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JP2003114350A - 光ファイバ、光ファイバ部品および光伝送方法 - Google Patents

光ファイバ、光ファイバ部品および光伝送方法

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Publication number
JP2003114350A
JP2003114350A JP2002152981A JP2002152981A JP2003114350A JP 2003114350 A JP2003114350 A JP 2003114350A JP 2002152981 A JP2002152981 A JP 2002152981A JP 2002152981 A JP2002152981 A JP 2002152981A JP 2003114350 A JP2003114350 A JP 2003114350A
Authority
JP
Japan
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clad
optical fiber
core
refractive index
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002152981A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinichi Arai
慎一 荒井
Naoto Koyama
直人 小山
Hirofumi Saito
裕文 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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Priority to US10/207,020 priority patent/US6804441B2/en
Priority to CA002396065A priority patent/CA2396065A1/en
Priority to CN02127170.4A priority patent/CN1285931C/zh
Priority to EP02255357A priority patent/EP1281989A3/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的に非線形現象を誘起することの可能な
光ファイバおよび光ファイバ部品を提供すること。 【解決手段】 コア１と、該コア１の外周側を覆うクラ
ッド５とを設け、コア１の中心部にはクラッド５に対す
る比屈折率差にして１．０以上のＧｅＯ２ドープする。
クラッド５はコア１に隣接してコア１の外周側を覆う第
１クラッド２と、該第１クラッド２に隣接して第１クラ
ッド２の外周側を覆う第２クラッド３と、該第２クラッ
ド３に隣接して第２クラッド３の外周側を覆う第３クラ
ッド４を設ける。第２クラッド３の屈折率を第１クラッ
ド２の屈折率より小さく、かつ、第３クラッド４の屈折
率より小さく形成し、第２クラッド２の効果によって、
波長１．４μｍ〜１．６５μｍの範囲内に零分散波長を
有し、かつ、その零分散波長において単一モードで伝搬
可能な構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、効率良く非線形現
象を誘起することの可能な光ファイバおよび光ファイバ
部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】情報社会の発展により、通信情報量が飛
躍的に増大する傾向にあり、このような情報の増大化に
伴い、波長分割多重伝送（ＷＤＭ伝送）技術等が注目さ
れている。波長分割多重伝送は、複数の波長の光を１本
の光ファイバで伝送する方式であるため、大容量高速通
信に適した光伝送方式である。
【０００３】波長分割多重伝送は、現在エルビウムドー
プ光ファイバ型光増幅器（ＥＤＦＡ）を適用して行なわ
れており、このＥＤＦＡの進歩により、光ファイバの使
用波長域において高出力の光が得られるようになってき
た。ＥＤＦＡの利得帯域は、代表的には波長１．５５μ
ｍ帯である。なお、波長１．５５μｍ帯は、例えば１５
３０ｎｍ〜１５７０ｎｍのように、波長１５５０ｎｍを
ほぼ中心とした波長帯を示す。
【０００４】このような高出力の光を利用して、光ファ
イバに発生する非線形現象を利用して信号光の波長変換
を行なう手法が検討されている。この波長変換の手法
は、主に、非線形現象の一つである四光波混合を利用し
たものであり、非線形現象を誘起する機能を有する光フ
ァイバに、その光ファイバの零散波長付近の励起光を入
射させながら、零分散波長以外の信号光を入射すること
により、信号光の波長を変換するものである。上記励起
光として、上記ＥＤＦＡの出力光のような高出力の光が
適用される。
【０００５】非線形現象を誘起する機能を有する光ファ
イバに上記励起光を入射しながら、光ファイバの零分散
波長よりも長波長側の信号光を光ファイバに入射する
と、零分散波長よりも短波長側の光に変換される。その
逆に、非線形現象を誘起する機能を有する光ファイバに
上記励起光を入射しながら、光ファイバの零分散波長よ
りも短波長側の信号光を光ファイバに入射すると、零分
散波長よりも長波長側の光に変換される。
【０００６】光ファイバ内で生じる非線形現象は、光フ
