JP3760557B2 - 分散補償ファイバ及びそれを含む光伝送システム - Google Patents
分散補償ファイバ及びそれを含む光伝送システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１．５５μｍ波長帯の波長多重信号光を利用した長距離かつ大容量の光通信を可能にする光ファイバ伝送路網に適用される分散補償ファイバ及びそれを含む光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高度情報化社会の到来による社会的ニーズから、光ファイバ伝送路網を利用した画像通信などの大容量高速通信や、国際通信などの長距離通信に関する研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
この長距離かつ大容量の光通信を実現する光ファイバ伝送路網では、まず、伝送路が単一モードの伝搬のみを許す光ファイバである必要がある。なぜなら、多モード通信の場合には、モード分散（伝搬モードごとの群速度の差による分散）で表される）が不可避的に発生するからである。
【０００４】
そこで、まず伝送路として考えられたのが、単一モードの伝搬のみが許されるシングルモード光ファイバである。ところが、シングルモード光ファイバでは、モード分散が発生することはないが、材料分散（光ファイバの材料に固有の屈折率の波長依存性による分散）と構造分散（伝搬モードの群速度の波長依存性による分散）との和で表される波長分散が伝送容量を制限する。すなわち、光源から出力される光の波長が単一であると言っても、厳密には一定のスペクトル幅を有するので、このスペクトル幅を有する光パルスが、所定の波長分散特性を有するシングルモード光ファイバ中を伝搬すると、光パルスの幅が拡がりパルス形状が崩れてしまう。この波長分散は、単位スペクトル幅（ｎｍ）及び単位光ファイバ長（ｋｍ）あたりの伝搬遅延時間差として、単位（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）で表される。
【０００５】
光ファイバの材料として一般的に用いられる石英ガラス（silica glass）では、材料分散は波長１．２６〜１．２９μｍ付近でゼロになることが知られている。また、構造分散は光ファイバのパラメータにより変化するため、光ファイバのパラメータを最適に設計すると、波長１．３〜１．３２μｍ付近で材料分散と構造分散とが相殺されて波長分散をゼロとすることができる。したがって、シングルモード光ファイバを用いれば、波長１．３μｍ付近において、多モード光ファイバに比べてより長距離かつ大容量の光通信が可能であり、実際に、通信距離が数百ｋｍで通信容量が数百Ｍｂｉｔ／秒の光通信に用いられている。
【０００６】
しかしながら、光ファイバの伝送損失は１．５５μｍ波長帯で最も小さく、このことから、１．５５μｍ波長帯の光を利用して、光通信を行うことが望まれた。このため、波長分散がゼロとなる波長（零分散波長）がこの波長帯にシフトされた分散シフトファイバが開発された。この分散シフトファイバは、材料分散については大きく変更することができないため、その屈折率プロファイルを最適に設計して構造分散の値を変えることにより、零分散波長が１．５５μｍ付近に設定される。また、この分散シフトファイバは、エルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅器とともに、１．５５μｍ波長帯の波長多重信号光を利用した、長距離で通信容量が数Ｇｂｉｔ／秒の光伝送システムに採用される。
【０００７】
一方で、シングルモード光ファイバは、これまでに既に多数敷設されており、既存のシングルモード光ファイバの伝送路網を利用して１．５５μｍ波長帯の光通信を行いたいとのニーズがある。そこで、１．５５μｍ波長帯において正の波長分散を有するシングルモード光ファイバに、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償ファイバを縦続接続して、これにより光伝送路全体として波長分散及び分散スロープを相殺しようとする試みがなされている（例えば、特開平６−１１６２０号公報）。
【０００８】
なお、分散スロープは、波長分散を示すグラフにおける、該グラフの傾きで与えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の分散シフトファイバでは、波長１．５５μｍ付近の所定波長においてその波長分散がゼロになるよう設計されている。しかしながら、その波長（零分散波長）の周辺では波長分散はゼロではなく、波長分散の符合を正とすると、一般に波長が長いほど波長分散が大きくなる。換言すれば、分散スロープ（波長分散の波長依存性であって、単位（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2）で表される）が正符合である。このことは、さらに伝送容量を大容量化すべく、互いに異なる波長の信号光成分を多重化する波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplex）方式による通信の場合に問題となる。つまり、１．５５μｍ波長帯の波長多重信号光（複数の波長を有する）のうち、より長い波長の信号光成分に対して波長分散がより大きく（正の値）なり、波長のより短い信号光成分に対して波長分散がより小さく（負の値）なる傾向（正の分散スロープを有する）があるので、これによりＷＤＭ方式の大容量化の限界が生じる。
【００１０】
一方、１．５５μｍ波長帯において波長分散及び分散スロープの双方が略ゼロとなる分散フラット光ファイバの研究について、例えば、久保ら、「二重クラッド型低分散ＳＭファイバの諸特性」、１９９０年電子情報通信学会春季全国大会予稿集、Ｃ−３７４、及び、P.K. Bachmann et.al., "Dispersion-Flattened Single-Mode Fibers Prepared with PCVD: Performance, Limitations, Design Optimization", J. of Lightwave Technol., Vol.LT-4, No.2, pp.858-863 (1986)）に報告されている。しかしながら、当該分散フラットファイバは、コア径等のサイズや屈折率プロファイルを極めて精密に制御する必要があり製造が困難であるため、未だ実用化には至っていない。
【００１１】
この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、補償対象である従来の光ファイバ伝送路と、この発明に係る分散補償ファイバとをそれぞれ適当な長さにして光学的に接続することにより、１．５５μｍ波長帯において光伝送路全体の波長分散及び分散スロープを改善し（波長分散及び分散スロープの絶対値をゼロに近づける）、長距離かつ大容量の光通信を可能にする分散補償ファイバ、及びそれを含む光伝送システムを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る分散補償ファイバは、主に、零分散波長が１４５０〜１６５０ｎｍの範囲に設定された分散シフトファイバ及びこの分散シフトファイバを含む光ファイバ伝送路を、その補償対象としている。さらに、好ましくは、この発明に係る分散補償ファイバは、零分散波長が１４５０〜１５５０ｎｍの範囲に設定された分散シフトファイバ及びこの分散シフトファイバを含む光ファイバ伝送路を、その補償対象としている。これら分散補償対象は、いずれも正の分散スロープを有する。
【００１３】
したがって、この発明に係る分散補償ファイバは、１．５５μｍ波長帯の光に対する諸特性として、−４０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の波長分散と、−０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以上かつ−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下の分散スロープと、０．５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失と、０．７ｐｓ・ｋｍ-1/2以下の偏波モード分散と、４．５μｍ以上かつ６．５μｍ以下のモードフィールド径と、２ｍの基準長において０．７μｍ以上かつ１．７μｍ以下のカットオフ波長と、そして、１００ｄＢ／ｍ以下の、直径２０ｍｍでの曲げ損失とを有することを特徴としている。
【００１４】
なお、この明細書において、１．５５μｍ波長帯とは、波長１５００〜１６００ｎｍの範囲の帯域を意味する。
【００１５】
当該分散補償ファイバと、補償対象である光ファイバ（主に、分散シフトファイバあるいはこの分散シフトファイバを含む伝送システム）とが所定長比で光学的に接続されることにより、１．５５μｍ波長帯において伝送路全体の波長分散、及び分散スロープを改善することが可能となる。さらに、これらの特性、並びに、伝送損失、偏波モード分散、モードフィールド径、カットオフ波長（２ｍの基準長におけるカットオフ波長）及び曲げ損失（直径２０ｍｍでの曲げ損失）それぞれの条件から、長距離かつ大容量の光通信が可能となる。
【００１６】
また、この発明に係る分散補償ファイバは、１．５５μｍ波長帯の光に対して、その波長分散が、−２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、そして、分散スロープが、−０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以上かつ−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下であることがより好ましい。このように、波長分散及び分散スロープを設定することにより、当該分散補償ファイバを含む光伝送システム（零分散波長が、波長１４５０〜１６５０ｎｍ、好ましくは１４５０〜１５５０ｎｍの範囲に設定された分散シフトファイバを含む）全体を、さらに好適に補償することができる（全体の波長分散及び分散スロープの絶対値をよりゼロに近づけられる）。
【００１７】
以上の特性を得るため、この発明に係る分散補償ファイバは、少なくとも、所定の屈折率を有するガラス領域であって、３．５μｍ以上かつ６．０μｍ以下の外径を有するコア領域と、コア領域の外周に設けられ、かつ該コア領域よりも低い屈折率を有する内側クラッド領域と、そして、内側クラッド領域の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域よりも高くコア領域よりも低い屈折率を有する外側クラッド領域とを備えた、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバである。特に、当該分散補償ファイバは、上記内側クラッド領域の外径に対する上記コア領域の外径の比は、０．３以上かつ０．５以下であり、上記外側クラッド領域と上記コア領域における最大屈折率の部位との比屈折率差は、０．６％以上かつ１．４％以下であり、そして、上記外側クラッド領域と上記内側クラッド領域における最小屈折率を有する部位との比屈折率差は、０．２５％以上かつ０．６５％以下であることを特徴としている。
【００１８】
さらに、当該分散補償ファイバが３重クラッド構造を有する場合、当該分散補償ファイバは、上記内側クラッド領域と外側クラッド領域との間に、該外側クラッドよりも高くコア領域よりも低い屈折率を有する中間クラッド領域を備える。なお、この中間クラッド領域における最大屈折率を有する部位と外側クラッド領域との比屈折率差は、０．２％以上かつ０．５％以下である。
【００１９】
以上の構成を備えた、この発明に係る分散補償ファイバは、上記コア領域に、ゲルマニウム元素が添加され、そして、上記内側クラッド領域に、フッ素元素が添加されていることが、少ないドーパント濃度で十分な比屈折率差を得る上で好ましい。加えて、上記外側クラッド領域にも、フッ素元素が添加された構成も実現可能である。
【００２０】
さらに、この発明に係る分散補償ファイバは、該分散補償ファイバと光学的に接続された、光伝送路の一部を構成する他の光ファイバ（補償対象）とともに光伝送システムを構成する（図１参照）。当該分散補償ファイバを含む光伝送システムは、光伝送路全体として、１．５μｍ波長帯の光に対し、−０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以上かつ０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下の分散スロープを有するのが好ましく、このような光伝送システムでは、長距離でかつ大容量の光伝送が可能となり、特に、ＷＤＭ方式により多波長の光を利用した光通信を実現する場合には、さらに長距離でかつ大容量の光通信が可能となる。
【００２１】
なお、当該分散補償ファイバとともに光伝送システムの光伝送路を構成する、分散補償の対象である光ファイバ伝送路は、その零分散波長が１５６０ｎｍ以下にシフトされた分散シフトファイバであることが好ましい。補償対象が１．５６μｍ以下の零分散波長を有する分散シフトファイバである場合には、該分散シフトファイバの波長分散及び波長分散スロープは、この発明に係る分散補償ファイバにより容易に補償される。
【００２２】
加えて、以上のように当該分散補償ファイバと補償対象である分散シフトファイバを含む光伝送システムは、さらに光伝送路の一部を構成する光ファイバ増幅器を備えてもよい。この光ファイバ増幅器は、コア領域にエルビウム元素が添加された増幅用光ファイバと、該増幅用光ファイバ内のエルビウム元素を励起する励起光を、該増幅用光ファイバに出力するための励起光源と、そして、該励起光源と該増幅用光ファイバとを光学的に結合させるための光結合器とを、少なくとも備える。なお、この該光伝送システム中に挿入される増幅用光ファイバの長さは、当該分散補償ファイバの補償対象である、分散シフトファイバあるいは該分散シフトファイバを含む光伝送路全体の長さと比較して、非常に短いため、光伝送路全体として補償すべき波長分散及び分散スロープへの寄与は無視できる。
【００２３】
一方、この発明に係る分散補償ファイバは、そのコア領域に、エルビウム元素が添加された構成でもよい。このようにエルビウム元素を含む当該分散補償ファイバは、増幅用光ファイバとして機能することができる。
【００２４】
したがって、コア領域にエルビウム元素が添加された当該分散補償ファイバを含む光伝送システムは、この発明に係る分散補償ファイバと、該分散補償ファイバと光学的に接続された、光伝送路の一部を構成する他の光ファイバ（補償対象）と、該分散補償ファイバ内のエルビウム元素を励起する励起光を、該分散補償ファイバに出力するための励起光源と、そして、該励起光源と該分散補償ファイバとを光学的に結合させるための光結合器とを備える。この構成により、当該分散補償ファイバを含む光伝送システムは、光伝送路全体として、１．５μｍ波長帯の光に対し、−０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以上かつ０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下の分散スロープを有する。このような光伝送システムでは、より長距離かつ大容量で低損失の光通信が可能となる。
