JP6035780B2 - 光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバに関するものである。

光通信システムにおいては光信号雑音比（ＯＳＮＲ: Optical Signal-to-NoiseRatio）の向上が求められている。特にデジタルコヒーレント受信方式を利用した通信方式においてはＯＳＮＲの向上は重要である。ＯＳＮＲを向上することによって、伝送信号を大容量化したり、光通信システムの伝送距離を長くしたり、中継器間の間隔を長くしたりすることが可能になり、光通信システムを高性能化することができる。

ＯＳＮＲの向上には、光伝送路として用いられる光ファイバの非線形性の低減と光伝送路での伝送損失の低減とが重要である。光ファイバ中で発生する非線形性を低減するには、光ファイバの実効断面積Aeffを大きくし、光ファイバの波長分散の絶対値を大きくすれば良い。このような波長分散の絶対値が大きく実効断面積Aeffが拡大された非分散シフト光ファイバが知られている（例えば特許文献１，２，７）。

国際公開第００／０６２１０６号 特開２００５−２０２４４０号公報 米国特許第６４２１４８９号明細書 米国特許第６６８７４４１号明細書 米国特許第７９２９８１８号明細書 米国特許第７５５５１８７号明細書 国際公開第２０１１／０６６０６３号

V. Curri, et al., IEEE Photon.Technol. Lett.,vol.22, No.19, pp.1446-1448, 2010.

しかしながら、実効断面積Aeffが拡大された非分散シフト光ファイバは、既に光伝送路として敷設されていたり伝送機器に使用されたりしている波長１.５５μｍ帯で実効断面積Aeffが８０μｍ^２程度のＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２シリーズである通常のシングルモードファイバ（ＳＳＭＦ）、ＩＴＵ−ＴＧ.６５３シリーズである実効断面積Aeffが５０〜８０μｍ^２の分散シフトファイバ（ＤＳＦ）およびＩＴＵ−ＴＧ.６５５、Ｇ.６５６シリーズであるノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ-ＤＳＦ）との接続損失が大きくなってしまい、結果としてＯＳＮＲを低くしてしまう場合があるという課題があった。なお、ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２シリーズである通常の光ファイバとは、ケーブルカットオフ波長が波長１２６０ｎｍ以下であり、波長１３１０ｎｍにおけるMFDの典型値が８.６〜９.５μｍであり、ゼロ分散波長が１３００〜１３２４ｎｍであり、ゼロ分散波長における分散スロープが０.０９３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であるような光学特性を少なくとも有する。

特許文献３には、実効断面積Aeffが大きくモードフィールド径MFDが小さい光ファイバの例がTable-１に開示されている。しかし、この光ファイバは、零分散波長が１５０８〜１５７０ｎｍという分散シフトファイバであることから、波長分散の絶対値が小さく、非線形現象が発生しやすい。また、この光ファイバは、曲げ損失（特にマイクロベンドロス）に弱くなると予測され、加えて、カットオフ波長が１８５７ｎｍ以上と非常に長いという問題がある。

特許文献４には、実効断面積Aeffが大きくモードフィールド径MFDが小さい光ファイバの例がTable-１に開示されている。しかし、この光ファイバは、零分散波長が１４７２〜１５７９ｎｍという分散シフトファイバである。また、この光ファイバは、中心にボイドを含むことから、製造性が悪く、伝送損失が高いことも予測される。加えて、この光ファイバは、他の光ファイバとの融着接続の際にボイドが潰れて導波構造が変化することによって接続損失が大きくなることも容易に予想される。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光通信システムの光伝送路として好適に用いられＯＳＮＲの向上が可能な光ファイバを提供することを目的とする。

本発明の光ファイバは、コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が＋１９.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２１.９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上１３.０μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の光ファイバでは、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが１００μｍ^２以上であるのが好適である。波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１９ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。コア部は、平均濃度１０００原子ｐｐｍ以上のハロゲン元素が添加され、ドーパントとしての典型金属元素や遷移金属元素の平均濃度が０.０１原子ｐｐｍ以下である石英系ガラスからなるのが好適である。また、コア部は、平均濃度０.０１〜５０原子ｐｐｍのアルカリ金属元素が添加されているのが好適である。

本発明の光ファイバでは、通常のシングルモード光ファイバとの接続損失が波長１５５０ｎｍにおいて接続一箇所あたり０.４ｄＢ以下であるのが好適である。直径２２０ｍｍのマンドレルの周上に巻き付け張力０．４Ｎ以上で長さ１０ｋｍ以上を巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１９ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え５.４以下であり、コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％以上であるのが好適である。また、比屈折率差Δ_１２が０.２％以下であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え５.４以下であり、コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％〜０.２％であり、４.５μｍ≦ｒ_３≦７.０μｍであり、コア部の中心からｒ_３の３倍となる径方向位置ｒ_Ｏでの屈折率Ｎ_Ｏに対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_ｃ２が０.２５％以上０.５５％以下であり、屈折率Ｎ_Ｏに対する最小値Ｎ_１の比屈折率差Δ_ｃ１が０.０５％以上であり、実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が＋１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上であることを特徴とする。

