JP4070083B2

JP4070083B2 - Nonlinear dispersion-shifted optical fiber, optical signal processing apparatus using the optical fiber, and wavelength converter

Info

Publication number: JP4070083B2
Application number: JP2002084215A
Authority: JP
Inventors: 治郎廣石; 尚美熊野; 隆一杉崎
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2003177266A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力光に対し非線形光学現象を生じる非線形分散シフト光ファイバおよびこの光ファイバを用いた光信号処理装置ならびに波長変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ中での非線形光学現象としては、四光波混合、自己位相変調、相互位相変調、誘導ブリュリアン散乱等がある。光ファイバ中でこれらの現象が生じると、波長変換、位相変調、散乱等が起こり、ノイズ成分が増加したり、入力光が十分に伝達できないといったことがある。このため、従来の伝送用の光ファイバでは、これらの非線形光学現象をできるだけ排除する試みがなされてきた。
【０００３】
ところで、近年、発想を転換し、上記非線形光学現象を積極的に利用することにより、光信号の波長を長波長側または短波長側に変換する波長変換や、光信号の波形のゆがみを整える波形整形等の光信号処理を行う試みがなされるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、上記のように非線形現象をできるだけ排除する試みが行われていたので、非線形現象を積極的に利用して波長変換等の光信号処理を行うのに好適なファイバがなかった。
【０００５】
なお、再公表特許ＷＯ９９／１０７７０号公報には、波長変換用の非線形性光ファイバが開示されているが、必ずしも十分ではなかった。
【０００６】
例えば、非線形性を大きくしようとすると、波長分散の調整が難しくなり、ファイバの製造が困難であることが判明した。
【０００７】
また、光ファイバの非線形現象を積極的に利用するためには、光ファイバは入力光の波長において、所望の分散値を有することが望ましい。特に、波長変換に利用するためには、光ファイバは入力光の波長付近に零分散波長を有することが望ましい。しかし、例えば波長多重伝送光の光信号処理を行うために、それぞれの波長に対応させた零分散波長が異なる複数種の光ファイバを製造することは、ただでさえ零分散波長の調整の難しい非線形ファイバでは、現実的に容易でない。
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされ、非線形現象を利用した波長変換や光信号処理に好適であり、かつ製造が容易で、実用的な非線形分散シフト光ファイバおよびこの光ファイバを用いた光信号処理装置ならびに波長変換器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、純シリカより高い屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられ、純シリカより低い屈折率を有する第２コアと、該第２コアの外周に設けられ、純シリカとほぼ同一の屈折率を有するクラッドとを有し、前記第１コアの外径Ｄ１を３〜８μｍとし、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を０．３以上、０．８５以下とし、前記第１コアの純シリカに対する比屈折率差Δ１を１．６〜３％とし、前記第２コアの純シリカに対する比屈折率差Δ２を−１〜−０．１％とし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散を、非線形現象を利用した光信号処理に必要とされる設定値とし、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、波長１５５０ｎｍにおける非線形定数ｎ_２／Ａeffを１５×１０^−１０／Ｗ以上とし、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープを０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ ^２／ｋｍとし、カットオフ波長を１３５０ｎｍ以下とし、モードフィールド径を４．５μｍ以下としたことを特徴とする非線形分散シフト光ファイバを提供する。
【００１０】
なお、本明細書で述べる波長分散の変動幅は、実用的な長さの光ファイバ全長において波長分散分布測定器により測定された波長分散の変動幅をいう。光ファイバ長手方向の波長分散の分布測定は、例えばMollenauerにより研究された方式を利用する分散分布測定器により測定可能である。
【００１２】
また、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすることが出来る。
【００１４】
更にまた、温度が１０℃変化したときに１５５０ｎｍにおける波長分散が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下しか変化しない構成とすることが出来る。
【００１５】
また、以上のように構成される非線形分散シフト光ファイバにおいて、波長１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下とすることが出来る。
【００１７】
なお、本明細書において、上記各比屈折率差Δ１、Δ２を以下の各式（１）〜（３）により定義している。
【００１８】
Δ１＝｛（ｎ_ｆ−ｎ_０）／ｎ_ｆ｝×１００（１）
Δ２＝｛（ｎ_ｓ−ｎ_０）／ｎ_ｓ｝×１００（２）
ここで、ｎｆは第１コアの屈折率最大部の屈折率、ｎｓは第２コアの屈折率最小部の屈折率、ｎ０はクラッドの屈折率である。
【００１９】
更にまた、第２コアのクラッドに対する比屈折率差Δ２が−１〜−０．５％である構成とすることが出来る。
また、第１コアの屈折率分布形状をα乗プロファイルとし、αを３．０以上とすることが出来る。
【００２０】
更に、上述の光ファイバに対し応力を付与するための応力付与構造を設けることが出来る。
更にまた、上述の光ファイバのクラッドの外周にカーボン若しくは炭化ケイ素からなる層を設けることが出来る。
【００２１】
本発明は、以上の非線形分散シフト光ファイバを備えた光信号処理装置を提供する。
また、本発明は、以上の非線形分散シフト光ファイバを備えた波長変換器を提供する。
【００２２】
本発明に係る非線形分散シフト光ファイバは、１５５０ｎｍ付近の入力光に対して非線形現象を生じる非線形分散シフト光ファイバであって、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．００１〜０．１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであることを特徴の一つとする。このように、波長分散スロープが０．１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることにより、１５５０ｎｍ近傍の異なる波長に対して波長分散値の変動が小さく、例えば１種類のファイバにより１５５０ｎｍ付近の様々な波長に対して波長分散の絶対値の小さいファイバを提供することが可能となる。
【００２３】
また、使用波長を変更しても分散値が大きく変動することがなく、一本のファイバで様々な波長における非線形現象を利用した光信号処理が可能となる。また、波長分散スロープが０．１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることにより、非線形光学現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。波長分散スロープは、０．００１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以上が好ましい。波長分散スロープは、ファイバの他の特性との兼ね合いで決まってくるものであり、１５５０ｎｍ付近で絶対値の小さい波長分散を有し、かつモードフィールド径を小さくかつ、波長１５５０ｎｍ付近でシングルモードとなるようカットオフ波長を調整しようとすると波長分散スロープが０．００１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍを下まわる設計及び製造が困難となる。このため、波長分散スロープは０．００１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以上が好ましい。
【００２４】
波長分散スロープは、好ましくは０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍである。さらに好ましくは０．００１〜０．０１９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍである。
【００２５】
また、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅は０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることとが必要である。ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることにより、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。また、ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることにより、光ファイバを切り割って分割して使用した際も、ファイバのどの部分も波長分散の差が小さい。しかも、波長分散のスロープが小さいため、切り割った光ファイバを１５５０ｎｍ付近の様々な波長に使用しても、分散値の差がないという利点を有する。
【００２６】
一方、ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．０１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを下まわるには、光ファイバの長手方向に高度に均一性の高い光ファイバを得る必要があるが、コア径を小さくし、かつコアの相対屈折率Δを大きくしてモードフィールド径を小さくした非線形分散シフト光ファイバでは、コア径の少しの変動でも波長分散が大きく変動するため、波長分散の変動を長手に０．０１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満に抑えることは極めて困難であり、光ファイバを数多く製造し、その中からコア径変動の少ない良好な部分を採取せざるを得なくなくなり、甚だ生産性が悪くなる。
【００２７】
例えば後述の実施例２の構造のファイバにおいてファイバ長手方向の波長分散の変動を０．０１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下にするには、第1コア径の変動を０．０１％以下におさえる必要があり、生産性が極めて悪くなる。
【００２８】
波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．００１〜０．１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであることと、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることが同時に満たされたときのみ、１５５０ｎｍ付近の様々な波長に対して非線形性現象を利用した良好な光信号処理が可能となるとともに、非線形分散シフト光ファイバの製造性がはじめて両立する。さらに、トータルでみたコストパフォーマンスが向上するものである。
【００２９】
さらに、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることとが好ましい。ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上となると、長手方向のコア径の変動の許容範囲が広がるため、生産性がさらに上がると共に、四光波混合を利用した波長変換等以外の非線形現象を利用した光信号処理においては、ファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであれば十分であるからである。
【００３０】
条長５ｋｍ以内における光ファイバ長手方向の波長分散の変動幅を０．０１〜０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとしてもよい。条長５ｋｍ以内の範囲であれば、波長分散の変動幅を０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下にしても、生産性の低下が少ない。また、波長分散の変動幅を０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であると、四光波混合を利用した波長変換を良好に行うことが出来る。
【００３１】
また、カットオフ波長は１３５０ｎｍ以下であることが好ましい。カットオフ波長が１３５０ｎｍ以下であることにより、Ｓバンド、Ｃバンドを含めた広い帯域に対して使用が可能となる。
【００３２】
例えば、第１コアの外周にクラッドより低い屈折率を有する第２コアを設け、第１コアの外径Ｄ１、これと第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２、および波長分散の絶対値を所定の範囲に設定した構成をとることにより、１３５０ｎｍ以下の低いカットオフ波長と１５×１０−１０／W以上の高い非線形定数と０．０２９ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下の小さい分散スロープとが同時に得られ、好ましい。
【００３３】
モードフィールド径は４．５μm以下が好ましい。モードフィールド径を４．５以下とすることにより、高い非線形定数を得ることが可能となる。非線形定数はｎ_２／Ａeffで示され、後述のように非線形定数を大きくするには、非線形屈折率ｎ_２を大きくするか、実効断面積Ａeffを小さくする必要がある。Ａeffは、モードフィールド径と正の相関を有する。
【００３４】
モードフィールド径を４．５μm以下とすることにより、高い非線形定数を得ることが可能となる。小さなモードフィールド径は、コアとクラッドの比屈折率差を大きくすることにより得られる。しかし、コアとクラッドの比屈折率差を単に大きくしただけでは、カットオフ波長が長波長側にシフトしてしまい、広帯域でのシングルモード伝送の確保が難しくなる。これに対し、例えば、請求項６記載の構造をとることより、小さいモードフィールド径と低いカットオフ波長が両立可能となる
さらに、温度が１０℃変化したときに１５５０ｎｍにおける波長分散が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下しか変化しないことことが好ましい。例えば四光波混合による波長変換を行う場合、使用波長がファイバの零分散波長に一致するときに変換効率が高くなるが、使用波長がファイバの零分散波長から少しでもずれると変換効率が下がる。ファイバの分散特性が温度により変化すると、環境温度により変換効率が安定しないという問題を起こす。
【００３５】
温度が１０℃変化したときに、１５５０ｎｍにおける波長分散が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下しか変化しないことことにより、実用的な温度の範囲で安定した変換効率が得られる。特に、第１コアの外周にクラッドより低い屈折率を有する第２コアを設け、第１コアの外径Ｄ１、これと第２コアの外径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２、および波長分散の絶対値を所定の範囲に設定した構成、および上述した比屈折率差Δ１および比屈折率差Δ２を所定の範囲に設定した構成をとることにより、温度が１０℃変化したときに１５５０ｎｍにおける波長分散が０．００６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ／１０℃以下しか変化しないファイバが得やすくなり、好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光ファイバの屈折率分布構造例を示す説明図である。この図に示すように、本実施形態に係る光ファイバは、例えばクラッド３より高い屈折率を有する第１コア１と、第１コアの外周に設けられ、クラッド３より低い屈折率を有する第２コア２と、第２コア２の外周に設けられ、純シリカと同一若しくは純シリカに近い屈折率を有するクラッド３とを有している。
【００３８】
図２は、本発明の他の実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイル分布構造例を示す。図２に示すように、この実施形態に係る光ファイバは、図１に示した第２コア２を省略し、第１コア１の外周に直接クラッドを設けている。
【００３９】
ただし、図１（ａ）に示すように、光ファイバの屈折率プロファイルをＷ型とすると、高い非線形性を有する光ファイバが得られると共に低分散スロープが得られ易くなり、光ファイバの第１コアの外径、第２コアの外径の設計範囲を広げることが可能となるので、図１（ａ）に示す実施形態に係る光ファイバのほうが、より好ましい。
【００４０】
尚、図１（ａ）および図２で示す第１コア径Ｄ１および第２コア径Ｄ２は、次のようにして求めることが出来る。
【００４１】
まず、図１の第１コア径Ｄ１は、第１コア部１においてクラッド部３と等しい屈折率となる部分の外径とする。第２コア径Ｄ２は第２コア部２とクラッド部３の境界領域において、Δ２／１０の屈折率となる部分の外径とする。次に、図２のコア径Ｄ１は第１コア部１においてΔ１／１０となる部分の外径とする。
【００４２】
第１コア１はゲルマニウム添加シリカガラスにより構成され、第２コア２はフッ素添加シリカガラスにより構成され、クラッド３は純シリカにより構成されている。第１コアの外径Ｄ１は３〜８μｍである。また、図１に示す構造において、第１コアの外径Ｄ１と前期第２コアの外径Ｄ２との比率Ｄ１／Ｄ２は０．３〜０．８である。
【００４３】
以上の実施形態において、第１コアの純シリカに対する比屈折率差Δ１は１．６〜３％（好ましくは１．８〜２．９％）である。また、図１に示す構造においては、第２コアの純シリカに対する比屈折率差Δは−１〜−０．１％（好ましくは−１〜−０．５％）である。
【００４４】
第１コアの屈折率分布形状はα乗プロファイルであり、αは３．０以上（好ましくは４．０以上）に形成されている。また、波長１５５０ｎｍにおける非線形定数は１５×１０^−１０／Ｗ以上に形成されている。
【００４５】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光ファイバを光軸に直交する面で切断した断面の構成例を示す。図１（ｂ）に示すように、クラッド３には、応力を付与する応力付与部４が埋設されている。この応力付与部は、Ｂ２Ｏ３を含有したシリカガラスにより形成されており、第１コアと第２コアを挟んだ両側に設けられている。
【００４６】
非線形光学現象は偏波状態に大きく左右されることが多いため、非線形光学現象を利用した良好な光信号処理を行うためには、偏波保持機能を有する光ファイバが好ましい。そこで本実施形態では、上記のように応力付与部を設けた、偏波保持ファイバとした。
【００４７】
また、図１（ｂ）に示すように、クラッド外周に、カーボンまたは炭化ケイ素からなる保護層５が設けられている。この保護層５は、光ファイバが水や高多湿の環境下に長期さらされても疲労の進行の抑制や水分の浸入の遮断を可能とするハーメチックコートとして機能する。
【００４８】
さらに、以上の実施形態に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．００１〜０．１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ（好ましくは０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ、さらに好ましくは０．００１〜０．０１９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ（好ましくは０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）である。
【００４９】
なお、非線形光学現象を利用した光信号処理は、使用波長において所望の分散値のとき処理効率が向上する。例えば四光波混合を利用した波長変換では、波長分散が使用波長で零となることが最適である。一方、光２Ｒ、光３Ｒと呼ばれる波形整形では、望まれる波長分散は、具体的な方式によりまちまちである。なお、２Ｒは、リアプリケーション（Reamplification）、リシェイピング（Reshaping）であり、光３Ｒは、光２Ｒとリタイミニング（Retiming）である。
【００５０】
非線形性を示すパラメータである非線形性位相ずれΦ_ＮＬは、下記式により示される。
【００５１】
Φ_ＮＬ＝（２／λ）・（ｎ_２／Ａｅｆｆ）・Ｉ・Ｌeff （３）
ｎ_２は非線形屈折率、Ａｅｆｆは実効断面積、Ｉは光の強度、Ｌeffはファイバの実効長である。ファイバ長が長ければ高い非線形性作用が得られるが、長尺のファイバ使用することは非線形現象を利用した光信号処理装置における非線形性光ファイバの容積が大きくし、非線形現象を利用した光信号処理装置の小型化が困難となる。従って、非線形現象を利用した光信号処理装置に使用される非線形光ファイバとしては、ファイバ長をできるだけ長くせずとも大きな非線形性が出せることが要求される。即ち、上式よりｎ_２／Ａeff（非線形定数）の値ができるだけ大きなことが望まれる。ｎ_２は材料によって決まる値である。ファイバの構造としてはＡeffの値をできるだけ小さくする必要がある。Ａeffは、モードフィールド径と正の相関を有する。
【００５２】
従って非線形性の大きな光ファイバを得るには、ファイバの構造としてはモードフィールド径が小さいことが必要である。また、使用波長における波長分散の絶対値が小さいことが必要である。また、シングルモードファイバではカットオフ波長が使用波長に対応して小さいことが必要とされる。
【００５３】
以上のことを考慮し、本発明の一実施形態例に係る光ファイバを、図１の（ａ）に示したようなＷ型の屈折プロファイルとし、他の実施形態例に係る光ファイバを図２に示したような単峰型の屈折率プロファイルとした。
【００５４】
第１コアの外径Ｄ１は、３〜８μｍが好ましい。シリカ系ガラスを使用した場合、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が小さくすることが可能となる第１コア径は、コア径３μｍ以下の範囲とコア径３〜８μｍの範囲の２つのポイントで可能であるが、３μｍ未満の範囲では、コア径のわずかな変動でも分散値が大きく変動するため、ファイバの長手方向に波長分散の均一性の高いファイバが得られにくくなるとともに、カットオフ波長が１５５０ｎｍを超え、好ましくない。
【００５５】
前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比率は、Ｄ１／Ｄ２＝０．３〜０．８５であることが好ましい。この範囲であると、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値が小さいことと、１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが小さいこととが、特に良く両立する。
【００５６】
更に、第１コアと純シリカとの相対屈折率差Δ１は１．６〜３％であることが好ましく、第２コアと純シリカとの相対屈折率差Δ２は−０．１〜−１％であることが好ましい。
【００５７】
第１コアと純シリカとの相対屈折率差Δ１が１．６未満では、モードフィールド径が大きく、非線形系が小さくなる。３％を超えると、カットオフ波長が１５５０ｎｍを超えるようになるため、ファイバをシングルモードとするためのカットオフ波長に対する配慮が大きくなり、生産性が悪化する。また、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を小さくしようとしたときに、第１コアの外径が小さくなりすぎ、コア径のわずかな変動でも波長分散が大きく変動するため、ファイバの長手方向に波長分散の均一性が高いファイバが得られにくくなる。
【００５８】
Δ１は、さらに好ましくは１．８〜２．９％である。この範囲であれば、高い非線形性と長手方向に波長分散の均一性の高いファイバの製造性とが高度に両立する。
【００５９】
第２コアと純シリカとの相対屈折率差Δ２が−０．１％より大きくなると、１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を小さくしようとしたときに、分散スロープを小さく設計しにくくなる。Δ２が−１％を下回ると、例えば、フッ素を多量にドープする必要があり、製造が困難となる。
【００６０】
Δ２は、さらに好ましくは−１〜−０．５％である。この範囲であれば、低分散スロープとファイバの製造性が高度に両立する。
【００６１】
また、非線形定数ｎ_２／Ａeffが１５×１０^−１０／Ｗ以上であることにより、高い非線形性が得られる。
【００６２】
【実施例】
種々の非線形分散シフト光ファイバのサンプル（実施例１〜８、比較例１〜４）についての、導波特性のシミュレーション計算による設計値とその特性値の関係を下記表１および表２に示す。
【００６３】
実施例１、２、４〜７、および比較例１〜３は、第１コアと第２コアとクラッドとを有する図１に示す屈折率分布構造を有する光ファイバであり、実施例３、８、および比較例４は、１つのコアとクラッドからなる図２に示す屈折率分布構造を有する光ファイバである。
【００６４】
下記表１および表２から、実施例１〜８では、波長1550nmにおける波長分散の絶対値が小さく、波長分散スロープが小さく、かつモードフィールド径も小さいことがわかる。
【００６５】
波長分散スロープが小さいことにより、非線形性を利用した良好な光信号処理が可能となるとともに、１５５０ｎｍ付近の様々に対応可能となる。また、モードフィールド径が小さいことにより、非線形性が大きくなり、優れている。
【００６６】
また、１５５０ｎｍにおける波長分散はコア径に依存するが、比較例４に係る光ファイバのコア径でも、波長分散の絶対値は小さいものの、モードフィールド径が大きいため非線形性は小さくなる。また、比較例１と比較例３の比較から、０．１μｍ程度の第１コア径の変動により、分散は約２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍも変動してしまい、ファイバ長手方向における波長分散の変動幅が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下のファイバを得ることは困難となる。
【００６７】
これに対し、実施例１と実施例５の比較から、第１コア径が０．１μｍ程度変化しても、分散の変動は僅かに２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度であり、第１コア径が３μｍ以上の範囲であれば、ファイバ長手方向にコア径が若干変動してもファイバ長手方向の波長分散の均一性の高いファイバを得やすいことがわかる。
【００６８】
また、実施例１と実施例３の比較より、Ｗ型プロファイルを採用した実施例１が、単峰型の実施例３より分散スロープが小さく、かつカットオフ波長も小さく、優れていることがわかる。
【００６９】
実施例１と実施例２の構造のファイバに関して、第１コア径Ｄ１と第２コア径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａ、第１コア径、および第２コア径を変えたときの分散スロープの変化を図３に示す。なお、図３では、１５５０ｎｍにおける波長分散が零となるように第１コア径Ｄ１と第２コア径Ｄ２を調整した。
【００７０】
１５５０ｎｍにおける波長分散の絶対値を小さくすることが可能となる第１コア径は、コア径３μｍ以下の範囲とコア径３〜８μｍの範囲の２つのポイントで可能であるが、第１コア径が３〜８μｍの範囲で１５５０ｎｍにおける波長分散が零となる場合の分散スロープを示している。
【００７１】
図３において、曲線ａは、実施例２の構造のファイバの場合であり、曲線ｂは、実施例１の構造のファイバの場合である。図３から、Ｄａが０．８を超えると、波長分散を小さく設定したときの分散スロープが大きくなってしまうので、Ｄａは０．８以下が望ましいことがわかる。また、Ｄａが０．３を下まわると波長分散を小さく設定したときの分散スロープが大きくなってしまうので、Ｄａは０．３以上が望ましいことがわかる。
【００７２】
図１（ａ）に示す屈折率プロファイルを有し、かつＤ１の値を３〜８μｍとし、Ｄ１／Ｄ２＝Ｄａを０．３〜０．８とすることにより、例えば１５５０ｎｍにおける波長分散を零とし、かつこの波長における分散スロープを０．０３５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下にすることができる。
【００７３】
実際に、下記表１および表２に示す実施例１及び実施例２に係る屈折率プロファイルを有するファイバの製造を行った。得られたファイバの分散スロープは、実施例１のファイバでは０．０１６ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ、実施例２のファイバでは０．０２２ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであった。得られたファイバの他の特性は、ほぼシュミュレーションにより得た値と同じであった。
【００７４】
実際に試作したファイバの分散スロープは、シミュレーションにより得た値より０．００６ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ程度小さくなっており、図１（ａ）に示す屈折率プロファイルとし、かつＤ１およびＤ１／Ｄ２＝Ｄａを上述の範囲とすることにより、例えば１５５０ｎｍにおける波長分散を零とし、かつこの波長における分散スロープを０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下にすることができる。
【００７５】
なお、シュミレーションにより得た値と実際の試作結果がやや異なってくるのは、実際のファイバの線引きによる製造では、ドープ成分の拡散により屈折率プロファイルが設計より多少変化すること、またゲルマニアやフッ素がドープされた第１コアや第２コアは、純シリカあるはそれに近いクラッドと軟化温度及び軟化時の粘度が異なるため、線引き時の固化速度が異なり、歪を生じ、これが特性に影響するためと考えられる。
【００７６】
また、得られたファイバにつき、波長分散のファイバ長手方向の分布を測定した結果、波長分散の変動幅は実施例１のファイバで０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度、実施例２のファイバで２．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度であった。また、得られたファイバについて、非線形性を示す特性であるｎ２／Ａｅｆｆ値をＸＰＭ法により測定した結果、実施例１のファイバで３３×１０^−１０／Ｗ程度、実施例２のファイバで４０×１０^−１０／Ｗ程度と高い非線形性を有することが確認された。
【００７７】
さらに、試作した図１（ａ）に示す屈折率プロファイルを有する実施例７の光ファイバと、図２に示す単峰型屈折率プロファイルを有する実施例８の光ファイバにつき、波長変換実験を行ったところ、図４に示す結果を得た。
【００７８】
即ち、図４に示すように、ポンプ光波長のトレランスは、分散スロープの小さい実施例７の光ファイバの方が実施例８の光ファイバよりも２倍程広く、分散スロープが小さいことの有用性及び図１（ａ）に示す屈折率プロファイル構造が優れていることが確認された。なお、図４において、曲線ｃは実施例７の光ファイバについての実験結果を示し、曲線ｄは実施例８の光ファイバについての実験結果を示す。
【００７９】
ポンプ光と信号光を試作ファイバに入力し、変換光のパワーを測定することにより、波長変換実験を行った。ポンプ光と信号光の波長差を一定に保ちつつ両波長を変化させると、ポンプ光の波長をファイバの零分散波長の±３ｎｍの範囲内としたときに、変換光のパワーが最大域となった。
【００８０】
このように、ポンプ光の波長を本発明の光ファイバの零分散波長に一致させるか、あるいは零分散波長の±３ｎｍの範囲内としたときに、最も効率良い波長変換が可能であることがわかる。
【００８１】
また、ポンプ光と信号光の波長差を一定とした状態で、ポンプ光の波長をファイバの零分散波長から離す程、変換光のパワーは落ちる傾向がみられる。しかし、本実施例に係る光ファイバを使用すると、ポンプ光の波長をファイバの零分散波長から離しても変換光の低下が小さい。即ち、本実施例に係る光ファイバは、一定以上のパワ−の変換光が得られるポンプ波長の設定範囲（ポンプ波長トレランス）が広くなるという利点を有する。特に、０．００１〜０．０２９ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍの分散スロープを有する光ファイバを使用すると、ポンプ波長の設定範囲が広がり、好ましい。
【００８２】
更に、試作した光ファイバにつき、１５５０ｎｍにおける分散を０℃〜４０℃の範囲において測定した波長分散の温度依存を併せて下記表１および表２に示す。図１（ａ）に示す屈折率プロファイルを有する構造とすることにより、温度が変化しても波長分散の変化の小さい光ファイバが得られることがわかる。
【００８３】
【表１】

【００８４】
【表２】

【００８５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の非線形分散シフト光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープが０．００１〜０．１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであることと波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．０１〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることとが同時に満たされていることにより、１５５０ｎｍ付近の様々な波長に対して非線形現象を利用した優れた光信号処理が可能であり、かつ光ファイバの製造性にも優れ、産業上極めて有用である。例えば、一本の光ファイバを切りわることにより、１５５０ｎｍ付近の様々な波長に対して非線形現象を利用した優れた光信号処理が可能である。
【００８６】
また、波長１５５０ｎｍにおけるファイバ長手方向の波長分散の変動幅が０．３〜３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることにより、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能であり、かつ光ファイバの製造性にも格段に優れている。
【００８７】
更に、純シリカより高い屈折率を有する第１コアと、該第１コアの外周に設けられた純シリカより低い屈折率を有する第２コアと、該第２コアの外周に設けられた純シリカ若しくは純シリカに近い屈折率を有するクラッドとを備えるとともに、前記第１コアの外径Ｄ１が３〜８μｍであり、前記第１コアの外径Ｄ１と前記第２コアの外径Ｄ２との比率がＤ１／Ｄ２＝０．３〜０．８であることにより、低い分散スロープが得られ、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能であり、かつこの範囲であれば、光ファイバの製造性に優れている。
【００８８】
更にまた、第１コアのα値が３．０以上であることにより、高い非線形性と小さい分散スロープが得られ、非線形現象を利用した良好な光信号処理が可能となる。
【００８９】
また、応力を付与するための応力付与構造が設けられていることにより、偏波が保持され、非線形現象を利用した光信号処理に優れている。
【００９０】
更に、クラッドの外周にカーボン若しくは炭化ケイ素からなる層が設けられていることにより、耐水性等に優れている。
【００９１】
更に、波長分散の温度依存を一定以下としたことにより、安定した非線形現象を利用した光信号処理が可能である。
【００９２】
更にまた．本発明の非線形分散シフト光ファイバを備えた光信号処理装置は、非線形現象を利用した光信号処理に優れている。
【００９３】
また．本発明の非線形分散シフト光ファイバを備えた波長変換器は、非線形現象を利用した波長変換に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光ファイバの屈折率分布構造例を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示す光ファイバを光軸に直交する面で切断した断面図。
【図２】本発明の他の実施形態に係る光ファイバの屈折率分布構造例を示す説明図。
【図３】Ｄａを変えたときの分散スロープの変化を示す特性図。
【図４】ポンプ光波長と変換光のパワーとの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１・・・第１コア
２・・・第２コア
３・・・クラッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonlinear dispersion-shifted optical fiber that generates a nonlinear optical phenomenon with respect to input light, an optical signal processing apparatus using the optical fiber, and a wavelength converter.
[0002]
[Prior art]
Nonlinear optical phenomena in optical fibers include four-wave mixing, self-phase modulation, cross-phase modulation, and stimulated Brilliant scattering. When these phenomena occur in an optical fiber, wavelength conversion, phase modulation, scattering, etc. may occur, resulting in an increase in noise components and insufficient transmission of input light. For this reason, attempts have been made to eliminate these nonlinear optical phenomena as much as possible in conventional optical fibers for transmission.
[0003]
  By the way, in recent years,non-linearBy actively utilizing optical phenomena, attempts have been made to perform optical signal processing such as wavelength conversion that converts the wavelength of an optical signal to a long wavelength side or a short wavelength side, and waveform shaping that corrects the waveform distortion of the optical signal. It became so.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, attempts have been made to eliminate the nonlinear phenomenon as much as possible as described above, and therefore there has been no fiber suitable for performing optical signal processing such as wavelength conversion by actively utilizing the nonlinear phenomenon.
[0005]
Note that the republished patent WO99 / 10770 discloses a nonlinear optical fiber for wavelength conversion, but it is not always sufficient.
[0006]
For example, it has been found that if the nonlinearity is increased, it is difficult to adjust the chromatic dispersion and it is difficult to manufacture the fiber.
[0007]
In order to actively use the nonlinear phenomenon of the optical fiber, it is desirable that the optical fiber has a desired dispersion value at the wavelength of the input light. In particular, in order to use for wavelength conversion, it is desirable that the optical fiber has a zero dispersion wavelength near the wavelength of the input light. However, for example, in order to perform optical signal processing of wavelength division multiplexed transmission light, it is difficult to adjust the zero dispersion wavelength even if it is difficult to adjust the zero dispersion wavelength by manufacturing multiple types of optical fibers with different zero dispersion wavelengths corresponding to each wavelength. With fiber, it is not really easy.
[0008]
The present invention has been made under such circumstances, and is suitable for wavelength conversion and optical signal processing utilizing nonlinear phenomena, and is easy to manufacture, and a practical nonlinear dispersion-shifted optical fiber and light using this optical fiber. An object of the present invention is to provide a signal processing device and a wavelength converter.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention provides:A first core having a refractive index higher than that of pure silica; a second core having a refractive index lower than that of pure silica; and a second core having a refractive index lower than that of pure silica; A cladding having the same refractive index, the outer diameter D1 of the first core is 3 to 8 μm, and the ratio D1 / D2 between the outer diameter D1 of the first core and the outer diameter D2 of the second core is The relative refractive index difference Δ1 of the first core with respect to pure silica is set to 1.6 to 3%, and the relative refractive index difference Δ2 of the second core with respect to pure silica is set to −1. -0.1%,Setting value required for optical signal processing using nonlinear phenomenon for chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nmAnd wavelengthThe fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber at 1550 nm is set to 0.01 to 3 ps / nm / km, and the nonlinear constant n at the wavelength of 1550 nm.₂/ Aeff is 15 × 10^-10/ W or more,The chromatic dispersion slope at a wavelength of 1550 nm is 0.001 to 0.029 ps / nm. ² / Km,Provided is a nonlinear dispersion-shifted optical fiber characterized by having a cutoff wavelength of 1350 nm or less and a mode field diameter of 4.5 μm or less.
[0010]
Note that the fluctuation width of chromatic dispersion described in this specification refers to the fluctuation width of chromatic dispersion measured by a chromatic dispersion distribution measuring device over the entire length of a practical optical fiber. The distribution measurement of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber can be measured by a dispersion distribution measuring device using a method studied by Mollenauer, for example.
[0012]
Further, the fluctuation range of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber at the wavelength of 1550 nm can be set to 0.3 to 3 ps / nm / km.
[0014]
Furthermore, the chromatic dispersion at 1550 nm can be changed to 0.006 ps / nm / km / 10 ° C. or less when the temperature changes by 10 ° C.
[0015]
    Also, a nonlinear dispersion-shifted optical fiber configured as described aboveAt wavelengthThe absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm can be set to 6 ps / nm / km or less.
[0017]
In the present specification, the relative refractive index differences Δ1 and Δ2 are defined by the following equations (1) to (3).
[0018]
Δ1 = {(n_f-N₀) / N_f} × 100 (1)
Δ2 = {(n_s-N₀) / N_s} × 100 (2)
Here, nf is the refractive index of the refractive index maximum portion of the first core, ns is the refractive index of the refractive index minimum portion of the second core, and n0 is the refractive index of the cladding.
[0019]
Furthermore, the relative refractive index difference Δ2 with respect to the cladding of the second core may be −1 to −0.5%.
Further, the refractive index profile shape of the first core can be an α power profile, and α can be 3.0 or more.
[0020]
Furthermore, a stress applying structure for applying stress to the above-described optical fiber can be provided.
Furthermore, a layer made of carbon or silicon carbide can be provided on the outer periphery of the cladding of the optical fiber.
[0021]
The present invention provides an optical signal processing apparatus including the above nonlinear dispersion shifted optical fiber.
Moreover, this invention provides the wavelength converter provided with the above nonlinear dispersion shift optical fiber.
[0022]
The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to the present invention is a nonlinear dispersion-shifted optical fiber that produces a nonlinear phenomenon with respect to input light near 1550 nm, and has a chromatic dispersion slope of 0.001 to 0.1 ps / nm at a wavelength of 1550 nm.²One of the features is / km. Thus, the chromatic dispersion slope is 0.1 ps / nm.²/ Km or less, the variation of the chromatic dispersion value is small with respect to different wavelengths near 1550 nm. For example, a single type of fiber provides a fiber having a small absolute value of chromatic dispersion with respect to various wavelengths near 1550 nm. It becomes possible.
[0023]
Further, even if the wavelength used is changed, the dispersion value does not fluctuate greatly, and optical signal processing using nonlinear phenomena at various wavelengths can be performed with a single fiber. Also, the chromatic dispersion slope is 0.1 ps / nm²/ Km or less enables good optical signal processing utilizing a nonlinear optical phenomenon. Chromatic dispersion slope is 0.001 ps / nm²/ Km or more is preferable. The chromatic dispersion slope is determined in consideration of other characteristics of the fiber, has a chromatic dispersion with a small absolute value near 1550 nm, a small mode field diameter, and a single mode near a wavelength of 1550 nm. When trying to adjust the cutoff wavelength, the chromatic dispersion slope is 0.001 ps / nm²Design / manufacturing below / km becomes difficult. Therefore, the chromatic dispersion slope is 0.001 ps / nm.²/ Km or more is preferable.
[0024]
The chromatic dispersion slope is preferably 0.001 to 0.029 ps / nm.²/ Km. More preferably 0.001-0.019 ps / nm²/ Km.
[0025]
Further, the fluctuation range of the chromatic dispersion in the fiber longitudinal direction at the wavelength of 1550 nm needs to be 0.01 to 3 ps / nm / km. When the fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber is 3 ps / nm / km or less, it is possible to perform good optical signal processing using a nonlinear phenomenon. Further, since the fluctuation width of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber is 3 ps / nm / km or less, any portion of the fiber has a small difference in chromatic dispersion even when the optical fiber is divided and used. In addition, since the chromatic dispersion slope is small, there is an advantage that there is no difference in dispersion value even if the cut optical fiber is used for various wavelengths near 1550 nm.
[0026]
On the other hand, in order for the fluctuation width of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber to be less than 0.01 ps / nm / km, it is necessary to obtain a highly uniform optical fiber in the longitudinal direction of the optical fiber. However, in the nonlinear dispersion-shifted optical fiber in which the relative refractive index Δ of the core is increased and the mode field diameter is decreased, the chromatic dispersion greatly varies even if the core diameter slightly varies. It is extremely difficult to suppress to less than 01 ps / nm / km, many optical fibers are manufactured, and a good portion with little core diameter fluctuation must be collected from among them, and the productivity is greatly deteriorated.
[0027]
For example, in a fiber having the structure of Example 2 to be described later, in order to make the fluctuation of chromatic dispersion in the fiber longitudinal direction 0.01 ps / nm / km or less, it is necessary to keep the fluctuation of the first core diameter 0.01% or less. , Productivity is extremely poor.
[0028]
The chromatic dispersion slope at a wavelength of 1550 nm is 0.001 to 0.1 ps / nm.²/ Km and non-linear with respect to various wavelengths near 1550 nm only when the fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber at the wavelength of 1550 nm is simultaneously satisfied to be 0.01 to 3 ps / nm / km. This makes it possible to perform good optical signal processing utilizing the characteristic phenomenon, and at the same time, achieves the manufacturability of the nonlinear dispersion shifted optical fiber for the first time. In addition, the total cost performance is improved.
[0029]
Furthermore, it is preferable that the fluctuation width of the chromatic dispersion in the fiber longitudinal direction at a wavelength of 1550 nm is 0.3 to 3 ps / nm / km. When the fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber is 0.3 ps / nm / km or more, the allowable range of fluctuation of the core diameter in the longitudinal direction is widened, so that the productivity is further increased and wavelength conversion using four-wave mixing is performed. This is because, in optical signal processing using nonlinear phenomena other than the above, it is sufficient that the fluctuation width of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber is 0.3 to 3 ps / nm / km.
[0030]
  The fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber within the length of 5 km is 0.01 to 0.2 ps /nm /km may be used. If the length is within 5 km, the fluctuation range of chromatic dispersion is 0.2 ps /nm /Even if it is km or less, there is little decrease in productivity. Also, the fluctuation range of chromatic dispersion is 0.2 ps /nm /If it is less than or equal to km, wavelength conversion using four-wave mixing can be performed satisfactorily.
[0031]
The cut-off wavelength is preferably 1350 nm or less. When the cutoff wavelength is 1350 nm or less, it can be used for a wide band including the S band and the C band.
[0032]
For example, a second core having a refractive index lower than that of the cladding is provided on the outer periphery of the first core, the outer diameter D1 of the first core, the ratio D1 / D2 of this to the outer diameter D2 of the second core, and the absolute wavelength dispersion By adopting a configuration in which the value is set within a predetermined range, a low cutoff wavelength of 1350 nm or less, a high nonlinear constant of 15 × 10 −10 / W or more, and a small dispersion slope of 0.029 ps / nm 2 / km or less simultaneously. Obtained and preferred.
[0033]
The mode field diameter is preferably 4.5 μm or less. By setting the mode field diameter to 4.5 or less, a high nonlinear constant can be obtained. The nonlinear constant is n₂In order to increase the nonlinear constant as described below, the nonlinear refractive index n₂Needs to be increased or the effective area Aeff needs to be reduced. Aeff has a positive correlation with the mode field diameter.
[0034]
By setting the mode field diameter to 4.5 μm or less, a high nonlinear constant can be obtained. A small mode field diameter can be obtained by increasing the relative refractive index difference between the core and the clad. However, simply increasing the relative refractive index difference between the core and the cladding shifts the cutoff wavelength to the longer wavelength side, making it difficult to ensure single-mode transmission over a wide band. On the other hand, for example, by adopting the structure according to claim 6, it is possible to achieve both a small mode field diameter and a low cutoff wavelength.
Furthermore, it is preferable that the chromatic dispersion at 1550 nm changes only by 0.006 ps / nm / km / 10 ° C. or less when the temperature changes by 10 ° C. For example, when performing wavelength conversion by four-wave mixing, the conversion efficiency increases when the used wavelength matches the zero-dispersion wavelength of the fiber, but the conversion efficiency decreases when the used wavelength slightly deviates from the zero-dispersion wavelength of the fiber. If the dispersion characteristics of the fiber change with temperature, there arises a problem that the conversion efficiency is not stable due to the environmental temperature.
[0035]
When the temperature changes by 10 ° C., the chromatic dispersion at 1550 nm changes only by 0.006 ps / nm / km / 10 ° C. or less, so that stable conversion efficiency can be obtained within a practical temperature range. In particular, a second core having a lower refractive index than the cladding is provided on the outer periphery of the first core, the outer diameter D1 of the first core, the ratio D1 / D2 between this and the outer diameter D2 of the second core, and the absolute wavelength dispersion By adopting a configuration in which the values are set in a predetermined range and a configuration in which the above-described relative refractive index difference Δ1 and relative refractive index difference Δ2 are set in predetermined ranges, chromatic dispersion at 1550 nm is obtained when the temperature changes by 10 ° C. A fiber that changes only by 0.006 ps / nm / km / 10 ° C. or less can be easily obtained, which is preferable.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0037]
Fig.1 (a) is explanatory drawing which shows the refractive index distribution structure example of the optical fiber which concerns on one Embodiment of this invention. As shown in this figure, the optical fiber according to this embodiment includes, for example, a first core 1 having a higher refractive index than that of the clad 3 and a second core having a refractive index lower than that of the clad 3 provided on the outer periphery of the first core. It has a core 2 and a clad 3 provided on the outer periphery of the second core 2 and having a refractive index that is the same as or close to that of pure silica.
[0038]
FIG. 2 shows an example of a refractive index profile distribution structure of an optical fiber according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in the optical fiber according to this embodiment, the second core 2 shown in FIG. 1 is omitted, and a cladding is provided directly on the outer periphery of the first core 1.
[0039]
However, as shown in FIG. 1A, when the refractive index profile of the optical fiber is a W type, an optical fiber having high nonlinearity can be obtained and a low dispersion slope can be easily obtained, and the first core of the optical fiber can be obtained. Therefore, the optical fiber according to the embodiment shown in FIG. 1 (a) is more preferable because the design range of the outer diameter and the outer diameter of the second core can be expanded.
[0040]
Note that the first core diameter D1 and the second core diameter D2 shown in FIGS. 1A and 2 can be obtained as follows.
[0041]
First, the first core diameter D <b> 1 in FIG. 1 is the outer diameter of the portion having the same refractive index as that of the cladding portion 3 in the first core portion 1. The second core diameter D2 is the outer diameter of the part having a refractive index of Δ2 / 10 in the boundary region between the second core part 2 and the clad part 3. Next, the core diameter D1 in FIG. 2 is the outer diameter of the portion of the first core portion 1 that is Δ1 / 10.
[0042]
The first core 1 is made of germanium-added silica glass, the second core 2 is made of fluorine-added silica glass, and the cladding 3 is made of pure silica. The outer diameter D1 of the first core is 3 to 8 μm. In the structure shown in FIG. 1, the ratio D1 / D2 between the outer diameter D1 of the first core and the outer diameter D2 of the second core in the previous period is 0.3 to 0.8.
[0043]
In the above embodiment, the relative refractive index difference Δ1 with respect to the pure silica of the first core is 1.6 to 3% (preferably 1.8 to 2.9%). In the structure shown in FIG. 1, the relative refractive index difference Δ of the second core with respect to pure silica is −1 to −0.1% (preferably −1 to −0.5%).
[0044]
  The refractive index profile of the first core is an α power profile, and α is formed to be 3.0 or more (preferably 4.0 or more). Also at a wavelength of 1550 nmnon-linearThe constant is 15 × 10^-10/ W or more.
[0045]
FIG. 1B shows a configuration example of a cross section obtained by cutting the optical fiber shown in FIG. 1A along a plane perpendicular to the optical axis. As shown in FIG. 1B, a stress applying portion 4 that applies stress is embedded in the clad 3. The stress applying portions are made of silica glass containing B2O3, and are provided on both sides of the first core and the second core.
[0046]
Since the nonlinear optical phenomenon is often greatly influenced by the polarization state, an optical fiber having a polarization maintaining function is preferable in order to perform good optical signal processing using the nonlinear optical phenomenon. Therefore, in this embodiment, the polarization maintaining fiber is provided with the stress applying portion as described above.
[0047]
In addition, as shown in FIG. 1B, a protective layer 5 made of carbon or silicon carbide is provided on the outer periphery of the clad. The protective layer 5 functions as a hermetic coat that can suppress the progress of fatigue and block the ingress of moisture even when the optical fiber is exposed to water or a high humidity environment for a long period of time.
[0048]
Furthermore, the optical fiber according to the above embodiment has a chromatic dispersion slope at a wavelength of 1550 nm of 0.001 to 0.1 ps / nm.²/ Km (preferably 0.001-0.029 ps / nm²/ Km, more preferably 0.001 to 0.019 ps / nm²/ Km), the fluctuation range of the chromatic dispersion in the fiber longitudinal direction at a wavelength of 1550 nm is 0.01 to 3 ps / nm / km (preferably 0.3 to 3 ps / nm / km).
[0049]
Note that the optical signal processing using the nonlinear optical phenomenon improves the processing efficiency when a desired dispersion value is obtained at the used wavelength. For example, in wavelength conversion using four-wave mixing, it is optimal that chromatic dispersion is zero at the wavelength used. On the other hand, in waveform shaping called light 2R and light 3R, desired chromatic dispersion varies depending on a specific method. 2R is Reamplification and Reshaping, and the light 3R is light 2R and retiming.
[0050]
Nonlinearity phase shift Φ, which is a parameter indicating nonlinearity_NLIs represented by the following equation.
[0051]
Φ_NL= (2 / λ) · (n₂/ Aeff) ・ I ・ Leff (3)
n₂Is the nonlinear refractive index, Aeff is the effective area, I is the light intensity, and Leff is the effective length of the fiber. Higher nonlinearity can be obtained if the fiber length is longer, but using a longer fiber increases the volume of the nonlinear optical fiber in the optical signal processing device that uses the nonlinear phenomenon, and optical signal processing that uses the nonlinear phenomenon. It becomes difficult to reduce the size of the apparatus. Therefore, a nonlinear optical fiber used in an optical signal processing apparatus utilizing a nonlinear phenomenon is required to produce a large nonlinearity without making the fiber length as long as possible. That is, n₂It is desirable that the value of / Aeff (nonlinear constant) be as large as possible. n₂Is a value determined by the material. As the fiber structure, it is necessary to make the value of Aeff as small as possible. Aeff has a positive correlation with the mode field diameter.
[0052]
Therefore, in order to obtain an optical fiber having a large nonlinearity, the fiber structure needs to have a small mode field diameter. Further, it is necessary that the absolute value of chromatic dispersion at the used wavelength is small. In addition, the single mode fiber needs to have a small cutoff wavelength corresponding to the wavelength used.
[0053]
Considering the above, the optical fiber according to an embodiment of the present invention is a W-shaped refraction profile as shown in FIG. 1A, and the optical fiber according to another embodiment is shown in FIG. A single-peaked refractive index profile as shown in FIG.
[0054]
The outer diameter D1 of the first core is preferably 3 to 8 μm. When silica-based glass is used, the first core diameter that enables the absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm to be small is possible at two points: a core diameter of 3 μm or less and a core diameter of 3 to 8 μm. However, in the range of less than 3 μm, even if the core diameter slightly changes, the dispersion value greatly fluctuates, so that it becomes difficult to obtain a fiber with high uniformity of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber, and the cutoff wavelength is 1550 nm. It is not preferable.
[0055]
The ratio between the outer diameter D1 of the first core and the outer diameter D2 of the second core is preferably D1 / D2 = 0.3 to 0.85. Within this range, the absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm is small and the chromatic dispersion slope at 1550 nm is particularly well compatible.
[0056]
Furthermore, the relative refractive index difference Δ1 between the first core and the pure silica is preferably 1.6 to 3%, and the relative refractive index difference Δ2 between the second core and the pure silica is −0.1 to −1%. It is preferable that
[0057]
When the relative refractive index difference Δ1 between the first core and pure silica is less than 1.6, the mode field diameter is large and the nonlinear system is small. If it exceeds 3%, the cutoff wavelength exceeds 1550 nm, so that consideration for the cutoff wavelength for making the fiber into a single mode becomes large, and the productivity deteriorates. Also, when trying to reduce the absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm, the outer diameter of the first core becomes too small, and chromatic dispersion varies greatly even with slight fluctuations in the core diameter. It is difficult to obtain a fiber with high uniformity.
[0058]
Δ1 is more preferably 1.8 to 2.9%. Within this range, high non-linearity and manufacturability of a fiber having high uniformity of chromatic dispersion in the longitudinal direction are highly compatible.
[0059]
When the relative refractive index difference Δ2 between the second core and pure silica is greater than −0.1%, it is difficult to design a small dispersion slope when attempting to reduce the absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm. When Δ2 is less than −1%, for example, it is necessary to dope a large amount of fluorine, which makes it difficult to manufacture.
[0060]
Δ2 is more preferably −1 to −0.5%. Within this range, low dispersion slope and fiber manufacturability are highly compatible.
[0061]
