(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の中心軸に沿って伸びたコア領域と、該コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを有するとともに、波長１５５０ｎｍの光に対して７０μｍ２以上の実効断面積を有する光ファイバにおいて、
所定の屈折率を有する中心領域と、前記中心領域の外周に設けられ、該中心領域よりも高い屈折率を有する第１環状領域と、前記第１環状領域の外周に設けられるとともに、フッ素が添加された領域であって、当該光ファイバの中心軸から半径方向に向かって、その屈折率が低下するようフッ素添加量が調節された第２環状領域とを備え、
前記コア領域は、前記中心領域に相当する内側コアと、前記第１環状領域に相当する外側コアを備え、
前記クラッド領域は、前記第２環状領域に相当する内側クラッドと、該内側クラッドの外周に設けられ、該内側クラッドよりも高い屈折率を有する外側クラッドを備え、
前記第２環状領域に相当する前記内側クラッドの、前記外側クラッドに対する比屈折率差と、当該光ファイバの中心軸から半径方向の距離とで与えられる、内側クラッドにおける屈折率プロファイルの傾きの絶対値は、０．０２％／μｍ以上であり、
前記中心領域は、１．５μｍ以上の半径を有し、
２ｍのファイバ長において１．３μｍ以上のカットオフ波長を有し、
波長１５５０ｎｍの光に対する実効断面積をＡｅｆｆ、モードフィールド径をＭＦＤとするとき、
ｋ＝Ａｅｆｆ／｛（π／４）・（ＭＦＤ）２｝≧１．４
なる関係を満した光ファイバ。
【請求項２】
前記コア領域は、前記中心領域に相当する第１コアと、前記第１環状領域に相当する第２コアと、前記第２環状領域に相当する第３コアと、該第３コアの外周に設けられるとともに、該第３コアよりも高い屈折有する第４コアを備え、
前記クラッド領域は、前記第４コアよりも低い屈折率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３】
前記第２環状領域に相当する前記第３コアの、前記クラッド領域に対する比屈折率差と、当該光ファイバの中心軸から半径方向の距離とで与えられる、第３コアにおける屈折率プロファイルの傾きの絶対値は、０．０２％／μｍ以上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４】
波長１５５０ｎｍの光に対して、絶対値が１．０〜４．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散と、７０μｍ２以上の実効断面積とを有する請求項１〜３のいずれか一項記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
この発明は、光通信などの長距離伝送路として通信ケーブル等に使用可能なシングルモード光ファイバに関し、特に、波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）伝送等の大容量光通信に好適な分散シフトファイバ（dispersion-shifted fiber）に関するものである。
【０００２】
背景技術
従来から、伝送路としてシングルモード光ファイバが適用された光通信システムでは、通信用信号光として１．３μｍ波長帯または１．５５μｍ波長帯の光が利用されることが多かった。ただし、最近では伝送路中における伝送損失低減の観点から１．５５μｍ波長帯の光の使用が増しつつある。こうした１．５５μｍ波長帯の光の伝送路に適用されるシングルモード光ファイバ（以下、１．５５μｍ用シングルモード光ファイバという）では、１．５５μｍ波長帯の光に対する、その波長分散（波長によって光の伝搬速度が異なるためパルス波が広がる現象）がゼロになるよう設計されている（零分散波長１．５５μｍの分散シフトファイバ）。
【０００３】
このような分散シフトファイバとして、例えば特開平８−３０４６５５号公報（米国特許第5,613,027号公報）や米国特許第5,659,649号公報には、コア領域が内側コアと、該内側コアよりも高い屈折率を有する外側コアとから構成された、リング状コア構造の屈折率プロファイルを有する分散シフトファイバが提案されている。また、特開平８−２４８２５１号公報（欧州特許0 724 171 A2号公報）や特開平９−３３７４４号公報には、コア領域が、第１コアと、該第１コアよりも高い屈折率を有する第２コアと、該第２コアよりも低い屈折率を有する第３コアと、該第３コアよりも高い屈折率を有する第４コアとから構成された、デュアルリングコア構造の屈折率プロファイルを有する分散シフトファイバが提案されている。
【０００４】
なお、特開昭６３−４３１０７号公報や特開平２−１４１７０４号公報には、クラッド領域が内側クラッドと、該内側クラッドよりも高い屈折率を有する外側クラッドとから構成されたディプレストクラッド構造も提案されている。
【０００５】