本発明の光ファイバは、コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え６.０以下であり、コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％以上であり、クラッド部が、屈折率Ｎ_０である第一のクラッド部と、その外周にあり屈折率Ｎ_Ｏ２である第二のクラッド部とから少なくともなり、Ｎ_０＜Ｎ_Ｏ２であり、第一のクラッド部を基準とした第二のクラッド部の比屈折率差Δｄが０.０５％以上であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え８.０以下であり、Δｄが０.０８％以上であるのが好適である。Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.２以上であるのも好適である。また、比屈折率差Δ_１２が０.２％以下であるのも好適である。

本発明の光ファイバは、コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え６.０以下であり、コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％〜０.２０％であり、４.５μｍ≦ｒ_３≦７.０μｍであり、コア部の中心からｒ_３の３倍となる径方向位置ｒ_Oでの屈折率Ｎ_Oに対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_ｃ２が０.２５％以上０.５５％以下であり、屈折率Ｎ_Oに対する最小値Ｎ_１の比屈折率差Δ_ｃ１が０.０５％以上であり、クラッド部が、屈折率Ｎ_Oである第一のクラッド部と、その外周にあり屈折率Ｎ_O２である第二のクラッド部とから少なくともなり、Ｎ_O＜Ｎ_O２であり、第一のクラッド部を基準とした第二のクラッド部の比屈折率差Δｄが０.０５％以上であり、実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が+１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上であることを特徴とする。

本発明の光ファイバは、コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え８.０以下であり、コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％〜０.２０％であり、４.５μｍ≦ｒ_３≦７.０μｍであり、コア部の中心からｒ_３の３倍となる径方向位置ｒ_Oでの屈折率Ｎ_Oに対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_ｃ２が０.２５％以上０.５５％以下であり、屈折率Ｎ_Oに対する最小値Ｎ_１の比屈折率差Δ_ｃ１が０.０５％以上であり、クラッド部が、屈折率Ｎ_Oである第一のクラッド部と、その外周にあり屈折率Ｎ_O２である第二のクラッド部とから少なくともなり、Ｎ_O＜Ｎ_O２であり、第一のクラッド部を基準とした第二のクラッド部の比屈折率差Δｄが０.８％以上であり、実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が+１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上であることを特徴とする。

本発明の光ファイバは、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.２以上であるのが好適である。

本発明の光ファイバは光通信システムの光伝送路として好適に用いられＯＳＮＲの向上が可能となる。

光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 Δ_１２とｋ値との関係を示すグラフである。 Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２とｋ値との関係を示すグラフである。 光ファイバのモードフィールド径MFDと接続損失との関係を示すグラフである。 光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 実施例１〜５の各光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 実施例６〜１０の各光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 実施例１〜５の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。 実施例１〜５の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。 実施例１〜５の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。 実施例１〜５の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。 実施例６〜１０の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。 実施例６〜１０の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。 実施例６〜１０の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。 実施例６〜１０の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。 Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２とｋ値との関係を示すグラフである。 Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２とｋ値との関係を示すグラフである。 Aeff＝１３５μｍ^２となる際の、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２とコア部の半径ｒ_３、Δ_c２、波長１５５０ｎｍにおけるMFDとの関係を纏めた図表である。 Δｄとｋ値との関係を示すグラフである。 ΔｄとＲとの関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態の光ファイバは、コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が＋１９.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２１.９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上１３.０μｍ以下である。

光ファイバ中で発生する非線形現象を小さくするよう実効断面積Aeffを例えば波長１５５０ｎｍにおいて１００μｍ^２以上に大きくした場合、同時にモードフィールド径MFDも大きくなるので、このような光ファイバとＳＳＭＦ（Aeffは８０μｍ^２程度）との接続損失が大きくなってしまう。接続損失の分だけ、光アンプや受光器に入射される光の強度が小さくなるので、光伝送システムのＯＳＮＲが劣化してしまうという問題がある。

そこで、光ファイバの実効断面積Aeffを大きくする一方でモードフィールド径MFDを比較的小さくすることにより、その光ファイバと他の光ファイバとの接続損失を低減することが可能である。すなわち、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)の式で示されるｋ値を大きくすれば良い。ｋ値が大きい場合、同一のモードフィールド径MFDであっても実効断面積Aeffを大きくすることが可能となる。

