(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、該コアを覆う第１クラッド層と、第１クラッド層を覆う第２クラッド層と、第２クラッド層を覆う第３クラッド層と、第３クラッド層を覆う第４クラッド層とを備えた分散補償光ファイバであって、上記コアの比屈折率差Δｎ１と第２クラッド層の比屈折率差Δｎ３とを第４クラッド層の比屈折率差Δｎ０より大きくし、第１クラッド層の比屈折率差Δｎ２と第３クラッド層の比屈折率差Δｎ４とを第４クラッド層の比屈折率差Δｎ０より小さくし、上記コアの比屈折率差を中心から径方向に単調に減少させ、上記コアの中心の比屈折率差Δｎ１を１．０３〜１．０７％とし、上記コアの半径ｒ１を２．６６〜２．７２μｍとし、第２クラッド層の比屈折率差Δｎ３を０．１３〜０．１５％とし、第２クラッド層の半径ｒ３を１０．７〜１１．４μｍとし、第２クラッド層の半径ｒ３を１０．７〜１１．４μｍとし、第１クラッド層の比屈折率差Δｎ２を−０．２８５〜−０．２５％とし、第１クラッド層の半径ｒ２を５．３８〜５．７３μｍとし、第３クラッド層の比屈折率差Δｎ４を−０．１５〜−０．０７％とし、第３クラッド層の半径ｒ４を１３．１５μｍ以上１７μｍ以下としたことにより、波長１５５０ｎｍでの分散スロープを−０．１８〜−０．１２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍとし、波長分散を−５０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、モードフィールド径を６．０μｍ以上としたことを特徴とする分散補償光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散補償光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットを始めとするデータ通信の爆発的な増加により、伝送容量の飛躍的な増加が求められている。現在、１本の光ファイバ中に僅かに波長の異なる複数の信号光を同時に伝送させるＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）伝送方式が実用化され、幹線系伝送路や海底光ケーブルに用いられている。通常、このような光ファイバ伝送路には一定の間隔で中継器が設置されている。
【０００３】
従来の中継器は信号光を補償・増幅するために信号光を一旦電気信号に変換し、その電気信号を同期再生・増幅して光信号に変換する、いわゆる再生中継器と呼ばれる装置であるが、ＷＤＭ伝送においてはわずかに波長毎に再生・増幅を行わなければならないため、波数の分だけデバイスを必要とすることになる。
【０００４】
このため、ＷＤＭ伝送の大容量化のための波数増加にはコスト的・実装空間的な限界があった。
【０００５】
しかし、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：エルビウム添加光ファイバ増幅器）の開発により、信号光を電気信号に変換することなく全波長の信号光を一括して光のまま増幅することができるようになった。このＥＤＦＡにより伝送容量の大容量化が急速に進展したが、波数の増加や信号光のビットレートの増加により様々な問題が生じてきた。
【０００６】
例えば、本来光ファイバの有する波長分散により、使用波長帯域の両端で異なる分散を生じてしまい、伝送後の信号光の波形が劣化したり、非線形現象が生じたりする問題がある。非線形現象は伝送路を構築する光ファイバの局所的な屈折率分布の変化（一般に光パワー密度に依存する。）により生じる現象であり、ＦＷＭ（Ｆｏｕｒ  Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ：四光波混合）等が該当する。
【０００７】
これら分散や非線形現象は信号光の伝送品質を劣化させる原因となりうる。特に、ＷＤＭ伝送のように多数の異なる波長の信号光を長距離伝送させる場合には深刻である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、光ファイバの波長分散による信号波形の劣化を防止するためには、使用波長帯域の分散値をできるだけ小さくする、いわゆる零分散波長を使用波長にシフトさせることが有効である。例えば、零分散波長が１５５０ｎｍのＤＳＦ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｓｉｆｔ  Ｆｉｂｅｒ：分散シフトファイバ）等は陸上、海底を問わず広く適用されている。
【０００９】