さらに、近年は、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送や光増幅器の登場により長距離伝送が可能になり、非線形現象を避けるため、上述のような光ファイバについて種々の改良がなされてきた。なお、非線形光学効果とは、四光波混合（ＦＷＭ：four-wave mixing）、自己位相変調（ＳＰＭ：self-phase modulation）、相互位相変調（ＸＰＭ：cross-phase modulation）などの非線形現象により、光強度の密度等に比例して信号光パルスが歪む現象であり、伝送速度や中継伝送システムにおける中継間隔の制約要因となる。
【０００６】
発明の開示
一般に、非線形現象の発生量は以下の式（１）で与えられる屈折率の変化量に比例することが知られている。
（Ｎ2／Ａeff）×Ｐ                  …（１）
ここで、Ｎ2は非線形屈折率（単位：ｍ2／Ｗ）、Ａeffは実効断面積（単位：μｍ2）、そして、Ｐは光パワーである。
【０００７】
なお、非線形屈折率Ｎ2は以下のように定義されている。すなわち、強い光の下における媒質の屈折率＜Ｎ＞は、光パワーによって変わる。したがって、この屈折率＜Ｎ＞に対する最低次の効果は、
＜Ｎ＞＝＜Ｎ0＞＋＜Ｎ2＞・Ｉ                              …（２）
ここで、＜Ｎ0＞：線形分極に対する屈折率
＜Ｎ2＞：非線形分極に対する非線形屈折率
Ｉ   ：光強度
で表される。強い光の下では、媒質の屈折率＜Ｎ＞は通常の値＜Ｎ0＞と光強度に比例する増加分との和で与えられる。特に、第２項の比例定数＜Ｎ2＞（単位：ｍ2／Ｗ）が非線形屈折率と呼ばれる。
【０００８】
また、実効断面積Ａeffは、特開平８−２４８２５１号公報（EP 0 724 171 A2）に示されたように、以下の（３）式で与えられる。
0004192424.tif 000002
【０００９】
ただし、Ｅは伝搬光に伴う電界、ｒはコア中心（光ファイバの中心軸）からの半径方向の距離である。
【００１０】
上述された従来の光ファイバは、いずれも非線形現象の発現を抑制するため、実効断面積Ａeffを拡大するよう設計されていた。しかしながら、発明者らは従来の光ファイバについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、実効断面積Ａeffの拡大は、光ファイバを所定の曲率で曲げたときの伝送損失（以下、曲げロスという）や光ファイバの側面に加えられた外圧（側圧）に起因する伝送損失（以下、側圧ロスという）の増大を引き起こすため、必然的に限界がある。また、一般に、リング状コア構造の屈折率プロファイルを有する光ファイバは、他の屈折率プロファイル、例えばデュアルリングコア構造や多層コア構造の屈折率プロファイルを有する光ファイバよりも側圧ロスは少ないが、それでも上限はある。このように、実効断面積Ａeffの拡大とともに曲げロスや側圧ロスが増大することは、光ファイバの本質的な問題でもあり、避けることはできない。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、曲げ損失等の伝送損失を増加させることなく、非線形現象の発現を効果的に抑制する構造を備えた光ファイバを提供することを目的とする。
【００１２】
この発明に係る光ファイバは、所定の軸に沿って伸びたコア領域と、該コア領域の外周に設けられたクラッド領域を有するとともに、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバに好適である。また、この発明に係る光ファイバは、近年の波長分割多重伝送等への適用を考慮し、波長１５５０ｎｍの光に対して、絶対値が１．０〜４．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散と、７０μｍ2以上の実効断面積とを有するとともに、２ｍのファイバ長において、１．３μｍ（１３００ｎｍ）以上のカットオフ波長を有する。
【００１３】
具体的に、この発明に係る光ファイバは、図１Ａ及び図１Ｂに示されたように、中心軸に沿って伸び、所定の屈折率を有する中心領域１０１と、中心領域１０１の外周に設けられ、該中心領域１０１よりも高い屈折率を有する第１環状領域１０２と、第１環状領域１０２の外周に設けられ、該第１環状領域１０２よりも低い屈折率を有する第２環状領域１０３とを、少なくとも備えている。
【００１４】
特に、上記第２環状領域１０３は、非線形屈折率Ｎ2を低減して非線形現象の発現を抑制するため（上記式（１）参照）、当該光ファイバ１００の中心から半径方向に、その屈折率が低下するよう、屈折率低下剤であるフッ素の添加量が調節されている。また、この発明に係る光ファイバでは、上記第１環状領域１０２の半径は、中心軸近傍での光パワーの集中を避けるため、特に１．５μｍ以上に設定されている。なお、上記式（３）で与えられる実効断面積Ａeffとモードフィールド径ＭＦＤとの関係は以下の式（４）で与えられ、該式（４）における比例定数ｋは１．４以上であるのが好ましい。
Ａeff＝ｋ・（π／４）・（ＭＦＤ）2                    …（４）
【００１５】