【００２５】
なお、この光ファイバ増幅器（この発明に係る分散補償ファイバを有する）を含む光伝送システムにおいて、上記分散補償の対象は、その零分散波長が１５６０ｎｍ以下にシフトされた分散シフトファイバであることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る分散補償ファイバ及びそれを含む光伝送システムについて、図１〜図１１を用いて説明する。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。
【００２７】
この発明に係る分散補償ファイバは、１．５５μｍ波長帯において以下のような特性を有する。すなわち、波長分散は−４０〜０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲、分散スロープは−０．５〜−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 の範囲、伝送損失は０．５ｄＢ／ｋｍ以下、偏波モード分散（ＰＭＤ）は０．７ｐｓ・ｋｍ-1/2以下、モードフィールド径（ＭＦＤ）は４．５〜６．５μｍの範囲、カットオフ波長は０．７〜１．７μｍの範囲、そして、直径２０ｍｍでの曲げ損失は１００ｄＢ／ｍ以下である。
【００２８】
なお、１．５５μｍ波長帯の光伝送の場合、一般に、２ｍの基準長（ＣＣＩＴＴ−Ｇ．６５０による測定法）で信号光波長よりも短い１．５５μｍ以下のカットオフ波長が選択される。カットオフ波長の一般的な評価の基準である２ｍという短い長さでは、当該分散シフトファイバの場合、伝送光の基底モードばかりではなく高次モードも伝搬することもある（例えば２ｍの基準長でのカットオフ波長が１．７μｍの場合）。しかしながら、高次モードは基底モードと比べて分散シフトファイバ中の伝搬における減衰率が高いので、数ｋｍの伝搬長であれば基底モードに比べて十分に小さくなる。したがって、海底通信ケーブルのように伝搬距離が数百から数千ｋｍに及ぶ場合には、高次モードによる問題が生じることはない。また、上記曲げ損失は、直径２０ｍｍの心棒（mandrel）に巻きつけられた状態で測定された、当該分散補償ファイバの伝送損失の増加分である。そして、この明細書において、１．５５μｍ波長帯とは、１５００〜１６００ｎｍの範囲の帯域である。
【００２９】
この発明に係る分散補償ファイバは、後述するように、補償対象である他の光ファイバ（例えば、シングルモード光ファイバ、分散シフトファイバ、これらファイバを含む光ファイバ伝送路全体）の波長分散だけでなく分散スロープをも補償するものである。特に、分散シフトファイバの波長分散及び分散スロープを補償するのに好適である。また、波長分散が−２０〜−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲内であり、かつ分散スロープが−０．４〜−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 の範囲内であれば、分散シフトファイバの波長分散及び分散スロープを補償する上でより好ましい。
【００３０】
次に、この発明に係る分散補償ファイバ含む光伝送システムの構成について図１及び図２を用いて説明する。
【００３１】
図１は、この発明に係る分散補償ファイバ１００と主な補償対象である分散シフトファイバ５００とが光学的に接続された光伝送システムの構成を示す図である。この光伝送システムにおいて、当該分散補償ファイバ１００の一端（入射端）は光ファイバ伝送路１０（シングルモード光ファイバ）を介して送信器ＴＸと光学的に接続されるとともに、他端（出射端）は分散シフトファイバ５００の一端（入射端）に光学的に接続されている。さらに、分散シフトファイバ５００の他端（出射端）は、光ファイバ伝送路１０（シングルモード光ファイバ）を介して光学的に受信器ＲＸに接続されている。なお、図１では、当該分散補償ファイバ１００は、分散シフトファイバ５００の上流側に配置されているが、該分散シフトファイバ５００の下流側に配置されてもよい。また、図１に示された光伝送システムの光伝送路は、双方向通信可能な光伝送路網であってもよい。
【００３２】
一方、図２は、この発明に係る分散補償ファイバを含む光伝送システムであって、その光伝送路中に光ファイバ増幅器６００が配置されている。特に、この光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０（少なくともコア領域にエルビウム元素が添加されている）は、当該光伝送システムの伝送路の一部を構成している。
【００３３】
図２の光伝送路において、その一端（入射端）が光ファイバ伝送路１０（シングルモード光ファイバ）を介して送信器ＴＸと光学的に接続された光ファイバは、この発明に係る分散補償ファイバ１００と分散シフトファイバ５００とが縦続接続された図１に示された構造の光ファイバ伝送路と同様の構成にすることが可能である。一方、この光ファイバ伝送路７００の他端（出射端）と光学的に接続される上記光ファイバ増幅器６００の一端（入射端）との間には光アイソレータ８００は配置され、該光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０中のエルビウム元素を励起するための励起光が、当該光伝送路中を伝搬するのを防止している。この光ファイバ増幅器６００の他端（出射端）は、光ファイバ伝送路１０（シングルモード光ファイバ）を介して受信器ＲＸと光学的に接続されている。なお、上記光ファイバ伝送路７００及び光ファイバ増幅器６００の配置位置には特に制限はなく、また、当該光伝送システムにおける光伝送路は双方向光通信が可能な構成であってもよい。
【００３４】
このように当該光伝送システムの光伝送路中に配置された光ファイバ増幅器６００は、少なくともコア領域にエルビウム元素が添加された増幅用光ファイバ６１０と、この増幅用光ファイバ６１０内のエルビウム元素を励起する励起光を、該増幅用光ファイバ６１０に出力するための励起光源６４０と、そして、該励起光源６４０と該増幅用光ファイバ６１０とを光学的に結合させるための光結合器６２０とを備えている。なお、図２中の６３０は無反射終端である。また、この光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０の長さは、光伝送路全体への波長分散及び分散スロープの寄与は無視できるほど、光伝送路全体の長さに比べて十分に短い。
【００３５】
さらに、図２に示された光伝送システムにおいて、上記光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０を、この発明に係る分散補償ファイバ１００で構成することも可能である。すなわち、この発明に係る分散補償ファイバ１００のコア領域中にエルビウム元素が添加されることにより、当該分散補償ファイバ１００は、増幅用光ファイバ６１０として機能する。なお、この構成では、光ファイバ伝送路７００は、当該分散補償ファイバ１００を除く分散シフトファイバ５００だけを含む。
【００３６】
次に、この発明に係る分散補償ファイバの波長分散及び分散スロープの補償について説明する。図３は、この発明に係る分散補償ファイバによる波長分散の補償及び分散スロープの補償を説明するためのグラフである。このグラフにおいて、横軸は信号光の波長（単位はｎｍ）であり、縦軸は波長分散（単位はｐｓ／ｋｍ／ｎｍ））である。
【００３７】
グラフ中、符号ＤＣＦで表された曲線は、この発明に係る分散補償ファイバの波長分散特性である（以下、当該分散補償ファイバをＤＣＦで示す）。なお、この発明に係る分散補償ファイバＤＣＦは、上述されたように、１．５５μｍ波長帯において波長分散が−４０〜０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲、かつ分散スロープが−０．５〜−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 の範囲内に設定されている。
【００３８】
また、グラフ中、符号ＤＳＦ−１で表された曲線は、分散シフトファイバの波長分散特性である（以下、この分散シフトファイバをＤＳＦ−１で示す）。この分散シフトファイバＤＳＦ−１は、構造分散が適切に設計されて、波長１．５μｍ付近で波長分散がゼロであり、１．５５μｍ波長帯において分散スロープが正の値である。この分散シフトファイバＤＳＦ−１は、例えば、波長１．５５μｍにおいて、波長分散が３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、分散スロープが０．０６５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 である。
【００３９】
そして、この発明に係る分散補償ファイバＤＣＦと分散シフトファイバＤＳＦ−１とをそれぞれ適切な長さの比で縦続接続された光伝送路（この光伝送路全体の波長分散特性は、グラフ中の”ＤＣＦ＋ＤＳＦ−１”で表された曲線で示される）では、全体の波長分散は略ゼロになり、また、全体の分散スロープは、−０．０２〜＋０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 の範囲内に納り略フラットになる。このように、光伝送路全体の波長分散及び分散スロープそれぞれは、当該分散補償ファイバＤＣＦ及び分散シフトファイバＤＳＦ−１のいずれか一方の、単独の波長分散及び分散スロープよりもその絶対値が小さくなる。すなわち、分散シフトファイバＤＳＦ−１の波長分散及び分散スロープの双方が、１．５５μｍ波長帯において当該分散補償ファイバＤＣＦにより効果的に補償される。
【００４０】
また、この発明に係る分散補償ファイバＤＣＦと上記分散シフトファイバＤＳＦ−１とを接続した場合の光伝送路全体の伝送損失及び偏波モード分散（ＰＭＤ）それぞれについては、長距離かつ大容量の光通信を行うに際して何等問題が生じることはない。また、モードフィールド径（ＭＦＤ）、カットオフ波長及び曲げ損失それぞれは、この発明に係る分散補償ファイバＤＣＦ及び上記分散シフトファイバＤＳＦ−１それぞれ単独にて評価されるべきものであるが、両者が縦続接続された光伝送路でも、長距離かつ大容量の光通信を行うに際して何等問題が生じることはない。したがって、ＷＤＭ方式による通信であっても、１．５５μｍ波長帯の各信号光成分に対して波長分散が改善され、また、他の特性値についても光通信を行う上で何等問題がないので、さらに長距離かつ大容量の光通信が可能となる。
【００４１】
これに対して、グラフ中、符号ＤＳＦ−２で表された曲線は、波長１．６μｍ付近で波長分散がゼロとなるような分散シフトファイバの波長分散特性を示している（以下、この分散シフトファイバをＤＳＦ−２で示す）。この分散シフトファイバＤＳＦ−２とこの発明に係る分散補償ファイバＤＣＦとが縦続接続された光伝送路（この光伝送路全体に波長分散特性は、グラフ中の”ＤＣＦ＋ＤＳＦ−２”で表された曲線で示される）では、１．５５μｍ波長帯において、全体の波長分散スロープは略フラットになるものの、全体の波長分散は負の値であってさらにその絶対値が大きくなっている。
【００４２】
（第１実施例）
図４は、この発明に係る分散補償ファイバの第１実施例（２重クラッド構造を有する）の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【００４３】
この図４に示されたように、２重クラッド構造を有する分散補償ファイバ１００ａ（第１実施例）は、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバであって、所定の屈折率を有するコア領域１１０と、コア領域１１０の外周に設けられたガラス領域であって、該コア領域１１０よりも低い屈折率を有する内側クラッド領域１１１と、そして、内側クラッド領域１１１の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域１１１よりも高くコア該領域１１０よりも低い屈折率を有する外側クラッド領域１１２とを備えてる。
【００４４】
なお、内側クラッド領域１１１の外径２ｂに対するコア領域１１０の外径２ａの比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）は、０．３以上かつ０．５以下であり、コア領域の外径は３．５μｍ以上かつ６．０μｍ以下である。また、外側クラッド領域１１２とコア領域１１０における最大屈折率の部位との比屈折率差Δ+は、０．６％以上かつ１．４％以下であり、外側クラッド領域１１２と内側クラッド領域１１１における最小屈折率を有する部位との比屈折率差Δ-は、０．２５％以上かつ０．６５％以下である。
【００４５】
図４に示された屈折率プロファイル２００ａの横軸は、当該分散補償ファイバ１００ａの断面（伝搬する信号光の進行方向に対して垂直な面）における線Ｌ１上の各位置に相当している。さらに、この屈折率プロファイル２００ａにおいて、領域２１０は上記コア領域１１０の線Ｌ１上の各部位における屈折率（ｎcore）、領域２２０は上記内側クラッド１１１の線Ｌ１上の各部位における屈折率（ｎclad1）、そして領域２３０は上記外側クラッド領域１１２の線Ｌ１上の各部位における屈折率（ｎclad2）に対応している。そして、この実施例では、コア領域１１０の径方向に屈折率プロファイルは、グレーディッドインデックス型であって、内側クラッド領域１１１の屈折率は他のガラス領域の屈折率よりも低くなっており、当該分散補償ファイバ１００ａの屈折率プロファイル２００ａに凹みＡ（depression）が形成されている。特に、このような凹みＡが設けられた屈折率プロファイルを、ディプレスト・クラッディング型プロファイル（depressed cladding type profile）という。
【００４６】
また、この実施例において比屈折率差Δは以下のように定義されている。
【００４７】
Δ+＝（ｎcore−ｎclad2）／ｎclad2
Δ-＝（ｎclad2−ｎclad1）／ｎclad2
ｎcore ：コア領域の最大屈折率
ｎclad1：内側クラッド領域の最小屈折率
ｎclad2：外側クラッド領域の屈折率
したがって、この第１実施例（２重クラッド構造）の各パラメータは、以下のように設定されている。
【００４８】
Δ+ ＝０．６ 〜１．４ ％ … (1)
Δ- ＝０．２５〜０．６５％ … (2)
２ａ＝３．５ 〜６．０ μｍ … (3)
Ｒａ＝０．３ 〜０．５ … (4)
なお、この明細書では各ガラス領域間の比屈折率差は、百分率で表示されている。
【００４９】
上記条件（１）及び条件（２）に示されたような比屈折率差は、石英ガラスを主成分とする光ファイバの場合、例えば、屈折率増加材であるゲルマニウム元素（Ｇｅ）が添加されたコア領域１１０と、屈折率低下材であるフッ素元素（Ｆ）が添加された内側クラッド領域１１１によって実現することができる。また、外側クラッド領域１１２もフッ素元素を含んでもよい。なお、この第１実施例の分散補償ファイバ１００ａは、例えば、ＶＡＤ法（Vapour-phase Axial Deposition）により容易にえられる。また、上記パラメータの許容範囲が比較的広いので、この点でも製造が容易である。
【００５０】
（第２実施例）
図５は、この発明に係る分散補償ファイバの第２実施例（３重クラッド構造を有する）の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【００５１】
