highly nonlinear photonic crystal fiber with zero dispersion at 1.55 μｍ”，OFC 2002，Post Deadline Paper,FA９（2002））。
【０００８】
図１２において、１．４５μｍ付近から長波長側で急激に損失が増加しており、１．６μｍにおいては約１００ｄＢ／ｋｍの大きな損失となっている。この特性は、計算機解析でも同様の結果が得られている。また、光の閉じこめ効果が弱いためマイクロベンド損失が生じやすく、従来技術を用いたケーブル化では低損失伝送路を構成することが困難であった。さらに、同様な理由から曲げ損失を生じやすく、本光ファイバを光部品として用いる際に小径にファイバを収納して使用することが困難であった。
【０００９】
次に、２番目の欠点としては、従来の分散シフトファイバの場合コア径が約２．４μｍと、一般的に使用されている単一モードファイバの場合の１０μｍ、通常用いられている光ファイバの場合の８〜１０μｍと比較して小さなため、これらのファイバとの接続損失が数ｄＢ以上と大きなことがあげられる。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低損失、低分散スロープで、かつ１．５５ミクロン帯の分散シフト光ファイバを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、中心部に屈折率が高い領域を有し屈折率分布がＷ型または三重クラッド型であるコア部と、前記コア部を取り囲むクラッド部とを備え、１．５５μｍの動作波長において伝搬モードが正常分散を示す光ファイバの分散を補償した分散シフト光ファイバであって、前記クラッド部の長手方向に沿って複数の空孔を設けることによって、前記正常分散が略零分散となるように、且つ前記所定の動作波長における分散スロープが正または零となるように補償したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の分散シフト光ファイバであって、前記複数の空孔の径または配列、コア部の形状または屈折率分布のうちの少なくとも１つは、前記コア部の中心を対称軸とする２回対称性を有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の分散シフト光ファイバであって、前記複数の空孔は、隣接する空孔の間隔が前記所定の動作波長よりも大きくなるように配列されていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成により、本発明においては、コア部の中心部にドーパントを添加することにより高い比屈折率差を持つ領域を有し、１．５５μｍ帯において大きな負の分散（正常分散）を有する分散補償ファイバのクラッド領域に格子状の空孔を形成し、この空孔が存在することによる大きな異常分散を持つ導波路分散の効果とつり合わせることにより、波長１．５５μｍ帯において零分散かつ低分散スロープを有する分散シフトファイバを実現することができる。ここで、空孔の効果によって生ずる導波路分散の分散スロープは、正または零であることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の分散シフト光ファイバの実施例１を説明するための断面構造図で、図中符号１はＧｅＯ２を高濃度に添加したコア領域ａ、２は純粋ＳｉＯ２ガラスからなるコア領域ｂ、３はコア領域の周囲に配されたクラッド部、５はジャケット部を示している。クラッド部３には、光ファイバの長手方向に延びる多数の穴（以下、空孔という）４が形成されている。
【００１６】
クラッド部３の空孔４の位置は、無秩序ではなく一辺の長さが∧である正六角形を基本格子とするハニカム形状を構成している。ここで、空孔４の直径をｄとする。
【００１７】
図２は、図１のａ−ａ′で示す線に沿う断面の屈折率分布を示す図で、最も低い屈折率が空孔の屈折率（ｎ＝１）を表している。コア領域ａは、例えば、直径２ａ＝３μｍ、比屈折率差Δが２％となるようにステップ状にＧｅＯ２を添加することにより作成する。このとき、空孔４が存在しない場合には、コア領域ａとコア領域ｂから構成される光導波路の導波路分散の効果と材料分散の効果によって−２２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍに正常分散を持つ。
【００１８】
クラッド部３に空孔４を規則的に配置すると、図２に示すように、大きな屈折率の変化を生じる。ＳｉＯ２ガラスで構成されたコア領域ｂおよびクラッド部の屈折率がｎ＝１．４５であるのに対して、空孔部分４の屈折率はｎ＝１である。空孔４によりクラッド部３の平均屈折率が低下し（１＜ｎ＜１．４５）、これによってもコア部１および２を伝搬する光が閉じこめられる。
【００１９】
空孔４が存在することにより、コア部を伝搬するモードに大きな正の構造分散（異常分散）を生じさせることが可能である。構造分散の大きさは、空孔４の間隔∧と空孔４の直径ｄをパラメータに選び変化させることにより変えることができる。
【００２０】
例えば、∧＝５．６μｍ、ｄ＝２．８μｍとすると、波長１．５５μｍ付近で零分散となる分散シフトファイバを実現することができる。この光ファイバの波長分散特性を図３に示す。図３の破線は空孔のない場合の波長分散特性を示し、実線は上述した大きさの空孔を設けた場合の波長分散特性を示している。
【００２１】
この図３から、波長１．５５μｍで零分散かつ分散スロープが正の波長分散特性が得られることがわかる。波長１．５５μｍで零分散となる、２ａ、Δ、∧、ｄの値はここにあげた組み合わせに限らず、様々な値の組み合わせで実現することができる。
