(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内層側のコアと、そのコア外周を覆うクラッド層の二層構造であり、コア内を僅かに波長の異なる複数の信号光を同時に伝送させる低非線形低分散スロープ光ファイバにおいて、上記コアが光ファイバ中心から径方向外側に向かって、コア中心部、第１中間層、コアリング層、及び第２中間層の四層構造を有しており、コア中心部及びコアリング層の屈折率を、クラッド層の屈折率よりも大きくなるように、かつ、第１中間層及び第２中間層の屈折率を、クラッド層の屈折率以下となるように形成し、
伝送波長が１．５５μｍの信号光の、波長分散の傾きが−０．０１〜０．０１ps/nm2/km、波長分散が−５〜５ps/nm/km、及び実効断面積が５０μｍ2以上であり、且つ、
コア中心部の屈折率とクラッド層の屈折率の比屈折率差Δｎ１が０．４〜０．５％、コアリング層の屈折率とクラッド層の屈折率の比屈折率差Δｎ３が０．０６〜０．１０％、第１中間層の屈折率とクラッド層の屈折率の比屈折率差Δｎ２が−０．２４〜−０．２０％、第２中間層の屈折率とクラッド層の屈折率の比屈折率差Δｎ４が−０．２１〜−０．０９％であり、且つ、
コア中心部の半径が３．１〜３．４μｍ、第１中間層の層厚が２．９〜３．３μｍ、コアリング層の層厚が７．１〜８．０μｍ、第２中間層の層厚が６．０μｍ以上であり、且つ、
コア中心部が、０．０５モル％以上の酸化ゲルマニウムを含んでいることを特徴とする低非線形低分散スロープ光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、幹線系伝送路や、海底光ケーブル用の低非線形低分散スロープ光ファイバに係り、特に、波長多重伝送等に用いられる低非線形低分散スロープ光ファイバに関するものである。
【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大が求められている。現在、１本の光ファイバ内を、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適用されている。伝送後における波形の劣化や、非線形現象が生じる
このような光ファイバ伝送路には、通常、ある間隔で中継器が設置されている。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、その変換した電気信号を同期再生・増幅して、再び信号光に変換するものであり、いわゆる再生中継器と呼ばれている。この再生中継器は、僅かに異なる波長毎に再生・増幅を行わなければならないため、波数分だけデバイスを必要としていた。このため、ＷＤＭ伝送容量の大容量化のための波数増加には、コスト的及び実装空間的に限界があった。
【０００３】
そこで、信号光を一旦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増幅器として、ＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier：エルビウム添加光ファイバ増幅器）が提案されている。このＥＤＦＡにより、伝送容量の大容量化が急速に進展した。しかし、波数の増加と信号光のビットレートの増加により、新たに様々な問題が生じてきた。
【０００４】
例えば、光ファイバが本来持つ波長分散により、使用波長帯城の両端で異なる分散を生じてしまい、伝送後における波形の劣化や、非線形現象が生じるという問題がある。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、ＦＷＭ（Four Wave Mixing：四光波混合）などがそれに当たる。これらの分散や非線形現象は、伝送品質を劣化させる主要な原因となり、特にＷＤＭ伝送のように、多くの信号波長を長距離伝送させる場合には深刻な問題となる。また、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で分散の値が異なることから、分散スロープにより、波数そのものが制限を受けるという問題がある。
【０００５】
そこで、光ファイバの波長分散による信号波形の劣化を回避すべく、使用波長帯域間の分散値をできるだけ小さくする、すなわち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、零分散波長を１５５０ｎｍ（１．５５μｍ）帯にシフトさせた光ファイバであるＤＳＦ（Dispertion-Shifted optical Fiber：分散シフト光ファイバ）などは、信号波形の劣化が少ないことから、陸上用及び海底用と広く適用されている。また、伝送容量を増加させる上では、分散スロープの値をできるだけ小さくすることが重要である。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、たとえばＷ型や３重クラッド型といった複雑なプロファイルに変更することで、０．１ps/nm2/km以下といった低い分散スロープを達成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、波数の増加に伴い、光ファイバ単位断面積あたりの光パワー密度が増加することから、前述の非線形現象の発生が再び大きな問題となっている。例えば、前述のＦＷＭにより、零分散波長近傍のＷＤＭ信号光が増幅を受け、信号伝送特性を著しく劣化させる事も近年の研究により明らかとなっている。
