(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センタコアと、このセンタコアの外周上に設けられ、かつこのセンタコアよりも低屈折率のサイドコアと、このサイドコアの外周上に設けられ、このサイドコアよりも高屈折率で、かつ前記センタコアよりも低屈折率のリングコアと、このリングコアの外周上に設けられ、かつこのリングコアよりも低屈折率で、前記サイドコアよりも高屈折率のクラッドとからなるセグメントコア型屈折率分布形状を備え、
前記センタコアと、前記サイドコアと、前記リングコアと、前記クラッドが、それぞれゲルマニウム、アルミニウム、リン、フッ素から選ばれる少なくとも１種または２種以上のドーパントを添加した石英ガラスからなり、
前記センタコア、前記サイドコア、および前記リングコアにおいて、半径と、前記クラッドに対する比屈折率差を、それぞれ（ａ、Δ１１）、（ｂ、Δ１２）、（ｃ、Δ１３）としたとき、Δ１１が０．６５〜１．４％、Δ１２が−０．３〜−０．５％、Δ１３が０．５〜０．６％、ｂ／ａが２．１〜４．０、ｃ／ａが２．８〜５．０であり、
１．５３〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、有効コア断面積が２０．１μｍ２  以上、伝送損失が０．２３〜０．４０ｄＢ／ｋｍ、曲げ損失が３８．５ｄＢ／ｍ以下、波長分散が−８９〜−１８．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、かつ、実質的にシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、
前記使用波長帯よりも短波長の零分散波長を有するシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、このシングルモード光ファイバを補償したときの分散スロープの補償率が、８０〜１２０％であり、この分散スロープの補償率は、波長分散が１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０６０ｐｓ／ｎｍ２  ／ｋｍである１．３μｍ帯シングルモードファイバに対するものであることを特徴とする分散補償光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の分散補償光ファイバにおいて、クラッドの純粋石英ガラスを基準とした比屈折率差が−０．０５〜−０．４％である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し、１．３μｍ用シングルモード光ファイバに代表される１．５３〜１．６３μｍ帯から選択された使用波長帯よりも短波長側に零分散波長を有するシングルモード光ファイバを用いて１．５３〜１．６３μｍ帯から選択された使用波長帯で光信号を伝送する際に生じる波長分散、および分散スロープを補償するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器と略記する）の実用化により、１．５５μｍ帯波長において、超長距離無再生中継などの光増幅器を用いた光通信システムが既に商用化されている。また、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の利得波長特性がより平坦化されているＬ−ｂａｎｄ帯（１．５７μｍ〜１．６３μｍ）においても、光通信システムの実用化の準備が進められている。
また、通信容量の増大に伴い、異なる波長を備えた複数の光を同時に伝送する波長多重伝送の開発が急速に進められ、商用化されている。今後の光通信システムにおいては、波長帯域の広帯域化、波長多重数の増加が急激に進むと考えられる。
【０００３】
波長多重伝送においては、使用する帯域において、伝送路（シングルモード光ファイバ）の波長分散が小さく、分散スロープ（横軸に波長、縦軸に波長分散をとったときの曲線の傾き）ができるだけ小さいことが好ましい。分散スロープが大きくなると、各波長間の波長分散値の差が大きくなり、伝送特性が劣化するからである。
【０００４】
一方、伝送路として１．３μｍ用シングルモード光ファイバを用いた１．３μｍ帯シングルモード光ファイバ網は世界中に既に構築されている。１．３μｍ用シングルモード光ファイバは、１．３μｍ付近における波長分散が零であるため、この光ファイバ網を用いて１．５５μｍ帯の伝送を行うと、約＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散が生じ、伝送特性が大きく劣化する。
また、１．３μｍ用シングルモード光ファイバは、一般に１．５５μｍ帯において、正の分散スロープを有している。そのため、波長多重伝送を行うと、各波長間の波長分散値がばらつき、伝送特性が劣化する。
【０００５】
そこで、１．３μｍ用シングルモード光ファイバの波長分散と分散スロープを同時に補償する分散スロープ補償型の分散補償光ファイバが提案され、すでに商用化も進んでいる。
この分散補償光ファイバは、１．５５μｍ帯で大きな負の波長分散と負の分散スロープを有し、１．３μｍ用シングルモード光ファイバと適切な長さで接続することによって、この１．３μｍ用シングルモード光ファイバにおいて生じた正の波長分散と分散スロープを相殺できるものである。したがって、１．３μｍ用シングルモード光ファイバとこの分散補償光ファイバとを組み合わせて光通信システムを構築すれば、１．５５μｍ帯の波長多重伝送を行っても高速通信が可能となる。
【０００６】
分散スロープ補償型の分散補償光ファイバとしては、図１に示したようなＷ型屈折率分布形状を有するものが提案されている。
この屈折率分布形状においては、中心に設けられた高屈折率のセンタコア１と、その外周上に設けられたこのセンタコア１よりも低屈折率のサイドコア２とからコアが構成されている。そして、このサイドコア２の外周上にはこのサイドコア２よりも高屈折率で、かつ前記センタコア１よりも低屈折率のクラッド４が設けられている。