しかし、複数の信号光を伝送するＷＤＭ伝送においては、最短波長側の信号光と最長波長側の信号光とに生じる分散の値が異なる。すなわち、分散スロープの存在により波数そのものが制限を受ける。これは、光ファイバ伝送後の信号光が判別可能な限度内である分散範囲（すなわち、波長帯域）がハードウェアや伝送速度により定まり、結果として最大波数を決定するためである。
【００１０】
従って、この分散スロープの値をできるだけ小さくすることが伝送容量を増加させる上で重要である。
【００１１】
従来の光ファイバの単峰型のプロファイル（屈折率分布）を、例えばＷ型や３重クラッド型等の複雑なプロファイルに変更することにより、０．０５ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下の低い分散スロープを達成することができる。
【００１２】
しかし、一方では波数の増加に伴い光ファイバに入射する光信号のパワー密度が増加し、前述の非線形現象が大きな問題となってきた。例えば、前述のＦＷＭにより零分散波長近傍のＷＤＭ信号光が増幅され、信号伝送特性を著しく劣化させることが近年の研究により明らかになってきた。この非線形現象を防止しつつ信号光の波数を増加させるには、伝送路全体で分散・スロープを小さく保ち、可能な限り実効断面積の大きな光ファイバを用いればよい。
【００１３】
例えば、ＥＤＦＡ等の増幅器による増幅直後の光密度の高い部分で実効断面積が比較的大きく、分散・スロープが比較的小さい光ファイバを用いて非線形現象の発生を抑え、その光ファイバの出力端に比較的実効断面積が小さく、分散・スロープが小さい光ファイバを接続することで、伝送路全体で分散を非零、スロープを０．１ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下に抑えることができる（図１１参照。）。
【００１４】
図１１は波長多重伝送時の実効断面積拡大光ファイバ及び低分散スロープ光ファイバによるハイブリット回路伝送路の累積分散を示す図である。同図において横軸はファイバ長を示し、縦軸は累積分散を示す。
【００１５】
また、ＥＤＦＡ等の増幅器による増幅直後（希土類添加光ファイバの増幅区間前半）で実効断面積が非常に大きく、分散も大きい光ファイバを用い、その後（希土類添加光ファイバの増幅区間後半）で前半に生じた累積分散や分散スロープを完全に補償する光ファイバを用いたハイブリット伝送路も提案されており、実用化間近である（図１２参照。）。
【００１６】
図１２は波長多重伝送時の実効断面積拡大光ファイバ及び分散・分散スロープ補償光ファイバによるハイブリット伝送路の累積分散を示す図である。同図において横軸はファイバ長を示し、縦軸は累積分散を示す。
【００１７】
しかし、この伝送路後半で用いられるＳＣＤＣＦ（Ｓｌｏｐｅ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｆｉｂｅｒ：分散・分散補償ファイバ）は大きな負分散と負分散スロープを実現することができるが、ＭＦＤが比較的小さい。そのため前半で用いられる実効断面積が極めて大きい光ファイバ等の異種光ファイバと融着接続する際、ＭＦＤのミスマッチにより大きな接続損失が生じてしまうという問題があった。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、異種光ファイバとの接続損失が低い分散補償光ファイバを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の分散補償光ファイバは、コアと、コアを覆う第１クラッド層と、第１クラッド層を覆う第２クラッド層と、第２クラッド層を覆う第３クラッド層と、第３クラッド層を覆う第４クラッド層とを備えた分散補償光ファイバであって、コアの比屈折率差Δｎ１と第２クラッド層の比屈折率差Δｎ３とを第４クラッド層の比屈折率差Δｎ０より大きくし、第１クラッド層の比屈折率差Δｎ２と第３クラッド層の比屈折率差Δｎ４とを第４クラッド層の比屈折率差Δｎ０より小さくし、上記コアの比屈折率差を中心から径方向に単調に減少させ、上記コアの中心の比屈折率差Δｎ１を１．０３〜１．０７％とし、上記コアの半径ｒ１を２．６６〜２．７２μｍとし、第２クラッド層の比屈折率差Δｎ３を０．１３〜０．１５％とし、第２クラッド層の半径ｒ３を１０．７〜１１．４μｍとし、第２クラッド層の半径ｒ３を１０．７〜１１．４μｍとし、第１クラッド層の比屈折率差Δｎ２を−０．２８５〜−０．２５％とし、第１クラッド層の半径ｒ２を５．３８〜５．７３μｍとし、第３クラッド層の比屈折率差Δｎ４を−０．１５〜−０．０７％とし、第３クラッド層の半径ｒ４を１３．１５μｍ以上１７μｍ以下としたことにより、波長１５５０ｎｍでの分散スロープを−０．１８〜−０．１２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍとし、波長分散を−５０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、モードフィールド径を６．０μｍ以上としたものである。
