JP4282235B2 - 高データレートのために最適化された分散シフト単一モード光ファイバ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、データレートが高速である波長分割多重伝送システムでの使用に適する分散シフト単一モード光ファイバに関する。
【０００２】
単一モードファイバは、ケーブル製造業者とシステム設計者の両方の要件に対応する特徴を有していなければならない。その要件とは、第１に単一モードファイバは、良好なケーブルにできる性能、すなわち「ケイブラビリティ」を有していなければならず、すなわちファイバをケーブル内に入れることによって、非常に少ない追加の減衰のみが生じるものでなければならず、第２に単一モードファイバは、非線形効果が回避されるような大きな有効面積と、ゼロ分散波長λ_０に関して適切な値とを有していなければならない。
【０００３】
ＲＺ、ＮＲＺ、またはソリトンタイプのパルスを使用する、波長分割多重伝送システムでのこのようなファイバの使用は、特に伝送チャネルの数、チャネル当たりのデータレート、および増幅後のパワーの増大と、またチャネル間の間隔の減少とを伴う、さらなる制約を受ける。非線形効果、特に、複数のチャネルの存在下での四光波混合（ＦＷＭ）が回避されるように、伝送波長での波長分散がゼロではないファイバを有することが好ましい。したがって、四光波混合によって生じる問題が回避されるように、マルチプレックスのチャネルの範囲外に在るゼロ波長分散波長λ_０を有する、非ゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）が使用される。
【０００４】
さらに、このようなファイバを波長分割多重システムに使用する場合、様々なチャネルに関して類似する伝搬特性が保たれるように、浅い波長分散勾配を求めることが必要である。
【０００５】
このような分散シフト単一モード光ファイバに対して、多数の屈折率プロファイルが提案されてきた。屈折率プロファイルは、一般に、ファイバの半径の関数として屈折率を表す曲線の外観に応じて記述される。従来、ファイバの中心までの距離ｒはｘ軸に沿ってプロットされ、ファイバのクラッドの屈折率との差によって規定されるその屈折率は、相対的な値（Δｎ）またはパーセンテージ（Δｎ％＝１００×Δｎ／ｎ）でｙ軸にプロットされる。
【０００６】
したがって屈折率プロファイルは、半径の関数として屈折率の変化を表すステップ状、台形状、または三角形状の曲線に関し、それぞれ「ステップ状」、「台形状」、または「三角形状」であると言われる。
【０００７】
１９９３年１１月、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１１ Ｎｏ．１１の「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｃｏａｘｉａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｌｉｎｅ」という表題の文献には、「中央トラフ」タイプの基準プロファイルが記載されている。
【０００８】
この文献で提案されているファイバプロファイルの１つは、６０μｍ^２よりも大きい有効面積とともに、１４５０ｎｍ付近にゼロ波長分散波長を有する。これらの２つの特徴により、非線形効果および四光波混合に関する要件を満たすことが可能になる。しかし、このようなプロフィルを有するファイバは、曲げ損失が非常に高く、実際、すべての仕様に必要とされるよりも相当に高い曲げ損失があるために、高データレートの通信システムに使用することができない。
【０００９】
文献ＥＰ−０７２４１７１が既に知られており、これは、高データレートの通信システムで使用することができる、複数の分散シフト単一モード光ファイバプロファイルを提案している。これらのファイバは、６０μｍ^２よりも大きい有効面積によって非線形効果を回避しながら、１５５０ｎｍ付近で複数のチャネルを伝えることを可能にする。
【００１０】
残念ながら、これらのゼロ波長分散波長が１５３０ｎｍまたは１５６０ｎｍ付近に在るために、これらのファイバは、１５５０ｎｍあたりに位置する窓の伝送波長では非常に低い波長分散を有する。その結果、このようなファイバでは四光波混合現象が回避されない。
【００１１】
最後に、「Ｍａｘｉｍｕｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｒｅａ ｆｏｒ ｎｏｎ−ｚｅｒｏ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｉｂｅｒ」（ＯＦＣ’９８−１９９８年２月２２日〜２７日−ｐｐ３０３〜３０４）という表題の文献には、有効面積が６０μｍ^２よりも大きく、低損失で、１４９０ｎｍ付近にゼロ波長分散波長を有する、分散シフト単一モード光ファイバが記載されている。これもまた、伝送波長では、波長分散が非常に低いために四光波混合を回避することができない。
