JP2009198945A - シングルモード光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】通常のシングルモード光ファイバと同等の波長分散特性を有しつつ、実効コア断面積拡大、曲げ損失低減を実現可能なシングルモード光ファイバの提供。
【解決手段】波長１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積が１００μｍ^２以上、曲げ径２０ｍｍφで１０回曲げた時の曲げ損失が３０ｄＢ以下、零分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲であることを特徴とするシングルモード光ファイバ。
【選択図】図５

Description

本発明は、波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する実効コア断面積（以下、Ａ_ｅｆｆと記す）を拡大したシングルモード光ファイバに関する。本発明のシングルモード光ファイバは、誘導ラマン散乱や誘導ブリリュアン散乱を抑制することが必要となる伝送システム、例えば三波多重伝送システムなどの伝送用光ファイバとして好適である。

光ファイバを用いた伝送システムは、大都市間を結ぶ幹線系や大陸間を結ぶ海底システムなどの長距離、超長距離伝送システムから、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に向けた展開が進みつつある。ＦＴＴＨ向けの伝送システムとして、普及が期待されているのが三波多重によるデータ通信と映像配信システムである。

図１は、この三波多重伝送システムの一例を示す構成図であり、この伝送システムは、センター側１からの信号を光ファイバ２に導いて伝送し、光カプラ４によって光ファイバ２から多数の個別光ファイバを分岐し、それらを多数の加入者側３に導いて、加入者側３にデータ通信と映像配信を可能にしている。この伝送システムでは、波長１．３１μｍ及び波長１．４９μｍの光信号をデータ通信の上り／下りに用い、波長１．５５μｍの光信号を用いて映像信号を配信する構成になっている。

このようなシステムの伝送線路としては、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization sector）Ｇ．６５２において規定されているシングルモード光ファイバが用いられている。映像信号の配信方法としては、データ通信と同様にＩＰ（Internet Protocol）による方式とアナログ強度変調により配信する方法がある。アナログ強度変調による配信は、受信部において復調を行えば、従来の受像部がそのまま使用できるため、広く用いられている。
本発明のＡ_ｅｆｆを拡大したシングルモード光ファイバに関する従来技術としては、例えば、特許文献１，２及び非特許文献１が挙げられる。
米国特許第６３３７９４２号明細書 米国特許第６３８５３７９号明細書 Aikawa, et al.,"Single-mode optical fiber with effective core area larger than 160μm２,"ECOC 1999, Proceeding of ECOC 1999, P1.15

前記三波多重システムでは、誘導ブリリュアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering：以下、ＳＢＳと記す）および誘導ラマン散乱（Stimulated Raman Scattering：以下、ＳＲＳと記す）による信号劣化の問題が指摘されている。
図２にＳＢＳの測定例を示す。図２に示すように、比較的入射パワーが低い領域では、入射パワーに比較して出射パワーが増加しているのに対して、ある程度以上のパワーになると出射パワーがほとんど増加しなくなる。この現象は、光ファイバ中のＳＢＳにより反射されるパワーが増大するために発生する。ＳＢＳは、アナログ変調により映像信号を伝送するシステムにおいて顕著な問題になると言われている。ＳＢＳを抑圧する方法としては、伝送システム側で光源の波長を変動させる方法や、ファイバ自体でＳＢＳの発生を抑圧する方法が知られている。ＳＢＳを抑圧することにより、光ファイバに入射させるパワーを増加させることが可能になる。このことは、三波多重システムの伝送可能距離を伸ばす効果の他、ＰＯＮ（Passive Optical Network）を用いたシステムにおいては、信号の分岐数を増加できる等のメリットがある。

ＳＲＳは、ある波長の高強度の光（ポンプ光）を光ファイバに入射すると、その波長から１００ｎｍ程度長波長側にピークを持つような増幅特性を生じさせる。信号光に対して適切な波長にポンプ光を入射すれば、光ファイバを増幅媒体として利用可能である。一方で、三波多重システムにおいては、ＳＢＳがノイズの原因となることが知られている。図１に示したように、三波多重システムでは、下りのデータ信号は１．４９μｍ帯に、映像信号は波長１．５５μｍ帯に、それぞれ配置されている。このため、波長１．４９μｍのデータ信号がポンプ光として作用し、映像信号の波長帯にラマン利得が発生し、映像信号にノイズが発生する。このＳＢＳの発生量は、ポンプ光のパワー増加に伴い大きくなる。

