(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上の波長成分を含む信号光を伝送するための少なくとも１つの伝送ユニットを備えた光伝送路であって、前記伝送ユニットは、
前記信号光が入射される入射端と、該信号光が出射される出射端を有するとともに、２ｍ長において該信号光の波長よりも長いカットオフ波長と、波長１５５０ｎｍの光に対して５０μｍ２以上の実効断面積と、波長１５５０ｎｍの光に対して絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の分散を有する分散シフト光ファイバと、
前記分散シフト光ファイバにおける第１部位から第２部位との間に設けられ、該第１部位に位置する光入射部と該第２部位に位置する光出射部とを有するとともに、前記分散シフト光ファイバに曲げを付与することにより該高次モードの光パワーを低減するモード除去装置とを備えたことを特徴とする光伝送路。
【請求項２】
前記モード除去装置は、前記分散シフト光ファイバの所定部分を直径１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下で巻く構造を備えたことを特徴とする請求項１記載の光伝送路。
【請求項３】
前記モード除去装置は、前記分散シフト光ファイバの所定部分を曲率半径５ｍｍ以上で蛇行させる構造を備えたことを特徴とする請求項１記載の光伝送路。
【請求項４】
前記モード除去装置は、前記分散シフト光ファイバの長手方向について、該分散シフト光ファイバの中心よりも前記入射端側に設けられたことを特徴とする請求項１記載の光伝送路。
【請求項５】
前記モード除去装置は、前記第２部位に位置する光出射部において、前記基底モードの光パワーの１／１０以下まで前記高次モードの光パワーを低減することを特徴する請求項１又は４記載の光伝送路。
【請求項６】
前記モード除去装置は、前記第２部位に位置する光出射部において、前記基底モードの光パワーの１／４０以下まで前記高次モードの光パワーを低減することを特徴する請求項５記載の光伝送路。
【請求項７】
前記モード除去装置は、前記高次モードの光パワーを低減する複数のモード除去デバイスを備え、これら複数のモード除去デバイスおのおのは、前記第１部位に位置する光入射部と、前記第２部位に位置する光出射部を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の光伝送路。
【請求項８】
前記分散シフト光ファイバは、２ｍ長において２．０μｍ以上のカットオフ波長と、０．５ｄＢ／ターン以下の直径３２ｍｍでの曲げ損失とを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の光伝送路。
【請求項９】
前記分散シフト光ファイバは、波長１５５０ｎｍの光に対する諸特性として、０．０４ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下の分散スロープを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の光伝送路。
【請求項１０】
前記分散シフト光ファイバは、所定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備え、前記コア領域は、
所定の屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられるとともに該第１コアよりも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るとともに該第２コアよりも高い屈折率を有する第３コアとを備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の光伝送路。
【請求項１１】
前記分散シフト光ファイバにおける前記クラッド領域は、前記コア領域の第３コアの外周に設けられるとともに、該第３コアよりも低い屈折率を有する内側クラッドと、該内側クラッドの外周に設けられるとともに、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を備えたことを特徴とする請求項１０記載の光伝送路。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、光ファイバを利用して信号光を伝送するための光伝送路に関するものである。
背景技術
光ファイバ網を用いた波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送は、複数の波長成分を含むＷＤＭ信号を用いて大容量かつ高速の情報伝送を可能にする。このＷＤＭ伝送に適用される伝送媒体としては、非線形現象の発生を抑制するよう大きな実効断面積を有する光ファイバが好ましい。また、このような伝送媒体としての光ファイバは、ＷＤＭ信号の累積した波長分散（以下、分散という）を低減するため、該ＷＤＭ信号の波長帯である１．５μｍ帯における分散の絶対値及び分散スロープが小さくなるよう設計される（例えば、特開平８−２３４０３６号公報、特開平８−３０４６５５号公報を参照）。さらに、曲げに弱い光ファイバは、ケーブル化による伝送損失の増加を引き起こし易いことから、その曲げ損失は小さいことが好ましい。
なお、非線形現象とは、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）などの光学現象により、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。また、分散とは、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をいい、分散スロープは、所定波長帯域における分散特性を示すグラフの傾きで定義される。
発明の開示