【００１２】
したがって本発明の目的は、高データレートのために最適化された、すなわち有効面積が大きく、低損失であり、１５５０ｎｍとは異なるゼロ波長分散波長を有し、四光波混合現象の回避が可能になる、分散シフト光ファイバを開発することである。
【００１３】
このため本発明は、６０μｍ^２以上の有効面積を有する分散シフト単一モード光ファイバを提供し、
この光ファイバは、ゼロ波長分散波長λ_０が１４００ｎｍから１４８０ｎｍの範囲内に在り、半径３０ｍｍの周りにファイバを１００回巻いた巻線に関して１５５０ｎｍでの曲げ損失が、０．０５ｄＢ未満であることを特徴とする。
【００１４】
本発明のファイバは、曲げ損失が低くて有効面積が大きいとともに、波長分散が、１５５０ｎｍあたりの伝送窓に位置する波長に関し、伝送中の情報損失が生じないように十分に低く、かつ伝送窓の全体にわたって四光波混合現象も回避されるように十分に高い、分散シフト単一モードファイバである。さらに、本発明のファイバの波長分散勾配は浅い。
【００１５】
ファイバは、ファイバ中で単一モードであることが有利である。
【００１６】
高データレートシステムの場合、ファイバが、マルチプレックスのチャネルの単一モード伝搬をもたらすことも有用である。ＩＴＵ−Ｔ Ｇ ６５０は、ケーブルのカットオフ波長の規定を与えている。ファイバの理論的なカットオフ波長は、一般に、ケーブルのカットオフ波長よりも数百ナノメートル長い。光ファイバ中の伝搬は、使用される信号の波長より理論的なカットオフ波長のほうが長い場合であっても単一モードでよく、光ファイバ伝送システム内の伝搬距離に比べて短い距離である、数メートルまたは数十メートルの距離を超えると、減衰が大きすぎるために、２次的なモードが消滅する。そのとき伝送システム内の伝搬は単一モードである。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、波長分散がゼロである場合の波長λ_０は、１４５０ｎｍから１４８０ｎｍの範囲内に在り、好ましくは１４７５ｎｍ付近に在る。
【００１８】
ファイバは、波長１５５０ｎｍの場合、波長分散が、絶対値で１ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから６ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの範囲内に在ることが有利である。
【００１９】
ファイバは、波長１５５０ｎｍの場合、波長分散勾配が、絶対値で０．０４５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍから０．０９ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍの範囲内に在り、好ましくは０．０４５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍから０．０７５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍの範囲内に在る。波長分散勾配に関するこれらの値により、ファイバが使用される範囲内では、波長分散が実質上一定のままであることが保証される。したがってこのファイバは、波長分割多重の下での使用に適しており、多重の帯域全体にわたって実質上等しい波長分散値を有する。
【００２０】
ファイバの減衰は、１５５０ｎｍで０．２３ｄＢ／ｋｍ以下が好ましい。このような減衰値により、伝送損失が制限されることが保証される。
【００２１】
本発明の第１の実施形態において、ファイバは、ファイバのクラッドの屈折率ｎ_ｓよりも小さい屈折率ｎ_１の中央部分と、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率ｎ_２であり前記中央部分の周りに延びる内部リングと、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率ｎ_４であり前記内部リングの周りに延びる外部リングと、前記内部リングと前記外部リングの間にあり、前記内部リングおよび前記外部リングの屈折率よりも小さいか等しい屈折率ｎ_３の環状部分とからなる屈折率プロファイルを有する。
【００２２】
この場合、ファイバの中央部分の屈折率とクラッドの屈折率との差Δｎ_１は、−３．８×１０^−３±１０％の範囲内に在ることが好ましい。
