(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純シリカより高い屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられ、純シリカより低い屈折率を有する第２コアと、該第２コアの外周に設けられ、純シリカとほぼ同一の屈折率を有するクラッドとを有し、前記第１コアの外径Ｄ１を３〜８μｍとし、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を０．３以上、０．８５以下とし、前記第１コアの純シリカに対する比屈折率差Δ１を１．６〜３％とし、前記第２コアの純シリカに対する比屈折率差Δ２を−１〜−０．１％とし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散を、非線形現象を利用した光信号処理に必要とされる設定値とし、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、波長１５５０ｎｍにおける非線形定数ｎ２／Ａeffを１５×１０−１０／Ｗ以上とし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープを０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとし、カットオフ波長を１３５０ｎｍ以下とし、モードフィールド径を４．５μｍ以下としたことを特徴とする非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項２】
波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項３】
条長５ｋｍ以内における光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．０１〜０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項４】
温度が１０℃変化しときの１５５０ｎｍにおける波長分散の変化が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項５】
波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項６】
前記第２コアの純シリカに対する比屈折率差Δ２を−１〜−０．５％としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項７】
前記第１コアの屈折率分布形状をα乗プロファイルとし、αを３．０以上としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項８】
光ファイバに対し応力を付与するため、応力付与構造を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項９】
光ファイバのクラッドの外周にカーボン若しくは炭化ケイ素からなる層が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバを備えたことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバを備えたことを特徴とする波長変換器。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバと、ポンプ光光源を備えた波長変換器であって、ポンプ光の波長を高非線形ファイバの零分散波長λ０に一致させたことを特徴とする波長変換器。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれかに記載の非線形分散シフト光ファイバとポンプ光光源を備えた波長変換器であって、ポンプ光の波長を（λ０−３）ｎｍ〜（λ０＋３）ｎｍとしたことを特徴とする波長変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力光に対し非線形光学現象を生じる非線形分散シフト光ファイバおよびこの光ファイバを用いた光信号処理装置ならびに波長変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ中での非線形光学現象としては、四光波混合、自己位相変調、相互位相変調、誘導ブリュリアン散乱等がある。光ファイバ中でこれらの現象が生じると、波長変換、位相変調、散乱等が起こり、ノイズ成分が増加したり、入力光が十分に伝達できないといったことがある。このため、従来の伝送用の光ファイバでは、これらの非線形光学現象をできるだけ排除する試みがなされてきた。
【０００３】
ところで、近年、発想を転換し、上記非線形光学現象を積極的に利用することにより、光信号の波長を長波長側または短波長側に変換する波長変換や、光信号の波形のゆがみを整える波形整形等の光信号処理を行う試みがなされるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、上記のように非線形現象をできるだけ排除する試みが行われていたので、非線形現象を積極的に利用して波長変換等の光信号処理を行うのに好適なファイバがなかった。
【０００５】
なお、再公表特許ＷＯ９９／１０７７０号公報には、波長変換用の非線形性光ファイバが開示されているが、必ずしも十分ではなかった。
【０００６】
例えば、非線形性を大きくしようとすると、波長分散の調整が難しくなり、ファイバの製造が困難であることが判明した。
【０００７】
また、光ファイバの非線形現象を積極的に利用するためには、光ファイバは入力光の波長において、所望の分散値を有することが望ましい。特に、波長変換に利用するためには、光ファイバは入力光の波長付近に零分散波長を有することが望ましい。しかし、例えば波長多重伝送光の光信号処理を行うために、それぞれの波長に対応させた零分散波長が異なる複数種の光ファイバを製造することは、ただでさえ零分散波長の調整の難しい非線形ファイバでは、現実的に容易でない。