発明者らは、従来の光伝送路に適用される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、実効断面積が大きくかつ分散の絶対値が小さくなるよう設計された光ファイバでは、一般に曲げ損失が大きくなる。そのため、曲げ損失を小さくするためには、カットオフ波長を長くしなければならない。カットオフ波長の距離依存性（例えば、T.Kato, et al., OECC'96, 17C3-4）を利用すれば、カットオフ波長を信号光波長より長くすることもできるが、この場合、光ファイバ同士の接続点等において基底モードから高次モードへのモード・カップリングが生じ、モード分散による伝送特性の劣化が引き起こされる。このことからも、カットオフ波長を長くすることには必然的に限界がある。
すなわち、大きい実効断面積、絶対値の小さな分散、及び小さな曲げ損失の何れをも満足するような光ファイバの設計は難しかった。換言すれば、非線形現象の発生が少なく、ＷＤＭ信号に含まれる複数の波長成分全てについて、分散が起こりにくく、かつ曲げにも強い（全体の伝送特性に影響されにくい）光伝送路は、現状では実現されていない。
この発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、波長１．５μｍ帯の光伝送に関し、分散が小さく、優れた伝送特性を有し、ＷＤＭ伝送に好適な構造を備えた光伝送路を提供することを目的としている。
この発明に係る光伝送路は、送信器ー受信器間、送信器ー中継器間、中継器ー中継器間、中継器ー受信器間の少なくともいずれかに設けられ、１又は２以上の波長成分を含む信号光を伝送するよう機能する。そして、この発明に係る光伝送路は、少なくとも１つの伝送ユニットから構成されている。
この伝送ユニットは、信号光が入射される入射端と、該信号光が出射される出射端を有するとともに、２ｍ長において該信号光の波長よりも長いカットオフ波長と、波長１５５０ｎｍの光に対して絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の分散を有する分散シフト光ファイバと、信号光の基底モードを除く高次モードについて、該分散シフト光ファイバ上の第１部位から第２部位まで伝搬したときの該高次モードの伝送損失分よりも多く、該高次モードの光パワーを低減するモード除去装置とを備えている。
なお、上記分散シフト光ファイバ上の第１部位は、上記モード除去装置の光入射部に相当しており、上記分散シフト光ファイバの第２部位は、上記モード除去装置の光出射部に相当している。また、当該モード除去装置は、高次モードをより効果的に低減するため、カットオフ波長の距離依存性を利用することなく、光伝送におけるシングルモード条件を満たすよう機能する。
上記分散シフト光ファイバは、複数の分散シフト光ファイバを互いに光学的に接続して構成してもよい。この場合、この発明に係る光伝送路は、複数の伝送ユニットを備えることとなり、各伝送ユニットは、伝送媒体である分散シフト光ファイバと、対応するモード除去装置とで構成される。なお、各伝送ユニットごとに用意されるモード除去装置は、高次モードを除去する複数のモード除去デバイスを含んでもよく、これら複数のモード除去デバイスが、全体として、対応する分散シフト光ファイバ中を伝搬する高次モードを除去するよう機能する。
さらに、この発明に係る光伝送路において、上記モード除去装置は、上記分散シフト光ファイバの長手方向について、該分散シフト光ファイバの中心よりも入射端側、より好ましくは、該分散シフト光ファイバの入射端近傍に設けられる。ここで、当該分散シフト光ファイバの入射端には、例えば分散シフト光ファイバ、伝送用光ファイバ、送受信器等の他の光部品の出力端が光学的に接続される。したがって、入射端近傍とは、信号光の進行方向から見て、他の光部品の出射端と当該分散シフト光ファイバの入射端との接続点直後を意味する。特に、当該光伝送路に適用される分散シフト光ファイバは、曲げ損失を低減させるべく、信号光波長よりも長いカットオフ波長を有する。そのため、シングルモード条件を保証する上でモード除去装置を分散シフト光ファイバの入射端近傍に設置することがより好ましい。また、複数の分散シフト光ファイバが光学的に接続された場合、各接続点において基底モードと高次モードとの間の光パワーの交換が行われるため、モード分散が生じ易くなる。この場合、接続点直後で高次モードを除去すれば、効果的に高次モードから基底モードへのカップリングを抑制できるとともに（モード分散の発生を抑制）、高次モードの伝搬も抑制できる。なお、基底モードから高次モードへのカップリングは、見掛け上、伝送損失が増加することを意味する。
ところで、この発明に係る光伝送路に適用される分散シフト光ファイバは、曲げ損失を低減させるべく、信号光波長よりも長いカットオフ波長を有することから、カットオフ波長の距離依存性を考慮しても当該分散シフト光ファイバの入射端近傍ではシングルモード条件は満たされていない。シングルモード条件を満たすためには高次モードの低減は不可欠である。なお、光伝送におけるシングルモード条件を与えるカットオフ波長は、ＩＴＵ-Ｔ Ｇ．６５０におけるカットオフ波長の測定方法（２ｍのファイバ長で測定される）で定義されたＲ（λ）が０．１となるときの波長で与えられる。そこで、信号光波長帯である１．５５μｍ帯の光（特に、その中心波長である波長１５５０ｎｍの光）を伝送する場合に、当該モード除去装置の光出射部において、シングルモード条件を満たすためには（Ｒ(1550nm)＝０．１）、当該モード除去装置は、少なくともその光出射部において、高次モードの光パワーを基底モードの光パワーの４０分の１以下まで低減させる必要がある。ただし、この発明に係る光伝送路に適用される分散シフト光ファイバは上記Ｒ（λ）を定義するためのファイバ長２ｍよりもはるかに長いため、カットオフ波長の距離依存性を考慮すれば、伝送品質に実質的に影響を与えない範囲として１０分の１（Ｒ(1550nm)≦0.4）程度まで許容される。
