WO1999057587A1 - Fibre optique - Google Patents

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Takatoshi Kato
Masashi Onishi
Eisuke Sasaoka
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • G02B6/0283—Graded index region external to the central core segment, e.g. sloping layer or triangular or trapezoidal layer

Definitions

  • the present invention relates to a single mode optical fiber that can be used for a communication cable or the like as a long-distance transmission line such as optical communication, and is particularly suitable for large-capacity optical communication such as wavelength division multiplexing (WDM) transmission. It is about dispersion-shifted fiber.
  • WDM wavelength division multiplexing
  • a single-mode optical fiber (hereinafter referred to as a single-mode optical fiber for 1.5-5.5-m wavelength) applied to a transmission line for light in the 1.5-55-m wavelength band uses light in the 1.5-55-m wavelength band. It is designed so that its chromatic dispersion (the phenomenon that a pulse wave spreads because the propagation speed of light varies depending on the wavelength) becomes zero (dispersion shift fiber with a zero dispersion wavelength of 1.55 ⁇ m).
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-304655 US Pat. No. 5,613,027
  • US Pat. No. 5,659,649 disclose a core region.
  • a dispersion-shifted fiber having a refractive index profile of a ring-shaped core structure which comprises an inner core and an outer core having a higher refractive index than the inner core.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-248481 European Patent No. 0 724 171 A2
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-33734 describes that a core region includes a first core and a first core.
  • JP-A-63-43107 and JP-A-2-141704 disclose a depressed structure in which a cladding region is composed of an inner cladding and an outer cladding having a higher refractive index than the inner cladding. A clad structure has also been proposed.
  • nonlinear optical effect is caused by nonlinear phenomena such as four-wave mixing (FWM), self-phase modulation (SPM), and cross-phase modulation (XPM). This is a phenomenon in which the signal light pulse is distorted in proportion to the light intensity density, etc., and is a limiting factor in the transmission speed and the relay interval in the relay transmission system. Disclosure of the invention
  • N 2 is the nonlinear refractive index (unit: m 2 / W)
  • a efi is the effective area (unit: Aim 2 )
  • P is the optical power.
  • the nonlinear refractive index N 2 is defined as follows. That is, the refractive index ⁇ N> of the medium under strong light changes with the optical power. Therefore, the lowest order effect on this refractive index ⁇ N> is
  • N> ⁇ N. > + ⁇ N 2 > ⁇ I... (2)
  • the refractive index ⁇ N> of the medium is a normal value ⁇ N. > And the increase in proportion to the light intensity.
  • the second term proportionality constant ⁇ N 2 > (unit: m 2 / W) is called the nonlinear refractive index.
  • the effective area A eff is given by the following equation (3) as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-248251 (EP 0 724 171 A2). (0 E 2 rdr) 2 / (0 E 4 rdr)-(3) where E is the electric field associated with the propagating light, and r is the radial distance from the core center (the central axis of the optical fiber).
  • an optical fin having a refractive index profile of a ring-shaped core structure has a lower side pressure loss than an optical fiber having another refractive index profile, for example, a refractive index profile of a dual ring core structure or a multilayer core structure, but still has There is an upper limit.
  • the increase in bending loss and lateral pressure loss with an increase in the effective area A eff is an essential problem of the optical fiber and cannot be avoided.
  • An optical fiber according to the present invention includes: a core region extending along a predetermined axis; It has a cladding region provided on the outer periphery of the region and is suitable for a single mode optical fiber mainly composed of quartz glass.
  • the optical fiber according to the present invention has an absolute value of 1.0 to 4.5 ps / nm / km with respect to light having a wavelength of 1550 nm in consideration of application to recent wavelength division multiplexing transmission and the like. And an effective area of 70 zm 2 or more, and a cutoff wavelength of 1.3 ⁇ m (1300 nm) or more at a fiber length of 2 m.
  • the optical fiber according to the present invention extends along the central axis and is provided on the outer periphery of the central region 101 having a predetermined refractive index and the central region 101.
  • 103 at least.
  • the second annular region 103 reduces the nonlinear refractive index N 2 and suppresses the occurrence of nonlinear phenomena (see the above equation (1)), the refractive index of the second annular region 103 in the radial direction from the center of the optical fiber 100 is increased.
  • the amount of fluorine, which is a refractive index lowering agent, is adjusted so that the refractive index decreases.
  • the radius of the first annular region 102 is particularly set to 1.5 ⁇ m or more in order to avoid concentration of the optical power near the central axis.
  • the relationship between the effective area A eff given by the above equation (3) and the mode field MFD is given by the following equation (4), and the proportional constant k in the equation (4) is 1.4 or more. Is preferred.
  • the contribution to the nonlinear refractive index N 2 in each region of the optical fiber is larger in the first annular region 102 than in the second annular region 103,
  • the first annular region 102 greatly contributes to the above-described determination of various characteristics of the optical fiber at the wavelength of 1505 nm.
  • the amount of added fluorine is controlled such that the shape of the refractive index profile in the second annular region 103 is inclined from the center of the optical fiber 100 toward the periphery. That is, the optical power of the light propagating in the optical fiber 100 is large.
  • the amount of fluorine added to the inner portion of the second annular region 103 is reduced while the outer portion of the second annular region 103 is reduced.
  • the amount of fluorine added is increased, and the refractive index aperture file in the second annular region 103 is deliberately tilted, so that the nonlinear refractive index of the entire optical fiber is increased. N 2 is reduced.
  • Various embodiments can be applied to the structure of the refractive index profile for realizing the optical fiber according to the present invention. That is, as the structure of the refractive index profile in the core region of the optical fiber, a ring-shaped core structure, a dual ring structure, a multilayer core structure, or the like can be applied, and the refractive index profile of the cladding region is depressed. A clad structure is also applicable.
  • a refractive index profile of the optical fiber according to the present invention when a refractive index profile 250 of a ring-shaped core 'depressed clad structure as shown in FIGS. 2A and 2B is adopted.
  • Optical fiber extending along the central axis of 200 The central region 101 corresponds to the side core 2 11, and the first annular region 102 corresponds to the outer core 2 12 provided on the outer periphery of the inner core 211.
  • the second annular region 103 corresponds to the inner cladding 21 provided on the outer periphery of the outer core 21.2.c.
  • the glass regions 211, 212, and 221 are defined as follows. The relative refractive index difference is given based on the outer cladding 222 provided on the outer periphery of the inner cladding 222.
  • the optical fiber 400 When the refractive index profile 450 of a dual ring core structure as shown in FIGS. 7A and 7B is adopted as the refractive index profile of the optical fiber according to the present invention, the optical fiber 400
  • the central area 101 corresponds to the first core 4 11 extending along the central axis of the first core 4 11, and the second core 4 12 provided on the outer periphery of the first core 4 11
  • the first annular region 102 corresponds to the first annular region 102
  • the third annular region 103 provided on the outer periphery of the second core 412 corresponds to the second annular region 103.
  • a fourth core 414 is provided on the outer periphery of the third core 413, and a cladding area is provided on the outer periphery of the fourth core.
  • 420 is provided.
  • Each of the glass regions 4 11, 4 12, 4 13, and 4 14 is given a relative refractive index difference based on the cladding region 4 20.
  • a distress clad structure may be adopted.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing a main part of the optical fiber according to the present invention.
  • FIG. 1A shows its cross-sectional structure
  • FIG. 1B shows its refractive index profile.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams showing a first embodiment of the optical fin according to the present invention.
  • FIG. 2A is a sectional view of the optical fin
  • FIG. 2B is a refractive index profile thereof (a ring-shaped core “depressed clad”). Structure).
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the refractive index profile and the optical power distribution in the optical fiber according to the first example.
  • FIGS.4A and 4B show reference light as an index prepared for an experiment showing the relationship between the nonlinear refractive index of the optical fiber according to the first embodiment and the inclination of the refractive index aperture file.
  • FIG. 4A shows a fiber
  • FIG. 4A shows its cross-sectional structure
  • FIG. 4B shows its refractive index profile.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the refractive index profile and the optical power distribution in the reference fiber shown in FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 6 is a graph showing the measurement results of Experiments 1 to 3 showing the relationship between the nonlinear refractive index and the inclination of the refractive index profile for the optical fibers according to the first and second examples.
  • FIG. 7A and 7B are views showing a second embodiment of the optical fiber according to the present invention.
  • FIG. 7A shows the cross-sectional structure
  • FIG. 7B shows the refractive index profile (dual ring core structure). ing.