【００２９】
本発明によれば、コアの外周を第１クラッド層から第４クラッド層で順次覆って４重クラッド層構造とし、コアの比屈折率差Δｎ１と第２クラッド層の比屈折率差Δｎ３とを第４クラッド層の比屈折率差Δｎ０より大きくし、第１クラッド層の比屈折率差Δｎ２と第３クラッド層の比屈折率差Δｎ４とを第４クラッド層の比屈折率差Δｎ０より小さくすることにより、ＭＦＤを大きくすることができるので、異種光ファイバとの接続時に生じる接続損失を低く抑えることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３１】
図１は本発明の分散補償光ファイバの一実施の形態を示す屈折率分布図である。同図において横軸はコアの中心０からの距離を示し、縦軸は比屈折率差を示す。
【００３２】
本分散補償光ファイバは、比屈折率差が中心から径方向に単調に減少するコア（半径ｒ１）１のまわりに、第１クラッド層（半径ｒ１〜ｒ２）２、第２クラッド層（半径ｒ２〜ｒ３）３、第３クラッド層（半径ｒ３〜ｒ４）４及び第４クラッド層（半径ｒ４〜ｒ５）５を順次積層した光ファイバである。
【００３３】
本分散補償光ファイバは、コア１の比屈折率差Δｎ１と第２クラッド層３の比屈折率差Δｎ３とを第４クラッド層５の比屈折率差Δｎ０より大きくし、第１クラッド層２の比屈折率差Δｎ２と第３クラッド層４の比屈折率差Δｎ４とを第４クラッド層５の比屈折率差Δｎ０より小さくし、各比屈折率差及び層の厚さを後述のようにすることにより、波長１５５０ｎｍでの分散スロープを−０．１８〜−０．１２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍとし、波長分散を−５０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、モードフィールド径を６．０μｍ以上としたものである。
【００３４】
ここで、ＭＦＤは大きければ大きい程好ましいが、理論的には３３ｍ2を超えることは無いものの、試作段階では比較的大きなＡｅｆｆが得られているので、ＭＦＤは約４０μｍ2以下が好ましい。
【００３５】
コア１の中心０における比屈折率差Δｎ１を１．０３〜１．０７％とすることにより、分散を−５０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすることができる（図２参照。）。
【００３６】
図２は図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの比屈折率差Δｎ１に対する分散のシミュレーション結果を示す図である。同図において横軸は比屈折率差Δｎ１を示し、縦軸は分散を示す。
【００３７】
コア１の半径ｒ１を２．６６〜２．７２μｍとすることにより、分散を−５０〜−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすることができる（図３参照。）。
【００３８】
図３は図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの半径ｒ１に対する分散のシミュレーション結果を示す図である。同図において横軸はコアの半径ｒ１を示し、縦軸は分散を示す。
【００３９】
第２クラッド層３の比屈折率差Δｎ３を０．１３〜０．１５％とすることにより、基準長２ｍでのカットオフ波長を１．７μｍ以下、かつ分散を−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下にすることができる（図４参照。）。
【００４０】
図４は図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの比屈折率差Δｎ３に対する分散のシミュレーション結果を示す図である。同図において横軸は第２クラッド層３の比屈折率差Δｎ３を示し、縦軸は分散を示す。
【００４１】
第２クラッド層３の半径ｒ３を１０．７〜１１．４μｍとすることにより、分散スロープを−０．１２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下、かつ基準長２ｍでのカットオフ波長を１．７ｍ以下にすることができる（図５参照。）。
【００４２】