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされ、非線形現象を利用した波長変換や光信号処理に好適であり、かつ製造が容易で、実用的な非線形分散シフト光ファイバおよびこの光ファイバを用いた光信号処理装置ならびに波長変換器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、純シリカより高い屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられ、純シリカより低い屈折率を有する第２コアと、該第２コアの外周に設けられ、純シリカとほぼ同一の屈折率を有するクラッドとを有し、前記第１コアの外径Ｄ１を３〜８μｍとし、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を０．３以上、０．８５以下とし、前記第１コアの純シリカに対する比屈折率差Δ１を１．６〜３％とし、前記第２コアの純シリカに対する比屈折率差Δ２を−１〜−０．１％とし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散を、非線形現象を利用した光信号処理に必要とされる設定値とし、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、波長１５５０ｎｍにおける非線形定数ｎ２／Ａeffを１５×１０−１０／Ｗ以上とし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープを０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとし、カットオフ波長を１３５０ｎｍ以下とし、モードフィールド径を４．５μｍ以下としたことを特徴とする非線形分散シフト光ファイバを提供する。
【００１０】
なお、本明細書で述べる波長分散の変動幅は、実用的な長さの光ファイバ全長において波長分散分布測定器により測定された波長分散の変動幅をいう。光ファイバ長手方向の波長分散の分布測定は、例えばMollenauerにより研究された方式を利用する分散分布測定器により測定可能である。
【００１２】
また、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすることが出来る。
【００１４】
更にまた、温度が１０℃変化したときに１５５０ｎｍにおける波長分散が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下しか変化しない構成とすることが出来る。
【００１５】
また、以上のように構成される非線形分散シフト光ファイバにおいて、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下とすることが出来る。
【００１７】
なお、本明細書において、上記各比屈折率差Δ１、Δ２を以下の各式（１）〜（３）により定義している。
【００１８】
Δ１＝｛（ｎｆ−ｎ０）／ｎｆ｝×１００                  （１）
Δ２＝｛（ｎｓ−ｎ０）／ｎｓ｝×１００                  （２）
ここで、ｎｆは第１コアの屈折率最大部の屈折率、ｎｓは第２コアの屈折率最小部の屈折率、ｎ０はクラッドの屈折率である。
【００１９】
更にまた、第２コアのクラッドに対する比屈折率差Δ２が−１〜−０．５％である構成とすることが出来る。
また、第１コアの屈折率分布形状をα乗プロファイルとし、αを３．０以上とすることが出来る。
【００２０】
更に、上述の光ファイバに対し応力を付与するための応力付与構造を設けることが出来る。
更にまた、上述の光ファイバのクラッドの外周にカーボン若しくは炭化ケイ素からなる層を設けることが出来る。
【００２１】
本発明は、以上の非線形分散シフト光ファイバを備えた光信号処理装置を提供する。
また、本発明は、以上の非線形分散シフト光ファイバを備えた波長変換器を提供する。
【００２２】
本発明に係る非線形分散シフト光ファイバは、１５５０ｎｍ付近の入力光に対して非線形現象を生じる非線形分散シフト光ファイバであって、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．００１〜０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであることを特徴の一つとする。このように、波長分散スロープが０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であることにより、１５５０ｎｍ近傍の異なる波長に対して波長分散値の変動が小さく、例えば１種類のファイバにより１５５０ｎｍ付近の様々な波長に対して波長分散の絶対値の小さいファイバを提供することが可能となる。
【００２３】
また、使用波長を変更しても分散値が大きく変動することがなく、一本のファイバで様々な波長における非線形現象を利用した光信号処理が可能となる。また、波長分散スロープが０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であることにより、非線形光学現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。波長分散スロープは、０．００１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上が好ましい。波長分散スロープは、ファイバの他の特性との兼ね合いで決まってくるものであり、１５５０ｎｍ付近で絶対値の小さい波長分散を有し、かつモードフィールド径を小さくかつ、波長１５５０ｎｍ付近でシングルモードとなるようカットオフ波長を調整しようとすると波長分散スロープが０．００１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍを下まわる設計及び製造が困難となる。このため、波長分散スロープは０．００１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上が好ましい。