前述したＳＢＳを抑圧するシステム、光ファイバを用いることにより、ＳＢＳの観点からは光ファイバに入射するパワーを増大することが可能となるが、その一方でＳＲＳの点では、入射パワーの制約が発生する。ＳＲＳの抑圧には、光ファイバのＡ_ｅｆｆを拡大することが有効であることが知られている（Nonlinear Fiber Optics, G. P. Agrawel 著, Academic Eress）。通常のシングルモード光ファイバは、波長１５５０ｎｍで８０μｍ^２程度のＡ_ｅｆｆを有している。これに対して、１１０〜１６０μｍ^２程度までＡ_ｅｆｆを拡大した光ファイバが知られている（例えば、特許文献１，２、非特許文献１参照。）。

これらの従来型のＡ_ｅｆｆ拡大光ファイバは、海底ケーブルに代表されるような超長距離ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）システム用に設計されている。ＤＷＤＭシステムは、Ｃバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）以上の波長を用いることが一般的であり、従来型Ａ_ｅｆｆ拡大光ファイバのカットオフ波長は１５３０ｎｍ以下に設定されている。このため、三波多重システムのように波長１３１０ｎｍを伝送に用いるシステムへの適用は不可能である。

通常のシングルモード光ファイバや従来型Ａ_ｅｆｆ拡大光ファイバは、図３に示すような屈折率分布構造が用いられることが多い。図３の屈折率分布は、いわゆるステップインデックス型であり、ファイバ径方向中心に高屈折率のコア５の領域があり、その外周に低屈折率のクラッド６の領域があり、コア６の領域の屈折率分布、クラッド６の領域の屈折率分布ともに平坦になっている。図３中、符号ｒ_１はコア５の半径、Δ_１はクラッドに対するコアの比屈折率差である。通常のシングルモード光ファイバと同程度のカットオフ波長（ケーブルカットオフ波長で１２６０ｎｍ）という条件で、Ａ_ｅｆｆを拡大する設計を行った場合の特性を図４に示す。図４（ａ）は波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（以下、ＭＦＤと記す）と曲げ損失との関係を表すグラフ、図４（ｂ）は波長１５５０ｎｍにおけるＡ_ｅｆｆと曲げ損失との関係を示すグラフである。
通常のシングルモード光ファイバ、例えば、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが９．２μｍ程度、波長１５５０ｎｍにおけるＡ_ｅｆｆが８０μｍ^２程度のシングルモード光ファイバでは、２０ｍｍφ、１５５０ｎｍにおける曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ程度であるのに対して、Ａ_ｅｆｆを１１０μｍ^２程度まで拡大すると、曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ程度まで増加し、実用に耐えなくなる。また、零分散波長も１３００ｎｍを切るようになり、通常のシングルモード光ファイバとのコンパチビリティを確保できなくなる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、通常のシングルモード光ファイバと同等の波長分散特性を有しつつ、Ａ_ｅｆｆ拡大、曲げ損失低減を実現可能なシングルモード光ファイバの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、波長１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長、波長１５５０ｎｍにおけるＡ_ｅｆｆが１００μｍ^２以上、曲げ径２０ｍｍφで１０回曲げた時の曲げ損失が３０ｄＢ以下、零分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲であることを特徴とするシングルモード光ファイバを提供する。

本発明のシングルモード光ファイバにおいて、半径ｒ_１の中心コアと、該中心コアの外周に設けられた半径ｒ_２の第１クラッドと、該第１クラッドの外周に設けられた半径ｒ_３の第２クラッドと、該第２クラッドの外周に設けられた半径ｒ_４の第３クラッドとからなり、中心コア、第１クラッド及び第２クラッドは、それぞれ最大屈折率ｎ_１ｍａｘ、ｎ_２ｍａｘ、ｎ_３ｍａｘ、最小屈折率ｎ_１ｍｉｎ、ｎ_２ｍｉｎ、ｎ_３ｍｉｎとなる屈折率分布を有し、第３クラッドは一定屈折率ｎ_ｃを有し、ｎ_１ｍａｘ＞ｎ_ｃ、ｎ_１ｍａｘ＞ｎ_２ｍａｘ、ｎ_２ｍａｘ＞ｎ_３ｍａｘ、ｎ_１ｍｉｎ＞ｎ_２ｍｉｎ、ｎ_２ｍｉｎ＞ｎ_３ｍｉｎ、ｎ_３ｍｉｎ＜ｎ_ｃなる関係を満たすことが好ましい。