【００２２】
上述した実施例では、コア領域ａはステップ型の屈折率分布の場合について示したが、２乗型やα乗（α＞２）、スーパーガウシアン等の屈折率分布であっても構わない。
【００２３】
図１の構造において、空孔４の間隔∧を波長程度まで小さくすることによっても、波長１．５５μｍで零分散とすることができるが、この構造では従来技術の項で述べたように、コア領域を伝搬する光の閉じこめが極端に弱くなり急激な損失増加を生じてしまう。
【００２４】
［実施例２］
本発明の実施例２は、実施例１ではステップ型の屈折率分布であったコア部ａの屈折率分布を二重クラッド型もしくは三重クラッド型にしたものである。屈折率分布の例を図４（ａ），（ｂ）に示す。図４（ａ）は、二重クラッド型の屈折率分布、図４（ｂ）は、三重クラッド型の屈折率分布を示す。空孔４がない場合には、図４（ａ），（ｂ）に示す屈折率分布は良く知られた分散補償ファイバの屈折率分布と等価である。このような屈折率分布とすることによって大きな正常分散を持つ光ファイバを実現することができる。
【００２５】
このような屈折率分布を持つコア領域１および２の周りにほぼ規則正しく配列された空孔４を設けることにより、コア領域の寄与による正常分散を空孔４の配列による異常分散で補償することができ、結果として波長１．５５μｍで零分散となるファイバを実現することができる。空孔の効果による異常分散の分散スロープは、実施例１で示したように正となる。
【００２６】
二重クラッドもしくは三重クラッド構造とすることによって、波長１．５５μｍ付近の分散スロープを負にすることができる（Ｍ．Ohnishi 他、“ Optimization of dispersion-compensating fibers considering self-phase modulation suppression ”，OFC ’96，ThA2（1996) 、Ｌ, Gruner−Nielsen 他、“ New dispersion compensating fibres for simultaneous compensation of dispersion and dispersion slope of non-zero dispersion shifted fibres in the C or
L band ”，OFC 2000,(2000) 。
【００２７】
従って、コア領域の屈折率分布による分散スロープの寄与（負の分散スロープ）と互いに打ち消しあうことが可能である。したがって、ファイバの構造パラメータを適切に選ぶと、波長１．５５μｍで零分散かつ分散フラット（分散スロープが零）な光ファイバを実現することが可能である。図５に本発明のファイバの波長分散特性を示す。破線が空孔の存在しない場合の波長分散特性、実線が本光ファイバの波長分散特性を示している。
【００２８】
通常の二重クラッドもしくは三重クラッド構造の分散補償ファイバにおいては、伝搬モードの閉じこめ効果が通常の単一モードファイバと比べて弱くなるため、マイクロベンド損失や曲げ損失を生じやすくその扱いが難しいという欠点を有していた。
【００２９】
しかしながら、本発明の光ファイバ構造によると、光ファイバを伝搬するモードが空孔４に囲まれたコア領域１および２に強く局圧するために、光ファイバの曲げによる放射モード損失やマイクロベンド損失が実用上問題とならない値にまで減少する。したがって、従来通りのケーブル化を行っても損失増加が無視でき、許容曲げ半径が従来ファイバと比較して小さくできるので、装置内部のファイバの収納や引き回しに対する制限も小さくなる。
【００３０】
［実施例３］
図６は、本発明の実施例３を説明するための図で、図中符号１１はＧｅＯ２を高濃度に添加したコア領域ａ、１２は純粋ＳｉＯ２からなるコア領域ｂ、１３はクラッド部、１４ａは空孔ａ、１４ｂは空孔ｂ、１５はジャケット部を示している。
【００３１】
空孔ｂは、コア領域に隣接して２回対称となるように配置し、その直径は、空孔ａより大きいかもしくは小さくなるように設定する。
【００３２】
図７は、図６のａ−ａ′で示す線に沿う断面の屈折率分布を示す図である。空孔ａと空孔ｂの直径が異なるため、図７に示したｘ軸方向とｙ軸方向の等価屈折率に異方性を生じる。その結果、ｘ方向とｙ方向に振動面を持つ伝搬モードに大きな複屈折を生じる。大きな複屈折があるため、ｘ方向の偏波モードからｙ方向のモードへの偏波クロストークもしくはその逆のクロストークが減少し、結果としてｘ方向もしくはｙ方向の偏波モードが保持されたまま伝搬する。コア領域ａの屈折率がコア領域ｂに等しい場合の例が、川西、岡本「偏波保持光ファイバ」（特願２００１−５９０３３）に記述されている。
【００３３】
上述した参考文献に示したファイバ構造に基づいて作成した光ファイバの波長分散特性の一例が、Ｋ．Suzuki，他“ Optical properties of a low-loss polarization maintaining photonic crystal fiber ”，Optics Express, vol. 9, No. 13, p.676(2001) に示されている。これによると、波長１．５５μｍで約＋７０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの大きな異常分散が得られている。
【００３４】