上述のように、基底モードの光パワーに対して高次モードの光パワーを１０分の１以下、さらには４０分の１以下に低減させるため、モード除去装置は、分散シフト光ファイバの所定部分を直径１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下で巻く構造を備えるのが好ましい。また、モード除去装置は、分散シフト光ファイバの所定部分を曲率半径５ｍｍ以上で蛇行させる構造を備えてもよい。この構造により、高次モードは著しく低減され、分散シフト光ファイバ中を伝搬する高次モードの影響は、効果的に除去される。
なお、この発明に係る光伝送路に適用可能な分散シフト光ファイバとしては、上述のように非線形現象を効果的に抑制し、波長多重伝送やソリトン通信の実現すべく、波長１５５０ｎｍの光に対して、５０μｍ2以上の実効断面積と、０．５ｄＢ／ターン以下の直径３２ｍｍでの曲げ損失とを有するとともに、２ｍ長において２．０μｍ以上のカットオフ波長を有するのが好ましい。さらに好ましくは、この発明に係る分散シフト光ファイバは、波長１５５０ｎｍの光に対して、０．０４ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下の分散スロープを有する。
上述の諸特性を得るため、所定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備えた分散シフト光ファイバにおいて、上記コア領域は、所定の屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられるとともに該第１コアよりも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るとともに該第２コアよりも高い屈折率を有する第３コアとを備えてもよい。一方、上記クラッド領域は、コア領域の第３コアの外周に設けられるとともに、該第３コアよりも低い屈折率を有する内側クラッドと、該内側クラッドの外周に設けられるとともに、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を備えてもよい。当該分散シフト光ファイバは、上述の構造を備えたコア領域と、上述の構造を備えたクラッド領域とを備えてもよい。
なお、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、以下の式（１）で与えられる。
【数１】
0004238479.tif 000002
ただし、Ｅは伝搬光に伴う電界、ｒはコア中心からの径方向の距離である。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係る光伝送路の各実施例を、図１Ａ〜４Ｂ、５、６、７Ａ〜９Ｂ、１０、及び１１を用いて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
この発明に係る光伝送路の伝送媒体には、実効断面積が大きく、分散の絶対値が小さいだけでなく、２ｍのファイバ長でのカットオフ波長が信号光波長より長くなるよう設計された分散シフト光ファイバが適用される。また、適用される分散シフト光ファイバでは、カットオフ波長を長くしたことにより曲げ損失が小さくなるが、逆に高次モード（基底モードを除くモード）がより多く発生してしまう。そこで、この発明に係る光伝送路は、発生した高次モードを効果的に除去すべく、所定部位にモード除去装置が設けられている。なお、当該光伝送路における伝送媒体（分散シフト光ファイバ）の接続形態、モード除去装置の構成、該伝送媒体の組成等（屈折率プロファイル）は、種々の変形が可能であり、以下に各実施例を説明する。
（第１実施例）
この第１実施例は、送信器と受信器との間に、単一の伝送ユニットが設けられた構成である。図１Ａは、この第１実施例において、伝送ユニットに含まれる分散シフト光ファイバの敷設状態を説明するための図であり、図１Ｂは、第１実施例の構成（単一の伝送ユニットを有する）を示す図である。
図１Ａに示されたように、光伝送路１００は、基本的に、伝送媒体である分散シフト光ファイバ１５０が送信器１０と受信器２０との間に設けられて構成されており、その入射端は送信器１０の出射端１０ａと接続点Ｐａにおいて光学的に接続されるとともに、その出射端は受信器２０の入射端２０ａと接続点Ｐｂにおいて光学的に接続されている。また、光伝送路１００は、図１Ｂに示されたように、１本の分散シフト光ファイバ１５０と、該分散シフト光ファイバ１５０上（接続点Ｐａ〜Ｐｂの間の光路中）に配置されたモード除去装置４０を備えた単一の伝送ユニットで構成されている。なお、この第１実施例では、モード除去装置４０として、分散シフト光ファイバ１５０の所定部位に複数のモード除去デバイス４０ａ〜４０ｄが配置されている。これら複数のモード除去デバイス４０ａ〜４０ｄにより、分散シフト光ファイバ１５０を伝搬する高次モードが除去される。
分散シフト光ファイバ１５０は、波長１５５０ｎｍの光に対して絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の分散を有するとともに、２ｍのファイバ長において信号光の波長より長いカットオフ波長を有する。
一方、モード除去装置４０に含まれるモード除去デバイス４０ａ〜４０ｄは、分散シフト光ファイバ１５０中を伝搬する信号光の高次モードの光パワーを、基底モードの光パワーに対して１０分の１以下、好ましくは４０分の１まで低減する。すなわち、ＩＴＵ-Ｔ Ｇ．６５０の測定方法によると、２ｍ長でのカットオフ波長は、以下の式（２）のように定義されるＲ（λ）が０．１となるときの波長によって与えられる。
Ｒ(λ)＝10・log(Ｐ1(λ)／Ｐ２(λ))    …（２）