【０００７】
この非線形現象を防ぎつつ、信号光の波数を増加させるために、図１２に示すように、増幅器直後（区間前半）の光密度の高い部分では、実効断面積の大きい光ファイバ（Aeff拡大ファイバ（図１２中の実線ａ参照））を用い、その光ファイバの後段（区間後半）部分では、区間前半部分で生じた累積分散や分散スロープを補償する光ファイバ（分散・分散スロープ補償ファイバ（図１２中の実線ｂ参照）を用いるハイブリット伝送路が提案されており、実用化間近である。このハイブリッド伝送路では、線路全体での分散が、図１２中において破線ｃで示すように非零に設計され、使用波長帯域において分散スロープがほぼ零となっている。
【０００８】
しかし、このハイブリッド伝送路は、ある一定の分散・分散スロープ補償率を確保するために、極めて厳密な条長管理が必要である上に、ファイバプロファイルの異なるファイバ同士を融着接続する際の接続損失が無視できない程に大きいといった問題を有している。このため、このハイブリッド伝送路を用いて陸上系光伝送路を構築することは、ファイバ同士の接続箇所が多くなることから、極めて困難である。
【０００９】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、波長多重伝送の伝送容量が大きく、かつ、伝送品質が良好な低非線形低分散スロープ光ファイバを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る低非線形低分散スロープ光ファイバは、内層側のコアと、そのコア外周を覆うクラッド層の二層構造であり、コア内を僅かに波長の異なる複数の信号光を同時に伝送させる低非線形低分散スロープ光ファイバにおいて、上記コアが光ファイバ中心から径方向外側に向かって、コア中心部、第１中間層、コアリング層、及び第２中間層の四層構造を有しており、コア中心部及びコアリング層の屈折率を、クラッド層の屈折率よりも大きくなるように、かつ、第１中間層及び第２中間層の屈折率を、クラッド層の屈折率以下となるように形成したものである。
【００１１】
以上の構成によれば、光ファイバのコアを四層構造とし、コア各層の屈折率及びクラッド層の屈折率を規定することで、波長多重伝送の伝送容量が大きく、かつ、伝送品質が良好な低非線形低分散スロープ光ファイバを得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１３】
本発明に係る低非線形低分散スロープ光ファイバの屈折率分布を示す図である。図１の、横軸は光ファイバ中心Ｏからの距離を、縦軸は比屈折率差を示している。
【００１４】
図１に示すように、本発明に係る低非線形低分散スロープ光ファイバは、内層側のコア１と、そのコア１の外周を覆うクラッド層２の二層構造であり、そのコア１が光ファイバ中心Ｏから径方向外側に向かって、半径ｒ１のコア中心部１１、半径ｒ２の第１中間層１２、半径ｒ３のコアリング層１３、及び半径ｒ４の第２中間層１４の四層構造を有しているものである。
【００１５】
コア中心部１１の屈折率（ｎ１）及びコアリング層１３の屈折率（ｎ３）は、クラッド層２の屈折率（ｎ０）よりも大きく（ｎ１（又はｎ３）＞ｎ０）、また、第１中間層１２の屈折率（ｎ２）及び第２中間層１４の屈折率（ｎ４）は、クラッド層２の屈折率（ｎ０）以下（ｎ２（又はｎ４）≦ｎ０）に形成している。
【００１６】
具体的には、伝送波長が１．５５μｍの信号光の、波長分散の傾き（以下、分散スロープと示す）が−０．０１〜０．０１ps/nm2/km、好ましくは約−0.00062ps/nm2/km、波長分散が−５〜５ps/nm/km、好ましくは約−１．３ps/nm/km、及び実効断面積が５０μｍ2以上の光ファイバを得るべく、コア中心部１１の屈折率（ｎ１）とクラッド層２の屈折率（ｎ０）の比屈折率差Δｎ１を０．４〜０．５％、好ましくは０．４２％、コアリング層１３の屈折率（ｎ３）とクラッド層２の屈折率（ｎ０）の比屈折率差Δｎ３を０．０６〜０．１０％、好ましくは０．１％、第１中間層１２の屈折率（ｎ２）とクラッド層２の屈折率（ｎ０）の比屈折率差Δｎ２を−０．２４〜−０．２０％、好ましくは−０．２２％、第２中間層１４の屈折率（ｎ４）とクラッド層２の屈折率（ｎ０）の比屈折率差Δｎ４を−０．２１〜−０．０９％、好ましくは−０．１０％に形成している。また、コア中心部１１の半径ｒ１を３．１〜３．４μｍ、好ましくは３．３５μｍ、第１中間層１２の層厚（ｒ２−ｒ１）を２．９〜３．３μｍ、好ましくは３．１μｍ、コアリング層１３の層厚（ｒ３−ｒ２）を７．１〜８．０μｍ、好ましくは７．９μｍ、第２中間層１４の層厚（ｒ４−ｒ１）を６．０μｍ以上、好ましくは６．０μｍに形成している。
【００１７】
また、コア中心部１１を、０．０５モル％以上、好ましくは４．０モル％以上の酸化ゲルマニウムを含んだ構成材で構成している。
【００１８】
次に、本発明の作用を説明する。
【００１９】
コア中心部１１の半径ｒ１を３．１〜３．４μｍに規定することで、図２に示すように、分散を約−１２．５〜２ps/nm/km、分散スロープを約０〜０．０４ps/nm2/kmに制御することができる。また、コア中心部１１の比屈折率差Δｎ１を０．４〜０．５％に規定することで、図３に示すように、分散を約−５〜１０ps/nm/km、分散スロープを約０〜０．０１ps/nm2/kmに制御することができる。