  • FIG. 8A and 8B show a reference optical fiber as an index prepared for an experiment showing the relationship between the nonlinear refractive index of the optical fiber and the inclination of the refractive index aperture file according to the third embodiment.
  • FIG. 8A shows its cross-sectional structure
  • FIG. 8B shows its refractive index profile.
  • FIG. 9 is a view for explaining a modified example of the refractive index profile of the optical fiber according to the present invention.
  • the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing a main part of the optical fiber according to the present invention.
  • FIG. 1A shows its cross-sectional structure
  • FIG. 1B shows its refractive index profile.
  • the optical fiber 100 according to the present invention includes a core region extending along a central axis; An optical fiber mainly composed of quartz glass and having a cladding region formed on the outer periphery of the core region.
  • the optical fino 100 is provided on a central region 101 having an outer diameter a 1 having a predetermined refractive index and an outer diameter b having a higher refractive index n 2 than the central region 101.
  • impurities such as fluorine are added so that the refractive index n 3 (r) of the second annular region 103 gradually decreases from the center of the optical fiber 100 toward the periphery.
  • r is the distance in the radial direction from the center of the optical fiber 100.
  • the horizontal axis of the refractive index profile 150 shown in FIG. 1B corresponds to each position of the line L1 in FIG. 1A.
  • O t denotes the intersection of the central axis line L 1 of the optical fiber 10 0.
  • the refractive index profile 150 indicates a refractive index in each glass region
  • a region 151 indicates each portion on the line L1 of the central region 101
  • a region 152 indicates the first annular region.
  • Each region and region 153 on the line L1 of 102 correspond to each region on the line L1 of the second annular region 103, respectively.
  • the amount of nonlinear phenomena generated is proportional to the amount of change given by equation (1).
  • the present invention provides a structure that suppresses the occurrence of nonlinear phenomena by reducing the nonlinear refractive index N 2 in view of the limit of the increase in the effective area A eff caused by bending loss and lateral pressure loss.
  • the second annular region 103 located outside the first annular region 102 attention is paid to the second annular region 103 located outside the first annular region 102, and the shape of the refractive index profile in the second annular region 103 is defined by the optical fiber 1
  • the amount of fluorine added is controlled so as to be inclined from the center of 00 toward the periphery. That is, while the amount of fluorine added is reduced in the inner portion of the second annular region 103 where the optical power of the light propagating in the optical fiber 100 is large, the outside of the second annular region 103 is reduced.
  • the optical fiber 100 according to the present invention is designed such that the refractive index in the inner portion of the second annular region 103 is higher than the refractive index in the outer portion of the annular region 103. I have.
  • FIG. 1 The optical fiber according to the first embodiment has a refractive index profile of a ring-shaped core and a displaced clad structure.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams showing a first embodiment of the optical fiber according to the present invention.
  • FIG. 2A is a sectional view of the optical fiber
  • FIG. 2B is a refractive index profile thereof (ring-shaped core 'depressed clad'). Structure) is shown.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the refractive index profile 250 and the optical power distribution 260 in the optical fiber 200 according to the first embodiment. Note that the optical power distribution 260 in FIG. 3 is standardized with the maximum value being 1.
  • the optical fiber 200 also has a core region 210 extending along the central axis and a cladding region 220 formed on the outer periphery of the core region 210.
  • An optical fiber mainly composed of glass.
  • the core region 210 comprises an inner core 211 having an outer diameter a 2 having a refractive index, provided on an outer periphery of the inner co ⁇ 211., consists outer core 21 and second outer diameter b 2 having a refractive index n 2 ONO I have.
  • the cladding region 220 is provided on the outer periphery of the outer core 212 and is doped with fluorine so that the refractive index n 3 (r) ( ⁇ n 2 ) gradually decreases from the center of the optical fiber 200 toward the periphery.
  • an outer cladding 222 provided on the outer periphery of the inner cladding 221 and having a refractive index n 4 (> n 3 (r)).
  • r is the distance in the radial direction from the center of the optical fiber 200.
  • the inner core 211 corresponds to the central region 101
  • the outer core 212 corresponds to the first annular region 102
  • the inner cladding 221 corresponds to the second annular region. This corresponds to the area 103.
  • the horizontal axis of the refractive index profile 25 ° shown in FIG. 2B corresponds to each position of the line L2 in FIG. 2A, and 0 2 in FIG. 2A indicates the center of the optical fin 200. This is the intersection of the axis and line L2. More specifically, the refractive index profile 250 indicates the relative refractive index difference of each of the glass regions 211, 212, and 221 with respect to the outer clad 222, and the region 251 corresponds to each of the inner cores 211 on the line L2.
  • the region and region 252 are each region on the line L2 of the outer core 212, the region 253 is each region on the line L2 of the inner clad 221 and the region 254 is on the line L2 of the outer clad 222. Each part corresponds to each part.
  • the relative refractive index difference ⁇ is defined as shown in the following equation (5).
  • n c is the refractive index of the outer clad 222 as a reference r
  • n t corresponds to the refractive indices ni, n 2 , and n 3 (r) of the glass regions 211, 212, and 221 respectively.
  • the relative refractive index difference .DELTA..eta 2 of the outer core 212 given by (n 2 2 -n 4 2 ) / 2n 4 2
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 (r) of the inner cladding 211 is given by (ri 3 (r) 2 -n 4 2 ) / 2 ⁇ 4 2 .
  • the refractive indices in the above formulas are not in any order, and the glass region having a negative relative refractive index difference with respect to the outer cladding 222 has a refractive index lower than the refractive index ⁇ 4 of the outer cladding 222. It means that it is an area.
  • the relative refractive index difference of each glass region is expressed as a percentage.
  • FIG. 4A and 4B show a reference optical fiber 300 prepared as an index for Experiment 1.
  • FIG. 4A shows its cross-sectional structure
  • FIG. 4B shows its refractive index profile. Is shown.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the refractive index profile 350 and the optical power distribution 360 of the reference optical fiber 300 shown in FIGS. 4A and 4B. Note that the optical power distribution 360 in FIG. 5 is standardized with the maximum value being 1.
  • the reference optical fiber 300 is configured such that the core region 310 includes an inner core 311 having an outer diameter a 3 having a refractive index n ⁇ and an outer core 312 having an outer diameter b 3 having a refractive index n 2 (> r).
  • the cladding region 320 includes an inner cladding 221 having an outer diameter c 3 having a refractive index n 3 ( ⁇ n 2 ) and an outer cladding 322 having a refractive index n 4 (> n 3 ).
  • the relative refractive index difference n 3 of the inner cladding 321 with respect to the outer cladding 322 is constant (the inclination (% / ⁇ m) of the refractive index aperture file is 0).
  • the refractive index profile 350 in FIG. 4B is the relative refractive index difference of each glass region 311, 312, 321 with respect to the outer cladding 322 in FIG.
  • Region 35 1 is a portion of the inner core 3 11 on the line L 3
  • a region 3 52 is a portion of the outer core 3 12 on the line L 3
  • a region 3 53 Represents each part of the inner cladding 321 on the line L3
  • the region 354 corresponds to each part of the outer cladding 322 on the line L3.
  • ⁇ 3 in FIG. 4A is an intersection of the central axis line L 3 of the reference optical fiber 300.
  • each composition parameter is given as follows.
  • the radius (a 3/2) of the inner core 3 11 is 2.6, and the cutoff wavelength at a length of 2 m is 1.45 1.m It is.
  • the prepared reference optical fiber 300 has the following characteristics with respect to light having a wavelength of 1550 nm.
  • each glass region contributes as follows for the nonlinear refractive index N 2.
  • Inner core 18.1% Outer core 52.5%
  • each sample optical fiber was prepared by measuring the relative refractive index difference ⁇ 3 in the inner clad (corresponding to the inner clad 221 in the first embodiment) in which the refractive index profile was inclined.
  • the average ⁇ 3 ⁇ of (r), the relative refractive index difference ⁇ of the inner core to the outer cladding, and the outer diameter ratio c 3 / b 3 of the inner cladding to the outer core are fixed, and the relative refractive index of the inner cladding to the outer cladding.
  • the difference ⁇ 3 (r) is changed respectively.
  • the reference optical fiber prepared in Experiment 2 has the same structure as the optical fiber 300 shown in FIGS. 4A and 4B, and has the following composition parameters. Also in Experiment 2, the nonlinear refractive index N 2 (m 2 / W) is measured for various sample optical fibers having different refractive index profiles with reference to the reference optical fiber. Graph (2) in FIG. 6 shows the measurement results of Experiment 2.