【００２４】
波長分散スロープは、好ましくは０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである。さらに好ましくは０．００１〜０．０１９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである。
【００２５】
また、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅は０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることとが必要である。ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることにより、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。また、ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることにより、光ファイバを切り割って分割して使用した際も、ファイバのどの部分も波長分散の差が小さい。しかも、波長分散のスロープが小さいため、切り割った光ファイバを１５５０ｎｍ付近の様々な波長に使用しても、分散値の差がないという利点を有する。
【００２６】
一方、ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．０１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを下まわるには、光ファイバの長手方向に高度に均一性の高い光ファイバを得る必要があるが、コア径を小さくし、かつコアの相対屈折率Δを大きくしてモードフィールド径を小さくした非線形分散シフト光ファイバでは、コア径の少しの変動でも波長分散が大きく変動するため、波長分散の変動を長手に０．０１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満に抑えることは極めて困難であり、光ファイバを数多く製造し、その中からコア径変動の少ない良好な部分を採取せざるを得なくなくなり、甚だ生産性が悪くなる。
【００２７】
例えば後述の実施例２の構造のファイバにおいてファイバ長手方向の波長分散の変動を０．０１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下にするには、第1コア径の変動を０．０１％以下におさえる必要があり、生産性が極めて悪くなる。
【００２８】
波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．００１〜０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであることと、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることが同時に満たされたときのみ、１５５０ｎｍ付近の様々な波長に対して非線形性現象を利用した良好な光信号処理が可能となるとともに、非線形分散シフト光ファイバの製造性がはじめて両立する。さらに、トータルでみたコストパフォーマンスが向上するものである。
【００２９】
さらに、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることとが好ましい。ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上となると、長手方向のコア径の変動の許容範囲が広がるため、生産性がさらに上がると共に、四光波混合を利用した波長変換等以外の非線形現象を利用した光信号処理においては、ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであれば十分であるからである。
【００３０】
条長５ｋｍ以内における光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．０１〜０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとしてもよい。条長５ｋｍ以内の範囲であれば、波長分散の変動幅を０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下にしても、生産性の低下が少ない。また、波長分散の変動幅を０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であると、四光波混合を利用した波長変換を良好に行うことが出来る。
【００３１】
また、カットオフ波長は１３５０ｎｍ以下であることが好ましい。カットオフ波長が１３５０ｎｍ以下であることにより、Ｓバンド、Ｃバンドを含めた広い帯域に対して使用が可能となる。
【００３２】
例えば、第１コアの外周にクラッドより低い屈折率を有する第２コアを設け、第１コアの外径Ｄ１、これと第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２、および波長分散の絶対値を所定の範囲に設定した構成をとることにより、１３５０ｎｍ以下の低いカットオフ波長と１５×１０−１０／W以上の高い非線形定数と０．０２９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下の小さい分散スロープとが同時に得られ、好ましい。
【００３３】
モードフィールド径は４．５μm以下が好ましい。モードフィールド径を４．５以下とすることにより、高い非線形定数を得ることが可能となる。非線形定数はｎ２／Ａeffで示され、後述のように非線形定数を大きくするには、非線形屈折率ｎ２を大きくするか、実効断面積Ａeffを小さくする必要がある。Ａeffは、モードフィールド径と正の相関を有する。
【００３４】