ァイバ内に入射される光の強度と、光ファイバ内を伝搬
する光のスポットサイズ（有効コア断面積）と、光が伝
搬する領域内に存在するＧｅＯ２等のドーパントの量に
大きく依存する。
【０００７】即ち、光ファイバ内で生じる非線形現象
は、光ファイバ内に入射される光の強度が大きいほど生
じやすく、光ファイバ内を伝搬する光のスポットサイズ
が小さいほど生じやすく、光が伝搬する領域内に存在す
るドーパント量が大きいほど生じやすい。
【０００８】上記非線形現象を利用するため、従来、例
えば図６に示すような単峰構造の光ファイバを適用して
いる。この光ファイバは、中心部にＧｅＯ２をドープし
た石英系材料からなるコア１と、その周りを覆うクラッ
ド５を備えており、クラッド５は純石英により形成さ
れ、屈折率が均一とされている。
【０００９】従来、このような単峰型の光ファイバのコ
ア１にドープされているドーパント（ＧｅＯ２）濃度を
高め、コア１とクラッド５との比屈折率差を高めること
により光ファイバ内を伝搬する光のスポットサイズを小
さくした構造の光ファイバを上記波長変換用に適用する
ことが検討されていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
単峰構造の光ファイバでは、例えばＥＤＦＡの増幅帯域
である波長１．５５μｍ帯に前記零分散波長を有する光
ファイバを得ようとした場合、図７に示すように、Ｇｅ
Ｏ２濃度を増大させてコアとクラッドとの比屈折率差を
２．３％以上とすると、光ファイバの実効遮断波長が波
長１．５５μｍ帯より大きくなり、光ファイバ内でシン
グルモードとならず、効率的な非線形現象の誘起をする
ことが出来ない。
【００１１】そのため、１９９８年の電子情報通信学会
エレクトロソサエティ大会の抄録Ｃ−３−５に示される
ように、従来、非線形現象誘起用に提案されている光フ
ァイバは、モードフィールド径が４．６μｍ、コアとク
ラッドとの比屈折率差が２．１％程度であるのが限界で
あった。
【００１２】また、使用波長域が拡大するにつれて、
１．５５μｍよりも短波長側での非線形現象の誘起が求
められているが、上記のファイバでは１．５５μｍより
短波長ではシングルモードファイバとはならないので、
更に非屈折率差を下げる必要が生じるが、こうした手法
はファイバの非線形を低下させ、効率的ではない。
【００１３】加えて、４光波混合の利用を試みた場合に
は、零分散波長と使用波長域における波長分散勾配が重
要となり、より分散勾配の小さなファイバが求められて
いるが、１９９８年電子情報通信学会エレクトロソサエ
ティ大会Ｃ−３−５に示されるように、分散勾配は０．
０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ程度であり、更なる分散勾配の
低減が求められていた。しかし、単純な単峰構造では更
に分散勾配を減少させることは困難であり、変換波長域
の拡大が困難であった。
【００１４】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、効率良く非線形現象を誘起することの
可能な光ファイバ、およびこの光ファイバを含む光ファ
イバ部品を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の発明は、コア部と、該コア部の外周を覆うク
ラッド部とを含み、波長１．４μｍ〜１．６５μｍの範
囲内に零分散波長を有し、かつ、その零分散波長におい
て単一モードである光ファイバであって、前記コア部の
中心部には、前記コア部の比屈折率差が１．８％以上と
なるような量のＧｅＯ２がドープされており、前記クラ
ッド部は、前記コア部に隣接して前記コア部の外周を覆
う第１クラッド部と、該第１クラッド部に隣接して第１
クラッド部の外周を覆う第２クラッド部と、該第２クラ
ッド部に隣接して第２クラッド部の外周を覆う第３クラ
ッド部とを含み、前記第２クラッド部の屈折率は前記第
１クラッド部の屈折率より小さく、かつ、前記第３クラ
ッド部の屈折率より小さいことを特徴とする光ファイバ
を提供する。
【００１６】第２の発明は、コア部と、該コア部の外周
を覆うクラッド部とを含み、波長１．４μｍ〜１．６５
μｍの範囲内に零分散波長を有し、かつ、該零分散波長
において単一モードである光ファイバであって、前記コ
ア部の中心部には、前記コア部の比屈折率差が１．８％
以上となるような量のＧｅＯ２がドープされており、前
記クラッド部は前記コア部に隣接して前記コア部の外周
を覆う第１クラッド部と、該第１クラッド部に隣接して
第１クラッド部の外周を覆う第２クラッド部とを含み、
前記第１クラッド部の屈折率は前記第２クラッド部の屈
折率よりも小さいことを特徴とする光ファイバを提供す
る。
【００１７】以上の第１および第２の発明に係る光ファ
イバにおいて、前記クラッド内の前記コア部の両側に、
前記コア部に応力を印加する一対の応力付与部を軸対称
に配置し、直線偏波保持機能を付与した構成とすること
が出来る。
【００１８】第３の発明は、コア部と、該コア部の外周
を覆うクラッド部とを含み、波長１．４μｍ〜１．６５
μｍの範囲内に零分散波長を有し、かつ、その零分散波
長において単一モードである、光ファイバ内で非線形現
象を誘起する石英系光ファイバであって、前記コア部の
中心部には、ＧｅＯ２がドープされており、前記コア部
の比屈折率差が１．０％以上であり、前記クラッド部
は、前記コア部に隣接して前記コア部の外周を覆う第１
クラッド部と、該第１クラッド部に隣接して第１クラッ