図５は図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの半径ｒ３に対するカットオフ波長のシミュレーション結果を示す図である。同図において横軸は第２クラッド層の半径ｒ３を示し、縦軸はカットオフ波長を示す。
【００４３】
第１クラッド層２の比屈折率差Δｎ２を−０．２８５〜−０．２５％とすることにより、分散スロープを−０．１８〜−０．１２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍにすることができる（図６参照。）。
【００４４】
図６は図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの比屈折率差Δｎ２に対する分波スロープのシミュレーション結果を示す図である。同図において横軸は第１クラッド層２の比屈折率差Δｎ２を示し、縦軸は分波スロープを示す。
【００４５】
第１クラッド層２の半径ｒ２を５．３８〜５．７３μｍとすることにより、分散を−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、かつ分散スロープを−０．１２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下にすることができる（図７参照。）。
【００４６】
図７は図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの半径ｒ２に対する分散のシミュレーション結果を示す図である。同図において横軸は第１クラッド層の半径ｒ２を示し、縦軸は分散を示す。
【００４７】
第３クラッド層４の比屈折率差Δｎ４を−０．１５〜−０．０７％とすることにより、基準長２ｍでのカットオフ波長を１．７μｍ以下、かつ分散スロープを−０．１２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下にすることができる（図８参照。）。
【００４８】
図８は図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの比屈折率差Δｎ４に対する分散スロープのシミュレーション結果を示す図である。同図において横軸は第３クラッド層４の比屈折率差Δｎ４を示し、縦軸は分散スロープを示す。
【００４９】
第３クラッド層４の半径ｒ４を１３．１５μｍ以上１７μｍ以下とすることにより、基準長２ｍでのカットオフ波長を１．７μｍ以下にすることができる。
【００５０】
ここで、半径ｒ４の値は理論的には波長分散にはほとんど影響を及ぼさない。比較的変化するのはカットオフ波長であるが、このカットオフ波長は半径ｒ４が大きくなるにつれて減少するので半径ｒ４の制限は下限しかない。但し、製造条件的にはクラッド３の堆積厚は薄い方がよく、また製造上の誤差も含めると半径ｒの上限は１７μｍが好ましい（図９参照。）。
【００５１】
図９は図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの半径ｒ４に対するカットオフ波長のシミュレーション結果を示す図である。同図において横軸は第３クラッド層の半径ｒ４を示し、縦軸はカットオフ波長を示す。
【００５２】
コア１及び第１クラッド層２は組成中に０．０５モル％以上の酸化ゲルマニウムを含む。
【００５３】
このように分散補償光ファイバを構成したことにより、ＭＦＤを大きくすることができるので、異種光ファイバとの接続時に生じる接続損失を低く抑えることができる。
【００５４】
【実施例】
例えば、ＭＣＶＤ法と呼ばれる光ファイバ用コアロッドの製造について図１０を参照して説明する。
【００５５】
図１０はＭＣＶＤ法によるコアロッド製造装置の模式図である。
【００５６】
バブラー１０１から純粋酸素でバブリングした原料ガスを、回転継手からなる回転導入端子１０２を通じて周方向に回転する出発石英管１０３の内部に導入する。原料ガスは、例えばＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、Ｏ2、Ｈｅ、Ｃｌ2、Ｃ2Ｆ6等が挙げられる。これらの原料を石英管外側から出発石英管１０３の長手方向に沿って移動する酸水素バーナ１０４で加熱し、化学反応によりスート粒子１０５が生成される。このスート粒子は一部が出発石英管１０３の内面に付着・堆積し、残りは排気管１０６を通りスートボックス１０７に排出される。出発石英管１０３の内面に付着したスート粒子は、再度酸水素バーナ１０４で加熱され透明ガラス化する。
【００５７】
以上の工程を必要なだけ繰り返し、コア１やクラッド層２〜５を合成する。堆積、透明ガラス化が終了した後、中心の残った空間を閉鎖するために酸水素バーナ１０４の火力を増加させ、出発石英管１０３の表面張力で中実化させる。