通常、センタコア１はゲルマニウム添加石英ガラス、サイドコア２はフッ素添加石英ガラス、クラッド４は純粋石英ガラスから構成されている。ゲルマニウム、フッ素は、純粋石英ガラスの屈折率をそれぞれ上昇、下降させる作用を備えたドーパントである。
【０００７】
このＷ型屈折率分布形状について、クラッド４を基準（零）にしたときのセンタコア１とサイドコア２のそれぞれの比屈折率差Δ１、Δ２や、センタコア１の半径ａとサイドコア２の半径ｂとの比率を調節することによって、波長分散と、分散スロープを補償する機能が得られる。
Ｗ型屈折率分布形状は従来、分散シフト光ファイバなどの他の用途にも適用されてきたが、このように波長分散と分散スロープを補償するためには、Δ１を他の伝送用のシングルモード光ファイバに適用する場合よりも大きく設計する必要がある。
【０００８】
また、図２に示したようにセグメントコア型屈折率分布形状を有する分散スロープ補償型の分散補償光ファイバも開発されている。
この屈折率分布形状においては、中心に設けられた高屈折率のセンタコア１１と、その外周上に設けられたこのセンタコア１１よりも低屈折率のサイドコア１２と、このサイドコア１２の外周上に設けられたこのサイドコア１２よりも高屈折率で、かつ前記センタコア１１よりも低屈折率のリングコア１３とからコアが構成されている。そして、このリングコア１３の外周上に、このリングコア１３よりも低屈折率で、かつ前記サイドコア１２よりも高屈折率のクラッド１４が設けられている。
【０００９】
このセグメントコア型屈折率分布形状においては、Ｗ型屈折率分布形状に、さらにリングコア１３が設けられた構成となっているため、より曲げ損失が小さく、波長多重伝送に適した負の分散スロープが得られるという利点がある。また、Ａｅｆｆ（有効コア断面積）を、より拡大することができるため、非線形効果を抑制することができるという効果がある。
波長多重伝送においては、そもそも伝送する光信号のパワーが大きいため、伝送の途中でＥｒ添加光ファイバ増幅器によって光信号を増幅すると、光信号のパワーが急激に増加する。その結果、非線形効果が生じ、伝送特性が劣化する。
非線形学効果の大きさは、
ｎ2／Ａｅｆｆ
で表される。ここで、ｎ2は光ファイバの非線形屈折率である。ｎ2は材料に固有の値であり、石英系の光ファイバでは大きく低減させることは困難であるため、非線形効果を抑制するためにはＡｅｆｆの拡大が有効である。セグメントコア型屈折率分布形状においては、設計条件によっては比較的容易に２０μｍ2 以上のＡｅｆｆが得られる。
【００１０】
一般に、センタコア１１はゲルマニウム添加石英ガラス、サイドコア１２はフッ素添加石英ガラス、リングコア１３はゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド１４は純粋石英ガラスから構成されている。
【００１１】
このセグメントコア型屈折率分布形状においては、クラッド１４を基準（零）にしたときのセンタコア１１とサイドコア１２とリングコア１３のそれぞれの比屈折率差Δ１１、Δ１２、Δ１３と、センタコア１１の半径ａとサイドコア１２の半径ｂとリングコア１３の半径ｃの比率を調節することにより、波長分散と分散スロープを同時に補償することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の分散スロープ補償型の分散補償光ファイバにおいては、クラッド４、１４は純粋石英ガラスから形成されていた。
純粋石英ガラスは、ゲルマニウム、フッ素などのドーパントを添加すると粘度が低くなり、軟化点が低下する傾向がある。また、同一温度における粘度も低下する。石英系光ファイバの代表的な線引き温度付近である１９００℃における粘度の測定例を図８に示す。このような傾向により、クラッド４、１４は、その内側に配置されている、ドーパントが添加されたセンタコア１、１１、サイドコア２、１２、およびリングコア１３よりも軟化温度が高く、また硬化温度も高い。
【００１３】
したがって、分散補償光ファイバを製造するにおいて、円柱状のファイバ母材を、その長さ方向が鉛直方向になるように配置し、このファイバ母材の下端を加熱すると、まず、センタコア１、１１、サイドコア２、１２、リングコア１３となる部分が軟化し、ついでクラッド４、１４となる部分が軟化し、線引きされる。
線引きされた分散補償光ファイバは、下方から引張応力が印加されている状態で、その温度が徐々に下がる。そして、クラッド４、１４が先に硬化し、ついで内側のセンタコア１、１１、サイドコア２、１２、およびリングコア１３が硬化する。
このとき、これらクラッド４、１４の内側の部分は、先に硬化したクラッド４、１４との間に粘度の差を生じ、クラッド４、１４によって引き留められ、線引きによって印加されている応力と逆方向にも応力が印加された状態となる。その結果、内部に応力が残留した状態で硬化する。そして、この残留応力が大きいと、屈折率変化による特性のずれが生じたり、伝送損失の劣化が生じたりする。
【００１４】
そのため、線引き時において、溶融したガラスが硬化するときに、コアとクラッドとの界面付近のクラッド４、１４に印加される引張応力や、同様にこの界面付近のコア１、１１に印加される圧縮応力を相殺させるために、予め高張力（低温）で線引きを行い、前記応力を低下させることが行われている。
しかしながら、線引き温度が低温になりすぎると分散補償光ファイバの機械的な強度が低下するという問題がある。よって、実質的にはファイバ強度が許容される範囲で線引きを行っていた。
【００１５】
一般的な光ファイバにおいてもこのような硬化時のコアとクラッドとの粘度差に起因する現象が生じる。しかし、Ｗ型屈折率分布形状を備えた分散スロープ補償型の分散補償光ファイバにおいては、上述のように負の波長分散と分散スロープを得るために比屈折率差Δ１が伝送用シングルモード光ファイバに比べて大きな値に設定されている。また、セグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散スロープ補償型の分散補償光ファイバにおいても、波長分散の値などによっては比屈折率差Δ１１を他の伝送用シングルモード光ファイバに比べて大きな値に設定することが必要となる場合がある。