【００２０】
第１中間層１２の層厚（ｒ２−ｒ１）を２．９〜３．３μｍに規定することで、図４に示すように、分散を約−０．０１〜０．０１ps/nm/kmに制御することができる。また、第１中間層１２の比屈折率差Δｎ２を−０．２４〜−０．２０％に規定することで、図５に示すように、分散スロープを約−０．０１〜０．０１ps/nm2/kmに制御することができる。
【００２１】
コアリング層１３の層厚（ｒ３−ｒ２）を７．１〜８．０μｍに規定することで、図６に示すように、カットオフ波長を約１．３〜１．５μｍに、分散スロープを約０〜０．０１ps/nm2/kmに制御することができる。また、コアリング層１３の比屈折率差Δｎ３を０．０６〜０．１０％に規定することで、図７に示すように、カットオフ波長を約１．１〜１．５μｍに、分散スロープを約０〜０．０１強ps/nm2/kmに制御することができる。
【００２２】
第２中間層１４の層厚（ｒ４−ｒ３）を６．０μｍ以上に規定することで、図８に示すように、カットオフ波長を１．５μｍ以下に制御することができる。また、第２中間層１４の比屈折率差Δｎ４を−０．２３〜−０．０９％に規定することで、図８に示すように、分散スロープを約−０．０２〜０．０１ps/nm2/kmに、カットオフ波長を約１．３５〜１．５５μｍに制御することができる。
【００２３】
本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバによれば、コア１を、光ファイバ中心Ｏから径方向外側に向かって、コア中心部１１、第１中間層１２、コアリング層１３、及び第２中間層１４の四層構造（換言すると、コア１＋四重クラッドの構造）とし、コア中心部１１及びコアリング層１３の屈折率ｎ１，ｎ３をクラッド層２の屈折率ｎ０よりも大きく、また、第１中間層１２及び第２中間層１４の屈折率ｎ２，ｎ４をクラッド層２の屈折率ｎ０以下に形成することで、低非線形で、伝送波長が１．５５μｍの信号光の、分散スロープが−０．０１〜０．０１ps/nm2/km、分散が−５〜５ps/nm/km、及び実効断面積が５０μｍ2以上の光ファイバとなる。その結果、波長多重伝送の伝送容量が大きく、かつ、伝送品質が良好な低非線形低分散スロープ光ファイバを得ることができる。
【００２４】
また、本実施の形態の光ファイバは、上述したように、低非線形で、実効断面積が大きく、分散・分散スロープも十分に小さいため、ハイブリッド伝送路を形成することなく（即ち、この光ファイバ単体で）、線路全体の分散を非零に設計でき、使用波長帯域における分散スロープをほぼ零にすることができる。つまり、分散設計が簡易な単一ファイバで、低非線形低分散スロープ光ファイバの伝送路を構築することができるため、従来のハイブリッド伝送路のように、条長による厳密な補償率の計算を行う必要がなくなり、陸上系光伝送路の構築も可能である。
【００２５】
さらに、実効断面積が５０μｍ2以上と比較的大きく、また、分散スロープも極めて低いことから、ＷＤＭ伝送の大容量化に必要不可欠な、使用波長帯城の拡大が可能となる。
【００２６】
【実施例】
本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバのコアロッドを、ＭＣＶＤ法を用いて実際に製造する場合を説明する。製造は、図１０に示すコアロッド製造装置を用いて行った。
【００２７】
図１０に示すように、先ず、原料ガス１００をバブラ１０１に供給し、原料ガス１００を純酸素でバブリングする。このバブリング後の原料ガス１００を、回転導入端子１０２を介して、周方向に回転する出発石英管１０３の内部に導入する。次に、石英管１０３の内部に導入された原料ガス１００を、石英管１０３の外側から、管長手方向に可動自在な酸水素バーナ１０４で加熱する。これによって、原料ガス１００が化学反応することにより、スート粒子１０５が生成する。生成したスート粒子１０５は、その一部が石英管１０３の内面に付着・堆積し、残りは排気管１０６を通ってスートボックス１０７に排出される。次に、石英管１０３の内面に付着・堆積したスート粒子１０５は、再度、酸水素バーナ１０４で加熱することで透明ガラス化し、石英管１０３の内面にクラッド層２の母材が形成される。
【００２８】
その後、上記工程を、原料ガス１００を適宜変えて４回繰り返すことで、クラッド層２の母材の内面に、順次、第２中間層１４の母材、コアリング層１３の母材、第１中間層１２の母材、及びコア中心部１１の母材が形成され、コアロッドが得られる。ここで、原料ガス１００としては、ＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、Ｏ2、Ｈｅ、Ｃｌ2、ＳｉＦ4等を用いることができ、クラッド層２の母材形成時にはＳｉＣｌ4、ＳｉＦ4、Ｏ2を、第２中間層１４の母材形成時にはＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、Ｏ2、ＳｉＦ4を、コアリング層１３の母材形成時にはＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、Ｏ2、ＳｉＦ4を、第１中間層１２の母材形成時にはＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、Ｏ2、ＳｉＦ4を、コア中心部１１の母材形成時にはＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、Ｏ2を用いた。
