(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心コア部の外周上に、該中心コア部よりも高屈折率の周辺コア部が設けられ、該周辺コア部の外周上に、該周辺コア部よりも低屈折率のクラッドが設けられてなる屈折率分布形状を有する使用波長帯が１５３０〜１５６５ｎｍである分散シフト光ファイバにおいて、
クラッドの屈折率を基準にしたときの中心コア部の比屈折率差をΔ１、クラッドの屈折率を基準にしたときの周辺コア部の比屈折率差をΔ２、中心コア部の半径をｒ１、周辺コア部の半径をｒ２としたとき、以下のａ〜ｄの条件を満足し、かつ、
波長１５５０ｎｍにおいて、有効コア断面積が８３．１８〜１１５．２０μｍ２、波長分散値が−１．５〜＋０．６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、分散スロープが０．１０１５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以下、曲げ損失が２９．５ｄＢ／ｍ以下であり、かつ実質的にシングルモード伝搬となる１．６０１μｍ以下のカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバ。
ａ．１．４５％≦（Δ２−Δ１）≦１．８５％
ｂ．１．２≦ｒ２／ｒ１≦１．８
ｃ．Δ２≧１．０％、かつ２．３６２５≦Δ２×（ｒ２／ｒ１）２≦３．２４
ｄ．０．８、または１．８／（ｒ２／ｒ１）２のうち、大きい方をΔ２ｍｉｎ、リング内側体積を−Δ１×ｒ１２、リング外側体積をΔ２ｍｉｎ×（ｒ２２−ｒ１２）としたとき、リング外側体積／リング内側体積が２．５〜３．７である。
【請求項２】
ｃが以下の数値範囲であり、かつ有効コア断面積が１００．１５〜１１５．２０μｍ２であることを特徴とする請求項１に記載の分散シフト光ファイバ。
ｃ．Δ２≧１．０％、かつ２．３６２５≦Δ２×（ｒ２／ｒ１）２≦２．４４８
【請求項３】
ｒ２／ｒ１が１．３以上であり、Δ１が０％以下であり、かつ分散スロープが０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の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】
本発明は、石英系光ファイバの損失が最小になる波長１．５５μｍ帯の波長分散値がほぼ零になるように設計された分散シフト光ファイバに関し、特に大きな有効コア断面積を有し、かつ小さい分散スロープを有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ増幅器を用いた光増幅中継伝送システムなどの長距離システムにおいては、伝送特性の劣化を抑制するために非線形光学効果を低減することが重要である。
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は光ファイバの有効コア断面積である。よって、非線形効果を低減するためには、ｎ2を小さくするかＡｅｆｆを大きくする必要があるが、ｎ2は材料を決定すると大きく変化しない値であるため、非線形光学効果の低減に対してはＡｅｆｆの拡大が効果的な手法である。
【０００３】
一方、大容量伝送が可能な波長多重伝送システムにおいては、波長の異なる複数の光信号を１本の分散シフト光ファイバ（伝送路）で伝送するため、分散スロープの低減の要求が高まっている。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）、縦軸に波長分散値（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）をとって波長分散値をプロットした際の曲線の勾配である。
分散シフト光ファイバの分散スロープが大きいと、１本の分散シフト光ファイバ中を伝送する複数の波長間における波長分散値の差が大きくなり、伝送状態がばらつき、伝送特性が劣化するため不都合である。
また、光通信システムの伝送路としては、実質的にシングルモードであることや、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下に保つことが最低限の条件として要求されている。
【０００４】
そこで、最近では、例えば特開平１０−２９３２２５号公報、特開平１０−２３９５５０号公報、特開平１１−１１９０４６号公報などにおいて、様々な屈折率分布形状（屈折率プロファイル）を用いて、Ａｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図る提案がなされてきた。