ＳＳＭＦのコア構造は、中心部の屈折率が最も高いステップ形状や、α乗形状を有する。このＳＳＭＦのｋ値は一般的には１.０程度である。例えば、コア部の屈折率プロファイルがα＝４程度で近似することのできるＳＳＭＦは、波長１５５０ｎｍにおいて、実効断面積Aeffが８５μｍ^２であり、モードフィールド径MFDが１０.５程度であって、ｋ値が０.９８２となる。これは非線形性を低減するために実効断面積Aeffが拡大された光ファイバでも同様であり、例えば、特許文献５に開示されているＷ型構造の光ファイバではｋ値は０.９８７〜１.０４７の範囲であり、また、特許文献６に開示されているトレンチ構造の光ファイバではｋ値は０.９６７〜１.０１１の範囲である。

したがって、ｋ値を１.０８以上に大きくすると、同じモードフィールド径MFDであっても、ｋ値が０.９８２の光ファイバと比較した場合に実効断面積Aeffを１０％大きくすることが可能である。このことから、接続損失を小さく保ちつつ、光ファイバの非線形性を効率的に低減することが可能となる。ｋ値は大きい方が好ましく、例えば１.１０以上であると更に好ましい。

ｋ値が大きい光ファイバを実現するために、光ファイバのコア部は以下のような屈折率プロファイルを有するのが好ましい。すなわち、図１に示されるように、コア部の中心軸からの径方向距離をｒとして、コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、コア部の半径をｒ_３とする。このとき、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３である。また、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２を１.０を超え５.４以下とし、コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２を０.０５％〜０.２％とする。

ここで、図２に示されるように、コア部の外径ｒ_３は、径方向位置ｒ_３における屈折率をＮ_３としたときに１００×(Ｎ_２−Ｎ_３)／Ｎ_２が０.１５％であるような位置である。また、最小屈折率Ｎ_１に対する最大屈折率Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２は下記（１）式で表される。

次に、光ファイバのｋ値および構造パラメータの範囲について説明する。ここでは、図３に示されるような屈折率プロファイルを有する光ファイバについて数値計算を行った。この数値計算では、光ファイバは、石英系ガラスからなり、コア部が中実であり、各部がステップ構造を有する。コア部は、中心軸を含み屈折率が低い第一のコア部と、第一のコア部の周囲に存在して屈折率が高い第二のコア部とからなる。以下の図４〜図５を用いた検討では、ｒ_１＝０とし、ｒ_２は第一のコア部と第二のコア部の境界における値とした。

クラッド部は、コア部の外周に接し屈折率が低い第一のクラッド部（外半径ｒ_ｄ１）と、第一のクラッド部の外部に存在して屈折率が高い第二のクラッド部とからなる。ここで、第一のクラッド部の屈折率を基準として、第二のコア部の比屈折率差をΔ_ｃ２とし、第二のクラッド部の比屈折率差をΔｄ＝０.０４％とする。また、第一のクラッド部の外半径ｒ_ｄ１とコア部の半径ｒ_３との比(ｒ_ｄ１／ｒ_３)を３.３とする。このような光ファイバをモデルにして数値計算を行った。

図４は、Δ_１２とｋ値との関係を示すグラフである。ここでは、Δ_ｃ２＝０.２５％及び０.３０％とし、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２＝２.０とし、また、ファイバカットオフ波長が１５００ｎｍとなるようにした。同図に示されるように、Δ_ｃ２＝０.２５％では、Δ_１２が０.０５％以上であればｋ値が１.０８以上になるので好ましい。また、Δ_１２が０.０７％以上であればｋ値が１.１０以上になり、更にΔ_１２が０.１１％以上であればｋ値が１.１５以上になり、更に好ましい。Δ_ｃ２＝０.３０％では、Δ_１２が０.０５％以上であればｋ値が１.０７以上になる。Δ_１２が０.０７％以上であればｋ値が１.０８以上になるので好ましい。Δ_１２が０.１１％以上であればｋ値が１.１２以上になり、更に好ましい。また、コア部において大きな屈折率分布が存在すると構造不整によって伝送損失が大きくなってしまうので、Δ_１２は０.２％以下であって、コア部の屈折率は第二のクラッド部の屈折率より高いことが望ましい。また、Δ_１２が０.２％以下であり、Δ_ｃ２＝０.２５％の場合には、ｋ値の最大値は１.２９となる。