ここで、Ｐ1(λ) は、直径２８０ｍｍで光ファイバを曲げたときに通過する光の光パワー（基底モードと高次モードの光パワーの和）であり、Ｐ2(λ) は、直径６０ｍｍで光ファイバを曲げたときに通過する光（実質的には基底モードが大部分）の光パワーである。したがって、モード除去装置４０の光出射部（モード除去デバイスの各光出射部）において、基底モードの規格化された光パワーを１、高次モードの規格化された光パワーをｘとしたときに、波長１５５０ｎｍ（１．５μｍ波長帯の中心波長）の光に対してＲ(1550nm)＝０．１（シングルモード条件）が満たされるためには、10・log(1+ｘ)/1＝０．１からｘ＝０．０２３３（≒１／４０）である必要がある。ただし、実際に敷設される分散シフト光ファイバは２ｍよりもはるかに長いことから、カットオフ波長の距離依存性を考慮すれば、Ｒ(1550nm)＝０．４（ｘ≒１／１０）程度であっても、十分良好な伝送品質が保証される。
以上のことから、この発明に係る光伝送路に適用されるモード除去装置４０における高次モードの低減能力としては、基底モードの光パワーに対して高次モードの光パワーを１０分の１以下、好ましくは４０分の１以下まで除去する能力が要求される。
この第１実施例において、送信器１０の出射端１０ａから出射された信号光は、分散シフト光ファイバ１５０の入力端に入射され、モード除去デバイス４０ａに向かって該分散シフト光ファイバ１５０中を伝搬する。分散シフト光ファイバ１５０への入射直後（接続点Ｐａ近傍）の信号光はモード除去デバイス４０ａによって高次モードが除去されても、モード除去デバイス４０ｂに到達するまでの間に、基底モードの一部は高次モードへ結合（coupling）してしまう。しかし、その高次モードはモード除去デバイス４０ｂにより除去され、該モード除去デバイス４０ｂの光出射部付近では、高次モードの光パワーは基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下になる。
その後、モード除去デバイス４０ｂから出射された信号光は、次段のモード除去デバイス４０ｃに向かって分散シフト光ファイバ１５０中を伝搬する。そして、モード除去デバイス４０ｂとモード除去デバイス４０ｃとの間でも、伝搬する基底モードの一部が高次モードへ結合する。しかし、このモード除去デバイス４０ｃにおいても発生した高次モードが除去されるので、このモード除去デバイス４０ｃの光出射部において、高次モードの光フパワーは基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１まで低減され得る。以降、モード除去デバイス４０ｄにおいても同様に高次モードが効果的に除去される。
なお、モード除去デバイス４０ｄから出射された信号光は、接続点Ｐｂを介して受信器２０で受信されるが、このとき、モード除去デバイス４０ｄから受信器２０に到達するまで分散シフト光ファイバ１５０中を伝送している間に、基底モードの一部がさらに高次モードへ結合してしまう可能性も否定できない。しかし、モード除去器４０ｄと受信器２０との間の伝送距離が充分に短ければ、高次モードの光パワーが大きくなることなく、信号光の殆どは基底モードとして受信器２０に到達する。
また、この第１実施例では、分散シフト光ファイバ１５０の波長１５５０ｎｍの光に対して絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の分散を有することから、分散が小さい。また、分散シフト光ファイバ１５０は、２ｍ長におけるカットオフ波長が信号光の波長より大きいことから、曲げ損失が小さい。さらに、２ｍのファイバ長では当該分散シフト光ファイバ１５０はカットオフ波長が大きくシングルモード条件を満たしていないため、信号光の基底モードから高次モードへのカップリングが生じ得る。しかし、上述したように高次モードは分散シフト光ファイバ１５０上の所定位置に設置されたモード除去デバイス４０ａ〜４０ｄにより除去されるので、受信器２０に到達する信号光の殆どは基底モードとなる。すなわち、この光伝送路１００によれば、モード分散に起因した伝送特性の劣化が抑制される。
（第２実施例）
この第２実施例は、送信器と受信器との間に、複数の伝送ユニットが設けられた構成である。図２Ａは、この発明に係る光伝送路の第２実施例において、伝送ユニットに含まれる伝送媒体の敷設状態を説明するための図であり、図２Ｂは、この発明に係る光伝送路の第２実施例の構成（複数の伝送ユニットを有する）を示す図である。
図２Ａに示されたように、光伝送路１００は、伝送媒体である分散シフト光ファイバ１５０が送信器１０と受信器２０との間に設けられて構成されており、この伝送媒体１５０は複数の分散シフト光ファイバ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃがそれぞれ接続点Ｐ１、Ｐ２において光学的に接続されている。また、３本の分散シフト光ファイバ１５０ａ〜１５０ｃで構成された伝送媒体１５０は、送信器１０の出射端１０ａと接続点Ｐａにおいて光学的に接続されるとともに、その出射端は受信器２０の入射端２０ａと接続点Ｐｂにおいて光学的に接続されている。また、光伝送路１００は、図２Ｂに示されたように、分散シフト光ファイバ１５０ａと対応するモード除去装置４０ｅからなる第１伝送ユニットと、分散シフト光ファイバ１５０ｂと対応するモード除去装置４０ｆ空なる第２伝送ユニットと、分散シフト光ファイバ１５０ｃと対応するモード除去装置４０ｇからなる第３伝送ユニットから構成されている。なお、この第２実施例では、モード除去装置４０ｅ〜４０ｇは、それぞれ複数のモード除去デバイスを含んでもよい。
各分散シフト光ファイバ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃは、それぞれ波長１５５０ｎｍにおいて絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の分散を有するとともに、２ｍのファイバ長で信号光波長より長いカットオフ波長を有する。モード除去装置４０ｅ、４０ｆ、４０ｇは、それぞれ対応する分散シフト光ファイバ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ中を伝搬する信号光の高次モードの光パワーが基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下まで、該高次モードを低減する。なお、上述されたように、高次モードは、基底モードの光パワーの４０分の１以下まで低減されるのがより好ましい。