  • the radius (a 3/2) of the inner core 311 is 2.7 ⁇ m, and the cutoff wavelength at a length of 2 m is 1.45. ⁇ M.
  • the prepared reference optical fiber 300 has the following characteristics with respect to light having a wavelength of 1550 nm.
  • the prepared reference optical fiber was used as a reference.
  • the sample optical fiber with the gradient (% / m) of the refractive index profile in the inner cladding is prepared without changing the characteristics for the light of 155 Onm wavelength.
  • the nonlinear refractive index N 2 (m 2 / W) was measured.
  • Graph (2) in Fig. 6 shows the results of the experiment.
  • point B corresponds to the reference optical fiber prepared in Experiment 2.
  • the prepared sample optical fibers had a relative refractive index difference ⁇ 3 (r) in the inner cladding (corresponding to the inner cladding 221 of the first embodiment) in which the refractive index profile was inclined.
  • average .DELTA..eta 3Arufanyuipushiron of, the outer diameter ratio c3 / b3 of the inner clad against relative refractive index difference .DELTA..eta and outer core of the inner core with respect to the outer clad is fixed, the relative refractive index difference of the inner clad with respect to the outer clad .DELTA..eta 3 ( r) can be changed respectively.
  • the optical fiber according to the second embodiment has a refractive index profile of a dual ring core structure.
  • FIG. 7A is a diagram showing a second embodiment of the optical fiber according to the present invention.
  • FIG. 7A shows its sectional structure
  • FIG. 7B shows its refractive index profile (dual ring core structure).
  • the optical fiber 400 according to the second embodiment also has a core region 410 extending along the central axis, and a cladding region formed on the outer periphery of the core region 410.
  • 420 is an optical fiber mainly composed of quartz glass.
  • the core region 410 is provided on the outer periphery of the first core 41 1 having an outer diameter a 4 having a refractive index and the outer periphery of the first core 41 1, and has a refractive index n 2 OnJ.
  • clad region 420 has a refractive index n 5 lower than the fourth core 414.
  • r is the distance in the radial direction from the center of the optical fiber 200.
  • the first core 411 corresponds to the central region 101
  • the second core 412 corresponds to the first annular region 102
  • the third core 413 corresponds to the third core 413. This corresponds to the two annular regions 103.
  • the horizontal axis of the refractive index profile 450 shown in FIG. 7 B is equivalent to the position of the line L 4 in FIG. 7 A, the center axis of the 0 4 in Fig. 7 A is the optical Huai server 400 And the line L4.
  • the refractive index profile 450 indicates the relative refractive index difference between each of the glass regions 411, 412, 413, and 414 with respect to the cladding region 420, and the region 451 is the first core 411.
  • the regions 455 on the line L4 of FIG. 4 correspond to the regions on the line L4 of the cladding region 420, respectively.
  • the relative refractive index differences ⁇ 2 , ⁇ 3 (r), and ⁇ 4 of the glass regions 411, 412, 413, and 414 with respect to the cladding region 420 are given by the above formula (5).
  • the refractive index n t in the expression (5) is the refractive index n ′′ n 2 , n 3 (r ), And correspond respectively to n 4, n c is you corresponds to the refractive index n 5 of the clad region 420
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams showing a reference optical fiber 500 prepared as an index for Experiment 3, FIG. 8A shows its cross-sectional structure, and FIG. 8B shows its refractive index profile. Each is shown.
  • the reference optical fiber 500 includes a first core 511 having an outer diameter of a 5 to core region 510 has a refractive index rii, the second core 512 having an outer diameter b 5 having a refractive index n 2 On, the refractive index n 3 ⁇ a third core 513 having an outer diameter c 5 having (n 2, refractive Oriritsu n 4) is composed of a fourth core 514 having an outer diameter d 5 having a (> n 3), clad area 520 It has a lower refractive index n 5 than the fourth core 514.
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 of the third core 513 with respect to the cladding region 520 is constant (the gradient (% / ⁇ m) of the refractive index profile is 0).
  • the refractive index profile 550 of FIG. 8B shows the relative refractive index difference (defined as in the second embodiment) of each glass region 511, 512, 513, 514 with respect to the cladding region 520 in FIG. 8A.
  • the region 551 is each portion of the first core 511 on the line L5
  • the region 552 is each portion of the second core 512 on the line L5
  • the region 553 is each portion of the third core 513 on the line L5.
  • the region 554 corresponds to each part of the fourth core 514 on the line L5, and the region 555 corresponds to each part of the cladding region 520 on the line L5.
  • 0 5 in FIG. 8 A is an intersection of the central axis line L 5 of the reference light Huai bus 500.
  • each composition parameter is as follows. Has been given.
  • the radius ( a 5/2) of the first core 5 11 is 1.8 ⁇ m, and the cutoff wavelength at a length of 2 m is 1.4. 2 ⁇ m.
  • the prepared reference optical fiber 500 has the following various characteristics with respect to light having a wavelength of 1550 nm.
  • the gradient (% / ⁇ m) of the refractive index profile in the third core 5 13 was determined without changing various characteristics for light having a wavelength of 1550 nm with reference to the reference optical fiber 500.
  • a plurality of modified sample optical fibers were prepared, and the nonlinear refractive index N 2 (mVW) of each of the sample optical fibers was measured.
  • Graph (3) in Fig. 6 is the measurement result of Experiment 3.
  • point C corresponds to the reference optical fiber 500 shown in FIGS. 8A and 8B.
  • each of the prepared sample optical fibers had a refractive index profile.
  • Average of relative refractive index difference ⁇ 3 (r) in the third core in which the aisle is inclined (corresponding to the third core 513 in the second embodiment)
  • the outer diameter ratio c 5 / b5 of the third core to the second core, 4 outer diameter ratio of the third core to core c 5 / d 5 the relative refractive index difference of the fourth Koa against relative refractive index difference delta n and cladding region of the first Koa respect to the cladding region ⁇ n 4 is fixed, the cladding region ,
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 (r) of the third core with respect to is changed.
  • the relative refractive index difference of the second core against the clad region .DELTA..eta 2 and the outer diameter ratio a 5 / b5 of the first core also with respect to the second core the wavelength 1550 nm Is adjusted in accordance with the change in the relative refractive index difference ⁇ 3 (r) so that the various characteristics of the light do not change.
  • the average ⁇ 3 ⁇ of the relative refractive index difference (r) in the third core is given by the above equation (6).
  • the proportionality in the above equation (4) showing the relationship between the effective area A efi and the mode field diameter MFD for light having a wavelength of 155 Onm.
  • the constant k is preferably 1.5 or more.
  • the radius of the central region is preferably set to 1.5 m or more.
  • the refractive index profile of the second annular region (corresponding to the inner cladding 221 in the first embodiment and the third core 13 in the second embodiment) in the optical fiber according to the present invention is described.
  • a value (indicating the inclination of the depressed portion 601 in the refractive index profile 600) % / ⁇ M) is given as the slope of the approximate straight line obtained by the least square method or the like.
  • the refractive index gradually decreases from the center to the periphery of the optical fiber at the outer periphery of the glass region that is located at the center and forms the refractive index profile of the ring-shaped core structure.
  • the provision of the annular region has the effect of reducing the nonlinear refractive index and more effectively suppressing the occurrence of the nonlinear phenomenon.