【０００５】
図３（ａ）〜図３（ｄ）はこのような分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の例を示したものである。
図３（ａ）は階段型（デュアルシェイプコア型）の屈折率分布形状の一例を示したもので、符号１１は中心コア部であり、その外周上に、この中心コア部１１よりも低屈折率の階段コア部１２が設けられてコア１４が形成されている。そして、さらにこのコア１４の外周上に、前記階段コア部１２よりも低屈折率のクラッド１６が設けられている。
図３（ｂ）は、セグメントコア型の屈折率分布形状の一例を示したもので、高屈折率の中心コア部２１の外周上に低屈折率の中間部２２が設けられ、この中間部２２の外周上に、この中間部２２よりも高屈折率で、かつ前記中心コア部２１よりも低屈折率のリングコア部２３が設けられてコア２４が構成されている。そして、このリングコア部２３の外周上に前記中間部２２と等しい屈折率を有するクラッド２６が設けられている。
【０００６】
図３（ｃ）は図３（ａ）に示した階段型の屈折率分布形状の変形例であって、階段コア部１２とクラッド１６との間に、このクラッド１６よりも低屈折率の低屈折率部１５が設けられてコア１４が構成されたものである。
図３（ｄ）は図３（ｂ）に示したセグメントコア型の屈折率分布形状の変形例であって、リングコア部２３とクラッド２６との間に、このクラッド２６よりも低屈折率の低屈折率部２５が設けられてコア２４が構成されたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている分散シフト光ファイバにおいては、実質的にシングルモードであることや、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下に保つという条件下では、Ａｅｆｆの拡大と分散スロープの低減の両立は困難であった。
例えば図３（ａ）〜図３（ｄ）に例示した屈折率分布形状を有するものにおいては、Ａｅｆｆを９０μｍ2 以上に拡大しようとすると、十分に小さい分散スロープが得られなかった。
さらに、従来提案されているものは、例えばコアが屈折率の異なる３層以上からなるような複雑な屈折率分布形状を有するものが多い。
石英系光ファイバにおいては、各層の直径はＶＡＤ法などによって母材を製造する際に、ガラスの体積量によって調整し、各層の屈折率はゲルマニウム、フッ素などのドーパントの添加量によって調整する。したがって、上述のように複雑な屈折率分布形状を有するものは、製造操作が煩雑になり、高コストであった。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、実質的にシングルモードであり、かつ曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であるという条件を満足し、かつ十分にＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図ることができる分散シフト光ファイバを提供することを目的とする。
さらにはできるだけ簡単な屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特許第２６６８６７７号（特願昭６１−１４１７７９号）において、コアが、低屈折率の中心コア部と、その外周に設けられた高屈折率の周辺コア部からなる比較的簡単な屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバを提案した。この分散シフト光ファイバは、曲げ損失と接続損失を低減したものであった。
また、特開平１０−２４６８３０号公報においても同様の屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、Ａｅｆｆを拡大し、曲げ損失を低減したものを提案した。
そして、本発明者らが鋭意検討した結果、このような屈折率分布形状を有する分散シフト光ファイバにおいて、その構造パラメータを調整することによってＡｅｆｆの拡大と分散スロープの低減を図ることができることが明らかとなった。