この第２実施例において、送信器１０から出力された信号光は、分散シフト光ファイバ１５０ａの入力端（接続点Ｐａ）から入射され、該分散シフト光ファイバ１５０ａ中を接続点Ｐ１（分散シフト光ファイバ１５０ａの出射端）に向かって伝搬する。このとき、分散シフト光ファイバ１５０ａへの入射直後（接続点Ｐａ近傍）の信号光はモード除去装置４０ｅにより高次モードが除去されても、接続点Ｐ１に到達するまでの間に、基底モードの一部は高次モードへ結合してしまう。また、接続点Ｐ１においても基底モードと高次モードのカップリングが発生する。しかし、その高次モードは、分散シフト光ファイバ１５０ｂの入力端近傍に設けられたモード除去器４０ｆにより除去されるため、モード除去装置４０ｆの光出射部付近では、該信号光の高次モードの光パワーは基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下になる。
その後、モード除去装置４０ｆから出射された信号光は、分散シフト光ファイバ１５０ｂ中を接続点Ｐ２に向かって伝搬する。このとき、分散シフト光ファイバ１５０ｂへの入射直後（接続点Ｐ１近傍）の信号光はモード除去装置４０ｆにより高次モードが除去されても、接続点Ｐ２に到達するまでの間に、基底モードの一部は高次モードに結合する。また、接続点Ｐ２においても基底モードから高次モードへのカップリングが発生する。しかし、その高次モードは、分散シフト光ファイバ１５０ｃの入射端近傍（接続点Ｐ２近傍）に設けられたモード除去装置４０ｇにより除去されるため、モード除去装置４０ｇの光出射部付近では、該信号光の高次モードの光パワーは基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下になる。
なお、モード除去装置４０ｇから出射された信号光は、接続点Ｐｂを介して受信器２０に到達する。このとき、分散シフト光ファイバ１５０ｃ中を伝搬した基底モードの一部も高次モードに結合するため、受信器２０の入射端近傍に別途モード除去装置を設けるか、あるいは分散シフト光ファイバ１５０ｃのファイバ長を短くするのが好ましい。この場合、モード除去装置４０ｇから受信器２０までの信号光の伝搬距離は充分に短いので、高次モードの光パワーが大きくなることはなく、信号光の殆どは基底モードとして受信器２０に到達する。
また、この第２実施例においても、伝送媒体である分散シフト光ファイバ１５０ａ〜１５０ｃは、それぞれ波長１５５０ｎｍにおける絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の分散を有することから、伝送路１００全体の分散も小さく抑えることができる。また、分散シフト光ファイバ１５０ａ〜１５０ｃは、それぞれ２ｍのファイバ長において信号光波長より長いカットオフ波長を有することから、曲げ損失が小さい。さらに、分散シフト光ファイバ１５０ａ〜１５０ｃは、それぞれ２ｍのファイバ長においてシングルモード条件を満たしていないため（２ｍでのカットオフ波長は信号光波長よりも長い）、信号光の基底モードから高次モードへのカップリングが生じ得るが、上述したように高次モードはモード除去装置４０ｅ〜４０ｇ、４００により除去されるので、受信器２０に到達する信号光の殆どは基底モードとなる。すなわち、複数の伝送ユニットを備えたこの第２実施例によれば、モード分散に因る伝送特性の劣化が抑制され得る。
なお、上述された第１及び第２実施例に係るいずれの光伝送路１００も、送信器１０と受信器２０との間に設置されるのみならず、図３Ａに示されたように、送信器１０と中継器３０との間に設置されてもよく、図３Ｂに示されたように、中継器３０間に設置されてもよく、また、図３Ｃに示されたように、中継器３０と受信器２０との間に設置されてもよい。また、これら図３Ａ〜図３Ｃでは、送信器１０の出射端、受信器の入射端、及び伝送路１００との接続点は示されていない。
この第２実施例において、図４Ａは、従来の光伝送路の作用を説明するためのグラフであり、図４Ｂは、図２Ｂに示された第２実施例に係る光伝送路の作用を説明するためのグラフである。なお、これらのグラフにおいて、横軸は光伝送路長（ｋｍ）を示し、縦軸は入射時を１として規格化された光パワーを示す。また、各グラフに対応する光伝送路は、送信器１０と受信器２０との間の伝送距離を３０ｋｍ、長さ１０ｋｍの３本の光ファイバが互いに縦続接続して構成されており、初段の分散シフト光ファイバに入射される基底モードの光パワーと高次モードの光パワーは互いに等しいものとする。
図４Ａに示されたように、従来の光伝送路では、光ファイバの伝搬中に基底モードから高次モードへのカップリングが生じるとともに、基底モード及び高次モード双方の伝送損失が生じる。その結果、光ファイバ中において基底モード及び高次モード双方ともその光パワーは伝搬距離の増加に伴って減少していく。また、各光ファイバ間の接続点Ｐ１、Ｐ２において、基底モードから高次モードへのカップリングが生じることから、基底モードの光パワーは小さくなり、逆に高次モードの光パワーが大きくなる。したがって、従来の光伝送路では、最終段の光ファイバの出射端位置における高次モードの光パワーは十分に低減できないことが分かる。