この図５に示されたように、３重クラッド構造を有する分散補償ファイバ１００ｂ（第２実施例）は、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバであって、所定の屈折率を有するコア領域１２０と、コア領域１２０の外周に設けられたガラス領域であって、該コア領域１２０よりも低い屈折率を有する内側クラッド領域１２１と、内側クラッド領域１２１の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域１２１よりも高くコア領域１２０よりも低い屈折率を有する中間クラッド領域１２２と、そして、中間クラッド領域１２２の外周に設けられ、該中間クラッド領域１２２よりも低くかつ内側クラッド領域１２１よりも高い屈折率を有する外側クラッド領域１２３とを備えてる。
【００５２】
なお、内側クラッド領域１２１の外径２ｂに対するコア領域１２０の外径２ａの比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）及びコア領域１２０の外径は、上述された第１実施例の範囲（Ｒａ＝０．３〜０．５；２ａ＝３．５μｍ〜６．０μｍ）よりも広い範囲に設定されるのが好ましい。であり、コア領域の外径は３．５μｍ以上かつ６．０μｍ以下である。また、外側クラッド領域１２３とコア領域１２０における最大屈折率の部位との比屈折率差Δ+は、０．６％以上かつ１．４％以下、外側クラッド領域１２３と内側クラッド領域１２１における最小屈折率を有する部位との比屈折率差Δ-は、０．２５％以上かつ０．６５％以下であり、上述された第１実施例のこれらと同様である。
【００５３】
図５に示された屈折率プロファイル３００ａの横軸は、当該分散補償ファイバ１００ｂの断面（伝搬する信号光の進行方向に対して垂直な面）における線Ｌ２上の各位置に相当している。さらに、この屈折率プロファイル３００ａにおいて、領域３１０は上記コア領域１２０の線Ｌ２上の各部位における屈折率（ｎcore）、領域３２０は上記内側クラッド１２１の線Ｌ２上の各部位における屈折率（ｎclad1）、領域３３０は上記中間クラッド領域１２２の線Ｌ２上の各部位における屈折率（ｎclad2）、そして領域３４０は上記外側クラッド領域１２３の線Ｌ２上の各部位における屈折率（ｎclad3）に対応している。そして、この実施例では、コア領域１２０の径方向に屈折率プロファイルは、グレーディッドインデックス型であって、内側クラッド領域１２１の屈折率は他のガラス領域の屈折率よりも低くなっており、当該分散補償ファイバ１００ｂの屈折率プロファイル３００ａに凹みＡ（depression）が形成されている。特に、このような凹みＡが設けられた屈折率プロファイルを、ディプレスト・クラッディング型プロファイル（depressed cladding type profile）という。
【００５４】
また、この実施例において比屈折率差Δは以下のように定義されている。
【００５５】
Δ+＝（ｎcore−ｎclad3）／ｎclad3
Δ-＝（ｎclad3−ｎclad1）／ｎclad3
Δr＝（ｎclad2−ｎclad3）／ｎclad3
ｎcore：コア領域の最大屈折率
ｎclad1：内側クラッド領域の最小屈折率
ｎclad2：中間クラッド領域の最大屈折率
ｎclad3：外側クラッド領域の屈折率
したがって、この第２実施例（３重クラッド構造）では、中間クラッド領域１２２における最大屈折率を有する部位と外側クラッド領域１２３との比屈折率差Δrは以下のように与えられている。
【００５６】
Δr＝０．２ 〜０．５ ％ … (5)
なお、他の比屈折率差Δ+、Δ-は上述された第１実施例（２重クラッド構造）と同一の範囲であって、コア領域１２０の外径２ａ及び外径比Ｒａの範囲は該第１実施例の範囲よりも広い範囲である。また、この明細書では各ガラス領域間の比屈折率差は、百分率で表示されている。
【００５７】
図５に示されたような屈折率プロファイル３００ａは、屈折率増加材であるゲルマニウム元素が添加されたコア領域１２０及び中間クラッド領域１２２と、屈折率低下材であるフッ素元素が添加された内側クラッド領域１２１によって実現できる。また外側クラッド領域１２３もフッ素元素を含んでもよい。
【００５８】
（第３実施例）
図６は、この発明に係る分散補償ファイバの第３実施例（３重クラッド構造を有する）の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。なお、この第３実施例は、上述された第２実施例と比較して、中間クラッド領域の径方向の屈折率プロファイルがグレーディッドインデックス型になっている点が異なっている（第２実施例の中間クラッド領域の径方向の屈折率プロファイルはステップインデックス型）。
【００５９】
この図６に示されたように、３重クラッド構造を有する分散補償ファイバ１００ｃ（第３実施例）は、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバであって、上述された第２実施例と同様に、所定の屈折率を有するコア領域１３０と、コア領域１３０の外周に設けられたガラス領域であって、該コア領域１３０よりも低い屈折率を有する内側クラッド領域１３１と、内側クラッド領域１３１の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域１３１よりも高い屈折率を有する中間クラッド領域１３２と、そして、中間クラッド領域１３２の外周に設けられ、該中間クラッド領域１３２よりも低くかつ内側クラッド領域１３１よりも高い屈折率を有する外側クラッド領域１３３とを備えている。
【００６０】
図６に示された屈折率プロファイル４００ａの横軸は、当該分散補償ファイバ１００ｃの断面（伝搬する信号光の進行方向に対して垂直な面）における線Ｌ３上の各位置に相当している。さらに、この屈折率プロファイル４００ａにおいて、領域４１０は上記コア領域１３０の線Ｌ３上の各部位における屈折率（ｎcore）、領域４２０は上記内側クラッド１３１の線Ｌ３上の各部位における屈折率（ｎclad1）、領域４３０は上記中間クラッド領域１２２の線Ｌ３上の各部位における屈折率（ｎclad2）、そして領域４４０は上記外側クラッド領域１３３の線Ｌ３上の各部位における屈折率（ｎclad3）に対応している。そして、この実施例では、コア領域１３０の径方向に屈折率プロファイルは、グレーディッドインデックス型であって、内側クラッド領域１３１の屈折率は他のガラス領域の屈折率よりも低くなっており、当該分散補償ファイバ１００ｃの屈折率プロファイル４００ａに凹みＡ（depression）が形成されている。特に、このような凹みＡが設けられた屈折率プロファイルを、ディプレスト・クラッディング型プロファイル（depressed cladding type profile）という。
【００６１】
なお、各ガラス領域間の比屈折率差Δ+、Δ-、及びΔr、並びに他のパラメータＲａ、２ａの定義及び数値については、上述された第２実施例と同様である。
【００６２】
これまでに図４〜図６に示された屈折率プロファイル２００ａ〜４００ａは、この発明に係る分散補償ファイバの屈折率プロファイルの例示であって、当該分散補償ファイバの屈折率プロファイルは、これらに限定されるものではなく、例えば図７〜図９に示された形状の屈折率プロファイルであってもよい。
【００６３】
すなわち、図７は、図４の屈折率プロファイル２００ａ（第１実施例）の変形例を示す図である。図中左上に示された屈折率プロファイルは、図４の屈折率プロファイル２００ａである。屈折率プロファイル２００ｂは、図４の屈折率プロファイル２００ａにおいて、コア領域１１０の中央部に屈折率の落ち込みが生じたものであり、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapour Deposition ）法で製造する場合に発生し易いとされているものである。また、屈折率プロファイル２００ｃは、図４の屈折率プロファイル２００ａで、コア領域１１０における径方向の屈折率を一定としてステップインデックス型としたものである。
【００６４】
さらに、屈折率プロファイル２００ｄ〜２００ｆは、それぞれ上述された屈折率プロファイル２００ａ〜２００ｃに対応しており、内側クラッド領域１１１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって次第に減少している。また、屈折率プロファイル２００ｇ〜２００ｉは、それぞれ上述された屈折率プロファイル２００ａ〜２００ｃに対応しており、内側クラッド領域１１１における径方向にの屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって一旦減少し再び増加している。これらの内側クラッド領域１１１における屈折率プロファイルの径方向の形状は、実際の製造において生じ易いものである。
【００６５】
これら屈折率プロファイル２００ｂ〜２００ｉを有する分散補償ファイバは、図４に示された屈折率プロファイル２００ａを有する分散補償ファイバと同等の特性を有するものである。
【００６６】
さらに、図８は、図５に示された屈折率プロファイル３００ａ（第２実施例）の変形例を示す図である。図中左上の屈折率プロファイルは、図５の屈折率プロファイル３００ａである。また、屈折率プロファイル３００ｂは、図５の屈折率プロファイル３００ａにおいて、コア領域１２０の中央部に屈折率の落ち込みが生じたものである。屈折率プロファイル３００ｃは、図５の屈折率プロファイル３００ａにおいて、コア領域１２０における径方向の屈折率を一定としてステップインデックス型としたものである。
【００６７】
また、屈折率プロファイル３００ｄ〜３００ｆは、それぞれ上述された屈折率プロファイル３００ａ〜３００ｃに対応しており、内側クラッド領域１２１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって次第に減少している。また、屈折率プロファイル３００ｇ〜３００ｉは、それぞれ上述された屈折率プロファイル３００ａ〜３００ｃに対応しており、内側クラッド領域１２１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって一旦減少し再び増加している。
【００６８】
これら屈折率プロファイル３００ｂ〜３００ｉを有する分散補償ファイバは、図５に示された屈折率プロファイル３００ａを有する分散補償ファイバと同等の特性を有するものである。
【００６９】
次に、図９は、図６の屈折率プロファイル４００ａ（第３実施例）の変形例を示す図である。図中左上の屈折率プロファイルは、図６の屈折率プロファイル４００ａと同じものである。屈折率プロファイル４００ｂは、図６の屈折率プロファイル４００ａにおいて、コア領域１３０の中央部に屈折率の落ち込みが生じたものである。屈折率プロファイル４００ｃは、図６の屈折率プロファイル４００ａにおいて、コア領域１３０における径方向の屈折率を一定としてステップインデックス型としたものである。
【００７０】
また、屈折率プロファイル４００ｄ〜４００ｆは、それぞれ上述された屈折率プロファイル４００ａ〜４００ｃに対応しており、内側クラッド領域１３１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって次第に減少している。また、屈折率プロファイル４００ｇ〜４００ｉは、それぞれ上述された屈折率プロファイル４００ａ〜４００ｃに対応しており、内側クラッド領域１３１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって一旦減少し再び増加している。
【００７１】
これら屈折率プロファイル４００ｂ〜４００ｉを有する分散補償ファイバは、図６に示された屈折率プロファイル４００ａを有する分散補償ファイバと同等の特性を有するものである。
【００７２】
次に、図４に示された屈折率プロファイル２００ａを有する分散補償ファイバの諸特性についてシミュレーションを行った実験結果について説明する。図１０は、シミュレーション結果を示す表である。４つのパラメータΔ+ 、Δ- 、２ａ及びＲａ（＝２ａ／２ｂ）について１１通りの条件を設定して、光ファイバの特性値を求めた。各条件に対応して用意されたファイバ（試料）は、それぞれＮｏ．１〜Ｎｏ．１１と表されている。
【００７３】
波長１．５５μｍの光に対し、試料（光ファイバ）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１それぞれについて、波長分散（表中 Disp＠1550で示し、単位はps/km/nm）、分散スロープ（表中Slope＠1550で示し、単位はps/km/nm2）、主な補償対象である分散シフトファイバと上述の各光ファイバＮｏ．１〜Ｎｏ．１１のいずれかとが縦続接続されて構成された光伝送路全体の分散スロープ（表中Total Slope＠1550で示し、単位はps/km/nm2）、伝送損失（表中Loss＠1550で示し、単位はdB/km）、偏波モード分散（表中PMDで示し、単位はps・km-1/2）、２ｍの基準長におけるカットオフ波長（表中Cut-Offで示し、単位はμm）、及び直径２０ｍｍでの曲げ損失（表中Bend Lossで示し、単位はdB/m）それぞれを シミュレーションにより求めた。
【００７４】
なお、このシミュレーションで想定された補償対象である分散シフトファイバは、波長１．５０μｍにおいてその波長分散がゼロであり、波長１．５５μｍにおいて波長分散および分散スロープそれぞれが３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍおよび０．０６５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 である。また、上述されたＮｏ．１〜Ｎｏ．１１の分散補償ファイバと上記分散シフトファイバとから構成された光伝送路全体の分散スロープは、この分散シフトファイバとファイバＮｏ．１〜Ｎｏ．１１のいずれかとを所定長比で縦続接続して全体の波長分散が１．５５μｍでゼロとなるときの値である。
【００７５】
図１０の表から判るように、ファイバＮｏ．７及びＮｏ．８は、上記補償対象（上述の特性を有する分散シフトファイバ）を含む伝送システムに適用するのは好ましくない。また、ファイバＮｏ．９の場合は、コア領域の外径２ａが条件（３）を満たしていないため、それぞれこの発明に係る分散補償ファイバとして実現することができない。
【００７６】
しかし、その他の試料（ファイバＮｏ．１〜Ｎｏ．６、ファイバＮｏ．１０、及びファイバＮｏ．１１）は、条件（１）から（４）の条件を全て満たしているので、これらの試料については、この発明に係る分散補償ファイバが実現できる。さらに、これらの試料のいずれかと上記分散シフトファイバとが縦続接続されたときの光伝送路全体の分散スロープは、−０．０２〜０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2となり、略フラットであると言える。したがって、１．５５μｍ波長帯でＷＤＭ方式により波長多重信号光（複数の波長を含む）で光通信を行うとき、各信号光成分の波長範囲において分散スロープが十分低減されるため、長距離かつ大容量の光通信が可能となる。
【００７７】