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Description

明糸田
光ファイバ 技術分野
この発明は、 光通信などの長距離伝送路として通信ケーブル等に使用可能なシ ングルモード光ファイバに関し、 特に、 波長分割多重 （WDM: Wave length Divisio n Multiplexing) 伝送等の大容量光通信に好適な分散シフ トファイバ （dispersi on-shifted fiber) に関するものである。 背景技術
従来から、 伝送路としてシングルモード光ファイバが適用された光通信システ ムでは、 通信用信号光として 1 . 3 m波長帯または 1 . 5 5 / m波長帯の光が 利用されることが多かった。 ただし、 最近では伝送路中における伝送損失低減の 観点から 1 . 5 5 Ad m波長帯の光の使用が増しつつある。 こうした 1 . 5 5〃m 波長帯の光の伝送路に適用されるシングルモード光ファイバ （以下、 1 . 5 5〃 m用シングルモード光ファイバという） では、 1 . 5 5〃m波長帯の光に対する、 その波長分散 （波長によって光の伝搬速度が異なるためパルス波が広がる現象） がゼロになるよう設計されている （零分散波長 1 . 5 5〃mの分散シフ トフアイ バ） 。
このような分散シフ トファイバとして、 例えば特閧平 8— 3 0 4 6 5 5号公報 (米国特許第 5，613，027号公報） や米国特許第 5，659，649号公報には、 コア領域が 内側コアと、 該内側コアよりも高い屈折率を有する外側コアとから構成された、 リング状コア構造の屈折率プロファイルを有する分散シフトファイバが提案され ている。 また、 特閧平 8— 2 4 8 2 5 1号公報 （欧州特許 0 724 171 A2号公報） ゃ特開平 9— 3 3 7 4 4号公報には、 コア領域が、 第 1コアと、 該第 1コアより も高い屈折率を有する第 2コアと、 該第 2コアよりも低い屈折率を有する第 3コ ァと、 該第 3コアよりも高い屈折率を有する第 4コアとから構成された、 デュア ルリングコァ構造の屈折率プロ.ファイルを有する分散シフトファイバが提案され ている。
なお、 特開昭 63— 43107号公報ゃ特開平 2— 141704号公報には、 クラッ ド領域が内側クラッ ドと、 該内側クラッ ドよりも高い屈折率を有する外側 クラッドとから構成されたディプレストクラッ ド構造も提案されている。
さらに、 近年は、 波長分割多重 （WDM)伝送や光増幅器の登場により長距離 伝送が可能になり、 非線形現象を避けるため、 上述のような光ファイバについて 種々の改良がなされてきた。 なお、 非線形光学効果とは、 四光波混合 （FWM : four-wave mixing) 、 自己位相変調 (SPM： self -phase modulation)、 相 互 位相変調 （XPM： cross-phase modulation) などの非線形現象により、 光強度 の密度等に比例して信号光パルスが歪む現象であり、 伝送速度や中継伝送システ ムにおける中継間隔の制約要因となる。 発明の開示
一般に、 非線形現象の発生量は以下の式 （1) で与えられる屈折率の変化量に 比例することが知られている。
(N2/Aeff) P … (1)
ここで、 N2は非線形屈折率 （単位： m2/W) 、 Aefiは実効断面積 （単位： Aim2) 、 そして、 Pは光パワーである。
なお、 非線形屈折率 N2は以下のように定義されている。 すなわち、 強い光の 下における媒質の屈折率 <N>は、 光パワーによって変わる。 したがって、 この 屈折率 < N >に対する最低次の効果は、
ぐ N> = <N。> + <N2> · I … （2) ここで、 <N。> ：線形分極に対する屈折率
<N2>：非線形分極に対する非線形屈折率 I ：光強度
で表される。 強い光の下では、 媒質の屈折率 <N>は通常の値 <N。>と光強度 に比例する増加分との和で与えられる。 特に、 第 2項の比例定数 <N2〉 （単位 ： m2/W) が非線形屈折率と呼ばれる。
また、 実効断面積 Aeffは、 特開平 8— 24825 1号公報 （EP 0 724 171 A2) に示されたよ うに、 以下の （3) 式で与えられる。
Figure imgf000005_0001
( 0 E2rdr) 2/ ( 0 E4rdr) - (3) ただし、 Eは伝搬光に伴う電界、 rはコア中心 （光ファイバの中心軸） からの 半径方向の距離である。
上述された従来の光ファイバは、 いずれも非線形現象の発現を抑制するため、 実効断面積 Aeffを拡大するよう設計されていた。 しかしながら、 発明者らは従 来の光ファイバについて検討した結果、 以下のような課題を発見した。 すなわち、 実効断面積 Aeffの拡大は、 光ファイバを所定の曲率で曲げたときの伝送損失 （以 下、 曲げロスという） や光ファイバの側面に加えられた外圧 （側圧） に起因する 伝送損失 （以下、 側圧ロスという） の増大を引き起こすため、 必然的に限界があ る。 また、 一般に、 リング状コア構造の屈折率プロファイルを有する光ファイノ、 は、 他の屈折率プロファイル、 例えばデュアルリングコア構造や多層コア構造の 屈折率プロファイルを有する光ファイバよりも側圧ロスは少ないが、 それでも上 限はある。 このように、 実効断面積 Aeffの 拡大とともに曲げロスや側圧ロスが 増大することは、 光ファイバの本質的な問題でもあり、 避けることはできない。 この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、 曲げ損失等の 伝送損失を増加させることなく、 非線形現象の発現を効果的に抑制する構造を備 えた光ファイバを提供することを目的とする。
この発明に係る光ファイバは、 所定の軸に沿って伸びたコア領域と、 該コア領 域の外周に設けられたクラッ ド領域を有するとともに、 石英ガラスを主成分とす るシングルモード光ファイバに好適である。 また、 この発明に係る光ファイバは、 近年の波長分割多重伝送等への適用を考慮し、 波長 1550 nmの光に対して、 絶対値が 1. 0〜4. 5 p s/nm/kmの分散と、 70 zm2以上の実効断面 積とを有するとともに、 2mのファイバ長において、 1. 3〃m ( 1300 nm) 以上のカツ トオフ波長を有する。
具体的に、 この発明に係る光ファイバは、 図 1 A及び図 1Bに示されたように、 中心軸に沿って伸び、 所定の屈折率を有する中心領域 101と、 中心領域 101 の外周に設けられ、 該中心領域 101よりも高い屈折率を有する第 1環状領域 1 02と、 第 1環状領域 102の外周に設けられ、 該第 1環状領域 102よりも低 い屈折率を有する第 2環状領域 103とを、 少なくとも備えている。
特に、 上記第 2環状領域 103は、 非線形屈折率 N 2を低減して非線形現象の 発現を抑制するため （上記式 （1) 参照） 、 当該光フ 100の中心から半 径方向に、 その屈折率が低下するよう、 屈折率低下剤であるフッ素の添加量が調 節されている。 また、 この発明に係る光ファイバでは、 上記第 1環状領域 102 の半径は、 中心軸近傍での光パヮ "^の集中を避けるため、 特に 1. 5〃m以上に 設定されている。 なお、 上記式 （3) で与えられる実効断面積 Aeffとモードフ ルド怪 MFDとの関係は以下の式 （4) で与えられ、 該式 （4) における比 例定数 kは 1. 4以上であるのが好ましい。
Aeff=k · (ττ/4) · (MFD) 2 … （4) ファイバ組成に対する非線形屈折率 N 2の依存性は、 T.Kato, et al. "Estimat ion of nonlinear refractive index in various silica-based glasses ror op tical fibers"(OPTICS LETTERS, Vol.20, No.22, Nov. 15, 1995)に示されたよ うに、 純石英が最も小さく、 フッ素のような不純物が添加されると大きくなるこ とが知られている。 また、 光ファイバの各領域における非線形屈折率 N2への寄 与は、 上記第 1環状領域 102の方が上記第 2環状領域 103よりも大きいが、 この第 1環状領域 1 0 2は、 上述された当該光ファイバの波長 1 5 5 0 n mにお ける諸特性決定にも大きく寄与する。
