非線性分散偏移光纖的製作方法

2023-05-01 08:17:31

專利名稱:非線性分散偏移光纖的製作方法
技術領域：
本發明涉及非線性性優良的光纖和使用該光纖的光信號處理裝置。
背景技術：
近年來，日益要求光信號傳送中的高速化、高容量化和長距離傳送，為此，需要用於實現光信號的處理速度的高速化和長距離傳送的信號處理技術。作為光信號處理技術之一，可例舉將光信號變換為電信號，對變換的電信號進行信號處理並再一次還原為光信號的方法。但是，在該方法中，伴隨特意將光信號變換為電信號，而且還將其還原為光信號的處理，所以不適合高速信號處理。
與此對應，存在將光信號原樣處理的全光信號處理技術。該處理技術不將光信號變換為電信號，而將光信號作為直接光信號進行處理，所以可以進行高速的光信號處理。
另外，在全光信號處理技術中，有利用在傳送光信號的光纖內產生的非線性光學現象的方法，或者利用由非線性高的物質構成的光導波路徑中產生的非線性現象的方法等。在前者的利用了在光纖內產生的非線性光學現象的全光信號處理技術，因為在可高速處理的同時，傳送損失也可以很小，所以近年來特別受到關注。作為在該光纖內產生的非線性現象，可以舉出四光波混合、自身相位調製、相互相位調製、模糊(ブリユリアン)散射等。在這些現象中，已經被報告的有利用了四光波混合的波長變換、利用了自身相位調製的脈衝壓縮、波形整形等的光信號處理技術。
四光波混合是在向光纖導入大於或等於兩個波長的光時，由於非線性現象，按照特定的規則產生新的波長的光的現象。前述的光信號處理技術，在波長變換中利用了產生該新的波長的光的現象。而且，利用了該四光波混合的波長變換，具有將多個信號波長匯總來進行波長變換的優點。另外，通過利用自身相位調製和相互相位調製，對傳送中惡化的波形進行整形，可以長距離傳送的全光信號處理也成為可能。
可是，為了應用利用了在這樣的光纖內稱為四光混合或者自身相位調製的非線性現象的稱為波長變換、波形整形的光信號處理技術，作為光纖，需要能夠產生大的非線性現象的光纖，即具有高非線性性的光纖。
作為表示該光纖的非線性性的指標有非線性常數。非線性常數由下述式(1)表示。
非線性常數＝n2/Aeff (1)而且，在式(1)中，n2表示光纖的非線性折射率，Aeff表示光纖的有效截面積。由上述式(1)可知，為了使光纖的非線性常數變大，需要非線性折射率n2變大，或者使有效截面積Aeff變小。
為了實現該目的，已知有在位於光纖的中心部的第一芯子(core)中摻雜例如大量的鍺，從而加大非線性折射率n2的方法，或者使第一芯子和包層的相對摺射率差變大，從而減小Aeff的方法等。但是，如果加大第一芯子和包層的相對摺射率差，則分散傾斜變大，截止波長向長波長側偏移。
因此，已知通過在第一芯子的外周設置比包層的折射率低的第二芯子的所謂W型折射率分布，可以降低分散傾斜，使截止波長向短波長側偏移。
作為實現了上述技術的光纖，例如有日本專利公開公報2002-207136號提出的光纖。該光纖通過將光纖的折射率分布設為W型折射率分布，即使在使第一芯子中摻雜的鍺的濃度變高，從而加大非線性折射率n2，並且使第一芯子和包層的相對摺射率差變大，從而減小Aeff的情況下，也可以實現截止波長足夠短的光纖。
這裡，為了將光纖的折射率分布設為W型折射率分布，作為使位於第一芯子的外周的第二芯子折射率降低的手段，例如有對第二芯子進行摻雜的方法。
但是，為了獲得作為具有高非線性性的光纖的良好特性，需要使第二芯子的折射率向負側增大，為了實現該目的，需要在第二芯子中摻雜高濃度的氟。
但是，在常壓環境下摻雜氟時，在對於純二氧化矽的相對摺射率差上，到-0.7％左右是折射率降低的界限，為了使第二芯子的折射率比該界限更小，需要例如在高壓環境下摻雜氟的技術(這裡，所謂純二氧化矽意思是沒有摻雜使折射率變化的摻雜物質的純粹的二氧化矽玻璃)。但是，在高壓環境下摻雜氟的技術需要非常高的技術，不僅製造設備複雜，而且還存在製造合格率惡化的問題。

發明內容
為了完成前述課題，本發明的一個實施方式的非線性分散偏移光纖包括位於中心部的第一芯子；被設置在該第一芯子外周，具有比第一芯子的折射率低的折射率的第二芯子；被設置在該第二芯子的外周，具有比第一芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的第三芯子；以及被設置在該第三芯子的外周，具有比第三芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的包層。
並且，為了完成前述課題，本發明的另一個實施方式的非線性分散偏移光纖包括位於中心部的第一芯子；被設置在該第一芯子外周，具有比第一芯子的折射率低的折射率的第二芯子；以及被設置在該第二芯子的外周，具有比第一芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的包層，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於20ps/nm/km，在波長1550nm的有效截面積小於或等於15μm2，並且在波長1550nm的非線性常數大於或等於25×10-10/W，最好是大於或等於40×10-10/W，並且在所述包層中摻雜鍺。
利用附圖，根據以下發明的詳細的說明，可以明確以上所述的內容、本發明的其它目的、特徵和優點。