【００２９】
コアロッドの形成後、コアロッドの中心部に残った空間を完全に埋めて中実にするために、酸水素バーナ１０４の火力を増加させて石英管１０３を再度加熱する。これによって、石英管１０３の表面張力が増加することで、コアロッドが石英管１０３の径方向中心に向かって収縮し、その結果、コアロッド全体が中実となる。
【００３０】
このようにして得られたコアロッドの外周に、例えばＶＡＤ法を用いて純粋石英のスートを設けた後、コアロッドとスートを焼結し、線引母材を作製する。この線引母材を、例えば、線引き速度４００ｍ／ｍｉｎ、張力１４０ｇで線引することで、条長が約１００ｋｍの本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバが得られた。
【００３１】
この光ファイバの伝送特性を測定した結果、伝送波長が１．５５μｍの信号光の、伝送損失が０．２１２dB/km、実効断面積が５８．７μｍ2、分散が−２．０ps/nm/km、分散スロープが−０．００８ps/nm2/kmと良好な伝送特性が得られた。ここで、分散のシミュレーション値は、図１１に示すように、約−１．５ps/nm/kmであり、シミュレーション値と略同じ測定値が得られた。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光ファイバのコアを、コア中心部、第１中間層、コアリング層、及び第２中間層の四層構造とし、コア中心部及びコアリング層の屈折率をクラッド層の屈折率よりも大きく、第１中間層及び第２中間層の屈折率をクラッド層の屈折率以下に形成することで、波長多重伝送の伝送容量が大きく、かつ、伝送品質が良好な低非線形低分散スロープ光ファイバを得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおける屈折率分布を示す図である。横軸は光ファイバ中心からの距離を、縦軸は比屈折率差を示している。
【図２】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおけるコア中心部の半径と、分散及び分散スロープとの関係を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおけるコア中心部の比屈折率差と、分散及び分散スロープとの関係を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおける第１中間層の層厚と分散との関係を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおける第１中間層の比屈折率差と分散スロープとの関係を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおけるコアリング層の層厚と、カットオフ波長及び分散スロープとの関係を示す図である。
【図７】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおけるコアリング層の比屈折率差と、カットオフ波長及び分散スロープとの関係を示す図である。
【図８】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおける第２中間層の層厚とカットオフ波長との関係を示す図である。
【図９】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバにおける第２中間層の比屈折率差と、分散スロープ及びカットオフ波長との関係を示す図である。
【図１０】実施例におけるコアロッド製造装置の概略図である。
【図１１】本実施の形態に係る低非線形低分散スロープ光ファイバの、分散の波長依存性のシミュレーション結果を示す図である。横軸は波長（μｍ）を、縦軸は分散（ps/nm/km）を示している。
【図１２】波長多重伝送時のハイブリッド伝送路における各波長の累積分散を示す図である。横軸はファイバ長を、縦軸は累積分散を示している。
【符号の説明】
１  コア
２  クラッド層
１１  コア中心部
１２  第１中間層
１３  コアリング層
１４  第２中間層
１００  原料ガス
１０１  バブラ
１０２  回転導入端子
１０３  石英管
１０４  酸水素バーナ
１０５  スート粒子
１０６  排気管
１０７  スートボックス
ｎ０  クラッド層の屈折率
ｎ１  コア中心部の屈折率
ｎ２  第１中間層の屈折率
ｎ３  コアリング層の屈折率
ｎ４  第２中間層の屈折率
ｒ１  コア中心部の半径
ｒ２−ｒ１  第１中間層の層厚
ｒ３−ｒ２  コアリング層の層厚
ｒ４−ｒ３  第２中間層の層厚
Ｏ  光ファイバ中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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