大きな比屈折率差Δ１、Δ１１を実現するためには、センタコア１、１１に添加するドーパントの添加量を多くする必要がある。そしてドーパントの添加量が多くなる程、軟化温度および硬化温度が低下する。よって、センタコア１、１１とクラッド４、１４との軟化温度および硬化温度の差が大きくなりやすく、このような問題が生じやすかった。
そのため、実用可能な機械的な強度を確保するためには、伝送損失の向上に限界があり、低損失のものを得ることが困難となる場合があった。
【００１６】
本発明は前記事情に鑑てなされたもので、低損失の分散スロープ補償型の分散補償光ファイバが得られる技術を提供することを課題とする。
具体的にはセンタコア１、１１の比屈折率差Δ１、Δ１１が大きい分散スロープ補償型の分散補償光ファイバを製造するにあたり、低損失のものを提供できる技術を提供することを課題とする。
さらに機械的な強度を考慮した線引き温度でも、低損失の分散スロープ補償型の分散補償光ファイバが得られる技術を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明においては以下のような解決手段を提案する。第１の発明は、センタコアと、このセンタコアの外周上に設けられ、かつこのセンタコアよりも低屈折率のサイドコアと、このサイドコアの外周上に設けられ、このサイドコアよりも高屈折率で、かつ前記センタコアよりも低屈折率のリングコアと、このリングコアの外周上に設けられ、かつこのリングコアよりも低屈折率で、前記サイドコアよりも高屈折率のクラッドとからなるセグメントコア型屈折率分布形状を備え、前記センタコアと、前記サイドコアと、前記リングコアと、前記クラッドが、それぞれゲルマニウム、アルミニウム、リン、フッ素から選ばれる少なくとも１種または２種以上のドーパントを添加した石英ガラスからなり、前記センタコア、前記サイドコア、および前記リングコアにおいて、半径と、前記クラッドに対する比屈折率差を、それぞれ（ａ、Δ１１）、（ｂ、Δ１２）、（ｃ、Δ１３）としたとき、Δ１１が０．６５〜１．４％、Δ１２が−０．３〜−０．５％、Δ１３が０．５〜０．６％、ｂ／ａが２．１〜４．０、ｃ／ａが２．８〜５．０であり、１．５３〜１．６３μｍから選択された使用波長帯において、有効コア断面積が２０．１μｍ２  以上、伝送損失が０．２３〜０．４０ｄＢ／ｋｍ、曲げ損失が３８．５ｄＢ／ｍ以下、波長分散が−８９〜−１８．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、かつ、実質的にシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有し、前記使用波長帯よりも短波長の零分散波長を有するシングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、このシングルモード光ファイバを補償したときの分散スロープの補償率が、８０〜１２０％であり、この分散スロープの補償率は、波長分散が１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０６０ｐｓ／ｎｍ２  ／ｋｍである１．３μｍ帯シングルモードファイバに対するものであることを特徴とする分散補償光ファイバである。第２の発明は、第１の発明の分散補償光ファイバにおいて、クラッドの純粋石英ガラスを基準とした比屈折率差が−０．０５〜−０．４％であることを特徴とする分散補償光ファイバである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の分散補償光ファイバは、図１、図２に示したＷ型屈折率分布形状もしくはセグメントコア型屈折率分布形状を備えているものである。以下、図１、図２を利用して説明する。
センタコア１、１１およびリングコア部３は、屈折率を上昇させる作用を備えたドーパントを添加した石英ガラス、サイドコア２、１２は屈折率を低下させる作用を備えたドーパントを添加した石英ガラスから形成されている。屈折率を上昇させる作用を備えたドーパントは、ゲルマニウム（Ｇｅ）が代表的である。ゲルマニウムはＧｅＯ2として添加される。また、屈折率を低下させる作用を備えたドーパントとしてはフッ素（Ｆ）が代表的である。
なお、センタコア１、１１、サイドコア２、１２、リングコア１３およびクラッド４、１４に添加するドーパントはゲルマニウム、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、フッ素から選ばれる少なくとも１種、あるいは２種以上のドーパントが用いられ、所望の屈折率によってその種類や添加量が適宜選択される。
【００１９】
本発明の分散補償光ファイバにおいては、クラッド４、１４がドーパントを添加した石英ガラスから形成されている。このドーパントは屈折率を低下させる作用を備えたものであり、上述のようにフッ素が代表的である。その結果、クラッド４、１４の軟化温度は、純粋石英ガラスよりも低くなる。つまり、Δ１、Δ１１、Δ２、Δ１２、Δ１３の基準（零）の屈折率は、純粋石英ガラスの屈折率よりも低くなる。
したがって、クラッド４、１４よりも高い屈折率を備えたセンタコア１、１１およびリングコア１３においては、ドーパントの添加量が従来よりも少なくなる。そして、純粋石英ガラスからなるクラッド４、１４を基準とした場合よりも、センタコア１、１１、およびリングコア１３において、ドーパントの添加による軟化温度および硬化温度の低下を小さくすることができる。また、図８に示したように各層の１９００℃付近における粘度差も小さくすることができる。
【００２０】
従来は、純粋石英ガラスからなるクラッド４、１４と、多量のドーパントが添加されたセンタコア１、１１との間の軟化温度および硬化温度の差が特に問題となっていたが、本発明においては、クラッド４、１４の軟化温度および硬化温度が低下し、かつ、センタコア１、１１の軟化温度および硬化温度が上昇するため、これらの間の軟化温度および硬化温度の差が小さくなり、線引き温度における粘度差も小さくなる。その結果、分散補償光ファイバの機械的な強度が保証できる線引き温度で線引きしても、線引き後にクラッド４、１４の内側の部分、特にセンタコア１、１１に残留する応力を小さくすることができ、これに起因する伝送損失の劣化を小さくすることができる。