一方、図４Ｂに示されたように、第２実施例に係る光伝送路では、初段の光ファイバに入射された高次モードは、その光ファイバの入力端近傍に設けられたモード除去装置により直ちに除去され、その光パワーは基底モードの少なくとも１０分の１以下まで低減される。また、各光ファイバ間における接続点Ｐ１、Ｐ２でも、基底モードから高次モードへのカップリングが生じるが、その高次モードは、その接続点直後に設けられたモード除去装置により、基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下まで低減される。このことから、この第２実施例に係る光伝送路では、最終段の光ファイバの出射端位置における高次モードの光パワーは極めて小さくなることが分かる。
（モード除去装置）
次に、上述された光伝送路の第１及び第２実施例に適用可能なモード除去装置４０の具体的な実施例を説明する。
図５は、この発明に係る光伝送路におけるモード除去装置４０の第１実施例を示す図である。このモード除去装置４０の第１実施例は、分散シフト光ファイバ１５０の第１部位４１ａと第２部位４２ａとの間を、直径１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下のボビン等に巻き付けることにより得られる。なお、このモード除去装置４０の第１実施例では、分散シフト光ファイバ１５０の第１部位４１ａが当該モード除去装置４０の光入射部に相当し、第２部位４２ａが当該モード除去装置４０の光出射部に相当している。ここで、分散シフト光ファイバ１５０の巻き直径を１０ｍｍ以上としたのは、基底モードに対する曲げ損失を発生させないためであり、該巻き直径を６０ｍｍ以下としたのは、高次モードに対する曲げ損失を十分大きくし、かつ巻き回数が過大にならないようにするためである。また、巻き回数は、高次モードの光パワーが基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下になるよう設定されている。
図６は、この発明に係る光伝送路におけるモード除去装置４０の第２実施例を示す図である。このモード除去装置４０の第２実施例は、互いに平行に配置された円柱状部材５１〜５５により分散シフト光ファイバ１５０の第１部位４１ｂと第２部位４２ｂとの間を蛇行させることにより得られる。なお、このモード除去装置４０の第２実施例では、分散シフト光ファイバ１５０の第１部位４１ｂが当該モード除去装置４０の光入射部に相当し、第２部位４２ｂが当該モード除去装置４０の光出射部に相当している。また、このときの曲げ部分の曲率半径は５ｍｍ以上である。曲率半径を５ｍｍ以上としたのは、基底モードに対する曲げ損失を発生させないためである。ただし、円柱状部材の個数は、信号光の高次モードの光パワーが基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下になるよう設定されている。
（分散シフト光ファイバ）
次に、上述された光伝送路の第１及び第２実施例に適用可能な分散シフト光ファイバ１５０の具体的な実施例について説明する。
図７Ａは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第１実施例の断面構造を示す図であり、図７Ｂは、図７Ａに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
この分散シフト光ファイバ２００（図１Ａ〜図２Ｂに示された分散シフト光ファイバ１５０に相当）は、所定の軸に沿って伸びたコア領域２１０と、該コア領域２１０の外周に設けられたクラッド領域２２０を備える。また、このコア領域２１０は、屈折率ｎ1を有する外径ａ１の第１コア２１１と、該第１コア２１１の外周に設けられ、屈折率ｎ2（＜ｎ1）を有する外径ｂ１の第２コア２１２と、該第２コア２１２の外周に設けられ、屈折率ｎ3（＜ｎ1、＞ｎ2）を有する外径ｃ１の第３コア２１３を備える。なお、第３コア２１３の外周に設けられたクラッド領域２２０の屈折率はｎ4（＝ｎ2）である。したがって、各領域における屈折率の大小関係は、ｎ2＝ｎ4＜ｎ3＜ｎ1である。
なお、図７Ｂに示された屈折率プロファイル２５０は、図７Ａの分散シフト光ファイバ２００における断面の中心Ｏ1を通過する線Ｌ１上の各部位の屈折率を示している。
具体的な構成としては、第１コア２１１の外径ａ１は６μｍ、第２コア２１２の外径ｂ１は１６．８μｍ、第３コア２１３の外径ｃ１は２４μｍ、クラッド領域２２０の外径は１２５μｍである。また、クラッド領域２２０の屈折率ｎ4を基準として、第１コア２１１の比屈折率差Δｎ1は＋０．６％、第３コア２１３の比屈折率差Δｎ3は＋０．４％である。なお、各領域ｉの比屈折率差Δｎiは、以下の式（３）によって与えられる。
Δｎi＝（ｎT−ｎR）／ｎR      …（３）
ここで、ｎRは基準となる領域の屈折率（この実施例ではクラッド領域２２０の屈折率ｎ４に相当）、ｎTは領域ｉの屈折率（この実施例では第１〜第３コア２１１〜２１３の各屈折率ｎ1〜ｎ3に相当）を示し、この明細書において、比屈折率差は百分率で表される。また、比屈折率差が負の値を取るときは領域ｉの屈折率が基準領域の屈折率よりも低いことを意味する。
以上のように構成された分散シフト光ファイバ２００について、その諸特性を測定したところ、波長１５５０ｎｍの光に対して、分散値は−０．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープは０．０２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ、直径３２ｍｍで１周巻いたときの曲げ損失は０．００００２ｄＢ、実効断面積は５５μｍ2であった。また、２ｍのファイバ長におけるカットオフ波長は２．７４μｍであった。
次に、図８Ａは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第２実施例の断面構造を示す図であり、図８Ｂは、図８Ａに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