ド部の外周を覆う第２クラッド部と、該第２クラッド部
に隣接して第２クラッド部の外周を覆う第３クラッド部
とを含み、前記第２クラッド部は前記コア部を伝搬する
光に影響する範囲に配置され、前記第２クラッド部の屈
折率は前記第１クラッド部および第３クラッド部の屈折
率より小さいことを特徴とする光ファイバを提供する。
【００１９】第４の発明は、コア部と、該コア部の外周
を覆うクラッド部とを含み、波長１．４μｍ〜１．６５
μｍの範囲内に零分散波長を有し、かつ、その零分散波
長において単一モードである、光ファイバ内で非線形現
象を誘起する、Ｗ型構造の石英系光ファイバであって、
前記コア部の中心部には、ＧｅＯ２がドープされてお
り、前記コア部の比屈折率差が１．０％以上であり、前
記クラッド部は、前記コア部に隣接して前記コア部の外
周を覆う第１クラッド部と、該第１クラッド部に隣接し
て第１クラッド部の外周を覆う第２クラッド部と、該第
２クラッド部に隣接して第２クラッド部の外周を覆う第
３クラッド部とを含み、前記第２クラッド部は前記コア
部を伝搬する光に影響する範囲に配置され、前記第１ク
ラッド部の屈折率は前記第２クラッド部の屈折率より小
さいことを特徴とする光ファイバを提供する。
【００２０】以上の第３および第４の発明に係る光ファ
イバにおいて、前記クラッド内の前記コア部の両側に、
前記コア部に応力を印加する、一対の前記クラッド部と
線膨張率の異なる材料を配し、直線偏波保持機能を付与
した構成とすることが出来る。
【００２１】また、零分散波長Ｘとコア部の比屈折率差
Ｙとが、Ｙ≧０．０１００７６９２６３Ｘ−１３．０９
４５７８４３８１の関係を満たすことが望ましい。この
関係を満たすときに、単一モード動作が可能となり、良
好な非線形性が実現可能となる。
【００２２】また、本発明は、以上の第１〜第４の発明
に係る光ファイバを備え、前記零分散波長が、光ファイ
バの長手方向で±０．１ｎｍ以上変動していることを特
徴とする光ファイバ部品を提供する。
【００２３】このように、零分散波長が、光ファイバの
長手方向で±０．１ｎｍ以上変動させることにより、励
起光波長の微小な変動や、光ファイバの温度変動による
光ファイバ自身の零分散波長の変動による非線形性現象
の発生効率の変化を小さくすることが可能であり、非成
形素子としての安定性を向上させることが出来る。
【００２４】更に、本発明は、以上の第１〜第４の発明
に係る光ファイバをコイル状に巻くことにより、直線偏
波保持機能を付与したことを特徴とする光ファイバ部品
を提供する。
【００２５】更にまた、本発明は、以上の第１〜第４の
発明に係る光ファイバを用いた光伝送方法であって、前
記コア部に信号光又は発生光の増幅効果を有する物質が
添加されており、前記光ファイバに励起光および信号光
を入射して、非線形現象を誘起し、前記信号光と前記非
線形現象による発生光の少なくとも一方の増幅を同一の
光ファイバ内で行うことを特徴とする光伝送方法を提供
する。
【００２６】また、本発明は、以上の第１〜第４の発明
に係る光ファイバを用いた光伝送方法であって、前記光
ファイバに励起光および信号光を入射して、ラマン増幅
による非線形現象を誘起し、前記信号光と前記非線形現
象による発生光の少なくとも一方の増幅を同一の光ファ
イバ内で行うことを特徴とする光伝送方法を提供する。
【００２７】本発明の光ファイバにおいて、コア部の中
心部には、コア部の比屈折率差が１．０％以上、好まし
くは１．８％以上となるような量のＧｅＯ２がドープさ
れている。コア部への具体的なＧｅＯ２のドープ量は、
例えば１５〜３０ｍｏｌ％である。なお、コア部の比屈
折率差の上限は特に限定されないが、例えば、４．５％
である。
【００２８】本発明の光ファイバにおいて、第１および
第３の発明に係る光ファイバは、第２クラッド部の屈折
率を第１および第３クラッド部の屈折率より小さくし、
第２および第４の発明に係る光ファイバは、第１クラッ
ド部の屈折率を第２クラッド部の屈折率より小さくして
いる。
【００２９】即ち、波長変換用に検討されていた従来の
光ファイバにおいては、クラッド部が均一の屈折率を有
していたのに対し、第１〜第４の発明に係る光ファイバ
は、クラッド部が部分的に屈折率が小さい領域を有して
いる。この領域（第１および第３の発明に係る光ファイ
バにおける第２クラッド部、第２および第４の発明に係
る光ファイバにおける第１クラッド部）を、以下、ディ
ップレスト層と呼ぶ。
【００３０】クラッド部に部分的に屈折率が小さい領域
を形成するには、クラッド部に部分的に屈折率を低下さ
せる物質、例えば石英系ガラスからなるクラッド部に弗
素または硼素等をドープすればよい。
【００３１】本発明の光ファイバによると、上記のよう
に、クラッド部にディップレスト層を形成することによ
り、光ファイバの使用波長域において、高次モードであ
るＬＰ１１モードをディップレスト層に漏れさせてＬＰ
１１モードが伝搬不可能な状態にして単一モードとし、
かつ、０次モード（伝搬モード）であるＬＰ０１モード
の実効コア断面積を小さくし、さらに、コア部にＧｅＯ
２を高濃度にドープすることが可能となり、屈折率分布
を適宜選択することにより、零分散波長を前記使用波長
域内の適宜の波長にすることができる。
【００３２】なお、上記効果を効率的に発揮するため
に、第１〜第４の発明に係る光ファイバでは、第２クラ
ッド部の内径を、コア部を伝搬する高次モード光に影響
する範囲、すなわち、高次モードを漏れさせて実効遮断
波長を小さくすることができる範囲に形成している。