モードフィールド径を４．５μm以下とすることにより、高い非線形定数を得ることが可能となる。小さなモードフィールド径は、コアとクラッドの比屈折率差を大きくすることにより得られる。しかし、コアとクラッドの比屈折率差を単に大きくしただけでは、カットオフ波長が長波長側にシフトしてしまい、広帯域でのシングルモード伝送の確保が難しくなる。これに対し、例えば、請求項６記載の構造をとることより、小さいモードフィールド径と低いカットオフ波長が両立可能となる
さらに、温度が１０℃変化したときに１５５０ｎｍにおける波長分散が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下しか変化しないことことが好ましい。例えば四光波混合による波長変換を行う場合、使用波長がファイバの零分散波長に一致するときに変換効率が高くなるが、使用波長がファイバの零分散波長から少しでもずれると変換効率が下がる。ファイバの分散特性が温度により変化すると、環境温度により変換効率が安定しないという問題を起こす。
【００３５】
温度が１０℃変化したときに、１５５０ｎｍにおける波長分散が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下しか変化しないことことにより、実用的な温度の範囲で安定した変換効率が得られる。特に、第１コアの外周にクラッドより低い屈折率を有する第２コアを設け、第１コアの外径Ｄ１、これと第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２、および波長分散の絶対値を所定の範囲に設定した構成、および上述した比屈折率差Δ１および比屈折率差Δ２を所定の範囲に設定した構成をとることにより、温度が１０℃変化したときに１５５０ｎｍにおける波長分散が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下しか変化しないファイバが得やすくなり、好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光ファイバの屈折率分布構造例を示す説明図である。この図に示すように、本実施形態に係る光ファイバは、例えばクラッド３より高い屈折率を有する第１コア１と、第１コアの外周に設けられ、クラッド３より低い屈折率を有する第２コア２と、第２コア２の外周に設けられ、純シリカと同一若しくは純シリカに近い屈折率を有するクラッド３とを有している。
【００３８】
図２は、本発明の他の実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイル分布構造例を示す。図２に示すように、この実施形態に係る光ファイバは、図１に示した第２コア２を省略し、第１コア１の外周に直接クラッドを設けている。
【００３９】
ただし、図１（ａ）に示すように、光ファイバの屈折率プロファイルをＷ型とすると、高い非線形性を有する光ファイバが得られると共に低分散スロープが得られ易くなり、光ファイバの第１コアの外径、第２コアの外径の設計範囲を広げることが可能となるので、図１（ａ）に示す実施形態に係る光ファイバのほうが、より好ましい。
【００４０】
尚、図１（ａ）および図２で示す第１コア径Ｄ１および第２コア径Ｄ２は、次のようにして求めることが出来る。
【００４１】
まず、図１の第１コア径Ｄ１は、第１コア部１においてクラッド部３と等しい屈折率となる部分の外径とする。第２コア径Ｄ２は第２コア部２とクラッド部３の境界領域において、Δ２／１０の屈折率となる部分の外径とする。次に、図２のコア径Ｄ１は第１コア部１においてΔ１／１０となる部分の外径とする。
【００４２】
第１コア１はゲルマニウム添加シリカガラスにより構成され、第２コア２はフッ素添加シリカガラスにより構成され、クラッド３は純シリカにより構成されている。第１コアの外径Ｄ１は３〜８μｍである。また、図１に示す構造において、第１コアの外径Ｄ１と前期第２コアの外径Ｄ２との比率Ｄ１／Ｄ２は０．３〜０．８である。
【００４３】
以上の実施形態において、第１コアの純シリカに対する比屈折率差Δ１は１．６〜３％（好ましくは１．８〜２．９％）である。また、図１に示す構造においては、第２コアの純シリカに対する比屈折率差Δは−１〜−０．１％（好ましくは−１〜−０．５％）である。
【００４４】
第１コアの屈折率分布形状はα乗プロファイルであり、αは３．０以上（好ましくは４．０以上）に形成されている。また、波長１５５０ｎｍにおける非線形定数は１５×１０−１０／Ｗ以上に形成されている。
【００４５】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光ファイバを光軸に直交する面で切断した断面の構成例を示す。図１（ｂ）に示すように、クラッド３には、応力を付与する応力付与部４が埋設されている。この応力付与部は、Ｂ２Ｏ３を含有したシリカガラスにより形成されており、第１コアと第２コアを挟んだ両側に設けられている。
【００４６】
非線形光学現象は偏波状態に大きく左右されることが多いため、非線形光学現象を利用した良好な光信号処理を行うためには、偏波保持機能を有する光ファイバが好ましい。そこで本実施形態では、上記のように応力付与部を設けた、偏波保持ファイバとした。
【００４７】
また、図１（ｂ）に示すように、クラッド外周に、カーボンまたは炭化ケイ素からなる保護層５が設けられている。この保護層５は、光ファイバが水や高多湿の環境下に長期さらされても疲労の進行の抑制や水分の浸入の遮断を可能とするハーメチックコートとして機能する。
【００４８】
さらに、以上の実施形態に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．００１〜０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ（好ましくは０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、さらに好ましくは０．００１〜０．０１９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ（好ましくは０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）である。