そこで、 この発明では、 第 1環状領域 1 0 2の外側に位置する第 2環状領域 1 0 3に着目した。 具体的には、 第 2環状領域 1 0 3における屈折率プロファイル の形状を、 当該光ファイバ 1 0 0の中心から周辺に向かって傾けるよう、 フッ素 添加量が制御されている。 すなわち、 当該光ファイバ 1 0 0内を伝搬する光の光 パワーが大きな、 第 2環状領域 1 0 3の内側部分にはフッ素添加量を少なくする 一方、 該第 2環状領域 1 0 3の外側部分に向かって （伝搬光の光パワーが弱まる につれて） 、 フッ素添加量を増加させ、 該第 2環状領域 1 0 3における屈折率プ 口ファイルを故意に傾けることにより、 当該光ファイバ全体の非線形屈折率 N 2 が低減される。
発明者らは後述する実験結果から、 上記第 2環状領域 1 0 3において、 基準と なるガラス領域に対する第 2環状領域 1 0 3の比屈折率差が、 当該光ファイバの 中心から 1〃m離れるにつれ、 0 . 0 2 %以上低下するよう、 該第 2環状領域 1 0 3における屈折率プロファイルを傾けるのが好ましいことを発見した。 なお、 この屈折率プロファイルの傾きを示す値 （％/〃m) は、 第 2環状領域 1 0 3に おける屈折率プロファイルの形状が直線でない場合には、 最小二乗法等により得 られる近似直線の傾きとして与えられる。
また、 この発明に係る光ファイバを実現する屈折率プロファイルの構造は、 種 々の態様が適用可能である。 すなわち、 当該光ファイバのコア領域の屈折率プロ ファイルの構造としては、 リング状コア構造、 デュアルリング構造、 あるいは多 層コア構造等が適用可能であり、 クラッド領域の屈折率プロファイルとしては、 ディプレストクラッ ド構造も適用可能である。
例えば、 この発明に係る光ファイバの屈折率プロファイルとして、 図 2 A及び 図 2 Bに示されたようなリング状コア 'ディプレストクラッ ド構造の屈折率プロ ファイル 2 5 0が採用された場合、 光ファイバ 2 0 0の中心軸に沿って伸びた内 側コア 2 1 1には上記中心領域 1 0 1が相当し、 該内側コア 2 1 1の外周に設け られた外側コア 2 1 2には上 Ϊ己第 1環状領域 1 0 2が相当し、 該外側コア 2 1.2 の外周に設けられた内側クラッ ド 2 2 1には上記第 2環状領域 1 0 3が相当する c なお、 これら各ガラス領域 2 1 1、 2 1 2、 2 2 1は、 内側クラッド 2 2 1の外 周に設けられた外側クラッド 2 2 2を基準にして比屈折率差が与えられる。
また、 この発明に係る光ファイバの屈折率プロファイルとして、 図 7 A及び図 7 Bに示されたようなデュアルリングコァ構造の屈折率プロファイル 4 5 0が採 用された場合、 光ファイバ 4 0 0の中心軸に沿って伸びた第 1コア 4 1 1には上 記中心領域 1 0 1が相当し、 該第 1コア 4 1 1の外周に設けられた第 2コア 4 1 2には上記第 1環状領域 1 0 2が相当し、 該第 2コア 4 1 2の外周に設けられた 第 3コア 4 1 3には上記第 2環状領域 1 0 3が相当する。 なお、 図 7 A及び図 7 Bの光ファイバ 4 0 0には、 第 3コア 4 1 3の外周に第 4コア 4 1 4が設けられ るとともに、 該第 4コアの外周にはクラッ ド領域 4 2 0が設けられている。 そし て、 これら各ガラス領域 4 1 1、 4 1 2、 4 1 3、 4 1 4は、 クラッ ド領域 4 2 0を基準にして比屈折率差が与えられる。 この屈折率プロファイル 4 5 0におい てもデイスレストクラッド構造を採用してもよい。 - 図面の簡単な説明
図 1 A及び図 1 Bは、 この発明に係る光ファイバにおける主要部分を示す図で あり、 図 1 Aはその断面構造、 図 1 Bはその屈折率プロファイルをそれぞれ示し ている。
図 2 A及び図 2 Bは、 この発明に係る光ファイノ の第 1実施例を示す図であり、 図 2 Aはその断面構造、 図 2 Bはその屈折率プロファイル （リング状コア 'ディ プレストクラッ ド構造） をそれぞれ示している。
図 3は、 第 1実施例に係る光ファイバにおける、 屈折率プロファイルと光パヮ —分布との関係を示すグラフである。 図 4 A及び図 4 Bは、 第 1実施例に係る光フアイバの非線形屈折率と屈折率プ 口ファイルの傾斜との関係を示す実験のために用意された、 指標と.しての基準光 ファイバを示す図であり、 図 4 Aはその断面構造、 図 4 Bはその屈折率プロファ ィルを示している。
図 5は、 図 4 A及び図 4 Bに示された基準ファイバにおける、 屈折率プロファ ィルと光パワー分布との関係を示すグラフである。
図 6は、 第 1及び第 2実施例に係る光ファイバについて、 その非線形屈折率と 屈折率プロフアイルの傾斜との関係を示す実験 1〜 3の各測定結果を示すグラフ である。
図 7 A及び図 7 Bは、 この発明に係る光フアイバの第 2実施例を示す図であり、 図 7 Aはその断面構造、 図 7 Bはその屈折率プロファイル （デュアルリングコア 構造） をそれぞれ示している。
図 8 A及び図 8 Bは、 第 3実施例に係る光ファイバの非線形屈折率と屈折率プ 口ファイルの傾斜との関係を示す実験のために用意された、 指標としての基準光 ファイバを示す図であり、 図 8 Aはその断面構造、 図 8 Bはその屈折率プロファ ィルをそれぞれ示している。
図 9は、 この発明に係る光ファイバにおいて、 その屈折率プロファイルの変形 例を説明するための図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明に係る光ファイバを、 図 1 A〜2 B、 3、 4 A、 4 B、 5〜6、 7 A〜8 B、 及び 9を用いて説明する。 なお、 図中、 同一部分については同一符 合を付して重複する説明を省略する。
図 1 A及び図 1 Bは、 この発明に係る光ファイバにおける主要部分を示す図で あり、 図 1 Aはその断面構造、 図 1 Bはその屈折率プロファイルをそれぞれ示し ている。 この発明に係る光フ 1 0 0は、 中心軸に沿って伸びたコア領域と、 該コア領域の外周に形成されたクラッ ド領域を有する、 石英ガラスを主成分とす る光ファイバである。 そして、 光ファイノ 100は、 所定の屈折率 を有する 外径 a 1の中心領域 10 1と、 中心領域 10 1の外周 に設けられ、 該中心領域 101よりも高い屈折率 n2を有する外径 b 1の第 1環状領域 10'2と、 第 1環 状領域 102の外周に設けられ、 該第 1環状領域 102よりも低い屈折率 n3 (r ) を有する外径 c 1の第 2環状領域 103とを、 少なくとも備えて いる。 特に、 第 2環状領域 103の屈折率 n3 (r) は、 当該光ファイバ 100 の中心から周 辺に向かって徐々に低下するよう、 フッ素等の不純物が添加されている。 なお、 rは当該光ファイバ 100の中心から半径方向の距離である。
ここで、 図 1 Bに示された屈折率プロファイル 150の横軸は、 図 1 Aにおけ る線 L 1の各位置に相当している。 また、 図 1A中、 Otは当該光ファイバ 10 0の中心軸と線 L 1との交点を示す。 具体的には、 この屈折率プロファイル 15 0は、 各ガラス領域における屈折率を示しており、 領域 1 51は上記中心領域 1 01の線 L 1上における各部位、 領域 152は上記第 1環状領域 102の線 L 1 上における各部位、 領域 153は上記第 2環状領域 103の線 L 1上における各 部位にそれぞれ対応している。
上述されたように、 非線形現象の発生量は上記式 （ 1) で与えられる変化量に 比例する。 この発明は、 曲げロスや側圧ロスに起因した実効断面積 Aeffの拡大 の限界に鑑み、 非線形屈折率 N2を低減させることにより非線形現象の発現を抑 制する構造を提供する。
また、 ファイバ組成に対する非線形屈折率 N2の依存性は、 T.Kato， et al.,"E stimation of nonlinear refractive index in various silica - based glasses for optical fibers" (OPTICS LETTERS, Vol.20, No.22, Nov. 15, 1995)に示さ れたように、 純石英が最も小さく、 フッ素のような不純物が添加されると大きく なることが知られている。 一方、 光ファイバの各領域における非線形屈折率 N2 への寄与は、 上記第 1環状領域 102の方が上記第 2環状領域 103よりも大き いが、 この第 1環状領域 1 0 2は、 上述された当該光ファイバの波長 1 5 5 O n mにおける諸特性決定にも大きく寄与する。