【００３３】本発明に係る光ファイバは、上記のよう
に、クラッド部に上記ディップレスト層を形成し、コア
部に高濃度のＧｅＯ２をドープすることにより、従来の
単峰構造では実現できなかった高非線形性を有し、か
つ、使用波長域において単一モードの光ファイバを実現
できる。そのため、本発明の光ファイバは、効率的に非
線形現象を誘起して、効率的な波長変換を実現可能とす
る。
【００３４】また、特に、第２および第４の発明に係る
光ファイバにおけるように、コア部に接した第１クラッ
ド部をディップレスト層としたＷ型構造である場合に
は、励起光（ポンプ光）波長に合わせた零分散波長に制
御することにより、高い非線形性とともに、低分散勾配
を光ファイバに付与することが出来る。
【００３５】更に、本発明の光ファイバにおいて、コア
部に応力を加えて複屈折を生じさせ、直線偏波保持機能
を付与し、光ファイバに入射する励起光（ポンプ光）、
信号光の偏波状態をそろえることにより、偏波変動によ
る非線形現象発生効率の変動を抑制することが出来る。
コア部に応力を加える手段として、光ファイバのコア部
の両側にクラッド部と線膨張率の異なる材料を配置する
ことや、ファイバを小径のコイル状にすることがある。
【００３６】クラッド部と線膨張率の異なる材料として
は、例えばコア部の両側のクラッド部の部分にＢ２Ｏ３
をドープしたものとすることが出来る。Ｂ２Ｏ３のドー
プ量は、例えば１４〜２４ｍｏｌ％である。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の種々の実施形態例
について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態
例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号
を付し、その重複説明は省略する。
【００３８】図１（ａ）は、本発明の第１実施形態例に
係る光ファイバの屈折率プロファイル構成を示し、同図
（ｂ）は、本第１実施形態例に係る光ファイバの断面構
成を示す。
【００３９】これらの図に示すように、本第１実施形態
例に係る光ファイバは、コア１と、該コアの外周側を覆
うクラッド５とを含み、コア１には、コア１とクラッド
５との比屈折率差が１．８％以上となるような量のＧｅ
Ｏ２がドープされている。クラッド５は前記コア１に隣
接してコア１の外周側を覆う第１クラッド２と、該第１
クラッド２に隣接して第１クラッド２の外周側を覆う第
２クラッド３と、該第２クラッド３に隣接して第２クラ
ッド３の外周側を覆う第３クラッド４とを含んでいる。
【００４０】また、本実施形態例において、前記第１ク
ラッド２と第３クラッド４は純石英により形成されてお
り、第２クラッド３は純石英にフッ素を添加して形成さ
れている。そして、前記第２クラッド３の屈折率は前記
第１クラッド２の屈折率より小さく、かつ、前記第３ク
ラッド４の屈折率より小さく形成されており、言い換え
ると、本実施形態例では、クラッド５内にディップレス
ト層である第２クラッド３を形成している。
【００４１】更に、本実施形態例では、クラッド２，４
が同じ比屈折率であるが、本実施形態例による効果は、
クラッド２の比屈折率がクラッド４と異なる場合にも得
られることは当然である。
【００４２】このディップレスト層として機能する第２
クラッド３は、前記コア１を伝搬する高次モード光に影
響する範囲に形成されている。すなわち、本第１実施形
態例において、第２クラッド３は、高次モードを漏れさ
せて、光ファイバのカットオフ波長を小さくできる範囲
に形成されており、それにより、本実施形態例の光ファ
イバは、波長１．４μｍ〜１．６５μｍの範囲内に零分
散波長を有し、かつ、この零分散波長において単一モー
ドとしている。
【００４３】本第１実施形態例は以上のように構成され
ており、下記表１には、本第１実施形態例における実施
例の構成および特性のシミュレーション結果が、比較例
と共に示されている。下記表１において、実施例１は第
１実施形態例に係る実施例であり、比較例１は、図６に
示すような単峰型の屈折率プロファイルを有する光ファ
イバの例である。
【００４４】
【表１】
【００４５】なお、表１において、各比屈折率差Δ１
（コア１の比屈折率差）、Δ３（第２クラッド３の比屈
折率差）は、それぞれ、真空の屈折率を１としたときの
コア１の屈折率をｎ１、第２クラッド３の屈折率を
ｎ３、純石英の屈折率をｎｓとしたとき、次式（１）、
（２）により定義している。比屈折率差Δ１、Δ３の単
位はそれぞれ、％である。
【００４６】 Δ１＝{（ｎ1 2 −ｎs 2 ）／２ｎ1 2 }×１００・・・・・（１） Δ３＝{（ｎ3 2 −ｎs 2 ）／２ｎ3 2 }×１００・・・・・（２） また、表１および以下に示す各表において、Ｄ２／Ｄ１
は第１クラッドの径とコア径との比、Ｄ３／Ｄ１は第２
クラッドの径とコア径との比を示し、λｃは長さ２ｍで
の曲げ法により求めた実効遮断波長（カットオフ波長）
を示す。また、Ｄｓは波長１．５５μｍで零分散とした
ときの零分散波長（波長１．５５μｍ）での分散スロー
プである。ＭＦＤは波長１．５５μｍの光を伝搬したと
きのモードフィールド径である。
【００４７】また、表１には示されていないが、実施例
１と比較例１は、いずれも、波長１．５５μｍにおける
波長分散が０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなるように、コア径を
