(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長１．５５μｍ帯において、波長分散の太径解を採用し、波長分散が−５〜＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にあってゼロではなく、かつ有効断面積が５０〜７０μｍ２  であり、かつ曲げ損失が０．１〜１００ｄＢ／ｍであり、かつ
分散スロープが０．０５〜０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２  であり、かつカットオフ波長が１．５５μｍ帯において常にシングルモード伝搬となる値をとる分散シフト光ファイバであって、
前記分散シフト光ファイバが、中心コア部と、この中心コア部の外周に設けられた第１リング部と、この第１リング部の外周に設けられた第２リング部と、この第２リング部の外周に設けられた第３リング部と、この第３リング部の外周に設けられたクラッドとからなり、
中心コア部の屈折率をｎ０  、第１リング部の屈折率をｎ１  、第２リング部の屈折率をｎ２  、第３リング部の屈折率をｎ３  、クラッドの屈折率をｎ４  としたとき、
ｎ０  ＞ｎ２  で、かつｎ２  ＞ｎ１  で、かつｎ３  ＜ｎ４  である屈折率プロファイルを有するとともに、
前記中心コア部、前記第１リング部、前記第２リング部、前記第３リング部、および前記クラッドにおいて、半径と、前記クラッドに対する比屈折率差とを、それぞれ（ａ、Δ１）、（ｂ、Δ２）、（ｃ、Δ３）、（ｄ、Δ４）としたとき、Δ１が＋０．５〜＋０．８％、Δ２が−０．１〜＋０．１％、Δ３が＋０．０５〜＋０．５％、Δ４が−０．２〜０．０％、ｂ／ａが１．５〜４．０、ａが２．０〜４．０μｍ、ｂ−ａが１．０〜５．０μｍ、ｃ−ｂが１．０〜１２μｍであり、ｄ−ｃが０．０〜２０μｍの範囲にあってゼロではないことを特徴とする分散シフト光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長１．５５μｍ帯での波長分散がほぼゼロである分散シフト光ファイバ（以下、ＤＳＦと略記する。）に関し、その非線形効果と曲げ損失と分散スロープを同時に低減したものであり、特に分散スロープを十分に低減したものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＳＦは、石英系光ファイバの損失が最小である波長１．５５μｍ帯での波長分散値がほぼゼロである光ファイバであって、その具体的なものとしては、階段型の屈折率分布形状（屈折率プロファイル）を有するものがよく知られている。この階段型屈折率プロファイルを有するＤＳＦは、他のタイプのＤＳＦ、例えばステップ型、三角型などの屈折率プロファイルを有するものに比べて曲げ損失が小さく、モードフィールド径（以下、ＭＦＤと略記する。）が若干大きいという特長を有するものではあるが、通常の１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバに比べればＭＦＤは小さく、約８μｍ弱となっている。
光ファイバのＭＦＤが小さい場合には、接続損失の点で不利となるばかりでなく、光ファイバ内に伝搬される光のパワー密度が大きな場合、例えば光増幅器などにあっては、非線形効果が大きくなり、伝送特性が劣化するなどの不都合が生じる。
【０００３】
非線形効果の大きさは、ｎ2／Ａｅｆｆで表される。ここでｎ2は光ファイバの非線形屈折率、Ａｅｆｆは光ファイバの実効断面積である。非線形効果を低減するためには、ｎ2は材料によりほぼ一定の値をとるため、Ａｅｆｆを大 きくすることが必要となる。
一方、ＤＳＦにおけるＡｅｆｆとＭＦＤとの間には、下記関係式で表される関係があることが知られている。
Ａｅｆｆ＝ｋ・π／４・（ＭＦＤ）2
【０００４】
ところでＤＳＦにおいてコア径を変化させると、波長１．５５μｍ帯での波長分散値がゼロとなるコア径の値が２つ以上存在する。
これらの値のうち最も小さいものを細径解、つぎに小さいものを太径解とよび、通常の階段型屈折率プロファイルを有するＤＳＦは、太径解を採用している。上記関係式の補正係数ｋは、太径解を採用した階段型屈折率プロファイルを有するＤＳＦでは、ほぼ０．９４４で一定の値をとることが報告されている。