中でも特に、ファイバＮｏ．１〜Ｎｏ．３は、波長分散が−２０〜−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲であり、分散スロープが−０．４〜−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2の範囲であるので、また、分散シフトファイバと縦続接続したときの光伝送路全体の分散スロープが０．０１〜０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2となるので、分散シフトファイバで生じた各信号光成分の波長分散及び分散スロープを補償する上でさらに好適であり、ＷＤＭ方式による通信にさらに好適に用いられ得る。
【００７８】
加えて、発明者らは、図５に示された屈折率プロファイル３００ａを有する分散補償ファイバ（３重クラッド構造）の諸特性についても、同様なシミュレーションを行った。図１１は、そのシミュレーション結果を示す表である。５つのパラメータΔ+ 、Δ- 、Δr、２ａ及びＲａ（＝２ａ／２ｂ）について３通りの条件を設定して、光ファイバの特性値を求めた。各条件に対応して用意されたファイバ（試料）は、それぞれＮｏ．１２〜Ｎｏ．１４と表されている。
【００７９】
なお、他のパラメータについては上述された２重クラッド構造の場合と同様である。また、想定された分散シフトファイバ（補償対象）も上述されたファイバと同様である。
【００８０】
この図１１の表からも判るように、各試料（光ファイバ）Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１４は、波長分散が−３０〜−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲であり、分散スロープが−０．３９〜−０．０６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2の範囲であるので、また、分散シフトファイバと縦続接続したときの光伝送路全体の分散スロープが０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2となるので、分散シフトファイバで生じた各信号光成分の波長分散及び分散スロープを補償する上でさらに好適であり、ＷＤＭ方式による通信にさらに好適に用いられ得る。
【００８１】
なお、この発明に係る分散補償ファイバ１００が適用された光伝送システムでは、図２に示されたように、当該分散補償ファイバ１００と分散シフトファイバ５００とを縦続接続して使用するだけでなく、例えば光ファイバ増幅器６００をさらに縦続接続した構成も可能である。また、この発明に係る分散補償ファイバ１００、分散シフトファイバ５００（分散補償ファイバ１００とともに光ファイバ伝送路７００を構成する）及び光ファイバ増幅器７００は、如何なる順序で縦続接続されても構わない。光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０としては、希土類元素（例えばＥｒ元素）が添加された光ファイバ（ＥＤＦ: Erbium Doped Fiber）を利用した光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ: Erbium Doped Fiber Amplifier）を用いれば、１．５５μｍ波長帯の波長多重信号光を光増幅するのに好適である。当該分散補償ファイバ１００及び分散シフトファイバ５００それぞれの長さ、並びに、光ファイバ増幅器６００の配置間隔及び増幅率は、当該分散補償ファイバ１００及び分散シフトファイバ５００それぞれの波長分散及び伝送損失に基づいて最適に決定される。以上のような構成により、当該光伝送システムにおける光伝送路全体の波長分散及び分散スロープを効果的に改善（ゼロに近づける）することができるだけでなく、伝送損失も十分低減することが期待できる。したがって、このような構成においても、大容量の信号光が長距離の光伝送路を低損失に伝送され得る。
【００８２】
また、この発明に係る分散補償ファイバ自体のコア領域にＥｒ元素を添加してもよい。この場合、励起光源６４０から出力された波長１．４８μｍの励起光を光結合器６２０を介して当該分散補償ファイバに伝搬させることにより反転分布が形成され、分散補償ファイバ内を伝搬する信号光は増幅される。すなわち、この分散補償ファイバは、波長分散及び分散スロープを補償するだけでなく、増幅用光ファイバとしても作用することになる。したがって、このＥｒ添加の分散補償ファイバを増幅用光ファイバとして用い、さらに、励起光を出力する励起光源６４０と、励起光を分散補償ファイバに導く光結合器と、信号光の伝搬方向にのみ光（信号光、励起光、自然放出光）を透過させる光アイソレータ８００と、励起光及び自然放出光を遮断し信号光のみを透過させるフィルタ等とを一体化して、光ファイバ増幅器６００を構成してもよい。この場合、分散シフトファイバの波長分散及び分散スロープは、分散補償ファイバにより補償されるだけでなく、分散シフトファイバにおいて生じた伝送損失は、分散補償ファイバにおける光増幅作用により相殺され得る。
【００８３】
また、ラマン増幅を利用して信号光を増幅してもよい。すなわち、信号光の波長とは異なるがその波長値に近い波長を有し且つ十分に光量の大きい励起光を、光結合器６２０を介して分散補償ファイバに伝搬させることにより、ラマン効果により信号光を増幅させる。この場合も、分散シフトファイバの波長分散及び分散スロープは、分散補償ファイバにより補償されるだけでなく、分散シフトファイバにおいて生じた伝送損失は、分散補償ファイバにおける光増幅作用により相殺され得る。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る分散補償ファイバの、１．５５μｍ波長帯における諸特性は、波長分散が−４０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、分散スロープが−０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以上かつ−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以下、伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以下、偏波モード分散が０．７ｐｓ・ｋｍ-1/2以下、モードフィールド径が４．５μｍ以上かつ６．５μｍ以下、カットオフ波長が０．７μｍ以上かつ１．７μｍ以下、そして直径２０ｍｍでの曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下である（特に、波長分散は−２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であり、分散スロープは−０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以上かつ−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以下であることが好ましい）。
【００８５】
この分散補償ファイバと他の光ファイバ（特に、分散シフトファイバあるいは分散シフトファイバを含む光伝送路）とを所定長比で光学的に続接続すれば、１．５５μｍ波長帯において光伝送路全体の波長分散を効果的に低減することができるとともに、全体の分散スロープも改善される。これらの特性、並びに、伝送損失、偏波モード分散、モードフィールド径、カットオフ波長及び曲げ損失それぞれの条件から、長距離かつ大容量の光通信が可能となる。特に、ＷＤＭ方式による光通信において、利用される波長多重信号光の各成分の波長についても、光伝送路全体の波長分散が改善されるので、より長距離かつ大容量の光通信が可能となる。
【００８６】
また、この発明に係る分散補償ファイバは、２重クラッド構造、３重クラッド構造のいずれを備えてもよく、それぞれの構造において、所定のパラメータ条件（寸法比、各ガラス領域間の比屈折率差）を満たすことにより実現することができる。また、石英ガラスを主成分とする分散補償ファイバの場合、所定の比屈折率差を得るには、各ガラス領域にゲルマニウムやフッ素を選択的に添加することに実現できる。そして、そのパラメータの許容範囲は広いので製造は容易であり、製造において各パラメータのばらつきが生じた場合であっても、許容範囲内であれば長距離かつ大容量の光通信を行うに際して何等支障はない。
【００８７】
さらに、当該分散補償ファイバのコア領域にエルビウム元素が添加された構成も実現できる。すなわち、当該分散補償ファイバに励起光を伝搬させることにより、波長分散及び分散スロープを補償するだけでなく、信号光の増幅をも行うことができる。
【００８８】
また、この発明に係る光伝送システムは、この発明に係る分散補償ファイバと他の光ファイバ（特に、分散シフトファイバ）とが光学的に接続され、１．５５μｍ波長帯において当該光伝送路全体の分散スロープが−０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以上０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以下に設定されている。したがって、この光伝送システムでは、長距離かつ大容量の光通信が可能であり、特にＷＤＭ方式で複数の波長を用いて光通信が行われる場合に、さらに長距離かつ大容量の光通信が可能となる。さらに、この発明に係る分散補償ファイバとしてエルビウム元素が添加されたものを用いれば、当該光伝送路は、長距離かつ大容量だけでなく低損失な光通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る分散補償ファイバを備えた、分散シフトファイバを含む光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】この発明に係る分散補償ファイバを備えた、光ファイバ増幅器を含む光伝送システムの構成を示す図である。
【図３】この発明に係る分散補償ファイバによる、波長分散補償及び分散スロープ補償を説明するためのグラフである。
【図４】この発明に係る分散補償ファイバの第１実施例の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【図５】この発明に係る分散補償ファイバの第２実施例の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【図６】この発明に係る分散補償ファイバの第３実施例の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【図７】この発明に係る分散補償ファイバの第１実施例に適用可能な屈折率プロファイル（図４）の、種々の応用例を示す図である。
【図８】この発明に係る分散補償ファイバの第２実施例に適用可能な屈折率プロファイル（図５）の、種々の応用例を示す図である。
【図９】この発明に係る分散補償ファイバの第３実施例に適用可能な屈折率プロファイル（図６）の、種々の応用例を示す図である。
【図１０】２重クラッド構造を備えた、分散補償ファイバの実験結果を示す表である。
【図１１】３重クラッド構造を備えた、分散補償ファイバの実験結果を示す表である。
【符号の説明】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…分散補償ファイバ、１１０、１２０、１３０…コア領域、１１１、１２１、１３１…内側クラッド領域、１２２、１３２…中間クラッド領域、１１２、１２３、１３３…外側クラッド領域、５００…光ファイバ伝送路（分散シフトファイバ）、６００…光ファイバ増幅器、６１０…増幅用光ファイバ（又はエルビウム元素を含む分散補償ファイバ）、７００…光ファイバ伝送路（分散シフトファイバのみ、又は分散シフトファイバ及び分散補償ファイバ）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、１．５５μｍ波長帯の波長多重信号光を利用した長距離かつ大容量の光通信を可能にする光ファイバ伝送路網に適用される分散補償ファイバ及びそれを含む光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高度情報化社会の到来による社会的ニーズから、光ファイバ伝送路網を利用した画像通信などの大容量高速通信や、国際通信などの長距離通信に関する研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
この長距離かつ大容量の光通信を実現する光ファイバ伝送路網では、まず、伝送路が単一モードの伝搬のみを許す光ファイバである必要がある。なぜなら、多モード通信の場合には、モード分散（伝搬モードごとの群速度の差による分散）で表される）が不可避的に発生するからである。
【０００４】
そこで、まず伝送路として考えられたのが、単一モードの伝搬のみが許されるシングルモード光ファイバである。ところが、シングルモード光ファイバでは、モード分散が発生することはないが、材料分散（光ファイバの材料に固有の屈折率の波長依存性による分散）と構造分散（伝搬モードの群速度の波長依存性による分散）との和で表される波長分散が伝送容量を制限する。すなわち、光源から出力される光の波長が単一であると言っても、厳密には一定のスペクトル幅を有するので、このスペクトル幅を有する光パルスが、所定の波長分散特性を有するシングルモード光ファイバ中を伝搬すると、光パルスの幅が拡がりパルス形状が崩れてしまう。この波長分散は、単位スペクトル幅（ｎｍ）及び単位光ファイバ長（ｋｍ）あたりの伝搬遅延時間差として、単位（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）で表される。
【０００５】
光ファイバの材料として一般的に用いられる石英ガラス（silica glass）では、材料分散は波長１．２６〜１．２９μｍ付近でゼロになることが知られている。また、構造分散は光ファイバのパラメータにより変化するため、光ファイバのパラメータを最適に設計すると、波長１．３〜１．３２μｍ付近で材料分散と構造分散とが相殺されて波長分散をゼロとすることができる。したがって、シングルモード光ファイバを用いれば、波長１．３μｍ付近において、多モード光ファイバに比べてより長距離かつ大容量の光通信が可能であり、実際に、通信距離が数百ｋｍで通信容量が数百Ｍｂｉｔ／秒の光通信に用いられている。
【０００６】
しかしながら、光ファイバの伝送損失は１．５５μｍ波長帯で最も小さく、このことから、１．５５μｍ波長帯の光を利用して、光通信を行うことが望まれた。このため、波長分散がゼロとなる波長（零分散波長）がこの波長帯にシフトされた分散シフトファイバが開発された。この分散シフトファイバは、材料分散については大きく変更することができないため、その屈折率プロファイルを最適に設計して構造分散の値を変えることにより、零分散波長が１．５５μｍ付近に設定される。また、この分散シフトファイバは、エルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅器とともに、１．５５μｍ波長帯の波長多重信号光を利用した、長距離で通信容量が数Ｇｂｉｔ／秒の光伝送システムに採用される。
【０００７】