ファイバ組成に対する非線形屈折率Ｎ2の依存性は、T.Kato, et al.,"Estimation of nonlinear refractive index in various silica-based glasses for optical fibers"(OPTICS LETTERS, Vol.20, No.22, Nov. 15, 1995)に示されたように、純石英が最も小さく、フッ素のような不純物が添加されると大きくなることが知られている。また、光ファイバの各領域における非線形屈折率2への寄与は、上記第１環状領域１０２の方が上記第２環状領域１０３よりも大きいが、この第１環状領域１０２は、上述された当該光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性決定にも大きく寄与する。
【００１６】
そこで、この発明では、第１環状領域１０２の外側に位置する第２環状領域１０３に着目した。具体的には、第２環状領域１０３における屈折率プロファイルの形状を、当該光ファイバ１００の中心から周辺に向かって傾けるよう、フッ素添加量が制御されている。すなわち、当該光ファイバ１００内を伝搬する光の光パワーが大きな、第２環状領域１０３の内側部分にはフッ素添加量を少なくする一方、該第２環状領域１０３の外側部分に向かって（伝搬光の光パワーが弱まるにつれて）、フッ素添加量を増加させ、該第２環状領域１０３における屈折率プロファイルを故意に傾けることにより、当該光ファイバ全体の非線形屈折率Ｎ2が低減される。
【００１７】
発明者らは後述する実験結果から、上記第２環状領域１０３において、基準となるガラス領域に対する第２環状領域１０３の比屈折率差が、当該光ファイバの中心から１μｍ離れるにつれ、０．０２％以上低下するよう、該第２環状領域１０３における屈折率プロファイルを傾けるのが好ましいことを発見した。なお、この屈折率プロファイルの傾きを示す値（％／μｍ）は、第２環状領域１０３における屈折率プロファイルの形状が直線でない場合には、最小二乗法等により得られる近似直線の傾きとして与えられる。
【００１８】
また、この発明に係る光ファイバを実現する屈折率プロファイルの構造は、種々の態様が適用可能である。すなわち、当該光ファイバのコア領域の屈折率プロファイルの構造としては、リング状コア構造、デュアルリング構造、あるいは多層コア構造等が適用可能であり、クラッド領域の屈折率プロファイルとしては、ディプレストクラッド構造も適用可能である。
【００１９】
例えば、この発明に係る光ファイバの屈折率プロファイルとして、図２Ａ及び図２Ｂに示されたようなリング状コア・ディプレストクラッド構造の屈折率プロファイル２５０が採用された場合、光ファイバ２００の中心軸に沿って伸びた内側コア２１１には上記中心領域１０１が相当し、該内側コア２１１の外周に設けられた外側コア２１２には上記第１環状領域１０２が相当し、該外側コア２１２の外周に設けられた内側クラッド２２１には上記第２環状領域１０３が相当する。なお、これら各ガラス領域２１１、２１２、２２１は、内側クラッド２２１の外周に設けられた外側クラッド２２２を基準にして比屈折率差が与えられる。
【００２０】
また、この発明に係る光ファイバの屈折率プロファイルとして、図７Ａ及び図７Ｂに示されたようなデュアルリングコア構造の屈折率プロファイル４５０が採用された場合、光ファイバ４００の中心軸に沿って伸びた第１コア４１１には上記中心領域１０１が相当し、該第１コア４１１の外周に設けられた第２コア４１２には上記第１環状領域１０２が相当し、該第２コア４１２の外周に設けられた第３コア４１３には上記第２環状領域１０３が相当する。なお、図７Ａ及び図７Ｂの光ファイバ４００には、第３コア４１３の外周に第４コア４１４が設けられるとともに、該第４コアの外周にはクラッド領域４２０が設けられている。そして、これら各ガラス領域４１１、４１２、４１３、４１４は、クラッド領域４２０を基準にして比屈折率差が与えられる。この屈折率プロファイル４５０においてもディプレストクラッド構造を採用してもよい。
【００２１】
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係る光ファイバを、図１Ａ〜２Ｂ、３、４Ａ、４Ｂ、５〜６、７Ａ〜８Ｂ、及び９を用いて説明する。なお、図中、同一部分については同一符合を付して重複する説明を省略する。
【００２２】
図１Ａ及び図１Ｂは、この発明に係る光ファイバにおける主要部分を示す図であり、図１Ａはその断面構造、図１Ｂはその屈折率プロファイルをそれぞれ示している。この発明に係る光ファイバ１００は、中心軸に沿って伸びたコア領域と、該コア領域の外周に形成されたクラッド領域を有する、石英ガラスを主成分とする光ファイバである。そして、光ファイバ１００は、所定の屈折率ｎ1を有する外径ａ１の中心領域１０１と、中心領域１０１の外周に設けられ、該中心領域１０１よりも高い屈折率ｎ2を有する外径ｂ１の第１環状領域１０２と、第１環状領域１０２の外周に設けられ、該第１環状領域１０２よりも低い屈折率ｎ3（ｒ）を有する外径ｃ１の第２環状領域１０３とを、少なくとも備えている。特に、第２環状領域１０３の屈折率ｎ3（ｒ）は、当該光ファイバ１００の中心から周辺に向かって徐々に低下するよう、フッ素等の不純物が添加されている。なお、ｒは当該光ファイバ１００の中心から半径方向の距離である。