本発明のシングルモード光ファイバにおいて、中心コアの中心部に最大屈折率を有することが好ましい。

本発明のシングルモード光ファイバにおいて、第３クラッドの屈折率を基準とした最大比屈折率Δ_ｃ１を有する中央層と、該中央層の外周に設けられた最低屈折率Δ_ｃ２を有する第１の環状領域と、該第１の環状領域の外周に設けられた最大屈折率Δ_ｃ３を有する第２の環状領域からなるコアを有することが好ましい。

本発明のシングルモード光ファイバは、Ａ_ｅｆｆを拡大したことにより、ＳＢＳ、ＳＲＳの発生を抑圧することができる。
本発明のシングルモード光ファイバは、通常のシングルモード光ファイバと同等の波長分散特性を有しつつ、拡大されたＡ_ｅｆｆを有するものなので、通常のシングルモード光ファイバとのコンパチビリティを確保することができる。
本発明のシングルモード光ファイバは、拡大されたＡ_ｅｆｆを有し、しかも曲げ損失が小さいものなので、三波多重伝送システムなどの伝送用ファイバとして用いた場合に信号の劣化が少なく、高品質の伝送システムを構築できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図５は、本発明に係るシングルモード光ファイバの第１実施形態の屈折率分布を示す図である。本実施形態のシングルモード光ファイバ１０は、半径ｒ_１の中心コア１１と、該中心コア１１の外周に設けられた半径ｒ_２の第１クラッド１２と、該第１クラッド１２の外周に設けられた半径ｒ_３の第２クラッド１３と、該第２クラッド１３の外周に設けられた半径ｒ_４の第３クラッド１４とからなている。各部の屈折率は、中心コア＞第３クラッド＞第１クラッド＞第２クラッドの順である。また、本実施形態において、シングルモード光ファイバ１０の中心コア１１、第１クラッド１２、第２クラッド１３及び第３クラッド１４の各部の屈折率は均一になっている。

本実施形態のシングルモード光ファイバは、波長１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長、波長１５５０ｎｍにおけるＡ_ｅｆｆが１００μｍ^２以上、曲げ径２０ｍｍφで１０回曲げた時の曲げ損失が３０ｄＢ以下、零分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲である。

本実施形態のシングルモード光ファイバ１０は、Ａ_ｅｆｆを拡大したことにより、ＳＢＳ、ＳＲＳの発生を抑圧することができる。
本実施形態のシングルモード光ファイバ１０は、通常のシングルモード光ファイバと同等の波長分散特性を有しつつ、拡大されたＡ_ｅｆｆを有するものなので、通常のシングルモード光ファイバとのコンパチビリティを確保することができる。
本実施形態のシングルモード光ファイバ１０は、拡大されたＡ_ｅｆｆを有し、しかも曲げ損失が小さいものなので、三波多重伝送システムなどの伝送用ファイバとして用いた場合に信号の劣化が少なく、高品質の伝送システムを構築できる。

なお、本発明において、シングルモード光ファイバ１０の中心コア１１、第１クラッド１２、第２クラッド１３の各部の屈折率は必ずしも均一でなくても良く、いずれかの部分の屈折率分布が階段状に、又は曲線状に変化していても良い。中心コア１１、第１クラッド１２及び第２クラッド１３が、それぞれ最大屈折率ｎ_１ｍａｘ、ｎ_２ｍａｘ、ｎ_３ｍａｘ、最小屈折率ｎ_１ｍｉｎ、ｎ_２ｍｉｎ、ｎ_３ｍｉｎとなる屈折率分布を有し、第３クラッド１４は一定屈折率ｎ_ｃを有している場合、それぞれの屈折率は、ｎ_１ｍａｘ＞ｎ_ｃ、ｎ_１ｍａｘ＞ｎ_２ｍａｘ、ｎ_２ｍａｘ＞ｎ_３ｍａｘ、ｎ_１ｍｉｎ＞ｎ_２ｍｉｎ、ｎ_２ｍｉｎ＞ｎ_３ｍｉｎ、ｎ_３ｍｉｎ＜ｎ_ｃなる関係を満たすことが望ましい。