すなわち、本発明の第１の発明は、中心コア部の外周上に、該中心コア部よりも高屈折率の周辺コア部が設けられ、該周辺コア部の外周上に、該周辺コア部よりも低屈折率のクラッドが設けられてなる屈折率分布形状を有する使用波長帯が１５３０〜１５６５ｎｍである分散シフト光ファイバにおいて、クラッドの屈折率を基準にしたときの中心コア部の比屈折率差をΔ１、クラッドの屈折率を基準にしたときの周辺コア部の比屈折率差をΔ２、中心コア部の半径をｒ１、周辺コア部の半径をｒ２としたとき、以下のａ〜ｄの条件を満足し、かつ、波長１５５０ｎｍにおいて、有効コア断面積が８３．１８〜１１５．２０μｍ２、波長分散値が−１．５〜＋０．６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、分散スロープが０．１０１５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以下、曲げ損失が２９．５ｄＢ／ｍ以下であり、かつ実質的にシングルモード伝搬となる１．６０１μｍ以下のカットオフ波長を有することを特徴とする分散シフト光ファイバである。
ａ．１．４５％≦（Δ２−Δ１）≦１．８５％
ｂ．１．２≦ｒ２／ｒ１≦１．８
ｃ．Δ２≧１．０％、かつ２．３６２５≦Δ２×（ｒ２／ｒ１）２≦３．２４
ｄ．０．８、または１．８／（ｒ２／ｒ１）２のうち、大きい方をΔ２ｍｉｎ、リング内側体積を−Δ１×ｒ１２、リング外側体積をΔ２ｍｉｎ×（ｒ２２−ｒ１２）としたとき、リング外側体積／リング内側体積が２．５〜３．７である。
第２の発明は、ｃが以下の数値範囲であり、かつ有効コア断面積が１００．１５〜１１５．２０μｍ２であることを特徴とする第１の発明に記載の分散シフト光ファイバである。
ｃ．Δ２≧１．０％、かつ２．３６２５≦Δ２×（ｒ２／ｒ１）２≦２．４４８
第３の発明は、ｒ２／ｒ１が１．３以上であり、Δ１が０％以下であり、かつ分散スロープが０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以下であることを特徴とする第１の発明又は第２の発明に記載の分散シフト光ファイバである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の一例を示したもので、中心の低屈折率の中心コア部１の外周上に高屈折率の周辺コア部２が設けられて２層構造のコア３が構成されている。そして、このコア３の外周上に、前記周辺コア部２よりも低屈折率のクラッド４が設けられて、クラッド４を含めて３層構造の屈折率分布形状が構成されている。
【００１１】
この分散シフト光ファイバにおいて、例えば中心コア部１は屈折率を低下させる作用を有するフッ素を添加した石英ガラスあるいは屈折率を上昇させる作用を有するゲルマニウムを添加した石英ガラスあるいは純石英ガラス、周辺コア部２はゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド４は純石英ガラスから構成されている。
また、Δ１はクラッド４の屈折率を基準にしたときの中心コア部１の比屈折率差、Δ２はクラッド４の屈折率を基準にしたときの周辺コア部２の比屈折率差である。また、ｒ１は中心コア部１の半径、ｒ２は周辺コア部２の半径である。
【００１２】
そして、本発明の分散シフト光ファイバにおいては、以下のａ〜ｄの条件を満足する必要がある。
【００１３】
ａ．１．３５％≦（Δ２−Δ１）
ｂ．１．２≦ｒ２／ｒ１≦２．０
ｃ．Δ２≧０．８％、かつ１．８≦Δ２×（ｒ２／ｒ１）2 ≦３．５
ｄ．０．８、または１．８／（ｒ２／ｒ１）2 のうち、大きい方をΔ２min、リング内側体積を−Δ１×ｒ１2 、リング外側体積をΔ２min×（ｒ２2−ｒ１2）としたとき、リング外側体積／リング内側体積が２以上、あるいは０以下である
。
【００１４】
前記ａの条件は、後述する使用波長帯において、実質的にシングルモード伝搬を保証することに寄与するものである。ここで、Δ１は前記ａおよび前記ｄの条件を満足すれば、負の値（クラッド４よりも低屈折率の場合）、零（クラッド４と等しい屈折率を有する場合）、あるいは正の値（クラッド４よりも高屈折率の場合）を設定することができる。
前記ｂの条件を満足しない場合は、後述するＡｅｆｆ、分散スロープ、曲げ損失、カットオフ波長などの条件をすべて同時に満足することができない。
前記ｃにおいて、Δ２×（ｒ２／ｒ１）2 を３．５以下に設計することにより、Ａｅｆｆの拡大を図ることができる。Δ２×（ｒ２／ｒ１）2 を１．８以上に設計することは、実質的に、後述する使用波長帯におけるシングルモード伝搬の保証に寄与し、かつ曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下に制限することに寄与するものである。シングルモード伝搬の保証と曲げ損失の制限のどちらか一方にのみ寄与する場合もある。
また、Δ２が０．８％未満の場合は、周辺コア部２を設けた実質的な効果を得ることができない。
【００１５】