圖1A表示本發明的實施方式1的非線性分散偏移光纖的典型的折射率分布，圖1B是該光纖的橫截面圖。
圖2是表示具有表1的結構參數的光纖的第三芯子的相對摺射率差Δ3和分散傾斜(slope)的關係的圖。
圖3是表示具有表1的結構參數的光纖的第三芯子的相對摺射率差Δ3和有效截面積Aeff的關係的圖。
圖4是表示具有表1的結構參數的光纖的第三芯子的相對摺射率差Δ3和截止波長的關係的圖。
圖5是表示具有表2的結構參數的光纖的第一芯子的相對摺射率差Δ1和有效截面積Aeff的關係的圖。
圖6是表示具有表3的結構參數的光纖的第一芯子的外徑D1和第二芯子的外徑D2的比D1/D2和分散傾斜的關係的圖。
圖7是表示具有表3的結構參數的光纖的第一芯子的外徑D1和第二芯子的外徑D2的比D1/D2和截止波長的關係的圖。
圖8是表示在規定的第一芯子的相對摺射率差Δ1、規定的第二芯子的相對摺射率差Δ2和規定的D1/D2中，在使第三芯子的相對摺射率差Δ3和D2/D3變化時的、-10至10ps/nm/km的分散的截止波長變為小於或等於1500nm的範圍的圖。
圖9是表示顯示具有圖4的結構參數的光纖的第一芯子的折射率分布形狀的α和分散傾斜的關係的圖。
圖10是表示顯示具有圖4的結構參數的光纖的第一芯子的折射率分布形狀的α和有效截面積Aeff的關係的圖。
圖11是表示使用了本發明的非線性分散偏移光纖的一例光波長變換器的圖。
圖12是表示使用了本發明的非線性分散偏移光纖的一例脈衝壓縮器的圖。
圖13A表示本發明的實施方式2的光纖的折射率分布，圖13B是該光纖的橫截面圖。
圖14A表示實施方式2的另一個光纖的折射率分布，圖14B是該光纖的橫截面圖。
圖15是表示具有表7的結構的光纖的Δ1和Aeff的關係的圖。
圖16是表示具有表8的結構的光纖的D1/D2和分散傾斜的關係的圖。
圖17是表示具有表8的結構的光纖的D1/D2和Aeff的關係的圖。
圖18是表示具有表9的結構的光纖的α和分散傾斜的關係的圖。
圖19是表示具有表9的結構的光纖的α和Aeff的關係的圖。
具體實施方式
實施方式1圖1A和圖1B表示本發明的實施方式1的非線性分散偏移型的光纖的一例。圖1A表示該光纖的折射率分布，圖1B表示其橫截面的一部分。而且，省略包層4的外側的線。
如圖1A和圖1B所示，實施方式1的光纖具有位於中心部，折射率分布形狀為α次方分布的第一芯子；被設置在該第一芯子外周，具有比第一芯子的折射率低的折射率的第二芯子；被設置在該第二芯子的外周，具有比第一芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的第三芯子；以及被設置在該第三芯子的外周，具有比第三芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的包層。而且，D1表示位於中央部的第一芯子的外徑，D2表示被設置於第一芯子的外周的第二芯子的外徑，D3表示被設置於第二芯子的外周的第三芯子的外徑。這裡，第一芯子1的外徑D1為在第一芯子1中連接與包層4相等的折射率的位置的線的長度。並且，第二芯子2的外徑D2為在第二芯子2和第三芯子3的邊界區域內，連接為相對摺射率差Δ2的1/2的折射率差的位置的線的長度，第三芯子3的外徑D3為在第三芯子3和包層4的邊界區域內，連接為相對摺射率差Δ3的1/10的折射率差的位置的線的長度。而且，第一芯子的外徑D1為2至5μm。而且，第三芯子的折射率分布形狀可以是階梯型或α次方分布，第三芯子的外周進一步具有第四芯子、第五芯子等也可以。
這裡Δ1表示第一芯子相對於包層的相對摺射率差，Δ2表示第2芯子相對於包層的相對摺射率差，Δ3表示第三芯子相對於包層的相對摺射率差，Δ1至Δ3具有以下式(2)至式(4)的關係。
Δ1＝{(nc1-nc)/nc1}·100 (2)Δ2＝{(nc2-nc)/nc2}·100 (3)Δ3＝{(nc3-nc)/nc3}·100 (4)而且，在將離中心距離r(0≤r≤D1/2)的第一芯子的折射率設為n2(r)時，用式(5)定義表示第一芯子的折射率分布形狀的α。
n2(r)＝nc12{1-2·Δ1n·(2r/D1)α} (5)在式(2)至式(5)中，nc1表示第一芯子的最大折射率，nc2表示第二芯子的最小折射率，nc3表示第三芯子的最大折射率。而且，在式(5)中的Δ1是不用百分比表示Δ1的值，具有Δ1n＝{(nc1-nc)/nc1}的關係。
一般來說，在由位於中央部的第一芯子和在第一芯子的外周設置的第二芯子、以及在第二芯子的外周設置的包層構成的光纖中，如果使第二芯子相對於包層的相對摺射率差Δ2(參照式(3))向負側增大，則可以在波長1550nm使分散的絕對值變小，同時也可以使分散傾斜變小。但是，為了進一步降低分散傾斜，需要被設置在第二芯子的外周、具有比包層更高的折射率的第三芯子。以下說明通過具有第三芯子，可以使分散傾斜降低的情況。
在具有圖1A所示的折射率分布的光纖內，使Δ3變化，通過模擬求出分散傾斜、有效截面積Aeff和截止波長的變化。而且，在表1中表示在模擬中使用的光纖的Δ3之外的結構參數。
表1在模擬中使用的光纖的結構參數(1)


圖2表示在波長1550nm、具有表1的結構參數的光纖的相對摺射率差Δ3和分散傾斜的關係。如圖2所示，如果相對摺射率差Δ3變大，則分散傾斜降低。但是，如果相對摺射率差Δ3變大，則如圖3所示，有效截面積Aeff變大，得到的非線性變得比較小。而且，如圖4所示，截止波長向長波長側偏移。因此，需要調整相對摺射率差Δ3和第三芯子的芯子直徑，使得Aeff不變得過大，並且截止波長不超過1500nm。以下說明具體的調整。
有效截面積Aeff如上所述，根據式(1)可以理解，為了增大光纖的非線性常數，需要增大非線性折射率n2，或者減小有效截面積Aeff。但是，因為n2是由材料決定的值，所以不容易增大。因此，儘量減小光纖的有效截面積Aeff的值比較現實。因此，在實施方式1中，將光纖的有效截面積Aeff設為小於或等於15μm2，最好設為小於或等於12μm2。由此，可以得到波長1550nm的非線性常數大於或等於25×10-10/W，進而具有大於或等於40×10-10/W的更大的非線性常數的光纖。
相對摺射率差Δ1和Δ2為了減小Aeff，增大相對摺射率差Δ1最有效。因此，為了導出適當的相對摺射率差Δ1，進行了模擬。表2表示在模擬中使用的光纖的除了Δ1以外的結構參數。Δ2、Δ3等與前述相同，按照上述式(2)至(5)計算。而且，例2-2和例2-3沒有第三芯子。
表2模擬中使用的光纖的結構參數(2)