したがって、Ａｅｆｆを大きくするにはＭＦＤを大きくすることが必要となる。  しかしながら、通常の太径解を採用した階段型屈折率プロファイルを有するＤＳＦでは、そのＭＦＤは約８μｍとほぼ一定であるので、Ａｅｆｆを大きくすることはできず、したがって非線形効果を低減し得ないことになる。
【０００５】
この問題点を解決するため、本出願人は、先に特願平７−２３１９１号（平成７年２月１０日出願）を提案している。
この先行発明は、階段型屈折率プロファイルを有するＤＳＦにおいて細径解を採用するもので、これによって、補正係数が約０．９５〜０．９７と大きくなり、かつＭＦＤも約７．８〜８．６μｍの値を持つことになり、この結果Ａｅｆｆが大きくなり、非線形効果が低減できるというものである。
しかしながらこの先行発明にあっては、細径解を採用することでＡｅｆｆを増大できる利点はあるものの曲げ損失と分散スロープが増大するという不都合が残っていた。
また、近年開発が進んでいる波長多重伝送システムにおいては、さらなる非線形効果の低減が要求されるため、Ａｅｆｆの増大に限界がある階段型屈折率プロファイルを有するＤＳＦでは対応が困難であった。
【０００６】
本出願人は波長多重システムに対応させるために、Ａｅｆｆを増大することを優先した特願平８−２１５７０７号（平成８年８月１５日出願）と特願平９−１０３６９２号（平成９年４月２１日出願）を特許出願している。
特願平８−２１５７０７号記載のＤＳＦは、高屈折率の中心コア部と、この中心コア部から離れて設けられた屈折率の低いリングコア部と、このリングコア部の外周に設けられたクラッドと、中心コア部とリングコア部との間の中間層とからなるリング付き屈折率プロファイルを有するものである。
特願平７−２３１９１号に開示されているように、階段型屈折率プロファイルを有するＤＳＦにおいては、細径解を採用することでＡｅｆｆを増大することができることがわかっていたので、この先行発明ではこれをふまえてＡｅｆｆを増大することを優先して細径解を採用している。
【０００７】
特願平８−２１５７０７号記載のものは、１．５５μｍ帯での波長分散がほぼゼロであり、階段型屈折率プロファイルを有するものよりもＡｅｆｆを増大することができ、この結果非線形効果が低く、しかも曲げ損失の小さいＤＳＦを得ることができるというものである。
しかしながらこのＤＳＦでは、Ａｅｆｆの増大により、分散スロープが大きくなるという不都合があった。
分散スロープの増大は、波長多重伝送システムにおいては、波長による伝送状態のばらつきを招くため、好ましくない。
そこで、特願平９−１０３６９２号に記載のものは、高屈折率の中心コア部と、この中心コア部から離れて設けられた屈折率の低いリングコア部と、このリングコア部の外周に離れて設けられたクラッドと、前記中心コア部とリングコア部との間の中間層と、前記リングコア部とクラッドとの間の他の中間層とからなるリング付き屈折率プロファイルを有するＤＳＦにおいて細径解を採用したものであり、パラメータを調整することによって、特願平８−２１５７０７号記載のものよりも小さい分散スロープが得られるように改良したものである。
【０００８】
このように、波長多重システムに用いるＤＳＦにおいては、Ａｅｆｆを増大して非線形効果を低減することが優先されてきたが、最近になって、Ａｅｆｆの増大よりも、むしろ分散スロープを十分に小さくすることを優先したＤＳＦが要求される場合がでてきている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