図５は、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２とｋ値との関係を示すグラフである。ここでは、Δ_ｃ２＝０.２５％及び０.３０％とし、Δ_１２＝０.２０％とし、また、ファイバカットオフ波長が１５００ｎｍとなるようにした。同図に示されるように、Δ_ｃ２＝０.２５％では、Ｒが５.４以下であればｋ値が１.０８以上になるので好ましい。また、Ｒが４.４以下であればｋ値が１.１０以上になり、更にＲが３.２以下であればｋ値が１.１５以上になり、更に好ましい。Δ_ｃ２＝０.３０％では、Ｒが５.４以下であればｋ値が１.０７以上になる。また、Ｒが４.４以下であればｋ値が１.０９以上になり好ましい。更にＲが３.２以下であればｋ値が１.１３以上になり、更に好ましい。

図１９は、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２とｋ値との関係を示すグラフである。ここでは、Δ_１２＝０.２０％とし、また、Δｄ＝０.１０％とし、ｒ_d１／ｒ_３＝３.３とした際の、ファイバカットオフ波長が１５００ｎｍ、波長１５５０ｎｍにおけるAeffが１３５μｍ^２となるようにΔ_ｃ２を決めた。なお、Ｒ＝１のときは、コア部は凹みのないステップ形状であることを意味する。同図の通り、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.３から４.０程度の範囲は、Ｒが１〜１.３および５.０以上の範囲と比較してｋ値が顕著に大きくなるため、特に好ましい。

図２０は、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２とｋ値との関係を示すグラフである。ここでは、Δ_１２＝０.１０％とし、また、Δｄ＝０.１０％とし、ｒ_d１／ｒ_３＝３.３とした際の、ファイバカットオフ波長が１５００ｎｍ、波長１５５０ｎｍにおけるAeffが１３５μｍ^２となるようにΔ_ｃ２を決めた。Δ_１２＝０.２０％である図１９と比較すると、Δ_１２＝０.１０％である図２０の場合にはｋ値は小さくなってしまう。しかし、図１９の場合と同様にＲが１.３から４.０程度の範囲においては、Ｒが１〜１.３および５.０以上の範囲と比較してｋ値が顕著に大きくなるため、最も好ましい。

また、Aeff＝１３５μｍ^２となる際の、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２とコア部の半径ｒ_３、Δ_c２、波長１５５０ｎｍにおけるMFDとの関係を図２１に表でまとめた。図２１は、図１９および図２０のグラフを表にしたものである。

図１９、図２０に示したとおり、Ｒ＝２付近でｋ値は極大値となるが、図３のような屈折率プロファイルである光ファイバにおいて、第一のクラッド部の屈折率を基準とした第二のクラッド部の比屈折率差Δｄと、Ｒ＝２の際のｋ値との関係を図２２に示す。この時、ｒ_ｄ１／ｒ_３＝３.５、Δ_１２は０.２０％とし、ケーブルカットオフ波長が１５００ｎｍ（ファイバカットオフ波長は１６２０ｎｍ程度）、波長１５５０ｎｍにおけるAeffが１４３μｍ^２となるようにした。図２２の通り、いずれの場合でもｋ値は１.１０以上である。また、Δｄが０.０５％程度以上であるような場合には、ｋ値は１.２０以上となり、特に好ましい。また、Δｄが０.０８％程度以上であればｋ値は１.２４程度という非常に大きな値でほぼ一定となるため、非常に好ましい。

Ｒが２程度以上では、Ｒが大きいほど、ｋ値は小さくなる。そこで、Δｄと、ｋ値が１.０８、１.１０、１.２０となる際のＲ＝ｒ_３／ｒ_２との関係を図２３に示す。ただし、Ｒ＞２である。この時、図２２の場合と同様に、ｒ_ｄ１／ｒ_３＝３.５、Δ_１２は０.２０％とし、ケーブルカットオフ波長が１５００ｎｍ（ファイバカットオフ波長は１６２０ｎｍ程度）、波長１５５０ｎｍにおけるAeffが１４３μｍ^２となるようにした。図２３からわかるように、Δｄが低いほどｋ値が大きくなるＲは小さくなる。例えば、Δｄ＝０.０４％の際には、Ｒが５.４以下の時にｋ値が１.０８以上となり得る。また、Δｄが０.０５％以上の時には、Ｒが６以下であれば、ｋ値が１.０８以上となり得るため、好ましい。特に、Δｄが０.０５％以上の時には、Ｒが２以上３以下の範囲でｋ値が１.２０以上となり得るため、更に好ましい。ｒ_ｄ１／ｒ_３は２.５〜４.０の範囲であれば、図２２、図２３に示したｒ_ｄ１／ｒ_３＝３.５の場合と伝送特性に大きな差異は無く、好ましい。