圖5表示具有表2的結構參數的光纖的相對摺射率差Δ1和有效截面積Aeff的關係。如圖5所示，如果增大相對摺射率差Δ1，則有效截面積Aeff變小。而且，如果比較除了有無第三芯子外具有相同結構參數的例2-1和例2-2，則通過設置具有比包層高的折射率的第三芯子，可知Aeff擴大了一些。另外，相對摺射率差Δ1未達到1.5％，Aeff變大，非線性性變得比較小。因此，在具有第三芯子的光纖中，為了滿足Aeff小於或等於15μm2的條件，相對摺射率差Δ1至少需要大於或等於1.5％。
另一方面，如果相對摺射率差Δ1增大，則截止波長向長波長側偏移。因此，如果相對摺射率差Δ1超過5.0％，則對光纖用於單一模式動作的截止波長的關注變大，生產性變差。而且，從製造角度來說，製造相對摺射率差Δ1超過5.0％的芯子非常困難。而且，如果相對摺射率差Δ1超過5.0％，則1550nm的分散傾斜的值變大，在進行光信號處理時，對于波長1550nm附近的不同波長，分散的變動變大。因此，相對摺射率差Δ1最好是1.5％至5.0％。
而且，如果相對摺射率差Δ2向負側增大，則可以使在1550nm的分散的絕對值減小，同時還可以使分散傾斜減小，而且截止波長向短波長側偏移。如上所述，如果將相對摺射率差Δ1設為1.5％至5.0％，則在相對摺射率差Δ2小於或等於-0.1％時，可以使分散傾斜的絕對值為小於或等於0.03ps/nm2/km，在相對摺射率差Δ2小於或等於-0.7％時，可以使分散傾斜的絕對值為小於或等於0.01ps/nm2/km。而且，截止波長也可以設為小於或等於1500nm。另一方面，為了將相對摺射率差Δ2為小於或等於-1.4％，例如需要摻雜大量的氟，製造變得困難。因此，相對摺射率差Δ2為-1.4％至-0.1％較好，為-1.4％至-0.7％更好。
另一方面，在相對摺射率差Δ1大於或等於2.4％，相對摺射率差Δ2為-1.4％至-0.7％時，如圖5的例2-1和例2-2所示，可以使有效截面積Aeff為小於或等於11μm2，可以得到大於或等於40×10-10/W的非線性常數n2/Aeff值。而且，通過設置具有比包層高的折射率的第三芯子，Aeff雖然擴大了一些，但即使這樣，Aeff仍然小於或等於12μm2。這時，可以得到大於或等於35×10-10/W的非線性常數n2/Aeff值。而且，在相對摺射率差Δ1小於或等於4.0％，相對摺射率差Δ2為-1.4％至-0.7％時，可以得到足夠高的非線性和低的分散傾斜，從而可以實現截止波長小於或等於1500nm的光纖。而且，通過設置第三芯子，折射率分布的自由度變寬，所以可以提高合格率，得到高的生產性和穩定性。因此，最好將相對摺射率差Δ1設為2.4％至4.0％，將相對摺射率差Δ2設為-1.4％至-0.7％。
分散和分散傾斜本發明的非線性分散偏移光纖是可以在包含1550nm的寬幅波長區域中使用的非線性分散偏移光纖，在使用波長中的分散的絕對值必須小。因此，實施方式1的非線性分散偏移光纖在波長1550nm的分散的絕對值希望小於或等於10ps/nm/km，最好希望小於或等於5ps/nm/km。
而且，需要在使用波長之間的分散的差小。因此，實施方式1的非線性分散偏移光纖在波長1550nm的分散傾斜的絕對值小於或等於0.03ps/nm2/km，最好小於或等於0.01ps/nm2/km。由此，在寬幅的使用波長區域中，使用波長間的分散的差小，可以用一根光纖進行各種波長的光信號處理，可以在寬幅的波長區域中實現利用了非線性光學現象的良好光信號處理。
實施方式1的非線性分散偏移光纖，在1km至數km的長尺寸中使用時，也保證在光纖的全長中分散的差小。其結果，在利用了光的非線性現象的波長變換器和脈衝壓縮器等光信號處理裝置中使用時非常有效。因此，實施方式1的非線性分散偏移光纖在波長1510nm至1590nm的任意一個波長中的光纖縱向的分散的最大值和最小值的差(變動幅度)小於或等於1ps/nm/km，最好小於或等於0.2ps/nm/km。這樣，由於分散的變動幅度小，所以在利用了光的非線性現象的波長變換器或者脈衝壓縮器等的光信號處理裝置中使用時非常有效。而且，前述的分散的變動幅度指在實際使用長度的光纖全長上，利用分散分布測量器測量的分散的變動幅度。光纖的分散的分布測試可以通過例如利用由Mollenauer研究的方法的分散分布測量器來測量。
實際上為了抑制光纖縱向的分散的變動，在光纖基材的階段要求芯子和包層的厚度一樣。具體來說，例如在通過OVD(Outside Vapor Deposition)法或者VAD(Vapor Axial Deposition)法合成套件(suit)階段，需要進行管理，以便堆積的原料變得均勻，在將該光纖的基材拉伸為希望的外徑時，要求外徑變動的差小於或等於0.2％的高精度拉伸。而且，在從光纖基材進行光纖拉絲時，也需要管理，以便該光纖的外徑變動小於或等於0.2％，基本為固定的直徑。
截止波長在單一模式光纖中，截止波長λc需要比使用波長小。因此，希望截止波長λc小於或等於1500nm，最好小於或等於1460nm。通過使截止波長λc小於或等於1500nm，可以對大於或等於1500nm的寬幅波長區域使用，而且，通過使截止波長λc小於或等於1460nm，可以對包含S頻帶(1460nm至1530nm)，C頻帶(1530nm至1565nm)，L頻帶(1565nm至1625nm)的寬波長區域使用。
這裡，所謂截止波長λc是指在ITU-T(國際電氣通信聯合)G.650中定義的光纖截止波長λc。另外，對於在本說明書中沒有特別定義的用語，按照ITU-TG.650中的定義和測量方法。
第一芯子的外徑和第二芯子的外徑的比D1/D2通過調整第一芯子的外徑D1和第二芯子的外徑D2的比D1/D2，可以得到有效截面積Aeff小，截止波長λc也低，並且分散傾斜值也小的光纖。利用模擬例來說明調整D1/D2產生的分散傾斜的值的變化。
表3表示在模擬中使用的光纖的除了D1/D2之外的結構參數。Δ1、Δ2等和前述相同，按照上述式(2)至(5)計算。
表3在模擬中使用的光纖的結構參數(3)


圖6表示具有表3的結構參數的光纖的D1/D2和1550nm的分散為0ps/nm/km時的分散傾斜的值的關係，圖7表示具有表3的結構參數的光纖的D1/D2與在波長1550nm的分散為0ps/nm/km時的截止波長的關係。
如圖6所示，如果D1/D2接近0或者1，則可知分散傾斜變大。因此，為了減小分散傾斜，需要將D1/D2設定在0和1之間的0.5附近。而且，如圖7所示，如果D1/D2比0.3小，則截止波長急劇向長波長側偏移，超過1500nm。另一方面，如果D1/D2比0.8大，則雖然緩慢但截止波長超過1500nm。因此，合適的D1/D2為大於或等於0.3並且小於或等於0.8。
而且，通過將D1/D2的範圍設為大於或等於0.4並且小於或等於0.7，可以將分散傾斜的絕對值設為小於或等於0.01ps/nm2/km。因此，最好將D1/D2的範圍設為大於或等於0.4並且小於或等於0.7。
相對摺射率差Δ3和第三芯子的芯子外徑D3為了使截止波長不超過1500nm，需要調整相對摺射率差Δ3和第三芯子的芯子外徑D3。因此，上述求出的相對摺射率差Δ1在1.5％至5.0％的範圍、相對摺射率差Δ2在-1.4％至-0.1％的範圍，以及第一芯子的外徑D1和第二芯子的外徑D2的比D1/D2在大於或等於0.3並且小於或等於0.8的範圍內使這些結構參數變化。在這樣的條件下，使相對摺射率差Δ3變化從而通過模擬求出-10至10ps/nm/km的分散的截止波長變為小於或等於1500nm的D2/D3的範圍。圖8表示該模擬結果。
圖8是相對摺射率差Δ3為0.1％至1.0％時，減小D2/D3(即擴大第三芯子的芯子寬度)，繪出-10至10ps/nm/km的分散的截止波長超過1500nm時的D2/D3的圖。因此，對於各相對摺射率差Δ3，在D2/D3比圖8繪出的線大(第三芯子的芯子寬度窄)的範圍內，保證小於或等於1500nm的截止波長。按照圖8，D2/D3的範圍如式(6)所示D2/D3＞Δ3+0.25 (0.1％≤Δ3≤0.2％)D2/D3＞(1/2)·Δ3+0.35 (0.2％≤Δ3≤0.6％) (6)D2/D3＞(1/4)·Δ3+0.5 (0.6％≤Δ3≤1.0％)第一芯子的折射率分布形狀第一芯子的折射率分布形狀為α次方分布。通過增大α可以減小分散傾斜，而且也可以減小Aeff。這裡，用模擬的例子說明α大這種情況處於優先位置的情況。
表4表示用於說明α大這種情況處於優先位置的、在模擬中使用的光纖的α以外的結構參數。Δ1、Δ2等和前述一樣，按照上述式(2)至(5)計算。
表4在模擬中使用的光纖的結構參數(4)