設定してある。
【００４８】表１から明らかなように、実施例１に係る
光ファイバは、比較例１に係る光ファイバと同じ比屈折
率差Δ１の値を有しながら、ディップレスト層としての
第２クラッド３の効果により、比較例１に係る単峰型光
ファイバでは実現できなかった実効遮断波長の短波長化
を実現することができ、実効遮断波長を零分散波長（１
５５０ｎｍ）以下にすることができた。
【００４９】即ち、比較例１に係る光ファイバは、実効
遮断波長が１５６３ｎｍであり、波長１．５５μｍ帯で
波長変換をする際にシングルモードとなっていないこと
が問題となるが、実施例１に係る光ファイバは、実効遮
断波長を１５２３ｎｍと減少することができるので、光
ファイバ内で非線形現象を誘起するために好適な特性を
有し、波長１．５５μｍ帯において効率的に波長変換を
行なうことができる。
【００５０】図３（ａ）は、本発明の第２実施形態例に
係る光ファイバの屈折率プロファイル構成を示す。ま
た、同図（ｂ）は、本発明の第２実施形態例に係る光フ
ァイバの断面構成を示す。
【００５１】これらの図に示すように、本第２実施形態
例に係る光ファイバは、コア１と、このコア１の外周を
覆うクラッド５とを含み、コア１の中心部には、コア１
の比屈折率差が１．８％以上となるような量のＧｅＯ２
がドープされている。クラッド５は前記コア１に隣接し
てコア１の外周側を覆う第１クラッド２と、該第１クラ
ッド２に隣接して第１クラッド２の外周側を覆う第２ク
ラッド３とを含んでいる。
【００５２】前記第１クラッド２の屈折率は前記第２ク
ラッド３の屈折率よりも小さく形成されており、本第２
実施形態例に係る光ファイバは、Ｗ型の屈折率プロファ
イルを有している。
【００５３】また、前記第２クラッド３は、前記コア１
を伝搬する光に影響する範囲に形成されている。つま
り、本第２実施形態例において、第２クラッド３は、高
次モードを漏れさせて、光ファイバのカットオフ波長を
小さくする機能を有しているが、第２クラッド３の内側
の径が大きすぎると（第１クラッド２の外径が大きすぎ
ると）、屈折率プロファイルが単峰型の光ファイバに近
づいてしまうため、第２クラッド３の屈折率を上記範囲
に形成している。
【００５４】本第２実施形態例は、上記構成により、上
記第１実施形態例と同様に、波長１．４μｍ〜１．６５
μｍの範囲内に零分散波長を有し、かつ、この零分散波
長において単一モード伝搬を可能としていることを特徴
とする。
【００５５】本第２実施形態例は以上のように構成され
ており、下記表２には本第２実施形態例における実施例
の構成および特性のシミュレーション結果が、比較例と
共に示されている。下記表２において、実施例２は、第
２実施形態例の実施例であり、比較例２は、図６に示し
たような従来の単峰型の屈折率プロファイルを有する光
ファイバの例である。
【００５６】
【表２】
【００５７】なお、上記表２および以下に示す各表にお
いて、比屈折率差Δ２は、真空の屈折率を１としたとき
の第１クラッド２の屈折率をｎ２、純石英の屈折率をｎ
ｓとしたとき、次式（３）により定義している。比屈折
率差Δ２の単位も％である。
【００５８】 Δ２＝{（ｎ2 2 −ｎs 2 ）／２ｎ2 2 }×１００・・・・・（３） また、表２には示されていないが、実施例２と比較例２
は、いずれも、波長１．５５μｍにおける波長分散が０
ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなるように、コア径を設定してあ
る。
【００５９】上記表２から明らかなように、実施例２
は、第１クラッド２の屈折率を第２クラッド３の屈折率
より小さくし、このディップレスト層の効果により、比
較例２と同じ比屈折率差Δ１の値を有しながら、比較例
２の単峰型光ファイバでは実現できなかった実効遮断波
長の短波長化を実現することができ、実効遮断波長を１
５５０ｎｍ以下にすることができた。
【００６０】即ち、比較例２に係る光ファイバは、実効
遮断波長が１７９６ｎｍであり、波長１．５５μｍ帯で
波長変換をする際にシングルモードとなっていないこと
が問題となるが、実施例２に係る光ファイバは、実効遮
断波長を１４９９ｎｍとすることができるので、波長
１．５５μｍ帯において効率的に波長変換を行なうこと
ができる。更に、実施例２に係る光ファイバは、ＭＦＤ
および波長分散勾配がともに減少しているので、ファイ
バ内で非線形現象を誘起するために、より好適な特性を
有していると言える。
【００６１】本第２実施形態例の他の実施例として、実
施例３に係る光ファイバの構成および特性が下記表３に
示されている。この実施例３に係る光ファイバは、本発
明者が実際に試作した光ファイバであり、下記表３に示
す値はいずれも実測値である。
【００６２】
【表３】
【００６３】上記表３から、実施例３に係る光ファイバ
も実施例２に係る光ファイバと同様の効果を奏すること
ができることがわかる。また、実施例３に係る光ファイ
バは、モードフィールド径も小さく、かつ、波長１．５
５μｍ帯における分散スロープが０．０３３ｐｓ／ｎｍ
２／ｋｍで、従来の限界値（０．０４ｐｓ／ｎｍ２／ｋ
ｍ）よりも小さくなっているので、効率的に非線形現象
を誘起できる光ファイバとして、より好適な光ファイバ
となった。
【００６４】本発明者らは、実施例３に係る光ファイバ
を外径5０ｍｍφの石英パイプからなるボビンにファイ
バが重ならないように巻き付けて（コイル状に巻回し
て）光ファイバに曲げによる複屈折を誘起し偏波保持機
能を付与し、図９に示すような光ファイバ部品を作製し