次に、光ファイバのモードフィールド径MFDの上限について説明する。第１の光ファイバのモードフィールド径MFDをＷ_１とし、第２の光ファイバのモードフィールド径MFDをＷ_２として、これら第１の光ファイバと第２の光ファイバとを融着接続したときに、両光ファイバのモードフィールド径MFDの不整合に因り生じる接続損失は下記（２）式で見積もることができる。したがって、２本の光ファイバを互いに融着接続すると、両光ファイバのモードフィールド径MFDの差が大きいほど、接続損失が大きい。

図６は、光ファイバのモードフィールド径MFDと接続損失との関係を示すグラフである。ここでは、第２の光ファイバは、モードフィールド径MFDが１０.５μｍであるＳＳＭＦ（Aeff＝８５μｍ^２、ｋ値＝０.９８２）、および、モードフィールド径MFDが９.６μｍであるＮＺＤＳＦ（Aeff＝７１μｍ^２、ｋ値＝０.９８１）とした。そして、第１の光ファイバのモードフィールド径MFDの各値について上記（２）式により接続損失を計算した。

接続損失は、低い方が好ましく、例えば０.４ｄＢ／facet以下であると良い。実際の接続では、上記（２）式で表されるモードフィールド径MFDの不整合に因る接続損失の他に、両光ファイバのコア軸の不一致や接続面でのファイバ曲がりなどに因る接続損失も生じて、全体の接続損失は上記（２）式より０.２ｄＢ程度大きくなってしまう場合がある。したがって、両光ファイバのモードフィールド径MFDの不整合により計算される接続損失は、０.２ｄＢ／facet以下であるとよく、図からＳＳＭＦとの融着接続を考慮した場合、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径MFDは１３μｍ以下であることが望ましい。また、モードフィールド径MFDがより小さいＮＺ-ＤＳＦとの融着接続を考慮した場合、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径MFDは１２μｍ以下であると、更に望ましい。

モードフィールド径MFDは大きい方が、実効断面積Aeffが大きくなり、非線形現象を抑制することが可能であるので望ましい。ｋ値が１.２１である場合、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上であれば、実効断面積Aeffが１００μｍ^２以上となる。したがって、モードフィールド径MFDは１０.３μｍ以上であることが望ましい。波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffは１１０μｍ^２以上（モードフィールド径MFDは１０.８μｍ以上）であると更に好ましく、実効断面積Aeffは１２０μｍ^２以上（モードフィールド径MFDは１１.３μｍ以上）であるともっとも好ましい。

また、実効断面積Aeffが拡大された光ファイバは曲げ損失が劣化してしまう問題があるが、例えば、図７に示されるようにコア部の外周に屈折率が低い領域を設けることで、曲げ損失を低減することが可能である。

次に、光ファイバの曲げ損失について説明する。

光ファイバの曲げ損失は小さい方が好ましい。例えば、２０ｍｍ直径で光ファイバを巻いた場合、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失は、１００ｄＢ／ｍ以下、好ましくは２０ｄＢ／ｍ以下、更に好ましくは１０ｄＢ／ｍ以下であると良い。３０ｍｍ直径で光ファイバを巻いた場合、曲げ損失値は小さくなるが、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失は、１０ｄＢ／ｍ以下、好ましくは２ｄＢ／ｍ以下、更に好ましくは１ｄＢ／ｍ以下であると良い。また、６０ｍｍ直径で光ファイバを巻いた場合、波長１６２５ｎｍ以下の波長範囲における曲げ損失は、０.０１ｄＢ／ｍ以下、好ましくは０.００５ｄＢ／ｍ以下、更に好ましくは０.００２ｄＢ／ｍ以下であると良い。

また、実効断面積Aeffの拡大には、マイクロベンドロスの増加を伴う。通常、伝送用光ファイバのクラッドガラス部の外周には２層構造の被覆樹脂がコーティングされている。一般的に、２層構造のうち内側のプライマリ被覆樹脂のヤング率が低く、かつ、外側のセカンダ被覆樹脂のヤング率が高い光ファイバの方が、マイクロベンドロスは低くなる。具体的には、プライマリ被覆樹脂のヤング率は、０.２〜２ＭＰａ、好ましくは０.２〜１ＭＰａ、セカンダリ被覆樹脂のヤング率は、５００〜２０００ＭＰａ、より好ましくは１０００ＭＰａ〜２０００ＭＰａの範囲で選定されるのが好ましい。加えて、プライマリ被覆樹脂のガラス転移点が低いと、低い温度でもヤング率が上昇しないため、低温での光ファイバの損失増が小さくなる。実使用環境の温度よりも低いことが望ましく、具体的には-３０℃以下であると良い。また、-５０℃以下であると更に望ましい。セカンダリ被覆樹脂は７０℃以上であって良い。