図６は、本発明に係るシングルモード光ファイバの第２実施形態の屈折率分布を示す図である。本実施形態のシングルモード光ファイバ２０は、中心部に最大屈折率を有し、外側に向けて漸次屈折率が低下する屈折率分布を有する中心コア２１と、該中心コア２１の外周に設けられた第１クラッド２２と、該第１クラッド２２の外周に設けられた第２クラッド２３と、該第２クラッド２３の外側に設けられた第３クラッド２４とからなっている。各部の屈折率は、中心コア＞第１，第３クラッド＞第２クラッドの順になっている。

本実施形態のシングルモード光ファイバ２０は、図６に示す屈折率分布構造とすることで、前記第１実施形態と同じく、波長１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長、波長１５５０ｎｍにおけるＡ_ｅｆｆが１００μｍ^２以上、曲げ径２０ｍｍφで１０回曲げた時の曲げ損失が３０ｄＢ以下、零分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲の伝送特性を達成することができ、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

図７は、本発明に係るシングルモード光ファイバの第３実施形態の屈折率分布を示す図である。本実施形態のシングルモード光ファイバ３０は、屈折率が異なる複数の層を有する中心コア３１と、該中心コア３１の外周に設けられた第１クラッド３２と、該第１クラッド３２の外周に設けられた第２クラッド３３と、該第２クラッド３３の外側に設けられた第３クラッド３４とからなっている。各部の屈折率は、中心コア＞第１，第３クラッド＞第２クラッドの順になっている。また、中心コア３１は、第３クラッド３４の屈折率を基準とした最大比屈折率Δ_ｃ１を有する中央層３５と、該中央層３５の外周に設けられた最低屈折率Δ_ｃ２を有する第１の環状領域３６と、該第１の環状領域３６の外周に設けられた最大屈折率Δ_ｃ３を有する第２の環状領域３７とからなっている。

本実施形態のシングルモード光ファイバ３０は、図７に示す屈折率分布構造とすることで、前記第１実施形態と同じく、波長１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長、波長１５５０ｎｍにおけるＡ_ｅｆｆが１００μｍ^２以上、曲げ径２０ｍｍφで１０回曲げた時の曲げ損失が３０ｄＢ以下、零分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲の伝送特性を達成することができ、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
以下、実施例により本発明の効果を実証する。

［実施例１］
図５に示す屈折率分布構造を有し、表１に示すように、各部の半径、比屈折率差が異なる実施例１−１〜１−４の４種類のシングルモード光ファイバを製造し、それぞれのＡ_ｅｆｆ、ＭＦＤ、波長分散値、分散スロープ、零分散波長、曲げ損失を測定した。結果を表１にまとめて記す。

表１に示す通り、実施例１−１〜１−４の４種類のシングルモード光ファイバは、波長１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長、波長１５５０ｎｍにおけるＡ_ｅｆｆが１００μｍ^２以上、曲げ径２０ｍｍφで１０回曲げた時の曲げ損失が３０ｄＢ以下、零分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲内の性能を満たしていた。

図８は、図４に示した従来型光ファイバ（通常のシングルモード光ファイバにおいてＡ_ｅｆｆを拡大する設計をした場合）のＭＦＤと曲げ損失の関係（図４（ａ））及びＡ_ｅｆｆと曲げ損失との関係（図４（ｂ））を示すグラフ上に、表１に示した実施例１−１〜１−４の曲げ損失測定結果をプロットした図である。図８（ａ），（ｂ）から、本発明に係る実施例１−１〜１−４の４種類のシングルモード光ファイバは、従来型光ファイバと比べ、曲げ損失を格段に低減できることがわかる。

［実施例２］
図６に示す屈折率分布構造を有し、表２に示すように、各部の半径、比屈折率差が異なる実施例２のシングルモード光ファイバを製造し、それぞれのＡ_ｅｆｆ、ＭＦＤ、波長分散値、分散スロープ、零分散波長、曲げ損失を測定した。結果を表２にまとめて記す。