そこで、 この発明では、 第 1環状領域 1 0 2の外側に位置する第 2環状領域 1 0 3に着目し、 該第 2環状領域 1 0 3における屈折率プロファイルの形状を、 当 該光フアイ 1 0 0の中心から周辺に向かって傾けるよう、 フッ素添加量が制御 されている。 すなわち、 当該光ファイバ 1 0 0内を伝搬する光の光パワーが大き な、 第 2環状領域 1 0 3の内側部分にはフッ素添加量を少なくする一方、 該第 2 環状領域 1 0 3の外側部分に向かって （伝搬光の光パワーが弱まるにつれて） 、 フッ素添加量を増加させ、 該第 2環状領域 1 0 3における屈折率プロファイルを 故意に傾けることにより、 当該光ファ 全体における非線形屈折率 N 2の低減 が図られている。 結果的に、 この発明に係る光ファイバ 1 0 0は、 第 2環状領域 1 0 3の内側部分における屈折率が、 該環状領域 1 0 3の外側部分における屈折 率よりも高くなるよう設計されている。
第 1実施例
次に、 この発明に係る光ファイバの第 1実施例を図 2 A、 2 B、 及び図 3を用 いて説明す.る。 なお、 この第 1実施例に係る光ファイバは、 .リング状コア 'ディ スプレス卜クラッド構造の屈折率プロファイルを有する。
図 2 A及び図 2 Bは、 この発明に係る光ファイバの第 1実施例を示す図であり、 図 2 Aはその断面構造、 図 2 Bはその屈折率プロファイル （リング状コア 'ディ プレストクラヅ ド構造） をそれぞれ示している。 また、 図 3は、 この第 1実施例 に係る光ファイバ 2 0 0における屈折率プロファイル 2 5 0と光パワー分布 2 6 0との関係を示すグラフである。 なお、 図 3における光パワー分布 2 6 0は、 最 大値を 1として規格化されている。
この第 1実施例に係る光ファイバ 2 0 0も、 中心軸に沿って伸びたコア領域 2 1 0と、 該コア領域 2 1 0の外周に形成されたクラッド領域 2 2 0を有する、 石 英ガラスを主成分とする光ファイバである。 そして、 光ファイバ 2 0 0において、 コア領域 210は、 屈折率 を有する外径 a 2の内側コア 211と、 内側コ ァ 211.の外周に設けられ、 屈折率 n2 OnO を有する外径 b 2の外側コア 21 2から構成されている。 また、 クラヅ ド領域 220は、 外側コア 212の外周に 設けられ、 当該光ファイバ 200の中心から周辺に向かって徐々に屈折率 n3 ( r) (<n2) が低下するよう、 フッ素が添加された外径 c 2の内側クラッド 2 2 1と、 内側クラヅ ド 221の外周に設けられ、 屈折率 n4 (>n3 (r) ) を 有する外側クラッ ド 222から構成されている。 なお、 rは当該光ファイバ 20 0の中心から半径方向の距離である。
したがって、 この第 1実施例に係る光ファイバ 200において、 内側コア 21 1が上記中心領域 101に相当し、 外側コア 212が上記第 1環状領域 102に 相当し、 内側クラッ ド 221が上記第 2環状領域 103に相当する。
また、 図 2 Bに示された屈折率プロファイル 25◦の横軸は、 図 2 Aにおける 線 L 2の各位置に相当しており、 図 2 A中の 02は当該光フアイ ノ 200の中心 軸と線 L 2との交点である。 具体的には、 この屈折率プロファイル 250は、 外 側クラヅド 222に対する各ガラス領域 21 1、 212、 221の比屈折率差を 示しており、 領域 251は上記内側コア 211の線 L 2上における各部位、 領域 252は上記外側コア 212の線 L 2上における各部位、 領域 253は上記内側 クラッ ド 221の線 L 2上における各部位、 領域 254は上記外側クラッ ド 22 2の線 L 2上における各部位にそれぞれ対応している。
なお、 この明細書において、 比屈折率差△は以下の式 （5) に示されたように 定義されている。
Δ= (nt 2-nc 2) /2 nc 2= (nt-nc) /nc … (5) ここで、 ncは基準となる外側クラッ ド 222の屈折率 r 、 ntは各ガラス領 域 211、 212、 221の屈折率 ni、 n2、 n3 (r ) にそれぞれ相当してい る。 したがって、 外側クラッ ド 222に対し、 内側コア 21 1の比屈折率差厶 n iは （1 — r 2) /2 n4 2で与えられ、 外側コア 212の比屈折率差 Δη2は (n2 2-n4 2) /2n4 2で与えられ、 内側クラッド 211の比屈折率差 Δη3 (r ) は （ri3 (r) 2-n4 2) /2 η4 2で与えられる。 ただし、 上記式中の屈折率 は順不同であり、 外側クラッ ド 222に対する比屈折率差が負の値をとるガラス 領域は、 該外側クラッ ド 222の屈折率 η4よりも低い屈折率を有するガラス領 域で あることを意味する。 また、 この明細書において、 各ガラス領域の比屈折 率差は百分率表示されている。
(実験 1)
次に、 この第 1実施例に係る光ファイバ 200の非線形屈折率 Ν2と屈折率プ 口ファイル 250の傾きとの関係を示すために行われた実験について説明する。 図 4 Α及び図 4 Bは、 この実験 1のための指標として用意された基準光ファィ バ 300を示す図であり、 図 4 Aはその断面構造、 図 4 Bはその屈折率プロファ ィルを示している。 また、 図 5は、 図 4 A及び図 4 Bに示された基準光ファイバ 300の屈折率プロファイル 350と光パワー分布 360との関係を示す図であ る。 なお、 図 5における光パワー分布 360は、 最大値を 1として規格化されて いる。
この基準光ファイバ 300と第 1実施例に係る光ファイバ 200との構造上の 差異は、 内側クラッ ド 221における屈折率プロフアイルの形状が異なる点のみ である。 したがって、 この基準光ファイバ 300は、 コア領域 310が屈折率 n 丄を有する外径 a 3の内側コア 311と屈折率 n2 (>r ) を有する外径 b 3の 外側コア 312で構成され、 クラッ ド領域 320が屈折率 n3 (<n2) を有する 外径 c 3の内側クラッド 221と屈折率 n4 (>n3) を有する外側クラッド 32 2で構成されている。 また、 この基準光ファイバ 300において、 外側クラッ ド 322に対する内側クラッ ド 321の比屈折率差厶 n3は一定である （屈折率プ 口ファイルの傾き （％/〃m) は 0) 。
さらに、 図 4 Bの屈折率プロファイル 350は、 図 4 Aにおける外側クラッ ド 322に対する各ガラス領域 311、 312、 321の比屈折率差 （第 1実施例 と同様に定義される） を示しており、 領域 35 1は線 L 3上における内側コア 3 1 1の各部位、 領域 3 52は線 L 3上における外側コア 3 12の各部位、 領域 3 53は線 L 3上における内側クラッド 32 1の各部位、 領域 354は線 L 3上に おける外側クラッド 322の各部位にそれぞれ対応している。 なお、 図 4A中の 〇3は基準光ファイバ 300の中心軸と線 L 3との交点である。
この用意された基準光ファイバ 300では、 各組成パラメ一夕は以下のように 与えられている。
Δη! (%) -0. 39
Δη2 (%) 0. 95
Δη3 (%) -0. 29
a 3/b 3 0. 62
c 3/b 3 2. 0
c 3 ( m) 1 7. 0
また、 以上のように構成される基準光ファイバ 300において、 内側コア 3 1 1の半径 （a 3/2) は 2. 6 であり、 2 m長でのカットオフ波長は 1. 4 5〃mである。 そして、 用意された基準光ファイバ 300は、 波長 1 550 nm の光に対して以下の諸特性を有する。
分散値 （ps/nm/km) 2. 0
実効断面積 Aeff (jum2) 85
非線形屈折率 （ 1 0— 2flm2/W) 3. 730
モードフィールド径 MFD ( zm) 7. 04
このとき、 実効断面積 A e f fとモードフィールド径 M F Dとの関係を示す上記 式 （4) における比例定数 kは 2. 18であった。
ちなみに、 この基準光ファイバ 300において、 各ガラス領域は非線形屈折率 N 2に対して以下のように寄与している。
内側コア ： 1 8. 1 % 外側コア 52. 5%
内側クラッド 28. 8%
外側クラッド 0. 6%