よって本発明における課題は、波長多重システムに用いることができる程度にＡｅｆｆを増大して非線形効果を低減することができるとともに、特に分散スロープを低減することを優先したＤＳＦを得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の大きな特徴は大径解を用いている点である。先行発明のリング付き屈折率プロファイルを有するＤＳＦにおいては、従来Ａｅｆｆを増大することを主眼において検討がなされてきたために、細径解が用いられ、このため分散スロープを十分に小さくすることができなった。本発明者らは、分散スロープを小さくすることを優先して検討した結果、太径解を用いることによって分散スロープを十分に小さくすることができるとともに、階段型屈折率プロファイルを有するＤＳＦよりもＡｅｆｆを増大して、波長多重伝送システムに対応させることができる程度に非線形効果を低減することができ、かつ曲げ損失の小さいＤＳＦが得られることを見いだした。すなわち上述の課題は、波長１．５５μｍ帯において、波長分散の太径解を採用し、波長分散が−５〜＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にあってゼロではなく、かつ有効断面積が５０〜７０μｍ２  であり、かつ曲げ損失が０．１〜１００ｄＢ／ｍであり、かつ分散スロープが０．０５〜０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２  であり、かつカットオフ波長が１．５５μｍ帯において常にシングルモード伝搬となる値をとる分散シフト光ファイバであって、前記分散シフト光ファイバが、中心コア部と、この中心コア部の外周に設けられた第１リング部と、この第１リング部の外周に設けられた第２リング部と、この第２リング部の外周に設けられた第３リング部と、この第３リング部の外周に設けられたクラッドとからなり、中心コア部の屈折率をｎ０  、第１リング部の屈折率をｎ１  、第２リング部の屈折率をｎ２  、第３リング部の屈折率をｎ３  、クラッドの屈折率をｎ４  としたとき、
ｎ０  ＞ｎ２  で、かつｎ２  ＞ｎ１  で、かつｎ３  ＜ｎ４  である屈折率プロファイルを有するとともに、前記中心コア部、前記第１リング部、前記第２リング部、前記第３リング部、および前記クラッドにおいて、半径と、前記クラッドに対する比屈折率差とを、それぞれ（ａ、Δ１）、（ｂ、Δ２）、（ｃ、Δ３）、（ｄ、Δ４）としたとき、Δ１が＋０．５〜＋０．８％、Δ２が−０．１〜＋０．１％、Δ３が＋０．０５〜＋０．５％、Δ４が−０．２〜０．０％、ｂ／ａが１．５〜４．０、ａが２．０〜４．０μｍ、ｂ−ａが１．０〜５．０μｍ、ｃ−ｂが１．０〜１２μｍであり、ｄ−ｃが０．０〜２０μｍの範囲にあってゼロではないことを特徴とすることを特徴とする分散シフト光ファイバによって解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のＤＳＦは、波長１．５５μｍ帯において、波長分散がほぼゼロであってゼロではなく、かつ有効断面積が４５〜７０μｍ2であり、かつ曲げ損失が０．１〜１００ｄＢ／ｍであり、かつ分散スロープが０．０５〜０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2であり、かつカットオフ波長が１．５５μｍ帯において常にシングルモード伝搬となる値をとるものである。
【００１２】
本発明において使用波長１．５５μｍ帯とは、波長１５２０ｎｍから１５８０ｎｍの波長領域を指すものである。
また、波長分散がほぼゼロとは、この使用波長帯において波長分散値が−５〜＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲にあることをいうが、波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの値をとらないことが必要である。これは、波長分散値が０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであると、４光子混合などの非線形光学効果の影響が大きくなり不都合となるためである。
【００１３】
また、有効断面積Ａｅｆｆは、下記関係式で定義されるものである。
【００１４】
【数１】
0003830636.tif 000002
【００１５】
曲げ損失は、波長１．５５μｍで曲げ径（２Ｒ）が２０ｍｍの条件の値をいうものとする。カットオフ波長はＪＩＳまたはＣＣＩＴＴの２ｍ法によって測定された値、もしくは実際の使用状態において測定された値をいうものとする。