［実施例３］
図７に示す屈折率分布構造を有し、表２に示すように、各部の半径、比屈折率差が異なる実施例３のシングルモード光ファイバを製造し、それぞれのＡ_ｅｆｆ、ＭＦＤ、波長分散値、分散スロープ、零分散波長、曲げ損失を測定した。結果を表２にまとめて記す。

表２に示す通り、実施例２，実施例３のシングルモード光ファイバは、波長１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長、波長１５５０ｎｍにおけるＡ_ｅｆｆが１００μｍ^２以上、曲げ径２０ｍｍφで１０回曲げた時の曲げ損失が３０ｄＢ以下、零分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲内の性能を満たしていた。

図９は、図４に示した従来型光ファイバ（通常のシングルモード光ファイバにおいてＡ_ｅｆｆを拡大する設計をした場合）のＭＦＤと曲げ損失との関係（図４（ａ））及びＡ_ｅｆｆと曲げ損失との関係（図４（ｂ））を示すグラフ上に、表２に示した実施例２と実施例３の曲げ損失測定結果をプロットした図である。図９（ａ），（ｂ）から、本発明に係る実施例２、実施例３のシングルモード光ファイバは、従来型光ファイバと比べ、曲げ損失を格段に低減できることがわかる。

三波多重伝送システムの一例を示す構成図である。 ＳＢＳの測定波形を例示するグラフである。 従来型シングルモード光ファイバの屈折率分布の一例を示す図である。 通常のシングルモード光ファイバにおいてＡ_ｅｆｆを拡大する設計をした従来型光ファイバについて、（ａ）ＭＦＤと曲げ損失の関係、（ｂ）Ａ_ｅｆｆと曲げ損失との関係を示すグラフである。 本発明のシングルモード光ファイバの第１実施形態を示す屈折率分布図である。 本発明のシングルモード光ファイバの第２実施形態を示す屈折率分布図である。 本発明のシングルモード光ファイバの第３実施形態を示す屈折率分布図である。 本発明に係る実施例１のシングルモード光ファイバの曲げ損失測定結果を示すグラフである。 本発明に係る実施例２，３のシングルモード光ファイバの曲げ損失測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１０，２０，３０…シングルモード光ファイバ、１１，２１，３１…第１クラッド、１２，２２，３２…第２クラッド、１３，２３，３３…第３クラッド、１４，２４，３４…第４クラッド、３５…中央層、３６…第１の環状領域、３７…第２の環状領域。

Claims (4)

1. 波長１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積が１００μｍ^２以上、曲げ径２０ｍｍφで１０回曲げた時の曲げ損失が３０ｄＢ以下、零分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍの範囲であることを特徴とするシングルモード光ファイバ。
2. 半径ｒ_１の中心コアと、該中心コアの外周に設けられた半径ｒ_２の第１クラッドと、該第１クラッドの外周に設けられた半径ｒ_３の第２クラッドと、該第２クラッドの外周に設けられた半径ｒ_４の第３クラッドとからなり、中心コア、第１クラッド及び第２クラッドは、それぞれ最大屈折率ｎ_１ｍａｘ、ｎ_２ｍａｘ、ｎ_３ｍａｘ、最小屈折率ｎ_１ｍｉｎ、ｎ_２ｍｉｎ、ｎ_３ｍｉｎとなる屈折率分布を有し、第３クラッドは一定屈折率ｎ_ｃを有し、ｎ_１ｍａｘ＞ｎ_ｃ、ｎ_１ｍａｘ＞ｎ_２ｍａｘ、ｎ_２ｍａｘ＞ｎ_３ｍａｘ、ｎ_１ｍｉｎ＞ｎ_２ｍｉｎ、ｎ_２ｍｉｎ＞ｎ_３ｍｉｎ、ｎ_３ｍｉｎ＜ｎ_ｃなる関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のシングルモード光ファイバ。
3. 中心コアの中心部に最大屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載のシングルモード光ファイバ。
4. 第３クラッドの屈折率を基準とした最大比屈折率Δ_ｃ１を有する中央層と、該中央層の外周に設けられた最低屈折率Δ_ｃ２を有する第１の環状領域と、該第１の環状領域の外周に設けられた最大屈折率Δ_ｃ３を有する第２の環状領域からなるコアを有することを特徴とする請求項２に記載のシングルモード光ファイバ。

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