【００２３】
ここで、図１Ｂに示された屈折率プロファイル１５０の横軸は、図１Ａにおける線Ｌ１の各位置に相当している。また、図１Ａ中、Ｏ1は当該光ファイバ１００の中心軸と線Ｌ１との交点を示す。具体的には、この屈折率プロファイル１５０は、各ガラス領域における屈折率を示しており、領域１５１は上記中心領域１０１の線Ｌ１上における各部位、領域１５２は上記第１環状領域１０２の線Ｌ１上における各部位、領域１５３は上記第２環状領域１０３の線Ｌ１上における各部位にそれぞれ対応している。
【００２４】
上述されたように、非線形現象の発生量は上記式（１）で与えられる変化量に比例する。この発明は、曲げロスや側圧ロスに起因した実効断面積Ａeffの拡大の限界に鑑み、非線形屈折率Ｎ2を低減させることにより非線形現象の発現を抑制する構造を提供する。
【００２５】
また、ファイバ組成に対する非線形屈折率Ｎ2の依存性は、T.Kato, et al.,"Estimation of nonlinear refractive index in various silica-based glasses for optical fibers"(OPTICS LETTERS, Vol.20, No.22, Nov. 15, 1995)に示されたように、純石英が最も小さく、フッ素のような不純物が添加されると大きくなることが知られている。一方、光ファイバの各領域における非線形屈折率Ｎ2への寄与は、上記第１環状領域１０２の方が上記第２環状領域１０３よりも大きいが、この第１環状領域１０２は、上述された当該光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける諸特性決定にも大きく寄与する。
【００２６】
そこで、この発明では、第１環状領域１０２の外側に位置する第２環状領域１０３に着目し、該第２環状領域１０３における屈折率プロファイルの形状を、当該光ファイバ１００の中心から周辺に向かって傾けるよう、フッ素添加量が制御されている。すなわち、当該光ファイバ１００内を伝搬する光の光パワーが大きな、第２環状領域１０３の内側部分にはフッ素添加量を少なくする一方、該第２環状領域１０３の外側部分に向かって（伝搬光の光パワーが弱まるにつれて）、フッ素添加量を増加させ、該第２環状領域１０３における屈折率プロファイルを故意に傾けることにより、当該光ファイバ全体における非線形屈折率Ｎ2の低減が図られている。結果的に、この発明に係る光ファイバ１００は、第２環状領域１０３の内側部分における屈折率が、該環状領域１０３の外側部分における屈折率よりも高くなるよう設計されている。
【００２７】
第１実施例
次に、この発明に係る光ファイバの第１実施例を図２Ａ、２Ｂ、及び図３を用いて説明する。なお、この第１実施例に係る光ファイバは、リング状コア・ディスプレストクラッド構造の屈折率プロファイルを有する。
【００２８】
図２Ａ及び図２Ｂは、この発明に係る光ファイバの第１実施例を示す図であり、図２Ａはその断面構造、図２Ｂはその屈折率プロファイル（リング状コア・ディプレストクラッド構造）をそれぞれ示している。また、図３は、この第１実施例に係る光ファイバ２００における屈折率プロファイル２５０と光パワー分布２６０との関係を示すグラフである。なお、図３における光パワー分布２６０は、最大値を１として規格化されている。
【００２９】
この第１実施例に係る光ファイバ２００も、中心軸に沿って伸びたコア領域２１０と、該コア領域２１０の外周に形成されたクラッド領域２２０を有する、石英ガラスを主成分とする光ファイバである。そして、光ファイバ２００において、コア領域２１０は、屈折率ｎ1を有する外径ａ２の内側コア２１１と、内側コア２１１の外周に設けられ、屈折率ｎ2（＞ｎ1）を有する外径ｂ２の外側コア２１２から構成されている。また、クラッド領域２２０は、外側コア２１２の外周に設けられ、当該光ファイバ２００の中心から周辺に向かって徐々に屈折率ｎ3（ｒ）（＜ｎ2）が低下するよう、フッ素が添加された外径ｃ２の内側クラッド２２１と、内側クラッド２２１の外周に設けられ、屈折率ｎ4（＞ｎ3（ｒ））を有する外側クラッド２２２から構成されている。なお、ｒは当該光ファイバ２００の中心から半径方向の距離である。
【００３０】
したがって、この第１実施例に係る光ファイバ２００において、内側コア２１１が上記中心領域１０１に相当し、外側コア２１２が上記第１環状領域１０２に相当し、内側クラッド２２１が上記第２環状領域１０３に相当する。
【００３１】
また、図２Ｂに示された屈折率プロファイル２５０の横軸は、図２Ａにおける線Ｌ２の各位置に相当しており、図２Ａ中のＯ2は当該光ファイバ２００の中心軸と線Ｌ２との交点である。具体的には、この屈折率プロファイル２５０は、外側クラッド２２２に対する各ガラス領域２１１、２１２、２２１の比屈折率差を示しており、領域２５１は上記内側コア２１１の線Ｌ２上における各部位、領域２５２は上記外側コア２１２の線Ｌ２上における各部位、領域２５３は上記内側クラッド２２１の線Ｌ２上における各部位、領域２５４は上記外側クラッド２２２の線Ｌ２上における各部位にそれぞれ対応している。