また、分散スロープとは、波長分散値の波長依存性を示すもので、横軸に波長（ｎｍ）を、縦軸に波長分散値（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）を取って、分散値をプロットした際の曲線の勾配をいうものである。
【００１６】
本発明のＤＳＦの大きな特徴は、分散スロープが０．０５〜０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２  であり、十分に小さくなっている点である。これと同時に、有効断面積Ａｅｆｆが５０〜７０μｍ２  であり、階段型屈折率プロファイルを有するものと比較すると大きく、波長多重伝送システムに用いることができる程度に非線形効果を低減することができる。すなわち上述のような特性値を満たす光ファイバは、波長多重伝送システムに用いることができる程度に非線形効果を低減することができ、かつ曲げ損失が小さく、さらに分散スロープが十分に小さいＤＳＦとなる。
【００１７】
Ａｅｆｆが５０μｍ２  未満では、非線形効果の低減が十分ではなく、７０μｍ２  をこえるものは、曲げ損失が小さい領域に太径解が存在しなくなるので、分散スロープの値を満足することが難しい。また、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍをこえると、ＤＳＦの微かな湾曲によっても損失が大きくなる、不都合となる。また分散スロープは太径解を採用しているため、０．０５〜０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２  という十分に小さな範囲を実現することができる。０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２  未満のものは実際の製造が難しく、０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２  をこえると、本発明の目的とする分散スロープの低減が不十分となる。さらにＤＳＦは通常シングルモード光ファイバであり、使用波長帯において常にシングルモード伝搬を行う必要があり、このためにはカットオフ波長はシングルモード伝搬を保証するものでなければならない。
【００１８】
本発明のＤＳＦがこのような特性値を有するためには、このものが、例えば図１に示すようなリング付き屈折率プロファイルを有することが第１の必要条件となる。
図１において、符号１は中心コア部であり、この中心コア部１の外周には第１リング部２が設けられ、この第１リング部２の外周には第２リング部３が設けられ、この第２リング部３の外周には第３リング部４が設けられ、この第３リング部４の外周にはクラッド５が設けられ、これらは、中心コア部１を中心とした同心円状に配置されている。
ここで、中心コア部１の屈折率をｎ0、第１リング部２の屈折率をｎ1、第２リング部３の屈折率をｎ2、第３リング部４の屈折率をｎ3、クラッド５の屈折率をｎ4とすると、ｎ0＞ｎ2で、ｎ2＞ｎ1で、ｎ3≦ｎ4となっている。
後述するように、クラッド５は純粋シリカまたはフッ素ドープシリカからなるので、ｎ4は純粋シリカレベルに限定されない。
【００１９】
また、図１の屈折率プロファイルにおいて、中心コア部１とクラッド５との比屈折率差をΔ１、第１リング部２とクラッド５との比屈折率差をΔ２、第２リング部３とクラッド５との比屈折率差をΔ３、第３リング部４とクラッド５との比屈折率差をΔ４とすると、Δ１は＋０．５〜＋０．８％、Δ２は−０．１〜＋０．１％、Δ３は＋０．０５〜＋０．５％、Δ４は−０．２〜０．０％の範囲とされる。
【００２０】
ところでこのＤＳＦにおいては、Ａｅｆｆの増大に伴ってカットオフ波長が長くなる傾向がある。
この場合、Δ４を低く設定することによってカットオフ波長を短くすることができ、Δ４は上記の範囲で調整すると好ましい。
【００２１】
さらに第２の必要条件は、コア径として太径解を採用することである。
このために図１の屈折率プロファイルにおいて、中心コア部１の外径を２ａ、第１リング部２の外径を２ｂ、第２リング部３の外径を２ｃ、第３リング部４の外径を２ｄとすると、ｂ／ａは１．５以上、実質的には１．５〜４．０とされる。