圖9表示具有表4的結構參數的光纖的第一芯子的α和分散傾斜的關係，圖10表示具有表4的結構參數的光纖的α和Aeff的關係。如圖9所示，如果使α的值增大，則可以降低分散傾斜。特別是在將α從2增大到3時，在光纖C中大致可以減小0.0095ps/nm2/km，在光纖D中大致可以減小0.012ps/nm2/km。這樣，增大α對降低分散傾斜非常有效。而且，如圖10所示，通過增大α的值，可以減小Aeff。特別是在將α從2增大到3時，在光纖C和光纖D中大致可以減小10％的Aeff。
為了增大第一芯子的α，在通過VAD法或者MCVD(Modified ChemicalVapour Deposition)法製造芯子基材時，首先製造其折射率分布形狀的α次方分布大的芯子基材。或者可以通過HF等的刻蝕或機械外削來對通過這些方法製造的芯子基材的表面進行外削。在通過這些方法增大α時，從製造的角度看，使α成為大於或等於3也比較容易。而且，如圖9所示，通過使α的值進一步增大，成為大於或等於6也可以進一步減小分散傾斜。而且，如果如圖10所示增大α，則可以減小Aeff。如圖9所示，在α為大於或等於6的區域內，雖然繼續分散傾斜的減小傾向，但是如圖10所示，Aeff的減少基本成為飽和的狀態。因此，最好使α至少大於或等於6。
實施方式1的非線性分散偏移光纖的實施例表5表示實施方式1的實施例1至實施例8以及比較例1和2的各光纖的結構參數的值和通過模擬得到的特性值。在表5中，MFD的意思是模區域(mode field)直徑。而且，在本模擬中，設包層的折射率與純二氧化矽基本相同。在所有實施例1至實施例8中，在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於10ps/nm/km，分散傾斜的絕對值小於或等於0.03ps/nm2/km。而且，為了容易比較，設實施例1至8和比較例1和2在波長1550nm的分散的值基本相同。
表5




如果比較實施例1和實施例2，可知實施例1的第一芯子的折射率分布形狀為α次方分布，α為3。另一方面，在實施例2中α變為6。如果比較各自得到的光纖的特性值，則實施例2與實施例1相比，顯示在波長1550nm下的分散傾斜小，有效截面積Aeff也小的值。對於實施例5和實施例6的關係，也說明同樣的結果。從這個觀點可得出與α大於或等於3相比，最好α大於或等於6的啟示。
實施例1的光纖的相對摺射率差Δ3為0.3％，在實施例3中，相對摺射率差Δ3為0.5％。如果比較各自得到的光纖的特性值，則實施例3與實施例1相比，顯示在波長1550nm下的分散傾斜的絕對值小，但有效截面積Aeff大的值。雖然實施例6和實施例7的關係也一樣，但是因為D1/D2大(即第一芯子和第三芯子的距離近)，所以可知與實施例1和3的關係相比，對第三芯子的相對摺射率差Δ3的大小的變化，特性更敏感。
而且，實施例1的光纖，第一芯子1的外徑D1和第二芯子2的外徑D2的比D1/D2為0.375，在實施例5中D1/D2變為0.5。如果比較兩光纖中得到的特性值，則雖然實施例5比實施例1的有效截面積Aeff大，截止波長λc處於長波長側，但是在波長1550nm下的分散傾斜的絕對值顯示非常小的值。即，從分散傾斜的觀點可以得出與D1/D2大於或等於0.3並且小於或等於0.8相比，D1/D2大於或等於0.4並且小於或等於0.7更好的啟示。
而且，比較例1是不具有實施例1中的第三芯子部的結構，比較例2是不具有實施例5中的第三芯子部的結構。如果比較在兩個光纖中得到的特性值，則實施例1與比較例1相比，顯示有效截面積Aeff大，在波長1550nm下的分散傾斜的絕對值小的值。而且，實施例5與比較例2相比，也顯示有效截面積Aeff大，在波長1550nm下的分散傾斜的絕對值小的值。即，從在分散傾斜降低的觀點看，如實施方式1那樣具有第三芯子比較有效。而且，通過具有第三芯子，折射率分布的自由度變大，所以有合格率提高，得到高生產性和穩定性的優點。
而且，表6顯示對實施方式1的實施例9至實施例18的第一芯子的相對摺射率差Δ1、第二芯子的相對摺射率差Δ2取各種結構參數時的光纖的結構參數值及其特性值。這裡，實施例9至實施例16所示的特性值是通過模擬得到的結果，實施例17和實施例18是實際製造光纖，進行評價而得到的特性值。實際製造的光纖的特性值獲得與模擬基本相同的結果。所有實施例9至18在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於10ps/nm/km，分散傾斜的絕對值小於或等於0.03ps/nm2/km。而且，截止波長λc小於或等於1500nm，有效截面積Aeff小於或等於15μm2。
表6