【００２３】
ファイバの中央部分の半径ａ_１は、１．８４μｍ±５％の範囲内に在ることが有利である。
【００２４】
一実施形態では、ファイバの内部リングの屈折率とクラッドの屈折率との差Δｎ_２が、１１．３５×１０^−３±１０％の範囲内に在る。
【００２５】
ファイバの中央部分の半径ａ_１と内部リングの半径ａ_２との比ａ_１／ａ_２が、０．４７±５％の範囲内に在るようにすることが可能である。
【００２６】
他の実施形態では、環状部分の屈折率とクラッドの屈折率との差Δｎ_３が、−５．７×１０^−３±１０％の範囲内に在る。
【００２７】
さらに、環状部分の厚さａ_３−ａ_２は、３．５４μｍ±５％の範囲内に在ることが有利である。
【００２８】
外部リングの屈折率とクラッドの屈折率との差Δｎ_４は、５．５５×１０^−３±１０％の範囲内に在ることが好ましい。
【００２９】
さらに、外部リングの厚さａ_４−ａ_３は、１．４６μｍ±１０％の範囲内に在る。
【００３０】
本発明の第２の実施形態において、ファイバは、最大屈折率ｎ_１が光クラッドの屈折率ｎ_ｓよりも大きい中央部分と、最大屈折率ｎ_４が光クラッドの屈折率よりも大きく前記中央部分を取り囲むリングと、屈折率ｎ_２がｎ_１未満かつｎ_４未満であり、前記中央部分と前記リングとの間にある中間ゾーンとからなる屈折率プロファイルを有する。
【００３１】
第２の実施形態を好ましく実施するに際し、ｎ_１とｎ_ｓとの差Δｎ_１は、６×１０^−３から１５×１０^−３の範囲内に在る。
【００３２】
ｎ_４とｎ_ｓとの差Δｎ_４は、１０×１０^−３未満である。
【００３３】
本発明のその他の特徴および利点は、例として与えられた以下の本発明の実施形態の説明を、図を参照しながら読むことによって明らかにされるであろう。
【００３４】
本発明は、一般に６０μｍ^２よりも大きく、または７０μｍ^２よりもなお大きい大有効面積を有し、曲げ損失が低く、ゼロ分散波長λ_０が１４００ｎｍから１４８０ｎｍの範囲内に在る、分散シフト単一モード光ファイバを提案する。１４５０ｎｍから１４８０ｎｍの範囲内、例えば１４７５ｎｍ付近に在るλ_０値は、波長分割多重伝送に適切である。
【００３５】
カットオフ波長λ_ｃは、本発明のファイバが、理論上単一モードであるように、またはファイバ中で少なくとも単一モードであるように、すなわちＩＴＵ−Ｔ Ｇ ６５０で与えられたファイバλｃの規定において単一モードであるように、選択されることが有利である。
【００３６】
さらに、マイクロベンドに対する感度が、本出願人によって参照番号Ｇ６５２の下で販売されるファイバの感度よりも低く、またはその感度に同等である場合、このファイバは、良好なケイブラビリティを有することが保証される。勧告ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０で提案されるように、半径３０ｍｍのリールにファイバを１００回巻き付けた曲げによって生じる従来通り測定した減衰が、０．５ｄＢ未満である場合、そのケイブラビリティは特に良好であり、０．０５ｄＢ未満であればなお良好である。
【００３７】
図１は、本発明の特徴を得るために使用することができる、第１の実施形態の屈折率プロファイル１０の図を示す。図１に示す屈折率プロファイルは、外部リングと共に中央トラフを有する屈折率プロファイルである。このプロファイルは、ファイバの中心からスタートしてクラッドに向かって進むと、半径ａ_１まで屈折率が実質上一定な中央部分１１を有する。この中央部分の屈折率ｎ_１は、プロファイル１０の部分１５によって表されるクラッドのシリカの屈折率ｎ_ｓより小さく、または等しい。図１に示す実施形態では、屈折率ｎ_１とクラッドの屈折率ｎ_ｓとの差Δｎ_１は−３．８×１０^−３に等しく、半径ａ_１は１．８４μｍに等しい。前記値の±１０％の範囲内にある屈折率の値Δｎ_１が適切であり、半径ａ_１の値は、提案された値についてどのような問題もなく±５％変えることができる。
【００３８】
本発明のファイバは、クラッド１５よりも屈折率が低い中央部分１１の周りに、半径ａ_１から半径ａ_２まで、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率ｎ_２の内部リング１２を有する。図１に示す実施形態では、Δｎ_２は１１．３５×１０^−３に等しく、内部リング１２は、２．０４μｍの厚さにわたり延びている。より一般には、前記値の±１０％の範囲内に在るΔｎ_２の値が適切であり、内部リング１２の厚さは、比ａ_１／ａ_２をこの例で提案される基準値１．８４／３．８８＝０．４７に対して±５％変えることができることが好ましい。
【００３９】