この実験 1では、 上記基準光ファイバ 300を基準にして、 上記 1 550 nm における諸特性を変えることなく、 内側クラッ ド 32 1における屈折率プロファ ィルの傾き （Q /〃m) が変更された複数のサンプル光ファイバが用意され、 そ れら各サンプル光ファイバの非線形屈折率 N2 (mVW) が測定された。 図 6中 のグラフ （ 1) が当該実験 1の測定結果である。 このグラフ （ 1) において、 点 Aが図 4 A及び図 4 Bに示された基準光ファイバ 300に相当する。
また、 この実験 1では、 用意されたは各サンプル光ファイバは、 屈折率プロフ アイルが傾けられた内側クラッ ド （第 1実施例の内側クラッ ド 22 1に相当） に おける比屈折率差 Δη3 (r ) の平均 Δη3ΑνΕ、 外側クラッドに対する内側コ ァ の比屈折率差 Δη 及び外側コアに対する内側クラッ ドの外径比 c 3/b 3は 固定され、 外側クラッ ドに対する内側クラッドの比屈折率差 Δη3 (r) がそれ ぞれ変えられる。
なお、 これら用意された各サンプル光フ.アイバにおいて、 外側クラッ ドに対す る外側コアの比屈折率差 Δη2及び、 外側コアに対する内側コアの外径比 a 3/ b 3も、 波長 1 55 O nmの光に対する諸特性が変らないよう、 比屈折率差 Δη a (r) の変化に合わせて調整される。 また、 各サンプル光ファイバにおいて、 内側クラッ ドにおける比屈折率差 Δη3 (r) の平均 Δη3ΑνΕは、 以下の式 （6) により与えられる。 An3 (r) rd r/o r a r … （ b )
Figure imgf000015_0001
この実験 1の測定結果を示す図 6のグラフ （ 1) から分かるように、 内側クラ ッドにおける屈折率プロファイルの傾きの絶対値が、 0. 02%/〃mを超える と非線形屈折率 N 2の低減効果が大きくなる。
(実験 2)
さらに、 実験 2で用意された基準光ファイバは、 上述の図 4 A及び図 4Bに示 された光ファイバ 300と同様の構造を備えるとともに、 以下の組成パラメ一夕 を有する光ファイバである。 この実験 2でも、 この基準光ファイバを基準に、 屈 折率プロフアイルの傾きが異なる種々のサンプル光ファイバについて、 その非線 形屈折率 N2 (m2/W) が測定される。 図 6中のグラフ （2) は、 この実験 2の 測定結果を示している。
△ r (%) -0. 50
Δη2 ( ) 0. 90
Δη3 ( ) -0. 40
a 3/b 3 0. 60
c 3/b 3 2. 0
Figure imgf000016_0001
また、 以上のように構成される基準光ファイバ 300において、 内側コア 3 1 1の半径 （a 3/2) は 2. 7〃mであり、 2 m長でのカッ トオフ波長は 1. 4 5〃mである。 そして、 用意された基準光ファイバ 300は、 波長 1 550 nm の光に対して以下の諸特性を有する。
分散値 (ps/nm/km) -2. 0
実効断面積 Aeff (j 2) 85
2m長でのカットオフ波長 （〃m) 1. 45
非線形屈折率 （ 1 0— 2Um2/W) 3 - 743
モードフィールド径 MFD (urn) 6. 79
このとき、 実効断面積 Aef fとモードフィ一ルド径 MFDとの関係を示す上記 式 （4) における比例定数 kは 2. 35であった。
この実験 2でも上述の実験 1と同様に、 用意された基準光ファイバを基準にし て、 波長 155 Onmの光に対する諸特性を変えることなく、 内側クラッドにお ける屈折率プロファイルの傾き （％/ m) が変更された複数のサンプル光ファ ィバが用意され、 それら各サンプル光ファイバの非線形屈折率 N2 (m2/W) が 測定された。 図 6中のグラフ （2) が当該実験結果である。 このグラフ （1) に おいて、 点 Bがこの実験 2で用意された基準光ファイバに相当する。
また、 この実験 2でも、 用意されたは各サンプル光ファイバは、 屈折率プロフ アイルが傾けられた内側クラッ ド （第 1実施例の内側クラッド 221に相当） に おける比屈折率差 ΔΠ3 (r) の平均 Δη3ΑνΕ、 外側クラッ ドに対する内側コア の比屈折率差 Δη 及び外側コアに対する内側クラッ ドの外径比 c3/b3は 固定され、 外側クラッ ドに対する内側クラッ ドの比屈折率差 Δη3 (r) がそれ ぞ れ変えられる。
なお、 これら用意された各サンプル光ファイバにおいても、 外側クラッ ドに対 する外側コアの比屈折率差 Δ n 2及び、 外側コアに対する内側コアの外径比 a 3 / b3は、 波長 155 Onmの光に対する諸特性が変らないよう、 比屈折率差 Δη3 (r ) の変化に合わせて調整される。
この実験 2の測定結果を示す図 6のグラフ （2) からも、 内側クラッドにおけ る屈折率プロファイルの傾きの絶対値が、 0. 02%/〃mを超えると非線形屈 折率 N 2の低減効果が大きくなることが分かる。
第 2実施例
次に、 この発明に係る光ファイバの第 2実施例を図 7 A及び図 7 Bを用いて説 明する。 なお、 この第 2実施例に係る光ファイバは、 デュアルリングコア構造の 屈折率プロファイルを有する。
図 7 Aは、 この発明に係る光ファイバの第 2実施例を示す図であり、 図 7 Aは その断面構造、 図 7 Bはその屈折率プロファイル （デュアルリングコア構造） を それぞれ示している。 この第 2実施例に係る光ファイバ 400も、 中心軸に沿つ て伸びたコア領域 410と、 該コア領域 410の外周に形成されたクラッド領域 420を有する、 石英ガラスを主成分とする光ファイバである。 そして、 光ファ ィバ 400において、 コア.領域 410は、 屈折率 を有する外径 a 4の第.1コ ァ 41 1と、 第 1コア 41 1の外周に設けられ、 屈折率 n2 OnJ を有する外 径 b 4の第 2コア 412と、 第 2コア 412の外周に設けられ、 当該光ファイバ 400の中心から周辺に向かって徐々に屈折率 n3 (r) (<n2) が低下するよ う、 フッ素が添加された外径 c4の第 3コア 413と、 第 3コア 413の外周に 設けられ、 屈折率 n4 (>n3 (r) ) を有する外径 d 4の第 4コア 414とから 構成されている。 また、 クラッ ド領域 420は、 第 4コア 414よりも低い屈折 率 n5を有する。 なお、 rは当該光ファイバ 200の中心から半径方向の距離で ある。
したがって、 この第 2実施例に係る光ファイバ 400において、 第 1コア 41 1が上記中心領域 101に相当し、 第 2コア 412が上記第 1環状領域 102に 相当し、 第 3コア 413が上記第 2環状領域 103に相当する。
また、 図 7 Bに示された屈折率プロファイル 450の横軸は、 図 7 Aにおける 線 L 4の各位置に相当しており、 図 7 A中の 04は当該光フアイ バ 400の中心 軸と線 L 4との交点である。. 具体的には、 この屈折率プロファイル 450は、' ク ラヅ ド領域 420に対する各ガラス領域 411、 412、 413、 414の比屈 折率差を示しており、 領域 451は上記第 1コア 411の線 L 4上における各部 位、 領域 452は上記第 2コア 412の線 L4上における各部位、 領域 453は 上記第 3コア 413の線 L 4上における各部位、 領域 454は上記第 4コア 41 4の線 L 4上における各部位、 領域 455は上記クラッド領域 420の線 L4上 における各部位にそれぞれ対応している。
この第 2実施例においても、 クラッ ド領域 420に対する各ガラス領域 411、 412、 413、 414の比屈折率差 Δη2、 Δη3 (r ) 、 及び Δη4は、 上記式 （5) によりそれぞれ与えられる。 すなわち、 式 （5) 中における屈折率 ntは各ガラス領域 411、 412、 413、 414の屈折率 n" n2 、 n3 ( r ) 、 及び n4にそれぞれ相当し、 ncはクラッ ド領域 420の屈折率 n5に相当す る
(実験 3)
次に、 この第 2実施例に係る光ファイバ 400の非線形屈折率 N 2と屈折率プ 口ファイル 450の傾斜との関係を示すために行われた実験について説明する。 図 8 A及び図 8 Bは、 この実験 3のための指標として用意された基準光フアイ バ 500を示す図であり、 図 8 Aはその断面構造、 図 8 Bはその屈折率プロファ ィルをそれぞれ示している。