その他にマイクロベンドロスを低減する手段として、光ファイバのクラッドガラス径又は被覆樹脂の外径を拡大する手法もあり、好適である。しかしながら、一般的に使用されている光ファイバ（ガラス径１２５μｍ、被覆外径２４５μｍ）との差が大きくなるので実用的でないという問題がある。クラッドガラスの外径として１２３〜１２７μｍ、被覆樹脂の外径として直径２３０〜２６０μｍであって、マイクロベンドロスによる波長１５５０ｎｍにおける損失増加が１ｄＢ／ｋｍ以下（実用化されている海底ケーブル用ＮＺ-ＤＳＦと同程度）、好ましくは０.６ｄＢ／ｋｍ以下（実用化されている海底ケーブル用非分散シフトファイバと同程度）、更に好ましくは０.３ｄＢ／ｋｍ以下（ＳＳＭＦと同程度）であると良い。ここでは、マイクロベンドロスは、直径５０μｍのワイヤーメッシュにより間隔１００μｍで表面を覆われた直径４００ｍｍのボビンに、光ファイバを張力０．８Ｎで巻いた時の損失増加量で表す。

光ファイバを巻きつけるマンドレルの径が大きければ印加される曲げが小さくなるので光ファイバを巻きつけた際の損失は小さくなるが、ボビン形状が大きくなりすぎるのであまり好ましくない。このような光ファイバであれば、直径２２０ｍｍのマンドレルの胴部に巻き付け張力０．４Ｎ以上（輸送によって巻き崩れなどの不具合が生じない張力）で長さ１０ｋｍ以上を巻いたとき、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１９ｄＢ／ｋｍ以下、好ましくは０.１８ｄＢ／ｋｍ以下、更に好ましくは０.１７ｄＢ／ｋｍ以下となる。このように、長尺の光ファイバをボビンに巻き取った状態で伝送損失を保証することが可能となる。また、マンドレルの直径は１５０ｍｍ以上であると過剰な曲げ損失が発生せず好ましい。

次に、光ファイバのその他の特性や構造について説明する。光ファイバにおける非線形現象の発現を抑制するには、光ファイバの波長分散が大きいほうが好ましい。これは、特に光通信システムにおいて波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division multiplexing）伝送を行う場合に、光ファイバ伝送路を信号光が伝搬することで異なる信号光波長間で遅延時間差が発生することによりパルス−パルス干渉が低減したり、信号光パルスが波長分散によって時間軸上で広がることによりピークパワーが減少したりする効果などによる（例えば非特許文献１を参照）。

ＳＳＭＦは波長１５５０ｎｍにおいて＋１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の波長分散を有するので、波長１５５０ｎｍにおける波長分散は、それよりも１０％大きくなるような＋１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であると良い。また、石英系ガラスを用いた光ファイバであるので、波長１５５０ｎｍにおける波長分散は、石英系ガラスの材料分散特性と同等以下、すなわち＋２１.９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であると良い。また、波長１５５０ｎｍにおける分散スロープは、＋０.０５０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以上＋０.０７０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の範囲であると良い。

クラッド部を基準（ただし、クラッド部が多層構造である場合には、コア部の半径ｒ_３の３倍となる半径位置での屈折率を基準）としたとき、コア部の屈折率の最大値の比屈折率差Δ_ｃ２は０.２５〜０.５５％であると良い。コア部の半径ｒ_３は４.５μｍ以上７.０μｍ以下であると良い。この範囲であれば、波長１５５０ｎｍにおいて、モードフィールド径MFDが１０.３〜１３.０μｍ、波長分散が＋１９.０〜＋２１.９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを満たすことができる。

伝送損失が低い程、ＯＳＮＲを改善することができる。したがって、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０.１９ｄＢ／ｋｍよりも低いことが望ましく、更に望ましくは０.１８ｄＢ／ｋｍ以下、最も好ましくは０.１７ｄＢ／ｋｍ以下である。

光ファイバのコア部はＧｅＯ_２が添加された石英系ガラスであっても良いが、この場合の伝送損失は０.１７５〜０.１９ｄＢ／ｋｍ程度となる。より好ましくは、光ファイバのコア部はＣｌやＦなどのハロゲン元素が添加されＧｅ、Ａｌなどの典型金属元素やＮｉ、Ｃｕなどの遷移金属元素などのドーパントは０.０１原子ｐｐｍ以下の濃度である石英系ガラスであると良い。また、コア部にはＫ、Ｎａ、Ｒｂなどのアルカリ金属元素が平均濃度０.０１〜５０原子ｐｐｍ以下で含まれていると良い。この場合、伝送損失を０.１５〜０.１８ｄＢ／ｋｍに低減することが可能となる。