前記ｄの条件において、Δ２minは、ｒ２／ｒ１の設定値によって定められる値であって、前記ｃの条件を満足するΔ２の数値範囲の下限値に相当する。Δ２minは、０．８％と、ｒ２／ｒ１の設定値を１．８／（ｒ２／ｒ１）2 に代入して得られた値のうち、どちらか大きい方が選択される。
このｄの条件は、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下に制限することに寄与するものである。
リング外側体積／リング内側体積が０以下の場合は、Δ１が正の値なので、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下にすることができる。一方、Δ１が負の値の場合は、リング外側体積／リング内側体積が２以上のときに、曲げ損失を１００ｄＢ／ｍ以下にすることができる。
【００１６】
これらの条件は、実際の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状において、実質的に満足されていればよく、例えば、実際の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状においては、図１に示したように各層（中心コア部１、周辺コア部２、クラッド４）の境界が明確でなく、図２に示したように、丸みを帯びた、いわゆるだれを生じた状態であってもよい。
【００１７】
また、クラッド４の直径は通常約１２５μｍ、ｒ２は波長分散値が目標値となるように調整される。一般的に、ｒ２は２〜１０μｍである。
【００１８】
本発明の分散シフト光ファイバの使用波長帯は、１４９０〜１６１０ｎｍの範囲から適度な波長幅の波長帯が選択される。例えば、光通信システムに用いる光ファイバ増幅器による増幅波長帯などによって、１５００〜１５７０ｎｍの範囲から１５３０〜１５６５ｎｍなどの所定の波長幅を有する波長帯を選択する。あるいは、例えば１５７０〜１６１０ｎｍの範囲から所定の波長幅を有する、例えば１５８５〜１６１０ｎｍなどの波長帯を選択することもできる。
【００１９】
本発明においては、上述のａ〜ｄの条件を満足するΔ１、Δ２、ｒ１、ｒ２の４つの構造パラメータを設定することによって、上述の使用波長帯において、以下のようなＡｅｆｆ、波長分散値、分散スロープ、曲げ損失、カットオフ波長を有する分散シフト光ファイバを提供することができる。
【００２０】
Ａｅｆｆは以下の式から求められるものである。
【００２１】
【数１】
0003816271.tif 000002
【００２２】
本発明においては、使用波長帯におけるＡｅｆｆが７５〜１３０μｍ2 のものが得られる。Ａｅｆｆが７５μｍ2未満となるような屈折率分布形状を作成しても、７５μｍ2 以上の場合と比較して分散スロープがあまり小さくならず、特性上の利点が少ない。Ａｅｆｆが１３０μｍ2をこえるものは製造が困難である。
【００２３】
また、本発明においては、使用波長帯における分散スロープが０．１２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下のものが得られる。０．１２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2をこえると、波長分散値の波長依存性が大きくなり、波長多重伝送システムへの適用において不都合となる。
なお、使用波長帯における波長分散値は、−６〜＋６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲内であると好ましい。この範囲外であると実質的に分散シフト光ファイバとしての特性を満足することができない。しかしながら、波長分散値が零の場合は非線形効果のひとつである４光子混合が発生しやすくなるため、波長分散値が零になる範囲を含まないように使用波長帯を設定すると好ましい。
【００２４】
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。
本発明においては、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下、好ましくは４０ｄＢ／ｍ以下のものが得られる。また、実質的には０．１ｄＢ／ｍ以上のものが得られる。使用波長帯における曲げ損失が１００ｄＢ／ｍをこえると、分散シフト光ファイバに加えられる僅かな曲がりなどによって伝送損失が劣化しやすくなるため不都合である。
【００２５】
また、本発明の分散シフト光ファイバはシングルモード光ファイバであるため、使用波長帯において、実質的にシングルモード伝搬を保証するカットオフ波長を有する必要がある。