而且，測試了實施例17和實施例18所示的光纖的縱向的分散變動。其結果，在實施例17中，長度1km的光纖的縱向的分散的最大值和最小值的差在波長1552nm為0.8ps/nm/km。而且，在實施例18所示的光纖中，長度1km的光纖的縱向的分散的最大值和最小值的差在波長1554nm為0.2ps/nm/km。本發明的非線性分散偏移光纖在長度400m～1km左右使用是最普通的情況，任意光纖在使用長度的縱向的分散的最大值和最小值的差都在允許的範圍內。
通過將實施方式1的非線性分散偏移光纖用於光信號處理裝置，可以在寬波長範圍內進行性能穩定的光信號處理。
圖11表示作為利用了實施方式1的光纖的光信號處理裝置的一例，將光信號的波長匯總變換為其它波長的光波長變換器。圖11的光波長變換器包括使偏振波一致的偏振波控制器13；鉺摻雜光纖放大器(EDFA)14；將來自光源的激發光(波長λs)和信號光12結合的耦合器15；以及偏振鏡16。以下簡單說明圖11的光波長變換器。
事前對實施方式1的光纖17的分散為零的波長進行檢查，從光源11生成該分散為零的波長附近的激發光(波長λs)，並使其與信號光12(波長λp)耦合以後，導入實施方式1的光纖17中。這時，該光纖17內產生被稱為四光波混合的大的非線性現象，信號光12被變換為下述式(7)中的波長λ。由此，匯總進行光波長變換。
λ＝(λp-λs)+λp (7)圖12表示利用了實施方式1的光纖的脈衝壓縮器的一例。圖12的脈衝壓縮器包括波長分別不同的光源21和22，偏振波控制器23、耦合器24、偏振鏡25、EDFA26、一般的單一模式光纖28、實施方式1的光纖27。在圖13的脈衝壓縮器中，將實施方式1的光纖27和一般的單一模式光纖28每隔規定長度交互連接。
而且，在圖11和圖12中，雖然作為利用了實施方式1的光纖的光信號處理裝置，僅表示了光波長變換器和脈衝壓縮器，但是不用說，除此之外還可以在例如波形整形器等中應用實施方式1的光纖。
實施方式2利用圖13～圖19對本發明的實施方式2的光纖及利用了該光纖的光波長變換器和脈衝壓縮器的實施例進行詳細說明。
圖13A和圖13B表示實施方式2的光纖的一例。圖13A表示該光纖的折射率分布，圖13B表示其橫截面的一部分。而且，包層54外側的線被省略。
如圖13A和圖13B所示，該光纖包括位於中心部，具有下述式(8)表示的α次方的折射率分布的第一芯子51；被設置在前述第一芯子51的外側，具有比前述第一芯子51低的折射率的第二芯子52；被設置在前述第二芯子52的外側，具有比前述第二芯子52高的折射率的包層54，具有所謂W型的折射率分布。而且，包層54的折射率比用圖中的虛線表示的純二氧化矽的折射率高。
這裡，用以下的式(8)定義表示第一芯子的折射率分布的形狀的α。
n2(r)＝nc12{1-2·(Δ1/100)·(2r/D1)α} (8)但是，0＜r＜D1/2這裡，r表示從光纖的中心開始的半徑方向的位置，n(r)表示位置r的折射率。而且，nc1為第一芯子51的最大折射率，D1是第一芯子51的直徑。
而且，用下述式(9)～(11)表示第一芯子51相對於前述包層54的相對摺射率差Δ1、第2芯子52相對於包層54的相對摺射率差Δ2、包層相對於前述純二氧化矽的相對摺射率差ΔC。
Δ1＝{(nc1-nc)/nc1}·100 (9)
Δ2＝{(nc2-nc)/nc2}·100 (10)ΔC＝{(nc-ns)/nc}·100 (11)這裡，在前述各式中，nc1是第一芯子51的最大折射率，nc2是第二芯子52的最小折射率，nc是包層54的折射率，ns是純二氧化矽的折射率。
而且，在實施方式2中，前述第一芯子51的直徑D1是在第一芯子51中，成為與包層54相等的折射率的位置上的直徑，第二芯子52的直徑D2是在第二芯子52和包層54的邊界區域內，成為Δ2的1/2的折射率的位置上的直徑。
另外，圖14A和圖14B表示實施方式2的光纖的另一例。與圖13A和圖13B一樣，圖14A表示該光纖的折射率分布，圖14B表示其橫截面的一部分。而且，包層54外側的線被省略。
如圖14A所示，該光纖包括位於中心部，具有前述式(8)表示的α次方的折射率分布的第一芯子51；被設置在前述第一芯子51的外側，具有比前述第一芯子51低的折射率的第二芯子52；被設置在前述第二芯子52的外側，具有比前述第一芯子51低並且比前述第二芯子52高的折射率的第三芯子53；被設置在前述第三芯子53的外側，具有比前述第三芯子53低並且比前述第二芯子52高的折射率的包層54，具有所謂W型的折射率分布。而且，前述包層54的折射率比用圖中的虛線表示的純二氧化矽的折射率高。
而且，用下述式(12)表示第三芯子53相對於前述包層54的相對摺射率差Δ3，並且，表示第一芯子的折射率分布的形狀的α，第一芯子51相對於前述包層54的相對摺射率差Δ1、第2芯子52相對於包層54的相對摺射率差Δ2、包層相對於前述純二氧化矽的相對摺射率差ΔC與前述式(9)～(11)相同。
Δ3＝{(nc3-nc)/nc3}·100 (12)這裡，在前述各式中，nc3是第三芯子53的最大折射率。
而且，在本實施方式2中，第三芯子53的直徑D3為在第三芯子53和包層54的邊界區域內，成為Δ3的1/10的折射率的位置上的直徑。第一芯子51的直徑D1、第二芯子52的直徑D2與前述的定義相同。
實施方式2的光纖通過使用向包層摻雜鍺的技術，可以使包層相對於第二芯子的相對摺射率差容易向負側增大，可以容易地提供同時具有高非線性性和低分散的光纖。
向包層摻雜鍺可以在光纖用配套基材製造工序，例如OVD(outsideVapour deposition)工序等中進行，通過調整其摻雜量，可以調整包層相對於純二氧化矽的折射率差ΔC。
例如，在向第二芯子摻雜氟，使得第二芯子相對於純二氧化矽的相對摺射率差為-0.7％，向包層摻雜鍺，使得包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC為0.5％時，如果設純二氧化矽的折射率為S，則包層的折射率為1.005·S，第二芯子的折射率為0.993·S。這裡，如果將包層的折射率設為Sc，則包層和第二芯子的折射率差Δ2為Δ2＝(0.993·S-Sc)/Sc·100＝-1.194％。這樣，通過使用向包層摻雜鍺的技術，可以容易地增大第二芯子相對於包層的折射率差。
以下，對作為本發明的光纖的良好的特性和用於得到該特性的折射率分布的結構參數進行詳細地說明。
有效截面積Aeff如前所述，為了增大光纖的非線性常數，減小Aeff很有效。在實施方式2中，使波長1550nm的Aeff小於或等於15μm2，最好小於或等於12μm2。通過這樣減小Aeff，可以得到具有在波長1550nm下大於或等於25×10-10/W，最好大於或等於40×10-10/W的大的非線性常數的光纖。
相對摺射率差Δ1和Δ2為了減小Aeff，大相對摺射率差Δ1最有效。因此，為了導出合適的相對摺射率差Δ1，進行了模擬。表6表示在模擬中使用的光纖的除了Δ1之外的結構參數。
Δ，α等的定義與前述相同，按照上述式(8)～(12)計算。而且，例1-1是圖14A所示的W線段型折射率分布，例1-2和例1-3是圖13A所示的W型折射率分布。
表7