加えて、このようなコア部が実質的に純石英である純石英コアファイバの場合には、３次非線形屈折率ｎ_２がＧｅＯ_２添加コアと比較して５〜１０％低い２.２×１０^-２０ｍ^２／Ｗ以下になり、好ましい。ここで、ｎ_２は偏波状態がランダムである場合であり、入射した光波の偏波状態がランダムに結合するような、特に数ｋｍ以上とファイバが長い場合には実効的な値である。具体的には、純石英コアファイバのｎ_２値は２.１８×１０^-２０ｍ^２／Ｗ程度である。

波長１３８０ｎｍにおける伝送損失は、０.８ｄＢ／ｋｍ以下に低い方が好ましく、０.４ｄＢ／ｋｍ以下であると更に良く、また０.３ｄＢ／ｋｍ以下であると最も好ましい。偏波モード分散は０.２ｐｓ／√ｋｍ以下であって良い。ケーブルカットオフ波長は、１５２０ｎｍ以下であると良く、ラマン増幅に用いるポンプ波長となる１４５０ｎｍ以下であると更に良い。

光ファイバのコア部およびクラッド部それぞれは、屈折率構造を有しても良く、例えば図８に模式的に示されるプロファイルであってよいが、これに制限されることはない。

以上のような本実施形態の光ファイバは、非線形性が低く、伝送損失が小さく、接続損失が小さい。この光ファイバで構築された光伝送システムは、ＯＳＮＲの向上が可能であり、その性能を改善することが可能である。

次に、本発明の光ファイバの実施例１〜１０について説明する。実施例１〜１０の何れの光ファイバも、石英系ガラスで構成され、公知の方法で製造された。

図９は、実施例１〜５の各光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に示す図である。実施例１〜５の各光ファイバでは、コア部は、屈折率が低い第一のコア部と屈折率が高い第二のコア部とからなっていた。第一のコア部にはＣｌ，Ｆおよび低濃度のＧｅＯ_２が添加され、第二のコア部にはＣｌ，Ｆおよび高濃度のＧｅＯ_２が添加された。クラッド部も屈折率分布を有しており、屈折率が低い第一のクラッド部にはＣｌおよびＦが添加され、屈折率が高い第二のクラッド部にはＣｌが添加された。

図１０は、実施例６〜１０の各光ファイバの屈折率プロファイルを模式的に示す図である。実施例６〜１０の各光ファイバでは、コア部は、屈折率が低い第一のコア部と屈折率が高い第二のコア部とからなっていた。第一のコア部には低濃度のＣｌおよびＦが添加され、第二のコア部には高濃度のＣｌが添加された。クラッド部も屈折率分布を有しており、屈折率が低い第一のクラッド部にはＣｌおよび高濃度のＦが添加され、屈折率が高い第二のクラッド部にはＣｌおよび低濃度のＦが添加された。また、第一のコア部、第二のコア部および第一のクラッド部それぞれには、ごく低濃度のカリウムが添加され、コア部におけるカリウムの平均濃度は数原子ｐｐｍ以下であった。

実施例１〜１０の何れの光ファイバにおいても、クラッドガラス部の外径は１２４〜１２６μｍ程度であった。プライマリ被覆部の外径は１８５〜１９５μｍであり、プライマリ被覆部のヤング率は０.３〜０.６ＭＰａであった。セカンダリ被覆部の外径は２３５〜２５０μｍであり、セカンダリ被覆部のヤング率は１２００〜１５００ＭＰａであった。伝送損失の測定は、５０ｋｍ程度の長さの光ファイバを、１７０ｍｍ直径のマンドレルを有するボビンに０．５Ｎ程度の巻取り張力で巻き取った状態で行った。接続損失の測定は、市販されている融着接続器を用い、コアアライメントで一般的なシングルモードファイバ同士の接続用のソフトによって行った。また、接続損失の測定に際しては、ＳＳＭＦ（MFD＝１０.５μｍ、Aeff＝８５μｍ^２、ｋ値＝０.９８２）およびＮＺ-ＤＳＦ（MFD＝９.６μｍ、Aeff＝７１μｍ^２、ｋ値＝０.９８１）それぞれと１０回接続した際の最大値および最小値を求めた。

図１１〜図１４は、実施例１〜５の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。図１５〜図１８は、実施例６〜１０の各光ファイバの諸元を纏めた図表である。これらの図から判るように、実施例１〜１０の何れの光ファイバも良好な特性が得られた。

Claims (14)

1. コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、
   前記コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、前記コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、前記コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、前記コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％以上０.２％以下であり、
   実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が＋１９.０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２１.９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上１３.０μｍ以下である、
   ことを特徴とする光ファイバ。
2. 波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが１００μｍ^２以上である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
3. 波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１９ｄＢ／ｋｍ以下である、
   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. 前記コア部は、平均濃度１０００原子ｐｐｍ以上のハロゲン元素が添加され、ドーパントとしての典型金属元素や遷移金属元素の平均濃度が０.０１原子ｐｐｍ以下である石英系ガラスからなる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
5. 前記コア部は、平均濃度０.０１〜５０原子ｐｐｍのアルカリ金属元素が添加されていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ。
6. 通常のシングルモード光ファイバとの接続損失が波長１５５０ｎｍにおいて接続一箇所あたり０.４ｄＢ以下である
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバ。
7. 直径２２０ｍｍのマンドレルの周上に巻き付け張力０．４Ｎ以上で長さ１０ｋｍ以上を巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１９ｄＢ／ｋｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光ファイバ。
8. Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え５.４以下である、
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光ファイバ。
9. コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、
   前記コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、前記コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、前記コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え５.４以下であり、前記コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％〜０.２％であり、４.５μｍ≦ｒ_３≦７.０μｍであり、
   前記コア部の中心からｒ_３の３倍となる径方向位置ｒ_Ｏでの屈折率Ｎ_Ｏに対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_ｃ２が０.２５％以上０.５５％以下であり、屈折率Ｎ_Ｏに対する最小値Ｎ_１の比屈折率差Δ_ｃ１が０.０５％以上であり、
   実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が＋１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上である、
   ことを特徴とする光ファイバ。
10. Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え６.０以下であり、
    前記クラッド部が、屈折率Ｎ_０である第一のクラッド部と、その外周にあり屈折率Ｎ_Ｏ２である第二のクラッド部とから少なくともなり、Ｎ_０＜Ｎ_Ｏ２であり、第一のクラッド部を基準とした第二のクラッド部の比屈折率差Δｄが０.０５％以上である、
    ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光ファイバ。
11. Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.２以上であることを特徴とする請求項８または１０に記載の光ファイバ。
12. コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、
    前記コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、前記コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、前記コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え６.０以下であり、
    前記コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％〜０.２０％であり、
    ４.５μｍ≦ｒ_３≦７.０μｍであり、
    前記コア部の中心からｒ_３の３倍となる径方向位置ｒ_Oでの屈折率Ｎ_Oに対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_ｃ２が０.２５％以上０.５５％以下であり、屈折率Ｎ_Oに対する最小値Ｎ_１の比屈折率差Δ_ｃ１が０.０５％以上であり、
    前記クラッド部が、屈折率Ｎ_Oである第一のクラッド部と、その外周にあり屈折率Ｎ_O２である第二のクラッド部とから少なくともなり、Ｎ_O＜Ｎ_O２であり、第一のクラッド部を基準とした第二のクラッド部の比屈折率差Δｄが０.０５％以上であり、
    実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が+１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上である、
    ことを特徴とする光ファイバ。
13. コア部およびクラッド部を有する光ファイバであって、
    前記コア部において屈折率が最小値Ｎ_１となる径方向位置をｒ_１とし、前記コア部において屈折率が最大値Ｎ_２となる径方向位置をｒ_２とし、前記コア部の半径をｒ_３としたときに、ｒ_１＜ｒ_２＜ｒ_３であり、Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.０を超え８.０以下であり、
    前記コア部における屈折率の最小値Ｎ_１に対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_１２が０.０５％〜０.２０％であり、
    ４.５μｍ≦ｒ_３≦７.０μｍであり、
    前記コア部の中心からｒ_３の３倍となる径方向位置ｒ_Oでの屈折率Ｎ_Oに対する最大値Ｎ_２の比屈折率差Δ_ｃ２が０.２５％以上０.５５％以下であり、屈折率Ｎ_Oに対する最小値Ｎ_１の比屈折率差Δ_ｃ１が０.０５％以上であり、
    前記クラッド部が、屈折率Ｎ_Oである第一のクラッド部と、その外周にあり屈折率Ｎ_O２である第二のクラッド部とから少なくともなり、Ｎ_O＜Ｎ_O２であり、第一のクラッド部を基準とした第二のクラッド部の比屈折率差Δｄが０.８％以上であり、
    実効断面積をAeffとし、モードフィールド径をMFDとしたとき、波長１５５０ｎｍにおいて、ｋ＝４Aeff／(πMFD^２)で示されるｋ値が１.０８以上であり、波長分散が+１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であり、モードフィールド径MFDが１０.３μｍ以上である、
    ことを特徴とする光ファイバ。
14. Ｒ＝ｒ_３／ｒ_２が１.２以上であることを特徴とする請求項９、１２、１３の何れか１項に記載の光ファイバ。

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