一方で、シングルモード光ファイバは、これまでに既に多数敷設されており、既存のシングルモード光ファイバの伝送路網を利用して１．５５μｍ波長帯の光通信を行いたいとのニーズがある。そこで、１．５５μｍ波長帯において正の波長分散を有するシングルモード光ファイバに、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償ファイバを縦続接続して、これにより光伝送路全体として波長分散及び分散スロープを相殺しようとする試みがなされている（例えば、特開平６−１１６２０号公報）。
【０００８】
なお、分散スロープは、波長分散を示すグラフにおける、該グラフの傾きで与えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の分散シフトファイバでは、波長１．５５μｍ付近の所定波長においてその波長分散がゼロになるよう設計されている。しかしながら、その波長（零分散波長）の周辺では波長分散はゼロではなく、波長分散の符合を正とすると、一般に波長が長いほど波長分散が大きくなる。換言すれば、分散スロープ（波長分散の波長依存性であって、単位（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2）で表される）が正符合である。このことは、さらに伝送容量を大容量化すべく、互いに異なる波長の信号光成分を多重化する波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplex）方式による通信の場合に問題となる。つまり、１．５５μｍ波長帯の波長多重信号光（複数の波長を有する）のうち、より長い波長の信号光成分に対して波長分散がより大きく（正の値）なり、波長のより短い信号光成分に対して波長分散がより小さく（負の値）なる傾向（正の分散スロープを有する）があるので、これによりＷＤＭ方式の大容量化の限界が生じる。
【００１０】
一方、１．５５μｍ波長帯において波長分散及び分散スロープの双方が略ゼロとなる分散フラット光ファイバの研究について、例えば、久保ら、「二重クラッド型低分散ＳＭファイバの諸特性」、１９９０年電子情報通信学会春季全国大会予稿集、Ｃ−３７４、及び、P.K. Bachmann et.al., "Dispersion-Flattened Single-Mode Fibers Prepared with PCVD: Performance, Limitations, Design Optimization", J. of Lightwave Technol., Vol.LT-4, No.2, pp.858-863 (1986)）に報告されている。しかしながら、当該分散フラットファイバは、コア径等のサイズや屈折率プロファイルを極めて精密に制御する必要があり製造が困難であるため、未だ実用化には至っていない。
【００１１】
この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、補償対象である従来の光ファイバ伝送路と、この発明に係る分散補償ファイバとをそれぞれ適当な長さにして光学的に接続することにより、１．５５μｍ波長帯において光伝送路全体の波長分散及び分散スロープを改善し（波長分散及び分散スロープの絶対値をゼロに近づける）、長距離かつ大容量の光通信を可能にする分散補償ファイバ、及びそれを含む光伝送システムを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る分散補償ファイバは、主に、零分散波長が１４５０〜１６５０ｎｍの範囲に設定された分散シフトファイバ及びこの分散シフトファイバを含む光ファイバ伝送路を、その補償対象としている。さらに、好ましくは、この発明に係る分散補償ファイバは、零分散波長が１４５０〜１５５０ｎｍの範囲に設定された分散シフトファイバ及びこの分散シフトファイバを含む光ファイバ伝送路を、その補償対象としている。これら分散補償対象は、いずれも正の分散スロープを有する。
【００１３】
したがって、この発明に係る分散補償ファイバは、１．５５μｍ波長帯の光に対する諸特性として、−４０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下の波長分散と、−０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以上かつ−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下の分散スロープと、０．５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失と、０．７ｐｓ・ｋｍ-1/2以下の偏波モード分散と、４．５μｍ以上かつ６．５μｍ以下のモードフィールド径と、２ｍの基準長において０．７μｍ以上かつ１．７μｍ以下のカットオフ波長と、そして、１００ｄＢ／ｍ以下の、直径２０ｍｍでの曲げ損失とを有することを特徴としている。
【００１４】
なお、この明細書において、１．５５μｍ波長帯とは、波長１５００〜１６００ｎｍの範囲の帯域を意味する。
【００１５】
当該分散補償ファイバと、補償対象である光ファイバ（主に、分散シフトファイバあるいはこの分散シフトファイバを含む伝送システム）とが所定長比で光学的に接続されることにより、１．５５μｍ波長帯において伝送路全体の波長分散、及び分散スロープを改善することが可能となる。さらに、これらの特性、並びに、伝送損失、偏波モード分散、モードフィールド径、カットオフ波長（２ｍの基準長におけるカットオフ波長）及び曲げ損失（直径２０ｍｍでの曲げ損失）それぞれの条件から、長距離かつ大容量の光通信が可能となる。
【００１６】
また、この発明に係る分散補償ファイバは、１．５５μｍ波長帯の光に対して、その波長分散が、−２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、そして、分散スロープが、−０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以上かつ−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下であることがより好ましい。このように、波長分散及び分散スロープを設定することにより、当該分散補償ファイバを含む光伝送システム（零分散波長が、波長１４５０〜１６５０ｎｍ、好ましくは１４５０〜１５５０ｎｍの範囲に設定された分散シフトファイバを含む）全体を、さらに好適に補償することができる（全体の波長分散及び分散スロープの絶対値をよりゼロに近づけられる）。
【００１７】
以上の特性を得るため、この発明に係る分散補償ファイバは、少なくとも、所定の屈折率を有するガラス領域であって、３．５μｍ以上かつ６．０μｍ以下の外径を有するコア領域と、コア領域の外周に設けられ、かつ該コア領域よりも低い屈折率を有する内側クラッド領域と、そして、内側クラッド領域の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域よりも高くコア領域よりも低い屈折率を有する外側クラッド領域とを備えた、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバである。特に、当該分散補償ファイバは、上記内側クラッド領域の外径に対する上記コア領域の外径の比は、０．３以上かつ０．５以下であり、上記外側クラッド領域と上記コア領域における最大屈折率の部位との比屈折率差は、０．６％以上かつ１．４％以下であり、そして、上記外側クラッド領域と上記内側クラッド領域における最小屈折率を有する部位との比屈折率差は、０．２５％以上かつ０．６５％以下であることを特徴としている。
【００１８】
さらに、当該分散補償ファイバが３重クラッド構造を有する場合、当該分散補償ファイバは、上記内側クラッド領域と外側クラッド領域との間に、該外側クラッドよりも高くコア領域よりも低い屈折率を有する中間クラッド領域を備える。なお、この中間クラッド領域における最大屈折率を有する部位と外側クラッド領域との比屈折率差は、０．２％以上かつ０．５％以下である。
【００１９】
以上の構成を備えた、この発明に係る分散補償ファイバは、上記コア領域に、ゲルマニウム元素が添加され、そして、上記内側クラッド領域に、フッ素元素が添加されていることが、少ないドーパント濃度で十分な比屈折率差を得る上で好ましい。加えて、上記外側クラッド領域にも、フッ素元素が添加された構成も実現可能である。
【００２０】
さらに、この発明に係る分散補償ファイバは、該分散補償ファイバと光学的に接続された、光伝送路の一部を構成する他の光ファイバ（補償対象）とともに光伝送システムを構成する（図１参照）。当該分散補償ファイバを含む光伝送システムは、光伝送路全体として、１．５μｍ波長帯の光に対し、−０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以上かつ０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下の分散スロープを有するのが好ましく、このような光伝送システムでは、長距離でかつ大容量の光伝送が可能となり、特に、ＷＤＭ方式により多波長の光を利用した光通信を実現する場合には、さらに長距離でかつ大容量の光通信が可能となる。
【００２１】
なお、当該分散補償ファイバとともに光伝送システムの光伝送路を構成する、分散補償の対象である光ファイバ伝送路は、その零分散波長が１５６０ｎｍ以下にシフトされた分散シフトファイバであることが好ましい。補償対象が１．５６μｍ以下の零分散波長を有する分散シフトファイバである場合には、該分散シフトファイバの波長分散及び波長分散スロープは、この発明に係る分散補償ファイバにより容易に補償される。
【００２２】
加えて、以上のように当該分散補償ファイバと補償対象である分散シフトファイバを含む光伝送システムは、さらに光伝送路の一部を構成する光ファイバ増幅器を備えてもよい。この光ファイバ増幅器は、コア領域にエルビウム元素が添加された増幅用光ファイバと、該増幅用光ファイバ内のエルビウム元素を励起する励起光を、該増幅用光ファイバに出力するための励起光源と、そして、該励起光源と該増幅用光ファイバとを光学的に結合させるための光結合器とを、少なくとも備える。なお、この該光伝送システム中に挿入される増幅用光ファイバの長さは、当該分散補償ファイバの補償対象である、分散シフトファイバあるいは該分散シフトファイバを含む光伝送路全体の長さと比較して、非常に短いため、光伝送路全体として補償すべき波長分散及び分散スロープへの寄与は無視できる。
【００２３】
一方、この発明に係る分散補償ファイバは、そのコア領域に、エルビウム元素が添加された構成でもよい。このようにエルビウム元素を含む当該分散補償ファイバは、増幅用光ファイバとして機能することができる。
【００２４】
したがって、コア領域にエルビウム元素が添加された当該分散補償ファイバを含む光伝送システムは、この発明に係る分散補償ファイバと、該分散補償ファイバと光学的に接続された、光伝送路の一部を構成する他の光ファイバ（補償対象）と、該分散補償ファイバ内のエルビウム元素を励起する励起光を、該分散補償ファイバに出力するための励起光源と、そして、該励起光源と該分散補償ファイバとを光学的に結合させるための光結合器とを備える。この構成により、当該分散補償ファイバを含む光伝送システムは、光伝送路全体として、１．５μｍ波長帯の光に対し、−０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以上かつ０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2以下の分散スロープを有する。このような光伝送システムでは、より長距離かつ大容量で低損失の光通信が可能となる。
【００２５】
なお、この光ファイバ増幅器（この発明に係る分散補償ファイバを有する）を含む光伝送システムにおいて、上記分散補償の対象は、その零分散波長が１５６０ｎｍ以下にシフトされた分散シフトファイバであることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る分散補償ファイバ及びそれを含む光伝送システムについて、図１〜図１１を用いて説明する。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。
【００２７】
この発明に係る分散補償ファイバは、１．５５μｍ波長帯において以下のような特性を有する。すなわち、波長分散は−４０〜０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲、分散スロープは−０．５〜−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 の範囲、伝送損失は０．５ｄＢ／ｋｍ以下、偏波モード分散（ＰＭＤ）は０．７ｐｓ・ｋｍ-1/2以下、モードフィールド径（ＭＦＤ）は４．５〜６．５μｍの範囲、カットオフ波長は０．７〜１．７μｍの範囲、そして、直径２０ｍｍでの曲げ損失は１００ｄＢ／ｍ以下である。
【００２８】
なお、１．５５μｍ波長帯の光伝送の場合、一般に、２ｍの基準長（ＣＣＩＴＴ−Ｇ．６５０による測定法）で信号光波長よりも短い１．５５μｍ以下のカットオフ波長が選択される。カットオフ波長の一般的な評価の基準である２ｍという短い長さでは、当該分散シフトファイバの場合、伝送光の基底モードばかりではなく高次モードも伝搬することもある（例えば２ｍの基準長でのカットオフ波長が１．７μｍの場合）。しかしながら、高次モードは基底モードと比べて分散シフトファイバ中の伝搬における減衰率が高いので、数ｋｍの伝搬長であれば基底モードに比べて十分に小さくなる。したがって、海底通信ケーブルのように伝搬距離が数百から数千ｋｍに及ぶ場合には、高次モードによる問題が生じることはない。また、上記曲げ損失は、直径２０ｍｍの心棒（mandrel）に巻きつけられた状態で測定された、当該分散補償ファイバの伝送損失の増加分である。そして、この明細書において、１．５５μｍ波長帯とは、１５００〜１６００ｎｍの範囲の帯域である。
【００２９】
この発明に係る分散補償ファイバは、後述するように、補償対象である他の光ファイバ（例えば、シングルモード光ファイバ、分散シフトファイバ、これらファイバを含む光ファイバ伝送路全体）の波長分散だけでなく分散スロープをも補償するものである。特に、分散シフトファイバの波長分散及び分散スロープを補償するのに好適である。また、波長分散が−２０〜−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲内であり、かつ分散スロープが−０．４〜−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 の範囲内であれば、分散シフトファイバの波長分散及び分散スロープを補償する上でより好ましい。
【００３０】
次に、この発明に係る分散補償ファイバ含む光伝送システムの構成について図１及び図２を用いて説明する。
【００３１】