【００４９】
なお、非線形光学現象を利用した光信号処理は、使用波長において所望の分散値のとき処理効率が向上する。例えば四光波混合を利用した波長変換では、波長分散が使用波長で零となることが最適である。一方、光２Ｒ、光３Ｒと呼ばれる波形整形では、望まれる波長分散は、具体的な方式によりまちまちである。なお、２Ｒは、リアプリケーション（Reamplification）、リシェイピング（Reshaping）であり、光３Ｒは、光２Ｒとリタイミニング（Retiming）である。
【００５０】
非線形性を示すパラメータである非線形性位相ずれΦＮＬは、下記式により示される。
【００５１】
ΦＮＬ＝（２／λ）・（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｉ・Ｌeff          （３）
ｎ２は非線形屈折率、Ａｅｆｆは実効断面積、Ｉは光の強度、Ｌeffはファイバの実効長である。ファイバ長が長ければ高い非線形性作用が得られるが、長尺のファイバ使用することは非線形現象を利用した光信号処理装置における非線形性光ファイバの容積が大きくし、非線形現象を利用した光信号処理装置の小型化が困難となる。従って、非線形現象を利用した光信号処理装置に使用される非線形光ファイバとしては、ファイバ長をできるだけ長くせずとも大きな非線形性が出せることが要求される。即ち、上式よりｎ２／Ａeff（非線形定数）の値ができるだけ大きなことが望まれる。ｎ２は材料によって決まる値である。ファイバの構造としてはＡeffの値をできるだけ小さくする必要がある。Ａeffは、モードフィールド径と正の相関を有する。
【００５２】
従って非線形性の大きな光ファイバを得るには、ファイバの構造としてはモードフィールド径が小さいことが必要である。また、使用波長における波長分散の絶対値が小さいことが必要である。また、シングルモードファイバではカットオフ波長が使用波長に対応して小さいことが必要とされる。
【００５３】
以上のことを考慮し、本発明の一実施形態例に係る光ファイバを、図１の（ａ）に示したようなＷ型の屈折プロファイルとし、他の実施形態例に係る光ファイバを図２に示したような単峰型の屈折率プロファイルとした。
【００５４】
第１コアの外径Ｄ１は、３〜８μｍが好ましい。シリカ系ガラスを使用した場合、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が小さくすることが可能となる第１コア径は、コア径３μｍ以下の範囲とコア径３〜８μｍの範囲の２つのポイントで可能であるが、３μｍ未満の範囲では、コア径のわずかな変動でも分散値が大きく変動するため、ファイバの長手方向に波長分散の均一性の高いファイバが得られにくくなるとともに、カットオフ波長が１５５０ｎｍを超え、好ましくない。
【００５５】
前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比率は、Ｄ１／Ｄ２＝０．３〜０．８５であることが好ましい。この範囲であると、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が小さいことと、１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが小さいこととが、特に良く両立する。
【００５６】
更に、第１コアと純シリカとの相対屈折率差Δ１は１．６〜３％であることが好ましく、第２コアと純シリカとの相対屈折率差Δ２は−０．１〜−１％であることが好ましい。
【００５７】
第１コアと純シリカとの相対屈折率差Δ１が１．６未満では、モードフィールド径が大きく、非線形系が小さくなる。３％を超えると、カットオフ波長が１５５０ｎｍを超えるようになるため、ファイバをシングルモードとするためのカットオフ波長に対する配慮が大きくなり、生産性が悪化する。また、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を小さくしようとしたときに、第１コアの外径が小さくなりすぎ、コア径のわずかな変動でも波長分散が大きく変動するため、ファイバの長手方向に波長分散の均一性が高いファイバが得られにくくなる。
【００５８】
Δ１は、さらに好ましくは１．８〜２．９％である。この範囲であれば、高い非線形性と長手方向に波長分散の均一性の高いファイバの製造性とが高度に両立する。
【００５９】
第２コアと純シリカとの相対屈折率差Δ２が−０．１％より大きくなると、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を小さくしようとしたときに、分散スロープを小さく設計しにくくなる。Δ２が−１％を下回ると、例えば、フッ素を多量にドープする必要があり、製造が困難となる。
【００６０】
Δ２は、さらに好ましくは−１〜−０．５％である。この範囲であれば、低分散スロープとファイバの製造性が高度に両立する。
【００６１】
また、非線形定数ｎ２／Ａeffが１５×１０−１０／Ｗ以上であることにより、高い非線形性が得られる。
【００６２】
【実施例】
種々の非線形分散シフト光ファイバのサンプル（実施例１〜８、比較例１〜４）についての、導波特性のシミュレーション計算による設計値とその特性値の関係を下記表１および表２に示す。
【００６３】
実施例１、２、４〜７、および比較例１〜３は、第１コアと第２コアとクラッドとを有する図１に示す屈折率分布構造を有する光ファイバであり、実施例３、８、および比較例４は、１つのコアとクラッドからなる図２に示す屈折率分布構造を有する光ファイバである。
【００６４】
下記表１および表２から、実施例１〜８では、波長1550nmにおける波長分散の絶対値が小さく、波長分散スロープが小さく、かつモードフィールド径も小さいことがわかる。
【００６５】