通常のカットオフ波長は、ＣＣＩＴＴの２ｍ法（以下２ｍ法と記す）による値によって規定されている。しかし、実際の長尺の使用状態においては、この値が使用波長帯の下限値よりも長波長側であってもシングルモード伝搬が可能である。
【００２６】
したがって、本発明の分散シフト光ファイバにおいて、２ｍ法で規定されるカットオフ波長は、分散シフト光ファイバの使用長さと使用波長帯によってシングルモード伝搬可能であるように設定する。具体的には、例えば２ｍ法におけるカットオフ波長が１．７μｍであっても、５０００ｍ程度以上の長尺の状態であれば、上述の使用波長帯におけるシングルモード伝搬を十分に実現することが可能である。
【００２７】
さらに好ましくは、上述のｂ、ｃにおいて、以下の条件を満足すると好ましい。
ｂ．１．２≦ｒ２／ｒ１≦１．９
ｃ．Δ２≧０．８％、かつ１．８≦Δ２×（ｒ２／ｒ１）2 ≦３．２
その結果、Ａｅｆｆをさらに拡大し、８５〜１３０μｍ2 のものを得ることができる。
【００２８】
さらに好ましくは、上述のｂ、ｃにおいて、以下の条件を満足すると好ましい。
ｂ．１．２≦ｒ２／ｒ１≦１．８
ｃ．Δ２≧０．８％、かつ１．８≦Δ２×（ｒ２／ｒ１）2 ≦２．７
その結果、Ａｅｆｆをさらに拡大し、９５〜１３０μｍ2 のものを得ることができる。
【００２９】
また、さらに好ましくは、上述のａ、ｂ、ｄにおいて、ｒ２／ｒ１を１．３以上に設定し、Δ１を０％以下に設定すると好ましい。
その結果、分散スロープが０．１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下のものを得ることができる。
【００３０】
この分散シフト光ファイバは、上述のようにクラッドを含めて３層構造であり、例えばＶＡＤ法などによって効率よく製造することができる。
このように比較的簡単な屈折率分布形状の分散シフト光ファイバにおいて、上述のような大きなＡｅｆｆと小さな分散スロープを有し、かつ光伝送路として実用可能な曲げ損失とカットオフ波長を有するものは、従来実現されていなかったものであり、特に分散シフト光ファイバの製造効率の向上、波長多重伝送システムなどにおける伝送特性の向上、低コスト化の観点において、大きな効果が得られる。
【００３１】
【実施例】
表１に示した条件で、ＶＡＤ法により、実施例１〜３の分散シフト光ファイバを製造した。
なお、実施例１〜３において、中心コア部はフッ素添加石英ガラス、周辺コア部はゲルマニウム添加石英ガラス、クラッドは純石英ガラスから形成した。
また、分散シフト光ファイバの外径（クラッド外径）は１２５μｍとした。表１にこれらの分散シフト光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける特性値をあわせて示した。
【００３２】
【表１】
0003816271.tif 000003
【００３３】
表１に示したように、Ａｅｆｆ、波長分散値、分散スロープ、曲げ損失、カットオフ波長（λｃ）において、いずれも本発明の分散シフト光ファイバの特性を満足することができた。すなわち、実際の光通信システムに実用可能な曲げ損失を有し、かつシングルモード伝搬を保証することができ、かつＡｅｆｆが大きいため、非線形効果を抑制して伝送損失の劣化を低減でき、さらに、波長多重伝送システムに適した低分散スロープを実現できるものが得られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の分散シフト光ファイバは、クラッドを含めた３層構造であり、例えばＶＡＤ法などによって効率よく製造することができる。
このように比較的簡単な屈折率分布形状の分散シフト光ファイバにおいて、上述のような大きなＡｅｆｆと小さな分散スロープを有し、かつ光伝送路として実用可能な曲げ損失とカットオフ波長を有するものは、従来実現されていなかったものであり、特に分散シフト光ファイバの製造効率の向上、波長多重伝送システムなどにおける伝送特性の向上、低コスト化の観点において、大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の一例を示した図である。
【図２】  本発明の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の一例を示した図である。
【図３】  従来の分散シフト光ファイバの屈折率分布形状の例を示した図である。
【符号の説明】
１…中心コア部、２…周辺コア部、３…コア、４…クラッド。
【図１】
0003816271.tif 000004
【図２】
0003816271.tif 000005
【図３】
0003816271.tif 000006