このような構造のファイバにおいて波長１．５５μｍで零分散を実現するには、コア領域１にＧｅＯ２を高濃度に添加し、コア領域の導波路構造に基づく負の導波路分散（正常分散）を発生させ、前述の空孔による正の分散を補償すれば良い。例えば、コア領域ａの比屈折率差Δを２％、直径を２．２μｍ、空孔ａの直径を２μｍ、空孔ｂの直径を４μｍ、空孔の間隔∧を４μｍとすると、波長１．５５μｍ付近で波長分散が零となる。
【００３５】
図８は、この光ファイバの波長分散特性を示す図である。実線と破線はそれぞれｘ方向とｙ方向に偏波方向を持つ伝搬モードに対する波長分散特性を表している。両モードに対する零分散波長が異なっているもののそれぞれ１．５５μｍ付近に零分散波長が存在することがわかる。両者の波長分散特性の相違は、空孔ａとｂの直径が大きく異なることに起因する。
【００３６】
上述した実施例においては、コア領域１１はステップ型の屈折率分布を仮定したが、２乗型やα乗（α＞２）、スーパーガウシアン等の屈折率分布であっても構わない。
【００３７】
［実施例４］
本発明の実施例４は、実施例３においてステップ型の屈折率分布であったコア部ａの屈折率分布を二重クラッド型もしくは三重クラッド型にしたものである。屈折率分布の形状の一例は、図４に示したものである。実施例２において説明したように、このような屈折率分布を有する光ファイバの波長分散特性は、適当な構造パラメータを選ぶことによって波長１．５５μｍ付近で正常分散（負）かつ負の分散スロープを有するように設定することができる。
【００３８】
このようなコア部の屈折率分布を実施例３の光ファイバに適用することによって、クラッド部に開けられた空孔によって生ずる異常分散（正の分散）かつ正の分散スロープを同時に補償することができ、１．５５μｍにおいてほぼ零分散かつ低分散スロープな分散シフト光ファイバを実現することができる。この構造に基づいて作成した光ファイバの波長分散特性の一例を図９に示す。
【００３９】
図９は、実線および破線は互いに直交する２つの偏波モードに対応する波長分散特性を示した図である。ここでは、互いに直交する伝搬モードのうち、一方のモードが、波長１．５５μｍにおいて零分散となっている。このときの分散スロープは、０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍと通常の分散シフチ光ファイバの１／３以下の小さな値となっている。
【００４０】
本実施例の構造の光ファイバにおいては、伝搬モードの閉じ込めが強いため、直径１０ｍｍ程度の曲げに対しても光損失の増加は見られない。また、伝搬モードの閉じこめが長波長側で徐々に弱くなることに起因する長波長側での損失増加も見られない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、コア部の中心に、コア部の周辺部より屈折率の高い領域を有し、領域の動作波長における群速度分散が正常分散となるようなコア部の屈折率分布を有するので、伝搬モードの閉じこめ効果の強い分散シフトファイバを実現することができる。また、光ファイバの曲げによる光損失が生じにくいので、本光ファイバを装置の内部等に収容する場合に、その装置の小型化を図ることができる。さらに、コア部の屈折率分布の最適化を図ることによって、広い波長領域において低分散な光ファイバを実現することができ、これを用いた光デバイスの特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散シフト光ファイバの実施例１を説明するための断面構造図である。
【図２】図１のａ−ａ′で示す線に沿う断面の屈折率分布を示す図である。
【図３】図１に示した光ファイバの波長分散の波長依存性の一例を示す図である。
【図４】本発明におけるコア部の屈折率分布を示した図で、（ａ）はＷ型（二重クラッド型）、（ｂ）は三重クラッド型の例を示した図である。
【図５】本発明の実施例２に基づいて作成した光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【図６】本発明の実施例３を説明するための断面構造図である。
【図７】図６のａ−ａ′で示す線に沿う断面の屈折率分布を示す図である。
【図８】図６の光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【図９】本発明の実施例４の光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【図１０】従来の分散シフト光ファイバの断面図である。
【図１１】従来の光ファイバの波長分散特性の一例を示す図である。
【図１２】従来の光ファイバの損失波長特性を示す図である。
【符号の説明】
１，１１  コア領域ａ
２，１２  コア領域ｂ
３，１３  クラッド部
４  空孔
５  ジャケット部
１４ａ  空孔ａ
１４ｂ  空孔ｂ
１５  ジャケット部
２１  コア部
２３  クラッド部
２４  空孔
２５  ジャケット部
【図１】
0004137515.tif 000002
【図２】
0004137515.tif 000003
【図３】
0004137515.tif 000004
【図４】
0004137515.tif 000005
【図５】
0004137515.tif 000006
【図６】
0004137515.tif 000007
【図７】
0004137515.tif 000008
【図８】
0004137515.tif 000009
【図９】
0004137515.tif 000010
【図１０】
0004137515.tif 000011
【図１１】
0004137515.tif 000012
【図１２】
0004137515.tif 000013