【００３２】
なお、この明細書において、比屈折率差Δは以下の式（５）に示されたように定義されている。
Δ＝（ｎt2−ｎc2）／２ｎc2≒（ｎt−ｎc）／ｎc          …（５）
ここで、ｎcは基準となる外側クラッド２２２の屈折率ｎ4、ｎtは各ガラス領域２１１、２１２、２２１の屈折率ｎ1、ｎ2、ｎ3（ｒ）にそれぞれ相当している。したがって、外側クラッド２２２に対し、内側コア２１１の比屈折率差Δｎ1は（ｎ12−ｎ42）／２ｎ42で与えられ、外側コア２１２の比屈折率差Δｎ2は（ｎ22−ｎ42）／２ｎ42で与えられ、内側クラッド２２１の比屈折率差Δｎ3（ｒ）は（ｎ3（ｒ）2−ｎ42）／２ｎ42で与えられる。ただし、上記式中の屈折率は順不動であり、外側クラッド２２２に対する比屈折率差が負の値をとるガラス領域は、該外側クラッド２２２の屈折率ｎ4よりも低い屈折率を有するガラス領域であることを意味する。また、この明細書において、各ガラス領域の比屈折率差は百分率表示されている。
【００３３】
（実験１）
次に、この第１実施例に係る光ファイバ２００の非線形屈折率Ｎ2と屈折率プロファイル２５０の傾きとの関係を示すために行われた実験について説明する。
【００３４】
図４Ａ及び図４Ｂは、この実験１のための指標として用意された基準光ファイバ３００を示すずであり、図４Ａはその断面構造、図４Ｂはその屈折率プロファイルを示している。また、図５は、図４Ａ及び図４Ｂに示された基準光ファイバ３００の屈折率プロファイル３５０と光パワー分布３６０との関係を示す図である。なお、図５における光パワー分布３６０は、最大値を１として規格化されている。
【００３５】
この基準光ファイバ３００と第１実施例に係る光ファイバ２００との構造上の差異は、内側クラッド２２１における屈折率プロファイルの形状が異なる点のみである。したがって、この基準光ファイバ３００は、コア領域３１０が屈折率ｎ1を有する外径ａ３の内側コア３１１と屈折率ｎ2（＞ｎ1）を有する外径ｂ３の外側コア３１２で構成され、クラッド領域３２０が屈折率ｎ3（＜ｎ2）を有する外径ｃ３の内側クラッド３２１と屈折率ｎ4（＞ｎ3）を有する外側クラッド３２２で構成されている。また、この基準光ファイバ３００において、外側クラッド３２２に対する内側クラッド３２１の比屈折率差Δｎ3は一定である（屈折率プロファイルの傾き（％／μｍ）は０）。
【００３６】
さらに、図４Ｂの屈折率プロファイル３５０は、図４Ａにおける外側クラッド３２２に対する各ガラス領域３１１、３１２、３２１の比屈折率差（第１実施例と同様に定義される）を示しており、領域３５１は線Ｌ３上における内側コア３１１の各部位、領域３５２は線Ｌ３上における外側コア３１２の各部位、領域３５３は線Ｌ３上における内側クラッド３２１の各部位、領域３５４は線Ｌ３上における外側クラッド３２２の各部位にそれぞれ対応している。なお、図４Ａ中のＯ3は基準光ファイバ３００の中心軸と線Ｌ３との交点である。
【００３７】
この用意された基準光ファイバ３００では、各組成パラメータは以下のように与えられている。
Δｎ1（％） ：−０．３９
Δｎ2（％） ：  ０．９５
Δｎ3（％） ：−０．２９
ａ３／ｂ３  ：  ０．６２
ｃ３／ｂ３  ：  ２．０
ｃ３（μｍ）：  １７．０
【００３８】
また、以上のように構成される基準光ファイバ３００において、内側コア３１１の半径（（ａ３）／２）は２．６μｍであり、２ｍ長でのカットオフ波長は１．４５μｍである。そして、用意された基準光ファイバ３００は、波長１５５０ｎｍの光に対して以下の諸特性を有する。
分散値（ps/nm/km）               ：−２．０
実効断面積Ａeff（μｍ２）        ：  ８５
非線形屈折率（１０-20ｍ2／Ｗ）   ：  ３．７３０
モードフィールド径ＭＦＤ（μｍ） ：  ７．０４
【００３９】
このとき、実効断面積Ａeffとモードフィールド径ＭＦＤとの関係を示す上記式（４）における比例定数ｋは２．１８であった。
【００４０】
ちなみに、この基準光ファイバ３００において、各ガラス領域は非線形屈折率Ｎ2に対して以下のように寄与している。
内側コア    ：  １８．１％
外側コア    ：  ５２．５％
内側クラッド：  ２８．８％
外側クラッド：  ０．６％
【００４１】
この実験１では、上記基準光ファイバ３００を基準にして、上記１５５０ｎｍにおける諸特性を変えることなく、内側クラッド３２１における屈折率プロファイルの傾き（％／μｍ）が変更された複数のサンプル光ファイバが用意され、それら各サンプル光ファイバの非線形屈折率Ｎ2（ｍ2／Ｗ）が測定された。図６中のグラフ（１）が当該実験１の測定結果である。このグラフ（１）において、点Ａが図４Ａ及び図４Ｂに示された基準光ファイバ３００に相当する。
【００４２】