またａは２．０〜４．０μｍ、ｂ−ａは１．０〜５．０μｍ、ｃ−ｂは１．０〜１２μｍ、ｄ−ｃは０．０〜２０μｍとされる。
【００２２】
ｂ／ａが１．５未満では、Ａｅｆｆを十分に大きくすることができず、４．０をこえるものは製造上、特性の制御性が悪化する不都合が生じる。ａが２．０μｍ未満であったり、４μｍをこえる場合には、本発明の分散シフト光ファイバの特性値を満足する太径解が存在しない。ｂ−ａが１．０μｍ未満であると第１リング部２を設けた効果が得られず、５．０μｍをこえるとカットオフ波長や曲げ損失などの特性上および製造上不都合な場合がある。ｃ−ｂが１．０μｍ未満であると、第２リング部３を設けた効果が得られず、１２μｍをこえるとカットオフ波長が長くなるなどの特性上および製造上不都合な場合がある。
【００２３】
そして上述のパラメータ、Δ１、Δ２、Δ３、Δ４、ｂ／ａ、ａ、ｂ−ａ、ｃ−ｂ、ｄ−ｃを上述の範囲に定め、太径解を用いることにより、本発明の特性値を満たすＤＳＦを得ることができる。
表１は、上述の第１および第２の必要条件を満たし、上述の特性値を有するＤＳＦを得るための具体的なパラメータの組み合わせとそれによって得られるＤＳＦのカットオフ波長（λｃ）、Ａｅｆｆ、曲げ損失（曲損）、分散スロープの値を示したものである。
【００２４】
【表１】
0003830636.tif 000003
【００２５】
表１から理解されるように、各パラメータの広い範囲からの組合わせによって、目的とする特性を有するＤＳＦが得られることが明らかとなる。
このような観点から、本発明ではＤＳＦの構造パラメータの値によって発明を特定することが困難であり、特性値によってその特定を行うようにしたものである。
そして、かかる特性値は、従来知られているＤＳＦでは取り得ないものであることはいうまでもない。
【００２６】
本発明のＤＳＦにあっては、波長１．５５μｍ帯において波長分散がほぼゼロとなる２つのコア径のうち、その値が大きい太径解に対応するものであり、これによって曲げ損失を小さく抑え、かつＡｅｆｆをある程度大きくするとともに、分散スロープを０．０８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下と、十分に小さくすることができるものである。
【００２７】
本発明のＤＳＦは、通常のＶＡＤ法などによって製造でき、例えば中心コア部１および第２リング部３はゲルマニウムドープシリカまたは純粋シリカによって、第１リング部２、第３リング部４およびクラッド５は純粋シリカまたはフッ素ドープシリカとすることによって作成される。
図１に示す屈折率プロファイルでは、第２リング部３の存在によって伝送光の光パワーの電界強度分布がクラッド５側に長く尾を引く形となるため、光ファイバ母材の製造の際に、クラッドとなるスートのかなりの部分を中心のコアとなるスートと一括して合成する方法を取ることが望ましい。
【００２８】
本発明のＤＳＦの試作ファイバを作製し、その実測屈折率プロファイルをＲＮＦＰ法で測定すると、図１に示す屈折率プロファイルと比較して、角がなく、なめらかな形状のものが得られる。
このときΔ１、Δ２、Δ３、Δ４などの数値は最も大きいピーク値を採用し、ａ〜ｄの値はピーク値の半値を与える幅（半値幅）を採用する。
この試作ファイバの特性値は表２に示す通りであり、本発明で求められている特性を具備していることがわかる。
【００２９】
【表２】
0003830636.tif 000004
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＤＳＦは、波長多重伝送に用いることができる程度にＡｅｆｆを増大させて非線形効果を低減することができ、かつ曲げ損失も小さいものであり、かつ分散スロープを十分に小さくすることがきるものである。
よって、分散スロープを低減したＤＳＦが要求される波長多重伝送システムに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のＤＳＦにおける屈折率プロファイルの例を示す図である。
【符号の説明】
１…中心コア部、２…第１リング部、３…第２リング部、４…第３リング部、５…クラッド。
【図１】
0003830636.tif 000005