この分散シフト光ファイバ３００（図１Ａ〜図２Ｂに示された分散シフト光ファイバ１５０に相当）は、所定の軸に沿って伸びたコア領域３１０と、該コア領域３１０の外周に設けられたクラッド領域３２０を備える。また、このコア領域３１０は、屈折率ｎ1を有する外径ａ２の第１コア３１１と、該第１コア３１１の外周に設けられ、屈折率ｎ2（＜ｎ1）を有する外径ｂ２の第２コア３１２と、該第２コア３１２の外周に設けられ、屈折率ｎ3（＜ｎ1、＞ｎ2）を有する外径ｃ２の第３コア３１３を備える。なお、第３コア３１３の外周に設けられたクラッド領域３２０の屈折率はｎ4（＝ｎ2）である。したがって、各領域における屈折率の大小関係は、ｎ2＝ｎ4＜ｎ3＜ｎ1である。
なお、図８Ｂに示された屈折率プロファイル３５０は、図８Ａの分散シフト光ファイバ３００における断面の中心Ｏ2を通過する線Ｌ２上の各部位の屈折率を示している。
具体的な構成としては、第１コア３１１の外径ａ２は５．３２μｍ、第２コア３１２の外径ｂ２は１８．６μｍ、第３コア３１３の外径ｃ２は２６．６μｍ、クラッド領域３２０の外径は１２５μｍである。また、クラッド領域３２０の屈折率ｎ4を基準とした第１コア３１１の比屈折率差Δｎ1及び第３コア３１３の比屈折率差はΔｎ3は、上記式（３）により与えられ、それぞれ＋０．５％、＋０．２％である。
以上のように構成された分散シフト光ファイバ３００について、その諸特性を測定したところ、波長１５５０ｎｍの光に対して、分散値は−３．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープは０．０３３ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ、直径３２ｍｍで１周巻いたときの曲げ損失は０．４８ｄＢ、実効断面積は６７μｍ2であった。また、２ｍのファイバ長におけるカットオフ波長は２．０１μｍであった。
次に、図９Ａは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第３実施例の断面構造を示す図であり、図９Ｂは、図９Ａに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
この分散シフト光ファイバ４００（図１Ａ〜図２Ｂに示された分散シフト光ファイバ１５０に相当）は、所定の軸に沿って伸びたコア領域４１０と、該コア領域４１０の外周に設けられたクラッド領域４２０を備える。また、このコア領域４１０は、屈折率ｎ1を有する外径ａ３の第１コア４１１と、該第１コア４１１の外周に設けられ、屈折率ｎ2（＜ｎ1）を有する外径ｂ３の第２コア４１２と、該第２コア４１２の外周に設けられ、屈折率ｎ3（＜ｎ1、＞ｎ2）を有する外径ｃ３の第３コア４１３を備える。なお、クラッド領域４２０は、第３コア４１３の外周に設けられ、屈折率ｎ4（＝ｎ2）を有する外径ｄ３の内側クラッド４２１と、該内側クラッド４１１の外周に設けられ、屈折率ｎ5（＜ｎ3、＞ｎ2）を有する外側クラッド４２２を備え、これら内側クラッド４２１及び外側クラッド４２２によりディプレストクラッド構造を実現している。したがって、各領域における屈折率の大小関係は、ｎ2＝ｎ4＜ｎ5＜ｎ3＜ｎ1である。
なお、図９Ｂに示された屈折率プロファイル４５０は、図９Ａの分散シフト光ファイバ４００における断面の中心Ｏ3を通過する線Ｌ３上の各部位の屈折率を示している。
具体的な構成としては、第１コア４１１の外径ａ３は６．２μｍ、第２コア４１２の外径ｂ３は１６．８μｍ、第３コア４１３の外径ｃ３は２４．０μｍ、内側クラッド４２１の外径ｄ３は４８．０μｍ、内側クラッド４２２の外径は１２５μｍである。また、外側クラッド４２２の屈折率ｎ5を基準とした第１コア４１１の比屈折率差Δｎ1、第２コア４１２の比屈折率差Δｎ2、第３コア４１３の比屈折率差はΔｎ3、及び内側クラッド４２１の非屈折率差Δｎ4は、上記式（３）により与えられ、それぞれ＋０．５６％、−０．１０％、＋０．４０％、及び−０．１０％である。
以上のように構成された分散シフト光ファイバ４００について、その諸特性を測定したところ、波長１５５０ｎｍの光に対して、分散値は−０．８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープは０．００ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ、直径３２ｍｍで１周巻いたときの曲げ損失は０．０００５ｄＢ、実効断面積は５３μｍ2であった。また、２ｍのファイバ長におけるカットオフ波長は２．２７μｍであった。
以上のように、図７Ａ〜図９Ｂに示された分散シフト光ファイバ２００〜４００は、いずれも波長１５５０ｎｍの光に対して絶対値が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の分散を有するとともに、２ｍ長において信号光の１．５μｍ波長帯よりも長いカットオフ波長を有している。したがって、図１Ａ〜図２Ｂに示された光伝送路１００に適用される伝送媒体として好適である。また、何れの分散シフト光ファイバ２００〜４００も、波長１５５０ｎｍの光に対して、実効断面積が５０μｍ２以上、直径３２ｍｍで１周巻いたときの曲げ損失が０．５ｄＢ以下、分散スロープが０．０４ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であり、また、カットオフ波長は２．０μｍ以上であるため、波長分割多重伝送やソリトン通信に好適である。
なお、図１０は、図７Ａ及び図７Ｂに示された分散シフト光ファイバ２００の実効カットオフ波長とファイバ長との関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、２ｍのファイバ長における実効カットオフ波長は２．７４μｍであるが、ファイバ長が長いほど実効カットオフ波長は短くなる。しかし、例えばファイバ長が１０ｋｍであっても、実効カットオフ波長は２．４３μｍ程度であり、波長１．５５μｍ帯の信号光はシングルモードにならない。