また、この実験１では、用意された各サンプル光ファイバは、屈折率プロファイルが傾けられた内側クラッド（第１実施例の内側クラッド２２１に相当）における比屈折率差Δｎ3（ｒ）の平均Δｎ3AVE、外側クラッドに対する内側コアの比屈折率差Δｎ1、及び外側コアに対する内側クラッドの外径比ｃ３／ｂ３は固定され、外側クラッドに対する内側クラッドの比屈折率差Δｎ3（ｒ）がそれぞれ変えられる。
【００４３】
なお、これら用意された各サンプル光ファイバにおいて、外側クラッドに対する外側コアの比屈折率差Δｎ2及び、外側コアに対する内側コアの外径比ａ３／ｂ３も、波長１５５０ｎｍの光に対する諸特性が変らないよう、比屈折率差Δｎ3（ｒ）の変化に合わせて調整される。また、各サンプル光ファイバにおいて、内側クラッドにおける比屈折率差Δｎ3（ｒ）の平均Δｎ3AVEは、以下の式（６）により与えられる。
0004192424.tif 000003
【００４４】
この実験１の測定結果を示す図６のグラフ（１）から分かるように、内側クラッドにおける屈折率プロファイルの傾きの絶対値が、０．０２％／μｍを超えると非線形屈折率Ｎ2の低減効果が大きくなる。
【００４５】
（実験２）
さらに、実験２で用意された基準光ファイバは、上述の図４Ａ及び図４Ｂに示された光ファイバ３００と同様の構造を備えるとともに、以下の組成パラメータを有する光ファイバである。この実験２でも、この基準光ファイバを基準に、屈折率プロファイルの傾きが異なる種々のサンプル光ファイバについて、その非線形屈折率Ｎ2（ｍ2／Ｗ）が測定される。図６中のグラフ（２）は、この実験２の測定結果を示している。
Δｎ1（％）  ：−０．５０
Δｎ2（％）  ：  ０．９０
Δｎ3（％）  ：−０．４０
ａ３／ｂ３   ：  ０．６０
ｃ３／ｂ３   ：  ２．０
ｃ３（μｍ） ：  １８．０
【００４６】
また、以上のように構成される基準光ファイバ３００において、内側コア３１１の半径（（ａ３）／２）は２．７μｍであり、２ｍ長でのカットオフ波長は１．４５μｍである。そして、用意された基準光ファイバ３００は、波長１５５０ｎｍの光に対して以下の諸特性を有する。
分散値（ps/nm/km）                ：−２．０
実効断面積Ａeff（μｍ2）          ：  ８５
２ｍ長でのカットオフ波長（μｍ）  ：  １．４５
非線形屈折率（１０-20ｍ2／Ｗ）    ：  ３．７４３
モードフィールド径ＭＦＤ（μｍ）  ：  ６．７９
【００４７】
このとき、実効断面積Ａeffとモードフィールド径ＭＦＤとの関係を示す上記式（４）における比例定数ｋは２．３５であった。
【００４８】
この実験２でも上述の実験１と同様に、用意された基準光ファイバを基準にして、波長１５５０ｎｍの光に対する諸特性を変えることなく、内側クラッドにおける屈折率プロファイルの傾き（％／μｍ）が変更された複数のサンプル光ファイバが用意され、それら各サンプル光ファイバの非線形屈折率Ｎ2（ｍ2／Ｗ）が測定された。図６中のグラフ（２）が当該実験結果である。このグラフ（２）において、点Ｂがこの実験２で用意された基準光ファイバに相当する。
【００４９】
また、この実験２でも、用意された各サンプル光ファイバは、屈折率プロファイルが傾けられた内側クラッド（第１実施例の内側クラッド２２１に相当）における比屈折率差Δｎ3（ｒ）の平均Δｎ3AVE、外側クラッドに対する内側コアの比屈折率差Δｎ1、及び外側コアに対する内側クラッドの外径比ｃ３／ｂ３は固定され、外側クラッドに対する内側クラッドの比屈折率差Δｎ3（ｒ）がそれぞれ変えられる。
【００５０】
なお、これら用意された各サンプル光ファイバにおいても、外側クラッドに対する外側コアの比屈折率差Δｎ2及び、外側コアに対する内側コアの外径比ａ３／ｂ３は、波長１５５０ｎｍの光に対する諸特性が変らないよう、比屈折率差Δｎ3（ｒ）の変化に合わせて調整される。
【００５１】
この実験２の測定結果を示す図６のグラフ（２）からも、内側クラッドにおける屈折率プロファイルの傾きの絶対値が、０．０２％／μｍを超えると非線形屈折率Ｎ2の低減効果が大きくなることが分かる。
【００５２】
第２実施例
次に、この発明に係る光ファイバの第２実施例を図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。なお、この第２実施例に係る光ファイバは、デュアルリングコア構造の屈折率プロファイルを有する。
【００５３】
図７Ａ及び図７Ｂは、この発明に係る光ファイバの第２実施例を示す図であり、図７Ａはその断面構造、図７Ｂはその屈折率プロファイル（デュアルリングコア構造）をそれぞれ示している。この第２実施例に係る光ファイバ４００も、中心軸に沿って伸びたコア領域４１０と、該コア領域４１０の外周に形成されたクラッド領域４２０を有する、石英ガラスを主成分とする光ファイバである。そして、光ファイバ４００において、コア領域４１０は、屈折率ｎ1を有する外径ａ４の第１コア４１１と、第１コア４１１の外周に設けられ、屈折率ｎ2（＞ｎ1）を有する外径ｂ４の第２コア４１２と、第２コア４１２の外周に設けられ、当該光ファイバ４００の中心から周辺に向かって徐々に屈折率ｎ3（ｒ）（＜ｎ2）が低下するよう、フッ素が添加された外径ｃ４の第３コア４１３と、第３コア４１３の外周に設けられ、屈折率ｎ4（＞ｎ3（ｒ））を有する外径ｄ４の第４コア４１４とから構成されている。また、クラッド領域４２０は、第４コア４１４よりも低い屈折率ｎ5を有する。なお、ｒは当該光ファイバ４００の中心から半径方向の距離である。