た。
【００６５】そして、この光ファイバ部品に、光ファイ
バの零分散波長で＋２０ｄＢｍの励起光（ポンプ光）を
入射し、この零分散波長の短波長側と長波長側の両方
に、信号光と励起光の偏波状態を一致させて入射して、
波長変換機能を確認したところ、図３に示すように、励
起光の波長であり、かつ、光ファイバの零分散波長であ
る約１５６４ｎｍを挟む短波長側と長波長側の両方の波
長変換を一括して行うことができ、全体で９１．３ｍの
広帯域において、一括波長変換を実現することができ
た。
【００６６】また、この光ファイバ部品は、上記のよう
に偏波保持機能を付与し、かつ、励起光と入射光の偏波
状態を一致させることにより、光の変換および伝搬を行
なうことができる。
【００６７】図４には、本発明の第３実施形態例に係る
光ファイバの構成が斜視図により示されている。本第３
実施形態例は、上記第２実施形態例と同様のＷ型の屈折
率プロファイル構成を有しており、本第３実施形態例が
上記第２実施形態例と異なる特徴的なことは、コア１を
両側から挟む態様でコア１に応力を付与する対の応力付
与部７をクラッド５内に設け、これらの対の応力付与部
７を前記コア１に対して軸対称と成して形成した偏波保
持機構を有することである。
【００６８】応力付与部７はＢ２Ｏ３をドープした石英
ガラス（ドープ量：１９．５ｍｏｌ％）、本第３実施形
態例に係る光ファイバは、この応力付与部７の形成によ
り、ＰＡＮＤＡ型定偏波光ファイバと成している。
【００６９】本第３実施形態例に係る光ファイバは以上
のように構成されており、下記表４には本第３実施形態
例の具体例としての実施例４に係る光ファイバの構成お
よび特性のシミュレーション結果が示されている。な
お、下記表４において、消光比は波長１５４０ｎｍにお
ける値である。
【００７０】
【表４】
【００７１】また、実施例４に係る光ファイバを用いて
波長変換を行なった結果を、図５に示す。この波長変換
は、長さ１００ｍの実施例４の光ファイバに、実施例４
に係る光ファイバの零分散波長（λ０）である１５６
３．０８ｎｍを有する＋２０ｄＢｍの励起光を入射し、
この零分散波長の短波長側と長波長側の両方に信号光を
入射して行なった。
【００７２】その結果、零分散波長を挟む短波長側と長
波長側の両方の波長変換を一括してでき、図５に示すよ
うに、全体で約６２ｍの広帯域において、一括波長変換
を実現できた。なお、図５においては波長変換後の長波
長側の変換効率のみ示してあるが、短波長側の変換効率
も同様の結果が見られた。
【００７３】なお、本発明は上記各実施形態例に限定さ
れることはなく、様々な実施の態様を取り得る。例え
ば、光ファイバの各比屈折率差Δ１、Δ２、Δ３、やコ
ア径、第１クラッド径、第２クラッド径、第３クラッド
径等の詳細な値は、上記各実施例の値には限定されず、
波長１．４μｍ〜１．６５μｍの範囲内に零分散波長を
有し、かつ、その零分散波長において単一モードとなる
ように適宜設定されるものである。
【００７４】例えば、上記第１実施形態例のように、ク
ラッド５が第１〜第３クラッドを有する構成において、
上記第１実施形態例では第１クラッド２と第３クラッド
４の屈折率を等しく形成したが、第１クラッド２の屈折
率を第３クラッド４の屈折率より大きく形成してもよい
し、その逆に、第１クラッド２の屈折率を第３クラッド
４の屈折率より小さく形成してもよい。
【００７５】また、図８に示すように、実効遮断波長を
零分散波長ｘｎｍよりも短くし、かつコア部の比屈折率
差Ｙ％との関係がＹ≧０．０１００７６９２６３Ｘ−１
３．０９４５７８４３８１の関係を満たすときに、従来
の単峰構造では、実行遮断波長が零分散波長よりも大き
くなり、有効ではない。しかし、このような領域では、
上述した本発明の実施形態例を適用するすることによ
り、単一モード動作が可能となり、良好な非線形特性を
実現することが可能となる。
【００７６】零分散波長近傍で高次モードが多少伝播可
能な状態では、小径への巻きつけ等の手法により単一モ
ード動作可能であるが、非線形現象による発生する生成
光は零分散波長の両側に比較的広い波長域で現れるの
で、こうした生成光を安定して単一モード動作させるた
めに、コイル状に巻くことは有効である。
【００７７】また、本発明の光ファイバで構成される光
ファイバ部品の零分散波長が、長手方向で±０．１ｎｍ
以上変動させることも有効である。
【００７８】零分散波長の変動のさせ方としては２通り
の方法が考えられる。一つはファイバ長手方向で例えば
０．５〜５０ｍ程度の比較的短い周期で変動させ、ポン
プ光波長とファイバの零分散波長がファイバ長手方向で
例えば数１０回から数１００回と多くの回数にわたり一
致させる方法である。もう一つの方法は、逆にファイバ
の零分散波長の長手での変動周期を例えば数１００〜数
１０００ｍと長い周期とし、且つ長手での変化率を小さ
くし、光波長とファイバの零分散波長が一致する回数を
ファイバ長手方向で例えば数回程度と少なくするものの
ポンプ光波長とファイバ零分散波長が比較的一致してい
る区間長を長くする方法である。
【００７９】何れの方法においてもファイバ長手で周期
で光ファイバの長手方向で均一な零分散波長を有し、最
適な波長に励起光が入力された場合に比べて、零分散波
長が変動する場合は、ファイバ内で発生する非線形現象
の効率は劣るが、励起光波長の微小な変動や、ファイバ
の温度変動によるファイバ自身の零分散波長の変動によ
る非線形現象の発生効率の変化を小さくすることが出来