波長分散スロープが小さいことにより、非線形性を利用した良好な光信号処理が可能となるとともに、１５５０ｎｍ付近の様々に対応可能となる。また、モードフィールド径が小さいことにより、非線形性が大きくなり、優れている。
【００６６】
また、１５５０ｎｍにおける波長分散はコア径に依存するが、比較例４に係る光ファイバのコア径でも、波長分散の絶対値は小さいものの、モードフィールド径が大きいため非線形性は小さくなる。また、比較例１と比較例３の比較から、０．１μｍ程度の第１コア径の変動により、分散は約２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍも変動してしまい、ファイバ長手方向における波長分散の変動幅が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下のファイバを得ることは困難となる。
【００６７】
これに対し、実施例１と実施例５の比較から、第１コア径が０．１μｍ程度変化しても、分散の変動は僅かに２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度であり、第１コア径が３μｍ以上の範囲であれば、ファイバ長手方向にコア径が若干変動してもファイバ長手方向の波長分散の均一性の高いファイバを得やすいことがわかる。
【００６８】
また、実施例１と実施例３の比較より、Ｗ型プロファイルを採用した実施例１が、単峰型の実施例３より分散スロープが小さく、かつカットオフ波長も小さく、優れていることがわかる。
【００６９】
実施例１と実施例２の構造のファイバに関して、第１コア径Ｄ１と第２コア径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａ、第１コア径、および第２コア径を変えたときの分散スロープの変化を図３に示す。なお、図３では、１５５０ｎｍにおける波長分散が零となるように第１コア径Ｄ１と第２コア径Ｄ２を調整した。
【００７０】
１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を小さくすることが可能となる第１コア径は、コア径３μｍ以下の範囲とコア径３〜８μｍの範囲の２つのポイントで可能であるが、第１コア径が３〜８μｍの範囲で１５５０ｎｍにおける波長分散が零となる場合の分散スロープを示している。
【００７１】
図３において、曲線ａは、実施例２の構造のファイバの場合であり、曲線ｂは、実施例１の構造のファイバの場合である。図３から、Ｄａが０．８を超えると、波長分散を小さく設定したときの分散スロープが大きくなってしまうので、Ｄａは０．８以下が望ましいことがわかる。また、Ｄａが０．３を下まわると波長分散を小さく設定したときの分散スロープが大きくなってしまうので、Ｄａは０．３以上が望ましいことがわかる。
【００７２】
図１（ａ）に示す屈折率プロファイルを有し、かつＤ１の値を３〜８μｍとし、Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａを０．３〜０．８とすることにより、例えば１５５０ｎｍにおける波長分散を零とし、かつこの波長における分散スロープを０．０３５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下にすることができる。
【００７３】
実際に、下記表１および表２に示す実施例１及び実施例２に係る屈折率プロファイルを有するファイバの製造を行った。得られたファイバの分散スロープは、実施例１のファイバでは０．０１６ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、実施例２のファイバでは０．０２２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであった。得られたファイバの他の特性は、ほぼシュミュレーションにより得た値と同じであった。
【００７４】
実際に試作したファイバの分散スロープは、シミュレーションにより得た値より０．００６ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ程度小さくなっており、図１（ａ）に示す屈折率プロファイルとし、かつＤ１およびＤ１／Ｄ２＝Ｄａを上述の範囲とすることにより、例えば１５５０ｎｍにおける波長分散を零とし、かつこの波長における分散スロープを０．０２９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下にすることができる。
【００７５】
なお、シュミレーションにより得た値と実際の試作結果がやや異なってくるのは、実際のファイバの線引きによる製造では、ドープ成分の拡散により屈折率プロファイルが設計より多少変化すること、またゲルマニアやフッ素がドープされた第１コアや第２コアは、純シリカあるはそれに近いクラッドと軟化温度及び軟化時の粘度が異なるため、線引き時の固化速度が異なり、歪を生じ、これが特性に影響するためと考えられる。
【００７６】
また、得られたファイバにつき、波長分散のファイバ長手方向の分布を測定した結果、波長分散の変動幅は実施例１のファイバで０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度、実施例２のファイバで２．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度であった。また、得られたファイバについて、非線形性を示す特性であるｎ２／Ａｅｆｆ値をＸＰＭ法により測定した結果、実施例１のファイバで３３×１０−１０／Ｗ程度、実施例２のファイバで４０×１０−１０／Ｗ程度と高い非線形性を有することが確認された。
【００７７】
さらに、試作した図１（ａ）に示す屈折率プロファイルを有する実施例７の光ファイバと、図２に示す単峰型屈折率プロファイルを有する実施例８の光ファイバにつき、波長変換実験を行ったところ、図４に示す結果を得た。
【００７８】