【００５４】
したがって、この第２実施例に係る光ファイバ４００において、第１コア４１１が上記中心領域１０１に相当し、第２コア４１２が上記第１環状領域１０２に相当し、第３コア４１３が上記第２環状領域１０３に相当する。
【００５５】
また、図７Ｂに示された屈折率プロファイル４５０の横軸は、図７Ａにおける線Ｌ４の各位置に相当しており、図７Ａ中のＯ4は当該光ファイバ４００の中心軸と線Ｌ４との交点である。具体的には、この屈折率プロファイル４５０は、クラッド領域４２０に対する各ガラス領域４１１、４１２、４１３、４１４の比屈折率差を示しており、領域４５１は上記第１コア４１１の線Ｌ４上における各部位、領域４５２は上記第２コア４１２の線Ｌ４上における各部位、領域４５３は上記第３コア４１３の線Ｌ４上における各部位、領域４５４は上記第４コア４１４の線Ｌ４上における各部位、領域４５５は上記クラッド領域４２０の線Ｌ４上における各部位にそれぞれ対応している。
【００５６】
この第２実施例においても、クラッド領域４２０に対する各ガラス領域４１１、４１２、４１３、４１４の比屈折率差Δｎ1、Δｎ2、Δｎ3（ｒ）、及びΔｎ4は、上記式（５）によりそれぞれ与えられる。すなわち、式（５）中における屈折率ｎtは各ガラス領域４１１、４１２、４１３、４１４の屈折率ｎ1、ｎ2、ｎ3（ｒ）、及びｎ4にそれぞれ相当し、ｎcはクラッド領域４２０の屈折率ｎ5に相当する。
【００５７】
（実験３）
次に、この第２実施例に係る光ファイバ４００の非線形屈折率Ｎ2と屈折率プロファイル４５０の傾斜との関係を示すために行われた実験について説明する。
【００５８】
図８Ａ及び図８Ｂは、この実験３のための指標として用意された基準光ファイバ５００を示す図であり、図８Ａはその断面構造、図８Ｂはその屈折率プロファイルをそれぞれ示している。
【００５９】
この基準光ファイバ５００と第２実施例に係る光ファイバ４００との構造上の差異は、第３コア４１３における屈折率プロファイルの形状が異なる点のみである。したがって、この基準光ファイバ５００は、コア領域５１０が屈折率ｎ1を有する外径ａ５の第１コア５１１と、屈折率ｎ2（＞ｎ1）を有する外径ｂ５の第２コア５１２と、屈折率ｎ3（＜ｎ2）を有する外径ｃ５の第３コア５１３と、屈折率ｎ4（＞ｎ3）を有する外径ｄ５の第４コア５１４とで構成され、クラッド領域５２０は第４コア５１４よりも低い屈折率ｎ5を有している。また、この基準光ファイバ５００において、クラッド領域５２０に対する第３コア５１３の比屈折率差Δｎ3は一定である（屈折率プロファイルの傾き（％／μｍ）は０）。
【００６０】
さらに、図８Ｂの屈折率プロファイル５５０は、図８Ａにおけるクラッド領域５２０に対する各ガラス領域５１１、５１２、５１３、５１４の比屈折率差（第２実施例と同様に定義される）を示しており、領域５５１は線Ｌ５上における第１コア５１１の各部位、領域５５２は線Ｌ５上における第２コア５１２の各部位、領域５５３は線Ｌ５上における第３コア５１３の各部位、領域５５４は線Ｌ５上における第４コア５１４の各部位、領域５５５は線Ｌ５上におけるクラッド領域５２０の各部位にそれぞれ対応している。なお、図８Ａ中のＯ5は基準光ファイバ５００の中心軸と線Ｌ５との交点である。
【００６１】
この用意された基準光ファイバ５００では、各組成パラメータは以下のように与えられている。
Δｎ1（％）  ：−０．４０
Δｎ2（％）  ：  ０．９０
Δｎ3（％）  ：−０．４０
Δｎ4（％）  ：−０．２８
ａ５／ｂ５   ：  ０．５０
ｃ５／ｂ５   ：  １．５
ｃ５／ｄ５   ：  ０．７５
ｄ５（μｍ） ：  １４．４
【００６２】
また、以上のように構成される基準光ファイバ５００において、第１コア５１１の半径（（ａ５）／２）は１．８μｍであり、２ｍ長でのカットオフ波長は１．４２μｍである。そして、用意された基準光ファイバ５００は、波長１５５０ｎｍの光に対して以下の諸特性を有する。
分散値（ps/nm/km）                ：−２．６
実効断面積Ａeff（μｍ2）          ：  ７６
非線形屈折率（１０-20ｍ2／Ｗ）    ：  ３．７０４
モードフィールド径ＭＦＤ（μｍ）  ：７．７８
【００６３】
このとき、実効断面積Ａeffとモードフィールド径ＭＦＤとの関係を示す上記式（４）における比例定数ｋは１．５９であった。
【００６４】
この実験３では、上記基準光ファイバ５００を基準にして、波長１５５０ｎｍの光に対する諸特性を変えることなく、第３コア５１３における屈折率プロファイルの傾き（％／μｍ）が変更された複数のサンプル光ファイバが用意され、それら各サンプル光ファイバの非線形屈折率Ｎ2（ｍ2／Ｗ）が測定された。図６中のグラフ（３）が当該実験３の測定結果である。このグラフ（３）において、点Ｃが図８Ａ及び図８Ｂに示された基準光ファイバ５００に相当する。