図１は、この発明に係る分散補償ファイバ１００と主な補償対象である分散シフトファイバ５００とが光学的に接続された光伝送システムの構成を示す図である。この光伝送システムにおいて、当該分散補償ファイバ１００の一端（入射端）は光ファイバ伝送路１０（シングルモード光ファイバ）を介して送信器ＴＸと光学的に接続されるとともに、他端（出射端）は分散シフトファイバ５００の一端（入射端）に光学的に接続されている。さらに、分散シフトファイバ５００の他端（出射端）は、光ファイバ伝送路１０（シングルモード光ファイバ）を介して光学的に受信器ＲＸに接続されている。なお、図１では、当該分散補償ファイバ１００は、分散シフトファイバ５００の上流側に配置されているが、該分散シフトファイバ５００の下流側に配置されてもよい。また、図１に示された光伝送システムの光伝送路は、双方向通信可能な光伝送路網であってもよい。
【００３２】
一方、図２は、この発明に係る分散補償ファイバを含む光伝送システムであって、その光伝送路中に光ファイバ増幅器６００が配置されている。特に、この光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０（少なくともコア領域にエルビウム元素が添加されている）は、当該光伝送システムの伝送路の一部を構成している。
【００３３】
図２の光伝送路において、その一端（入射端）が光ファイバ伝送路１０（シングルモード光ファイバ）を介して送信器ＴＸと光学的に接続された光ファイバは、この発明に係る分散補償ファイバ１００と分散シフトファイバ５００とが縦続接続された図１に示された構造の光ファイバ伝送路と同様の構成にすることが可能である。一方、この光ファイバ伝送路７００の他端（出射端）と光学的に接続される上記光ファイバ増幅器６００の一端（入射端）との間には光アイソレータ８００は配置され、該光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０中のエルビウム元素を励起するための励起光が、当該光伝送路中を伝搬するのを防止している。この光ファイバ増幅器６００の他端（出射端）は、光ファイバ伝送路１０（シングルモード光ファイバ）を介して受信器ＲＸと光学的に接続されている。なお、上記光ファイバ伝送路７００及び光ファイバ増幅器６００の配置位置には特に制限はなく、また、当該光伝送システムにおける光伝送路は双方向光通信が可能な構成であってもよい。
【００３４】
このように当該光伝送システムの光伝送路中に配置された光ファイバ増幅器６００は、少なくともコア領域にエルビウム元素が添加された増幅用光ファイバ６１０と、この増幅用光ファイバ６１０内のエルビウム元素を励起する励起光を、該増幅用光ファイバ６１０に出力するための励起光源６４０と、そして、該励起光源６４０と該増幅用光ファイバ６１０とを光学的に結合させるための光結合器６２０とを備えている。なお、図２中の６３０は無反射終端である。また、この光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０の長さは、光伝送路全体への波長分散及び分散スロープの寄与は無視できるほど、光伝送路全体の長さに比べて十分に短い。
【００３５】
さらに、図２に示された光伝送システムにおいて、上記光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０を、この発明に係る分散補償ファイバ１００で構成することも可能である。すなわち、この発明に係る分散補償ファイバ１００のコア領域中にエルビウム元素が添加されることにより、当該分散補償ファイバ１００は、増幅用光ファイバ６１０として機能する。なお、この構成では、光ファイバ伝送路７００は、当該分散補償ファイバ１００を除く分散シフトファイバ５００だけを含む。
【００３６】
次に、この発明に係る分散補償ファイバの波長分散及び分散スロープの補償について説明する。図３は、この発明に係る分散補償ファイバによる波長分散の補償及び分散スロープの補償を説明するためのグラフである。このグラフにおいて、横軸は信号光の波長（単位はｎｍ）であり、縦軸は波長分散（単位はｐｓ／ｋｍ／ｎｍ））である。
【００３７】
グラフ中、符号ＤＣＦで表された曲線は、この発明に係る分散補償ファイバの波長分散特性である（以下、当該分散補償ファイバをＤＣＦで示す）。なお、この発明に係る分散補償ファイバＤＣＦは、上述されたように、１．５５μｍ波長帯において波長分散が−４０〜０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲、かつ分散スロープが−０．５〜−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 の範囲内に設定されている。
【００３８】
また、グラフ中、符号ＤＳＦ−１で表された曲線は、分散シフトファイバの波長分散特性である（以下、この分散シフトファイバをＤＳＦ−１で示す）。この分散シフトファイバＤＳＦ−１は、構造分散が適切に設計されて、波長１．５μｍ付近で波長分散がゼロであり、１．５５μｍ波長帯において分散スロープが正の値である。この分散シフトファイバＤＳＦ−１は、例えば、波長１．５５μｍにおいて、波長分散が３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、分散スロープが０．０６５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 である。
【００３９】
そして、この発明に係る分散補償ファイバＤＣＦと分散シフトファイバＤＳＦ−１とをそれぞれ適切な長さの比で縦続接続された光伝送路（この光伝送路全体の波長分散特性は、グラフ中の”ＤＣＦ＋ＤＳＦ−１”で表された曲線で示される）では、全体の波長分散は略ゼロになり、また、全体の分散スロープは、−０．０２〜＋０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 の範囲内に納り略フラットになる。このように、光伝送路全体の波長分散及び分散スロープそれぞれは、当該分散補償ファイバＤＣＦ及び分散シフトファイバＤＳＦ−１のいずれか一方の、単独の波長分散及び分散スロープよりもその絶対値が小さくなる。すなわち、分散シフトファイバＤＳＦ−１の波長分散及び分散スロープの双方が、１．５５μｍ波長帯において当該分散補償ファイバＤＣＦにより効果的に補償される。
【００４０】
また、この発明に係る分散補償ファイバＤＣＦと上記分散シフトファイバＤＳＦ−１とを接続した場合の光伝送路全体の伝送損失及び偏波モード分散（ＰＭＤ）それぞれについては、長距離かつ大容量の光通信を行うに際して何等問題が生じることはない。また、モードフィールド径（ＭＦＤ）、カットオフ波長及び曲げ損失それぞれは、この発明に係る分散補償ファイバＤＣＦ及び上記分散シフトファイバＤＳＦ−１それぞれ単独にて評価されるべきものであるが、両者が縦続接続された光伝送路でも、長距離かつ大容量の光通信を行うに際して何等問題が生じることはない。したがって、ＷＤＭ方式による通信であっても、１．５５μｍ波長帯の各信号光成分に対して波長分散が改善され、また、他の特性値についても光通信を行う上で何等問題がないので、さらに長距離かつ大容量の光通信が可能となる。
【００４１】
これに対して、グラフ中、符号ＤＳＦ−２で表された曲線は、波長１．６μｍ付近で波長分散がゼロとなるような分散シフトファイバの波長分散特性を示している（以下、この分散シフトファイバをＤＳＦ−２で示す）。この分散シフトファイバＤＳＦ−２とこの発明に係る分散補償ファイバＤＣＦとが縦続接続された光伝送路（この光伝送路全体に波長分散特性は、グラフ中の”ＤＣＦ＋ＤＳＦ−２”で表された曲線で示される）では、１．５５μｍ波長帯において、全体の波長分散スロープは略フラットになるものの、全体の波長分散は負の値であってさらにその絶対値が大きくなっている。
【００４２】
（第１実施例）
図４は、この発明に係る分散補償ファイバの第１実施例（２重クラッド構造を有する）の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【００４３】
この図４に示されたように、２重クラッド構造を有する分散補償ファイバ１００ａ（第１実施例）は、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバであって、所定の屈折率を有するコア領域１１０と、コア領域１１０の外周に設けられたガラス領域であって、該コア領域１１０よりも低い屈折率を有する内側クラッド領域１１１と、そして、内側クラッド領域１１１の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域１１１よりも高くコア該領域１１０よりも低い屈折率を有する外側クラッド領域１１２とを備えてる。
【００４４】
なお、内側クラッド領域１１１の外径２ｂに対するコア領域１１０の外径２ａの比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）は、０．３以上かつ０．５以下であり、コア領域の外径は３．５μｍ以上かつ６．０μｍ以下である。また、外側クラッド領域１１２とコア領域１１０における最大屈折率の部位との比屈折率差Δ+は、０．６％以上かつ１．４％以下であり、外側クラッド領域１１２と内側クラッド領域１１１における最小屈折率を有する部位との比屈折率差Δ-は、０．２５％以上かつ０．６５％以下である。
【００４５】
図４に示された屈折率プロファイル２００ａの横軸は、当該分散補償ファイバ１００ａの断面（伝搬する信号光の進行方向に対して垂直な面）における線Ｌ１上の各位置に相当している。さらに、この屈折率プロファイル２００ａにおいて、領域２１０は上記コア領域１１０の線Ｌ１上の各部位における屈折率（ｎcore）、領域２２０は上記内側クラッド１１１の線Ｌ１上の各部位における屈折率（ｎclad1）、そして領域２３０は上記外側クラッド領域１１２の線Ｌ１上の各部位における屈折率（ｎclad2）に対応している。そして、この実施例では、コア領域１１０の径方向に屈折率プロファイルは、グレーディッドインデックス型であって、内側クラッド領域１１１の屈折率は他のガラス領域の屈折率よりも低くなっており、当該分散補償ファイバ１００ａの屈折率プロファイル２００ａに凹みＡ（depression）が形成されている。特に、このような凹みＡが設けられた屈折率プロファイルを、ディプレスト・クラッディング型プロファイル（depressed cladding type profile）という。
【００４６】
また、この実施例において比屈折率差Δは以下のように定義されている。
【００４７】
Δ+＝（ｎcore−ｎclad2）／ｎclad2
Δ-＝（ｎclad2−ｎclad1）／ｎclad2
ｎcore ：コア領域の最大屈折率
ｎclad1：内側クラッド領域の最小屈折率
ｎclad2：外側クラッド領域の屈折率
したがって、この第１実施例（２重クラッド構造）の各パラメータは、以下のように設定されている。
【００４８】
Δ+ ＝０．６ 〜１．４ ％ … (1)
Δ- ＝０．２５〜０．６５％ … (2)
２ａ＝３．５ 〜６．０ μｍ … (3)
Ｒａ＝０．３ 〜０．５ … (4)
なお、この明細書では各ガラス領域間の比屈折率差は、百分率で表示されている。
【００４９】
上記条件（１）及び条件（２）に示されたような比屈折率差は、石英ガラスを主成分とする光ファイバの場合、例えば、屈折率増加材であるゲルマニウム元素（Ｇｅ）が添加されたコア領域１１０と、屈折率低下材であるフッ素元素（Ｆ）が添加された内側クラッド領域１１１によって実現することができる。また、外側クラッド領域１１２もフッ素元素を含んでもよい。なお、この第１実施例の分散補償ファイバ１００ａは、例えば、ＶＡＤ法（Vapour-phase Axial Deposition）により容易にえられる。また、上記パラメータの許容範囲が比較的広いので、この点でも製造が容易である。
【００５０】
（第２実施例）
図５は、この発明に係る分散補償ファイバの第２実施例（３重クラッド構造を有する）の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【００５１】
この図５に示されたように、３重クラッド構造を有する分散補償ファイバ１００ｂ（第２実施例）は、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバであって、所定の屈折率を有するコア領域１２０と、コア領域１２０の外周に設けられたガラス領域であって、該コア領域１２０よりも低い屈折率を有する内側クラッド領域１２１と、内側クラッド領域１２１の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域１２１よりも高くコア領域１２０よりも低い屈折率を有する中間クラッド領域１２２と、そして、中間クラッド領域１２２の外周に設けられ、該中間クラッド領域１２２よりも低くかつ内側クラッド領域１２１よりも高い屈折率を有する外側クラッド領域１２３とを備えてる。
【００５２】
なお、内側クラッド領域１２１の外径２ｂに対するコア領域１２０の外径２ａの比Ｒａ（＝２ａ／２ｂ）及びコア領域１２０の外径は、上述された第１実施例の範囲（Ｒａ＝０．３〜０．５；２ａ＝３．５μｍ〜６．０μｍ）よりも広い範囲に設定されるのが好ましい。であり、コア領域の外径は３．５μｍ以上かつ６．０μｍ以下である。また、外側クラッド領域１２３とコア領域１２０における最大屈折率の部位との比屈折率差Δ+は、０．６％以上かつ１．４％以下、外側クラッド領域１２３と内側クラッド領域１２１における最小屈折率を有する部位との比屈折率差Δ-は、０．２５％以上かつ０．６５％以下であり、上述された第１実施例のこれらと同様である。
【００５３】
図５に示された屈折率プロファイル３００ａの横軸は、当該分散補償ファイバ１００ｂの断面（伝搬する信号光の進行方向に対して垂直な面）における線Ｌ２上の各位置に相当している。さらに、この屈折率プロファイル３００ａにおいて、領域３１０は上記コア領域１２０の線Ｌ２上の各部位における屈折率（ｎcore）、領域３２０は上記内側クラッド１２１の線Ｌ２上の各部位における屈折率（ｎclad1）、領域３３０は上記中間クラッド領域１２２の線Ｌ２上の各部位における屈折率（ｎclad2）、そして領域３４０は上記外側クラッド領域１２３の線Ｌ２上の各部位における屈折率（ｎclad3）に対応している。そして、この実施例では、コア領域１２０の径方向に屈折率プロファイルは、グレーディッドインデックス型であって、内側クラッド領域１２１の屈折率は他のガラス領域の屈折率よりも低くなっており、当該分散補償ファイバ１００ｂの屈折率プロファイル３００ａに凹みＡ（depression）が形成されている。特に、このような凹みＡが設けられた屈折率プロファイルを、ディプレスト・クラッディング型プロファイル（depressed cladding type profile）という。
【００５４】
また、この実施例において比屈折率差Δは以下のように定義されている。
【００５５】
Δ+＝（ｎcore−ｎclad3）／ｎclad3
Δ-＝（ｎclad3−ｎclad1）／ｎclad3
Δr＝（ｎclad2−ｎclad3）／ｎclad3
ｎcore：コア領域の最大屈折率
ｎclad1：内側クラッド領域の最小屈折率
ｎclad2：中間クラッド領域の最大屈折率
ｎclad3：外側クラッド領域の屈折率
したがって、この第２実施例（３重クラッド構造）では、中間クラッド領域１２２における最大屈折率を有する部位と外側クラッド領域１２３との比屈折率差Δrは以下のように与えられている。
【００５６】
Δr＝０．２ 〜０．５ ％ … (5)
なお、他の比屈折率差Δ+、Δ-は上述された第１実施例（２重クラッド構造）と同一の範囲であって、コア領域１２０の外径２ａ及び外径比Ｒａの範囲は該第１実施例の範囲よりも広い範囲である。また、この明細書では各ガラス領域間の比屈折率差は、百分率で表示されている。