在圖15中，表示具有表7的結構參數的光纖的相對摺射率差Δ1和Aeff的關係的例子。如圖15所示，如果相對摺射率差Δ1變大，則Aeff變小。為了滿足Aeff小於或等於15μm2的條件，如圖15所示，相對摺射率差Δ1需要大於或等於1.0％。
而且，如果相對摺射率差Δ1增大，則截止波長向長波長側偏移，如果Δ1超過5.0％，則難以成為單一模式光纖。而且，如果Δ1超過5.0％，則波長1550nm的分散傾斜變大，在進行光信號處理時，波長間的分散值的差變大。而且，製造相對摺射率差Δ1超過5.0％的芯子，從製造角度看也非常困難。因此，最好相對摺射率差Δ1大於或等於1.0％並且小於或等於5.0％。
而且，如果使相對摺射率差Δ2向負側增大，則1550nm的分散的絕對值可以減小，同時分散傾斜的絕對值也可以減小，而且，可以使截止波長向短波長側偏移。如上所述，在使相對摺射率差Δ大於或等於1.0％並且小於或等於5.0％的情況下，如果使相對摺射率差Δ2小於或等於-0.2％，則可以使分散傾斜的絕對值小於或等於0.03ps/nm2/km，同時截止波長也可以小於或等於1500nm。另一方面，如果使相對摺射率差Δ2小於或等於-2.4％，則需要向第二芯子摻雜大量的氟，或者向包層摻雜大量的鍺，製造變得非常困難。因此，最好使相對摺射率差Δ2大於或等於-2.4％並且小於或等於-0.2％。
另一方面，在相對摺射率差Δ1大於或等於2.0％，相對摺射率差Δ2大於或等於-2.0％並且小於或等於-0.6％的情況下，如圖15所示，可以使Aeff小於或等於12μm2，使非線性常數大於或等於40×10-10/W。而且，通過設置具有比包層高的折射率的第三芯子，雖然Aeff變大一些，但是如圖15的例1-1所示，即使這樣Aeff也小於或等於12μm2。這時，可以得到大於或等於35×10-10/W的非線性常數n2/Aeff值。而且，在相對摺射率差Δ1大於或等於2.0％並且小於或等於4.0％，相對摺射率差Δ2大於或等於-2.0％並且小於或等於-0.6％的情況下，可以使分散傾斜的絕對值小於或等於0.01ps/nm2/km，可以得到足夠高的非線性和絕對值小的分散傾斜，進而可以實現截止波長小於或等於1500nm的光纖。因此，最好使相對摺射率差Δ1大於或等於2.4％並且小於或等於4.0％，相對摺射率差Δ2大於或等於-2.0％並且小於或等於-0.6％。
分散和分散傾斜實施方式2的光纖是可以應用在包含1550nm的寬幅波長區域內的光纖，使用波長的分散的絕對值必須小。因此，本發明的光纖希望在波長1550nm的分散值的絕對值小於或等於10ps/nm/km，進而希望小於或等於5ps/nm/km。
而且，實施方式2的光纖需要使用波長的波長間的分散的差小。因此，本發明的光纖在1550nm的分散傾斜的絕對值小於或等於0.03ps/nm2/km，最好小於或等於0.01ps/nm2/km。
由此，可以提供在波長1550nm附近的寬幅使用波長區域中，波長間的分散的差小，並且分散的絕對值小的光纖。如果使用實施方式2的光纖，則可以在寬幅波長區域中，實現利用了非線性現象的良好的光信號處理。
實施方式2的光纖，在1km～數km的長度下使用時，也可以在光纖的全長內保證分散之差小。實施方式2的光纖在波長1510nm～1590nm的任意波長的光纖的縱向分散的變動幅度小於或等於1ps/nm/km，最好小於或等於0.2ps/nm/km。這樣，因為縱向的分散的最大值和最小值的差小，可以構成利用了高質量的非線性現象的波長變換器和脈衝壓縮器等光信號處理裝置。
而且，前述的分散的變動幅度指在構成光信號處理裝置的一根光纖的全長中，由分散分布測量器測量的分散值的變動幅度(分散的最大值和最小值的差)。光纖的分散分布的測量例如可以通過利用由Mollenauer研究的方法的分散分布測試器來進行測量。
實際上為了抑制光纖縱向的分散的變動，在光纖基材的階段要求芯子和包層的厚度一樣。具體來說，例如在通過OVD法或者VAD法合成光纖基材的階段需要對合成中的堆積條件進行管理，以便芯子和包層的厚度均勻，在將該光纖的基材拉伸為希望的外徑時，要求進行外徑變動相對於平均外徑在±0.2％以內的高精度拉伸。而且，在從光纖基材將光纖拉絲時，也需要管理，以便該光纖的外徑基本固定(例如，外徑變動在平均光纖外徑的±0.2％以內)。
截止波長在單一模式光纖中，截止波長λc需要比使用波長小。因此，希望截止波長λc小於或等於1500nm，最好小於或等於1200nm。通過使截止波長λc小於或等於1500nm，可以在大於或等於1500nm的寬幅波長區域中保證單一模式工作。而且，通過使截止波長λc小於或等於1200nm，可以在大於或等於1200nm的波長區域中保證單一模式工作，可以在還包含了1.3μm的寬幅波長區域內使用。
第一芯子的外徑和第二芯子的外徑的比D1/D2和包層的相對摺射率差ΔC
通過調整第一芯子的外徑D1和第二芯子的外徑的比D1/D2，可以得到有效截面積Aeff小，截止波長λc也小，並且分散傾斜的絕對值也小的光纖。
這裡，利用模擬例來說明調整第一芯子的外徑D1和第二芯子的外徑的比D1/D2產生的分散傾斜的值的變化。
表8表示在模擬中使用的光纖的除了D1/D2之外的結構參數。折射率分布全部設為圖14A所示的W型折射率分布。如表8所示，使用同一芯棒(rod)，通過使ΔC變化而使特性變化。Δ、α等和前述相同，按照上述式(8)至(12)計算。
表8在模擬中使用的光纖的結構參數(3)


圖16表示具有表8的結構參數的光纖的D1/D2和在1550nm的分散為0ps/nm/km時的分散傾斜的值的關係。如圖16所示，光纖例2-1、例2-2、例2-3相同，可知隨著D1/D2的比接近0.1或者接近1，分散傾斜向正方向變大。因此，為了減小分散傾斜，需要將D1/D2設定在0.5附近。而且，可知越使ΔC增大，越可以降低分散傾斜。特別是在D1/D2小於或等於0.8時可以大幅度降低分散傾斜，例如在D1/D2的比為0.8時，與例2-1比較，在例2-2中分散傾斜可以降低0.007ps/nm2/km，與例2-1比較，在例2-3中可以降低0.014ps/nm2/km。與此相對，在D1/D2的比為0.9時，與例2-1比較，在例2-2中分散傾斜只能降低0.003ps/nm2/km，與例2-1比較，在例2-3中只能降低0.005ps/nm2/km。
而且，如果關注圖16的例2-2，則通過向包層摻雜鍺，使得ΔC＝0.4％，將D1/D2的範圍設定在大於或等於0.4並且小於或等於0.7，可以使分散傾斜的絕對值小於或等於0.015ps/nm2/km。因此，第一芯子的外徑和第二芯子的外徑的比D1/D2最好大於或等於0.01並且小於或等於0.8，更好是大於或等於0.4並且小於或等於0.7。
而且，圖17表示具有表8的結構參數的光纖的D1/D2和在波長1550nm的分散為0ps/nm/km時的與Aeff的關係。
如圖17所示，如果D1/D2的比接近0.1，則Aeff縮小。而且，D1/D2的比越接近1，Aeff越急劇擴大，Δ2越向負側增大，其擴大越顯著。因此，D1/D2大於或等於0.1並且小於或等於0.8較好，更好是大於或等於0.4並且小於或等於0.7。
相對摺射率差Δ3和第三芯子的芯子外徑D3通過取圖14A所示的W線段型折射率分布，可以進一步降低分散傾斜。
這時，前述第二芯子的外徑D2和前述第三芯子的外徑D3的比D2/D3最好大於或等於0.35並且小於或等於0.99。而且，為了增大第三芯子相對於純二氧化矽的相對摺射率差Δ3，雖然需要向第三芯子摻雜大量的鍺，但是為了穩定地摻雜鍺，需要高技術，所以如果考慮製造性，希望Δ3大於或等於0.1％並且小於或等於0.9％。
第一芯子的折射率分布形狀第一芯子的折射率分布形狀為α次方分布，通過增大α可以減小分散傾斜，而且也可以減小Aeff。因此，第一芯子的折射率分布形狀為α次方分布，α大於或等於3，最好希望α大於或等於6。這裡，α按照前述式(8)計算。
這裡，用實施方式2的光纖製造的模擬的例子說明α大這種情況處於優先位置的情況。
圖18表示具有表9中顯示的製造參數的光纖的α和分散傾斜的關係，圖19表示α和Aeff的關係。在表9中，Δ3是第三芯子相對於包層的最大相對摺射率差，ΔC是包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差。
表9