【００６５】
また、この実験３では、用意されたは各サンプル光ファイバは、屈折率プロファイルが傾けられた第３コア（第２実施例の第３コア４１３に相当）における比屈折率差Δｎ3（ｒ）の平均Δｎ3AVE、第２コアに対する第３コアの外径比ｃ５／ｂ５、第４コアに対する第３コアの外径比ｃ５／ｄ５、クラッド領域に対する第１コアの比屈折率差Δｎ1、及びクラッド領域に対する第４コアの比屈折率差Δｎ4は固定され、クラッド領域に対する第３コアの比屈折率差Δｎ3（ｒ）がそれぞれ変えられる。
【００６６】
なお、これら用意された各サンプル光ファイバにおいて、クラッド領域に対する第２コアの比屈折率差Δｎ2及び、第２コアに対する第１コアの外径比ａ５／ｂ５も、波長１５５０ｎｍの光に対する諸特性が変らないよう、比屈折率差Δｎ3（ｒ）の変化に合わせて調整される。また、各サンプル光ファイバにおいて、第３コアにおける比屈折率差Δｎ3（ｒ）の平均Δｎ3AVEは、上記式（６）により与えられる。
【００６７】
この実験３の測定結果を示す図６のグラフ（３）においても、第３コアにおける屈折率プロファイルの傾きの絶対値が、０．０２％／μｍを超えると非線形屈折率Ｎ2の低減効果が大きくなることが分かる。
【００６８】
なお、上述の実験１〜３からも分かるように、この発明に係る光ファイバでは、波長１５５０ｎｍの光に対する実効断面積Ａeffとモードフィールド径ＭＦＤとの関係を示す上記式（４）における比例定数ｋは１．４以上であることが好ましい。また、中心領域の半径は１．５μｍ以上に設定されるのが好ましい。
【００６９】
加えて、上述された各実施例では、この発明に係る光ファイバにおける第２環状領域（第１実施例における内側クラッド２２１、第２実施例における第３コア４１３に相当）の屈折率プロファイルの形状が直線である場合について説明されているが、屈折率プロファイルの形状が図９に示されたように直線でない場合には、該屈折率プロファイル６００におけるディプレスト部分６０１の傾きを示す値（％／μｍ）は、最小二乗法等により得られる近似直線の傾きとして与えられる。
【００７０】
産業上の利用可能性
以上のようにこの発明によれば、中心部分に位置し、リング状コア構造の屈折率プロファイルを構成するガラス領域の外周に、屈折率が当該光ファイバの中心から周辺に向かって徐々に低下する環状領域を設けたので、非線形屈折率を低減してより効果的に非線形現象の発現を抑制できるという効果がある。
【００７１】
また、発明者らの知見によれば、上記環状領域における屈折率プロファイルの傾きの絶対値が、０．０２％／μｍを超えると、非線形屈折率の低減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａ及び図１Ｂは、この発明に係る光ファイバにおける主要部分を示す図であり、図１Ａはその断面構造、図１Ｂはその屈折率プロファイルをそれぞれ示している。
図２Ａ及び図２Ｂは、この発明に係る光ファイバの第１実施例を示す図であり、図２Ａはその断面構造、図２Ｂはその屈折率プロファイル（リング状コア・ディプレストクラッド構造）をそれぞれ示している。
図３は、第１実施例に係る光ファイバにおける、屈折率プロファイルと光パワー分布との関係を示すグラフである。
図４Ａ及び図４Ｂは、第１実施例に係る光ファイバの非線形屈折率と屈折率プロファイルの傾斜との関係を示す実験のために用意された、指標としての基準光ファイバを示す図であり、図４Ａはその断面構造、図４Ｂはその屈折率プロファイルを示している。
図５は、図４Ａ及び図４Ｂに示された基準ファイバにおける、屈折率プロファイルと光パワー分布との関係を示すグラフである。
図６は、第１及び第２実施例に係る光ファイバについて、その非線形屈折率と屈折率プロファイルの傾斜との関係を示す実験１〜３の各測定結果を示すグラフである。
図７Ａ及び図７Ｂは、この発明に係る光ファイバの第２実施例を示す図であり、図７Ａはその断面構造、図７Ｂはその屈折率プロファイル（デュアルリングコア構造）をそれぞれ示している。
図８Ａ及び図８Ｂは、第３実施例に係る光ファイバの非線形屈折率と屈折率プロファイルの傾斜との関係を示す実験のために用意された、指標としての基準光ファイバを示す図であり、図８Ａはその断面構造、図８Ｂはその屈折率プロファイルをそれぞれ示している。
図９は、この発明に係る光ファイバにおいて、その屈折率プロファイルの変形例を説明するための図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0004192424.tif 000010
【図５】
0004192424.tif 000011
【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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