【００５７】
図５に示されたような屈折率プロファイル３００ａは、屈折率増加材であるゲルマニウム元素が添加されたコア領域１２０及び中間クラッド領域１２２と、屈折率低下材であるフッ素元素が添加された内側クラッド領域１２１によって実現できる。また外側クラッド領域１２３もフッ素元素を含んでもよい。
【００５８】
（第３実施例）
図６は、この発明に係る分散補償ファイバの第３実施例（３重クラッド構造を有する）の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。なお、この第３実施例は、上述された第２実施例と比較して、中間クラッド領域の径方向の屈折率プロファイルがグレーディッドインデックス型になっている点が異なっている（第２実施例の中間クラッド領域の径方向の屈折率プロファイルはステップインデックス型）。
【００５９】
この図６に示されたように、３重クラッド構造を有する分散補償ファイバ１００ｃ（第３実施例）は、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバであって、上述された第２実施例と同様に、所定の屈折率を有するコア領域１３０と、コア領域１３０の外周に設けられたガラス領域であって、該コア領域１３０よりも低い屈折率を有する内側クラッド領域１３１と、内側クラッド領域１３１の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域１３１よりも高い屈折率を有する中間クラッド領域１３２と、そして、中間クラッド領域１３２の外周に設けられ、該中間クラッド領域１３２よりも低くかつ内側クラッド領域１３１よりも高い屈折率を有する外側クラッド領域１３３とを備えている。
【００６０】
図６に示された屈折率プロファイル４００ａの横軸は、当該分散補償ファイバ１００ｃの断面（伝搬する信号光の進行方向に対して垂直な面）における線Ｌ３上の各位置に相当している。さらに、この屈折率プロファイル４００ａにおいて、領域４１０は上記コア領域１３０の線Ｌ３上の各部位における屈折率（ｎcore）、領域４２０は上記内側クラッド１３１の線Ｌ３上の各部位における屈折率（ｎclad1）、領域４３０は上記中間クラッド領域１２２の線Ｌ３上の各部位における屈折率（ｎclad2）、そして領域４４０は上記外側クラッド領域１３３の線Ｌ３上の各部位における屈折率（ｎclad3）に対応している。そして、この実施例では、コア領域１３０の径方向に屈折率プロファイルは、グレーディッドインデックス型であって、内側クラッド領域１３１の屈折率は他のガラス領域の屈折率よりも低くなっており、当該分散補償ファイバ１００ｃの屈折率プロファイル４００ａに凹みＡ（depression）が形成されている。特に、このような凹みＡが設けられた屈折率プロファイルを、ディプレスト・クラッディング型プロファイル（depressed cladding type profile）という。
【００６１】
なお、各ガラス領域間の比屈折率差Δ+、Δ-、及びΔr、並びに他のパラメータＲａ、２ａの定義及び数値については、上述された第２実施例と同様である。
【００６２】
これまでに図４〜図６に示された屈折率プロファイル２００ａ〜４００ａは、この発明に係る分散補償ファイバの屈折率プロファイルの例示であって、当該分散補償ファイバの屈折率プロファイルは、これらに限定されるものではなく、例えば図７〜図９に示された形状の屈折率プロファイルであってもよい。
【００６３】
すなわち、図７は、図４の屈折率プロファイル２００ａ（第１実施例）の変形例を示す図である。図中左上に示された屈折率プロファイルは、図４の屈折率プロファイル２００ａである。屈折率プロファイル２００ｂは、図４の屈折率プロファイル２００ａにおいて、コア領域１１０の中央部に屈折率の落ち込みが生じたものであり、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapour Deposition ）法で製造する場合に発生し易いとされているものである。また、屈折率プロファイル２００ｃは、図４の屈折率プロファイル２００ａで、コア領域１１０における径方向の屈折率を一定としてステップインデックス型としたものである。
【００６４】
さらに、屈折率プロファイル２００ｄ〜２００ｆは、それぞれ上述された屈折率プロファイル２００ａ〜２００ｃに対応しており、内側クラッド領域１１１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって次第に減少している。また、屈折率プロファイル２００ｇ〜２００ｉは、それぞれ上述された屈折率プロファイル２００ａ〜２００ｃに対応しており、内側クラッド領域１１１における径方向にの屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって一旦減少し再び増加している。これらの内側クラッド領域１１１における屈折率プロファイルの径方向の形状は、実際の製造において生じ易いものである。
【００６５】
これら屈折率プロファイル２００ｂ〜２００ｉを有する分散補償ファイバは、図４に示された屈折率プロファイル２００ａを有する分散補償ファイバと同等の特性を有するものである。
【００６６】
さらに、図８は、図５に示された屈折率プロファイル３００ａ（第２実施例）の変形例を示す図である。図中左上の屈折率プロファイルは、図５の屈折率プロファイル３００ａである。また、屈折率プロファイル３００ｂは、図５の屈折率プロファイル３００ａにおいて、コア領域１２０の中央部に屈折率の落ち込みが生じたものである。屈折率プロファイル３００ｃは、図５の屈折率プロファイル３００ａにおいて、コア領域１２０における径方向の屈折率を一定としてステップインデックス型としたものである。
【００６７】
また、屈折率プロファイル３００ｄ〜３００ｆは、それぞれ上述された屈折率プロファイル３００ａ〜３００ｃに対応しており、内側クラッド領域１２１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって次第に減少している。また、屈折率プロファイル３００ｇ〜３００ｉは、それぞれ上述された屈折率プロファイル３００ａ〜３００ｃに対応しており、内側クラッド領域１２１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって一旦減少し再び増加している。
【００６８】
これら屈折率プロファイル３００ｂ〜３００ｉを有する分散補償ファイバは、図５に示された屈折率プロファイル３００ａを有する分散補償ファイバと同等の特性を有するものである。
【００６９】
次に、図９は、図６の屈折率プロファイル４００ａ（第３実施例）の変形例を示す図である。図中左上の屈折率プロファイルは、図６の屈折率プロファイル４００ａと同じものである。屈折率プロファイル４００ｂは、図６の屈折率プロファイル４００ａにおいて、コア領域１３０の中央部に屈折率の落ち込みが生じたものである。屈折率プロファイル４００ｃは、図６の屈折率プロファイル４００ａにおいて、コア領域１３０における径方向の屈折率を一定としてステップインデックス型としたものである。
【００７０】
また、屈折率プロファイル４００ｄ〜４００ｆは、それぞれ上述された屈折率プロファイル４００ａ〜４００ｃに対応しており、内側クラッド領域１３１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって次第に減少している。また、屈折率プロファイル４００ｇ〜４００ｉは、それぞれ上述された屈折率プロファイル４００ａ〜４００ｃに対応しており、内側クラッド領域１３１における径方向の屈折率が、一定ではなく、中心から周辺部に向かって一旦減少し再び増加している。
【００７１】
これら屈折率プロファイル４００ｂ〜４００ｉを有する分散補償ファイバは、図６に示された屈折率プロファイル４００ａを有する分散補償ファイバと同等の特性を有するものである。
【００７２】
次に、図４に示された屈折率プロファイル２００ａを有する分散補償ファイバの諸特性についてシミュレーションを行った実験結果について説明する。図１０は、シミュレーション結果を示す表である。４つのパラメータΔ+ 、Δ- 、２ａ及びＲａ（＝２ａ／２ｂ）について１１通りの条件を設定して、光ファイバの特性値を求めた。各条件に対応して用意されたファイバ（試料）は、それぞれＮｏ．１〜Ｎｏ．１１と表されている。
【００７３】
波長１．５５μｍの光に対し、試料（光ファイバ）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１それぞれについて、波長分散（表中 Disp＠1550で示し、単位はps/km/nm）、分散スロープ（表中Slope＠1550で示し、単位はps/km/nm2）、主な補償対象である分散シフトファイバと上述の各光ファイバＮｏ．１〜Ｎｏ．１１のいずれかとが縦続接続されて構成された光伝送路全体の分散スロープ（表中Total Slope＠1550で示し、単位はps/km/nm2）、伝送損失（表中Loss＠1550で示し、単位はdB/km）、偏波モード分散（表中PMDで示し、単位はps・km-1/2）、２ｍの基準長におけるカットオフ波長（表中Cut-Offで示し、単位はμm）、及び直径２０ｍｍでの曲げ損失（表中Bend Lossで示し、単位はdB/m）それぞれを シミュレーションにより求めた。
【００７４】
なお、このシミュレーションで想定された補償対象である分散シフトファイバは、波長１．５０μｍにおいてその波長分散がゼロであり、波長１．５５μｍにおいて波長分散および分散スロープそれぞれが３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍおよび０．０６５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 である。また、上述されたＮｏ．１〜Ｎｏ．１１の分散補償ファイバと上記分散シフトファイバとから構成された光伝送路全体の分散スロープは、この分散シフトファイバとファイバＮｏ．１〜Ｎｏ．１１のいずれかとを所定長比で縦続接続して全体の波長分散が１．５５μｍでゼロとなるときの値である。
【００７５】
図１０の表から判るように、ファイバＮｏ．７及びＮｏ．８は、上記補償対象（上述の特性を有する分散シフトファイバ）を含む伝送システムに適用するのは好ましくない。また、ファイバＮｏ．９の場合は、コア領域の外径２ａが条件（３）を満たしていないため、それぞれこの発明に係る分散補償ファイバとして実現することができない。
【００７６】
しかし、その他の試料（ファイバＮｏ．１〜Ｎｏ．６、ファイバＮｏ．１０、及びファイバＮｏ．１１）は、条件（１）から（４）の条件を全て満たしているので、これらの試料については、この発明に係る分散補償ファイバが実現できる。さらに、これらの試料のいずれかと上記分散シフトファイバとが縦続接続されたときの光伝送路全体の分散スロープは、−０．０２〜０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2となり、略フラットであると言える。したがって、１．５５μｍ波長帯でＷＤＭ方式により波長多重信号光（複数の波長を含む）で光通信を行うとき、各信号光成分の波長範囲において分散スロープが十分低減されるため、長距離かつ大容量の光通信が可能となる。
【００７７】
中でも特に、ファイバＮｏ．１〜Ｎｏ．３は、波長分散が−２０〜−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲であり、分散スロープが−０．４〜−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2の範囲であるので、また、分散シフトファイバと縦続接続したときの光伝送路全体の分散スロープが０．０１〜０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2となるので、分散シフトファイバで生じた各信号光成分の波長分散及び分散スロープを補償する上でさらに好適であり、ＷＤＭ方式による通信にさらに好適に用いられ得る。
【００７８】
加えて、発明者らは、図５に示された屈折率プロファイル３００ａを有する分散補償ファイバ（３重クラッド構造）の諸特性についても、同様なシミュレーションを行った。図１１は、そのシミュレーション結果を示す表である。５つのパラメータΔ+ 、Δ- 、Δr、２ａ及びＲａ（＝２ａ／２ｂ）について３通りの条件を設定して、光ファイバの特性値を求めた。各条件に対応して用意されたファイバ（試料）は、それぞれＮｏ．１２〜Ｎｏ．１４と表されている。
【００７９】
なお、他のパラメータについては上述された２重クラッド構造の場合と同様である。また、想定された分散シフトファイバ（補償対象）も上述されたファイバと同様である。
【００８０】
この図１１の表からも判るように、各試料（光ファイバ）Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１４は、波長分散が−３０〜−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの範囲であり、分散スロープが−０．３９〜−０．０６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2の範囲であるので、また、分散シフトファイバと縦続接続したときの光伝送路全体の分散スロープが０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2となるので、分散シフトファイバで生じた各信号光成分の波長分散及び分散スロープを補償する上でさらに好適であり、ＷＤＭ方式による通信にさらに好適に用いられ得る。
【００８１】
なお、この発明に係る分散補償ファイバ１００が適用された光伝送システムでは、図２に示されたように、当該分散補償ファイバ１００と分散シフトファイバ５００とを縦続接続して使用するだけでなく、例えば光ファイバ増幅器６００をさらに縦続接続した構成も可能である。また、この発明に係る分散補償ファイバ１００、分散シフトファイバ５００（分散補償ファイバ１００とともに光ファイバ伝送路７００を構成する）及び光ファイバ増幅器７００は、如何なる順序で縦続接続されても構わない。光ファイバ増幅器６００の増幅用光ファイバ６１０としては、希土類元素（例えばＥｒ元素）が添加された光ファイバ（ＥＤＦ: Erbium Doped Fiber）を利用した光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ: Erbium Doped Fiber Amplifier）を用いれば、１．５５μｍ波長帯の波長多重信号光を光増幅するのに好適である。当該分散補償ファイバ１００及び分散シフトファイバ５００それぞれの長さ、並びに、光ファイバ増幅器６００の配置間隔及び増幅率は、当該分散補償ファイバ１００及び分散シフトファイバ５００それぞれの波長分散及び伝送損失に基づいて最適に決定される。以上のような構成により、当該光伝送システムにおける光伝送路全体の波長分散及び分散スロープを効果的に改善（ゼロに近づける）することができるだけでなく、伝送損失も十分低減することが期待できる。したがって、このような構成においても、大容量の信号光が長距離の光伝送路を低損失に伝送され得る。