【００２１】
クラッド４、１４は、純粋石英ガラスを基準（零）にした比屈折率差が−０．０５〜−０．４％、好ましくは−０．０５〜−０．３％に設定されていると好ましい。−０．０５％よりも大きく、零に近いと、ドーパントの添加量が小さく、十分に軟化温度および硬化温度を低下させることができない。−０．４％よりも小さくなると、Δ２のドーパント添加量が多くなり、伝送損失が劣化する場合がある。
センタコア１、１１、サイドコア２、１２、リングコア１３、およびクラッド４、１４の、それぞれのドーパントの添加量は、それぞれの比屈折率差などによって適宜設定されるものである。
【００２２】
本発明の分散補償光ファイバは、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などの公知の方法によって、各層にドーパントを添加した円柱状のファイバ母材を製造し、このファイバ母材の長さ方向が鉛直方向になるように配置し、このファイバ母材の下端を加熱して線引きすることによって得られる。
【００２３】
一般にファイバ母材の外径は３０〜８０ｍｍ、分散補償光ファイバの外径は８０〜１２５μｍである。また、本発明の分散補償光ファイバの線引き時の加熱温度は１８００〜２１００℃、線引き速度は１００〜３００ｍ／ｍｉｎとされる。また、このときの線引張力は１００〜２００ｇとされる。この条件であれば、実用可能な機械的な強度が得られる。
本発明の分散補償光ファイバは、センタコア１、１１からクラッド４、１４までの全ての部分がドーパントが添加された石英ガラスからなり、軟化温度および硬化温度が低いため、従来の純粋石英ガラスからなるクラッド４、１４を備えたものよりも、ファイバ母材の加熱温度を低くすることができる。
【００２４】
なお、実際の分散補償光ファイバの屈折率形状はなだらかな曲線状になり、図１、図２に示したもののように、各構成部分の境界がはっきりしていない。よって、後述するように、予めΔ２、Δ１２などの構造パラメータの値を設定した上で、実際の製造時には、光学特性をモニタして微調整しながら製造すると好ましい。
【００２５】
このように本発明においては、クラッド４、１４をドーパントを添加した石英ガラスから形成することにより、センタコア１、１１とクラッド４、１４との軟化温度および硬化温度の差を小さくして、線引き時にセンタコア１、１１とクラッド４、１４との粘度の差を小さくすることができる。
その結果、線引き後にセンタコア１、１１などに残留する応力を小さくすることができ、実用可能な機械的な強度が得られる温度で線引きしても、伝送損失の劣化を低減することができる。
【００２６】
Ｗ型屈折率分布形状もしくはセグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバにおいては、それぞれ、Δ２、Δ３、およびｂ／ａまたは、Δ１２、Δ１３、ｂ／ａ、およびｃ／ａを適切に設定することにより、波長分散、分散スロープ、さらには曲げ損失などの好ましい特性を実現することができる。
特にセグメントコア型屈折率分布形状においては、上述のようにＡｅｆｆを２０μｍ2 以上に拡大することができ、非線形効果の抑制の観点から好ましい。
【００２７】
本発明の分散補償光ファイバの使用波長帯は１．５３〜１．６３μｍの範囲から選択される。例えばＥｒ添加光ファイバ増幅器の増幅波長帯によって、１．５３〜１．５７μｍ、１．５７〜１．６３μｍ、両者を合わせた１．５３〜１．６３μｍなどが適宜選択される。
また、本発明の分散補償光ファイバの使用波長帯における波長分散は、−１５０〜−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとされる。−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍよりも大きく、零に近い場合は、使用長さが長くなり、不都合である。−１５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍよりも小さいものは特性が劣化しやすく製造が困難である。
【００２８】
本発明の分散補償光ファイバは、１．３μｍ用シングルモード光ファイバのように、前記使用波長帯において正の波長分散を有する伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散および分散スロープを補償することを目的としている。
よって、本発明の分散補償光ファイバが補償対象とする伝送用のシングルモード光ファイバは、１．３μｍ用シングルモード光ファイバのみならず、この使用波長帯よりも短波長側に零分散波長を有し、この零分散波長の長波長側で波長分散が大きくなるシングルモード光ファイバが含まれる。このようなシングルモード光ファイバは、通常正の分散スロープを有している。
【００２９】
本発明の分散補償光ファイバの分散スロープは、組み合わせる伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散を零にできる長さの分散補償光ファイバを用いてこのシングルモード光ファイバを補償するとき、補償率が８０〜１２０％であると好ましい。この範囲内であると分散スロープを十分に補償することができ、良好な波長多重伝送特性が得られる。
【００３０】
この補償率は以下のようにして求める。
使用波長帯において、伝送用のシングルモード光ファイバの単位長さ当たりの波長分散と分散スロープの絶対値をそれぞれｄ１（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、ｓ１（ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）、分散補償光ファイバの単位長さ当たりの波長分散と分散スロープの絶対値をそれぞれｄ２（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、ｓ２（ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）とする。
伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散と分散スロープは正の値、分散補償光ファイバの波長分散と分散スロープは負の値である。
【００３１】
まず、単位長さの伝送用のシングルモード光ファイバを補償できる分散補償光ファイバの長さはｄ１／ｄ２で表される。
この長さにおける分散補償光ファイバの分散スロープはｄ１／ｄ２＊ｓ２となる。そして、この長さの分散補償光ファイバによる単位長さ当たりの伝送用のシングルモード光ファイバの分散スロープの補償率は、（ｄ１／ｄ２＊ｓ２）／ｓ１＊１００となる。
【００３２】
このように分散スロープの補償率は、使用波長帯における補償対象の伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散と分散スロープ、および分散補償光ファイバ自体の波長分散と分散スロープによって変化するため、目的とする使用波長帯や伝送用のシングルモード光ファイバにあわせて分散補償光ファイバを設計する必要がある。
【００３３】
また、曲げ損失は、使用波長帯において、曲げ直径（２Ｒ）が２０ｍｍの条件の値をいうものとする。本発明の分散補償光ファイバにおいては、使用波長帯における曲げ損失が４０ｄＢ／ｍ以下であると好ましい。４０ｄＢ／ｍをこえると、敷設時などに付与されるわずかな曲げなどによって伝送特性が劣化する場合がある。
【００３４】
図１に示したＷ型屈折率分布形状において、Δ１は通常１．５〜３．０％、好ましくは２．０〜３．０％、さらに好ましくは２．０〜２．５％の範囲とされる。１．５％未満の場合は、負の分散スロープを設定したときにシングルモード伝搬が困難となる場合があり、３．０％をこえると線引き速度などの製造条件によっては機械的な強度が低下する場合がある。
一方、図２に示したセグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバにおいては、Δ１１の値は他の構造パラメータなどとの関係から相対的に決定され、上述のＷ型屈折率分布形状のΔ１の数値範囲よりも広範囲となる。
本発明者らはセグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバについて、Δ１１、Δ１２およびΔ１３と半径ａ、半径ｂおよび半径ｃの関係を網羅的に計算し、波長分散とＡｅｆｆとの関係を求めた。そして具体的には例えばΔ１１が０．５〜３．０％、Δ１２が−０．５〜−０．２％、Δ１３が０．１〜１．０％、ｂ／ａが２．０〜５．０、ｃがｂよりも０．５〜２．５大きい範囲で計算を行って実用的な構造を求めた。図３はこのときの結果を波長分散とＡｅｆｆとの関係で表したグラフであって、Ａｅｆｆが１７μｍ2以上、２ｍ法におけるカットオフ波長が１．７μｍ以下、曲げ損失が４０ｄＢ／ｍ以下で、かつ代表的な１．３μｍ帯シングルモード光ファイバ（波長分散＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＋０．０６０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）に対する補償率が１００±１０％以内のものをプロットしている。スロープ補償率は、使用波長範囲において、できるだけ１００％に近い方が望ましいことは当然であるが、システムの要求性能、コストなども考慮して±２０％以内であれば使用可能な場合がある。このようにΔ１１が０．５〜３．０％という広い範囲から選択されていてもほぼ好ましい光学特性を実現することができる。
なお、分散補償光ファイバとしては、単にＡｅｆｆが大きければよいというものではなく、伝送用のシングルモード光ファイバと組み合わせた光通信システム全体の波長分散が小さく、かつ非線形効果を抑制する観点からＡｅｆｆが大きいことが望ましい。さらに製造制御性に優れている、すなわち製造時に構造パラメータが多少変化しても光学特性が変化しにくいと望ましい。
したがって、図３に示したグラフから本発明の好ましい範囲のＡｅｆｆと波長分散、曲げ損失を満足するもので、かつ、伝送用光ファイバと組み合わせたときの波長分散、分散補償率や製造制御性が良好なものを選択すると好ましい。
【００３５】
また、Δ２、Δ１２、Δ１３、ｂ／ａ、およびｃ／ａの値は特に限定するものではないが、以下の範囲を満足するように設定すると好ましい。
Δ２、Δ１２は−０．３〜−０．７％とされる。−０．３％よりも大きい場合は分散スロープ補償率が小さくなり、−０．７％よりも小さくなると伝送損失が劣化する場合がある。
Δ１３は＋０．３〜＋１．５％とされる。＋０．３％よりも小さいと、リングコア１３を設けた効果が得られず、分散スロープ補償率の低下やＡｅｆｆ拡大効果の低下が生じる場合があり、１．５％よりも大きいと所望の波長分散補償効果が得られない場合がある。
【００３６】
ｂはｂ／ａの値によって異なるが、２．０〜６．０μｍとされる。６．０μｍをこえると波長分散の絶対値が小さくなり、２．０μｍ未満の場合は曲げ損失が劣化する。また、ｂ／ａは２．１〜４．０とされる。この範囲外の場合はサイドコア２、１２を設けた効果が得られない。ｃはｃ／ａの値によって異なるが、６．０〜１０．０μｍとされる。１０．０μｍをこえると波長分散の絶対値が小さくなり、６．０μｍ未満の場合は曲げ損失が劣化する。また、ｃ／ａは２．８〜５．０とされる。この範囲外の場合はリングコア１３を設けた効果が得られない。
【００３７】
図４〜図７は、Ｗ型屈折率分布形状において、使用波長１．５５μｍにおいて、それぞれΔ２を−０．３０％、−０．４０％、−０．４５％、−０．５０％に固定し、ｂとｂ／ａを変化させたときの波長分散と分散スロープおよび曲げ損失の関係を示したグラフである。Δ１は全て２．３％である。
グラフ中に示されている直線Ｓは、使用波長１．５５μｍにおいて、この分散補償光ファイバが１．３μｍ帯シングルモード光ファイバの波長分散を零に補償できる長さで、分散スロープを１００％補償できるときの波長分散と分散スロープとの関係を示しており、この直線Ｓに近い程理想的な補償効果が得られる。