さらに、図１１は、図７Ａ及び図７Ｂに示された分散シフト光ファイバ２００の実効カットオフ波長と巻数との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、Ｇ１００は巻き直径が２０ｍｍのときの測定結果、Ｇ２００は巻き直径が３２ｍｍのときの測定結果、及びＧ３００は巻き直径が２８０ｍｍのときの測定結果をそれぞれ示している。このグラフから分かるように、当該分散シフト光ファイバ２００を巻き直径２０ｍｍで２回巻けば、実効カットオフ波長は１．５５μｍ以下となり、波長１．５５μｍ帯の信号光の高次モードは低減してシングルモードが保証される。このとき、基底モードの曲げ損失は、０．００２ｄＢ程度であり十分小さい。すなわち、モード除去装置が実現され得ることになる。以上、図１０及び図１１の関係からも分かるように、伝送媒体である分散シフト光ファイバの所定部位に設けられたモード除去装置は、シングルモード条件を満たすよう機能する。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、図７Ｂ、図８Ｂ、及び図９Ｂに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルは、例示にすぎず、これらに限定されることなく種々の態様のものがあり得る。
産業上の利用可能性
以上、詳細に説明したとおり、この発明によれば、波長１．５５μｍ帯の信号光は、小さいモード分散を有する分散シフト光ファイバ中を伝搬する。その際に基底モードの一部は高次モードに結合するが、発生した高次モードは、基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下にまでモード除去装置によって低減される。したがって、信号光の殆どは基底モードとして受信器に到達し、波長１．５μｍ帯の信号光に対して波長分散が小さく、優れた伝送特性を有するとともに、ＷＤＭ伝送に好適な光伝送路が得られる。
また、この発明によれば、分散シフト光ファイバと他の光部品との接続点の直後にモード除去装置が設けることにより、分散シフト光ファイバと他の光部品、例えば、分散シフト光ファイバ、他の伝送用光ファイバ等との接続点において発生した高次モードは、その接続点直後のモード除去手段により直ちに除去される。これにより、高次モードの伝搬を効果的に抑制でき、より短い伝送距離でシングルモード条件が満たされる。
さらに、モード除去装置は、伝送媒体である分散シフト光ファイバを直径１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下で巻くことにより得られ、また、伝送媒体である分散シフト光ファイバを曲率半径５ｍｍ以上で蛇行させることにより得られる。このような構成で、高次モードの光パワーを基底モードの光パワーの少なくとも１０分の１以下まで低減できる。
また、分散シフト光ファイバは、１５５０ｎｍの光に対して５０μｍ2以上の実効断面積と、０．５ｄＢ以下の直径３２ｍｍでの曲げ損失と、０．０４ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下の分散スロープを有するとともに、２ｍのファイバ長において信号光波長よりも長いカットオフ波長を有するので、非線形現象の発生が効果的に抑制され、波長分割多重伝送やソリトン通信を可能にする。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、この発明に係る光伝送路の第１実施例において、伝送ユニットに含まれる伝送媒体の敷設状態を説明するための図であり、図１Ｂは、この発明に係る光伝送路の第１実施例の構成（単一の伝送ユニットを有する）を示す図である。
図２Ａは、この発明に係る光伝送路の第２実施例において、伝送ユニットに含まれる伝送媒体の敷設状態を説明するための図であり、図２Ｂは、この発明に係る光伝送路の第２実施例の構成（複数の伝送ユニットを有する）を示す図である。
図３Ａ〜図３Ｃは、この発明に係る光伝送路が適用される環境を説明するための図である。
図４Ａは、従来の光伝送路の作用を説明するためのグラフであり、図４Ｂは、図２Ｂに示された第２実施例に係る光伝送路の作用を説明するためのグラフである。
図５は、この発明に係る光伝送路におけるモード除去装置の第１実施例を示す図である。
図６は、この発明に係る光伝送路におけるモード除去装置の第２実施例を示す図である。
図７Ａは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第１実施例の断面構造を示す図であり、図７Ｂは、図７Ａに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
図８Ａは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第２実施例の断面構造を示す図であり、図８Ｂは、図８Ａに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
図９Ａは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第３実施例の断面構造を示す図であり、図９Ｂは、図９Ａに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
図１０は、図７Ａ及び図７Ｂに示された分散シフト光ファイバの実効カットオフ波長とその長さとの関係を示すグラフである。
図１１は、図７Ａ及び図７Ｂに示された分散シフト光ファイバの実効カットオフ波長とターン数との関係を複数種類の曲げ直径について示したグラフである。
【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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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