るので、実際に使用する場合に非線形素子としての安定
性を向上させることが出来る。この手法を用いれば、実
際の使用状態での信頼性を大きく向上することができる
ことになる。
【００８０】また、上記例では、光ファイバまたは光フ
ァイバ部品を波長変換用に用いる例を述べたが、本発明
の光ファイバおよび光ファイバ部品は、波長変換と光増
幅の両方の機能を備えたものとすることもできる。例え
ば、コア１にＧｅＯ２と共にＥｒ３＋等の増幅特性を有
する物質を添加し、光ファイバを増幅媒体にしつつ励起
光と信号光を入射させて非線形現象を誘起することや、
４光波混合による波長変換を行ないつつラマン増幅を行
なうこともできる。
【００８１】さらに、励起光の波長変動に対応するため
に、本発明の光ファイバの零分散波長を光ファイバの長
手方向で微少に変化させることも好適である。
【００８２】さらにまた、上記第１実施形態例では第１
クラッド２と第３クラッド４を純石英にし、上記第２〜
第４実施形態例では第２クラッド３を純石英にしたが、
これらの部位に、比屈折率差を制御するための各種ドー
パントを添加してもよい。
【００８３】さらにまた、１．４〜１．６５μｍの範囲
に零分散を有する光ファイバにおいて、ほぼ零分散波長
の励起（ポンプ）光を入射すれば、その両側で波長変換
を行う際に有効な特性を有することが出来る。その時、
信号（プローブ）光、変換（アイドラ）光、共にシング
ルモードである必要がある。代表的には、零分散付近に
入射した励起光に対し、片側４５．６５ｎｍ以上の波長
変換が可能である。
【００８４】単峰構造の光ファイバでは、図８に示すよ
うに、零分散波長を短波長側にすると、零分散波長でシ
ングルモードとするためにはコアの比屈折率差を小さく
する必要がある。特に、零分散波長を１．４μｍとした
光ファイバに励起光を入れて使用することを想定する
と、実質的にコアの比屈折率差が1．０％以上の時に、
本発明の効果が得られる。
【００８５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、コアを覆うクラッド内に屈折率が小さい領域（デ
ィップレスト層）を形成し、コアに高濃度のＧｅＯ２を
ドープすることにより、従来の単峰構造では実現できな
かった高い非線形性を有し、使用波長域において単一モ
ードの光ファイバを得ることができる。このような本発
明に係る光ファイバは、効率的に非線形現象を誘起し
て、効率的な波長変換を実現することができる。
【００８６】また、本発明に係る光ファイバにおいて、
クラッド内に、一対の応力付与部をコアに対して軸対称
に形成し、偏波保持機構とした構成によれば、入射光の
偏波状態を維持したまま光の変換および伝搬を行なうこ
とができる。
【００８７】さらに、本発明に係る光ファイバ部品によ
れば、光ファイバをコイル状に巻回することにより光フ
ァイバに偏波保持機能を付与することにより、入射光の
偏波状態を維持したまま光の変換および伝搬を行なうこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る光ファイバを屈
折率プロファイル（ａ）と横断面図（ｂ）により示す要
部構成図。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る光ファイバを屈
折率プロファイル（ａ）と横断面図（ｂ）により示す要
部構成図。
【図３】上記第２実施形態例に係る光ファイバを用いて
波長変換を行なったときの波長変換後の出力光強度例を
示すグラフ。
【図４】本発明の第３実施形態例に係る光ファイバの構
成を示す斜視図。
【図５】上記第３実施形態例の光ファイバを用いて波長
変換を行なったときの波長変換効率例を示すグラフ。
【図６】従来の光ファイバの単峰型屈折率プロファイル
を示す説明図。
【図７】単峰型屈折率プロファイルの光ファイバにおい
て、コアのクラッドに対する比屈折率差を変化させたと
きの実効遮断波長を示すグラフ。
【図８】単峰型屈折率プロファイルの光ファイバにおい
て、零分散波長と実効遮断波長を一致させながらコア比
屈折率差を変えた時の零分散波長および実効遮断波長と
比屈折率差との関係を示すグラフ。
【図９】本発明の第３実施形態例に係る光ファイバを用
いて形成された光ファイバ部品を示す図。
【符号の説明】
１・・・コア ２・・・第１クラッド ３・・・第２クラッド ４・・・第３クラッド ５・・・クラッド ７・・・応力付与部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 3/30 Ｇ０２Ｂ 6/16 ３１１ (72)発明者 齋藤 裕文 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H050 AB05X AB10Y AB73 AC09 AC14 AC15 AC44 AC71 AC73 AD01 2K002 AA02 AB30 BA01 CA15 DA10 HA24 5F072 AB07 AK06 QQ04 QQ07 YY15

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】コア部と、該コア部の外周を覆うクラッド
    部とを含み、波長１．４μｍ〜１．６５μｍの範囲内に
    零分散波長を有し、かつ、その零分散波長において単一
    モードである光ファイバであって、 前記コア部の中心部には、前記コア部の比屈折率差が
    １．８％以上となるような量のＧｅＯ２がドープされて