【００３８】
また、グラフ中にはｂ／ａの比率を一定としてｂの値を変化させたときの点が、ｂ／ａの比率ごとにまとめて示されている。
例えば図４中のｂ／ａ＝２．５を示す□は、ｂを２．４〜３．１μｍの範囲で、０．１μｍ間隔で変化させた際の分散スロープと波長分散の値を示している。ｂの値が小さくなるにしたがって波長分散の絶対値が大きくなる傾向があるため、このグラフ中の□のうち、最も波長分散の絶対値が小さいものは、ｂを前記範囲の上限値付近に設定したときの値を示し、最も波長分散の絶対値が大きいものは、ｂを前記範囲の下限値付近に設定したときの値を示している。
【００３９】
また、曲げ損失はグラフ中に曲線、あるいは数値で示されている。
曲げ損失は等高線状になっており、波長分散の絶対値が大きくなるにしたがって大きくなる傾向がある。
例えば、図４のグラフより、ｂ／ａを４．０〜４．５の範囲にすると、ｂが４μｍ付近のときに、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散が−１００〜−１２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが−０．３ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍの値をとり、絶対値の大きな負の波長分散と、負の分散スロープとを備えた分散スロープ補償型の分散補償光ファイバが得られることがわかる。
【００４０】
本発明の分散補償光ファイバを設計するにおいては、使用波長帯のうちの最も長い波長を使用波長とし（長波長の方が曲げ損失が大きくなるので、より安全サイドで計算する）、図４〜６に示したグラフを作成し、波長分散と分散スロープとの関係から、その使用波長帯におけるΔ２とｂ／ａの好ましい範囲を決定するとともに、曲げ損失について４０ｄＢ／ｍ以下の値が得られる条件を決定する。
【００４１】
使用波長帯の波長幅が通常の波長多重伝送で用いられる２０〜４０ｎｍ程度であれば、実際の設計時には、使用波長帯の範囲内の任意の値、例えば使用波長帯の上限値、または中心値で分散スロープが十分に補償されていれば、使用波長帯における波長毎の波長分散のばらつきを抑制することができる。
好ましくは使用波長帯の範囲の中心の値についてこのようなグラフを作成し、この波長において条件を満足する設計条件を求める。曲げ損失に関しては使用波長帯の上限値での値も確認すると好ましい。
図２に示したセグメントコア型屈折率分布形状においても同様である。セグメントコア型屈折率分布形状の場合は、特にＡｅｆｆについてもシミュレーションを行い、２０μｍ2 以上の値が得られるように設計すると好ましい。
【００４２】
なお、使用波長帯や伝送用のシングルモード光ファイバの波長分散および分散スロープによって、分散補償光ファイバに要求される波長分散と分散スロープの値が異なるため、本発明の分散補償光ファイバにおいては、一概にΔ２、Δ１２、Δ１３、ａ、ｂ、ｃおよびｂ／ａ、ｃ／ａの好ましい数値範囲を定めることは困難である。
よって、本発明においては、使用波長帯における波長分散、分散スロープの補償率および曲げ損失の値を限定することによって発明を特定することとした。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（比較例１）
図１に示したＷ型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバを製造した。
まず、ＶＡＤ法によってＧｅＯ2添加コアＳｉＯ2クラッド（クラッド径／コア径＝４．０）構造をもつ円柱状の多孔質体を作製した。ただし、ここでいうコア、クラッドは、実際の分散補償光ファイバにおけるコアとクラッドに対応したものではなく、２層構造の各層を示す便宜的な名称である。つまり、中心の部分をコア（センタコア１となる部分）、その外周上の部分をクラッド（サイドコア２となる部分）と称している。
【００４４】
この多孔質体を、およそ１０００℃の雰囲気において、Ｈｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、Ｈｅ５ｌ／ｍｉｎ  ＳｉＦ4１ｌ／ｍｉｎの雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行ってロッドとした。
このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにクラッド用のＳｉＯ2からなる多孔質体を外付けし、およそ１０００℃の雰囲気において、Ｈｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらにＨｅ雰囲気で透明ガラス化して、外径５０ｍｍの円柱状のファイバ母材とした。
【００４５】
そして、このファイバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このとき線引き速度は３００ｍ／ｍｉｎ、線引張力は４００ｇ、加熱温度は１８５０℃とした。この分散補償光ファイバは強度が不十分で、線引き時に断線が生じた。また、得られた分散補償光ファイバにおいては、１％の伸びを与えたプルーフ試験において５ｋｍ以上の分散補償光ファイバを得ることができなかった。
【００４６】
（実施例１）
比較例１と同様にしてファイバ母材を製造した。
そして、このファイバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このとき線引き速度は３００ｍ／ｍｉｎ、線引張力は３００ｇ、加熱温度は１９５０℃とした。
この分散補償光ファイバの１．５５μｍにおける光学特性を表１に示した。なお、コア半径（サイドコア２の半径）ｂは４．１２μｍであった。
また、表中のスロープ補償率とは、代表的な１．３μｍ帯シングルモード光ファイバ（波長分散＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＋０．０６０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）に対するスロープ補償率である。