この基準光ファイバ 500と第 2実施例に係る光ファイバ 400との構造上の 差異は、 第 3コア 413における屈折率プロファイルの形状が異なる点のみであ る。 したがって、 この基準光ファイバ 500は、 コア領域 510が屈折率 riiを 有する外径 a 5の第 1コア 511と、 屈折率 n2 On を有する外径 b 5の第 2コア 512と、 屈折率 n3 (<n2) を有する外径 c 5の第 3コア 513と、 屈 折率 n4 (>n3) を有する外径 d 5の第 4コア 514とで構成され、 クラッド領 域 520は第 4コア 514よりも低い屈折率 n5を有している。 また、 この基準 光ファ ィバ 300において、 クラッド領域 520に対する第 3コア 513の比 屈折率差 Δη3は一定である （屈折率プロファイルの傾き （％/〃m) は 0) 。 さらに、 図 8 Bの屈折率プロファイル 550は、 図 8 Aにおけるクラッ ド領域 520に対する各ガラス領域 511、 512、 513、 514の比屈折率差 （第 2実施例と同様に定義される） を示しており、 領域 551は線 L 5上における第 1コア 511の各部位、 領域 552は線 L 5上における第 2コア 512の各部位、 領域 553は線 L 5上における第 3コア 513の各部位、 領域 554は線 L 5上 における第 4コア 514の各部位、 領域 555は線 L 5上におけるクラッ ド領域 520の各部位にそれぞれ対応している。 なお、 図 8 A中の 05は基準光フアイ バ 500の中心軸と線 L 5との交点である。
この用意された基準光ファイバ 500では、 各組成パラメ一夕は以下のように 与えられている。
l 1 uノ · - o . 4 o
Λ n 2 ( V % /0 )ノ · · 0. 9 o
Δ ί ( \% /0)ノ '， - o . 40
4 \ /0ノ · - o . 28
a b/b b ： 0. 50
c 5/b 5 · 1. 5
c 5/d 5 ' 0. 75
Figure imgf000020_0001
また、 以上のように構成される基準光ファイバ 500において、 第 1コア 5 1 1の半径 （a 5/2) は 1. 8〃mであり、 2 m長でのカットオフ波長は 1. 4 2〃mである。 そして、 用意された基準光ファイバ 500は、 波長 1 550 nm の光に対して以下の諸特性を有する。
分散値 （ps/nm/km) - 2. 6
実効断面積 Aeff (Λίπι2) 76
非線形屈折率 （ 1 0- 2Dm2/W) 3. 704
モードフィールド径 MFD (jum) 7. 78
このとき、 実効断面積 Aefiとモ一ドフィールド径 MFDとの関係を示す上記 式 （4) における比例定数 kは 1. 59であった。
この実験 3では、 上記基準光ファイバ 500を基準にして、 波長 1 550 nm の光に対する諸特性を変えることなく、 第 3コア 5 1 3における屈折率プロファ ィルの傾き （％/〃m) が変更された複数のサンプル光ファイバが用意され、 そ れら各サンプル光ファイバの非線形屈折率 N2 (mVW) が測定された。 図 6中 のグラフ （3) が当該実験 3の測定結果である。 このグラフ （3) において、 点 Cが図 8 A及び図 8 Bに示された基準光ファイバ 500に相当する。
また、 この実験 3では、 用意されたは各サンプル光ファイバは、 屈折率プロフ アイルが傾けられた第 3コア （第 2実施例の第 3コア 513に相当） における比 屈折率差 Δη3 (r) の平均 第 2コアに対する第 3コアの外径比 c 5 /b5、 第 4コアに対する第 3コアの外径比 c 5/d 5、 クラッド領域に対する 第 1コァの比屈折率差 Δ n 及びクラッド領域に対する第 4コァの比屈折率差 △ n4は固定され、 クラッド領域に対する第 3コアの比屈折率差 Δη3 (r) がそ れぞれ変えられる。
なお、 これら用意された各サンプル光ファイバにおいて、 クラッ ド領域に対す る第 2コアの比屈折率差 Δη 2及び、 第 2コアに対する第 1コアの外径比 a 5/ b5も、 波長 1550 nmの光に対する諸特性が変らないよう、 比屈折率差 Δη 3 (r) の変化に合わせて調整される。 また、 各サンプル光ファイバにおいて、 第 3コアにおける比屈折率差 (r) の平均 Δη3ΑνΕは、 上記式 （6) によ り与えられる。
この実験 3の測定結果を示す図 6のグラフ （3) においても、 第 3コアにおけ る屈折率プロファイルの傾きの絶対値が、 0. 02%/〃mを超えると非線形屈 折率 N 2の低減効果が大きくなることが分かる。
なお、 上述の実験 1〜3からも分かるように、 この発明に係る光ファイバでは、 波長 155 Onmの光に対する実効断面積 Aefiとモードフィールド径 MFDと の関係を示す上記式 （4) における比例定数 kは 1. 5以上であることが好まし い。 また、 中心領域の半径は 1. 5 m以上に設定されるのが好ましい。
加えて、 上述された各実施例では、 この発明に係る光ファイバにおける第 2環 状領域 （第 1実施例における内側クラッド 221、 第 2実施例における第 3コア 13に相当） の屈折率プロファイルの形状が直線である場合について説明され ているが、 屈折率プロフアイルの形状が図 9に示されたように直線でない場合に は、 該屈折率プロファイル 600におけるディプレスト部分 601の傾きを示す 値 （％/〃m) は、 最小二乗法等により得られる近似直線の傾きとして与えられ る。 産業上の利用可能性
以上のようにこの発明によれば、 中心部分に位置し、 リング状コア構造の屈折 率プロファイルを構成するガラス領域の外周に、 屈折率が当該光ファイバの中心 から周辺に向かって徐々に低下する環状領域を設けたので、 非線形屈折率を低減 してより効果的に非線形現象の発現を抑制できるという効果がある。
また、 発明者らの知見によれば、 上記環状領域における屈折率プロファイルの 傾きの絶対値が、 0 . 0 2 %/〃mを超えると、 非線形屈折率の低減効果が得ら れる。

Claims

請求の範囲
1. 所定の中心軸に沿って伸びたコア領域と、 該コア領域の外周に設 けられたクラッ ド領域とを有するとともに、 波長 155 Onmの光に対して 70 m2以上の実効断面積を有する光ファイバにおいて、
所定の屈折率を有する中心領域と、
前記中心領域の外周に設けられ、 該中心領域よりも高い屈折率を有する第 1環 状領域と、
前記第 1環状領域の外周に設けられるとともに、 フッ素が添加された領域であ つて、 当該光ファイバの中心軸から半径方向に向かって、 その屈折率が低下する ようフッ素添加量が調節された第 2環状領域とを備えた光ファイバ。
2. 前記中心領域は、 1. 5 m以上の半径を有することを特徴とす る請求項 1記載の光ファイバ。
3. 波長 1550 nmの光に対する実効断面積を Aeff、 モードフィ —ルド径を MFDとするとき、
k = Aeff/ { (ττ/4) · (MFD) 2} ≥ 1. 4
なる関係を満たすことを特徴とする請求項 1又は 2記載の光ファイバ。
4. 前記コア領域は、 前記中心領域に相当する内側コアと、 前記第 1 環状領域に相当する外側コアを備え、
前記クラッ ド領域は、 前記第 2環状領域に相当する内側クラッドと、 該内側ク ラッ ドの外周に設けられ、 該内側クラッ ドよりも高い屈折率を有する外側クラッ ドを備えたことを特徴とする請求項 1〜 3のいずれか一項記載の光ファイバ。
5. 前記第 2環状領域に相当する前記内側クラッ ドの、 前記外側クラ ッドに対する比屈折率差と、 当該光ファイバの中心軸から半径方向の距離とで与 えられる、 内側クラッドにおける屈折率プロファイルの傾きの絶対値は、 0. 0 2 %/〃m以上であることを特徴とする請求項 4記載の光ファイバ。
6. 前記コア領域は、 前記中心領域に相当する第 1コアと、 前記第 1 環状領域に相当する第 2コアと、 前記第 2環状領域に相当する第 3コアと、 該第 3コアの外周に設けられるとともに、 該第 3コアよりも高い屈折有する第 4コア を備え、
前記クラッ ド領域は、 前記第 4コアよりも低い屈折率を有することを特徴とす る請求項 1〜 3のいずれか一項記載の光ファイバ。
7. 前記第 2環状領域に相当する前記第 3コアの、 前記クラッド領域 に対する比屈折率差と、 当該光ファイバの中心軸から半径方向の距離とで与えら れる、 第 3コアにおける屈折率プロファイルの傾きの絶対値は、 0. 02%/ m以上であることを特徴とする請求項 6記載の光ファイバ。
8. 波長 1550 nmの光に対して、 絶対値が 1. 0〜4. 5 p s/ nm/kmの分散と、 70 /m2以上の実効断面積ととを有するとともに、 2m のファイバ長において 1. 3〃m以上のカツ トオフ波長を有する請求項 1〜7の いずれか一項記載の光ファイバ。
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