    おり、前記クラッド部は、前記コア部に隣接して前記コ
    ア部の外周を覆う第１クラッド部と、該第１クラッド部
    に隣接して第１クラッド部の外周を覆う第２クラッド部
    と、該第２クラッド部に隣接して第２クラッド部の外周
    を覆う第３クラッド部とを含み、前記第２クラッド部の
    屈折率は、前記第１クラッド部および第３クラッド部の
    屈折率より小さいことを特徴とする光ファイバ。
  2. 【請求項２】コア部と、該コア部の外周を覆うクラッド
    部とを含み、波長１．４μｍ〜１．６５μｍの範囲内に
    零分散波長を有し、かつ、該零分散波長において単一モ
    ードである光ファイバであって、 前記コア部の中心部には、前記コア部の比屈折率差が
    １．８％以上となるような量のＧｅＯ２がドープされて
    おり、前記クラッド部は前記コア部に隣接して前記コア
    部の外周を覆う第１クラッド部と、該第１クラッド部に
    隣接して第１クラッド部の外周を覆う第２クラッド部と
    を含み、前記第１クラッド部の屈折率は前記第２クラッ
    ド部の屈折率よりも小さいことを特徴とする光ファイ
    バ。
  3. 【請求項３】前記クラッド内の前記コア部の両側に、前
    記コア部に応力を印加する一対の応力付与部を軸対称に
    配置し、直線偏波保持機能が付与されたことを特徴とす
    る請求項１または２に記載の光ファイバ。
  4. 【請求項４】コア部と、該コア部の外周を覆うクラッド
    部とを含み、波長１．４μｍ〜１．６５μｍの範囲内に
    零分散波長を有し、かつ、その零分散波長において単一
    モードである、光ファイバ内で非線形現象を誘起する石
    英系光ファイバであって、 前記コア部の中心部には、ＧｅＯ２がドープされてお
    り、前記コア部の比屈折率差が１．０％以上であり、前
    記クラッド部は、前記コア部に隣接して前記コア部の外
    周を覆う第１クラッド部と、該第１クラッド部に隣接し
    て第１クラッド部の外周を覆う第２クラッド部と、該第
    ２クラッド部に隣接して第２クラッド部の外周を覆う第
    ３クラッド部とを含み、前記第２クラッド部は前記コア
    部を伝搬する光に影響する範囲に配置され、前記第２ク
    ラッド部の屈折率は前記第１クラッド部および第３クラ
    ッド部の屈折率より小さいことを特徴とする光ファイ
    バ。
  5. 【請求項５】コア部と、該コア部の外周を覆うクラッド
    部とを含み、波長１．４μｍ〜１．６５μｍの範囲内に
    零分散波長を有し、かつ、その零分散波長において単一
    モードである、光ファイバ内で非線形現象を誘起する、
    Ｗ型構造の石英系光ファイバであって、 前記コア部の中心部には、ＧｅＯ２がドープされてお
    り、前記コア部の比屈折率差が１．０％以上であり、前
    記クラッド部は、前記コア部に隣接して前記コア部の外
    周を覆う第１クラッド部と、該第１クラッド部に隣接し
    て第１クラッド部の外周を覆う第２クラッド部と、該第
    ２クラッド部に隣接して第２クラッド部の外周を覆う第
    ３クラッド部とを含み、前記第２クラッド部は前記コア
    部を伝搬する光に影響する範囲に配置され、前記第１ク
    ラッド部の屈折率は前記第２クラッド部の屈折率より小
    さいことを特徴とする光ファイバ。
  6. 【請求項６】前記クラッド内の前記コア部の両側に、前
    記コア部に応力を印加する、一対の前記クラッド部と線
    膨張率の異なる材料を配置し、直線偏波保持機能が付与
    されたことを特徴とする請求項４または５に記載の光フ
    ァイバ。
  7. 【請求項７】前記零分散波長Ｘと前記コア部の比屈折率
    差Ｙとが、Ｙ≧０．０１００７６９２６３Ｘ−１３．０
    ９４５７８４３８１の関係を満たすことを特徴とする請
    求項４または５に記載の光ファイバ。
  8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の光ファイ
    バを備え、前記零分散波長が、光ファイバの長手方向で
    ±０．１ｎｍ以上変動していることを特徴とする光ファ
    イバ部品。
  9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の光ファイ
    バをコイル状に巻くことにより、直線偏波保持機能が付
    与されたことを特徴とする光ファイバ部品。
  10. 【請求項１０】請求項１〜８のいずれかに記載の光ファ
    イバを用いた光伝送方法において、前記コア部に信号光
    又は発生光の増幅効果を有する物質が添加されており、
    前記光ファイバに励起光および信号光を入射して、非線
    形現象を誘起し、前記信号光と前記非線形現象による発
    生光の少なくとも一方の増幅を同一の光ファイバ内で行
    うことを特徴とする光伝送方法。
  11. 【請求項１１】請求項１〜８のいずれかに記載の光ファ
    イバを用いた光伝送方法において、前記光ファイバに励
    起光および信号光を入射して、ラマン増幅による非線形
    現象を誘起し、前記信号光と前記非線形現象による発生
    光の少なくとも一方の増幅を同一の光ファイバ内で行う
    ことを特徴とする光伝送方法。
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