如圖18所示，如果使α的值增大，則可以降低分散傾斜。特別是在將α從2增大到3時，在例3-1中大致可以減小0.0092ps/nm2/km，在例3-2中大致可以減小0.008ps/nm2/km。這樣，增大α對降低分散傾斜非常有效。
而且，如圖19所示，通過增大α的值，可以減小Aeff。特別是通過將α從2增大到3，在例3-1和例3-2兩者中大致可以減小5％的Aeff。
為了增大第一芯子的α，在通過VAD法或者MCVD法製造芯子基材時，首先製造α大的芯子基材，或者可以通過HF等的刻蝕或機械外削來對以這些方法製造的芯子基材的表面進行外削，僅使用芯子中心的α大的部分。
在使用上述方法時，從製造的角度看，使α成為大於或等於3也比較容易。
在表10中表示比較例1和在實施方式2中的實施例1～實施例10所示的各光纖的結構參數和通過模擬得到的特性值。而且，各特性值是將波長1550nm的分散設為0ps/nm/km時的值，MFD的意思是模區直徑。而且，折射率分布設為圖14A所示的W型折射率分布。
實施例1～實施例10是利用同一芯子，使向包層的鍺摻雜量變化，使包層和純二氧化矽的相對摺射率差ΔC的大小變化的例子，比較例1是使包層和純二氧化矽的相對摺射率差ΔC為0，及將包層設為純二氧化矽的例子。
表10


實施例1～實施例10的光纖的任意一個的分散傾斜的絕對值都小於或等於0.03ps/nm2/km，截止波長λc小於或等於1500nm，Aeff小於或等於12μm2。
而且，如圖10所示，隨著包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC增大，分散傾斜的絕對值單調降低至小於或等於0.01ps/nm2/km，截止波長λc也單調地向短波長側偏移。而且，Aeff也稍稍變小。
因此，關於實施例1～實施例10的折射率分布，為了得到在非線性性方面優良的光纖，增大包層對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC非常有效。但是，因為難以均勻地摻雜大量的鍺，所以ΔC最好大於或等於1.0％並且小於或等於1.0％。而且，第一芯子的外徑D1為2～5μm時可以得到良好的特性。
表11表示實施方式2的實施例11～實施例15和比較例2，表12表示實施方式2的實施例16～實施例19和比較例3的各光纖的結構參數及其特性值。與表10一樣，實施例11～15、實施例16～19的每一個都使用同一芯子，僅使包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC變化的例子。比較例2、比較例3是使包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC為0，及將包層設為純二氧化矽的例子。而且，為了容易比較，將波長1550nm的分散設為0ps/nm/km。而且，折射率分布設為圖14A所示的W型折射率分布。
表11


表12


實施例11～實施例15、實施例16～實施例19中的任意一個的分散傾斜的絕對值都小於或等於0.03ps/nm2/km，截止波長λc小於或等於1500nm，Aeff小於或等於12μm2。
而且，如表11、表12所示，隨著包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC增大，分散傾斜一次單調地降低，分散傾斜的絕對值變為小於或等於0.01ps/nm2/km。但是，如實施例14、實施例15、實施例19所示那樣，如果使ΔC過大，則分散傾斜變得向負側增大，分散傾斜的絕對值再次變得大於或等於0.01ps/nm2/km。而且，隨著ΔC增大，截止波長λc單調地向短波長側偏移，Aeff變大。
因此，對於實施例11～實施例15、實施例16～實施例19的光纖，在ΔC小於或等於0.06％的範圍內，使包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC增大，對於分散傾斜的降低和使截止波長向短波長側偏移非常有效。
表13表示本發明的實施例20～實施例22和比較例4、表14表示本發明的實施例23～實施例24和比較例5的各光纖的結構參數及其特性值。與表10相同，實施例20～實施例22、實施例23～實施例24是每一個使用相同的芯子，僅使包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC變化的例子。比較例4、5是使包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC為零，即將包層設為純二氧化矽的例子。而且，為了容易比較，設波長1550nm的分散為0ps/nm/km。而且，折射率分布為圖15A所示的W線段型折射率分布。
表13


表14


這裡由於增大ΔC而產生的分散傾斜、截止波長λc、Aeff的變動和具有表11、表12所示的W型折射率分布的情況相同，Δc為小於或等於0.6％的範圍，對分散傾斜的降低和使截止波長向短波長側偏移有效果。
這裡，如表13、表14所示，設置了第三芯子的情況下，雖然截止波長容易向長波長方向偏移，但通過向包層摻雜鍺，使包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC增大，可以使截止波長向短波長側偏移。這樣，即使在截止波長容易向長波長側偏移的折射率分布中，通過利用向包層摻雜鍺的技術，可以使截止波長向短波長側偏移，非常有效。
利用前述的模擬的結果，實際進行了光纖的製造。表15和表16表示結果。而且，在表15中表示實施方式2的實施例25和比較例6、表16中表示實施例26和比較例7的各光纖的結構參數及其特性值。這些比較例和實施例是每一個都使用相同的芯子，僅使對包層摻雜鍺的量變化，使包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC變化的例子。而且，實施例25、實施例26摻雜了鍺，使得相對摺射率差ΔC為0.6％。這裡，比較例6和實施例25、比較例7和實施例26為了容易比較，使分散基本相同地進行製造。
表15