【００８２】
また、この発明に係る分散補償ファイバ自体のコア領域にＥｒ元素を添加してもよい。この場合、励起光源６４０から出力された波長１．４８μｍの励起光を光結合器６２０を介して当該分散補償ファイバに伝搬させることにより反転分布が形成され、分散補償ファイバ内を伝搬する信号光は増幅される。すなわち、この分散補償ファイバは、波長分散及び分散スロープを補償するだけでなく、増幅用光ファイバとしても作用することになる。したがって、このＥｒ添加の分散補償ファイバを増幅用光ファイバとして用い、さらに、励起光を出力する励起光源６４０と、励起光を分散補償ファイバに導く光結合器と、信号光の伝搬方向にのみ光（信号光、励起光、自然放出光）を透過させる光アイソレータ８００と、励起光及び自然放出光を遮断し信号光のみを透過させるフィルタ等とを一体化して、光ファイバ増幅器６００を構成してもよい。この場合、分散シフトファイバの波長分散及び分散スロープは、分散補償ファイバにより補償されるだけでなく、分散シフトファイバにおいて生じた伝送損失は、分散補償ファイバにおける光増幅作用により相殺され得る。
【００８３】
また、ラマン増幅を利用して信号光を増幅してもよい。すなわち、信号光の波長とは異なるがその波長値に近い波長を有し且つ十分に光量の大きい励起光を、光結合器６２０を介して分散補償ファイバに伝搬させることにより、ラマン効果により信号光を増幅させる。この場合も、分散シフトファイバの波長分散及び分散スロープは、分散補償ファイバにより補償されるだけでなく、分散シフトファイバにおいて生じた伝送損失は、分散補償ファイバにおける光増幅作用により相殺され得る。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る分散補償ファイバの、１．５５μｍ波長帯における諸特性は、波長分散が−４０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、分散スロープが−０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以上かつ−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以下、伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以下、偏波モード分散が０．７ｐｓ・ｋｍ-1/2以下、モードフィールド径が４．５μｍ以上かつ６．５μｍ以下、カットオフ波長が０．７μｍ以上かつ１．７μｍ以下、そして直径２０ｍｍでの曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下である（特に、波長分散は−２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であり、分散スロープは−０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以上かつ−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以下であることが好ましい）。
【００８５】
この分散補償ファイバと他の光ファイバ（特に、分散シフトファイバあるいは分散シフトファイバを含む光伝送路）とを所定長比で光学的に続接続すれば、１．５５μｍ波長帯において光伝送路全体の波長分散を効果的に低減することができるとともに、全体の分散スロープも改善される。これらの特性、並びに、伝送損失、偏波モード分散、モードフィールド径、カットオフ波長及び曲げ損失それぞれの条件から、長距離かつ大容量の光通信が可能となる。特に、ＷＤＭ方式による光通信において、利用される波長多重信号光の各成分の波長についても、光伝送路全体の波長分散が改善されるので、より長距離かつ大容量の光通信が可能となる。
【００８６】
また、この発明に係る分散補償ファイバは、２重クラッド構造、３重クラッド構造のいずれを備えてもよく、それぞれの構造において、所定のパラメータ条件（寸法比、各ガラス領域間の比屈折率差）を満たすことにより実現することができる。また、石英ガラスを主成分とする分散補償ファイバの場合、所定の比屈折率差を得るには、各ガラス領域にゲルマニウムやフッ素を選択的に添加することに実現できる。そして、そのパラメータの許容範囲は広いので製造は容易であり、製造において各パラメータのばらつきが生じた場合であっても、許容範囲内であれば長距離かつ大容量の光通信を行うに際して何等支障はない。
【００８７】
さらに、当該分散補償ファイバのコア領域にエルビウム元素が添加された構成も実現できる。すなわち、当該分散補償ファイバに励起光を伝搬させることにより、波長分散及び分散スロープを補償するだけでなく、信号光の増幅をも行うことができる。
【００８８】
また、この発明に係る光伝送システムは、この発明に係る分散補償ファイバと他の光ファイバ（特に、分散シフトファイバ）とが光学的に接続され、１．５５μｍ波長帯において当該光伝送路全体の分散スロープが−０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以上０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2 以下に設定されている。したがって、この光伝送システムでは、長距離かつ大容量の光通信が可能であり、特にＷＤＭ方式で複数の波長を用いて光通信が行われる場合に、さらに長距離かつ大容量の光通信が可能となる。さらに、この発明に係る分散補償ファイバとしてエルビウム元素が添加されたものを用いれば、当該光伝送路は、長距離かつ大容量だけでなく低損失な光通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る分散補償ファイバを備えた、分散シフトファイバを含む光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】この発明に係る分散補償ファイバを備えた、光ファイバ増幅器を含む光伝送システムの構成を示す図である。
【図３】この発明に係る分散補償ファイバによる、波長分散補償及び分散スロープ補償を説明するためのグラフである。
【図４】この発明に係る分散補償ファイバの第１実施例の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【図５】この発明に係る分散補償ファイバの第２実施例の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【図６】この発明に係る分散補償ファイバの第３実施例の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【図７】この発明に係る分散補償ファイバの第１実施例に適用可能な屈折率プロファイル（図４）の、種々の応用例を示す図である。
【図８】この発明に係る分散補償ファイバの第２実施例に適用可能な屈折率プロファイル（図５）の、種々の応用例を示す図である。
【図９】この発明に係る分散補償ファイバの第３実施例に適用可能な屈折率プロファイル（図６）の、種々の応用例を示す図である。
【図１０】２重クラッド構造を備えた、分散補償ファイバの実験結果を示す表である。
【図１１】３重クラッド構造を備えた、分散補償ファイバの実験結果を示す表である。
【符号の説明】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…分散補償ファイバ、１１０、１２０、１３０…コア領域、１１１、１２１、１３１…内側クラッド領域、１２２、１３２…中間クラッド領域、１１２、１２３、１３３…外側クラッド領域、５００…光ファイバ伝送路（分散シフトファイバ）、６００…光ファイバ増幅器、６１０…増幅用光ファイバ（又はエルビウム元素を含む分散補償ファイバ）、７００…光ファイバ伝送路（分散シフトファイバのみ、又は分散シフトファイバ及び分散補償ファイバ）。
Claims (10)
- 石英ガラスを主成分とし、少なくとも、
所定の屈折率を有するガラス領域であって、３．５μｍ以上かつ６．０μｍ以下の外径を有するコア領域と、
前記コア領域の外周に設けられ、かつ該コア領域よりも低い屈折率を有するガラス領域であって、該コア領域の外径に対して２倍以上かつ３．３倍以下の外径を有する内側クラッド領域と、
前記内側クラッド領域の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域よりも高く前記コア領域よりも低い屈折率を有するガラス領域であって、該コア領域における最大屈折率を有する部位との比屈折率差が０．６％以上かつ１．４％以下であるとともに、前記内側クラッド領域における最小屈折率を有する部位との比屈折率差が０．２５％以上かつ０．６５％以下である外側クラッド領域と、そして、
前記内側クラッド領域と前記外側クラッド領域との間に設けられたガラス領域であって、該外側クラッド領域よりも高く前記コア領域よりも低い屈折率を有するとともに、該外側クラッド領域に対して最大屈折率を有する部位の比屈折率差が、０．２％以上かつ０．５％以下である中間クラッド領域を備え、
１．５５μｍ波長帯の光に対する諸特性として、
波長分散が−４０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であり、
分散スロープが−０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以上かつ−０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以下であり、
伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以下であり、
偏波モード分散が０．７ｐｓ・ｋｍ−１／２以下であり、
モードフィールド径が４．５μｍ以上かつ６．５μｍ以下であり、
２ｍの基準長におけるカットオフ波長が０．７μｍ以上かつ１．７μｍ以下であり、そして、
直径２０ｍｍでの曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする分散補償ファイバ。 - 石英ガラスを主成分とし、少なくとも、
所定の屈折率を有するガラス領域であって、３．５μｍ以上かつ６．０μｍ以下の外径を有するコア領域と、
前記コア領域の外周に設けられ、かつ該コア領域よりも低い屈折率を有するガラス領域であって、該コア領域の外径に対して２倍以上かつ３．３倍以下の外径を有する内側クラッド領域と、
前記内側クラッド領域の外周に設けられ、かつ該内側クラッド領域よりも高く前記コア領域よりも低い屈折率を有するガラス領域であって、該コア領域における最大屈折率を有する部位との比屈折率差が０．６％以上かつ１．４％以下であるとともに、前記内側クラッド領域における最小屈折率を有する部位との比屈折率差が０．２５％以上かつ０．６５％以下である外側クラッド領域と、そして、
前記内側クラッド領域と前記外側クラッド領域との間に設けられたガラス領域であって、該外側クラッド領域よりも高く前記コア領域よりも低い屈折率を有するとともに、該外側クラッド領域に対する最大屈折率を有する部位の比屈折率差が、０．２％以上かつ０．５％以下である中間クラッド領域とを備え、
１．５５μｍ波長帯の光に対する諸特性として、
波長分散が−２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上かつ−５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であり、
分散スロープが−０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以上かつ−０．１３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以下であり、
伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以下であり、
偏波モード分散が０．７ｐｓ・ｋｍ−１／２以下であり、
モードフィールド径が４．５μｍ以上かつ６．５μｍ以下であり、
２ｍの基準長におけるカットオフ波長が０．７μｍ以上かつ１．７μｍ以下であり、そして、
直径２０ｍｍでの曲げ損失が１００ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする分散補償ファイバ。 - 前記コア領域には、ゲルマニウム元素が添加され、そして、前記内側クラッド領域には、フッ素元素が添加されていることを特徴とする請求項１又は２記載の分散補償ファイバ。
- 前記コア領域には、エルビウム元素が添加されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の分散補償ファイバ。
- 前記外側クラッド領域には、フッ素元素が添加されていることを特徴とする請求項３又は４記載の分散補償ファイバ。
- 伝送路全体として、１．５μｍ波長帯の光に対し、−０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以上かつ０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以下の分散スロープを有する光伝送システムであって、少なくとも、
請求項１又は２記載の分散補償ファイバと、そして、
前記分散補償ファイバと光学的に接続された、前記伝送路の一部を構成する光ファイバ伝送路とを備えた光伝送システム。 - 前記伝送路の一部を構成するとともに、少なくとも、
コア領域にエルビウム元素が添加された増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバ内のエルビウム元素を励起する励起光を、該増幅用光ファイバに出力するための励起光源と、そして、
前記励起光源と前記増幅用光ファイバとを光学的に結合させるための光結合器とからなる光ファイバ増幅器を、さらに備えたことを特徴とする請求項６記載の光伝送システム。 - 伝送路全体として、１．５μｍ波長帯の光に対し、−０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以上かつ０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２以下の分散スロープを有する光伝送システムであって、少なくとも、
請求項４記載の分散補償ファイバと、
前記分散補償ファイバと光学的に接続された、前記伝送路の一部を構成する光ファイバ伝送路と、
前記分散補償ファイバ内のエルビウム元素を励起する励起光を、該分散補償ファイバに出力するための励起光源と、そして、
前記励起光源と前記分散補償ファイバとを光学的に結合させるための光結合器とを備えたことを特徴とする光伝送システム。 - 前記光ファイバ伝送路は、その零分散波長が１５６０ｎｍ以下にシフトされた分散シフトファイバであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一記載の光伝送システム。
- 請求項１又は２記載の分散補償ファイバと、零分散波長が１４５０ｎｍ以上かつ１６５０ｎｍ以下に設定された分散シフトファイバとを含む光伝送システム。
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