内部リング１２の周りに、このファイバは、クラッド１５の屈折率よりも大きい屈折率ｎ_４の外部リング１４を有し、このリングは、クラッド１５の屈折率よりも小さくまたはこの屈折率に等しい屈折率ｎ_３の環状部分によって、内部リング１２から隔てられている。図１に示す実施形態で、環状部分１３は、半径ａ_２から半径ａ_３まで、屈折率Δｎ_３が−５．７×１０^−３である。この例のように、本発明のファイバの環状部分１３の屈折率Δｎ_３は、ファイバの中央部分１１の屈折率Δｎ_１より小さく、または等しいことが好ましい。屈折率は、この図の例で提案された値−５．７×１０^−３について±１０％の範囲にわたり変わることが有利である。内部リング１２と外部リング１４の間の厚さａ_３−ａ_２は、約３．４５μｍが好ましく、±５％の範囲内での変動が許容可能である。
【００４０】
図１に示す例では、外部リング１４の屈折率Δｎ_４は５．５５×１０^−３であり、この屈折率について±１０％の範囲内の値が適切である。外部リング１４の厚さａ_４−ａ_３は、この図の例で与えられた値１．４６μｍについて±１０％の範囲内に在ることが好ましい。
【００４１】
波長多重のチャネルの範囲内で、すなわち一般には１５００ｎｍから１６００ｎｍの範囲内で、屈折率プロフィルをこのように選択することにより、低い波長分散勾配と、四光波混合の回避を可能にする波長分散とが保証される。そのため、本発明の光ファイバを伝送媒体として使用する伝送システム内の中継器同士の距離を短くすることが可能であり、かつ波長分散補償の問題を軽減することが可能である。
【００４２】
図１の例において、有効面積は１５５０ｎｍで６６μｍ^２、１４８０ｎｍで６３μｍ^２であり、分散勾配は１５５０ｎｍで０．０５７ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍである。波長分散は、１５５０ｎｍで４．６ｐｓ／ｎｍ・ｋｍに等しい。これは、値が１４７５ｎｍの場合、ゼロである。
【００４３】
ファイバ中の減衰は、約０．２３ｄＢ／ｋｍである。この値であると長距離にわたる伝送が可能になり、一般に、伝送システムの中継器同士の間には１００ｋｍの長さが保証される。
【００４４】
図１の屈折率プロフィルによれば、半径３０ｍｍのリールに１００回巻き付けたファイバの場合、１０^−４ｄＢ未満の曲げ損失を得ることも可能であり、すなわち１５５０ｎｍ付近の波長に関して、約１０^−６ｄＢ／ｍの値を得ることも可能である。マイクロベンドに対する感度は、１５５０ｎｍ付近の波長の場合、上述のファイバＧ６５２の感度の半分である。
【００４５】
図１のファイバは、内付けＣＶＤ（ＭＣＶＤ）や光ファイバの製造に普通に使用されるその他の技法など、知られている技法を用いて当業者が製造することができる。
【００４６】
図１のプロファイルは、本発明の実施を可能にする一例を構成する。その他のプロファイルは、本発明で提案された勾配および分散の値への到達を可能にすることができる。追加の例を挙げて、得られた特徴の値と同様に、その他のプロファイルのパラメータを以下に示す。これらのプロファイルは、図１のプロファイルと外観が類似しているが、異なる数値を有している。
【００４７】
表１は、これらのその他のプロファイルに関する可能な屈折率および半径の値を示す。半径はマイクロメートルで示し、屈折率はΔｎ（相対値）で示す。表の各行は、可能なプロファイルに対応する。
【００４８】
【表１】

これらの様々なプロファイルは、対応する行について、表２に示した特徴を得ることを可能にする。
【００４９】
表２は、理論的な遮断波長λｃをｎｍで、ゼロ波長分散波長λ_０をｎｍで、１５５０ｎｍでの分散勾配ｄＣ／ｄλをｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍで、１５５０ｎｍでの波長分散ＤＣをｐｓ／ｎｍ・ｋｍで、１５５０ｎｍでのモード径Ｗ_０２をμｍで、１５５０ｎｍでの有効面積Ａ_ｅｆｆをμｍ^２で、半径３０ｍｍに１００回巻き付けた場合の曲げに対する感度Ｓ_ｃ（すなわち曲げ損失）をｄＢで、１５５０ｎｍでのマイクロベンドに対する感度をＳμ_ｃで示す。マイクロベンドに対するこの感度は、上述のファイバＧ６５２の感度に対する比で示される。
【００５０】
【表２】

表２の値は、表１で規定されたプロファイルによって本発明の特徴を得ることが可能になることを示す。図１に示す例と同様に、表１で提案された基準値について変動が依然として可能である。その変動は、屈折率Δｎが±１０％であり、半径ａ_１が±１０％であり、比ａ_２／ａ_１が±１０％であり、厚さａ_３−ａ_２が±１０％であり、厚さａ_４−ａ_３が±１０％であることによって、適切な結果が得られる。