【００４７】
【表１】
0003830721.tif 000002
【００４８】
（実施例２）
図１に示したＷ型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバを製造した。
まず、実施例１と同様にして多孔質体を作製した。
この多孔質体を、およそ１０００℃の雰囲気において、Ｈｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、Ｈｅ３ｌ／ｍｉｎ  ＳｉＦ4  ２ｌ／ｍｉｎの雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行ってロッドを製造した。
【００４９】
このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにクラッド用のＳｉＯ2からなる多孔質体を外付けし、およそ１０００℃の雰囲気において、Ｈｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ６ｌ／ｍｉｎ  ＳｉＦ4 ０．１ｃｃ／ｍｉｎの雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行って、外径５０ｍｍの円柱状のファイバ母材とした。
このファイバ母材のクラッドとなる部分の屈折率は、純粋石英に対して、マイナス０．０８％であった。
【００５０】
そして、このファイバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このとき線引き速度は３００ｍ／ｍｉｎ、線引張力は２５０ｇ、加熱温度は２０００℃とした。
この分散補償光ファイバの１．５５μｍにおける光学特性を表２に示した。なお、コア半径ｂは４．１２μｍであった。
また、表中のスロープ補償率とは、実施例１と同様に代表的な１．３μｍ帯シングルモード光ファイバ（波長分散＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＋０．０６０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）に対するスロープ補償率である。
【００５１】
【表２】
0003830721.tif 000003
【００５２】
（実施例３）
図１に示したＷ型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバを製造した。
まず、ＶＡＤ法によって、ＧｅＯ2添加コアＳｉＯ2クラッド（クラッド径／コア径＝４．０）構造をもつ円柱状の多孔質体を作製した。
この多孔質体を、およそ１０００℃の雰囲気において、Ｈｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、Ｈｅ  ２ｌ／ｍｉｎ  ＳｉＦ4 ３ｌ／ｍｉｎの雰囲気で、フッ素添加および透明ガラス化を同時に行ってロッドを形成した。
【００５３】
このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにクラッド用のＳｉＯ2からなる多孔質体を外付けし、およそ１０００℃の雰囲気において、Ｈｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ  ５ｌ／ｍｉｎ  ＳｉＦ4 ２０ｃｃ／ｍｉｎの雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行って、外径５０ｍｍの円柱状のファイバ母材とした。
このファイバ母材のクラッドとなる部分の屈折率は、純粋石英に対してマイナス０．２％であった。
【００５４】
そして、このファイバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このとき線引き速度は３００ｍ／ｍｉｎ、線引張力は２００ｇ、加熱温度は２０５０℃とした。
この分散補償光ファイバの１．５５μｍにおける光学特性を表３に示した。なお、コア半径ｂは４．１２μｍであった。
また表中のスロープ補償率とは、実施例１と同様に代表的な１．３μｍ帯シングルモード光ファイバ（波長分散＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＋０．０６０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）に対するスロープ補償率である。
【００５５】
【表３】
0003830721.tif 000004
【００５６】
これらの実施例１〜３においては、クラッドにおけるフッ素の添加量以外は同じ条件で分散補償光ファイバを製造した。上述の結果より、波長分散、分散スロープの補償効果はいずれも同等であったが、クラッドのフッ素の添加量が多いほど、伝送損失が小さい結果となった。
したがって、クラッドをドーパントを添加した石英ガラスから形成することによって、良好な伝送特性が得られ、長距離伝送を行うシステムに適した分散スロープ補償型の分散補償光ファイバを提供できることが明らかとなった。
なお、いずれの分散補償光ファイバも、それぞれの線引きの条件では、機械的な強度に問題はなかった。
【００５７】
（比較例２）
図２に示したセグメントコア型屈折率分布形状を備えた分散補償光ファイバを製造した。
まず、実施例１と同様にして多孔質体を製造した。ただし、クラッド径／コア径＝３．０とした。
この多孔質体をおよそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、Ｈｅ５ｌ／ｍｉｎ  ＳｉＦ4 １ｌ／ｍｉｎの雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行った。このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにリングコア部用とクラッディング用のＳｉＯ2 −ＧｅＯ2とＳｉＯ2からなる多孔質体をそれぞれ外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ雰囲気で透明ガラス化して中間母材を作製した。さらにＳｉＯ2からなる多孔質体を外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ雰囲気で透明ガラス化して、外径５０ｍｍのファイバ母材を得た。