【００５８】
このようにして得られたコアロッドを、例えばＶＡＤ法により純粋石英のスートを外付け、焼結して線引き母材とする。この線引き母材を、例えば線引き速度約２００ｍ／ｍｉｎ、張力約１．３Ｎ（１３３ｇｆ）で線引きし、約１００ｋｍの長さの光ファイバを得た。
【００５９】
このようにして製造した光ファイバの特性を測定した。
【００６０】
図１に示される比屈折率差分布を有し、コア１の中心の比屈折率差Δｎ１＝１．０５％、半径ｒ１＝２．７μｍ、第１クラッド層２の比屈折率差Δｎ２＝−０．２７５％、半径ｒ２＝５．５μｍ、第２クラッド層３の比屈折率差Δｎ３＝０．１４５％、半径ｒ３＝１１．０μｍ、第３クラッド層４の比屈折率差Δｎ４＝−０．０８％、半径ｒ４＝１３．４５μｍである分散補償光ファイバを試作した。
【００６１】
その結果、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０．２４８ｄＢ／ｋｍであり、ＭＦＤが６．３２μｍであり、分散が−４３．８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープが−０．１４１ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍと良好な特性が得られた。
【００６２】
以上において、本分散補償光ファイバは、従来の分散補償光ファイバに比べてＭＦＤを大きくすることができるので、異種光ファイバとの接続の際に生じるＭＦＤの差異に起因する接続損失を低く抑えることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、異種光ファイバとの接続損失が低い分散補償光ファイバの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散補償光ファイバの一実施の形態を示す屈折率分布図である。
【図２】図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの比屈折率差Δｎ１に対する分散のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの半径ｒ１に対する分散のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの比屈折率差Δｎ３に対する分散のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの半径ｒ３に対するカットオフ波長のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの比屈折率差Δｎ２に対する分波スロープのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの半径ｒ２に対する分散のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの比屈折率差Δｎ４に対する分散スロープのシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図１に示した特性を有する分散補償光ファイバの半径ｒ４に対するカットオフ波長のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】ＭＣＶＤ法によるコアロッド製造装置の模式図である。
【図１１】波長多重伝送時の実効断面積拡大光ファイバ及び低分散スロープ光ファイバによるハイブリット回路伝送路の累積分散を示す図である。
【図１２】波長多重伝送時の実効断面積拡大光ファイバ及び分散・分散スロープ補償光ファイバによるハイブリット伝送路の累積分散を示す図である。
【符号の説明】
１  コア
２  第１クラッド層
３  第２クラッド層
４  第３クラッド層
５  第４クラッド層
【図１】
0003840977.tif 000002
【図２】
0003840977.tif 000003
【図３】
0003840977.tif 000004
【図４】
0003840977.tif 000005
【図５】
0003840977.tif 000006
【図６】
0003840977.tif 000007
【図７】
0003840977.tif 000008
【図８】
0003840977.tif 000009
【図９】
0003840977.tif 000010
【図１０】
0003840977.tif 000011
【図１１】
0003840977.tif 000012
【図１２】
0003840977.tif 000013