【００５１】
図２は、本発明の特徴を得るために使用することができる、第２の実施形態の屈折率プロファイル２０を示す図である。図２の屈折率プロファイルは、「台形およびリング」タイプの屈折率プロファイルである。このプロファイルは、ファイバの中心からスタートしてクラッドに向かって進むと、小さい半径ａ_１と大きい半径ａ_２の、台形の形の中央部分２１を有する。この中央部分２１の最大屈折率ｎ_１は、プロファイル２０の部分２４によって表されたクラッドのシリカの屈折率ｎ_Ｓよりも大きく、または等しい。
【００５２】
本発明のファイバは、クラッド２４の屈折率よりも大きい屈折率ｎ_２の前記中央部分２１の周りに、半径ａ_３から半径ａ_４まで、クラッドの屈折率よりも大きくかつｎ_１よりも小さい屈折率ｎ_３のリング２３を有する。
【００５３】
このファイバは、中央部分２１とリング２３の間に、屈折率ｎ_２が屈折率ｎ_１よりも小さくかつ屈折率ｎ_３よりも小さい環状部分２２を有する。
【００５４】
図２に示すプロファイルのタイプは、図１に示すものと同様の利点を提供する。
【００５５】
図２に示すファイバは、ＭＣＶＤや光ファイバの製造に一般に用いられているその他の技法など、知られている技法を用いて当業者が製造することができる。
【００５６】
例を挙げて、得られた特徴の値と同様に、本発明のファイバを得ることが可能になる図２のプロファイルに関する可能なパラメータを以下に示す。
【００５７】
表３は、そのプロファイルについて可能な半径および屈折率の値を示す。半径をマイクロメートルで示し、屈折率をΔｎで示す。表の各行は、可能なプロファイルに対応する。
【００５８】
【表３】

様々なプロファイルは、対応する行について、表４に示される特徴を得ることが可能になる（表２と同様の見出し）。
【００５９】
【表４】

表４の値は、表３で規定されたプロファイルによって本発明の特徴を得ることが可能になることを示す。
【００６０】
当然ながら本発明は、説明しかつ示した実施形態に限定されず、むしろその数多くの変形例が当業者に理解される。特に、図１および図２を参照しながら述べたもの以外のプロファイルの族を有する本発明の特徴を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のファイバの、第１の実施形態の屈折率プロファイルを示す図である。
【図２】 本発明のファイバの、第２の実施形態の屈折率プロファイルを示す図である。

Claims (5)

1. 光クラッド（２４）の屈折率ｎ _ｓ よりも大きい最大屈折率ｎ _１ を有する中央部分（２１）と、光クラッド（２４）の屈折率よりも大きい最大屈折率ｎ _４ を有し、前記中央部分（２１）を取り囲むリング（２３）と、ｎ _１ よりも小さくまたｎ _４ よりも小さい屈折率ｎ _２ を有し、前記中央部分（２１）と前記リング（２３）の間にある中間ゾーン（２２）とからなる屈折率プロファイルを有し、
   ７０μｍ^２以上の有効面積を有する分散シフト単一モード光ファイバであって、該ファイバがさらに、
   １４００ｎｍから１４８０ｎｍの範囲内のゼロ波長分散波長λ _０ と、
   ６×１０ ^−３ から１５×１０ ^−３ の範囲内の中央部分（２１）の屈折率とクラッド（２４）の屈折率との差と、
   １０×１０ ^−３ より小さいリング（２３）の屈折率とクラッド（２４）の屈折率との差と、
   波長１５５０ｎｍに関し、絶対値で０．０４５ｐｓ／ｎｍ ^２ ・ｋｍから０．０９ｐｓ／ｎｍ ^２ ・ｋｍの範囲内の波長分散勾配と、
   半径３０ｍｍの周りにファイバを１００回巻いた巻線に関して、１５５０ｎｍで０．０５ｄＢ未満の曲げ損失とを有することを特徴とするファイバ。
2. ファイバ中で単一モードであることを特徴とする請求項１に記載のファイバ。
3. 波長分散がゼロである波長λ_０が、１４５０ｎｍから１４８０ｎｍの範囲内に在り、好ましくは１４７５ｎｍ付近に在ることを特徴とする請求項１または２に記載のファイバ。
4. 波長１５５０ｎｍに関し、絶対値で０．０４５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍから０．０７５ｐｓ／ｎｍ^２・ｋｍの範囲内の波長分散勾配を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のファイバ。
5. １５５０ｎｍで、０．２３ｄＢ／ｋｍ以下の減衰を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のファイバ。

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