【００５８】
そして、このファイバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このとき線引き速度は３００ｍ／ｍｉｎ、線引張力は３００ｇ、加熱温度は１９５０℃とした。
この分散補償光ファイバの１．５５μｍにおける光学特性を表４に示した。なおコア半径（リングコア１３の半径）ｃは７．０μｍであった。
また、表中のスロープ補償率とは、代表的な１．３μｍ帯シングルモード光ファイバ（波長分散＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＋０．０６０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）に対するスロープ補償率である。
【００５９】
【表４】
0003830721.tif 000005
【００６０】
（実施例４）
比較例２と同様にして多孔質体を製造した。
この多孔質体を、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、その後、ＨｅとＳｉＦ4流量を所望の比屈折率差が得られる雰囲気で、フッ素添加および透明ガラス化を同時に行ってロッドを製造した。
【００６１】
このロッドを延伸してコア母材とし、その周りにリングコア部用、およびクラッド用のＳｉＯ2−ＧｅＯ2、ＳｉＯ2からなる多孔質体をそれぞれ外付けし、およそ１０００℃の雰囲気において、Ｈｅと塩素系ガスで脱水処理した。その後、Ｈｅ  ５ｌ／ｍｉｎ、ＳｉＦ4 ２００ｃｃ／ｍｉｎの雰囲気で、フッ素添加および透明ガラス化を同時に行った。
さらにＳｉＯ2からなる多孔質体を外付けし、およそ１０００℃の雰囲気においてＨｅと塩素系ガスで脱水処理し、さらに、Ｈｅ５ｌ／ｍｉｎ  ＳｉＦ4 ２００ｃｃ／ｍｉｎの雰囲気でフッ素添加および透明ガラス化を同時に行って、外径５０ｍｍのファイバ母材を得た。
このファイバ母材のクラッドとなる部分の屈折率は、純粋石英に対してマイナス０．２％であった。
【００６２】
そして、このファイバ母材を線引きして、外径１２５μｍの分散補償光ファイバを製造した。このとき線引き速度は３００ｍ／ｍｉｎ、線引張力は２００ｇ、加熱温度は２０５０℃とした。
この実施例４においては、同様の方法で構造パラメータの異なる３種の分散補償光ファイバを製造した。各々の構造パラメータと、１．５５μｍにおける光学特性を表５に示した。なおコア半径ｃは７．０〜７．８μｍであった。
また、表中のスロープ補償率とは、代表的な１．３μｍ帯シングルモード光ファイバ（波長分散＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＋０．０６０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）に対するスロープ補償率である。
【００６３】
【表５】
0003830721.tif 000006
【００６４】
クラッドを純粋石英ガラスから形成した比較例２の分散補償光ファイバと比べて、実施例４の分散補償光ファイバは、いずれも伝送損失が小さかった。
したがって、クラッドをドーパントを添加した石英ガラスから形成することによって、良好な伝送特性が得られ、長距離伝送を行うシステムに適した分散スロープ補償型の分散補償光ファイバを提供できることが明らかとなった。
なお、いずれの分散補償光ファイバも、それぞれの線引きの条件では、機械的な強度に問題はなかった。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の分散補償ファイバは、全ての部分、特にクラッドをドーパントを添加した石英ガラスから形成することにより、センタコアとクラッドとの軟化温度および硬化温度の差を小さし、線引き時に線引き温度のおける粘度差を小さくすることができる。
その結果、線引き後にセンタコアなどに残留する応力を小さくすることができ、実用可能な機械的な強度が得られる温度で線引きしても、伝送損失の劣化を低減することができ、分散スロープ補償型の分散補償光ファイバであり、かつ低損失のものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分散補償光ファイバの屈折率分布形状の一例として、Ｗ型屈折率分布形状を示したグラフである。
【図２】分散補償光ファイバの屈折率分布形状の一例として、セグメントコア型屈折率分布形状を示したグラフである。
【図３】セグメントコア型屈折率分布形状の分散補償光ファイバにおいて、構造パラメータを変化させたときの波長分散とＡｅｆｆの関係を示したグラフである。
【図４】Δ２を−０．３０％に固定した場合において、ｂとｂ／ａを変化させたときの波長分散と分散スロープと、曲げ損失の関係を示したグラフである。
【図５】Δ２を−０．４０％に固定したときの図２と同様のグラフである。
【図６】Δ２を−０．４５％に固定したときの図２と同様のグラフである。
【図７】Δ２を−０．５０％に固定したときの図２と同様のグラフである。
【図８】石英系光ファイバの代表的な線引き温度付近である１９００℃における粘度の測定例を示したグラフである。
【符号の説明】
１、１１…センタコア、２、１２…サイドコア、１３…リングコア、４、１４…クラッド。
【図１】
0003830721.tif 000007
【図２】
0003830721.tif 000008
【図３】
0003830721.tif 000009
【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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