即ち、図４に示すように、ポンプ光波長のトレランスは、分散スロープの小さい実施例７の光ファイバの方が実施例８の光ファイバよりも２倍程広く、分散スロープが小さいことの有用性及び図１（ａ）に示す屈折率プロファイル構造が優れていることが確認された。なお、図４において、曲線ｃは実施例７の光ファイバについての実験結果を示し、曲線ｄは実施例８の光ファイバについての実験結果を示す。
【００７９】
ポンプ光と信号光を試作ファイバに入力し、変換光のパワーを測定することにより、波長変換実験を行った。ポンプ光と信号光の波長差を一定に保ちつつ両波長を変化させると、ポンプ光の波長をファイバの零分散波長の±３ｎｍの範囲内としたときに、変換光のパワーが最大域となった。
【００８０】
このように、ポンプ光の波長を本発明の光ファイバの零分散波長に一致させるか、あるいは零分散波長の±３ｎｍの範囲内としたときに、最も効率良い波長変換が可能であることがわかる。
【００８１】
また、ポンプ光と信号光の波長差を一定とした状態で、ポンプ光の波長をファイバの零分散波長から離す程、変換光のパワーは落ちる傾向がみられる。しかし、本実施例に係る光ファイバを使用すると、ポンプ光の波長をファイバの零分散波長から離しても変換光の低下が小さい。即ち、本実施例に係る光ファイバは、一定以上のパワ−の変換光が得られるポンプ波長の設定範囲（ポンプ波長トレランス）が広くなるという利点を有する。特に、０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの分散スロープを有する光ファイバを使用すると、ポンプ波長の設定範囲が広がり、好ましい。
【００８２】
更に、試作した光ファイバにつき、１５５０ｎｍにおける分散を０℃〜４０℃の範囲において測定した波長分散の温度依存を併せて下記表１および表２に示す。図１（ａ）に示す屈折率プロファイルを有する構造とすることにより、温度が変化しても波長分散の変化の小さい光ファイバが得られることがわかる。
【００８３】
【表１】
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【００８４】
【表２】
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【００８５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の非線形分散シフト光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．００１〜０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであることと波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることとが同時に満たされていることにより、１５５０ｎｍ付近の様々な波長に対して非線形現象を利用した優れた光信号処理が可能であり、かつ光ファイバの製造性にも優れ、産業上極めて有用である。例えば、一本の光ファイバを切りわることにより、１５５０ｎｍ付近の様々な波長に対して非線形現象を利用した優れた光信号処理が可能である。
【００８６】
また、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることにより、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能であり、かつ光ファイバの製造性にも格段に優れている。
【００８７】
更に、純シリカより高い屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられた純シリカより低い屈折率を有する第２コアと、該第２コアの外周に設けられた純シリカ若しくは純シリカに近い屈折率を有するクラッドとを備えるとともに、前記第１コアの外径Ｄ１が３〜８μｍであり、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比率がＤ１／Ｄ２＝０．３〜０．８であることにより、低い分散スロープが得られ、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能であり、かつこの範囲であれば、光ファイバの製造性に優れている。
【００８８】
更にまた、第１コアのα値が３．０以上であることにより、高い非線形性と小さい分散スロープが得られ、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。
【００８９】
また、応力を付与するための応力付与構造が設けられていることにより、偏波が保持され、非線形現象を利用した光信号処理に優れている。
【００９０】
更に、クラッドの外周にカーボン若しくは炭化ケイ素からなる層が設けられていることにより、耐水性等に優れている。
【００９１】
更に、波長分散の温度依存を一定以下としたことにより、安定した非線形現象を利用した光信号処理が可能である。
【００９２】
更にまた．本発明の非線形分散シフト光ファイバを備えた光信号処理装置は、非線形現象を利用した光信号処理に優れている。
【００９３】
また．本発明の非線形分散シフト光ファイバを備えた波長変換器は、非線形現象を利用した波長変換に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光ファイバの屈折率分布構造例を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示す光ファイバを光軸に直交する面で切断した断面図。
【図２】本発明の他の実施形態に係る光ファイバの屈折率分布構造例を示す説明図。
【図３】Ｄａを変えたときの分散スロープの変化を示す特性図。
【図４】ポンプ光波長と変換光のパワーとの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１・・・第１コア
２・・・第２コア
３・・・クラッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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