表16


實施例25和實施例26的每一個都滿足在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於20ps/nm/km，在波長1550nm的有效截面積Aeff小於或等於15μm2，波長1550nm的非線性常數大於或等於25×10-10/W，得到與通過模擬得到的結果基本相同的特性。
這裡，如果對比較例6和實施例25進行比較，則實施例25的分散傾斜減小了0.009ps/nm2/km，截止波長也向短波長側偏移了不到200nm左右。而且，因為D1/D2＝0.25，第二芯子區域寬，所以實施例25的Aeff也比比較；例6稍小一點，結果，實施例25的非線性常數n2/Aeff較大。即使對比較例6和實施例26進行比較，也可以發現相同的傾向，可以認為增大包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差ΔC非常有效。
通過將實施方式2的非線性分散偏移光纖用於光信號處理裝置，可以在寬波長範圍內實現性能穩定的光信號處理。
例如，可以將實施方式2的光纖使用在圖11所示的光波長變換器和圖12所示的脈衝壓縮器中。此外，還可以在例如波形整形器等中應用實施方式2的光纖。
本技術領域：
的技術人員可以容易地導出進一步的效果和實施例。本發明的實施方式不限於以上說明的特定的實施方式。因此，在不超出權利要求
及其等同物的發明概念的範圍內，可以進行各種變更。
權利要求
1.一種光纖，包括位於中心部的第一芯子；被設置在該第一芯子外周，具有比第一芯子的折射率低的折射率的第二芯子；被設置在該第二芯子的外周，具有比第一芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的第三芯子；以及被設置在該第三芯子的外周，具有比第三芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的包層，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於20ps/nm/km，在波長1550nm的有效截面積小於或等於15μm2，並且在波長1550nm的非線性常數n2/Aeff大於或等於25×10-10/W。
2.如權利要求
1所述的光纖，所述光纖在波長1550nm的有效芯子截面積小於或等於12μm2，並且在波長1550nm的非線性常數n2/Aeff大於或等於35×10-10/W。
3.如權利要求
1所述的光纖，其中所述第一芯子相對於所述包層的相對摺射率差Δ1從1.5％至5.0％，所述第二芯子相對於所述包層的相對摺射率差Δ2從-1.4％至-0.1％，所述第三芯子相對於所述包層的相對摺射率差Δ3從0.1％至1.0％。
4.如權利要求
1所述的光纖，其中所述第一芯子的相對摺射率差Δ1從2.4％至4.0％，所述第二芯子的相對摺射率差Δ2從-1.4％至-0.7％，所述第三芯子的相對摺射率差Δ3從0.1％至1.0％。
5.如權利要求
1所述的光纖，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於10ps/nm/km。
6.如權利要求
1所述的光纖，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於5ps/nm/km。
7.如權利要求
1所述的光纖，所述光纖在波長1550nm的分散傾斜的絕對值小於或等於0.03ps/nm2/km。
8.如權利要求
1所述的光纖，所述光纖在波長1550nm的分散傾斜的絕對值小於或等於0.01ps/nm2/km。
9.如權利要求
1所述的光纖，其中在波長1550nm至1590nm的任意波長中，光纖縱向的分散的最大值和最小值的差小於或等於1ps/nm/km。
10.如權利要求
1所述的光纖，其中在波長1510nm至1590nm的任意波長中，光纖縱向的分散的最大值和最小值的差小於或等於0.2ps/nm/km。
11.如權利要求
1所述的光纖，其中截止波長小於或等於1500nm。
12.如權利要求
1所述的光纖，其中所述第一芯子的外徑D1和所述第二芯子的外徑D2的比D1/D2大於或等於0.3並且小於或等於0.8。
13.如權利要求
1所述的光纖，其中所述D1/D2大於或等於0.4並且小於或等於0.7。
14.如權利要求
3所述的光纖，其中所述第二芯子的外徑D2和所述第三芯子的外徑D3的比D2/D3大於或等於0.35並且小於或等於0.99，並且滿足以下的關係D2/D3＞Δ3+0.25 (0.1％≤Δ3≤0.2％)D2/D3＞(1/2)·Δ3+0.35 (0.2％≤Δ3≤0.6％)D2/D3＞(1/4)·Δ3+0.5 (0.6％≤Δ3≤1.0％)
15.如權利要求
1所述的光纖，其中所述第一芯子的折射率分布形狀是α次方分布，α大於或等於3.0。
16.如權利要求
1所述的光纖，其中所述第一芯子的折射率分布形狀是α次方分布，α大於或等於6.0。
17.一種光信號處理裝置，該裝置使用的光纖包括位於中心部的第一芯子；被設置在該第一芯子外周，具有比第一芯子的折射率低的折射率的第二芯子；被設置在該第二芯子的外周，具有比第一芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的第三芯子；以及被設置在該第三芯子的外周，具有比第三芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的包層，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於20ps/nm/km，在波長1550nm的有效截面積小於或等於15μm2，並且在波長1550nm的非線性常數n2/Aeff大於或等於25×10-10/W。
18.如權利要求
17所述的光信號處理裝置，所述光信號處理裝置是光波長變換器。
19.如權利要求
17所述的光信號處理裝置，所述光信號處理裝置是脈衝壓縮器。
20.一種光纖，包括位於中心部的第一芯子；被設置在該第一芯子外周，具有比所述第一芯子的折射率低的折射率的第二芯子；以及被設置在該第二芯子的外周，具有比所述第一芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的包層，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於20ps/nm/km，在波長1550nm的有效截面積Aeff小於或等於15μm2，並且在波長1550nm的非線性常數n2/Aeff大於或等於25×10-10/W，在所述包層中摻雜鍺。
21.如權利要求
20所述的光纖，所述光纖在波長1550nm的有效截面積Aeff小於或等於12μm2，並且在波長1550nm的非線性常數大於或等於35×10-10/W。
22.如權利要求
20所述的光纖，其中所述包層相對於純二氧化矽的相對摺射率差為0.1％～1.0％。
23.如權利要求
20所述的光纖，其中所述第一芯子相對於所述包層的相對摺射率差Δ1為1.0％～5.0％，所述第二芯子相對於所述包層的相對摺射率差Δ2為-2.4％～-0.2％。
24.如權利要求
20所述的光纖，其中所述第一芯子相對於所述包層的相對摺射率差Δ1為2.0％～4.0％，所述第二芯子相對於所述包層的相對摺射率差Δ2為-2.0％～-0.6％。
25.如權利要求
20所述的光纖，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於10ps/nm/km。
26.如權利要求
20所述的光纖，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於5ps/nm/km。
27.如權利要求
20所述的光纖，其中所述光纖在波長1550nm的分散傾斜的絕對值小於或等於0.03ps/nm2/km。
28.如權利要求
20所述的光纖，其中所述光纖在波長1550nm的分散傾斜的絕對值小於或等於0.01ps/nm2/km。
29.如權利要求
20所述的光纖，其中在波長1510nm至1590nm的任意波長中，光纖縱向的分散的最大值和最小值的差小於或等於1ps/nm/km。
30.如權利要求
20所述的光纖，其中在波長1510nm至1590nm的任意波長中，光纖縱向的分散的最大值和最小值的差小於或等於0.2ps/nm/km。
31.如權利要求
20所述的光纖，其中截止波長λc小於或等於1500nm。
32.如權利要求
20所述的光纖，其中截止波長λc小於或等於1200nm。
33.如權利要求
20所述的光纖，其中所述第一芯子的外徑D1和所述第二芯子的外徑D2的比D1/D2大於或等於0.1並且小於或等於0.8。
34.如權利要求
20所述的光纖，其中所述第一芯子的外徑D1和所述第二芯子的外徑D2的比D1/D2大於或等於0.4並且小於或等於0.7。
35.如權利要求
20所述的光纖，其中包括第三芯子，該第三芯子處於所述第二芯子的外周，具有比所述第一芯子的折射率低，並且比所述包層部的折射率高的折射率。
36.如權利要求
35所述的光纖，其中所述第三芯子相對於所述包層的相對摺射率差Δ3為0.1％～0.9％。
37.如權利要求
35所述的光纖，其中所述第二芯子的外徑D2和所述第三芯子的外徑D3的比D2/D3大於或等於0.35並且小於或等於0.99。
38.如權利要求
20所述的光纖，其中所述第一芯子的折射率分布形狀是α次方分布，所述α大於或等於3.0。
39.如權利要求
20所述的光纖，其中所述第一芯子的折射率分布形狀是α次方分布，所述α大於或等於6.0。
40.一種光信號處理裝置，該裝置使用的光纖包括位於中心部的第一芯子；被設置在該第一芯子外周，具有比所述第一芯子的折射率低的折射率的第二芯子；以及被設置在該第二芯子的外周，具有比所述第一芯子的折射率低，並且比所述第二芯子的折射率高的折射率的包層，所述光纖在波長1550nm的分散的絕對值小於或等於20ps/nm/km，在波長1550nm的有效截面積小於或等於15μm2，並且在波長1550nm的非線性常數大於或等於25×10-10/W，在所述包層中摻雜鍺。
41.如權利要求
40所述的光信號處理裝置，所述光信號處理裝置是光波長變換器。
42.如權利要求
40所述的光信號處理裝置，所述光信號處理裝置是脈衝壓縮器。
專利摘要
本發明提供一種光纖，包括位於中心部的第一芯子；被設置在該第一芯子外周，具有比第一芯子的折射率低的折射率的第二芯子；被設置在該第二芯子的外周，具有比第一芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的第三芯子；以及被設置在該第三芯子的外周，具有比第三芯子的折射率低，比第二芯子的折射率高的折射率的包層。在本光纖中，特別是波長1550nm的分散的絕對值小於或等於20ps/nm/km，在波長1550nm的有效截面積小於或等於15μm
文檔編號GKCN1648699SQ200510005781
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月25日
發明者宮部亮, 廣石治郎 申請人:古河電氣工業株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan