WO1999032909A1

WO1999032909A1 - Ligne de transmission optique

Info

Publication number: WO1999032909A1
Application number: PCT/JP1998/005465
Authority: WO
Inventors: Takatoshi Kato; Eisuke Sasaoka; Masayuki Nishimura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 1999-07-01
Also published as: US6498874B1; CA2316379A1; AU758782B2; EP1052528A1; AU1351599A; EP1052528A4; JP4238479B2

Description

曰月糸田 β

光伝送路技術分野

この発明は、光ファイバを利用して信号光を伝送するための光伝送路に関するものである。背景技術

光ファイバ網を用いた波長分割多重（WD M： Wavelength Division Multiple xing) 伝送は、複数の波長成分を含む WD M信号を用いて大容量かつ高速の情報伝送を可能にする。この WD M伝送に適用される伝送媒体としては、非線形現象の発生を抑制するよう大きな実効断面積を有する光ファイバが好ましい。また、このような伝送媒体としての光ファイバは、 WD M信号の累積した波長分散（以下、分散という）を低減するため、該 WD M信号の波長帯である 1 . 5 m帯における分散の絶対値及び分散スロープが小さくなるよう設計される（例えば、特開平 8— 2 3 4 0 3 6号公報、特開平 8— 3 0 4 6 5 5号公報を参照）。さらに、曲げに弱い光ファイバは、ケーブル化による伝送損失の増加を引き起こし易いことから、その曲げ損失は小さいことが好ましい。

なお、非線形現象とは、四光波混合（F WM： four-wave mixing) 、自己位相変調（S P M： self -phase modulation) 、相互位相変調 ( X P M： cross-phas e modulation) などの光学現象により、光強度の密度等に比例して信号光パルスが歪む現象であり、伝送速度や中継伝送システムにおける中継間隔の制約要因となる。また、分散とは、波長によって光の伝搬速度が異なるためパルス波が広がる現象をいい、分散スロープは、所定波長帯域における分散特性を示すグラフの傾きで定義される。発明の開示

発明者らは、従来の光伝送路に適用される光ファイバについて検討した結果、以下のような課題を発見した。

すなわち、実効断面積が大きくかつ分散の絶対値が小さくなるよう設計された光ファイバでは、一般に曲げ損失が大きくなる。そのため、曲げ損失を小さくするためには、カットオフ波長を長くしなければならない。カットオフ波長の距離依存性（例えば、 T.Kato, et al .， OECC' 96, 17C3-4) を利用すれば、カットォフ波長を信号光波長より長くすることもできるが、この場合、光ファイバ同士の接続点等において基底モードから高次モードへのモード ·カツプリングが生じ、モード分散による伝送特性の劣化が引き起こされる。このことからも、カットォフ波長を長くすることには必然的に限界がある。

すなわち、大きい実効断面積、絶対値の小さな分散、及び小さな曲げ損失の何れをも満足するような光ファイバの設計は難しかった。換言すれば、非線形現象の発生が少なく、 WD M信号に含まれる複数の波長成分全てについて、分散が起こりにくく、かつ曲げにも強い（全体の伝送特性に影響されにくい）光伝送路は、現状では実現されていない。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、波長 5 /m帯の光伝送に関し、分散が小さく、優れた伝送特性を有し、 WD M伝送に好適な構造を備えた光伝送路を提供することを目的としている。

この発明に係る光伝送路は、送信器一受信器間、送信器一中継器間、中継器一中継器間、中継器一受信器間の少なくともいずれかに設けられ、 1又は 2以上の波長成分を含む信号光を伝送するよう機能する。そして、この発明に係る光伝送路は、少なくとも 1つの伝送ュニッ卜から構成されている。

この伝送ユニットは、信号光が入射される入射端と、該信号光が出射される出射端を有するとともに、 2 m長において該信号光の波長よりも長いカツトオフ波長と、波長 1 5 5 0 n mの光に対して絶対値が 5 p s /n m/ k m以下の分散を有する分散シフト光ファイバと、信号光の基底モードを除く高次モ一ドについて、該分散シフト光ファイバ上の第 1部位から第 2部位まで伝搬したときの該高次モ ―ドの伝送損失分よりも多く、該高次モードの光パワーを低減するモード除去装置とを備えている。

なお、上記分散シフト光ファイバ上の第 1部位は、上記モード除去装置の光入射部に相当しており、上記分散シフト光ファイバの第 2部位は、上記モード除去装置の光出射部に相当している。また、当該モード除去装置は、高次モードをより効果的に低減するため、カットオフ波長の距離依存性を利用することなく、光伝送におけるシングルモード条件を満たすよう機能する。

上記分散シフト光ファイバは、複数の分散シフト光ファイバを互いに光学的に接続して構成してもよい。この場合、この発明に係る光伝送路は、複数の伝送ュニットを備えることとなり、各伝送ユニットは、伝送媒体である分散シフト光フアイバと、対応するモード除去装置とで構成される。なお、各伝送ユニットごとに用意されるモード除去装置は、高次モードを除去する複数のモード除去デバィスを含んでもよく、これら複数のモード除去デバイスが、全体として、対応する分散シフト光ファイバ中を伝搬する高次モードを除去するよう機能する。

さらに、この発明に係る光伝送路において、上記モード除去装置は、上記分散シフト光ファイバの長手方向について、該分散シフト光ファイバの中心よりも入射端側、より好ましくは、該分散シフト光ファイバの入射端近傍に設けられる。ここで、当該分散シフト光ファイバの入射端には、例えば分散シフト光ファイバ、伝送用光ファイバ、送受信器等の他の光部品の出力端が光学的に接続される。したがって、入射端近傍とは、信号光の進行方向から見て、他の光部品の出射端と当該分散シフト光ファイバの入射端との接続点直後を意味する。特に、当該光伝送路に適用される分散シフト光ファイバは、曲げ損失を低減させるベく、信号光波長よりも長いカットオフ波長を有する。そのため、シングルモード条件を保証する上でモード除去装置を分散シフト光ファイバの入射端近傍に設置することがより好ましい。また、複数の分散シフト光ファイバが光学的に接続された場合、各接続点において基底モードと高次モードとの間の光パワーの交換が行われるため、モード分散が生じ易くなる。この場合、接続点直後で高次モードを除去すれば、効果的に高次モ一ドから基底モ一ドへの力ップリングを抑制できるとともに (モード分散の発生を抑制）、高次モードの伝搬も抑制できる。なお、基底モードから高次モードへのカップリングは、見掛け上、伝送損失が増加することを意味する。

ところで、この発明に係る光伝送路に適用される分散シフト光ファイバは、曲げ損失を低減させるベく、信号光波長よりも長いカツトオフ波長を有することから、カツトオフ波長の距離依存性を考慮しても当該分散シフト光ファイバの入射端近傍ではシングルモード条件は満たされていない。シングルモード条件を満たすためには高次モードの低減は不可欠である。なお、光伝送におけるシングルモ

—ド条件を与えるカットオフ波長は、 I TU- T G. 650におけるカットオフ波長の測定方法（2mのファイバ長で測定される）で定義された R (λ) が 0. 1となるときの波長で与えられる。そこで、信号光波長帯である 1. 55 zm帯の光（特に、その中心波長である波長 1550 nmの光）を伝送する場合に、当該モ一ド除去装置の光出射部において、シングルモ一ド条件を満たすためには (R(1550nm)=O. 1) 、当該モード除去装置は、少なくともその光出射部において、高次モードの光パワーを基底モードの光パワーの 40分の 1以下まで低減させる必要がある。ただし、この発明に係る光伝送路に適用される分散シフト光ファイバは上記 R (λ) を定義するためのファイバ長 2mよりもはるかに長いため、カットオフ波長の距離依存性を考慮すれば、伝送品質に実質的に影響を与えない範囲として 10分の 1 (R(1550nm)≤0.4) 程度まで許容される。

上述のように、基底モードの光パワーに対して高次モ一ドの光パワーを 10分の 1以下、さらには 40分の 1以下に低減させるため、モード除去装置は、分散シフト光ファイバの所定部分を直径 10mm以上 60 mm以下で巻く構造を備えるのが好ましい。また、モード除去装置は、分散シフト光ファイバの所定部分を曲率半径 5mm以上で蛇行させる構造を備えてもよい。この構造により、高次モ一ドは著しく低減され、分散シフト光ファイバ中を伝搬する高次モードの影響は、効果的に除去される。

なお、この発明に係る光伝送路に適用可能な分散シフト光ファイバとしては、上述のように非線形現象を効果的に抑制し、波長多重伝送ゃソリトン通信の実現すべく、波長 1550 nmの光に対して、 50〃m²以上の実効断面積と、 0. 5 dB/夕一ン以下の直径 32 mmでの曲げ損失とを有するとともに、 2m長において 2. 0 m以上のカットオフ波長を有するのが好ましい。さらに好ましくは、この発明に係る分散シフト光ファイバは、波長 155 Onmの光に対して、 0. 04 p s/nm²/km以下の分散スロープを有する。

上述の諸特性を得るため、所定軸に沿って伸びたコア領域と、該コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備えた分散シフト光ファイバにおいて、上記コァ領域は、所定の屈折率を有する第 1コアと、該第 1コアの外周に設けられるとともに該第 1コアよりも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るとともに該第 2コアよりも高い屈折率を有する第 3コアとを備えてもよい。一方、上記クラッド領域は、コア領域の第 3コアの外周に設けられるとともに、該第 3コアよりも低い屈折率を有する内側クラッドと、該内側クラッドの外周に設けられるとともに、該内側クラッドよりも高い屈折率を有する外側クラッドとを備えてもよい。当該分散シフト光ファイバは、上述の構造を備えたコア領域と、上述の構造を備えたクラッド領域とを備えてもよい。

なお、実効断面積（A_eff) は、特開平 8— 248251号公報（EP 072417 1 A2) に示されたように、以下の式（1) で与えられる。

A, 27Γ ( J E²r dr) ²/ ( J E⁴r dr) (1) ただし、 Eは伝搬光に伴う電界、 rはコア中心からの径方向の距離である。図面の簡単な説明

図 1 Aは、この発明に係る光伝送路の第 1実施例において、伝送ユニットに含まれる伝送媒体の敷設状態を説明するための図であり、図 1 Bは、この発明に係る光伝送路の第 1実施例の構成（単一の伝送ユニットを有する）を示す図である図 2 Aは、この発明に係る光伝送路の第 2実施例において、伝送ユニットに含まれる伝送媒体の敷設状態を説明するための図であり、図 2 Bは、この発明に係る光伝送路の第 2実施例の構成（複数の伝送ユニットを有する）を示す図である図 3 A〜図 3 Cは、この発明に係る光伝送路が適用される環境を説明するための図である。

図 4 Aは、従来の光伝送路の作用を説明するためのグラフであり、図 4 Bは、図 2 Bに示された第 2実施例に係る光伝送路の作用を説明するためのグラフである。

図 5は、この発明に係る光伝送路におけるモード除去装置の第 1実施例を示す図である。

図 6は、この発明に係る光伝送路におけるモード除去装置の第 2実施例を示す図である。

図 7 Aは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第 1実施例の断面構造を示す図であり、図 7 Bは、図 7 Aに示された分散シフト光フアイバの屈折率プロファイルを示す図である。

図 8 Aは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第 2実施例の断面構造を示す図であり、図 8 Bは、図 8 Aに示された分散シフト光フアイバの屈折率プロファイルを示す図である。

図 9 Aは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第 3実施例の断面構造を示す図であり、図 9 Bは、図 9 Aに示された分散シフト光フアイバの屈折率プロファイルを示す図である。

図 1 0は、図 7 A及び図 7 Bに示された分散シフト光ファイバの実効カツトォフ波長とその長さとの関係を示すグラフである。

図 1 1は、図 7 A及び図 7 Bに示された分散シフト光ファイバの実効カツトォフ波長とターン数との関係を複数種類の曲げ直径について示したグラフである。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明に係る光伝送路の各実施例を、図 1 A〜4 B、 5、 6、 7 A〜 9 B、 1 0、及び 1 1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。

この発明に係る光伝送路の伝送媒体には、実効断面積が大きく、分散の絶対値が小さいだけでなく、 2 mのファイバ長でのカツトオフ波長が信号光波長より長くなるよう設計された分散シフト光ファイバが適用される。また、適用される分散シフト光ファイバでは、カツトオフ波長を長くしたことにより曲げ損失が小さくなるが、逆に高次モード（基底モードを除くモード）がより多く発生してしまう。そこで、この発明に係る光伝送路は、発生した高次モードを効果的に除去すベく、所定部位にモード除去装置が設けられている。なお、当該光伝送路における伝送媒体（分散シフト光ファイバ）の接続形態、モード除去装置の構成、該伝送媒体の組成等（屈折率プロファイル）は、種々の変形が可能であり、以下に各実施例を説明する。

(第 1実施例）

この第 1実施例は、送信器と受信器との間に、単一の伝送ユニットが設けられた構成である。図 1 Aは、この第 1実施例において、伝送ユニットに含まれる分散シフト光ファイバの敷設状態を説明するための図であり、図 1 Bは、第 1実施例の構成（単一の伝送ュニットを有する）を示す図である。

図 1 Aに示されたように、光伝送路 1 0 0は、基本的に、伝送媒体である分散シフト光ファイバ 150が送信器 1と受信器 20との間に設けられて構成されており、その入射端は送信器 10の出射端 10 aと接続点 Paにおいて光学的に接続されるとともに、その出射端は受信器 20の入射端 20 aと接続点 Pbにおいて光学的に接続されている。また、光伝送路 100は、図 1 Bに示されたように、 1本の分散シフト光ファイノ 150と、該分散シフト光ファイノ、 150上（接続点 P a〜P bの間の光路中）に配置されたモ一ド除去装置 40を備えた単一の伝送ユニットで構成されている。なお、この第 1実施例では、モード除去装置 40 として、分散シフト光ファイバ 150の所定部位に複数のモード除去デバイス 4 0 a〜40 dが配置されている。これら複数のモード除去デバイス 40 a〜40 dにより、分散シフト光ファイバ 150を伝搬する高次モードが除去される。分散シフト光ファイバ 150は、波長 1550 nmの光に対して絶対値が 5 p s /nm/km以下の分散を有するとともに、 2 mのフアイバ長において信号光の波長より長いカツトオフ波長を有する。

一方、モ一ド除去装置 40に含まれるモ一ド除去デバイス 40 a〜40 dは、分散シフト光ファイノ 150中を伝搬する信号光の高次モードの光パワーを、基底モードの光パワーに対して 10分の 1以下、好ましくは 40分の 1まで低減する。すなわち、 I TU-T G. 650の測定方法によると、 2m長での力ヅトォフ波長は、以下の式（2) のように定義される R (え）が 0. 1となるときの波長によって与えられる。

R(A) = 10-log(Pl(A)/P 2(A)) … (2)

ここで、 Ρ1(λ) は、直径 280mmで光ファイバを曲げたときに通過する光の光パワー（基底モードと高次モードの光パワーの和）であり、 P2( i) は、直径 60mmで光ファイバを曲げたときに通過する光（実質的には基底モードが大部分）の光パワーである。したがって、モード除去装置 40の光出射部（モード除去デバイスの各光出射部）において、基底モードの規格化された光パワーを 1、高次モードの規格化された光パワーを Xとしたときに、波長 155 Onm ( 1. 5 m波長帯の中心波長）の光に対して R(1550nm)= 0. 1 (シングルモード条件）が満たされるためには、 10'log(l+x)/l=0. 1から x = 0. 0233 1/40) である必要がある。ただし、実際に敷設される分散シフト光ファイバは 2mよりもはるかに長いことから、カツトオフ波長の距離依存性を考慮すれば、 R(1550nm)=O. 4 (x = 1 / 10 ) 程度であっても、十分良好な伝送品質が保証される。

以上のことから、この発明に係る光伝送路に適用されるモ一ド除去装置 40における高次モードの低減能力としては、基底モードの光パワーに対して高次モードの光パワーを 10分の 1以下、好ましくは 40分の 1以下まで除去する能力が要求される。

この第 1実施例において、送信器 10の出射端 10 aから出射された信号光は、分散シフト光ファイバ 1 50の入力端に入射され、モ一ド除去デバイス 40 aに向かって該分散シフト光ファイバ 1 50中を伝搬する。分散シフト光ファイバ 1 50への入射直後（接続点 Pa近傍）の信号光はモード除去デバイス 40 aによつて高次モ一ドが除去されても、モード除去デバイス 40 bに到達するまでの間に、基底モードの一部は高次モードへ結合（coupling) してしまう。しかし、その高次モ一ドはモ一ド除去デバイス 40 bにより除去され、該モ一ド除去デバィス 4 Obの光出射部付近では、高次モードの光パワーは基底モードの光パワーの少なくとも 10分の 1以下になる。

その後、モード除去デバイス 40 bから出射された信号光は、次段のモード除去デバイス 40 cに向かって分散シフト光ファイバ 150中を伝搬する。そして、モード除去デバイス 40 bとモード除去デバイス 40 cとの間でも、伝搬する基底モードの一部が高次モードへ結合する。しかし、このモード除去デバイス 40 cにおいても発生した高次モードが除去されるので、このモ一ド除去デバイス 4 0 cの光出射部において、高次モードの光フパワーは基底モードの光パワーの少なくとも 10分の 1まで低減され得る。以降、モード除去デバイス 40 dにおいても同様に高次モードが効果的に除去される。

なお、モード除去デバイス 4 0 dから出射された信号光は、接続点 P bを介して受信器 2 0で受信されるが、このとき、モード除去デバイス 4 0 dから受信器 2 0に到達するまで分散シフト光ファイバ 1 5 0中を伝送している間に、基底モ ―ドの一部がさらに高次モ一ドへ結合してしまう可能性も否定できない。しかし、モード除去器 4 0 dと受信器 2 0との間の伝送距離が充分に短ければ、高次モードの光パワーが大きくなることなく、信号光の殆どは基底モードとして受信器 2 ◦に到達する。

また、この第 1実施例では、分散シフト光ファイノ 1 5 0の波長 1 5 5 O nm の光に対して絶対値が 5 p s /nm/k m以下の分散を有することから、分散が小さい。また、分散シフト光ファイバ 1 5 0は、 2 m長におけるカットオフ波長が信号光の波長より大きいことから、曲げ損失が小さい。さらに、 2 mのフアイバ長では当該分散シフト光ファイバ 1 5 0はカツトオフ波長が大きくシングルモ ―ド条件を満たしていないため、信号光の基底モードから高次モードへのカップリングが生じ得る。しかし、上述したように高次モードは分散シフト光ファイバ 1 5 0上の所定位置に設置されたモ一ド除去デバイス 4 0 a〜4 0 dにより除去されるので、受信器 2 0に到達する信号光の殆どは基底モードとなる。すなわち、この光伝送路 1 0 0によれば、モード分散に起因した伝送特性の劣化が抑制される。

(第 2実施例）

この第 2実施例は、送信器と受信器との間に、複数の伝送ユニットが設けられた構成である。図 2 Aは、この発明に係る光伝送路の第 2実施例において、伝送ュニッ卜に含まれる伝送媒体の敷設状態を説明するための図であり、図 2 Bは、この発明に係る光伝送路の第 2実施例の構成（複数の伝送ユニットを有する）を示す図である。

図 2 Aに示されたように、光伝送路 1 0 0は、伝送媒体である分散シフト光フアイノ' 1 50が送信器 1と受信器 20との間に設けられて構成されており、この伝送媒体 150は複数の分散シフト光ファイバ 150 a、 1 50b, 150 cがそれぞれ接続点 P l、 P 2において光学的に接続されている。また、 3本の分散シフト光フアイノ' 150 a〜l 50 cで構成された伝送媒体 150は、送信器 1 0の出射端 10 aと接続点 Paにおいて光学的に接続されるとともに、その出射端は受信器 20の入射端 20 aと接続点 Pbにおいて光学的に接続されている。また、光伝送路 100は、図 2Bに示されたように、分散シフト光ファイバ 15 0 aと対応するモード除去装置 40 eからなる第 1伝送ュニッ卜と、分散シフト光ファイノ 150 bと対応するモ一ド除去装置 40 f空なる第 2伝送ュニヅトと、分散シフト光ファイバ 150 cと対応するモード除去装置 40 gからなる第 3伝送ユニットから構成されている。なお、この第 2実施例では、モード除去装置 4 0 e〜40 gは、それぞれ複数のモ一ド除去デバイスを含んでもよい。

各分散シフト光ファイノ 150 a、 150 b_s 150 cは、それぞれ波長 15 50 nmにおいて絶対値が 5 p s/nm/km以下の分散を有するとともに、 2 mのファイバ長で信号光波長より長いカツ卜オフ波長を有する。モ一ド除去装置 40 e、 40 f、 40 gは、それぞれ対応する分散シフト光ファイバ 150 a、 150 b, 150 c中を伝搬する信号光の高次モ一ドの光パワーが基底モードの光パワーの少なくとも 10分の 1以下まで、該高次モードを低減する。なお、上述されたように、高次モードは、基底モードの光パワーの 40分の 1以下まで低減されるのがより好ましい。

この第 2実施例において、送信器 10から出力された信号光は、分散シフト光ファイバ 1 50 aの入力端（接続点 P a) から入射され、該分散シフト光フアイバ 150 a中を接続点 P 1 (分散シフト光ファイバ 150 aの出射端）に向かつて伝搬する。このとき、分散シフト光ファイバ 150 aへの入射直後（接続点 P a近傍）の信号光はモード除去装置 40 eにより高次モードが除去されても、接続点 P 1に到達するまでの間に、基底モ一ドの一部は高次モードへ結合してしまう。また、接続点 P 1においても基底モードと高次モードのカップリングが発生する。しかし、その高次モードは、分散シフト光ファイバ 1 5 0 bの入力端近傍に設けられたモード除去器 4 0 f により除去されるため、モード除去装置 4 0 f の光出射部付近では、該信号光の高次モードの光パワーは基底モードの光パワーの少なくとも 1 0分の 1以下になる。

その後、モード除去装置 4 0 fから出射された信号光は、分散シフト光フアイバ 1 5 O b中を接続点 P 2に向かって伝搬する。このとき、分散シフト光フアイバ 1 5 O bへの入射直後（接続点 P 1近傍）の信号光はモード除去装置 4 0 により高次モードが除去されても、接続点 P 2に到達するまでの間に、基底モードの一部は高次モードに結合する。また、接続点 P 2においても基底モードから高次モードへのカップリングが発生する。しかし、その高次モードは、分散シフト光ファイバ 1 5 0 cの入射端近傍（接続点 P 2近傍）に設けられたモード除去装置 4 0 gにより除去されるため、モード除去装置 4 0 gの光出射部付近では、該信号光の高次モードの光パワーは基底モードの光パワーの少なくとも 1 0分の 1 以下になる。

なお、モード除去装置 4 0 gから出射された信号光は、接続点 P bを介して受信器 2 0に到達する。このとき、分散シフト光ファ 1 5 0 c中を伝搬した基底モ一ドの一部も高次モードに結合するため、受信器 2 0の入射端近傍に別途モ —ド除去装置を設けるか、あるいは分散シフト光ファイバ 1 5 0 cのファイバ長を短くするのが好ましい。この場合、モード除去装置 4 0 gから受信器 2 0までの信号光の伝搬距離は充分に短いので、高次モ一ドの光パワーが大きくなることはなく、信号光の殆どは基底モードとして受信器 2 0に到達する。

また、この第 2実施例においても、伝送媒体である分散シフト光ファイバ 1 5 0 a〜 1 5 0 cは、それぞれ波長 1 5 5 0 n mにおける絶対値が 5 p s /n m/ k m以下の分散を有することから、伝送路 1 0 0全体の分散も小さく抑えることができる。また、分散シフト光フ ' 1 5 0 a〜 1 5 0 cは、それぞれ 2 mのファイバ長において信号光波長より長いカツトオフ波長を有することから、曲げ損失が小さい。さらに、分散シフト光ファイバ 1 5 0 a〜 1 5 0 cは、それぞれ 2 mのファイバ長においてシングルモード条件を満たしていないため（ 2 mでのカットオフ波長は信号光波長よりも長い）、信号光の基底モードから高次モードへの力ップリングが生じ得るが、上述したように高次モードはモ一ド除去装置 4 0 e〜4 0 g、 4 0 0により除去されるので、受信器 2 0に到達する信号光の殆どは基底モードとなる。すなわち、複数の伝送ユニットを備えたこの第 2実施例によれば、モード分散に因る伝送特性の劣化が抑制され得る。

なお、上述された第 1及び第 2実施例に係るいずれの光伝送路 1 0 0も、送信器 1 0と受信器 2 0との間に設置されるのみならず、図 3 Aに示されたように、送信器 1 0と中継器 3 0との間に設置されてもよく、図 3 Bに示されたように、中継器 3 0間に設置されてもよく、また、図 3 Cに示されたように、中継器 3 0 と受信器 2 0との間に設置されてもよい。また、これら図 3 A〜図 3 Cでは、送信器 1 0の出射端、受信器の入射端、及び伝送路 1 0 0との接続点は示されていない。

この第 2実施例において、図 4 Aは、従来の光伝送路の作用を説明するためのグラフであり、図 4 Bは、図 2 Bに示された第 2実施例に係る光伝送路の作用を説明するためのグラフである。なお、これらのグラフにおいて、横軸は光伝送路長（k m) を示し、縦軸は入射時を 1として規格化された光パワーを示す。また、各グラフに対応する光伝送路は、送信器 1 0と受信器 2 0との間の伝送距離を 3 0 k m, 長さ 1 0 k mの 3本の光ファイバが互いに縦続接続して構成されており、初段の分散シフト光ファイバに入射される基底モードの光パワーと高次モ一ドの光パヮ一は互いに等しいものとする。

図 4 Aに示されたように、従来の光伝送路では、光ファイバの伝搬中に基底モードから高次モードへのカツプリングが生じるとともに、基底モ一ド及び高次モード双方の伝送損失が生じる。その結果、光ファイバ中において基底モード及び高次モード双方ともその光パワーは伝搬距離の増加に伴って減少していく。また、各光ファイバ間の接続点 P 1、 P 2において、基底モードから高次モードへの力ップリングが生じることから、基底モードの光パワーは小さくなり、逆に高次モ —ドの光パワーが大きくなる。したがって、従来の光伝送路では、最終段の光フアイバの出射端位置における高次モードの光パワーは十分に低減できないことが分かる。

一方、図 4 Bに示されたように、第 2実施例に係る光伝送路では、初段の光フアイバに入射された高次モードは、その光ファイバの入力端近傍に設けられたモード除去装置により直ちに除去され、その光パワーは基底モードの少なくとも 1 0分の 1以下まで低減される。また、各光ファイバ問における接続点 P 1、 P 2 でも、基底モードから高次モードへのカップリングが生じるが、その高次モードは、その接続点直後に設けられたモード除去装置により、基底モードの光パワーの少なくとも 1 0分の 1以下まで低減される。このことから、この第 2実施例に係る光伝送路では、最終段の光ファイバの出射端位置における高次モードの光パヮ一は極めて小さくなることが分かる。

(モード除去装置）

次に、上述された光伝送路の第 1及び第 2実施例に適用可能なモード除去装置 4 0の具体的な実施例を説明する。

図 5は、この発明に係る光伝送路におけるモード除去装置 4 0の第 1実施例を示す図である。このモード除去装置 4 0の第 1実施例は、分散シフト光ファイバ 1 5 0の第 1部位 4 1 aと第 2部位 4 2 aとの間を、直径 1 0 mm以上 6 0 mm 以下のボビン等に卷き付けることにより得られる。なお、このモード除去装置 4 0の第 1実施例では、分散シフト光ファイノ、 1 5 0の第 1部位 4 1 aが当該モード除去装置 4 0の光入射部に相当し、第 2部位 4 2 aが当該モード除去装置 4 0 の光出射部に相当している。ここで、分散シフト光ファイバ 1 5 0の巻き直径を 1 0 mm以上としたのは、基底モードに対する曲げ損失を発生させないためであり、該卷き直径を 6 0 mm以下としたのは、高次モードに対する曲げ損失を十分大きくし、かつ巻き回数が過大にならないようにするためである。また、卷き回数は、高次モードの光パワーが基底モードの光パワーの少なくとも 1 0分の 1以下になるよう設定されている。

図 6は、この発明に係る光伝送路におけるモード除去装置 4 0の第 2実施例を示す図である。このモード除去装置 4 0の第 2実施例は、互いに平行に配置された円柱状部材 5 1〜5 5により分散シフト光ファイバ 1 5 0の第 1部位 4 1 bと第 2部位 4 2 bとの間を蛇行させることにより得られる。なお、このモード除去装置 4 0の第 2実施例では、分散シフト光ファイバ 1 5 0の第 1部位 4 1 bが当該モード除去装置 4 0の光入射部に相当し、第 2部位 4 2 bが当該モード除去装置 4 0の光出射部に相当している。また、このときの曲げ部分の曲率半径は 5 m m以上である。曲率半径を 5 mm以上としたのは、基底モードに対する曲げ損失を発生させないためである。ただし、円柱状部材の個数は、信号光の高次モードの光パワーが基底モードの光パワーの少なくとも 1 0分の 1以下になるよう設定されている。

(分散シフト光ファイバ）

次に、上述された光伝送路の第 1及び第 2実施例に適用可能な分散シフト光フアイバ 1 5 0の具体的な実施例について説明する。

この分散シフト光ファイバ 2 0 0 (図 1 A〜図 2 Bに示された分散シフト光フアイバ 1 5 0に相当）は、所定の軸に沿って伸びたコア領域 2 1 0と、該コァ領域 2 1 0の外周に設けられたクラッド領域 2 2 0を備える。また、このコア領域 2 1 0は、屈折率を有する外径 a 1の第 1コア 2 1 1と、該第 1コア 2 1 1 の外周に設けられ、屈折率 n ₂ (< n を有する外径 b 1の第 2コア 2 1 2と、該第 2コア 2 1 2の外周に設けられ、屈折率 η₃ (<ηι, >n₂) を有する外径 c 1の第 3コア 2 1 3を備える。なお、第 3コア 2 1 3の外周に設けられたクラッド領域 220の屈折率は n₄ ( = n₂) である。したがって、各領域における屈折率の大小関係は、 nz r ns r である。

なお、図 7 Bに示された屈折率プロファイル 250は、図 7Aの分散シフト光ファイバ 200における断面の中心 Oiを通過する線 L 1上の各部位の屈折率を示している。

具体的な構成としては、第 1コア 2 1 1の外径 a 1は 6〃m、第 2コア 2 1 2 の外径 b 1は 1 6. 8〃m、第 3コア 2 1 3の外径 c 1は 24〃m、クラヅド領域 220の外径は 1 25〃mである。また、クラッド領域 220の屈折率 n₄を基準として、第 1コア 2 1 1の比屈折率差 Δ Γ^は + 0. 6 %、第 3コア 2 1 3 の比屈折率差 Δη₃は +0. 4%である。なお、各領域 iの比屈折率差 Aniは、以下の式（3) によって与えられる。

Δ n i= ( n_T- n_R) / n_R … )

ここで、 η_κは基準となる領域の屈折率（この実施例ではクラッド領域 220 の屈折率 η₄に相当）、 η_τは領域 iの屈折率（この実施例では第 1〜第 3コア 2 1 1〜2 1 3の各屈折率！^〜!^に相当）を示し、この明細書において、比屈折率差は百分率で表される。また、比屈折率差が負の値を取るときは領域 iの屈折率が基準領域の屈折率よりも低いことを意味する。

以上のように構成された分散シフト光ファイバ 200について、その諸特性を測定したところ、波長 1 550 nmの光に対して、分散値は一 0. 6 p s/nm /km、分散スロープは 0. 02 p s/nm²/km、直径 32 mmで 1周巻いたときの曲げ損失は 0. 00002 dB、実効断面積は 55 m²であった。また、 2mのファイバ長におけるカットオフ波長は 2. 74〃mであった。

次に、図 8 Aは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第 2実施例の断面構造を示す図であり、図 8 Bは、図 8 Aに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。

この分散シフト光ファイバ 300 (図 1 A〜図 2 Bに示された分散シフト光フアイバ 150に相当）は、所定の軸に沿って伸びたコア領域 3 10と、該コア領域 310の外周に設けられたクラッド領域 320を備える。また、このコア領域 310は、屈折率 riiを有する外径 a 2の第 1コア 3 1 1と、該第 1コア 3 1 1 の外周に設けられ、屈折率 η₂ (<ηι) を有する外径 b 2の第 2コア 312と、該第 2コア 3 12の外周に設けられ、屈折率 n₃ (<r 、 >n₂) を有する外径 c 2の第 3コア 313を備える。なお、第 3コア 313の外周に設けられたクラッド領域 320の屈折率は n₄ ( = n₂) である。したがって、各領域における屈折率の大小関係は、！^ニ！^く！^く！^でぁる。

なお、図 8Bに示された屈折率プロファイル 350は、図 8 Aの分散シフト光ファイバ 300における断面の中心 0₂を通過する線 L 2上の各部位の屈折率を示している。

具体的な構成としては、第 1コア 3 1 1の外径 a 2は 5. 32/ m、第 2コア 312の外径 b 2は 18. 6〃m、第 3コア 3 13の外径 c 2は 26. 6 m、クラヅド領域 320の外径は 125 mである。また、クラッド領域 320の屈折率 n₄を基準とした第 1コア 31 1の比屈折率差 Δι^及び第 3コア 313の比屈折率差は Δη₃は、上記式（3) により与えられ、それぞれ +0. 5%、 +0. 2%である。

以上のように構成された分散シフト光ファイバ 300について、その諸特性を測定したところ、波長 155 O nmの光に対して、分散値は— 3. 5 p s/nm ノ km、分散スロープは 0. 033 p s/nm²/km、直径 32 mmで 1周卷いたときの曲げ損失は 0, 48 dB、実効断面積は 67 m²であった。また、 2mのファイバ長におけるカツトオフ波長は 2. 01〃mであった。

次に、図 9 Aは、この発明に係る光伝送路における分散シフト光ファイバの第 3実施例の断面構造を示す図であり、図 9Bは、図 9 Aに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。

この分散シフト光ファイバ 400 (図 1 A〜図 2 Bに示された分散シフト光フアイバ 150に相当）は、所定の軸に沿って伸びたコア領域 410と、該コア領域 410の外周に設けられたクラッド領域 420を備える。また、このコア領域 410は、屈折率 mを有する外径 a 3の第 1コア 41 1と、該第 1コア 41 1 の外周に設けられ、屈折率 n₂ (<n を有する外径 b 3の第 2コア 412と、該第 2コア 4 12の外周に設けられ、屈折率 n₃ (<n_l >n₂) を有する外径 c 3の第 3コア 413を備える。なお、クラヅド領域 420は、第 3コア 413 の外周に設けられ、屈折率 n₄ ( = n₂) を有する外径 d 3の内側クラッド 42 1 と、該内側クラッド 41 1の外周に設けられ、屈折率 n₅ (<n₃、 >n₂) を有する外側クラッド 422を備え、これら内側クラッド 421及び外側クラッド 4 22によりディプレストクラッド構造を実現している。したがって、各領域における屈折率の大小関係は、 r^^r r ns r である。

なお、図 9 Bに示された屈折率プロファイル 450は、図 9 Aの分散シフト光ファイバ 400における断面の中心 0₃を通過する線 L 3上の各部位の屈折率を示している。

具体的な構成としては、第 1コア 41 1の外径 a 3は 6. 2/ m、第 2コア 4 12の外径 b 3は 1 6. 8 m、第 3コア 413の外径 c 3は 24. 0〃m、内側クラヅド 42 1の外径 d 3は 48. 0 /m、内側クラヅド 422の外径は 12 5〃mである。また、外側クラヅド 422の屈折率 n₅を基準とした第 1コア 4 1 1の比屈折率差 Δη^ 第 2コア 412の比屈折率差 Δη₂、第 3コア 413の比屈折率差は Δη ₃、及び内側クラッド 42 1の非屈折率差 Δη₄は、上記式（3) により与えられ、それぞれ +0. 56%、 —0. 10%、 +0. 40%、及び— 0. 10%である。

以上のように構成された分散シフト光ファイバ 400について、その諸特性を測定したところ、波長 155 O nmの光に対して、分散値は—0. 8 p s/nm /km、分散スロープは 0. 00p s/nm²/km、直径 32mmで 1周巻いたときの曲げ損失は 0. 0005 dB、実効断面積は 53 m²であった。また、 2 mのファイバ長におけるカツトオフ波長は 2. 27 mであった。

以上のように、図 7 A〜図 9 Bに示された分散シフト光ファイバ 200〜40 0は、いずれも波長 1 550 nmの光に対して絶対値が 5 p s/nm km以下の分散を有するとともに、 2m長において信号光の 1. 5〃m波長帯よりも長いカットオフ波長を有している。したがって、図 1 A〜図 2 Bに示された光伝送路 100に適用される伝送媒体として好適である。また、何れの分散シフト光ファィバ 200〜400も、波長 1550 nmの光に対して、実効断面積が 50〃m ²以上、直径 32mmで 1周卷いたときの曲げ損失が 0. 5 dB以下、分散スロ —プが 0. 04 p s/nm²/km以下であり、また、カットオフ波長は 2. 0 /m以上であるため、波長分割多重伝送ゃソリトン通信に好適である。

なお、図 10は、図 7 A及び図 7 Bに示された分散シフト光ファイバ 200の実効カツトオフ波長とファイバ長との関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、 2mのファイバ長における実効カットオフ波長は 2. 74〃mであるが、ファイバ長が長いほど実効カットオフ波長は短くなる。しかし、例えばファイバ長が 10 kmであっても、実効カットオフ波長は 2. 43〃m程度であり、波長 1. 55〃m帯の信号光はシングルモードにならない。

さらに、図 1 1は、図 7 A及び図 7 Bに示された分散シフト光ファイバ 200 の実効カツトオフ波長と卷数との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、 G 100は巻き直径が 20mmのときの測定結果、 G 200は巻き直径が 32m mのときの測定結果、及び G 300は卷き直径が 280 mmのときの測定結果をそれぞれ示している。このグラフから分かるように、当該分散シフト光ファイバ 200を巻き直径 20 mmで 2回巻けば、実効カットオフ波長は 1. 55〃m以下となり、波長 1. 55〃m帯の信号光の高次モードは低減してシングルモードが保証される。このとき、基底モードの曲げ損失は、 0. 002 dB程度であり十分小さい。すなわち、モード除去装置が実現され得ることになる。以上、図 1 0及び図 1 1の関係からも分かるように、伝送媒体である分散シフト光ファイバの所定部位に設けられたモード除去装置は、シングルモード条件を満たすよう機能する。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、図 7 B、図 8 B、及び図 9 Bに示された分散シフト光ファイバの屈折率プロファイルは、例示にすぎず、これらに限定されることなく種々の態様のものがあり得る。産業上の利用可能性

以上、詳細に説明したとおり、この発明によれば、波長 1 . 5 5 Π1帯の信号光は、小さいモード分散を有する分散シフト光ファイバ中を伝搬する。その際に基底モードの一部は高次モードに結合するが、発生した高次モードは、基底モ一ドの光パワーの少なくとも 1 0分の 1以下にまでモード除去装置によって低減される。したがって、信号光の殆どは基底モードとして受信器に到達し、波長 1 . 5 / m帯の信号光に対して波長分散が小さく、優れた伝送特性を有するとともに、 W D M伝送に好適な光伝送路が得られる。

また、この発明によれば、分散シフト光ファイバと他の光部品との接続点の直後にモード除去装置が設けることにより、分散シフト光ファイバと他の光部品、例えば、分散シフト光ファイバ、他の伝送用光ファイバ等との接続点において発生した高次モードは、その接続点直後のモ一ド除去手段により直ちに除去される。これにより、高次モードの伝搬を効果的に抑制でき、より短い伝送距離でシングルモード条件が満たされる。

さらに、モード除去装置は、伝送媒体である分散シフト光ファイバを直径 1 0 mm以上 6 0 mm以下で卷くことにより得られ、また、伝送媒体である分散シフト光ファイバを曲率半径 5 mm以上で蛇行させることにより得られる。このような構成で、高次モ一ドの光パワーを基底モ一ドの光パワーの少なくとも 10分の 1以下まで低減できる。

また、分散シフト光ファイバは、 1550 nmの光に対して 50 /m²以上の実効断面積と、 0. 5 dB以下の直径 32 mmでの曲げ損失と、 0. 04ps/ nm²/km以下の分散スロープを有するとともに、 2 mのファイバ長において信号光波長よりも長いカツトオフ波長を有するので、非線形現象の発生が効果的に抑制され、波長分割多重伝送ゃソリトン通信を可能にする。

Claims

言青求の範囲

1 . 1又は 2以上の波長成分を含む信号光を伝送するための少なくとも 1つの伝送ュニットを備えた光伝送路であって、前記伝送ュニットは、前記信号光が入射される入射端と、該信号光が出射される出射端を有するとともに、 2 m長において該信号光の波長よりも長いカットオフ波長と、波長 1 5 5 0 n mの光に対して絶対値が 5 p s /n m/k m以下の分散を有する分散シフト光ファイバと、

前記分散シフト光ファイバにおける第 1部位から第 2部位との間に設けられ、該第 1部位に位置する光入射部と該第 2部位に位置する光出射部とを有するとともに、前記信号光が該光入射端から該光出射端まで伝搬したときの伝送損失分よりも多く、該高次モードの光パワーを低減するモード除去装置とを備えたことを特徴とする光伝送路。

2 . 前記モード除去装置は、前記分散シフト光ファイバの長手方向について、該分散シフト光ファイバの中心よりも前記入射端側に設けられたことを特徴とする請求項 1記載の光伝送路。

3 . 前記モード除去装置は、前記第 2部位に位置する光出射部において、前記基底モードの光パワーの 1 / 1 0以下まで前記高次モードの光パワーを低減することを特徴する請求項 1又は 2記載の光伝送路。

4 . 前記モード除去装置は、前記第 2部位に位置する光出射部において、前記基底モードの光パワーの 1 / 4 0以下まで前記高次モ一ドの光パワーを低減することを特徴する請求項 3記載の光伝送路。

5 . 前記モード除去装置は、前記分散シフト光ファイバの所定部分を直径 1 0 mm以上 6 0 mm以下で巻く構造を備えたことを特徴とする請求項 1〜 4のいずれか一項記載の光伝送路。

6 . 前記モード除去装置は、前記分散シフト光ファイバの所定部分を曲率半径 5 mm以上で蛇行させる構造を備えたことを特徴とする請求項 1〜4のいずれか一項記載の光伝送路。

7 . 前記モード除去装置は、前記高次モードの光パワーを低減する複数のモ一ド除去デバイスを備え、これら複数のモード除去デバイスおのおのは、前記第 1部位に位置する光入射部と、前記第 2部位に位置する光出射部を備えたことを特徴とする請求項 1〜 6のいずれか一項記載の光伝送路。

8 . 前記分散シフト光ファイバは、波長 1 5 5 O n mの光に対して 5 0〃m²以上の実効断面積を有するとともに、 2 m長において 2 . O ^ m以上のカットオフ波長と、 0 . 5 d B /夕一ン以下の直径 3 2 mmでの曲げ損失とを有することを特徴とする請求項 1〜 7のいずれか一項記載の光伝送路。

9 . 前記分散シフト光ファイバは、波長 1 5 5 0 n mの光に対する諸特性として、 0 . 0 4 p s /n m²/k m以下の分散スロープを有することを特徴とする請求項 1〜 8のいずれか一項記載の光伝送路。

1 0 . 前記分散シフト光ファイバは、所定軸に沿って伸びたコア領域と、該コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備え、前記コア領域は、所定の屈折率を有する第 1コアと、該第 1コアの外周に設けられるとともに該第 1コアよりも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るとともに該第 2コアよりも高い屈折率を有する第 3コアとを備えたことを特徴とする請求項 1〜 9のいずれか一項記載の光伝送路。

1 1 . 前記分散シフト光ファイバにおける前記クラッド領域は、前記コア領域の第 3コアの外周に設けられるとともに、該第 3コアよりも低い屈折率を有する内側クラッドと、該内側クラッドの外周に設けられるとともに、該内側クラッドよりも高い屈折率を有する外側クラッドとを備えたことを特徴とする請求項 1 0記載の光伝送路。