Also, the nonlinear constant n₂/ Aeff is 15 × 10^-10By being more than / W, high nonlinearity can be obtained.
[0062]
【Example】
Tables 1 and 2 below show the relationship between the design values of various nonlinear dispersion-shifted optical fiber samples (Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4) by simulation calculation of the waveguide characteristics and the characteristic values. .
[0063]
Examples 1, 2, 4 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 are optical fibers having the refractive index distribution structure shown in FIG. 1 having a first core, a second core, and a cladding. , And Comparative Example 4 are optical fibers having a refractive index distribution structure shown in FIG.
[0064]
From Table 1 and Table 2 below, it is understood that in Examples 1 to 8, the absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nm is small, the chromatic dispersion slope is small, and the mode field diameter is also small.
[0065]
Since the chromatic dispersion slope is small, it is possible to perform good optical signal processing utilizing nonlinearity, and it is possible to cope with various near 1550 nm. In addition, since the mode field diameter is small, the non-linearity is increased, which is excellent.
[0066]
Further, although the chromatic dispersion at 1550 nm depends on the core diameter, even with the core diameter of the optical fiber according to Comparative Example 4, although the absolute value of the chromatic dispersion is small, the non-linearity is small because the mode field diameter is large. Further, from the comparison between Comparative Example 1 and Comparative Example 3, due to the fluctuation of the first core diameter of about 0.1 μm, the dispersion fluctuates by about 20 ps / nm / km, and the fluctuation width of the chromatic dispersion in the fiber longitudinal direction is large. It becomes difficult to obtain a fiber of 3 ps / nm / km or less.
[0067]
On the other hand, from the comparison between Example 1 and Example 5, even if the first core diameter changes by about 0.1 μm, the dispersion fluctuation is only about 2 ps / nm / km, and the first core diameter is 3 μm. Within the above range, it can be seen that it is easy to obtain a fiber with high uniformity of chromatic dispersion in the fiber longitudinal direction even if the core diameter varies slightly in the fiber longitudinal direction.
[0068]
Further, from comparison between Example 1 and Example 3, it can be seen that Example 1 employing the W-type profile is superior to the single-peaked Example 3 in that the dispersion slope is smaller and the cutoff wavelength is smaller. .
[0069]
Regarding the fibers having the structures of the first and second embodiments, the ratio D1 / D2 = Da of the first core diameter D1 and the second core diameter D2, the first core diameter, and the dispersion slope when the second core diameter is changed. The change is shown in FIG. In FIG. 3, the first core diameter D1 and the second core diameter D2 are adjusted so that the chromatic dispersion at 1550 nm is zero.
[0070]
The first core diameter that makes it possible to reduce the absolute value of chromatic dispersion at 1550 nm is possible at two points: a core diameter of 3 μm or less and a core diameter of 3 to 8 μm. The dispersion slope is shown when the chromatic dispersion at 1550 nm is zero in the range of 3 to 8 μm.
[0071]
In FIG. 3, a curve a is for the fiber having the structure of the second embodiment, and a curve b is for the fiber having the structure of the first embodiment. As can be seen from FIG. 3, when Da exceeds 0.8, the dispersion slope when chromatic dispersion is set small is increased, and therefore, Da is preferably 0.8 or less. In addition, when Da is less than 0.3, the dispersion slope when chromatic dispersion is set to be small becomes large, and it is understood that Da is preferably 0.3 or more.
[0072]
With the refractive index profile shown in FIG. 1A, the value of D1 is set to 3 to 8 μm, and D1 / D2 = Da is set to 0.3 to 0.8, so that the chromatic dispersion at 1550 nm, for example, is zero. And the dispersion slope at this wavelength is 0.035 ps / nm²/ Km or less.
[0073]
Actually, fibers having refractive index profiles according to Examples 1 and 2 shown in Tables 1 and 2 below were manufactured. The dispersion slope of the obtained fiber is 0.016 ps / nm for the fiber of Example 1.²/ Km, 0.022 ps / nm for the fiber of Example 2²/ Km. Other characteristics of the obtained fiber were almost the same as those obtained by simulation.
[0074]
The dispersion slope of the actually manufactured fiber is 0.006 ps / nm from the value obtained by simulation.²1 km, the refractive index profile shown in FIG. 1 (a) is set, and D1 and D1 / D2 = Da are set in the above-mentioned range, so that, for example, the chromatic dispersion at 1550 nm is zero, and at this wavelength The dispersion slope is 0.029 ps / nm²/ Km or less.
[0075]
Note that the values obtained by simulation and the actual prototype results differ slightly from the fact that in manufacturing by actual fiber drawing, the refractive index profile changes slightly from the design due to diffusion of the doped component, and germania and fluorine The doped first core and the second core have different softening temperatures and viscosities at the time of softening, and the viscosity at the time of softening is different from that of pure silica or a clad close to it. Conceivable.
[0076]
As a result of measuring the distribution of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the obtained fiber, the fluctuation width of chromatic dispersion was about 0.7 ps / nm / km for the fiber of Example 1, and 2. It was about 0 ps / nm / km. Moreover, as a result of measuring n2 / Aeff value which is a characteristic which shows nonlinearity about the obtained fiber by XPM method, it is 33 * 10 with the fiber of Example 1.^-10/ W, 40 × 10 with the fiber of Example 2^-10It was confirmed to have high nonlinearity of about / W.
[0077]
Further, a wavelength conversion experiment was conducted for the optical fiber of Example 7 having the refractive index profile shown in FIG. 1A and the optical fiber of Example 8 having the unimodal refractive index profile shown in FIG. The result shown in FIG. 4 was obtained.
[0078]
That is, as shown in FIG. 4, the usefulness of the tolerance of the pump light wavelength is that the optical fiber of Example 7 having a small dispersion slope is twice as wide as the optical fiber of Example 8 and the dispersion slope is small. And it was confirmed that the refractive index profile structure shown in FIG. In FIG. 4, the curve c shows the experimental results for the optical fiber of Example 7, and the curve d shows the experimental results for the optical fiber of Example 8.
[0079]
Wavelength conversion experiments were performed by inputting pump light and signal light into the prototype fiber and measuring the power of the converted light. If both wavelengths are changed while keeping the wavelength difference between the pump light and the signal light constant, the power of the converted light becomes the maximum when the wavelength of the pump light is within the range of ± 3 nm of the zero dispersion wavelength of the fiber. It was.
[0080]
Thus, it can be seen that the most efficient wavelength conversion is possible when the wavelength of the pump light is matched with the zero dispersion wavelength of the optical fiber of the present invention or within the range of ± 3 nm of the zero dispersion wavelength. .
[0081]
Further, the power of the converted light tends to decrease as the wavelength of the pump light is separated from the zero dispersion wavelength of the fiber while the wavelength difference between the pump light and the signal light is constant. However, when the optical fiber according to the present embodiment is used, the decrease in the converted light is small even if the wavelength of the pump light is separated from the zero dispersion wavelength of the fiber. That is, the optical fiber according to the present embodiment has an advantage that the setting range (pump wavelength tolerance) of the pump wavelength in which converted light with a certain level or more of power can be obtained is widened. In particular, 0.001 to 0.029 ps / nm²It is preferable to use an optical fiber having a dispersion slope of / km because the setting range of the pump wavelength is widened.
[0082]
Further, Table 1 and Table 2 below show the temperature dependence of chromatic dispersion obtained by measuring the dispersion at 1550 nm in the range of 0 ° C. to 40 ° C. for the prototype optical fiber. With the structure having the refractive index profile shown in FIG. 1A, it can be seen that an optical fiber having a small change in chromatic dispersion can be obtained even if the temperature changes.
[0083]
[Table 1]

[0084]
[Table 2]

[0085]
【The invention's effect】
As described above in detail, the nonlinear dispersion-shifted optical fiber of the present invention has a chromatic dispersion slope at a wavelength of 1550 nm of 0.001 to 0.1 ps / nm.²/ Km and the fluctuation range of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber at the wavelength of 1550 nm are simultaneously satisfied from 0.01 to 3 ps / nm / km, so that various wavelengths near 1550 nm can be obtained. It is possible to perform excellent optical signal processing using a nonlinear phenomenon, is excellent in manufacturability of an optical fiber, and is extremely useful industrially. For example, by cutting a single optical fiber, it is possible to perform excellent optical signal processing using nonlinear phenomena for various wavelengths near 1550 nm.
[0086]
In addition, since the fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the fiber at a wavelength of 1550 nm is 0.3 to 3 ps / nm / km, it is possible to perform good optical signal processing utilizing a nonlinear phenomenon, and to produce an optical fiber. Even better.
[0087]
Furthermore, the 1st core which has a refractive index higher than a pure silica, the 2nd core which has a refractive index lower than the pure silica provided in the outer periphery of this 1st core, and the pure silica provided in the outer periphery of this 2nd core Or a cladding having a refractive index close to that of pure silica, the outer diameter D1 of the first core is 3 to 8 μm, and the ratio between the outer diameter D1 of the first core and the outer diameter D2 of the second core Is D1 / D2 = 0.3 to 0.8, a low dispersion slope can be obtained, and good optical signal processing utilizing a non-linear phenomenon is possible. Excellent in properties.
[0088]
Furthermore, when the α value of the first core is 3.0 or more, high nonlinearity and a small dispersion slope can be obtained, and good optical signal processing utilizing the nonlinear phenomenon can be performed.
[0089]
In addition, since a stress applying structure for applying stress is provided, polarization is maintained, and optical signal processing using a nonlinear phenomenon is excellent.
[0090]
Furthermore, since a layer made of carbon or silicon carbide is provided on the outer periphery of the clad, water resistance and the like are excellent.
[0091]
Further, by making the temperature dependence of chromatic dispersion below a certain level, it is possible to perform optical signal processing utilizing a stable nonlinear phenomenon.
[0092]
Furthermore again. The optical signal processing apparatus including the nonlinear dispersion-shifted optical fiber of the present invention is excellent in optical signal processing using a nonlinear phenomenon.
[0093]
Also. The wavelength converter provided with the nonlinear dispersion-shifted optical fiber of the present invention is excellent in wavelength conversion using a nonlinear phenomenon.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an explanatory view showing an example of a refractive index distribution structure of an optical fiber according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the optical fiber shown in FIG. FIG.
FIG. 2 is an explanatory view showing a refractive index distribution structure example of an optical fiber according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in dispersion slope when Da is changed.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between pump light wavelength and converted light power.
[Explanation of symbols]
1 ... 1st core
2 ... 2nd core
3 ... Clad

Claims

A first core having a refractive index higher than that of pure silica; a second core having a refractive index lower than that of pure silica; and a second core having a refractive index lower than that of pure silica; A cladding having the same refractive index, the outer diameter D1 of the first core is 3 to 8 μm, and the ratio D1 / D2 between the outer diameter D1 of the first core and the outer diameter D2 of the second core is The relative refractive index difference Δ1 of the first core with respect to pure silica is set to 1.6 to 3%, and the relative refractive index difference Δ2 of the second core with respect to pure silica is set to −1. -0.1%, the chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nm is set to a setting value required for optical signal processing using a nonlinear phenomenon, and the fluctuation width of the chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber at a wavelength of 1550 nm is 0.01 to 3 ps. / Nm / km at a wavelength of 1550 nm The nonlinear coefficient _n 2 / Aeff and 15 × ^{10 -10} / W or more, and 0.001~0.029ps / ^nm 2 / km for the chromatic dispersion slope at the wavelength of 1550 nm, and less 1350nm cutoff wavelength, mode field diameter A nonlinear dispersion-shifted optical fiber characterized by being 4.5 μm or less.

The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1, wherein a fluctuation width of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber at a wavelength of 1550 nm is 0.3 to 3 ps / nm / km.

2. The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1, wherein a fluctuation range of chromatic dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber within a length of 5 km is set to 0.01 to 0.2 ps / nm / km.

4. The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1, wherein a change in chromatic dispersion at 1550 nm when the temperature changes by 10 ° C. is 0.006 ps / nm / km / 10 ° C. or less. 5.

The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein an absolute value of chromatic dispersion at a wavelength of 1550 nm is set to 6 ps / nm / km or less.

6. The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1, wherein a relative refractive index difference [Delta] 2 of the second core with respect to pure silica is set to -1 to -0.5%.

The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1, wherein the refractive index profile of the first core is an α-power profile, and α is 3.0 or more.

The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to any one of claims 1 to 7 , further comprising a stress applying structure for applying stress to the optical fiber.

9. The nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1 , wherein a layer made of carbon or silicon carbide is provided on the outer periphery of the clad of the optical fiber.

An optical signal processing apparatus comprising the nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1 .

A wavelength converter comprising the nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1 .

A wavelength converter comprising the nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to claim 1 and a pump light source, wherein the wavelength of the pump light is matched with the zero dispersion wavelength λ ₀ of the highly nonlinear fiber. A wavelength converter characterized by.

A wavelength converter comprising the nonlinear dispersion-shifted optical fiber according to any one of claims 1 to 9 and a pump light source, wherein the wavelength of the pump light is (λ ₀ -3) nm to (λ ₀ +3) nm. A wavelength converter characterized by that.